JP2011167062A - 移動装置及びその移動装置を備えた部品載置装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動装置は、少なくとも、複数の主磁石を備えた第１要素と、複数のコイルを備えた第２要素とを有する。
【解決手段】複数の主磁石は複数の行及び複数の列からなるグリッド状に配列され、隣接する行及び隣接する列において主磁石は逆着磁され且つ互いに対して千鳥状に備えられている。複数のコイルは、行に対して平行な方向に及び列に対して平行な方向に、第２要素に対して第１要素を移動させるようにエネルギー供給される。同じ極性の複数の補助磁石は、少なくとも複数の行における複数の主磁石の間に備えられ、補助磁石の磁界強度は主磁石の磁界強度と異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも複数の主磁石を備えた第１要素及び複数のコイルを備えた第２要素を有し、主磁石は複数の行及び複数の列のグリッド状に配列され、隣接する行及び隣接する列にある主磁石は逆着磁され且つ互いに千鳥状に形成され、コイルは、行に対して平行な方向に及び列に対して平行な方向に、第２要素に対して第１要素を移動させるためにエネルギー供給されることが可能である移動装置に関する。

本発明はまた、そのような移動装置を備えた部品載置装置に関する。

米国特許第５，９５２，７４４Ｂ１号明細書に開示されているそのような移動装置においては、複数の磁石が円筒形グリッド内に備えられ、その円筒形グリッドにおいて、円周方向の磁石間の間隔は、軸方向の磁石間の間隔と同じである。円周方向に、磁石は行状に備えられ、軸方向に、磁石は列状に備えられていることが理解できる。隣接する行及び隣接する列の磁石は、互いに逆着磁され且つ千鳥状に形成されている。第２要素は、円周方向に広がっている複数の第１コイルを備えている。第１要素は、第１コイルにエネルギー供給することにより軸方向に移動される。第２要素は更に、軸方向に広がっている複数の第２コイルを備えている。第１要素は、第２コイルにエネルギー供給することにより円周方向に回転される。

そのような移動装置の有利点は、２つの好適な互いに対する垂直方向に移動させることが可能であることである。

従来の移動装置の制約は、同じ磁力が円周方向及び軸方向に生じる結果として、第１要素により生成される磁界の同じ変動が、前記回転中に及び前記軸移動中に生じることである。

米国特許第５，９５２，７４４Ｂ１号明細書

本発明の目的は、行に対して平行な方向における移動時に生じる第１要素により生成される磁力が、列に対して平行な方向における移動時に生じる磁力と異なる移動装置を提供することである。

この目的は、同じ極性の補助磁石が少なくとも複数の列にある主磁石間に備えられ、前記補助磁石の磁界強度は主磁石の磁界強度と異なる点で、本発明に従った装置により達成される。

補助磁石は、１つの極性方向を有する行における主磁石間にのみ備えられ、他の極性方向を有する行には補助磁石は備えられない。

好適には、しかしながら、補助磁石は、行全てにおける主磁石間に備えられ、それらの補助磁石全てが主磁石と同じ極性を有し、当該行における主磁石より弱い磁界を有する。この補助磁石の配置により、主磁石と異なる極性を有する補助磁石は、列における主磁石間に備えられる。

その結果、種々の行における磁界の変化は、種々の列における磁界の変化と異なり、故にまた、行に対して平行な方向の移動時に生じる力は、列に対して平行な方向における移動時に生じる力と異なる。比較的弱い補助磁石の存在のために、２つの隣接する行の磁力間の差分は、２つの隣接する列の磁力間の差分より大きい。その結果、行に対して平行な方向への移動時に比べて、列に対して平行な方向への移動時に、より大きい力が働く。

複数の行及び複数の列がｘ−ｙ平面又は円筒形グリッドにおいて配列され、その場合、それらの行及び列は軸方向に広がることが可能である。

本発明に従った移動装置の一実施形態は、第１要素が第２要素に対する回転軸に関して回転可能であり、列は回転軸に対して平行に伸び、行は回転軸の周囲に同心円状に広がっていることを特徴とする。

同心円状の行は、複数の主磁石間に備えられた同じ極性の補助磁石を備えているため、回転方向への移動時に比べて軸方向への移動時に、磁界のより大きい変化が得られる。その結果、より大きい力が軸方向に働く。軸方向が鉛直方向に延びている状況下では、これは、そのような場合の回転時に必要ない重力に逆らうことを可能にする。

本発明に従った移動装置の他の実施形態は、第１要素が、複数のディスク形状の軟磁性セグメントと、前記軟磁性セグメント間に備えられた永久磁石とを備え、互いに隣接して位置付けられた永久磁石は軸方向に逆極性を有する一方、軟磁性セグメントは主磁石及び補助磁石を構成することを特徴とする。

それらのセグメントのアレイ及びそれらのセグメント間に備えられた永久磁石は、第１要素の単純な構造に繋がる。

例えば、比較的単純なデザイン及び特定の形状のセグメントの永久磁石を用いて、主磁石及び補助磁石の実際的な何れかの所望の構成を実現することが可能である。永久磁石からの磁力線はそれらのセグメントを通り、前記セグメントから径方向に延びている。

本発明に従った移動装置の他の実施形態は、主磁石間に備えられた補助磁石より第２要素のコイルにより近接して備えられた少なくとも２つの磁石を各々のセグメントが有することを特徴とする。

主磁石よりコイルから大きい距離に補助磁石を位置付けることにより、コイルと補助磁石との間に生じる力は、コイルと主磁石との間に生じる力より小さくなる。補助磁石及び主磁石は同じ磁性材料から成ることが可能である。

本発明に従った他の実施形態は、軸方向にみて、複数の主磁石間に備えられた複数の補助磁石の厚さより大きい厚さを有する少なくとも２つの主磁石を各々のセグメントが有することを特徴とする。

前記大きい厚さのために、主磁石は、補助磁石より大きい磁界を生成する。一セグメントのより厚い主磁石は、他のセグメントのより薄い補助磁石と対向して位置付けられ、従って、小型の構造が得られる。

本発明に従った移動装置の他の実施形態は、各々の永久磁石が一様な厚さを有することを特徴とする。

その結果、実質的に一定の磁界が、永久磁石によりセグメントの方にもたらされる。

本発明に従った移動装置の他の実施形態は、第１要素が複数の第１ディスク形状永久磁石を備え、それらの永久磁石は回転軸に対して横断する方向に着磁され、複数の前記第１ディスク形状永久磁石間に第２ディスク形状永久磁石が備えられ、互いに隣接して位置付けられた永久磁石は軸方向に逆着磁されることを特徴とする。

第１ディスク形状要素は、主磁石及び補助磁石を構成するより強い磁性部分及びより弱い磁性部分のそれぞれを容易に備えることが可能である。第１要素は、第１ディスク形状磁石及び第２ディスク形状磁石を交互に重ね合わせることにより容易に構成されることが可能である。

本発明に従った移動装置の他の実施形態は、回転軸を通って広がっている平面のどちら側にも備えられる２つの半円形部分を備え、それらの半円形部分は、前記平面に対して横断する逆方向に着磁されることを特徴とする。

前記平面に近接して位置付けられた磁石の側は補助磁石を構成する一方、前記平面から離れる側は主磁石を構成する。

そのような第１ディスク形状永久磁石は製造が比較的容易である。

本発明はまた、そのような移動装置を備えた部品載置装置であって、第１要素が、部品を取り上げるために用いる一端部において過小圧力をもたらすために軸方向に広がっている空気通路を備えている、部品載置装置に関する。

そのような部品載置装置は、複数の部品を取り上げ、例えば、ＰＣＢ等の基板上に載置するために適切である。好適には、空気通路が複数のセグメントの中心を通って延びている。

本発明について、以下に、図を参照して詳述する。

図１Ａは本発明に従った移動装置の模式的な展開図であり、図１Ｂは移動装置の回転中の磁束を示すグラフである。 図２Ａは本発明に従った移動装置の模式的な展開図であり、図２Ｂは移動装置の並進移動中の磁束を示すグラフである。 本発明に従った移動装置の第１要素の実施形態の図１の斜視図である。 図３に示す第１要素の模式的な展開図である。 図３に示す第１要素で用いるためのセグメントの他の実施形態の斜視図である。 本発明に従った移動装置の第１要素の正面図である。 図７Ａは、本発明に従った移動装置の第１要素についての磁石の他の実施形態の断面図である。 図８Ａは、本発明に従った移動装置の第２要素の長手方向の断面図であり、図８Ｂは、本発明に従った移動装置の第２要素についての横断断面図である。

図１Ａ乃至２Ａは、本発明に従った移動装置の第１要素の円筒形グリッドの模式的な展開図である。グリッド１は、行２、３及び列４、５を有する。行２、３は円周方向θに延在している一方、列４、５はＺ軸方向に延在している。行２、３及び列４、５は互いに横断延在している。

各々の行２は、図において紙面を横断する方向に着磁された、交互に備えられた主磁石６及び補助磁石７を有し、それらの磁石のＮ極Ｎ、ｎが図中に示されている。行３が行２の間に位置付けられている。各々の行３は、図において紙面を横断する方向に着磁された、交互に備えられた主磁石８及び補助磁石９を有し、それらの磁石のＳ極Ｚ、ｚが図中に示されている。行２、３は互いに対して千鳥状になっていて、それ故、複数の行間に位置付けられた行３の補助磁石９は、異なる行２の主磁石６の間の各々の列４に存在している。その結果、各々の列４は、交互に備えられた主磁石６及び補助磁石７を備え、それらの磁石の極Ｎ、ｚが図中に示されている。各々の列５は、交互に備えられた補助磁石７及び主磁石８を備え、それらの極ｎ、Ｚが図中に示されている。補助磁石７、９は主磁石６、８より強さが弱く、それ故、補助磁石７、９により与えられる磁界はより弱い。

移動装置は、列４、５に対して平行に延在し且つ対向している、複数の第１の細長いコイル１０を備えた第２要素を更に有する。そのようなコイル１０が、図１Ａに模式的に示されている。第２要素は、行２、３に対して平行に延在している、複数の第２の細長いコイル１１を更に備えている。

図１Ｂのグラフにおいては、磁束Φ_θが、第２要素に対する第１要素の回転角度θに対してプロットされている。第２要素に対する第１要素の回転が、それ自体知られているように、コイル１０に交互にエネルギー供給することにより得られる。そのようにすることにより、列４及び列５は対向して交互に位置付けられ、図１Ａにコイル１０として示されている。磁束Φ_θは、最大値と最小値との間で変化する。

図２Ｂのグラフにおいては、磁束Φ_Ｚは、第２要素に対する第１要素のＺ方向への並進移動に対してプロットされている。第２要素に対する第１要素の並進移動は、それ自体知られているように、コイル１１を交互にエネルギー供給することにより得られる。そのようにすることにより、行２及び行３は対向して交互に位置付けられ、図２Ａにコイル１１として示されている。磁束Φ_Ｚは、最大値と最小値との間で変化する。

各々の列４、５は逆着磁された主磁石及び補助磁石を有する一方、各々の行２、３は、同じ方向に着磁された主磁石及び補助磁石を有するため、最大磁束Φ_θは最大磁束Φ_Ｚより小さい。

図３は、複数のディスク形状のセグメント２２、２３と、それらのセグメント２２、２３間に備えられた永久磁石２４とを有する、本発明に従った移動装置の第１要素の斜視図である。図５Ａは、軟磁性材料から成るセグメント２２、２３の斜視図である。図５Ａに明確に示すように、それらのセグメント２２、２３は、２つの対向する側面における平坦でまっすぐなエッジ２５を有する円形ディスクを有する。前記エッジ２５間に、アーチ状エッジ２６が位置している。

第１要素２１は、形状が細長く、回転軸に関して回転可能である。各々の永久磁石２４は、互いに離れていて方向Ｐに着磁されたセグメント２２の各々の側面に備えられた永久磁石と、互いの方への方向Ｐに着磁されたセグメント２３のどちらの側面にも備えられた永久磁石とにより、回転軸２７に対して平行な方向Ｐに着磁される。その結果、エッジ２５、２６から回転軸２７に対して横断して広がる磁力線により、セグメント２２はＮ極ｚ、Ｚとして機能し、セグメント２３はＮ極として機能する。セグメント２２、２３は、回転軸２７に近接して位置付けられていて、第１要素２１を囲む第２要素のコイルから遠く離れているまっすぐなエッジ２５を有するため、そのエッジ２５の磁界はアーチ状のエッジ２６の磁界より弱い。まっすぐなエッジ２５は極ｎ、ｚを有する弱い補助磁石を構成する一方、アーチ状のエッジ２６は極Ｎ、Ｚを有する主磁石を構成する。Ｎ極として機能するセグメント２２は、Ｎ極として機能するセグメント２３に対する回転軸について９０°回転され、それ故、軸方向にみて、一の極性の補助磁石は他の極性の主磁石間に備えられる。このことは、第１要素２１の展開図として示されている図４に明確に示されている。第１要素２１を備えた移動装置の動作は、図１Ａ乃至２Ｂを参照して上で説明している移動装置の動作に匹敵するものである。

図５Ｂ及び５Ｃは、Ｖ字形窪みが形成されたまっすぐなエッジ２９を有する図５Ｂに示されたセグメント２８を有するセグメント２２、２３の他の実施形態を示している。そのＶ字形形状は、回転軸に対して平行な面内にある。図５Ｃに示すセグメント３０は、アーチ状エッジ２６間に広がっているＶ字形窪み３１を有する。異なる形状の結果として、磁力線が異なって広がるのである。回転軸２７についての回転時及び回転軸２７に対して平行な方向における並進移動時の磁束の経路は、計算により又は各々の個々の形状についての実験により決定される。一方向への移動時の磁束における差分の減少が、磁束の差分における増加を、従って、他の方向への移動時に生じる力における増加をもたらす。

図６は、複数のディスク形状セグメント４２、４３及びセグメント４２、４３間に備えられている永久磁石４４が備えられている、本発明に従った移動装置の第１要素４１の他の実施形態を示している。セグメント４２、４３は軟磁性材料から成る。第１要素４１は、形状が細長く、回転軸４５に関して回転可能である。各々のセグメント４２、４３は、２つのより厚い（軸方向にみて）部分４６と、より厚い部分４６の間に備えられたより薄い部分４７とを備えている。セグメント４２のより厚い部分４６は、セグメント４３のより薄い部分４７に対向して備えられていて、逆にもいうことができる。その結果、セグメント４２、４３間に備えられた永久磁石４４は、円周方向にみて、実質的に一定の厚さを有する。各々の永久磁石４４は、互いに離れてＰ方向に着磁されたセグメントのどちら側にも備えられた永久磁石４４と、互いの方への方向Ｐに着磁されたセグメント４３のどちら側にも備えられた永久磁石４４とにより、回転軸４５に対して平行に広がって、Ｐ方向に着磁される。その結果、セグメント４２、４３から回転軸４５に対して横断して広がっている磁力線により、セグメント４２はＳ極Ｚとして機能し、セグメント４３はＮ極Ｎとして機能する。より厚い部分４６の磁界はより薄い部分４７の磁界より強いため、セグメントのより厚い部分４６は主磁石を構成する一方、より薄い部分は補助磁石を構成する。軸方向にみて、一の極性の補助磁石は、他の極性の主磁石間に備えられている。

図７Ａ及び７Ｂは、軟磁性セグメント２３及び２４に代えて、軸方向に着磁された磁石２４間に位置付けられた第１ディスク形状永久磁石５１、６１のそれぞれの断面図である。磁石２４は第２ディスク形状永久磁石を構成する。永久磁石７１、８１の各々は２つの部分５２、６２を有する。磁気分極は、前記部分５２、６２の各々において平行であり、従って、磁力線は互いに平行に広がっている。接合面５３、６３において接続されている２つの部分７２、８２の磁力線は、互いに離れるように及び互いの方に、それぞれ、延びていて、その結果、接合面５３、６３近傍の磁界強度はより小さく、補助磁石ｎ、ｚがその位置に構成される一方、主磁石Ｎ、Ｚは、ある距離だけ接合面５３、６３から離れている。各々の磁石５１は、互いの方への方向Ｐの軸方向に着磁された２つの磁石２４間に備えられている。

図８Ａ及び８Ｂは本発明に従った移動装置の第２要素７１を示し、その第２要素は、中心軸７３の周囲に広がりがある管状ホルダ７２を備えている。ホルダ７２は、上記の第１要素が位置付けられることが可能である円筒形パッセージ７４を有する。ホルダ７２は、複数のリング形状コイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ´、Ｂ´、Ｃ´が備えられ、それらのリングの各々は中心軸７３に関して広がりがある。前記コイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ´、Ｂ´、Ｃ´は、中心軸７３に対して平行の方向への動きがもたらされる結果として、三相系統に従って千鳥状にエネルギー供給される。

ホルダ７２は、円筒形通路７４の軸方向に各々延在している複数の細長いコイルＤ、Ｅ、Ｆを更に備えている。それらのコイルＤ、Ｅ、Ｆは図１Ａに示しているコイルと同じように機能する。コイルＤ、Ｅ、Ｆは、中心軸に関する回転がもたらされる結果として、三相系統に従って千鳥状にエネルギー供給される。

コイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ´、Ｂ´、Ｃ´及びコイルＤ、Ｅ、Ｆを同時にエネルギー供給することにより、ランダムな螺旋状動きがもたらされる。

本発明に従った移動装置は、例えば、第１要素を通って延びている細長い空気通路と、部品を取り上げるための第１要素の一端部近傍の過小圧力とを有する、それ自体知られている部品載置装置で用いるために適切である。

互いに対して９０°以外の角度で行及び列を配置することも可能である。

補助磁石の磁界が主磁石の磁界より弱いようにすることは好適であるが、例えば、一の分極方向を有する行においてのみ主磁石間に補助磁石を備える一方、他の分極方向を有する行には補助磁石を備えない状況下で、補助磁石の磁界がより強いことも可能である。

それらの行が軸方向に延在することも可能である。

回転軸の周囲の及び回転軸に対して平行な移動に代えて、ｘ−ｙ平面における移動を実現する移動装置を構成し、その場合、行はｘ方向に延在し、列はｙ方向に延在することも可能である。ｘ方向にもたらされる力は、その場合、ｙ軸方向にもたらされる力より小さい。

静止した第１要素を用い、第２要素が第１要素に対して移動するようにすることも可能である。

６ 主磁石
７ 補助磁石
８ 主磁石
９ 補助磁石
１０ コイル
１１ コイル
２５ まっすぐなエッジ
２６ アーチ状エッジ
２７ 回転軸
４１ 第１要素
４２ ディスク形状セグメント
４３ ディスク形状セグメント
４４ 永久磁石
４５ 回転軸
４６ 厚い部分
４７ 薄い部分
５１ 永久磁石
５３ 接合面
６１ 永久磁石
６３ 接合面
７１ 永久磁石
７２ 管状ホルダ
７３ 中心軸
７４ 円筒形パッセージ
８１ 永久磁石

Claims (9)

1. 少なくとも、複数の主磁石を備えた第１要素と、複数のコイルを備えた第２要素とを有する移動装置であって、
   前記複数の主磁石は複数の行及び複数の列からなるグリッド状に配列され、隣接する行及び隣接する列において主磁石は逆着磁され且つ互いに対して千鳥状に備えられ、前記複数のコイルは、前記行に対して平行な方向に及び前記列に対して平行な方向に、前記第２要素に対して前記第１要素を移動させるようにエネルギー供給される、
   移動装置であり、
   同じ極性の複数の補助磁石は、少なくとも複数の行における前記複数の主磁石の間に備えられ；
   前記補助磁石の磁界強度は前記主磁石の磁界強度と異なる；
   ことを特徴とする移動装置。
2. 請求項１に記載の移動装置であって、前記第１要素は、前記第２要素に対して回転軸に関して回転可能であり、前記回転軸に対して平行に延在している前記列と、前記回転軸に関して同心円状に広がっている前記行とを有する、ことを特徴とする移動装置。
3. 請求項２に記載の移動装置であって、前記第１要素は、複数のディスク形状軟磁性セグメント及び該複数のディスク形状軟磁性セグメント間に備えられた複数の永久磁石が備えられ、互いに隣接して位置付けられた永久磁石は軸方向に逆着磁される一方、前記軟磁性セグメントは前記複数の主磁石及び前記複数の補助磁石を構成する、ことを特徴とする移動装置。
4. 請求項３に記載の移動装置であって、各々のセグメントは、前記主磁石間に備えられた前記補助磁石に比べて、前記第２要素の前記コイルに対してより近接して備えられる少なくとも２つの主磁石を有する、ことを特徴とする移動装置。
5. 請求項３又は４に記載の移動装置であって、各々のセグメントは、軸方向にみて、前記主磁石間に備えられた前記補助磁石の厚さより厚い厚さを有する少なくとも２つの主磁石を有する、ことを特徴とする移動装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の移動装置であって、各々の主磁石は実質的に一様な厚さを有する、ことを特徴とする移動装置。
7. 請求項２に記載の移動装置であって、前記第１要素は、前記回転軸に対して横断する方向に着磁された複数の第１ディスク形状永久磁石と、軸方向に着磁された前記第１ディスク形状永久磁石間に備えられた第２ディスク形状永久磁石とを備え、互いに隣接して位置付けられた永久磁石は軸方向に逆着磁されている、ことを特徴とする移動装置。
8. 請求項７に記載の移動装置であって、前記第１ディスク形状永久磁石は、前記回転軸を通って広がっている平面のどちら側にも備えられた２つの半円形部品が備えられ、前記半円形部品は、前記平面に対して横断する逆方向に着磁されている、ことを特徴とする移動装置。
9. 請求項２乃至８の何れか一項に記載の移動装置が備えられた部品載置装置であって、第１要素は、部品を取り上げるために用いる一端部において過小圧力をもたらすように、軸方向に広がる空気通路が備えられている、ことを特徴とする移動装置
   

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