JP2011244645A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータの推力を向上させること、およびリニアモータの構造を簡略化することにある。
【解決手段】往復動ロッド１１に設けられた非磁性金属製のパイプ１３に、複数の永久磁石１８を同極性の端面を相互に突き当てた状態で収容することにより、磁石組立体１７を形成する。また、パイプ１３の外周面に接触する支持内周面２１ｃが軸方向全体に形成された樹脂製のボビン２１の外周面に、磁石組立体１７を囲むように複数のコイル２５を巻き付けることにより、コイル組立体２６を形成する。このボビン２１を樹脂材料により形成することで、パイプ１３とボビン２１とが摺動接触しないようにパイプ１３とボビン２１との間に所定の空隙を設ける必要がなく、ボビン２１の支持内周面２１ｃをパイプ１３の外周面に接触させて、ボビン２１によりパイプ１３が往復動自在に支持されるようにする。
【選択図】図１

Description

往復動ロッドが軸方向に往復動するリニアモータに関する。

リニアモータは、高速駆動が可能であるとともに位置決め精度が高いため、例えば、工業製品の生産ラインや組立ラインにおける位置決め装置や搬送装置などの駆動源として用いられている。シャフトタイプのリニアモータは、複数の永久磁石を直線方向に並べて形成される磁石組立体と、磁石組立体を囲むように複数の円筒状のコイルを直線方向に並べて形成されるコイル組立体とを有している。複数の永久磁石は同極性の端面を相互に対向させて配置され、端面相互を突き当てて磁石組立体を形成している。そして、コイル組立体の各コイルに通電することで磁石組立体とコイル組立体との電磁気力により、磁石組立体とコイル組立体とを直線方向に相対駆動するようになっている。例えば、特許文献１には、可動子側の往復動ロッドに磁石組立体が設けられ、固定子側の収容ケースにコイル組立体が設けられたロッド式のリニアモータが記載されている。

特開２００８−８６１４４号公報

ところで、ロッド式のリニアモータでは、往復動ロッドに設けられた非磁性金属製のパイプ内に複数の永久磁石を収容することで、磁石組立体を形成するようにしたものがある。また、往復動ロッドが挿通される円筒状のボビンの外周面に複数のコイルを巻き付けることで、コイル組立体を形成するようにしたものがある。このボビンは、コイルの発熱に対する放熱性を向上させるために非磁性金属材料により形成されるようになっている。

このようにボビンを非磁性金属材料により形成した場合には、それぞれ金属材料により形成されたパイプとボビンとが摺動接触することで焼き付きを生じるおそれがあるため、ボビンの両端部の軸方向外方に軸受部材を収容ケースに取り付け、パイプをボビンの内周面に接触させないようにパイプとボビンとの間に所定の空隙(エアギャップ)を設けている。したがって、パイプとボビンとの間に所定の空隙を設けた分だけ磁石組立体とコイル組立体との距離が大きくなる。このため、磁石組立体とコイル組立体とに作用する電磁気力が小さくなり、リニアモータの推力が低下することになる。また、ボビンとパイプとの金属材料同士の摺動接触による焼き付きを防止するために収容ケースに軸受部材を設けると、リニアモータの部品点数が多くなり、リニアモータの構造が複雑となる。

本発明の目的は、リニアモータの推力を向上させることにある。

本発明の他の目的は、リニアモータの構造を簡略化することにある。

本発明のリニアモータは、収容ケースに往復動自在に装着された往復動ロッドを前記収容ケースから突出させて軸方向に往復動するリニアモータであって、複数の永久磁石を同極性の端面を相互に突き当てた状態で収容し、前記往復動ロッドを構成する非磁性の金属材料からなるパイプと、前記収容ケースに固定され、前記パイプの外周面に接触する支持内周面が軸方向全体に形成され前記パイプを往復動自在に支持するパイプ状の樹脂製のボビンと、それぞれの前記永久磁石を囲むように前記ボビンの外周面に巻き付けられる複数のコイルとを有し、金属製の前記パイプの外周面を樹脂製の前記ボビンの内周面全体で支持することを特徴とする。

本発明のリニアモータは、前記複数のコイルを相互に仕切る複数の仕切り部材を前記ボビンに一体に形成することを特徴とする。

本発明のリニアモータは、放熱性を有する樹脂材料により前記複数のコイルを樹脂モールドすることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂製のボビンの支持内周面を非磁性金属製のパイプの外周面に接触させるようにしたので、それぞれ金属材料により形成されたパイプとボビンとが摺動接触しないようにパイプとボビンとの間に所定の空隙を設けた場合と比べて、永久磁石とコイルとの距離を小さくすることができる。これにより、永久磁石とコイルとに作用する電磁気力が大きくなり、リニアモータの推力を向上させることができる。また、ボビンによりパイプを往復動自在に支持するようにしたので、軸受部材をボビンと別体に設ける必要がなく、リニアモータの部品点数を減らして、リニアモータの構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。

本発明によれば、仕切り部材をボビンと一体に形成するようにしたので、仕切り部材をボビンと別体に設けた場合に比べて、リニアモータの部品点数を減らすことができ、リニアモータの構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。

本発明によれば、放熱性を有する樹脂(放熱性樹脂)により各コイルを樹脂モールドするようにしたので、コイルの発熱に対する放熱性を向上することができる。したがって、金属材料によりボビンを形成した場合に比べて、樹脂材料によりボビンを形成した場合には、コイルの発熱に対する放熱性が低下することになるが、放熱性樹脂により各コイルを樹脂モールドすることで、コイルの発熱に対する放熱性を十分に確保することが可能となる。

本発明の一実施の形態であるリニアモータの断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 比較例としてのリニアモータを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。このモータ１０は、図１に示すように、往復動ロッド１１をその軸方向つまり直線方向に一定のストロークで往復動するロッド式のリニアモータである。モータ１０は、軸方向に延びる可動子としての往復動ロッド１１と、往復動ロッド１１を往復動自在に装着する固定子としての収容ケース１２とを有している。

往復動ロッド１１は、ステンレス鋼等の非磁性金属材料により形成されたパイプ１３を有している。往復動ロッド１１を構成するパイプ１３は、往復動ロッド１１の軸方向に延びる薄肉円筒形状をしており、その両端側に開口して形成されている。パイプ１３の一端部には、ジュラルミン等の非磁性金属製の突出軸部１４がカシメにより固定されており、パイプ１３の一端側が突出軸部１４により閉塞されている。略円柱形状に形成された突出軸部１４の一端面には、図示しない被駆動部材を往復動ロッド１１に連結するための連結孔１４ａが形成されている。この連結孔１４ａに締結されるねじ部材により被駆動部材が往復動ロッド１１に連結されて、被駆動部材が往復動ロッド１１とともに軸方向に往復動されるようになっている。

また、パイプ１３の他端部には、ステンレス鋼等の非磁性金属製の環状部材１５が溶接により固定されている。環状部材１５は、その外径がパイプ１３の外径よりも大きく形成されるとともに、その内径がパイプ１３の内径よりも僅かに大きく形成されており、パイプ１３は環状部材１５を介して他端側に開口している。この環状部材１５の内周面には雌ねじ部１５ａが形成されており、環状部材１５にねじ軸部材１６がねじ固定されている。ねじ軸部材１６はアルミ合金等の非磁性金属材料により形成されており、環状部材１５の雌ねじ部１５ａにねじ結合される雄ねじ部１６ａと、パイプ１３内に突出される押付部１６ｂとを備える段付き円柱形状をしている。

これら突出軸部１４とねじ軸部材１６との間に位置して、パイプ１３内には磁石組立体１７が設けられている。磁石組立体１７は、軸方向に着磁された複数の中実状(円柱形状)の永久磁石１８を備えており、複数の永久磁石１８を相互に磁極の向きを逆向きにして交互に軸方向に並べて配置している。そして、これら複数の永久磁石１８の相互に対向された同極性の磁石端面に作用する磁気反発力に抗して、複数の永久磁石１８が突出軸部１４とねじ軸部材１６との間で締め付けられることにより、複数の永久磁石１８が同極性の磁石端面を相互に突き当てた状態でパイプ１３内に収容されている。つまり、等しい軸方向長さに形成された複数の永久磁石１８は、磁気反発力に抗して同極性となる磁石端面を相互に突き当てた状態で締結されて磁石組立体１７を形成している。これにより、各永久磁石１８の相互に突き当てられた磁石端面の近傍で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い磁束密度を生じている。なお、本実施の形態においては、パイプ１３内に挿入された複数の永久磁石１８を突出軸部１４とねじ軸部材１６との間で締め付けることにより、パイプ１３内に磁石組立体１７を形成するようにしたが、往復動ロッド１１の構造としてはこれに限られることはない。

一方、アルミ合金等の非磁性金属製の収容ケース１２は、往復動ロッド１１の軸方向に延びる断面略長方形の矩形状をしており、その軸心には軸方向に貫通するコイル収容孔２０が形成されている。コイル収容孔２０には、収容ケース１２の一端側に位置させて樹脂製のボビン２１が設けられており、ボビン２１は往復動ロッド１１の軸方向に延びる薄肉円筒形状(パイプ状)をしている。ボビン２１の一端部２１ａは、コイル収容孔２０の一端部にねじ結合された円筒状の締結部材２２の内周面に嵌合されている。往復動ロッド１１の一端部は、この締結部材２２を貫通して収容ケース１２の一端部から突出されている。また、ボビン２１の他端部２１ｂは、コイル収容孔２０の軸方向中央部において、コイル収容孔２０の内周面から径方向内側に突出したストッパ２３の内周面に嵌合されている。そして、ボビン２１は締結部材２２とストッパ２３との間で締め付けられることにより、収容ケース１２に固定されている。

ボビン２１には、往復動ロッド１１のパイプ１３の外周面に接触する支持内周面２１ｃが軸方向全体に形成されており、パイプ１３がボビン２１に挿通されてボビン２１により往復動ロッド１１が往復動自在に支持されている。すなわち、ボビン２１の支持内周面２１ｃとパイプ１３の外周面とは、ボビン２１とパイプ１３とが相互に摺動接触するような微小な空隙を介して径方向に対向されている。このボビン２１には、外周面から径方向外側に突出する複数の環状の仕切り部材２４が一体に形成されている。複数の仕切り部材２４はボビン２１の軸方向にほぼ等間隔に設けられており、ボビン２１の外周側には、仕切り部材２４の相互間において複数のコイル溝が区画形成されている。

ボビン２１の外周面には、往復動ロッド１１に設けられた磁石組立体１７を取り囲むように、複数のコイル２５が仕切り部材２４の相互間つまりコイル溝にそれぞれ巻き付けられている。各コイル２５は仕切り部材２４により相互に軸方向に仕切られており、仕切り部材２４を介して各コイル２５のコイル端面を相互に突き当てた状態でボビン２１に巻装されている。そして、各永久磁石１８のほぼ半分の軸方向長さに形成された複数の円筒状のコイル２５を軸方向に並べて配置することにより、コイル収容孔２０内にコイル組立体２６が形成されている。

コイル組立体２６の各コイル２５は、収容ケース１２に設けられたコネクタ２７に電気的に接続されている。このコネクタ２７を介して各コイル２５に通電することで、相互に隣接するコイル端面が同極性となるような磁極が各コイル２５に形成される。これにより、各コイル２５の相互に隣接するコイル端面の近傍で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い磁束密度が生じることになる。そして、各コイル２５への通電を順次増減することで、磁石組立体１７の各永久磁石１８とコイル組立体２６の各コイル２５との電磁気力により、往復動ロッド１１を収容ケース１２の一端から突出させて軸方向に往復動するようになっている。

また、コイル組立体２６の各コイル２５は、放熱性を有する樹脂材料(放熱性樹脂２８)により一体に樹脂モールドされている。各コイル２５の樹脂モールドは、各コイル２５が巻装されたボビン２１をコイル収容孔２０内に固定した状態で、コイル収容孔２０内に溶融した放熱性樹脂２８を注入した後、放熱性樹脂２８を冷却して固化させることで行われる。このように放熱性樹脂２８により各コイル２５を樹脂モールドすることで、コイル２５で発生した熱が放熱性樹脂２８を介して収容ケース１２に伝達されやすくなるため、コイル２５の発熱に対する放熱性が向上されている。

このモータ１０では、往復動ロッド１１のストロークが磁石組立体１７の軸方向長さとコイル組立体２６の軸方向長さとの関係で設定され、往復動ロッド１１が軸方向に往復動する際に磁石組立体１７とコイル組立体２６とが対向する軸方向範囲が往復動ロッド１１のストロークとなる。つまり、磁石組立体１７の軸方向長さとコイル組立体２６の軸方向長さとの差により、往復動ロッド１１のストロークが設定されている。

コイル収容孔２０の内周面には、収容ケース１２の他端側に位置させてガイド孔３０が形成されている。ガイド孔３０の径は環状部材１５の外径よりも大きく形成されており、往復動ロッド１１の往復動に伴って環状部材１５がガイド孔３０内を往復動する。このガイド孔３０は、コイル収容孔２０の他端部に設けられてコイル収容孔２０の他端側を閉塞するカバー３１とストッパ２３との間で形成されており、ガイド孔３０の軸方向長さは往復動ロッド１１のストロークよりも僅かに長く形成されている。すなわち、往復動ロッド１１が突出限位置まで移動したときには、環状部材１５の一端面がストッパ２３に所定の隙間を隔てて対向される。また、往復動ロッド１１が後退限位置まで移動したときには、図１に示すように、環状部材１５の他端面がカバー３１に所定の隙間を隔てて対向される。

このようなストッパ構造を設けることで、各コイル２５への通電が停止された場合や、往復動ロッド１１に掛かる負荷が大きすぎたり往復動ロッド１１に異常な負荷が掛かったりした場合などには、環状部材１５の端面がストッパ２３またはカバー３１に当接されて、往復動ロッド１１の軸方向への移動が規制される。したがって、上記の場合に、往復動ロッド１１が収容ケース１２から落下したり、往復動ロッド１１により駆動されるワークがワーク台から落下したりすることが防止されるようになっている。なお、環状部材１５の端面がストッパ２３またはカバー３１に当接される際の衝撃を吸収するために、環状部材１５の両端面にそれぞれゴム等の緩衝部材を取り付けるようにしても良い。

また、収容ケース１２の外周面には複数の取付孔が形成されており、当該取付孔に挿入されるねじ部材によりモータ１０が図示しない搬送装置等に装着されるようになっている。さらに、図２および図３に示すように、収容ケース１２の外周面には、収容ケース１２の軸方向に沿ってセンサ溝１２ａが形成されており、往復動ロッド１１の位置を検出するための図示しないセンサをセンサ溝１２ａに取付可能となっている。さらに、収容ケース１２の外周面には、収容ケース１２の軸方向に沿ってケーブル溝１２ｂが形成されており、コネクタ２７に電気的に接続されるケーブル３２がケーブル溝１２ｂ内に挿通されるようになっている。

次に、図４に示す比較例としてのリニアモータと本発明のリニアモータとを比較して説明する。図４は比較例としてのリニアモータを示す断面図である。図４において図１に示す部材と同様の部材には、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すモータ４０では、ステンレス鋼等の非磁性金属製のボビン４１の外周面に複数のコイル２５を巻き付けることで、コイル組立体２６が形成されている。ボビン４１は往復動ロッド１１の軸方向に延びる薄肉円筒形状をしており、ボビン４１には往復動ロッド１１のパイプ１３が往復動自在に挿通されている。このボビン４１の内周面とパイプ１３の外周面とは、ボビン４１とパイプ１３とが相互に摺動接触しないように所定の空隙４２を介して径方向に対向されている。これにより、それぞれ金属材料により形成されたボビン４１とパイプ１３とが摺動接触することで焼き付きを生じることが防止されている。

ボビン４１には、ボビン４１の外周面から径方向外側に延びる複数の環状の仕切り部材４３が別体に設けられている。複数の樹脂製の仕切り部材４３はボビン４１の軸方向にほぼ等間隔に接着等により固定されており、ボビン４１の外周側には、仕切り部材４３の相互間において複数のコイル溝が区画形成されている。このボビン４１の外周面には、往復動ロッド１１に設けられた磁石組立体１７を取り囲むように、複数のコイル２５がそれぞれ仕切り部材４３の相互間つまりコイル溝に巻き付けられている。各コイル２５は仕切り部材４３により相互に軸方向に仕切られており、仕切り部材４３を介して各コイル２５のコイル端面を相互に突き当てた状態でボビン４１に巻装されている。そして、各永久磁石１８のほぼ半分の軸方向長さに形成された複数の円筒状のコイル２５を軸方向に並べて配置することにより、コイル収容孔２０内にコイル組立体２６が形成されている。

また、ボビン４１の両端部の軸方向外方側に位置させて、コイル収容孔２０には樹脂製の軸受部材４４ａ，４４ｂが設けられている。軸受部材４４ａ，４４ｂは、アルミ合金等の非磁性金属材料により形成された円筒状の軸受ハウジング４５の内周面に嵌合され、ボビン４１の両端部に軸受ハウジング４５がそれぞれ突き当てられている。これら軸受ハウジング４５およびボビン４１は、締結部材２２とストッパ２３との間で締め付けられることにより、収容ケース１２に固定されている。そして、ボビン４１の一端側に配置される軸受部材４４ａにより往復動ロッド１１(パイプ１３)の一端側が往復動自在に支持されるとともに、ボビン４１の他端側に配置される軸受４４ｂにより往復動ロッド１１(パイプ１３)の他端側が往復動自在に支持されている。

このように、図４に示す比較例としてのモータ４０においては、ボビン４１を非磁性金属材料により形成しているので、パイプ１３とボビン４１との金属材料同士の摺動接触による焼き付きを防止するために、パイプ１３の外周面とボビン４１の内周面との間に０．５ｍｍ程度の空隙４２を設ける必要がある。一方、本発明のモータ１０においては、ボビン２１を樹脂材料により形成したので、パイプ１３とボビン２１との間に所定の空隙４２を設ける必要がない。すなわち、金属製のパイプ１３と樹脂製のボビン２１とを摺動接触させても焼き付きを生じるおそれがないため、パイプ１３の外周面とボビン２１の支持内周面２１ｃとが摺動接触するような０．０５ｍｍ程度の微小な空隙を設けて、ボビン２１の支持内周面２１ｃの軸方向全体でパイプ１３を往復動自在に支持することが可能となる。したがって、ボビン２１の支持内周面２１ｃをパイプ１３の外周面に接触させることで、図４に示すモータ４０のようにパイプ１３とボビン４１との間に所定の空隙４２を設けた場合と比べて、磁石組立体１７とコイル組立体２６との径方向の距離を小さくすることができる。これにより、磁石組立体１７とコイル組立体２６とに作用する電磁気力が大きくなり、モータ１０の推力を向上させることができる。

また、ボビン２１によりパイプ１３を往復動自在に支持することで、図４に示すモータ４０のように軸受部材４４ａ，４４ｂをボビン４１と別体に設ける必要がなく、モータ１０の部品点数を減らすことができる。そして、モータ１０の部品点数の削減により、モータ１０の構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。さらに、図４に示すモータ４０のようにボビン４１の両端部の軸方向外方にそれぞれ軸受部材４４ａ，４４ｂを別体に設ける必要がないため、モータ１０を小型化することが可能となる。すなわち、図４に示すモータ４０の軸方向長さＬ１に比べて、軸受部材４４ａ，４４ｂ等を設けない分だけモータ１０の軸方向長さＬ２を小さくすることが可能となる。さらに、ボビン２１の支持内周面２１ｃの軸方向全体でパイプ１３の外周面を支持するため、図４に示すようにボビン４１の両端部の軸方向外方にそれぞれ軸受部材４４ａ，４４ｂを別体に設けた場合に比べて、往復動ロッド１１に掛かる荷重を分散して支持することができる。これにより、往復動ロッド１１を往復動自在に支持する軸受部材としてのボビン２１の支持内周面２１ｃの摩耗が低減され、モータ１０のメンテナンス頻度を抑えることが可能となる。

また、ボビン２１を樹脂材料により形成したので、各コイル２５を相互に仕切るための樹脂製の仕切り部材２４をボビン２１と一体に形成することが可能となる。したがって、仕切り部材２４をボビン２１と一体に形成することで、図４に示すモータ４０のように仕切り部材４３をボビン４１と別体に設けた場合に比べて、モータ１０の部品点数を減らすことができる。そして、モータ１０の部品点数の削減により、モータ１０の構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。

また、放熱性樹脂２８により各コイル２５を樹脂モールドしたので、コイル２５の発熱に対する放熱性を向上することができる。したがって、図４に示すモータ４０のように金属材料によりボビン４１を形成した場合に比べて、樹脂材料によりボビン２１を形成した場合には、コイル２５の発熱に対する放熱性が低下することになるが、放熱性樹脂２８により各コイル２５を樹脂モールドすることで、コイル２５の発熱に対する放熱性を十分に確保することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施の形態においては、締結部材２２とストッパ２３との間でボビン２１を締め付けることにより、ボビン２１を収容ケース１２に固定するようにしたが、他の構造によりボビン２１を収容ケース１２に固定するようにしても良い。

１０ モータ(リニアモータ)
１１ 往復動ロッド
１２ 収容ケース
１３ パイプ
１８ 永久磁石
２１ ボビン
２１ｃ 支持内周面
２４ 仕切り部材
２５ コイル
２８ 放熱性樹脂

Claims (3)

1. 収容ケースに往復動自在に装着された往復動ロッドを前記収容ケースから突出させて軸方向に往復動するリニアモータであって、
   複数の永久磁石を同極性の端面を相互に突き当てた状態で収容し、前記往復動ロッドを構成する非磁性の金属材料からなるパイプと、
   前記収容ケースに固定され、前記パイプの外周面に接触する支持内周面が軸方向全体に形成され前記パイプを往復動自在に支持するパイプ状の樹脂製のボビンと、
   それぞれの前記永久磁石を囲むように前記ボビンの外周面に巻き付けられる複数のコイルとを有し、
   金属製の前記パイプの外周面を樹脂製の前記ボビンの内周面全体で支持することを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１記載のリニアモータにおいて、前記複数のコイルを相互に仕切る複数の仕切り部材を前記ボビンに一体に形成することを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１または２記載のリニアモータにおいて、放熱性を有する樹脂材料により前記複数のコイルを樹脂モールドすることを特徴とするリニアモータ。

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