JP2012157186A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】部材の高精度な加工を不要としつつ、可動子と固定子の同芯精度を容易に確保できるリニアモータを提供する。
【解決手段】界磁２と電機子３を備え、界磁２を可動子、電機子３を固定子として、可動子を固定子に対し往復移動可能なロッド型のリニアモータ１において、界磁２が設けられたロッド４と、ロッド４が挿通され、内周面に電機子３が設けられた筒状のヨーク５と、ヨーク５の軸方向両側に配置され、ロッド４を支持する一対の軸受６，７とを有し、ヨーク５は、一対の軸受６，７のうち少なくとも一方を保持する軸受保持部５２を一体的に有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動子を固定子に対し往復移動させるロッド型のリニアモータに関する。

従来、軸方向に所定のピッチで複数の磁極が配列された可動子と、この可動子が挿通される複数のコイルが配列された筒状の固定子とを備え、可動子を固定子に対し往復移動させるロッド型のリニアモータが提案されている（例えば、特許文献１参照)。

このリニアモータは、内側に固定子が設けられたフレームと、このフレームの軸方向両側に配置された軸受保持部材（フランジ部）と、この軸受保持部材に保持されたリニアブッシュとを有している。リニアブッシュは、可動子が設けられたロッドを軸方向に移動可能に支持している。

特開２００１−３５２７４７号公報

一般にリニアモータにおいては、可動子と固定子との間に微小な間隙を確保する必要がある。また、軸方向両側のリニアブッシュ同士に軸芯のずれや傾きが生じた場合には、ロッドが摺動する際に抵抗が増えたり、引っ掛かりが発生する可能性がある。このため、リニアブッシュの軸芯（すなわち可動子の軸芯）と固定子の軸芯との同芯精度を確保することが必須となっている。

上記従来技術のリニアモータは、固定子が設けられたフレームと、軸受を保持する軸受保持部材とが別部材として構成されている。このような構成のリニアモータでは、上記同芯精度を確保するために、軸受保持部材とフレームとを、例えばインロー結合や位置決めピンを用いて位置決めすることで、リニアブッシュと固定子の芯出しを行うのが一般的である。

しかしながら、インロー結合により軸受保持部材とフレームとを位置決めする場合、各部材に高い加工精度が要求される。また、位置決めピンを用いて軸受保持部材とフレームとを位置決めする場合、組み付け作業においてピンの挿入固定等の作業が必要となり、手間を要することとなる。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、部材の高精度な加工を不要としつつ、可動子と固定子の同芯精度を容易に確保することができるリニアモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１の発明は、界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記可動子を前記固定子に対し往復移動可能なリニアモータであって、前記界磁が設けられたロッドと、前記ロッドが挿通され、内周面に前記電機子が設けられた筒状のヨークと、前記ヨークの軸方向両側に配置され、前記ロッドを支持する一対の軸受と、を有し、前記ヨークは、前記一対の軸受のうち少なくとも一方を保持する軸受保持部を一体的に有することを特徴としている。

また、請求項２の発明は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記ヨークは、前記一対の軸受のうち負荷側の軸受を保持する第1軸受保持部を一体的に有することを特徴としている。

また、請求項３の発明は、請求項２記載のリニアモータにおいて、前記ヨークは、内周面に前記電機子が設けられたヨーク本体部を有しており、前記第１軸受保持部は、前記ヨーク本体部よりも小径に形成されていることを特徴としている。

また、請求項４の発明は、請求項２又は３記載のリニアモータにおいて、前記ヨークは、前記一対の軸受のうち反負荷側の軸受を保持する第２軸受保持部を一体的に有することを特徴としている。

また、請求項５の発明は、請求項４記載のリニアモータにおいて、前記ヨークは、内周面に前記電機子が設けられたヨーク本体部を有しており、前記第２軸受保持部は、前記ヨーク本体部よりも大径に形成されていることを特徴としている。

また、請求項６の発明は、請求項３又は５記載のリニアモータにおいて、前記ヨーク本体部は、前記電機子を構成する複数のコイルを結線する領域を確保するための凸部と、前記電機子に接続されるケーブルを挿通するための開口部と、を有していることを特徴としている。

また、請求項７の発明は、請求項６記載のリニアモータにおいて、前記ヨーク本体部の外周側に設けられたフレームと、前記フレームの軸方向端部に配置され、前記軸受保持部を収納する少なくとも１つの軸受カバーと、をさらに有することを特徴としている。

また、請求項８の発明は、請求項７記載のリニアモータにおいて、前記フレームと前記軸受カバーとが一体的に構成されていることを特徴としている。

また、請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１項記載のリニアモータにおいて、前記軸受は、前記ロッドを軸方向に移動可能に支持する直動軸受であることを特徴としている。

本発明のリニアモータによれば、部材の高精度な加工を不要としつつ、可動子と固定子の同芯精度を容易に確保することができる。

本実施形態のリニアモータの全体構成を表す縦断面図及び横断面図である。 本実施形態の比較例におけるリニアモータの全体構成を表す縦断面図及び横断面図である。 フレームと軸受カバーを一体化する変形例におけるリニアモータの全体構成を表す縦断面図及び横断面図である。 ヨークが軸受保持部を負荷側及び反負荷側の両側に有する変形例におけるリニアモータの全体構成を表す縦断面図及び横断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、本実施形態のリニアモータの全体構成を表す縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中ＩＢ−ＩＢ断面による、本実施形態のリニアモータの全体構成を表す横断面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）において、リニアモータ１は、界磁２と電機子３を備え、界磁２を可動子、電機子３を固定子として、可動子を固定子に対し往復移動可能なロッド型のリニアモータである。このリニアモータ１は、界磁２が設けられたロッド４と、ロッド４が挿通された筒状のヨーク５と、ヨーク５の軸方向両側に配置され、ロッド４を支持する一対の軸受６，７とを有している。

ロッド４の軸方向中央部には、上記界磁２（本実施形態では可動子。以下適宜「可動子２」とも称する）が設けられている。この界磁２は、複数の永久磁石（図示省略）で構成されており、軸方向に沿って複数の磁極を形成している。またヨーク５の内周面には、ロッド４に設けられた可動子２の外周面と微小な間隙を介して対向するように、上記電機子３が設けられている。この電機子３（本実施形態では固定子。以下適宜「固定子３」とも称する）は、銅線等で円筒状に形成された複数のコイル８を軸方向に配列して構成されている。

軸受６，７は、例えばリニアブッシュやボールスプライン等の直動軸受であり、ヨーク５に挿通されたロッド４を軸方向に直線移動可能に支持する。軸受６は負荷側、軸受７は反負荷側に配置されている。

ヨーク５は、内周面に電機子３が設けられたヨーク本体部５１と、軸受６，７のうち少なくとも一方、本実施形態では負荷側に配置された軸受６を保持する軸受保持部５２とを、一体的に有している。この軸受保持部５２は、ヨーク本体部５１の負荷側に配置されており、ヨーク本体部５１よりも小径に形成されている。なお、軸受保持部５２が、特許請求の範囲に記載の第１軸受保持部に相当する。また、ヨーク本体部５１には、電機子３を構成する複数のコイル８を結線するための領域Ｓを確保するための凸部５３と、電機子３に接続されるケーブル９を挿通するための開口部５４とが形成されている。凸部５３は、ヨーク本体部５１のほぼ全長に亘り軸方向に沿って形成されており、開口部５４は、凸部５３の反負荷側端部に形成されている。

上記構成であるヨーク５は、具体的には次のようにして製造される。まず、軸受保持部５２の径を有するパイプを用意し、その周囲にヨーク本体部５１や凸部５３等の形状が凹状に形成された型を配置する。そして、パイプの内側に流体を流し込んでその両端を封止し、流体を高圧にしてその圧力でパイプの径を部分的に拡張する。これにより、ヨーク本体部５１と軸受保持部５２とを一体的に有するヨーク５が形成される。このような加工は、いわゆるバルジ加工として従来より知られている。このようにして形成されたヨーク５においては、流体の圧力はパイプの周方向に均等に作用することから、ヨーク本体部５１と軸受保持部５２との同芯精度が容易に確保される。

ヨーク本体部５１の外周側には、アルミ等の金属材料で構成された断面四角形状のフレーム１０が設けられている。このフレーム１０の反負荷側の軸方向端部には、軸受７を保持するブラケット１１が設けられている。一方、フレーム１０の負荷側の軸方向端部には、ヨーク５の軸受保持部５２を収納する軸受カバー１２が設けられている。軸受７を支持固定するブラケット１１と異なり、軸受カバー１２は単に軸受保持部５２を覆うためのものである。このため、軸受カバー１２の内周面と軸受保持部５２の外周面との間には隙間が設けられている。フレーム１０、ブラケット１１及び軸受カバー１２は、外径が均一となるように構成されている。

なお、上述したように負荷側の軸受６はヨーク５の軸受保持部５２によって保持されるため、軸受カバー１２は必ずしも設けなくともよい。

ここで、以上説明した本実施形態の効果を説明する前に、図２を用いて本実施形態の効果を説明するための比較例を説明する。図２（ａ）は、比較例におけるリニアモータの全体構成を表す縦断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中ＩＩＢ−ＩＩＢ断面による、比較例のリニアモータの全体構成を表す横断面図である。なお、図２（ａ）（ｂ）は、上記図１（ａ）（ｂ）に対応する図であり、対比の便宜のため、比較例における各部の符号は、本実施形態と同一の符号を用いている。

比較例のリニアモータ１′の構成は、ヨークが軸受保持部を有しない点において、本実施形態のリニアモータ１の構成と相違する。すなわち、図２（ａ）（ｂ）に示すように、比較例におけるリニアモータ１′では、ヨーク５′がヨーク本体部５１のみで構成されており、軸受保持部を有していない。このため、フレーム１０の負荷側の軸方向端部には、反負荷側と同様に、軸受６を保持するブラケット１２′が設けられている。このブラケット１２′は、反負荷側のブラケット１１と同様、軸受６を支持固定するためのものである。この他の構成については、本実施形態のリニアモータ１と同様である。

上記比較例のリニアモータ１′では、次のような課題が生じる。すなわち、一般にリニアモータにおいては、可動子と固定子との間に微小な間隙を確保する必要がある。また、軸方向両側の軸受同士に軸芯のずれや傾きが生じた場合には、ロッドが摺動する際に抵抗が増えたり、引っ掛かりが発生する可能性がある。このため、軸受の軸芯（すなわち可動子の軸芯）と固定子の軸芯との同芯精度を確保することが必須である。

このとき、上記比較例のリニアモータ１′においては、内周面に固定子３が設けられたヨーク５′（又はフレーム１０）と、負荷側及び反負荷側の軸受６，７を保持するブラケット１２′，１１とが別部材で構成されている。このような構成においては、可動子２と固定子３の同芯精度を確保するために、軸受６，７を保持するブラケット１２′，１１と固定子３が設けられるヨーク５′（又はフレーム１０）とを、例えばインロー結合や位置決めピンを用いて位置決めすることで、軸受６，７と固定子３との芯出しを行うのが一般的である。しかしながら、この場合、ブラケット１２′，１１やヨーク５′（又はフレーム１０）等の各部材に高い加工精度が要求されると共に、組み付け作業においてピンの挿入固定等の作業が必要となり、手間を要することとなる。

これに対し、本実施形態のリニアモータ１においては、負荷側の軸受６を保持する軸受保持部５２と固定子３が設けられるヨーク本体部５１とが一部材で構成されているため、上記のような位置決め作業及び組み付け作業が不要となる。また前述したように、ヨーク５に軸受保持部５２を一体的に設けることは、パイプの内側に流体を流し込み、その圧力で内径を部分的に拡張するいわゆるバルジ加工によって形成することが可能であり、このような加工においてはヨーク本体部５１と軸受保持部５２との同芯精度が容易に確保される。ヨーク本体部５１と軸受保持部５２とが同一軸芯であれば、ヨーク本体部５１と軸受６（すなわちロッド４）とが同一軸芯となり、その結果、ヨーク本体部５１に設けられた固定子３と、ロッド４に設けられた可動子２とが同一軸芯となる。したがって、部材の高精度な加工を不要としつつ、可動子２と固定子３の同芯精度を容易に確保することができる。

また、本実施形態では特に、次の効果を得る。すなわち、一般にリニアモータにおいて、軸方向両側に設けた一対の軸受に軸芯のずれや傾きが生じた場合には、ロッドが摺動する際に抵抗が増えたり、引っ掛かり等が発生する可能性がある。特に、負荷側の軸受は反負荷側の軸受よりも大きな力を受けるため、上記のような問題が生じた場合の影響が大きくなる。そこで本実施形態では、ヨーク５が、一対の軸受６，７のうち、特に負荷側の軸受６を保持する軸受保持部５２を一体的に有することで、少なくとも負荷側の軸受６の同芯精度を確保し、上記のような問題が生じるのを抑制することができる。

また、本実施形態では特に、軸受保持部５２を電機子３が設けられたヨーク本体部５１よりも小径に形成する。これにより、一般に外径が電機子３よりも小さく構成される軸受６を軸受保持部５２で確実に保持することができる。

また、本実施形態では特に、ヨーク本体部５１が、電機子３を構成する複数のコイル８を結線する領域Ｓを確保するための凸部５３と、電機子３に接続されるケーブル９を挿通するための開口部５４とを有している。これにより、ヨーク本体部５１の内周面に設けられた複数のコイル８をリニアモータ１の電機子３として機能させることができる。

また、本実施形態では特に、リニアモータ１は、ヨーク本体部５１の外周側に設けられたフレーム１０と、フレーム１０の負荷側の軸方向端部に配置され、軸受保持部５２を収納する軸受カバー１２とを有している。このようにフレーム１０と軸受カバー１２を設けることにより、ヨーク５の全体を覆って保護することができる。また、フレーム１０と軸受カバー１２を適宜の厚みに形成することで、上記実施形態のようにヨーク本体部５１と軸受保持部５２の径が異なる場合であってもリニアモータ１の外径を均一にすることができ、取扱性を向上できる効果もある。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）フレームと軸受カバーを一体化する場合
上記実施形態においては、フレーム１０と軸受カバー１２とを別部材として構成したが、これらを一体化してもよい。

図３（ａ）は、本変形例のリニアモータの全体構成を表す縦断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）中ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面による、本変形例のリニアモータの全体構成を表す横断面図である。なお、図３（ａ）（ｂ）は前述の図１（ａ）（ｂ）に対応しており、同等の部分には同符号を付し説明を適宜省略する。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、本変形例のリニアモータ１Ａにおいては、ヨーク本体部５１の外周側に、アルミ等の金属材料で構成された断面四角形状のフレーム１００が設けられている。このフレーム１００は、負荷側の軸方向端部に、ヨーク５の軸受保持部５２を収納する軸受カバー部１０１を一体的に有している。すなわち、本変形例のリニアモータ１Ａは、図１に示すリニアモータ１におけるフレーム１０と軸受カバー１２とを一体にした構成となっている。その他の構成は、上記実施形態のリニアモータ１と同様である。

本変形例のリニアモータ１Ａによれば、フレーム１００と軸受カバー部１０１とを一体的に構成することにより、それらを別部品で構成する場合に比べ、部品点数やコストを削減することができる。また別部品とした場合には連結作業が必要となるが、一体化することによりそれらの作業が不要となるので、組立作業に要する工数を削減でき、組立作業を効率良く行うことができる。

（２）ヨークが軸受保持部を負荷側及び反負荷側の両側に有する場合
上記実施形態においては、ヨーク５が軸受保持部５２により負荷側の軸受６のみを保持するようにしたが、これに限らず、ヨーク５が反負荷側の軸受についても保持するようにしてもよい。

図４（ａ）は、本変形例のリニアモータの全体構成を表す縦断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中ＩＶＢ−ＩＶＢ断面による、本変形例のリニアモータの全体構成を表す横断面図である。なお、図４（ａ）（ｂ）は前述の図１（ａ）（ｂ）に対応しており、同等の部分には同符号を付し説明を適宜省略する。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、本変形例のリニアモータ１Ｂにおいては、ヨーク５が、一対の軸受６，７Ｂのうち反負荷側の軸受７Ｂを保持する軸受保持部５５を一体的に有している。この軸受保持部５５は、ヨーク本体部５１の反負荷側に配置されており、ヨーク本体部５１内に電機子３を挿入するスペースを確保するために、ヨーク本体部５１よりも大径に形成されている。またこれに応じ、反負荷側の軸受７Ｂは負荷側の軸受６よりも大径の軸受となっている。なお、軸受保持部５５が、特許請求の範囲に記載の第２軸受保持部に相当する。

フレーム１０Ａの反負荷側の軸方向端部には、ヨーク５Ｂの軸受保持部５５を収納する軸受カバー１３が設けられている。この軸受カバー１３は、負荷側の軸受カバー１２と同様に、単に軸受保持部５５を覆うためのものである。このため、軸受カバー１３の内周面と軸受保持部５５の外周面との間には隙間が設けられている。軸受カバー１３は、内部に収納する軸受保持部５５の径に合わせてフレーム１０Ａよりも大径に形成されている。また、フレーム１０Ａの反負荷側の端部には、軸受カバー１３とほぼ同径の拡径部１０２が形成されている。その他の構成は、上記実施形態のリニアモータ１と同様である。

本変形例のリニアモータ１Ｂにおいては、ヨーク５Ｂが、負荷側の軸受６を保持する軸受保持部５２に加え、反負荷側の軸受７Ｂを保持する軸受保持部５５を有している。これにより、一対の軸受６，７Ｂの両方をヨーク５Ｂにより保持することができるので、負荷側の軸受６のみを保持する構成の上記実施形態よりも、可動子２と固定子３の同芯精度をさらに容易且つ確実に確保することができる。また、反負荷側の軸受保持部５５をヨーク本体部５１よりも大径とすることで、ヨーク本体部５１内に電機子３を挿入するスペースを確保することができる。

（３）その他
以上においては、軸受６，７等が直動軸受である場合を一例として説明したが、これに限らず、例えばロッド４を直動且つ回転駆動させるような場合には、軸受６，７等を直動回転軸受で構成してもよい。

また以上においては、例えば軸受保持部をヨーク本体部の軸方向一方側にのみ設ける場合には負荷側に設けるようにしたが、反負荷側に設けてもよい。また軸方向一方側にのみ設ける場合に、軸受保持部をヨーク本体部よりも大径に形成してもよい。さらに、上記変形例（２）に記載したように軸受保持部をヨーク本体部の軸方向両側に設ける場合に、一方側の軸受保持部をヨーク本体部よりも小径に、他方側の軸受保持部をヨーク本体部よりも大径に形成したが、これに限らず、両側の軸受保持部をヨーク本体部よりも大径（あるいは同径）に形成してもよい。

また以上においては、界磁２を可動子とし、電機子３を固定子とした場合を一例として説明したが、これに限らず、反対に界磁２を固定子とし、電機子３を可動子とするリニアモータに本発明を適用してもよい。この場合も上記実施形態等と同様の効果を得る。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１，１Ａ，１Ｂ リニアモータ
２ 界磁（可動子）
３ 電機子（固定子）
４ ロッド
５ ヨーク
６，７ 軸受
７Ｂ 軸受
８ コイル
９ ケーブル
１０ フレーム
１２ 軸受カバー
１３ 軸受カバー
５１ ヨーク本体部
５２ 軸受保持部（第１軸受保持部）
５３ 凸部
５４ 開口部
５５ 軸受保持部（第２軸受保持部）
１００ フレーム
１０１ 軸受カバー部
Ｓ 領域

Claims (9)

1. 界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記可動子を前記固定子に対し往復移動可能なリニアモータであって、
   前記界磁が設けられたロッドと、
   前記ロッドが挿通され、内周面に前記電機子が設けられた筒状のヨークと、
   前記ヨークの軸方向両側に配置され、前記ロッドを支持する一対の軸受と、を有し、
   前記ヨークは、
   前記一対の軸受のうち少なくとも一方を保持する軸受保持部を一体的に有する
   ことを特徴とするリニアモータ。
2. 前記ヨークは、
   前記一対の軸受のうち負荷側の軸受を保持する第1軸受保持部を一体的に有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記ヨークは、
   内周面に前記電機子が設けられたヨーク本体部を有しており、
   前記第１軸受保持部は、
   前記ヨーク本体部よりも小径に形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記ヨークは、
   前記一対の軸受のうち反負荷側の軸受を保持する第２軸受保持部を一体的に有する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のリニアモータ。
5. 前記ヨークは、
   内周面に前記電機子が設けられたヨーク本体部を有しており、
   前記第２軸受保持部は、
   前記ヨーク本体部よりも大径に形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記ヨーク本体部は、
   前記電機子を構成する複数のコイルを結線する領域を確保するための凸部と、
   前記電機子に接続されるケーブルを挿通するための開口部と、を有している
   ことを特徴とする請求項３又は５に記載のリニアモータ。
7. 前記ヨーク本体部の外周側に設けられたフレームと、
   前記フレームの軸方向端部に配置され、前記軸受保持部を収納する少なくとも１つの軸受カバーと、をさらに有する
   ことを特徴とする請求項６に記載のリニアモータ。
8. 前記フレームと前記軸受カバーとが一体的に構成されている
   ことを特徴とする請求項７に記載のリニアモータ。
9. 前記軸受は、
   前記ロッドを軸方向に移動可能に支持する直動軸受である
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のリニアモータ。

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