JP2016178749A - Linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニアアクチュエータに関する。特に、ワークの表面に文字等を印字するレーザマーキング装置のマーキングヘッドの移動に用いるリニアアクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator. In particular, the present invention relates to a linear actuator used for moving a marking head of a laser marking device that prints characters or the like on the surface of a workpiece.
レーザマーキング装置では、ボイスコイルモータにより応答性良くレンズ等を移動させて焦点合わせを行うリニアアクチュエータが用いられている。ボイスコイルモータを利用したリニアアクチュエータは、駆動コイルを備える可動子と、磁石を備える固定子とを備えており、可動子がリニアガイドによって直線移動可能な状態で固定子に支持されている。可動子には、レンズを保持するためのレンズフレームが取り付けられており、可動子の直線移動に伴って、レンズも移動する。駆動コイルに励磁される電流の大きさを制御することによって、可動子がその中心軸に沿って直線移動することができ、レンズフレームに保持されたレンズの焦点調整を行うことが可能となっている。 In the laser marking device, a linear actuator that uses a voice coil motor to move a lens or the like with good responsiveness to perform focusing is used. A linear actuator using a voice coil motor includes a mover having a drive coil and a stator having a magnet, and the mover is supported by the stator so as to be linearly movable by a linear guide. A lens frame for holding the lens is attached to the mover, and the lens moves as the mover moves linearly. By controlling the magnitude of the current excited in the drive coil, the mover can move linearly along its central axis, and the focus of the lens held in the lens frame can be adjusted. Yes.
このようなリニアアクチュエータにおいて、微小範囲を直線移動させる場合、応答性良く、高い位置決め精度が求められる。例えば特許文献1では、可動子に位置検出機構を設けることにより、可動子の位置を正確に把握することで精緻に位置制御を行うリニアアクチュエータが開示されている。
In such a linear actuator, when the minute range is moved linearly, high positioning accuracy is required with high responsiveness. For example,
リニアアクチュエータの位置決め精度を下げる要因として、可動子の歪や変形が挙げられる。しかし、ボイスコイルモータを利用したリニアアクチュエータでは、駆動コイルの径方向の厚みが可動子の磁気回路の特性に大きく影響を与える。したがって、可動子の厚みを大きくし、可動子の剛性を高めることで歪や変形を抑制する方法を採用することは困難であるという問題点があった。 Factors that lower the positioning accuracy of the linear actuator include distortion and deformation of the mover. However, in a linear actuator using a voice coil motor, the radial thickness of the drive coil greatly affects the characteristics of the magnetic circuit of the mover. Therefore, there is a problem that it is difficult to adopt a method of suppressing distortion and deformation by increasing the thickness of the mover and increasing the rigidity of the mover.
特に、レンズ等の移動対象となる部材の他に、位置検出機構を可動子に取り付ける場合には、可動子全体の重量が大きくなり、可動子に歪や変形が生じるおそれがある。このような場合、レンズ等の移動対象となる部材と、位置検出機構との間の距離を精緻に維持することが困難となり、位置決め精度が低下するおそれがある。また、可動子が変形することにより、可動子そのものの動作不良や故障の原因ともなりかねない。 In particular, when the position detection mechanism is attached to the mover in addition to a member to be moved such as a lens, the weight of the entire mover increases, and the mover may be distorted or deformed. In such a case, it becomes difficult to maintain a precise distance between the position detection mechanism and a member to be moved such as a lens, and the positioning accuracy may be reduced. In addition, deformation of the mover may cause malfunction or failure of the mover itself.
特許文献2には、可動子のフレームの前後の開放面に端板を設け、モータ可動子の剛性を高めているリニアモータが開示されている。しかし、特許文献2のリニアモータでは、可動子の開放面に端板を設けており、端板を設けることで、可動子の搖動範囲で端板を避けながらレンズ搭載部14と位置検出器5との間を遮光することが困難になる。したがって、レンズ搭載部14の前後で反射された光が位置検出器5に入射し、ノイズとして検出されやすいと言う問題点があった。
また、特許文献2のように、可動子のフレームの前後の開放面に端板を設ける構成では、可動子の内側にリニアガイドを設けようとする場合、端板に穴を開けてリニアガイドの一部を固定子に固定する必要が生じる。そのため、組立性を考慮すると、特許文献2のように、可動子の外側にリニアガイドを設ける必要が生じる。
Further, as in
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、駆動コイルの磁気回路特性に影響を与えることなく、可動子の剛性を高めることが可能なリニアアクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a linear actuator that can increase the rigidity of the mover without affecting the magnetic circuit characteristics of the drive coil.
上記目的を達成するために第1発明に係るリニアアクチュエータは、外周面の周方向に駆動コイルが巻きつけられた筒状の可動子を有する可動部分と、前記可動子の外周面と所定の間隙をもって前記可動子の外部に配置される磁性体と、前記可動子の内部を通過するように配置される固定板とを有する固定子と、前記可動子の内側に配置され、前記固定板に取り付けられ前記可動子の移動方向に延設されるガイドレールと、前記可動子に取り付けられ前記ガイドレールに沿って直線移動可能なガイドブロックとを有するリニアガイドと、前記可動子の外周面または内周面に配置され、前記固定子に対する前記可動子の直線移動方向における相対位置を検出する位置検出装置と、前記可動子の直線移動方向と垂直な面において、前記位置検出装置が配置された位置とは、前記可動子の中心を挟んで対向する位置の前記可動子の外周面または内周面に取り付けられ、前記可動子とともに移動対象となる部材が取り付けられる取付部材と、前記可動子の内側に配置され、しかも前記可動子の内側から、前記位置検出装置が配置された方向と前記取付部材とが配置された方向とに前記可動子を支持し、前記位置検出装置と前記取付部材との間の前記可動部分を結合するための結合部材とを備え、前記固定板は、前記可動子の移動方向にスリット状の形状を有する貫通孔を有し、前記貫通孔には、前記結合部材が挿通されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a linear actuator according to a first aspect of the present invention includes a movable portion having a cylindrical mover around which a drive coil is wound in the circumferential direction of an outer peripheral surface, and a predetermined gap from the outer peripheral surface of the mover. And a stator having a magnetic body disposed outside the movable element and a stationary plate disposed so as to pass through the interior of the movable element, and disposed on the inner side of the movable element and attached to the stationary plate. A linear guide having a guide rail extending in a moving direction of the movable element, a guide block attached to the movable element and linearly movable along the guide rail, and an outer peripheral surface or an inner peripheral surface of the movable element A position detection device that is disposed on a surface and detects a relative position of the mover with respect to the stator in a linear movement direction; and a position detection device that is perpendicular to the linear movement direction of the mover. Is located on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the mover at a position facing the center of the mover, and an attachment member to which a member to be moved is attached together with the mover. The mover is arranged inside the mover, and supports the mover in the direction in which the position detection device is arranged and the direction in which the mounting member is arranged from the inside of the mover, and the position detection device. A coupling member for coupling the movable part to the mounting member, and the fixed plate has a through-hole having a slit shape in the moving direction of the movable element, The coupling member is inserted.
第1発明では、可動子の内側から、位置検出装置が配置された方向と取付部材とが配置された方向とに可動子を支持し、位置検出装置と取付部材との間の可動部分を結合するための結合部材を設けることによって、位置検出装置と取付部材との間の剛性を高めることができる。また、固定板は、可動子の移動方向にスリット状の形状を有する貫通孔を有し、貫通孔には、結合部材が挿通されているので、位置検出装置による可動子と固定子との相対位置検出の精度を高めることができ、取付部材に取り付けられる移動対象部材の位置決め精度を高めることが可能となる。 In the first invention, from the inside of the mover, the mover is supported in the direction in which the position detection device is arranged and the direction in which the attachment member is arranged, and the movable part between the position detection device and the attachment member is coupled. By providing the coupling member for the purpose, the rigidity between the position detection device and the mounting member can be increased. Further, the fixed plate has a through hole having a slit shape in the moving direction of the mover, and since the coupling member is inserted into the through hole, the relative position between the mover and the stator by the position detection device is increased. The accuracy of position detection can be increased, and the positioning accuracy of the movement target member attached to the attachment member can be increased.
また、第2発明に係るリニアアクチュエータは、第1発明において、前記位置検出装置は、光学式の位置検出装置であり、前記可動子の内周面側に、前記貫通孔を介して前記位置検出装置側に通過する光を遮断する遮光板を備えることが好ましい。 The linear actuator according to a second invention is the linear actuator according to the first invention, wherein the position detection device is an optical position detection device, and the position detection is performed on the inner peripheral surface side of the mover via the through hole. It is preferable to provide a light shielding plate that blocks light passing through the apparatus.
第2発明では、位置検出装置として光学式の位置検出装置が用いられる。例えば、可動子の外周面にLED(Light Emitting Diode)等の発光部を取り付け、固定子の対向する面にPSD(Position Sensitive Detector)などの受光部を取り付け、受光部の出力信号に基づいて可動子の固定子に対する相対位置を検出することができる。したがって、受光部に外乱光が入射すると、誤検出が生じるおそれがある。特に、取付部材にレンズや光源等の光学系部材が取り付けられる場合、光学系部材から出射した光及び散乱した光が、固定板に設けられた貫通孔を通過して、位置検出装置の受光部に到達するおそれがある。しかし、可動子の内周面側に遮光板を設けることにより、貫通孔を通過して位置検出装置に入射する光を遮断することができ、誤検出が生じることを未然に防止することが可能となる。 In the second invention, an optical position detection device is used as the position detection device. For example, a light emitting part such as an LED (Light Emitting Diode) is attached to the outer peripheral surface of the mover, and a light receiving part such as a PSD (Position Sensitive Detector) is attached to the opposite face of the stator, and the movable part is movable based on the output signal of the light receiving part The relative position of the child with respect to the stator can be detected. Therefore, when disturbance light is incident on the light receiving unit, there is a risk of erroneous detection. In particular, when an optical system member such as a lens or a light source is attached to the mounting member, light emitted from the optical system member and scattered light pass through a through-hole provided in the fixed plate, and the light receiving unit of the position detection device There is a risk of reaching. However, by providing a light shielding plate on the inner peripheral surface side of the mover, light that passes through the through hole and enters the position detection device can be blocked, and it is possible to prevent erroneous detection from occurring. It becomes.
また、第3発明に係るリニアアクチュエータは、第1発明において、前記位置検出装置は、光学式の位置検出装置であり、前記固定板と前記位置検出装置との間であって、前記可動子の上面からみた平面視において、前記固定板の前記貫通孔を覆う遮光板を備えることが好ましい。 The linear actuator according to a third aspect of the present invention is the linear actuator according to the first aspect, wherein the position detection device is an optical position detection device, between the fixed plate and the position detection device, It is preferable to include a light shielding plate that covers the through hole of the fixed plate in a plan view as viewed from above.
第3発明では、位置検出装置として光学式の位置検出装置が用いられる。固定板と位置検出装置との間であって、可動子の上面からみた平面視において、固定板の貫通孔を覆う遮光板を備えることにより、貫通孔を通過して位置検出装置に入射する光を遮断することができ、誤検出が生じることを未然に防止することが可能となる。 In the third invention, an optical position detection device is used as the position detection device. Light that passes between the fixed plate and the position detection device and is incident on the position detection device through the through hole by providing a light shielding plate that covers the through hole of the fixed plate in a plan view as viewed from the upper surface of the mover. It is possible to prevent the occurrence of false detection.
また、第4発明に係るリニアアクチュエータは、第2又は第3発明において、前記遮光板は、前記可動子の内周面に接して配置されていることが好ましい。 Moreover, the linear actuator which concerns on 4th invention is 2nd or 3rd invention. WHEREIN: It is preferable that the said light shielding plate is arrange | positioned in contact with the internal peripheral surface of the said needle | mover.
第4発明では、遮光板は、可動子の内周面に接して配置されているので、可動子との隙間から光漏れが生じにくい。 In the fourth invention, since the light shielding plate is disposed in contact with the inner peripheral surface of the mover, light leakage hardly occurs from the gap with the mover.
また、第5発明に係るリニアアクチュエータは、第1乃至第4発明のいずれか1つにおいて、前記位置検出装置及び前記取付部材は、前記リニアガイドを挟んで対向する位置に配置されていることが好ましい。 The linear actuator according to a fifth aspect of the present invention is the linear actuator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the position detecting device and the mounting member are disposed at positions facing each other with the linear guide interposed therebetween. preferable.
第5発明では、位置検出装置及び取付部材は、リニアガイドを挟んで対向する位置に配置されているので、結合部材により結合された位置検出装置と取付部材との間の剛性を高めると同時に、可動子の剛性を高めることができる。可動子の剛性を高めることにより、可動子の固有振動数を上げ、応答性を高めることができる。また、リニアアクチュエータの動作不良や故障を抑制することができる。特に、位置検出装置や取付部材を取り付けることにより可動子の重量が大きくなった場合であっても、結合部材により可動子全体の剛性を高めることができるので、可動子の変形や損傷を抑制することが可能となる。 In the fifth invention, since the position detection device and the mounting member are disposed at positions facing each other with the linear guide interposed therebetween, the rigidity between the position detection device and the mounting member coupled by the coupling member is increased, The rigidity of the mover can be increased. By increasing the rigidity of the mover, the natural frequency of the mover can be increased and the responsiveness can be increased. In addition, it is possible to suppress malfunctions and failures of the linear actuator. In particular, even when the weight of the mover is increased by attaching a position detection device or an attachment member, the rigidity of the entire mover can be increased by the coupling member, so that deformation and damage of the mover are suppressed. It becomes possible.
また、第6発明に係るリニアアクチュエータは、第1乃至第5発明のいずれか1つにおいて、前記固定子は、複数のインナーヨークを有し、前記固定板は、前記複数のインナーヨーク間を固定し、前記複数のインナーヨーク間に前記貫通孔が配置されていることが好ましい。 The linear actuator according to a sixth aspect of the present invention is the linear actuator according to any one of the first to fifth aspects, wherein the stator has a plurality of inner yokes, and the fixing plate fixes the plurality of inner yokes. And it is preferable that the said through-hole is arrange | positioned between these inner yokes.
第6発明では、固定子は、複数のインナーヨークを有し、固定板は、複数のインナーヨーク間を固定し、複数のインナーヨーク間に貫通孔が配置されているので、貫通孔が磁気回路に与える影響は少ない。 In the sixth invention, the stator has a plurality of inner yokes, and the fixing plate fixes the plurality of inner yokes, and the through holes are arranged between the plurality of inner yokes. Has little effect on
また、第7発明に係るリニアアクチュエータは、第1乃至第6発明のいずれか1つにおいて、前記リニアガイドは、前記取付部材の上面に配置され、前記リニアガイドの左右に複数の支持部材が前記リニアガイドと接するように配置され、前記リニアガイドの上面には、前記固定板が配置されていることが好ましい。 The linear actuator according to a seventh aspect of the present invention is the linear actuator according to any one of the first to sixth aspects, wherein the linear guide is disposed on an upper surface of the mounting member, and a plurality of support members are provided on the left and right of the linear guide. Preferably, the linear plate is disposed in contact with the linear guide, and the fixed plate is disposed on an upper surface of the linear guide.
第7発明では、リニアガイドは、取付部材の上面に配置され、リニアガイドの左右に複数の支持部材がリニアガイドと接するように配置され、リニアガイドの上面には、固定板が配置されているので、光が漏れにくい構造となっている。 In the seventh invention, the linear guide is disposed on the upper surface of the mounting member, and a plurality of support members are disposed on the left and right sides of the linear guide so as to contact the linear guide, and a fixed plate is disposed on the upper surface of the linear guide. Therefore, it has a structure that prevents light from leaking.
また、第8発明に係るリニアアクチュエータは、第1乃至第7発明のいずれか1つにおいて、前記位置検出装置は、発光部と受光部とを有し、前記発光部又は前記受光部のいずれか一方が前記可動子に配置され、他方が前記固定子に配置されていることが好ましい。 The linear actuator according to an eighth aspect of the present invention is the linear actuator according to any one of the first to seventh aspects, wherein the position detection device includes a light emitting unit and a light receiving unit, and either the light emitting unit or the light receiving unit. It is preferable that one is disposed on the mover and the other is disposed on the stator.
第8発明では、位置検出装置は、発光部と受光部とを有し、発光部又は受光部のいずれか一方が可動子に配置され、他方が固定子に配置されているので、可動子の移動に応じて受光量が変動して位置を検出することができる。 In the eighth invention, the position detection device has a light emitting part and a light receiving part, and either the light emitting part or the light receiving part is arranged on the mover and the other is arranged on the stator. The position can be detected by changing the amount of received light according to the movement.
また、第9発明に係るリニアアクチュエータは、第1乃至第8発明のいずれか1つにおいて、前記可動子は、矩形筒状であり、前記可動子の直線移動方向と垂直な面での断面図において、上面と下面と左面と右面とを有し、前記固定子は、前記可動子の内部の前記左面及び前記右面とそれぞれ間隙をもって配置され、前記固定板により接続された複数のインナーヨークと、前記可動子の外部の前記左面及び前記右面とそれぞれ間隙をもって配置され、前記複数のインナーヨークとそれぞれ、前記可動子の直線移動方向の端部において接続されている複数のアウターヨークとを有し、前記位置検出装置は、前記可動子の上面の外周面に配置され、前記遮光板は、前記可動子の上面の内周面に配置され、前記取付部材は、前記可動子の下面の内周面に配置され、前記リニアガイドは、前記取付部材の上面に配置され、前記結合部材は、前記固定板の貫通孔を挿通して、前記取付部材の上面と、前記遮光板の下面とを結合していることが好ましい。 A linear actuator according to a ninth aspect of the present invention is the linear actuator according to any one of the first to eighth aspects, wherein the movable element has a rectangular cylindrical shape, and is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the linear movement direction of the movable element. A plurality of inner yokes, each having an upper surface, a lower surface, a left surface, and a right surface, wherein the stator is disposed with a gap between each of the left surface and the right surface inside the mover, and connected by the fixed plate; The left and right surfaces outside the mover are arranged with a gap, respectively, and the plurality of inner yokes and a plurality of outer yokes connected at the ends of the mover in the linear movement direction, The position detecting device is disposed on an outer peripheral surface of the upper surface of the movable element, the light shielding plate is disposed on an inner peripheral surface of the upper surface of the movable element, and the mounting member is an inner peripheral surface of the lower surface of the movable element. The linear guide is disposed on the upper surface of the mounting member, and the coupling member is inserted through the through hole of the fixing plate to couple the upper surface of the mounting member and the lower surface of the light shielding plate. It is preferable.
第9発明では、可動子は、矩形筒状であり、可動子の直線移動方向と垂直な面での断面図において、上面と下面と左面と右面とを有する。固定子は、可動子の内部の左面及び右面とそれぞれ間隙をもって配置され、固定板により接続された複数のインナーヨークと、可動子の外部の左面及び右面とそれぞれ間隙をもって配置され、複数のインナーヨークとそれぞれ、可動子の直線移動方向の端部において接続されている複数のアウターヨークとを有する。位置検出装置は、可動子の上面の外周面に配置され、遮光板は、可動子の上面の内周面に配置され、取付部材は、可動子の下面の内周面に配置されている。リニアガイドは、取付部材の上面に配置され、結合部材は、固定板の貫通孔を挿通して、取付部材の上面と、遮光板の下面とを結合しているので、位置検出装置と取付部材との間の剛性を高めることができる。 In the ninth invention, the mover has a rectangular cylindrical shape, and has an upper surface, a lower surface, a left surface, and a right surface in a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the linear movement direction of the mover. The stator is arranged with a gap between each of the left and right surfaces inside the mover, and has a plurality of inner yokes connected by a fixed plate, and with a gap between each of the left and right surfaces outside the mover, and a plurality of inner yokes. And a plurality of outer yokes connected at the ends of the mover in the linear movement direction. The position detection device is disposed on the outer peripheral surface of the upper surface of the mover, the light shielding plate is disposed on the inner peripheral surface of the upper surface of the mover, and the attachment member is disposed on the inner peripheral surface of the lower surface of the mover. The linear guide is disposed on the upper surface of the mounting member, and the coupling member is inserted through the through hole of the fixing plate and couples the upper surface of the mounting member and the lower surface of the light shielding plate. The rigidity between the two can be increased.
また、第10発明に係るリニアアクチュエータは、第1乃至第9発明のいずれか1つにおいて、前記取付部材は、レーザ光の焦点調整を行うレンズを収容可能なレンズフレームであることが好ましい。 In the linear actuator according to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the mounting member is preferably a lens frame that can accommodate a lens that performs laser beam focus adjustment.
第10発明では、取付部材が、レンズを収容可能なレンズフレームであるので、レーザ光の焦点調整を行うレンズを移動対象とすることができ、例えばレーザマーキング装置のZ軸スキャナ用のリニアアクチュエータとして用いることが可能となる。 In the tenth aspect of the invention, since the mounting member is a lens frame that can accommodate the lens, the lens that adjusts the focus of the laser beam can be a moving object. For example, as a linear actuator for a Z-axis scanner of a laser marking device It can be used.
本発明によれば、駆動コイルの磁気回路に影響を与えることなく、可動子及び可動子に取り付けられる部材間の剛性を高く維持し、応答性、位置決め精度の良好なリニアアクチュエータを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a linear actuator that maintains high rigidity between the mover and a member attached to the mover without affecting the magnetic circuit of the drive coil, and has excellent responsiveness and positioning accuracy. It becomes possible.
以下、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータについて、図面に基づいて具体的に説明する。まず、本発明のリニアアクチュエータが適用されるレーザマーキング装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータが適用されるレーザマーキング装置の構成を模式的に示すブロック図である。 Hereinafter, a linear actuator according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. First, a laser marking device to which the linear actuator of the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a laser marking device to which a linear actuator according to an embodiment of the present invention is applied.
図1に示すように、レーザマーキング装置10は、マーキングヘッド1と、マーキングヘッド1の動作を制御するコントローラ2と、コントローラ2とデータ通信することが可能に接続されている印字データ生成装置3とで構成されている。印字データ生成装置3は、コントローラ2に対して印字データを展開データとして送信する。印字データ生成装置3は、展開データを生成するプログラムをインストールしたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)等で構成されることが好ましい。
As shown in FIG. 1, a
コントローラ2には、必要に応じて各種外部機器4が接続される。外部機器4としては、例えばライン上に搬送されるワークWの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置401、ワークWとマーキングヘッド1との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置402、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うPLC403、ワークWの通過を検出するPD(Photodiode)センサ、その他各種のセンサ等を例示的に挙げることができる。
Various
レーザマーキング装置10は、ワークWの表面に印字する印字パターンを設定し、ワークWの表面に印字する。なお、印字する文字等としては、文字、記号、図形等が含まれ、具体的には、ひらがな、カタカナ、漢字、アルファベット、数字、記号、絵文字、アイコン、ロゴ、バーコード、二次元コード等のグラフィックを含む。
The
図2は、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータが適用されるレーザマーキング装置10の、固体レーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。レーザマーキング装置10は、コントローラ2(レーザ光発生部200及びレーザ光制御部201を含む)とマーキングヘッド1(レーザ出力部202)とを含み、レーザ出力部202に含まれるレーザ発振部204のレーザ媒質206で発振されたレーザビームLbをワークWの表面で二次元状に走査させることでワークWの表面に印字する。印字動作を制御する印字信号は、レーザビームLbのオンオフ信号であり、1パルスが発振されるレーザビームLbの1パルスに対応するPWM信号である。PWM信号は、周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度を規定することができる。変形例として、周波数に基づいた走査速度によってレーザ強度を規定しても良い。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the
レーザ光発生部200は、レーザ励起光源208と集光部210とを備え、レーザ励起光源208には電源から定圧電源が供給される。レーザ励起光源208は、半導体レーザ、ランプ等で構成される。具体的には、レーザ励起光源208は、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイで構成され、各素子からのレーザ発振がライン状に出力され、集光部210の入射面に入射される。
The laser
レーザ光発生部200とレーザ出力部202とは、光ファイバケーブル212によって連結され、レーザ光発生部200が生成したレーザ励起光は、上述したレーザ媒質206に入射される。レーザ媒質206は、ロッド状の固体レーザ媒質(例えばNd:YVO4 )で構成され、一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザビームLbを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式が採用されている。レーザ媒質206は、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出射されるレーザビームLbの波長を任意の波長に変換できるようにしても良い。
The
レーザ媒質206は、上述した固体レーザ媒質の代わりに、レーザビームを発振させる共振器を用いることなく、波長変換のみを行う波長変換素子で構成しても良い。この場合、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行えば良い。
The
波長変換素子としては、例えばKTP(KTiPO4 )、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばKN(KNbO3 )、KAP(KAsPO4 )、BBO、LBO、バルク型の分極反転素子(LiNbO3 (Periodically Poled Lithium Niobate:PPLN)、LiTaO3 等)が利用できる。また、Ho、Er、Tm、Sm、Nd等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。 Examples of the wavelength conversion element include KTP (KTiPO 4 ), organic nonlinear optical materials and other inorganic nonlinear optical materials such as KN (KNbO 3 ), KAP (KAsPO 4 ), BBO, LBO, and bulk polarization inversion elements (LiNbO). 3 (Periodically Poled Lithium Niobate: PPLN), LiTaO 3, etc.) can be used. Further, a semiconductor laser for an excitation light source of a laser by up-conversion using a fluoride fiber doped with rare earth such as Ho, Er, Tm, Sm, and Nd can be used.
レーザ出力部202は、レーザビームLbを発振させる上述したレーザ発振部204を備えている。レーザ発振部204は、上述したレーザ媒質206が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Qスイッチ等を備えている。レーザ媒質206が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間における多重反射により増幅し、Qスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザビームLbを出射する。
The
レーザ発振部204として、CO2 やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザ方式を採用しても良い。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合、レーザ発振部204は、内蔵電極を含むレーザ発振部204の内部に炭酸ガス(CO2 )が充填され、コントローラ2から与えられる印字信号に基づいて内蔵電極により炭酸ガスを励起してレーザ発振させる。
As the
レーザビーム走査系220は、レーザ発振部204と光路を一致させたZ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ242と、X軸スキャナ224と、X軸スキャナ224と直交するよう配置されたY軸スキャナ226とを備える。レーザビーム走査系220は、レーザ発振部204から出射されるレーザビームLbを、X軸スキャナ224及びY軸スキャナ226によりワークWの表面上の作業領域で二次元状に走査させる。
The laser
X軸スキャナ224及びY軸スキャナ226は、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラー224a、226a、ガルバノミラー224a、226aを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータ224b、226bと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部、例えばエンコーダとを備える。また、X軸スキャナ224、Y軸スキャナ226は、スキャナ駆動回路228に接続されている。スキャナ駆動回路228はコントローラ2に接続されており、コントローラ2から供給される制御信号に基づいてX軸スキャナ224、Y軸スキャナ226を駆動する。
The
ビームエキスパンダ242は、レーザ媒質206から出射するレーザビームLbのスポット径を調整する。スポット径を調整することで、ワーキングディスタンス(焦点距離)を調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ242で入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることで、レーザビームLbのビーム径を拡大/縮小し、焦点位置を変化させることができる。
The
ビームエキスパンダ242、X軸スキャナ224、Y軸スキャナ226の動作を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームLbをワークWの表面で二次元状に走査することができる。したがって、ワークWの表面に対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで印字することができる。
By controlling the operations of the
図3は、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータが適用されるレーザマーキング装置10の、ファイバレーザマーカを用いる場合の構成を示すブロック図である。図3に示すように、レーザマーキング装置10は、コントローラ2とマーキングヘッド1とで構成され、コントローラ2に接続された印字データ生成装置3は、ワークWの印字条件等の入力を受け付けて、ディスプレイ上に印字条件に対応するパラメータの設定画面等を表示する表示部を備えた入出力手段である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration when a fiber laser marker is used in the
コントローラ2は、メイン制御回路508、ワーク加工情報記憶部510、電源回路512、励起光源514及びレーザビーム増幅器516を含むレーザ発振器ユニットとして構成され、レーザの発振制御及びレーザビームの走査制御等を実行する。励起光源514は、レーザ媒質を励起するための励起光を生成するLD(レーザダイオード)等の発光素子と集光レンズとを含む。
The
レーザビーム増幅器516は、コアにレーザ媒質が添加された光ファイバを含み、レーザビーム増幅器516を用いてレーザビームを増幅することにより、エネルギー密度の高い高出力のレーザビームを生成することができる。レーザビーム増幅器516は、低出力の種光を発生させるマスターオシレータ部、種光を増幅するパワーアンプ部、ポンピング用光源装置、アイソレータ等で構成され、マスターオシレータ部及びパワーアンプ部は、レーザ媒質としてイッテルビウム(Yb)などの希土類元素が添加された希土類ドープ光ファイバを含む。
The
コントローラ2とマーキングヘッド1とは光ファイバケーブル520によって連結され、光ファイバケーブル520には、レーザビーム増幅器516で増幅されたレーザビームが直接的に入力される。
The
マーキングヘッド1は、光アイソレータ522、ビームエキスパンダ524、ビームサンプラー526、シャッタ528、フォトインタラプタ530、ダイクロイックミラー532、Z軸スキャナ534、X軸/Y軸スキャナ536、パワーモニタ538及びガイド光源540を含む。
The marking
光アイソレータ522は、光ファイバケーブル520の端面から出射されたレーザビームを通過させ、戻り光を抑制する戻り光抑制手段を構成し、光ファイバケーブル520を介して伝送されたレーザビームをビームエキスパンダ524へ入力する順方向への伝送を許容し、逆方向への伝送を禁止する。光アイソレータ522は、例えば、アパーチャ、偏光子、ファラデー回転子によって構成される。アパーチャは、通過光の光量を制限するための遮断板である。偏光子は、複屈折結晶からなるロッド状の光学素子である。ファラデー回転子は、磁界の印加によって偏光面を回転させる磁気光学素子である。
The
ビームエキスパンダ524は、レーザビームのビーム径を可変に制御するビーム径可変手段を構成し、光アイソレータ522と光軸を一致させて配置される。ビームエキスパンダ524は、光路上に配置された複数のレンズによって構成され、レンズ間の距離を調整することにより、ビーム径を所望の値に変換している。ビームサンプラー526は、ビームエキスパンダ524を通過したレーザビームの一部をダイクロイックミラー532に向けて反射させ、他の一部をパワーモニタ538側へ透過させる光学素子である。
The
パワーモニタ538は、ビームサンプラー526を透過したレーザビームを受光し、レーザパワーを検出するレーザパワー検出用センサであり、レーザパワーの検出結果をパワーレベル検出信号としてコントローラ2内のメイン制御回路508へ出力する。パワーモニタ538としては、例えばサーモパイル(熱電対)、フォトダイオード等が用いられる。
The
シャッタ528は、レーザビームを必要に応じて遮断するための遮断装置であり、遮断板、及び遮断板を移動させる駆動機構によって構成される。シャッタ528は、ビームサンプラー526及びダイクロイックミラー532の間に配置されている。
The
フォトインタラプタ530は、シャッタ528が閉じているか否かを光学的に検出する光学センサである。ダイクロイックミラー532は、特定波長の光のみを反射し、他の波長の光を透過させる光学素子であり、シャッタ528を通過したレーザビームをZ軸スキャナ534に向けて反射し、ガイド光源540からのガイド光をそのまま透過させる。
The
Z軸スキャナ534は、光路上に配置された1又は2以上のレンズと、レンズを移動させるレンズ駆動用モータによって構成されるレーザビームの走査機構であり、レンズを変位させることによって、マーキングヘッド1から出射されるレーザビームの焦点位置を光軸方向に調整することができる。また、Z軸スキャナ534は、レーザビームの集光機能を有している。なお、Z軸スキャナ534は、ワークWの高さに追随してレーザビームの焦点位置を光軸方向に移動させることが可能な走査機構である。
The Z-
X軸/Y軸スキャナ536は、交差する回転軸にそれぞれ配置された2つのガルバノミラーと、ガルバノミラーを回転させるガルバノミラー駆動用モータとによって構成されるレーザビームの走査機構であり、ガルバノミラーを軸回転させることによって、レーザビームを光軸と交差する方向に走査させる。ここでは、印字対象面に照射されるレーザビームの光軸方向をZ軸方向と呼び、光軸と交差する互いに平行でない2つの方向をそれぞれX軸方向及びY軸方向と呼ぶ。
The X-axis / Y-
Z軸スキャナ534を通過したレーザビームは、X軸/Y軸スキャナ536のガルバノミラーによって反射され、ワークWに照射される。ガイド光源540は、レーザビームLbの照射位置をワークW上で可視化するためのガイド光を生成する光源装置である。ガイド光源540から出射されたガイド光は、ダイクロイックミラー532を透過し、レーザビームの光路に入る。レーザビームの光路に入ったガイド光は、Z軸スキャナ534及びX軸/Y軸スキャナ536を経てワークWに照射される。
The laser beam that has passed through the Z-
コントローラ2のワーク加工情報記憶部510は、ワークWのレーザ印字に関する情報をワーク加工情報として保持するメモリであり、ワーク加工情報として、文字などをワークW上に加工する際の加工線の描画情報、レーザ発振を制御するためのレーザ出力制御情報などが保持される。
The workpiece machining
メイン制御回路508は、ワーク加工情報記憶部510内に保持されているワーク加工情報に基づいて、励起光源514、レーザビーム増幅器516、Z軸スキャナ534、X軸/Y軸スキャナ536及びシャッタ528を制御する制御手段を構成し、具体的には、レーザ出力制御情報に基づいて、マーキングヘッド1から出射されるレーザビームのピークパワーやパルス幅を調整するための発振器制御信号を生成し、励起光源514及びレーザビーム増幅器516へ制御信号を出力する。
The
また、メイン制御回路508は、レーザ出力制御情報や描画情報に基づいて、Z軸スキャナ534のレンズ駆動用モータ、X軸/Y軸スキャナ536のミラー駆動用モータ、及び、シャッタ528を制御するための駆動信号を生成し、各種の制御信号をZ軸スキャナ534、X軸/Y軸スキャナ536及びシャッタ528へ出力する。
The
本発明に係るリニアアクチュエータは、例えば、マーキングヘッド1のZ軸スキャナ534のレンズ駆動用モータとして適用することができる。また、本発明に係るリニアアクチュエータは、マーキングヘッド1のX軸/Y軸スキャナ536のミラー駆動用モータとして適用することも可能である。
The linear actuator according to the present invention can be applied, for example, as a lens driving motor for the Z-
(実施の形態1)
図4は、本発明の実施の形態1に係るリニアアクチュエータの部分破断平面図である。なお、図4では、上部ケーシングの左右端部を残して中央部を破断し、内部構造が見える状態として表示している。図5は、図4においてV−V線で切断した縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 4 is a partially broken plan view of the linear actuator according to
リニアアクチュエータ600は、可動子602と、固定子604と、リニアガイド(案内装置)606と、位置検出装置608と、取付部材610と、結合部材612とを備えている。
The
可動子602は、矩形筒状のコイルフレーム(図示せず)と、コイルフレームの外周面に巻きつけられている駆動コイル(図示せず)とを含み、それぞれ中心軸方向(図4において上下方向、図5において紙面鉛直方向、以下「前後方向」という)に所定の幅を有する上部水平部602A、下部水平部602B、左垂直部602C、及び右垂直部602Dで構成されている。ここで、中心軸とは、図5に示すような断面において、可動子602の中心を通り、可動子602の移動方向に沿った軸を意味する。
The
上部水平部602A、下部水平部602B、左垂直部602C、及び右垂直部602Dは、それぞれ外側を向く面である外周面と、内側を向く内周面とを有している。固定子604は、可動子602と所定の間隙をもって配置される磁性体620を有する。なお、可動子602は、図5では断面が矩形形状を有しているが、円形形状、あるいは矩形形状であって角部に所定半径の面取りがなされた形状、その他筒状であれば、どのような形状を有していても良い。
The upper
可動子602は、駆動コイルに励磁電流が流れることにより、固定子604に対して相対的に前後方向に移動する。固定子604は、可動子602が移動した場合であっても、絶対的な位置が変動しない。
The
可動子602には、下部水平部602Bの内周面にレンズフレーム660(取付部材610)が、上部水平部602Aの外周面に位置検出装置608の発光部652が、上部水平部602Aの内面に遮光板670が、それぞれ配置されており、可動子602とともに前後方向に移動する。結合部材612も、可動子602とともに前後方向に移動する。リニアガイド606のガイドブロック644も、可動子602とともに前後方向に移動する。遮光板670とレンズフレーム660(取付部材610)とが可動子602とともに前後方向に移動するからである。
The
固定子604は、可動子602とともに前後方向に移動しない部分を意味しており、磁性体620、固定板640、リニアガイド606のガイドレール642、固定脚部632L、632R、上部ケーシング636を含む。
The
磁性体620は、図5に示すように、左右一対のアウターヨーク622L、622Rと、左右一対の永久磁石624L、624Rと、左右一対のインナーヨーク626L、626Rとを備えている。アウターヨーク622L、622Rは、前後方向に延びる一定厚さの矩形板状の部材であり、鉄、ニッケル、コバルト、その他の強磁性体材料で構成される。インナーヨーク626L(R)及びアウターヨーク622L(R)は、永久磁石624L(R)から生じる磁力線をインナーヨーク626L(R)とアウターヨーク622L(R)との間に集めるために備えている。磁性体のうち、アウターヨーク622L、622Rと、永久磁石624L、624Rとは、可動子602の外側に配置されており、インナーヨーク626L、626Rは可動子602の内側に配置されている。
As shown in FIG. 5, the
インナーヨーク626Lと626Rとの間には、固定板640が配置されており、固定子604の一部を構成する。また、固定板640の下には、リニアガイド606のガイドレール642が取り付けられ(固着され)ており、ガイドレール642は、可動子602が移動する場合であっても移動することがない。
A fixed
永久磁石624L、624Rは、アウターヨーク622L、622Rの前後方向中央部に取り付けられる矩形板状の部材であり、フェライト磁石、ネオジム磁石、その他、外部から磁場や電流の供給を受けることなく長期間磁性を保持することができる強磁性体材料で構成される。インナーヨーク626L、626Rは、前後方向に延びる一定厚さの板状の部材であり、アウターヨーク622L、622Rと同様に、鉄、ニッケル、コバルト、その他の強磁性体材料で構成される。
The
図4に示すように、インナーヨーク626L、626Rは、それぞれ、可動子602の内部を通過するように配置されており、前後方向両端部において、連結部材628F、628Rを介して、アウターヨーク622L、622Rと連結されている。連結部材628F、628Rについても、鉄、ニッケル、コバルト、その他の強磁性体材料で構成することが好ましい。
As shown in FIG. 4, the
アウターヨーク622L、622Rに取り付けられている永久磁石624L、624Rは、内側を向く面である内面が可動子602の外周面と所定の間隙を有するように配置されている。ここでは、可動子602の左垂直部602Cの外周面と、永久磁石624Lの内面(図5で右を向く面)との間に、第1間隙G1が生じるように、アウターヨーク622L及び永久磁石624Lが配置されている。同様に、可動子602の右垂直部602Dの外周面と、永久磁石624Rの内面(図5では左を向く面)との間に、第2間隙G2が生じるように、アウターヨーク622R及び永久磁石624Rが配置されている。
The
インナーヨーク626L、626Rは、その外側を向く面である外面が可動子602の内周面と所定の間隙をもつように配置されている。ここでは、可動子602の左垂直部602Cの内周面(図5で右を向く面)と、インナーヨーク626Lの外面(図5で左を向く面)との間に、第3間隙G3が生じるように、インナーヨーク626Lが配置されている。同様に、可動子602の右垂直部602Dの内周面(図5で左を向く面)と、インナーヨーク626Rの外面(図5で右を向く面)との間に、第4間隙G4が生じるように、インナーヨーク626Rが配置されている。
The
ケーシング630は、それぞれアウターヨーク622L、622Rの外側に位置する固定脚部632L、632Rと、可動子602及び固定子604の上方に位置する上部ケーシング636とを含む。アウターヨーク622L、622R、永久磁石624L、624R、インナーヨーク626L、626R及び連結部材628F、628Rは、一体的にケーシング630に取り付けられている。
The
固定脚部632L、632Rは、それぞれ、内側を向く面である内面にアウターヨーク622L、622Rの外面が連結され、固定子604をケーシング630の内部に固定する。上部ケーシング636は、固定脚部632L、632Rの上端部に取り付けられ、リニアアクチュエータ600の上面を保護している。
The outer surfaces of the
固定子604は、可動子602の内部を通過するように配置された固定板640を備えている。固定板640は、可動子602の内部を通過して、前後方向に延設されており、インナーヨーク626L、626Rに連結されている。
The
リニアガイド606は、可動子602が固定子604に対して相対的に前後方向に直線移動することが可能に支持する。具体的には、リニアガイド606は、固定板640に取り付けら(固着さ)れ、可動子602の移動方向に延設されるガイドレール642と、可動子602に取り付けられ、ガイドレール642に沿って摺動することで直線移動することが可能なガイドブロック644とを含む。なお、ガイドブロック644は、固定板640に固着されていない。
The
位置検出装置608は、固定子604に対する可動子602の直線移動方向時の相対位置を検出するものであり、種々の位置検出機構を適用することが可能である。例えば、位置検出装置608は、可動子602の上部水平部602Aの外周面に取り付けたLED(Light Emitting Diode)等で構成される発光部652と、上部ケーシング636の発光部652に対向する位置に取り付けられたPSD(Position Sensitive Detector)等で構成される受光部654とを備える。この場合、可動子602側の発光部652と、固定子604側に設けられた回路基板(図示せず)との間を、フレキシブルケーブル(図示せず)で接続することで電気的に接続する。
The
取付部材610には、移動対象となる部材を取り付ける。例えば、レーザマーキング装置10のマーキングヘッド1におけるZ軸スキャナ534(図3参照)のレンズ662を移動対象とする場合、取付部材610は、レンズ662を保持するためのレンズフレーム660になる。
A member to be moved is attached to the
可動子602の上部水平部602Aの内周面(図5で下を向く面)には、可動子602の内側から位置検出装置608側に入射する光を遮断するための遮光板670が取り付けられている。遮光板670は、後述する貫通孔672を通過した光が位置検出装置608に到達することを防止するためのものであり、少なくとも、可動子602の移動に伴って遮光板670が移動した場合であっても、貫通孔672と位置検出装置608の受光部654との間を遮光するようなサイズ及び位置に配置されている。
A
図6乃至図8に示すように、遮光板670は、可動子602の上面からみた平面視において、固定板642の貫通孔672を覆うように構成されている。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
結合部材612は、位置検出装置608と取付部材610との間に設けられ、位置検出装置608が取り付けられる可動子602の上部水平部602Aと、取付部材610が取り付けられる下部水平部602Bとを間接的に結合する。本実施の形態1では、上部水平部602Aの内周面(図5で下を向く面)に遮光板670が取り付けられており、下部水平部602Bの内周面(図5で上を向く面)に取付部材610が取り付けられている。したがって、結合部材612の上端を遮光板670に取り付け、結合部材612の下端を取付部材610に取り付けることにより、上部水平部602Aに取り付けられた位置検出装置608と、下部水平部602Bに取り付けられた結合部材612とを間接的に結合することができる。結合部材612により、取付部材610と遮光板670とを可動子602の内側から支え、可動子602の上下方法の剛性が高まる。
The
結合部材612は、可動子602の上部水平部602Aと下部水平部602Bとの間に配置されており、取付部材610を介して下部水平部602Bを支持し、遮光板670を介して上部水平部602Aを支持する。結合部材612により、可動子602の上下方向の剛性が高まる。上下方向の剛性が高まることにより、駆動力の発生に伴い可動子の移動の追従性がよくなり、リニアアクチュエータの応答性が向上する。
The
結合部材612は、剛性が高く、軽量の材質で構成されることが好ましく、例えば、硬質剛性樹脂材料、円筒形状の金属材料、その他の材料で構成できる。また、本実施の形態1では、可動子602の中央部にリニアガイド606が配置されており、結合部材612は、リニアガイド606の左右方向外側に配置されている。
The
固定板640は、結合部材612を挿通可能な貫通孔672を有している。貫通孔672は、可動子602の移動に伴って結合部材612が移動できるよう、可動子602の移動方向にスリット状に形成されている。結合部材612は、可動子602の移動に伴って貫通孔672内を移動することができる。固定板640に配置された貫通孔672は、図4に示すように、結合部材612に比べて大きく、図5に示すように、可動子602の前後方向の移動に伴い、結合部材612が貫通孔672に接触することなく前後方向に移動できるように、間隙が設けられている。そのため、貫通孔672を通過した光が位置検出装置608に到達することを遮光板670により防止する必要がある。
The fixing
遮光板670は、固定板640と可動子602の上部水平部602Aとの間に設けられている。遮光板670は、上部水平部602Aの内周面に設けられている。遮光板670の上部水平部602Aを挟んで反対側(図5で上方向)には、位置検出装置608の発光部652が設けられている。
The
図6乃至図8は、本発明の実施の形態1に係るリニアアクチュエータの動作を説明するための模式図である。図6は、可動子602が直線移動方向における中央に位置する場合の模式的平面図を、図7は、可動子602が直線移動方向における最後部(レンズ662の光入射側)に位置する場合の模式的平面図を、図8は、可動子602が直線移動方向における最前部(レンズ662の光出射側)に位置する場合の模式的平面図を、それぞれ示している。なお、図6乃至図8において、上方をレンズ662の光入射側とし、下方をレンズ662の光出射側としている。また、図6乃至図8は、上部ケーシング636、位置検出装置608を取り除いた状態の模式的平面図である。
6 to 8 are schematic diagrams for explaining the operation of the linear actuator according to the first embodiment of the present invention. 6 is a schematic plan view when the
可動子602の移動方向である図6の上下方向を第1方向Xとし、可動子602の移動方向に直交する方向である図6の左右方向を第2方向Yとする。遮光板670は、可動子602の上部水平部602Aの内周面に取り付けられており、第1方向Xに平行な第1側方辺670A、第2側方辺670B、及び第2方向Yに平行な後部辺670C、前部辺670Dを有する平面視矩形の板状部材である。遮光板670の第1側方辺670A及び第2側方辺670Bは、それぞれ貫通孔672、672の第2方向Yにおける外側縁部よりも外方に位置している。また、遮光板670の後部辺670Cは貫通孔672、672の後端縁部よりも後方に位置し、前部辺670Dは貫通孔672、672の前端縁部よりも前方に位置している。
The vertical direction in FIG. 6, which is the moving direction of the
図7に示すように、可動子602を第1方向Xの最後部に移動させた場合、例えば可動子602の駆動コイル(図示せず)に流れる励磁電流を制御して、レンズ662の光入射側に可動子602を移動させる。このとき、連結部である結合部材612は、貫通孔672内を案内されて後方に移動し、同時に可動子602の内周面に取り付けられた遮光板670も後方に移動する。図7に示すように、遮光板670が第1方向Xの最後部に位置する状態で、遮光板670の前部辺670Dが、貫通孔672、672の前端縁部よりも前方に位置している。
As shown in FIG. 7, when the
次に、図8に示すように、可動子602を第1方向Xの最前部に移動させた場合、例えば可動子602の駆動コイル(図示せず)に流れる励磁電流を制御して、レンズ662の光出射側に可動子602を移動させる。このとき、連結部である結合部材612は、貫通孔672内を案内されて前方に移動し、同時に、可動子602の内周面に取り付けられた遮光板670も前方に移動する。図8に示すように、遮光板670が第1方向Xの最前部に位置する状態で、遮光板670の後部辺670Cが、貫通孔672、672の後端縁部よりも後方に位置している。
Next, as shown in FIG. 8, when the
図6乃至図8に示すように、遮光板670は、固定板640と位置検出装置608との間であって、可動子602の上面からみた平面視において、固定板640の貫通孔672を覆う。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
このように本実施の形態1によれば、可動子602の上下方向の剛性が結合部材612により高められている。つまり、可動子602とともに前後移動するレンズフレーム660(取付部材610)と位置検出装置608との間を上下方向に支持する結合部材612が支え棒のような役割をするため、可動子602が上下方向に変形しにくくなる。結合部材612により、遮光板670を介して可動子602の上部水平部602Aの内周面を内側から外側に支持し、レンズフレーム660(取付部材610)を介して可動子602の下部水平部602Bの内周面を内側から外側に支持し、可動子602を上下方向に支持しているため、可動子602の剛性が高まり、上下方向に変形しにくくなる。
As described above, according to the first embodiment, the rigidity in the vertical direction of the
また、レンズフレーム660(取付部材610)の上面と、位置検出装置608の発光部652との間を結合部材612により支持している。この部分は、可動子602内で利用されていなかった部分であり、スペースの有効活用をしつつ、可動子602の剛性を高めることができる。
Further, a
可動子602の剛性が高まることにより、応答性が高まり、微細な制御が要求されるリニアモータにおいても高精度に制御することができる。
By increasing the rigidity of the
また、本実施の形態1では、遮光板670が可動子602の下部水平部602Bの内周面に配置されているが、遮光の必要がない場合は、遮光板670を配置する必要はない。遮光の必要がない場合とは、取付部材610に取り付ける部材が光を通さない場合、位置検出装置608に光が到達した場合であっても光量が許容範囲である用途の場合、あるいは許容できる構造を位置検出装置608が有している場合等である。
In the first embodiment, the
また、取付部材610(レンズフレーム660)は、可動子602の内側に配置されているが、特にこれに限定されるものではない、例えば、図5の例で、可動子602の下部水平部602Bの外面に配置されても良い。図5に示すように、内側に配置されたほうが可動子602内のスペースを有効活用できる。
Further, the mounting member 610 (lens frame 660) is disposed inside the
このように本実施の形態1によれば、可動子602が第1方向Xに最大限移動した場合であっても、遮光板670によって貫通孔672、672が上方に露出されることがない。したがって、可動子602の上部水平部602A側に光学式の位置検出装置608を取り付けた場合であっても、取付部材610側からの光を遮光板670によって遮断し、位置検出装置608側に外乱光が到達することができない。これにより、位置検出装置608の誤検出を防止することができ、リニアアクチュエータ600の位置決め精度を高く維持することができる。
As described above, according to the first embodiment, even if the
特に、リニアアクチュエータ600において、高出力レーザの焦点位置の調整を行う場合等には、レンズに入射される光が高出力であるので微量の光が位置検出装置608に入射したときでも位置の検出に悪影響を及ぼす。そのため、遮光板670により光の入射を確実に防ぐ必要性が高い。
In particular, when adjusting the focal position of the high-power laser in the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係るリニアアクチュエータの基本的な構成は実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。本実施の形態2では、可動子602の上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向に対する剛性を維持するために、1つの結合部材を設けている点で実施の形態1とは相違する。
(Embodiment 2)
Since the basic configuration of the linear actuator according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted by attaching the same reference numerals. The second embodiment is different from the first embodiment in that one coupling member is provided in order to maintain the rigidity of the
図9は、本発明の実施の形態2に係るリニアアクチュエータの説明図であり、図10は、図9のX−X線で切断した縦断面図である。なお、図9では、上部ケーシング及び位置検出装置を取り除いた状態を表示しており、実施の形態1と同一の部材には同一符号を付している。 FIG. 9 is an explanatory diagram of the linear actuator according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a longitudinal sectional view taken along line XX of FIG. FIG. 9 shows a state in which the upper casing and the position detection device are removed, and the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
本実施の形態2では、第2方向Yの中央部に位置して、結合部材680を1つだけ設け、レンズフレーム660(取付部材610)と遮光板670とを結合することにより、可動子602の対向する上部水平部602A及び下部水平部602Bを間接的に結合している。これにより、可動子602は、上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向についての剛性が高まり、変形や損傷を抑制することが可能となっている。
In the second embodiment, only one
固定子604は、可動子602の内部を通過するように配置された固定板682を備えている。固定板682は、可動子602の内部を通過して、前後方向に延設されており、インナーヨーク626L、626R、又はケーシング630に連結されている。固定板682は、結合部材680を挿通可能な貫通孔684を有している。貫通孔684は、可動子602の移動に伴って結合部材680の移動が可能となるように、可動子602の移動方向にスリット状に形成されている。
The
本実施の形態2では、結合部材680を第2方向Yの中央部に設けているので、実施の形態1と同様のリニアガイド606を取り付けることができない。したがって、図10に示すように、可動子602の移動方向に延設されるガイドレール686Aと、ガイドレール686Aに沿って摺動することで直線移動することが可能なガイドブロック686Bとを有するリニアガイド686を、結合部材680と偏芯した位置に設けている。
In the second embodiment, since the
ガイドレール686Aを固定板682に取り付け、ガイドブロック686Bをレンズフレーム660(取付部材610)に取り付けることにより、可動子602が図9の第2方向Yと並行に移動可能となる。リニアガイド686は、ガイドレール686Aとガイドブロック686Bを一組だけ設け、一方のリニアガイド686を省略することも可能である。
By attaching the
以上のように本実施の形態2によれば、結合部材680が、実施の形態1のように2個でなくても、1個の結合部材680により可動子602を支持することが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, even if the number of
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係るリニアアクチュエータの基本的な構成は実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。本実施の形態3では、可動子602の上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向に対する剛性を維持するために、第2方向Yに並列に3つの結合部材を設けている点で実施の形態1とは相違する。
(Embodiment 3)
Since the basic configuration of the linear actuator according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted by assigning the same reference numerals. The third embodiment is implemented in that three coupling members are provided in parallel in the second direction Y in order to maintain the rigidity in the opposing direction of the upper
図11は、本発明の実施の形態3に係るリニアアクチュエータの説明図であり、上部ケーシング及び位置検出装置を取り除いた状態の平面図を示す。なお、図11においても、実施の形態1と同一の部材には同一符号を付している。 FIG. 11 is an explanatory diagram of the linear actuator according to the third embodiment of the present invention, and shows a plan view in a state where the upper casing and the position detection device are removed. In FIG. 11, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
図11に示すように、本実施の形態3では、第2方向Yに並列に3つの結合部材690A、690B、690Cを設けている。結合部材690A、690B、690Cは、それぞれレンズフレーム660(取付部材610)と遮光板670とを結合しており、可動子602の対向する上部水平部602A及び下部水平部602Bを間接的に結合している。
As shown in FIG. 11, in the third embodiment, three
固定子604は、可動子602の内部を通過するように配置された固定板694を備えている。固定板694は、可動子602の内部を通過して、前後方向に延設されており、インナーヨーク626L、626R、又はケーシング630に連結されている。固定板694は、それぞれ結合部材690A、690B、690Cを挿通可能な貫通孔692A、692B、692Cを有している。貫通孔692A、692B、692Cは、可動子602の移動に伴って結合部材690A、690B、690Cの移動が可能となるように、可動子602の移動方向にスリット状に形成されている。
The
本実施の形態3では、3つの結合部材690A、690B、690Cが、それぞれ固定板694の貫通孔692A、692B、692Cに案内され、可動子602の移動方向に移動可能となっている。結合部材690A、690B、690Cと貫通孔692A、692B、692Cとの嵌合状態が密着している場合には、実施の形態1のリニアガイド606を省略することができる。また、3つの結合部材690A、690B、690Cを用いて、レンズフレーム660(取付部材610)と遮光板670とを結合していることから、可動子602の上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向に関する剛性をより高めることが可能となる。
In the third embodiment, the three
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係るリニアアクチュエータの基本的な構成は実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。本実施の形態4では、可動子602の上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向に対する剛性を維持するために、第1方向X及び第2方向Yに、それぞれ並列に2つの結合部材を設けている点で実施の形態1とは相違する。
(Embodiment 4)
Since the basic configuration of the linear actuator according to the fourth embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted by attaching the same reference numerals. In the fourth embodiment, in order to maintain the rigidity in the opposing direction of the upper
図12は、本発明の実施の形態4に係るリニアアクチュエータの説明図であり、上部ケーシング及び位置検出装置を取り除いた状態の平面図を示す。なお、図12においても、実施の形態1と同一の部材には同一符号を付している。 FIG. 12 is an explanatory diagram of the linear actuator according to the fourth embodiment of the present invention, and shows a plan view in a state where the upper casing and the position detection device are removed. In FIG. 12, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
図12に示すように、本実施の形態4では、第1方向X及び第2方向Yのそれぞれに、並列に2つの結合部材700A、700B、700C、700Dを設けている。結合部材700A、700B、700C、700Dは、それぞれレンズフレーム660(取付部材610)と遮光板670とを結合しており、可動子602の対向する上部水平部602A及び下部水平部602Bを間接的に結合している。
As shown in FIG. 12, in the fourth embodiment, two
固定子604は、可動子602の内部を通過するように配置された固定板702を備えている。固定板702は、可動子602の内部を通過して、前後方向に延設されており、インナーヨーク626L、626R、又はケーシング630に連結されている。
The
固定板702は、それぞれ結合部材700A、700B、700C、700Dを挿通可能な貫通孔704A、704B、704C、704Dを有している。貫通孔704A、704B、704C、704Dは、可動子602の移動に伴って結合部材700A、700B、700C、700Dの移動が可能となるように、可動子602の移動方向にスリット状に形成されている。
The fixing
本実施の形態4では、4つの結合部材700A、700B、700C、700Dが、それぞれ固定板702の貫通孔704A、704B、704C、704Dに案内されて、可動子602の移動方向に移動可能となっている。
In the fourth embodiment, the four
本実施の形態4では、実施の形態1におけるリニアガイド606を設けることができ、結合部材700A、700B、700C、700Dと貫通孔704A、704B、704C、704Dとの嵌合状態が密着している場合には、リニアガイド606も省略することができる。また、4つの結合部材700A、700B、700C、700Dを用いて、レンズフレーム660(取付部材610)と遮光板670とを結合していることから、可動子602の上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向に関する剛性をより高めることが可能となる。
In the fourth embodiment, the
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5に係るリニアアクチュエータの基本的な構成は実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。本実施の形態5では、可動子602の上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向に対する剛性を維持するために、結合部材として板状部材を用いている点で実施の形態1とは相違する。
(Embodiment 5)
Since the basic configuration of the linear actuator according to the fifth embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted by attaching the same reference numerals. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that a plate-like member is used as a coupling member in order to maintain the rigidity of the
図13は、本発明の実施の形態5に係るリニアアクチュエータの説明図であり、上部ケーシング及び位置検出装置を取り除いた状態の平面図を示す。なお、図13においても、実施の形態1と同一の部材には同一符号を付している。 FIG. 13 is an explanatory diagram of the linear actuator according to the fifth embodiment of the present invention, and shows a plan view in a state where the upper casing and the position detection device are removed. In FIG. 13, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
図13に示すように、本実施の形態5では、結合部材710A、710Bとして板状部材を用いており、固定板712に設けられる貫通孔714A、714Bを結合部材710A、710Bの厚みに対応する幅のスリット形状としている。
As shown in FIG. 13, in the fifth embodiment, plate-like members are used as the
このようにすることで、可動子602が移動する場合の直線移動性が良好となり、可動子602の左右方向のガタつきを抑制することができる。また、低コストである板金部材を使用できる。
By doing in this way, the linear mobility in case the needle |
もちろん、同様の効果を得るという意味では、板状ではなく金属で製作された角柱形状であっても良い。図14は、本発明の実施の形態5に係るリニアアクチュエータの他の構成の説明図である。 Of course, in the sense of obtaining the same effect, a prismatic shape made of metal instead of a plate shape may be used. FIG. 14 is an explanatory diagram of another configuration of the linear actuator according to the fifth embodiment of the present invention.
図14に示すように、結合部材720A、720Bとして角柱形状の柱を用いており、固定板722に設けられる貫通孔724A、724Bを結合部材720A、720Bの幅に対応する幅のスリット状としている。
As shown in FIG. 14, prismatic columns are used as the
図14の例では、結合部材720A、720Bにより、レンズフレーム660(取付部材610)と遮光板670とを結合していることから、可動子602の上部水平部602A及び下部水平部602Bの対向方向に関する剛性をより高めることができ、可動子602が移動する際の左右方向へのがたつきも抑制することができる。
In the example of FIG. 14, since the lens frame 660 (mounting member 610) and the
以上のように本実施の形態1乃至5によれば、リニアアクチュエータにおける可動子の剛性を高めることができ、位置検出装置による位置検出精度及び可動子の位置決め精度を高めることができ、可動子の変形や損傷などに基づく動作不良、故障などを抑制することが可能となる。 As described above, according to the first to fifth embodiments, the rigidity of the mover in the linear actuator can be increased, the position detection accuracy by the position detection device and the positioning accuracy of the mover can be increased. It becomes possible to suppress malfunction and failure due to deformation and damage.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変更、改良等が可能である。例えば、位置検出装置608として、他の位置検出機構を用いることも可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements can be made within the scope of the present invention. For example, other position detection mechanisms can be used as the
具体的には、反射型光電式リニアスケールを用いることも可能である。この場合、可動子602の上部水平部602Aの外周面に、可動子602の移動方向に目盛を有するスケールを取り付ける。また、スケールに対向する上部ケーシング636の内周面にスケールに投受光を行う投受光装置を設ける。さらに、投光受光装置からの出力信号を、可動子602の移動距離情報に変換するエンコーダを設ける。その他、透過型光電式リニアスケール、電磁誘導式リニアスケールを用いることも可能である。
Specifically, a reflective photoelectric linear scale can be used. In this case, a scale having a scale in the moving direction of the
また、遮光板670と固定子604とは、それぞれ互いに嵌め合うような形状で連結されていても良い。図15は、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ600の遮光板670と固定子604との結合状態を示す部分模式断面図である。
Further, the
図15(a)では、遮光板670は平板状であるのに対して、遮光板670の端部を上下方向から挟み込むように、固定子604の断面形状が両端でコの字状になるよう形成されている。これにより、乱反射光が漏れ出る可能性も低くなる。
In FIG. 15A, the
また、図15(b)に示すように、遮光板670の断面形状がコの字状になるよう形成しても良い。この場合、固定子604には、遮光板670の両端を嵌め合わせることが可能な突起部を設けておけば良い。これにより、図15(a)と同様、乱反射光が漏れ出る可能性が低くなる。
Further, as shown in FIG. 15B, the
1 マーキングヘッド
2 コントローラ
3 印字データ生成装置
4 外部機器
10 レーザマーキング装置
600 リニアアクチュエータ
602 可動子
602A 上部水平部
602B 下部水平部
602C 左垂直部
602D 右垂直部
604 固定子
606、686 リニアガイド(案内装置)
608 位置検出装置
610 取付部材
612、680、690A、690B、690C、700A、700B、700C、700D、710A、710B、720A、720B 結合部材
620 磁性体
640、682、694、702、712、722 固定板
642、686A ガイドレール
644、686B ガイドブロック
660 レンズフレーム
662 レンズ
670 遮光板
672、684、692A、692B、692C、704A、704B、704C、704D、714A、714B、724A、724B 貫通孔
DESCRIPTION OF
608
Claims (10)
前記可動子の外周面と所定の間隙をもって前記可動子の外部に配置される磁性体と、前記可動子の内部を通過するように配置される固定板とを有する固定子と、
前記可動子の内側に配置され、前記固定板に取り付けられ前記可動子の移動方向に延設されるガイドレールと、前記可動子に取り付けられ前記ガイドレールに沿って直線移動可能なガイドブロックとを有するリニアガイドと、
前記可動子の外周面または内周面に配置され、前記固定子に対する前記可動子の直線移動方向における相対位置を検出する位置検出装置と、
前記可動子の直線移動方向と垂直な面において、前記位置検出装置が配置された位置とは、前記可動子の中心を挟んで対向する位置の前記可動子の外周面または内周面に取り付けられ、前記可動子とともに移動対象となる部材が取り付けられる取付部材と、
前記可動子の内側に配置され、しかも前記可動子の内側から、前記位置検出装置が配置された方向と前記取付部材とが配置された方向とに前記可動子を支持し、前記位置検出装置と前記取付部材との間の前記可動部分を結合するための結合部材と
を備え、
前記固定板は、前記可動子の移動方向にスリット状の形状を有する貫通孔を有し、前記貫通孔には、前記結合部材が挿通されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。 A movable part having a cylindrical mover around which a drive coil is wound in the circumferential direction of the outer peripheral surface;
A stator having a magnetic body disposed outside the movable element with a predetermined gap from an outer peripheral surface of the movable element, and a stationary plate disposed so as to pass through the interior of the movable element;
A guide rail disposed inside the mover and attached to the fixed plate and extending in a moving direction of the mover; and a guide block attached to the mover and linearly movable along the guide rail. A linear guide having,
A position detection device that is disposed on an outer peripheral surface or an inner peripheral surface of the mover and detects a relative position in a linear movement direction of the mover with respect to the stator;
A position perpendicular to the linear movement direction of the mover is attached to an outer peripheral surface or an inner peripheral surface of the mover at a position opposite to the position where the position detection device is disposed across the center of the mover. An attachment member to which a member to be moved is attached together with the mover;
The mover is arranged inside the mover, and supports the mover in the direction in which the position detection device is arranged and the direction in which the mounting member is arranged from the inside of the mover, and the position detection device. A coupling member for coupling the movable part between the mounting member and
The linear plate, wherein the fixed plate has a through hole having a slit shape in a moving direction of the mover, and the coupling member is inserted into the through hole.
前記可動子の内周面側に、前記貫通孔を介して前記位置検出装置側に通過する光を遮断する遮光板を備えることを特徴とする請求項1に記載のリニアアクチュエータ。 The position detection device is an optical position detection device,
2. The linear actuator according to claim 1, further comprising: a light shielding plate that blocks light passing through the through hole toward the position detection device on an inner peripheral surface side of the mover.
前記固定板と前記位置検出装置との間であって、前記可動子の上面からみた平面視において、前記固定板の前記貫通孔を覆う遮光板を備えることを特徴とする請求項1に記載のリニアアクチュエータ。 The position detection device is an optical position detection device,
2. The light shielding plate according to claim 1, further comprising: a light shielding plate that covers the through hole of the fixed plate between the fixed plate and the position detection device as viewed from above the movable element. Linear actuator.
前記固定板は、前記複数のインナーヨーク間を固定し、前記複数のインナーヨーク間に前記貫通孔が配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。 The stator has a plurality of inner yokes,
The linear actuator according to claim 1, wherein the fixing plate fixes between the plurality of inner yokes, and the through hole is disposed between the plurality of inner yokes. .
前記リニアガイドの左右に複数の支持部材が前記リニアガイドと接するように配置され、
前記リニアガイドの上面には、前記固定板が配置されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。 The linear guide is disposed on the upper surface of the mounting member,
A plurality of support members are arranged on the left and right sides of the linear guide so as to contact the linear guide,
The linear actuator according to claim 1, wherein the fixed plate is disposed on an upper surface of the linear guide.
前記発光部又は前記受光部のいずれか一方が前記可動子に配置され、他方が前記固定子に配置されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。 The position detection device has a light emitting unit and a light receiving unit,
8. The linear actuator according to claim 1, wherein one of the light emitting unit and the light receiving unit is disposed on the movable element, and the other is disposed on the stator. 9.
前記固定子は、
前記可動子の内部の前記左面及び前記右面とそれぞれ間隙をもって配置され、前記固定板により接続された複数のインナーヨークと、
前記可動子の外部の前記左面及び前記右面とそれぞれ間隙をもって配置され、前記複数のインナーヨークとそれぞれ、前記可動子の直線移動方向の端部において接続されている複数のアウターヨークと
を有し、
前記位置検出装置は、前記可動子の上面の外周面に配置され、
前記遮光板は、前記可動子の上面の内周面に配置され、
前記取付部材は、前記可動子の下面の内周面に配置され、
前記リニアガイドは、前記取付部材の上面に配置され、
前記結合部材は、前記固定板の貫通孔を挿通して、前記取付部材の上面と、前記遮光板の下面とを結合していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。 The mover has a rectangular cylindrical shape, and has a top surface, a bottom surface, a left surface, and a right surface in a cross-sectional view in a plane perpendicular to the linear movement direction of the mover,
The stator is
A plurality of inner yokes arranged with gaps between the left surface and the right surface inside the mover and connected by the fixed plate;
A plurality of inner yokes, and a plurality of outer yokes connected to ends of the mover in a linear movement direction, respectively, with a gap between the left surface and the right surface outside the mover;
The position detection device is disposed on the outer peripheral surface of the upper surface of the mover,
The light shielding plate is disposed on the inner peripheral surface of the upper surface of the mover,
The mounting member is disposed on the inner peripheral surface of the lower surface of the mover,
The linear guide is disposed on the upper surface of the mounting member,
The said coupling member has penetrated the through-hole of the said fixed plate, and has couple | bonded the upper surface of the said attachment member, and the lower surface of the said light-shielding plate. The linear actuator described.
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