JP2644053B2 - リニアモータ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はリニアモータ装置に関する。

［従来の技術］ 複写機やページプリンタ等の光学走査装置又は磁気デ
ィスク駆動装置では、走査駆動のために又はアクセス駆
動のためにリニアモータ装置を用いることが考えられ
る。

一般的に、このようなリニアモータ装置は、ベースフ
レームと、可動部材と、この可動部材を前記ベースフレ
ームに対して直線移動させるように駆動するための磁場
形成部材と備えている。

このようなリニアモータ装置は、本出願人による別の
出願である特願昭63−68425号「リニアモータおよびリ
ニアモータを使用した直線駆動装置」、特願昭63−1299
82号「直線駆動装置」、特願昭63−217276号「直線駆動
装置」、特願昭62−332643号「複写機の光学系移動装
置」等に説明されている。

例えば、第７図に概念的に示すように、一般的にリニ
アモータ装置は、ベースフレームＡと、ベースフレーム
Ａに対して相対的に直線移動し得るように構成された磁
場形成部材Ｂと、例えば回転電動機のコイル部材に相当
する可動子Ｃと、同様に例えば回転電動機のロータに相
当する可動体Ｄとを有している。可動体Ｄ及び可動子Ｃ
は、磁場形成部材ＢによってベースフレームＡに対して
直線的に駆動を受けるように構成されている。第７図に
概念的に示されたリニアモータ装置は、磁場形成部材Ｂ
が可動子Ｃ及び可動体ＤをベースフレームＡに対して相
対移動させる際、当該磁場形成部材Ｂに生じる反発力を
吸収すべく当該磁場形成部材ＢをベースフレームＡに対
して相対的に移動させるように構成された移動手段Ｅを
備えている。

尚、磁場形成部材Ｂは例えば永久磁石等で構成するこ
とができる。

このように構成されたリニアモータ装置は、可動体Ｄ
の重量をF1、磁場形成部材Ｂの重量をF2及び摩擦係数を
μとすると、可動体ＤとベースフレームＡとの間には摩
擦負荷F1μが、磁場形成部材ＢとベースフレームＡとの
間には摩擦負荷F2μが夫々生じている。

ここでリニアモータ装置が作動して可動体Ｄ及び可動
子Ｃが駆動され移動する場合の当該可動子Ｃ及び可動体
Ｄの方向を正方向として矢印ａで示し、磁場形成部材Ｂ
に生じる反発力によって受ける当該磁場形成部材Ｂの移
動方向を負方向として矢印ｂで示す。また、可動子Ｃ及
び可動体Ｄ並びに磁場形成部材Ｂの夫々に作用する力を
以下加速力と定義する。

従って、可動体Ｄの加速力をF1（ｔ）、可動体Ｄに生
じる発生推力をF2（ｔ）、磁場形成部材Ｂの加速力をFm
（ｔ）及び磁場形成部材Ｂに生じる反発力をFr（ｔ）と
すると、当該磁場形成部材Ｂの加速力Fm（ｔ）は以下の
ように表わせる。

F1（ｔ）＝F2（ｔ）−F1μ Fr（ｔ）＝−F2（ｔ） Fm（ｔ）＝Fr（ｔ）＋F2μ ∴Fm（ｔ）＝−F1（ｔ）−F1μ＋F2μ 可動体ＤとベースフレームＡとの間の摩擦負荷F1μ
が、磁場形成部材ＢとベースフレームＡとの間の摩擦負
荷F2μに比べて大きい場合には、磁場形成部材Ｂの加速
力Fm（ｔ）が、当該摩擦負荷F1μと摩擦負荷F2μとの差
が生じていない場合に比べて大きくなる。

その結果、磁場形成部材Ｂの移動距離が所望以上に長
くなってしまう恐れがある。

磁場形成部材Ｂが所望以上に移動してしまうことによ
って、当該磁場形成部材Ｂを元の位置、即ち初期位置に
復帰させるための復帰移動手段に加わる負荷が大きくな
る恐れがある。特に高速複写機に於ける前記復帰移動手
段に於いて例えば、パルスモータを用いる場合には、当
該パルスモータ自体が発熱したり、脱調が生じたりして
正常に動作ができなくなり、磁場形成部材Ｂを元の位置
に復帰させることができなくなる可能性がある。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来のリニアモータ装置は、前述の可動子
及び可動体を有する可動部材を磁場形成部材によって直
線移動させて駆動した場合に、磁場形成部材に生じる反
発力によってこの可動部材を所望の位置に正確に停止さ
せることが非常に難しいという欠点を有している。

本発明は、前述の諸点に鑑み成されたものであって、
その目的とすることろは、磁場形成部材に生じる反発力
を低減させることによって、磁場形成部材を元の位置に
比較的容易に復帰させることができるリニアモータ装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的は、本発明によれば、ベースフレーム上に配
置された磁場形成部材から推進力を作用させて可動部材
を前記ベースフレームに対して相対的に直線移動させる
とともに、前記推進力の作用により前記磁場形成部材に
生じる反発力を、前記磁場形成部材の前記ベースフレー
ム上の自由移動により吸収するリニアモータ装置であっ
て、前記推進力の作用により前記ベースフレームに対し
て相対的に移動する前記可動部材は、前記磁場形成部材
上に配置されており、該磁場形成部材に対して相対的に
直線移動が可能であることを特徴とするリニアモータ装
置によって達成される。

［作用］ 本発明によるリニアモータ装置は、前記磁場形成部材
上に配置された可動部材が前記ベースフレームに対して
直線的に駆動されたときに、当該磁場形成部材に生じた
反発力を吸収すべく、当該磁場形成部材が、前記ベース
フレーム及び前記可動部材の夫々に対して相対的に直線
移動する。

更に、本発明によるリニアモータ装置の基本な原理
を、第６図に基づいて概略的に説明する。

このリニアモータ装置は、ベースフレーム４と、ベー
スフレーム４に対して直線移動し得るように構成された
磁場形成部材３と、磁場形成部材３上に配置されてお
り、この磁場形成部材３によってベースフレーム４に対
して直線的に駆動されるように構成された可動部材とを
有している。

この可動部材は可動子２及び可動体１を備えている。

磁場形成部材３とベースフレーム４との間には当該磁
場形成部材３がベースフレーム４に対して相対的に直線
移動し得るように移動手段5aが備えられている。

また磁場形成部材３と可動体１との間には当該可動体
１が磁場形成部材３に対して相対的に直線移動し得るよ
うに移動手段5aと同様の別の移動手段5bが備えられてい
る。即ち、磁場形成部材３は、ベースフレーム４及び可
動体１の夫々に対して相対的に直線移動し得るように構
成されている。

このように構成されたリニアモータ装置が作動して可
動体１が駆動され移動する場合の当該可動体１の移動方
向は正方向として矢印ａで示されており、磁場形成部材
３に生じる反発力によって受ける当該磁場形成部材３の
移動方向は負方向として矢印ｂで示されている。

このリニアモータ装置は、可動体１の重量をF1、磁場
形成部材３の重量をF2及び摩擦係数をμとすると、可動
体１と磁場形成部材３との間の摩擦負荷F1μ、磁場形成
部材３とベースフレーム４との間の摩擦負荷はF2μ、可
動体１の加速力はF1（ｔ）、可動体１に生じる発生推力
はF2（ｔ）、磁場形成部材３の加速力はFm（ｔ）及び磁
場形成部材３に生じる反発力はFr（ｔ）となり、磁場形
成部材３の加速力Fm（ｔ）は以下のように表わせる。

F1（ｔ）＝F2（ｔ）−F1μ Fr（ｔ）＝−F2（ｔ） Fm（ｔ）＝Fr（ｔ）＋F1μ＋F2μ ∴Fm（ｔ）＝−F1（ｔ）＋F2μ これは、可動体１と磁場形成部材３との間の摩擦負荷
F1μの影響が打消されてしまうことを示している。

以上から、前述のように可動子２及び可動体１を備え
た可動部材を磁場形成部材３の上を当該磁場形成部材３
に対して相対的に直線移動を自在に行なうことができる
ように構成することによって、磁場形成部材３の加速力
Fm（ｔ）を低減することができる。それ故に、磁場形成
部材３を元の初期位置に復帰させるための前述した復帰
移動手段に加わる負荷を最小限にすることができる。

［実施例］ 次に、本発明によるリニアモータ装置の一実施例を説
明する。この一実施例は、本発明を走査露光方式の複写
機に適用した場合である。

第１図から第３図の夫々に示すように、リニアモータ
装置０は、走査露光方式の複写機の本体の内部に固定さ
れたベースフレーム４と、ベースフレーム４に対して相
対的に直線移動し得るように構成された磁場形成部材３
と、磁場形成部材３及びベースフレーム４の夫々に対し
て相対的に直線移動し得るように構成された可動部材と
を備えている。

この可動部材は可動子２及び可動体１の夫々を含んで
いる。

可動体１は、第５図に示すような光学ユニットＬを装
着し得るように構成されている。

更に可動体１は、第１図及び第２図に示すように、第
１の可動体1a及び第２の可動体1bの夫々によって構成さ
れている。

第１の可動体1aは細長く平らな形状を有している。こ
の第１の可動体1aには、第１のミラー24及びランプユニ
ット等（図示せず）が装着されている。

第２の可動体1bは、第１の可動体1aと同様に細長く平
らな形状を有している。

この第２の可動体1bには、第２のミラー25及び第３の
ミラー26が装着されている。

これらの第１のミラー24、第２のミラー25、第３のミ
ラー26の夫々に対して、当該第１のミラー24から第３の
ミラー26の夫々を経た光を倒立させて結像すべく配置さ
れたレンズ27と、このレンズ27からの光を感光体ドラム
29に反射すべく当該レンズ27と感光体ドラム29との間に
配置された第４のミラー28とを加えることによって複写
機の光学系を構成している。

可動子２は、第１の可動体1aの両側の端部30a及び端
部30bの夫々に固定された可動ヨーク7a及び可動ヨーク7
b、並びに第２の可動体1bの両側の端部30c及び端部30d
の夫々に固定された可動ヨーク7c及び可動ヨーク7dを備
えている。

可動ヨークの各々には、３つのコイル部材、即ちコイ
ル部材6a,コイル部材6b及びコイル部材6cが装着されて
いる。

これらの可動ヨークの各々には、対応する３つのコイ
ル部材から発生される磁束の通路を構成している。

更に可動体1a及び可動体1bは、可動ヨーク7a及び可動
ヨーク7cの夫々に装着された軸受8,8を有している。

軸受８は軸10に摺動自在に支持されている。

軸10は、後述する磁場形成部材３を構成している固定
ヨーク13aと固定ヨーク13bとを相互に連結する連結板14
a及び連結板14bの夫々を貫通し、且つ当該固定ヨーク13
a及び固定ヨーク13bの夫々に各ホルダ15a及びホルダ15b
を介して固定されている。

可動子２は可動ヨーク7b及び可動ヨーク7dの夫々に装
着されたローラ11,11を有している。

ローラ11は磁場形成部材３の固定ヨーク13bに支持さ
れている。

これらのローラ11,11及び軸10に摺動自在に支持され
た軸受8,8によって、第６図に概念的に示された磁場形
成部材３と可動体１との間に備えられた、当該可動体１
の磁場形成部材３に対する相対的に直線移動を行なわせ
得る移動手段5bを構成している。

磁場形成部材３は、前述の３つのコイル部材の列、即
ちコイル部材6a,コイル部材6b及びコイル部材6cの各列
に対応して多極的に着磁された永久磁石12a及び永久磁
石12bと、永久磁石12a及び永久磁石12bの夫々を直線上
に配列して固定するための固定ヨーク13a及び固定ヨー
ク13bとを有している。

これらの永久磁石12a及び永久磁石12bの夫々は、第３
図に示すように前記３つのコイル部材の列と協働して３
相のブラシレスモータを構成すべく当該３つのコイル部
材の列に対して所定の間隙を有して配置されている。

また、固定ヨーク13a及び固定ヨーク13bは、夫々の両
端部に於いて連結板14a及び連結板14bによって連結さ
れ、枠体14として一体化されている。

ベースフレーム４と磁場形成部材３との間には、当該
磁場形成部材３の矢印ａ及び矢印ｂの方向に関する移動
を可能にする移動手段5a（第６図）が設けられている。

この移動手段5aは、磁場形成部材３の一部を構成する
ベースフレーム４に取付けられた一対の軸受9a,軸受9b
と、磁場形成部材３の一部を構成する固定ヨーク13bに
取付けられた一対のローラ16a,ローラ16bとによって構
成されている。

軸受9a,軸受9bは、軸10を摺動自在に支持するように
構成されている。

尚、このように構成されたリニアモータ装置０の作動
状態に於いて、前述の３つのコイル部材の列であるコイ
ル部材6a,コイル部材6b及びコイル部材6cの夫々は、例
えば第１の可動体1aに固定された可動ヨーク7a及び可動
ヨーク7b、並びに第２の可動体1bに固定された可動ヨー
ク7c及び可動ヨーク7dにホール素子（図示せず）を装着
し、このホール素子による励磁の切換えによって直線移
動動作のための駆動力を生起することができる。

また第１の可動体1a及び第２の可動体1bは、光路長を
一定に保つために同期運転するのが好ましい。

第１図及び第２図の夫々に示された、磁場形成部材３
を初期位置に復帰させるための前述の復帰移動手段17
は、特に第４図に拡大されて示されている。

即ち復帰移動手段17は、ベースフレーム４に固定的に
装着された枠体22と、この枠体22に装着されたパルスモ
ータ21と、このパルスモータ21の作動を制御すべく当該
パルスモータ21に接続された制御装置23と、パルスモー
タ21の回転駆動力によって回転される第１のギア20a
と、この第１のギア20aの回転によって回転される第２
のギア20bと、この第２のギア20bの回転によって回転さ
れるプーリ19と、このプーリ19に巻回されて磁場形成部
材３を移動させるべく、両端部に於いて、当該磁場形成
部材３を構成している固定ヨーク13aに一体的に設けら
れた２つの突起部材31の夫々に連結されたワイヤ18とを
備えている。

このように構成された復帰移動手段17に於いては、パ
ルスモータ21が作動して回転による駆動力が生起される
と、第１のギア20a、第２のギア20b及びプーリ19の夫々
も当該回転の方向に対応して回転する。

その結果ワイヤ18は当該回転の方向に対応する矢印ａ
及び矢印ｂのいずれかの方向に移動し、従って固定ヨー
ク13aを含む磁場形成部材３を矢印ａ及び矢印ｂのいず
れかの方向に移動させることができる。

これらのことから磁場形成部材３が、初期位置に復帰
する方向がいずれ方向にも選択され得ることが理解され
よう。

次に、本実施例によるリニアモータ装置０を作動させ
た場合の状態について説明する。

可動子２に於ける可動ヨーク7a、可動ヨーク7b、可動
ヨーク7c及び可動ヨーク7dの各々に装着された３つのコ
イル部材、即ちコイル部材6a,コイル部材6b及びコイル
部材6cに電流を供給して磁束を発生させることによって
可動子２には推力が発生する。

各可動子２に推力が発生されると、当該可動子２に一
体化された可動体1a及び可動体1bの各々が当該可動子２
と共に走査方向、例えば第１図に示す矢印ａの方向に移
動する。

可動体1a及び可動体1bの各々が矢印ａの方向に移動す
る際、前述の３つのコイル部材の列に対して所定の間隙
を有して配置された、磁場形成部材３の永久磁石12a及
び永久磁石12bの夫々には、矢印ａと逆の矢印ｂで示す
方向の反発力が生じる。

しかしながら、磁場形成部材３は、ベースフレーム４
との間に当該磁場形成部材３を矢印ａ又は矢印ｂの方向
に関する移動を可能にする移動手段5aが設けられている
ので、例えば前述の矢印ｂで示す方向の反発力が生じて
も当該矢印ｂの方向に移動することによって当該反発力
を吸収することができる。

また、可動体１及び可動子２が前述の矢印ａで示す走
査方向への移動が終了して元の位置に戻る、即ち矢印ｂ
で示すリターン方向への移動を行なう場合、磁場形成部
材３の永久磁石12a及び永久磁石12bの夫々には、逆に矢
印ｂと反対の矢印ａで示す方向の反発力が生じる。磁場
形成部材３は、前述の場合と同様に移動手段5aにより矢
印ａの方向に移動することによって前記反発力を吸収す
ることができる。

しかしながら、磁場形成部材３は、摩擦負荷等のため
に元の待機位置、即ち正確な初期位置には厳密に復帰し
得ない。

従って、前述の復帰移動手段17によって磁場形成部材
３を正確な初期位置まで移動させる必要がある。

ここで、本実施例のリニアモータ装置０に於いて、可
動体1aの重量をF1a、可動体1bの重量をF1b、磁場形成部
材３の重量をF2及び摩擦係数をμとすると、可動体1aと
磁場形成部材３との間に生じている摩擦負荷はF1aμ、
可動体1bと磁場形成部材３との間に生じている摩擦負荷
はF1bμ、磁場形成部材３とベースフレーム４との間に
生じている摩擦負荷はF2μとなる。

また、走査方向を正方向として矢印ａで示し、可動体
1aの加速力をF1a（ｔ）、可動体1aに発生する推力をF2a
（ｔ）、可動体1bの加速力をF1b（ｔ）、可動体1bに発
生する推力をF2b（ｔ）、磁場形成部材３の加速力をFm
（ｔ）、磁場形成部材３に発生する反発力をFr（ｔ）と
すると、磁場形成部材３の加速力Fm（ｔ）は、 F1a（ｔ）＝F2a（ｔ）−F1aμ F1b（ｔ）＝F2b（ｔ）−F1bμ Fr（ｔ）＝−F2a（ｔ）−F2b（ｔ） Fm（ｔ）＝Fr（ｔ）−F1aμ＋F1bμ＋F2μ ∴Fm（ｔ）＝−F1a（ｔ）−F1b（ｔ）＋F2μ となる。

従ってこれらのことから、可動体1a及び可動体1bが磁
場形成部材３の上で自在に直線移動し得るように構成さ
れているため、可動体1aの摩擦負荷F1aμ及び可動体1b
の摩擦負荷F1bμの影響は打消され得、その結果、磁場
形成部材３の加速力Fm（ｔ）が低減され得るため、前述
の復帰移動手段17に加わる負荷を小さくすることができ
る。

［発明の効果］ 以上から、本発明によるリニアモータ装置は、ベース
フレーム上に配置された磁場形成部材から推進力を作用
させて可動部材を前記ベースフレームに対して相対的に
直線移動させるとともに、前記推進力の作用により前記
磁場形成部材に生じる反発力を、前記磁場形成部材の前
記ベースフレーム上の自由移動により吸収するリニアモ
ータ装置であって、前記推進力の作用により前記ベース
フレームに対して相対的に移動する前記可動部材は、前
記磁場形成部材上に配置されており、該磁場形成部材に
対して相対的に直線移動が可能であることを特徴とする
構成を有しているため、可動部材が磁場形成部材に対し
て相対的に移動する際に生じる摩擦力は、磁場形成部材
が反力によって逆方向に移動する際に生じる摩擦力によ
って相殺されるため、可動部材がベースフレーム上に直
接置かれて移動可能に構成されている場合に比べて磁場
形成部材を可動部材と逆方向に移動させる加速力が小さ
くなる。

従って、可動部材を磁場形成部材によって直線移動さ
せるように駆動する場合に、磁場形成部材にかかる加速
力を低減することにより、移動距離を短くして磁場形成
部材を元の位置に比較的容易に復帰させることができる
と共に、可動部材を磁場形成部材の上に重ね合わせて配
置することにより、移動方向の寸法を小さくして装置全
体を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるリニアモータ装置の一実施例の
斜視図、第２図は、第１図に示した本発明によるリニア
モータ装置の一実施例の平面図、第３図は、第２図のII
I−III線による断面図、第４図は、第２図に示した本発
明によるリニアモータ装置の一実施例の部分拡大平面
図、第５図は、本発明によるリニアモータ装置が適用さ
れる走査露光複写機の光学系の説明図、第６図は、本発
明によるリニアモータ装置の動作原理の概略説明図、第
７図は、一般的なリニアモータ装置の動作原理の説明図
である。 １……可動体、２……可動子、３……磁場形成部材、４
……ベースフレーム、５……移動手段、6a,6b,6c……コ
イル部材、7a,7b,7c,7d……可動ヨーク、８……軸受、1
0……軸、11……ローラ、12a,12b……永久磁石、13a,13
b……固定ヨーク、14a,14b……連結板、15a,15b……ホ
ルダ、17……復帰手段、18……ワイヤ、21……パルスモ
ータ、22……枠体、23……制御装置、24,25,26,28……
ミラー、27……レンズ、29……感光体ドラム。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースフレーム上に配置された磁場形成部
   材から推進力を作用させて可動部材を前記ベースフレー
   ムに対して相対的に直線移動させるとともに、前記推進
   力の作用により前記磁場形成部材に生じる反発力を、前
   記磁場形成部材の前記ベースフレーム上の自由移動によ
   り吸収するリニアモータ装置であって、 前記推進力の作用により前記ベースフレームに対して相
   対的に移動する前記可動部材は、前記磁場形成部材上に
   配置されており、該磁場形成部材に対して相対的に直線
   移動が可能であることを特徴とするリニアモータ装置。