JP3064309B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般にはボイスコイル形のリニアモ−タに
関し、特に大推力、長ストロ−クを実現し得るリニアモ
−タに関するものである。

従来の技術 従来、例えば磁気ディスク装置の磁気ヘッド駆動装置
として、或いはレ−ザ加工機、半導体製造機のテ−ブル
駆動装置として等のように種々の分野でボイスコイル形
リニアモ−タは幅広く使用されている。

一般にボイスコイル形リニアモ−タは大推力、長スト
ロ−クになればなるほど鉄心（ヨ−ク）の磁気飽和の問
題から、装置が巨大化するといった不都合があった。こ
のために、現在広く使用されている大推力、長ストロ−
クといわれるボイスコイル形リニアモ−タにあっても、
推力は20N、ストロ−クは100mm程度とされる。

近年、例えば推力300N、ストロ−ク600mmといったよ
り大きい推力とストロ−クを実現し得るボイスコイル形
リニアモ−タが要求されることがある。このために、可
動コイルに沿って１列に多数の磁石を、互いに隣接する
極は異極となるように、つまり互い違いにＮ極、Ｓ極と
なるように配置した多極タイプのリニアモ−タが提案さ
れ、実用化されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような多極タイプのリニモアモ−
タは、１列に互い違いにＮ極、Ｓ極の磁石が配列される
ために、可動コイル側に磁気吸引力が働き、可動側を軸
受しているベアリング等に影響を与え、装置の寿命を著
しく低下する原因となった。更には、可動コイルへの電
流の流れを磁石の磁極変動に伴なって変化させる必要が
あり、コイルの励磁にホ−ル素子等の切換回路を必要と
する等、装置の価格を大とすると共に、推力変動が大で
あるという問題をも有していた。

従って、本発明の目的は、不必要な磁気吸引力の影響
を排除し、装置の寿命を延ばすことができ、しかも推力
の変動を起こすことなく大推力、長ストロ−クを実現し
た、低価格且つ小型のリニアモ−タを提供することであ
る。

課題を解決するための手段 上記目的は本発明に係るリニアモ−タにて完全に達成
される。要約すれば本発明は、所定間隔を開けて長手方
向に平行に配置された第１のセンターポールと第２のセ
ンターポールと、それぞれ中空形状で当該中空部に各セ
ンターポールを貫通させて長手方向に摺動自在に構成さ
れて、可動板にて連結された第１及び第２のコイル組立
体と、前記第１及び第２のコイル組立体の下に、当該各
コイル組立体の移動経路に沿って磁性材料で構成された
基板上に当該基板の厚さ方向に着磁された第１のマグネ
ット群と第２のマグネット群とを具備したリニアモータ
であって、 前記第１及び第２のマグネット群は、前記各コイル組
立体の幅を2aとした場合、それぞれ幅ａ、長さｂの矩形
形状の単位部材からなるマグネットを長手方向に距離ａ
で等間隔に配列した構成で、且つ各マグネットは水平に
おいては、対向しない配列とされると共に、各マグネッ
ト群の着磁方向は互いに異なる方向となっていることを
特徴とするリニアモータである。

実施例 次に、本発明に係るリニアモ−タを図面に即して更に
詳しく説明する。

第１図〜第４図に本発明に係るリニアモ−タの一実施
例が示される。本実施例によると、リニアモ−タ１は、
例えばレ−ザ加工機、半導体製造機の可動テ−ブル等が
取付けられる矩形状の可動板２を有し、該可動板２の下
面には第１及び第２の２つのコイル組立体４、６が平行
に固着される。両コイル組立体４、６は同じ形状、寸法
とすることができる。

前記第１及び第２コイル組立体４、６には磁性材料で
形成された第１及び第２センタ−ポ−ル８、10がそれぞ
れ貫通して配置され、各コイル組立品４、６は、つまり
可動板２はセンタ−ポ−ルに対して摺動自在とされる。
本実施例によると、詳しくは後で説明するように、各コ
イル組立体４、６は、断面が短形のコイル巻線を有して
おり、そのために、該コイル組立体を貫通するセンタ−
ポ−ル８、10も又断面が矩形とされる。

リニアモ−タ１は又、前記センタ−ポ−ル８、10に対
向して配置された矩形状の基板12を備え、該センタ−ポ
−ル８、10はその両端がスペ−サ14を介して該基板12に
固着される。基板12は磁性材料で形成されるが、長スト
ロ−ク、大推力のリニアモ−タにあっては、作動時の磁
気吸引力により、基板12が可動板２の移動方向に撓むこ
とがある。これを防止するために、第４図に図示するよ
うに、可動板２の移動方向に沿って基板12の中央部にリ
ブＲを配置するのが好ましい。該リブＲは非磁性材料に
て形成され、基板12にねじなどにて一体に固着される。
これにより、基板12の厚さを必要以上に厚くするのが防
止され、リニアモ−タの軽量化を図ることができる。

又、上記スペ−サ14は磁性材料でもよく、或いは、例
えばステンレススチール（SUS304）等の非磁性材料にて
形成することもできる。又、第１及び第２センタ−ポ−
ル８、10はその両端部を磁性材料16にて接続することも
できる。

本発明に従えば、該基板12上には、第１及び第２セン
タ−ポ−ル８、10に対向して、つまり各センタ−ポ−ル
に沿って移動するコイル組立体４、６の移動経路に沿っ
て、それぞれ第１及び第２マグネット18、20が配置され
る。このとき、第１コイル組立体４の移動経路に沿って
配置された第１マグネット18と、第２コイル組立体６の
移動経路に沿って配置された第２マグネット20の極性は
互いに異なるようにされる。本実施例にて第１マグネッ
ト18はＳ極とされ、第２マグネット20はＮ極とされる。
第１マグネット18及び第２マグネット20は第１マグネッ
ト18は、幅ａ、長さｂとされる複数個のマグネット18a
〜18fを距離ａにて等間隔にて配列することによって構
成され、又第２マグネット20も又、幅ａ、長さｂとされ
る複数個のマグネット20a〜20fを距離ａにて等間隔に、
且つ第１マグネット18のマグネット18a〜18fが配置され
ていない領域に対応するようにして配列することによっ
て構成されている。又、第１及び第２マグネット18、20
は必要とされる可動テ−ブル２のストロ−ク量に応じて
適当長さ寸法に渡って設けられる。第１及び第２マグネ
ット18、20を複数個のマグネットにより構成することに
より１個のマグネットにて構成した場合に比較し着磁の
ための装置及び製造工程などが容易となり、更には磁石
の反りや捩れなどの歪の問題をなくすることができ、有
利である。

このように、第１マグネット及び第２マグネット18、
20を複数のマグネットで構成した場合には、第１及び第
２コイル組立体４、６の移動方向の幅は、第３図に図示
されるように、2aの大きさとされる。

上述の如くに構成される本発明のリニアモ−タ１によ
ると、磁気回路Ｍは、第４図に図示されるように、第１
マグネット18→基板12→第２マグネット20→第２センタ
−ポ−ル10→第１センタ−ポ−ル８→第１マグネット18
のように可動の第１及び第２コイル組立体４、６の進行
方向に対して概略直交して形成される。勿論、第１及び
第２コイル組立体４、６を流れる電流ｉの方向は互いに
異なる方向とされる。

このように、本発明のリニアモ−タ１は、コイル組立
体の進行方向に沿って磁器回路が形成される従来のリニ
アモ−タとは磁器回路Ｍの形成態様において大きく相違
することが理解されるであろう。つまり、従来のリニア
モ−タにおいては、可動コイルの、つまり可動テ−ブル
のストロ−クを大とした場合には基板及びセンタ−ポ−
ルに流れるフラックスは必然的に大となり、磁器飽和の
問題が発生し、基板及びセンタ−ポ−ルを巨大なものと
する必要があった。これに対して、本発明のリニアモ−
タにおいては、例えストロ−クを大とし、マグネットの
個数が多くなったとしても、基板及びセンタ−ポ−ルに
流れるフラックスは、基板に設けた全マグネットのフラ
ックス分ではなく、単に斯る部材に直交して発生するフ
ラックス分だけであり、従来のような磁器飽和による基
板及びセンタ−ポ−ルの巨大化は防止される。

又、本発明の構成によると、第１マグネット18及び第
２マグネット20を複数個のマグネットにて構成しても、
相異なるマグネットは180度位相にて、且つマグネット
と同一寸法の間隔にて配置されるので推力変動を起こす
ことはない。

又、第１及び第２マグネット18、19は、第５図及び第
６図に図示されるような変更態様にて構成することもで
きる。

つまり、第５図の実施例においては、幅2aを有し、そ
の中央部にて幅ａだけ段違いとされた中央部基板12a
と、中央部より一方の端部は幅2aを有し、他方の端部は
幅ａとされる端部基板12bとが設けられる。中央部基板1
2aと端部基板12bとは磁性材料にて形成される。

斯る構成にて、中央部基板12aは中央部基板同士互い
に組み合わせて整列することができ、又、中央部基板12
aの両側には互いに反対向きに配置された端部基板12bが
組み合わせて整列することができる。即ち、複数個の中
央部基板12aと、該中央部基板12aの両端部に配置された
端部基板12bとにより基板12が画成される。

中央部基板12aには、一方端部に幅ａを有したＳ極が
接着剤などにて固着され、他方端部には幅ａを有したＮ
極が接着剤などにて固着され、それによって中央部マグ
ネットブロック50を形成する。又、端部基板12bには、
幅2aの端部にＳ極を接着剤などにて固着したＳ極端部マ
グネットブロック52と、Ｎ極を接着剤などにて固着した
Ｎ極端部マグネットブロック54とが形成される。

従って、複数個の中央部マグネットブロック50を組み
合わせ、この組み合わされた中央部マグネットブロック
50の両端部にそれぞれＳ極、Ｎ極端部マグネットブロッ
ク52、54を配置することにより、第１及び第２マグネッ
ト18、19が形成される。

なお、各マグネットブロック50、52、54は、その両端
部に形成した取り付け脚部50a、52a、54aを介して非磁
性材料にて形成された支持台56にねじなどにて固定され
る。

このような態様にて第１及び第２マグネット18、19を
構成することによって、リニアモ−タのストロ−クは、
単に中央部マグネットブロック50の組み合わせ個数を加
減することによって自由に調整することができる。

又、第６図の実施例によると、中央より一方の端部が
他方の端部より、より幅広とされた凸形状の基板12cを
形成し、幅広部分にＳ極を接着剤などにて固着したＳ極
マグネットブロック58と、幅広部分にＮ極を接着剤など
にて固着したＮ極マグネットブロック60とが形成され
る。

従って、Ｓ極及びＮ極マグネットブロック58、60を交
互に組み合わせ配置することにより、第１及び第２マグ
ネット18、19が形成される。

なお、各マグネットブロック58、60は、その両端部に
形成した取り付け脚部58a、60bを介して非磁性材料にて
形成された支持台56にねじなどにて固定される。

本実施例にても同様に、リニアモ−タのストロ−ク
は、単にマグネットブロック58、60の組み合わせ個数を
加減することによって自由に調整することができる。

第７図に、本発明に係るリニアモ−タに好適に使用さ
れるコイル組立体４、６のコイルボビン30の一実施例が
示される。

つまり、本発明に従って構成されるリニアモ−タ１に
おいては、第１マグネット18→基板12→第２マグネット
20→第２センタ−ポ−ル10→第１センタ−ポ−ル８→第
１マグネット18の磁器回路Ｍにおいて特に、第２センタ
−ポ−ル10から第１センタ−ポ−ル８へと流れるフラッ
クスが第１コイル組立体４及び第２組立体のコイル６の
互いに隣接した部分のコイルを横切って流れた場合には
可動テ−ブル２のための本来の推力を阻害する推力を発
生することとなる。そのために、本実施例におけるコイ
ルボビン30は、第２センタ−ポ−ル10から第１センタ−
ポ−ル８へと流れるフラックスが第１コイル組立体及び
第２組立体のコイルの互いに隣接した部分のコイルを横
切らないようにフラックスを迂回して流す機能を有して
いる。この点について、次に、更に詳しく説明する。

本実施例において第１コイル組立体４及び第２コイル
組立体６のコイルボビンは同じ構造とされ、対称的に配
置されているので、第７図を参照すると、第２コイル組
立体６のコイルボビン30が実線で示され、第２コイル組
立体４のコイルボビン30は一点鎖線にて示される。本実
施例にて、コイルボビン30は、断面形状が矩形の中空管
から成り、コイルが巻回される巻線支持部32と、該巻線
支持部32の両端に固着された鍔部34とを有する。

本実施例によれば、両コイルボビン30、30の巻線支持
部32の互いに隣り合った側面部32a、及び両コイルボビ
ン30、30の鍔部34の隣り合った領域において前記巻線支
持部32の側面部32aの幅に相当する部分34aは磁性材料に
て作製され、他の部分は非磁性材料にて作製される。
又、少なくとも両コイルボビン30、30の前記磁性材料で
作製された隣り合う部分は互いに密着するように配置さ
れる。又磁性材料で作製される鍔部34a及び巻線支持部3
2aの領域は、少なくとも第２センタ−ポ−ル10から第１
センタ−ポ−ル８へと流れるフラックスを何等抵抗なく
通過せしめ得るに十分な大きさを有するものとされる。

従って、第８図に図示されるように、第２センタ−ポ
−ル10から第１センタ−ポ−ル８へと流れるフラックス
Ｆは、両コイルボビン30、30が隣接した領域において
は、両コイルボビン30、30の磁性材料で作製された巻線
支持部32a及び鍔部34aに沿って流れ、第２コイル組立体
及び第１コイル組立体のコイル6a、4aの互いに隣接した
部分のコイル6a′、4a′、を横切って流れることはな
い。

このために、本実施例のコイルボビン30を使用すれ
ば、可動テ−ブルの運動を阻害する推力の発生は回避さ
れる。

上記実施例では、少なくとも両コイルボビン30、30の
前記磁性材料で作製された隣り合う部分は互いに密着す
るように配置され、又、磁性材料で作製される鍔部34a
及び巻線支持部32aの領域は、少なくとも第２センタ−
ポ−ル10から第１センタ−ポ−ル８へと流れるフラック
スを何等抵抗なく通過せしめ得る十分な大きさを有する
ものが好ましいとして説明したが、特に大推力のリニア
モ−タにおいては、推力の増大と共にコイルのアンペア
ターン（起磁力）が大とされ、斯る起磁力を無視しえな
くなり、逆に本来の磁器回路に悪影響を及ぼすこととな
る。

このような場合には、巻線支持部32aによる起磁力の
影響を小さくするために、第９図に図示するように、少
なくとも両コイルボビン30、30の前記磁性材料で作製さ
れた隣り合う部分が、即ち、本実施例では隣り合う鍔部
34aが互いに密着しないようにこの部分に間隙Ｇを形成
することが好ましい。

本発明によれば、推力300N以上、ストロ−ク600mm以
上の性能をもった小型のリニアモ−タを容易に製造する
ことができる。

発明の効果 以上の如くに本発明に係るリニアモ−タは、所定間隔
を開けて長手方向に平行に配置された第１のセンターポ
ールと第２のセンターポールと、それぞれ中空形状で当
該中空部に各センタ−ポ−ルを貫通させて長手方向に摺
動自在に構成され、可動板にて連結された第１及び第２
のコイル組立体と、第１及び第２のコイル組立体の下
に、当該各コイル組立体の移動経路に沿って磁性材料で
構成された基板上に当該基板の厚さ方向に着磁された第
１のマグネット群と第２のマグネット群とを具備したリ
ニアモータであって、第１及び第２のマグネット群は、
各コイル組立体の幅を2aとした場合、それぞれ幅ａ、長
さｂの短形形状の単位板部材からなるマグネットを長手
方向に距離ａで等間隔に配列した構成で、且つ各マグネ
ットは水平においては、対向しない配列とされると共
に、各マグネット群の着磁方向は互いに異なる方向とな
っている構成とされるので、不必要な磁気吸引力の影響
を排除し、装置の寿命を延ばすことができ、しかも推力
の変動を起こすことなく大推力、長ストロ−クを実現
し、低価格で且つ小型化し得るという特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るリニアモ−タの一実施例の平面
図、第２図は正面図、第３図は可動板を外したときの平
面図、第４図は第１図の線IV−IVにとった拡大断面図、
第５図及び第６図は第１、第２マグネットを構成するマ
グネットブロックの平面図、第７図はコイルボビンの斜
視図、第８図はフラックスの流れを説明する断面図、第
９図は他のコイルボビンの断面図である。 2:可動板 ４、6:第１、第２コイル組立体 ８、10:第１、第２センタ−ポ−ル 12:基板 18、20:第１、第２マグネット 50、52、54、58、60:マグネットブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 宗太郎 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 佐藤 桂二 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 亀沢 康文 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 成吉 郁馬 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 川島 康雄 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番 １号 昭和電線電纜株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−236354（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−286763（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−44678（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 41/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定間隔を開けて長手方向に平行に配置さ
   れた第１のセンターポールと第２のセンターポールと、
   それぞれ中空形状で当該中空部に各センターポールを貫
   通させて長手方向に摺動自在に構成され、可動板にて連
   結された第１及び第２のコイル組立体と、前記第１及び
   第２のコイル組立体の下に、当該各コイル組立体の移動
   経路に沿って磁性材料で構成された基板上に当該基板の
   厚さ方向に着磁された第１のマグネット群と第２のマグ
   ネット群とを具備したリニアモータであって、 前記第１及び第２のマグネット群は、前記各コイル組立
   体の幅を2aとした場合、それぞれ幅ａ、長さｂの矩形形
   状の単位板部材からなるマグネットを長手方向に距離ａ
   で等間隔に配列した構成で、且つ各マグネットは水平に
   おいては、対向しない配列とされると共に、各マグネッ
   ト群の着磁方向は互いに異なる方向となっていることを
   特徴とするリニアモータ。