JP3646518B2

JP3646518B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP3646518B2
Application number: JP12895298A
Authority: JP
Inventors: 勝義川崎; 信吾竹越; 克山田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH11332210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板にＩＣチップ等の電子部品を装着するために使用されるチップマウンタ用等として好適なリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のチップマウンタに使用されているリニアモータとしては、図１２に示すような、永久磁石を用いた界磁を固定側に有し、コイルを備えた電機子を移動側に有するものが挙げられる。
【０００３】
このリニアモータのベース１には、２本の平行なガイドレール２が幅方向に所定の間隔を開けて固定されている。各ガイドレール２には各２個のスライダ３が装着されている。これらのスライダ３の上に、四隅がスライダ３となる配置で、コイル４１を備えた電機子４が固定されている。
【０００４】
また、両ガイドレール２の間に、多数の同じ永久磁石５からなる界磁５０が固定されている。多数の永久磁石５は、ガイドレール２に沿った方向（電機子４の移動方向）で電機子４と対向する面が、交互にＮ極およびＳ極となるように配置されている。なお、電機子４と永久磁石５との間には所定の隙間７が設けてあり、電機子４と対向する面がＮ極である永久磁石５は電機子４に接近する向きで磁束を発生し、前記面がＳ極である永久磁石５は電機子４から離れる向きで磁束を発生する。
【０００５】
したがって、コイル４１に電流を流すと、この電流によって生じる移動磁界と永久磁石５による磁束との相互作用により電機子４に推力が生じるため、電機子４はガイドレール２に案内されて直線的に移動する。また、このリニアモータはリニアエンコーダ９を備え、このリニアエンコーダ９からの位置検出信号に基づいて電機子４の位置制御を行うことにより、電機子４を任意の位置に移動できるようになっている。
【０００６】
このように、界磁に永久磁石を用いた従来のリニアモータでは、界磁を形成する多数の永久磁石が全て同じ材質で同じ大きさであるため、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束は電機子の移動方向全体で同じになっている。その結果、電機子のコイルに流す電流を移動方向で変化させない限り、推力は移動方向で一定となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チップマウンタ等のように、移動方向の一部分のみで俊敏な移動を行い、それ以外の部分では俊敏な移動をする必要がない用途のリニアモータでは、移動方向で推力が一定であると、大きな推力が必要でない部分にも大きな推力が必要な部分に合わせて、強力で高価な磁石を使用する必要があり、案内機構の許容荷重を大きくする必要もあった。
【０００８】
本発明は、コイルを備えた電機子を移動側に有し、多数の永久磁石からなる界磁を固定側に有し、推力が電機子の移動方向で変化するリニアモータであって、部分的に俊敏な移動を行わせる用途に好適なリニアモータを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、コイルを備えた電機子を移動側に有し、この電機子の移動方向に沿って配置された多数の永久磁石からなる界磁を固定側に有するリニアモータにおいて、前記界磁を電機子の移動方向で複数の区間に分けて、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束を隣り合う区間で変えるとともに、全区間において、前記移動方向と垂直で且つ永久磁石の磁束方向とも垂直である方向には永久磁石を一つだけ有することを特徴とするリニアモータを提供する。
【００１０】
本発明のリニアモータにおいて、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束を隣り合う区間で変えるための具体的な構成としては、第１に、隣り合う区間で永久磁石の長さ（電機子の移動方向と垂直で且つ永久磁石の磁束方向とも垂直である方向の寸法）を変えた構成が挙げられる。
【００１１】
第２の構成としては、隣り合う区間で永久磁石のベース面からの高さ（永久磁石の磁束方向の寸法）を変えた構成が挙げられる。
第３の構成としては、隣り合う区間で永久磁石の磁化率を変えた構成が挙げられる。具体的には、隣り合う区間で異なる材質の永久磁石を用いる（例えばフェライト磁石と希土類磁石の組合せ）か、同じ材質の永久磁石に対して機械的処理や熱処理を行って磁化率を変えたものを用いる構成が挙げられる。
【００１２】
第４の構成としては、隣り合う区間で永久磁石の幅（電機子の移動方向の寸法）を変えた構成が挙げられる。
第５の構成としては、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束を小さくする区間にある全ての永久磁石の電機子と対向する面に、磁性材料からなる板（磁力減衰板）を密着させる構成が挙げられる。磁性材料からなる板を複数の永久磁石に渡って前記面に密着させると、隣り合う永久磁石同士で発生する磁束が短絡して、外部に出にくくなる。なお、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束に３段階以上の差を付ける場合には、区間によって磁力減衰板の厚さを変える。
【００１３】
第６の構成としては、全区間で同じ幅（前記移動方向の寸法）の永久磁石を電機子の移動方向に隙間を開けて配置し、隣り合う区間で永久磁石のピッチ（隣り合う永久磁石の幅方向中心間の距離）を変えた構成が挙げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
なお、この実施形態のリニアモータにおいて、界磁以外の構成は、前述の図１２に示す従来のリニアモータと同じであるため、以下では界磁の構成についてのみ説明する。
【００１５】
図１〜８は、本発明の第１〜第８実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。各図において、矢印Ｘは電機子の移動方向を示し、矢印Ｚは永久磁石の磁束方向を示し、矢印Ｙは、電機子の移動方向（Ｘ方向）と垂直で且つ永久磁石の磁束方向（Ｚ方向）とも垂直である方向を示す。
【００１６】
図１に示す第１実施形態では、界磁５０を電機子の移動方向で５つの区間（中央のエリアＡ、これに隣接する２つのエリアＢ、各エリアＢに隣接する２つのエリアＣ）に分け、隣り合う区間で永久磁石５１〜５３の長さ（Ｙ方向での寸法）を変えてある。エリアＡの永久磁石５１を一番長く、エリアＣの永久磁石５３を一番短く、エリアＢの永久磁石５２をこれらの間の長さにしてある。
【００１７】
全ての永久磁石５１〜５３は同じ材料で同じ磁化率に形成され、長さ以外の寸法は全て同じになっている。これにより、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束が隣り合う区間で異なり、エリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなっている。
【００１８】
その結果、電機子のコイルに全区間で同じ電流を流した場合に、各区間で発生する推力はエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。また、界磁５０と電機子との磁気的吸引力もエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。
【００１９】
したがって、このリニアモータをエリアＡでのみ俊敏な移動を行わせる用途に適用すれば、全区間で形状および材質が同一の永久磁石を使用することにより推力が同じになっているリニアモータと比較して、永久磁石と電機子との吸引力を支えるための許容荷重の小さな案内機構を用いることができる。また、推力が小さい区間の永久磁石の大きさを小さくできるため、リニアモータの固定側の軽量化および小型化が図れる。
【００２０】
図２に示す第２実施形態では、前記第１実施形態と同様に、界磁５０を電機子の移動方向で５つの区間に分け、隣り合う区間で永久磁石５１〜５３のベース１の上面からの高さ（磁束方向の寸法）を変えてある。エリアＡの永久磁石５１を一番高く、エリアＣの永久磁石５３を一番低く、エリアＢの永久磁石５２をこれらの間の高さにしてある。
【００２１】
全ての永久磁石５１〜５３は同じ材料で同じ磁化率に形成され、高さ以外の寸法は全て同じになっている。これにより、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束が隣り合う区間で異なり、エリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくななっている。なお、ベース１の上面は平坦に形成されているため、界磁５０の電機子との対向面に凹凸が生じている。
【００２２】
その結果、電機子のコイルに全区間で同じ電流を流した場合に、各区間で発生する推力はエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。また、界磁５０と電機子との磁気的吸引力もエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。
【００２３】
したがって、このリニアモータをエリアＡでのみ俊敏な動作を行わせる用途に適用すれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、この実施形態独自の効果として、永久磁石の表面積が同一であるためベース１に永久磁石を固定し易いという効果もある。
【００２４】
図３に示す第３実施形態では、前記第２実施形態と同様に、隣り合う区間で永久磁石５１〜５３のベース１の上面からの高さを変えてあるが、界磁５０の電機子との対向面が平坦となるように、ベース１の上面のエリアＡとエリアＢに、各永久磁石５１，２３の高さとエリアＣの永久磁石５３との高さの差に応じた深さの凹部１１，１２が設けてある。
【００２５】
したがって、このリニアモータをエリアＡでのみ俊敏な動作を行わせる用途に適用すれば、前記第２実施形態と同様の効果が得られる。また、このリニアモータは、第２実施形態のリニアモータと比較して、電機子と永久磁石との隙間が一様となるため異物が混入し難くなるという効果がある。
【００２６】
図４に示す第４実施形態では、界磁５０を電機子の移動方向で３つの区間（中央のエリアＡ、これに隣接する２つのエリアＢ）に分け、隣り合う区間で永久磁石５１，５２の材質を変えてある。エリアＡの永久磁石５１としては希土類磁石の一種であるネオジウム磁石を用い、エリアＢの永久磁石５２としてはフェライト磁石を用いている。フェライト磁石よりネオジウム磁石の方が磁化率が高い。これにより、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束が隣り合う区間で異なり、エリアＡでエリアＢより大きくなっている。
【００２７】
したがって、このリニアモータをエリアＡでのみ俊敏な動作を行わせる用途に適用すれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、この実施形態独自の効果として、永久磁石が全て同一形状であるため、永久磁石をベース１に固定するための治具が一つで済むことから、永久磁石をベース１に固定し易いという効果もある。
【００２８】
図５に示す第５実施形態および図６に示す第６実施形態では、前記第１実施形態と同様に、界磁５０を電機子の移動方向で５つの区間に分け、隣り合う区間で永久磁石５１〜５３の幅（電機子の移動方向の寸法）を変えてある。エリアＡの永久磁石５１の幅を一番大きく、エリアＣの永久磁石５３の幅を一番小さく、エリアＢの永久磁石５２の幅をこれらの間の大きさにしてある。
【００２９】
また、各エリアの永久磁石５１〜５３は、電機子の移動方向に隙間を開けて、幅方向中心間の距離が同じとなるように（同一ピッチＰで）配置されている。全ての永久磁石５１〜５３は同じ材料で同じ磁化率に形成され、幅以外の寸法は全て同じになっている。これにより、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束が隣り合う区間で異なり、エリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなっている。
【００３０】
なお、各エリアでの永久磁石５１〜５３の幅を変えるために、第５実施形態では、各エリアＡ〜Ｃで異なる幅の永久磁石５１〜５３を用いているが、第６実施形態６では、同じ幅の永久磁石５を、エリアＡでは３枚ずつ、エリアＢでは２枚ずつ接触させて配置し、エリアＣでは１枚ずつ配置している。
【００３１】
その結果、電機子のコイルに全区間で同じ電流を流した場合に、各区間で発生する推力はエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。また、界磁５０と電機子との磁気的吸引力もエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。
【００３２】
したがって、このリニアモータをエリアＡでのみ俊敏な動作を行わせる用途に適用すれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、永久磁石の幅を変える構成であるため、推力の変化を細かく設定できるという効果もある。また、第６実施形態のリニアモータは、界磁５０が同じ形状の永久磁石５により構成されているため、形状の異なる永久磁石を使用する第５実施形態と比較してコストを低く抑えることができる。
【００３３】
図７に示す第７実施形態では、前記第１実施形態と同様に、界磁５０を電機子の移動方向で３つの区間に分け、全エリアで同じ永久磁石５が隙間を設けずにベース１に固定してある。また、エリアＢにある全ての永久磁石５の電機子と対向する面に、磁性材料からなる磁力減衰板８１が密着状態で固定されている。エリアＣにある全ての永久磁石５の電機子と対向する面に、磁力減衰板８１と同じ磁性材料からなり、磁力減衰板８１より厚さの厚い磁力減衰板８２が、密着状態で固定されている。
【００３４】
これにより、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束が隣り合う区間で異なり、エリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。その結果、電機子のコイルに全区間で同じ電流を流した場合に、各区間で発生する推力はエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。また、界磁５０と電機子との磁気的吸引力もエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。
【００３５】
したがって、このリニアモータをエリアＡでのみ俊敏な動作を行わせる用途に適用すれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、この実施形態独自の効果として、永久磁石が全て同一形状であるため、永久磁石をベース１に固定し易いというという効果もある。
【００３６】
図８に示す第８実施形態では、前記第１実施形態と同様に、界磁５０を電機子の移動方向で５つの区間に分け、電機子の移動方向に隙間を開けて全ての永久磁石５を配置し、全区間で同じ幅（前記移動方向の寸法）の永久磁石５を電機子の移動方向に隙間を開けて配置し、隣り合う区間で永久磁石のピッチ（隣り合う永久磁石の幅方向中心間の距離）を変えてある。エリアＡでは最も狭いピッチＰ₀とし、エリアＢではエリアＡの２倍のピッチ２Ｐ₀とし、エリアＣではエリアＡの３倍のピッチ３Ｐ₀としてある。
【００３７】
これにより、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束が隣り合う区間で異なり、エリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。その結果、電機子のコイルに全区間で同じ電流を流した場合に、各区間で発生する推力はエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。また、界磁５０と電機子との磁気的吸引力もエリアＡで一番大きく、エリアＢ、エリアＣの順に小さくなる。
【００３８】
したがって、このリニアモータをエリアＡでのみ俊敏な動作を行わせる用途に適用すれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、この実施形態独自の効果として、永久磁石が全て同一形状であるため永久磁石をベース１に固定し易いという効果、および推力の変化を細かく設定できるという効果もある。
【００３９】
図９は、本発明の実施形態に相当するリニアモータが設置されたチップマウンタを示す平面図であり、図１０はその正面図である。
このチップマウンタは、ベース１の上に所定の間隔を開けて設置されたリニアモータＬおよびＸＹテーブルＴと、両者の間となる位置の上方に設置されたロータリーヘッドＲで構成されている。
【００４０】
リニアモータＬは、それぞれ独立に移動可能な４つの移動部（電機子）４を有する。リニアモータＬの界磁５０は、電機子の移動方向を、ロータリーヘッドＲの位置に相当するエリアＡと、それ以外のエリアとに分けて、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束が、エリアＡでそれ以外のエリアより高くなるように構成されている。これにより、電機子のコイルに移動方向で同じ電流を流してこのリニアモータを作動させると、エリアＡの推力はそれ以外のエリアより大きくなる。
【００４１】
リニアモータＬの４つの移動部４の上には、それぞれパレット１４が固定されている。パレット１４の上には、電子部品を取り出し自在に収納したリール１５等を装着している。
【００４２】
ロータリーヘッドＲは、一部がＸＹテーブルＴの上方で重なる状態に設置されており、その周縁部には多数のチャックＲ１が設けてある。そして、このチャックＲ１を作動させて、エリアＡで停止しているパレット１４のリール１５から所定の電子部品を掴み取った後、ロータリーヘッドＲを回転して、この電子部品を掴んだチャックの位置をＸＹテーブルＴの所定位置まで移動する。その後、チャックＲ１を作動させて、ＸＹテーブルＴの上に載せたプリント基板Ｋの所定位置に電子部品を装着する。
【００４３】
したがって、このチップマウンタにおいて、リニアモータＬは、パレット１４をロータリーヘッドＲの位置まで移動させて停止させた後、このパレット１４を必要に応じてさらに先の位置まで移動させたり、元の位置に戻したりするために設置されている。
【００４４】
このリニアモータＬは、このように俊敏な動作を行わせるエリアＡで、それ以外のエリアよりも大きな推力が発生するように構成されているため、全区間で推力が同じであるリニアモータと比較して、許容荷重の小さな案内機構を用いることができる。また、推力が小さい区間の永久磁石の大きさを小さくできるため、リニアモータの固定側の軽量化および小型化が図れる。その結果、このリニアモータＬを設置することによりチップマウンタの軽量化および小型化が図れる。
【００４５】
以上の実施形態では、電機子の移動方向の中央部分で推力が高く、両端で低いリニアモータが記載されているが、これとは反対に、電機子の移動方向の中央部分で推力が低く、両端で高いリニアモータが要求される場合もある。例えば、一端から他端まで移動させるのにかかる移動時間を短くしたい場合には、移動方向の両端で大きな加速度が必要なため、両端の推力を中央部より高くすることにより高速用のリニアモータが得られる。
【００４６】
また、隣り合う区間で連続的に推力を変化させるのではなく、隣り合わない複数の区間で高い推力を有するリニアモータが要求される場合もある。例えば、搬送やパレット打ち出し等の用途では、移動方向の複数の所定位置で停止および再移動を行う必要がある。このような用途では、図１１に示すように、これらに相当するエリアＡ，Ｂ，Ｃで推力が高くなるように構成したリニアモータを用いることが好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリニアモータによれば、電機子の移動方向で推力が異なるように構成されているため、部分的に俊敏な移動を行わせる用途において、全区間で推力が同じであるリニアモータと比較して、許容荷重の小さな案内機構を用いることができる。また、推力が小さい区間の永久磁石の大きさを小さくできるため、リニアモータの固定側の軽量化および小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図２】本発明の第２実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図３】本発明の第３実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図４】本発明の第４実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図５】本発明の第５実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図６】本発明の第６実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図７】本発明の第７実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図８】本発明の第８実施形態に相当するリニアモータの界磁を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【図９】本発明の実施形態に相当するリニアモータが設置されたチップマウンタを示す平面図である。
【図１０】図９のチップマウンタの正面図である。
【図１１】隣り合わない複数の区間で高い推力を有するリニアモータの界磁の構成を説明するための平面図である。
【図１２】リニアモータの従来例を示す平面図（ａ）およびそのＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１ベース
２ガイドレール
３スライダ
４電機子（移動部）
４１コイル
５永久磁石
７隙間
９リニアエンコーダ
１１凹部
１２凹部
１４パレット
１５リール
５０界磁
５１永久磁石
５２永久磁石
５３永久磁石
８１磁力減衰板
８２磁力減衰板
Ｌリニアモータ
ＴＸＹテーブル
Ｒロータリーヘッド
Ｋプリント基板

Claims

コイルを備えた電機子を移動側に有し、この電機子の移動方向に沿って配置された多数の永久磁石からなる界磁を固定側に有するリニアモータにおいて、
前記界磁を電機子の移動方向で複数の区間に分けて、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束を小さくする区間にある全ての永久磁石の電機子と対向する面に、磁性材料からなる板を密着させることにより、電機子のコイルと鎖交する永久磁石の発生磁束を隣り合う区間で変えるとともに、
全区間において、前記移動方向と垂直で且つ永久磁石の磁束方向とも垂直である方向には永久磁石を一つだけ有することを特徴とするリニアモータ。