JP3848884B2

JP3848884B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP3848884B2
Application number: JP2002040919A
Authority: JP
Inventors: 弘中金; 晃司牧; 泰男諸岡; 勇沼田; 久男田所; 健郎森本; 康知三戸; 博司上野; 秀樹嶋根
Original assignee: Hitachi Setsubi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Setsubi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003244925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動子と固定子からなる駆動装置に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リニアモータに代表される直線駆動を利用した駆動装置の需要が増大している。リニアモータは、直線駆動が必要とされる分野では回転モータと比較して高速度・高精度位置決めが可能，保守が容易である等の利点を有しており、特に半導体製造装置，工作機械等の分野で需要が高い。しかし、それらの分野に限らず、上記利点を活かした他の用途にも利用されていくことが予想される。
【０００３】
リニアモータには様々な方式がある。例えば、特開平１０−１７４４１８号公報（以下、従来例１と呼ぶ）には、固定子をコイルを巻いた複数のＣ型鉄心、可動子を永久磁石を複数配置した板状のもので構成し、可動子を固定子鉄心のギャップ間に配置したリニアモータが記載されている。また、特開２００１−28875号公報（以下、従来例２と呼ぶ）には、製造の容易化，省スペース化及び電力効率の向上を図るために固定子側に巻くコイルを一本だけとし、固定子には２種類の形状の鉄心を一つおきに同種のものとなるように複数配置したリニアモータが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のリニアモータを工作機械，搬送装置等に使用した場合、可動子を支持する支持部と可動子との接触部の摩擦による磨耗によって可動子が損傷し、可動子を頻繁に交換する必要が生じる。また、可動子の損傷を防止するために可動子に磨耗に強い材料を使用すると、可動子の重量が重くなり、駆動装置の効率が低下するという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、可動子の接触部における磨耗による損傷を低減し、保守性の良い駆動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の駆動装置は、上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第一の対向部を有し、磁性体を有する第一のコアと上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第二の対向部を有し、磁性体を有する第二のコアとを備え、前記第一のコアと前記第二のコアは互い違いに配置され、かつ、前記第一の対向部と前記第二の対向部の磁極の向きが対向する電機子と、前記第一の対向部の間及び前記第二の対向部の間に永久磁石を有する二次側部材を備えた駆動装置において、前記二次側部材の上方には前記第一のコアに配置される上部磁極歯と前記第二のコアに配置される上部磁極歯が交互に配置され、前記二次側部材の下方には前記第一のコアに配置される下部磁極歯と前記第二のコアに配置される下部磁極歯が交互に配置され、前記第一のコアと前記第二のコアに共通にコイルが巻かれ、前記上部磁極歯側、及び前記下部磁極歯側で前記二次側部材の移動方向の端部に前記二次側部材を移動可能に支持する支持部材が配置され、前記二次側部材は前記永久磁石を保持する第１の部材と、該第１の部材の移動方向に沿って、前記第１の部材に接合された第２の部材を有し、前記第２の部材の硬度を、前記第１の部材の硬度よりも高くして、前記第２の部材は前記支持部材と接触することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、比較例の駆動装置の全体図である。図１において、可動子６はローラベアリング１によりｘ方向に移動可能に支持されている。ローラベアリング１は、ケース９に回転可能に取り付けられている。ケース９の内側にはリニアモータの固定子３（図示せず）が支持部材により固定的に取り付けられている。図２に比較例に用いられるリニアモータを示す。図２（ａ）は、リニアモータの磁束の流れを示す図、図２（ｂ）は、リニアモータの全体図である。可動子６は、リニアモータの二次側に相当し複数の永久磁石３４がＮ極，Ｓ極が交互になるように配置されている。固定子３は、リニアモータの一次側（コイルを巻いた磁性体を有する側）に相当し、コア５１，５２とコイル４から構成される。第１のコア
５１は、第１の対向部４１を有し、第２のコア５２は、第２の対向部４２を有する。コア５１，５２は磁性体で構成され、コア５１とコア５２には、上部と下部の磁極が互い違いになるように構成されている。ここで、コア５１の上部磁極歯１１ａと下部磁極歯２１ｂを第１の対向部４１と定義し、コア５２の下部磁極歯１２ｂと上部磁極歯２２ａを第２の対向部４２と定義する。よって、(２ｎ−１)番目のコアは、第１の対向部４１、（２ｎ）番目のコアは、第２の対向部４２を有するように固定子３を構成する（但し、ｎ＝１，２，３，……）。コア５１，５２の各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間に一定のギャップ８を設け、ギャップ８に可動子６を通すと、可動子６が第１の対向部４１及び第２の対向部４２に挟持された構造を形成する。可動子６と固定子３の相対的な位置に応じてコイル４に単相の交流電流をながすと、リニアモータ各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間のギャップ８には、磁束が上部と下部の磁極歯間を交番して上下に通り、第１の対向部４１と第２の対向部４２に流れる磁束の向きは交互に逆方向になる。第１の対向部４１及び第２の対向部４２に流れる磁束と、永久磁石３４の作る磁束の相互作用により、可動子６にはｘ方向に電磁力による駆動力が発生し、可動子６が往復運動する。
【００１３】
ここで、可動子６が往復運動するときに、可動子６のローラベアリング１との接触部１０が磨耗により損傷するため、可動子６を頻繁に交換する必要があり、保守に手間がかかるという課題がある。また、可動子６の磨耗を防止するために可動子６に磨耗に強い材料を用いると、可動子６の重量が重くなり、駆動装置としての効率が低下する。さらに、一般に磨耗に強い材料は高価なので、可動子６の単価が高くなり駆動装置の生産コストの増加につながる。
【００１４】
実施例１
図３は、本発明の実施例１に用いられる可動子６の構造を示す図であり、本実施例のその他の部分は比較例と同じである。可動子６は第１の部材３０と第２の部材５から構成される。第２の部材５はねじ穴７を有し、駆動時に可動子６がローラベアリング１と接触する部位３１にねじ等の支持部材８によって取り付けられている。第１の部材３０には、軽く（密度が小さく）て安価な材料、例えばアルミ等を用いる。それに対し第２の部材５には、磨耗に強く硬度の高い材料、例えばステンレス，チタン等を用いる。第１の部材及び第２の部材は磁気的な特性を考えると非磁性材が望ましい。可動子６を本実施例のような構成にすれば、可動子６のローラベアリング１との接触部分１０が磨耗に強い第２の部材５で構成されているので、磨耗による損傷が低減され、可動子６の交換の機会が減るため、交換にともなう保守の労力が低減できる。また、交換部品代等のコストも削減することができる。
【００１５】
また、ローラベアリング１は、第２の部材よりも硬度が高く磨耗に強い材料を用いる。このようにすれば、ローラベアリング１の磨耗による損傷が防止できるので、ローラベアリング１の交換の機会が減り、交換にともなう保守の労力，交換部品代等のコストが低減される。可動子６を支持する支持部材はローラベアリングに限らずボールベアリング，レール，摩擦ベアリング，リニアベアリング等でもかまわない。
【００１６】
第１の部材３０はプラスティック等の合成樹脂材を用いてもよい。第１の部材３０に合成樹脂材を用いると可動子６をより軽量に作ることができる。また、可動子６に合成樹脂材を用いると可動子６の製造工程が簡略化されるため、生産性が向上する。
【００１７】
可動子６は、図４のような構造としてもよい。図４において、第２の部材５はｘ方向から取り付ける。可動子６を図４のような構造にするとｙ方向にねじ８の頭が出っ張ることがないので、可動子６のｙ方向にスペースの余裕がない場合に有効である。
【００１８】
尚、本発明に用いられる駆動装置は、図２に示したリニアモータの方式に限らず、例えば可動子６，固定子３に従来例１に記載のリニアモータを用いたものにも適用できる。また、可動子６に凹凸をつけた磁性体，導体板またはコイルを巻いた磁性体を用いたもの、あるいは固定子３をリニアモータの二次側とし、可動子６を一次側としたもの等にも適用できる。
【００１９】
実施例２
図５は、本発明の実施例２に用いられる可動子６の構造図であり、本実施例のその他の部分は実施例１と同じである。可動子６を図５のような構造にすると第１の部材３０の一部分３０ａに円柱状の安価な部材を用いることができるので、可動子６の製造コストが低減できる。
【００２０】
実施例３
図６は、本発明の実施例３に用いられる可動子６の構造図であり、本実施例のその他の部分は実施例１，２と同じである。実施例１，２と違う部分は、第２の部材５が板状であることである。第２の部材５は、ねじ８により第１の部材３０に取り付けられる。第２の部材５を板状にすると第２の部材５の製造が容易となり、生産性が向上するという利点がある。
【００２１】
上記に説明した第２の部材５の固定方法としては、ねじ穴７代わりに、可動子６と第２の部材５の結合部分に凹凸を設けて直接嵌めて固定する方法（言い換えると圧入する方法）なども可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、電機子と、第一の対向部の間及び第二の対向部の間に永久磁石を有する二次側部材を備えた駆動装置において、永久磁石を有する二次側部材の磨耗による損傷を低減して、保守にともなう労力を軽減することを実現したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例の全体図。
【図２】比較例に用いられるリニアモータの構造図。
【図３】本発明の実施例１の可動子の構造図（その１）。
【図４】本発明の実施例１の可動子の構造図（その２）。
【図５】本発明の実施例２の可動子の構造図。
【図６】本発明の実施例３の可動子の構造図。
【符号の説明】
１…ローラベアリング、４…コイル、５…第２の部材、６…可動子、７…ねじ穴、８，８ａ，８ｂ…ねじ、９…ケース、１０…ローラベアリングとの接触部分、１１ａ…磁極１の上部磁極歯、１２ｂ…磁極１の下部磁極歯、２１ｂ…磁極２の下部磁極歯、２２ａ…磁極２の上部磁極歯、３０，３０ａ，３０ｂ…第１の部材、３１…ローラベアリングと接触する部位、４１…第１の対向部、４２…第２の対向部、５１…第１の対向部を有するコア、５２…第２の対向部を有するコア。

Claims

上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第一の対向部を有し、磁性体を有する第一のコアと上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第二の対向部を有し、磁性体を有する第二のコアとを備え、前記第一のコアと前記第二のコアは互い違いに配置され、かつ、前記第一の対向部と前記第二の対向部の磁極の向きが対向する電機子と、
前記第一の対向部の間及び前記第二の対向部の間に永久磁石を有する二次側部材を備えた駆動装置において、
前記二次側部材の上方には前記第一のコアに配置される上部磁極歯と前記第二のコアに配置される上部磁極歯が交互に配置され、
前記二次側部材の下方には前記第一のコアに配置される下部磁極歯と前記第二のコアに配置される下部磁極歯が交互に配置され、
前記第一のコアと前記第二のコアに共通にコイルが巻かれ、
前記上部磁極歯側、及び前記下部磁極歯側で前記二次側部材の移動方向の端部に前記二次側部材を移動可能に支持する支持部材が配置され、
前記二次側部材は前記永久磁石を保持する第１の部材と、
該第１の部材の移動方向に沿って、前記第１の部材に接合された第２の部材を有し、
前記第２の部材の硬度を、前記第１の部材の硬度よりも高くして、前記第２の部材は前記支持部材と接触することを特徴とする駆動装置。
請求項１において、
前記支持部材はローラベアリングであることを特徴とする駆動装置。