JP4150999B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動距離の大きい可動コイルを備えたリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から複数個の永久磁石と、前記永久磁石が発生する磁束に鎖交するように設けられた多相コイルとを具備し、前記多相コイルに電流を流すことにより、多相コイルを永久磁石に対して相対移動させるようにしたリニアモータが知られている。このようなリニアモータは、永久磁石を固定してコイルを移動させる可動コイル型とコイルを固定して永久磁石を移動させる可動磁石型とに分類される。
【０００３】
このようなリニアモータのうち、略１０ｃｍ乃至略１００ｃｍといった移動距離の範囲内で物体の位置決めを行うためのものとしては、例えば、特公昭５８−４９１００号及び実開昭６３−９３７８３号公報に開示されているような可動コイル型リニアモータが多用されている。このリニアモータは、厚さ方向に着磁した複数の永久磁石を着磁方向が異なるように対向させて配置し、対向する永久磁石間（又は永久磁石とヨークの間）に形成された磁気空隙内に、磁束と直角方向に移動する可動コイル組み立て体を配設した構造を有する。さらにこのリニアモータでは、磁気空隙内で磁束が複数個の閉ループを構成し、磁路の１部に磁束が集中しないようになっているので、移動距離の全域に亘って一様な磁束密度を発生させることができる。
【０００４】
上記リニアモータの一例を図１８に示す。図１８において９９はヨークであり、鉄板のような強磁性材料により例えば平板状に形成する。９７は永久磁石であり、厚さ方向に着磁し、表面にＮＳ磁極が相互に出現するようにヨーク９９の長手方向に配設して固着する。異なる磁極の極性が対向するように磁気空隙９１１を介してヨーク９９に配置された複数個の永久磁石９７を配設する。９００は支持板であり、前記磁気空隙９１１を確保するためにヨーク９９の長手方向両端部に固着する。なお支持板９００は前記ヨーク９９と同様の強磁性材料によって形成することが好ましい。これらヨーク９９、永久磁石９７、支持板９００及びこれらが載設されるベース(図示せず)により固定子９１が構成される。
【０００５】
次に９２０は多相コイルであり、前記磁気空隙９１１における磁束と巻線方向が直交するような複数個の偏平コイルによって形成する。すなわち複数個のコイル（ただし図１８においては、コイル 1 個のみを図示している）を永久磁石９７の配設方向に若干量ずらして配設し、磁極の方向を磁界検出素子等の手段を介して検出し、電流を流すべきコイル及びその方向を切換え得るように形成する。なお多相コイル９２０は、図示を省略するが、コイルフレームを介してキャリッジに固着されて一体に支持された可動子を形成し、支持摺動部材を介して固定子９１に対して移動可能に設けられる。
【０００６】
以上の構成により、多相コイル９２０に電流を流すと、多相コイル９２０はフレミングの左手の法則により、ヨーク９９の長手方向の推力を受けるから、多相コイル９２０を一体に支持してなる可動子はヨーク９９の長手方向に移動する。次に多相コイル９２０に前記と逆方向の電流を流すと、多相コイル９２０には前記と逆方向の推力が作用するから、可動子は前記と逆方向に移動する。このようなリニアモータには、可動子の位置制御を行うための例えば光学式あるいは磁気式の位置検出手段が設けられている。位置検出手段は、図示を省略するが、読取ヘッドと、スケールとから構成され、読取ヘッドがスケールに対して相対移動するとスケールが移動距離に比例した数のパルスを発し、このパルスを読取ヘッドが検出して制御装置にフィードバックし、制御装置がパルス数を距離に換算して移動距離を検出する。従って多相コイル９２０への通電及びその電流の方向を選択することにより、可動子を所定位置に移動させることができる。
【０００７】
図１９は上記のような従来のリニアモータの断面図であり、図１８と同一部分は同一の参照符号を付す。
【０００８】
断面形状がＵ字型に形成されたベース９１Ａ１の内面には、一対のヨーク９９が固着されている。各ヨーク９９には永久磁石９７が固着され、対向する永久磁石９７間に磁気空隙９１１が形成される。そして、これらの永久磁石９７は相隣る磁極の極性が交互に異なるように（図１８参照）、かつ異なる極性の磁極が対向するように配設される。ベース９１Ａ１の上部には、一対の支持摺動部材９４を介してキャリッジ９２２が配設される。ベース９１Ａ１、ヨーク９９、永久磁石９７及びスケール９２４により固定子１００１が構成される。
【０００９】
キャリッジ９２２には、磁気空隙９１１に配設された多相コイル９２０が、フレーム９２１を介して固着される。キャリッジ９２２、多相コイル９２０フレーム９２１及びスケール９２４により可動子９２が構成される。位置検出手段９１８は読取ヘッド９２３と、スケール９２４とから構成される。多相コイル９２０に電流が流れると、推力はフレミングの左手の法則に基づいて可動子９２に発生する。可動子９２は支持摺動部材９４を介して固定子１００１に配設され、前記推力により図１９の紙面と直交する方向に移動する。すなわち固定子１００１と可動子９２は支持摺動部材９４を介し相対的に移動できる。
【００１０】
前記リニアモータにおいては、高精度の位置決めを行うために、可動子９２と固定子９１が所定の位置関係に保持されている必要がある。そこで、加工時間の短縮も考慮して、ベース９１Ａ１やヨーク９９は各々長手方向に一体に形成された素材を、基準面を加工した後、多面加工機のベッドに固定して精度を要する全ての箇所を前記固定を変更（クランプ替え）せずに加工（以下、「１クランプ加工」と記述する）することにより製作していた。これはベース９１Ａ１やヨーク９９を長手方向に分割して製作後、接合すると前記接合部で段差や後述する曲がりが生じ易く、接合後の固定子の精度が確保できないからである。すなわち図２０に示すようにベースを長手方向に分割して製作後、接合した場合には、接合部における接合部角度が１８０度未満になる（又は１８０度を超過する）と曲がりが生じる。
【００１１】
また、略１０ｃｍ乃至略１００ｃｍといった移動距離の範囲内で物体の位置決めを行うためのリニアモータにおいては、長手方向に一体の部材を機械加工することに大きな困難は伴わなかったが、例えば数ｍあるいは１０ｍ以上といった大きな移動距離の場合には、大型の加工機を必要とし、しかも高精度の加工を行うために、加工費の増大をもたらし、特に１クランプ加工を行う場合は顕著である。１クランプ加工の代わりにクランプ替えを伴う加工を行う場合には、１クランプ加工と同様に加工費の増大を伴い、さらにクランプ替え時に誤差を生じ易く加工精度は低下する。
【００１２】
このように固定子が長尺化すると、加工費の増大に加えて、加工後の焼鈍を行う場合に熱処理費の増大をもたらす。
【００１３】
また前記リニアモータにおいては、固定子の重量が大きくなると、それが据え付けられる相手の部材（以下、「据え付け架台」と記述する）の強度を大きくしなければならないので、固定子を軽量化することが求められる。そこで鋳物製あるいは、厚い金属板を溶接あるいはボルト締結して、断面形状がＵ字型のベース９１Ａ１を形成していた。しかしこのようなリニアモータは所謂一品生産の場合が多いので、鋳型を作っても再使用されることが少なく、型費用を償却しにくく製作費が高価となることが多い。また、鋳物は肉厚をあまり薄くすることはできず、薄くても良い部位でもある程度の厚さとする必要があるので軽量化が難しいという問題点もある。ベース９１Ａ１を厚い金属板で形成する場合も、薄くても良い部位でも不必要に厚くなるので、軽量化が難しいという問題点がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、可動子の移動距離が大でも高精度の位置決めが可能で、しかも軽量化され、さらに製作費用を低減できるリニアモータを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは種々検討の結果、特定の構造を有する部材付ベースで固定子を形成することにより前記問題点を解決し、本発明を完成するに至った。本発明のリニアモータは、コ字形状を有するヨークと、前記ヨークの長手方向に沿って異極性の磁極が交互に並ぶように前記ヨークに固着された複数の永久磁石と、磁気空隙を介して前記各永久磁石と異極性の磁極が対向しかつ前記ヨークの長手方向に沿って異極性の磁極が交互に並ぶように前記ヨークに固着された複数の永久磁石とを有し、前記ヨークを支持するとともに、キーで結合された複数の部材付ベースを含む固定子と、前記磁気空隙内に配置される多相コイルを有する可動子とを備え、前記固定子は、前記可動子を案内する支持摺動部材を構成するレールと前記可動子の位置検出手段を構成するスケールを有するリニアモータであって、前記部材付ベースは、前記可動子の移動方向と直交する方向に固着された複数の角パイプからなり、これらの角パイプの少なくとも接合側端面が密閉されたベースと、前記ベースの外周面に取り付けられた台座とを有し、前記角パイプの接合側端面にはそれぞれ、前記台座を基準としてキー溝が形成され、かつ少なくとも一つのキー溝は他のキー溝と異なる方向に形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明のリニアモータの構成を図１〜４により説明する。図１は本発明のリニアモータを示す平面図、図２は図１のＡ―Ａ矢視図、図３は図２のＢ―Ｂ矢視図、図４は図２のＣ―Ｃ矢視図である。
【００１８】
本発明のリニアモータは、複数個（例えば３個）の単体固定子１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃからなる固定子１と、支持摺動部材４を介してそこに支持された可動子２を備えている（図１参照）。固定子１は、長手方向（可動子の移動方向）に接続された複数個（例えば３個）の部材付ベース１Ａ、１Ｂ、１Ｃ（図２、４参照）と、長手方向に接続された複数個（例えば３個）の磁気回路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを有し、可動子２は摺動子２８を介して、固定子１に設置された支持摺動部材４に案内されるキャリッジ２２とそこに固定された読み取りヘッド２３を有するとともに、固定子１に設置された複数本（例えば３本）のスケール２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと読み取りヘッド２３とで位置検出手段１８（図３参照）が形成される。支持摺動部材４は、各磁気回路の両側に配置される複数本（例えば３本）のレール２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ及びこれらを支持する複数のレール受け材１Ａ６、１Ｂ６、１Ｃ６を有する。
【００１９】
このリニアモータの各部の詳細を、図１〜４及び図５〜１７により説明する。図５は図２のＤ―Ｄ矢視図、図６は図２のＦ―Ｆ矢視図、図７は図１のＨ―Ｈ分解矢視図（但し一つの接合部のみを示す）、図８は図２のＪ―Ｊ分解矢視図（但し一つの接合部のみを示す）、図９はキーを示す図、図１０は図７の要部を拡大した断面図、図１１は磁気回路を示す断面、図１２は図７の要部の他の例を示す拡大断面図、図１３は部材付ベースの端面に取り付けられる部材の他の例を示す図、図１４はレールの接合部を示す分解斜視図、図１５はスケール部を示す断面図（図２のＫーＫ断面）、図１６はスケールの平面図、図１７はレールの接合部の他の例を示す分解斜視図である。
【００２０】
<部材付ベース>
（部材付ベース１Ａの組立）
図５に示すように磁気回路などを支持する部材付ベース１Ａは、両端面が長手方向に対して直角になるように所定長さ（例えば５．５ｍ）に切断された２本の角パイプ１Ａ１ａ（例えばＳＴＫＲ１２５ｍｍ×１２５ｍｍ×６ｍｍ厚さ）とそれより小さい１本の角パイプ１Ａ１ｂ（例えばＳＴＫＲ１５０ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍ厚さ）を、２本の角パイプ１Ａ１ａの間に角パイプ１Ａ１ｂを挟んだ（下側の面をそろえかつ長手方向の端面をそろえた）状態で固着することにより作製されたベース１Ａ１を有する。
【００２１】
ベース１Ａ１の一方の端面には端板１Ａ３が取り付けられるとともに、他方の端面にはキー溝１Ｂ４Ａを有し、ベース１Ａ１の端面と略一致した形状を有する凹板１Ａ４が取り付けられる（図１、２、４、５参照）。ベース１Ａ１の上面には角棒状に形成された２条のレール受け材１Ａ６と１条のスケール受け材１Ａ７と鉄板のような強磁性材料により平板状に形成された下ヨーク１Ａ８とが長手方向に互いに平行になるように取り付けられる（図５参照）。レール受け材１Ａ６、スケール受け材１Ａ７及び下ヨーク１Ａ８の部材付ベース１Ｂと接合する側の端部は凹板１Ａ４の端面と略一致するようにする。但し、レール受け材１Ａ６の端部は凹板１Ａ４の端面よりも、部材付ベース１Ｂと反対側に引っ込むようにしてもよい。また固定子１を据え付け架台（不図示）に精度よく固定するために、ベース１Ａ１の下面に下台座１Ａ９（複数個でもよい）が取り付けられ、さらにベース１Ａ１の一方の側面に凹板１Ａ４に機械加工を施す際の基準面となる横台座１Ａ１０（複数個でもよい）が取り付けられる（図１、３、４参照）。下台座１Ａ９及び横台座１Ａ１０はベース１Ａ１からはみ出さないような大きさを有する部材であり、据え付け架台の形状に応じて種々の形状とすることができる。また横台座を省略してもよいが、横台座は機械加工の基準面としての機能ももつので、横台座に代わる基準面を設けることが必要となる。
【００２２】
端板１Ａ３、凹板１Ａ４、レール受け材１Ａ６、下台座１Ａ９、横台座１Ａ１０は鉄製とし、スケール受け材１Ａ７は非磁性ステンレス製とすることができる。前述の各部材同士は溶接により取り付けられるが、これに限定されず、ろう付け、ボルト締結あるいは接着等種々の取り付け手段を用いることができる。このようにベース１Ａ１に、端板１Ａ３、凹板１Ａ４、レール受け材１Ａ６、スケール受け材１Ａ７、下台座１Ａ９、横台座１Ａ１０、リブ材及び／又は竹の節のような板が取り付けられて部材付ベース１Ａが組み立てられる。
【００２３】
（部材付ベース１Ａの加工）
上記の部材付ベース１Ａは最初に下台座１Ａ９の下面が機械加工で仕上げられ、下台座１Ａ９の下面を第１基準面としてＮＣ多面加工機に装着され、横台座１Ａ１０が機械加工で第１基準面と直交するように仕上げられて第２基準面となり、第１基準面及び／又は第２基準面を寸法基準面として加工されてキー溝１Ａ４Ａ、１Ａ４Ｂ及び各ネジ穴が形成されるとともに、レール受け材１Ａ６、スケール受け材１Ａ７及び下ヨーク１Ａ８ならびに部材付ベース１Ｂと接合する長手方向端部が加工されて、Ｌ６ｃ、ＬＢｂ、ＬＢａ、Ｌ６ｂ、Ｌ６ａ、Ｌ７ａ、Ｌ８、ＬＡａ、ＬＡｂ及びＷＡ（＝ＬＡｂ−ＬＡａ＝ＬＢｂ−ＬＢａ）の各寸法は高精度に仕上げられる（図５参照）。そして部材付ベース１Ｂと接合する長手方向端部は第１基準面及び第２基準面に対して正確な直角度を有するように仕上げられる。キー溝１Ａ４Ｂはキー溝１Ａ４Ａに対して９０度異なる方向に形成されるが、寸法形状はキー溝１Ａ４Ａと同じである。このようにして所定の部材が付加されたベース１Ａ１に所定の加工が施されて部材付ベース１Ａが形成される。また必要に応じて歪み取りのための焼鈍を行うことは、後述する機械加工の精度を良くするために有効である。
【００２４】
（部材付ベース１Ｂの組立及び加工）
部材付ベース１Ｂは、長手方向寸法が異なる（長手方向寸法は５．０ｍ）以外は、部材付ベース１Ａと同様の材質・寸法・形状を有する角パイプ１Ｂ１ａ、１Ｂ１ｂからなるベース１Ｂ１と、レール受け材１Ｂ６、スケール受け材１Ｂ７、下ヨーク１Ｂ８、下台座１Ｂ９、横台座１Ｂ１０とで組み立てられる。また部材付ベース１Ｂの長手方向端部において、部材付ベース１Ｃと接合する側には凹板１Ｂ４が取り付けられ、部材付ベース１Ａと接合する側には凸板１Ｂ５が取り付けられとともに、レール受け材１Ｂ６、スケール受け材１Ｂ７及び下ヨーク１Ｂ８の長手方向両端部は凹板１Ｂ４、凸板１Ｂ５の長手方向端部と略一致するようにする。このようにベース１Ｂ１に、凹板１Ｂ４、凸板１Ｂ５、レール受け材１Ｂ６、スケール受け材１Ｂ７、下台座１Ｂ９、横台座１Ｂ１０、リブ材及び／又は竹の節のような板が取り付けられて部材付ベース１Ｂが組み立てられ、次いで端面に加工が施される。部材付ベース１Ｂの一方の端面（部材付ベース１Ａと対向する側）は、機械加工で仕上げられた下台座１Ｂ９、横台座１Ｂ１０が第１基準面、第２基準面となり、第１基準面及び／又は第２基準面を寸法基準面として加工されてキー溝１Ｂ５Ａ、１Ｂ５Ｂ及び各ネジ穴１Ｂ５Ｃが形成されるとともに、レール受け材１Ｂ６、スケール受け材１Ｂ７及び下ヨーク１Ｂ８ならびに長手方向両端部が加工されて、Ｌ６ｃ、ＬＢｂ、ＬＢａ、Ｌ６ｂ、Ｌ６ａ、Ｌ７ａ、Ｌ７ｂ、Ｌ８、ＬＡａ、ＬＡｂ寸法及びＷＡ寸法（＝ＬＡｂ−ＬＡａ＝ＬＢｂ−ＬＢａ）寸法は、高精度にかつ部材付ベース１Ａと同寸法となるように仕上げられる（図６参照）。そして部材付ベース１Ａと接合する長手方向両端部は前記第１基準面及び第２基準面に対して正確な直角度を有するように仕上げられる。キー溝１Ｂ５Ａとキー溝１Ｂ５Ｂは９０度異なる方向に形成されるが、寸法形状はキー溝１Ａ４Ａと同じである。このようにして部材付ベース１Ｂが形成される。なお、部材付ベース１Ｂの他方の端面（部材付ベース１Ｃ側）は、加工後は図５と同様になるので図示を省略する。
【００２５】
（部材付ベース１Ｃの組立及び加工）
部材付ベース１Ｃは、部材付ベース１Ａと同様の材質・寸法・形状を有する角パイプ１Ｃ１ａ、１Ｃ１ｂからなるベース１Ｃ１と、レール受け材１Ｃ６、スケール受け材１Ｃ７、下ヨーク１Ｃ８、下台座１Ｃ９、横台座１Ｃ１０を有する。ベース１Ｃ１の一方の端部には、端板１Ｃ３が取り付けられ、部材付ベース１Ｂと接合する側の端部には凸板１Ｃ５が取り付けられ、さらにレール受け材１Ｃ６、スケール受け材１Ｃ７及び下ヨーク１Ｃ８の長手方向両端部は端板１Ｃ３、凸板１Ｃ５の長手方向端部と略一致するようにする。なお端板１Ｃ３は省略してもよく、またベース１Ｃ１にリブ材及び／又は竹の節のような板を取り付けることができる。このようにして組み立てられた部材付ベース１Ｃは部材付ベース１Ａと同様の加工が施される。なお、部材付ベース１Ｃの加工後の端面（部材付ベース１Ｂ側）は図６と同様になるので図示を省略する。
【００２６】
各ベースに取り付けられる端板１Ａ３、凹板１Ｂ４、凸板１Ｂ５、端板１Ｃ３及び凸板１Ｃ５は凹板１Ａ４と同じ寸法形状とする。すなわち加工前の部材付ベースの状態ではこれらは同じものとなる。上記の例では凹板１Ａ４は一体のものとしたが、これに限定されず分割されたものとしてもよい。例えば図１３に示すように、各々の角パイプの内面に挿入可能な形状寸法に分割された凹板１Ａ１１、１Ａ１２を角パイプ１Ａ１ａ、１Ａ１ｂの端部の内面に挿設してもよく、後述する凹部の機能を満足する任意の形状寸法とすることができる。端板１Ａ３も同様にすることができ、かつ端板１Ａ３は前記凹部の機能が不要なので凹板１Ａ４よりもさらに任意の形状寸法とすることができるし、ベース１Ａ１のねじれの問題が無ければ端板１Ａ３を省略してもよい。凹板１Ｂ４あるいは端板１Ｃ３についても凹板１Ａ４あるいは端板１Ａ３と同様であり、凸板１Ｂ５、１Ｃ５についても同様に後述する凸部の機能を満足する任意の形状寸法とすることができる。
【００２７】
<単体固定子>
上記の各部材付ベースに次に示すレール（支持摺動部材の固定側部材）、スケール（位置検出手段の固定側部材）及び磁気回路が取り付けられて単体固定子が組み立てられる。
【００２８】
（レール）
レール受け材１Ａ６のネジ穴１Ａ６ａと同じピッチ寸法のボルト穴２５Ａａが設けられたレール２５Ａは、レール受け材の当接面１Ａ６ｂに当接させてレール受け材１Ａ６の上面に載置し、ボルト２６をボルト穴２５Ａａに通してネジ穴１Ａ６ａにねじ込んでレール２５Ａをレール受け材１Ａ６に締結する（図１４参照）。ここで部材付ベース１Ｂと接合する側のレール２５Ａの端部が、接合部から寸法Ｌ２５だけ離間した位置にくるように、レール２５Ａの長手方向寸法を設定する。あるいは図１７に示すように接合部のレール２２５Ａ（２２５Ｂ）の端部をレール受け材１Ａ６（１Ｂ６）の端部に揃え、ボルト穴２２５Ａａ（２２５Ｂａ）に通したボルト２６で締結しても良い。なおた各単体固定子を接合後連続したレールを取り付けるようにしてもよい。
【００２９】
レール２５Ｂ及びレール２５Ｃもそれぞれ、上記と同様に部材付ベース１Ｂ及び１Ｃに固定することにより、支持摺動部材を形成することができる。
【００３０】
（スケール）
磁気式の位置検出手段１８の固定側部材であるスケール２４Ａは、スケール受け材の当接面１Ａ７ａに当接させて、スケール受け材１Ａ７の上面に取り付けられる（図１５参照）。位置検出手段１８が磁気式なのでスケール２４ＡはＮ〜Ｓの磁力パターンを有し、図１６に示すように部材付ベース１Ｂと接合する側のスケール２４Ａの端部が前記Ｎ〜Ｓの磁力パターンの丁度区切りとなるようにして、スケール２４Ａの前記端部が部材付ベース１Ａの端部と揃うようにして取り付ける。スケール２４Ｂ及び２４Ｃも各々、上記と同様にスケール受け材１Ｂ７及び１Ｃ７に固定することができる。なお、各単体固定子を接合後記連続したスケールを取り付けるようにしてもよい。
【００３１】
なお、位置検出手段を、光学式等磁気式以外の方式とし、接合部におけるスケールの検出パターンの区切りを隣接部同士で整合させ連続性を持たせるようにしてもよい。
【００３２】
（磁気回路）
表面にＮＳ磁極が交互に並ぶように厚さ方向に着磁された永久磁石７が、下ヨーク１Ａ８の表面に、長手方向に複数個隣同士が略密着するように配設固着されて、磁石付ベースが形成される（図１１参照）。永久磁石７の長手方向寸法及び下ヨーク１Ａ８の長手方向寸法を適切に設定して、部材付ベース１Ｂと接合する側において永久磁石７の端面と部材付ベース１Ａの端面がそろう（正確には永久磁石７の前記端面の長手方向位置が部材付ベース１Ａの前記端面と同じか、接合する側の反対側にわずかに引っ込む）ようにする。
【００３３】
鉄板のような強磁性材料により平板状に形成された上ヨーク９Ａの表面に、表面にＮＳ磁極が交互に現出するように厚さ方向に着磁された永久磁石７が、磁石付ベースの永久磁石７と異なる磁極の極性が対向するように、長手方向に複数個隣同士が略密着するように配設固着されて、磁石付上ヨークが形成される。
【００３４】
鉄板のような強磁性材料により平板状に形成された中ヨーク８Ａには、ボルト通し穴８Ａａが設けられる。中ヨーク８Ａ及び上ヨーク９Ａの長手寸法を下ヨーク１Ａ８と同じにし、ボルト通し穴８Ａａ及びボルト穴９Ａａの位置ピッチ寸法をネジ穴１Ａ８ａの位置ピッチ寸法と一致させる。中ヨーク８Ａを挟んで磁石付ベース１７Ａに載置された磁石付上ヨーク１０Ａが、ボルト穴９Ａａ及びボルト通し穴８Ａａを通してネジ穴１Ａ８ａにねじ込まれたボルト２７により、部材付ベース１Ｂと接合する側の端面をそろえて締結される。これにより、磁気回路１２Ａが形成される。
【００３５】
磁気回路１２Ｂ及び磁気回路１２Ｃも上記と同様に形成されるのでその説明を省略する。
【００３６】
上記の例では永久磁石が長手方向に複数個隣同士が略密着するように配設固着されているが、密着せずに所定の間隔をおいて配設固着されるようにしても良く、その場合は後述のように単体固定子１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃが接合された状態で、接合部においても前記所定の間隔を得られるように寸法を設定する。
【００３７】
前述のように各ベースの加工箇所である下ヨーク１Ａ８、１Ｂ８、１Ｃ８の表面は接合後でも殆ど段差が無いようにそろえられているので、各ベースに永久磁石、中ヨーク、磁石付上ヨークを取り付ける前に部材付ベース１Ａ、１Ｂ、１Ｃを接合してから、下ヨーク１Ａ８、１Ｂ８、１Ｃ８に永久磁石７を取り付け、中ヨーク、磁石付上ヨークを取り付けるようにしてもよく、永久磁石７が接合部１Ｊにまたがった形態とすることもできる。この場合は接合部１Ｊ、８Ｊ、９Ｊは長手方向の位置がそろう必要は無く、長手方向に３分割されている中ヨークあるいは磁石付上ヨークを２分割、４以上の分割もしくは一体品としてもよい。
【００３８】
<固定子の組立>
上記のようにして準備された単体固定子の組立手順を図７〜１０、１２及び図１４により説明する。キー３は、図９に示す寸法Ｌ３をキー溝の直線部寸法ＬＡ２（図５参照）より小さくし、寸法Ｗ３は前記キー溝の寸法ＷＡと嵌合するよう高精度に仕上げられ、厚さＴ３、凸板１Ｂ５のキー溝の寸法Ｄｂより大きくかつＤｂと凹板１Ａ４、１Ｂ４のキー溝の寸法Ｄａとの合計（＝Ｄｂ＋Ｄａ）より小さくなるようにし、接合時に、凹板１Ａ４と凸板１Ｂ５が密着できるようにする。凸板１Ｂ５のキー溝にはキー３のボルト穴３ａと同じ穴位置ピッチ寸法を有するネジ穴１Ｂ５Ｃ（図６参照）が設けられる。凸板１Ｂ５のキー溝にはキー３が挿入され、キー３のボルト穴３ａに通したボルト(図示せず)をネジ穴１Ｂ５Ｃにねじ込んでキー３を凸板１Ｂ５にボルト締結する。そしてボルト穴３ａを座ぐり付穴あるいは皿ぐり付穴としてボルトの頭がキー３から突出しないようにする。もしくはボルトの頭がキー３から突出する場合でも、接合時に、凹板１Ａ４と凸板１Ｂ５、あるいは凹板１Ｂ４と凸板１Ｃ５が密着できるようにＴ３、Ｄｂ、Ｄａ寸法を適切に設定する。このように凸板１Ｂ５のキー溝に挿入締結されたキー３が部材付ベース１Bの凸部になる（図７、８参照）。ここで、ボルト締結を省略することもできる。なお、キー３、下接合板５、横接合板６、スペーサ１３、１４、ボルト１６、２７は鉄製とすることができる。
【００３９】
キー溝１Ａ４Ａが部材付ベース１Ａの凹部となり、キー溝寸法（図５、６参照）は高精度に仕上げられ、かつ部材付ベース１Ａと１Ｂのキー溝寸法が同寸法となるように仕上げられているので、部材付ベース１Ａと１Ｂを長手方向に接合させると部材付ベース１Ｂの凸部が部材付ベース１Ａの凹部に嵌合し、凸部と凹部が接合部の凸部位置合わせ手段となる（図１０参照）。なお部材付ベース１Ｂと部材付ベース１ C も上記と同様に接合できるので、その説明を省略する。
【００４０】
部材付ベース１Ａを有する単体固定子１９Ａと部材付ベース１Ｂを有する単体固定子１９Ｂが長手方向に接合された後、下接合板５及び横接合板６のボルト穴(図示せず)に通したボルト１６を、前記ボルト穴と同じ穴位置ピッチ寸法（部材付ベース１Ａと１Ｂが接合された状態で）を有する部材付ベース１Ａと１Ｂのネジ穴(図示せず)にねじ込むことにより、単体固定子１９Ａと１９Ｂが下接合板５及び横接合板６を介してボルト締結され一体に固着される。これと同様に、部材付ベース１Ｂを有する単体固定子１９Ｂと部材付ベース１Ｃを有する単体固定子１９Ｃが長手方向に接合された後、下接合板５及び横接合板６を介してボルト締結され一体に固着される。Ｌ６ｃ、ＬＢｂ、ＬＢａ、Ｌ６ｂ、Ｌ６ａ、Ｌ７ａ、Ｌ７ｂ、Ｌ８、ＬＡａ、ＬＡｂ寸法（図５、６参照）の加工箇所が高精度に仕上げられているので、前記位置合わせ手段の凸部が凹部に嵌合することにより、隣接する部材付ベースの接合部の前記加工箇所を殆ど段差が無いように揃えることができる。また位置合わせ手段の前記嵌合する作用により、接合部の幅方向及び高さ方向のずれが防止される。そして固定子１の長手方向寸法は前述した加工前の部材付ベース１Ａ、１Ｂ、１Ｃの長手方向寸法の合計値１６．０ｍに近い（加工により若干小さくなる）値となる。
【００４１】
また部材付ベース１Ｂと接合する側のレール２５Ａの端部が、図１４に示すように接合部から寸法Ｌ２５だけ離間した位置となるように、レール２５Ａの長手方向寸法を設定するとともに、部材付ベース１Ａと接合する側のレール２５Ｂの端部が、接合部から寸法Ｌ２５だけ張り出した位置となるように、レール２５Ｂの長手方向寸法を設定し、かつ単体固定子１９Ａと１９Ｂを接合した時、レール２５Ｂの張り出した部分のボルト穴２５Ｂａとレール受け材１Ａ６のレール２５Ａで隠されていないネジ穴１Ａ６ａの位置ピッチ寸法が一致させることにより、図１４に示すボルト２６を前記張り出した部分のボルト穴２５Ａａに通して前記隠されていないレールネジ穴１Ａ６ａにねじ込んで、レール２５Ｂをレール受け材１Ａ６すなわち部材付ベース１Ａに締結できる。このようにすることにより、前述の下接合板５及び横接合板６を単体固定子１９Ａ、１９Ｂにボルト締結したことによる、単体固定子１９Ａと１９Ｂを一体に固着する効果に加えて、（図１４において寸法Ｌ２５で示した部分の）前記レール２５Ｂをレール受け材１Ａ６にボルト締結したことによる単体固定子１９Ａと１９Ｂを一体に固着する効果も得られ、固着強度が向上する。同様に、レール２５Ｃもレール受け材１Ｂ６すなわち部材付ベース１Ｂに締結することにより、単体固定子１９Ｂと１９Ｃを一体に固着する効果も得られ、固着強度が向上する。
【００４２】
ここで下接合板５及び／又は前記ボルト１６の頭は下台座１Ａ９、１Ｂ９、１Ｃ９よりも下に突出しないようにする。突出する場合は固定子１が据え付けられる据え付け架台(図示せず)に突出した部位を逃げる切り欠き等を設けるようにする。同様に横接合板６及び／又は前記ボルト１６の頭は横台座１Ａ１０、１Ｂ１０、１Ｃ１０よりも幅方向に突出しないようにする。突出する場合は固定子１が据え付けられる据え付け架台(図示せず)に前記突出した部位を逃げる切り欠き等を設けるようにする。
【００４３】
前述のように部材付ベース１Ａ、１Ｂ、１Ｃのレール受け材、スケール受け材及び下ヨークは第１基準面及び／又は第２基準面を寸法基準面として高い加工精度で加工されていて、かつ、隣接する部材付ベースと接合する長手方向端部は前記第１基準面及び第２基準面に対して正確な直角度を有するように仕上げられているので、前記接合固着された状態で部材付ベース１Ａと１Ｂの加工箇所あるいは部材付ベース１Ｂと１Ｃの加工箇所は、一体加工したものに近い精度で殆ど段差が無くそろえることができ、しかも接合部の直角度不良による曲がりが生じることもない。したがって前記接合固着された状態で部材付ベース１Ａと１Ｂの加工箇所あるいは部材付ベース１Ｂと１Ｃの加工箇所は、一体加工したものに近い精度で殆ど段差が無くそろえることができるとともに接合後の曲がりが殆ど無いものとすることができる。また前述のように各単体固定子を構成する各中ヨーク、磁石付上ヨーク及び磁石付ベースの接合後に生じる接合部１Ｊ、８Ｊ、９Ｊ側の端面がそろうようにしたので接合部１Ｊ、８Ｊ、９Ｊは長手方向の位置がそろい殆ど隙間無く密着する。
【００４４】
各部材付ベースの接合部（１Ｊ、図１参照）の高さ方向及び／又は幅方向にずれが生じた場合は、図１２に示すようにキーを加工してＷ３寸法をこのずれ寸法に対応して修正して、Ｗ３より小さいＷ３Ａ寸法のキー３Ａとし、キー３Ａをキー溝に挿入する。このように小さくなった分キー３Ａとキー溝の間に隙間ができるので、小さくなった寸法に対応する厚さのスペーサ１３、１４で隙間を埋めてキー３Ａをキー溝の１端に押し付け前記ずれを修正する（以下これを「スペーサ調整」と記述する）ことができる。キー３には貫通したキーネジ穴３ｂが設けられ、スペーサ調整をする場合、キー溝に挿入されたキーをキー溝から抜き取る時、キーネジ穴３ｂに長さ寸法がＴ３よりも大きいボルト(図示せず)をねじ込んでボルト先端がキー溝に当接して所謂ジャッキ作用によりキーをキー溝から容易に抜き取ることができる。
【００４５】
前記接合部の直角度不良等による曲がりが生じた場合は、接合部の幅方向あるいは上下方向の端部に隙間調整用のシムを挟装する所謂シム調整を行って直角度を修正できる。
【００４６】
キー溝１Ａ４Ａ、１Ｂ５Ａは接合部の上下方向の位置合わせとずれ規制をし、キー溝１Ａ４Ｂ、１Ｂ５Ｂは接合部の幅方向の位置合わせとずれ規制をするものであり、本例では上下方向寸法より幅方向が大きいのでキー溝１Ａ４Ａ、１Ｂ５Ａを１接合部に２個所設けたが、凹板、凸板に設けられるキー溝の数、方向、寸法は前述のものに限定されず種々の変更が可能である。
【００４７】
本例では単体固定子１９Ｂに凸部と凹部を設け、前記凸部に単体固定子１９Ａの凹部を嵌合させ、前記凹部に単体固定子１９Ｃの凸部を嵌合させたが、これに限定されず例えば、単体固定子１９Ｂの両端部に凸部を設け、前記凸部に単体固定子１９Ａ、１９Ｃの凹部を嵌合させても良い。
【００４８】
本例では凸板のキー溝に挿入されたキーが凸部となり、前記凸部に凹板のキー溝である凹部が嵌合する（すなわち凸部と凹部を設けて、前記凸部に凹部が嵌合する）ようにしたが、これに限定されず例えば、冶具により宙吊り状に保持されたキーの長手方向の一方の側から（キーが挿入されていない）凸板を有する単体固定子を、他方の側から凹板を有する単体固定子を、宙吊り状のキーに嵌合させる（すなわち凸部を設けないで嵌合させる）ようにしても良い。
【００４９】
［可動子］
可動子２は、キャリッジ２２と、フレーム２１に保持されて磁気空隙１１Ａ、１１Ｂ、1１Ｃに介装される多相コイル２０を有する（図１１参照）。多相コイル２０に電流が流れると、固定子１の長手方向に可動子２が直線移動する。本例では固定子は１６．０ｍに近い長手方向寸法を有するので、可動子の移動距離を大きくすることができる。
【００５０】
この可動子に取り付けられる搭載物の幅方向寸法が大きい場合は、搭載物の荷重が幅方向の一方の側に偏る（偏荷重となる）可能性が高いので、支持摺動部材の間隔を大きくして、偏荷重による倒れモーメントに耐えるようにする必要がある。また搭載物の幅方向寸法が小さくても、荷重が幅方向の一方の側に偏ってしまうような搭載物である場合も、同様に前記間隔寸法を大きくする必要がある。本例では各ベースが３本の角パイプにより形成されて幅方向寸法が大きいので、２条の支持摺動部材の間隔が広がり、偏荷重による倒れモーメントに耐えることができる。そして各部材付ベースは端板、凹板、下ヨーク、下台座１Ａ９及び横台座を有し、これらの部材が補強部材として機能するので、偏荷重による倒れモーメントに起因するベースのねじれを防止することが可能である。補強部材として端板、凹板、下台座あるいは横台座以外にも、必要に応じ角パイプの外部にリブ材を設けてもよく、角パイプの内部に竹の節のような板を設けてもよい。
【００５１】
上記の例では、ベースを構成する長手方向材を中空で軽量な市販品の鋼材である角パイプとし、補強部材として端板、凹板、下ヨーク、下台座あるいは横台座を取り付けて部材付ベースを構成するようにしたので、必要な強度を確保するとともに軽量化が可能であり、製作コストが低減できるし、１クランプ加工が容易な寸法である６ｍ以下にすることにより、高い加工精度で廉価に短納期で加工できる。
【００５２】
特に、単体固定子１９Ａにおいては図５、６に示すレール受け材１Ａ６のＬ６ａ、Ｌ６ｂ、Ｌ６ｃ寸法及びスケール受け材１Ａ７のＬ７ａ、Ｌ７ｂ寸法ならびに下ヨーク１Ａ８のＬ８寸法は前述のように高精度に仕上げられているので、レール２５Ａ及びスケール２４Ａの第１基準面からの高さ方向位置決め及び第２基準面からの幅方向位置決めを正確に行うことができるとともに、下ヨーク１Ａ８に配設固着される永久磁石７により形成される、磁気空隙１１Ａの第１基準面からの高さ方向位置決めを正確に行うことができる。同様に単体固定子１９Ｂ、１９Ｃにおいてもレール及びスケールの第１基準面からの高さ方向位置決め及び第２基準面からの幅方向位置決めを正確に行うことができるとともに、磁気空隙の第１基準面からの高さ方向位置決めを正確に行うことができ、かつ前記位置決め寸法を単体固定子１９Ａと同じ寸法にすることができる。
【００５３】
本発明のリニアモータは、例えば次のようにして架台 ( 図示せず ) に据え付けることができる。据え付け架台のボルト穴に挿入したボルト(図示せず)を下台座のネジ穴１Ａ９ａ、１Ｂ９ａ、１Ｃ９ａ、横台座ネジ穴１Ａ１０ａ、１Ｂ１０ａ、１Ｃ１０ａにねじ込んでボルト締結することにより固定子１を据え付け架台に固定する。下台座１Ａ９、１Ｂ９、１Ｃ９、横台座１Ａ１０、１Ｂ１０、１Ｃ１０に当接する据え付け架台の面が精度良くできていれば良いが、精度が良くない場合は下台座、横台座とそれらに当接する据え付け架台の面との間に隙間調整用のシムを挟装する所謂シム調整を行って据え付け精度を確保する。なお前述した、図１の紙面と平行な面が水平面となるような据え付け方向に限定されず、例えば図１の紙面と平行方向な面が垂直面（あるいは垂直以外の傾斜面）となるように据え付けられてもよい。そして支持摺動部材を必要に応じて垂直（あるいは垂直以外の傾斜）方向に適するものとすればよく、あるいは支持摺動部材の取り付け位置又は方向を適切に設定すればよい。また据え付け架台に固定する下台座１Ａ９、１Ｂ９、１Ｃ９あるいは横台座１Ａ１０、１Ｂ１０、１Ｃ１０の形状、方向等も適切に設定すればよい。
【００５４】
本発明は上記の説明に限定されず、例えば次のような変形が可能である。
（１）軟鋼のような強磁性材料により平板状に形成した対向ヨークと永久磁石が対向するような磁気回路としてもよく、あるいは上ヨーク側の永久磁石もしくは対向ヨークを省略し、下ヨーク側の永久磁石の隣接する異極間の磁束にコイルが鎖交するようにしても良い。
（２）精度が低くても良い部分の加工は他の部分を寸法基準面として加工してもよく、あるいは加工前の部材付ベースを形成する前に加工してもよい。
（３）レール受け材を省略し、ベースの表面を加工し、そこにレールを取り付けるようにしてもよく、またスケール受け材を省略し、ベースの表面を加工し、そこにスケールを取り付けるようにしてもよい。あるいはベースに取り付けられる前にレール受け材を加工後、ベースの該当箇所が加工された面にレール受け材を取り付け、レール受け材にレールを取り付けるようにしても良く、同様にベースに取り付けられる前にスケール受け材を加工後、ベースの該当箇所が加工された面にスケール受け材を取り付け、スケール受け材にスケールを取り付けるようにしてもよい。
（４）各部材には必要に応じて塗装、メッキ等の表面処理を施すことができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、中空で軽量な市販品の鋼材である角パイプに補強部材を取り付けた部材付ベースを、多くの加工者が保有する機械で加工可能（及び／又は多くの処理者が保有する設備で焼鈍可能）な長手方向寸法になるように形成し、加工（必要に応じて焼鈍処理）後接合して必要な長手方向寸法を持つ一体の固定子とすることにより、廉価で納期が短く、加工精度が高く、且つ軽量化された移動距離の大きいリニアモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係わるリニアモータを示す平面図である。
【図２】 図１のＡ―Ａ矢視図である。
【図３】 図２のＢ―Ｂ矢視図である。
【図４】 図２のＣ―Ｃ矢視図である。
【図５】 図２のＤ―Ｄ矢視図である。
【図６】 図２のＦ―Ｆ矢視図である。
【図７】 図１のＨ―Ｈ分解矢視図である。
【図８】 図２のＪ―Ｊ分解矢視図である。
【図９】 キーを示す図である。
【図１０】 図７の要部を拡大した断面図である。
【図１１】 図２のＫーＫ矢視図である。
【図１２】 図７の要部を拡大した断面図である。
【図１３】 部材付ベースの端面に取り付けられる部材の他の例を示す図である。
【図１４】 レールの接合部を示す分解斜視図である。
【図１５】 スケール部を示す断面図である。
【図１６】 スケールの平面図である。
【図１７】 接合部の他の例を示す分解斜視図である。
【図１８】 従来のリニアモータの平面図である。
【図１９】 従来のリニアモータの断面図である。
【図２０】 長手方向に分割されたベース接合部における曲がりを説明する図である。
【符号の説明】
１ 固定子
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 部材付ベース
１Ａ１、１Ｂ１、１Ｃ１ ベース
１Ａ１ａ、１Ａ１ｂ、１Ｂ１ａ、１Ｂ１ｂ、１Ｃ１ａ、１Ｃ１ｂ 角パイプ
１Ａ３、１Ｃ３ 端板
１Ａ４、１Ａ１１、１Ａ１２、１Ｂ４ 凹板
１Ａ４Ａ、１Ａ４Ｂ、１Ｂ４Ａ、１Ｂ４Ｂ、１Ｂ５Ａ、１Ｂ５Ｂ キー溝
１Ａ６、１Ｂ６、１Ｃ６ レール受け材
１Ａ６ａ、１Ａ９ａ、１Ｂ９ａ、１Ｃ９ａ、１Ａ１０ａ、１Ｂ１０ａ、１Ｃ１０ａ、
１Ｂ５Ｃ、１Ｃ５Ｃ、３ｂ ネジ穴
１Ａ６ｂ、１Ｂ６ｂ、１Ａ７ａ、１Ｂ７ａ 当接面
１Ａ７、１Ｂ７、１Ｃ７ スケール受け材
１Ａ８ 下ヨーク
１Ａ９、１Ｂ９、１Ｃ９ 下台座
１Ａ１０、１Ｂ１０、１Ｃ１０ 横台座
１Ｂ５ 凸板
１Ｊ、８Ｊ、９Ｊ 接合部
２ 可動子
３、３Ａ キー
３ａ、９Ａａ、２５Ａａ、２５Ｂａ、２２５Ａａ、２２５Ｂａ ボルト穴
４ 支持摺動部材
５ 下接合板
６ 横接合板
７ 永久磁石
８Ａ 中ヨーク
８Ａａ ボルト通し穴
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 上ヨーク
１１Ａ 磁気空隙
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 磁気回路
１３、１４ スペーサ
１６、２６、２７ ボルト
１８ 位置検出手段
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ 単体固定子
２０ 多相コイル
２１ コイルフレーム
２２ キャリッジ
２３ 読取ヘッド
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ スケール
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ レール
２８ 摺動子

Claims (1)

1. コ字形状を有するヨークと、前記ヨークの長手方向に沿って異極性の磁極が交互に並ぶように前記ヨークに固着された複数の永久磁石と、磁気空隙を介して前記各永久磁石と異極性の磁極が対向しかつ前記ヨークの長手方向に沿って異極性の磁極が交互に並ぶように前記ヨークに固着された複数の永久磁石とを有し、前記ヨークを支持するとともに、キーで結合された複数の部材付ベースを含む固定子と、前記磁気空隙内に配置される多相コイルを有する可動子とを備え、前記固定子は、前記可動子を案内するレールと前記可動子の位置検出手段を構成するスケールを有するリニアモータであって、前記部材付ベースは、前記可動子の移動方向と直交する方向に接合された複数の角パイプからなり、これらの角パイプの少なくとも接合側端面が密閉されたベースと、前記ベースの外周面に取り付けられた台座とを有し、前記角パイプの接合側端面にはそれぞれ、前記台座を基準としてキー溝が形成され、かつこれらのキー溝の少なくとも一つは他のキー溝と異なる方向に形成されていることを特徴とするリニアモータ。

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