JP4259978B2 - リニアモータアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアガイドを用いてテーブル等の可動体をベッド等の固定部に対して往復動自在に支持すると共に、リニアモータの発生する推力及びブレーキ力を用いて前記可動体を固定部に対して繰り返し位置決めすることが可能なリニアモータアクチュエータに係り、詳細には、前記リニアモータとリニアガイドをコンパクトに一体化するための改良に関する。

特開平１０−２９０５６０号公報 特開平５−２２７７９９号公報 特開２００１−２５２２９号公報

テーブル等の可動体に対して直線運動を与えると共に、かかる可動体を所定の位置に停止させるリニアアクチュエータは、工作機械の各種テーブル、産業用ロボットの走行部、各種搬送装置等に多用されている。従来、この種のリニアアクチュエータにおいて前記可動体に推力及びブレーキ力を与える駆動手段としては、ボールねじを用いてモータの回転を直線運動に変換するように構成したものや、一対のプーリに架け回された無端状のタイミングベルトを用いてモータの回転を直線運動に変換するように構成したものが知られているが、近年においては前記駆動手段としてリニアモータを用いたアクチュエータ、すなわちリニアモータアクチュエータが種々登場している。

最も一般的なリニアモータアクチュエータとしては、ベッドやコラム等の固定部上に一対のリニアガイドを用いて前記可動体を往復動自在に支承すると共に、リニアモータを構成する固定子及び可動子を互いに対向するようにして固定部及び可動体に夫々取り付けたものが知られている（特開平１０−２９０５６０号公報等）。具体的には、前記固定部に対してリニアガイドの軌道レールを配設すると共に該軌道レールと平行にリニアモータの固定子を取り付ける一方、前記可動体にはリニアガイドのスライダ及びリニアモータの可動子を取り付け、可動体側のスライダを軌道レールに組み付けることによって前記可動体を固定部上で往復動自在に支承すると共に、固定部側の固定子と可動体側の可動子とを互いに対向させるようにしている。

リニアモータアクチュエータでは、可動体の移動精度を確保するためにリニアガイドの軌道レールとリニアモータの固定子との平行度が重要であり、また、充分な推力を発揮させるためにはリニアモータの固定子と可動子とを所定のエアギャップで対向させることも重要である。しかし、前述の如くリニアガイドとリニアモータが全く分離したリニアモータアクチュエータは、これらの点を考慮して組み立てるのが大変困難であり、しかも手間の係る作業であった。

また、リニアモータとして代表的なものは。永久磁石を用いた界磁マクネットとコイルが巻かれた電機子から構成される所謂同期モータであるが、この同期モータとしては、電機子に磁性体から形成されたコアを有するコア付きタイプと、かかるコアを具備しないコアレスタイプとが存在する。大きな推力を得るという観点からすればコア付きタイプが有用であるが、かかるコアが存在することから、電機子に電流を通電していない場合であっても、電機子と界磁マグネットとの間に推力の数倍に相当する磁気吸引力が作用している。このため、コア付きタイプのリニアモータを採用する場合、前述の組立作業は益々困難である。

一方、リニアガイドとリニアモータが一体化したリニアモータアクチュエータとしては、特開平５−２２７７２９号公報や特開２００１−２５２２９号公報に開示されるものが公知である。前者の特開平５−２２７２９号に開示されるリニアモータアクチュエータでは、軌道レールに対して長手方向に沿った凹溝を形成すると共に、この凹溝内に電機子を収容しており、スライダは前記軌道レールを跨ぐサドル状に形成されている。かかるスライダには軌道レール側の電機子と対向する位置に界磁マグネットが固定されており、前記電機子に電流を通電すると、フレミングの左手の法則によって界磁マグネットを搭載したスライダに推力が作用し、かかるスライダが軌道レールに沿って移動するようになっている。すなわち、このリニアアクチュエータは界磁マグネットを可動子とする可動磁石型のリニアモータアクチュエータである。

しかし、可動磁石型のリニアモータアクチュエータでは、軌道レールの全長にわたって電機子を設ける必要があり、また、アクチュエータの分解能を高精度に設定するためには、電機子コイルを細分化する必要があり、スライダのストローク長を長く設定した際に、電機子コイルの製作に手間がかかり、しかもコストが嵩むといった不具合がある。

反対に、後者の特開２００１−２５２２９号公報に開示されるリニアモータアクチュエータは電機子がスライダと共に移動する所謂可動コイル型である。すなわち、界磁マグネットはリニアガイドの軌道レールに対して直接固定される一方、電機子はスライダに搭載されており、電機子に電流を通電して電機子コイルを励磁すると、かかる電機子を搭載したスライダが軌道レールに沿って移動する。

しかし、このリニアモータアクチュエータでは、電機子及び界磁マグネットが夫々リニアガイドのスライダ及び軌道レールに固定はされているものの、軌道レールやスライダに内蔵されることなく外部に固定されており、アクチュエータそのものが大型化してしまうといった不具合があった。また、輸送作業やベッド等の固定部への取付作業の際に、界磁マグネットや電機子を周辺機器に接触させて破損させてしまう危険性もある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、テーブル等の可動体に対して大きな推力を与えることができると共に、リニアガイドとリニアモータとが一体に組合わさってコンパクトに構成されており、安価に製作し得ると共に取り扱いも容易なリニアモータアクチュエータを提供することにある。

かかる目的を達成する本発明のリニアモータアクチュエータは、固定ベース部とこの固定ベーズ部から立設された一対の側壁部を有すると共に、これら固定ベース部及び側壁部によって囲まれた案内通路を備えてチャネル状に形成され、各側壁部には前記案内通路に面したボール転動溝が形成された軌道レールと、前記ボール転動溝を転動する多数のボールを備えると共にこれらボールが循環する無限循環路を備え、これらボールを介して前記軌道レールの一対の側壁の間に組み付けられて前記軌道レールの案内通路内を自在に移動するテーブル構造体と、前記軌道レールの長手方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に配列されると共に、かかる軌道レールに固定された界磁マグネットと、この界磁マグネットと対向するように前記テーブル構造体に装着され、かかる界磁マグネットと相まってリニアモータを構成し、前記テーブル構造体に対して軌道レールの長手方向に沿った推力又はブレーキ力を及ぼす電機子とを備えている。

前記テーブル構造体は、前記ボールの無限循環路を備えると共に前記軌道レールの案内通路内を前後しながら移動する一対のスライダと、これらスライダを所定の間隔をおいて相互に連結すると共に可動体の取付面が形成された結合天板とを備えている。一対のスライダは間隔を空けて前記結合天板で連結されるので、軌道レールの案内通路内にはこれらスライダの間に空間が形成されることになるが、この空間は前記電機子の収容空間として機能する。また、前記電機子は、一対のスライダの間において前記結合天板に固定されて軌道レールの案内通路内に位置すると共に、前記軌道レールの長手方向に沿って所定のピッチで複数のスロット及び歯が形成された櫛歯状の電機子コアと、前記スロットを埋めるようにして前記電機子コアの歯に巻き回されたコイルとを備えている。すなわち、前記電機子は結合天板から吊り下げられるようにして軌道レールの案内通路内に配置されており、換言すれば、一対のスライダを連結する結合天板が前記案内通路の蓋となり、電機子を案内通路内に密閉したような構造となっている。すなわち、本発明ではリニアモータを構成する電機子が完全に軌道レールの案内通路内に収容されており、かかる電機子が外部に対して一切露呈しない構造を採用している。また、この電機子と相まってリニアモータを構成する界磁マグネットは、前記軌道レールの固定ベース部をヨークとし、軌道レールの案内通路内に収容された電機子コアと対向する位置に配設されている。このことから、本発明のリニアモータアクチュエータでは、リニアモータを構成する電機子及び界磁マグネットが、リニアガイドを構成するテーブル構造体及び軌道レールと完全に一体化されており、しかもリニアガイドの内部に総て収まっているので、極めてコンパクトに構成されている。また、リニアモータがチャネル状に形成された軌道レールの外部に露呈することがないので、輸送作業や取付作業における取り扱いが極めて容易である。

また、前記電機子はテーブル構造体の結合天板に対して直接固定される一方、界磁マグネットも軌道レールの固定ベース部上に配設するのみであり、これらをテーブル構造体や軌道レールに取り付けるための特別なブラケット等を一切必要としないことから、極めて安価に製作し得るものである。

更に、本発明のリニアモータアクチュエータでは、結合電板の長さを適宜変更することにより、一対のスライダの間隔を任意に設定することができるので、使用用途に照らしてテーブル構造体に要求される推力を確保すべく、軌道レールの長手方向における電機子のセット数を適宜変更することが可能であり、テーブル構造体の推力の過不足に対して柔軟に対応することが可能となる。

テーブル構造体に与える推力及びブレーキ力を充分に確保するため、前記電機子は磁性体からなる電機子コアを備えている。この電機子コアには軌道レールの長手方向、換言すればテーブル構造体の移動方向に沿って所定のピッチで複数のスロット及び歯が交互に形成されているが、これら歯の形成ピッチの一例としては、界磁マグネットにおける磁極の繰り返し周期をλとした場合、λｎ／４（ｎ：整数）に設定することが考えられる。

一方、前記テーブル構造体を構成する一対のスライダは軌道レールの案内通路内を移動しながらテーブル等の可動体を支持するため、大きな剛性を有していることが必要であり、通常は軸受鋼等の金属材料によって形成されている。このため、界磁マグネットを軌道レールの案内通路に面するように設けると、かかる界磁マグネットの磁力がスライダに作用してしまい、前記案内通路内でスライダを移動させた際に、該スライダの移動に対して断続的な抵抗が作用してしまう。これはコギングと呼ばれる現象であり、界磁マグネットに配列されている複数の磁極とスライダとの位置関係を原因として発生する。このコギングの影響が大きいと、テーブル構造体の移動速度や加速度が変動し、軌道レール上におけるテーブル構造体の停止位置精度にも影響が生じることから、かかるコギングは極力小さいことが必要である。従って、かかる観点からすれば、前記スライダの下面、すなわち前記軌道レールの固定ベース部と対抗する面には、かかるスライダの移動方向に沿って複数のスロット及び歯を交互に形成し、かかる面を全体として櫛歯状に形成するのが好ましい。このようなスロット及び歯をスライダに形成すれば、その形成ピッチを調整することで、界磁マグネットがスライダをその移動方向へ吸引する磁力を、完全ではないにしても略キャンセルすることが可能となり、コギングの発生を低減することができるものでる。

このとき、スライダに対するスロット及び歯の形成ピッチは適宜調整して差し支えないが、電機子コアに形成されたスロット及び歯の形成ピッチもコギングを抑えるように形成されていることから、前記スライダのスロット及び歯の形成ピッチも電機子コアのスロット及び歯の形成ピッチと同様に、λｎ／４（ｎ：整数）に設定するのが良く、また、電機子コアの歯と幅方向へ隣接させるのが好ましい。

また、電機子コアにおけるスロット及び歯の形成ピッチをλｎ／４（ｎ：整数）に設定しても、かかる電機子コアと界磁マグネットとの位置関係から生じるコギングを完全には排除することができない。加えて、前述したように、スライダそのものも界磁マグネットとの位置関係からコギングを生じている。従って、かかる観点からすれば、電機子をテーブル構造体の結合天板に固定するための固定手段は、かかる結合天板に対する電機子の固定位置をテーブル構造体の移動方向に沿って自在に変更し得るものであることが好ましい。このように構成すれば、結合天板に対する電機子の固定位置をテーブル構造体の移動方向に沿って微調整することにより、スライダを原因として発生するコギングと電機子コアを原因として発生するコギングとが互いに打ち消し合う固定位置を見出すことが可能となり、そのような位置で電機子を結合天板に固定することにより、リニアモータをリニアガイドに組み込んだ際に生じるコギングを略完全に解消することが可能となる。

以上説明してきたように、本発明のリニアモータアクチュエータによれば、リニアモータを構成する電機子及び界磁マグネットがリニアガイドを構成するスライダ及び軌道レールと完全に一体化され、リニアガイドの内部に総て収まっているので、極めてコンパクトに構成されており、しかもリニアモータがチャネル状に形成された軌道レールの外部に露呈することがないので、輸送作業や取付作業における取り扱いが極めて容易である。また、前記電機子はテーブル構造体の結合天板に対して直接固定される一方、界磁マグネットも軌道レールの固定ベース部上に配設するのみであり、これらをテーブル構造体や軌道レールに取り付けるための特別なブラケット等を一切必要としないことから、極めて安価に製作することが可能である。

以下、添付図面に沿って本発明のリニアモータアクチュエータを詳細に説明する。
図１は本発明を適用したリニアモータアクチュエータの第１実施例を示すものである。このリニアモータアクュエータは、チャネル状に形成された軌道レール１と、制御対象である可動体を搭載すると共に前記軌道レール１に沿って移動自在なテーブル構造体３と、前記軌道レール１に配設された磁界マグネット４と、前記テーブル構造体３に搭載されると共に前記磁界マグネット４と相まってリニアモータを構成する電機子５とから構成されており、前記テーブル構造体３に搭載された電機子５を励磁することによって該テーブル構造体３を軌道レール１に沿って推進し、所定の位置に停止させることができるように構成されている。

前記軌道レール１は図示外のボルトによってベッド等の固定部に取り付けられる固定ベース部１０を有すると共に、この固定ベース部１０から立ち上がった一対の側壁部１１，１１を有し、これら固定ベース部１０及び側壁部１１によって囲まれた空間が凹溝状の案内通路１２となっている。前記テーブル構造体３はこの案内通路１２に沿って往復動する。また、案内通路１２に面した各側壁部１１の内側面には上下に２条のボールの転動溝１３が形成されており、このボール転動溝１３は軌道レール１の長手方向（紙面垂直方向）に沿って形成されている。

一方、前記テーブル構造体３は、前記軌道レールの案内通路内に配置されると共にこの案内通路内を自在に往復動する一対のスライダ３ａ，３ｂと、これらスライダ３ａ，３ｂを所定の間隔をおいて相互に連結する結合天板３ｃとから構成されている。かかる結合天板３ｃは長辺を軌道レール１の長手方向に合致させた略長方形状に形成されており、長手方向の両端部には軌道レール１の案内通路１２内に位置しているスライダ３ａ，３ｂが夫々固定される一方、結合天板３ｃそれ自体は前記スライダ３ａ，３ｂに搭載されて軌道レール１の案内通路１２の外側に位置している。また、前記結合天板３ｃに固定された一対のスライダ３ａ，３ｂの間には前記電機子５が設けられており、かかる電機子５は結合天板３ｃから吊り下げられて軌道レール１の案内通路１２内に位置している。

図２は前記軌道レール１及びスライダ３ａ，３ｂの断面図を示すものである。前記スライダ３ａ，３ｂは略矩形状に形成されて、軌道レール１の案内通路１２内に配置されているが、少なくとも一部が軌道レール１の案内通路１２から外部へ突出しており、軌道レール１の側壁部１１の上端よりも上方に位置する頂面には前記結合天板３ｃの取付面３３が形成されている。このスライダ３ａ，３ｂはボール６が循環する無限循環路を左右二列ずつ、計四列備えており、各無限循環路が軌道レール１の側壁部１１に形成されたボール転動溝１３に対応している。

図３は前記スライダのボール無限循環路を示す平面図である。前記スライダ３ａ，３ｂは、軸受鋼等の金属ブロックからなるベアリングレース３４と、前記スライダ３の移動方向に関してベアリングレース３４の前後両端面に固定される一対の合成樹脂製エンドキャップ３５とから構成されている。各無限循環路は、前記ベアリングレース３４の外側面に形成された負荷転動溝３６と、この負荷転動溝３６と平行にベアリングレース３４に形成されたボール戻し孔３７と、前記エンドキャップ３５に形成されたＵ字状の方向転換路３８とから構成されており、多数のボール６が荷重を負荷しながら軌道レール１のボール転動溝１３とベアリングレース３４の負荷転動溝３６との間を転動するように構成されている。また、負荷転動溝３６を転走し終えたボール６は一方のエンドキャップ３５の方向転換路３８に進入して荷重から解放された後、無負荷状態でボール戻し孔３７を転動し、更に他方のエンドキャップ３５の方向転換路３８を転動することにより、再度ベアリングレース３４の負荷転動溝３６へ循環するようになっている。尚、ボール戻し孔３７を無負荷状態のボール６が転動すると、かかるボール戻し孔３７の内周面とボール６とが接触し、騒音が発生してしまうことから、ボール戻し孔３７の内周面は合成樹脂によって被覆されている。

上記ボール６は、図４及び図５に示すように、合成樹脂から形成された可撓性のスペーサベルト７に所定の間隔で配置されており、このスペーサベルト７と共にスライダ３ａ，３ｂの各無限循環路に組み込まれる。このスペーサベルト７には互いに隣接するボール同士を離隔させるようにして間座部７０が設けられており、これらボール６が無限循環路内を循環しながら互いに接触するのを防止している。また、前後する一対の間座部７０の間にはボール６の収容孔が形成され、そこにボール６が収容されている。これにより、スライダ３ａ，３ｂが軌道レール１の案内通路１２内を高速で移動しても、無限循環路内におけるボール同士の接触音が生じないことから、スライダ３ａ，３ｂの高速移動に伴う騒音の発生を抑えることができる他、無限循環路内におけるボール６の蛇行が防止され、軌道レール１に対するスライダ３ａ，３ｂの円滑な移動、ひいてはテーブル構造体３の円滑な移動が確保されている。

このように構成されたスライダ３ａ，３ｂは、ボール６を介して前記軌道レール１の一対の側壁１１，１１の間に挟み込まれるようにして該軌道レール１の案内通路１２内に配置されており、ボール６が軌道レール１のボール転動溝１３を転動することで、かかる軌道レール１の長手方向に沿って自在に往復動することができるようになっている。このとき、軌道レール１は案内通路１２を取り囲むようにしてチャネル状に形成されていることから極めて剛性が高く、また、前記テーブル構造体３も一対のスライダ３ａ，３ｂによって案内されていることから軌道レール１に対して高い剛性を備えており、かかるテーブル構造体３を軌道レール１に沿って高精度に往復動させることができるものである。

次に、リニアモータを構成する界磁マグネット及び電機子について説明する。
前記界磁マグネット４は、図１に示されるように、軌道レール１の固定ベース１０上に配設され、前記スライダ３ａ，３ｂが往復動する案内通路１２に面している。すなわち、かかる固定ベース１０が界磁マグネット４のヨークとして機能している。各界磁マグネット４は永久磁石からなり、軌道レール１の長手方向に沿ってＮ極及びＳ極が所定のピッチで交互に配列されている。これら界磁マグネット４は軌道レール１の案内通路１２内におけるスライダ３ａ，３ｂの移動方向と平行に配列されている必要があり、このことから軌道レール１の固定ベース１０上にはボール転動溝１３と平行に凹溝１４が形成され、前記界磁マグネット４はこの凹溝１４に嵌まり込むようにして軌道レール１に固定されている。

一方、図６は、テーブル構造体に取り付けられた電機子５と前記界磁マグネット４との位置関係を軌道レール１の長手方向に沿って示した縦断面図である。かかる電機子５は、前記結合天板３ｃ対してボルト３９で固定される電機子コア５０と、この電機子コア５０に巻き回されたコイル５１とから構成されている。前記電機子コア５０には軌道レール１の長手方向に沿って所定のピッチで複数のスロットが形成されており、全体として櫛歯状に形成されている。この電機子コア５０には前後にスロットが形成された歯５２が１２本形成されており、前記コイル５１は各スロットを埋めるようにして電機子コア５０の各歯５２に巻き回されている。これら１２本の歯５２に対し、前記コイル５１は（ｕ₁ ，ｕ₂ ，ｕ₃ ，ｕ₄ ）、（ｖ₁ ，ｖ₂ ，ｖ₃ ，ｖ₄ ）、（ｗ₁ ，ｗ₂ ，ｗ₃ ，ｗ₄ ）の３相に巻かれており、これら３相のコイル５１を励磁することにより、電機子５と界磁マグネット４との間に吸引磁力及び反発磁力が発生し、前記電機子５を搭載したテーブル構造体３に対して軌道レール１の長手方向に沿った推力又はブレーキ力を作用させることができるようになっている。

３相に巻かれたコイル５１に対する印加電流は軌道レール１の外側に取り付けられた位置検出装置８の検出信号に基づいて決定される（図２参照）。軌道レール１の側壁部１１の外側面には所定のピッチでラダーパターンが繰り返し描かれたリニアスケール８０が固定される一方、テーブル構造体３の結合天板３ｃには前記リニアスケール８０のラダーパターンを光学的に読み取るエンコーダ８１が固定されている。各相のコイル５１に対する印加電流を決定する制御機は、かかるエンコーダ８１の出力信号に基づいてスライダ３の現在位置、現在速度を把握し、目標位置と現在位置との差、設定速度と現在速度との差に応じたモータ電流を発生させ、各相のコイル５１に対して通電する。

リニアモータによって大きな推力を発生させるためには、界磁マグネット４から発せられる磁束の総てを電機子５に対して作用させることが重要であり、換言すれば、電機子５に作用することなく周囲に散逸する所謂漏れ磁束を少なくすることが重要である。このことから、本実施例のリニアモータでは、図７に示すように、軌道レール１の長手方向と直交する方向における界磁マグネット４の幅ａを、同一方向における電機子コア５０の幅と同一に設定している。また、電機子コア５０の歯５２の先端と界磁マグネット４との距離ｄを０．９ｍｍ程度に設定している。電機子５と界磁マグネット４とが接触することは避けなければならないので、前記距離ｄは、テーブル構造体３に対して下向きのラジアル荷重が作用した際の該スライダ３ａ，３ｂの最大変位量に基づいて決定することになる。これにより、界磁マグネット４の磁束が周囲に漏れることなく電機子コア５０に対して作用するようにしている。

また、電機子５はテーブル構造体３の結合天板３ｃに固定されており、かかる結合天板３ｃに対して電機子５で発生した熱エネルギが流入すると、該結合天板部３ｃが熱膨張によって変形してしまい、結合天板部３ｃに固定された電機子５と軌道レール１側の界磁マグネット４との距離ｄが変動することになる。結合天板３ｃの熱膨張に起因したこのような不具合を回避するため、前記電機子５は断熱材を介して結合天板３ｃに固定されており、長時間連続してテーブル構造体３を軌道レール１の案内通路３２内で往復動させた場合であっても、電機子５で発生した熱エネルギが結合天板３ｃへ流入し難くなっている。

このような電機子コア５０を備えたリニアモータは大きな推力を容易に得られる反面、コイル５１に通電していない状態でも電機子コア５０と界磁マグネット４との間に磁力が作用することから、電機子５をテーブル構造体３と共に軌道レール１の長手方向に沿って移動させると、電機子コア５０の歯５２と界磁マグネット４との位置関係に応じ、テーブル構造体３の移動に対して断続的な抵抗が作用する傾向にある。すなわち、コギングの発生である。このようなコギングがテーブル構造体３の移動に対して作用すると、コイル５１を励磁してテーブル構造体３を推進させた際に周期的な速度変動が生じることになり、かかる変動が前記位置検出装置８を介して制御機へフィードバックされるので、テーブル構造体３の移動に対する制御性が悪化してしまう。

このことから、本実施例の電機子コア５０では長手方向の前後両端にコイルが巻かれていない一対の疑似歯５３，５３を設けている。このような疑似歯５３を設けることにより、電機子コア５０を界磁マグネット４の配列方向に移動させた際に生じるコギングは解消若しくは軽減され、テーブル構造体３の制御性は良好なものとなる。このとき、コイル５１が巻かれた歯５２と疑似歯５３との間のスロットの大きさや、疑似歯５３そのものの厚みは、界磁マグネット４から電機子コア５０に対して作用する磁力の大きさに応じて異なったものとなる。

一方、テーブル構造体３のスライダ３ａ，３ｂは界磁マグネット４が配列された軌道レール１の固定ベース部１０と近接しており、かかるスライダ３ａ，３ｂは軸受鋼から形成されたベアリングレース３４を具備することから、前述したコギングは界磁マグネット４と電機子コア５０との間ばかりでなく、界磁マグネット４とスライダ３ａ，３ｂとの間にも生じる。

このため、本実施例のスライダ３ａ，３ｂでは、ベアリングレース３４に対して作用する界磁マグネット４の磁力を弱めるため、かかるベアリングレース３４の下面、すなわち固定ベース部１０上の界磁マグネット４と対向した面に対して凹所３０ａを形成し、界磁マグネット４とスライダ３ａ，３ｂのベアリングレース３４との間に空間を設けるようにした。前記凹所３０ａは界磁マグネット４の幅以上の幅で拡開しており、これによってベアリングレース３４を界磁マグネット４から可及的に遠ざけるように構成した。

また、前述した電機子コア５０に対するコギング対策と同様の理由から、図８に示すように、テーブル構造体３の各スライダ３ａ，３ｂには電機子コア５０のスロット及び歯５２と同様なスロット５４及び歯５５を軌道レール１の固定ベース部１０と対向して形成した。これらスロット５４及び歯５５は、前記凹所の両側に配列されている。尚、図８はスライダ３ａ，３ｂの底面図であり、歯５５の領域とスロット５４の領域の凹凸が区別し得ないことから、スロット５４の領域にはハッチングを施してある。本来、電機子コア５０の歯５２はコギングを解消若しくは軽減するような間隔で配列されていることから、電機子コア５０の歯５２，５３と全く同一のピッチでスライダ３ａ，３ｂに対しても歯５５を形成しておけば、スライダ３ａ，３ｂに対して界磁マグネット４の磁力が作用することに起因したコギングを解消若しくは軽減することが可能となる。

また、電機子コア５０に起因するコギングとスライダ３ａ，３ｂのベアリング部３０に起因するコギングとを相殺させて、テーブル構造体３全体としてのコギングの解消若しくは軽減を図るといった観点からすれば、かかる電機子コア５０の結合天板３ｃに対する取付位置を、テーブル構造体３の移動方向に関して僅かに調整し得るように構成しておくのが良策である。例えば、ボルト３９を用いて電機子コア５０をテーブル構造体３の結合天板３ｃへ固定するに当たり、かかる結合天板３ｃに開設されるボルト３９の挿通孔をテーブル構造体３の移動方向に延びる長孔とし、ボルト３９の電機子コア５０に対する締結を緩めることで、かかる電機子コア５０の固定位置をテーブル構造体３の移動方向へ自在に変位可能としておく。あるいは、ボルト２０を用いてスライダ３ａ，３ｂをテーブル構造体３の結合天板３ｃへ固定するに当たり、かかる結合天板３ｃに開設されるボルト２０の挿通孔をテーブル構造体３の移動方向に延びる長孔とし、ボルト２０のスライダ３ａ，３ｂに対する締結を緩めることで、これらスライダ３ａ，３ｂの結合天板３に対する固定位置をテーブル構造体３の移動方向へ自在に変位可能としておく。これにより、電機子コア５０ばかりでなくテーブル構造体３のスライダ３ａ，３ｂに対してもコギングが発生することを利用して、電機子コア５０及びスライダ３ａ，３ｂを含めたテーブル構造体３全体のコギングを解消することが可能となる。

図９は本発明を適用したリニアモータアクチュエータの第２実施例を示すものであり、スライダ３ａ（３ｂ）を軌道レール１の長手方向と直交する方向に切断した断面図を示している。この第２実施例では、軌道レール１、スライダ３ａ，３ｂ、界磁マグネット４及び電機子５の構成は前記第１実施例と全く同じであるが、結合天板２の構造が第１実施例の結合天板３ｃと異なっている。すなわち、この第２実施例の結合天板２は幅方向の両端部に一対の縦ウェブ２０，２０を有しており、この縦ウェブ２０に対して可動体の取付面が形成されている。一対の縦ウェブ２０，２０の間には凹所が形成されており、かかる凹所には放熱フィン２１が等間隔で複数立設されている。また、結合天板２の放熱量を高めるため、かかる結合天板２の裏面側にも放熱フィン２１が設けられている。

前記結合天板２は熱伝導性に優れたアルミニウム合金で製作されており、そのような結合天板２に対して断熱材を挟むことなく電機子５を直接固定することにより、かかる電機子５で発生した熱エネルギは結合天板２に流入し、前記放熱フィン２１によって周辺雰囲気に放熱される。各放熱フィン２１は軌道レール１内におけるテーブル構造体３の移動方向に沿って立設されており、テーブル構造体３が軌道レール１に沿って往復運動を行うと、互いに隣接する放熱フィン２１の間を周辺雰囲気が流動し、その分だけ結合天板２から雰囲気中への放熱が促進されるようになっている。これにより、電機子５において発生した熱エネルギはそこに蓄積されることなく結合天板２へと連続的に流入し、電機子コア５０の昇温を抑えることができるようになっている。その結果、長時間連続してテーブル構造体３を軌道レール１の案内通路１２内で往復動させた場合であっても、電機子５における通電抵抗の上昇を抑えることができ、リニアモータの推力が低下するのを防止することができるようになっている。

一方、結合天板２からスライダ３ａ，３ｂに対して熱エネルギが流入してしまうと、ベアリングレース３４やボール６の熱膨張を原因として軌道レール１に対するスライダ３ａ，３ｂの摺動抵抗が上昇し、テーブル構造体３の軽い運動が阻害される懸念がある。このため、図９に示すように、結合天板２とスライダ３ａ，３ｂとの間には断熱材２２が挟み込まれると共に、固定ボルト２３と結合天板２との間にも断熱材２４が介装され、熱エネルギが結合天板２からスライダ３ａ，３ｂに対して流入するのを防止している。

尚、図９中において、第１実施例と同じ構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１０は軌道レール１の固定ベース１０上における界磁マグネット４の配列の他の例を示すものである。図１に示した例では界磁マグネット４のＮ極及びＳ極を軌道レール１の長手方向に沿って単純に交互に配列しており、これらＮ極とＳ極の境界は軌道レール１の幅方向（図２及び図９における紙面左右方向）と平行であった。しかし、図１０に示す例では、界磁マグネット４のＮ極及びＳ極を平行四辺形として形成し、これらＮ極及びＳ極の境界が軌道レール１の幅方向に対して傾斜するように構成した。すなわち電機子コア５０の歯５２が軌道レール１の長手方向へ進行する際、この歯５２に対向する界磁マグネット４の磁極が突然にＮ極からＳ極へ、あるいはＳ極からＮ極へ変化するのではなく、徐々に変化するように構成されている。図１１は、各磁極の境界が軌道レール１の幅方向に平行な場合と、軌道レール１の幅方向に対して傾斜している場合との双方に関し、テーブル構造体３を移動させた時に該テーブル構造体３に作用するコギング力の大きさを計測した結果を示すものである。実線のグラフが前者（図１の例）の結果を、一点鎖線のグラフが後者（図１０の例）の結果を示している。これらのグラフから明らかなように、各磁極の境界が軌道レール１の幅方向に対して傾斜している場合の方が、界磁マグネット４と電機子コア５０の歯５２とのギャップに拘らず、常にコギング力が小さくなっている。従って、速度変化の小さい運動及び高精度の位置決めを欲するのであれば、軌道レール１の固定ベース１０上における界磁マグネット４の配列は図１０に示すものの方が好ましいと言える。

一方、図１２は電機子コア５０の歯５２の先端形状の他の例を示すものである。図６に示した例では、界磁マグネット４と僅かな隙間を介して対向する電機子コア５０の歯５２の先端面を平面状に形成したが、図１２に示す例では、電機子コア５０の歯５２の先端面を所定曲率半径Ｒの曲面状に形成した。図１３は、電機子コア５０の各歯５２の先端面が平坦面の場合と、曲面状に形成されている場合との双方に関し、テーブル構造体３を移動させた時に該テーブル構造体３に作用するコギング力の大きさを計測した結果を示すものである。実線のグラフが前者（図６の例）の結果を、一点鎖線のグラフが後者（図１２の例）の結果を示している。これらのグラフから明らかなように、電機子コア５０の各歯５２の先端面が所定の曲率半径で曲面状をなしている場合の方が、界磁マグネット４と電機子コア５０とのギャップに拘らず、常にコギング力が小さくなっている。従って、速度変化の小さい運動及び高精度の位置決めを欲するのであれば、電機子コア５０の各歯５２の先端面は図１２に示すように曲面状をなしているのが好ましいと言える。

本発明を適用したリニアモータアクチュエータの第１実施例を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第１実施例に係るリニアモータアクチュエータにおけるボール無限循環路を示した平面断面図である。 第１実施例に係るリニアモータアクチュエータに使用されているスペーサベルトを示す平面図である。 第１実施例に係るリニアモータアクチュエータに使用されているスペーサベルトを示す側面図である。 第１実施例に係る電機子及び界磁マグネットを軌道レールの長手方向に沿って切断した縦断面図である。 電機子コアと界磁マグネットとの位置関係を示す拡大図である。 第１実施例に係るスライダを示す底面図である。 本発明を適用したリニアモータアクチュエータの第２実施例を示す断面図であり、軌道レール内におけるスライダをその移動方向と直交する方向に沿って切断した断面図である。 軌道レール上における界磁マグネットの配列形態の他の例を示す平面図である。 界磁マグネットの配列形態の違いにおけるコギング力の発生を比較したグラフである。 電機子コアの歯の先端面の形状の他の例を示す拡大図である。 電機子コアの歯の先端面の形状の違いにおけるコギング力の発生を比較したグラフである。

符号の説明

１…軌道レール、２…可動体、３…テーブル構造体、３ａ，３ｂ…スライダ、３ｃ…結合天板、４…界磁マグネット、５…電機子、１０…固定ベース部、１１…側壁部、３０…ベアリング部、３１…天板部、５０…電機子コア、５１…コイル、５２…歯、

Claims (10)

1. 固定ベース部とこの固定ベース部から立設された一対の側壁部を有すると共に、これら固定ベース部及び側壁部によって囲まれた案内通路を備えてチャネル状に形成され、各側壁部には前記案内通路に面したボール転動溝が形成された軌道レールと、
   前記ボール転動溝を転動する多数のボールを備えると共にこれらボールが循環する無限循環路を備え、これらボールを介して前記軌道レールの一対の側壁の間に組み付けられて前記軌道レールの案内通路内を自在に往復動するテーブル構造体と、
   前記軌道レールの長手方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に配列されると共に、かかる軌道レールに固定された界磁マグネットと、
   この界磁マグネットと対向するように前記テーブル構造体に装着され、かかる界磁マグネットと相まってリニアモータを構成し、前記テーブル構造体に対して軌道レールの長手方向に沿った推力又はブレーキ力を及ぼす電機子と、
   を備えたリニアモータアクチュエータにおいて、
   前記テーブル構造体は、前記ボールの無限循環路を備えると共に前記軌道レールの案内通路内を前後しながら移動する一対のスライダと、これらスライダを所定の間隔をおいて相互に連結すると共に可動体の取付面が形成された結合天板と、を備え、
   前記電機子は、一対のスライダの間において前記結合天板に固定されて軌道レールの案内通路内に位置すると共に、前記軌道レールの長手方向に沿って所定のピッチで複数のスロット及び歯が形成された櫛歯状の電機子コアと、前記スロットを埋めるようにして前記電機子コアの歯に巻き回されたコイルと、を備え、更に、
   前記界磁マグネットは前記軌道レールの固定ベース部をヨークとし、前記結合天板に固定された電機子コアと対向する位置に配設されていることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
2. 前記電機子は結合天板に対して直接固定される一方、前記スライダは断熱材を介して前記結合天板に固定されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータアクチュエータ。
3. 前記結合天板にはテーブル構造体の移動方向に沿った放熱フィンが立設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータアクチュエータ。
4. 前記軌道レールの長手方向と直交する方向における界磁マグネットの幅は、同一方向における前記電機子コアの幅と同一であることを特徴とする請求項１記載のリニアモータアクチュエータ。
5. 前記軌道レールの固定ベース部には前記ボール転動溝と平行に凹溝が形成され、前記界磁マグネットはこの凹溝内に固定されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータアクチュエータ。
6. 前記スライダには、前記軌道レールの固定ベース部と対向する面に、前記界磁マグネットの幅以上の幅で拡開する凹所が形成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
7. 前記スライダには、前記軌道レールの固定ベース部と対抗する面に対し、前記界磁マグネットの磁極の配設ピッチλの１／４周期のｎ倍 （ｎ：整数）のピッチでスロット及び歯が形成され、かかる面は全体として櫛歯状をなしていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータアクチュエータ。
8. 前記スライダを前記結合天板に固定するための固定手段は、かかる結合天板に対するスライダの固定位置を前記テーブル構造体の移動方向に沿って自在に変更し得ることを特徴とする請求項７記載のリニアモータアクチュエータ。
9. 前記電機子コアの歯の先端面は曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータアクチュエータ。
10. 前記軌道レールの固定ベース上に配列された複数の界磁マグネットに関し、互いに隣接する界磁マグネットの境界は軌道レールの幅方向に対して所定の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１記載のリニアモータアクチュエータ。

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