JP4514114B2 - コイル可動形リニアモータおよび単軸ロボット - Google Patents

Description

本発明は、コイルをステータが貫通するコイル可動形リニアモータおよび単軸ロボットに関するものである。

従来、コイル可動形リニアモータを動力源とする単軸ロボットとしては、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に示された単軸ロボットは、水平方向に延びる１本の棒状のステータと、このステータが貫通するコイルとを有するリニアモータを動力源として構成されている。前記コイルは、前記ステータの軸線方向に移動自在に構成されたスライダに収納されている。

前記スライダは、内部に前記コイルが固定されるとともに、被駆動部材を取付けるためのステージが上端部に設けられている。
従来の単軸ロボットに用いるスライダは、例えば図１４に示すように形成されている。図１４において、符号１で示すものは、従来の単軸ロボット用スライダの本体部分を示す。このスライダ本体１は、アルミニウム合金によって所定の形状に成形されたもので、上端部に前記ステージ（図示せず）を取付けるための取付座２が形成されるとともに、中心部に断面円形の貫通穴３が穿設されており、下端部に図示していないリニアガイドが接続されている。

前記リニアガイドは、スライダ本体１を水平方向に往復動自在に支持する構成が採られている。前記貫通穴３の内部には、リニアモータ用のコイル４が接着されている。すなわち、このスライダ本体１は、前記リニアモータのコイル保持部材を構成している。
前記コイル４は、円筒状に形成され、前記貫通穴３内にその中心線に沿って一列に並ぶ状態で複数嵌合されている。

また、このコイル４は、前記貫通穴３の穴壁面との間に充填された合成樹脂５によってスライダ本体１に接着されている。この接着用の合成樹脂５は、所望の接着強度を有する他に、スライダ本体１とコイル４とを確実に絶縁することができるものが使用されている。この合成樹脂５は、前記貫通穴３の穴壁面と、この貫通穴３の両端部の開口を閉塞する壁部材（図示せず）とによって囲まれた空間内に充填されている。

図１４において、コイル４の中空部内に位置する符号６で示すものはステータである。このステータ６は、パイプ７の内部に複数の円筒状の永久磁石８を嵌合することによって形成され、軸心部を貫通する固定用ボルト９によってステータ用支持部材（図示せず）に固定されている。このステータ６の外周面と前記コイル４の内周面との間には所定の寸法の隙間が形成されている。すなわち、前記スライダ本体１は、ステータ６に対して非接触の状態で往復動する。
なお、本出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに見付け出すことはできなかった。
特開平１０−３１３５６６号公報（第２−３頁、図２）

しかしながら、図１４に示した従来のコイル可動形リニアモータは、例えばスライダ本体１を往復動自在に支持するリニアガイドの摺動部や転動部が磨耗した場合や、ステータの両端部を支持する支持部材に何らかの外力が加えられた場合には、ステータ６に対してスライダ本体１の位置が径方向に変位することがある。このような場合、従来のコイル可動形リニアモータにおいては、コイル４の内周面がステータ６の外周面に接触するおそれがあった。コイル４の内周面にステータ６が接触すると、コイル４の絶縁被覆が破れ、コイル４が絶縁不良を起こすことがある。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、コイルの内周面にステータが接触することがないコイル可動形リニアモータおよび単軸ロボットを提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明に係るコイル可動形リニアモータは、棒状のステータが貫通するコイルがコイル保持部材に収納され、このコイル保持部材の内面と、このコイル保持部材の移動方向の両端部に設けられた壁部材とによって囲まれた空間内に充填された合成樹脂によって前記コイルがコイル保持部材に固定されたコイル可動形リニアモータにおいて、前記コイル保持部材は、口金型から押し出し成形された棒を一定の長さに切断することによって、前記移動方向から見て前記コイルを三方から囲む形状であって、残りの一方へ向けて開放する断面コ字状に形成され、前記各壁部材には、前記移動方向とは直交する方向に延びるフランジが形成され、前記コイル保持部材における互いに対向する一対の縦壁には、前記各壁部材のフランジが嵌合する凹溝が前記残りの一方へ延びるように形成され、前記ステータに摺動自在に嵌合するすべり軸受を前記壁部材に取付け、前記すべり軸受の内径の中心軸を前記コイルのステータ貫通穴の中心軸に対して同一あるいは略同一軸上に位置一致させるとともに、前記すべり軸受の内径を前記コイルの内径より小さく形成したものである。

請求項２に記載した発明に係るコイル可動形リニアモータは、請求項１に記載した発明に係るコイル可動形リニアモータにおいて、コイル保持部材をステータと平行に移動自在に支持するリニアガイドを備えたものである。

請求項３に記載した発明に係るコイル可動形リニアモータは、請求項１に記載した発明に係るコイル可動形リニアモータにおいて、コイルを環状に形成して軸線方向に一列に並べ、これらのコイルの内周面を前記軸線方向の一端に位置するコイルから他端に位置するコイルまで延びる絶縁フィルムによって被覆したものである。
請求項４に記載した発明に係る単軸ロボットは、請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載した発明に係るコイル可動形リニアモータのコイル保持部材を備えたスライダと、このスライダを往復動自在に支持するリニアガイドと、このリニアガイドおよび前記コイル可動形リニアモータのステータを支持するケースとを有するものである。

本発明によれば、ステータに対するコイル保持部材の位置が径方向に変位したときは、すべり軸受の内周面がステータに接触し、コイルとステータとの間の隙間が確保される。このため、本発明によれば、コイルがステータに接触することを確実に阻止することができるから、動作の信頼性が高いコイル可動形リニアモータを提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、コイル保持部材をリニアガイドによってステータとの間隔が一定に保たれる状態で平行移動させることができる。このため、コイルがより一層ステータに接触し難いコイル可動形リニアモータを提供することができる。

請求項３記載の発明によれば、コイル保持用合成樹脂がコイルの内周面から中空部内に漏洩することを絶縁フィルムによって阻止することができるから、コイルとステータとの間の隙間の寸法精度を向上させることができる。

請求項４記載の発明によれば、コイルがステータに接触することがないコイル可動形リニアモータを動力源としているから、コイルが絶縁不良を起こすことがなく動作の信頼性が高い単軸ロボットを提供することができる。

以下、本発明に係るコイル可動形リニアモータを装備した単軸ロボットの一実施の形態を図１ないし図１０によって詳細に説明する。
図１は本発明に係るコイル可動形リニアモータを備えた単軸ロボットの平面図、図２は同じく側面図、図３はコイル可動形リニアモータの要部を拡大して示す断面図である。図４はスライダの断面図、図５はスライダ本体とシール部材との接続部分を示す断面図、図６はシール部材を示す図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。図７はスライダ本体を示す図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は（ｂ）図におけるＤ−Ｄ線断面図、同図（ｅ）は（ｂ）図におけるＥ−Ｅ線断面図である。図８はスライダのステータ貫通部を拡大して示す断面図、図９はコイルの結線図、図１０はスライダの製造方法を説明するための斜視図である。

これらの図において、符号１１で示すものは、この実施の形態による単軸ロボットを示す。このロボット１１は、図１〜図４に示すように、水平な一方向（以下、この方向を前後方向という）に延びるケース１２と、このケース１２内に設けられたリニアガイド１３と、このリニアガイド１３と同一方向に配置された棒状のステータ２２と、この棒状のステータ２２が貫通する環状のコイル２１と、このコイル２１を内蔵しリニアガイド１３に往復動自在に支持されたスライダ本体５１とを備え、このスライダ本体５１と前記コイル２１とを一体化して構成されたスライダ１４が可動コイル形リニアモータ１５により往復駆動されるものである。前記スライダ１４は、図３および図４に示すように、前記コイル２１を内蔵しかつステータ２２が貫通するスライダ本体５１と、このスライダ本体５１の上端部に取付けられたテーブル５２とから構成されている。

このリニアモータ１５は、前記スライダ１４内に設けられた後述する複数の環状のコイル２１と、これらのコイル２１の中心部を遊嵌状態で貫通するステータ２２と、前記コイル２１の近傍に配設されたコイル結線用基板２３などによって構成されている。前記基板２３の配線回路は、リード線２４（図４参照）によってロボット用制御装置２５（図２参照）に接続されている。前記リード線２４は、後述するスライダ１４の上部から側方に延び、図１および図２に示すように、前記ケース１２の側部に設けられたチェーン式ケーブル保持部材２６の内部を通ってケース１２の外に導出されている。

前記ケース１２は、前記前後方向に延びる細帯状に形成された底板３１（図３および図４参照）と、この底板３１の両側部に取付けられた一対の側壁部材３２，３２と、前記底板３１の長手方向の両端部に取付けられた前壁部材３３および後壁部材（図示せず）とによって上方に向けて開口する箱状に形成されている。

この実施の形態によるケース１２の上端部の開口は、ステンレス鋼によって細長い膜状に形成されたシャッター３４によって上方から覆われている。このシャッター３４は、ケース１２内に塵埃や異物が入るのを防止するためのもので、後述するスライダ１４の挿通路３５（図４参照）内に挿通された状態で前記前壁部材３３と前記後壁部材とに固定されている。この実施の形態によるシャッター３４は、前記側壁部材３２の上端面に上方から接触し、上方へ容易に撓むことができるように構成されている。ケース１２の内部には、前記シャッター３４によってケース上端部の開口が覆われることにより、前記スライダ１４の前方と後方とに閉空間３６，３７（図３参照）が形成される。

前記底板３１の上面には、図３および図４に示すように、前記リニアガイド１３が設けられている。このリニアガイド１３は、底板３１に固定された１本のレール部材４１と、このレール部材４１の上に図示していない軸受によって移動自在に支持された２個のスライド部材４２とから構成されている。この軸受は、ボール循環式軸受が平行に複数条設けられたもので、スライダ本体５１側に設けられている。
前記前壁部材３３は、図３に示すように、前記ステータ２２の前端部を支持し、前記後壁部材は、図示してはいないが、前記ステータ２２の後端部を支持している。

前記ステータ２２は、図３および図４に示すように、前記前壁部材３３と後壁部材とによって両端部が支持されたパイプ４３と、このパイプ４３の内部に嵌入された複数の永久磁石４４とによって構成されている。前記永久磁石４４は、円筒状に形成されており、同じ極性の磁極が互いに対向する状態でパイプ４３内に嵌合されている。この実施の形態においては、これらの永久磁石４４は、軸心部を貫通する固定用ボルト４５によって軸線方向の両側から挟圧され、所定の位置に固定されている。

前記スライダ１４のテーブル５２は、この実施の形態による単軸ロボット１１が駆動する被駆動部材（図示せず）を取付けるためのものである。このテーブル５２は、前記シャッター３４をケース１２の開口１２ａから外方（上方）に遊離させるガイド部５２ａを備えている。このガイド部５２ａは、図３に示すように、上方に向けて凸になる凸曲面が形成され、この凸曲面にシャッター３４の下面が摺接する状態でスライダ本体５１の上面に取付けられている。このガイド部５２ａによってシャッター３４が上方に遊離させられることにより、シャッター３４の両側端とケース１２との間に開放空間が形成される。テーブル５２には、図４に示すように、前記開放空間を通る開放空間通過部５２ｂが形成されている。この開放空間通過部５２ｂは、一方がケース１２内のスライダ本体５１の上面に接続され、他方が被駆動部材取付用の取付座５２ｃとして形成されている。テーブル５２における取付座５２ｃとなる部位は、前記側壁部材３２の上面との間に微小なクリアランスを有する状態で側方に延設されている。クリアランスが微小であることにより、異物が外方からケース１２内に侵入するのを防いでいる。

前記テーブル５２の上端部には、保護カバー５２ｄが取付けられている。この保護カバー５２ｄとテーブル５２の上面との間に、上述したシャッター３４が挿通する前記挿通路３５が形成されている。また、テーブル５２の上端部であって、前記ガイド部５２ａ前方と後方には、シャッター３４を前記側壁部材３２の上面（開口１２ａの開口縁部）に密着させるためのローラ５３が設けられている。スライダ１４が移動するときにもシャッター３４によってスライダ１４の前後のケース１２の上端開口が閉塞された状態を保つことができる。また、開放空間通過部５２ｂをテーブル５２に設けることにより、シャッター３４を上方へ遊離させた結果生じた開放空間が略塞がれ、テーブル５２とケース１２との間は小さな隙間とされることにより、ケース１２内を外方に対して略密閉状態とすることができる。

前記スライダ本体５１は、アルミニウム合金を材料として所定の形状に成形されており、図４および図７（ａ），（ｄ），（ｅ）に示すように、ステータ２２の軸線方向から見てコイル２１を三方（上方と両側方）から囲む形状であって、下方へ向けて開放する断面コ字状に形成され、内部に前記複数のコイル２１がエポキシ樹脂５４によって固着されている。詳述すると、このスライダ本体５１は、例えば図７（ａ）に示すように、互いに対向する一対の側板５５，５６と、これらの側板５５，５６の上端部どうしを接続する上板５７とが一体に形成されており、内部に前記コイル２１が取付けられた状態で前記リニアガイド１３の二つのスライド部材４２の上面に固定されている。前記側板５５，５６が本発明でいう縦壁を構成している。前記両側板５５，５６の下端部の一端側（前端側）と他端側（後端側）には、図７（ｃ）に示すように、前記スライド部材４２に載せて固定するための取付座５８が形成されている。また、前記両側板５５，５６におけるスライダ本体５１の両端側の内面には、図５および図７（ｃ），（ｄ）に示すように、後述するシール部材５９が嵌合する凹溝６０が上下方向に延びるように形成されている。

また、このスライダ本体５１の内面と両側板５５，５６の外面には、スライダ１４の移動方向に延びる複数のフィン６１，６２が一体に形成されている。スライダ本体５１の内側のフィン６１は、図４に示すように、前記コイル２１の中心（ステータ２２の軸心）を指向するように、スライダ本体５１の内面に突設されている。一方、外面側のフィン６２は、側方に向けて水平に突出するように前記外面に突設されている。

このスライダ本体５１の内側の横幅、すなわち側板５５と側板５６の下端部どうしの間隔であって図４において左右方向の幅は、前記コイル２１の最大外径寸法より大きくなるように形成されている。一方、このスライダ本体５１の外側の横幅は、前記ケース１２の内部にスライダ本体５１を収容させた状態で両側板５５，５６のフィン６２の先端がケース１２の側壁部材３２，３２に接近するように形成されている。このように形成されたスライダ本体５１をケース１２内のリニアガイド１３に取付けることによって、スライダ本体５１がケース１２内を長手方向の一端側と他端側とに区画する実質的な区画壁として機能するようになる。

スライダ本体５１内に設けられた複数（この実施の形態では１２個）のコイル２１は、それぞれ円環状に形成されている。これらのコイル２１の内径は、前記ステータ２２の外径より大きくなるように形成されている。また、これらのコイル２１は、図９中にＣ１〜Ｃ１２として示すように、いわゆるＵ線と共通線Ａとに接続される第１群に属するもの（Ｃ１，Ｃ４，Ｃ７およびＣ１０）と、いわゆるＷ線と共通線Ａとに接続される第２群に属するもの（Ｃ２，Ｃ５，Ｃ８およびＣ１１）と、いわゆるＶ線と共通線Ａとに接続される第３群に属するもの（Ｃ３，Ｃ６，Ｃ９およびＣ１２）とに分けられ、スライダ１４の移動方向に所定の順序で並べられている。

これらのコイルＣ１〜Ｃ１２が並ぶ順序は、第１群に属するコイル２１と、第２群に属するコイル２１と、第３群に属するコイル２１とがこの順序で並び、かつこれらの第１群〜第３群のコイル２１を一組としてこの組が複数一列に並ぶように設定されている。これらのコイル２１は、図９に示すように、いわゆるスター結線によって配線されており、Ｕ相（第１群）と、Ｗ相（第２群）と、Ｖ相（第３群）の各相において、それぞれ４個のコイル２１が直列に接続され、全相が互いに接続されている。図９において、符号Ｓはコイル２１の開始端を示し、Ｅはコイル２１の終端を示す。なお、Ｕ線、Ｖ線、Ｗ線および各コイル２１の共通線Ａは、それぞれ制御装置２５に接続されている。また、これらのコイル２１は、図３に示すように、Ｕ相のコイル２１と、Ｗ相のコイル２１と、Ｖ相のコイル２１とからなる１組のコイル２１の軸線方向の長さと、ステータ２２内のそれぞれの永久磁石４４の１個分の磁石全長と一致するように形成されている。

これらのコイル２１のリードは、図３および図４に示すように、コイル２１の近傍に配設されたコイル結線用基板２３に半田付けされ、この基板２３を介してＵ線、Ｖ線、Ｗ線および共通線Ａに接続されている。これらの配線は、前記リード線２４としてスライダ１４の外に導出され、制御装置２５に接続されている。

前記第１〜第３群のコイル２１は、前記制御装置２５によって位相が１２０°異なる交流電流が供給されることにより、ステータ２２の軸線方向に推力を発生させる。スライダ１４は、この推力によって前後方向に移動する。前記推力の大きさは、前記交流電流のピーク値に相関し、スライダ１４の移動速度は、前記交流電流の周波数に相関する。制御装置２５は、スライダ１４に設けられたリニアセンサ（図示せず）によって検出された位置情報に基づいてスライダ１４の位置を確認しながら、前記ピーク値および前記周波数を制御する。制御装置２５は、例えばスライダ１４を停止させる場合は、制動力が発生するように、ＵＶＷ線に供給する電流を制御し、制動力を発生させる必要がない場合には、全ての群（第１群〜第３群）の電流値を０とする。

これらのコイル２１を前記スライダ本体５１内に取付けるための前記エポキシ樹脂５４は、スライダ本体５１内の所定位置にコイル２１が位置決めされている状態で液状のものをスライダ本体５１内に注入し、その後、加熱することにより硬化させる。このときの液状のエポキシ樹脂５４の粘度は、コイル２１の素線どうしの間に含浸するように設定されている。このように流動性が高い液状のエポキシ樹脂５４を断面コ字状のスライダ本体５１の内部に貯留するためには、コ字状の開放部分が上方を指向するようにスライダ本体５１を上下方向に反転させ、このスライダ本体５１の前後方向の両端部にいわゆる堰となるシール部材５９（図３および図５参照）を取付ける。このシール部材５９は、エポキシ樹脂５４を貯留するためばかりではなく、スライダ本体５１内に嵌合することにより、樹脂注入時にコイル２１をスライダ本体５１内に位置決めするためにも使用している。このシール部材５９によって、本発明でいう壁部材が構成される。

この実施の形態によるシール部材５９は、合成樹脂によって所定の形状に成形され、図３、図５および図６に示すように、フランジ６３とボス６４とが一体に形成されている。前記フランジ６３は、外縁部分が全域にわたってスライダ本体５１の前記凹溝６０に嵌合するように形成されている。また、このフランジ６３の下端部には、図３および図６（ｂ）に示すように、前記コイル結線用基板２３を取付けるための取付座６５が形成されている。

前記ボス６４は、フランジ６３からスライダ本体５１の外側へ向けて突出するように形成されており、製造工程においてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の注入時に流出するのを防止するためのものであり、熱硬化後においては図３および図８に示すように、コイル側と外側とを画成するための仕切壁６４ａが形成されるとともに、内部に本発明でいうすべり軸受を構成する樹脂ベアリング６６が取付けられている。前記仕切壁６４ａには、コイル２１の内径と同径の貫通孔６４ｂが穿設されている。前記樹脂ベアリング６６は、鍔６６ａを有する円筒状に形成されており、前記ボス６４に外側から嵌合された状態で前記鍔の移動を規制する固定用ねじ６７（図３参照）によって、ボス６４に外れることがないように固定されている。図８に示すように、この樹脂ベアリング６６の内径Ｄ１は、ステータ２２のパイプ４３の外径Ｄ２より大きく、かつコイル２１の内径Ｄ３より小さくなるように形成されている。

ここで、コイル２１をスライダ本体５１にエポキシ樹脂５４によって接着し固定する方法を図１０によって説明する。なお、図１０に示す各部材の形状は、理解を容易にするために簡略化してあり、実際の形状とは相違する。
スライダ本体５１にコイル２１を装着するためには、先ず、図１０（ａ）に示すように、断面円形のロッド７１とストッパー７２とからなる棒状の治具７３に円筒状の絶縁フィルム７４を嵌合させ、次いで、同図（ｂ）に示すように、前記絶縁フィルム７４の外周面に前記一方のシール部材５９を嵌合させる。前記絶縁フィルム７４は、ロッド７１が後述するコイル２１に接着することを防ぐためのもので、軸線方向の一端に位置するコイル２１から他端に位置するコイル２１まで延びる長さに形成されている。このようにシール部材５９を装着した状態で、シール部材５９と絶縁フィルム７４の境界部分に液状のシール剤を塗布しておく。このシール剤としては、例えばエポキシ樹脂５４と同等の材料やあるいはシリコン系樹脂を主成分とする材料のものを使用する。

その後、図１０（ｃ）に示すように、複数のコイル２１を前記治具７３のロッド７１（絶縁フィルム７４の外周部）に嵌合させる。このとき、各コイル２１のリードは、予めコイル結線用基板２３に半田付けしておく。前記ロッド７１の外径は、絶縁フィルム７４の厚みを加えた状態で、コイル２１の内径と、シール部材５９の前記貫通孔６４ｂの孔径と同径になるように形成されている。このため、このロッド７１にコイル２１とシール部材５９とを嵌合させることによって、シール部材５９とコイル２１とを同一軸線上あるいは略同一軸線上に位置付けることができる。

コイル２１をロッド７１に装着した後、図１０（ｄ）に示すように、他方のシール部材５９を前記ロッド７１に嵌合させ、このシール部材５９と絶縁フィルム７４との境界部分に前記液状のシール剤を塗布し、両端側に位置する二つのシール部材５９に前記基板２３を取付用ねじ２３ａによって固定する。しかる後、図１０（ｅ）に示すように、スライダ本体５１の開口部分に前記二つのシール部材５９をそれぞれ嵌合させる。このシール部材５９がスライダ本体５１内に嵌合することにより、全てのコイル２１がスライダ本体５１の仮想軸心（ステータ２２の軸心）と同一軸線上あるいは略同一軸線上に位置付けられる。

次に、スライダ本体５１をその開口部が上方を指向する状態として前記開口部内に液状のエポキシ樹脂５４を注入する。この注入行程では、コイル結線用基板２３をエポキシ樹脂５４内に埋没させる。
このようにエポキシ樹脂５４をスライダ本体５１内に注入した後、この熱硬化性のエポキシ樹脂５４を硬化させるために、スライダ本体５１を加熱炉（図示せず）などに装填する。そして、前記エポキシ樹脂５４を加熱して硬化させ、冷却後に前記治具７３をスライダ本体５１側から引抜いて取外す。このように治具７３を取外した後、樹脂ベアリング６６を両シール部材５９に取付けることによって、スライダ本体５１が完成する。このスライダ本体５１は、前記ステージ５２が取付けられた後に前記ステータ２２が挿通され、このステータ２２とともにケース１２に装着される。
両シール部材５９の治具７３嵌合穴と樹脂ベアリング６６の嵌合穴の中心軸は一致するか少なくともほぼ一致させるようにし、樹脂ベアリング６６の外形と内径の中心軸も互いに一致するか、ほぼ一致するようにする。これにより、コイル２１、２１‥‥のステータ２２貫通穴の中心軸に対して、すべり軸受である樹脂ベアリング６６の内径の中心軸を同一あるいは略同一軸上に位置一致させることができる。

上述したように構成されたコイル可動形リニアモータ１５を装備した単軸ロボット１１においては、スライダ１４内のコイル２１に制御装置２５によって所定の交流電流が供給されることにより、スライダ１４がリニアガイド１３に沿って前後方向に移動する。
このコイル可動形リニアモータ１５においては、シール部材５９に樹脂ベアリング６６が取付けられているから、スライダ１４のステータ２２に対する位置が例えばリニアガイド１３内の摺動または転動部分の磨耗などにより径方向に変位したときは、樹脂ベアリング６６の内周面がステータ２２の外周面に接触する。

このため、このような場合であっても、コイル２１とステータ２２との間に隙間が確保されるから、コイル２１の内周面がステータ２２に接触することがなく、コイル２１の素線の絶縁膜がステータ２２との接触により破れて絶縁不良を起こすことを防ぐことができる。この結果、この可動コイル形リニアモータ１５を動力源とする単軸ロボット１１は、コイル２１が絶縁不良を起こすことがないことから動作の信頼性が向上する。

この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ１５は、スライダ本体５１がリニアガイド１３によってステータ２２と平行に移動自在に支持されているから、スライダ本体５１が前記リニアガイド１３によってステータ２２との間隔が一定に保たれる状態で平行に移動する。このため、この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ１５は、コイル２１がステータ２２に接触することを確実に阻止することができる。

この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ１５の複数のコイル２１の内周面は、軸線方向の一端に位置するコイル２１から他端に位置するコイル２１まで延びる絶縁フィルム７４によって被覆されるから、製造時にエポキシ樹脂５４がコイル２１の内周面から中空部内に漏洩することを絶縁フィルム７４によって阻止することができる。このため、このコイル可動形リニアモータ１５は、コイル２１とステータ２２との間の隙間を高い寸法精度で形成することができる。

この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ１５は、スライダ本体５１がコイル２１を三方から囲む形状に形成されているから、動作時にスライダ本体５１で発生する渦電流を小さく抑えることができる。このため、このコイル可動形リニアモータ１５を動力源とする単軸ロボット１１は、動力性能（加速能力、最高速度など）が高いものとなる。

この実施の形態によるスライダ本体５１は、このように一部を開放させているにもかかわらずコイル２２を強固に保持することができる。これは、スライダ本体５１とシール部材５９とによって囲まれた空間にコイル保持用エポキシ樹脂５４が充填され、このエポキシ樹脂５４によってコイル２２の全域が覆われるからである。

この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ１５のスライダ本体５１は、開放部分の幅（側板５５と側板５６の下端部どうしの間隔）がコイル２１の最大外径寸法より大きく形成されており、コイル２１の軸線方向の長さに一対のシール部材５９の軸線方向の長さを加えた全長が前記開放部分の長さと略一致しているから、コイル２１とシール部材５９とをこれらが一体的に組合わされた状態で前記開放部分を通してスライダ本体５１内に挿入することができる。すなわち、このリニアモータ１５においては、複数のコイル２１とシール部材５９とを高い精度で同一軸線上に位置付けることができるから、ステータ２２とコイル２１との間に適正な隙間を形成することができる。

この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ１５は、コイル２１のリードを接続した結線用基板２３と、この基板２３上のリード接続部分とをエポキシ樹脂５４によって覆い、封止することができるから、前記リード接続部分の耐久性を向上させることができる。

この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ用スライダ本体５１の製造方法によれば、複数のコイル２１と一対のシール部材５９とを棒状治具７３に保持させた状態でスライダ本体５１の開放部分に挿入するから、前記コイル２１と前記シール部材５９とを容易にコイル保持部材に組付けることができる。すなわち、前記コイル２１とシール部材５９とを例えば上方から下方へ下ろすように移動させてスライダ本体５１内に挿入することができ、作業者が自然な態勢で組立作業を行うことができるから、組立作業を容易に行うことができる。

この実施の形態によるコイル可動形リニアモータ１５は、コイル２１をスライダ本体５１内に挿入する以前にコイル２１のリードと制御装置２５側のリード線２４とをコイル結線用基板２３に接続し、このコイル結線用基板２３をコイル２１とともにエポキシ樹脂５４に埋設しているから、コイル２１のリードと前記リード線２４とをコイル結線用基板２３に接続する作業を作業空間が広い作業台の上などで行うことができる。このため、このコイル可動形リニアモータ１５は、コイル２１をスライダ本体５１に組付けた後に前記接続作業を行う場合に較べて、前記接続作業を容易に行うことができる。

この実施の形態による単軸ロボット１１は、コイル可動形リニアモータ１５のスライダ本体５１に棒状の治具７３の代わりにステータ２２を構成する棒状ガイド（パイプ４３）を貫通させ、このパイプ４３をケース１２に支持させることによって形成されているから、コイル可動形リニアモータ１５を製造するために必要な棒状治具７３を取外した後に形成される貫通穴を利用して棒状ガイドを装着することができる。このため、専ら棒状ガイドを挿入するための穴をスライダ本体５１に形成する場合に較べて工数を低減することができる。

この実施の形態による単軸ロボット１１は、スライダ本体５１の内面にフィン６１が突設されており、スライダ本体５１とエポキシ樹脂５４との接着部分の面積が増大されているから、動作時にコイル２１で発生してエポキシ樹脂５４に伝達された熱を効率よくスライダ本体５１に伝導することができる。このため、この単軸ロボット１１においては、コイル２１を効率よく冷却することができる。

さらに、この実施の形態による単軸ロボット１１は、スライダ本体５１によってケース１２内が前方と後方とに仕切られているから、スライダ１４がケース１２内を例えば前方から後方へ移動することによって、ケース１２内の空気がスライダ本体５１とケース１２との間の隙間を通って前記後方から前方へ流れる。この空気は、スライダ本体５１の外面に突設されたフィン６２に沿い、一部がこのフィン６２に接触する状態で流れる。このため、スライダ本体５１に伝達されたコイル２１の熱をフィン６２によってスライダ本体５１の外に効率よく放熱することができる。スライダ本体５１は鋳造により形成してもよいが、フィン６１およびフィン６２を長手方向に形成しているので、フィン形状を設けた口金型からの押し出し棒を切断することにより価格を抑えて形成すると良い。

加えて、この実施の形態による単軸ロボット１１は、前記スライダ本体５１がケース１２内を一端側と他端側とに区画する実質的な区画壁として機能するから、スライダ本体５１が前進したときに前方に位置する気室（閉空間３６）の空気が圧縮されるようになり、この気室内の空気の一部が例えばケース１２の側板５５，５６とシャッター３４との間の隙間を通ってケース１２外に排出される。この場合、ケース１２に異物の吸入を阻止するチャンバーが途中に設けられた換気管（図示せず）をケース１２内の少なくとも一方の気室に設けることにより、この換気管を通ってケース１２内と外が連通することになる。このため、この構成を採ることにより、スライダ本体５１がケース１２内で往復することによるポンプ作用によってケース１２内を換気することができ、換気を行うためのファンを使用することなく、ケース１２内の温度を外気温度に保つことができる。

（参考例）
コイル可動形モータおよび単軸ロボットの参考例を図１１ないし図１３に示す。
図１１はコイル可動形モータを有する単軸ロボットの参考例を示す縦断面図、図１２はスライダの横断面図、図１３はスライダ本体を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は背面図、同図（ｄ）は（ｂ）図におけるＤ−Ｄ線断面図、同図（ｅ）は（ｂ）図におけるＥ−Ｅ線断面図である。これらの図において、前記図１〜図１０によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

この参考例による単軸ロボット１１のケース１２は、図１２に示すように、上方に向けて開放する断面コ字状に形成されて前後方向に延びるベースブロック８１と、このベースブロック８１の両側部に取付けられた一対のカバー８２，８２とから構成されている。前記ベースブロック８１の両側部の上面には、リニアガイド１３のレール部材４１がそれぞれ固定されている。これらのレール部材４１に移動自在に支持された一対のスライド部材４２は、横方向に延びるプレート８３によって互いに接続されている。このプレート８３は、スライダ本体５１の上端部に取付けられ、テーブル５２を支持している。また、このプレート８３の上面には、前後方向に延びる複数の放熱用フィン８４が立設されている。

この参考例によるスライダ本体５１は、前記プレート８３から下方に延び、前記ベースブロック８１の凹部８５内に挿入されている。このスライダ本体５１は、図１３に示すように、前後方向（スライダ１４の移動方向）の端部８６，８６を除く中央部分８７が上方に向けて開放する断面コ字状に形成されている。前記両端部８６は、図１３（ｂ）に示すように、このスライダ本体５１の両側板５５，５６の上端部どうしを接続するクロスメンバ８８が設けられており、図１３（ｅ）に示すように、閉じた断面形状となるように形成されている。すなわち、この参考例によるスライダ本体５１は、上述した実施の形態で示したスライダ本体に較べると剛性が高く、相対的に大型に形成することが可能な構成が採られている。前記中央部分８７の長さ（ステータ２２の軸線方向の長さ）は、コイル２１の全長より長くなるように形成されている。

前記クロスメンバ８８が設けられた前記両端部８６は、円形孔８９｛図１３（ｃ）参照｝が穿設され、この円形孔８９内に、円環状に形成されたシール部材５９（図１１参照）が嵌合されている。このシール部材５９の軸心部には、樹脂ベアリング６６が嵌合されている。この樹脂ベアリング６６は、上述した実施の形態を採る場合と同様に、内径Ｄ１（図８参照）がステータ２２の外径Ｄ２より大きくかつコイル２１の内径Ｄ３より小さくなるように形成されている。

このスライダ本体５１は、前記シール部材５９と両側板５５，５６とによって囲まれた空間内にコイル２１とコイル結線用基板２３とが配設されるとともに、エポキシ樹脂５４が充填されている。前記基板２３は、スライダ本体５１の上端部に形成された取付座９０｛図１４および図１３（ａ），（ｄ）参照｝に取付用ねじ２３ａ（図１１参照）によって取付けられている。

この参考例において、コイル２１をスライダ本体５１内の所定の位置に取付けるためには、上述した実施の形態を採るときと同様に治具７３を使用して行う。すなわち、スライダ本体５１にコイル２１を取付けるためには、先ず、前記治具７３に絶縁フィルム７４と、二つのシール部材５９，５９と、複数のコイル２１，２１‥‥とを装填することによってコイル組立体を形成する。

次に、前記コイル組立体をスライダ本体５１の一方の円形孔８９に外側から挿入するとともに、スライダ本体５１内で軸線方向に平行移動させ、前端部のシール部材５９と後端部のシール部材５９とをスライダ本体５１の両端部の８６，８６の円形孔８９にそれぞれ嵌合させる。この状態で、図１１に示すように、スライダ本体５１の前端面と後端面とに外周にＯリングを装着したストッパープレート９１と、樹脂ベアリング６６を有するベアリングホルダ９２とを取付ける。前記ストッパープレート９１は、樹脂ベアリング６６の移動を規制するためのものである。その後、各コイル２１のリード線をコイル結線用基板２３に半田付けする。この基板２３には、制御装置２５からのＵ，Ｖ，Ｗおよび共通線Ａを予め結線しておく。前記半田付けは、各コイル２１の両端（図９において符号Ｓ，Ｅで示す両端）をそれぞれ前記基板上の所定端子部に接続することによって行う。この半田付け作業が終了することにより、図９に示す回路が構成される。次に、前記基板２３をスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入して固定し、液状のエポキシ樹脂５４をスライダ本体５１内に注入する。このエポキシ樹脂５４を加熱することにより硬化させた後に治具７３を取外す。

前記スライダ本体５１におけるエポキシ樹脂５４が充填される部分の内面は、図１２に示すように、ステータ２２の軸線方向から見てコイル２１と同心円状に形成され、複数のフィン６１が突設されている。これらのフィン６１は、コイル２１の中心部を指向しかつスライダ１４の移動方向に延びるように形成されている。また、この参考例においても、スライダ本体５１の外面に複数の放熱用フィン６２が立設されている。

この参考例ではコイル２１とシール部材５９とを治具７３に仮に保持させてスライダ本体５１の円形孔８９に挿入する例を示したが、この参考例によるコイル可動形リニアモータ１５においても、スライダ本体５１の中央部分８７の開口部すなわちスライダ本体開口５１ａの長手方向長さＬをコイル２１の全長より長くなるように形成することによって、上述した実施の形態を採るときと同様の製造方法によって製造することができる。
すなわち、治具７３を互いに脱着可能な３ピースで形成し、中央のピースに絶縁フィルム７４、複数のコイル２１、２１‥‥とを装填してコイル組立体を形成し、Ｕ、Ｖ、Ｗおよび共通線Ａが結線された基板２３へ各コイル２１の両端を半田付けし、コイル組立体と基板２３を一緒にスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入し、基板２３をスライダ本体５１に固定する。

その後、中央のピースの両側から、外周にＯリングを取付けたシール部材５９と、樹脂ベアリング６６を有し外周にＯリングを取付けたベアリングホルダ９２とを装着した端部ピースをそれぞれ組付け、ストッパープレート９１をスライダ本体５１に取付ける。その後からエポキシ樹脂５４をスライダ本体内に注入し、その後加熱硬化する。中央のピース、両側のピースからなる治具７３を除去して、スライダ１４を完成させる。シール部材５９とベアリングホルダ９２を円形孔８９に嵌合させることと、ストッパープレート９１を取付けることで、コイル２１のスライダ本体５１に対する位置決めができる。

また、スライダ本体開口５１ａの長手方向長さＬが、装着する全てのコイル２１、２１と両シール部材５９との全長より長い場合には、治具７３を互いに脱着可能な３ピースで形成し、中央のピースに絶縁フィルム７４、複数のコイル２１、２１‥‥、両シール部材５９とを装填してコイル組立体を形成し、コイル組立体を一緒にスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入し、樹脂ベアリング６６を有し、外周にＯリングを取付けたベアリングホルダ９２を装着した端部ピースをそれぞれ組付け、ストッパープレート９１をスライダ本体５１に取付ける。

このうえで、Ｕ、Ｖ、Ｗおよび共通線Ａが結線され、各コイル２１の両端が半田付けされた基板２３も、スライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入し固定し、エポキシ樹脂５４をスライダ本体内に注入し、その後加熱硬化する。基板２３をスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入しない場合には、エポキシ樹脂５４をスライダ本体内に注入し、その後加熱硬化した後、Ｕ、Ｖ、Ｗおよび共通線Ａが結線された基板２３へ各コイル２１の両端を半田付けする。
３ピースからなる脱着可能な治具７３は、互いに組付けられた状態で各ピースの中心軸が同一軸あるいは略同一軸線上に位置するように形成する。これにより中央のピースに嵌合するコイル２１、２１のステータ２２嵌合穴の中心軸に、端部のピースに嵌合する樹脂ベアリング６６の内径の中心軸を一致あるいはほぼ一致させることができる。

また、この参考例ではスライダ本体５１の両端部に閉じた断面形状となる補強部を設ける例を示したが、このような限定にとらわれることはなく、スライダ本体５１の一方の端部のみに前記補強部を設けることができる。この構成を採る場合、スライダ本体５１の開口部の長さをコイル２１の全長に一対のシール部材５９の全長を加えた長さ以上となるように形成することによって、上述した実施の形態で示した製造方法を採ることができる。

さらに、このようにスライダ本体５１の一端部のみに補強部を設ける場合は、コイル２１とシール部材５９とを治具７３に保持させた状態で前記開口部を通してスライダ本体５１内に挿入し、その後、これらのコイル２１とシール部材５９と治具７３とからなる組立体をステータ２２の軸線方向に移動させ、一方のシール部材５９を前記補強部内に挿入すする組立方法を採ることができる。この組立方法を採ることによって、前記開口部の長さをコイル２１の全長にシール部材５９の全長を加えた長さより短く形成することができるから、スライダ本体５１を小型化することができる。

上述した実施の形態と参考例ではコイル結線用基板２３をシール部材５９（上述した実施の形態）またはスライダ本体５１（参考例）に取付用ねじ２３ａによって固定する例を示したが、前記基板２３はスライダ本体５１やシール部材５９に載置し、エポキシ樹脂５４によって固定することもできる。また、コイル結線用基板２３は、エポキシ樹脂５４の外に配設することもできる。

上述した実施の形態と参考例ではケース１２のシャッター３４と側板５５との間に形成される隙間によりケース１２内が少しずつ換気される例を示したが、ケース１２の前壁部材３３と後壁部材の少なくとも一方にケース１２の内外を連通する連通管（図示せず）を設け、この連通管を用いてケース１２内の換気を行うこともできる。また、本発明に係る単軸ロボット１１は、上述したようにスライダ１４の移動に依存する換気装置を装備する他に、電動ファンによって強制的にケース１２内を換気する換気装置を装備することができる。この構成を採る場合は、ケース１２内の温度が予め定めた温度を上回ったときに電動ファンによって換気を行うことができる。これらの連通管や換気装置には外部の塵埃のケース１２内への侵入防止するフィルタを設ける。

上述した実施の形態と参考例においては、コイル２１をエポキシ樹脂５４にスライダ本体５１に固定する例を示したが、この樹脂材料としては、エポキシ樹脂に限定されることはなく、耐熱性、絶縁性および機械的強度の条件を満たすものであれば、どのようなものでも用いることができる。また、図１２に示すように、テーブル５２のプレート８３への接続部に断熱材９３を介装し、テーブル５２にコイル２１の熱が伝達されることを防止するようにすると良い。

本発明に係るコイル可動形リニアモータを備えた単軸ロボットの平面図である。 本発明に係るコイル可動形リニアモータを備えた単軸ロボットの側面図である。 コイル可動形リニアモータの要部を拡大して示す断面図である。 スライダの断面図である。 スライダ本体とシール部材との接続部分を示す断面図である。 シール部材を示す図である。 スライダ本体を示す図である。 スライダのステータ貫通部を拡大して示す断面図である。 コイルの結線図である。 スライダの製造方法を説明するための斜視図である。 コイル可動形モータを有する単軸ロボットの参考例を示す縦断面図である。 スライダの横断面図である。 スライダ本体を示す図である。 従来の単軸ロボットのスライダの断面図である。

符号の説明

１１…単軸ロボット、１２…ケース、１３…リニアガイド、１４…スライダ、１５…コイル可動形リニアモータ、２１…コイル、２２…ステータ、４４…永久磁石、５１…スライダ本体、５４…エポキシ樹脂、５５，５６…側板、５７…上板、５９…シール部材、６６…樹脂ベアリング、７３…治具、７４…絶縁フィルム。

Claims (4)

1. 棒状のステータが貫通するコイルがコイル保持部材に収納され、このコイル保持部材の内面と、このコイル保持部材の移動方向の両端部に設けられた壁部材とによって囲まれた空間内に充填された合成樹脂によって前記コイルがコイル保持部材に固定されたコイル可動形リニアモータにおいて、
   前記コイル保持部材は、口金型から押し出し成形された棒を一定の長さに切断することによって、前記移動方向から見て前記コイルを三方から囲む形状であって、残りの一方へ向けて開放する断面コ字状に形成され、
   前記各壁部材には、前記移動方向とは直交する方向に延びるフランジが形成され、
   前記コイル保持部材における互いに対向する一対の縦壁には、前記各壁部材のフランジが嵌合する凹溝が前記残りの一方へ延びるように形成され、
   前記ステータに摺動自在に嵌合するすべり軸受を前記壁部材に取付け、前記すべり軸受の内径の中心軸を前記コイルのステータ貫通穴の中心軸に対して同一あるいは略同一軸上に位置一致させるとともに、前記すべり軸受の内径を前記コイルの内径より小さく形成したことを特徴とするコイル可動形リニアモータ。
2. 請求項１記載のコイル可動形リニアモータにおいて、コイル保持部材をステータと平行に移動自在に支持するリニアガイドを備えてなるコイル可動形リニアモータ。
3. 請求項１記載のコイル可動形リニアモータにおいて、コイルを環状に形成して軸線方向に一列に並べ、これらのコイルの内周面を前記軸線方向の一端に位置するコイルから他端に位置するコイルまで延びる絶縁フィルムによって被覆してなるコイル可動形リニアモータ。
4. 請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載されたコイル可動形リニアモータのコイル保持部材を備えたスライダと、このスライダを往復動自在に支持するリニアガイドと、このリニアガイドおよび前記コイル可動形リニアモータのステータを支持するケースとを有する単軸ロボット。
   

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