JP4522674B2

JP4522674B2 - 小型スライド装置

Info

Publication number: JP4522674B2
Application number: JP2003209462A
Authority: JP
Inventors: 広行風晴; 国章高村
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005080317A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線運動の位置決めを必要とする分野などで用いて好適な直動モータ内蔵型のスライド装置に係り、特に、小型化、低コスト化及び高推力化を可能にした小型スライド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の小型スライド装置は、直動モータと直動案内が個別に配置された構成になっている（例えば特許文献１参照）。図７の（Ａ）及び（Ｂ）はこのような従来例の全体的な構成を示す平面図及び側面図であり、図８は図７（Ａ）のVIII‐VIII断面図である。
【０００３】
これらの図で示されているような構成からなる従来の小型スライド装置において、界磁マグネット１０５が生じさせる磁束と電機子コイル１０６に流れる３相電流との電磁相互作用によるリニアモータによって、テーブル１００をスライド自在に駆動し所望の位置への位置決めが行なわれる。
【０００４】
すなわち、界磁マグネット１０５とコイルヨークとして機能するベッド１０４で形成される磁束の密度と電機子コイル１０６に通電される電流との積に相当する推力が発生し、トラックレール１０２に沿ってベッド１０４の長手方向で直線的にテーブル１００が往復動し、このテーブルに貼り付けられたリニアスケール１０７とベッド１０４に取り付けられたセンサ１０３によってテーブル１００の位置を検出し、サーボドライバ（図示せず）でフィードバック制御が行なわれる。このようにすることにより、位置指令に追従するサーボドライブ装置が実現している。
【０００５】
また、従来の他の例としては、直動案内レールやスライドユニットに永久磁石とモータコイルを組み込んだ構成が挙げられる（例えば特許文献２や特許文献３参照）。図９は特許文献２で開示されているスライド装置の構成断面図であり、図１０はこのスライド装置の全体像を示す構成斜視図である。
【０００６】
これらの図で示すように、特許文献２で開示されているスライド装置は、軌道体２０１（直動案内のガイドレールに相当する）にリニアモータコイル集合体２０２（モータコイルに相当する）が組込まれ軸受本体２０３（スライドユニットに相当する）にリニアモータマグネット２０４（可動子磁石に相当する）が組み込まれている。
【０００７】
一方、図１１は特許文献３で開示されているスライド装置の構成断面図であり、図１２はこのスライド装置の全体像を示す構成斜視図である。これらの図で示すように、特許文献３で開示されているスライド装置は、固定部材３０１（直動案内のガイドレールに相当する）に永久磁石３０２（可動子磁石に相当する）が組み込まれると共に、可動部材３００（スライドユニットに相当する）に通電用コイル３０３（モータコイルに相当する）が組み込まれた構成になっている。
【０００８】
また、特許文献２や特許文献３で開示されている従来のスライド装置は、特許文献１で開示されている前述のスライド装置と同様に、磁石とヨークで形成される磁束とコイルに通電した電流により、推力を発生させてテーブルを直動させている。また、リニアセンサでスライドユニットの位置を検出し、サーボドライバでフィードバック制御することにより、位置指令に追従するサーボドライブ装置を構成している。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１―３５２７４４号公報（第８−１０頁、第１−３図）
【特許文献２】
特開昭６０―２２６７６２号公報（第２３０−２３１頁、第１−２図）
【特許文献３】
特開２０００―１０２２３７号公報（第５−６頁、第７図及び第１０図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、特許文献１で開示され図７及び図８で表されている従来の小型スライド装置は、小型化や低コスト化が難しいという問題があった。すなわち、リニアモータの両側に直動案内のレールを設置して可動子を支持する構成であるため直動案内のレールが２本必要であるうえ、リニアモータ（固定子と可動子）とレール２軸分の断面積に相当するスペースが必要であることなどから、小型で低コストなスライド装置が実現できないという問題があった。
【００１１】
一方、特許文献２で開示され図９及び図１０で表されている従来の小型スライド装置は、直動案内のレールに相当する軌道体にリニアモータコイル集合体とセンサを組み込みスライドユニットにリニアモータマグネットを組み込まなければならないため、軌道体とスライドユニットに大幅な形状変更や特殊加工が必要で、市販の一般的なレールなどが使用できないという欠点があった。
【００１２】
また、装置を小型化すると、軌道体の断面積で摺動面の占有比率が高くなり、磁石やリニアモータコイル集合体の設置できる断面積が著しく小さくなって推力が大幅に低下するという欠点もあった。従って、特許文献２で開示されている従来の小型スライド装置は、小型化、低コスト化及び高推力化が達成できないという問題があった。
【００１３】
特許文献３で開示され図１１及び図１２で表されている従来の小型スライド装置は、直動案内のレールに相当する固定部材に永久磁石を組み込みスライドユニットに通電用コイルを組み込まなければならないため、固定部材とスライドユニットに大幅な形状変更や特殊加工が必要で、市販の一般的なレールなどが使用できないという欠点があった。また、移動体としてのボールを有して移動自在な特殊な循環路（ボール循環経路）が設けられていて、市販の一般的な循環経路部品は変更しなければ使用できないという欠点もあった。従って、特許文献３で開示されている従来の小型スライド装置は、小型化や低コスト化が困難となっていた。
【００１４】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、直線運動の位置決めを必要とする分野などで用いて好適な直動モータを内蔵したスライド装置であって、小型化、低コスト化及び高推力化を実現した小型スライド装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可動子磁石と、磁性体の素材からなる固定子ヨークティースと、該固定子ヨークティースの周囲に巻回されたモータコイルと、可動子を案内するための非磁性体のガイドレールと、磁性体の素材からなり、前記固定子ヨークティースを支持する固定子ヨークとを具備し、前記可動子磁石と前記モータコイルとの間に前記ガイドレールを介在させると共に前記可動子磁石と前記固定子ヨークティースとを近接して配置した小型スライド装置によって、前記の目的を達成したものである。
【００１６】
尚、前記ガイドレールを、非磁性体のセラミック、非磁性体のステンレス若しくは非磁性体の焼結部材で構成するとよい。
【００１７】
又、前記ガイドレールに前記固定子ヨークティースを挿設するための中空部を形成し、該固定子ヨークティースで前記ガイドレールを固定してもよい。
【００１８】
又、前記固定子ヨークティースに頭部が設けられると共に側面部を前記ガイドレールと前記固定子ヨークで固定してもよい。
【００１９】
尚、前記頭部を、四角形状にしてもよい。
【００２０】
又、前記固定子ヨークティースの前記可動子磁石側の端部を前記ガイドレールにおける前記可動子磁石側の端部と一致させるとよい。
【００２１】
又、前記端部は上端又は先端とするとよい。
【００２２】
同様に、本発明は、小型スライド装置において、強磁性体の素材からなる可動子ヨークに固着され交互に磁性が異なるように配置されている複数個の可動子磁石と、ボビンに巻回されたモータコイルとの間に非磁性体のガイドレールを設け、強磁性体の素材からなる固定子ヨークと前記可動子磁石を近設することによって、前記の目的を達成したものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１及び図２は本発明実施例の一部を切断して内部まで示した全体的な平面図及び側面図、図３は図１のIII−IIIで切断して本発明実施例の要部を示す半断面図、図４は図１のIV−IVで切断して本発明実施例の要部を示す半断面図である。
【００２４】
これらの図を用いて詳しく後述するように、本発明実施例に係わる小型スライド装置４０は次のような構成になっている。すなわち、２個のスライドユニット４０２が１本のガイドレール４０３の上を走行自在に動くように構成されていて、２個のスライドユニット４０２の間には可動子ヨーク４０６を介して可動子磁石４０７が固定されている。また、ガイドレール４０３は非磁性体からなる素材で構成されていて、可動子磁石４０７と、モータコイル４０８との間に介在し、固定子ヨーク４０４に取り付けられている。また、ガイドレール４０３は、磁性体からなる素材（鉄材など）で構成されている固定子ヨークティース４０５を取り付けるための取付穴と、その取付穴に固定子ヨークティース４０５を固定するための取付溝が設けられている。ここで、ガイドレール４０３を構成している非磁性体の具体例としては、セラミック、非磁性体のステンレス若しくは非磁性体の焼結部材などが該当する。なお、図中の符号４１１は、スライドユニット４０２の固定用のネジである。
【００２５】
固定子ヨークティース４０５は軸形状のピンと両端を面取りした薄板状の部材で構成されていて、縦断面形状が略Ｔの字形の部品となっている。また、図３や図４で示すように、固定子ヨークティース４０５の頭部（可動子磁石４０７側の端部）は、ガイドレール４０３における可動子磁石４０７側の端部と一致し、可動子磁石４０７に近接している。なお、固定子ヨークティース４０５の頭部は例えば四角形の形状になっている。
【００２６】
一方、固定子ヨーク４０４は磁性体からなる素材で構成されていて、板状部材と一定間隔に配置された穴付柱状部材を一体化した部品となっている。また、モータコイル４０８とモータコイルボビン４０９とを有してなるモータ固定子巻線ユニット５０２は、モータコイル４０８が巻回されたモータコイルボビン４０９のコイル端が３相結線され、出力端がドライバー（図示せず）に接続されたケーブルに接続するように構成されている。
【００２７】
更に、モータ可動子磁石ユニット５０４は、強磁性体の素材からなる可動子ヨーク４０６に可動子磁石４０７を貼り付け、可動子ヨーク４０６を他の可動子部材（図示せず）に固定するように構成されている。なお、この可動子部材は可動子ヨーク４０６と共用する構成であっても良いものとする。
【００２８】
図５は小型スライド装置４００に搭載されているモータの構造を説明するための本発明実施例の縦断面図である。また、図６は小型スライド装置４００の組み付けを説明するための組付け説明図であって、図６（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ平面図及び側面図である。これらの図において、固定子ヨーク４０４、固定子ヨークティース４０５、可動子ヨーク４０６、可動子磁石４０７、モータコイル４０８及びガイドレール４０３は、図１〜図４でそれぞれ詳しく説明した部品と同一であるため、ここでの重複説明は省略する。
【００２９】
また、固定子ヨーク４０４の穴付柱状部材にはモータ固定子巻線ユニット５０２が取り付けられている。モータコイルボビン４０９は穴付柱状部材に圧入され、モータ固定子巻線ユニット５０２は固定子ヨーク４０４に固定されている。モータ固定子巻線ユニット５０２を取付けた固定子ヨーク４０４の穴付柱状部材の上にガイドレール４０３が搭載され、固定子ヨークティース４０５の軸形状のピンが固定子ヨーク４０４の穴付柱状部材の穴に圧入されて、固定子ヨーク４０４とガイドレール４０３と固定子ヨークティース４０５が固定されている。
【００３０】
なお、ガイドレール４０３に設けられた取付溝と固定子ヨークティース４０５との接触面には接着剤が塗布され、固定子ヨークティース４０５を構成している薄板状の部材に外力が加わっても変形しないように固定されている。ガイドレール４０３の両端はネジ４１０で固定子ヨーク４０４に締結されることによって、ガイドレール４０３が十分な強度で固定子ヨーク４０４に固定されている。また、２個のスライドユニット４０２の間には前記可動子部材を介して前記モータ可動子磁石ユニット５０４が固定され、ガイドレール４０３に前記モータ可動子磁石ユニットが組み込まれたスライドユニット４０２が取り付けられるようになっている。
【００３１】
このような構成からなる本発明実施例のスライド装置は次のように作動する。先ず、図示しないドライバからモータコイル４０８に供給された電流によって磁界が発生する。この磁界が、モータコイル４０８の中心にある固定子ヨーク４０４の穴付柱状部材から固定子ヨークティース４０５の軸を介して可動子磁石４０７の対向面へ通ることで磁路が形成され、可動子磁石４０７の磁力とモータコイル４０８に供給された電流によって発生した磁束により推力が発生して前記モータ可動子ユニット５０４を直線的に往復動させる。
【００３２】
モータコイル４０８に供給された各相の電流を図示しないドライバーで制御することにより、モータ推力を所定の値にコントロールする。図示しないリニアセンサーにより、スライドユニット４０２の位置を検出し、その検出信号に基いて前記ドライバーでフィードバック制御することにより、位置指令に追従するサーボドライブ装置が実現する。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば可動子磁石とモータコイルとの間にガイドレールを介在させたことで直動駆動ユニットの占有断面積が小さくなるため、スライド装置を小型化したり軽量化したりすることができるという利点がある。また、ガイドレールとして特殊な加工をすることなく一般的な直動案内レールを用いることができるため、低コストのスライド装置を実現できるという利点もある。更に、可動子磁石と固定子ヨークティースが十分に接近していて可動子磁石からの磁力が低下するのを抑えられるため、固定子ヨークティースが無い場合に比して、高推力が得られるという利点がある。
【００３４】
また、発熱源であるモータコイルが取り付けられている固定子ヨークが更にスライド装置を固定する構造物に取り付けられるため、モータコイルから構造物までの熱伝導経路が短いのでモータの温度上昇を低くできるうえ、体積が大きな温度上昇がしにくい構造物に直接取り付けられるためモータの温度上昇を緩やかにできる。このため、本発明によれば、スライド装置を高頻度な加減速で駆動できるという利点がある。
【００３５】
更に、直動するスライドユニットを単体で構成できるため、輸送部分の取り付けや組込みが容易になるという利点もある。また、本発明に係わるスライド装置全体を構成する部品の点数が従来例に比して少ないため、スライド装置の低コスト化を達成できるという利点もある。
【００３６】
従って、本発明によれば、直線運動の位置決めを必要とする分野で利用し得る好適な直動モータを内蔵したスライド装置で、小型化、低コスト化及び高推力化が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の一部を切断して内部まで示した全体的な平面図
【図２】同じく全体的な側面図
【図３】図１のIII−IIIで切断して本発明実施例の要部を示す半断面図
【図４】図１のIV−IVで切断して本発明実施例の要部を示す半断面図
【図５】スライド装置に搭載されているモータの構造を説明するための本発明実施例の縦断面図
【図６】本発明実施例の組み付けを説明するための組付け説明図
【図７】従来の小型スライド装置の全体的な構成を示す平面図及び側面図
【図８】従来の小型スライド装置を説明するための図７（Ａ）のVIII−VIII断面図
【図９】他の従来例の構成断面図
【図１０】他の従来例の全体像を説明するための構成斜視図
【図１１】更なる他の従来例の構成断面図
【図１２】更なる他の従来例の全体像を説明するための構成斜視図
【符号の説明】
１００…テーブル
１０１…コイル基板
１０２…トラックレール
１０３…センサ
２０１…軌道体
２０２…リニアモータコイル
２０３…軸受本体
２０４…リニアモータマグネット
３００…可動部材
３０１…固定部材
３０２…永久磁石
３０３…通電用コイル
４００…小型スライド装置
４０２…スライドユニット
４０３…ガイドレール
４０４…固定子ヨーク
４０５…固定子ヨークティース
４０６…可動子ヨーク
４０７…可動子磁石
４０８…モータコイル
４０９…モータコイルボビン
４５２…スライドユニット
４６０…ネジ

Claims

可動子磁石と、磁性体の素材からなる固定子ヨークティースと、該固定子ヨークティースの周囲に巻回されたモータコイルと、可動子を案内するための非磁性体のガイドレールと、磁性体の素材からなり、前記固定子ヨークティースを支持する固定子ヨークとを具備し、前記可動子磁石と前記モータコイルとの間に前記ガイドレールを介在させると共に該ガイドレールは前記固定子ヨークティースを挿設するための中空部が形成され該固定子ヨークティースによって固定されており、前記可動子磁石と前記固定子ヨークティースとを近接して配置したことを特徴とする小型スライド装置。
前記ガイドレールは、非磁性体のセラミック、非磁性体のステンレス若しくは非磁性体の焼結部材でなることを特徴とする請求項１記載の小型スライド装置。
前記固定子ヨークティースは、頭部が設けられると共に側面部が前記ガイドレールと前記固定子ヨークで固定されていることを特徴とする請求項１記載の小型スライド装置。
前記頭部は、形状が四角形であることを特徴とする請求項３記載の小型スライド装置。
前記固定子ヨークティースは、前記可動子磁石側の端部が前記ガイドレールにおける前記可動子磁石側の端部と一致することを特徴とする請求項１又は請求項３記載の小型スライド装置。
前記端部は、上端若しくは先端であることを特徴とする請求項５記載の小型スライド装置。