JP4657894B2 - リニアアクチュエータ及び案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエータ及びその可動子に好適な案内装置に関するものである。

近年、リニアアクチュエータの需要が増大している。リニアアクチュエータは、回転モータと比較して高速度、高精度位置決めが可能である。
そこで、スピンドルの先端に取り付けられたドリルでプリント基板に穴を明ける装置において、スピンドルの位置決め駆動用にリニアアクチュエータを使用したものが開発され始め、また改良が加えられている。

このような改良型リニアアクチュエータについて図面を参照して説明する。図４は、リニアアクチュエータの概略図である。図４に示すように、リニアアクチュエータ１は、可動子２と、固定子３及び固定子４と、コイル６と、を有している。以下においては、図４に示すように、可動子２の可動方向をＺ軸とし、可動子２の板状面内にＸ軸をとり、板状面と垂直な方向をＹ軸とする直交座標系Ｘ、Ｙ、Ｚを用いて説明する。
可動子２には、Ｚ軸方向に沿って、複数の永久磁石２１−ｍ（ｍ＝１〜ｎ）が、その磁極が交互となるように配置されている。
可動子２は、回転ローラ７１−１、回転ローラ７１−２、回転ローラ７１−３及び回転ローラ７１−４によって、図中におけるＹ軸方向の動きが規制されている。そして、可動子２の回転ローラと接触する部分には、可動子２の摩耗を防止するためのカバー２２−１及びカバー２３−１がそれぞれ設けられている（特許文献１）。
それぞれの回転ローラは、後述するブロックによって保持されている。そして、可動子２、回転ローラ７１−１、回転ローラ７１−２、回転ローラ７１−３、回転ローラ７１−４及びブロックで案内装置が構成される。
固定子３及び固定子４は、可動子２を挟む対向部を磁極とする電磁石であり、それぞれの対向部間の磁力線（例えば、磁力線１０１及び磁力線１０２）の方向が交互となるように配置されている。固定子の材質は、高透磁率の金属材料である。
固定子３及び固定子４の対向部間で発生する磁力線と、可動子２に設けられた永久磁石の発生する磁力線との相互作用によって、可動子２には駆動力が発生し、可動子２はＺ軸方向に往復運動する。

図５は、リニアアクチュエータの平面図である。図５に示すように、リニアアクチュエータ１は、可動子２と、固定子３及び固定子４が交互に４つ並ぶことによって形成される固定子ユニット３−ｍ（ｍ＝１〜ｎ）と、ブロック５−ｍ（ｍ＝１〜ｎ＋１）と、を有している。図５の場合、固定子３と固定子４との間に、固定子間での磁束の漏れを防ぐために、固定子と同じ形状で固定子よりも厚みの薄い樹脂製のスペーサ７が挿入されている。
以下、隣接する固定子間にスペーサ７が挿入されている場合も固定子ユニット３−ｍ（ｍ＝１〜ｎ）と言うことにする。固定子ユニット３−ｍは、ブロック５−ｍに挟まれるようにしてブロック５−ｍに固定されている。ブロック５−ｍは、それぞれ取り付け台８に固定されている。

ここで、従来より知られた案内装置を用いたリニアアクチュエータの可動子と固定子の位置関係について図６を参照して説明する。図６は、図５におけるリニアアクチュエータ１のＡ−Ａ端面図である。図６に示すように、可動子２は、板状部２１５と、板状部２１５の両端に、軸線がＺ軸方向と互いに平行となるように接続された一対の円柱状部２１１及び円柱状部２１２と、を有している。
特開２００３−２４４９２５号公報

しかしながら、このようなリニアアクチュエータの案内装置においては、可動子のＺ軸方向の両端にそれぞれリニアガイドを設ける等、特別な機構を設けなければ、可動子が、Ｘ軸方向に移動することを規制することができない。

本発明の目的は、特別な機構を設けることなく、可動子のＹ軸方向の動きを規制すると同時に、可動子がＸ軸方向に移動することを規制することである。

本発明のリニアアクチュエータは、可動方向に複数の永久磁石を磁極が交互となるように配置した板状部と、前記板状部の両端に、軸線が前記可動方向と互いに平行となるように接続された一対の円柱状部と、を有する可動子と、前記可動子を挟む対向部を有する固定子を、前記対向部間の磁力線の方向が交互となるように複数並べた固定子ユニットと、前記円柱状部をそれぞれ支持する軸受と、前記軸受を保持し、前記可動子を通過させる貫通孔を内部に有するブロックと、を有し、前記固定子ユニットが前記ブロックに挟まれることによって前記ブロックに固定され、かつ、前記可動子が前記ブロックに支持されることによって形成されるリニアアクチュエータにおいて、前記軸受は、円筒の軸線方向の一部が切断された形状であるＣ型軸受であり、前記貫通孔は、前記Ｃ型軸受の外径と同じ直径であり、かつ、中心間距離が前記一対の円柱状部の軸線間距離と同じである円筒状部と、前記円筒状部とそれぞれ繋がる前記可動子の通過部とからなることを特徴とする。
このように可動子の円柱状部をＣ型軸受と貫通孔の円筒状部でＸ、Ｙ両方向から取り囲むことにより、可動子のＸ、Ｙ方向への移動を規制することができる。

本発明によれば、特別な機構を設けることなく、可動子のＹ軸方向の動きを規制すると同時に、可動子がＸ軸方向に移動することを規制することが可能となる。

以下、本発明のリニアアクチュエータについて図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るリニアアクチュエータの平面図である。本発明に係るリニアアクチュエータの構成要素のうち、従来のリニアアクチュエータと同一または同等のものについては、同一の符号を付けることにする。
図１に示すように、リニアアクチュエータ１は、固定子ユニット３−ｍ（ｍ＝１〜ｎ）がブロック５−ｍ（ｍ＝１〜ｎ＋１）に挟まれた状態で可動子２がそれぞれのブロックに支持されることによって形成される。

次に、本発明に係るリニアアクチュエータのブロックについて図２を参照して説明する。図２は、図１におけるリニアアクチュエータ１のＢ−Ｂ断面図である。図２に示すように、軸受は、円筒の軸線方向の一部が切断された形状であるＣ型軸受５３１、５３２である。ブロック５には、可動子２を通過させるための貫通孔５１が設けられている。
貫通孔５１は、直径がＣ型軸受の外径と同じ直径（Ｃ型軸受の製造元によって指定されたＣ型軸受を保持するための直径）であり、かつ、中心間距離が一対の円柱状部２１１及び円柱状部２１２の軸線間距離と同じである一対の円筒状部と、一対の円筒状部とそれぞれ繋がる可動子２の通過部とからなる。可動子２の通過部は、図２においては、長辺の間隔がＣ型軸受の外径よりも小さい長方形であるが、可動子２が通過できるのであればどのような形状でもよい。
貫通孔５１の円筒状部によって、Ｃ型軸受５３１及びＣ型軸受５３２が保持されている。Ｃ型軸受５３１及びＣ型軸受５３２の内径は、円柱状部２１１及び円柱状部２１２の外径と同じである。Ｃ型軸受５３１及びＣ型軸受５３２は、円柱状部２１１及び円柱状部２１２をそれぞれ支持している。
Ｃ型軸受５３１及びＣ型軸受５３２が貫通孔内で回転し、板状部２１５に接触すると、Ｃ型軸受の内径側端部が破損してしまう場合がある。よって、貫通孔５１の上下左右には、Ｃ型軸受５３１及びＣ型軸受５３２の貫通孔内での回転を防ぐための回転止め５２５、回転止め５２６、回転止め５２７及び回転止め５２８がそれぞれ設けられている。

このように本発明に係る案内装置においては、Ｃ型軸受で円柱状部材を支持するので、従来の案内装置に比べ特別な機構を設けることなく、可動子のＹ軸方向の動きを規制すると同時に、可動子がＸ軸方向に移動することを規制することができる。
また、Ｃ型軸受の内周面全体で円柱状部材を支持しているので、従来の案内装置よりも可動子の摩耗を小さくすることができる。

次に、図３を参照して図２とは貫通孔５１の形状の異なるブロックについて説明する。図３は、図２に示したブロックとは貫通孔５１の形状の異なるブロックのＺ軸と垂直な方向の断面図である。
ブロック５の製作誤差によっては、ブロック５に形成される円筒状部の中心間距離が、一対の円柱状部２１１及び円柱状部２１２の軸線間距離と異なってしまう場合がある。この場合には、ブロック５毎に、軸受間隔が異なってしまう。このような場合においても軸受間隔のずれを補正することによって可動子と軸受との摩擦をほぼ一定にし、可動子をスムーズに移動させるのが好ましい。
そのため、図３に示すように、軸線が円柱状部２１２の設計上の軸線と同軸で、Ｙ軸方向の幅がＣ型軸受の外径と同じ、かつ方向が円柱状部２１１と円柱状部２１２の軸線を結ぶ方向と平行な平行部を持つ溝穴（ここでは小判型の穴）としてある。そして、上記平行部は、円柱状部２１１と円柱状部２１２の軸線間距離の許容誤差と貫通孔５１のＣ型軸受を保持させるための一対の円筒状穴の軸線間距離の許容誤差を吸収できる長さに形成されており、Ｃ型軸受５３２は円柱状部２１２の位置に合わせてＸ軸方向に移動できるように構成されている。従って、図３に示すように、通常、Ｃ型軸受５３２の左右には隙間５４１と隙間５４２が形成される。Ｃ型軸受の球は、Ｃ型形状の内周面に保持されているので、このようにＣ型軸受の左右に隙間ができても、隙間に落ちてしまうことはない。
このように、Ｃ型軸受５３２の左右に隙間が形成されるのであれば、貫通孔５１の円柱状部２１２の側を、小判形状以外の形状、例えば、長方形状とすることもできる。

可動子２が貫通孔５１に挿入されると、Ｃ型軸受５３２は、円柱状部２１２と係合することによって、図中左右方向に移動する。Ｃ型軸受５３１とＣ型軸受５３２との間隔が設計値よりも大きい場合には、Ｃ型軸受５３２は隙間５４１が小さくなる方向に移動する。Ｃ型軸受５３１とＣ型軸受５３２との間隔が設計値よりも小さい場合には、Ｃ型軸受５３２は隙間５４２が小さくなる方向に移動する。
この場合には、Ｃ型軸受の移動に合わせて、Ｃ型軸受５３２が貫通孔内で回転しないように、回転止め５２７及び回転止め５２８の位置を調整すればよい。

本発明に係るリニアアクチュエータの平面図である。 図１におけるリニアアクチュエータ１のＢ−Ｂ断面図である。 図２とは貫通孔５１の形状の異なるブロックのＺ軸と垂直な方向の断面図である。 従来のリニアアクチュエータの概略図である。 従来のリニアアクチュエータの平面図である。 図５におけるリニアアクチュエータ１のＡ−Ａ端面図である。

符号の説明

５ ブロック
８ 取り付け台
５１ 貫通孔
２１１ 円柱状部
２１２ 円柱状部
２１５ 板状部
５２５ 回転止め
５２６ 回転止め
５２７ 回転止め
５２８ 回転止め
５３１ Ｃ型軸受
５３２ Ｃ型軸受

Claims (3)

1. 可動方向に複数の永久磁石を磁極が交互となるように配置した板状部と、前記板状部の両端に、軸線が前記可動方向と互いに平行となるように接続された一対の円柱状部と、を有する可動子と、
   前記可動子を挟む対向部を有する固定子を、前記対向部間の磁力線の方向が交互となるように複数並べた固定子ユニットと、
   前記円柱状部をそれぞれ支持する軸受と、
   前記軸受を保持し、前記可動子を通過させる貫通孔を内部に有するブロックと、を有し、
   前記固定子ユニットが前記ブロックに挟まれることによって前記ブロックに固定され、かつ、前記可動子が前記ブロックに支持されることによって形成されるリニアアクチュエータにおいて、
   前記軸受は、円筒の軸線方向の一部が切断された形状であるＣ型軸受であり、
   前記貫通孔は、前記Ｃ型軸受の外径と同じ直径であり、かつ、中心間距離が前記一対の円柱状部の軸線間距離と同じである円筒状部と、前記円筒状部とそれぞれ繋がる前記可動子の通過部とからなる
   ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 板状部と、前記板状部の両端に、軸線が前記可動方向と互いに平行となるように接続された一対の円柱状部と、を有する可動子と、
   前記円柱状部をそれぞれ支持する軸受と、
   前記軸受を保持し、前記可動子を通過させる貫通孔を内部に有するブロックと、を有する案内装置において、
   前記軸受は、円筒の軸線方向の一部が切断された形状であるＣ型軸受であり、
   前記貫通孔は、前記Ｃ型軸受の外径と同じ直径であり、かつ、中心間距離が前記一対の円柱状部の軸線間距離と同じである円筒状部と、前記円筒状部とそれぞれ繋がる前記可動子の通過部とからなる
   ことを特徴とする案内装置。
3. 請求項２に記載の案内装置において、
   前記円筒状部の一方は、前記円筒状部の他方を基準にして、保持される前記Ｃ型軸受が一対の前記円柱状部の軸線を結ぶ方向にのみ移動を許容する溝穴である
   ことを特徴とする案内装置。

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