JP5959425B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、レンズなどの位置決めに用いるのに適したリニアモータに関し、特に、高応答および高精度で位置決めを行うことのできるリニアモータに関する。

ボイスコイルモータを利用して、応答性良くレンズを移動させて焦点合わせ等の動作を行うリニアアクチュエータが広く用いられている。特許文献１に開示のリニアアクチュエータは、直線往復移動する可動子の重心と、この可動子をガイドするリニアガイドの中心を一致させて、位置決め精度および耐久性を向上させている。

特許文献１に開示のリニアアクチュエータは、コイル、および、これを支持する矩形枠状のコイルフレームからなるコイルアセンブリを有している。コイルアセンブリの内側に、リニアガイド、レンズ取り付け用のフレーム、可動子の位置検出用のセンサ等の部材が配置されている。

特開２００８−３５６４５号公報

特許文献１のリニアアクチュエータにおいては、矩形枠状のコイルアセンブリの内側に各部品が組み込まれる。このため、コイルアセンブリの寸法が比較的大きくなり、十分な剛性が得られないことがある。コイルアセンブリと固定子側の永久磁石との間で発生する推力で、レンズフレーム、センサ等の可動部を移動させる際に、矩形枠状のコイルアセンブリが推力に耐えられずに変形することがある。可動部の移動時に矩形枠状のコイルアセンブリが変形すると、可動子の移動に僅かな遅れが生じ、応答性が低下するおそれがある。また、コイルアセンブリの剛性が十分でないと、駆動時にコイルアセンブリに共振が発生しやすい。コイルアセンブリに共振が発生すると、可動子の位置決め応答性、位置決め精度が低下するおそれがある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、モータ可動子の剛性を高めて高応答および高精度で位置決め動作を行うことのできるリニアモータを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のリニアモータは、
固定側フレーム、
移動対象部品が搭載される可動側フレーム、
前記固定側フレームに固定したモータ固定子、
前記可動側フレームに固定したモータ可動子、および、
前記可動側フレームを、前記固定側フレームに対して、予め定めた直線移動経路に沿ってスライド可能な状態で支持するリニアガイドを有し、
前記モータ可動子は、筒状コイルフレーム、および、前記筒状コイルフレームに巻回した駆動コイルを備え、
前記モータ固定子は、前記駆動コイルとの間に、前記直線移動経路に沿った方向の磁気駆動力を発生させる駆動マグネットを備え、
前記可動側フレームは、前記リニアガイドに固定した底板部分、および、前記底板部分における前記直線経路の方向に離れた部位から垂直に延びている第１、第２端板部分を備え、
前記筒状コイルフレームは、その中心軸線が前記直線移動経路に平行となる状態で、前記第１、第２端板部分の間に装着され、
前記第１端板部分は、前記筒状コイルフレームにおける一方の第１開口端における前記中心軸線を挟み両側に位置する開口縁端部分の間に架け渡された状態で、当該開口縁端部分に固定され、
前記第２端板部分は、前記筒状コイルフレームにおける他方の第２開口端における前記中心軸線を挟み両側に位置する開口縁端部分の間に架け渡された状態で、当該開口縁端部分に固定されていることを特徴としている。

本発明のリニアモータでは、可動側フレームの両側の第１、第２端板部分の間に、モータ可動子の筒状コイルフレームが装着される。装着された筒状コイルフレームの両端の開口端には、可動側フレームの第１、第２端板部分がそれぞれ架け渡された状態で、接着剤あるいは金具によって固定される。第１、第２端板部分によって、剛性の低い筒状コイルフレームが両側から支持され、当該筒状コイルフレームを含むモータ可動子の剛性を高めることができる。これにより、リニアモータの共振周波数を高めることができるので、可動側フレームに搭載される移動対象物品を高速、高精度で位置決めすることができる。

本発明のリニアモータにおいて、前記第１端板部分に、前記移動対象部品が搭載される搭載部を配置することができる。この場合には、前記搭載部の中心を、前記筒状コイルフレームの前記中心軸線および前記直線移動経路を含む平面上に位置させ、前記筒状コイルフレームを、前記平面に対して左右対称な形状にする。このようにすれば、可動側フレームに対して、推力が左右対称の状態で加わるので、可動側フレームを円滑にスライドさせることができ、移動対象物品を高速、高精度で位置決めすることができる。

本発明のリニアモータは、前記モータ可動子の位置を検出する位置検出器を有している場合がある。この場合には、前記筒状コイルフレームにおける、前記第１、第２端板部分の先端部が固定されている前記第１、第２開口端に、検出器取付け部を配置し、ここに、前記位置検出器の可動側検出器部品を配置する。

検出器取付け部の剛性が十分ではない場合には、高速応答時、微小位置決め時において、筒状コイルフレームに変形、撓みが生じ、その検出器取付け部の動きが、可動側フレームの移動対象部品の搭載部の動きに対して、遅れが生ずることがある。この結果、移動対象部品の実際の移動位置と、位置検出器によって検出される移動位置（検出器の検出信号によって表される移動位置）との間に違いが生ずることがある。

本発明において、上記のように、筒状コイルフレームにおける検出器取付け部は、両側から可動側フレームの第１、第２端板部分によって支持され、剛性が十分に高い。したがって、検出器取付け部の動きが実際の可動側フレームの動きに対して遅れてしまうことが、防止あるいは抑制される。これにより、リニアモータの高速応答性能、微小位置決め性能を高めることができる。

本発明において、前記筒状コイルフレームとして、その横断面形状が、円形、正多角形、楕円形、または、長円形のものを用いることができる。

また、本発明において、固定側フレームが前記直線移動経路に沿った方向に延びるフレーム底板部分を備えている場合には、前記フレーム底板部分の上面に、前記直線移動経路に沿った方向に延びる直線状の凹部を形成し、前記凹部に前記リニアガイドを配置して、前記可動側フレームの前記底板部分の底面が、前記フレーム底板部分の前記上面とほぼ同一の高さ位置となるようにする。

このようにすれば、リニアガイドを設置したことに伴うデッドスペースの発生を抑制でき、リニアモータの小型・コンパクト化に有利であり、固定側フレームの剛性アップにも有利である。

次に、移動対象部品が光学レンズの場合には、前記可動側フレームの前記搭載部を、前記第１端板部分を前記直線移動経路の方向に貫通している光学レンズ搭載用貫通穴とする。また、光学レンズを通る光路を形成するために、前記第２端板部分にも、前記光学レンズ搭載用貫通穴と同軸の位置に、光通過用貫通穴が形成される。

本発明を適用したリニアモータの主要部分を示す斜視図である。 図１のリニアモータの正面図である。 図１のリニアモータの可動側アセンブリの主要部分を取り出して示す斜視図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したリニアモータの実施の形態を説明する。本実施の形態に係るリニアモータは、例えばレンズの焦点合わせを行うためのレンズ駆動用のリニアアクチュエータとして用いられるものである。レンズ以外の移動対象部品を直線往復移動させるために本発明のリニアモータを用いることが可能なことは勿論である。

図１は本実施の形態に係るリニアモータの主要部分を示す斜視図であり、図２はその正面図であり、図３はその可動側アセンブリの主要部分を示す斜視図である。これらの図を参照して説明すると、リニアモータ１は、固定側アセンブリ２と、移動対象部品である光学レンズ（図示せず）が搭載される可動側アセンブリ３とから構成されている。

固定側アセンブリ２には、そのモータ幅方向Ｘの中心部分にモータ前後方向Ｙに延びる可動側アセンブリ３の移動空間が形成されている。可動側アセンブリ３は、リニアガイド４を介して、固定側アセンブリ２に取り付けられており、当該移動空間内を、モータ前後方向Ｙに延びる直線移動経路に沿ってスライド可能である。

固定側アセンブリ２と可動側アセンブリ３の間には、図２において想像線で示すように、可動側アセンブリ３の移動位置を検出する位置検出器５が配置されている。例えば、可動側アセンブリ３に搭載された発光部５ａと固定側アセンブリ２に搭載された受光部５ｂとを備えた光学式の位置検出器５が搭載されている。

固定側アセンブリ２には、図１、２において想像線で示すように、モータカバー６が取り付けられている。モータカバー６は、モータ前面を覆う前板部分６ａ、左右のモータ側面を覆う左右の側板部分６ｂ、６ｃおよびモータ天面を覆う天板部分６ｄを備えている。モータカバー６によって、固定側アセンブリ２および可動側アセンブリ３の構成部品が覆い隠されている。

可動側アセンブリ３は、図３に示すように、可動側フレーム１０、モータ可動子２０、リニアガイド４の可動側ガイド部品であるスライダ４ａ、および、位置検出器５の発光部５ａを備えている。

可動側フレーム１０は、モータ前後方向に延びる矩形輪郭の底板部分１１と、この底板部分１１におけるモータ前後方向の両端部から垂直に起立している前側端板部分１２および後側端板部分１３を備えている。底板部分１１は、リニアガイド４の可動側ガイド部材であるスライダ４ａの上面に固定されている。前側端板部分１２および後側端板部分１３は同一形状であり、上下に長い略矩形の輪郭をしており、下端部分において僅かに広幅となっている。

前側端板部分１２の下端側の部分には、モータ前後方向Ｙに貫通する円形の貫通穴が形成されており、これが、移動対象部品であるレンズが搭載されるレンズ搭載部１４である。後側端板部分１３における同一位置にもモータ前後方向に貫通する円形の光通過用の貫通穴１５が形成されている。

可動側フレーム１０における前側端板部分１２と後側端板部分１３の間には、上側からモータ可動子２０が装着されている。モータ可動子２０は、非磁性材からなる筒状コイルフレーム２１と、この外周面に巻回した駆動コイル２２を備えている。筒状コイルフレーム２１は、横断面形状が横長の楕円形状をした筒である。この筒状コイルフレーム２１は、その中心軸線Ｌ（モータ中心軸線）がモータ前後方向Ｙに延びる状態で、前側端板部分１２および後側端板部分１３の間に装着されている。なお、筒状コイルフレーム２１の横断面形状は、円形、正多角形、または、長円形とすることも可能である。

筒状コイルフレーム２１を装着した状態において、前側端板部分１２は、筒状コイルフレーム２１における前側開口端２３における中心軸線Ｌを挟み上下に位置する開口縁端部分２３ａ、２３ｂの間に架け渡された状態で、当該開口縁端部分２３ａ、２３ｂのそれぞれに固定されている。例えば、接着剤によって固定されている。同様に、後側端板部分１３は、筒状コイルフレーム２１における後側開口端２４における中心軸線Ｌを挟み上下に位置する開口縁端部分２４ａ、２４ｂの間に架け渡された状態で、当該開口縁端部分２４ａ、２４ｂに固定されている。

また、筒状コイルフレーム２１において、前側端板部分１２および後側端板部分１３の先端部に固定されている開口縁端部分２３ａ、２４ａには、それぞれ、検出器取付け枠２５、２６が一体形成されている。これら前後の検出器取付け枠２５、２６の平坦な上端面に架け渡す状態で、位置検出器５の発光部５ａが搭載されている。

この構成の可動側アセンブリ３は、筒状コイルフレーム２１の中心軸線Ｌを含む垂直面Ｐ（図２参照）に対して、左右対称の構造となっている。当該垂直面Ｐ上に、レンズ搭載部１４の中心、リニアガイド４によって規定される可動側アセンブリ３の直線移動経路が位置している。

次に、固定側アセンブリ２は、図１、図２に示すように、モータカバー６、固定側フレーム３０、モータ固定子４０、リニアガイド４の固定側ガイド部品であるガイドレール４ｂ、および位置検出器５の受光部５ｂを備えている。

固定側フレーム３０は、モータ前後方向に延びるフレーム底板部分３１と、このフレーム底板部分３１の後端から垂直に起立しているフレーム背板部分３２を備えている。フレーム底板部分３１は、そのモータ幅方向の中央部分が凹状に屈曲している。これにより、上方に開口した一定深さの矩形断面の凹部３３が形成され、当該凹部３３はモータ前後方向に延びている。凹部３３の底面には、その幅方向の中心部に、リニアガイド４のガイドレール４ｂがモータ前後方向に延びる状態で固定されている。図２から分かるように、凹部３３の深さはリニアガイド４の高さ寸法と略同一であり、可動側フレーム１０の底面１０ａがフレーム底板部分３１の上面３１ａとほぼ同一高さ位置となっている。

モータ固定子４０は、モータ可動子２０の駆動コイル２２との間に、直線移動経路に沿った方向に磁気駆動力を発生させる左右の駆動マグネット４１Ｌ、４１Ｒと、左右のアウターヨーク４２Ｌ、４２Ｒと、左右のインナーヨーク４３Ｌ、４３Ｒを備えている。強磁性材からなるアウターヨーク４２Ｌ、４２Ｒのそれぞれは、フレーム底板部分３１およびフレーム背板部分３２に固定されている。また、これらは、筒状コイルフレーム２１の左右外側に位置し、それらに巻回された駆動コイル２２に一定のギャップで対峙する内周面４２ａを備えている。内周面４２ａに沿って、複数の駆動マグネット４１Ｌ、４１Ｒが埋め込まれている。

強磁性材からなるインナーヨーク４３Ｌ、４３Ｒは、筒状コイルフレーム２１の内側において、可動側フレーム１０を挟み、その両側に配置されている。インナーヨーク４３Ｌ、４３Ｒは、筒状コイルフレーム２１の内周面に対して一定のキャップで対峙している外周面を備えており、モータ前後方向に延び、それらの後端が、フレーム背板部分３２に固定されている。

固定側アセンブリ２においても、筒状コイルフレーム２１の中心軸線を含む垂直面Ｐに対して、左右対称な状態で各部品が配置されている。

なお、フレーム背板部分３２および想像線で示すカバー前板部分６ａには、レンズ搭載部１４に対応する位置に円形の光通過用の貫通穴（図示せず）が形成されている。これにより、レンズ搭載部１４に搭載されたレンズを通り、モータ前後方向に貫通して延びる光路が形成されている。

このように構成したリニアモータ１では、筒状コイルフレーム２１の両端が可動側フレーム１０の前後の端板部分１２、１３に固定され、筒状コイルフレーム２１の剛性が高い。したがって、リニアモータ１の共振周波数を高めることができ、高速、高精度でレンズを位置決めすることができる。また、筒状コイルフレーム２１における前後の端板部分１２、１３の先端部に固定されている部位に、位置検出器５の発光部５ａが搭載されている。したがって、高速駆動時等において筒状コイルフレーム２１が変形して、搭載部品の位置と位置検出器５による検出位置にずれが生じて位置決め誤差が発生するという弊害を防止あるいは抑制でき、高精度の位置決め制御を行うことができる。

１ リニアモータ
２ 固定側アセンブリ
３ 可動側アセンブリ
４ リニアガイド
４ａ スライダ
４ｂ ガイドレール
５ 位置検出器
５ａ 発光部
５ｂ 受光部
６ モータカバー
６ａ 前板部分
６ｂ、６ｃ 側板部分
６ｄ 天板部分
１０ 可動側フレーム
１１ 底板部分
１２ 前側端板部分
１３ 後側端板部分
１４ レンズ搭載部
１５ 貫通穴
２０ モータ可動子
２１ 筒状コイルフレーム
２２ 駆動コイル
２３ 前側開口端
２３ａ、２３ｂ 開口縁端部分
２４ 後側開口端
２４ａ、２４ｂ 開口縁端部分
２５、２６ 検出器取付け枠
３０ 固定側フレーム
３１ フレーム底板部分
３２ フレーム背板部分
３３ 凹部
４０ モータ固定子
４１Ｌ、４１Ｒ 駆動マグネット
４２Ｌ、４２Ｒ アウターヨーク
４３Ｌ、４３Ｒ インナーヨーク
Ｘ モータ幅方向
Ｙ モータ前後方向

Claims (6)

1. 固定側フレーム（３０）、
   移動対象部品が搭載される可動側フレーム（１０）、
   前記固定側フレーム（３０）に固定したモータ固定子（４０）、
   前記可動側フレーム（１０）に固定したモータ可動子（２０）、および、
   前記可動側フレーム（１０）を、前記固定側フレーム（３０）に対して、予め定めた直線移動経路に沿ってスライド可能な状態で支持するリニアガイド（４）を有し、
   前記モータ可動子（２０）は、筒状コイルフレーム（２１）、および、前記筒状コイルフレーム（２１）に巻回した駆動コイル（２２）を備え、
   前記モータ固定子（４０）は、前記駆動コイル（２２）との間に、前記直線移動経路に沿った方向の磁気駆動力を発生させる駆動マグネット（４１Ｌ、４１Ｒ）を備え、
   前記可動側フレーム（１０）は、前記リニアガイド（４）に固定した底板部分（１１）、および、前記底板部分（１１）における前記直線経路の方向に離れた部位から垂直に延びている第１、第２端板部分（１２、１３）を備え、
   前記筒状コイルフレーム（２１）は、その中心軸線が前記直線移動経路に平行となる状態で、前記第１、第２端板部分（１２、１３）の間に装着され、
   前記第１端板部分（１２）は、前記筒状コイルフレーム（２１）における一方の第１開口端（２３）における前記中心軸線を挟み両側に位置する開口縁端部分（２３ａ、２３ｂ）の間に架け渡された状態で、当該開口縁端部分（２３ａ、２３ｂ）に固定され、
   前記第２端板部分（１３）は、前記筒状コイルフレーム（２１）における他方の第２開口端（２４）における前記中心軸線を挟み両側に位置する開口縁端部分（２４ａ、２４ｂ）の間に架け渡された状態で、当該開口縁端部分（２４ａ、２４ｂ）に固定されていることを特徴とするリニアモータ（１）。
2. 前記第１端板部分（１２）は前記移動対象部品が搭載される搭載部（１４）を備え、
   前記搭載部（１４）の中心は、前記筒状コイルフレーム（２１）の前記中心軸線および前記直線移動経路を含む平面（Ｐ）上に位置し、
   前記筒状コイルフレーム（２１）は、前記平面（Ｐ）に対して左右対称な形状をしている請求項１に記載のリニアモータ（１）。
3. 前記モータ可動子（２０）の位置を検出する位置検出器（５）を有し、
   前記筒状コイルフレーム（２１）は、前記第１、第２端板部分（１２、１３）の先端部が固定されている前記開口縁端部分（２３ａ、２４ａ）に、検出器取付け部（２５、２６）を備え、
   前記位置検出器（５）の可動側検出器部品（５ａ）が前記検出器取付け部（２５、２６）に固定されている請求項１または２に記載のリニアモータ（１）。
4. 前記筒状コイルフレーム（２１）の横断面形状は、円形、正多角形、楕円形、または、長円形である請求項１ないし３のうちのいずれかの項に記載のリニアモータ（１）。
5. 前記固定側フレーム（３０）は前記直線移動経路に沿った方向に延びるフレーム底板部分（３１）を備え、
   前記フレーム底板部分（３１）の上面（３１ａ）には、前記直線移動経路に沿った方向に延びる直線状の凹部（３３）が形成され、
   前記凹部（３３）内に前記リニアガイド（４）が配置され、
   前記可動側フレーム（１０）の前記底板部分（１１）の底面（１０ａ）は、前記フレーム底板部分（３１）の前記上面（３１ａ）とほぼ同一の高さ位置にある請求項１ないし４のうちのいずれか一つの項に記載のリニアモータ（１）。
6. 前記可動側フレーム（１０）の前記搭載部（１４）は、前記第１端板部分（１２）を前記直線移動経路の方向に貫通している光学レンズ搭載用貫通穴であり、
   前記第２端板部分（１３）は、前記光学レンズ搭載用貫通穴と同軸の位置に、光通過用貫通穴（１５）を備えている請求項１ないし５のうちのいずれか一つの項に記載のリニアモータ（１）。

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