JP6180358B2 - 円柱構造体及びモータ - Google Patents

Description

本発明は、円柱構造体に関する。

特許文献１は、クリーンルーム用ロボットのアーム構造を開示している。そのアーム構造は、中空の筐体を有しており、その筐体の側壁にハニカム構造が適用されている。このようなアーム構造の作製には、２枚の金属薄板間にハニカム構造が挟まれたハニカム板が用いられる。そのハニカム板が、曲げ加工によって所望の筒形状に成形される。更に、ハニカム板の接合端は、当て板とボルトねじを用いることによって機械固定される。

特開昭６１−１９２４９０号公報

上記特許文献１に記載の技術によれば、ハニカム板が、曲げ加工によって所望の筒形状に成形される。この時、曲げ加工によって折り曲げられた部分では、ハニカム構造が破壊されてしまう。すなわち、折り曲げ部分での強度が劣化し、好ましくない。

本発明の１つの目的は、軽量且つ高強度の円柱構造体を提供することにある。

本発明の１つの観点において、円柱構造体が提供される。その円柱構造体は、半径方向が第１方向である多重円筒と、その多重円筒のうち隣り合う内側円筒と外側円筒との間の空間に形成された複数の筒状構造と、前記複数の筒状構造の少なくとも一部の内部に配置されている磁石とを備える。複数の筒状構造の各々の軸方向は、上記の第１方向である。その第１方向と直交する面における各々の筒状構造の断面積は、内側円筒から外側円筒に向かうにつれて大きくなる。

本発明の他の観点において、モータが提供される。そのモータは、上記の円柱構造体を可動子として備える。

本発明によれば、軽量且つ高強度の円柱構造体が実現される。

図１は、本発明の実施の形態１に係る円柱構造体を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る円柱構造体のｒｑ断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る円柱構造体のｑｚ断面図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る円柱構造体のｒｑ断面図である。 図５は、本発明の実施の形態３に係る円柱構造体のｒｑ断面図である。 図６は、本発明の実施の形態４に係る円柱構造体のｒｑ断面図である。 図７は、本発明の実施の形態５に係る円柱構造体のｑｚ断面図である。 図８は、本発明の実施の形態６に係る円柱構造体のｑｚ断面図である。 図９は、本発明の実施の形態７に係る円柱構造体のｑｚ断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態８に係る円柱構造体のｒｑ断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態８に係る円柱構造体のｑｚ断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態８に係る円柱構造体が可動子として適用されたモータを示す概略図である。 図１３は、本発明の実施の形態８に係る円柱構造体が可動子として適用されたリニアモータを示す概略図である。 図１４は、本発明の実施の形態８に係る円柱構造体の変形例のｒｑ断面図である。 図１５は、本発明の実施の形態８に係る円柱構造体の変形例のｑｚ断面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る円柱構造体１を示す斜視図である。円柱構造体１は、多重円筒２を備えている。多重円筒２は、複数の同心円筒からなる。図１に示される例では、多重円筒２は、内側の第１円筒２−１と外側の第２円筒２−２を備えている。

ここで、本明細書で用いられる方向や面の定義を行う。多重円筒２は円筒座標系で表され、その半径方向、周方向、及び軸方向は、それぞれ、ｒ方向、ｑ方向、及びｚ方向である。ｚ方向（軸方向）に直交する面はｒｑ面であり、そのｒｑ面における断面は、以下「ｒｑ断面」と呼ばれる。また、ｒ方向（半径方向）に直交する面はｑｚ面であり、そのｑｚ面における断面は、以下「ｑｚ断面」と呼ばれる。

図２は、本実施の形態に係る円柱構造体１のｒｑ断面図である。また、図３は、本実施の形態に係る円柱構造体１のｑｚ断面図である。特に、図３は、図２中の破線Ａ及び破線Ｂのそれぞれの位置におけるｑｚ断面を部分的に示している。ここで、破線Ｂは、破線Ａよりも、ｒ方向外側に位置している。内側の破線Ａの位置におけるｑｚ断面は、以下「Ａ断面」と呼ばれる。一方、外側の破線Ｂの位置におけるｑｚ断面は、以下「Ｂ断面」と呼ばれる。

これら図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る円柱構造体１を更に詳しく説明する。

最も内側の第１円筒２−１は、中空であってもよいし、中実であってもよい。第１円筒２−１が中空である場合、その第１円筒２−１の内側には、ｚ方向に延びるコア空間３が形成される。このようなコア空間３は、例えば、ｚ方向に延びる配線の設置に利用可能である。

隣り合う第１円筒２−１と第２円筒２−２との間には、空間４が形成されている。その空間４には、複数の筒状構造５が形成されている。図１には、筒状構造５の配置を見せるための透視断面も示されている。また、図２には、１つの筒状構造５が切り取られて示されている。図２に示されるように、各々の筒状構造５の軸方向は、ｒ方向である。すなわち、筒状構造５の軸方向は、第１円筒２−１の外周面や第２円筒２−２の内周面と直交している。このような筒状構造５が空間４に配置されることにより、円柱構造体１の強度が確保される。

図１及び図３に示されるように、ｑｚ面における各々の筒状構造５の断面形状は六角形である。更に、図２及び図３に示されるように、ｑｚ面における各々の筒状構造５の断面積は、第１円筒２−１から第２円筒２−２に向かうにつれて（すなわち、ｒ方向外側に向かって）大きくなる。言い換えれば、各々の筒状構造５は、ｒ方向に向かって放射状に形成されている。このような放射状の筒状構造５は、隣り合う第１円筒２−１と第２円筒２−２との間の空間４への配置に適している。

複数の筒状構造５は、空間４において離散的に形成されていてもよい。但し、強度の観点から言えば、図１〜図３に示されるように、複数の筒状構造５は連続的に形成されるとより好ましい。言い換えれば、複数の筒状構造５は、空間４を充填するように連続体として形成されると好適である。本実施の形態のように断面形状が六角形である場合、筒状構造５を空間４に隙間なく配置することが可能である。

また、全方位にわたって均一な強度が得られるように、複数の筒状構造５が配置されると好ましい。言い換えれば、筒状構造５の配置密度は、空間４にわたって均一であると好適である。また、筒状構造５は、多重円筒２の軸を中心にして対称的に配置されると好適である。

円柱構造体１の材料としては、金属やプラスチックが挙げられる。円柱構造体１は、例えば３Ｄプリンタを利用することによって作製可能である。あるいは、切削等で筒状構造５の連続体を形成し、その連続体を第１円筒２−１と第２円筒２−２とで挟み込むように接着あるいは接合してもよい。典型的には、多重円筒２と筒状構造５とは、同じ材料で一体的に形成される。

以上に説明されたように、本実施の形態に係る円柱構造体１は、多重円筒２と筒状構造５の組み合わせで構成される。多重円筒２のうち隣り合う第１円筒２−１と第２円筒２−２との間には空間４が形成されており、これが円柱構造体１の軽量化に寄与する。また、その空間４には複数の筒状構造５が配置され、これが円柱構造体１の強度の確保に寄与する。すなわち、本実施の形態によれば、軽量且つ高強度の円柱構造体１が実現される。

尚、本実施の形態では、上述の特許文献１の場合のようなハニカム板の曲げ加工は不要である。よって、曲げ加工による筒状構造５の破壊も発生しない。このことも、円柱構造体１の強度の確保に寄与する。

本実施の形態に係る円柱構造体１は、建物や機械の柱、モータのシャフト等に利用可能である。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る円柱構造体１のｒｑ断面図である。上述の実施の形態１と重複する説明は適宜省略される。

上述の実施の形態１では、多重円筒２を構成する円筒の数は２であったが、それに限られない。多重円筒２を構成する円筒の数は３以上であってもよい。図４に示される例では、多重円筒２は、第１円筒２−１、第２円筒２−２、及び第３円筒２−３を備えている。第１円筒２−１は最も内側に位置し、第３円筒２−３は最も外側に位置し、第２円筒２−２は第１円筒２−１と第３円筒２−３との間に位置している。

隣り合う第１円筒２−１と第２円筒２−２との間には、第１空間４−１が形成されている。その第１空間４−１には、複数の第１筒状構造５−１が形成されている。また、隣り合う第２円筒２−２と第３円筒２−３との間には、第２空間４−２が形成されている。その第２空間４−２には、複数の第２筒状構造５−２が形成されている。このような構成により、実施の形態１の場合と同様に、軽量且つ高強度の円柱構造体１が実現される。

筒状構造５は放射状に形成されるため、上記実施の形態１の円柱構造体１の径が大きくなると、その円柱構造体１の表面強度が弱くなる恐れがある。そのような場合であっても、図４に示されるように円筒の数を増やすことによって、同等の表面強度を確保することが可能である。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る円柱構造体１のｒｑ断面図である。上述の実施の形態２と重複する説明は適宜省略される。

本実施の形態では、第２空間４−２に複数の第２筒状構造５−２が形成されるが、第１空間４−１には複数の第１筒状構造５−１が形成されない。その代わり、第１空間４−１には、第１円筒２−１と第２円筒２−２との間をつなぐ支持部材６が形成されている。例えば、支持部材６は、ｚ方向に延びる板状部材である。

このような円柱構造体１は、少なくとも外側から印可される力に対しては高強度を発揮する。その一方で、第１空間４−１を他の用途に利用可能である。例えば、ｚ方向に延びる配線を第１空間４−１に設置することができる。このように、高強度を確保しつつ利用性も拡大することができ、好適である。

実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る円柱構造体１のｒｑ断面図である。上述の実施の形態２と重複する説明は適宜省略される。

本実施の形態では、第１空間４−１に複数の第１筒状構造５−１が形成されるが、第２空間４−２には複数の第２筒状構造５−２が形成されない。その代わり、第２空間４−２には、第２円筒２−２と第３円筒２−３との間をつなぐ支持部材６が形成されている。例えば、支持部材６は、ｚ方向に延びる板状部材である。

このような円柱構造体１は、少なくともコア領域３から印可される力に対しては高強度を発揮する。そのようなケースとして、コア領域３に流体が流れる配管が考えられる。すなわち、本実施の形態に係る円柱構造体１を配管として利用することが考えられる。

第２空間４−２は他の用途に使用可能である。例えば、ｚ方向に延びる配線を第２空間４−２に設置することができる。このように、高強度を確保しつつ利用性も拡大することができ、好適である。

実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５に係る円柱構造体１のｑｚ断面図である。上述の実施の形態１と重複する説明は適宜省略される。

上述の実施の形態１では、ｑｚ面における筒状構造５の断面形状は六角形であったが、それに限られない。図７に示される例では、筒状構造５の断面形状は四角形である。その他、筒状構造５の断面形状として、各種多角形が可能である。

尚、複数の筒状構造５は、空間４を充填するように連続体として形成されると好適である。断面形状が四角形である場合、図７に示されるように、筒状構造５を隙間なく配置することが可能である。

尚、本実施の形態の断面形状は、上述の実施の形態２〜４にも適用可能である。

実施の形態６．
図８は、本発明の実施の形態６に係る円柱構造体１のｑｚ断面図である。上述の実施の形態１と重複する説明は適宜省略される。

ｑｚ面における筒状構造５の断面形状は、多角形に限られない。図８に示される例では、筒状構造５の断面形状は円形である。この場合であっても、複数の筒状構造５を、空間４を充填するように連続体として形成することが可能である。

尚、本実施の形態の断面形状は、上述の実施の形態２〜４にも適用可能である。

実施の形態７．
図９は、本発明の実施の形態７に係る円柱構造体１のｑｚ断面図である。上述の実施の形態１と重複する説明は適宜省略される。

上述の実施の形態では、ｑｚ面における筒状構造５の断面形状は一種類であったが、それに限られない。筒状構造５の断面形状として、複数種類のパターンが組み合わされてもよい。図９に示される例では、筒状構造５は、断面形状の異なる２種類の筒状構造５Ｘ，５Ｙを含んでいる。筒状構造５Ｘの断面形状は八角形であり、筒状構造５Ｙの断面形状は四角形である。この場合であっても、複数の筒状構造５を、空間４を充填するように連続体として形成することが可能である。

尚、本実施の形態の断面形状は、上述の実施の形態２〜４にも適用可能である。

実施の形態８．
図１０及び図１１は、それぞれ、本発明の実施の形態８に係る円柱構造体１のｒｑ断面図及びｑｚ断面図である。上述の実施の形態１と重複する説明は適宜省略される。

本実施の形態では、円柱構造体１が磁石７を内蔵している。より詳細には、少なくとも一部の筒状構造５の内部に、磁石７が配置されている。図１０及び図１１に示される例では、磁石７は、各筒状構造５の内部でも最も外側の位置に配置されている。つまり、磁石７は、第２円筒２−２の内周面と接触しているが、第１円筒２−１の外周面から離れている。磁石７を部分的に配置することは、円柱構造体１の軽量化に寄与する。

図１２は、本実施の形態に係る円柱構造体１の１つの適用例として、モータ１０を示している。モータ１０は、シャフト１１、シャフト１１に接続されたロータ１２（可動子）、及びロータ１２を取り囲むように配置されたステータ１３（固定子）を備えている。ここで、本実施の形態に係る円柱構造体１を、ロータ１２として利用することができる。

図１３は、本実施の形態に係る円柱構造体１の他の適用例として、リニアモータ２０を示している。リニアモータ２０は、ステータ２１（固定子）と、ステータ２１に囲まれた移動子２２（可動子）を備えている。ここで、本実施の形態に係る円柱構造体１を、移動子２２として利用することができる。

尚、モータ１０は、図１２で示されたようなインナーロータ型に限られず、アウターロータ型であってもよい。アウターロータ型の場合は、図１４及び図１５で示されるように磁石７が配置されるとよい。図１４及び図１５では、磁石７は、各筒状構造５の内部でも最も内側の位置に配置されている。つまり、磁石７は、第１円筒２−１の外周面と接触しているが、第２円筒２−２の内周面から離れている。磁石７を部分的に配置することは、円柱構造体１の軽量化に寄与する。

矛盾しない限りにおいて、上述の実施の形態同士の組み合わせも可能である。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 円柱構造体、２ 多重円筒、２−１ 第１円筒、２−２ 第２円筒、２−３ 第３円筒、３ コア空間、４ 空間、４−１ 第１空間、４−２ 第２空間、５，５Ｘ，５Ｙ 筒状構造、５−１ 第１筒状構造、５−２ 第２筒状構造、６ 支持部材、７ 磁石、１０ モータ、１１ シャフト、１２ ロータ、１３ ステータ、２０ リニアモータ、２１ ステータ、２２ 移動子。

Claims (9)

1. 半径方向が第１方向である多重円筒と、
   前記多重円筒のうち隣り合う内側円筒と外側円筒との間の空間に形成された複数の筒状構造と
   前記複数の筒状構造の少なくとも一部の内部に配置されている磁石と、
   を備え、
   前記複数の筒状構造の各々の軸方向は前記第１方向であり、
   前記第１方向と直交する面における前記各々の筒状構造の断面積は、前記内側円筒から前記外側円筒に向かうにつれて大きくなる
   円柱構造体。
2. 前記複数の筒状構造は、前記空間を充填するように形成されている
   請求項１に記載の円柱構造体。
3. 前記複数の筒状構造の配置密度は、前記空間にわたって均一である
   請求項１又は２に記載の円柱構造体。
4. 前記複数の筒状構造は、前記多重円筒の軸を中心にして対称的に配置されている
   請求項１から３のいずれか一項に記載の円柱構造体。
5. 前記第１方向と直交する面における前記各々の筒状構造の断面形状は、多角形である
   請求項１から４のいずれか一項に記載の円柱構造体。
6. 前記複数の筒状構造は、前記空間に隙間なく配置されている
   請求項５に記載の円柱構造体。
7. 前記第１方向と直交する面における前記各々の筒状構造の断面形状は、円形である
   請求項１から４のいずれか一項に記載の円柱構造体。
8. 前記複数の筒状構造は、前記第１方向と直交する面における断面形状が異なる複数の種類を含んでいる
   請求項１から４のいずれか一項に記載の円柱構造体。
9. 請求項１に記載の円柱構造体を可動子として備えるモータ。

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