JP6972246B2 - リニアモータおよび物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は可動磁石型のリニアモータおよび物品の製造方法に関する。

カメラ、プリンタカートリッジなどの複雑な形状および構造を有する製品は、生産ラインで流れ作業により組み立てられることが多い。生産ラインにおいて、隣り合う組付装置は、搬送装置を介して接続されている。組付対象物であるワークは、搬送装置により各組付装置に順次移載され、連続的に処理される。数μｍ〜数十μｍの高い組付精度が必要とされる場合、搬送装置により移載されたワークは、位置決め装置により位置決めされる。これにより、組付装置は所望の精度で組付けを行うことができる。

搬送装置の駆動源として、可動子側を磁石、固定子側をコイルとする可動磁石型リニアモータが知られている。可動磁石型リニアモータは、可動子の走行軌道に沿って配列された複数のコイルを備えている。可動磁石型リニアモータは、複数のコイルに駆動電流を適宜通電することにより磁気的に可動子を駆動し、長尺の搬送を行うことが可能である。可動子の走行軌道には、ボール循環式のスライダとガイドレールが使用され、可動子は高精度に直線移動を行うことが可能である。

リニアモータは、ボールネジ型の搬送装置と比較してバックラッシュがないことから、高い位置決め精度と高い繰返し再現性を有している。このために、リニアモータは精密機器の製造ライン用の高速搬送装置に用いられるようになっている。

特許文献１には、永久磁石ユニットを有する可動子と電機子ユニットを有する固定子とを備えた可動磁石型リニアモータが開示されている。特許文献１においては、電機子ユニットが永久磁石ユニットを挟むように配置されているため、電機子ユニットの励磁コアと永久磁石ユニットの永久磁石との間で作用する吸引力が相殺される。これにより、吸引力による固定子フレームの変形を抑制することができる。

特開平１１−１１３２３８号公報（図１）

しかしながら、特許文献１において可動子の高速化、高密度化を行うと、コイルの発熱量は増加し、コイルからの熱はコイルを固定するフレームに伝達する。フレームの熱膨張により、フレームにたわみが生じるため、フレーム上のガイドレールに沿って移動する可動子の停止精度が悪化してしまう。また、フレームの熱膨張により、位置検出器の位置がずれるため、可動子の位置の検出精度も悪化してしまう。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、コイル発熱によるフレームの変形を抑制し、可動子の位置決め精度を向上させることが可能なリニアモータを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るリニアモータは、永久磁石を有する可動子ユニットが移動可能なガイドレールと、前記ガイドレールを支持するフレームと、前記永久磁石と対向する位置であり、前記フレームと離間するよう設けられたコイルユニットと、前記コイルユニットに連結された伝熱部材と、前記伝熱部材に連結された放熱部と、を備え、前記フレームは前記ガイドレールに沿って延在する壁部を有し、前記壁部には前記伝熱部材が貫通する貫通穴が形成され、前記貫通穴と前記伝熱部材との間には空隙が設けられ、前記伝熱部材および前記放熱部は、前記フレームと接していないことを特徴とする。

本発明によれば、コイル発熱によるフレームの変形を抑制し、可動子の位置決め精度を向上させることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るリニアモータの側面図である。 本発明の第１実施形態に係るリニアモータの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る伝熱構造を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るリニアモータの断面図である。 本発明の第３実施形態に係るリニアモータの側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
まず、図１および図２を用いて本実施形態に係るリニアモータの構造を説明する。図１は、本実施形態に係るリニアモータの側面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線におけるリニアモータの断面図である。リニアモータ１は、可動磁石型のリニアモータであり、可動子ユニット１０と固定子ユニット２０とを備えている。図１において、Ｘ方向（矢印方向）は、可動子ユニット１０の移動方向を表し、Ｙ方向は、可動子ユニット１０の幅方向を表している。Ｚ方向は、接地面に鉛直な方向であって、Ｘ方向およびＹ方向に直交する上下方向を表している。固定子ユニット２０は、可動子ユニット１０の移動方向（Ｘ方向）に沿って複数併設されている。複数の固定子ユニット２０上には、複数の可動子ユニット１０が移動可能となるように載置される。図１においては、便宜上、２つの可動子ユニット１０と２つの固定子ユニット２０のみが示されている。

固定子ユニット２０は、フレーム３０、コイルユニット３３、貫通穴２９、伝熱材２５、放熱板２６、断熱スペーサ２３、固定ネジ２４、断熱層３２、エンコーダ２７、ブラケット２８、ガイドレール３１を備えている。

フレーム３０は、Ｕ字型または凹型の断面形状を有しており、ＸＹ平面に平行な底部３０Ｃと、底部３０Ｃから鉛直方向（Ｚ方向）に延在する壁部３０Ａ、３０Ｂとを有している。壁部３０Ａ、３０Ｂのそれぞれの上面にはガイドレール３１が固定され、壁部３０Ａ、３０Ｂの間には空隙が形成され、空隙内にコイルユニット３３が配設される。フレーム３０は、例えば鋳物により形成され、高い剛性を有することが好ましい。

コイルユニット３３は対をなし、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂの内側にそれぞれ設けられている。コイルユニット３３は複数のコイル２１を有し、コイル２１は励磁コア２２に巻回されている。複数のコイル２１は、コイルユニット３３においてＸ方向に配列されている。一対のコイルユニット３３の間には空隙が形成され、空隙を可動子ユニット１０の磁石部１２が通過可能である。励磁コア２２は鉄製であり、固定ネジ２４により壁部３０Ａ、３０Ｂに固定されている。可動子ユニット１０の位置に応じて、電流が供給されるコイル２１を適宜切り替えることにより、可動子ユニット１０の磁石部１２は、Ｘ方向に推進力を受ける。よって、可動子ユニット１０は、固定子ユニット２０に沿って移動することができる。

フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂおよび底部３０Ｃは、高精度に一体加工されており、励磁コア２２の磁石部１２に対するギャップは均一になっている。これにより、励磁コア２２と磁石部１２との間で作用する左右方向（Ｙ方向）の吸引力を相殺することができる。

貫通穴２９は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂに複数形成されている。貫通穴２９は、図１に示すように、Ｘ方向においてエンコーダ２７の間に形成される。貫通穴２９は壁部３０Ａ、３０Ｂにおいてそれぞれ対称となる位置に形成されている。すなわち、一方の壁部３０Ａには、他方の壁部３０Ｂの貫通穴２９と対向する位置に貫通穴２９が形成されている。

貫通穴２９の径は、伝熱材２５の径よりも大きく、貫通穴２９には伝熱材２５が通される。貫通穴２９と伝熱材２５との間には空隙が設けられ、空隙は貫通穴２９の周方向（ＸＺ面方向）において均一である。なお、貫通穴２９と伝熱材２５の空隙は必ずしも均一でなくてもよい。例えば、熱は上部方向に伝達しやすいため、貫通穴２９の上部を長穴にし、上部の空隙を広くしてもよい。すなわち、貫通穴２９は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂ上のガイドレール３１に対して鉛直方向に長い径を有する楕円形をなしていてもよい。なお、貫通穴２９の形状は円形、楕円形に限定されず、矩形、六角形などの多角形であってもよい。貫通穴２９の開口面積は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂの側面積および厚さに応じて、フレーム３０の剛性が保たれるように適宜設計可能である。例えば、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂの側面積に対して、貫通穴２９の開口面積を５乃至１０％以下（５％以下、１０％以下など）とすることができる。また、貫通穴２９の径は、フレーム３０の剛性を確保するため、壁部３０Ａ、３０Ｂの厚さよりも小さいことが好ましい。

伝熱材２５は、円柱状をなし、好ましくは銅、アルミニウムなどの２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上の熱伝導率をもつ材料で形成される。また、伝熱材２５は、軸方向に熱が伝わりやすい異方性の結晶構造を有していても良い。なお、伝熱材２５の断面形状は、円形に限定されず、多角形であっても良い。伝熱材２５は、貫通穴２９を通してフレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂの外側まで延伸している。伝熱材２５は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂに対して垂直方向（Ｙ方向）に配置されている。伝熱材２５の一端は励磁コア２２に連結され、他端は放熱板２６に連結されている。すなわち、コイルユニット３３と放熱板２６とは伝熱材２５を介して連結され、コイルユニット３３において生じた熱が伝熱材２５に伝達する。伝熱材２５は伝熱部材を構成する。

放熱板２６は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂの外側に設けられ、伝熱材２５からの熱を大気中に放出する。放熱板２６は、エンコーダ２７と接触しないようにフレーム３０の壁部３０Ａに対してエンコーダ２７のさらに外側に設けられている。放熱板２６は、伝熱材２５と同様に例えば銅、アルミニウムなどの２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上の熱伝導率をもつ材料で形成される。放熱板２６は、伝熱材２５と比較して大きな表面積と断面積を確保し易いため、製造コストの観点から、アルミニウムなどの安価な材料を使用することが好ましい。放熱効率を上げるために、冷却ファン、冷却フィンなどの冷却機器を放熱板２６に取り付けてもよい。放熱板２６は放熱部を構成する。

放熱板２６は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂに対向して配置され、略長方形の板状をなしている。ガイドレール３１に沿った方向（Ｘ方向）における放熱板２６の長さは、ガイドレール３１に沿った方向におけるフレーム３０の長さよりも僅かに短い。したがって、放熱板２６同士が干渉することなく複数の固定子ユニット２０を隣接して設置することができる。

断熱スペーサ２３は、断熱部材であり、例えばポリアセタール系樹脂などの０．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下の熱伝導率をもつ材料で形成されている。断熱スペーサ２３は、コイルユニット３３とフレーム３０との間に設けられている。固定ネジ２４は、頭部と胴部とを有し、断熱スペーサ２３とともに使用される。すなわち、励磁コア２２とフレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂとの固定部分、およびフレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂと固定ネジ２４の頭部との固定部分に、断熱スペーサ２３が配置される。断熱スペーサ２３を使用しない場合と比較して、励磁コア２２とフレーム３０との接触面積は小さくなる。固定ネジ２４とフレーム３０との間には、空気層（空間）が設けられており、固定ネジ２４はフレーム３０に接触していない。断熱スペーサ２３は断熱部を構成する。

断熱層３２は、熱伝導率の低い層、例えば空気層であり、貫通穴２９と伝熱材２５との間に設けられている。断熱層３２は、伝熱材２５の熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有し、伝熱材２５からフレーム３０への伝熱を防止または抑制する。フレーム３０の剛性を保つため、断熱層３２を薄くし、貫通穴２９の径を小さくすることが好ましい。

エンコーダ２７は、板状のブラケット２８の上端部に固定され、放熱板２６とフレーム３０の壁部３０Ａとの間に配置されている。ブラケット２８の下端部は、架台４０上に固定されており、エンコーダ２７はフレーム３０から熱絶縁されている。ブラケット２８の下端部は、冷媒式などの冷却装置に接続されていてもよい。エンコーダ２７には、読み取りヘッド２７ａが設けられている。読み取りヘッド２７ａは、例えば発光素子、受光デバイスを備え、リニアスケール１４の目盛りを検出することができる。エンコーダ２７は検出部を構成し、Ｘ方向における可動子ユニット１０の位置を、例えば読み取りヘッド２７ａに対する相対位置として検出する。

リニアスケール１４のＸ方向の長さは、エンコーダ２７の読み取りヘッド２７ａの設置間隔よりも長い。したがって、可動子ユニット１０が固定子ユニット２０上のどこに位置していても、エンコーダ２７のいずれか１つによって可動子ユニット１０の位置を検出することができる。

１つのエンコーダ２７は、３つのコイル２１に対応して配置される。３つのコイル２１は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成し、３相交流電力を出力する駆動装置（不図示）に接続されている。３つのコイル２１に３相交流電力を供給することにより、可動子ユニット１０の移動を制御することができる。

ガイドレール３１は、平行な１対のレールから構成され、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂの上面にそれぞれ固定されている。ガイドレール３１上には、スライダ１３を介して可動子ユニット１０が移動可能に装着される。ガイドレール３１は、可動子ユニット１０の走行路を形成している。上述のように、励磁コア２２と磁石部１２との間で作用する吸引力は相殺されるため、スライダ１３およびガイドレール３１に必要とされるＹ方向の剛性は低減される。したがって、吸引力の相殺が小さい場合と比較して、ガイドレール３１およびスライダ１３の幅を狭くすることができる。

可動子ユニット１０は、ワークホルダ１１、磁石部１２、スライダ１３、リニアスケール１４、スケールブラケット１５を備えている。ワークホルダ１１は、可動子ユニット１０の上部に配置され、ワーク１００を載置するステージ、ワーク１００を着脱するための機構などを有している。ワークホルダ１１の中央部分には、ワーク１００の形状に合わせた空間が形成されており、ワーク１００は、この空間において着脱可能に保持される。

ワークホルダ１１の下面には、ＸＺ面に延在する板状の磁石部１２が突出して設けられている。磁石部１２は、永久磁石とブラケットを有し、永久磁石はブラケットの表面に固着されている。ブラケットは板状の支持部材であり、ブラケットの上端はワークホルダ１１の下面中央部に固定されている。磁石部１２は、１対のコイルユニット３３の空隙をＸ方向に移動可能である。

さらに、ワークホルダ１１の下面には、スライダ１３が固定されている。スライダ１３は、ワークホルダ１１の下面両端部にＸ方向に沿って１対に配置されている。スライダ１３の断面は下方向に開いた凹型形状であり、スライダ１３はガイドレール３１に跨るように装着されている。スライダ１３はボール循環式のスライド機構を有しており、ワークホルダ１１はガイドレール３１に沿って小さな抵抗で移動可能である。

リニアスケール１４は、Ｘ方向に延びる帯状の部材であり、スケールブラケット１５の下端部分に固着されている。スケールブラケット１５は、板状の支持部材であり、スケールブラケット１５の上端部分は、ワークホルダ１１の側面下部に固定されている。リニアスケール１４は光学式または磁気式の目盛りを有し、リニアスケール１４に対向するように設けられた複数のエンコーダ２７により読み取られる。

ワーク１００は、ワークホルダ１１に積載され、不図示の組付装置に搬送される。組付装置は、ワーク１００の上面に各種部品を組付ける。図２において、白抜き矢印は、ワーク１００に対する組付け時に可動子ユニット１０に掛かる組付荷重の方向および位置を表している。すなわち、組付荷重Ｆｍは、磁石部１２の中心線に沿って下方向に印加される。組付荷重Ｆｍ［Ｎ］は、モーメントによる荷重を考慮し、下記（１）式により求められる。
Ｆｍ＝Ｆ＋Ｃｏ（Ｆ×Ｌｒ）／Ｍａ＋Ｃｏ（（Ｆ＾２）×Ｌｐ）／Ｍａ ・・・（１）

ここで、Ｆ［Ｎ］は可動子ユニット１０に掛かる荷重、Ｃｏ［Ｎ］は静定格荷重、Ｌｒ［ｍ］はローリング方向の荷重位置、Ｌｐ［ｍ］はピッチング方向の荷重位置、Ｍａ［Ｎｍ］はピッチング方向の静的許容モーメントを表している。

ローリング方向の荷重位置Ｌｒは０であるため、可動子ユニット１０には、ピッチング方向の荷重位置Ｌｐに応じたモーメントが加わる。ガイドレール３１は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂ上に平行に２本配置されており、組付荷重が掛かる位置までの距離が等しい。このために、可動子ユニット１０からの荷重は、スライダ１３およびガイドレール３１を介して、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂに同じ大きさで左右逆方向に印加される。

よって、可動子ユニット１０からの荷重によりフレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂが変形した場合であっても、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂのそれぞれの変形量は略同じである。変形の方向は逆方向であるため、壁部３０Ａに固定された励磁コア２２と磁石部１２との間隔および壁部３０Ｂに固定された励磁コア２２と磁石部１２との間隔は、同様に変化する。これにより、組付け時における可動子ユニット１０の左右方向（Ｙ方向）の変位は抑制され、可動子ユニット１０の位置決め精度を維持することができる。

なお、ワーク１００に対する組付け開始時には、フレーム３０に初期変形が発生する可能性がある。フレーム３０の初期変形量は、例えば組付装置のロボットを教示し、フレーム３０に予圧を与えておくことにより低減することができる。

図３は、本実施形態に係る伝熱構造を説明するための図である。図３は、リニアモータの断面図であり、図２において一点破線に対して右半分の構成を示している。図３において、白抜き矢印は、熱の伝達経路を示している。ここでは、壁部３０Ｂのコイルユニット３３からの伝熱を説明するが、他の壁部３０Ａのコイルユニット３３からの伝熱も同様である。なお、以下の説明における数値、材料はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

コイル２１で発生した熱は、励磁コア２２に伝達し、さらに固定ネジ２４と伝熱材２５に伝達する。上述のように、固定ネジ２４の頭部には断熱スペーサ２３が配置されているため、固定ネジ２４の頭部からフレーム３０の壁部３０Ｂへの伝熱は抑制される。また、固定ネジ２４の胴部の周囲には空気層が設けられているため、固定ネジ２４の胴部からフレーム３０の壁部３０Ｂへの伝熱も抑制される。

伝熱材２５とフレーム３０の壁部３０Ｂとの隙間には、伝熱材２５の表面からの伝熱を抑える断熱材または空気で満たされた断熱層３２が設けられている。断熱層３２により、伝熱材２５からフレーム３０の壁部３０Ｂへの伝熱は抑制される。したがって、伝熱材２５に伝達した熱は、さらに放熱板２６に伝達し、放熱板２６から大気中へ放出される。

コイル２１からの伝熱による温度上昇量は、伝熱量および各部材の熱抵抗から試算できる。各部材の熱抵抗Ｒｔｈ［Ｋ／Ｗ］は、下記（２）式により求められる。
Ｒｔｈ＝ｄ／（λ×Ａ） ・・・（２）

ここで、ｄ［ｍ］は、部材の厚さ（熱伝導の長さ）、λ［ｗ／（ｍ・ｋ）］は、部材の熱伝導率、Ａ［ｍ^２］は、部材の断面積を表している。各部材の温度上昇量は、充分に時間が経過すると伝熱量に熱抵抗をかけた値に到達する。

また、温度上昇量と熱膨張による部材の伸びとの関係は、下記（３）式で表される。
ΔＴ＝ΔＬ／（Ｌ×α） ・・・（３）

ここで、ΔＬ［ｍ］は、熱膨張による部材の伸び、α［／Ｋ］は、部材の線膨張率、ΔＴ［Ｋ］は、温度上昇前後の温度差、Ｌ［ｍ］は、部材の長さを表している。

フレーム３０の壁部３０Ｂは、例えば線膨張係数（線膨張率）αが１０．５×１０^−６［／Ｋ］の鋳物で形成される。フレーム３０の壁部３０Ｂのサイズは、例えば縦（Ｚ方向）４４ｍｍ、横（Ｘ方向）１８１ｍｍである。また、フレーム３０の壁部３０Ｂの厚さ（伝熱の長さ）Ｌは、例えば３０ｍｍである。このような設計値でフレーム３０の壁部３０Ｂの厚さ方向における伸びΔＬを数ミクロン以下に抑えようとすると、（１）式より温度差ΔＴを５Ｋ以下に抑える必要がある。

次に、励磁コア２２からのＹ方向への伝熱について説明する。図３に示すように、励磁コア２２の熱は、励磁コア２２の側面に対して垂直な方向（Ｙ方向）に伝達する。励磁コア２２の側面のサイズは、例えば縦（Ｚ方向）３０ｍｍ、横（Ｘ方向）１５０ｍｍである。

伝熱材２５は、励磁コア２２の側面に連結され、例えば熱伝導率が３９８［Ｗ／（ｍ・ｋ）］の銅で形成される。伝熱材２５の形状は、例えば半径６ｍｍ、長さ４０ｍｍの円柱である。伝熱材２５の熱抵抗は、（２）式より０．４４［Ｋ／Ｗ］となる。

放熱板２６は、上述のように表面積、断面積の確保が比較的容易であるために、設計の自由度が高い。伝熱材２５から効率良く伝熱できるように、放熱板２６の熱抵抗は、例えば０．３２［Ｋ／Ｗ］に設計される。伝熱材２５と放熱板２６の合成熱抵抗は、０．７６（＝０．４４＋０．３２）［Ｋ／Ｗ］で近似される。

断熱スペーサ２３は、例えば熱伝導率が０．２５［ｗ／（ｍ・Ｋ）］のポリアセタール系樹脂で形成される。断熱スペーサ２３の形状は、例えば外径φ１０ｍｍ、内径φ４．３ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング状である。断熱スペーサ２３は、励磁コア２２に対して例えば６個配置される。断熱スペーサ２３の熱抵抗は、（２）式より３１２［Ｋ／Ｗ］となる。また、励磁コア２２に隣接するその他の空間は、熱伝導率が０．０２４［ｗ／（ｍ・Ｋ）］の空気で満たされており、励磁コア２２とフレームの壁部３０Ｂと間の空間の熱抵抗は、（２）式より４７．４［Ｋ／Ｗ］となる。

このように、伝熱材２５および放熱板２６における熱の伝わりやすさは、空気に対して約６０倍、断熱スペーサ２３に対して約４１０倍である。したがって、励磁コア２２の熱の大部分は、伝熱材２５および放熱板２６に伝達する。

次に、伝熱材２５におけるＸＺ面方向への伝熱について説明する。貫通穴２９の径を例えば２２ｍｍとし、伝熱材２５を貫通穴２９の中心に配置する。すなわち、伝熱材２５と貫通穴２９の中心軸は一致している。伝熱材２５と貫通穴２９との間の断熱層３２の厚さを例えば５ｍｍ（一定）とする。ＸＺ面方向への伝熱の断面積Ａは、伝熱材２５の周方向の表面積に等しく、断熱層３２のＸＺ面方向の熱抵抗は、（２）式により１７６［Ｋ／Ｗ］となる。このように、断熱層３２は、伝熱材２５に対して約４００倍の熱抵抗を有しているため、伝熱材２５の熱の大部分はＹ方向、すなわち放熱板２６に伝達する。

本実施形態によれば、固定子ユニット２０のフレーム３０に貫通穴２９を設け、貫通穴２９に通された伝熱材２５にコイルユニット３３からの発熱を伝達させる。伝熱材２５に伝達した熱は、フレーム３０の外側に設けられた放熱板２６から放出される。断熱層３２によって伝熱材２５からフレーム３０への伝熱が防げられるために、フレーム３０の熱膨張は抑制され、フレーム３０に支持されたガイドレール３１の変位は低減される。これにより、ガイドレール３１上の可動子ユニット１０の変位を抑制し、可動子ユニット１０の位置決め精度を向上させることができる。また、可動子ユニット１０に保持されたワーク１００上面の平面度を良好に維持することが可能となり、高精度な組付け精度を実現できる。また、伝熱材２５を用いて放熱板２６に効率良く熱を伝えることで、コイルユニット３３とフレーム３０との間に配置される断熱スペーサ２３を薄くすることができる。

従来のリニアモータでは、コイルで発生した熱を除去するために、コイルと励磁コア間に冷却用ユニットが設けられる場合がある。そのような場合、以下の問題が生じ得る。すなわち、冷却効率を上げるためには、冷媒循環ユニットが走行路の端部に配置され、冷媒の流路がコイル配列方向に平行に配置される。しかし、リニアモータを長尺化すると冷媒の流路が長くなり、熱交換効率が落ちる。逆に熱交換効率を維持しようとすると長尺化が限られる。また、リニアモータを長尺化した場合、冷却用ユニットを複数化もしくは大容量化する必要があり、コストが増加する。さらに、コイルによって駆動される永久磁石とガイドレールとの距離が長くなるため、ガイドレールに加わるモーメントが増加する。ガイドレールの剛性を上げるためにガイドレールの幅を広げる必要が生じるが、さらにモーメントが増加してしまう。本実施形態によれば、コイルと励磁コア間に冷却用ユニットを設ける必要がないため、このような問題を回避することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るリニアモータを説明する。本実施形態に係るリニアモータ２の固定子ユニット２０には、１本のガイドレール３１が設けられている。説明の簡略のために、第１実施形態との差異を中心に説明する。

図４は、本実施形態に係るリニアモータ２の断面図である。本実施形態においては、１本のガイドレール３１がフレーム３０の一方の壁部３０Ａの上面に設けられている。固定子ユニット２０は、フレーム３０の壁部３０Ａによって支持された１本のガイドレール３１を有している。ワークホルダ１１の下面端部にはスライダ１３が設けられ、スライダ１３は１本のガイドレール３１に装着される。ワークホルダ１１は、スライダ１３の鉛直上方でワーク１００を保持している。

図４の一点破線は、フレーム３０の壁部３０Ａの中心線を表している。壁部３０Ａの中心線は、壁部３０Ａの断面を厚さ方向で二等分する線である。ガイドレール３１およびスライダ１３の幅方向の中心は、壁部３０Ａの中心線上に位置している。ワークホルダ１１において、ワーク１００は壁部３０Ａの中心線上に載置され、不図示の組付装置によりワーク１００に対して上方から組付けが行われる。図４の白抜き矢印は、可動子ユニット１０に掛かる組付荷重の方向および位置を表している。

組付け装置は、可動子ユニット１０からの荷重が１本のガイドレール３１を介してフレームの壁部３０Ａの中心線上に印加されるように配置される。これにより、組付け時におけるフレーム３０の壁部３０Ａの左右方向（Ｙ方向）のたわみが抑制される。磁石部１２と励磁コア２２との間隔は、荷重がフレーム３０に印加されても大きく影響を受けない。つまり、フレーム３０の変位による幅方向の負荷増加を抑制する効果が得られる。したがって、１本のガイドレール３１を採用した場合であっても、ガイドレール３１の幅を増加させることなく、高い位置決め精度を得ることができる。

フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂには第１実施形態と同様に貫通穴２９が形成され、貫通穴２９には伝熱材２５が通されている。伝熱材２５の一端はコイルユニット３３に連結され、他端は放熱板２６に連結されている。伝熱材２５と貫通穴２９との間には断熱層３２が形成され、コイルユニット３３において生じた熱は伝熱材２５を介して放熱板２６に伝播される。

本実施形態においても、固定子ユニット２０のフレーム３０に貫通穴２９を設け、貫通穴２９に通された伝熱材２５にコイルユニット３３からの発熱を伝達させる。伝熱材２５に伝達した熱は、フレーム３０の外側に設けられた放熱板２６から放出される。断熱層３２によって伝熱材２５からフレーム３０への伝熱が防げられるために、フレーム３０の熱膨張は抑制され、フレーム３０に支持されたガイドレール３１の変位は低減される。これにより、ガイドレール３１上の可動子ユニット１０の変位を抑制し、可動子ユニット１０の位置決め精度を向上させることができる。また。断熱スペーサ２３の厚さ（Ｙ方向の長さ）を小さくすることができ、ガイドレール３１と磁石部１２の長さを短くすることができる。これにより、可動子ユニット１０に発生し得るモーメントは小さくなり、１本のガイドレール３１に要求される剛性は軽減される。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るリニアモータを説明する。本実施形態に係るリニアモータ３の固定子ユニット２０には、３つのコイル２１からなるコイルユニット３３が設けられている。説明の簡略のために、第１実施形態との差異を中心に説明する。

図５は、本実施形態に係るリニアモータ３の側面図である。リニアモータ３は、複数の固定子ユニット２０Ａ〜２０Ｆを備えている。固定子ユニット２０Ａ〜２０Ｆのそれぞれのコイルユニット３３は、３つのコイル２１を有している。３つのコイル２１は、ＵＶＷ相の３相をそれぞれ構成し、１つの３相交流電力系統に接続されている。すなわち、コイルユニット３３はＵＶＷ相の電力系統の最小単位を構成している。固定子ユニット２０Ａ〜２０Ｆのコイルユニット３３はそれぞれ独立に制御される。なお、図５の各固定子ユニットにおいて、放熱板２６の図示は省略されている。

また、固定子ユニット２０Ａ〜２０Ｆは、それぞれ１つのエンコーダ２７を有している。例えば図５において、可動子ユニット１０のリニアスケール１４は、固定子ユニット２０Ｃの読み取りヘッド２７ａのみにより検出される。すなわち、図５において、可動子ユニット１０のリニアスケール１４は、固定子ユニット２０Ｃの両側の固定子ユニット２０Ｂ、２０Ｄの読み取りヘッド２７ａにより検出されない。各固定子ユニットの側面（ＸＺ面）において、エンコーダ２７は、Ｖ相のコイル２１に対応して配置され、伝熱材２５は、Ｕ相とＷ相のコイル２１に対応して配置されている。このような配置により、伝熱材２５とエンコーダ２７とが干渉することなく、コイルユニット３３で発生した熱をＹ方向手前まで、すなわちコイルユニット３３から見てエンコーダ２７の外側にまで伝達させることができる。

図５に示されたように、固定子ユニット２０Ｃの中央付近に可動子ユニット１０が位置しているとする。この際には、磁石部１２が固定子ユニット２０Ｂと固定子ユニット２０Ｄとによって駆動制御されるのを避けるため、リニアスケール１４が同時に複数のエンコーダ２７に検出されないことが望ましい。このため、本実施形態においては、１つのエンコーダ２７に対して１つのリニアスケール１４が位置するように、エンコーダ２７およびリニアスケール１４が構成されている。また、固定子ユニット２０は１組の３相のコイル２１からなるコイルユニット３３で構成され、それぞれのコイルユニット３３は独立に制御される。したがって、可動子ユニット１０が隣接する２つの固定子ユニット２０から同時に駆動されるのを回避することができ、複数の可動子ユニット１０を高密度に配置することができる。

（第４実施形態）
次に、上述の実施形態に係るリニアモータを用いて物品を製造するための方法を説明する。物品は、搬送装置と複数の組付装置とを備えた製造ラインによって製造される。搬送装置は、上述の実施形態に係るリニアモータを用いて構成されている。以下、第１の実施形態に係るリニアモータ１を例として説明する。本実施形態において物品とは、ワーク１００に対して組付けを行うことによって得られる製品である。

リニアモータ１は、製造ラインに沿って設けられ、複数の組付装置にワーク１００を順次搬送する。ワーク１００は、可動子ユニット１０のワークホルダ１１に保持される。まず、リニアモータ１は、可動子ユニット１０を第１の組付装置に移動する。リニアモータ１は、エンコーダ２７から取得した可動子ユニット１０の位置情報に基づいて可動子ユニット１０を所定の位置に停止させる。第１の組付装置は、ワーク１００に対して第１の組付処理を行う。

第１の組付処理の終了後、リニアモータ１は、可動子ユニット１０を第２の組付装置に移動する。リニアモータ１は、エンコーダ２７から取得した可動子ユニット１０の位置情報に基づいて可動子ユニット１０を所定の位置に停止させる。第２の組付装置は、ワーク１００に対して第２の組付処理を行う。このように、リニアモータ１がワーク１００を組付装置に順次搬送し、組付装置がワーク１００に対して組付けを行うことにより、最終的に、製品を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、固定子ユニット２０のフレーム３０に設けられる貫通穴２９および貫通穴２９に通される伝熱材２５の数は限定されない。貫通穴２９および伝熱材２５は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂにそれぞれ１〜４個もしくはそれ以上設けられてもよい。また、貫通穴２９および伝熱材２５は、フレーム３０の壁部３０Ａ、３０Ｂにおいて上下方向に並べて設けられていてもよい。

１ リニアモータ
１０ 可動子ユニット
１２ 磁石部
２３ 断熱スペーサ（断熱部）
２５ 伝熱材（伝熱部材）
２６ 放熱板（放熱部）
２９ 貫通穴
３０ フレーム
３０Ａ、３０Ｂ 壁部
３１ ガイドレール
３２ 断熱層
３３ コイルユニット

Claims (12)

1. 永久磁石を有する可動子ユニットが移動可能なガイドレールと、
   前記ガイドレールを支持するフレームと、
   前記永久磁石と対向する位置であり、前記フレームと離間するよう設けられたコイルユニットと、
   前記コイルユニットに連結された伝熱部材と、
   前記伝熱部材に連結された放熱部と、を備え、
   前記フレームは前記ガイドレールに沿って延在する壁部を有し、前記壁部には前記伝熱部材が貫通する貫通穴が形成され、前記貫通穴と前記伝熱部材との間には空隙が設けられ、
   前記伝熱部材および前記放熱部は、前記フレームと接していないことを特徴とするリニアモータ。
2. 前記コイルユニットと前記フレームとの間に断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記放熱部と、前記伝熱部材は同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
4. 前記貫通穴の径は、前記壁部の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
5. 前記フレームは、前記壁部に対向する他の壁部をさらに有し、
   前記他の壁部のうち、前記壁部の前記貫通穴と対向する位置に貫通穴が形成されたことを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記貫通穴の開口面積は、前記壁部の面積の５乃至１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
7. 前記貫通穴は、前記ガイドレールに対して鉛直方向に長い径を有する楕円形をなすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 前記放熱部は、前記壁部に対向する板状をなし、前記ガイドレールに沿った方向における前記放熱部の長さは、前記ガイドレールに沿った方向における前記フレームの長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のリニアモータ。
9. 前記ガイドレールは、前記壁部によって支持され、前記可動子ユニットからの荷重は、前記ガイドレールを介して前記壁部の厚さ方向の中心線上に印加されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
10. 前記可動子ユニットの位置を検出する検出部を有し、前記検出部は、前記フレームから熱絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のリニアモータ。
11. 前記検出部は、前記放熱部と前記壁部との間に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のリニアモータ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のリニアモータを用いて物品を製造する方法であって、
    前記可動子ユニットを移動することにより、前記可動子ユニットに保持されたワークを組付装置に搬送する工程と、
    前記組付装置によって前記ワークに対して組付けを行い、物品を製造する工程と、を有することを特徴とする物品の製造方法。

Images