JPH02290153A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１ 本発明は、一般にはボイスコイル形のリニアモータに関
し、特に大推力、長ストロークを実現し得るリニアモー
夕に関するものである。

１未立韮ｌ 従来、例えば磁気ディスク装置の磁気ヘッド駆動装置と
して、或いはレーザ加工機、半導体製造機のテーブル駆
動装置として等のように種々の分野でボイスコイル形リ
ニアモー夕は幅広く使用されている。

一般にボイスコイル形リニアモー夕は大推力、長ストロ
ークになればなるほど鉄心（ヨーク）の磁気飽和の問題
から、装置が巨大化するといった不都合があった。この
ために、現在広く使用されている大推力、長ストローク
といわれるボイスコイル形リニアモー夕にあっても、推
力は２０Ｎ１ストロークは１００ｍｍ程度とされる。

近年、例えば推力３００Ｎ、ストローク６００ｍｍとい
ったより大きい推力とストロークを実現し得るボイスコ
イル形リニアモー夕が要求されることがある。このため
に、可動コイルに沿って１列に多数の磁石を、互いに隣
接する極は異極となるように、つまり互い違いにＮ極、
Ｓ極となるように配置した多極タイプのりニアモータが
提案され、実用化されている。

が　　しよ　と　る しかしながら、このような多極タイプのりニモアモー夕
は、１列に互い違いにＮ極、Ｓ極の磁石が配列されるた
めに、可動コイル側に磁気吸引力が働き、可動側を軸受
しているベアリング等に影響を与え、装置の寿命を著し
《低下する原因となった。更には、可動コイルへの電流
の流れを磁石の磁極変動に伴なって変化させる必要があ
り、コイルの励磁にホール素子等の切換回路を必要とす
る等、装置の価格を大とすると共に、推力変動が大であ
るという問題をも有していた。

従って、本発明の目的は、不必要な磁気吸引力の影響を
排除し、装置の寿命を延ばすことができ、しかも推力の
変動を起こすことなく大推力、長ストロークを実現した
、低価格且つ小型のりニアモー夕を提供することである
． るための 上記目的は本発明に係るリニアそ一夕にて完全に達成さ
れる。要約すれば本発明は、平行に配置された第１及び
第２センターポールと、該第１及び第２センターポール
にそれぞれ摺動自在に設けられた第１及び第２コイル組
立体と、該第１及び第２コイル組立体を取付けた可動板
と、前記第１及び第２コイル組立体の移動経路に沿って
それぞれ配置され、互いに異なる極性とされる第１及び
第２マグネットと、該第１及び第２マグネットを取付け
るべく磁性材料で形成された基板とを具備することを特
徴とするりニアモー夕である。好ましくは第１及び第２
マグネットはそれぞれ複数個のマグネットを等間隔にて
配置することによって構成される。

良胤ｌ 次に、本発明に係るリニアモータを図面に即して更に詳
しく説明する． 第１図〜第４図に本発明に係るリニアモー夕のー実施例
が示される。本実施例によると、リニアモータｌは、例
えばレーザ加工機、半導体製造機の可動テーブル等が取
付けられる矩形状の可動板２を有し、該可動板２の下面
には第１及び第２の２つのコイル組立体４、６が平行に
固着される．両コイル組立体４、６は同じ形状、寸法と
することができる。

前記第１及び第２コイル組立体４、６には磁性材料で形
成された第１及び第２センターポール８、１０がそれぞ
れ貫通して配置され、各コイル組立体４、６は、つまり
可動板２はセンターポールに対して摺動自在とされる。

本実施例によると、詳し《は後で説明するように、各コ
イル組立体４、６は、断面が矩形のコイル巻線を有して
おり、そのために、該コイル組立体を貫通するセンター
ポール８、ｌＯも又断面が矩形とされる．リニアモータ
ｌは又、前記センターポール８、１０に対向して配置さ
れた矩形状の基板１２を備え、該センターポール８、１
０はその両端がスペーサ１４を介して該基板１２に固着
される．基板１２は磁性材料で形成されるが、長ストロ
ーク、大推力のりニアモー夕にあっては，作動時の磁気
吸引力により、基板１２が可動板２の移動方向に撓むこ
とがある．これを防止するために、第４図に図示するよ
うに、可動板２の移動方向に沿って基板ｌ２の中央部に
リブＲを配置するのが好ましい．該リブＲは非磁性材料
にて形成され、基板１２にねじなどにて一体に固着され
る．これにより，基板１２の厚さを必要以上に厚くする
のが防止され、リニアモー夕の軽量化を図ることができ
る。

又、上記スペーサ１４は磁性材料でもよく、或いは，例
えばステンレススチール（ＳＵＳ３０４）等の非磁性材
料にて形成することもできる。

又、第１及び第２センターポール８、ｌＯはその両端部
を磁性材料１６にて接続することもできる． 本発明に従えば、該基板１２上には、第１及び第２セン
ターポール８、１０に対向して、つまり各センターポー
ルに沿って移動するコイル組立体４、６の移動経路に沿
って、それぞれ第１及び第２マグネットｌ８、２０が配
置される．このとき、第１コイル組立体４の移動経路に
沿って配置された第１マグネット１８と、第２コイル組
立体６の移動経路に沿って配置された第２マグネット２
０の極性は互いに異なるようにされる。本実施例にて第
１マグネット１８はＳ極とされ、第２マグネット２０は
Ｎ極とされる。第１マグネット１８及び第２マグネット
２０は各コイル組立体の移動経路に沿って延在した１個
のマグネットにて構成することもできるが、本実施例で
は、第１マグネット１８は、幅ａ、長さｂとされる複数
個のマグネット１８ａ〜Ｌ８ｆを距離ａにて等間隔にて
配列することによって構成され、又第２マグネット２０
も又、幅ａ、長さｂとされる複数個のマグネット２０ａ
〜２Ｏｆを距離ａにて等間隔に、且つ第１マグネット１
８のマグネット１８ａ〜１８ｆが配置されていない領域
に対応するようにして配列することによって構成されて
いる。又、第１及び第２マグネット１８、２０は必要と
される可動テーブル２のストローク量に応じて適当長さ
寸法に渡って設けられる。第１及び第２マグネット１８
、２０を複数個のマグネットにより構成することにより
１個のマグネットにて構成した場合に比較し着磁のため
の装置及び製造工程などが容易となり、更には磁石の反
りや捩れなどの歪の問題をなくすることができ、有利で
ある。

このように、第１マグネット及び第２マグネット１８、
２０を複数のマグネットで構成した場合には、第１及び
第２コイル組立体４、６の移動方向の幅は、第３図に図
示されるように、少なくとも２ａの大きさとされること
が好適である。

上述の如くに構成される本発明のりニアモータｌによる
と、磁気回路Ｍは、第４図に図示されるように、第１マ
グネット１８→基板１２一第２マグネット２０→第２セ
ンターポール１０→第１センターポール８→第１マグネ
ット１８のように可動の第１及び第２コイル組立体４、
６の進行方向に対して概略直交して形成される。勿論、
第１及び第２コイル組立体４、６を流れる電流ｉの方向
は互いに異なる方向とされる。

このように、本発明のりニアモータｌは、コイル組立体
の進行方向に沿って磁気回路が形成される従来のりニア
モー夕とは磁気回路Ｍの形成態様において大きく相違す
ることが理解されるであろう。つまり、従来のりニアモ
ー夕においては、可動コイルの、つまり可動テーブルの
ストロークを大とした場合には基板及びセンターポール
に流れるフラックスは必然的に大となり、磁気飽和の問
題が発生し、基板及びセンターポールを巨大なものとす
る必要があった。これに対して、本発明のりニアモー夕
においては、例えストロークを大とし、マグネットの長
さ或いは個数が多くなったとしても、基板及びセンター
ポールに流れるフラックスは、基板に設けた全マグネッ
トのフランクス分ではなく、単に斯る部材に直交して発
生するフラックス分だけであり、従来のような磁気飽和
による基板及びセンターポールの巨大化は防止される。

又、本発明の構成によると、例え第１マグネット１８及
び第２マグネット２０を本実施例のように複数個のマグ
ネットにて構成したとしても、相異なるマグネットは１
８０度位相にて、且つマグネットと同一寸法の間隔にて
配置されるので推力変動を起こすことはない。

上記実施例では、第１マグネット１８及び第２マグネッ
ト２０は幅ａ、長さｂの矩形状のマグネット１８ａ〜１
８ｆ、２０ａ　〜２Ｏｆを間隔ａにて配列する構成とし
たが、第３図に一点鎖線にて図示するように、互いに対
向した側をより太き＜ａ’とした台形状とすることもで
き、斯る形状とすることにより，各マグネットの設置誤
差があったとしてもその影響による推力の変動を実質的
にな《することができる。

又、第１及び第２マグネット１８、１９は、第５図及び
第６図に図示されるような変更態様にて構成することも
できる。

つまり、第５図の実施例においては、幅２ａを有し、そ
の中央部にて幅ａだけ段違いとされた中央部基板１２ａ
と、中央部より一方の端部は幅２ａを有し、他方の端部
は幅ａとされる端部基板１２ｂとが設けられる。中央部
基板１２ａと端部基板１２ｂとは磁性材料にて形成され
る。

斯る構成にて、中央部基板１２ａは中央部基板同士互い
に組み合わせて整列することができ、又、中央部基板１
２ａの両側には互いに反対向きに配置された端部基板１
２ｂが組み合わせて整列することができる。即ち、複数
個の中央部基板１２ａと、該中央部基板１２ａの両端部
に配置された端部基板１２ｂとにより基板１２が画成さ
れる． 中央部基板１２ａには、一方端部に幅ａを有したＳ極が
接着剤などにて固着され、他方端部には幅ａを有したＮ
極が接着剤などにて固着され、それによって中央部マグ
ネットブロック５０を形成する。又、端部基板１２ｂに
は、幅２ａの端部にＳ極を接着剤などにて固着したＳ極
端部マグネットブロック５２と、Ｎ極を接着剤などにて
固着したＮ極端部マグネットブロック５４とが形成され
る。

従って、複数個の中央部マグネットブロック５０を組み
合わせ、この組み合わされた中央部マグネットブロック
５０の両端部にそれぞれＳ極、Ｎ極端部マグネットブロ
ック５２、５４を配置することにより、第１及び第２マ
グネットｌ８、ｌ９が形成される。

なお、各マグネットブロック５０、５２、５４は、その
両端部に形成した取り付け脚部５０ａ、５２ａ、５４ａ
を介して非磁性材料にて形成された支持台５６にねじな
どにて固定される。

このような態様にて第１及び第２マグネットｌ８、１９
を構成することによって、リニアモー夕のストロークは
、単に中央部マグネットブロック５０の組み合わせ個数
を加減することによって自由に調整することができる。

又、第６図の実施例によると、中央より一方の端部が他
方の端部より、より幅広とされた凸形状の基板１２ｃを
形成し，幅広部分にＳ極を接着剤などにて固着したＳ極
マグネットブロック５８と、幅広部分にＮ極を接着剤な
どにて固着したＮ極マグネットブロック６０とが形成さ
れる．従って、Ｓ極及びＮ極マグネットブロック５８、
６０を交互に組み合わせ配置することにより、第１及び
第２マグネット１８、ｌ９が形成される。

なお、各マグネットブロック５８、６０は、その両端部
に形成した取り付け脚部５８ａ、６０ａを介して非磁性
材料にて形成された支持台５６にねじなどにて固定され
る。

本実施例にても同様に、リニアモータのストロークは、
単にマグネットブロック５８、６０の組み合わせ個数を
加減することによって自由に調整することができる． 第７図に、本発明に係るリニアモータに好適に使用され
るコイル組立体４、６のコイルボビン３０の一実施例が
示される． つまり、本発明に従って構成されるリニアモータ１にお
いては、第１マグネット１８一基板１２→第２マグネッ
ト２０→第２センターポール１０→第１センターポール
８→第１マグネットｌ８の磁気回路Ｍにおいて特に、第
２センターポール１０から第１センターポール８へと流
れるフラックスが第１コイル組立体４及び第２組立体の
コイル６の互いに隣接した部分のコイルを横切って流れ
た場合には可動テーブル２のための本来の推力を阻害す
る推力を発生することとなる。そのために、本実施例に
おけるコイルボビン３０は、第２センターポール１０か
ら第１センターポール８へと流れるフラックスが第１コ
イル組立体及び第２組立体のコイルの互いに隣接した部
分のコイルを横切らないようにフラックスを迂回して流
す機能を有している．この点について、次に、更に詳し
《説明する。

本実施例において第１コイル組立体４及び第２コイル組
立体６のコイルボビンは同じ構造とされ、対称的に配置
されているので、第７図を参照すると、第２コイル組立
体６のコイルボビン３０が実線で示され、第２コイル組
立体４のコイルボビン３０は一点鎖線にて示される．本
実施例にて、コイルボビン３０は、断面形状が矩形の中
空管から成り、コイルが巻回される巻線支持部３２と、
該巻線支持部３２の両端に固着された鍔部３４とを有す
る。

本実施例によれば、両コイルボビン３０、３０の巻線支
持部３２の互いに隣り合った側面部３２ａ，及び両コイ
ルボビン３０、３０の鍔部３４の隣り合った領域におい
て前記巻線支持部３２の側面部３２ａの幅に相当する部
分３４ａは磁性材料にて作製され、他の部分は非磁性材
料にて作製される。又、少なくとも両コイルボビン３０
、３０の前記磁性材料で作製された隣り合う部分は互い
に密着するように配置される。又磁性材料で作製される
鍔部３４ａ及び巻線支持部３２ａの領域は、少なくとも
第２センターポール１０から第１センターポール８へと
流れるフラックスを何等抵抗な《通過せしめ得るに十分
な大きさを有するものとされる。

従って、第８図に図示されるように、第２センターポー
ルｌＯから第１センターポール８へと流れるフラックス
Ｆは、両コイルボビン３０、３０が隣接した領域におい
ては、両コイルボビン３０、３０の磁性材料で作製され
た巻線支持部３２ａ及び鍔部３４ａに沿って流れ、第２
コイル組立体及び第１コイル組立体のコイル６ａ、４ａ
の互いに隣接した部分のコイル６ａ４ａ゛，を横切って
流れることはない。

このために、本実施例のコイルボビン３０を使用すれば
、可動テーブルの運動を阻害する推力の発生は回避され
る。

上記実施例では、少な《とも両コイルボビン３０、３０
の前記磁性材料で作製された隣り合う部分は互いに密着
するように配置され、又磁性材料で作製される鍔部３４
ａ及び巻線支持部３２ａの領域は、少なくとも第２セン
ターポール１０から第１センターポール８へと流れるフ
ラックスを何等抵抗な《通過せしめ得るに十分な大゛き
さを有するものが好ましいとして説明したが、特に大推
力のりニアモータにおいては、推力の増大と共にコイル
のアンペアターン（起磁力）が大とされ、斯る起磁力を
無視しえなくなり、逆に本来の磁気回路に悪影響を及ぼ
すこととなる。

このような場合には、巻線支持部３２ａによる起磁力の
影響を小さくするために、第９図に図示するように、少
なくとも両コイルボビン３０、３０の前記磁性材料で作
製された隣り合う部分が、即ち、本実施例では隣り合う
鍔部３４ａが互いに密着しないようにこの部分に間隙Ｇ
を形成することが好ましい。

本発明によれば、推力３００Ｎ以上、ストローク６００
ｍｍ以上の性能をもった小型のりニアモー夕を容易に製
造することができる。

１１二立１ 以上の如くに本発明に係るリニアモー夕は、平行に配置
された２つのセンターポールにそれぞれ摺動自在に２コ
イル組立体を設け、各コイル組立体の移動経路に沿って
互いに異なる極性とされるマグネットを配列する構成と
されるために、不必要な磁気吸引力の影響を排除し、装
置の寿命を延ばすことができ、しかも推力の変動を起こ
すことなく大推力、長ストロークを実現し、低価格で且
つ小型化し得るという特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るリニアモー夕の一実施例の平面図
、第２図は正面図、第３図は可動板を外したときの平面
図、第４図は第１図の線ＩＶ−ｒＶにとった拡大断面図
、第５図及び第６図は第１、第２マグネットを構成する
マグネットブロックの平面図、第７図はコイルボビンの
斜視図、第８図はフラックスの流れを説明する断面図、
第９図は他のコイルボビンの断面図である。 ２：可動板 ４、６：第１１第２コイル組立体 ８、ｌＯ：第１、第２センターポール ｌ２：基板 １８、２０：第１、第２マグネット ５０、５２、５４、５８、６０：マグネットブロック 第 図 第２図 第３図 第４図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）平行に配置された第１及び第２センターポールと
   、該第１及び第２センターポールにそれぞれ摺動自在に
   設けられた第１及び第２コイル組立体と、該第１及び第
   ２コイル組立体を取付けた可動板と、前記第１及び第２
   コイル組立体の移動経路に沿ってそれぞれ配置され、互
   いに異なる極性とされる第１及び第２マグネットと、該
   第１及び第２マグネットを取付けるべく磁性材料で形成
   された基板とを具備することを特徴とするリニアモータ
   。