JPH048155A - 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 本発明は直線状に配置された固定のマグネットを備えた
固定部に対してコイルが往復動自在に取付けられたリニ
アモータの改良に関する。

疋ｇｏと皮丘 従来より精密位置決め装置のアクチュエータ、磁気ディ
スク装置のヘッド駆動用モータ、或はＩＣ組立てライン
に組込まれる駆動用モータ等としてリニアモータが幅広
く使用されている。第８図は精密位置決め装置に使用し
た場合のリニアモータの一例を示すもので、このリニア
モータは直線状に配置されたマグネット７を備えた磁気
回路を形成する固定部ｌとこの固定部１に対してマグネ
ット７に沿う方向に往復動自在に取付けられたコイル２
とから構成され、このコイル２は移動体、本例ではレー
ザ加工機や半導体製造装置等に用いられるＸ−Ｙテーブ
ル等として好適に使用される位置決めテーブル３の底面
に固定され、励磁電流供給手段（図示せず）から励磁電
流が供給されることにより移動し、位置決めテーブル３
を往復動させる。位置決めテーブル３はほぼ直線的に往
復動が可能なように固定部１に周知の摺動軸受は手段４
を介して担持されている。

上記固定部１は、平面はぼ長方形状の磁性体からなる枠
体５と、この枠体５の底部を閉塞する磁性体よりなる底
部板６と、この底部板６の上面に固着され、長手方向に
直線状に配置されたマグネット７と、コイル２の中空部
を貫通してマグネット７と対向するように長手方向に延
在する磁性体からなるセンターボール（センターヨーク
）８とを含み、枠体５の長手方向の互いに対面する側部
壁５１．５１が摺動軸受は手段４を介して位置決めテー
ブル３を長手方向に（図面を貫通する方向に）移動自在
に担持し、センターボール８は枠体５の側部壁５１，５
１を連結する互いに対面する端部壁５２（端部壁の１つ
は図にはない）間に延在し、かつその両端がこれら端部
壁にそれぞれ固着されており、遊嵌されているコイル２
はこのセンターボール８に沿って往復動するように構成
されている。

第９図は移動体を固定部の側面に配置する場合の従来の
リニアモータの一例を示す。この場合には、磁気回路を
形成する固定部１は、第８図に示す平面はぼ長方形状の
磁性体からなる枠体５を長手方向軸線に関して９０度回
転させた態様の磁性体よりなる枠体５゛と、この枠体５
°の互いに対面する・土部壁５１’及び下部壁５２゛の
内面に、同極を対面させてそれぞれ直線状に配置、固着
されたマグネット７．７と、枠体５°の互いに対面する
端部壁５３°　　５３′間に、両マグネット７．７と対
向した状態で延在し、かつ両端がこれら端部壁にそれぞ
れ固着された磁性体からなるセンターボール８とを含む
。このセンターボール８にはコイル２が移動自在に遊嵌
されており、コイル２に励磁電流を供給してこのコイル
をセンターボール８に沿って移動させることによってこ
れに固着された移動体（図示せず）が長手方向に往復動
するように構成されている。

が　　しよ　とする ところで、上記構成のリニアモータは、そのストローク
、推力等を大きくしたい場合には、マグネットの長さ、
横幅を大きくしなければならない。このため、従来は必
要な大きさの大きなマグネットを磁気回路を形成する固
定部の磁性体上に固！（通常は接着）する構成をとって
いた。しかし、一般的に、この種のモータは生産数量が
少ないため、大きなマグネットを使用したのではマグネ
ットの価格が非常に高価となり、製品単価を下げられな
い難点があった。そ、の上、例えば希土類磁石等にあっ
ては、プレス能力（成形能力）、着磁の問題等によりお
のずからマグネットの大きさに制限を受け、ストローク
、推力等をある限度以上に大きくすることができないと
いう欠点があった。それ故、ストロークの大きい精密位
置決め装置を提供することも困難であった。

従って、本発明の目的は、大きなマグネットを使用する
必要なしに大きなストローク及び推力を容易に得ること
ができるリニアモータを提供することである。

−　を　′　　るための 上記目的は本発明に係るリニアモータによって達成され
る。要約すれば、本発明は、磁気回路を形成する磁性体
上に直線状に配置された固定のマグネットを備えた固定
部と、該固定部に対して前記マグネットに沿って往復動
自在に取付けられたコイルとを具備するリニアモータに
おいて、前記固定部の前記マグネットを、一定の寸法の
複数のマグネットを一定の間隔を置いて一定の周期でか
つ同極で直線状に配置したマグネット配列としたことを
特徴とするリニアモータである。

及立皇 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図及び第２図は本発明によるリニアモータの一実施
例を示す横断面図及び平面図であり、磁性体（例えばＳ
Ｓ４１）からなる底部板２１の上面に、同じ寸法の多数
個のマグネット２２ａを長手方向に沿って、後述する態
様で直線状に配置したマグネット配列２２を２列、平行
に配置、固定し、上記底部板２１の両端部に固着された
所定の長さの磁性体よりなるスペーサ２３に、これら両
マグネット配列２２と対面させた状態で磁性体よりなる
センターボール（センターヨーク）２４を固定して磁気
回路を形成し、このセンターボール２４にコイル２５を
、マグネット配列２２により形成される磁界空間にコイ
ルの一端面が存在するようにして、摺動自在に遊嵌させ
た構成を有する。上記各マグネット配列２２は、第２図
から理解できるように、底部板２１のセンターボール２
４と対面する上面に多数個のマグネット２２ａを同極で
一定の間隔ｆを置いて一定の周期ｄで長平方向に直線状
に配置したもので、本実施例では２列のマグネット配列
２２を、一方の配列に対して他方の配列が位相差ａを持
つようにして平行に配置している。このように位相差を
持って配置すると、マグネットからのフラックスの鎖交
面積を大きくすることができるので、推力変動が発生し
ない。マグネット２２ａは従来のプレス機及び看磁機に
て十分に製造できる寸法（長さＣ１横幅ｂ）を有し、コ
イル２５の長さをｅとしたときに次の関係を満足するよ
うにマグネット２２ａの長さＣを設定する。

ｅ＝　（ｃ＋ｆ）ｉ ここでｉは正の整数である。ｃ＋ｆは周期ｄに等しいか
ら、上式はｅ＝ｄ−ｉと書き換えることができる。また
、位相差ａをマグネット間の間隔ｆに等しくすると、ｅ
＝　（ｃ＋ａ）ｉ：ｃｌ　＋　ｉと書き換えることがで
きる。

このように構成すると、マグネット配列２２の数、マグ
ネット配列の長さ、マグネット２２ａの寸法を容易に変
えることができるから、また、コイル２５の長さも必要
に応じて容易に変えることができるから、必要とするス
トローク及び推力を得るようにマグネット配列や、マグ
ネット及びコイルの寸法を設定することが極めて容易と
なる。

従って、長ストローク、大推力のリニアモータも簡単に
製造することができる。また、マグネット２２ａを一定
の周期で直線状に配置し、かつマグネット配列間に一定
の位相差を持たせたので、全ストロークにわたって推力
変動が発生せず、たとえ組立上の誤差があってもこれに
よる推力変動を抑太ることができる。なお、マグネット
配列間に位相差を持たせなくても全ストロークにわたる
推力の変動は殆どないので、位相差を持たせることは絶
対条件ではない。さらに、マグネット配列は２列に限ら
れるものではなく、マグネットの寸法によっては３列以
上にしてもよい。その上、同寸法の多量のマグネットを
製造することになるので、マグネットの製造単価を大巾
に下げることができる。

第３図は、第９図に示すモータのように移動体を固定部
の側面に配置した形式のリニアモータに本発明を適用し
た第２の実施例を示す。即ち、本実施例では第９図に示
すような構成のリニアモータにおいて、磁性体からなる
枠体５°の互いに対面する上部壁５１°及び下部壁５２
゛の内面に、上記実施例と同様の態様で同じ寸法の多数
のマグネット２２ａを一定の周期で長平方向に、それら
の同極を対面させて直線状に配置したマグネット配列２
２を固定したものである。この場合、上部のマグネット
配列に対して下部のマグネット配列が位相差を持つよう
にして配置しても、或は位相差なしで配置してもよい。

また、上部及び下部のマグネット配列を１列ではなくて
それぞれ２列にしても、或は３列以上にしてもよく、ま
た、これら各部のマグネット配列間に位相差を持たせて
もよい。なお、他の構成素子は第９図のものと同じであ
るので、対応するものに同一符号を付してその説明を省
略する。

本実施例においても、磁性体よりなるセンターボール８
に遊嵌されたコイル２の長さとマグネット２２ａの長さ
及び間隔（周期）との間に上記式で示す関係があること
は言うまでもない。即ち、上記式を満足するようにマグ
ネット２２ａの長さを設定する。

第４図は本発明を精密位置決め装置のリニアモータに適
用した第３の実施例を示す。即ち、本実施例では、第８
図に示すような構成の装置において、平面はぼ長方形状
の磁性体からなる枠体５の底部を閉塞する磁性体よりな
る底部板６の上面に、第２図に示すように多数個のマグ
ネット２２ａを同極で一定の間隔をおいて一定の周期で
長平方向に直線状に配置したマグネット配列２２を２列
、一方の配列に対して他方の配列が位相差な持つように
して平行に配置したものである。なお、他の構成素子は
第８図のものと同じであるので、対応するものに同一符
号を付してその説明を省略する。

本実施例においても、磁性体よりなるセンターボール８
に遊嵌されたコイル２の長さとマグネット２２ａの長さ
及び間隔（周期）との間に上記式で示す関係があること
は言うまでもない。即ち、上記式を満足するようにマグ
ネット２２ａの長さを設定する。また、各マグネット配
列間に必ずしも位相差を持たせる必要はない。

第５図は第３図に示すリニアモータに使用されているよ
うな磁性体よりなる枠体（ヨーク）の−具体例を示すも
ので、同図（ａ）は枠体３ｏの正面図、同図（ｂ）はそ
の右側面図、同図（ｃ）はその底面図である。この枠体
３０は材質ＳＳ４１から一体に形成され、その上部壁３
１及び下部壁３２の内面に第２図に示すような２列のマ
グネット配列をそれぞれ取り付ける凹部３３が設けられ
ている。これら凹部３３．３３には第６図（，１１）及
び（ｂ）に示すマグネット取付はプレート４０が嵌着さ
れる。このマグネット取付はプレート４０は、第６図（
ａ）に示すように、その表面が中央の長手方向に延在す
る突出部４１によって２つのマグネット取付は部４２．
４３に分割されており、各マグネット取付は部４２．４
３の長手方向の両端部にはマグネットに対する端部基準
面となる２つの幅の異なる突出部４４．４５が一体に対
向形成されており、かつ両取付は部４２．４３にはそれ
らの端部基準面突出部４４．４５から長手方向に一定の
間隔をおいて幅方向に延在する細長い複数個（本例では
５個）の、同じくマグネットに対する基準面となる突ａ
部４６がそれぞれ互いに平行状態で形成されている。第
５図及び第６図から理解できるように、本例では好便に
使用できるように枠体３０及びマグネット取付はプレー
ト４０は共に対称形状に形成されている。

枠体３０及びマグネット取付はプレート４ｏは共に材質
５Ｓｉｌの磁性体より形成し、それらの表面を無電解ニ
ッケルメッキ（３〜６ｔＬ）処理した。枠体３０の寸法
は長さＡが２００±０．３ｍｍ　、高さＢが１０４．５
±Ｏ，１ｍｍ　、幅Ｃが７０±０．２ｍｍ　、凹部３３
の底面間間隔りが８２，５±Ｏ，１ｍｍ　、凹部３３の
上面間間隔（左右の凹部３４の長さに相当する）Ｅが６
６．５±０．１ｍｍ　、凹部３３の長さＦが１５０±０
．１ｍｍ、左右の凹部３４の底面間間隔Ｇが１６４±０
．１ｍｍに選定された。また、マグネット取付はプレー
ト４０の寸法は長さＨが１５０±Ｏ，１ｍｍ　、輻Ｋが
７０ｍｍ、厚さしが８±０．０５ｍｍ、端部基準面突出
部４４の幅Ｍが２．７ｍｍ、端部基準面突出部４５の幅
Ｎが４．７ｍｍ、各端部基準面突８部とその隣接する基
準面突８部４６間間隔及び隣り合う基準面突出部４６間
間隔Ｐが２２．６±０．１ｍｍ　、各基準面突出部４６
の長さＱが２０ｍｍ、幅Ｒが１．４ｍｍ、２列の突出部
４６の中心間間隔Ｓが４０ｍｍ、中央突８部４１の幅Ｔ
が５ｍｍ、プレート４０の幅方向の端部と突出部４６の
端部間間隔Ｕがそれぞれ５ｍｍに選定された。なお、突
出部４１．４４．４５．４６の高さ■は　ｌ±０．０５
ｍｍに選定された。勿論、上記数値は単なる一例に過ぎ
ず、必要に応じて適宜変更できるものである。

このようなマグネット取付はプレート４０を使用すると
、第６図（ａ）に仮想線及び斜線で示すように、多数個
のマグネット２２ａを基準面突出部４４．４５．４６に
当接させて固着（接着）するだけで、これらマグネット
２２ａを同極で一定の間隔をおいて一定の周期で長手方
向に直線状に簡単に配置することができる。しかも、端
部基準面突出部４４．４５の幅が異なっているから、２
列のマグネット配列２２はその一方が他方の配列に対し
て自動的に位相差をもって平行に配置されることになり
、極めて都合が良い。このようにして多数個のマグネッ
ト２２ａを取付けたプレート４０を上記構成の枠体３０
の両取付は凹部３３に固着し、図示しないがコイルを摺
動自在に遊嵌させたセンターボールを枠体３ｏの両側壁
３５間に取付けることによって、例えば第３図に示すよ
うなリニアモータを簡単かつ安価に、しかも高い精度で
製造することができる。

なお、上記具体例では磁気回路を形成する枠体３０を一
体の構造としたが、第７図に示すように下部壁３２を別
部品とし、マグネット取付はプレート４０をこの下部壁
３２に固着した後で側壁３５を下部壁３２に接合して枠
体３０を形成するようにしてもよい。勿論、下部壁及び
上部壁をそれぞれ別部品としてもよい。この場合には枠
体の側壁３５をマグネット取付はプレート４０の基準面
突出部にまで延在させることができるので、磁気回路を
より強力にすることができる。ただし、側壁を基準面突
８部まで延在させることは任意のことである。また、マ
グネット取付はプレート４０を別部品とせず、下部壁或
は上部壁と一体に形成してもよい。この場合にはマグネ
ット取付はプレートを底部壁或は上部壁に取付ける作業
が必要でなくなる。さらに、第１図及び第４図に示す実
施例のように上部壁のない構造の磁気回路を具備するリ
ニアモータにも、また、同様構成の他のリニアモータに
も、上記第５図及び第６図に示す本発明の技術が適用で
きることはいうまでもない。この場合にも、マグネット
取付はプレートは下部壁と一体に形成しても、或は下部
壁を別部品として形成してもよい。

また、上記具体例ではマグネット取付はプレート４０の
各取付は部４２．４３の両端の基準面突出部の幅を異な
らせたが、上述したように同じ幅に形成してもよい。勿
論、マグネット取付はプレートの形状、寸法、マグネッ
ト取付は部の数、取付けるマグネットの数等は必要に応
じて適宜変更されるものである。

光」【Φ」於果 上述のように、本発明によれば、従来のプレス機及び着
磁機にて十分に製造できる同じ寸法の多数個のマグネッ
トを直線状に配置したマグネット配列をリニアモータの
固定部の直線状マグネットとして使用するものであるか
ら、必要とするストローク及び推力に応じてマグネット
配列の数、マグネット配列の長さ、マグネットの寸法を
容易に変えることができ、また、往復動するコイルの長
さも必要に応じて容易に変えることができる。その上、
同一寸法の多数個のマグネットを使用するものであるか
ら、マグネットの製造単価を大巾に下げることができ、
従って、所要のストローク及び推力のリニアモータを簡
単かつ安価に製造できることは勿論、長ストローク、大
推力のリニアモータも簡単かつ安価に製造できる。さら
に、マグネット配列間に一定の位相差を持たせた場合に
は、マグネットからのフラックスの鎖交面積を大きくす
ることができるので全ストロークにわたって推力変動が
発生せず、たとえ組立上の誤差があってもこれによる推
力変動を抑えることができる等の顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明によるリニアモータの第１の
実施例を示す概略横断面図及び平面図、第３図は本発明
によるリニアモータの第２の実施例を示す概略横断面図
、第４図は本発明を精密位置決め装置のリニアモータに
適用した第３の実施例を示す概略縦断面図、第５図（ａ
）、（ｂ）及び（ｃ）は本発明によるリニアモータに使
用された磁気回路を形成する磁性体よりなる枠体の一具
体例を示す正面図、右側面図及び下面図、第６図（ａ）
及び（ｂ）は第５図の枠体に取付けられるマグネット取
付はプレートの一具体例を示す平面図及び正面図、第７
図は本発明によるリニアモータに使用された磁気回路を
形成する磁性体よりなる枠体の変形例を示す一部分の正
面図、第８図はリニアモータを使用した従来の精密位置
決め装置の一例を示す概略縦断面図、第９図は従来のリ
ニアモータの他の例を示す概略横断面図である。 １：固定部 ２．２５：コイル ８．２４；センターボール（センターヨーク）２２：マ
グネット配列 ２２ａ：マグネット 第 図 第２図 第３図 第６図（ａ） 第６図（ｂ） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）磁気回路を形成する磁性体上に直線状に配置された
   固定のマグネットを備えた固定部と、該固定部に対して
   前記マグネットに沿って往復動自在に取付けられたコイ
   ルとを具備するリニアモータにおいて、前記固定部の前
   記マグネットを、一定の寸法の複数のマグネットを一定
   の間隔を置いて一定の周期でかつ同極で直線状に配置し
   たマグネット配列としたことを特徴とするリニアモータ
   。