JPH07163121A

JPH07163121A - リニアモータ

Info

Publication number: JPH07163121A
Application number: JP5340608A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Saito; 尚一斉藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】リニアモータにおける直線駆動力の伝達系を
非接触の構造とする。【構成】伸縮部材８１は制御電流の入力により伸縮す
る。伸縮部材８１に電磁石８２，８３を設け、コイル８
２ｂ，８３ｂへの制御電流の入力で移動部材８４を磁気
吸引し、移動部材８４を直線駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は組立ロボット，ＸＹステ
ージ，ＣＤや光磁気記録用ディスクのピックアップある
いはＣＤやカセットレコーダのローデング等の駆動源と
して使用されるリニアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した機器に使用される従来のリニア
モータとしては、特開平２−２２８２６４号公報および
特開昭６３−２４０３６２号公報に記載されている。図
８ないし図１０は特開平２−２２８２６４号公報に記載
されたリニアモータを示す。なお、一般にリニアモータ
では、駆動力として使用する磁歪素子は磁場をＯＮ，Ｏ
ＦＦあるいはＮ極，Ｓ極を反転することにより、伸長，
収縮し、伝達力として使用する磁歪素子は素子の両端に
電圧を印加して、ＯＮ，ＯＦＦあるいは＋，−を反転さ
せることにより伸長，収縮することが以前から知られて
いる。

【０００３】図８ないし図１０において、伸縮すること
により駆動力として使用する磁歪素子１００の端部に結
合具１１０が取り付けられ、この結合具に、第１クラン
プ１２０が取り付けられている。この第１クランプ１２
０にはクランプシュー１３０と圧電素子１４０が設置さ
れており、圧電素子１４０の伸長でクランプシュー１３
０が開脚して移動子１５０に圧接する。これにより、磁
歪素子１００の伸長あるいは伸縮を移動子１５０に伝達
している。一方、この伝達後、磁歪素子１００および第
１のクランプ１２０を元に戻す時は第２のクランプ１６
０を使用する。この第２のクランプ１６０にもクランプ
シュー１３０と圧電素子１４０が設置されており、圧電
素子１４０の伸縮でクランプシュー１３０が開脚して、
移動子１５０に圧接する。これにより、第１のクランプ
１２０と移動子１５０が一緒に動作しないように規制し
て磁歪素子１００の伸縮による駆動力を移動子１５０に
伝達している。

【０００４】図１１は特開昭６３−２４０３６２号公報
に記載されたリニアモータを示す。フレーム２００に第
１の磁心２１０，２２０が取り付けられている。この第
１の磁心２１０，２２０の端部にはフランジ２３０，２
４０が設けられ、このフランジ２３０，２４０の上端部
に磁極歯２５０が櫛歯状に形成されている。そして、こ
の磁極歯２５０と対向するように第２の磁心２６０に櫛
歯状の磁極歯２７０が形成されている。またフランジ２
３０，２４０とヨーク２８０との間には永久磁石２９０
が配置されている。

【０００５】上記構成では、第１の磁心２１０，２２０
に巻かれたコイル３００に制御電流を入力することによ
り、磁極歯２５０、フランジ２３０，２４０を介して永
久磁石２９０により磁化された磁極歯２７０との間に発
生する吸引と反発の磁力により第２の磁心２６０がリニ
ア駆動される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図８ないし図１０に示
すリニアモータにおいて、圧電素子あるいは磁歪素子の
伸縮で移動子が駆動されるが、この移動子に対してはク
ランプなどの機械的接触で駆動力を伝達する必要があ
る。ところが機械的接触では、圧電素子や磁歪素子が保
有する高い駆動力を移動子に伝達する効率が悪い。また
大きな負荷が作用した場合には機械的接触部分がスリッ
プして磨耗し、寿命が短くなると共に、磨耗粉が発生し
て、リニアモータ周囲のクリーン度が低下する問題があ
る。

【０００７】一方、図１１に示すリニアモータはコイル
と磁石とにより駆動力を得ており、第２の磁心の移動距
離の全域を櫛形に加工する必要がある。このため加工が
面倒となっている。また微小移動を可能とするために
は、第１および第２の磁心の磁極歯を高精度に加工しな
ければならないと共に、複雑な制御も必要となる。

【０００８】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であり、駆動力伝達部位を機械的接触構造とすることな
く、加工も容易で、微小制御が可能であると共に、大き
な移動量を得ることができるリニアモータを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、フ
レームに直線移動可能に支持された移動部材と、前記フ
レームに取り付けられ制御電流の入力により伸縮作動す
る伸縮部材と、前記移動部材とギャップを有して対向す
るように伸縮部材の自由端に取り付けられ制御電流の入
力により移動部材を移動させるための磁力を発生させる
電磁石とを備えていることを特徴とする。

【００１０】図１および図２は上記構成を示し、フレー
ム８０に伸縮部材８１が取り付けられている。伸縮部材
は２つの自由端を有し、各自由端に電磁石８２，８３が
取り付けられている。各電磁石８２，８３は伸縮部材８
１の自由端に取り付けられるコア８２ａ，８３ａと、こ
のコア８２ａ，８３ａに巻回されたコイル８２ｂ，８３
ｂとを備えている。この電磁石８２，８３とギャップを
有して対向するように移動部材８４が設けられている。
この移動部材８４は摩擦係数の小さな摺動部材（図示省
略）を介してフレーム８０に直線移動可能に支持されて
いる。

【００１１】伸縮部材８１は制御電流Ａの入力により伸
縮し、これにより電磁石８２，８３が一体となって移動
する。電磁石８２，８３はそのコイル８２ｂ，８３ｂに
制御電流Ｂを入力することによりコア８２ａ，８３ａが
ギャップを有した状態で移動部材８４を磁気吸引する。
この吸引力と伸縮部材８１の自由端の作動により移動部
材が移動する。このため機械的接触構造を介することな
く伸縮部材８１の駆動力を移動部材８４に伝達すること
ができる。

【００１２】図１は伸縮部材８１が伸長する作動を示
し、制御電流Ａ１を入力することにより伸縮部材８１が
伸長し、２つの自由端と電磁石はｘ１とｙ１方向に作動
する。このとき、一方の自由端へ固定された電磁石８３
に対して制御電流Ｂが制御電流Ａ１とほぼ同タイミング
で入力されて移動部材８４を吸引し、この状態でｘ１方
向へ作動するため、移動部材８４がＸ方向へ駆動される
（以後、これをＸ１動作と記する）。他方の自由端へ固
定された電磁石８２には制御電力Ｂを入力せず、これに
より移動部材８４を吸引せず、他方の自由端と電磁石８
２だけがｙ１方向へ作動する（以後これをＹ１動作と記
する）。

【００１３】図２は伸縮部材８１が収縮する作動を示
し、制御電流Ａ２を入力することにより伸縮部材が収縮
し、２つの自由端と電磁石は図１と反対の方向（ｙ２と
ｘ２）に作動する。このとき、他方の自由端へ固定され
た電磁石８２に対し制御電流Ｂが制御電流Ａ２とほぼ同
タイミングで入力され、これにより移動部材を吸引す
る。この状態でｘ２方向へ作動するため移動部材８４が
Ｘ方向へ駆動される（以後、これをＸ２動作と記す
る）。一方の自由端へ固定された電磁石８３には制御電
流Ｂを入力せず、これにより移動部材が吸引されない状
態で自由端と電磁石８３だけがｙ２方向へ動作する（以
後これをＹ２動作と記する）。

【００１４】移動部材８４をＸ方向へ連続駆動させる場
合は、制御電流Ａと制御電流Ｂを上述した順に繰り返し
入力することで、Ｘ１＋Ｙ１の作動、Ｘ２＋Ｙ２の作動
が順に繰り返され、これにより連続駆動される。なお、
反対のＹ方向へ駆動する場合は、制御電流Ａが伸縮部材
８１の自由端をｙ１，ｙ２動作させるタイミングとほぼ
同タイミングで制御電流Ｂを入力し、電磁石で移動部材
８４を吸引することにより可能である。また、上記構成
を複数設けることにより、伸縮部材の数が多くなり、こ
の数に比例して駆動力が大きくなる。さらに上記構成を
３の倍数設け、３相の制御電流を入力することもでき、
これにより、滑らかな駆動力を得ることができる。

【００１５】

【実施例１】図３ないし図５は本発明の実施例１を示
し、図３においては移動部材を省いてある。本実施例は
伸縮部材として磁歪素子２を使用するものであり、この
磁歪素子２を取り付けるためのボス１ａ，１ｂがフレー
ム１に形成されている。磁歪素子２はその嵌合孔２ａ，
２ｂがこのボス１ａ，１ｂに嵌合し、ビス３，４および
座金５，６によりフレーム１に固定される。この磁歪素
子２の自由端２ｃ，２ｄには嵌合孔７ａ，８ａが嵌合す
ることによりボビン７，８が取り付けられ、このボビン
７，８を介して電磁石１７，１８が磁歪素子２の自由端
２ｃ，２ｄに取り付けられている。各電磁石１７，１８
はビス止め部９ａ，１０ｂがボビン７，８の嵌合部７
ｃ，８ｄに嵌合しビス１１，１２，１３，１４により磁
歪素子２に取り付けられたコア９，１０と、コア９，１
０に取り付けられたボビン２２，２３と、このボビン２
２，２３に巻回されたコイル２０，２１とを備え、コイ
ル２０，２１に磁界発生用の制御電流Ｂが入力される。
また磁歪素子２側のボビン７，８にはコイル１５，１６
が巻回されている。このコイル１５，１６には磁歪素子
２を伸縮させるための磁界を発生させる制御電流Ａが入
力される。

【００１６】移動部材１９は電磁石１７，１８と所定の
ギャップｇを有するようにフレーム１に支持される。こ
の移動部材１９はフレーム１に取り付けられたホルダー
３２に直線移動可能に支持されている。２４，２５，２
６，２７は移動部材１９を摺動自在に支持する摩擦係数
の小さな摺動部材、２８，２９，３０，３１はガイド用
摺動部材であり、これらの摺動部材２４，２５，２６，
２７，２８，２９，３０，３１はホルダー３２に保持さ
れている。ホルダー３２は突起３２ａ，３２ｂ，３２
ｃ，３２ｄにフレーム１の突起１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ
が嵌め込まれることによりフレーム１に固定されてい
る。

【００１７】以下、図１および図２で図示した制御電流
および方向の符号を合わせて本実施例の作用を説明す
る。制御電流Ａ１を磁歪素子２側のコイル１５，１６に
入力して磁歪素子２を伸長させ、自由端２ｃ，２ｄと電
磁石１７，１８を一体的にｘ，ｙ方向へ動作させる。ま
た、制御電流Ｂを電磁石１７のコイル２０へ入力するこ
とでコア９に磁力を発生させ、このコア９の磁力により
移動部材１９を吸引する。この吸引力により自由端２ｃ
のｘ１方向の動作が移動部材１９に伝達され、移動部材
１９がＸ方向へ駆動される。このとき、自由端２ｄと電
磁石１８はｙ１方向へ動作するが、電磁石１８には制御
電流Ｂが入力されておらず、移動部材を吸引しないた
め、Ｘ方向の駆動に影響を与えずに駆動力伝達の準備状
態となる。

【００１８】次に、制御電流Ａ１と逆の制御電流Ａ２を
コイル１５，１６に入力して磁歪素子２を収縮させ、自
由端２ｃ，２ｄと電磁石１７，１８を一体的にｙ２，ｘ
２方向へ動作させる。また、制御電流Ｂを電磁石１８の
コイル２１へ入力することでコア１０に磁力を発生さ
せ、このコア１０の磁力により移動部材１９を吸引す
る。この吸引力により自由端２ｄのｘ２方向の動作が移
動部材１９に伝達され、移動部材１９がＸ方向へ駆動さ
れる。このとき自由端２ｃと電磁石１７はｙ２方向へ動
作するが、電磁石１７には制御電流Ｂが入力されておら
ず、移動部材を吸引しないためＸ方向の駆動に影響を与
えずに、駆動力伝達の準備状態となる。以上の作動にお
いて、移動部材１９は摩擦係数の小さい摺動部材２４，
２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１で支持さ
れ、コア９，１０との間にギャップｇを有して吸引され
る磁力により直線移動する。このため機械的接触を必要
とせずに駆動力が伝達されて直進する。

【００１９】

【実施例２】図６は本発明の実施例２を示し、フレーム
１には伸縮部材としての電歪部材５０を固定するため、
実施例１と同じくボス１ａ，１ｂ（１ｂは図示省略）が
２ヶ所に設けられている。電歪部材５０はこのボス１ａ
に嵌合する嵌合孔５０ａ，５０ｂ（５０ｂは図示省略）
が２ヶ所に設けられ、ビス４と座金６によりフレーム１
に固定される。この電歪部材５０は電歪部５０ｃ，５０
ｄと、制御電流Ａの入力用端子５０ｅ，５０ｆ，５０
ｇ，５０ｈと、フレームへの固定部５０ｉと、コア固定
部５０ｊ，５０ｋとで構成される。電磁石１７，１８の
コア９，１０はビス１１，１３と座金５１，５２により
コア固定部５０ｊ，５０ｋに固定されている。その他の
構成は実施例１における磁歪素子２、ボビン７，８およ
びコイル１５，１６を電歪部材５０に置き換えれば良い
ので、説明を省略する。

【００２０】実施例１において制御電流Ａをコイル１
５，１６に入力するが、この実施例２では入力端子５０
ｅ，５０ｆ間および５０ｇ，５０ｈ間に入力し、電歪部
５０ｃ，５０ｄのそれぞれに電圧を印加して、電歪部５
０ｃ，５０ｄを伸縮させ、電磁石１７，１８をｘ，ｙ方
向に動作させるものであり、その他の動作は実施例１と
同様である。

【００２１】

【実施例２】図７は本発明の実施例３を示し、フレーム
１には伸縮部材としての磁歪部材６０を固定するための
ボス１ａと同様に磁歪部材６１を固定するためのボス１
ｃがそれぞれ２ヶ所に設けられている。磁歪部材６０，
６１にはこのボス１ａ，１ｃに嵌合する嵌合孔６０ａ，
６１ａがそれぞれ２ヶ所に設けられ、ビス４，６２と座
金６，６３によりフレーム１に固定されている。電磁石
１８は電磁石１７と同一の向きとなるように磁歪部材６
１に取り付けられている。また磁歪部材６１のコイル１
６は磁歪素子６０のコイル１５と逆相となるように結線
されている。その他の構成は実施例１と同様である。

【００２２】実施例１において制御電流Ａを同相でコイ
ル１５，１６に入力することにより磁歪素子２の自由端
２ｃ，２ｄがｘ，ｙ方向に動作するが、この実施例３で
は制御電流Ａ１がコイル１５に入力されることにより磁
歪素子６０が伸長して、その自由端６０ｃがｘ方向に動
作する。これと同時にコイル１６にも制御電流Ａ１が入
力されるが、コイル１５とは逆相なので、磁歪素子６１
は収縮し、その自由端６１ｄがｙ方向へ動作する。その
他の動作は実施例１と同様である。

【００２３】

【発明の効果】以上のような本発明は、移動部材への駆
動力伝達部に機械的な接触部を必要としないので長寿命
が必要な産業用ロボットへ適用できると共に、磨耗粉が
発生しないのでクリーンルームへの適用や光磁気記録ド
ライブへの適用が可能となる。また磁石と移動側の櫛型
部を必要としないので簡単に製作でき、しかも移動部材
に櫛型部を必要とせず、板あるいは帯状の磁性材利用で
よく、これにより移動量を大きくすることができると共
に、伸縮部材の伸縮量を制御することにより、微小駆動
も可能となる。さらに、伸縮部材と電磁石を別々に制御
することにより微小負荷制御と微小駆動とを安定して行
うことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を説明する正面図。

【図２】本発明の基本構成を説明する正面図。

【図３】本発明の実施例１の平面図。

【図４】図３のＦ−Ｆ線断面図。

【図５】図３の側面図。

【図６】本発明の実施例２の断面図。

【図７】本発明の実施例３の断面図。

【図８】従来例の正面図。

【図９】図８の平面図。

【図１０】図８の側面図。

【図１１】別の従来例の断面図。

【符号の説明】

８０フレーム８１伸縮部材８２，８３電磁石８４移動部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレームに直線移動可能に支持された移
動部材と、前記フレームに取り付けられ制御電流の入力
により伸縮作動する伸縮部材と、前記移動部材とギャッ
プを有して対向するように伸縮部材の自由端に取り付け
られ制御電流の入力により移動部材を移動させるための
磁力を発生させる電磁石とを備えていることを特徴とす
るリニアモータ。