JPH07177722A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成部材の組立作業が容易であり、小型化、
薄型化が可能であるリニアモータを提供する。 【構成】 対向するヨークを有しこのヨークの少なくと
も一方に固着されかつ表面に交互に異極が現れるような
磁気空隙を形成する永久磁石を設けてなる磁気回路を保
持する保持部材と、偏平状に形成した多相コイルを備え
この多相コイルが前記磁気空隙内に存在するようにかつ
前記永久磁石の配設方向に移動可能に設けた可動子とか
らなるリニアモータにおいて、保持部材の端縁部に可動
子の移動方向に沿って案内レールを設け、可動子の端縁
部に設けた複数のローラ対を前記案内レールと係合さ
せ、可動子を多相コイルおよびローラ対と共に熱可塑性
樹脂材料によって一体成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石の表面に形成
された磁気空隙内を多相コイルが直線運動する形式のリ
ニアモータに関するものであり、特に多相コイルを備え
た可動子の組立作業が容易であると共に、全体の厚さ寸
法の小なる超薄型のリニアモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来磁気ディスク等のヘッド駆動装置を
はじめとして、Ｘ−Ｙプロッタ、直線方向の駆動装置と
しては、比較的軽量でありかつ安価に製作し得るため、
リニアモータが多用されている。

【０００３】図１１は従来のリニアモータの例を示す要
部断面正面図である。図１１において、１はヨークであ
り、鉄鋼材料のような強磁性材料により例えば平板状に
形成し、連結ヨーク２を介して対向して設ける。３は永
久磁石であり、厚さ方向に着磁し、表面にＮ，Ｓ磁極が
交互に現れるように、例えば下側のヨーク１の内面に複
数個固着する。

【０００４】次に４は可動子であり、永久磁石３によっ
て形成される磁気空隙内に存在するようにコイル５を固
着し、永久磁石３の配設方向に移動可能に形成する。上
記の構成により、コイル５に正逆方向の通電を行なえ
ば、フレミングの左手の法則に従ってコイル５に左右方
向の推力が作用するから、可動子４を左右方向に直線運
動させることができる。従って可動子４に設けた機能部
材（図示せず）を直線運動させ、所定の作業を遂行する
ことができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなリニアモ
ータは、前記のような磁気ヘッド等のヘッド駆動装置の
他に、ＣＤ−ＲＯＭ用、マイクロロボット用（組立用、
搬送用）として使用されるが、この種のものには当然に
小型化、薄型化が要求される。しかしながら、従来のも
のは図１１に示すように、可動子４は、可動部材６の下
面にコイル５を固着する構成のものであるため、厚さ寸
法を大幅に低減させることが困難であり、リニアモータ
全体の薄型化が実現できないという問題点がある。

【０００６】またコイル５を可動部材６に固着する手段
として例えば接着剤を使用する場合には、作業が煩雑で
あるため、組立に多大の時間と工数を要するため、製作
コストが増大するという問題点がある。

【０００７】一方可動子４を永久磁石３の配設方向に沿
って移動させる手段として、摩擦抵抗を最小限とするた
めに、ローラ対を使用することが多用されている（例え
ば特開昭６１−４６１６３号、特公平４−４４５０６号
公報参照）。この場合、ローラ対は複数対が必要である
ことと、これらのローラ対が微小なものであるため、取
付作業が煩雑化し、前記と同様に製作コストの増大を招
来するという問題点がある。

【０００８】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、構成部材の組立作業が容易であると共に、小型
化および薄型化が可能であ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】上記目的を達成するため
に、本発明においては、対向するヨークを有しこのヨー
クの少なくとも一方に固着されかつ表面に交互に異極が
現れるような磁気空隙を形成する永久磁石を設けてなる
磁気回路を保持する保持部材と、偏平状に形成した多相
コイルを備えこの多相コイルが前記磁気空隙内に存在す
るようにかつ前記永久磁石の配設方向に移動可能に設け
た可動子とからなるリニアモータにおいて、保持部材の
端縁部に可動子の移動方向に沿って案内レールを設け、
可動子の端縁部に設けた複数のローラ対を前記案内レー
ルと係合させ、可動子を多相コイルおよびローラ対と共
に熱可塑性樹脂材料によって一体成形する、という技術
的手段を採用した。

【００１０】本発明において、構成部材としての永久磁
石はその厚さ寸法が制限されるため動作点が高くとれな
いので、保磁力の大なる希土類系のものを使用すること
が好ましい。更に近年のものにおいては一層の薄型化お
よび高性能化が要求されるため、磁気空隙内に高い磁束
密度を確保する点で、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系（Ｒ：Ｙ，Ｎｄ等
の希土類元素の１種以上）の永久磁石を使用することが
より好ましい。

【００１１】次に本発明における熱可塑性樹脂材料とし
ては、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブ
チレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の
公知の樹脂（好ましくは耐熱性を有する樹脂）を使用す
ることができる。

【００１２】上記の樹脂の内では、縦弾性率（測定法：
ＡＳＴＭ Ｄ−６３８）が１０×１０⁴ kg／cm² 以上
（好ましくは１３×１０⁴ kg／cm² 以上）のものが好ま
しい。特に熱可塑性樹脂として液晶ポリマー（溶融状態
で液晶性を示す）の一種である液晶性ポリエステル樹脂
（主鎖中に剛直鎖を有するポリエステル）を使用すると
好ましい。

【００１３】液晶性ポリエステル樹脂には、（ａ）パラ
ヒドロキシ安息酸とポリエチレンテレフタレートとの共
重合体、（ｂ）ポリ−ｐ−ヒドロキシベンゾエートと芳
香族ジカルボン酸、芳香族ジオールの共重合体、（ｃ）
ポリ−ｐ−ヒドロキシベンゾエートとナフトエ酸との共
重合体、等の種々の基本組成を有するものがあるが、強
度および弾性率の点で全芳香族のもの（ｂ）、（ｃ）が
好ましく、（ｃ）のものがより好ましい。特に（ｃ）の
全芳香族系ポリエステル樹脂は、成形時に剛直な分子鎖
が流動方向に配向するため、その方向の縦弾性率が大と
なる他に、振動吸収特性が良く、線膨脹率が小さい（金
属材料に近い）という利点がある。

【００１４】液晶ポリマーでは完全溶融温度より低い液
晶状態温度で成形を行なうと、流動性が高く成形が容易
となる。特に縦弾性率（引張弾性率）が１６×１０⁴ kg
／cm ² 以上の液晶ポリマーを使用するとよい。このよう
な液晶ポリマーの具体例としては、全芳香族のサーモト
ロピック液晶性ポリエステルであるベクトラＡ１３０
（１８×１０⁴ ）（単位はkg／cm² 、以下同じ）、Ｃ１
３０（１６×１０⁴ ）、Ａ２３０（３０×１０⁴ ）、Ｂ
２３０（３８×１０⁴ ）、Ａ４１０（２１×１０ ⁴ ）、
Ａ４２２（１８×１０⁴ ）、Ｃ４００（１７×１
０⁴ ）、Ａ５４０（１６×１０⁴ ）（以上セラニーズ
社）、ＸＹＤＡＲ ＲＣ−２１０（１6.２×１０⁴）、
Ｇ−４３Ｃ（１6.１×１０⁴ ）（以上ダートコ社）など
が挙げられる。

【００１５】因みに縦弾性率は、鋼：２２０×１０⁴ 、
アルミニウム：６８×１０⁴ 、メタアクリル樹脂：4.２
×１０⁴ 、ポリスチレン樹脂：3.２〜3.６×１０⁴ 、ポ
リフェニレンサルファイド樹脂：１０×１０⁴ （何れも
単位はkg／cm² ）であるから、一般の熱可塑性樹脂を使
用するよりも大なる剛性を得ることができる。またこの
液晶ポリマーとしては、機械的強度や耐熱性などを向上
させるために、ガラス繊維や炭素繊維などのフィラーを
添加したものを使用することができる。添加量は１０〜
５０重量％が望ましく、より好ましくは２０〜４０重量
％である。

【００１６】また本発明においては、上記の熱可塑性樹
脂として曲げ弾性率（測定法：ＡＳＴＭ Ｄ−７９２）
が１３×１０⁴ kg／cm² 以上のものも有効に使用でき
る。このような樹脂としては、例えば前述のベクトラＡ
１３０（１５×１０⁴ ）（単位はkg／cm² 、以下同
じ）、Ｃ１３０（１４×１０⁴ ）、Ａ２３０（２９×１
０⁴）、Ｂ２３０（３６×１０⁴ ）、Ａ４１０（１８×
１０⁴ ）、Ａ４２２（１７×１０⁴ ）、Ａ５４０（１４
×１０⁴ ）、ＸＹＤＡＲ ＲＣ−２１０（１3.６×１０
⁴ ）、Ｇ−４３Ｃ（１4.９×１０⁴ ）の他、ライトンＲ
−４（１４×１０⁴ ）（フィリプス石油）、ＤＩＣ・Ｐ
ＰＳ ＦＺ・１１４０（１４×１０⁴ ）、ＡＳＡＨＩ・
ＰＰＳ ＲＧ−４０ＪＡ（１4.４×１０⁴ ）（旭硝
子）、フォートロン１１４０Ａ１（１３×１０⁴ ）（ポ
リプラスチックス）、ＧＳ−４０（１５×１０⁴ ）、Ｇ
−１０（２０×１０⁴ ）、Ｇ−６（１８×１０⁴ ）、Ｇ
−４Ｆ（１４×１０⁴ ）、ＦＣ−５（１６×１０⁴ ）
（以上東ソー・サススティール）等のポリフェニレンサ
ルファイドなどが挙げられる。

【００１７】

【作用】上記の構成により、構成部材の点数を減少する
ことができると共に、可動子が一体成形されることによ
り、小型化および薄型化が可能となると共に、組立作業
が容易になり、製作コストの低減が可能となる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部平面図、図
２および図３は各々図１におけるＡ−Ａ線断面図および
Ｂ−Ｂ線断面図、図４は図３における要部Ｃ−Ｃ線断面
図である。図１ないし図４において、１１は保持部材で
あり、非磁性の金属材料若しくは樹脂材料により箱型に
形成し、例えば鉄鋼材料のような強磁性材料により帯板
状に形成した上ヨーク１２および下ヨーク１３を対向し
て平行に２対を設ける。なお上ヨーク１２と下ヨーク１
３とは、両端部において接続ヨーク１４を介して磁気的
に接続する。

【００１９】次に１５は永久磁石であり、例えばＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石材料によって矩形板若しくは正方形板状
に形成し、厚さ方向に着磁し、表面にＮ，Ｓ磁極が交互
に現れるように下ヨーク１３の内面に固着する。これら
の永久磁石１５、上ヨーク１２、下ヨーク１３および接
続ヨーク１４により、閉磁気回路を構成し、永久磁石１
５の表面に磁気空隙を形成する。

【００２０】１６は可動子であり、後述するように形成
した多相コイル１７を内蔵し、かつこの多相コイル１７
が前記磁気空隙内に存在するように、また前記永久磁石
１５の配設方向に移動可能に設ける。１８は案内レール
であり、横断面を円形状に形成し、保持部材１１の端縁
部に可動子１６の移動方向に沿って平行に２条設ける。
１９は止め金、２０は止めねじであり、前記案内レール
１８を保持部材１１に固定するためのものである。次に
２１はローラ対であり、可動子１６の端縁部に複数対設
けて案内レール１８と係合させる。

【００２１】上記の構成により、多相コイル１７に正逆
方向の通電をすることにより、フレミングの左手の法則
に従って磁気空隙に存在する多相コイル１７に、図３に
おいて紙面と直交する方向の推力が作用するから、可動
子１６を図１において上下方向、図３において紙面と直
交する方向に直線運動させることができる。従って可動
子１６に設けた機能部材（図示せず）を直線運動させ、
所定の作業を遂行させ得る。

【００２２】図５は図１における可動子１６を示す要部
平面図、図６ないし図８は夫々図５におけるＤ−Ｄ線断
面図、Ｅ−Ｅ線断面図およびＦ−Ｆ線断面図、図９およ
び図１０は各々図３における多相コイル１７を示す要部
平面図および正面図であり、同一部分は前記図１および
図３と同一の参照符号にて示す。

【００２３】まず図５ないし図８において、図５におけ
る左上のローラ対２１は可動子１６の端縁に板ばね２２
を介して固着される。次に図５における左下のローラ対
２１は、一方が可動子１６の端縁に直接に、他方が板ば
ね２３を介して可動子１６の端縁下部に案内レール１８
の斜め下方に当接するように固着される。更に図５にお
ける右方のローラ対２１は、可動子１６の端縁に直接
に、かつ一方が案内レール１８の上方に、他方が案内レ
ール１８の斜め下方に当接するように固着される。

【００２４】次に図９および図１０において、多相コイ
ル１７は、偏平の略楕円形状に形成されたコイル１７
ａ，１７ｂ，１７ｃを夫々コイル幅だけずらせて重ね合
わせて形成される。従って多相コイル１７の中央部の厚
さはコイル１７ａ，１７ｂ，１７ｃのみの厚さである。
なおコイル１７ａ，１７ｃの端部は各々上下に折り曲げ
て形成する。

【００２５】次に可動子１６を製作する手段の例につい
て説明する。まず図９および図１０に示すようにコイル
１７ａ，１７ｂ，１７ｃを、素線を相互に絶縁状態で所
定巻数巻回して成形した後、コイル１７ａ，１７ｃの左
右端部を折り曲げ、相互間を接着して多相コイル１７を
形成する。この多相コイル１７および図５ないし図８に
示すローラ対２１を、所定の成形用キャビティを有する
成形用金型内の所定位置にインサートした後、成形用金
型を閉鎖し、例えばガラス繊維入りのポリフェニレンサ
ルファイド樹脂の加熱溶融物を前記成形用キャビティ内
に射出充填すれば、図５に示すような可動子１６を成形
することができる。

【００２６】上記のようにして成形した可動子１６を、
前記図１および図３に示すようにローラ対２１および案
内レール１８の係合により保持部材１１内に組付け、上
ヨーク１２を固着すればリニアモータが構成される。な
お図３において２４は磁気スケールであり、保持部材１
１内における下ヨーク１３，１３間に平行に設けられ、
可動子１６の下面に設けられたセンサ２５とによってエ
ンコーダを構成し、可動子１６の位置決め手段を形成す
る。また可動子１６には、永久磁石１５の表面の磁極を
検出するためのホール素子（図示せず）を設ける。

【００２７】本実施例においては、上ヨーク１２と下ヨ
ーク１３とを対向させて設け、下ヨーク１３の上面に永
久磁石１５を固着した例について記述したが、上ヨーク
１２の下面に永久磁石１５を設けてもよく、また上ヨー
ク１２、下ヨーク１３の両者に永久磁石１５を設けた構
成としてもよい。また可動子１６に設けるべきローラ対
２１は、例えば図１における右方のものを１対としても
よい。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、可動子を構成する部材を一体成形するこ
とにより、構成部材の組立作業が極めて容易になると共
に、生産性を大幅に向上させ得る結果、製作コストの大
幅な低減が可能となる。更に可動子の一体化により、可
動子は勿論のこと、リニアモータ全体の小型化、薄型化
が実現でき、例えば厚さ寸法が１０mm以下のような超薄
型のリニアモータが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図３における要部Ｃ−Ｃ線断面図である。

【図５】図１における可動子１６を示す要部平面図であ
る。

【図６】図５におけるＤ−Ｄ線断面図である。

【図７】図５におけるＥ−Ｅ線断面図である。

【図８】図５におけるＦ−Ｆ線断面図である。

【図９】図３における多相コイル１７を示す要部平面図
である。

【図１０】図３における多相コイル１７を示す要部平面
図である。

【図１１】従来のリニアモータの例を示す要部断面正面
図である。

【符号の説明】

１１ 保持部材 １２ 上ヨーク １３ 下ヨーク １５ 永久磁石 １６ 可動子 １７ 多相コイル ２１ ローラ対

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向するヨークを有しこのヨークの少な
   くとも一方に固着されかつ表面に交互に異極が現れるよ
   うな磁気空隙を形成する永久磁石を設けてなる磁気回路
   を保持する保持部材と、偏平状に形成した多相コイルを
   備えこの多相コイルが前記磁気空隙内に存在するように
   かつ前記永久磁石の配設方向に移動可能に設けた可動子
   とからなるリニアモータにおいて、 保持部材の端縁部に可動子の移動方向に沿って案内レー
   ルを設け、可動子の端縁部に設けた複数のローラ対を前
   記案内レールと係合させ、可動子を多相コイルおよびロ
   ーラ対と共に熱可塑性樹脂材料によって一体成形したこ
   とを特徴とするリニアモータ。