JPH10323008A

JPH10323008A - シャフト型リニアモータ

Info

Publication number: JPH10323008A
Application number: JP12372497A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Nanba; 克宏難波; Toshio Kitaoka; 利夫北岡
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】界磁マグネットを有する棒状の固定子と、固
定子に外嵌する電機子コイルを有し、固定子に沿って往
復移動可能な可動子とを備えるシャフト型リニアモータ
であって、界磁マグネットにより形成される磁界を効率
的に電機子コイルに作用させることができるとともにコ
ギングを抑制することができ、さらに固定子にゴミ等が
付着するのを防止することができるとともに外部への及
び外部からの磁気の影響を抑制することができるリニア
モータを提供する。【解決手段】界磁マグネット１１を有する棒状の固定
子１と、固定子に外嵌する電機子コイル２３を有する可
動子２とを、強磁性体からなるほぼ円筒状のヨーク３１
の内側中心部に配置する。ヨーク３１には、ヨーク外の
被駆動体を可動子２に取り付けるための取付け部材５や
その支持部材２２１をヨーク外へ突出させる窓３１１を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一定方向に延びる界磁
マグネットを有するシャフト状の固定子と、界磁マグネ
ットに外嵌する電機子コイルを有し、固定子に沿って往
復動する可動子とを備えたシャフト型リニアモータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】リニアモータは、複写機、プリンタ、イ
メージスキャナ等のＯＡ機器、Ｘ−Ｙテーブル、物品搬
送装置等のＦＡ機器、カメラ等の光学機器などの広い分
野において、物品を直線的に移動させることに利用され
ている。リニアモータの一例の概略側面図を図１３に示
す。このリニアモータは、直線状に、Ｎ極とＳ極の磁極
を交互に配列したシャフト状の界磁マグネット９１１
と、界磁マグネット９１１に外嵌する電機子コイル９２
１を有するものであり、電機子コイル９２１は中空円筒
状の強磁性体からなるヨーク９２２の内周側に支持され
ている。ヨーク９２２の開口している両端部には界磁マ
グネット９２１に嵌合する滑り軸受け９２３が設けられ
ており、電機子コイル９２１やヨーク９２２は界磁マグ
ネット９１１に沿って滑らかに移動することができる。
このリニアモータは、界磁マグネット９１１を固定子９
１とし、コイル９２１やヨーク９２２を固定子９１に沿
って往復動させる可動子９２とするものであり、電機子
コイル９２１に通電すると、界磁マグネット９１１の形
成する磁界との相互作用によって、可動子９２は推力を
発生して固定子９１に沿って移動する。強磁性体からな
るヨーク９２２が設けられていることよって、ヨーク９
２２が対向する部分にある界磁マグネット９１１により
形成される磁界は、ヨーク９２２を通る磁気ループを形
成するため、ヨーク９２２の内側の電機子コイル９２１
に作用する磁界の強さは、ヨークがない場合に比べて大
きくなり、リニアモータはより大きな推力を発生するこ
とができる。すなわち、ヨーク９２２によって、界磁マ
グネット９１１により形成される磁界を効率的にコイル
９２１に作用させることができる。

【０００３】このように、所定方向に延びる界磁マグネ
ットを有するシャフト状の固定子と、該界磁マグネット
に外嵌する電機子コイルを有する可動子とを備えたタイ
プのリニアモータは、シャフト状の固定子をそのまま可
動子の案内部材として利用でき、それだけ構造が簡単に
できる等の理由で前述のような各種機器において採用さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示すリニアモータにおいては、可動子９２が固定子９
１に対し相対的に移動するとき、可動子９２のヨーク９
２２の端部に作用する界磁マグネット９１１からの磁気
的吸引力の変動によって負荷変動が生じ、それにより可
動子９２がコギング動作する現象が発生して、可動子９
２の円滑な移動がそれだけ妨げられるという問題があ
る。

【０００５】また、別の問題として、シャフト状の固定
子９１にゴミ等が付着してしまうことがあり、可動子９
２が固定子９１に沿って摺動するときに、摺動抵抗が変
動するなどし、可動子９２が滑らかに固定子９１に沿っ
て移動できなくなることがある。そこで本発明は、Ｎ極
とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有す
る棒状の固定子と、固定子に外嵌する電機子コイルを有
し、固定子に沿って往復移動可能な可動子とを備えるシ
ャフト型リニアモータであって、界磁マグネットにより
形成される磁界を効率的に電機子コイルに作用させるこ
とができるとともに、コギングを抑制して可動子を固定
子に沿って滑らかに移動させることができるリニアモー
タを提供することを第１の課題とする。

【０００６】また、本発明は、Ｎ極とＳ極の磁極が交互
に並んでいる界磁マグネットを有する棒状の固定子と、
固定子に外嵌する電機子コイルを有し、固定子に沿って
往復移動可能な可動子とを備えるシャフト型リニアモー
タであって、界磁マグネットにより形成される磁界を効
率的に電機子コイルに作用させることができるとともに
コギングを抑制して可動子を固定子に沿って滑らかに移
動させることができ、さらに固定子にゴミ等が付着する
のを防止して長期にわたり良好な可動子と固定子との摺
動状態を保つことができるとともに外部への及び外部か
らの磁気の影響を抑制することができるリニアモータを
提供することを第２の課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、Ｎ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁
マグネットを有する棒状の固定子と、前記固定子に外嵌
する電機子コイルを有し、該固定子に沿って往復移動可
能な可動子と、前記可動子の移動方向に沿って少なくと
もその移動範囲の全域にわたって延びており、該可動子
の外側に近接して固定配置された、強磁性体からなるヨ
ークとを備えることを特徴とするシャフト型リニアモー
タを提供する。

【０００８】前記棒状の固定子の長手方向に垂直な断面
形状は、代表的には円形のものを挙げることができ、三
角形、四角形、五角形等の多角形状であってもよい。ま
た、かかる固定子に外嵌する電機子コイルの固定子長手
方向に垂直な断面形状は、代表的には円形のものを挙げ
ることができ、三角形、四角形、五角形等の多角形状で
あってもよい。

【０００９】前記ヨークは、例えば、可動子の移動方向
に沿って延びる板状、筒状（例えば、円筒状、四角形等
の多角形筒状）、筒状のものから一部を取り除いた形状
（例えば、半円筒状）のものを挙げることができる。か
かるヨークは、後述する理由により、固定子の界磁マグ
ネットとできるだけ近くに配置されていることが好まし
く、換言すれば、固定子に外嵌する電機子コイルを有す
る可動子にできるだけ近くに配置されていることが好ま
しい。したがって、かかるヨークの固定子長手方向に垂
直な断面形状は、可動子の断面形状に沿った形状である
ことが好ましい。或いは、ヨークの固定子長手方向に垂
直な断面の内輪郭形状は、可動子（特にその電機子コイ
ル）の固定子長手方向に垂直な断面の外輪郭形状とほぼ
相似形であることが好ましいといえる。かかるヨークは
強磁性体であり、強磁性体材料としては、例えば、鉄、
ケイ素鋼、コバルト、ニッケルなどを挙げることができ
る。

【００１０】本発明のリニアモータにおいては、可動子
の電機子コイルに通電すると、そのコイル通電と、該電
機子コイルに貫通する界磁マグネットの形成する磁界と
の相互作用により、該電機子コイルには力が働き、可動
子が固定子長手方向に移動する。なお、可動子の移動方
向は、直線棒状固定子の長手方向である。このとき、可
動子の移動方向（固定子長手方向）に沿って延びている
強磁性体からなるヨークが、可動子の有する電機子コイ
ルを間に挟んで、固定子の有する界磁マグネットに対向
して配置されているため、界磁マグネットにより形成さ
れる磁界は、ヨークを通る磁気ループを形成しやすくな
り、ヨークの内側の電機子コイルに作用する磁界の強さ
は、ヨークがない場合に比べて大きくなり、リニアモー
タはより大きな推力を発生することができる。換言すれ
ば、ヨークによって、界磁マグネットにより形成される
磁界を効率的に電機子コイルに作用させることができ
る。なお、界磁マグネットとヨークとの距離を小さくす
ればするほど、換言すれば、可動子とヨークとの距離を
小さくすればするほど、より効率的に界磁マグネットに
より形成される磁界を電機子コイルに作用させることが
できる。また、従来のようにヨークを可動子とともに移
動させる場合には、そのヨークにかかる界磁マグネット
による磁気的吸引力の変動によってコギングが発生して
しまうが、本発明のリニアモータにおいては、かかるヨ
ークは固定配置されるため、ヨークにかかる界磁マグネ
ットによる磁気的吸引力が変動することもなく、コギン
グを防止できる。すなわち、それだけ可動子を固定子に
沿って円滑に移動させることができる。

【００１１】固定子にゴミ等が付着するのを防止して、
長期にわたり良好に可動子を固定子に沿って移動させる
ために、また、ヨーク外への、及びヨーク外からの磁気
的影響を抑制するために、例えば次のようにしてもよ
い。すなわち、前記ヨークを中空筒状とし、その内側に
前記固定子及び可動子を配置して、該ヨークには、該ヨ
ーク外の被駆動体を該可動子に連結するための窓を設け
ておく。このようにすると、固定子及び可動子はその外
側のほぼ全体が覆われることとなるため、固定子にゴミ
等が付着することを抑制することができる。すなわち、
このようにする場合には、かかるヨークはカバーの機能
も兼ねる。さらに、かかる形状の強磁性体からなるヨー
クによって、ヨークの内から外への磁気の影響及びヨー
クの外から内への磁気の影響を抑制することができる。
また、このようにする場合、前記可動子には、前記ヨー
ク外の被駆動体を該可動子に取り付けるための取付け部
材を設けておき、該取付け部材を、前記ヨークの窓から
該ヨーク外へ突出させ、該窓は、該可動子の往復移動に
伴う該取付け部材の移動範囲の全域にわたって該可動子
の移動方向に延ばし設けておけばよい。かかる窓からの
ゴミ等の侵入を抑制するために、さらに、かかる窓にお
ける前記取付け部材外の部分を覆う伸縮自在の窓カバー
（例えば、蛇腹式のカバー）やスライド式の窓カバーを
設けてもよい。なお、伸縮自在の窓カバーはモータをコ
ンパクト化できる利点がある。いずれにしても、前記筒
状ヨークの両端は、カバーにより覆われていることが望
ましく、例えば、固定子を前記可動子の移動範囲外の部
分で支持する支持部材により覆ってもよい。

【００１２】なお、前記被駆動体としては、例えば、複
写機、イメージスキャナ等に備えられる画像読み取り装
置において、光学的に画像読み取りを行うための光学部
品を搭載するスライダを挙げることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１に、本発明に係るリニアモー
タの一例の一部省略概略斜視図を示す。このリニアモー
タは、直線状に延びる棒状の固定子１、これに外嵌する
可動子２、並びに固定子１の長手方向の全域にわたり固
定子１及び可動子２のほぼ全体を覆う中空円筒状のヨー
ク３１を有している。なお、後述するように本例では、
ヨーク３１はカバーを兼ねている。

【００１４】後述するように可動子２は、固定子１に沿
って往復移動可能に設けられており、このリニアモータ
は被駆動体を可動子２に取り付けて、かかる被駆動体を
固定子１の長手方向に直線的に往復移動させることに利
用できる。なお、被駆動体としては、例えば複写機、イ
メージスキャナ等に備えられる画像読み取り装置におい
て、光学的に画像読み取りを行うための光学部品を搭載
するスライダを挙げることができる。詳しくは後述する
が、被駆動体を可動子２に取り付けるために、ヨーク３
１には、可動子２の移動範囲の全域にわたりヨーク３１
の内側から外側に通じる窓３１１が設けられ、その窓３
１１から可動子２の一部を構成し、被駆動体を取り付け
るための取付け部材５を支持する支持部材２２１、２２
２がヨーク３１の外側に向けて突出させてある。

【００１５】以下、これら固定子１、可動子２及びヨー
ク３１について図２、図３、図４を参照してさらに詳し
く説明する。図２（Ａ）は図１に示すＡ−Ａ線に沿う概
略断面図、図３は図２（Ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿う概略
断面図、図４は可動子の分解概略斜視図である。固定子
１は、機械加工可能且つ着磁可能の材料（例えば、Ｆｅ
−Ｃｒ−Ｃｏ系金属、マンガンアルミニウム（ＭｎＡ
ｌ））からなる直線棒状のシャフト部材１０の表面を平
滑に加工形成して、次のように着磁したものである。な
お、本例では、シャフト部材１０の断面形状は円形にし
てある。すなわち、シャフト部材１０の長手方向（固定
子１の長手方向）に沿って、本例では、図５（Ａ）に示
すような等ピッチのほぼ台形波状の磁束分布となるよう
に、シャフト部材１０を着磁して、シャフト部材１０の
長手方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が等ピッチで交互に
並んだ界磁マグネット１１を形成している。界磁マグネ
ット１１のＮ極の磁極及びＳ極の磁極の磁極ピッチＰ
（固定子１長手方向のピッチ）は、本例では３０ｍｍで
ある。なお、固定子長手方向に沿う磁束分布は、図５
（Ａ）に示すものに代えて、例えば、図５（Ｂ）の三角
波状や、図５（Ｃ）の正弦波突起状であってもよい。

【００１６】シャフト部材１０には、さらに可動子２の
位置検出、位置制御、速度制御などのためのエンコーダ
の一部を構成するエンコーダチャート４１が形成されて
いる。エンコーダチャート４１は、本例では磁気方式の
ものであり、シャフト部材１０の長手方向にＮ極とＳ極
の磁極が交互に等ピッチに並ぶように界磁マグネット１
１上に重畳して着磁形成したものである。エンコーダチ
ャート４１のＮ極とＳ極の磁極は、本例では１００μｍ
のピッチで並んでいる。

【００１７】固定子１はその両端部を、ヨーク３１の長
手方向両端の開口を覆うように設けられた円形カバー部
材３２、３２（いずれも図１においては、図示を省略）
に支持されている。さらに詳しくいうと、各円形カバー
部材３２の中心部には円形溝３２１が設けられており、
かかる円形溝３２１に固定子１の端部を嵌め込むことに
よって、固定子１はヨーク３１の中心部に位置するよう
に支持されている。

【００１８】次に可動子２について説明する。なお、カ
バー部材３２は固定子１の端部が嵌まる孔を有するもの
でもよい。可動子２は、固定子１に外嵌する電機子コイ
ル２３を有している。電機子コイル２３は、本例では、
電線を円形リング状に巻いたコイルＣ_U1、Ｃ_V1、Ｃ_W1、
Ｃ _U2、Ｃ_V2、Ｃ_W2、Ｃ_U3、Ｃ_V3及びＣ_W3からなる。コイ
ルＣ_U1、Ｃ_V1及びＣ_W1は、後述する３相駆動を行うため
に、界磁マグネット１１の隣合う１組のＮ極とＳ極の磁
極の固定子長手方向の長さを１周期とする位相角にし
て、互いに２π／３〔ｒａｄ〕ずつずれた位置と等価な
位置に配置されている。コイルＣ_U2、Ｃ_V2及びＣ_W2とコ
イルＣ_U3、Ｃ_V3及びＣ_W3とについても同様に、かかる位
相角において互いに２π／３〔ｒａｄ〕ずつずれた位置
と等価な位置に配置されている。本例では、これらコイ
ルは、それぞれ磁極ピッチＰの１／３の幅に形成されて
おり、コイルＣ_U1、Ｃ_W1、Ｃ_V1、次いで、コイルＣ_U2、
Ｃ_W2、Ｃ_V2、次いで、コイルＣ_U3、Ｃ_W3、Ｃ_V3の順に、
固定子長手方向にＰ／３ずつずらして配置されている。
このように電機子コイル２３は、前述の位相角にして互
いに２π／３〔ｒａｄ〕ずつずれた位置と等価な位置に
配置されている３つのコイルを１組とする３相コイル
を、本例では３組有している。なお、かかる３相コイル
は１組だけでもよく、２組以上（本例のように３組）と
してもよい。組数が多くなるほど、発生する推力はそれ
に比例して大きくなる。

【００１９】これらコイルは図２（Ｂ）に示すようにス
ター結線されている。すなわち、コイルＣ_U1、Ｃ_U2及び
Ｃ_U3（以下、Ｕ相コイルという。）は並列に接続されて
おり、コイルＣ_U2は他の二つのコイルに対し逆向きに巻
かれている。同様に、コイルＣ_V1、Ｃ_V2及びＣ_V3（以
下、Ｖ相コイルという。）は並列に接続されており、コ
イルＣ_V2は他の二つのコイルに対し逆向きに巻かれてい
る。コイルＣ_W1、Ｃ_W2及びＣ_W3（以下、Ｗ相コイルとい
う。）は並列に接続されており、コイルＣ_W2は他の二つ
のコイルに対し逆向きに巻かれている。また、コイルＣ
_U1とコイルＣ_V1とは同じ向きに巻かれており、コイルＣ
_W1はこれら二つのコイルとは逆向きに巻かれている。そ
して、これらＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルが
図２（Ｂ）のようにスター結線されている。なお、図２
（Ｂ）中、各コイル横の黒丸は、これらコイルの巻き方
向の違いを示している。例えば、端子Ｘ−Ｙ間に電圧を
印加して、Ｕ相コイルとＶ相コイルとに電流を流すと
き、コイルＣ_U1、Ｃ_U3、Ｃ_V1及びＣ_V3には同じ向きに電
流が流れ、これら以外のコイルＣ_U2及びＣ_V2には逆向き
の電流が流れる。

【００２０】これらコイルは、上記の位置関係及び巻き
方向になるように、接着固定されている（図４参照）。
このように接着固定されたコイル（電機子コイル２３）
の両端には、前述の非磁性体からなる支持部材２２１、
２２２が嵌め込まれている。さらに詳しくいうと、図４
に示すように、支持部材２２１は、中心部に孔２２１４
がある円板部２２１３を有しており、これに連続させて
板状突出部２２１２が円板部２２１３の半径方向に突出
させて設けられており、さらに、孔２２１４の孔径と同
じ内径の中空部を有する円筒状突出部２２１１が円板部
２２１３の厚み方向に突出させて設けられている。円筒
状突出部２２１１は、電機子コイル２３の一方の内周面
に嵌め込まれ、接着固定されている。支持部材２２２も
支持部材２２１と同様の形状のものであり、中心部に孔
２２２４がある円板部２２２３を有しており、これに連
続させて板状突出部２２２２が円板部２２２３の半径方
向に突出させて設けられており、さらに、孔２２２４の
孔径と同じ内径の中空部を有する円筒状突出部２２２１
が円板部２２２３の厚み方向に突出させて設けられてい
る。円筒状突出部２２２１は電機子コイル２３の他方の
内周面に嵌め込まれ、接着固定されている。これらによ
って、電機子コイル２３は、その両端部を支持部材２２
１や２２２により押さえられている。

【００２１】このようにして一体化された電機子コイル
２３、支持部材２２１、２２２は、これらの中心部に固
定子１を貫通させてこれに嵌め込まれている（図２
（Ａ）参照）。支持部材２２１、２２２の円筒状突出部
２２１１、２２２１は滑り軸受けを兼ねており、固定子
１と滑らかに摺動することができる。これにより、電機
子コイル２３、支持部材２２１、２２２を有する可動子
２は、固定子１に沿って滑らかに往復移動することがで
きる。固定子１は、可動子２の案内軸を兼ねる。

【００２２】また、支持部材２２１及び２２２は、前述
のようにこれらの板状突出部２２１２、２２２２をヨー
ク３１の窓３１１から外側に向けて突出させており、ヨ
ーク３１の外側において前述の被駆動体取付け部材５を
支持している。なお、支持部材２２１及び２２２は、可
動子２に被駆動体を取り付けるための機能も兼ねてい
る。

【００２３】後述する３相駆動を行うため、可動子２が
固定子１に沿って移動するときに、Ｕ相コイル、Ｖ相コ
イル及びＷ相コイルの各相コイルの固定子１長手方向に
おける各位置での界磁マグネット１１が形成する磁界の
向きと強さを検出するセンサとして、これら各相コイル
に対して磁電変換素子の一種であるホール素子が設けら
れている。本例では、コイルＣ_U1上の端部にホール素子
ｈｕが、コイルＣ_v1上の端部にホール素子ｈｖが、コイ
ルＣ_w2上の端部にホール素子ｈｗが配置されている。

【００２４】また、可動子２上には、エンコーダチャー
ト４１に対向する位置に磁気センサ４２（ここではＭＲ
素子と呼ばれる磁気抵抗素子からなるセンサ）が、電機
子コイル２３の内周面に支持されて配置されており、チ
ャート４１とセンサ４２とでエンコーダ４が提供されて
いる。なお、本例では、磁気式エンコーダチャート４１
は界磁マグネット１１上に重畳して形成されているが、
これに代えて、例えばヨーク３１内側に固定子１に平行
に配置する着磁可能な部材上に形成してもよい。このよ
うにする場合も、磁気センサ４２はチャート４１に対向
させて可動子２上に配置する。また、エンコーダは、こ
のような磁気式のものに代えて、光学式のものとしても
よい。光学式のエンコーダチャートは例えば、ヨーク３
１内側に固定子１に平行に配置する部材上に形成した
り、或いは、ヨーク３１の内周面に形成してもよい。エ
ンコーダチャートを光学式のものにするときも、そのセ
ンサ（例えば、発光素子と受光素子とからなるセンサ）
は、可動子２上にエンコーダチャートに対向させて配置
する。

【００２５】円筒状ヨーク３１は強磁性体材料（本例で
は、鉄）からなり、前述のように可動子２の支持部材２
２１、２２２をヨーク３１の外側に向けて突出させるた
めの窓３１１の部分を除いて、固定子１及び可動子２の
外周面のほぼ全体を覆っている。また、ヨーク３１の固
定子長手方向の両端開口は、カバー部材３２により覆わ
れている。なお、本例では、カバー部材３２は非磁性体
からなる。カバー部材３２は、磁性体であってもよい。

【００２６】以上説明した本発明に係るリニアモータ
は、可動子２の電機子コイル２３に通電すると、コイル
２３に流れる電流と界磁マグネット１１の形成する磁界
との相互作用により、該コイル２３には固定子１の長手
方向に電磁力が働き、可動子２を該方向に移動させる。
かかる電磁力がリニアモータ可動子２の推進力となる。
ここで、以上説明したリニアモータを運転制御する例に
ついて説明する。

【００２７】図６（Ａ）にリニアモータの運転制御回路
の一例の概略ブロック図を各相コイルとともに示す。図
６（Ａ）に示す運転制御回路においては、リニアモータ
はいわゆる三相駆動方式で駆動されるとともに、一般的
にＰＬＬ制御と呼ばれる位相同期制御方式で駆動され
る。

【００２８】運転制御回路は、リニアモータ可動子２の
目的とする速度に応じた周波数の基準クロック信号を出
力するコンピュータ６１を有し、該基準クロック信号は
ＰＬＬ制御回路部（位相同期制御回路部）６２に入力さ
れる。ＰＬＬ制御回路部６２には、さらに、エンコーダ
４から可動子２の実際の移動速度を示す信号がフィード
バック入力される。なお、エンコーダ４には前述のエン
コーダチャート４１及び磁気センサ４２が含まれてい
る。ＰＬＬ制御回路部６２においては、コンピュータ６
１からの基準クロック信号とエンコーダ４からの移動速
度信号との位相差に応じた信号が補償回路部６３に出力
される。補償回路部６３においては、伝達系の進み遅れ
補償が行われ、補償された基準クロック信号と移動速度
信号との位相差に応じた信号は、通電制御回路部６４に
入力される。

【００２９】通電制御回路部６４は、かかる基準クロッ
ク信号と移動速度信号との位相差に応じた信号に応じた
電流であって、前述の各相コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コ
イル及びＷ相コイル）それぞれに対して配設されたホー
ル素子が検出する、その相のコイルがある位置での磁界
の向きに応じた電流を、各相のコイルに通電する。本例
では、図６（Ｂ）に示す通電パターンにて各相コイルに
は通電する。なお、図６（Ｂ）に示す各位置〜にお
いて、各相コイルには、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示す向き
に電流が流れる。このとき、各相コイルを前述のように
配置して、各コイルの巻き方向を図２（Ｂ）に示すよう
にしたことにより、各コイルに作用する力は同じ向きに
なる。このような通電により、可動子２の固定子長手方
向の位置に関係なくほぼ一定推力を得ることができる。
また、各相のコイルには、目的とする速度に応じた基準
クロック信号と可動子２の実際の移動速度に応じた信号
との、位相を合わせるような電流が流されるため、可動
子２を目的とする速度にて駆動することができる。

【００３０】図７に、このような運転制御回路の一例を
示す。図７の運転制御回路は、前述のＰＬＬ制御回路部
６２や補償回路部６３を含んだモータドライブＩＣ、Ｌ
Ｂ１８２３（三洋電機（株）製）を中心に構成されてい
る。以上説明したように本発明に係るリニアモータにお
いては、固定子１及び可動子２は、円筒状ヨーク３１や
カバー部材３２により窓３１１の部分を除いてほぼ全面
が覆われているため、固定子１の表面にゴミ等が付着す
ることを抑制することができ、これにより、固定子１と
可動子２との良好な摺動状態を長期にわたり保つことが
できる。また、固定子１や可動子２に他物が触れて、こ
れらが損傷するという恐れも少ない。このような観点か
らすると、ヨーク３１はカバーの機能を果たしている。

【００３１】また、界磁マグネット１１により形成され
る磁界は、強磁性体からなるヨーク３１を通る磁気ルー
プを形成しやすくなるため、ヨーク３１の内側の電機子
コイル２３に作用する磁界の強さは、ヨークがない場合
に比べて大きくなり、リニアモータはより大きな推力を
発生することができる。すなわち、ヨーク３１によっ
て、界磁マグネット１１により形成される磁界を効率的
に、通電される電機子コイル２３に作用させることがで
きる。なお、界磁マグネット１１とヨーク３１との距離
が短くなればなるほど、換言すれば、可動子２の外周面
とヨーク３１の内周面との間のクリアランスを小さくす
ればするほど、より効率的に界磁マグネット１１により
形成される磁界を電機子コイル２３に作用させることが
できる。また、図１３に示す従来のリニアモータにおい
ては、界磁マグネット９１１により形成される磁界を効
率的に電機子コイル９２１に作用させるためのヨーク９
２２が、可動子９２とともに移動していたため、ヨーク
９２２の端部に作用する磁気的吸引力が変動して、コギ
ングが発生してしまうが、本発明のリニアモータにおい
ては、ヨーク３１は可動子２とともに移動せず固定配置
されるため、このようなコギングの問題も生じない。し
たがって、それだけ円滑に可動子２を固定子１に沿って
移動させることができる。

【００３２】さらに、ヨーク３１が強磁性体であるた
め、界磁マグネット１１や電機子コイル２３に通電され
る電流により形成される磁界が、ヨーク３１の外側の機
器に与える影響を低減することができる。同様に、ヨー
ク３１の外部磁界が、ヨーク３１内部の可動子２や固定
子１、特にエンコーダに与える影響を低減することがで
きる。換言すれば、ヨーク３１は磁気的なシールド効果
も有している。

【００３３】なお、窓３１１からのゴミ等の侵入を抑制
して、さらに固定子１の表面にゴミ等が付着することを
抑制するために、図８に示すように、窓３１１部分に伸
縮自在の蛇腹式のカバー３３１、３３２をさらに設けて
もよい。蛇腹カバー３３１は一端を窓３１１の端部３１
１ａに、他端を支持部材２２１に固定されて、窓３１１
による図において左側の隙間を覆っている。同様に、蛇
腹カバー３３２は一端を窓３１１の端部３１１ｂに、他
端を支持部材２２２に固定されて、窓３１１による図に
おいて右側の隙間を覆っている。蛇腹カバー３３１、３
３２は、可動子２の移動に伴い伸縮するため、可動子２
の移動を妨げない。

【００３４】また、以上の例では、ヨーク３１を、固定
子１及び可動子２のほぼ全面が覆うほぼ円筒形のものと
したが、ヨークの形状はこれに限定されるものではな
く、例えば図９、図１０に示すような形状であってもよ
い。図９、図１０に示すリニアモータはいずれも、図１
〜図４に示すリニアモータのヨーク３１を代えて、次に
述べるような形状のヨークを採用したもので、それ以外
は、図１等に示すリニアモータと実質的に同様のもので
ある。実質的に同じ作用をする部品には、同じ参照符号
を付してある。図９、図１０はいずれも可動子の移動方
向（固定子長手方向）に垂直な断面を示す図である。

【００３５】図９に示すリニアモータのヨーク３４は断
面円弧形状の半円筒形のものであり、可動子２の移動範
囲全域にわたり延びている。このヨーク３４も強磁性体
からなり、固定配置されている。図１０に示すリニアモ
ータのヨーク３５は、可動子２の移動範囲全域にわたり
延びる板状のものである。このヨーク３５も強磁性体か
らなり固定配置されている。

【００３６】これらヨーク３４、３５は、カバーの機能
は薄れるものの、図１のヨーク３１と同様に、ヨークが
ない場合に比べて界磁マグネット１１の磁界を効率的に
電機子コイル２３に作用させることができる。また、コ
ギングの心配もない。さらに、ヨーク３４や３５のよう
に、固定子１及び可動子２の全体を覆わない形状にする
と、それだけヨークと固定子１や可動子２との位置関係
の調整や、組み立てがしやすくなり、また、それだけ安
価になる。

【００３７】また、以上の例では、固定子の断面形状は
円形としたが、三角形、四角形、五角形等の多角形状に
してもよい。また、電機子コイルは円状（リング状）に
電線を巻いたものとしたが、これも三角形、四角形、五
角形等の多角形状にしてもよい。このようなリニアモー
タの例を図１１に示す。図１１はかかるリニアモータの
可動子移動方向に垂直な断面を示すものである。なお、
図１等に示すリニアモータと実質的に同じ作用の部品に
は、同じ参照符号を付してある。

【００３８】図１１に示すリニアモータにおいては、断
面四角形の固定子１に、四角形状に巻かれた電機子コイ
ル２３を有する可動子２が外嵌している。可動子２の外
側には、可動子２の形状に合わせて、断面コの字状で、
窓３６１を有し、可動子２の移動方向の全域にわたり延
びている強磁性体からなるヨーク３６が固定配置されて
いる。このリニアモータによっても、図１等に示すリニ
アモータと略同様の効果が得られる。

【００３９】図１２に本発明に係るリニアモータを採用
する画像読み取り装置を示す。図１２（Ａ）は該装置の
概略平面図、図１２（Ｂ）は該装置の概略側面図、図１
２（Ｃ）は図（Ｂ）に示すＣ−Ｃ線に沿う該装置の概略
断面図である。なお、図１２（Ａ）においては、原稿台
ガラスは図示が省略されている。この画像読み取り装置
は、原稿台ガラスＧＬ上に載置される原稿画像を、光学
的に走査して読み取るものであり、イメージスキャナ、
複写機等に搭載されて使用されるものである。本発明に
係るリニアモータは、原稿画像を光学的に走査するため
に、光学部品を搭載した二つのスライダＳＬ１、ＳＬ２
を直線的に往復駆動するのに利用されている。すなわ
ち、本例では、これら二つのスライダＳＬ１及びＳＬ２
が被駆動体である。スライダＳＬ１には、本発明に係る
リニアモータＬＭ１が、スライダＳＬ２には本発明に係
るリニアモータＬＭ２が接続されている。

【００４０】リニアモータＬＭ１、ＬＭ２は、それらに
求められる能力を発揮するようにコイル巻き数を調整す
るなどしてあるが、基本構造は両者とも図１に示すリニ
アモータと実質的に同じものである。ただし、これら二
つのリニアモータは、界磁マグネット１１を有する固定
子１と、円筒状の強磁性体からなるヨーク３１を共通の
ものとしている。

【００４１】スライダＳＬ１には、原稿台ガラスＧＬ上
に載置される原稿を照明するための照明ランプＬＰと、
原稿からの反射光をスライダＳＬ２上のミラーに導くた
めのミラーｍ１が搭載されている。スライダＳＬ１の一
方の端部は、リニアモータＬＭ１の可動子２に接続され
ており、より詳しくは、ヨーク３１の外にでている取付
け部材５を介してモータＬＭ１の可動子２に接続されて
いる。また、他方の端部は、固定子１に平行に配置され
た板状ガイド部材７１の上を転動できるローラｒ１が設
けられている。これにより、スライダＳＬ１は、安定し
た姿勢で固定子１に沿って往復移動することができる。

【００４２】スライダＳＬ２には、スライダＳＬ１上の
ミラーｍ１からの原稿画像光を読み取りユニット８に導
くための、ミラーｍ２及びｍ３が搭載されている。スラ
イダＳＬ２の一方の端部は、リニアモータＬＭ２の可動
子２に接続されており、より詳しくは、ヨーク３１の外
にでている取付け部材５を介してモータＬＭ２の可動子
２に接続されている。また、他方の端部は、固定子１に
平行に配置された板状ガイド部材７１の上を転動できる
ローラｒ２が設けられている。これにより、スライダＳ
Ｌ２は、安定した姿勢で固定子１に沿って往復移動する
ことができる。

【００４３】読み取りユニット８は、ミラーｍ１、ｍ２
及びｍ３により導かれた原稿画像光を読み取るためのイ
メージセンサ（本例では、ＣＣＤ）８２と、センサ８２
に原稿画像光を結像させるためのレンズ８１とを有して
いる。原稿台ガラスＧＬ上に載置される原稿の画像を読
み取るときには、照明ランプＬＰを点灯して、スライダ
ＳＬ１を固定子１に平行なＸ方向に所定の速度で駆動す
るとともに、スライダＳＬ２をスライダＳＬ１と同じ方
向に、その１／２の速度で駆動して、原稿全体を走査す
る。そして、原稿からの反射光をミラーｍ１、ｍ２及び
ｍ３を介してレンズ８１に導き、センサ８２上に結像さ
せて、順次読み取ることによって行われる。

【００４４】スライダＳＬ１及びＳＬ２は、いずれも本
発明に係るリニアモータによって駆動されるため、コギ
ングをおこすことなくスムーズに駆動され、それだけ良
好な画像読み取りを行うことができる。また、固定子１
がカバーを兼ねるヨーク３１によりほぼ全体が覆われて
いるため、固定子１にゴミ等が付着することが抑制さ
れ、それだけ固定子１と可動子２は長期にわたり良好な
摺動状態を保つことができ、その結果、画像読み取り装
置は長期にわたり良好な画像読み取りを行うことができ
る。また、ヨーク３１の効果により、ヨークがない場合
に比べてモータＬＭ１、ＬＭ２はより大きな推力を発生
することができるため、それだけ各スライダの移動速度
を速くすることができ、各スライダをその初期位置から
画像読み取り終了位置まで駆動して、その後再び初期位
置に戻す画像読み取りの１サイクルをそれだけ短くする
ことができる。

【００４５】なお、一方のスライダＳＬ１（又はＳＬ
２）だけを本発明のリニアモータにより駆動するように
して、他方のスライダＳＬ２（又はＳＬ１）については
一方のスライダＳＬ１（又はＳＬ２）とワイヤ、プーリ
等の連動機構によって連結して、該一方のスライダＳＬ
１（又はＳＬ２）に従動させて駆動するようにしてもよ
い。この場合、その連動機構を構成する部品の一部を、
必要に応じて円筒状ヨーク３１内に配置してもよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明によると、直線状にＮ極とＳ極の
磁極が交互に並んでいる界磁マグネットを有する棒状の
固定子と、固定子に外嵌する電機子コイルを有し、固定
子に沿って往復移動可能な可動子とを備えるシャフト型
リニアモータであって、界磁マグネットにより形成され
る磁界を効率的に電機子コイルに作用させることができ
るとともにコギングを抑制して可動子を固定子に沿って
滑らかに移動させることができるリニアモータを提供す
ることができる。また、さらに固定子にゴミ等が付着す
るのを防止して長期にわたり良好な可動子と固定子との
摺動状態を保つことができるとともに外部への及び外部
からの磁気の影響を抑制できるリニアモータを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリニアモータの一例の一部省略概
略斜視図である。

【図２】図（Ａ）は図１に示すＡ−Ａ線に沿うリニアモ
ータの概略断面図であり、図（Ｂ）はコイルの結線状態
を示す図である。

【図３】図２に示すＢ−Ｂ線に沿うリニアモータの概略
断面図である。

【図４】図１のリニアモータの可動子の概略分解斜視図
である。

【図５】図（Ａ）は界磁マグネットが形成する磁束分布
の一例を示す図であり、図（Ｂ）は磁束分布の他の例を
示す図であり、図（Ｃ）は磁束分布のさらに他の例を示
す図である。

【図６】図（Ａ）はリニアモータの運転制御回路の一例
を示す概略ブロック図であり、図（Ｂ）は各相コイルの
通電パターンの一例を示す図であり、図（Ｃ）及び図
（Ｄ）は図（Ｂ）に示す各位置での各相コイルに流れる
電流の向きを示す図である。

【図７】図６の運転制御回路の一例である。

【図８】本発明に係るリニアモータの他の例の一部省略
概略斜視図である。

【図９】本発明に係るリニアモータのさらに他の例の概
略断面図である。

【図１０】本発明に係るリニアモータのさらに他の例の
概略断面図である。

【図１１】本発明に係るリニアモータのさらに他の例の
概略断面図である。

【図１２】本発明のリニアモータを採用する画像読み取
り装置を示す図であり、図（Ａ）は該装置の概略平面
図、図（Ｂ）は該装置の概略側面図、図（Ｃ）は図
（Ｂ）に示すＣ−Ｃ線に沿う概略断面図である。

【図１３】従来のリニアモータの概略側面図である。

【符号の説明】

１固定子１１界磁マグネット２可動子２２１、２２２支持部材２３電機子コイル３１、３４、３５、３６ヨーク３１１ヨーク３１の窓３２カバー３３１、３３２蛇腹式カバー４エンコーダ４１エンコーダチャート４２エンコーダ用センサ５被駆動体取付け部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ極とＳ極の磁極が交互に並んでいる界磁
マグネットを有する棒状の固定子と、前記固定子に外嵌する電機子コイルを有し、該固定子に
沿って往復移動可能な可動子と、前記可動子の移動方向に沿って少なくともその移動範囲
の全域にわたって延びており、該可動子の外側に近接し
て固定配置された、強磁性体からなるヨークとを備える
ことを特徴とするシャフト型リニアモータ。
【請求項２】前記ヨークは中空筒状に形成されており、
その内側に前記固定子及び可動子が配置されており、該
ヨークは、該ヨーク外の被駆動体を該可動子に連結する
ための窓を有している請求項１記載のシャフト型リニア
モータ。
【請求項３】前記可動子は、前記ヨーク外の被駆動体を
該可動子に取り付けるための取付け部材を有しており、
該取付け部材は、前記ヨークの窓から該ヨーク外へ突出
しており、該窓は、該可動子の往復移動に伴う該取付け
部材の移動範囲の全域にわたって該可動子の移動方向に
延びている請求項２記載のシャフト型リニアモータ。
【請求項４】前記窓における前記取付け部材外の部分を
覆う伸縮自在の窓カバーを備えている請求項３記載のシ
ャフト型リニアモータ。
【請求項５】前記筒状ヨークの両端は、前記固定子を前
記可動子の移動範囲外の部分で支持する支持部材により
覆われている請求項２から４のいずれかに記載のシャフ
ト型リニアモータ。