JPWO2006035946A1 - ロッドタイプリニアモータ - Google Patents

Abstract

フォーサハウジングの材質及びフォーサハウジングに対するコイル部材の組み付け構造を見直すことで、推力の増強を図ることができると共に、かかるフォーサハウジングに対して使用用途に応じた最適な形状を容易に与えることができ、しかも低コストで製作することが可能なリニアモータを提供する。かかるリニアモータは、軸方向に沿って所定のピッチで多数の磁極が配列されたマグネットロッドと、このマグネットロッドが遊嵌する貫通孔を有し、印加される電気信号に応じ前記マグネットロッドと相対的に進退運動するフォーサとから構成され、前記フォーサは、前記貫通孔が形成されたフォーサハウジングと、このフォーサハウジングの貫通孔の内周面に配列されると共に前記電気信号が印加されるコイル部材とから構成され、前記フォーサハウジングは絶縁性を具備した非金属無機材料のモールド成形によって形成されている。

Description

本発明は、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが交互に並ぶマグネットロッドがコイル部材を内蔵したフォーサを貫通し、これらコイル部材とフォーサとが相対的に進退するタイプのロッドタイプリニアモータ及びその製造方法に関する。

リニアモータは、Ｘ−Ｙテーブルや物品搬送装置等のＦＡ機器において、物品、部材等を直線的に移動させるリニアアクチュエータの駆動源として多用されている。リニアモータを利用した所謂リニアモータアクチュエータは、通常、搬送対象である物品等の可動体を搭載する案内テーブルと、この案内テーブルを直線往復運動自在にする直線案内装置と、前記案内テーブルに対して推力を与えるリニアモータと、前記案内テーブルの位置を検出するリニアエンコーダとから構成されており、かかるリニアエンコーダの検出値に応じて前記リニアモータを制御することで、案内テーブルに任意の移動量を高精度に与えることが可能となっている（特開２００２−１３６０９７号公報等）。

前記リニアモータとしては、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが交互に並ぶ固定子としての界磁マグネットをベースプレート上に配設する一方、前記直線案内装置によって支承された案内テーブルの下面側に可動子としてのフォーサを設け、これら界磁マグネットとフォーサとをわずかな隙間を介して対向させたものが知られている。

しかし、このように界磁マグネットをベースプレート上に配設した場合、フォーサと界磁マグネットを対向させるためには、かかる界磁マグネットを跨ぐようにして前記案内テーブルを設ける必要があり、更には界磁マグネットの両側に一対の直線案内装置を設けて前記案内テーブルの直線往復運動を支承する必要があり、アクチュエータの構造そのものが大型化してしまう傾向にある。

一方、リニアモータの他の形式としては、所謂ロッドタイプのものが知られている（特開平１１−１５０９７３号公報）。このロッドタイプのリニアモータは、棒状に形成されると共に軸方向に沿って所定のピッチでＮ極及びＳ極が繰り返し配列され、両端がベースプレート上に支持される固定子としてのマグネットロッドと、このマグネットロッドの周囲に僅かな隙間を介して遊嵌しているフォーサとから構成されており、フォーサ内に設けられたコイル部材に通電することで、かかるフォーサがマグネットロッドの周囲を軸方向に沿って運動するように構成されている。

このロッドタイプのリニアモータでは、前記マグネットロッドの周囲をコイル部材が取り囲んでいることから強力な推力を発揮することができ、かかるリニアモータを用いてアクチュエータを構成した場合には、小型化を図りながらも案内テーブルに対して大きな推力を与えることが可能となる。また、案内テーブルの往復運動を支承する直線案内装置は、通常、ベースプレート上に配設される軌道レールと、この軌道レールに沿って運動するスライダとから構成されているが、このロッドタイプリニアモータでは前記フォーサをスライダに固定し、更にフォーサの上に案内テーブルを固定する所謂ビルトアップ構造を採用することが可能となり、特開２００２−１３６０９７号公報に開示されるリニアモータアクチュエータのように２軸の直線案内装置を使用するタイプに比べて、アクチュエータそのものを小型化し易いといった特質がある。
特開２００２−１３６０９７号公報 特開平１１−１５０９７３号公報

従来のロッドタイプのリニアモータにおけるフォーサは、ヒートシンクを兼ねた金属製のフォーサハウジングと、このフォーサハウジングに形成された貫通孔の内周面に固定される円筒状のコイル部材とから構成されており、コイル部材をフォーサハウジングとは別個に組み立てた後、フォーサハウジングの貫通孔に挿入して固定していた。フォーサハウジングにはコイル部材で発生した熱を素早く放熱することが要求されるため、かかるフォーサハウジングの材料としては熱伝導率に優れたアルミニウム合金が用いられており、また、押し出し成形が容易なアルミニウム合金を用いることで、前記貫通孔や放熱用フィンをフォーサハウジングに比較的容易に形成することができた。

その反面、フォーサハウジングが金属製なので、かかるフォーサハウジングとコイル部材との間に絶縁層を設ける必要があり、また、推力を発生するコイル部材とスライダに固定されるフォーサハウジングを強固に接合する必要があった。このため、従来は円筒状に形成されたコイル部材の外周面にエポキシ樹脂等からなる接着剤を塗布した後に、コイル部材をフォーサハウジングの貫通孔内に嵌合させていた。エポキシ樹脂は絶縁性に優れると共に耐熱性にも優れ、コイル部材が発熱した際にも該コイル部材とフォーサハウジングを強固に結合することができ、コイル部材とフォーサハウジングの間の接着剤としては最適なものであった。

しかし、エポキシ樹脂は耐熱性に優れる反面、熱伝導率が低いので、コイル部材で発生した熱がフォーサハウジングに流入し難く、コイル部材により多くの電流を通電することができないとう問題点もあった。例えば、展伸材としてのアルミニウム合金（１０００系）の室温（２０℃）における熱伝導率は約２３０Ｗ／ｍ・Ｋであるが、エポキシ樹脂の熱伝導率はその１／１０００程度であり、かかるエポキシ樹脂層がコイル部材とフォーサハウジングとの間における熱の移動を阻害していた。このため、コイル部材への通電が制限されてしまい、明らかにリニアモータの推力を制限する一因となっていた。

また、フォーサハウジングが金属製だと、たとえコイル部材とフォーサハウジングとの間に絶縁層を介在させたとしても、コイル部材に通電した際に、フォーサハウジングに渦電流が発生してしまい、これがエネルギロスとなって、リニアモータの推力を低下させる一因ともなっていた。

更に、アルミニウム合金製のフォーサハウジングを低コストで形成するためには押し出し成形が好ましいが、その場合には放熱フィンを貫通孔と同一の方向にしか立設することができず、また、貫通孔の中心に対して著しく偏った断面形状は押し出し成形に適さないといった不具合がある。すなわち、フォーサハウジングの形状に対する制約が大きく、用途に応じた最適な形状のリニアモータを構成し難いといった問題点があった。

また更に、フォーサハウジングとコイル部材を別々に加工した後に、これらを組み付ける工程が必要となり、フォーサの製造工程が多く、製造コストアップの要因ともなっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、フォーサハウジングの材質及びフォーサハウジングに対するコイル部材の組み付け構造を見直すことで、推力の増強を図ることができると共に、かかるフォーサハウジングに対して使用用途に応じた最適な形状を容易に与えることができ、しかも低コストで製作することが可能なロッドタイプリニアモータを提供することにある。

前記目的を達成する本発明のリニアモータは、マグネットロッドと、フォーサとから構成されている。マグネットロッドには軸方向に沿って所定のピッチで多数の磁極が配列される一方、前記フォーサはこのマグネットロッドが遊嵌する貫通孔を有している。また、フォーサは、前記貫通孔が形成されたフォーサハウジングと、このフォーサハウジングの貫通孔の内周面に配列されるコイル部材とから構成されており、前記コイル部材に電気信号を印加すると、マグネットロッドの各磁極とコイル部材との間に磁気吸引力及び磁気反発力が生じ、前記マグネットロッドの軸方向に沿ってフォーサとマグネットロッドが相対的に進退運動するようになっている。

本発明において、前記フォーサハウジングは絶縁性を具備した非金属無機材料のモールド成形によって形成されている。フォーサハウジングそのものを絶縁性部材とすることで、コイル部材とフォーサハウジングとの間に絶縁層を形成する必要がなくなり、コイル部材で発生した熱が直接フォーサハウジングに流入するので、コイル部材の冷却を促進することが可能となる。すなわち、コイル部材に対して印加する電気エネルギを従来よりも増強することが可能となり、その分だけリニアモータの推力の向上を図ることが可能となる。

また、フォーサハウジングそのものを絶縁性部材とすることで、コイル部材への通電の際に渦電流がフォーサハウジングに発生することもないので、エネルギロスを抑え、このてんにおいても推力の増強を図ることが可能となる。

更に、フォーサハウジングとして非金属無機材料、すなわち広義のセラミクスを使用することで、フォーサハウジングそのものの重量を金属製のそれよりも軽量化することができるので、前述した推力の増強と相まって、信号の印加に対するフォーサの運動の応答性を高めることが可能となる。

また更に、モールド成形によってフォーサハウジングを形成することにより、より複雑な形状のフォーサハウジングを低コストで製作することができ、各種用途に応じ、設置スペースや必要とする推力に応じた最適な形状のリニアモータを低コストで製作することが可能となる。また、マグネットロッドを取り巻く円筒状のコイル部材を先に組み立てておき、かかるコイル部材の周囲にフォーサハウジングを直接モールド成形して両者を結合することも可能となり、フォーサの組立工程を簡易化し、製造コストの低下を図ることも可能となる。

本発明のリニアモータを使用したリニアモータアクチュエータの第１の実施形態を示す側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 第１の実施形態に係るリニアモータを示す斜視図である。 第１の実施形態に係るリニアモータの動作原理を示す側面図である。 第１の実施形態に係るリニアモータの動作原理を示す正面図である。 第１の実施形態に係る直線案内装置を示す斜視図である。 第１の実施形態に係るリニアモータアクチュエータのスライドキャリッジの構成を示す側面拡大図である。 本発明のリニアモータの第２の実施形態を示す斜視図である。 第２の実施形態に係るリニアモータのコイル部材の組み立てを示す側面図である。 第２の実施形態に係るリニアモータのフォーサエンドの組み立てを示す側面図である。 第２の実施形態に係るリニアモータのフォーサフォーサハウジングの成形後を示す側面図である。 図１１のＸＩＩ線矢視図である。 第２の実施形態に係るリニアモータの軸受ブッシュの組み立てを示す側面図である。 第２の実施形態に係るリニアモータのフォーサの組み立て完了後の状態を示す側面図である。 図１４のＸＶ矢視図である。

符号の説明

１…リニアモータアクチュエータ、２…ベースプレート、３…軌道レール、４…スライダ、５…案内テーブル、６…リニアモータ、６ａ…マグネットロッド、６ｂ…フォーサ、６１…フォーサハウジング、６２…コイル部材

以下、添付図面に基づいて本発明のロッドタイプリニアモータを詳細に説明する。

図１及び図２は本発明のリニアモータを駆動源として利用したアクチュエータの第１の実施形態を示す側面図及び正面断面図である。このリニアモータアクチュエータ１は、長尺なベースプレート２と、このベースプレート２上にその長手方向に沿って配設された１条の軌道レール３と、この軌道レールに沿って直線往復運動自在なスライドキャリッジ１１０と、このスライドキャリッジ１１０に含まれると共に多数のボールを介して前記軌道レールに組付けられた１個のスライダ４と、このスライダ４に固定されると共に被搬送体の取付面を備えた可動ステージ５と、この可動ステージ５に対して推力を与えるリニアモータ６とから構成されており、可動ステージ５上に搭載した被搬送体をベースプレート２の長手方向に沿って往復運動させ、任意の位置に停止させることができるようになっている。

図３は前記リニアモータ６を示す斜視図である。このリニアモータ６は、長尺な円柱状に形成された固定子としてのマグネットロッド６ａと、このマグネットロッド６ａの周囲に僅かな隙間を介して遊嵌した可動子としてのフォーサ６ｂとから構成されている。前記マグネットロッド６ａには軸方向に沿って複数の永久磁石６０が配列されており、外周面は円滑に加工されている。図４に示すように、各永久磁石６０はＮ極及びＳ極を有しており、互いに隣接する永久磁石６０はＮ極同士またはＳ極同士が対向するように交互に向きを逆転させて配列されている。これにより、マグネットロッド６ａにはその長手方向に沿ってＮ極の磁極とＳ極の磁極が交互に並んだ駆動用の着磁部が形成され、これが界磁マグネットとなっている。

図１に示すように、このマグネットロッド６ａはその両端が一対のエンドプレート２０，２１に夫々固定されており、また、一対のエンドプレート２０，２１はベースプレート２の長手方向の両端部に互いに対向するように固定されている。すなわち、前記マグネットロッド６ａはベースプレート２上に両端支持梁の如く固定されている。

一方、フォーサ６ｂは全体が四角柱状に形成されるフォーサハウジング６１内に円筒状のコイル部材６２を収納して構成される。前記フォーサハウジング６１の表面には複数の放熱フィン６３が前記マグネットロッド６ａの長手方向と平行に立設されており、前記コイル部材６２に通電した際に該コイル部材６２で発生する熱をフォーサハウジング６１に伝達すると共に、周辺雰囲気中に放熱し、コイル部材６２そのものを効果的に冷却することができるようになっている。

図４及び図５はこのリニアモータ６の作動原理を示す。コイル部材６２はＵ，Ｖ及びＷ相の３つのコイルを１組とするコイル群を有している。いずれの相のコイル部材６２もリング状であり、マグネットロッド６ａの外周面と僅かな隙間を介して対向している。また、各相のコイル部材６２の配列ピッチは永久磁石６０の配列ピッチよりも短く設定される。マクネットロッド６ａにはＳ極の磁極からＮ極の磁極に向かって磁束６４が形成されており、フォーサ６ｂにはその磁束密度を検出する磁極センサ（図示せず）が内蔵されている。従って、この磁極センサの出力する検出信号からコイル部材に対するマグネットロッドの各磁極（Ｎ極及びＳ極）の位置関係が把握される。コイル部材への通電を制御しているコントローラは前記磁極センサの検出信号を受信し、コイル部材とマグネットロッドの各磁極との位置関係に応じた最適な電流を演算し、それを各コイル部材に通電する。その結果、各コイル部材６２に流れる電流と永久磁石６０によって形成される磁束６４との相互作用によって、コイル部材６２と永久磁石６０の各磁極との間に吸引力及び反発力が発生し、フォーサ６ｂがマグネットロッド６ａの軸線方向に推進されることになる。

図２に示されるように、前記軌道レール３及びスライダ４は前記ベースプレート２上で可動ステージ５を自在に往復運動させる直線案内装置を構成している。図６はこの直線案内装置の一例を示す斜視図である。前記軌道レール３は長手方向に垂直な断面が略矩形状に形成されており、ベースプレート２の全長と略同じ長さに形成されると共に、かかるベースプレート２に対しその長手方向と平行に配設されている。この軌道レール３の両側面には２条ずつ、計４条のボール転走溝３０ａ，３０ｂが長手方向に沿って形成されており、下側に位置するボール転走溝３０ａは軌道レール３の底面に対して４５度下向きに、上側に位置するボール転走溝３０ｂは４５度上向きに形成され、前記スライダ４がラジアル荷重、逆ラジアル荷重、水平方向荷重を均等に受けられるようになっている。また、軌道レール３には固定ボルトを挿通させるための取付孔３１が長手方向に沿って所定の間隔で設けられている。

一方、この軌道レール３に沿って移動するスライダ４は、軌道レール３の上部が僅かな隙間を介して遊嵌する案内溝を有してサドル状に形成されると共に、多数のボール４５が循環するボール無限循環路を具備しており、前記ボール４５が軌道レール３のボール転走溝３０ａ，３０ｂを転走することで軌道レール３に沿って連続的に移動することが可能となっている。また、前記ボール４５は可撓性を具備した合成樹脂性のボールケージ４６に配列されており、ボール４５はこのボールケージ４６と共にボール無限循環路の内部を循環する。これにより、ボール４５は蛇行することなく、常に整列した状態でボール無限循環路の内部を循環することになり、ボール４５が循環中に詰まってしまうトラブルを防止し、スライダ４の摺動抵抗の安定化を図ることができるようになっている。このスライダ４は軌道レール３の長手方向と垂直な方向、すなわち該スライダ４の移動方向と垂直な方向に作用する荷重を負荷しており、リニアモータ６のフォーサ６ｂに対してマグネットロッド６ａの軸方向以外の荷重が作用するのを防止している。

前記ベースプレート２には軌道レール３の底部を収容するための固定基準溝２２が長手方向に沿って形成されており、軌道レール３はその側面をこの固定基準溝２２の側面に突き当てた状態で、固定ボルト２３によってベースプレート２に固定されている。この固定基準溝２２は前記エンドプレート２０，２１によって両端支持されたマグネットロッド６ａの軸方向と平行に形成されており、これによって軌道レール３とマグネットロッド６ａの平行が確保されるようになっている。また、ベースプレート２の幅方向の一端には長手方向に沿って側壁２４が立設されており、この側壁２４の外側面にはリニアエンコーダを構成するマグネットスケール４０がスライダ３の移動方向の全域にわたって固定されている。

更に、前記スライダ４には可動ステージ５を支持するためのサドルプレート８が固定されている。このサドルプレート８は取り付けボルト８０によってスライダ４の上部取付面に固定されている。図２に示すように、サドルプレート８の幅方向の一端には前記リニアエンコーダの読み取りヘッド４１を固定するためのフランジ部８１が突設されており、このフランジ部８１はベースプレート２の側壁２４を乗り越えるようにして設けられている。リニアエンコーダの読み取りヘッド４１は前記フランジ部８１から吊り下げられるようにして固定されており、ベースプレート２の側壁２４に固定されたマグネットスケール４０と対向している。これにより、スライダ４が軌道レール３に沿って移動すると、リニアエンコーダの読み取りヘッド４１がマグネットスケール４０に沿って移動し、かかる読み取りヘッド４１の出力信号からベースプレート２に対するスライダ４の移動量を把握することができるようになっている。

前記リニアエンコーダとしては、このリニアモータアクチュエータの用途に応じた分解能のものを選択して用いることが可能であり、マグネットスケールにおける磁気の変化を検出するタイプのものや、スケール表面に形成されたパターンを光学的に読み取るタイプのもの等、任意に選択することが可能である。

図７はスライドキャリッジ１１０の構造を示す側面図である。前記サドルプレート８の移動方向の前後両端には一対のサポートプレート９ａ，９ｂが立設されており、可動ステージ５はこれら２枚のサポートプレート９ａ，９ｂに固定されている。各サポートプレート９ａ，９ｂは固定ボルト９０によってサドルプレート８及び可動ステージ５に固定されており、その中心には図２に示すように、前記マグネットロッド６ａが貫通する開放孔９１が形成されている。そして、サドルプレート８と可動ステージ５の間にはサポートプレート９ａ，９ｂによって前後から挟まれた空間が存在するが、この空間が前記リニアモータ６のフォーサ６ｂの収容空間９２となっている。

尚、前記サドルプレート８はスライダ４と一体に形成することも可能であり、サポートプレート８をスライダ４の前後に直接立設することができるのであれば、敢えて設けるには及ばない。

前記フォーサ６ｂはサドルルプレート８及びサポートプレート９ａ，９ｂには直接固定されず、可動ステージ５を貫通する吊り下げボルト５０によって該可動ステージ５の下面に固定され、その状態で前記マグネットロッド６ａに遊嵌している。また、フォーサ６ｂへの通電によって発生した熱が可動ステージ５に対して流入するのを防止するため、可動ステージ５とフォーサ６ｂとの間には断熱部材５２が介装され、更に吊り下げボルト５０と可動ステージ５の間にも断熱部材５３が介装されている。

このようにフォーサ６ｂは可動ステージ５から吊り下げられた状態で前記収容空間９２に位置しており、サドルプレート８とサポートプレート９ａ，９ｂに対しては非接触の状態が保たれている。すなわち、フォーサ６ｂとサドルプレート８、フォーサ６ｂとサポートプレート９ａ，９ｂとの間には空間が形成され、フォーサ６ｂへの通電によって発生した熱がスライダ４へ直接的に流入するのを防止している。

スライドキャリッジ１１０は前記スライダ４、可動ステージ５及びフォーサ６ｂの結合体として構成されているが、図２の正面断面図に示すように、このスライドキャリッジ１１０の移動経路の両側には一対のサイドカバー２５ａ，２５ｂが設けられる一方、可動ステージ５の上方にもトップカバー２６が設けられ、軌道レール３やマクネットロッド６ａに塵芥が付着するのを防止している。これらサイドカバー２５ａ，２５ｂ及びトップカバー２６はベースプレート２の両端に立設された一対のエンドプレート２０，２１に固定されている。

一方、図示外のコントロールボックスから前記フォーサ６ｂのコイル部材６２へ給電を行うと共に、前記リニアエンコーダの読取ヘッド４１の出力信号をコントロールボックスに送信するため、前記スライドキャリッジには信号中継基板１０１が取り付けられ、フラットケーブル１００によって前記コントロールボックスと接続されている。前記サドルプレート８のフランジ部８１の上面には基板ブラケット８２が固定されており、前記信号中継基板１０１はこの基板ブラケット８２の取付ウェブ８３上に固定されている。前記フラットケーブル１００はコイル部材６２に対して通電するための信号ラインと読取ヘッド４１の出力信号を送信するための信号ラインを配列したものであり、前記信号中継基板１０１とフォーサ６ｂの入力ポート、読取ヘッド４１の出力ポートとの間は更に別の信号ケーブルで接続されている。

図２に示すように、前記サイドカバー２５ｂとベースプレート２の側壁２４との間がフラットケーブル１００の収容空間１０２となっており、ベースプレート２の側壁の下端にはフラットケーブル１００を載置するためのケーブルブラケット２７が該ベースプレート２の長手方向に沿って取り付けられている。図１に示すように、フラットケーブル１００はエンドプレート２１の下端とケーブルブラケット２７との隙間から前記収容空間１０２内に挿入されており、かかる収容空間１０２の内部でゆるやかに屈曲して方向転換した後に、前記信号中継基板１０１に取り付けられている。

本実施形態において、前記リニアモータ６の可動子であるフォーサ６ｂのハウジング６１は絶縁性を具備した非金属無機材料から形成されている。具体的には、セメント等と同様な水硬性組成物であり、水硬性粉体（ポルトランドセメント、珪酸カルシウム、カルシウムアルミネート等）と非水硬性粉体（水酸化カルシウム、炭酸カルシウム粉末、スラグ粉末等）とを一定の割合で混合した水硬性組成物を前記放熱フィン６３などを含む所定の形状にモールド成形して未硬化成形体を得た後、これを脱型してから水分を供給して水和反応を開始させ、養生を行う。養生方法としては公知の方法、例えば常圧蒸気養生、高圧蒸気養生、熱水養生を用いることが可能である。

前記フォーサハウジング６１に対するコイル部材６２の組み付けを考慮すると、前記フォーサハウジング６１はコイル部材６２の外側に直接モールド成形するのが好ましい。これにより、フォーサハウジング６１とコイル部材６２を接着剤を用いずに簡便に一体化することができ、フォーサ６ｂの製造コストを低減化することができる。モールド成形としては、押し出し成形、射出成形を適用することが可能であるが、フォーサハウジング６１に複雑な形状を与えるのであれば、後者の射出成形が好ましい。この射出成形の場合、円筒状に組み立てたコイル部材６２をインサータとしてモールド内にセットした後、かかるモールド内に水硬性組成物を射出し、コイル部材６２の周囲にフォーサハウジング６１の未硬化成形体を形成する。成形されたフォーサハウジング６１は円筒状に形成されたコイル部材６２の軸方向の両端面にも被さっており、これによりコイル部材６２のフォーサハウジング６１に対する抜け止めがなされている。そして、モールドから脱型した未硬化成形体を養生することにより、コイル部材６２と一体化し且つ硬化したフォーサハウジング６１を得ることができる。

このようにコイル部材６２の外側に絶縁性のフォーサハウジング６１を直接成形することにより、コイル部材６２とフォーサハウジング６１が隙間なく接触し、しかも絶縁層等が両者の間に介在しないので、コイル部材６２への通電により発生した熱がフォーサハウジング６１に流入し易くなり、コイル部材６２の冷却を促進することができるようになっている。これにより、コイル部材６２に通電する電流値を従来よりも高めに設定することが可能となり、リニアモータ６に一層大きな推力を発生させることが可能となる。

また、コイル部材６２に通電しても、絶縁性のフォーサハウジング６１には渦電流が生じないので、かかる渦電流の発生によってエネルギが無駄に消費されてしまうこともなく、この点においてもリニアモータ６の推力を向上させることが可能となる。

この実施形態で用いたフォーサハウジング６１の物性は、比熱１４００Ｊ／ｋｇ・Ｋ、熱伝導率２．５Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗１×１０¹⁴Ω・ｃｍであった。このフォーサハウジング６１の熱伝導率は展伸材としてのアルミニウム合金の１／１００程度であるが、フォーサハウジング６１とコイル部材６２の接着剤として従来利用されていたエポキシ樹脂の２０倍以上あり、コイル部材６２で発生した熱がフォーサハウジング６１へ流入する速度を従来よりも十分に高めることができた。その結果、コイル部材６２の冷却を促進することができ、前述の如くリニアモータ６の推力を向上させることができた。

尚、押し出し成形、射出成形が可能な水硬性組成物としては、特開２００４−１０３８７号公報、特開２００４−２１００号公報に開示があり、これらに開示された水硬性組成物を使用することにより、前記フォーサハウジングを形成することができる。

図８は、本発明を適用したリニアモータの第２の実施の形態を示すものである。第１の実施の形態で使用したロッドタイプリニアモータ６では、マグネットロッド６ａがベースプレート２に対して固定され、スライドキャリッジ１の一部を構成するフォーサ６ｂが前記マグネットロッド６ａに沿って往復動していたが、この第２の実施形態のリニアモータ１５０ではフォーサ１５０ａを各種機械装置に固定し、このフォーサ１５０ａを貫通するマグネットロッド１５０ｂを進退させて使用する場合を想定している。

前記マグネットロッド１５０ｂは、ステンレス製パイプ１５１と、このパイプ１５１の中空部内に配列された多数の永久磁石１５２と、かかるパイプ１５１の両端を塞ぐ一対のエンドプラグ１５３とから構成されており、前記パイプ１５１内で互いに隣接する永久磁石１５２はＮ極同士またはＳ極同士を対向させている。これにより、マグネットロッド１５０ｂにはその長手方向に沿ってＮ極の磁極とＳ極の磁極が交互に並んだ駆動用の着磁部が形成され、これが界磁マグネットとなっている。

一方、前記フォーサ１５０ａは前記マグネットロッド１５０ｂの軸方向に垂直な断面が長方形状をなす四角柱状に形成されており、その中心には前記マグネットロッド１５０ｂが貫通する貫通孔が形成されている。このフォーサ１５０ａは、コイル部材１５４を収納したフォーサハウジング１５５と、このフォーサハウジング１５５の長手方向の前後両端部に固定された軸受支持部材としての一対のフォーサエンド１５６と、このフォーサエンド１５６に嵌合すると共に前記マグネットロッド１５０ｂの進退を支承する一対の軸受ブッシュ１５７とから構成されている。前記コイル部材１５４はフォーサハウジング１５５に形成された貫通孔の内周面に配列されている。マグネットロッド１５０ｂは前記軸受ブッシュ１５７に摺接するが、前記フォーサエンド１５６及びコイル部材１５４とは０．２ｍｍ程度の隙間を介して非接触に保たれている。また、前記フォーサハウジング１５５の表面には複数の放熱フィンが立設されており、前記コイル部材１５４に通電した際に該コイル部材１５４で発生する熱をフォーサハウジング１５５に伝達すると共に、周辺雰囲気中に放熱し、コイル部材１５４そのものを効果的に冷却することができるようになっている。

この第２の実施の形態においても、前記フォーサハウジング１５５は絶縁性を具備した非金属無機材料から形成されている。具体的には、第１の実施の形態と同様に、セメント等と同様な水硬性組成物であり、水硬性粉体（ポルトランドセメント、珪酸カルシウム、カルシウムアルミネート等）と非水硬性粉体（水酸化カルシウム、炭酸カルシウム粉末、スラグ粉末等）とを一定の割合で混合した水硬性組成物から形成されている。この水硬性組成物をモールドに流し込み、前記放熱フィンなどを含む所定形状に成形して未硬化成形体を得た後、これを脱型してから水分を供給して水和反応を開始させ、養生を行うことで、前記フォーサハウジング１５５を製作している。

図９乃至図１５は、前記フォーサハウジング１５５及びフォーサ１５０ａの製造過程を示すものである。先ず、図９は基準軸１６０を用いたコイル部材１５４の組立工程を示すものである。ここで使用する基準軸１６０は前記マグネットロッド１５０ｂの直径よりも僅かに大きな直径を有し、例えばマグネットロッド１５０ｂの直径がφ５．５ｍｍだとすると、前記基準軸１６０の直径はφ５．９ｍｍ程度である。コイル部材１５４はＵ，Ｖ及びＷ相の３つのコイルを１組とするコイル群を有しており、前記基準軸１６０の周囲に巻回すようにして組み立てられている。いずれの相のコイル部材１５４もリング状であり、各相のコイル部材１５４の配列ピッチはマグネットロッド１５０ｂにおける永久磁石１５２の配列ピッチよりも短く設定されている。

次に、図１０に示すように、前記基準軸１６０の周囲にコイル部材１５４が組み立てられた後、かかる基準軸１６０の両端からは一対のフォーサエンド１５６が介装される。各フォーサエンド１５６には基準軸１６０の直径に合致した内径の貫通孔１５６ａが形成されており、基準軸１６０は隙間なくフォーサエンド１５６の貫通孔１５６ａに嵌合する。すなわち、フォーサエンド１５６は基準軸１６０の周囲に組み立てられたコイル部材１５４と該基準軸を介して位置決めされている。また、フォーサエンド１５６には前記貫通孔１５６ａと同一軸芯上に位置する基準孔１５６ｂが形成されると共に、後述するモールド成形の際に前記水硬性組成物が充填される空所１５６ｃが形成されている。

このようにして基準軸１６０の周囲にコイル部材１５４が組み立てられ、このコイル部材１５４をフォーサエンド１５６によって挟み込んだ後、これらを基準軸１６０と共にインサータとしてモールド内にセットし、かかるモールド内に水硬性組成物を射出し、コイル部材１５４の周囲にフォーサハウジング１５５となる未硬化成形体を形成する。図１１及び図１２に示すように、成形された水硬性組成物はコイル部材１５４を覆うと共にフォーサエンド１５６の空所１５６ｃにも充填されており、かかる空所１５６ｃ内には段部が形成されていることから、前記未硬化成形体の形成後はフォーサエンド１５６とコイル部材１５４が該未硬化成形体によって一体化されている。そして、モールドから脱型した未硬化成形体を養生することにより、コイル部材１５４及びフォーサエンド１５６と一体化し且つ硬化したフォーサハウジング１５５を得ることができる。

このようにしてフォーサハウジング１５５の硬化が完了したならば、前記基準軸１６０をフォーサハウジング１５５から抜き出した後、図１３に示すように、フォーサエンド１５６の貫通孔１５６ａと同一軸芯上に形成された基準孔１５６ｂに対して軸受ブッシュ１５７を嵌合させる。前述のように、フォーサエンド１５５の貫通孔はコイル部材１５４の中心に対して位置決めされていることから、前記基準孔１５６ｃもコイル部材１５４の中心に対して位置決めされている結果となり、この基準孔１５６ｃに対して外径寸法を管理された軸受ブッシュ１５７を嵌合させれば、かかる軸受ブッシュ１５７の中心がコイル部材１５４の中心に対して正確に位置決めされることになる。

フォーサハウジング１５５の両端に位置するフォーサエンド１５６の夫々に対して軸受ブッシュ１５７の嵌合が完了したならば、図１４に示すように、フォーサハウジング１５５に前記マグネットロッド１５０ｂを挿通させ、このマグネットロッド１５０ｂをフォーサハウジング１５５の両端の軸受ブッシュ１５７で支承する。前述の如く、軸受ブッシュ１５７の中心はコイル部材１５４の中心に対して正確に位置決めされているので、軸受ブッシュ１５７によって支承されたマグネットロッド１５０ｂの中心はコイル部材１５４の中心と正確に合致し、マグネットロッド１５０ｂの外周面とコイル部材１５４の内周面との間には均一な隙間が形成される。

フォーサハウジング１５５に対するマグネットロッド１５０ｂの組み付けが完了したならば、図１５に示すように、前記軸受ブッシュ１５７を固定ねじ１５８によってフォーサエンド１５６にねじ止めし、フォーサ１５０ａの製作が完了する。

このような第２の実施形態のフォーサ１５０ａでは、基準軸１６０を介してフォーサエンド１５６とコイル部材１５４とが同一軸芯上に位置決めされると共に、この位置決め状態を保ったままフォーサエンド１５６とコイル部材１５４が水硬性組成物のモールド成形によって一体化され、更に、かかるフォーサエンド１５６を用いて軸受ブッシュ１５７が位置決めされるので、軸受ブッシュ１５７に嵌合するマグネットロッド１５０ｂをコイル部材１５４に対して同一軸芯上に正確に位置決めすることが可能となる。すなわち、マグネットロッド１５０ｂとコイル部材１５４との隙間を微小に且つ均一に保つことが可能となり、ステンレス製のマグネットロッドがコイル部材に接触して、コイル部材を流れる電流がマグネットロッドにリークするのを防止することができる。従って、マグネットロッド１５０ｂを進退させる際の推力を最大限に発揮させることができる他、かかる推力にむらが発生するのを防止することができるものである。

Claims (7)

1. 軸方向に沿って所定のピッチで多数の磁極が配列されたマグネットロッドと、このマグネットロッドが遊嵌する貫通孔を有し、印加される電気信号に応じ前記マグネットロッドと相対的に進退運動するフォーサとから構成されるリニアモータにおいて、
   前記フォーサは、前記貫通孔が形成されたフォーサハウジングと、このフォーサハウジングの貫通孔の内周面に配列されると共に前記電気信号が印加されるコイル部材とから構成され、
   前記フォーサハウジングは絶縁性を具備した非金属無機材料のモールド成形によって形成されていることを特徴とするロッドタイプリニアモータ。
2. 前記非金属無機材料は水硬性組成物であることを特徴とする請求項１記載のロッドタイプリニアモータ。
3. 前記コイル部材は、前記フォーサハウジングのモールド成形によって該フォーサハウジングと一体化されていることを特徴とする請求項１記載のロッドタイプリニアモータ。
4. 前記フォーサハウジングの貫通孔の両端開口部には、前記コイル部材と隣接して且つコイル部材と同一軸心上に一対の軸受支持部材が設けられ、これら軸受支持部材は前記フォーサハウジングのモールド成形によって該フォーサハウジング及びコイル部材と一体化され、
   これら軸受支持部材の夫々に軸受ブッシュを固定して、前記フォーサに対するマグネットロッドの進退を支承したことを特徴とする請求項３記載のロッドタイプリニアモータ。
5. 請求項１記載のロッドタイプリニアモータの製造方法であって、
   前記マグネットロッドの外周面とコイル部材の内周面との隙間分だけ前記マグネットロッドの直径よりも大きな直径の基準軸を準備し、
   この基準軸の外周面に接して前記コイル部材を組み立てた後、これら基準軸とコイル部材をモールド型内にインサートし、
   前記モールド型内のキャビティに絶縁性を具備した非金属無機材料を射出して、前記コイル部材と一体化されたフォーサハウジングを成形し、この後、
   前記基準軸をコイル部材及びフォーサハウジングから抜き出して貫通孔を形成し、この貫通孔に前記マグネットロッドを挿入することを特徴とするロッドタイプリニアモータの製造方法。
6. 前記基準軸に対して緊密に嵌合する一対の軸受支持部材を前記コイル部材の両側に隣接して設け、非金属無機材料によるフォーサハウジングの射出成形の際に、これら軸受支持部材がコイル部材及びフォーサハウジングと一体化され、更に、
   前記基準軸をフォーサハウジングから抜き出した後、一対の軸受部材の夫々に対して軸受ブッシュを固定し、これらの軸受ブッシュにマグネットロッドを進退自在に嵌合させたことを特徴とする請求項５記載のロッドタイプリニアモータの製造方法。
7. ベースプレートと、このベースプレート上に配設された軌道レールと、この軌道レールに沿って自在に往復運動可能なスライダと、このスライダの直上で前記軌道レールと平行に両端支持された固定子としてのマグネットロッドと、前記スライダに固定されると共に前記マグネットロッドの周囲に遊嵌する可動子としてのフォーサと、前記マグネットロッドの直上に位置すると共に前記フォーサ及びスライダと共に往復運動する案内テーブルとから構成されるリニアモータアクチュエータにおいて、
   前記フォーサは、前記貫通孔が形成されたフォーサハウジングと、このフォーサハウジングの貫通孔の内周面に配列されると共に前記電気信号が印加されるコイル部材とから構成され、
   前記フォーサハウジングは絶縁性を具備した非金属無機材料のモールド成形によって形成されていることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。

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