KR101202528B1 - 로드 타입 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

포서 하우징의 재질 및 포서 하우징에 대한 코일 부재의 조립 부착 구조를 재검토함으로써, 추력의 증강을 도모할 수 있는 동시에, 이러한 포서 하우징에 대해 사용 용도에 따른 최적의 형상을 용이하게 부여할 수 있고, 나아가 저비용으로 제작하는 것이 가능한 리니어 모터를 제공한다. 이러한 리니어 모터는, 축방향을 따라 소정의 피치로 다수의 자극이 배열된 마그넷 로드와, 이 마그넷 로드가 헐겁게 끼워지는 관통 구멍을 갖고, 인가되는 전기 신호에 따라서 상기 마그넷 로드와 상대적으로 진퇴 운동하는 포서로 구성되고, 상기 포서는 상기 관통 구멍이 형성된 포서 하우징과, 이 포서 하우징의 관통 구멍의 내주면에 배열되는 동시에 상기 전기 신호가 인가되는 코일 부재로 구성되고, 상기 포서 하우징은 절연성을 구비한 비금속 무기 재료의 몰드 성형에 의해 형성되어 있다.

리니어 모터, 마그넷 로드, 코일 부재, 포서 하우징, 관통 구멍

Description

로드 타입 리니어 모터 {ROD-TYPE LINEAR MOTOR}

본 발명은, N극의 자극(磁極)과 S극의 자극이 교대로 배열되는 마그넷 로드가 코일 부재를 내장한 포서(forcer)를 관통하고, 이들 코일 부재와 포서가 상대적으로 진퇴하는 타입의 로드 타입 리니어 모터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

리니어 모터는, X-Y 테이블이나 물품 반송 장치 등의 FA 기기에 있어서, 물품, 부재 등을 직선적으로 이동시키는 리니어 액츄에이터의 구동원으로서 다용되고 있다. 리니어 모터를 이용한 소위 리니어 모터 액츄에이터는, 통상 반송 대상인 물품 등의 가동체를 탑재하는 안내 테이블과, 이 안내 테이블을 직선 왕복 운동 가능하게 하는 직선 안내 장치와, 상기 안내 테이블에 대해 추력을 부여하는 리니어 모터와, 상기 안내 테이블의 위치를 검출하는 리니어 인코더로 구성되어 있고, 이러한 리니어 인코더의 검출치에 따라서 상기 리니어 모터를 제어함으로써, 안내 테이블에 임의의 이동량을 고정밀도로 부여하는 것이 가능하게 되어 있다(일본 특허 출원 공개 제2002-136097호 공보 등).

상기 리니어 모터로서는, N극의 자극과 S극의 자극이 교대로 배열되는 고정자로서의 계자(界磁) 마그넷을 베이스 플레이트 상에 배치하는 한편, 상기 직선 안내 장치에 의해 지지된 안내 테이블의 하면측에 가동자로서의 포서를 설치하고, 이 들 계자 마그넷과 포서를 약간의 간극을 사이에 두고 대향시킨 것이 알려져 있다.

그러나, 이와 같이 계자 마그넷을 베이스 플레이트 상에 배치한 경우, 포서와 계자 마그넷을 대향시키기 위해서는, 이러한 계자 마그넷을 걸치도록 하여 상기 안내 테이블을 설치할 필요가 있고, 또한 계자 마그넷의 양측에 한 쌍의 직선 안내 장치를 설치하여 상기 안내 테이블의 직선 왕복 운동을 지지할 필요가 있어, 액츄에이터의 구조 자체가 대형화해 버리는 경향이 있다.

한편, 리니어 모터의 다른 형식으로서는, 소위 로드 타입인 것이 알려져 있다(일본 특허 출원 공개 평11-150973호 공보). 이 로드 타입의 리니어 모터는, 막대 형상으로 형성되는 동시에 축방향을 따라 소정의 피치로 N극 및 S극이 반복 배열되고, 양단부가 베이스 플레이트 상에 지지되는 고정자로서의 마그넷 로드와, 이 마그넷 로드의 주위에 약간의 간극을 사이에 두고 헐겁게 끼워져 있는 포서로 구성되어 있고, 포서 내에 설치된 코일 부재에 통전함으로써, 이러한 포서가 마그넷 로드의 주위를 축방향을 따라 운동하도록 구성되어 있다.

이 로드 타입의 리니어 모터에서는, 상기 마그넷 로드의 주위를 코일 부재가 둘러싸고 있으므로 강력한 추력을 발휘할 수 있고, 이러한 리니어 모터를 이용하여 액츄에이터를 구성한 경우에는, 소형화를 도모하면서도 안내 테이블에 대해 큰 추력을 부여하는 것이 가능해진다. 또한, 안내 테이블의 왕복 운동을 지지하는 직선 안내 장치는, 통상적으로, 베이스 플레이트 상에 배치되는 궤도 레일과, 이 궤도 레일을 따라 운동하는 슬라이더로 구성되어 있지만, 이 로드 타입 리니어 모터에서는 상기 포서를 슬라이더에 고정하고, 또한 포서 상에 안내 테이블을 고정하는 소 위 빌트 업 구조를 채용하는 것이 가능해지고, 일본 특허 출원 공개 제2002-136097호 공보에 개시되는 리니어 모터 액츄에이터와 같이 2축의 직선 안내 장치를 사용하는 타입에 비해, 액츄에이터 자체를 소형화하기 쉬운 등의 특질이 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2002-136097호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 평11-150973호 공보

종래의 로드 타입의 리니어 모터에 있어서의 포서는, 히트 싱크를 겸한 금속제의 포서 하우징과, 이 포서 하우징에 형성된 관통 구멍의 내주면에 고정되는 원통 형상의 코일 부재로 구성되어 있고, 코일 부재를 포서 하우징과는 별개로 조립한 후, 포서 하우징의 관통 구멍에 삽입하여 고정하고 있었다. 포서 하우징에는 코일 부재에서 발생한 열을 신속하게 방열하는 것이 요구되므로, 이러한 포서 하우징의 재료로서는 열 전도율이 우수한 알루미늄 합금이 이용되고 있고, 또한 압출 성형이 용이한 알루미늄 합금을 이용함으로써 상기 관통 구멍이나 방열용 핀을 포서 하우징에 비교적 용이하게 형성할 수 있었다.

그 반면, 포서 하우징이 금속제이므로, 이러한 포서 하우징과 코일 부재와의 사이에 절연층을 형성할 필요가 있고, 또한 추력을 발생하는 코일 부재와 슬라이더에 고정되는 포서 하우징을 견고하게 접합할 필요가 있었다. 이로 인해, 종래는 원통 형상으로 형성된 코일 부재의 외주면에 에폭시 수지 등으로 이루어지는 접착제를 도포한 후에, 코일 부재를 포서 하우징의 관통 구멍 내에 끼워 맞춤시키고 있었다. 에폭시 수지는 절연성이 우수한 동시에 내열성도 우수하고, 코일 부재가 발열하였을 때에도 상기 코일 부재와 포서 하우징을 견고하게 결합할 수 있어, 코일 부재와 포서 하우징의 사이의 접착제로서는 최적의 것이었다.

그러나, 에폭시 수지는 내열성이 우수한 반면, 열 전도율이 낮으므로, 코일 부재에서 발생한 열이 포서 하우징에 유입되기 어려워, 코일 부재에 보다 많은 전류를 통전할 수 없다고 하는 문제점도 있었다. 예를 들어, 전신재(展伸材)로서의 알루미늄 합금(1000계)의 실온(20 ℃)에 있어서의 열 전도율은 약 230 W/m?K이지만, 에폭시 수지의 열 전도율은 그 1/1000 정도이고, 이러한 에폭시 수지층이 코일 부재와 포서 하우징과의 사이에 있어서의 열의 이동을 저해하고 있었다. 이로 인해, 코일 부재에의 통전이 제한되어 버려, 분명히 리니어 모터의 추력을 제한하는 요인이 되고 있었다.

또한, 포서 하우징이 금속제이면, 가령 코일 부재와 포서 하우징과의 사이에 절연층을 개재시켰다고 해도, 코일 부재에 통전하였을 때에, 포서 하우징에 와전류가 발생해 버려, 이것이 에너지 손실이 되어 리니어 모터의 추력을 저하시키는 요인도 되고 있었다.

또한 알루미늄 합금제의 포서 하우징을 저비용으로 형성하기 위해는 압출 성형이 바람직하지만, 그 경우에는 방열 핀을 관통 구멍과 동일한 방향으로밖에 기립 설치할 수 없고, 또한 관통 구멍의 중심에 대해 현저하게 치우친 단면 형상은 압출 성형에 적합하지 않은 등의 문제가 있다. 즉, 포서 하우징의 형상에 대한 제약이 커, 용도에 따른 최적의 형상의 리니어 모터를 구성하기 어려운 등의 문제점이 있었다.

게다가 또한, 포서 하우징과 코일 부재를 각각 가공한 후에, 이들을 조립 부착하는 공정이 필요해져, 포서의 제조 공정이 많고 제조 비용 상승의 요인도 되고 있었다.

본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 포서 하우징의 재질 및 포서 하우징에 대한 코일 부재의 조립 부착 구조를 재검토함으로써, 추력의 증강을 도모할 수 있는 동시에, 이러한 포서 하우징에 대해 사용 용도에 따른 최적의 형상을 용이하게 부여할 수 있고, 나아가 저비용으로 제작하는 것이 가능한 로드 타입 리니어 모터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 리니어 모터는, 마그넷 로드와, 포서로 구성되어 있다. 마그넷 로드에는 축방향을 따라 소정의 피치로 다수의 자극이 배열되는 한편, 상기 포서는 이 마그넷 로드가 헐겁게 끼워지는 관통 구멍을 갖고 있다. 또한, 포서는 상기 관통 구멍이 형성된 포서 하우징과, 이 포서 하우징의 관통 구멍의 내주면에 배열되는 코일 부재로 구성되어 있고, 상기 코일 부재에 전기 신호를 인가하면, 마그넷 로드의 각 자극과 코일 부재와의 사이에 자기 흡인력 및 자기 반발력이 발생되고, 상기 마그넷 로드의 축방향을 따라 포서와 마그넷 로드가 상대적으로 진퇴 운동하도록 되어 있다.

본 발명에 있어서, 상기 포서 하우징은 절연성을 구비한 비금속 무기 재료의 몰드 성형에 의해 형성되어 있다. 포서 하우징 자체를 절연성 부재로 함으로써, 코일 부재와 포서 하우징의 사이에 절연층을 형성할 필요가 없어져, 코일 부재에서 발생한 열이 직접 포서 하우징에 유입되므로, 코일 부재의 냉각을 촉진하는 것이 가능해진다. 즉, 코일 부재에 대해 인가하는 전기 에너지를 종래보다도 증강하는 것이 가능해져, 그 만큼 리니어 모터의 추력의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 포서 하우징 자체를 절연성 부재로 함으로써 코일 부재에의 통전시에 와전류가 포서 하우징에 발생하는 일도 없으므로, 에너지 손실을 억제하고, 이 점에 있어서도 추력의 증강을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 포서 하우징으로서 비금속 무기 재료, 즉 넓은 의미의 세라믹스를 사용함으로써, 포서 하우징 자체의 중량을 금속제의 그것보다도 경량화할 수 있으므로, 전술한 추력의 증강과 더불어 신호의 인가에 대한 포서의 운동의 응답성을 높이는 것이 가능해진다.

게다가 또한, 몰드 성형에 의해 포서 하우징을 형성함으로써, 보다 복잡한 형상의 포서 하우징을 저비용으로 제작할 수 있어, 각종 용도에 따라서 설치 공간이나 필요로 하는 추력에 따른 최적의 형상의 리니어 모터를 저비용으로 제작하는 것이 가능해진다. 또한, 마그넷 로드를 둘러싸는 원통 형상의 코일 부재를 먼저 조립해 두고, 이러한 코일 부재의 주위에 포서 하우징을 직접 몰드 성형하여 양자를 결합하는 것도 가능해지고, 포서의 조립 공정을 간이화하여, 제조 비용의 저하를 도모하는 것도 가능해진다.

도1은 본 발명의 리니어 모터를 사용한 리니어 모터 액츄에이터의 제1 실시 형태를 도시하는 측면도이다.

도2는 도1의 II-II선 단면도이다.

도3은 제1 실시 형태에 관한 리니어 모터를 도시하는 사시도이다.

도4는 제1 실시 형태에 관한 리니어 모터의 동작 원리를 도시하는 측면도이다.

도5는 제1 실시 형태에 관한 리니어 모터의 동작 원리를 도시하는 정면도이다.

도6은 제1 실시 형태에 관한 직선 안내 장치를 도시하는 사시도이다.

도7은 제1 실시 형태에 관한 리니어 모터 액츄에이터의 슬라이드 캐리지의 구성을 도시하는 측면 확대도이다.

도8은 본 발명의 리니어 모터의 제2 실시 형태를 도시하는 사시도이다.

도9는 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터의 코일 부재의 조립을 도시하는 측면도이다.

도10은 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터의 포서 엔드의 조립을 도시하는 측면도이다.

도11은 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터의 포서 하우징의 성형 후를 도시하는 측면도이다.

도12는 도11의 XII선 화살표도이다.

도13은 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터의 베어링 부시의 조립을 도시하는 측면도이다.

도14는 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터의 포서의 조립 완료 후의 상태를 도시하는 측면도이다.

도15는 도14의 XV 화살표도이다.

[부호의 설명]

1 : 리니어 모터 액츄에이터

2 : 베이스 플레이트

3 : 궤도 레일

4 : 슬라이더

5 : 안내 테이블

6 : 리니어 모터

6a : 마그넷 로드

6b : 포서

61 : 포서 하우징

62 : 코일 부재

이하, 첨부 도면을 기초로 하여 본 발명의 로드 타입 리니어 모터를 상세하게 설명한다.

도1 및 도2는 본 발명의 리니어 모터를 구동원으로서 이용한 액츄에이터의 제1 실시 형태를 도시하는 측면도 및 정면 단면도이다. 이 리니어 모터 액츄에이터(1)는, 장척의 베이스 플레이트(2)와, 이 베이스 플레이트(2) 상에 그 길이 방향을 따라 배치된 1개의 궤도 레일(3)과, 이 궤도 레일을 따라 직선 왕복 운동 가능한 슬라이드 캐리지(110)와, 이 슬라이드 캐리지(110)에 포함되는 동시에 다수의 볼을 통해 상기 궤도 레일에 조립 부착된 1개의 슬라이더(4)와, 이 슬라이더(4)에 고정되는 동시에 피반송체의 설치면을 구비한 가동 스테이지(5)와, 이 가동 스테이지(5)에 대해 추력을 부여하는 리니어 모터(6)로 구성되어 있고, 가동 스테이지(5) 상에 탑재한 피반송체를 베이스 플레이트(2)의 길이 방향을 따라 왕복 운동시키고, 임의의 위치에 정지시킬 수 있도록 되어 있다.

도3은 상기 리니어 모터(6)를 도시하는 사시도이다. 이 리니어 모터(6)는, 장척의 원기둥 형상으로 형성된 고정자로서의 마그넷 로드(6a)와, 이 마그넷 로드(6a)의 주위에 약간의 간극을 사이에 두고 헐겁게 끼워진 가동자로서의 포서(6b)로 구성되어 있다. 상기 마그넷 로드(6a)에는 축방향을 따라 복수의 영구 자석(60)이 배열되어 있고, 외주면은 원활하게 가공되어 있다. 도4에 도시한 바와 같이, 각 영구 자석(60)은 N극 및 S극을 갖고 있고, 서로 인접하는 영구 자석(60)은 N극끼리 또는 S극끼리가 대향하도록 교대로 방향을 역전시켜 배열되어 있다. 이에 의해, 마그넷 로드(6a)에는 그 길이 방향을 따라 N극의 자극과 S극의 자극이 교대로 배열된 구동용 착자부가 형성되고, 이것이 계자 마그넷으로 되어 있다.

도1에 도시한 바와 같이, 이 마그넷 로드(6a)는 그 양단부가 한 쌍의 엔드 플레이트(20, 21)에 각각 고정되어 있고, 또한 한 쌍의 엔드 플레이트(20, 21)는 베이스 플레이트(2)의 길이 방향의 양단부에 서로 대향하도록 고정되어 있다. 즉, 상기 마그넷 로드(6a)는 베이스 플레이트(2) 상에 양단부 지지 빔과 같이 고정되어 있다.

한편, 포서(6b)는 전체가 사각 기둥 형상으로 형성되는 포서 하우징(61) 내 에 원통 형상의 코일 부재(62)를 수납하여 구성된다. 상기 포서 하우징(61)의 표면에는 복수의 방열 핀(63)이 상기 마그넷 로드(6a)의 길이 방향과 평행하게 기립 설치되어 있고, 상기 코일 부재(62)에 통전하였을 때에 상기 코일 부재(62)에서 발생하는 열을 포서 하우징(61)에 전달하는 동시에, 주변 분위기 중에 방열하여, 코일 부재(62) 자체를 효과적으로 냉각할 수 있도록 되어 있다.

도4 및 도5는 이 리니어 모터(6)의 작동 원리를 도시한다. 코일 부재(62)는 U, V 및 W상(相)의 3개의 코일을 1세트로 하는 코일군을 갖고 있다. 어떠한 상의 코일 부재(62)도 링형이며, 마그넷 로드(6a)의 외주면과 약간의 간극을 사이에 두고 대향하고 있다. 또한, 각 상의 코일 부재(62)의 배열 피치는 영구 자석(60)의 배열 피치보다도 짧게 설정된다. 마그넷 로드(6a)에는 S극의 자극으로부터 N극의 자극을 향해 자속(64)이 형성되어 있고, 포서(6b)에는 그 자속 밀도를 검출하는 자극 센서(도시하지 않음)가 내장되어 있다. 따라서, 이 자극 센서가 출력하는 검출 신호로부터 코일 부재에 대한 마그넷 로드의 각 자극(N극 및 S극)의 위치 관계가 파악된다. 코일 부재로의 통전을 제어하고 있는 제어기는 상기 자극 센서의 검출 신호를 수신하고, 코일 부재와 마그넷 로드의 각 자극과의 위치 관계에 따른 최적의 전류를 연산하고, 그것을 각 코일 부재에 통전한다. 그 결과, 각 코일 부재(62)에 흐르는 전류와 영구 자석(60)에 의해 형성되는 자속(64)과의 상호 작용에 의해, 코일 부재(62)와 영구 자석(60)의 각 자극과의 사이에 흡인력 및 반발력이 발생하고, 포서(6b)가 마그넷 로드(6a)의 축선 방향으로 추진되게 된다.

도2에 도시한 바와 같이, 상기 궤도 레일(3) 및 슬라이더(4)는 상기 베이스 플레이트(2) 상에서 가동 스테이지(5)를 자유롭게 왕복 운동시키는 직선 안내 장치를 구성하고 있다. 도6은 이 직선 안내 장치의 일예를 도시하는 사시도이다. 상기 궤도 레일(3)은 길이 방향에 수직인 단면이 대략 직사각 형상으로 형성되어 있고, 베이스 플레이트(2)의 전체 길이와 대략 동일한 길이로 형성되는 동시에, 이러한 베이스 플레이트(2)에 대해 그 길이 방향과 평행하게 배치되어 있다. 이 궤도 레일(3)의 양 측면에는 2개씩, 총 4개의 볼 구름 주행 홈(30a, 30b)이 길이 방향을 따라 형성되어 있고, 하측에 위치하는 볼 구름 주행 홈(30a)은 궤도 레일(3)의 바닥면에 대해 45도 하향으로, 상측에 위치하는 볼 구름 주행 홈(30b)은 45도 상향으로 형성되고, 상기 슬라이더(4)가 래디얼 하중, 역(逆) 래디얼 하중, 수평 방향 하중을 균등하게 받을 수 있도록 되어 있다. 또한, 궤도 레일(3)에는 고정 볼트를 삽입 관통시키기 위한 부착 구멍(31)이 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 마련되어 있다.

한편, 이 궤도 레일(3)을 따라 이동하는 슬라이더(4)는, 궤도 레일(3)의 상부가 약간의 간극을 사이에 두고 헐겁게 끼워지는 안내 홈을 갖고 새들(saddle) 형상으로 형성되는 동시에, 다수의 볼(45)이 순환하는 볼 무한 순환로를 구비하고 있고, 상기 볼(45)이 궤도 레일(3)의 볼 구름 주행 홈(30a, 30b)을 구름 주행함으로써, 궤도 레일(3)을 따라 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 상기 볼(45)은 가요성을 구비한 합성 수지성 볼 케이지(46)에 배열되어 있고, 볼(45)은 이 볼 케이지(46)와 함께 볼 무한 순환로의 내부를 순환한다. 이에 의해, 볼(45)은 사행하는 일 없이, 항상 정렬된 상태에서 볼 무한 순환로의 내부를 순환하게 되어, 볼(45)이 순환 중에 막혀 버리는 트러블을 방지하고, 슬라이더(4)의 미끄럼 이동 저항의 안정화를 도모할 수 있도록 되어 있다. 이 슬라이더(4)는 궤도 레일(3)의 길이 방향에 수직인 방향, 즉 상기 슬라이더(4)의 이동 방향과 수직인 방향으로 작용하는 하중을 부하하고 있고, 리니어 모터(6)의 포서(6b)에 대해 마그넷 로드(6a)의 축방향 이외의 하중이 작용하는 것을 방지하고 있다.

상기 베이스 플레이트(2)에는 궤도 레일(3)의 바닥부를 수용하기 위한 고정 기준 홈(22)이 길이 방향을 따라 형성되어 있고, 궤도 레일(3)은 그 측면을 이 고정 기준 홈(22)의 측면에 충돌한 상태에서, 고정 볼트(23)에 의해 베이스 플레이트(2)에 고정되어 있다. 이 고정 기준 홈(22)은 상기 엔드 플레이트(20, 21)에 의해 양단부 지지된 마그넷 로드(6a)의 축방향과 평행하게 형성되어 있고, 이에 의해 궤도 레일(3)과 마그넷 로드(6a)의 평행이 확보되도록 되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(2)의 폭방향의 일단부에는 길이 방향을 따라 측벽(24)이 기립 설치되어 있고, 이 측벽(24)의 외측면에는 리니어 인코더를 구성하는 마그넷 스케일(40)이 슬라이더(3)의 이동 방향의 전역에 걸쳐 고정되어 있다.

또한, 상기 슬라이더(4)에는 가동 스테이지(5)를 지지하기 위한 새들 플레이트(8)가 고정되어 있다. 이 새들 플레이트(8)는 부착 볼트(80)에 의해 슬라이더(4)의 상부 부착면에 고정되어 있다. 도2에 도시한 바와 같이, 새들 플레이트(8)의 폭방향의 일단부에는 상기 리니어 인코더의 판독 헤드(41)를 고정하기 위한 플랜지부(81)가 돌출 설치되어 있고, 이 플랜지부(81)는 베이스 플레이트(2)의 측벽(24)을 타고 넘도록 하여 설치되어 있다. 리니어 인코더의 판독 헤드(41)는 상기 플랜지부(81)로부터 현수되도록 하여 고정되어 있고, 베이스 플레이트(2)의 측벽(24)에 고정된 마그넷 스케일(40)과 대향하고 있다. 이에 의해, 슬라이더(4)가 궤도 레일(3)을 따라 이동하면, 리니어 인코더의 판독 헤드(41)가 마그넷 스케일(40)을 따라 이동하고, 이러한 판독 헤드(41)의 출력 신호로부터 베이스 플레이트(2)에 대한 슬라이더(4)의 이동량을 파악할 수 있도록 되어 있다.

상기 리니어 인코더로서는, 이 리니어 모터 액츄에이터의 용도에 따른 분해능의 것을 선택하여 이용하는 것이 가능하고, 마그넷 스케일에 있어서의 자기(磁氣)의 변화를 검출하는 타입의 것이나, 스케일 표면에 형성된 패턴을 광학적으로 판독하는 타입의 것 등, 임의로 선택하는 것이 가능하다.

도7은 슬라이드 캐리지(110)의 구조를 도시하는 측면도이다. 상기 새들 플레이트(8)의 이동 방향의 전후 양단부에는 한 쌍의 서포트 플레이트(9a, 9b)가 기립 설치되어 있고, 가동 스테이지(5)는 이들 2매의 서포트 플레이트(9a, 9b)에 고정되어 있다. 각 서포트 플레이트(9a, 9b)는 고정 볼트(90)에 의해 새들 플레이트(8) 및 가동 스테이지(5)에 고정되어 있고, 그 중심에는 도2에 도시한 바와 같이 상기 마그넷 로드(6a)가 관통하는 개방 구멍(91)이 형성되어 있다. 그리고, 새들 플레이트(8)와 가동 스테이지(5)의 사이에는 서포트 플레이트(9a, 9b)에 의해 전후로부터 끼워진 공간이 존재하지만, 이 공간이 상기 리니어 모터(6)의 포서(6b)의 수용 공간(92)으로 되어 있다.

또한, 상기 새들 플레이트(8)는 슬라이더(4)와 일체로 형성하는 것도 가능하고, 서포트 플레이트(8)를 슬라이더(4)의 전후에 직접 기립 설치할 수 있는 것이 면, 일부러 마련할 필요는 없다.

상기 포서(6b)는 새들 플레이트(8) 및 서포트 플레이트(9a, 9b)에는 직접 고정되지 않고, 가동 스테이지(5)를 관통하는 현수 볼트(50)에 의해 상기 가동 스테이지(5)의 하면에 고정되고, 그 상태에서 상기 마그넷 로드(6a)에 헐겁게 끼워져 있다. 또한, 포서(6b)에의 통전에 의해 발생한 열이 가동 스테이지(5)에 대해 유입하는 것을 방지하기 위해, 가동 스테이지(5)와 포서(6b)와의 사이에는 단열 부재(52)가 개재 장착되고, 또한 현수 볼트(50)와 가동 스테이지(5)의 사이에도 단열 부재(53)가 개재 장착되어 있다.

이와 같이 포서(6b)는 가동 스테이지(5)로부터 현수된 상태에서 상기 수용 공간(92)에 위치하고 있고, 새들 플레이트(8)와 서포트 플레이트(9a, 9b)에 대해서는 비접촉 상태가 유지되어 있다. 즉, 포서(6b)와 새들 플레이트(8), 포서(6b)와 서포트 플레이트(9a, 9b)와의 사이에는 공간이 형성되어, 포서(6b)에의 통전에 의해 발생한 열이 슬라이더(4)에 직접적으로 유입하는 것을 방지하고 있다.

슬라이드 캐리지(110)는 상기 슬라이더(4), 가동 스테이지(5) 및 포서(6b)의 결합체로서 구성되어 있지만, 도2의 정면 단면도에 도시한 바와 같이 이 슬라이드 캐리지(110)의 이동 경로의 양측에는 한 쌍의 사이드 커버(25a, 25b)가 설치되는 한편, 가동 스테이지(5)의 상방에도 상부 커버(26)가 설치되어, 궤도 레일(3)이나 마그넷 로드(6a)에 먼지가 부착되는 것을 방지하고 있다. 이들 사이드 커버(25a, 25b) 및 상부 커버(26)는 베이스 플레이트(2)의 양단부에 기립 설치된 한 쌍의 엔드 플레이트(20, 21)에 고정되어 있다.

한편, 도시하지 않은 제어 박스로부터 상기 포서(6b)의 코일 부재(62)에 급전을 행하는 동시에, 상기 리니어 인코더의 판독 헤드(41)의 출력 신호를 제어 박스에 송신하기 위해, 상기 슬라이드 캐리지에는 신호 중계 기판(101)이 설치되고, 플랫 케이블(100)에 의해 상기 제어 박스와 접속되어 있다. 상기 새들 플레이트(8)의 플랜지부(81)의 상면에는 기판 브래킷(82)이 고정되어 있고, 상기 신호 중계 기판(101)은 이 기판 브래킷(82)의 부착 웹(web)(83) 상에 고정되어 있다. 상기 플랫 케이블(100)은 코일 부재(62)에 대해 통전하기 위한 신호 라인과 판독 헤드(41)의 출력 신호를 송신하기 위한 신호 라인을 배열한 것이며, 상기 신호 중계 기판(101)과 포서(6b)의 입력 포트, 판독 헤드(41)의 출력 포트와의 사이는 또 다른 신호 케이블로 접속되어 있다.

도2에 도시한 바와 같이, 상기 사이드 커버(25b)와 베이스 플레이트(2)의 측벽(24)과의 사이가 플랫 케이블(100)의 수용 공간(102)으로 되어 있고, 베이스 플레이트(2)의 측벽의 하단부에는 플랫 케이블(100)을 적재하기 위한 케이블 브래킷(27)이 상기 베이스 플레이트(2)의 길이 방향을 따라 설치되어 있다. 도1에 도시한 바와 같이, 플랫 케이블(100)은 엔드 플레이트(21)의 하단부와 케이블 브래킷(27)과의 간극으로부터 상기 수용 공간(102) 내에 삽입되어 있고, 이러한 수용 공간(102)의 내부에서 완만하게 굴곡하여 방향 전환한 후에, 상기 신호 중계 기판(101)에 설치되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 상기 리니어 모터(6)의 가동자인 포서(6b)의 하우징(61)은 절연성을 구비한 비금속 무기 재료로 형성되어 있다. 구체적으로는, 시 멘트 등과 동일한 수경성 조성물이며, 수경성 분체(포틀랜드 시멘트, 규산 칼슘, 칼슘 알루미네이트 등)와 비수경성 분체(수산화칼슘, 탄산칼슘 분말, 슬래그 분말 등)를 일정한 비율로 혼합한 수경성 조성물을 상기 방열 핀(63) 등을 포함하는 소정의 형상으로 몰드 성형하여 미경화 성형체를 얻은 후, 이것을 형 분리한 후 수분을 공급하여 수화 반응을 개시시키고, 양생을 행한다. 양생 방법으로서는 공지의 방법, 예를 들어 상압 증기 양생, 고압 증기 양생, 열수 양생을 이용하는 것이 가능하다.

상기 포서 하우징(61)에 대한 코일 부재(62)의 조립 부착을 고려하면, 상기 포서 하우징(61)은 코일 부재(62)의 외측에 직접 몰드 성형하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 포서 하우징(61)과 코일 부재(62)를 접착제를 이용하지 않고 간편하게 일체화할 수 있어, 포서(6b)의 제조 비용을 저감화할 수 있다. 몰드 성형으로서는, 압출 성형, 사출 성형을 적용하는 것이 가능하지만, 포서 하우징(61)에 복잡한 형상을 부여하는 것이면 후자의 사출 성형이 바람직하다. 이 사출 성형의 경우, 원통 형상으로 조립한 코일 부재(62)를 인서터로서 몰드 내에 세트한 후, 이러한 몰드 내에 수경성 조성물을 사출하고, 코일 부재(62)의 주위에 포서 하우징(61)의 미경화 성형체를 형성한다. 성형된 포서 하우징(61)은 원통 형상으로 형성된 코일 부재(62)의 축방향의 양단부면에도 덮여 있어, 이에 의해 코일 부재(62)의 포서 하우징(61)에 대한 빠짐 방지가 이루어져 있다. 그리고, 몰드로부터 형 분리된 미경화 성형체를 양생함으로써, 코일 부재(62)와 일체화하고 또한 경화한 포서 하우징(61)을 얻을 수 있다.

이와 같이 코일 부재(62)의 외측에 절연성 포서 하우징(61)을 직접 성형함으로써, 코일 부재(62)와 포서 하우징(61)이 간극 없이 접촉하고, 게다가 절연층 등이 양자 사이에 개재되지 않으므로, 코일 부재(62)에의 통전에 의해 발생한 열이 포서 하우징(61)에 유입되기 쉬워져, 코일 부재(62)의 냉각을 촉진할 수 있도록 되어 있다. 이에 의해, 코일 부재(62)에 통전하는 전류치를 종래보다도 높은 쪽으로 설정하는 것이 가능해져, 리니어 모터(6)에 한층 더 큰 추력을 발생시키는 것이 가능해진다.

또한, 코일 부재(62)에 통전해도, 절연성 포서 하우징(61)에는 와전류가 발생하지 않으므로, 이러한 와전류의 발생에 의해 에너지가 쓸데없이 소비되어 버리는 일도 없어, 이 점에 있어서도 리니어 모터(6)의 추력을 향상시키는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에서 이용한 포서 하우징(61)의 물성은, 비열 1400 J/kg?K, 열 전도율 2.5 W/m?K, 체적 고유 저항 1 × 10¹⁴ Ω?cm였다. 이 포서 하우징(61)의 열 전도율은 전신재로서의 알루미늄 합금의 1/100 정도이지만, 포서 하우징(61)과 코일 부재(62)의 접착제로서 종래 이용되고 있던 에폭시 수지의 20배 이상이며, 코일 부재(62)에서 발생한 열이 포서 하우징(61)으로 유입되는 속도를 종래보다도 충분히 높일 수 있었다. 그 결과, 코일 부재(62)의 냉각을 촉진할 수 있어, 전술한 바와 같이 리니어 모터(6)의 추력을 향상시킬 수 있었다.

또한, 압출 성형, 사출 성형이 가능한 수경성 조성물로서는, 일본 특허 출원 공개 제2004-10387호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2004-2100호 공보에 개시가 있고, 이들에 개시된 수경성 조성물을 사용함으로써 상기 포서 하우징을 형성할 수 있다.

도8은 본 발명을 적용한 리니어 모터의 제2 실시 형태를 도시하는 것이다. 제1 실시 형태에서 사용한 로드 타입 리니어 모터(6)에서는, 마그넷 로드(6a)가 베이스 플레이트(2)에 대해 고정되고, 슬라이드 캐리지(1)의 일부를 구성하는 포서(6b)가 상기 마그넷 로드(6a)를 따라 왕복 운동하고 있었지만, 본 제2 실시 형태의 리니어 모터(150)에서는 포서(150a)를 각종 기계 장치에 고정하고, 이 포서(150a)를 관통하는 마그넷 로드(150b)를 진퇴시켜 사용하는 경우를 상정하고 있다.

상기 마그넷 로드(150b)는 스테인레스제 파이프(151)와, 이 파이프(151)의 중공부 내에 배열된 다수의 영구 자석(152)과, 이러한 파이프(151)의 양단부를 폐색하는 한 쌍의 엔드 플래그(153)로 구성되어 있고, 상기 파이프(151) 내에서 서로 인접하는 영구 자석(152)은 N극끼리 또는 S극끼리를 대향시키고 있다. 이에 의해, 마그넷 로드(150b)에는 그 길이 방향을 따라 N극의 자극과 S극의 자극이 교대로 배열된 구동용 착자부가 형성되고, 이것이 계자 마그넷으로 되어 있다.

한편, 상기 포서(150a)는 상기 마그넷 로드(150b)의 축방향에 수직인 단면이 장방형을 이루는 사각 기둥 형상으로 형성되어 있고, 그 중심에는 상기 마그넷 로드(150b)가 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 포서(150a)는 코일 부재(154)를 수납한 포서 하우징(155)과, 이 포서 하우징(155)의 길이 방향의 전후 양단부에 고정된 베어링 지지 부재로서의 한 쌍의 포서 엔드(156)와, 이 포서 엔드(156)에 끼워 맞추어지는 동시에 상기 마그넷 로드(150b)의 진퇴를 지지하는 한 쌍의 베어링 부시(157)로 구성되어 있다. 상기 코일 부재(154)는 포서 하우징(155)에 형성된 관통 구멍의 내주면에 배열되어 있다. 마그넷 로드(150b)는 상기 베어링 부시(157)에 미끄럼 접촉하지만, 상기 포서 엔드(156) 및 코일 부재(154)는 0.2 mm 정도의 간극을 사이에 두고 비접촉으로 유지되어 있다. 또한, 상기 포서 하우징(155)의 표면에는 복수의 방열 핀이 기립 설치되어 있고, 상기 코일 부재(154)에 통전하였을 때에 상기 코일 부재(154)에서 발생하는 열을 포서 하우징(155)에 전달하는 동시에, 주변 분위기 중에 방열하여, 코일 부재(154) 자체를 효과적으로 냉각할 수 있도록 되어 있다.

본 제2 실시 형태에 있어서도, 상기 포서 하우징(155)은 절연성을 구비한 비금속 무기 재료로 형성되어 있다. 구체적으로는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 시멘트 등과 동일한 수경성 조성물이며, 수경성 분체(포틀랜드 시멘트, 규산 칼슘, 칼슘 알루미네이트 등)와 비수경성 분체(수산화칼슘, 탄산칼슘 분말, 슬래그 분말 등)를 일정한 비율로 혼합한 수경성 조성물로 형성되어 있다. 이 수경성 조성물을 몰드에 유입하고, 상기 방열 핀 등을 포함하는 소정 형상으로 성형하여 미경화 성형체를 얻은 후, 이것을 형 분리한 후 수분을 공급하여 수화 반응을 개시시키고, 양생을 행함으로써 상기 포서 하우징(155)을 제작하고 있다.

도9 내지 도15는, 상기 포서 하우징(155) 및 포서(150a)의 제조 과정을 도시하는 것이다. 우선, 도9는 기준 축(160)을 이용한 코일 부재(154)의 조립 공정을 도시하는 것이다. 여기서 사용하는 기준 축(160)은 상기 마그넷 로드(150b)의 직경보다도 약간 큰 직경을 갖고, 예를 들어 마그넷 로드(150b)의 직경이 ø5.5 mm이면, 상기 기준 축(160)의 직경은 ø 5.9 mm 정도이다. 코일 부재(154)는 U, V 및 W상의 3개의 코일을 1세트로 하는 코일군을 갖고 있고, 상기 기준 축(160)의 주위에 권취하도록 하여 조립되어 있다. 어떠한 상의 코일 부재(154)도 링형이며, 각 상의 코일 부재(154)의 배열 피치는 마그넷 로드(150b)에 있어서의 영구 자석(152)의 배열 피치보다도 짧게 설정되어 있다.

다음에, 도10에 도시한 바와 같이 상기 기준 축(160)의 주위에 코일 부재(154)가 조립된 후, 이러한 기준 축(160)의 양단부로부터는 한 쌍의 포서 엔드(156)가 개재 장착된다. 각 포서 엔드(156)에는 기준 축(160)의 직경에 합치한 내경의 관통 구멍(156a)이 형성되어 있고, 기준 축(160)은 간극 없이 포서 엔드(156)의 관통 구멍(156a)에 끼워 맞추어진다. 즉, 포서 엔드(156)는 기준 축(160)의 주위에 조립된 코일 부재(154)와 상기 기준 축을 통해 위치 결정되어 있다. 또한, 포서 엔드(156)에는 상기 관통 구멍(156a)과 동일 축심 상에 위치하는 기준 구멍(156b)이 형성되는 동시에, 후술하는 몰드 성형시에 상기 수경성 조성물이 충전되는 빈 공간(156c)이 형성되어 있다.

이와 같이 하여 기준 축(160)의 주위에 코일 부재(154)가 조립되고, 이 코일 부재(154)를 포서 엔드(156)에 의해 끼워 넣은 후, 이들을 기준 축(160)과 함께 인서터로서 몰드 내에 세트하고, 이러한 몰드 내에 수경성 조성물을 사출하고, 코일 부재(154)의 주위에 포서 하우징(155)이 되는 미경화 성형체를 형성한다. 도11 및 도12에 도시한 바와 같이, 성형된 수경성 조성물은 코일 부재(154)를 덮는 동시에 포서 엔드(156)의 빈 공간(156c)에도 충전되어 있고, 이러한 빈 공간(156c) 내에는 단차부가 형성되어 있으므로, 상기 미경화 성형체의 형성 후에는 포서 엔드(156)와 코일 부재(154)가 상기 미경화 성형체에 의해 일체화되어 있다. 그리고, 몰드로부터 형 분리된 미경화 성형체를 양생함으로써, 코일 부재(154) 및 포서 엔드(156)와 일체화하고 또한 경화한 포서 하우징(155)을 얻을 수 있다.

이와 같이 하여 포서 하우징(155)의 경화가 완료되면, 상기 기준 축(160)을 포서 하우징(155)으로부터 발출한 후, 도13에 도시한 바와 같이 포서 엔드(156)의 관통 구멍(156a)과 동일 축심 상에 형성된 기준 구멍(156b)에 대해 베어링 부시(157)를 끼워 맞춤시킨다. 전술한 바와 같이, 포서 엔드(155)의 관통 구멍은 코일 부재(154)의 중심에 대해 위치 결정되어 있으므로, 상기 기준 구멍(156c)도 코일 부재(154)의 중심에 대해 위치 결정되어 있는 결과가 되고, 이 기준 구멍(156c)에 대해 외경 치수가 관리된 베어링 부시(157)를 끼워 맞춤시키면, 이러한 베어링 부시(157)의 중심이 코일 부재(154)의 중심에 대해 정확하게 위치 결정되게 된다.

포서 하우징(155)의 양단부에 위치하는 포서 엔드(156)의 각각에 대해 베어링 부시(157)의 끼워 맞춤이 완료되면, 도14에 도시한 바와 같이 포서 하우징(155)에 상기 마그넷 로드(150b)를 삽입 관통시키고, 이 마그넷 로드(150b)를 포서 하우징(155)의 양단부의 베어링 부시(157)로 지지한다. 전술한 바와 같이, 베어링 부시(157)의 중심은 코일 부재(154)의 중심에 대해 정확하게 위치 결정되어 있으므로, 베어링 부시(157)에 의해 지지된 마그넷 로드(150b)의 중심은 코일 부재(154) 의 중심과 정확하게 합치하고, 마그넷 로드(150b)의 외주면과 코일 부재(154)의 내주면과의 사이에는 균일한 간극이 형성된다.

포서 하우징(155)에 대한 마그넷 로드(150b)의 조립 부착이 완료되면, 도15에 도시한 바와 같이 상기 베어링 부시(157)를 고정 나사(158)에 의해 포서 엔드(156)에 나사 고정하여, 포서(150a)의 제작이 완료된다.

이러한 제2 실시 형태의 포서(150a)에서는, 기준 축(160)을 통해 포서 엔드(156)와 코일 부재(154)가 동일 축심 상에 위치 결정되는 동시에, 이 위치 결정 상태를 유지한 채로 포서 엔드(156)와 코일 부재(154)가 수경성 조성물의 몰드 성형에 의해 일체화되고, 또한 이러한 포서 엔드(156)를 이용하여 베어링 부시(157)가 위치 결정되므로, 베어링 부시(157)에 끼워 맞추어지는 마그넷 로드(150b)를 코일 부재(154)에 대해 동일 축심 상에 정확하게 위치 결정하는 것이 가능해진다. 즉, 마그넷 로드(150b)와 코일 부재(154)와의 간극을 미소하게 또한 균일하게 유지하는 것이 가능해지고, 스테인레스제의 마그넷 로드가 코일 부재에 접촉하여, 코일 부재를 흐르는 전류가 마그넷 로드에 누설되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 마그넷 로드(150b)를 진퇴시킬 때의 추력을 최대한으로 발휘시킬 수 있는 것 외에, 이러한 추력에 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.

Claims (7)

1. 축방향을 따라 소정의 피치로 다수의 자극이 배열된 마그넷 로드와, 이 마그넷 로드가 헐겁게 끼워지는 관통 구멍을 갖고, 인가되는 전기 신호에 따라서 상기 마그넷 로드와 상대적으로 진퇴 운동하는 포서로 구성되는 리니어 모터에 있어서,

   상기 포서는, 상기 관통 구멍이 형성된 포서 하우징과, 이 포서 하우징의 관통 구멍의 내주면에 배열되는 동시에 상기 전기 신호가 인가되는 코일 부재로 구성되고,

   상기 포서 하우징은 절연성을 구비한 비금속 무기 재료의 몰드 성형에 의해 상기 코일 부재의 외측에 직접 형성되고, 상기 포서 하우징과 상기 코일 부재가 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 로드 타입 리니어 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 비금속 무기 재료는 수경성 조성물인 것을 특징으로 하는 로드 타입 리니어 모터.
3. 제1항에 있어서, 상기 포서 하우징의 관통 구멍의 양단부 개구부에는, 상기 코일 부재와 인접하여 또한 코일 부재와 동일 축심 상에 한 쌍의 베어링 지지 부재가 설치되고, 이들 베어링 지지 부재는 상기 포서 하우징의 몰드 성형에 의해 상기 포서 하우징 및 코일 부재와 일체화되고,

   이들 베어링 지지 부재의 각각에 베어링 부시를 고정하여, 상기 포서에 대한 마그넷 로드의 진퇴를 지지한 것을 특징으로 하는 로드 타입 리니어 모터.
4. 제1항에 있어서, 상기 포서 하우징은 절연층을 개재시키지 않고 상기 코일 부재의 외측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로드 타입 리니어 모터.
5. 제1항에 기재된 로드 타입 리니어 모터의 제조 방법이며,

   상기 마그넷 로드의 외주면과 코일 부재의 내주면과의 간극분 만큼 상기 마그넷 로드의 직경보다도 큰 직경의 기준 축을 준비하고,

   이 기준 축의 외주면에 접하여 상기 코일 부재를 조립한 후, 이들 기준 축과 코일 부재를 몰드 형(型) 내에 인서트하고,

   상기 몰드 형 내의 캐비티에 절연성을 구비한 비금속 무기 재료를 사출하여, 상기 코일 부재와 일체화된 포서 하우징을 상기 코일 부재의 외측에 직접 성형하고, 이후,

   상기 기준 축을 코일 부재 및 포서 하우징으로부터 발출하여 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍에 상기 마그넷 로드를 삽입하는 것을 특징으로 하는 로드 타입 리니어 모터의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 기준 축에 대해 긴밀하게 끼워 맞추어지는 한 쌍의 베어링 지지 부재를 상기 코일 부재의 양측에 인접하여 설치하고, 비금속 무기 재료에 의한 포서 하우징의 사출 성형시에, 이들 베어링 지지 부재가 코일 부재 및 포서 하우징과 일체화되고, 또한,

   상기 기준 축을 포서 하우징으로부터 발출한 후, 한 쌍의 베어링 부재의 각 각에 대해 베어링 부시를 고정하고, 이들 베어링 부시에 마그넷 로드를 진퇴 가능하게 끼워 맞춤시킨 것을 특징으로 하는 로드 타입 리니어 모터의 제조 방법.
7. 베이스 플레이트와, 이 베이스 플레이트 상에 배치된 궤도 레일과, 이 궤도 레일을 따라 자유롭게 왕복 운동 가능한 슬라이더와, 이 슬라이더의 바로 위에서 상기 궤도 레일과 평행하게 양단부 지지된 고정자로서의 마그넷 로드와, 상기 슬라이더에 고정되는 동시에 상기 마그넷 로드의 주위에 헐겁게 끼워지는 가동자로서의 포서와, 상기 마그넷 로드의 바로 위에 위치하는 동시에 상기 포서 및 슬라이더와 함께 왕복 운동하는 안내 테이블로 구성되는 리니어 모터 액츄에이터에 있어서,

   상기 포서는, 상기 마그넷 로드가 헐겁게 끼워지는 관통 구멍이 형성된 포서 하우징과, 이 포서 하우징의 관통 구멍의 내주면에 배열되는 동시에 전기 신호가 인가되는 코일 부재로 구성되고,

   상기 포서 하우징은 절연성을 구비한 비금속 무기 재료의 몰드 성형에 의해 상기 코일 부재의 외측에 직접 형성되고, 상기 포서 하우징과 상기 코일 부재가 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 액츄에이터.

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