KR102154569B1 - 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

제1 자극치(22, 32)를 가동자(4)의 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 배치한 고정자(2, 3)와, 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 배치한 제2 자극치(41) 및 이들 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 홀더(42)를 갖는 가동자(4)를 구비한 리니어 모터(L)에 있어서, 홀더(42)에, 중량 경감 구멍(422)과 제2 자극치(41)를 보유 지지 가능한 보유 지지 구멍(421)을 이동 방향(A)을 따라 교대로 형성하고, 홀더(42) 중 이동 방향(A)으로 인접하는 보유 지지 구멍(421)과 중량 경감 구멍(422)의 경계 부분(423)을, 제2 자극치(41)의 이동 방향(A)에 있어서의 위치 결정부로서 기능시킴으로써, 가동자의 경량화를 실현하면서, 가동자 자체의 고속, 고가속도에 의한 이동 시에도 가동자의 자극치를 소정 위치에 계속하여 보유 지지하여, 리니어 모터의 정상적인 동작을 확보할 수 있도록 하였다.

Description

리니어 모터 {LINEAR MOTOR}

본 발명은 리니어 모터에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어 깨끗한 환경하에서의 반도체와 관련된 물품의 반송 등 다양한 용도로 사용되는 모터로서, 높은 위치 결정 정밀도와 내마모성이 우수한 다양한 형태의 리니어 모터가 알려져 있다.

전형적인 자기 회로를 사용한 것에 비해, 동일한 크기라도 보다 큰 추력을 취출하는 것이 가능한 리니어 모터로서, 평판 형상으로 구성한 가동자를 2차측 부재로서 직선 방향으로 이동 가능하게 설치함과 함께, 가동자의 표면 및 이면에 각각 대향하는 1차측 자계 발생 부재로서의 고정자를 설치하고, 각각 대향하는 면에 자석 또는 철심으로 이루어지는 티스(자극치)를 형성한 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이와 같이 가동자를 2차측 부재로서 구성함으로써, 가동자는 자석이나 코일, 또한 전기적 접속부를 필요로 하지 않아 경량화할 수 있기 때문에, 보다 고속으로 이동시키는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 본 출원인은, 가동자의 자극치를 박형화하면서 누설 자속에 의한 손실이 적은 가동자를 갖는 리니어 모터를 제공하기 위해, 1차측 자계 발생 부재로서의 고정자와, 2차측 부재로서의 가동자를 구비한 리니어 모터이며, 가동자의 이동 방향에 소정 피치로 배치한 복수의 자극치와, 그들을 연결하는 수지제의 연결부로 구성한 가동자를 2개의 고정자 사이에 끼워지는 위치에 배치하고, 가동자 중 고정자 사이에 끼워지는 부분을 판 형상으로 형성한 구성을 고안하여, 특허 출원하고 있다(특허문헌 2 참조).

일본 특허 공개 제2010-130892호 공보 일본 특허 공개 제2012-210011호 공보

최근에는, 리니어 모터를 사용하여, 예를 들어 경량물의 반송을 한층 더 빠른 속도, 고가속도로 이동시키고자 하는 요구가 점점 증가하고 있다. 또한, 상술한 리니어 모터라 하더라도 이와 같은 요구에 충분히 부응할 수 없는 경우가 발생할 수 있는 것이 예상된다.

따라서, 본 발명자는, 예의 연구한 끝에, 가동자의 가일층의 경량화를 실현하면서, 가동자 자체의 고속, 고가속도에 의한 이동에 수반되는 가동자에 있어서의 자극치의 위치 어긋남에 기인하여, 고정자에 대해 직선 방향으로 상대 이동 가능한 2차측 부재로서의 가동자의 소기의 기능이 저하된다고 하는 문제를 회피 가능한 리니어 모터를 발명하기에 이르렀다.

또한, 상술한 바와 같은 요구에 따르기 위해, 가동자의 가일층의 경량화를 실현한 경우, 경량화에 수반하여 가동자의 강성이 저하되어 휨 변형되면, 고정자와의 사이에 소정 치수의 균일한 갭을 확보할 수 없어, 가동자의 고속, 고가속도에 의한 이동을 실현할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 갭을 사이에 두고 대향 배치된 가동자와 고정자를 구비한 리니어 모터에서는, 고정자에 의해 가동자에 작용하는 자기력을, 가동자 및 고정자의 대향 방향인 높이 방향에 있어서 균형이 잡히도록 설계함으로써, 가동자에 대해 이동 방향 이외의 힘이 대략 작용하지 않도록 구성되어 있지만, 실제로는, 리니어 모터의 조립 시나 제조 시의 공차로 인해, 고정자 중 상대적으로 가동자에 가까운 부분에의 흡인력이 작용하고, 이와 같은 언밸런스한 흡인력에 기인하여, 경량화한 가동자라면 휨 변형의 정도가 커져 버리는 것이 상정된다. 또한, 가동자에 부대시킨 피가이드부를 가이드 레일에 안내시키면서 가동자를 직선 이동시키는 구성을 채용한 경우, 자기 흡인력의 언밸런스에 기인하여 피가이드부나 가이드 레일에 편하중이 작용하는 사태도 상정되고, 이와 같은 사태가 되면 피가이드부나 가이드 레일의 장수명화를 저해할 수 있다. 따라서, 편하중에도 견딜 수 있도록 피가이드부나 가이드 레일을 대형화하는 것도 생각되지만, 콤팩트화를 실현할 수 없기 때문에, 만전을 기하는 구성이라고는 말하기 어렵다.

따라서, 본 발명자는, 예의 연구한 끝에, 가동자의 가일층의 경량화에 수반되는 가동자 자체의 휨 및 언밸런스한 흡인력에 기인하는 가동자의 변형을 방지·억제하고, 고정자와 가동자 사이에 소정 치수의 갭을 확보하여, 가동자를 고속, 고가속도로 이동 가능한 구성으로 함과 함께, 가동자에 부대시킨 피가이드부를 가이드 레일에 안내시키면서 가동자를 직선 이동시키는 구성을 채용하면서, 피가이드부 및 가이드 레일의 장수명화 및 소형화를 도모할 수 있고, 피가이드부를, 가동자의 강성 향상에 공헌하는 부재에 적절하게 설치할 수 있도록 구성한 리니어 모터를 발명하기에 이르렀다.

즉, 제1 본 발명은 코일을 갖는 1차측 자계 발생 부재로서의 고정자와, 두께 방향에 있어서 소정 갭을 사이에 두고 고정자에 대향하는 위치에 배치되고 또한 고정자에 대해 직선 방향으로 상대 이동 가능한 2차측 부재로서의 가동자를 구비한 리니어 모터에 관한 것이다.

그리고, 본 발명에 관한 리니어 모터는, 고정자로서, 자계를 형성 가능한 제1 자극치를 가동자의 이동 방향(이하, 간단히 「이동 방향」이라고 칭함)을 따라 소정 피치로 구비한 것을 적용하고, 가동자로서, 자계를 형성 가능한 제2 자극치와, 제2 자극치를 보유 지지하는 비자성체의 홀더를 구비하고, 고정자에 대향하는 면을 평활하게 형성한 것을 적용하고, 또한, 홀더에, 제2 자극치를 간극 없이 보유 지지하는 두께 방향으로 관통한 보유 지지 구멍과, 공동의 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 배열하여 형성하고, 홀더 중 보유 지지 구멍과 보유 지지 구멍에 대해 이동 방향으로 인접하는 중량 경감 구멍 또는 다른 보유 지지 구멍과의 경계 부분을, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능시키고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 있어서, 「보유 지지 구멍」과 「중량 경감 구멍」을 「이동 방향을 따라 배열하여 형성」한다고 함은, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 1개씩 교대로 배열하여 형성하는 패턴, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 복수개씩(예를 들어 2개씩 등) 연속시켜 교대로 배열하여 형성하는 패턴, 또는, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 랜덤하게 배열하여 형성하는 패턴, 이들 중 어느 패턴을 포함하는 의미이다. 또한, 본 발명에 관한 리니어 모터의 가동자는, 제2 자극치를 1개만 구비한 것이어도 되고, 제2 자극치를 복수 구비한 것이어도 된다. 그리고, 홀더에 형성하는 보유 지지 구멍의 수는, 제2 자극치의 수와 동일수 또는 제2 자극치의 수보다 많은 수이면 되고, 본 발명에 관한 리니어 모터에서는, 제2 자극치를 보유 지지하는 보유 지지 구멍과, 이 보유 지지 구멍에 대해 이동 방향으로 인접하는 중량 경감 구멍 또는 다른 보유 지지 구멍(보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍이 이동 방향으로 인접하는지, 보유 지지 구멍끼리가 이동 방향으로 인접하는지는 홀더에 있어서의 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 배치 관계에 의존함)과의 경계 부분을, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능시키고 있다. 또한, 제2 자극치가 1개이며, 보유 지지 구멍도 1개인 경우, 보유 지지 구멍끼리가 이동 방향으로 인접하는 것은 있을 수 없고, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능하는 부분은, 보유 지지 구멍과 이 보유 지지 구멍에 인접하는 중량 경감 구멍의 경계 부분에 있다.

이와 같은 리니어 모터라면, 2차측 부재로서의 가동자를 구성하는 홀더에, 제2 자극치를 보유 지지하는 보유 지지 구멍 외에, 공동의 중량 경감부를 형성함으로써 홀더의 경량화, 나아가서는 가동자 전체의 경량화를 실현할 수 있어, 가동자를 한층 더 빠른 속도, 고가속도로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 가동자 중 고정자에 대향하는 면을 평활하게 형성하고 있기 때문에, 고정자와 가동자의 사이에 균일한 소정 치수의 갭을 확보할 수 있어, 고정자에 대해 가동자를 직선 방향으로 상대 이동시키는 정상적인 동작을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 리니어 모터에서는, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 각 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치를, 이동 방향을 따라 인접하는 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 경계 부분, 또는 이동 방향으로 인접하는 보유 지지 구멍끼리의 경계 부분에 의해 유지할 수 있기 때문에, 가동자 자체의 이동이 고속, 고가속도라 하더라도, 그 이동에 수반하여 가동자에 있어서의 제2 자극치의 위치가 가동자의 이동 방향으로 어긋나, 제2 자극치와 고정자의 제1 자극치의 적절한 상대 위치 관계가 무너지는 것에 기인하는 2차측 부재로서의 가동자의 소기의 기능이 저하된다고 하는 문제를 회피할 수 있다.

그리고, 본 발명의 리니어 모터라면, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부를, 홀더 중 이동 방향으로 인접하는 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 경계 부분, 또는 홀더 중 이동 방향으로 인접하는 보유 지지 구멍끼리의 경계 부분에 의해 실현하고 있기 때문에, 홀더에 설치한 별도 전용의 부재나 홀더의 특정 부위에 형성한 특수 형상의 부분에 의해 실현하는 형태와 비교하여, 부품 개수의 삭감 및 홀더 자체의 형상의 간소화를 도모할 수 있어, 적합하다. 여기서, 복수의 보유 지지 구멍과 복수의 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 1개씩 교대로 배열하여 형성한 홀더라면, 모든 보유 지지 구멍은 이동 방향에 있어서 중량 경감 구멍과 인접하는 배치로 되고, 이동 방향을 따라 인접하는 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 경계 부분이, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능한다.

또한, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 복수개씩 교대로 배열하여 형성한 홀더라면, 이동 방향에 있어서 중량 경감 구멍과 인접하는 보유 지지 구멍과, 이동 방향에 있어서 다른 보유 지지 구멍과 인접하는 보유 지지 구멍이 존재하게 된다. 이 경우, 이동 방향을 따라 인접하는 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 경계 부분 및 이동 방향을 따라 인접하는 보유 지지 구멍끼리의 경계 부분, 이들 양쪽의 경계 부분이, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능한다.

또한, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 랜덤하게 형성한 홀더라면, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능하는 부분은, 이동 방향을 따라 인접하는 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 경계 부분이며, 이동 방향을 따라 인접하는 보유 지지 구멍끼리의 경계 부분이 존재하면, 그 경계 부분(보유 지지 구멍끼리의 경계 부분)도 제2 자극치의 위치 결정부로서 기능한다.

또한, 본 발명의 리니어 모터에 있어서, 홀더의 경량화에 수반하여 가동자의 강도가 저하되어 휠 수 있는 사태를 방지·억제하기 위해, 홀더의 강성을 높이는 비자성체의 보강부를 구비한 가동자를 적용하는 것이 가능하다.

보강부의 적합한 일례로서는, 적어도 홀더 중 고정자에 대향하는 면을 피복하는 평활한 판 형상의 부위를 갖는 것을 들 수 있다. 이와 같은 보강부라면, 홀더의 강성 향상과 함께, 가동자와 고정자의 사이의 요철을 없애 균일한 갭을 확보할 수 있어, 토크 향상에 기여한다.

또한, 제2 본 발명은, 코일을 갖는 1차측 자계 발생 부재로서의 고정자와, 두께 방향에 있어서 소정 갭을 사이에 두고 고정자에 대향하는 위치에 배치되고 또한 고정자에 대해 직선 방향으로 상대 이동 가능한 2차측 부재로서의 가동자와, 고정자의 근방에 설치되고 또한 가동자를 이동 방향으로 안내 가능한 가이드 레일을 구비한 리니어 모터에 관한 것이다.

그리고, 본 발명에 관한 리니어 모터는, 고정자로서, 자계를 형성 가능한 제1 자극치를 가동자의 이동 방향(이하, 간단히 「이동 방향」이라고 칭함)을 따라 소정 피치로 구비한 것을 적용하고, 가동자로서, 자계를 형성 가능한 제2 자극치와, 제2 자극치를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재의 강성을 높이는 비자성체의 보강부를 구비한 것을 적용하고, 보강부가, 적어도 제2 자극치 중 고정자에 대향하는 면보다도 두께 방향에 있어서 고정자에 가까운 위치에 배치되는 고정자 대향면 및 가이드 레일에 안내되는 피가이드부를 설치하는 피가이드부 설치면을 갖고, 적어도 고정자 대향면을 평활하게 형성하고 또한 제1 자극치 중 가동자에 대향하는 면에 대해 평행으로 하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 리니어 모터라면, 제2 자극치와 비자성체의 보강부를 사용하여 가동자를 구성하고 있기 때문에, 가동자의 구성 부품수를 적게 함으로써 가동자 전체의 경량화를 실현하는 것이 가능함과 함께, 제2 자극치를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재의 휨을 보강부에 의해 방지하고, 또한, 보강부 중, 제2 자극치보다도 두께 방향에 있어서 고정자에 가까운 위치에 배치되는 고정자 대향면을 평활하게 형성하고, 이 고정자 대향면을 고정자의 제1 자극치 중 가동자에 대향하는 면에 대해 평행으로 하고 있기 때문에, 고정자와 가동자의 사이에 소정 치수의 균일한 갭을 확보할 수 있어, 토크 향상에 기여하고, 가동자를 직선적으로 이동시키는 정상적인 동작을 확보할 수 있다. 또한, 리니어 모터의 조립 시나 제조 시의 공차로 인해, 고정자 중 상대적으로 가동자에 가까운 부분에의 흡인력이 작용하고, 이와 같은 언밸런스한 흡인력에 기인하여, 경량화한 가동자라면 휨 변형의 정도가 커지는 것이 상정되지만, 본 발명의 리니어 모터에서는, 제2 자극치를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재의 휨을 보강부에 의해 방지하는 구조를 채용하고 있기 때문에, 언밸런스한 흡인력에 기인하는 가동자의 변형도 방지·억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 리니어 모터라면, 가이드 레일에 의해 가동자의 직선 이동을 안내하는 구성을 채용하여 가동자의 안정적인 동작을 유지하면서, 자기 흡인력의 언밸런스에 기인하여 피가이드부 및 가이드 레일에 편하중이 작용하는 사태를 방지·억제할 수 있어, 피가이드부 및 가이드 레일의 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명의 리니어 모터라면, 편하중에도 견딜 수 있도록 가이드 레일이나 피가이드부를 대형화할 필요성이 없어, 가이드 레일 및 피가이드부의 콤팩트화도 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 리니어 모터는, 자기 흡인력의 언밸런스를 해소할 수 있고, 자기 흡인력의 언밸런스가 발생하는 구성과 비교하여, 피가이드부 및 가이드 레일에 작용하는 부하를 경감함으로써 정격 하중을 작게 할 수 있고, 피가이드부로서 경량이고 소형인 것을 선택하는 것이 가능해지고, 그 결과, 소형이고 경량인 피가이드부를 가동자에 부대시키면, 가동자의 한층 더 큰 가속도를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 리니어 모터에서는, 가동자의 강성 향상에 공헌하는 보강부에 피가이드부를 설치하는 피가이드부 설치면을 확보함으로써, 피가이드부를 설치하기 위한 전용 부재를 가동자에 설치할 필요가 없어, 부품 개수의 삭감을 도모할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 리니어 모터라면, 가동자 전체의 경량화 및 강성 향상을 양립시킬 수 있고, 가동자와 고정자의 사이에 균일한 갭을 확보하여, 피가이드부를 가이드 레일에 안내시키면서 가동자 전체를 한층 더 빠른 속도, 고가속도로 이동시키는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 리니어 모터라면, 가동자 전체의 경량화 및 강성 향상을 양립시킬 수 있고, 가동자와 고정자의 사이에 균일한 갭을 확보하여, 피가이드부를 가이드 레일에 안내시키면서 가동자 전체를 한층 더 빠른 속도, 고가속도로 이동시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 리니어 모터에서는, 보강부의 고정자 대향면과 피가이드부 설치면을 다른 높이로 설정하는 것도 가능하지만, 가공 용이성 및 높은 치수 정밀도를 확보하는 것이라면, 고정자 대향면과 피가이드부 설치면을 동일 평면 상에 형성하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 리니어 모터에 있어서, 피가이드부 중 피가이드부 설치면에 접촉하는 면과, 피가이드부 설치면을 각각 평활하게 형성하면, 보강부의 피가이드부면 설치면에 대한 피가이드부의 양호한 설치 상태 및 피가이드부를 개재한 가동자의 안정적인 직선 이동을 유지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 보강부의 적합한 일례로서는, 보유 지지 부재를 수용 가능한 비자성체의 케이스에 의해 구성한 것을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 리니어 모터에 있어서, 케이스에 의한 보유 지지 부재의 양호한 수용 상태 및 케이스에 대한 피가이드부의 양호한 설치 상태를 확보하면서 가동자의 경량화를 도모하기 위해, 케이스 중, 보유 지지 부재의 수용에 기여하지 않는 부위이며 또한 피가이드부의 설치에 기여하지 않는 부위에 중량 경감부를 형성할 수 있다.

또한, 상술한 제1 및 제2 본 발명은 요크를 가동자에 설치한(형성한) 리니어 모터를 포함하는데, 가동자의 경량화라고 하는 관점에서 보면 요크를 설치하고 있지 않은(요크로서 기능하는 부분을 갖지 않는) 가동자 쪽이 유리하다. 따라서, 본 발명의 리니어 모터에서는, 가동자를 두께 방향에 있어서 2개의 고정자에 소정 갭을 사이에 두고 끼워지는 위치에 배치한 구성을 채용할 수 있다. 이와 같은 구성이라면, 요크를 구비하고 있지 않는 것에 의한 가동자의 경량화를 도모할 수 있음과 함께, 가동자에 추력을 부여하기 위해, 가동자와, 이 가동자를 사이에 끼우는 2개의 고정자 사이에 자기 회로를 형성한 경우, 가동자의 제2 자극치가 요크에 연속하지 않고 각각 독립하여 구성되어 있으므로, 가동자의 각 제2 자극치가 요크에 연속하고 있는 구성과 비교하여 상대적으로 누설 자속을 적게 하는 것도 가능하고, 각 고정자에 있어서의 제1 자극치와 가동자의 제2 자극치 사이의 자속 밀도를 보다 크게 하여 가동자에 대한 추력을 크게 할 수 있고, 동일한 전력이어도 가동자의 가속도를 더욱 증대시켜, 반응을 빨리하는 것이 가능하다.

또한, 제1 본 발명에 있어서는, 홀더에 형성하는 공동의 중량 경감 구멍은, 홀더의 두께 방향으로 관통하고 있지 않은 오목부에 의해 형성한 것이어도 되지만, 경량화 및 가공 용이성이라고 하는 점에서는, 홀더의 두께 방향으로 관통한 중량 경감 구멍을 채용하는 것이 바람직하다.

제1 본 발명에 따르면, 고정자에 의해 직선 방향으로 이동 가능하게 구동되는 2차측 부재로서의 가동자를, 이동 방향을 따라 배치한 제2 자극치를 비자성체의 홀더로 보유 지지하는 구성으로 하여, 홀더에, 제2 자극치를 간극 없이 보유 지지하는 두께 방향으로 관통한 보유 지지 구멍과, 공동의 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 형성하고, 홀더 중 이동 방향으로 인접하는 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 경계 부분 또는 홀더 중 이동 방향으로 인접하는 보유 지지 구멍끼리의 경계 부분을, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능시키고 있기 때문에, 가동자의 경량화를 실현할 수 있음과 함께, 가동자 자체의 고속, 고가속도에 의한 이동에 수반되는 가동자에 있어서의 자극치의 위치 어긋남에 기인하여, 고정자에 대해 직선 방향으로 상대 이동 가능한 2차측 부재로서의 가동자의 소기의 기능이 저하된다고 하는 문제를 회피 가능한 리니어 모터를 제공할 수 있다.

제2 본 발명에 따르면, 고정자에 의해 직선 방향으로 이동 가능하게 구동되는 2차측 부재로서의 가동자를, 이동 방향을 따라 소정 피치로 배치되고 또한 자계를 형성 가능한 제2 자극치와, 제2 자극치를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재의 강성을 높이는 비자성체의 보강부를 구비한 것으로 하고, 보강부 중 고정자 대향면을 평활하게 형성하고 있기 때문에, 가동자의 경량화 및 강성 향상을 실현할 수 있음과 함께, 가이드 레일에 의해 가동자의 직선 이동을 안내하는 구성을 채용하여 가동자의 안정적인 동작을 유지하면서, 가이드 레일에 안내되는 피가이드부를, 가동자의 강성 향상에 공헌하는 보강부에 형성한 피가이드부 설치면에 설치 가능하게 구성함으로써, 가동자의 소정 개소(피가이드부 설치면)에 대한 피가이드부의 설치 처리의 간이화 및 보강부에 대한 피가이드부의 양호한 설치 상태를 유지하는 것이 가능한 리니어 모터를 제공할 수 있다. 또한, 상술한 구성을 채용함으로써, 가동자의 경량화를 도모하면서, 언밸런스한 흡인력에 기인하는 가동자의 변형도 방지·억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 공통인 리니어 모터의 분해 사시도.
도 2는 제1 및 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터 중 하우징을 생략한 전체 사시도.
도 3은 제1 및 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터를 가동자의 이동 방향에서 본 도면.
도 4는 도 3의 a 방향 화살표도.
도 5는 도 3의 b-b선 단면도.
도 6은 도 5의 주요부 확대도.
도 7은 도 4의 d-d선 단면도.
도 8은 동 실시 형태에 있어서의 가동자를 이동 방향에서 본 도면.
도 9는 도 8의 e 방향 화살표도.
도 10은 도 9의 f-f선 단면도.
도 11은 제1 실시 형태의 일 변형예에 있어서의 가동자의 전체 사시도.
도 12는 도 11에 도시하는 가동자를 이동 방향에서 본 도면.
도 13은 제1 실시 형태의 다른 일 변형예에 있어서의 가동자를 이동 방향에서 본 도면.
도 14는 제2 실시 형태에 있어서의 가동자의 분해 사시도.
도 15는 제2 실시 형태에 있어서의 가동자를 이동 방향에서 본 도면.
도 16은 도 15의 g 방향 화살표도.
도 17은 도 16의 h-h선 단면도.
도 18은 제2 실시 형태의 일 변형예에 있어서의 가동자의 전체 사시도.
도 19는 도 18에 도시하는 가동자를 이동 방향에서 본 도면.
도 20은 제2 실시 형태의 다른 일 변형예에 있어서의 가동자를 이동 방향에서 본 도면.

본 발명의 제1 실시 형태와 제2 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)는, 대부분 공통되는 구성을 구비하고 있다. 먼저, 이들에 공통되는 구성에 대해 설명한다. 각 도면에 있어서, 제1 및 제2 실시 형태에서 공통되는 구성 요소에는 공통의 부호를 부여하고 있다. 도 1 내지 도 4[도 1은 리니어 모터(L) 전체의 분해 사시도이며, 도 2는 하우징(1)을 생략한 리니어 모터(L)의 사시도이며, 도 3은 가동자(4)의 이동 방향(A)으로부터 본 리니어 모터(L)의 전체도이며, 도 4는 도 3의 a 방향 화살표도임]에 도시한 바와 같이, 대향 배치한 한 쌍의 1차측 자계 발생 부재로서의 고정자(2, 3)와, 이들 한 쌍의 고정자(2, 3)끼리의 사이에 배치한 2차측 부재로서의 가동자(4)를 주체로 하여 이루어지고, 한 쌍의 고정자(2, 3)에 의해 가동자(4)를 직선 방향(도 1 및 도 2에 있어서의 화살표 A 방향)으로 이동 가능하게 구성한 것이다.

본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 한 쌍의 고정자(2, 3)끼리가 대향하는 방향인 높이 방향에 있어서, 상대적으로 하측의 고정자(3)[이하, 「하측 고정자(3)」라고 칭하고, 다른 쪽의 고정자를 「상측 고정자(2)」라고 칭함]의 근방에, 가동자(4)를 소정의 이동 방향(A)으로 안내 가능한 가이드 레일(5)을 설치하고 있다. 상술한 바와 같이, 가동자(4)의 이동 방향(A)은 도 1의 화살표 A 방향이며, 이하에 있어서의 「이동 방향(A)」은 가동자(4)의 이동 방향(A)을 의미한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 「폭 방향」은, 가동자(4)의 이동 방향(A)에 직교하고 또한 한 쌍의 고정자(2, 3)끼리가 대향하는 방향(높이 방향)에도 직교하는 방향을 가리킨다.

본 실시 형태에서는, 이들 상측 고정자(2), 하측 고정자(3), 가동자(4) 및 가이드 레일(55)을 공통의 하우징(1) 내에 수용 가능하게 구성하고 있다. 하우징(1)은 상측 하우징(11)과 하측 하우징(12)을 구비하고 있다.

상측 하우징(11)은 도 1, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 이동 방향(A) 및 하방으로 개방된 하향 ㄷ자 형상을 이루고, 천장벽(111)과, 천장벽(111)의 양측 모서리부로부터 하방으로 현수되는 한 쌍의 현수벽(112)에 의해 형성한 것이다. 본 실시 형태에서는, 천장벽(111)의 하향면에, 상측 고정자(2)를 폭 방향으로 끼운 상태에서 보유 지지 가능한 한 쌍의 상측 보유 지지판(113)을 설치하고 있다. 이들 한 쌍의 보유 지지판(113) 중 한쪽의 보유 지지판(113)에 센서 브래킷(S1)을 설치하고, 이 센서 브래킷(S1)에 센서 헤드(S2)를 고정하고 있다.

하측 하우징(12)은 도 1, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 이동 방향(A) 및 상방으로 개방된 상향 ㄷ자 형상을 이루고, 바닥벽(121)과, 바닥벽(121)의 양측 모서리로부터 상방으로 기립하는 한 쌍의 기립벽(122)과, 각 기립벽(122)의 상단부로부터 각각 대향하는 다른 쪽의 기립벽(122)을 향하여 돌출시킨 돌출벽(123)에 의해 형성한 것이다. 본 실시 형태에서는, 바닥벽(121)의 상향면에, 하측 고정자(3)를 폭 방향 사이에 둔 상태에서 보유 지지 가능한 한 쌍의 하측 보유 지지판(124)을 설치하고 있다. 한 쌍의 기립벽(122)의 돌출 단부끼리의 이격 치수를, 하측 고정자(3)의 폭 치수보다도 크게 설정하고, 각 기립벽(122)의 상향면에 각각 이동 방향(A)을 따라 연신되는 가이드 레일(5)을 고정하고 있다.

상측 고정자(2)는 도 2, 도 3 및 도 5(도 5는 도 3의 b-b선 단면도임)에 도시한 바와 같이, 상측 고정자 코어부(21)와, 상측 고정자 코어부(21)에 설치한 코일(C)을 구비하고 있다. 상측 고정자 코어부(21)는, 예를 들어 연자성의 적층 강판(폭 방향으로 적층한 강판)에 의해 형성한 것이며, 높이 방향에 있어서 상대적으로 가동자(4)에 가까운 단부(하단부)에, 이동 방향(A)을 따라 일정 간격으로 상측 티스(22)(극치)를 형성하고, 이동 방향(A)으로 인접하는 상측 티스(22)끼리의 사이에 각각 영구 자석(M)을 삽입하여 고정하고 있다. 본 실시 형태에서는, 도 6(동도는 도 5의 주요부 확대도임)에 도시한 바와 같이, 각 영구 자석(M)을, S극 또는 N극이 가동자(4)의 이동 방향(A)을 향하는 자세로 배치하고, 이동 방향(A)으로 인접하는 영구 자석(M)끼리는 자화의 방향이 서로 역방향으로 되어 있다. 따라서, 이동 방향(A)으로 인접하는 영구 자석(M)끼리의 사이에 끼워져 자극치(본 발명의 「제1 자극치」)로서 기능하는 복수의 상측 티스(22)는, 이동 방향(A)을 따라 S극의 상측 티스(22)와 N극의 상측 티스(22)가 교대로 배열되는 배치로 된다. 또한, 각 영구 자석(M)의 피치는, 후술하는 제2 자극치(41)의 피치의 절반 정도인 것이 바람직하지만, 후술하는 제2 자극치(41)의 피치의 절반에 한정되지 않고, 적당한 피치로 설정해도 된다.

코일(C)은, 상측 고정자(2) 코어 중 소정수의 상측 티스(22)마다 설치한 슬롯에 권회한 것이다. 본 실시 형태에서는, 도시하지 않은 3상 교류 전원에 의해 U상, V상, W상의 전류가 흐르도록 설정하고 있다. 그리고, 상측 고정자(2)에 있어서 3상의 전류를 통전 가능한 코일(C)의 수[즉, 3개의 코일(C)]를 구비한 영역을 1세트로서 파악한 경우, 본 실시 형태의 상측 고정자(2)는 이동 방향(A)에 복수 세트(도시예에서는 2세트) 배치한 것이라고 할 수 있다.

하측 고정자(3)는, 도 2, 도 3, 도 5 내지 도 7(도 7은 도 4의 d-d선 단면도임)에 도시하는 바와 같이, 상측 고정자(2)와 동일 형상이며, 본 발명의 제1 자극치로서 기능하는 하측 티스(32)가, 높이 방향으로 대향하는 상측 고정자(2)의 상측 티스(22)와 반대의 자극으로 되도록 설정하고 있는 점에서 상측 고정자(2)와 다르다. 즉, 하측 고정자(3)는, 하측 고정자 코어부(31)와, 하측 고정자 코어부(31)에 설치한 코일(C)을 구비하고, 예를 들어 연자성의 적층 강판[이동 방향(A)에 대해 직교하는 폭 방향으로 적층된 강판]에 의해 형성한 하측 고정자 코어부(31) 중 높이 방향에 있어서 상대적으로 가동자(4)에 가까운 단부(상단부)에, 복수의 하측 티스(32)를 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 설치함과 함께, 코일(C)을 권회하는 하측 슬롯을 형성하고 있다. 그리고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 이동 방향(A)으로 배열되는 하측 티스(32)끼리의 사이에 각각 영구 자석(M)을 삽입하고, 이동 방향(A)으로 인접하는 영구 자석(M)끼리의 자성을 반대의 방향으로 설정함으로써, 이동 방향(A)으로 인접하는 영구 자석(M)끼리의 사이에 끼워져 자극치(본 발명의 「제1 자극치」)로서 기능하는 복수의 하측 티스(32)는, 이동 방향(A)을 따라 S극의 하측 티스(32)와 N극의 하측 티스(32)가 교대로 배열되는 배치로 된다.

이러한 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3)는, 하우징(1) 내에 있어서 각각 상측 보유 지지판(113), 하측 보유 지지판(124)에 각각 보유 지지되고, 이 보유 지지 상태에서 가동자(4)를 끼우는 위치에 서로 평행하게 되는 관계로 유지되어 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3) 중 높이 방향으로 대향하는 위치에 배치되는 상측 제1 자극치(22)[상측 티스(22)]와 하측 제1 자극치(32)[하측 티스(32)]가 서로 다른 자극으로 되도록 설정하고 있다.

여기부터는 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 제1 실시 형태의 리니어 모터에 있어서, 가동자(4)는 도 1 내지 도 3, 도 7 내지 도 10[도 8은 이동 방향(A)으로부터 본 가동자(4)의 전체도이고, 도 9는 가동자(4)의 측면도(도 8의 e 방향 화살표도)이고, 도 10은 도 9의 f-f선 단면도임]에 도시하는 바와 같이, 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 배치되고, 또한 자계를 형성 가능한 복수의 제2 자극치(41)와, 이들 복수의 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 홀더(42)와, 제2 자극치(41)를 보유 지지한 홀더(42)를 수용 가능한 케이스(43)와, 케이스(43)에 설치되고 가이드 레일(5)에 안내되는 피가이드부(44)를 구비하고, 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3)에 대향하는 면을 평활하게 형성한 것이다. 본 실시 형태에서는, 이동 방향(A)에 있어서의 가동자(4)의 치수를, 상술한 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3)의 1세트분에 상당하는 길이로 설정하고 있다.

홀더(42)는, 제2 자극치(41)를 간극 없이 보유 지지하는 보유 지지 구멍(421)과, 공동의 중량 경감 구멍(422)을 이동 방향(A)을 따라 교대로 형성한, 예를 들어 수지제의 일체 성형품이다. 본 실시 형태에서는, 보유 지지 구멍(421) 및 중량 경감 구멍(422)으로서, 두께 방향으로 관통한 구멍을 적용하고 있다. 이들 보유 지지 구멍(421) 및 중량 경감 구멍(422)은, 모두 홀더(42)의 폭 방향으로 길고, 또한 두께 방향으로 평행한 단면에 있어서 대략 직사각 형상을 이루는 점이 공통이다. 본 실시 형태의 가동자(4)에서는, 이동 방향(A)에 있어서의 보유 지지 구멍(421)의 개구 치수를, 이동 방향(A)에 있어서의 중량 경감 구멍(422)의 개구 치수보다도 크게 설정하고 있다. 또한, 이동 방향(A)에 있어서의 중량 경감 구멍(422)의 개구 치수를, 이동 방향(A)에 있어서의 보유 지지 구멍(421)의 개구 치수보다도 크게 설정한 구성을 채용해도 된다.

그리고, 각 보유 지지 구멍(421)에 제2 자극치(41)를 간극 없이 보유 지지시킨 상태에 있어서, 홀더(42) 중 이동 방향(A)으로 인접하는 보유 지지 구멍(421)과 중량 경감 구멍(422)의 경계 부분(423)이 이동 방향(A)에 있어서의 각 제2 자극치(41)의 위치 결정부로서 기능하고 있다.

제2 자극치(41)는, 강자성의 판재인 소위 전자 강판으로서의 강판을 폭 방향으로 적층하여 구성한 것이다. 또한, 전자 강판으로서의 강판을 이동 방향(A)으로 적층하여 구성한 제2 자극치(41)여도 된다. 그리고, 홀더(42)의 보유 지지 구멍(421)에 각각 보유 지지된 각 제2 자극치(41) 중 상측 부분이 상측 제1 자극치(22)와 대향하고, 하측 부분이 하측 제1 자극치(32)와 대향한다. 또한, 각 제2 자극치(41)는, 홀더(42) 중 보유 지지 구멍(421)과 중량 경감 구멍(422)의 경계 부분(423)에 의해 이동 방향(A)으로 독립되어 있다. 이러한 구성 및 배치로 설정한 제2 자극치(41)를 갖는 가동자(4)를 구비한 리니어 모터(L)에서는, 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]로부터 부여되는 자계에 의해 가동자(4) 내부에서 발생하는 와전류를 억제하여, 자기적인 효율의 저하를 방지할 수 있다.

케이스(43)는, 내부에 홀더(42)를 수용 가능한 홀더 수용부(431)를 갖고, 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3)에 각각 대향하는 면 전체를 평활하게 형성한 비자성체이다. 케이스(43)에는, 비자성에 더하여, 절연성, 비중이 작고, 강성이 높은 것이 요구되고, 본 실시 형태에서는, 이들을 모두 만족시키는 소재로서 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱: carbon fiber reinforced plastics)를 적용하고 있다. 즉, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, CFRP제의 일체 성형품인 케이스(43)를 구비한 가동자(4)를 적용하고 있다.

케이스(43) 중 홀더 수용부(431)는, 이동 방향(A)에 있어서 외부에 개방되어 있고, 이 홀더 수용부(431)에 홀더(42)를 수용한 상태에서, 케이스(43) 및 홀더(42)의 이동 방향(A)에 있어서의 단부가 일치한다. 또한, 케이스(43)의 폭 치수는, 홀더(42)의 폭 치수보다도 크고, 이 홀더(42)의 수용에 기여하지 않는[즉, 홀더 수용부(431)가 형성되어 있지 않은] 케이스(43)의 코너부에, 피가이드부(44)를 설치 가능하게 구성하고 있다. 본 실시 형태에서는, 케이스(43)의 4코너에 형성된 나사 삽입 관통 구멍(432)을 이용하여 피가이드부(44)를 케이스(43)에 고정하고 있다.

각 피가이드부(44)는, 케이스(43)의 하향면에 접촉하는 면을 평활한 면으로 설정하고, 가이드 레일(5)을 폭 방향으로부터 끼워 넣은 상태에서 이 가이드 레일(5)에 결합 가능한 가이드 결합부를 구비한 것이다. 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 1개의 가이드 레일(5)에 대해, 이동 방향(A)을 따라 소정 치수 이격시킨 위치에 배치한 2개의 피가이드부(44)가 안내되도록 구성하고 있다.

또한, 케이스(43)의 상향면에는 이동 방향(A)으로 연신하는 센서 스케일(S3)을 적절한 방법에 의해 고정하고 있다. 이 센서 스케일(S3)은, 케이스(43)의 상향면 중, 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치지 않는 영역에 배치되고, 상술한 하우징(1)에 설치한 센서 헤드(S2)에 의해 판독됨으로써, 가동자(4)의 위치 파악에 기여하는 것이다.

본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 케이스(43) 중, 홀더(42)의 수용에 기여하지 않는 부위이며, 또한 피가이드부(44)의 설치에 기여하지 않는 부위에 중량 경감부(433)를 형성하고 있다. 구체적으로는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 케이스(43) 중 폭 방향에 있어서 홀더 수용부(431)를 끼울 수 있는 부분에 각각 케이스(43)의 측방에만 개구되는 중량 경감부(433)를 형성하고 있다.

이러한 구성을 갖는 케이스(43)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 상향면 중, 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 영역이 상측 고정자(2)와 대향하고, 하향면 중, 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 영역이 하측 고정자(3)와 대향한다. 또한, 케이스(43) 자체는, 상향면 전체 및 하향면 전체가 평활하고, 전체적으로 평판 형상으로 구성된 것이다. 이러한 케이스(43)는, 홀더(42)의 강성을 높이는 보강부로서의 기능을 발휘한다.

그리고, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 가동자(4) 중 상측 고정자(2)에 대향하는 면[구체적으로는 케이스(43)의 상향면 중 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 면]과 상측 고정자(2)와의 사이, 및 하측 가동자(43)에 대향하는 면[구체적으로는 케이스(43)의 상향면 중 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 면]과 하측 고정자(3)와의 사이에는 각각 소정의 동일 치수의 갭(자기 갭)을 형성하고 있다.

이러한 상대 위치 관계로 설정한 가동자(4), 상측 고정자(2), 하측 고정자(3)를 구비한 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 상측 고정자 코어부(21) 및 하측 고정자(3)에 의해 가동자(4)에 작용하는 자기력을 높이 방향에 있어서 균형을 맞추어, 가동자(4)에 대해 이동 방향(A) 이외의 힘이 대략 작용하지 않도록 구성하고 있다.

이와 같이 구성한 리니어 모터(L)는, 높이 방향으로 대향하는 상측 제1 자극치(22)와 하측 제1 자극치(32)의 극성은 다르고, 도시하지 않은 제어부로부터 코일(C)에 소정의 패턴으로 삼상 교류 전류를 흘림으로써, 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]와 가동자(4)를 통과하는 다양한 패턴의 자기 회로를 형성하고, 가동자(4)와 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]의 갭에는, 상측 제1 자극치(22), 제2 자극치(41), 하측 제1 자극치(32)의 사이를 교번하는 자속이 통과하고, 상측 제1 자극치(22)와 제2 자극치(41) 사이 및 제2 자극치(41)와 하측 제1 자극치(32) 사이에 흡인력이 발생하여 가동자(4)에 추력을 발생시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)에서는, 코일(C)을 갖고 1차측 자계 발생 부재로서 기능하는 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에, 자계를 형성 가능한 제1 자극치[상측 제1 자극치(22), 제 하측 제1 자극치(32)]를 가동자(4)의 이동 방향(A)[이하, 단순히 「이동 방향(A)」이라고 칭함]을 따라 소정 피치로 설치하고, 2차측 부재로서 기능하는 가동자(4)가, 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 배치되고, 또한 자계를 형성 가능한 제2 자극치(41)와, 이들 복수의 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 홀더(42)를 구비하고, 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 대향하는 면을 평활하게 형성한 것이다. 따라서, 가동자(4)에는 코일(C)을 설치할 필요가 없어, 이 점에서 가동자를 1차측 자계 발생부로서 기능시키는 구성과 비교하여, 가동자(4)의 소형화 및 경량화를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)에서는, 홀더(42)로서, 제2 자극치(41)를 간극 없이 보유 지지하는 두께 방향으로 관통한 보유 지지 구멍(421)과, 공동의 중량 경감 구멍(422)을 이동 방향(A)을 따라 교대로 형성한 것을 적용하고 있으므로, 가동자(4)의 가일층의 경량화를 도모할 수 있어, 가동자(4)를 한층 더 빠른 속도, 고가속도로 이동시키는 것이 가능함과 함께, 홀더(42) 중 이동 방향(A)으로 인접하는 보유 지지 구멍(421)과 중량 경감 구멍(422)의 경계 부분(423)을 보유 지지 구멍(421)에 보유 지지시킨 제2 자극치(41)의 이동 방향(A)에 있어서의 위치 결정부로서 기능시키고 있으므로, 가동자(4) 자체의 이동이 고속, 고가속도라도, 그 이동에 수반하여 가동자(4)에 있어서의 제2 자극치(41)의 위치가 가동자(4)의 이동 방향(A)으로 어긋나, 제2 자극치(41)와 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]의 제1 자극치[상측 제1 자극치(22), 제 하측 제1 자극치(32)]와의 적절한 상대 위치 관계가 무너지는 것에 기인하는 2차측 부재로서의 가동자(4)의 소기의 기능이 저하된다고 하는 문제를 피할 수 있다. 또한, 가동자(4) 중 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 대향하는 면을 평활하게 형성하고 있으므로, 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]와 가동자(4) 사이에 균일한 소정 치수의 갭을 확보할 수 있고, 토크 향상에 기여하여, 가동자(4)를 고정자(2, 3)에 대해 상대적으로 직선 이동시키는 정상적인 동작을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)이면, 보유 지지 구멍(421)에 보유 지지시킨 제2 자극치(41)의 이동 방향(A)에 있어서의 위치 결정부를, 홀더(42)에 설치한 별도 전용의 부재나 홀더(42)의 특정 부위에 형성한 특수 형상의 부분에 의해 실현하는 형태와 비교하여, 부품 개수의 삭감 및 홀더(42) 자체의 형상의 간소화를 도모할 수 있어, 적합하다.

특히, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 홀더(42)를 내부 공간에 수용 가능한 케이스(43)를 구비한 가동자(4)를 적용하고 있으므로, 이 케이스(43)가 홀더(42)의 강성을 높이는 보강부로서 기능하여, 가동자(4)의 박형화 및 경량화에 수반되는 취약화를 유효하게 방지할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)에서는, 홀더(42) 중 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 대향하는 면을 피복하는 평활한 판상의 부위를 갖는 케이스(43)에 의해 보강부를 실현하고 있으므로, 코일(C)의 통전 시에 각 제2 자극치(41)를 통과하는 자속 밀도에 큰 편차가 발생하는 것을 방지하면서 가동자(4)의 강성을 효과적으로 높일 수 있다.

특히, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 두께 방향(높이 방향)에 있어서 2개의 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 소정 갭을 사이에 두고 끼워지는 위치에 가동자(4)를 배치한 구성이므로, 가동자(4)의 이동 방향(A)으로 인접하는 제2 자극치(41)끼리를 요크를 통해 연속하여 형성하지 않고 각각 독립적으로 형성하는 것이 가능하고, 코일(C)의 통전 시에 가동자(4) 내에 발생할 수 있는 누설 자속을, 가동자(4)의 이동 방향(A)으로 인접하는 제2 자극치(41)끼리를 요크를 통해 연속하여 형성한 구성과 비교하여 상대적으로 적게 할 수 있고, 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 있어서의 제1 자극치[상측 제1 자극치(22), 제 하측 제1 자극치(32)]와 가동자(4)의 제2 자극치(41)와의 사이의 자속 밀도를 한층 더 크게 하여 가동자(4)에 대한 추력을 크게 할 수 있어, 동일한 전력이라도 더욱 가동자(4)의 가속도를 증대시켜, 반응을 빠르게 하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)는, 홀더(42)에 형성하는 공동의 중량 경감 구멍(422)으로서, 홀더(42)의 두께 방향으로 관통하고 있는 구멍을 적용하고 있으므로, 간단한 가공이면서 홀더(42)의 경량화, 나아가서는 가동자(4) 전체의 경량화에 이바지한다.

특히, 종래의 리니어 모터에서는, 조립 시나 제조 시의 공차로 인해, 고정자 중 상대적으로 가동자에 가까운 부분에의 흡인력이 작용하여, 이러한 언밸런스한 흡인력에 기인하여 경량화한 가동자이면 휨 변형의 정도가 커지는 것이 상정되지만, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재(42)의 휨을 보강부인 케이스(43)에 의해 방지하는 구조를 채용하고 있으므로, 언밸런스한 흡인력에 기인하는 가동자(4)의 변형도 방지·억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 가이드 레일(5)에 피가이드부(44)를 안내시키면서 가동자(4)를 직선 이동시키는 구성을 채용함으로써 가동자(4)의 안정된 동작을 유지하면서, 자기 흡인력의 언밸런스에 기인하여 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)에 편하중이 작용하는 사태를 방지·억제할 수 있어, 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)의 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에 의하면, 편하중에도 견딜 수 있도록 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)을 대형화할 필요성이 없어, 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)로 이루어지는 리니어 가이드 기구 전체의 콤팩트화도 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 자기 흡인력의 언밸런스를 해소할 수 있으므로, 자기 흡인력의 언밸런스가 발생하는 구성과 비교하여, 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)에 작용하는 부하를 경감시킴으로써 정격 하중을 작게 할 수 있어, 가이드 레일(5)에 가이드되는 피가이드부(44)로서 경량이며 소형인 것을 선택하는 것이 가능해지고, 그 결과, 소형이며 경량인 피가이드부(44)를 가동자(4)의 일부에 설치함으로써 가동자(4)의 한층 더 큰 가속도를 얻을 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)는, 서로 이격하여 설치한 복수의 피가이드부(44)를 구비한 가동자(4)를 적용하고 있고, 자기 흡인력의 언밸런스를 방지·억제함으로써 각 피가이드부(44)가 접촉하는 가이드 레일(5)의 부분 단위에서 작용하는 부하가 크게 다르다고 하는 사태를 피할 수 있고, 각 피가이드부(44)를 통한 가동자(4) 전체의 원활한 직선 이동을 확보하면서, 상술한 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)의 장수명화 및 소형화를 실현할 수 있다.

또한, 각 부의 구체적인 구성은, 상술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 중량 경감 구멍으로서 두께 방향(갭을 사이에 두고 고정자에 대면하는 방향)으로 관통하는 구멍을 예시하였지만, 중량 경감 구멍으로서 두께 방향으로 관통하고 있지 않은 오목부를 적용해도 된다. 또한, 두께 방향으로 관통한 중량 경감 구멍과, 두께 방향으로 관통하고 있지 않은 중량 경감 구멍을 혼재시킨 구성이어도 상관없다.

홀더는, 비자성체이면 되고, 수지 이외의 적절한 비자성 소재로 형성할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 홀더의 강성을 높이는 비자성체의 보강부로서, 홀더 수용부를 구비한 케이스를 예시하였지만, 홀더 중 고정자에 대향하는 면을 피복하는 비자성재로 이루어지는 평판 형상의 부재에 의해 보강부를 실현해도 된다. 이 경우, 가동자의 두께 방향으로 한 쌍의 고정자를 대향 배치한 리니어 모터이면, 예를 들어 도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 홀더(42) 중 고정자(도시 생략)에 대향하는 면을 각각 개별로 피복하는 비자성재로 이루어지는 2매의 판상 부재(평판)(49)에 의해 홀더(42)를 두께 방향으로 끼우는 구성으로 할 수도 있다. 도 11 및 도 12에서는, 각 판상 부재(49)에 각각 센서 스케일(S3)을 설치한 구성을 예시하고 있지만, 어느 한쪽의 판상 부재(49)에만 센서 스케일(S3)을 설치한 구성이어도 된다.

또한, 가동자의 두께 방향에 있어서의 어느 한쪽의 면에 대향하는 위치에 고정자를 배치한 리니어 모터이면, 예를 들어 도 13에 도시하는 바와 같이, 홀더(42) 중 고정자(도시 생략)에 대향하는 면을 피복하는 비자성재로 이루어지는 1매의 판상 부재(평판)(49)에 의해 보강부를 실현할 수 있다. 또한, 도 11 내지 도 13에서는, 상술한 실시 형태에 대응하는 부분이나 개소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

또한, 홀더의 강성을 높이기 위해 홀더에 일체로 형성한 부위에 의해 보강부를 실현해도 된다. 이들 구성을 채용하는 경우, 케이스는 필수적인 부재는 아니며, 케이스가 없는 가동자로 해도 상관없다.

또한, 케이스를 구비한 가동자를 적용하는 경우, 케이스와 홀더를 적절한 접착 처리 등에 의해 일체적으로 형성하거나, 혹은 케이스와 홀더를 일체 성형한 구성으로 하는 것도 가능하다.

홀더의 강성을 높이는 보강부로서 기능하는 부재 또는 부위의 일부에 절제부(관통 구멍, 오목부, 소정 방향으로 개구된 절결이나 슬릿 등)를 형성하면, 가동자의 경량화에도 도움이 된다.

홀더 중 고정자에 대향하지 않는 면(측면 또는 이동 방향의 단부면)을 피복하는 비자성재로 이루어지는 판상의 부재에 의해 보강부를 구성해도 상관없다. 혹은, 홀더 중, 보유 지지 구멍 또는 중량 경감 구멍의 개구 테두리에 설치한 비자성의 보강재나, 각 중량 경감 구멍 내에 설치한 비자성의 리브에 의해 보강부를 실현할 수도 있다.

또한, 홀더나 케이스의 소재로서, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastics), 스테인리스, 티타늄, 세라믹 등을 적용해도 된다. 이들은 모두 비자성체이고, 또한 절연체이며 비중이 작고, 강성이 높다고 하는 특성을 가져, 홀더나 케이스에 요구되는 기능을 발휘하기 위해서는 적합한 소재이다.

또한, 고정자와 가동자를 각각 1개씩 구비한 리니어 모터여도 된다. 이 경우, 가동자에, 이동 방향으로 인접하는 제2 자극치끼리에 연속하여 자로를 형성하는 부분(요크)을 설치함으로써, 일대일의 관계로 배치한 고정자와 가동자 사이에 있어서의 자속의 원활한 흐름을 확보할 수 있다.

가동자의 직선 방향의 이동을 안내하는 가이드 기구는, 상술한 가이드 레일과 피가이드부의 조합 이외의 구성이나 기구에 의해 실현해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 홀더에, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라서 교대로 형성하고, 홀더 중 이동 방향으로 인접하는 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍의 경계 부분을 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능시킨 구성을 예시하였지만, 홀더로서, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 랜덤(규칙성 없음)하게 형성하거나, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 일정한 규칙성으로[예를 들어, 보유 지지 구멍 n(n은 2 이상의 정수)개마다 중량 경감 구멍을 1개로 하는 패턴이나, 중량 경감 구멍 (n은 2 이상의 정수)개마다 보유 지지 구멍을 1개로 하는 패턴이나, 보유 지지 구멍 n(n은 2 이상의 정수)개마다 중량 경감 구멍을 m(m은 2 이상의 정수이고, n과 동일수여도 되고 다른 수여도 됨)개로 하는 패턴, 혹은 중량 경감 구멍 n(n은 2 이상의 정수)개마다 보유 지지 구멍을 m(m은 2 이상의 정수이고, n과 동일수여도 되고 다른 수여도 됨)개로 하는 패턴 등] 형성한 것을 적용할 수도 있다. 이와 같이, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍을 이동 방향을 따라 교대로 형성하고 있지 않은 홀더를 적용하는 경우, 홀더 중 이동 방향으로는, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍이 인접하는 경계 부분, 보유 지지 구멍끼리가 인접하는 경계 부분, 중량 경감 구멍끼리가 인접하는 경계 부분이 형성되지만, 이 중, 보유 지지 구멍과 중량 경감 구멍이 인접하는 경계 부분 및 보유 지지 구멍끼리가 인접하는 경계 부분을, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능시키면 된다.

또한, 가동자가 제2 자극치를 1개만 갖는 것인 경우, 홀더에는, 보유 지지 구멍이 1개 이상 형성되어 있으면 되고, 제2 자극치를 보유 지지한 보유 지지 구멍과, 이 보유 지지 구멍에 대해 이동 방향으로 인접하는 구멍(중량 경감 구멍 또한 제2 자극치를 보유 지지하고 있지 않은 다른 보유 지지 구멍)의 경계 부분을, 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 제2 자극치의 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능시키면 된다.

여기부터는 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 리니어 모터에 있어서, 가동자(4)는, 도 1 내지 도 3, 도 7, 도 14 내지 도 17[도 14는 가동자(4)의 분해 사시도이고, 도 15는 이동 방향(A)으로부터 본 가동자(4)의 전체도이고, 도 16은 가동자(4)의 측면도(도 15의 g 방향 화살표도)이고, 도 17은 도 16의 h-h선 단면도임]에 도시하는 바와 같이, 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 배치되고, 또한 자계를 형성 가능한 복수의 제2 자극치(41)와, 이들 복수의 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재의 강성을 높이는 보강부를 구비하고, 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3)에 대향하는 면을 평활하게 형성한 것이다. 본 실시 형태에서는, 이동 방향(A)에 있어서의 가동자(4)의 치수를, 상술한 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3)의 1세트분에 상당하는 길이로 설정하고 있다.

본 실시 형태에서는, 보유 지지 부재로서 복수의 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 홀더(42)를 적용하고 있다. 홀더(42)는, 제2 자극치(41)를 간극 없이 보유 지지하는 보유 지지 구멍(421)과, 공동의 중량 경감 구멍(422)을 이동 방향(A)을 따라 교대로 형성한 예를 들어 수지제의 일체 성형품이다. 본 실시 형태에서는, 보유 지지 구멍(421) 및 중량 경감 구멍(422)으로서, 두께 방향으로 관통한 구멍을 적용하고 있다. 이들 보유 지지 구멍(421) 및 중량 경감 구멍(422)은 모두 홀더(42)의 폭 방향으로 길고 또한 두께 방향으로 평행한 단면에 있어서 대략 직사각 형상을 이루는 점이 공통이다. 본 실시 형태의 가동자(4)에서는, 이동 방향(A)에 있어서의 보유 지지 구멍(421)의 개구 치수를, 이동 방향(A)에 있어서의 중량 경감 구멍(422)의 개구 치수보다도 크게 설정하고 있다. 또한, 이동 방향(A)에 있어서의 중량 경감 구멍(422)의 개구 치수를, 이동 방향(A)에 있어서의 보유 지지 구멍(421)의 개구 치수보다도 크게 설정한 구성을 채용해도 된다.

그리고, 각 보유 지지 구멍(421)에 제2 자극치(41)를 간극 없이 보유 지지시킨 상태에 있어서, 홀더(42) 중 이동 방향(A)으로 인접하는 보유 지지 구멍(421)과 중량 경감 구멍(422)의 경계 부분(423)이 이동 방향(A)에 있어서의 각 제2 자극치(41)의 위치 결정부로서 기능하고 있다.

제2 자극치(41)는, 강자성의 판재인 소위 전자 강판으로서의 강판을 폭 방향으로 적층하여 구성한 것이다. 또한, 전자 강판으로서의 강판을 이동 방향(A)으로 적층하여 구성한 제2 자극치(41)여도 된다. 그리고, 홀더(42)의 보유 지지 구멍(421)에 각각 보유 지지된 각 제2 자극치(41) 중 상측 부분이 상측 제1 자극치(22)와 대향하고, 하측 부분이 하측 제1 자극치(32)와 대향한다. 또한, 각 제2 자극치(41)는, 홀더(42) 중 보유 지지 구멍(421)과 중량 경감 구멍(422)의 경계 부분(423)에 의해 이동 방향(A)으로 독립되어 있다. 이러한 구성 및 배치로 설정한 제2 자극치(41)를 갖는 가동자(4)를 구비한 리니어 모터(L)에서는, 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]로부터 부여되는 자계에 의해 가동자(4) 내부에서 발생하는 와전류를 억제하여, 자기적인 효율의 저하를 방지할 수 있다.

본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 제2 자극치(41)를 보유 지지한 홀더(42)를 수용 가능한 케이스(43)에 의해 보강부를 구성하고 있다. 케이스(43)는, 내부에 홀더(42)를 수용 가능한 홀더 수용부(431)를 갖고, 상향면 및 하향면을 각각 평활하게 형성한 평판 형상의 비자성체이다. 케이스(43)에는, 비자성에 더하여, 절연성, 비중이 작고, 강성이 높은 것이 요구되고, 본 실시 형태에서는, 이들을 모두 만족시키는 소재로서 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱: carbon fiber reinforced plastics)를 적용하고 있다. 즉, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, CFRP제의 일체 성형품인 케이스(43)를 구비한 가동자(4)를 적용하고 있다. 케이스(43)는, 제2 자극치(41) 중 고정자(2, 3)에 대향하는 면보다도 두께 방향[가동자(4)와 고정자(2, 3)가 갭을 사이에 두고 대치하는 방향]에 있어서 고정자(2, 3)에 가까운 위치에 배치되는 고정자 대향면(43a, 43b)과, 가이드 레일(5)에 안내되는 피가이드부(44)를 설치하는 피가이드부 설치면(43c)을 갖는 것이다. 여기서, 고정자 대향면(43a, 43b)은, 제2 자극치(41) 중 고정자(2, 3)에 대향하는 면보다도 두께 방향[가동자(4)와 고정자(2, 3)가 갭을 사이에 두고 대치하는 방향]에 있어서 우선하여 고정자(2, 3)에 대향하는 면으로서 파악할 수 있다. 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 가동자(4)를 두께 방향으로 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3) 사이에 끼우는 배치를 채용하고 있으므로, 케이스(43)의 상향면 및 하향면에 각각 고정자 대향면(43a, 43b)을 설정하고 있다. 보다 구체적으로 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 케이스(42)의 상향면 중 두께 방향에 있어서 홀더(42)와 겹치는 면과, 케이스(42)의 하향면 중 두께 방향에 있어서 홀더(42)와 겹치는 면을 각각 상측 고정자 대향면(43a), 하측 고정자 대향면(43b)으로서 기능시키고 있다. 여기서, 케이스(43) 중, 제2 자극치(41)에 있어서의 상측 고정자(2)에 대향하는 면[본 실시 형태에서는, 제2 자극치(41) 중 상측 고정자(2)에 대향하는 면은, 홀더(42)의 상향면과 동일 평면 상, 또는 대략 동일 평면 상에 있는 면으로 됨]을 피복하는 면, 바꾸어 말하면 제2 자극치(41)에 있어서의 상측 고정자(2)에 대향하는 면에 직접 접하는 면을 상측 피복면(43d)으로 한 경우, 상측 고정자 대향면(43a)은 상측 피복면(43d)에 대해 표리의 관계에 있는 면이다. 마찬가지로, 케이스(43) 중, 제2 자극치(41)에 있어서의 하측 고정자(3)에 대향하는 면[본 실시 형태에서는, 제2 자극치(41) 중 하측 고정자(3)에 대향하는 면은, 홀더(42)의 하향면과 동일 평면 상, 또는 대략 동일 평면 상에 있는 면으로 됨]을 피복하는 면, 바꾸어 말하면 제2 자극치(41)에 있어서의 하측 고정자(3)에 대향하는 면에 직접 접하는 면을 하측 피복면(43e)으로 한 경우, 하측 고정자 대향면(43b)은, 하측 피복면(43e)에 대해 표리의 관계에 있는 면이다. 그리고, 본 실시 형태의 리니어 액추에이터(L)에서는, 편평한 평면을 형성하는 고정자 대향면(43a, 43b)을, 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 있어서의 제1 자극치(22, 32) 중 가동자(4)에 대향하는 면에 대해 평행하게 되도록 설정하고 있다.

케이스(43) 중 홀더 수용부(431)는, 이동 방향(A)에 있어서 외부에 개방되어 있고, 이 홀더 수용부(431)에 홀더(42)를 수용한 상태에서, 케이스(43) 및 홀더(42)의 이동 방향(A)에 있어서의 단부가 일치한다. 여기서, 상술한 케이스(43)에 있어서의 상측 피복면(43d) 및 하측 피복면(43e)은, 홀더 수용부(431)의 공간을 규정하는 면이며 두께 방향(높이 방향)에 대향하는 면과 동일한 의미이다. 또한, 케이스(43)의 폭 치수는, 홀더(42)의 폭 치수보다도 크고, 케이스(43)의 폭 방향 중앙부에 홀더 수용부(431)를 형성하고, 홀더 수용부(431)가 형성되어 있지 않은 부분[본 실시 형태에서는 케이스(43)의 각 코너부]에, 피가이드부(44)를 설치 가능하게 구성하고 있다. 본 실시 형태의 케이스(43)에서는, 케이스(43)의 네 코너에 형성한 나사 삽입 관통 구멍(432)을 이용하여 피가이드부(44)를 케이스(43)의 하향면에 있어서의 네 코너에 고정하고 있다. 즉, 케이스(43)의 하향면의 네 코너는, 피가이드부(44)를 설치하기 위한 피가이드부 설치면(43c)으로서 기능한다. 여기서, 본 실시 형태에서는 케이스(43)의 하향면 전체를 평활하게 형성하고 있으므로, 피가이드부 설치면(43c)도 평활한 면이다. 또한, 케이스(43) 중 피가이드부 설치면(43c), 및 하측 고정자(3)에 대향하는 고정자 대향면[하측 고정자 대향면(43b)]은 동일 평면 상에 형성한 편평한 평활면이다.

각 피가이드부(44)는, 케이스(43)의 하향면에 접촉하는 면(44a)을 평활한 면으로 설정하고, 가이드 레일(5)을 폭 방향에서 끼워 넣은 상태에서 이 가이드 레일(5)에 결합 가능한 가이드 결합부(44b)를 구비한 것이다. 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 1개의 가이드 레일(5)에 대해, 이동 방향(A)을 따라 소정 치수 이격시킨 위치에 배치한 2개의 피가이드부(44)가 안내되도록 구성하고 있다.

또한, 케이스(43)의 상향면에는 이동 방향(A)으로 연신하는 센서 스케일(S3)을 적당한 방법에 의해 고정하고 있다. 이 센서 스케일(S3)은, 케이스(43)의 상향면 중, 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치지 않는 영역에 배치되고, 상술한 하우징(1)에 설치한 센서 헤드(S2)에 의해 판독됨으로써, 가동자(4)의 위치 파악에 기여하는 것이다.

본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 케이스(43) 중, 홀더(42)의 수용에 기여하지 않는 부위이며, 또한 피가이드부(44)의 설치에 기여하지 않는 부위에 중량 경감부(433)를 형성하고 있다. 구체적으로는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 케이스(43) 중 폭 방향에 있어서 홀더 수용부(431)를 사이에 끼울 수 있는 부분에 각각 케이스(43)의 측방에만 개구되는 중량 경감부(433)를 형성하고 있다.

이러한 구성을 갖는 케이스(43)는, 홀더(42)의 강성을 높이는 보강부로서의 기능을 발휘하고, 나아가서는, 상술한 바와 같이, 케이스(43)의 상향면 중, 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 영역이 상측 고정자 대향면(43a)으로서 기능하고, 케이스(43)의 하향면 중, 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 영역이 하측 고정자 대향면(43b)으로서 기능한다.

그리고, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 가동자(4) 중 상측 고정자(2)에 대향하는 면[구체적으로는 케이스(43)의 상향면 중 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 면]과 상측 고정자(2) 사이, 및 하측 가동자(43)에 대향하는 면[구체적으로는 케이스(43)의 상향면 중 평면에서 볼 때 홀더 수용부(431)에 겹치는 면]과 하측 고정자(3) 사이에는 각각 소정의 동일 치수의 갭(자기 갭)을 형성하고 있다.

이러한 상대 위치 관계로 설정한 가동자(4), 상측 고정자(2), 하측 고정자(3)를 구비한 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 상측 고정자(2) 및 하측 고정자(3)에 의해 가동자(4)에 작용하는 자기력을 높이 방향에 있어서 균형이 잡히게 하여, 가동자(4)에 대해 이동 방향(A) 이외의 힘이 대략 작용하지 않도록 구성하고 있다.

이와 같이 구성한 리니어 모터(L)는, 높이 방향에 대향하는 상측 제1 자극치(22)와 하측 제1 자극치(32)의 극성은 다르고, 도시하지 않은 제어부로부터 코일(C)에 소정의 패턴으로 삼상 교류 전류를 흘림으로써, 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]와 가동자(4)를 통과하는 다양한 패턴의 자기 회로를 형성하고, 가동자(4)와 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]의 갭에는, 상측 제1 자극치(22), 제2 자극치(41), 하측 제1 자극치(32)의 사이를 교번하는 자속이 통과하고, 상측 제1 자극치(22)와 제2 자극치(41) 사이, 및 제2 자극치(41)와 하측 제1 자극치(32) 사이에 흡인력이 발생하여 가동자(4)에 추력을 발생시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)에서는, 자계를 형성 가능한 제1 자극치[상측 제1 자극치(22), 하측 제1 자극치(32)]를 가동자(4)의 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 설치하고, 또한 코일(C)을 구비한 1차측 자계 발생 부재로서 기능하는 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 대향하는 위치에 배치되어 2차측 부재로서 기능하는 가동자(4)로서, 이동 방향(A)을 따라 소정 피치로 배치되고, 또한 자계를 형성 가능한 제2 자극치(41)와, 이들 복수의 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재[홀더(42)]의 강성을 높이는 보강부로서 기능하는 케이스(43)를 구비한 것을 적용하고 있으므로, 가동자(4)의 경량화를 도모하기 위해, 제1 자극치 및 보유 지지 부재[홀더(42)]를 얇게 형성한 경우라도 케이스(43)에 의해 가동자(4) 전체의 강성을 높일 수 있음과 함께, 케이스(43) 중 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 대향하는 고정자 대향면(43a, 43b)을 평활하게 형성하고, 또한 제1 자극치(22, 32) 중 가동자(4)에 대향하는 면에 대해 평행으로 하고 있으므로, 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]와 가동자(4) 사이에 요철이 없는 소정 치수의 균일한 갭을 확보할 수 있고, 토크 향상에 기여하고, 가동자(4)를 고정자(2, 3)에 대해 상대적으로 직선 이동시키는 정상적인 동작을 확보할 수 있다. 또한, 케이스(43)를 두께 치수를 작게 설정하면 가동자(4) 전체의 박형화에 도움이 되고, 케이스(43)에 의한 양호한 강성을 가지면서 종래의 가동자보다도 얇은 가동자(4)를 실현할 수 있다. 그 결과, 추력의 저하를 최대한 억제하여 소형 경량화를 도모할 수 있고, 고가속도를 실현 가능한 가동자(4)를 구비한 실용성·기능성이 풍부한 리니어 모터(L)를 제공할 수 있다. 또한, 종래의 리니어 모터에서는, 조립 시나 제조 시의 공차로 인해, 고정자 중 상대적으로 가동자에 가까운 부분에의 흡인력이 작용하고, 이러한 언밸런스한 흡인력에 기인하여, 경량화된 가동자라면 휨 변형의 정도가 커지는 것이 상정되지만, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 제2 자극치(41)를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재(42)의 휨을 보강부인 케이스(43)에 의해 방지하는 구조를 채용하고 있으므로, 언밸런스한 흡인력에 기인하는 가동자(4)의 변형도 방지·억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 가이드 레일(5)에 피가이드부(44)를 안내시키면서 가동자(4)를 직선 이동시키는 구성을 채용함으로써 가동자(4)의 안정된 동작을 유지하면서, 자기 흡인력의 언밸런스에 기인하여 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)에 편하중이 작용하는 사태를 방지·억제할 수 있고, 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)을 사용하여 구성되는 리니어 가이드 기구의 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에 따르면, 편하중에도 견딜 수 있도록 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)을 대형화할 필요성이 없고, 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)의 콤팩트화도 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 자기 흡인력의 언밸런스를 해소할 수 있으므로, 자기 흡인력의 언밸런스가 발생하는 구성과 비교하여, 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)에 작용하는 부하를 경감함으로써 정격 하중을 작게 할 수 있고, 가이드 레일(5)로 가이드되는 피가이드부(44)로서 경량이며 소형인 것을 선택하는 것이 가능해지고, 그 결과, 소형이며 경량의 피가이드부(44)를 가동자(4)의 일부에 설치함으로써 가동자(4)의 한층 더 큰 가속도를 얻을 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)는, 서로 이격하여 설치한 복수의 피가이드부(44)를 구비한 가동자(4)를 적용하고 있고, 자기 흡인력의 언밸런스를 방지·억제함으로써 각 피가이드부(44)가 접촉하는 가이드 레일(5)의 부분 단위에서 작용하는 부하가 크게 다르다고 하는 사태를 피할 수 있고, 각 피가이드부(44)를 개재한 가동자(4) 전체의 원활한 직선 이동을 확보하면서, 상술한 피가이드부(44) 및 가이드 레일(5)의 장수명화 및 소형화를 실현할 수 있다.

덧붙여 말하면, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)는, 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 간섭하지 않는 위치에 고정한 가이드 레일(5)로 안내시키는 피가이드부(44)를 케이스(43)의 일부로 설정한 피가이드부 설치면(43c)에 설치 가능하게 구성하고 있으므로, 피가이드부(44)를 설치하기 위한 전용 부재를 케이스(43)와는 별도로 가동자(4)에 설치할 필요가 없어, 부품 개수의 삭감을 도모할 수 있음과 함께, 피가이드부(44) 중 피가이드부 설치면(43c)에 접촉하는 면 및 케이스(43)의 피가이드부 설치면(43c)을 서로 평행해지는 편평한 평활면으로 형성하고 있으므로, 케이스(43)에 대한 피가이드부(44)의 설치 처리의 간이화 및 케이스(43)에 대한 피가이드부(44)의 양호한 설치 상태를 유지할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에 관한 리니어 모터(L)에서는, 피가이드부 설치면(43c)을 고정자 대향면[하측 고정자 대향면(43b)]과 동일 평면 상에 형성하고 있으므로, 피가이드부 설치면과 고정자 대향면을 높이가 다른 면으로 형성하는 형태와 비교하여, 가공 용이성이 우수하고, 높은 가공 정밀도·치수 정밀도를 확보하기 쉽다고 하는 장점을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]와는 간섭하지 않는 위치에 고정한 가이드 레일(5)로 가이드되는 피가이드부(44)를, 케이스(43) 중 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 대향하지 않는 부분[평면에서 볼 때 고정자(2, 3)와 겹치지 않는 부분]으로 설정한 피가이드부 설치면(43c)에 설치 가능하게 구성하고 있으므로, 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]의 제1 자극치[상측 제1 자극치(22), 하측 제1 자극치(32)]와 가동자(4)의 제2 자극치(41)를 통과하는 자속의 경로로부터 벗어난 위치에 가이드 레일(5) 및 피가이드부(44)를 배치함으로써, 코일(C)의 통전 시에는 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]와 가동자(4) 사이의 자속 밀도를 소기의 값으로 유지하면서, 피가이드부(44)를 가이드 레일(5)로 안내시킴으로써 가동자(4)의 안정된 동작을 유지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)에서는, 케이스(43) 중, 홀더(42)의 수용에 기여하지 않는 부위이며, 또한 피가이드부(44)의 설치에 기여하지 않는 부위에 중량 경감부(433)를 형성하고 있으므로, 케이스(43)에 의한 홀더(42)의 양호한 수용 상태 및 케이스(43)에 대한 피가이드부(44)의 양호한 설치 상태를 확보하면서 가동자(4)의 경량화를 도모할 수 있다.

특히, 본 실시 형태의 리니어 모터(L)는, 두께 방향(높이 방향)에 있어서 2개의 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]에 소정 갭을 사이에 두고 끼워지는 위치에 가동자(4)를 배치한 구성이므로, 가동자(4)에 추력을 부여하기 위해, 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]와 가동자(4)를 따라가는 자기 회로를 형성한 경우, 한쪽의 고정자의 제1 자극치로부터 가동자(4)의 제2 자극치(41)를 통과하는 자속이, 가동자(4) 중 그 제2 자극치(41) 이외의 부분을 따라가는 일 없이 다른 쪽의 고정자의 제1 자극치를 따라가도록 구성하는 것이 가능해지고, 가동자(4) 내부에서 발생할 수 있는 누설 자속을, 가동자(4)의 이동 방향(A)으로 인접하는 제2 자극치(41)끼리를 요크를 통해 연속하여 형성한 구성과 비교하여 상대적으로 적게 할 수 있고, 가동자(4) 및 각 고정자[상측 고정자(2), 하측 고정자(3)]를 통과하는 자속 밀도를 한층 더 크게 하여 가동자(4)에 대한 추력을 크게 할 수 있고, 동일한 전력이라도 가동자(4)의 가속도를 더 증대시켜, 반응을 빠르게 하는 것이 가능하다.

또한, 각 부의 구체적인 구성은, 상술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가이드 레일이나 피가이드부의 형상 등에 따라, 피가이드부 설치면을 고정자 대향면보다도 고정자에 가까운 면 또는 고정자 대향면보다도 고정자로부터 이격된 면으로 설정한 쪽이 나은 경우에는, 피가이드부 설치면과 고정자 대향면을 높이가 다른(다른 높이의) 면으로 설정해도 상관없다.

또한, 피가이드부 중 피가이드부 설치면에 접촉하는 면의 전체 또는 일부에 요철(곡면도 포함함)이 있는 경우에는, 그들의 형상에 따라 피가이드부 설치면의 형상도, 이 피가이드부 설치면에 대한 피가이드부의 덜걱거림이 없는 양호한 설치 상태를 실현할 수 있도록 적절히 변경하면 된다.

또한, 보강부 중 고정자 대향면 이외의 부분(피가이드부 설치면도 포함하여)은 요철이 있는 형상(평활하지 않은 형상)이어도 상관없다.

또한, 고정자 대향면과 피가이드부 설치면이 서로 다른 방향을 향하는 면이어도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 보강부로서 케이스를 예시하였지만, 제2 자극치에 있어서의 고정자에 대향하는 면을 피복하는 비자성재로 이루어지는 평판 형상의 부재에 의해 보강부를 실현해도 된다. 이 경우, 가동자의 두께 방향으로 한 쌍의 고정자를 대향 배치한 리니어 모터이면, 예를 들어 도 18 및 도 19에 도시하는 바와 같이, 보유 지지 부재[홀더(42)] 중 고정자(도시 생략)에 대향하는 면을 각각 개별적으로 피복하는 비자성재로 이루어지는 2매의 판상 부재(평판)(49)에 의해 보강부를 구성하고 있다. 보강부로서 기능하는 각 판상 부재(49) 중, 제2 자극치(41)에 직접 접촉하여 제2 자극치(41)를 피복하는 면[상측 피복면(49d), 하측 피복면(49e)]에 대해 표리 관계에 있는 면이 고정자 대향면[상측 고정자 대향면(49a), 하측 고정자 대향면(49b)]이며, 피가이드부(44)를 설치하는 면이 피가이드부 설치면(49c)이다. 또한, 도 18 및 도 19에서는, 각 판상 부재(49)에 각각 센서 스케일(S3)을 설치한 구성을 예시하고 있지만, 어느 한쪽의 판상 부재(49)에만 센서 스케일(S3)을 설치한 구성이어도 된다.

또한, 가동자의 두께 방향에 있어서의 어느 한쪽의 면에 대향하는 위치에 고정자를 배치한 리니어 모터이면, 예를 들어 도 20에 도시하는 바와 같이, 제2 자극치(41) 중 고정자(도시 생략)에 대향하는 면을 피복하는 비자성재로 이루어지는 1매의 판상 부재(평판)(49)에 의해 보강부를 실현할 수 있다. 보강부로서 기능하는 판상 부재(49) 중, 제2 자극치(41)에 직접 접촉하여 제2 자극치(41)를 피복하는 면[하측 피복면(49g)]에 대해 표리 관계에 있는 면이 고정자 대향면[하측 고정자 대향면(49f)]이며, 피가이드부(44)를 설치하는 면이 피가이드부 설치면(49c)이다. 또한, 도 18 내지 도 20에서는, 상술한 실시 형태에 대응하는 부분이나 개소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

또한, 보유 지지 부재의 강성을 높이기 위해 보유 지지 부재에 일체로 형성한 부위에 의해 보강부를 실현해도 된다. 예를 들어 사출 성형이나 접착 처리 등에 의해 보유 지지 부재와 보강부를 일체 또는 일체적으로 구성하는 것도 가능하다.

또한, 보유 지지 부재의 강성을 높이는 보강부를 케이스에 의해 구성한 경우에, 케이스에 형성하는 중량 경감부로서, 케이스의 소정 방향(두께 방향이나 폭 방향 등)으로 관통한 구멍이나, 소정 방향으로 개구된 절결이나 슬릿, 혹은 오목부를 채용해도 된다. 중량 경감부의 수나 형성 개소도 적절히 변경·선택할 수 있다.

보유 지지 부재나 보강부는, 비자성체이면 되고, 수지나 CFPR 이외의 적당한 비자성 소재로 형성할 수 있다. 보유 지지 부재나 보강부의 소재로서, 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP:glass fiber reinforced plastics), 스테인리스, 티타늄, 세라믹 등을 적용해도 된다. 이들은 모두 비자성체이며, 또한 절연체이며 비중이 작고, 강성이 높다고 하는 특성을 갖고, 보유 지지 부재나 보강부에 요구되는 기능을 발휘하기 위해서는 적합한 소재이다.

상술한 실시 형태에서는, 홀더에 형성하는 중량 경감 구멍으로서 두께 방향(갭을 사이에 두고 고정자에 대면하는 방향)으로 관통하는 구멍을 예시하였지만, 중량 경감 구멍으로서 두께 방향으로 관통하고 있지 않은 오목부를 적용해도 된다. 또한, 두께 방향으로 관통한 중량 경감 구멍과, 두께 방향으로 관통하고 있지 않은 중량 경감 구멍을 혼재시킨 구성이어도 상관없다. 혹은, 중량 경감 구멍을 형성하고 있지 않은 홀더여도 된다.

또한, 고정자와 가동자를 각각 1개씩 구비한 리니어 모터여도 된다. 이 경우, 가동자에, 이동 방향으로 인접하는 제2 자극치끼리 연속하여 자로를 형성하는 부분(요크)을 설치함으로써, 일대일의 관계로 배치한 고정자와 가동자 사이에 있어서의 자속의 원활한 흐름을 확보할 수 있다.

1개의 가이드 레일에 대해 단일 또는 3 이상의 피가이드부를 가이드시키는 구성이나, 리니어 모터 전체에 있어서, 1개 또는 3개 이상의 가이드 레일을 고정자에 간섭하지 않는 위치에 배치한 구성을 채용해도 된다.

또한, 가동자가 제2 자극치를 1개만 갖는 것이어도 된다. 이 경우, 보유 지지 부재는 단일의 제2 자극치를 보유 지지하는 기능을 발휘하는 비자성체의 것이면 되고, 보강부는 이러한 보유 지지 부재의 강성을 높이는 비자성체의 것이면 충분하다. 보유 지지 부재는, 상술한 실시 형태에서 설명한 형상의 홀더에 한정되지 않고, 제2 자극치의 형상이나 수에 따라 다양한 형상으로 변경하거나, 홀더 이외의 부품에 의해 구성하는 것도 가능하다. 보유 지지 부재는, 보강부와 일체 성형한 것이나, 적당한 처리에 의해 보강부와 일체적으로 구성한 것이어도 된다.

또한, 제1 실시 형태와 제2 실시 형태의 양쪽에 관해, 가동자와 고정자가 서로 대향하는 방향에서 본 상태에 있어서, 제1 자극치 또는 제2 자극치의 양쪽 또는 어느 한쪽을, 가동자의 이동 방향에 대해 소정 각도 경사진 자세(스큐 자세)에서 등피치로 배치한 구성으로 할 수도 있다.

그 밖에, 각 부의 구체적 구성에 대해서도 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형이 가능하다.

본 발명은 리니어 모터에 있어서의 특히 가동자의 경량화, 고속 동작 시의 안정화, 강성의 강화를 실현하는 것이며, 리니어 모터가 적용되는 소형 부품의 반송 장치나 기기류의 이동 장치 등의 분야에 막대한 공헌을 초래하는 것이다.

2, 3 : 고정자(상측 고정자, 하측 고정자)
22, 32 : 제1 자극치(상측 제1 자극치, 하측 제1 자극치)
4 : 가동자
41 : 제2 자극치
42 : 보유 지지 부재, 홀더
421 : 보유 지지 구멍
422 : 중량 경감 구멍
423 : 경계 부분
43, 49 : 보강부(케이스, 평판)
43a, 43b : 고정자 대향면(상측 고정자 대향면, 하측 고정자 대향면)
43c : 피가이드부 설치면
431 : 홀더 수용부
433 : 중량 경감부
44 : 피가이드부
49 : 보강부(판상 부재)
49a, 49b : 고정자 대향면(상측 고정자 대향면, 하측 고정자 대향면)
49c : 피가이드부 설치면
49f : 고정자 대향면
5 : 가이드 레일
C : 코일
L : 리니어 모터

Claims (11)

1. 코일을 갖는 1차측 자계 발생 부재로서의 고정자와, 두께 방향에 있어서 소정 갭을 사이에 두고 상기 고정자에 대향하는 위치에 배치되고, 또한 상기 고정자에 대해 직선 방향으로 상대 이동 가능한 2차측 부재로서의 가동자와, 상기 가동자를 이동 방향으로 안내 가능한 가이드 레일을 구비한 리니어 모터이며,
   상기 고정자가, 자계를 형성 가능한 제1 자극치를 상기 가동자의 이동 방향을 따라 소정 피치로 구비한 것이며,
   상기 가동자가,
   자계를 형성 가능한 제2 자극치와, 상기 제2 자극치를 보유 지지하는 비자성체의 보유 지지 부재의 강성을 높이는 비자성체의 보강부를 구비한 것이며,
   상기 보강부가,
   적어도 상기 제2 자극치 중 상기 고정자에 대향하는 면보다도 상기 두께 방향에 있어서 상기 고정자에 가까운 위치에 배치되는 고정자 대향면, 및 상기 가이드 레일로 안내되는 피가이드부를 설치하는 피가이드부 설치면을 갖고, 적어도 상기 고정자 대향면을 평활하게 형성하고, 또한 상기 제1 자극치 중 상기 가동자에 대향하는 면에 대해 평행으로 하고 있고,
   상기 고정자 대향면에 대하여 표리 관계가 되는 피복면을 갖고,
   상기 제2 자극치가 상기 피복면에 마련되고,
   상기 고정자 대향면 및 상기 피가이드부 설치면을 동일 평면상 또는 평행하게 형성하고 있는 것을 특징으로 하는, 리니어 모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 피가이드부 중 상기 피가이드부 설치면에 접촉하는 면, 및 상기 피가이드부 설치면을 각각 평활하게 형성하고 있는, 리니어 모터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 자극치를 보유 지지한 상기 보유 지지 부재를 수용 가능한 비자성체의 케이스에 의해 상기 보강부를 구성하고 있는, 리니어 모터.
4. 제3항에 있어서, 상기 케이스 중, 상기 보유 지지 부재의 수용에 기여하지 않는 부위이며, 또한 상기 피가이드부의 설치에 기여하지 않는 부위에 중량 경감부를 형성하고 있는, 리니어 모터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 두께 방향에 있어서 2개의 상기 고정자에 소정 갭을 사이에 두고 끼워지는 위치에 상기 가동자를 배치한 구성인, 리니어 모터.
6. 제1항에 있어서,
   상기 고정자에 대향하는 면을 평활하게 형성한 것이고,
   상기 보유 지지 부재에, 상기 제2 자극치를 간극 없이 보유 지지하는 두께 방향으로 관통한 보유 지지 구멍과, 공동의 중량 경감 구멍을 상기 이동 방향을 따라 배열하여 형성하고, 상기 보유 지지 부재 중 상기 보유 지지 구멍과 상기 보유 지지 구멍에 대해 상기 이동 방향으로 인접하는 상기 중량 경감 구멍 또는 다른 상기 보유 지지 구멍과의 경계 부분을, 상기 보유 지지 구멍에 보유 지지시킨 상기 제2 자극치의 상기 이동 방향에 있어서의 위치 결정부로서 기능시키고 있는 것을 특징으로 하는, 리니어 모터.
7. 제6항에 있어서, 상기 보강부가, 적어도 상기 보유 지지 부재 중 상기 고정자에 대향하는 면을 피복하는 평활한 판상의 부위를 갖는 것인, 리니어 모터.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 가동자를 두께 방향에 있어서 2개의 상기 고정자에 소정 갭을 사이에 두고 끼워지는 위치에 배치한 구성인, 리니어 모터.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 중량 경감 구멍이, 상기 보유 지지 부재의 두께 방향으로 관통한 구멍인, 리니어 모터.
10. 제8항에 있어서, 상기 중량 경감 구멍이, 상기 보유 지지 부재의 두께 방향으로 관통한 구멍인, 리니어 모터.
11. 삭제

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