WO2004086597A1 - リニアモータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

軌道レールがスライダの案内通路を有してチャネル状に形成される一方、この案内通路内を移動するテーブル構造体は、前記案内通路内を前後しながら移動する一対のスライダと、これらスライダを所定の間隔をおいて相互に連結すると共に可動体の取付面が形成された結合天板とを備え、一対のスライダの間にはリニアモータを構成する電機子を収容する一方、軌道レールには案内通路に面してリニアモータの界磁マグネットを配置し、リニアモータを構成する電機子及び界磁マグネットがリニアガイドを構成するテーブル構造体及び軌道レールと完全に一体化され、しかもリニアガイドの内部に総て収まるように構成した。

Description

明細書

リ ニアモータァクチユエ一夕

技術分野

本発明は、 リ ニアガイ ドを用いてテーブル等の可動体をべッ ド 等の固定部に対して往復動自在に支持する と共に、 リ ニアモータ の発生する推力及びブレーキ力を用いて前記可動体を固定部に対 して繰り返し位置決めする こ とが可能な リ ニアモータァクチユエ 一夕 に係 り 、 詳細には、 前記リ ニアモー夕 と リ ニアガイ ド をコ ン パク ト に一体化するための改良に関する。

背景技術

テーブル等の可動体に対して直線運動を与える と共に、 かかる 可動体を所定の位置に停止させる リ ニアァクチユエ一夕は、 工作 機械の各種テーブル、 産業用 口ポッ トの走行部、 各種搬送装置等 に多用されている。 従来、 この種の リ ニアァクチユエ一夕におい て前記可動体に推力及びブレーキ力を与える駆動手段と しては、 ポールねじを用いてモ一夕の回転を直線運動に変換するよ う に構 成したものや、 一対のプーリ に架け回された無端状のタイ ミ ング ベル ト を用いてモータの回転を直線運動に変換するよ う に構成し たものが知 られているが、 近年においては前記駆動手段と してリ ニァモー夕を用いたァクチユエ一夕、 すなわち リ ニアモータァク チユエ一夕が種々登場している。

最も一般的な リ ニアモー夕ァクチユエ一夕 と しては、 べッ ドゃ コ ラム等の固定部上に一対の リ ニアガイ ド を用いて前記可動体を 往復動自在に支承する と共に、 リ ニアモー夕 を構成する固定子及 び可動子を互いに対向するよ う にして固定部及び可動体に夫々取 り付けたものが知 られている （特開平 1 0 — 2 9 0 5 6 0 号公報 等） 。 具体的には、 前記固定部に対してリ ニアガイ ドの軌道レ一 ルを配設する と共に該軌道レールと平行に リ ニァモータの固定子 を取 り 付ける一方、 前記可動体にはリ ニアガイ ドのス ライ ダ及び リ ニアモータの可動子を取り 付け 可動体側のス ライ ダを軌道レ ールに組み付ける こ とによって前記可動体を固定部上で往復動自 在に支承する と共に、 固定部側の固定子と可動体側の可動子とを 互いに対向させるよ う に している。

リ ニアモ一夕ァクチユエ一夕では、 可動体の移動精度を確保す るためにリ ニアガイ ド の軌道レールと リ ニアモータの固定子との 平行度が重要であ り 、 また、 充分な推力を発揮させるためにはリ ニァモータの固定子と可動子とを所定のエアギヤ ッ プで対向させ る こ と も重要である。 しか し、 前述の如 く リ ニアガイ ド と リ ニア モータが全く 分離したリ ニアモー夕ァクチユエ一夕は、 これらの 点を考慮して組み立てるのが大変困難であ り 、 しかも手間の係る 作業であった。

また、 リ ニアモ一夕 と して代表的なものは。 永久磁石を用いた 界磁マクネッ ト とコイルが巻かれた電機子か ら構成される所謂同 期モ一夕であるが、 この同期モータ と しては、 電機子に磁性体か ら形成されたコアを有するコ ア付きタイ プと、 かかる コアを具備 しないコア レスタイ プとが存在する。 大きな推力を得る という観 点か らすればコア付きタイ プが有用であるが、 かかる コアが存在 する こ とか ら、 電機子に電流を通電していない場合であっても、 電機子と界磁マグネ ッ ト との間に推力の数倍に相当する磁気吸引 力が作用 している。 このため、 コ ア付きタイ プの リ ニアモータを 採用する場合、 前述の組立作業は益々困難である。

一方、 'リ ニアガイ ド と リ ニアモータが一体化したリ ニアモータ ァクチユエ一夕 と しては、 特開平 5 — 2 2 7 7 2 9 号公報ゃ特開 2 0 0 1 一 2 5 2 2 9 号公報に開示される ものが公知である。 前 者の特開平 5 — 2 2 7 2 9 号に開示される リ ニアモータァクチュ エー夕では、 軌道レールに対して長手方向に沿っ た凹溝を形成す る と共に、 この凹溝内に電機子を収容してお り 、 ス ライ ダは前記 軌道レールを跨ぐサ ドル状に形成されている。 かかるス ライ ダに は軌道レール側の電機子と対向する位置に界磁マグネッ トが固定 されてお り 、 前記電機子に電流を通電する と、 フ レミ ングの左手 の法則によって界磁マグネッ ト を搭載したス ライ ダに推力が作用 し、 かかるス ライ ダが軌道レールに沿って移動するよ う になって いる。 すなわち、 この リ ニアァクチユエ一夕は界磁マグネッ ト を 可動子とする可動磁石型の リ ニアモータァクチユエ一夕である。

しか し、 可動磁石型の リ ニアモータァクチユエ一夕では、 軌道 レールの全長にわたって電機子を設ける必要があ り 、 また、 ァク チユエ一夕の分解能を高精度に設定するためには、 電機子コイル を細分化する必要があ り 、 ス ライ ダのス 卜 ローク長を長く 設定し た際に、 電機子コイルの製作に手間がかか り 、 しかも コス トが嵩 むといっ た不具合がある。

反対に、 後者の特開 2 0 0 1 一 2 5 2 2 9 号公報に開示される リ ニアモー夕ァクチユエ一夕は電機子がス ライ ダと共に移動する 所謂可動コイル型である。 すなわち、 界磁マグネッ トはリ ニアガ ィ ド の軌道レールに対して直接固定される一方、 電機子はス ライ ダに搭載されてお り 、 電機子に電流を通電して電機子コイルを励 磁する と、 かかる電機子を搭載したス ライ ダが軌道レールに沿つ て移動する。

しか し、 この リ ニアモー夕ァクチユエ一夕では、 電機子及び界 磁マグネッ 卜が夫々 リ ニアガイ ドのス ライ ダ及び軌道レールに固 定はされている ものの、 軌道レールゃス ライ ダに内蔵される こ と なく 外部に固定されてお り 、 ァクチユエ一夕そのものが大型化し てしま う といっ た不具合があっ た。 また、 輸送作業やベッ ド等の 固定部への取付作業の際に、 界磁マグネッ トゃ電機子を周辺機器 に接触させて破損させてしまう危険性もある。 発明の開示

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、 テーブル等の可動体に対して大きな推力を与 える こ とができる と共に、 リ ニアガイ ド と リ ニアモータ とがー体 に組合わさ っ てコ ンパク 卜 に構成されてお り 、 安価に製作し得る と共に取り扱いも容易なリ ニアモー夕ァクチユエ一夕 を提供する こ とにある。

かかる 目的を達成する本発明の リ ニアモー夕ァクチユエ一夕は 固定べ一ス部と この固定ベース部か ら立設された一対の側壁部を 有する と共に、 これら 固定ベース部及び側壁部によっ て囲まれた 案内通路を備えてチャネル状に形成され、 各側壁部には前記案内 通路に面したポール転動溝が形成された軌道レールと、 前記ポー ル転動溝を転動する多数のポールを備える と共に これらポールが 循環する無限循環路を備え、 これちポールを介して前記軌道レー ルの一対の側壁の間に組み付け られて前記軌道レールの案内通路 内を 自在に移動するテーブル構造体と、 前記軌道レールの長手方 向に沿つて N極及び S極が交互に配列される と共に、 かかる軌道 レールに固定された界磁マグネ ッ ト と、 こ の界磁マグネッ 卜 と対 向するよ う に前記テーブル構造体に装着され、 かかる界磁マグネ ッ 卜 と相まって リ ニアモー夕 を構成し、 前記テーブル構造体に対 して軌道レールの長手方向に沿った推力又はブレーキ力を及ぼす 電機子とを備えている。

前記テーブル構造体は、 前記ポールの無限循環路を備える と共 に前記軌道レールの案内通路内を前後しながら移動する一対のス ライ ダと、 これらス ライ ダを所定の間隔をおいて相互に連結する と共に可動体の取付面が形成された結合天板とを備えている。 一 対のス ライ ダは間隔を空けて前記結合天板で連結されるので、 軌 道レールの案内通路内にはこれらス ライ ダの間に空間が形成され る こ とになるが、 この空間は前記電機子の収容空間と して機能す る。 また、 前記電機子は、 一対のス ライ ダの間において前記結合 天板に固定されて軌道レールの案内通路内に位置する と共に、 前 記軌道レールの長手方向に沿って所定のピッチで複数のス ロ ッ ト 及び歯が形成された櫛歯状の電機子コ ア と、 前記ス ロ ッ ト を埋め るよ う にして前記電機子コ アの歯に巻き回されたコイルとを備え ている。 すなわち、 前記電機子は結合天板か ら 吊 り 下げられるよ う にして軌道レールの案内通路内に配置されてお り 、 換言すれば 一対のスライ ダを連結する結合天板が前記案内通路の蓋とな り 、 電機子を案内通路内に密閉したよ う な構造となっている。 すなわ ち、 本発明ではリ ニアモータを構成する電機子が完全に軌道レー ルの案内通路内に収容されてお り 、 かかる電機子が外部に対して 一切露呈しない構造を採用 している。 また、 この電機子と相まつ てリ ニアモータを構成する界磁マグネッ ト は、 前記軌道レールの 固定ベース部をヨーク と し、 軌道レールの案内通路内に収容され た電機子コ ア と対向する位置に配設されている。 この こ とか ら、 本発明の リ ニアモータァクチユエ一夕では、 リ ニアモ一夕 を構成 する電機子及び界磁マグネッ トが、 リ ニアガイ ドを構成するテ一 ブル構造体及び軌道レールと完全に一体化されてお り 、 しかも リ ニァガイ ドの内部に総て収まっているので、 極めてコ ンパク ト に 構成されている。 また、 リ ニアモータがチャネル状に形成された 軌道レールの外部に露呈する こ とがないので、 輸送作業や取付作 業における取 り扱いが極めて容易である。

また、 前記電機子はテーブル構造体の結合天板に対して直接固 定される一方、 界磁マグネッ ト も軌道レールの固定ベース部上に 配設するのみであ り 、 これらをテーブル構造体や軌道レールに取 り付けるための特別なブラケッ ト等を一切必要と しないこ とか ら 極めて安価に製作し得る ものである。

更に、 本発明の リ ニアモー夕ァクチユエ一夕では、 結合電板の 長さ を適宜変更する こ とによ り 、 一対のス ライ ダの間隔を任意に 設定する こ とができるので、 使用用途に照 ら してテーブル構造体 に要求される推力を確保すべく 、 軌道レールの長手方向における 電機子のセッ 卜数を適宜変更する こ とが可能であ り 、 テーブル構 造体の推力の過不足に対して柔軟に対応する こ とが可能となる。

テーブル構造体に与える推力及びブレーキ力を充分に確保する ため、 前記電機子は磁性体からなる電機子コ アを備えている。 こ の電機子コアには軌道レールの長手方向、 換言すればテーブル構 造体の移動方向に沿って所定のピッチで複数のス ロ ッ ト及び歯が 交互に形成されているが、 これら歯の形成ピッチの一例と しては 界磁マグネッ ト における磁極の繰 り返し周期を λ と した場合、 λ η / 4 ( η : 整数） に設定する こ とが考え られる。

一方、 前記テーブル構造体を構成する一対のス ライ ダは軌道レ ールの案内通路内を移動しながらテーブル等の可動体を支持する ため、 大きな剛性を有している こ とが必要であ り 、 通常は軸受鋼 等の金属材料によ っ て形成されている。 このため、 界磁マグネッ ト を軌道レールの案内通路に面するよ う に設ける と、 かかる界磁 マグネッ ト の磁力がス ライ ダに作用 してしまい、 前記案内通路内 でス ライダを移動させた際に、 該ス ライ ダの移動に対して断続的 な抵抗が作用 して しま う。 これはコギングと呼ばれる現象であ り 界磁マグネッ ト に配列されている複数の磁極とス ライ ダとの位置 関係を原因と して発生する。 このコギングの影響が大きい と、 テ 一ブル構造体の移動速度や加速度が変動し、 軌道レール上におけ るテーブル構造体の停止位置精度にも影響が生じる こ とか ら、 か かるコギングは極力小さ い こ とが必要である。 従って、 かかる観 点か らすれば、 前記ス ライダの下面、 すなわち前記軌道レールの 固定ベース部と対抗する面には、 かかるス ライ ダの移動方向に沿 つて複数のス ロ ッ ト及び齒を交互に形成し .. かかる面を全体と し て櫛歯状に形成するのが好ま しい'。 このよ う なスロ ッ ト及ぴ歯を ス ライ ダに形成すれば、 その形成ピッチを調整する こ とで、 界磁 マグネッ 卜がス ライ ダをその移動方向へ吸引する磁力を -. 完全で はないにしても略キヤ ンセルする こ とが可能とな り 、 コギングの 発生を低減する こ とができる ものでる。

このとき、 スライ ダに対するス ロ ッ ト及び歯の形成ピッチは適 宜調整して差し支えないが、 電機子コ アに形成されたスロ ッ ト及 ぴ歯の形成ピッチもコギングを抑えるよ う に形成されている こ と か ら、 前記スライ ダのス ロ ッ ト及び歯の形成ピ ッチも電機子コア のス ロ ッ ト及び歯の形成ピッチと同様に、 λ η Ζ 4 ( η : 整数） に設定するのが良く 、 また、 電機子コ アの歯と幅方向へ隣接させ るのが好ま しい。

また、 電機子コアにおけるスロ ッ ト及び歯の形成ピ ッチを λ η / 4 ( η ： 整数） に設定しても、 かかる電機子コ ア と界磁マグネ ッ ト との位置関係か ら生じる コギングを完全には排除する こ とが できない。 加えて、 前述したよ う に、 ス ライ ダそのものも界磁マ グネッ ト との位置関係か らコギングを生じている。 従って、 かか る観点か らすれば、 電機子をテーブル構造体の結合天板に固定す るための固定手段は、 かかる結合天板に対する電機子の固定位置 をテーブル構造体の移動方向に沿っ て自在に変更し得る ものであ る こ とが好ま しい。 こ のよ う に構成すれば、 結合天板に対する電 機子の固定位置をテーブル構造体の移動方向に沿って微調整する こ とによ り 、 ス ライ ダを原因と して発生するコギングと電機子コ ァを原因と して発生する コギングとが互いに打ち消し合う 固定位 置を見出すこ とが可能とな り 、 そのよ う な位置で電機子を結合天 板に固定する こ とによ り 、 リ ニアモー夕 を リ ニアガイ ドに組み込 んだ際に生じるコギングを略完全に解消する こ とが可能となる。 以上説明してきたよ う に、 本発明の リ ニアモー夕ァクチユエ一 夕によれば、 リ ニアモータ を構成する電機子及び界磁マグネ ッ ト がリ ニアガイ ドを構成するス ライ ダ及び軌道レールと完全に一体 化され、 リ ニアガイ ドの内部に総て収まっ ているので、 極めてコ ンパク トに構成されてお り 、 しかも リ ニアモータがチャネル状に 形成された軌道レールの外部に露呈する こ とがないので、 輸送作 業や取付作業における取り扱いが極めて容易である。 また、 前記 電機子はテーブル構造体の結合天板に対して直接固定される一方 界磁マグネッ ト も軌道レールの固定ベース部上に配設するのみで あ り 、 これら をテーブル構造体や軌道レールに取 り 付けるための 特別なブラケッ ト等を一切必要と しない こ とか ら、 極めて安価に 製作する こ とが可能である。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明を適用 したリ ニアモー夕ァクチユエ一夕の第 1 実 施例を示す斜視図である。

図 2 は図 1 の I I 一 I I 線断面図である。

図 3 は第 1 実施例に係る リ ニアモータ ァクチユエ一夕における ポール無限循環路を示した平面断面図である。

図 4 は第 1 実施例に係る リ ニァモータァクチユエ一夕に使用さ れているスぺーサベル ト を示す平面図である。

図 5 は第 1 実施例に係る リ ニアモータァクチユエ一夕 に使用さ れているスぺ一サベル ト を示す側面図である。

図 6 は第 1 実施例に係る電機子及び界磁マグネ ッ ト を軌道レー ルの長手方向に沿って切断した縦断面図である。 図 7 は電機子コア と界磁マグネッ ト との位置関係を示す拡大図 である。

図 8 は第 1 実施例に係るス ライ ダを示す底面図である。

図 9 は本発明を適用 したリ ニアモー夕 ァクチユエ一夕 の第 2 実 施例を示す断面図であ り 、 軌道 レール内におけるス ライ ダをその 移動方向と直交する方向に沿っ て切断した断面図である。

図 1 0 は軌道レール上における界磁マグネッ ト の配列形態の他 の例を示す平面図である。

図 1 1 は界磁マグネッ トの配列形態の違いにおけるコギング力 の発生を比較したグラ フである。

図 1 2 は電機子コアの歯の先端面の形状の他の例を示す拡大図 である。

図 1 3 は電機子コ アの歯の先端面の形状の違いにおける コギン ダカの発生を比較したグラフである。

[符号の説明]

1 …軌道レール、 2 …可動体、 3 …テーブル構造体、 3 a ， 3 b …ス ライ ダ、 3 c …結合天板、 4 …界磁マグネ ッ ト、 5 …電機子 1 0 …固定ベース部、 1 1 …側壁部、 3 0 …ベア リ ング部、 3 1 …天板部、 5 0 …電機子コア、 5 1 …コイ ル、 5 2 …歯、 発明を実施するための最良の形態 以下、 添付図面に沿って本発明の リ ニアモー夕ァクチユエ一夕 を詳細に説明する。

図 1 は本発明を適用 したリ ニアモータァクチユエ一夕の第 1 実 施例を示すものである。 この リ ニアモータァク ユエ一夕は、 チヤ ネル状に形成された軌道レール 1 と、 制御対象である可動体を搭 載する と共に前記軌道レール 1 に沿って移動自在なテーブル構造 体 3 と、 前記軌道レール 1 に配設された磁界マグネッ ト 4 と、 前 記テーブル構造体 3 に搭載される と共に前記磁界マグネッ ト 4 と 相まってリ ニアモー夕を構成する電機子 5 とか ら構成されてお り 前記テーブル構造体 3 に搭載された電機子 5 を励磁する こ とによ つて該テーブル構造体 3 を軌道レール 1 に沿っ て推進 し、 所定の 位置に停止させる こ とができる よ う に構成されている。

前記軌道レール 1 は図示外のポル ト によってべッ ド等の固定部 に取 り 付け られる固定ベース部 1 0 を有する と共に、 この固定べ ース部 1 0 か ら立ち上がっ た一対の側壁部 1 1 , 1 1 を有し、 こ れら 固定ベース部 1 0 及び側壁部 1 1 によって囲まれた空間が凹 溝状の案内通路 1 2 となっている。 前記テーブル構造体 3 はこの 案内通路 1 2 に沿って往復動する。 また、 案内通路 1 2 に面した 各側壁部 1 1 の内側面には上下に 2 条のポールの転動溝 1 3 が形 成されてお り 、 このポール転動溝 1 3 は軌道レール 1 の長手方向 (紙面垂直方向） に沿っ て形成されている。

一方、 前記テーブル構造体 3 は、 前記軌道レールの案内通路内 に配置される と共にこの案内通路内を自在に往復動する一対のス ライ ダ 3 a , 3 b と、 これらス ライ ダ 3 a , 3 b を所定の間隔を おいて相互に連結する結合天板 3 c とか ら構成されている。 かか る結合天板 3 c は長辺を軌道レール 1 の長手方向に合致させた略 長方形状に形成されてお り 、 長手方向の両端部には軌道レール 1 の案内通路 1 2 内に位置しているスライ ダ 3 a , 3 b が夫々 固定 される一方、 結合天板 3 c それ自体は前記スライ ダ 3 a , 3 b に 搭載されて軌道レール 1 の案内通路 1 2 の外側に位置している。 また、 前記結合天板 3 c に固定された一対のス ライ ダ 3 a , 3 b の間には前記電機子 5 が設け られてお り 、 かかる電機子 5 は結合 天板 3 c か ら 吊 り下げられて軌道レール 1 の案内通路 1 2 内に位 置してレゝる。

図 2 は前記軌道レール 1 及びス ライ ダ 3 a , 3 b の断面図を示 すものである。 前記ス ライ ダ 3 a ， 3 b は略矩形状に形成されて 軌道レール 1 の案内通路 1 2 内に配置されているが、 少な く と も 一部が軌道レール 1 の案内通路 1 2 か ら外部へ突出してお り 、 軌 道レール 1 の側壁部 1 1 の上端よ り も上方に位置する頂面には前 記結合天板 3 c の取付面 3 3 が形成されている。 このスライ ダ 3 a , 3 b はポール 6 が循環する無限循環路を左右二列ずつ、 計四 列備えてお り 、 各無限循環路が軌道レール 1 の側壁部 1 1 に形成 されたポール転動溝 1 3 に対応している。

図 3 は前記ス ライ ダのポール無限循環路を示す平面図である。 前記ス ライ ダ 3 a , 3 b は、 軸受鋼等の金属ブロ ッ クか らなるベ ア リ ンダレ一ス 3 4 と、 前記ス ライ ダ 3 の移動方向に関してベア リ ングレース 3 4 の前後両端面に固定される一対の合成樹脂製ェ ン ドキャ ッ プ 3 5 とか ら構成されている。 各無限循環路は、 前記 ベア リ ングレース 3 4 の外側面に形成された負荷転動溝 3 6 と、 この負荷転動溝 3 6 と平行にベア リ ングレース 3 4 に形成された ポール戻し孔 3 7 と、 前記エン ドキャ ッ プ 3 5 に形成された U字 状の方向転換路 3 8 とか ら構成されてお り 、 多数のポール 6 が荷 重を負荷しながら軌道レール 1 のボール転動溝 1 3 とべァ リ ング レース 3 4 の負荷転動溝 3 6 との間を転動するよ う に構成されて いる。 また、 負荷転動溝 3 6 を転走し終えたポール 6 は一方のェ ン ドキャ ッ プ 3 5 の方向転換路 3 8 に進入して荷重か ら解放され た後、 無負荷状態でポール戻し孔 3 7 を転動し、 更に他方のェン ドキャ ッ プ 3 5 の方向転換路 3 8 を転動する こ とによ り 、 再度べ ア リ ングレース 3 4 の負荷転動溝 3 6 へ循環するよ う になってい る。 尚、 ポール戻し孔 3 7 を無負荷状態のポール 6 が転動する と かかるポール戻し孔 3 7 の内周面とポール 6 とが接触し、 騒音が 発生してしま う こ とか ら、 ボール戻し孔 3 7 の内周面は合成樹脂 によって被覆されている。 上記ポール 6 は、 図 4及び図 5 に示すよ う に、 合成樹脂か ら形 成された可撓性のスぺーサベル 卜 7 に所定の間隔で配置されてお り 、 こ のスぺーサベル ト 7 と共にス ライ ダ 3 a ， 3 b の各無限循 環路に組み込まれる こ のスぺーサベル 卜 7 には互いに隣接する ポ一ル同士を離隔させるよう にして間座部 7 0 が設けられてお り これらポール 6 が無限循環路内を循環しながら互いに接触するの を防止している 。 /こ、 前後する一対の間座部 7 0 の間にはポー ル 6 の収容孔が形成され、 そこ にボール 6 が収容されてい Ό れによ り 、 ス ライ ダ 3 a ， 3 b 軌道レ— Jレ 1 の案内通路 1 2 内 を高速で移動しても、 無限循環路内におけるポール同士の接触音 が生じない こ とか ら、 ス ライ ダ 3 a , 3 b の高速移動に伴う騒音 の発生を抑える こ とができる他、 無限循環路内におけるポ—ル 6 の蛇行が防止され、 軌道レー Jレ 1 に対-するス ライ ダ 3 a , 3 b の 円滑な移動、 ひいてはテーブル構造体 3 の円滑な移動が確保され てい る

こ のよ う に構成されたスライ ダ 3 a , 3 b は 、 ポール 6 を介し て前記軌道レール 1 の一対の側壁 1 1 , 1 1 の間に挟み込まれる よ う に して該軌道レール 1 の案内通路 1 2 内に配置されてお り 、 ポール 6 が軌道レ—ル 1 のポ一ル転動溝 1 3 を転動する こ とで、 力 か る軌道レール 1 の長手方向に沿つて自在に往復動する こ とが できるよ う になつている。 この とき、 軌道 レール 1 は案内通路 1 2 を取 り 囲むよ う にしてチヤネル状に形成されている こ とか ら極 めて剛性が高く 、 また、 刖 edテーブル構造体 3 も一対のス ライ ダ 3 a ， 3 b によつて案内されている こ とか ら軌追レール 1 に対し て高い剛性を備えてお り 、 かかるテープル構造体 3 を軌道レー Jレ 1 に沿つ て高精度に往復動させる こ とができ る も のである。

次に、 リ ニアモ一夕を構成する界磁マグネッ 卜及び電機子につ いて説明する。 前記界磁マグネッ ト 4 は、 図 1 に示されるよ う に、 軌道レール 1 の固定ベース 1 0 上に配設され、 前記ス ライ ダ 3 a , 3 b が往 復動する案内通路 1 2 に面している。 すなわち、 かかる固定べ一 ス 1 0 が界磁マグネッ ト 4 のヨーク と して機能している。 各界磁 マグネ ッ ト 4 は永久磁石か らな り 、 軌道レール 1 の長手方向に沿 つて N極及び S極が所定のピッチで交互に配列されている。 これ ら界磁マグネッ ト 4 は軌道レール 1 の案内通路 1 2 内におけるス ライ ダ 3 a , 3 b の移動方向と平行に配列されている必要があ り この こ とか ら軌道レール 1 の固定ベース 1 0 上にはポール転動溝 1 3 と平行に凹溝 1 4 が形成され、 前記界磁マグネッ ト 4 はこの 凹溝 1 4 に嵌ま り込むよ う にして軌道レール 1 に固定されている， 一方、 図 6 は、 テーブル構造体に取 り 付け られた電機子 5 と前 記界磁マグネッ ト 4 との位置関係を軌道レール 1 の長手方向に沿 つて示した縦断面図である。 かかる電機子 5 は、 前記結合天板 3 c 対してボル ト 3 9 で固定される電機子コ ア 5 0 と、 この電機子 コア 5 0 に巻き回されたコイル 5 1 とか ら構成されている。 前記 電機子コア 5 0 には軌道レール 1 の長手方向に沿っ て所定の ピッ チで複数のス ロ ッ 卜が形成されてお り 、 全体と して櫛歯状に形成 されている。 この電機子コ ア 5 0 には前後にス ロ ッ トが形成され た歯 5 2 が 1 2本形成されてお り 、 前記コイル 5 1 は各ス ロ ッ 卜 を埋めるよ う にして電機子コア 5 0 の各歯 5 2 に巻き回されてい る。 これ ら 1 2 本の歯 5 2 に対 し、 前記コ イ ル 5 1 は （ u l , u 2 , u 3 ， u 4 ) 、 （ v l , v 2 ， v 3 , v 4 ) 、 ( w 1 , w 2 , w 3 ， w 4 ) の 3 相に巻かれてお り 、 これ ら 3 相のコィ ル 5 1 を励磁する こ とによ り 、 電機子 5 と界磁マグネッ ト 4 との 間に吸引磁力及び反発磁力が発生し、 前記電機子 5 を搭載したテ 一ブル構造体 3 に対して軌道レール 1 の長手方向に沿っ た推力又 はブレーキ力を作用 させる こ とができる よ う になつ ている。 3相に巻かれたコイル 5 1 に対する印加電流は軌道レール 1 の 外側に取り 付けられた位置検出装置 8 の検出信号に基づいて決定 される （図 2 参照） 。 軌道レール 1 の側壁部 1 1 の外側面には所 定のピッチでラダーパターンが繰り返し描かれた リ ニアスケール 8 0 が固定される一方、 テーブル構造体 3 の結合天板 3 c には前 記リ ニアスケール 8 0 のラダーパターンを光学的に読み取るェン コーダ 8 1 が固定されている。 各相のコイ ル 5 1 に対する印加電 流を決定する制御機は、 かかるエンコーダ 8 1 の出力信号に基づ いてスライ ダ 3 の現在位置、 現在速度を把握し、 目標位置と現在 位置との差、 設定速度と現在速度との差に応じたモ一夕電流を発 生させ、 各相のコイル 5 1 に対して通電する。

リ ニアモータによって大きな推力を発生させるためには、 界磁 マグネ ッ ト 4か ら発せられる磁束の総てを電機子 5 に対して作用 させる こ とが重要であ り 、 換言すれば、 電機子 5 に作用する こ と なく 周囲に散逸する所謂漏れ磁束を少なく する こ とが重要である , このこ とか ら、 本実施例の リ ニアモータでは、 図 7 に示すよ う に 軌道レール 1 の長手方向と直交する方向における界磁マグネ ッ 卜 4 の幅 a を、 同一方向における電機子コ ア 5 0 の幅と同一に設定 している。 また、 電機子コア 5 0 の歯 5 2 の先端と界磁マグネッ ト 4 との距離 d を 0 . 9 m m程度に設定している。 電機子 5 と界 磁マグネッ 卜 4 とが接触する こ とは避けなければな らないので、 前記距離 d は、 テーブル構造体 3 に対して下向きのラジアル荷重 が作用 した際の該ス ライ ダ 3 a , 3 b の最大変位量に基づいて決 定する こ とになる。 これによ り 、 界磁マグネッ ト 4 の磁束が周囲 に漏れる こ となく 電機子コア 5 0 に対して作用するよ う に してい る。

また、 電機子 5 はテーブル構造体 3 の結合天板 3 c に固定され てお り 、 かかる結合天板 3 c に対して電機子 5 で発生 した熱エネ ルギが流入する と、 該結合天板部 3 c が熱膨張によっ て変形して しまい、 結合天板部 3 c に固定された電機子 5 と軌道レール 1 側 の界磁マグネ ッ ト 4 との距離 d が変動する こ と になる。 結合天板 3 c の熱膨張に起因したこのよ うな不具合を回避するため、 前記 電機子 5 は断熱材を介して結合天板 3 c に固定されてお り 、 長時 間連続してテーブル構造体 3 を軌道レール 1 の案内通路 3 2 内で 往復動させた場合であっ ても、 電機子 5 で発生 した熱ェネルギが 結合天板 3 c へ流入し難く なつている。

このよ う な電機子コ ア 5 0 を備えた リ ニアモータは大きな推力 を容易に得られる反面、 コイル 5 1 に通電していない状態でも電 機子コア 5 0 と界磁マグネッ ト 4 との間に磁力が作用する こ とか ら、 電機子 5 をテーブル構造体 3 と共に軌道レール 1 の長手方向 に沿っ て移動させる と、 電機子コア 5 0 の歯 5 2 と界磁マグネッ ト 4 との位置関係に応じ、 テーブル構造体 3 の移動に対して断続 的な抵抗が作用する傾向にある。 すなわち、 コギングの発生であ る。 このよ う なコギングがテーブル構造体 3 の移動に対して作用 する と、 コイル 5 1 を励磁してテーブル構造体 3 を推進させた際 に周期的な速度変動が生じる こ とにな り 、 かかる変動が前記位置 検出装置 8 を介して制御機へフィ ー ドバッ ク されるので、 テ一ブ ル構造体 3 の移動に対する制御性が悪化してしま う。

この こ とか ら、 本実施例の電機子コ ア 5 0 では長手方向の前後 両端にコイ ルが巻かれていない一対の疑似歯 5 3 , 5 3 を設けて いる。 このよ う な疑似歯 5 3 を設ける こ とによ り 、 電機子コ ア 5 0 を界磁マグネッ 卜 4 の配列方向に移動させた際に生じる コギン グは解消若し く は軽減され、 テ一ブル構造体 3 の制御性は良好な ものとなる。 この とき、 コイル 5 1 が巻かれた歯 5 2 と疑似歯 5 3 との間のス ロ ッ 卜の大きさや .. 疑似歯 5 3 そのものの厚みは、 界磁マグネッ ト 4か ら電機子コア 5 0 に対して作用する磁力の大 きさ に応じて異なったものとなる。

一方、 テーブル構造体 3 のス ライ ダ 3 a , 3 b は界磁マグネッ ト 4 が配列された軌道レール 1 の固定ベース部 1 0 と近接してお り 、 かかるス ライ ダ 3 a , 3 b は軸受鋼か ら形成されたべア リ ン グレース 3 4 を具備する こ とか ら、 前述したコギングは界磁マグ ネッ ト 4 と電機子コ ア 5 0 との間ばか り でなく 、 界磁マグネッ ト 4 とス ライ ダ 3 a ， 3 b との間にも生じる。

このため、 本実施例のスライ ダ 3 a ， 3 b では、 ベア リ ングレ —ス 3 4 に対して作用する界磁マグネ ッ ト 4 の磁力を弱めるため かかるベア リ ングレース 3 4 の下面、 すなわち 固定ベース部 1 0 上の界磁マグネッ ト 4 と対向した面に対して凹所 3 0 a を形成し 界磁マグネッ ト 4 とスライ ダ 3 a ， 3 b のべア リ ングレース 3 4 との間に空間を設ける よ う にした。 前記凹所 3 0 a は界磁マグネ ッ ト 4 の幅以上の幅で拡開してお り 、 これによつ てべァリ ングレ ース 3 4 を界磁マグネ ッ ト 4 か ら可及的に遠ざけるよ う に構成し た。

また、 前述した電機子コア 5 0 に対する コギング対策と同様の 理由か ら、 図 8 に示すよ う に、 テーブル構造体 3 の各スライ ダ 3 a , 3 b には電機子コ ア 5 0 のスロ ッ ト及び歯 5 2 と同様なスロ ッ ト 5 4 及び歯 5 5 を軌道レール 1 の固定ベース部 1 0 と対向し て形成した。 これらス ロ ッ ト 5 4及び歯 5 5 は、 前記凹所の両側 に配列されている。 尚、 図 8 はスライ ダ 3 a , 3 b の底面図であ り 、 歯 5 5 の領域とス ロ ッ ト 5 4 の領域の凹凸が区別し得ない こ とか ら、 ス ロ ッ ト 5 4 の領域にはハ ッチングを施 してある。 本来 電機子コ ア 5 0 の歯 5 2 はコギングを解消若し く は軽減するよ う な間隔で配列されている こ とか ら、 電機子コ ア 5 0 の歯 5 2 , 5 3 と全く 同一の ピッチでスライ ダ 3 a ， 3 b に対しても歯 5 5 を 形成しておけば、 ス ライ ダ 3 a , 3 b に対して界磁マグネッ ト 4 の磁力が作用する こ とに起因したコギングを解消若し く は軽減す る こ とが可能となる。

また、 電機子コア 5 0 に起因する コギングとス ライ ダ 3 a , 3 b のべァ リ ング部 3 0 に起因するコギングとを相殺させて、 テー ブル構造体 3 全体と してのコギングの解消若し く は軽減を図る と いっ た観点か らすれば、 かかる電機子コ ア 5 0 の結合天板 3 c に 対する取付位置を、 テーブル構造体 3 の移動方向に関して僅かに 調整し得る よ う に構成しておく のが良策である。 例えば、 ポル ト 3 9 を用いて電機子コア 5 0 をテーブル構造体 3 の結合天板 3 c へ固定する に当た り 、 かかる結合天板 3 c に開設されるポル ト 3 9 の揷通孔をテーブル構造体 3 の移動方向に延びる長孔と し、 ボ ル ト 3 9 の電機子コ ア 5 0 に対する締結を緩める こ とで、 かかる 電機子コ ア 5 0 の固定位置をテーブル構造体 3 の移動方向へ自在 に変位可能と してお く 。 あるいは、 ポル ト 2 0 を用いてス ライ ダ 3 a， 3 b をテーブル構造体 3 の結合天板 3 c へ固定する に当た り 、 かかる結合天板 3 c に開設されるボル 卜 2 0 の揷通孔をテー ブル構造体 3 の移動方向に延びる長孔と し、 ポル ト 2 0 のス ライ ダ 3 a , 3 b に対する締結を緩める こ とで、 これらス ライ ダ 3 a 3 b の結合天板 3 に対する固定位置をテーブル構造体 3 の移動方 向へ自在に変位可能と してお く 。 これによ り 、 電機子コア 5 0 ば か り でなく テーブル構造体 3 のスライ ダ 3 a， 3 b に対してもコ ギングが発生する こ とを利用 して、 電機子コ ア 5 0 及びス ライ ダ 3 a , 3 b を含めたテーブル構造体 3 全体のコギングを解消する こ とが可能となる。

図 9 は本発明を適用 した リ ニアモー夕ァクチユエ一夕の第 2 実 施例を示すものであ り 、 ス ライ ダ 3 a ( 3 b ) を軌道 レール 1 の 長手方向と直交する方向に切断した断面図を示している。 この第 2 実施例では、 軌道レール 1 、 ス ライ ダ 3 a , 3 b 、 界磁マグネ ッ ト 4及び電機子 5 の構成は前記第 1 実施例と全く 同じであるが 結合天板 2 の構造が第 1 実施例の結合天板 3 c と異なっている。 すなわち、 この第 2実施例の結合天板 2 は幅方向の両端部に一対 の縦ウェブ 2 0， 2 0 を有してお り . この縦ウェブ 2 0 に対して 可動体の取付面が形成されている。 一対の縦ウェブ 2 0， 2 0 の 間には凹所が形成されてお り 、 かかる凹所には放熱フ ィ ン 2 1 が 等間隔で複数立設されている。 また、 結合天板 2 の放熱量を高め る ため、 かかる結合天板 2 の裏面側にも放熱フ ィ ン 2 1 が設けら れている。

前記結合天板 2 は熱伝導性に優れたアルミニウム合金で製作さ れてお り 、 そのよ う な結合天板 2 に対して断熱材を挟むこ となく 電機子 5 を直接固定する こ とによ り 、 かかる電機子 5 で発生した 熱エネルギは結合天板 2 に流入し、 前記放熱フィ ン 2 1 によって 周辺雰囲気に放熱される。 各放熱フ ィ ン 2 1 は軌道レール 1 内に おけるテーブル構造体 3 の移動方向に沿っ て立設されてお り 、 テ 一ブル構造体 3 が軌道レール 1 に沿って往復運動を行う と、 互い に隣接する放熱フ ィ ン 2 1 の間を周辺雰囲気が流動し、 その分だ け結合天板 2 か ら雰囲気中への放熱が促進されるよ う になつてい る。 これによ り 、 電機子 5 において発生した熱エネルギはそこに 蓄積される こ とな く 結合天板 2 へと連続的に流入し、 電機子コ ア 5 0 の昇温を抑える こ とができるよ う になつている。 その結果、 長時間連続してテーブル構造体 3 を軌道レール 1 の案内通路 1 2 内で往復動させた場合であっても、 電機子 5 における通電抵抗の 上昇を抑える こ とができ、 リ ニアモータの推力が低下するのを防 止する こ とができるよ う になつている。

一方、 結合天板 2 か らス ライ ダ 3 a , 3 b に対して熱ェネルギ が流入して し ま う と、 ベア リ ングレース 3 4やポール 6 の熱膨張 を原因と して軌道レール 1 に対するスライ ダ 3 a , 3 b の摺動抵 抗が上昇し、 テーブル構造体 3 の軽い蓮動が阻害される懸念があ る。 このため、 図 9 に示すよ う に、 結合天板 2 とス ライ ダ 3 a ， 3 b との間には断熱材 2 2 が挟み込まれる と共に、 固定ポル ト 2

3 と結合天板 2 との間にも断熱材 2 4 が介装され、 熱エネルギが 結合天板 2 か らスライ ダ 3 a ， 3 b に対 して流入するのを防止し ている。

尚、 図 9 中において、 第 1 実施例と同 じ構成については同一符 号を付し、 その詳細な説明は省略する。

図 1 0 は軌道レール 1 の固定ベース 1 0 上における界磁マグネ ッ ト 4 の配列の他の例を示すものである。 図 1 に示した例では界 磁マグネッ 卜 4 の N極及び S 極を軌道レール 1 の長手方向に沿つ て単純に交互に配列してお り 、 これ ら N極と S 極の境界は軌道レ ール 1 の幅方向 （図 2 及び図 9 における紙面左右方向） と平行で あっ た。 しか し、 図 1 0 に示す例では、 界磁マグネッ ト 4 の N極 及び S 極を平行四辺形と して形成し、 これら N極及び S極の境界 が軌道レール 1 の幅方向に対して傾斜するよ う に構成した。 すな わち電機子コ ア 5 0 の歯 5 2 が軌道レール 1 の長手方向へ進行す る際、 こ の歯 5 2 に対向する界磁マグネッ ト 4 の磁極が突然に N 極か ら S 極へ、 あ る いは S 極か ら N極へ変化する のではな く 、 徐々 に変化するよう に構成されている。 図 1 1 は、 各磁極の境界 が軌道レール 1 の幅方向に平行な場合と、 軌道 レール 1 の幅方向 に対して傾斜している場合との双方に関し、 テーブル構造体 3 を 移動させた時に該テーブル構造体 3 に作用する コギンダカの大き さ を計測した結果を示すものである。 実線のグラフが前者 （図 1 の例） の結果を、 一点鎖線のグラ フが後者 （図 1 0 の例） の結果 を示している。 これらのグラ フカゝ ら 明 らかなよ う に、 各磁極の境 界が軌道レール 1 の幅方向に対して傾斜している場合の方が 界 磁マグネ ッ ト 4 と電機子コア 5 0 の歯 5 2 とのギャ ッ プに拘 らず 常にコギンダカが小さ く なつ ている。 従って、 速度変化の小さい 運動及び高精度の位置決めを欲するのであれば、 軌道レール 1 の 固定ベース 1 0 上における界磁マグネッ ト 4 の配列は図 1 0 に示 すものの方が好ま しいと言える。

一方、 図 1 2 は電機子コ ア 5 0 の歯 5 2 の先端形状の他の例を 示すものである。 図 6 に示した例では、 界磁マグネッ ト 4 と僅か な隙間を介して対向する電機子コ ア 5 0 の歯 5 2 の先端面を平面 状に形成したが、 図 1 2 に示す例では、 電機子コ ア 5 0 の歯 5 2 の先端面を所定曲率半径 Rの曲面状に形成した。 図 1 3 は、 電機 子コ ア 5 0 の各歯 5 2 の先端面が平坦面の場合と、 曲面状に形成 されている場合との双方に関し、 テ一ブル構造体 3 を移動させた 時に該テーブル構造体 3 に作用するコギンダカの大きさ を計測し た結果を示すものである。 実線のグラフが前者 （図 6 の例） の結 果を、 一点鎖線のグラフが後者 （図 1 2 の例） の結果を示してい る。 これら のグラ フか ら明 らかなよ う に、 電機子コ ア 5 0 の各歯 5 2 の先端面が所定の曲率半径で曲面状をなしている場合の方が 界磁マグネ ッ ト 4 と電機子コ ア 5 0 とのギャ ッ プに拘 らず、 常に コギンダカが小さ く なつている。 従って、 速度変化の小さ い運動 及び高精度の位置決めを欲するのであれば、 電機子コ ア 5 0 の各 歯 5 2 の先端面は図 1 2 に示すよ う に曲面状をなしている のが好 ま しレ と言える。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 固定ベース部と この固定ベース部か ら立設された一対の側 壁部を有する と共に、 これら 固定ベース部及び側壁部によって囲 まれた案内通路を備えてチャネル状に形成され、 各側壁部には前 記案内通路に面したボール転動溝が形成された軌道レールと、 前記ボール転動溝を転動する多数のポールを備える と共にこれ らポールが循環する無限循環路を備え、 これらポールを介して前 記軌道レールの一対の側壁の間に組み付け られて前記軌道レール の案内通路内を 自在に往復動するテーブル構造体と、

前記軌道レールの長手方向に沿つ て N極及び S 極が交互に配列 される と共に、 かかる軌道レールに固定された界磁マグネッ 卜 と この界磁マグネッ ト と対向するよ う に前記テ一ブル構造体に装 着され、 かかる界磁マグネッ ト と相まっ てリ ニアモータを構成し 前記テーブル構造体に対して軌道レールの長手方向に沿っ た推力 又はブレーキ力を及ぼす電機子と、

を備えた リ ニアモ一夕ァクチユエ一夕において、

前記テーブル構造体は、 前記ポールの無限循環路を備える と共 に前記軌道レールの案内通路内を前後しながら移動する一対のス ライ ダと、 これらスライ ダを所定の間隔をおいて相互に連結する と共に可動体の取付面が形成された結合天板と、 を備え、

前記電機子は、 一対のス ライ ダの間において前記結合天板に固 定されて軌道レールの案内通路内に位置する と共に、 前記軌道レ 一ルの長手方向に沿って所定の ピッチで複数のス ロ ッ ト及び歯が 形成された櫛歯状の電機子コ ア と、 前記ス ロ ッ ト を埋める よ う に して前記電機子コ アの歯に巻き回されたコイルと、 を備え、 更に 前記界磁マグネッ トは前記軌道レールの固定ベース部を ヨーク と し、 前記結合天板に固定された電機子コ ア と対向する位置に配 設されている こ とを特徴とする リ ニアモ一夕ァクチユエ一夕。

2 . 前記電機子は結合天板に対して直接固定される一方、 前記 ス ライ ダは断熱材を介して前記結合天板に固定されている こ とを 特徴とする請求項 1 記載の リ ニアモータァクチユエ一夕。

3 . 前記結合天板にはテーブル構造体の移動方向に沿っ た放熱 フ ィ ンが立設されている こ とを特徴とする請求項 1 又は 2 記載の リ ニアモ一夕ァクチユエ一夕。

4 . 前記軌道レールの長手方向と直交する方向における界磁マ グネッ トの幅は、 同一方向における前記電機子コ アの幅と同一で ある こ とを特徴とする請求項 1 記載の リ ニアモータァクチユエ一 夕。

5 . 前記軌道レールの固定ベース部には前記ポール転動溝と平 行に凹溝が形成され、 前記界磁マグネ ッ トはこの凹溝内に固定さ れている こ とを特徴とする請求項 1 記載の リ ニアモー夕ァクチュ エー夕。

6 . 前記ス ライ ダには、 前記軌道レールの固定ベース部と対向 する面に、 前記界磁マグネッ 卜の幅以上の幅で拡開する凹所が形 成されている こ とを特徴とする請求項 1 記載の リ ニァァクチユエ 一夕。

7 . 前記ス ライ ダには、 前記軌道レールの固定ベース部と対抗 する面に対し、 前記界磁マグネッ 卜の磁極の配設ピッチ λ の 1 / 4周期の η倍 （ η ： 整数） の ピッチでス ロ ッ ト及び歯が形成され かかる面は全体と して櫛歯状をな している こ と を特徴とする請求 項 1 記載の リ ニアモ一夕ァクチユエ一夕。

8 . 前記ス ライ ダを前記結合天板に固定するための固定手段は かかる結合天板に対するス ライ ダの固定位置を前記テーブル構造 体の移動方向に沿って自在に変更し得る こ とを特徴とする請求項

7 記載の リ ニァモータァクチユエ一夕。

9 . 前記電機子コアの歯の先端面は曲面状に形成されている こ とを特徴とする請求項 1 記載の リ ニアモータァクチユエ一夕。

1 0 . 前記軌道レールの固定ベース上に配列された複数の界磁 マグネッ ト に関し、 互いに隣接する界磁マグネ ッ トの境界は軌道 レールの幅方向に対して所定の角度で傾斜している こ とを特徴と する請求項 1 記載の リ ニアモータァクチユエ一夕。