WO2006035946A1

WO2006035946A1 - ロッドタイプリニアモータ

Info

Publication number: WO2006035946A1
Application number: PCT/JP2005/018193
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Aso; Taro Miyamoto; Shuhei Yamanaka
Original assignee: Thk Co., Ltd.
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2006-04-06
Also published as: CN101032069B; US7812482B2; JPWO2006035946A1; EP1806829A1; US20080303356A1; EP1806829B1; JP4802102B2; EP1806829A4; CN101032069A; KR101202528B1; KR20070058551A

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

ロッドタイプリニアモータ

技術分野

[0001] 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。背景技術

[0002] 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ァクチユエータの駆動源として多用されている。リニァモータを利用した所謂リニアモータァクチユエータは、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)。

[0003] 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。

[0004] 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、力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、ァクチユエータの構造そのものが大型化してしまう傾向にある。

[0005] 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、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、力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、る。

[0006] 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、力かるリニアモータを用いてァクチユ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力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ァクチユエータのように 2軸の直線案内装置を使用するタイプに比ベて、ァクチユエータそのものを小型化し易ヽと、つた特質がある。

特許文献 1 :特開 2002— 136097号公報

特許文献 2：特開平 11— 150973号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 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、力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、前記貫通孔ゃ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。

[0008] その反面、フォーサハウジングが金属製なので、力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榭脂等カゝ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。エポキシ榭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。

[0009] しかし、エポキシ榭脂は耐熱性に優れる反面、熱伝導率が低、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 1 、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（10 00系）の室温（20°C)における熱伝導率は約 230WZm'Kである力エポキシ榭脂の熱伝導率はその 1Z1000程度であり、力かるエポキシ榭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

[0010] 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つていた。

[0011] 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ぐ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かあつた。

[0012] また更に、フォーサハウジングとコイル部材を別々にカ卩ェした後に、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ぐ製造コストアップの要因ともなつていた。課題を解決するための手段

[0013] 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、力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、し力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。

[0014] 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!/、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、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!/、る。

[0015] 本発明にお、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、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工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。

[0016] 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。

[0017] 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ィ匕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。 [0018] 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、力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ち可會となる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明のリニアモータを使用したリニアモータァクチユエ一タの第 1の実施形態を示す側面図である。

[図 2]図 1の Π— II線断面図である。

[図 3]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。

[図 4]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。

[図 5]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。

[図 6]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。

[図 7]第 1の実施形態に係るリニアモータァクチユ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。

[図 8]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。

[図 9]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。

[図 10]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。

[図 11]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 12]図 11の ΧΠ線矢視図である。

[図 13]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。

[図 14]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 15]図 14の XV矢視図である。

符号の説明

[0020] 1…リニアモータァクチユエータ、 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- "ジ-ァモータ、 6a…マグネッ卜ロッド、 6b…フォーサ、 61· ··フォーサハウジング、 62"'コィノレ^:¾材

発明を実施するための最良の形態

[0021] 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。

[0022] 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ァクチユエ一タの第 1 の実施形態を示す側面図及び正面断面図である。このリニアモータァクチユエータ 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べースプレート 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つている。

[0023] 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とから構成されてヽる。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!/、る。

[0024] 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, 2 1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、る。

[0025] 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去 Pすることができるようになってヽる。

[0026] 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!ヽる。従って、この磁極センサの出力する検出信号力もコイル部材に対するマグネット口ッドの各磁極 (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、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。

[0027] 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!/、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、力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には固定ボルトを揷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、る。

[0028] 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は蛇行することなぐ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が循環中に詰まつてしまうトラブルを防止し、スライダ 4の摺動抵抗の安定ィ匕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。

[0029] 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、これによつて軌道レール 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ェ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。 [0030] 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ユ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 4 0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、リニアェ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の出力信号力もベースプレート 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!/、る。

[0031] 前記リニアエンコーダとしては、このリニアモータァクチユ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。

[0032] 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 9 a, 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力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。

[0033] 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。

[0034] 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 5 0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。

[0035] 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力 Sスライダ 4へ直接的に流入するのを防止している。

[0036] 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力図 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ゃマクネットロッド 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

[0037] 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!、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 10 1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。

[0038] 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はェンドプレート 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、力かる収容空間 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。

[0039] 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カゝら形成されている。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。

[0040] 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ィ匕することができる。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、力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。

[0041] 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つている。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。

[0042] 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、力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ぐ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。

[0043] 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 1400jZkg'K、熱伝導率 2. 5W/m'K、体積固有抵抗 1 X 10¹⁴ Ω '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 1Z100程度である力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榭脂の 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。

[0044] 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— 1038 7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。

[0045] 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、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。

[0046] 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ェンドプラグ 153とから構成されており、前記ノイブ 151内で互いに隣接する永久磁石 15 2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。

[0047] 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、このフォーサェンド 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に摺接する力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ィル部材 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ヽる。

[0048] 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、珪酸カルシゥム、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、炭酸カルシゥム粉末、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。

[0049] 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 φ 5. 5mmだとすると、前記基準軸 160の直径は φ 5. 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の周囲に卷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、各相のコィル部材 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。

[0050] 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、力かる基準軸 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 1 56a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。

[0051] 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、力かるモールド内に水硬性組成物を射出し、コィル部材 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、力かる空所 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ィ匕されている。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。

[0052] 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、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、力かる軸受ブッシュ 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。

[0053] 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を揷通させ、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。前述の如ぐ軸受ブッシュ 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 1 57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。

[0054] 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によってフォーサェンド 156にねじ止めし、フォーサ 150aの製作が完了する。

[0055] このような第 2の実施形態のフォーサ 150aでは、基準軸 160を介してフォーサェンド 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、力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 1 54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

請求の範囲

[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つ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ィ匕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口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ヤ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ィ匕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力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カ Sコイル部材及びフォーサハウジングと一体ィ匕され、更に、前記基準軸をフォーサハウジング力抜き出した後、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力も構成されるリニアモータァクチユエータにおいて、

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つて形成されていることを特徴とするリニアモータァクチユエータ。