(57)【要約】      （修正有）【課題】強制冷却手段を待たない自冷式のリニアモータを駆動源とする直動装置を提供する。【解決手段】直動装置１に備わる可動子２１における移動方向側部２１Ｂには、当該可動子の他の側部よりも薄い絶縁材２８ａを配置し、さらに上記可動子は、上記移動方向側部と同等以下の面積を有するヒートシンクベース２６を上記移動方向側部に固定したヒートシンク２５を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子が固定され直線状に延在するベースと、絶縁材にて覆われたティース及びコイルを有し上記固定子に対向して配置される可動子が固定され上記ベースに沿って移動方向に移動するテーブルとを備え、上記可動子には放熱部材としてのヒートシンクを設けた直動装置において、
上記可動子は、第１厚を有する上記絶縁材が位置する第１側部と、上記第１厚よりも薄い第２厚を有する薄絶縁材が位置する第２側部とを有し、上記移動方向における移動方向側部を上記第２側部とし、
上記ヒートシンクは、上記移動方向側部の面積と同等以下の面積を有する板状であり上記薄絶縁材を介して上記コイルと略平行にて上記移動方向側部に固定されるヒートシンクベースを有する、
ことを特徴とする直動装置。
【請求項２】
上記可動子は、上記テーブルに対向する当該可動子のテーブル対向部をさらに上記第２側部とし、上記ヒートシンクは、上記薄絶縁材を介して上記テーブル対向部に固定されるテーブル対向部用ヒートシンクベースをさらに有する、請求項１記載の直動装置。
【請求項３】
上記ヒートシンクベースは、上記移動方向に突出する平板状のフィンを有し、上記フィンは、その厚み方向に貫通する切欠を有する、請求項１記載の直動装置。
【請求項４】
上記テーブルは、上記移動方向において上記ヒートシンクを覆い延在し、上記ヒートシンクに対向するヒートシンク対向部に、当該テーブルを貫通する通風孔を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の直動装置。
【請求項５】
上記薄絶縁材は高熱伝導性シートである、請求項１から４のいずれか１項に記載の直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータを駆動源とする直動装置に関し、特に、強制冷却設備を持たない自冷式の直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアモータにおける構成として、例えば特許文献１には、複数のコアに巻回された電機子コイルよりなる可動子と、可動子と磁気的空隙を設けて対向配置されて可動子直動方向に複数並べられた永久磁石よりなる固定子と、固定子を設置するための固定台と、可動子に取り付けられたテーブルとを有する構成が開示されている。このリニアモータでは、可動子の放熱構造として、可動子とテーブルとの間の空間にヒートシンク及び冷却ファンを設け、可動子と固定台との間の空間には、ヒートシンクが設けられている。
【０００３】
また、特許文献２に開示されている従来のリニアモータでは、可動子側のヒートシンクに設けた放熱フィンと、固定子側のヒートシンクに設けた吸熱フィンとを交互に並べた構成を有し、ヒートシンクを介して可動子から固定子へ放熱する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０９９６３号公報
【特許文献２】特開２００５−１３７１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した先行技術文献に開示されるリニアモータの放熱構造には、以下のような課題が存在する。
即ち、上記特許文献１に開示される従来技術の場合、可動子とテーブルとの間の空間、及び可動子と固定台との間の空間のそれぞれにヒートシンクを設けるため、リニアモータを含む直動装置の、直動方向に垂直な断面における寸法が大きくなり、直動装置の小型化が困難である。また、冷却ファンが付加されていることから、コストアップや、メンテナンスの手間などのデメリットが生じるという問題もある。
【０００６】
また、上記特許文献２に開示される従来技術の場合、各ヒートシンクにおける各フィンを直動方向の全域にわたって交互に配置するため、構造が複雑化しコストアップの原因となるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、小型で、可動子の放熱性能が従来に比べて向上させた直動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における直動装置は、固定子が固定され直線状に延在するベースと、絶縁材にて覆われたティース及びコイルを有し上記固定子に対向して配置される可動子が固定され上記ベースに沿って移動方向に移動するテーブルとを備え、上記可動子には放熱部材としてのヒートシンクを設けた直動装置において、上記可動子は、第１厚を有する上記絶縁材が位置する第１側部と、上記第１厚よりも薄い第２厚を有する薄絶縁材が位置する第２側部とを有し、上記移動方向における移動方向側部を上記第２側部とし、上記ヒートシンクは、上記移動方向側部の面積と同等以下の面積を有する板状であり上記薄絶縁材を介して上記コイルと略平行にて上記移動方向側部に固定されるヒートシンクベースを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様における直動装置によれば、ヒートシンクベースの面積を、可動子における移動方向側部の面積と同等以下としたヒートシンクを備えたことで、移動方向に対して直角方向における可動子の大型化を防止することができる。さらに、ヒートシンクベースを固定する上記移動方向側部には薄絶縁材を配置していることから、ヒートシンクを取り付けた際の可動子の移動方向における寸法増加を最小限に抑え、かつ可動子の放熱性能を向上させることができる。さらに、冷却ファン等の付加機構は存在せず、ヒートシンク自体の構成が簡易であり、コストアップや、メンテナンスの手間などのデメリットは生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における直動装置の斜視図である。
【図２】図１に示す直動装置の正面図である。
【図３】図２に示すＩ−Ｉ部における直動装置の断面図である。
【図４】図２に示すＩＩ−ＩＩ部における直動装置の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における直動装置の、図３に対応する部分における断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３における直動装置の、図３に対応する部分における断面図である。
【図７】図６に示す直動装置における、図４に対応する部分での断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４における直動装置の、図３に対応する部分における断面図である。
【図９】図８に示す直動装置における、図４に対応する部分での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態である直動装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における直動装置１を示し、図２は、Ｘ方向から見た直動装置１の正面を示している。
直動装置１は、基本的構成部分として、固定子を有するベース３と、可動子を有するテーブル５とを備え、テーブル５に固定されている可動子２１には、放熱部材としてのヒートシンク２５が備わる。
【００１３】
ベース３は、凹型形状でＸ方向に沿って直線状に延在する部材で、リニアモータ２を構成する固定子２２を設け、かつテーブル５の移動を案内する部材である。ベース３の凹部３１における底面３１ａには、固定子取付板４がＸ方向に延在して敷設され、該固定子取付板４には接着材などにより複数の永久磁石２２ａがＸ方向に沿って配列、固定されている。Ｘ方向に直角なＹ方向において、底面３１ａの両側には、凹部３１を形成する一対の側面部３２が対向して立設されＸ方向に延在している。それぞれの側面部３２の上面には、一対のリニアガイド８がＸ方向に沿って敷設されている。このようなリニアガイド８には、以下に説明するテーブル５のガイドブロック７が摺動可能に係合し、リニアガイド８は、テーブル５の移動方向、つまりＸ方向に沿った滑動を案内する。尚、リニアガイド８を含むベース３は、テーブル５の移動に必要な長さを有している。
【００１４】
テーブル５は、上記固定子２２に対向して配置される可動子２１を有し、ベース３に沿ってＸ方向に相当する移動方向に移動する台状の部材である。Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向において、テーブル５の、ベース３に対向するベース対向面５ａには、リニアガイド８に対応して上述のガイドブロック７が４箇所に配置され、これによりテーブル５は、ガイドブロック７に支持されながらリニアガイド８を介してベース３上に摺動可能に載置される。
また、テーブル５のベース対向面５ａには、ベース３の凹部３１内に位置するように配置され、上記固定子２２とともにリニアモータ２を構成し、略直方体形状にてなる可動子２１が締結板６を介して固定されている。
【００１５】
上述のようにベース３に対してテーブル５が載置されている状態において、リニアモータ２を構成する可動子２１と固定子２２とは、Ｚ方向において一定の隙間を介して対向して位置する。また、Ｙ方向における可動子２１の側部２１Ａと、ベース３の側面部３２との間にも一定の隙間が形成される。このようなリニアモータ２により、テーブル５は、Ｘ方向に沿って駆動される。
【００１６】
可動子２１について説明する。可動子２１は、図３及び図４に示すように、スロットに絶縁物（不図示）を介してコイル２３が巻かれた複数のティース（極歯）２４から主に構成されている。それぞれのティース２４は、締結板６に溶接等にて結合され、一体化される。締結板６には、ネジ穴が加工されており、可動子２１は、締結板６を介して上記ベース対向面５ａにネジ止めされ、テーブル５に固定される。また、ティース２４及びコイル２３は、コイル２３の絶縁、保護、及び、可動子２１の剛性の向上を図るために、絶縁材２８に相当する樹脂で覆われている。
【００１７】
このように構成された可動子２１は、上述のように略直方体形状にてなり、第１厚を有する絶縁材２８が位置する第１側部２１ａと、上記第１厚よりも薄い第２厚を有する薄絶縁材２８ａが位置する第２側部２１ｂとを有する。本実施形態では、上記移動方向つまりＸ方向における可動子２１の２つの移動方向側部２１Ｂを第２側部２１ｂとし、その他の、Ｙ方向における２つの側部２１Ａ、Ｚ方向においてテーブル５に対向するテーブル対向部２１Ｃ、及び、Ｚ方向においてベース３に対向するベース対向部２１Ｄは、第１側部２１ａとしている。
【００１８】
次に、可動子２１に取り付けられるヒートシンク２５について説明する。
本実施形態では、可動子２１における上記移動方向側部２１Ｂには、アルミニウムや銅などの比較的熱伝導率の高い材料で作られたヒートシンク２５が設けられる。ヒートシンク２５は、移動方向側部２１Ｂに当該ヒートシンク２５を取り付けるためのヒートシンクベース２６を有する。ヒートシンクベース２６は、移動方向側部２１Ｂの形状に対応した形状を有し、かつ移動方向側部２１Ｂの面積と同等若しくはそれ以下の面積を有する板状であり、上記薄絶縁材２８ａを介してコイル２３と平行又は略平行にて移動方向側部２１Ｂに固定される。尚、ヒートシンクベース２６は、Ｘ方向つまり移動方向において最端部に配置されるティース２４にネジ止めなどの方法で固定される。
またヒートシンクベース２６には、例えば、Ｘ方向つまり移動方向に突出する平板状の複数のフィン２７がＹ方向に例えば等間隔にて配設され、ヒートシンクベース２６と一体的に形成されている。
【００１９】
尚、ヒートシンクベース２６と移動方向側部２１Ｂとの接触熱抵抗のさらなる低減のために、薄絶縁材２８ａに代えて、高熱伝導性のシートをヒートシンクベース２６と移動方向において最端部に配置されるコイル２３との間に介在させてもよい。
【００２０】
以上のように構成される本実施形態の直動装置１における動作について、以下に説明する。
可動子２１のコイル２３へ電源９０（図１）から駆動電流を供給することで、リニアモータ２が作動する。リニアモータ２の駆動により、可動子２１のコイル２３は発熱し、該熱は、ティース２４へ伝わり、さらに、可動子２１における上記移動方向側部２１Ｂ、Ｙ方向における側部２１Ａ、Ｚ方向におけるテーブル対向部２１Ｃ、及び、Ｚ方向におけるベース対向部２１Ｄへ伝達する。テーブル対向部２１Ｃにおける熱は、締結板６を介してテーブル５に伝わり、空気あるいはベース３などの構造物へ放熱される。また、Ｙ方向における側部２１Ａに伝わった熱は、この側部２１Ａから空気あるいはベース３等の構造物へ放熱される。また、移動方向側部２１Ｂにおける熱は、ヒートシンク２５を介して空気へ放散される。
【００２１】
本実施の形態における直動装置１のリニアモータ２では、可動子２１の移動方向の前面部に位置する移動方向側部２１Ｂにヒートシンク２５を設けており、テーブル５の移動に伴う空気の流れにより、移動方向側部２１Ｂからの放熱量が増加する。よって、コイル２３の温度上昇を低減することが可能である。
【００２２】
また、本実施の形態における直動装置１では、上述のように、移動方向側部２１Ｂに位置する絶縁材（薄絶縁材２８ａ）の厚みを、可動子２１における側部２１Ａ、テーブル対向部２１Ｃ、及びベース対向部２１Ｄに位置する絶縁材２８の厚みに比べて薄く形成している。よって、移動方向側部２１Ｂに取り付けたヒートシンクベース２６とコイル２３との面間の熱抵抗を小さくすることができる。したがって、可動子２１の放熱性能をさらに向上させることができる。
【００２３】
また、移動方向側部２１Ｂに位置する絶縁材（薄絶縁材２８ａ）の厚みが薄いことから、ヒートシンク２５を取り付けた際の可動子２１の移動方向（Ｘ方向）における寸法の増加を最小限に抑えることもできる。
【００２４】
さらに、ヒートシンクベース２６の面積は、可動子２１の移動方向側部２１Ｂの面積と同等以下であることから、可動子２１の厚み方向つまりＺ方向における寸法の増大、ひいては直動装置１のＺ方向における寸法の増大を招くことがない。
【００２５】
このように、本実施の形態における直動装置１によれば、リニアモータ２の可動子２１の放熱性能の向上と、直動装置１の小型化とを両立させることが可能となる。
【００２６】
尚、本実施形態では上述のように、ヒートシンク２５を取り付ける移動方向側部２１Ｂには、移動方向において最端部に配置されるコイル２３との間に薄絶縁材２８ａが存在する。しかしながら、例えばヒートシンク２５が非導電材料にてなるような場合には、薄絶縁材２８ａを介在させず、直接にコイル２３とヒートシンク２５とを接触させ取り付けることも可能である。
【００２７】
実施の形態２．
上述の、実施の形態１における直動装置１では、可動子２１の移動方向の前面部に位置する移動方向側部２１Ｂに薄絶縁材２８ａを配置し、上記移動方向側部２１Ｂにヒートシンク２５のヒートシンクベース２６を配置する構成を採った。これに対し、図３に対応する図５に示すように、本実施の形態２における直動装置１−２では、移動方向側部２１Ｂのみならず、Ｚ方向における可動子２１のテーブル対向部２１Ｃも上記第２側部２１ｂとし、テーブル対向部２１Ｃにも薄絶縁材２８ａを配置してヒートシンクベースを配置する構成を採る。直動装置１−２におけるその他の構成は、実施の形態１における直動装置１の構成に同じであり、ここでの説明を省略する。尚、本実施の形態２における直動装置１−２に備わる可動子には「２１−２」の符号を付し、ヒートシンクには「２５−２」の符号を付す。以下に、可動子２１−２についてさらに説明する。
【００２８】
上述のように本実施形態２では、可動子２１−２の移動方向側部２１Ｂのみならずテーブル対向部２１Ｃについても、薄絶縁材２８ａが位置する第２側部２１ｂとする。そして図５に示すように、テーブル対向部２１Ｃにも、Ｚ方向においてティース２４の上面部に平行又は略平行にテーブル対向部用ヒートシンクベース２６−２を設けた。移動方向側部２１Ｂに設けたヒートシンクベース２６と、テーブル対向部２１Ｃに設けたテーブル対向部用ヒートシンクベース２６−２とは、一体的に形成されている。また、テーブル対向部用ヒートシンクベース２６−２は、ティース２４の上面にネジ止め等の方法にて固定される。
【００２９】
尚、本実施形態では、テーブル対向部用ヒートシンクベース２６−２は、テーブル対向部２１Ｃの全面にわたり設けているが、その一部分のみに設け両側のヒートシンクベース２６を連結するようにしてもよいし、テーブル対向部２１Ｃの全面にわたり設けた場合においてもテーブル対向部用ヒートシンクベース２６−２を厚み方向に貫通する一又は複数の開口を有するようにしてもよい。
【００３０】
このような構成により本実施形態２における直動装置１−２では、可動子２１−２のテーブル対向部２１Ｃから放散される熱の一部は、熱伝導率の高いテーブル対向部用ヒートシンクベース２６−２から移動方向側部２１Ｂのヒートシンクベース２６に伝導し、フィン２７が設けられた可動子２１−２の前面部から空気へ放散される。よって、可動子２１−２の放熱性能を、実施の形態１よりもさらに向上させることができる。
尚、テーブル対向部２１Ｃには薄絶縁材２８ａが配置されているが、薄絶縁材２８ａの代わりに高熱伝導性のシートを配置することで、さらに放熱性能が向上することは言うまでもない。
【００３１】
このように本実施の形態２の直動装置１−２によれば、可動子２１−２の放熱性能向上と、直動装置１−２の小型化とを両立させることが可能となるとともに、ヒートシンク２５−２は、テーブル対向部用ヒートシンクベース２６−２を介してティース２４の上面においても固定され、より強固にティース２４に固定されることから、構造信頼性を高めることができるというメリットもある。
【００３２】
実施の形態３．
上記図３及び図４に対応する図６及び図７を参照して、本実施の形態３における直動装置１−３について説明する。
ここで直動装置１−３の基本的な構成は、上述した実施の形態１における直動装置１の構成に同様であり、以下では、相違点のみについて説明を行う。
【００３３】
即ち、図６に示すように、本実施の形態３における直動装置１−３に備わる可動子２１−３では、ヒートシンク２５−３に備わる各フィン２７−３は、切欠２９を有する。切欠２９は、フィン２７−３の厚み方向、つまりＹ方向に、フィン２７−３を貫通する開口部であり、ヒートシンクベース２６に隣接して位置し、かつＺ方向においてフィン２７−３の中央部分に位置する。尚、図６では、切欠２９は、長方形状で一つのフィン２７−３に一箇所に設けた場合を図示しているが、切欠２９の形状及び個数は、図示に限定するものではない。
【００３４】
実施の形態１における構成では、テーブル５の移動に伴いヒートシンク２５に当たった空気は、主に可動子２１のテーブル対向部２１Ｃ及びベース対向部２１Ｄの方へ流れる。これに対し本実施の形態３の構成では、各フィン２７−３に切欠２９を形成することで、テーブル５の移動に伴いヒートシンク２５−３に当たった空気は、テーブル対向部２１Ｃ及びベース対向部２１Ｄの方へ流れるとともに、図７に示すように、さらにフィン２７−３を貫通してＹ方向にも流れ、可動子２１のＹ方向における２つの側部２１Ａの方へも流れる。このとき、本実施の形態３では、切欠２９をヒートシンクベース２６に隣接して形成していることから、ヒートシンク２５−３に当たる空気は、ヒートシンクベース２６に到達する、あるいはその近傍まで容易に流れることができる。よって、実施の形態１の構成に比べて、フィン２７−３及びヒートシンクベース２６の冷却に寄与する面積が増加する。したがって、実施の形態１の場合に比べて、ヒートシンク２５−３そのものの放熱効率は向上し、可動子２１−３全体の放熱効率も向上する。
【００３５】
このように本実施の形態３における直動装置１−３によれば、ヒートシンク２５−３の放熱性能をより向上させることが可能となり、リニアモータ２の可動子２１−３の放熱性能の向上と、直動装置１−３の小型化とを両立させることが可能となる。
【００３６】
実施の形態４．
上記図３及び図４に対応する図８及び図９を参照して、本実施の形態４における直動装置１−４について説明する。
ここで直動装置１−４の基本的な構成は、上述した実施の形態１における直動装置１の構成に同様であり、以下では、相違点のみについて説明を行う。
【００３７】
即ち、上記図３等でも図示するように、移動方向であるＸ方向において、テーブル５は、ヒートシンク２５と対向する位置まで延在している。このように構成されるテーブルについて、本実施の形態４における直動装置１−４に備わるテーブル５−４では、図８に示すように、ヒートシンク２５に対向するヒートシンク対向部５２に、当該テーブル５−４を、その厚み方向つまりＺ方向に貫通する通風孔５１を形成している。
【００３８】
通風孔５１は、本実施の形態４では図９に示すように、略長穴形の平面形状を有し、一つ置きのフィン２７に対応して、かつ上記略長穴形の長軸位置がフィン２７に対応するようにして、Ｙ方向に沿って配置されている。尚、通風孔５１の形状及び配置位置は、本実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、各フィン２７間の隙間に対応して通風孔５１を配置してもよいし、一つのヒートシンク２５に対してＹ方向に長円とした一つの通風孔５１を設けても良い。
【００３９】
このように、本実施の形態４では、テーブル５−４においてヒートシンク２５に覆いかぶさる部分であるヒートシンク対向部５２に、通風孔５１が設けられている。よって、図８に示すように、テーブル５−４の移動に伴いヒートシンク２５に当たった空気は、Ｚ方向へ通風孔５１を通りテーブル５−４を通過することができる。よって、ヒートシンク２５に当たった空気は、ヒートシンクベース２６の近傍まで流れ込み易くなる。したがって、実施の形態１の構成に比べて、フィン２７及びヒートシンクベース２６における冷却に寄与する面積が増加し、ヒートシンク２５の放熱性能を向上させることができる。
【００４０】
また、テーブル５−４における通風孔５１の形成位置を、ヒートシンク２５に覆いかぶさるヒートシンク対向部５２に限定することにより、テーブル５−４そのものにおける放熱面積の減少を抑えることができる。
【００４１】
このように本実施の形態４における直動装置１−４によれば、ヒートシンク２５の放熱性能をより向上させることが可能となり、リニアモータ２の可動子２１の放熱性能の向上と、直動装置１−４の小型化とを両立させることが可能となる。
【００４２】
尚、上述した各実施の形態１〜４を、適宜組み合わせた構成を採り、それらの実施形態が奏する効果を達成させることも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１−２，１−３，１−４  直動装置、２  リニアモータ、３  ベース、
５，５−４  テーブル、２１，２１−２，２１−３  可動子、
２１Ｂ  移動方向側部、２１Ｃ  テーブル対向部、２１ａ  第１側部、
２１ｂ  第２側部、２２  固定子、２３  コイル、２４  ティース、
２５，２５−２，２５−３  ヒートシンク、２６，２６−２  ヒートシンクベース、
２７，２７−３  フィン、２８  絶縁材、２８ａ  薄絶縁材、２９  切欠、
５１  通風孔、５２  ヒートシンク対向部。
【図１】
2010268649.tif 000003
【図２】
2010268649.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010268649.tif 000008
【図７】
2010268649.tif 000009
【図８】
2010268649.tif 000010
【図９】
2010268649.tif 000011