(57)【要約】【課題】簡単な構造で可動子が直線および回転動作可能であり、小型・省スペース化、軽量化に対応できる軸回転型リニアモータを実現する。【解決手段】軸回転型リニアモータ１００は、シャフト部１０Ａと外筒部１１とを有し、外筒部１１内に複数の永久磁石１４を有する中空可動子１と、中空可動子１を囲み、複数のコイル２０を有する電機子２と、電機子２を収容するフレーム３と、を備える。シャフト部１０Ａは、直線および回転可能なリニアガイド１０によって支承されている。【選択図】図１
2014217180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト部と外筒部とを有し、該外筒部内に複数の永久磁石を有する中空可動子と、
前記中空可動子を囲み、複数のコイルを有する電機子と、
前記電機子を収容するフレームと、
を備え、
前記シャフト部は、直線および回転可能なリニアガイドによって支承されていることを特徴とする軸回転型リニアモータ。
【請求項２】
前記シャフト部は、ボール受け溝部を備えた中空ボールスプラインシャフトで形成され、
前記直線および回転可能なリニアガイドは、ボールを内蔵したボールスプラインブッシュと回転ベアリングとを一体的に形成してなり、
前記中空ボールスプラインシャフトは、前記ボールスプラインブッシュに支承されて直線動作するとともに、
前記ボールスプラインブッシュは、前記回転ベアリングに支承されて回転動作することを特徴とする請求項１に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項３】
前記シャフト部は中空シャフトで形成され、
前記直線および回転可能なリニアガイドは、リニアブッシュもしくはすべり軸受けで形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項４】
前記シャフト部は中空シャフトであって、該シャフト部の中空部に空気チューブが接続可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項５】
前記外筒部内には、第１中空エンド部材、先端側の磁石押さえ、スペーサを介設した永久磁石群、基端側の磁石押さえ、および第２中空エンド部材を順に密閉収容し、
前記スペーサおよび永久磁石は、外周面に直状溝部を有するとともに、前記磁石押さえは直状割れ目を有し、
前記第１および第２中空エンド部材の中空部、前記スペーサおよび永久磁石の直状溝部、および前記磁石押さえの直状割れ目を介して、前記外筒部内に空気流れが形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項６】
前記電機子は、直状開口部を有する磁性筒内に、前記複数のコイルを収容していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項７】
前記直状開口部は、前記磁性筒の少なくとも上部に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項８】
前記複数のコイルのリード線は、前記磁性筒の直状開口部を通して、該磁性筒の外部に露出していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項９】
前記フレームの本体は矩形枠体状に形成され、上枠、下枠、および長手方向の両端枠を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１０】
前記フレーム本体の上枠には、前記複数のコイルのリード線結線空間としての長孔が開口されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１１】
前記フレーム本体の上枠または／および下枠の内面に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１２】
前記上枠の内面の凹部と下枠の内面に凹部は、少なくとも一部が重なるように長手方向の位置がずれていることを特徴とする請求項１１に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１３】
前記コイルの外周面と前記磁性筒の内面との隙間、前記磁性筒の前記直状開口部、前記磁性筒の外面と前記フレーム本体の内面との四隅の隙間、または／および前記磁性筒の外面と前記フレーム本体の内面の凹部との隙間に冷却通路が形成されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１４】
前記フレーム本体の上枠および下枠には、前記冷却通路に冷却空気を流入させるための入口、出口が形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１５】
前記フレーム本体の内面に、充填材を介して前記磁性筒が固定されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１６】
前記フレームの一部に、リニアエンコーダを備えていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の軸回転型リニアモータ。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかの軸回転型リニアモータを複数幅方向に並べて当接させ、幅方向両端面に封止プレートを配置し、該封止プレートおよび複数の軸回転型リニアモータを一体化して多軸のユニットを形成したことを特徴する軸回転型リニアモータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動対象物を回転動作および直線動作可能な軸回転型リニアモータ、および軸回転型リニアモータユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは、電磁誘導により作動するので、ボールねじ機構のような機械作動に比べて、小型で高速作動可能である。たとえば、半導体製造装置のチップマウンタ（電子部品実装装置）には、ロッド型リニアモータが用いられている。ロッド型リニアモータは、永久磁石を有するロッドと、当該ロッドを囲むコイルとを備え、永久磁石の磁界とコイルに流れる電流との電磁誘導により、ロッドに軸方向の推力を与えて直線運動させる。
【０００３】
近年、回転動作および直線動作を実現するため、回転モータのトルク発生部とリニアモータの推力発生部をボールスプラインとベアリングの連結機構の工夫により実現する技術が数多く提案されている。
【０００４】
回転動作および直線動作可能なリニアモータに関連する技術としては、外周の一部にリニアシャフト部とスプライン溝を有する回転移動軸と、回転移動軸のスプライン溝に係合するスプラインガイドベアリングを具備した２自由度アクチュエータが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、リニアモータのロッドに平行に第二の軸部材を配置したリニアアクチェータが開示されている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２によれば、ロッドの直線運動に連れて第二の軸部材が直線運動するように、ロッドの先端部と第二の軸部材の先端部とを第一の連結部材で連結する。第二の連結部材は、第二の軸部材が直線運動できるように第二の軸部材とハウジングとを連結し、ロッドの軸線の回りを第二の軸部材が旋回するのを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３３００４６５号公報
【特許文献２】特開２０１０−５７３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１および２の技術によれば、いずれも連結機構が煩雑であり、リニアモータの小型・省スペース化、軽量化に対応できない。
【０００８】
近年、直線動作するための中心軸を旋回不能な構造とし、当該中心軸と平行に別の回動軸を設け、回動軸が中心軸に連動して回転動作可能な小型リニアモータが開発されている。しかし、当該中心軸および回動軸を有する小型リニアモータは、やはり中心軸と回動軸との連結部が必要であり、リニアモータの小型・省スペース化、軽量化に不利となる。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、簡単な構造で可動子が直線および回転動作可能であり、小型・省スペース化、軽量化に対応できる軸回転型リニアモータ、および軸回転型リニアモータユニットの提供を目的とする。
【００１０】
また本発明は、低コスト化および高性能化を両立でき、優れた放熱性を有する軸回転型リニアモータ、および軸回転型リニアモータユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための軸回転型リニアモータは、中空可動子、電機子およびフレームを備える。
【００１２】
上記中空可動子は、シャフト部と外筒部とを有し、該外筒部内に複数の永久磁石を有する。上記電機子は、上記中空可動子を囲み、複数のコイルを有する。上記フレームは、上記電機子を収容する。
【００１３】
上記シャフト部は、直線および回転可能なリニアガイドによって支承されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る軸回転型リニアモータによれば、シャフト部が直線および回転可能なリニアガイドによって支承されている。したがって、可動子としてのシャフト部自体が直線および回転動作可能であり、簡単な構造で、小型・省スペース化、軽量化に対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係る軸回転型リニアモータの斜視図である。
【図２】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおけるフレーム開放状態の正面図である。
【図３】実施形態１に係る軸回転型リニアモータの可動側の側面図である。
【図４】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける励磁部の斜視図である。
【図５】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける中空可動子の内部構造の斜視図である。
【図６】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける中空スプラインシャフトの斜視図である。
【図７】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける永久磁石の斜視図である。
【図８】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける磁石押さえの斜視図である。
【図９】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける第１中空エンド部材の斜視図である。
【図１０】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける第２中空エンド部材の斜視図である。
【図１１】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける電機子の斜視図である。
【図１２】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおけるフレームの斜視図である。
【図１３】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおけるフレームおよび電機子の斜視図である。
【図１４】実施形態１に係る軸回転型リニアモータの正面図である。
【図１５】実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける中空可動子の内部の空気流れ状態の断面図である。
【図１６】実施形態２に係る軸回転型リニアモータの斜視図である。
【図１７】実施形態３の軸回転型リニアモータユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、実施形態１および実施形態２に係る軸回転型リニアモータ、並びに実施形態３に係る軸回転型リニアモータユニットを説明する。
【００１７】
実施形態１および実施形態２に係る軸回転型リニアモータ、並びに実施形態３に係る軸回転型リニアモータユニットは、シャフト部が直線および回転可能なリニアガイドによって支承されている。
【００１８】
したがって、実施形態１から実施形態３によれば、可動子としてのシャフト部自体が直線および回転動作可能であり、簡単な構造で、小型・省スペース化、軽量化に対応可能な軸回転型リニアモータおよび軸回転型リニアモータユニットを実現できるようになる。
【００１９】
〔実施形態１〕
［軸回転型リニアモータの構成］
まず図１から図１４を参照して、実施形態１に係る軸回転型リニアモータの構成について説明する。図１は実施形態１に係る軸回転型リニアモータの斜視図である。図２は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおけるフレーム開放状態の正面図である。図３は実施形態１に係る軸回転型リニアモータの可動側の側面図である。図４は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける励磁部の斜視図である。
【００２０】
図１から図３に示すように、実施形態１の軸回転型リニアモータ１００は、可動子としての励磁部１と、固定子としての電機子２と、ケーシングとしてのフレーム３とを備える。
【００２１】
励磁部１は、図４に示すように、中空可動子によって構成される。中空可動子１は、シャフト部１０Ａと外筒部１１を有する。
【００２２】
図５は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける中空可動子の内部構造の斜視図である。図６は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける中空スプラインシャフトの斜視図である。
【００２３】
図５に示すように、実施形態１のシャフト部１０は、中空スプラインシャフトによって構成される。中空スプラインシャフト１０Ａは、図３および図６に示すように、短管部材であって、径方向の対向位置に２箇所のボール受け溝部１２を有する。ボール受け溝部１２は直状溝部であって、当該ボール受け溝部１２の縦断面は、後述するボールスプラインブッシュ１０Ｂのボールが転がりやすいように円弧状を呈している。中空スプラインシャフト１０の基端側には、後述する第１中空エンド部材１８内に挿着するためのソケット部１３が形成される。
【００２４】
中空スプラインシャフト１０Ａの中空部には、空気を供給する空気チューブが接続可能となっている。空気チューブを接続する手段としては、たとえば、タップや空気チューブ挿入用孔などが挙げられるが、例示の手段に限定されない。
【００２５】
中空スプラインシャフト１０Ａの構成材料としては、たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性金属材料が用いられるが、例示した材料に限定されない。
【００２６】
外筒部１１は、たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼管などの非磁性の金属材料が用いられるが、例示した材料に限定されない。
【００２７】
図７は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける永久磁石の斜視図である。
【００２８】
図５および図７に示すように、外筒部１１内には、永久磁石１４が軸方向に沿って複数直列に設けられる。すなわち、永久磁石１４は、ほぼ円柱状を呈しており、当該永久磁石１４の外周部に軸方向に沿って直状溝部１５ａを有する。直状溝部１５ａの縦断面は、矩形状を呈している。
【００２９】
本実施形態の永久磁石１４は、軸方向に磁極対向（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）となるように着磁されている。永久磁石１４を磁極対向配置しやすくするため、当該永久磁石１４，１４間には、軟磁性体からなるスペーサ１６が介設される。スペーサ１６は、永久磁石１４と同様の形状を有しており、当該永久磁石１４よりも軸方向長さが短い。
【００３０】
図８は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける磁石押さえの斜視図である。
【００３１】
図５および図８に示すように、永久磁石１４群の両端には、スペーサ１６を介して、Ｃ型の磁石押さえ１７がそれぞれ設けられる。すなわち、磁石押さえ１７は、直状割れ目１５ｂを有する。磁石押さえ１７は、Ｃ型形状のばね力を利用し、永久磁石１４群の反発力を抑え、磁石配置作業を高効率化する。磁石押さえ１７は、たとえば、ばね鋼材等の軟磁性体により構成されるが、例示の材料に限定されない。
【００３２】
図９は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける第１中空エンド部材の斜視図である。図１０は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける第２中空エンド部材の斜視図である。
【００３３】
図５、図９および図１０に示すように、磁石押さえ１７の両端には、第１中空エンド部材１８および第２中空エンド部材１９がそれぞれ設けられる。中空スプラインシャフト１０Ａと先端側の磁石押さえ１７との間には、第１中空エンド部材１８が介設される。
【００３４】
第１中空エンド部材１８は、図９に示すように、段付き円筒体状を呈している。第１中空エンド部材１８の基端側には、磁石押さえ１７内に挿着するためのソケット部１８ａが形成される。第１中空エンド部材１８の中空部１８ｂには、中空スプラインシャフト１０Ａのソケット部１３が挿着される。
【００３５】
第２中空エンド部材１９は、図９に示すように、段付き円筒体状を呈している。第２中空エンド部材１９の先端側には、磁石押さえ１７内に挿着するためのソケット部１９ａが形成される。
【００３６】
外筒部１１は、図５に示すように、当該外筒部１１の内部に、永久磁石１４、スペーサ１６、磁石押さえ１７、第１中空エンド部材１８および第２中空エンド部材１９を収容して密閉配置される。
【００３７】
図１１は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける電機子の斜視図である。
【００３８】
図１から図３、および図１１に示すように、電機子２は、コイル２０と磁性筒４０を有する。
【００３９】
中空可動子１の外筒部１１の周囲は、直列配置された複数のコイル２０で覆われている（図４参照）。上述したように、外筒部１１内には、対向磁極配置された永久磁石１４群が収容されている（図５参照）。
【００４０】
各コイル２０は、円筒体状のリングコイルとして形成されている。コイル２０，２０同士の間には、電気絶縁性のスペーサ２１が介設される。
【００４１】
複数のコイル２０群の両端には、円筒体状のガイド支持筒２２がそれぞれ設けられる。ガイド支持筒２２は、中空可動子１のガイドブッシュ（図示せず）を内蔵している。なお、ガイドブッシュは、後述するフレーム３に内蔵してもよい。
【００４２】
複数のコイル３０は、たとえば、三相交流電源に対応するように、軸方向にｕ相、ｖ相、ｗ相の順で配置される。ｕ相群、ｖ相群、ｗ相群のコイル２０は、不図示のリード線で結線される。
【００４３】
磁性筒４０は、軸方向に沿った直状開口部４１を有する筒体状の磁性金属部材である。本実施形態の磁性筒４０は円筒体状に形成されているが、形状は限定されず、矩形筒体状等の他の筒形状であっても構わない。磁性筒４０は、複数のコイル２０群の周囲を覆っている。磁性筒４０内のコイル２０群は、ガイド支持筒２２によって支持される。
【００４４】
磁性筒４０の長さは、コイル２０内に配置する中空可動子１の永久磁石１４群の全長よりも長く設定される。具体的には、磁性筒４０の長さは、永久磁石１４群の全長に２倍のストローク長を加えた長さ以上とする。
【００４５】
磁性筒４０は、中空可動子１の永久磁石１４の磁束の大部分を閉じて、漏れ磁束を抑制する機能を有する。また、磁性筒４０の直状開口部４１は、コイル２０のリード線の通過部を区画するとともに、冷却通路として機能を有する。
【００４６】
実施形態１の磁性筒４０は、ほぼ円筒体状を呈している。本実施形態の直状開口部４１は、磁性筒４０の上部に軸方向に沿って開口された割れ目部として形成されている。直状開口部４１は、磁性筒４０の上部のみに形成されているが、下部にも形成してもよい。
【００４７】
磁性筒４０の構成材料としては、たとえば、ＳＣ材などの鉄系の磁性体が用いられる。磁性筒４０は、性能確保とコストを両立するため、板金もしくはプレス成型した珪素鋼板が好ましいが、これに限定されない。
【００４８】
図１２は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおけるフレームの斜視図である。図１３は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおけるフレームおよび電機子の斜視図である。
【００４９】
図１から図３、および図１２に示すように、フレーム３は、励磁部１および電機子２を収容する矩形枠体状の部材である。フレーム３は、電機子２の径方向の上部、下部および軸方向の両端部を囲っている。矩形枠としてのフレーム本体３０は、上枠３１、下枠３２および長手方向（軸方向と一致）の両端枠３３、３４からなっている。フレーム本体３０の幅方向左右側面は開放されている。
【００５０】
フレーム３の構成材料としては、たとえば、加工が容易なアルミニウムもしくはアルミニウム合金が用いられるが、例示した材料に限定されない。フレーム３の成型は、たとえば、押出し加工などの塑性加工により、容易に形成することができる。
【００５１】
フレーム本体３０の長手方向（軸方向と一致）の両端枠３３、３４には、中空可動子１を挿通させるための貫通孔５１、５２がそれぞれ開口されている。
【００５２】
図３および図１３に示すように、先端枠３３の貫通孔５１内には、回転ベアリング１０Ｃが挿着されている。さらに、回転ベアリング１０Ｃ内には、ボールスプラインブッシュ１０Ｂが支承される。ボールスプラインブッシュ１０Ｂは、当該ボールスプラインブッシュ１０Ｂの内部に装填された不図示のボールによって中空可動子１の中空スプラインシャフト１０Ａの直線移動を案内し、ボールスプライン機構を構成する。ボールスプラインブッシュ１０Ｂと回転ベアリング１０Ｃは、一体的に構成されている。
【００５３】
図１、図２、図１２および図１３に示すように、中空可動子１の基端部は、四角柱状のブロック部材５３に固定された回転ベアリング１０Ｄに支承される。ブロック部材５３は、基端枠３４に沿って配置されている。当該ブロック部材５３の上端部は、フレーム本体３０の上枠３１に沿うように設けられた延出部材５４に接続されている。
【００５４】
延出部材５４は、ブロック部材５３を介して、フレーム３側に折り返している。延出部材５４は、断面コ字のガイドブロック５５上にスライド移動可能に配置される。延出部材５４上には、直線軸の位置を検出し、位置情報を出力するためのリニアエンコーダ５６が設けられている。
【００５５】
リニアエンコーダ５６は、磁気及び熱の影響を考慮し、コイル２０を含む電機子２から離れている部位に配置する。リニアエンコーダ５６としては、磁気式、光学式などのいずれの形式であっても、使用することができる。また、安定駆動と高品質を確保するため、リニアエンコーダ５６の可動部は、ＬＭガイドやボールスプラインなどのリニアガイド上、あるいは近い部位に配置することが望ましい。
【００５６】
また、フレーム本体３０の上枠３１には、長孔６０が開口されている。当該長孔６０は、コイル２０のリード線結線空間を区画し、接続端子２３の通過部として機能するとともに、冷却空気の通路としても機能する。
【００５７】
フレーム本体３０の上枠３１および下枠３２の内面には、冷却通路形成用の凹部３５と磁性筒固定用の凸部３６とが軸方向に交互に形成されている。上枠３１および下枠３２の内面は凹凸を有するので、磁性筒４０に接触したり、接触しなかったりする。凸部３６の接触部には、接着剤もしくはモールド材等の充填材７０で磁性筒４０を固定し、接触部による熱伝導でコイル２０を含む電機子２を冷却する。接触しない凹部３５は冷却通路になる。上枠３１の凹部３５と下枠３５の凹部３５は、上下で一部が重なるように軸方向に少しずれており、磁性筒４０とフレーム３との間にほぼ螺旋状の冷却通路が形成される。
【００５８】
フレーム本体３０の上枠３１と下枠３２には、ほぼ螺旋状の冷却通路に冷却空気を通過させるための入口および出口としてタップ（貫通孔）６２がそれぞれ穿孔されている。上枠３１と下枠３２のタップ６２は、枠体の幅方向中心から偏心して開口され、概ね対角に位置している。本実施形態では、各タップ６２に短管６３、６４が接続されている。本実施形態では、下枠３２側の短管６４が冷却空気の入口、上枠３１側の短管６３が冷却空気の出口となっているが、入口と出口は上下逆であっても構わない。
【００５９】
図１４は実施形態１に係る軸回転型リニアモータの正面図である。
【００６０】
図１、図２、図１２から図１４に示すように、上枠３１と下枠３２の両端部には、ボルト８１を締結するための螺合孔８２が形成されている。本実施形態に係る軸回転型リニアモータ１００を一軸のアクチュエータ、もしくは後述する多軸のアクチュエータとしてユニット化して用いる場合は、封止プレート８０を介してボルト８１を螺合孔８２に締結することにより、フレーム本体３０の幅方向左右側面の開放部が封止される。
【００６１】
［軸回転型リニアモータの動作］
次に、図１から図１５を参照して、実施形態１に係る軸回転型リニアモータ１００の動作について説明する。
【００６２】
図１および図４に示したように、実施形態１の軸回転型リニアモータ１００の励磁部（中空可動子）１は、外筒部１１に複数の永久磁石１４を軸方向に磁極対向（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁となるように配置している。電機子２は、永久磁石１４を有する中空可動子１を囲むように設けられ、軸方向に並んだ複数のコイル２０を有する。コイル２０は、たとえば、三相電源のｕ相、ｖ相、ｗ相に対応するように配置され、ｕ相、ｖ相、ｗ相のコイル２０に位相をずらして電流を流す。
【００６３】
電機子２は固定子として機能し、中空可動子１は電機子２内で直線動作する。すなわち、本実施形態に係る軸回転型リニアモータ１００は、中空可動子１の永久磁石１４が発生する磁束と交叉するように電機子２のコイル２０に電流が流れる。永久磁石１４の磁束と電機子２のコイル２０に流れる電流が交叉すると、本実施形態に係る軸回転型リニアモータ１００は、電磁誘導により、永久磁石１４に軸方向の推力を発生させて、中空可動子１を直線動作させる。
【００６４】
その際、図１から図６に示すように、中空可動子１の中空ボールスプラインシャフト１０Ａのボール受け溝部１２に沿ってボールスプラインブッシュ１０Ｂのボールが転がることにより、当該中空ボールスプラインシャフト１０Ａは円滑に直線動作する。
【００６５】
また、ボールスプラインブッシュ１０Ｂは、フレーム３の先端枠３３に固定された回転ベアリング１０Ｃに支承されている。したがって、不図示の回転モータでボールスプラインブッシュ１０Ｂをベルト駆動することにより、当該ボールスプラインブッシュ１０Ｂとともに、中空ボールスプラインシャフト１０Ａを回転動作させることが可能である。
【００６６】
回転可能な部分は、中空可動子１のみである。中空可動子１のみを回転可能とすることにより、リニアセンサとして光学式もしくは磁気式のものが使用できる。中空可動子１は直線および回転動作できるものの、直線動作に必要なその他の部分は回転が制限される。
【００６７】
すなわち、ボールスプラインブッシュ１０Ｂと回転用ベアリング１０Ｃの配置の工夫により、中空可動子１の直線および回転動作を実現し、さらにリニアモータの小型化および省スペース化を図ることができる。
【００６８】
中空可動子１は直線および回転可能な機構により支承されるが、用途に応じてボールスプライン機構を使用することにより、駆動部の高品質化および長寿命化が期待できる。
【００６９】
中空スプラインシャフト１０Ａを旋回させるための回転モータは、必要に応じて、自由に連結・設置することができ、装置設計・構成の自由度を向上させることができる。
【００７０】
実施形態１に係る軸回転型リニアモータ１００では、図１１から図１３に示すように、直状開口部（割れ目）４１を有する磁性筒４０内にｕ相、ｖ相、ｗ相のコイル２０を軸方向に直列に並べている。直状開口部（割れ目）４１からｕ相、ｖ相、ｗ相のコイル２０のリード線を通して、当該リード線を磁性筒４０から外に出した状態でアルミニウム製のフレーム３内に収容する。
【００７１】
中空可動子１の永久磁石１４からの漏れ磁束は磁性筒４０によって閉じられ、漏れ磁束がほとんどなくなる。したがって、後述するように、本実施形態のリニアモータ１００を多軸に並べても、軸回転型リニアモータ間の磁気的影響が小さく抑えることができる。
【００７２】
フレーム本体３０は、上枠３１、下枠３２および長手方向の両端枠３３、３４からなる矩形の枠体形状である。上枠３１には長孔６０が開口され、当該長孔６０はｕ相、ｖ相、ｗ相のコイル２０のリード線の結線空間として確保される。リード線結線端子２３は、長孔６０から露出している。
【００７３】
下枠３２の内面凸部３６の接触部に充填材７０を介して磁性筒４０を固定しているので、接触部による熱伝導でコイル２０を含む電機子２を冷却することができる。
【００７４】
次に、実施形態１の軸回転型リニアモータ１００の空気流れについて説明する。図１５は実施形態１に係る軸回転型リニアモータにおける中空可動子の内部の空気流れ状態の断面図である。図１５において、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面を示している。
【００７５】
図５から図１０に示すように、中空可動子１の外筒部１１は、第１中空エンド部材１８、磁石押さえ１７、スペーサ１６／永久磁石１４・・・、磁石押さえ１７、および第２中空エンド部材１９を順に密閉収容している。
【００７６】
図１５（ｂ）は、において、矢印は中空ボールスプラインシャフト１０Ａの中空部に空気チューブを接続した場合の空気流れを示している。
【００７７】
図１５に示すように、不図示の空気チューブから中空ボールスプラインシャフト１０Ａの中空部に流れ込んだ空気は、第１中空エンド部材１８を通過し、先端側の磁石押さえ１７内に流れ込む。磁石押さえ１７はＣ型形状を呈しているので、当該磁石押さえ１７の直状割れ目１５ｂを介して外筒部１１の内周面側へ流出する。
【００７８】
そして、外筒部１１の内周面に流出した空気は、スペーサ１６／永久磁石１４・・・の直状溝部１５ａを通過する。スペーサ１６／永久磁石１４・・・の直状溝部１５ａを通過した空気は、基端側の磁石押さえ１７の直状割れ目１５ｂを介して、当該基端側の磁石押さえ１７内に流れ込む。その後、基端側の磁石押さえ１７内に流れ込んだ空気は、第２中空エンド部材１９の中空部を通過して流出することになる。
【００７９】
中実の永久磁石１４の外周面に軸方向に沿った直状溝部１５ａを設けることで、ハイグレード磁石の使用が可能となる。したがって、中空スプラインシャフト１０Ａの機能が低コストで実現できるとともに、リニモータの大推力化および高品質化が実現できる。なお、中空磁石を使用する場合は、平行磁場成型品しか使用できないので、磁束密度の低下や、磁石防錆品質などによるリニモータ性能・機能の確保には不利である。
【００８０】
また、図１、図２、図１２および図１３に示すように、フレーム本体３０の上枠３１および下枠３２の内面には、凹部３５および凸部３６が交互に形成されている。上枠３１の凹部３５と下枠３５の凹部３５は、磁性筒４０とフレーム３との間にほぼ螺旋状の冷却通路が形成される。
【００８１】
フレーム本体３０の上枠３１と下枠３２には、冷却通路に冷却空気を通過させるためのタップ６１、６２が穿孔され、それぞれに短管６３、６４が接続されている。一方の短管６４から冷却空気を流入させ、他方の短管６３から冷却空気を流出させて、フレーム３の内部に空気流れを形成する。冷却空気はフレーム本体３０の凹部３５と磁性筒４０との隙間を通過して、回転しながらの乱流を起こし、コイル２０含む電機子２を効率よく冷却する。
【００８２】
すなわち、実施形態１に係る軸回転型リニアモータ１００によれば、電機子２は、永久磁石１４を有する中空可動子１を囲んでいる。電機子２は、直状開口部を有する磁性筒４０内に、複数のコイル２０群を収容する。
【００８３】
磁性筒４０は、磁性材料からなる筒体であるので、たとえば、珪素鋼板を板金もしくはプレス加工することにより、簡単に製造することができる。また、フレーム３は、たとえば、押出し加工などにより、簡単に形成することができる。したがって、本実施形態に係る軸回転型リニアモータ１００は、低コスト化および高性能化を両立することができる。
【００８４】
また、磁性筒４０が永久磁石１４の磁束の大部分を閉じて漏れ磁束を抑制するので、磁気遮蔽板が不要であり、小型・省スペース化、軽量化に対応できる。
【００８５】
さらに、永久磁石１４を有する中空可動子１は、リング状のコイル２０群で囲まれている。当該コイル２０群は、直状開口部４１を有する磁性筒４０内に収容している。したがって、実施形態１のリニアモータ１００は、磁性筒４０が永久磁石１２の磁束の大部分を閉じて、漏れ磁束を抑制する。
【００８６】
コイル２０のリード線は、直状開口部４１を通して上枠３１の長孔６０に導入されるので、コイル２０のリード線の結線空間を確保することができる。
【００８７】
磁性筒４０は直状開口部４１を有し、上枠３１および下枠３２の凹部３５と磁性筒４０の外周面との間に隙間が形成され、冷却通路として機能する。フレーム本体３０の左右開放部を封止プレート８０で封止することにより、ほぼ螺旋状の冷却通路が形成される。したがって、ほぼ螺旋状の冷却通路に冷却空気を流入させることにより、コイル２０を含む電機子２を冷却することができる。したがって、本実施形態に係る軸回転型リニアモータ１００は優れた放熱性を有する。
【００８８】
本実施形態に係る軸回転型リニアモータ１００は、個別にリニアエンコーダ５６を備えているので、単軸のアクチュエータとして使用することができる。また、本実施形態のリニアモータ１００を複数組み合わせれば、多軸のアクチュエータを構成することができる。中空可動子１とリニアエンコーダ５６とは共に直進動作するが、中空可動子１の回転はリニアエンコーダ５６に影響を与えず、当該リニアエンコーダ５６は光学式、磁気式などの広範囲の使用が可能である。
【００８９】
したがって、単軸もしくは多軸のアクチュエータとして簡単に使用できるので、チップマウンタのヘッド構成の柔軟性を確保することができる。
【００９０】
本実施形態に係る軸回転型リニアモータ１００は、小型・省スペースかつ回転および直線動作を要求している用途に適している。特にチップマウンタのようなリニアモータを可能な限り省スペースかつ多軸に並べて、回転および直線動作を同時に行い、空気吸引力で半導体チップを正確に固定する半導体製造装置に向いている。また、独自の磁石配置構造及び簡単な回転および直線動作機構により、リニアモータの大推力化、小型化、並びに装置の簡略化および低コスト化が期待できる。
【００９１】
〔実施形態２〕
次に、図１６を参照して、実施形態２に係る軸回転型リニアモータ２００について説明する。図１６は実施形態２に係る軸回転型リニアモータの斜視図である。なお、実施形態１に係る軸回転型リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９２】
図１６に示すように、実施形態２に係るリニアモータ２００は、シャフト部２１０Ａおよびリニアガイド２１０Ｂの構造が異なっている以外は、実施形態１と同様に構成されている。
【００９３】
すなわち、実施形態２に係る軸回転型リニアモータ２００は、シャフト部２１０Ａが溝部を有しない単なる中空シャフトにより構成される。シャフト部２１０Ａは、直進および回転可能なリニアガイド２１０Ｂによって支承される。
【００９４】
直進および回転可能なリニアガイド２１０Ｂとしては、たとえば、リニアブッシュ（メタルブッシュ）や、すべり軸受けなどが挙げられるが、直進および回転可能であればよく、例示のリニアガイドに限定されない。
【００９５】
中空可動子１の永久磁石１４と電機子２のコイル２０との電磁誘導作用により直線動作するときには、先端側のリニアガイド２１０Ｂと基端側の回転ベアリング１０Ｄとで中空可動子１の直線移動を案内する。
【００９６】
また、不図示の回転モータで中空可動子１をベルト駆動することにより、当該中空可動子１を回転動作させることができる。
【００９７】
実施形態２に係る軸回転型リニアモータ２００は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態２に係る軸回転型リニアモータ２００は、シャフト部２１０Ａおよびリニアガイド２１０Ｂの構造が簡単であるので、製造コストをより低減できるという特有の効果を奏する。
【００９８】
〔実施形態３〕
次に、図１７を参照して、実施形態３に係る軸回転型リニアモータユニット３００について説明する。図１７は実施形態３の軸回転型リニアモータユニットの斜視図である。なお、実施形態１の軸回転型リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９９】
図１５に示すように、実施形態３のリニアモータユニット３００は、実施形態１のリニアモータ１００を幅方向（桁方向）に複数並べて、ユニット化したものである。
【０１００】
上枠３１と下枠３２の両端部には、実施形態１と同様に、ボルト８１を締結するための螺合孔８２が形成されている。複数の軸回転型リニアモータ１００を当接させて幅方向に並べ、幅方向両端に封止プレート８０を配置する。そして、封止プレート８０を介して、複数の軸回転型リニアモータ１００の螺合孔８２に長ボルト８１を挿通して締結することにより、複数の軸回転型リニアモータ１００が多軸ユニットとして一体化される。本実施形態に係る軸回転型リニアモータユニット３００の両端の幅方向左右側面の開放部は封止される。
【０１０１】
フレーム３の幅寸法はテープフィーダの要求寸法になるが、磁性筒４０の外径もしくは幅はフレーム本体３０の幅寸法よりも小さく設定されている（図１１参照）。したがって、複数の軸回転型リニアモータ１００を幅方向に多軸に並べるとき、フレーム３の側面に沿って軸回転型リニアモータ１００を並べるだけで、軸回転型リニアモータユニット（ヘッドモジュール）３００が簡単かつ寸法良く組み立てられる。
【０１０２】
また、複数の軸回転型リニアモータ１００を多軸に並べることで、各軸回転型リニアモータ１００の幅方向左右が封止される。したがって、冷却空気の漏れが少なくなり、空気流れが自然に確保され、本実施形態に係る軸回転型リニアモータユニット３００の冷却効果が高められる。
【０１０３】
複数の軸回転型リニアモータ１００は当接しているが、隣り合う磁性筒４０、４０同士の間には隙間が形成される。磁性筒４０、４０同士の隙間は、冷却に有利なだけではなく、互いの磁気影響をも抑制することができる。
【０１０４】
各軸回転型リニアモータ１００は個別にリニアエンコーダ５６を備えているので、各リニアモータ１００の位置情報を個別に把握することができる。
【０１０５】
なお、本実施形態では、実施形態１に係る軸回転型リニアモータ１００を用いて説明したが、実施形態２に係る軸回転型リニアモータ２００を用いる場合にも、同様に軸回転型リニアモータユニット３００を構成することができる。
【０１０６】
実施形態３に係る軸回転型リニアモータユニット３００は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態３は、幅方向に並んだ多軸アクチュエータを構成するので、チップマウンタヘッドのＺ軸として、小型(小幅)で、大推力および低コストの軸回転型リニアモータユニット３００を提供できるという特有の効果を奏する。
【０１０７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１    中空可動子（励磁部）、
２    電機子、
３    フレーム、
１０    直線および回転可能なリニアガイド、
１０Ａ    シャフト部（中空ボールスプラインシャフト）、
１０Ｂ    ボールスプラインブッシュ、
１０Ｃ、１０Ｄ    回転ベアリング、
１１    外筒部、
１２    ボール受け溝部、
１４    永久磁石、
１５ａ    直状溝部、
１５ｂ    直状割れ目、
１６    スペーサ、
１７    磁石押さえ
１８    第１中空エンド部材、
１９    第２中空エンド部材、
２０    コイル、
３０    フレーム本体、
３１    上枠、
３２    下枠、
３３、３４    両端枠、
３５    凹部、
４０    磁性筒、
４１    直状開口部、
５６    リニアエンコーダ、
６１、６２    タップ（入口、出口）
７０    充填材、
１００、２００    軸回転型リニアモータ、
３００    軸回転型リニアモータユニット。
【図１】
2014217180.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014217180.tif 000009
【図８】
2014217180.tif 000010
【図９】
2014217180.tif 000011
【図１０】
2014217180.tif 000012
【図１１】
2014217180.tif 000013
【図１２】
2014217180.tif 000014
【図１３】
2014217180.tif 000015
【図１４】
2014217180.tif 000016
【図１５】
2014217180.tif 000017
【図１６】
2014217180.tif 000018
【図１７】
2014217180.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月16日(2014.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
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