(57)【要約】  筒状のフレーム１１と、前記フレーム１１に内嵌された磁性体製の筒状のヨーク１２と、前記ヨーク１２内に軸方向に配列された複数のリング状のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗと、前記フレーム１１の両端部に固定された軸受ホルダ１６と、前記軸受ホルダ１６に保持された軸受１７と、を有する電機子部１０と、前記電機子部１０内に挿通され、複数の永久磁石２２が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受１７に挿通される小径シャフト部２４ｂと、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部２０と、前記軸受ホルダ１６に保持されて前記小径シャフト部２４ｂが挿通され、前記小径シャフト部２４ｂとの間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材１９と、を備える。
2013065180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、
を備えることを特徴とする筒型リニアモータ。
【請求項２】
前記摩擦部材は、前記界磁部の重量以上で、且つ、重量の３倍以下の静摩擦力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
【請求項３】
前記摩擦部材は、前記界磁部の重量と該界磁部に接続された負荷の重量の和以上で、且つ、前記和の３倍以下の静摩擦力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
【請求項４】
前記摩擦部材は、オイルシール又はダストシールであることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
【請求項５】
筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
を備える筒型リニアモータにおいて、
前記軸受は、前記小径シャフト部との間に、前記界磁部の重量以上で、且つ、界磁部の重量の３倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受であることを特徴とする筒型リニアモータ。
【請求項６】
筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
を備える筒型リニアモータにおいて、
前記軸受は、前記小径シャフト部との間に、前記界磁部の重量と該界磁部に接続された負荷の重量の和以上で、且つ、前記和の３倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受であることを特徴とする筒型リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒型リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
筒型リニアモータは、磁性体製の筒状のヨーク内に、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のリング状のコイルを軸方向に複数組配列した固定子としての電機子部と、前記電機子部内に挿通されるシャフトに、複数の永久磁石を、磁性体製の板状のスペーサを介してＮ極同士、Ｓ極同士を対向させて軸方向に配列した可動子としての界磁部と、前記電機子部の両端部に設けられ前記シャフトを軸方向に直動自在に支持するリニアブッシュ又はボールブッシュ等の軸受部と、を備えている。【０００３】
上記の筒型リニアモータは、加速動作中に電源が切れたとき、制御がきかず暴走したとき、又は、制御指令を間違えたときに、界磁部が軸受部に衝突し、電機子部又は界磁部が破損する危険性がある。また、筒型リニアモータを縦置きで用いる場合、電源が切られると、界磁部が自重により落下して軸受部に衝突する。この衝突を繰り返すと、摩擦破壊、疲労破壊が発生し、筒型リニアモータの破損につながる。【０００４】
従来、リニアモータを用いて溶融した樹脂の射出動作を行う射出成形機において、金型と、この金型の空隙に連通する中空部を有し、該中空部に受け入れた樹脂原料を加熱して溶融させる加熱手段を備えたバレルと、前記中空部に挿入され、軸方向に進退駆動されるスクリュウと、このスクリュウの後端部に連結された出力軸を有し、溶融した樹脂が前記中空部から金型の空隙に向けて射出されるように前記出力軸を軸方向に動かすリニアモータの可動部と、このリニアモータの可動部を支持し案内するためのリニアガイドを有するマウント部と、ストロークリミット時に前記リニアモータの可動部が衝突しようとする前後のマウント部の夫々２箇所の部位に取り付けられ、前記リニアモータの可動部の衝突により生じる衝撃力を吸収して低減させるスプリング又はウレタンクッションから成る緩衝部材と、を備えた射出成形機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
また、固定部と可動部からなるリニアモータであって、固定部は、継鉄を兼ねるケース、ケースの上下内壁面に軸方向に並べて取付けられた複数個の突極型の鉄心及びこの鉄心の夫々に巻装された巻線からなり、可動部は、継鉄とその両側に取付けられた複数の永久磁石及び可動部の軸方向の移動を外部に伝達する出力軸からなり、出力軸はケースに設けられた貫通孔を貫通して外部に引き出され、ケースの軸方向の端面の２箇所には、可動部がぶつかったときの運動エネルギーを吸収するゴムのような弾性体からなる２つの緩衝部材が配置されているリニアモータが開示されている（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
また、転動部材を介して可動子を搖動自在に支持する固定子と、該固定子の左右両内側面と前記可動子の左右両外側面との間に配設され、該可動子の搖動軌道を制御するガイド部材を具備して成るリニアモータの構成において、前記固定子の一方の内面側に接触するガイド部材は、可動子および固定子に接触する部分の回転半径が共に等しく形成され、他方のガイド部材は、前記可動子および固定子に接触する部分の回転半径が、それぞれ異なるように形成され、可動子が固定子に対して移動すると、すべり摩擦により摩擦制動力を発生させるリニアモータの制動機構が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５５８６８号公報
【特許文献２】特開平０７−２３２６４２号公報（第３、４頁、図１）
【特許文献３】特開昭６２−１９３５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に開示された従来の技術によれば、２つの緩衝部材が出力軸の上下又は左右の２箇所に配置されている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動部が２つの緩衝部材のいずれかに先に衝突すると、可動部及び出力軸に曲げ力が作用し、出力軸を支持する軸受に偏荷重がかかる、という問題がある。また、可動部は、緩衝部材に衝突した位置でしか停止することができない、という問題がある。【０００９】
また、特許文献３に開示された従来の技術によれば、摩擦制動力を発生させるために、一方と他方の２種類のガイド部材を用いている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動子の他方の側にのみ摩擦制動力が作用するので、可動子に曲げ力が作用し、偏荷重がかかる、という問題がある。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に可動子に曲げ力が作用することのない筒型リニアモータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる筒型リニアモータは、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に界磁部（可動子）に曲げ力が作用することがない、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態１を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部拡大図である。
【図３】図３は、実施の形態１の筒型リニアモータを鉛直に設置したとき、可動子重量（自由落下荷重）が０ｋｇｆ〜０．２０ｋｇｆの範囲において、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１の筒型リニアモータを鉛直に設置し、可動子重量を０．０５ｋｇｆ（０．４９Ｎ）とし静摩擦力を０Ｎから２Ｎまで変化させたときの、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態２を示す部分拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる筒型リニアモータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態１を示す縦断面図であり、図２は、図１のＡ部拡大図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、実施の形態１の筒型リニアモータ９１は、固定子となる筒型の電機子部１０と、電機子部１０内に電機子部１０と同軸に挿通、配置され、可動子となる、中間部が大径の段付シャフト状に形成された界磁部２０と、を有している。
【００１７】
電機子部１０は、アルミニウムや樹脂等の非磁性体製の筒状のフレーム１１と、フレーム１１に内嵌された磁性体金属製の筒状のヨーク１２と、ヨーク１２内に軸方向に配列された複数のリング状のＵ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、Ｗ相コイル１３ｗと、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ間を絶縁するリング状絶縁板１４と、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗが巻装された筒状のボビン１５（リング状絶縁板１４とボビン１５は、樹脂により一体に形成するとよい。）と、フレーム１１の両端部に固定された軸受ホルダ１６と、軸受ホルダ１６に保持されたリニアブッシュやボールブッシュ等の軸受１７と、を備えている。
【００１８】
界磁部２０は、磁束を透過させるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）やアルミニウム等の非磁性材料製のパイプ２１と、パイプ２１内に軸方向に配列された複数の厚板状又は柱状の永久磁石２２と、隣り合う永久磁石２２間に挿入された磁性体金属製のスペーサ２３と、を備えている。永久磁石２２は、スペーサ２３を挟んでＮ極同士、Ｓ極同士が対向するように配置されている。
【００１９】
パイプ２１の両端部には、段付シャフト２４の大径部２４ａが内嵌され、段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、パイプ（大径中間部）２１から軸方向両側に延びている。可動子としての界磁部２０は、パイプ２１の両端部に段付シャフト２４の大径部２４ａが嵌合されて、全体として、中央部が太い段付シャフト状に形成されている。段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、電機子部１０の両端部の軸受１７に軸方向に直進動自在に支持されている。
【００２０】
筒型リニアモータ９１は、電機子部（固定子）１０に設けられた磁気センサ（ホール素子）により、界磁部（可動子）２０の磁極の位置を検出し、又は、リニアエンコーダにより界磁部２０の移動位置を検出し、この検出位置情報に基づいて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗへの通電を切りかえ、界磁部２０を電機子部１０に沿って軸方向に直線駆動する。
【００２１】
軸受ホルダ１６の外端部には、小径シャフト部２４ｂが挿通される摩擦部材としてのオイルシール又はダストシール１９が保持されている。オイルシール又はダストシール１９は、オイル又はダストをシールすると共に、小径シャフト部２４ｂに静摩擦力を作用させる。筒状リニアモータ９１が鉛直に設置される場合、界磁部２０は、重力により落下しようとするが、オイルシール又はダストシール１９の静摩擦力によって保持され、自由落下による破損を防ぐことができる。
【００２２】
図３は、実施の形態１の筒型リニアモータを鉛直に設置したとき、可動子（界磁部２０）重量（自由落下荷重）が０ｋｇｆ〜０．２０ｋｇｆの範囲において、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図３に示すように、可動子重量が０ｋｇｆのときは、摩擦部材（オイルシール又はダストシール）１９の静摩擦力が１Ｎのときより２Ｎのときの方が、必要実効推力が大きくなる。しかし、可動子重量が０．１４ｋｇｆを越えると、静摩擦力が１Ｎのときより２Ｎのときの方が、必要実効推力が小さくなる。これは、自由落下荷重を静摩擦力によって支えることによりロスが低減できるためである。
【００２３】
図４は、実施の形態１の筒型リニアモータ９１を鉛直に設置し、可動子重量を０．０５ｋｇｆ（０．４９Ｎ）とし静摩擦力を０Ｎから２Ｎまで変化させたときの、可動子（界磁部２０）を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図４に示すように、摩擦部材１９の静摩擦力が０．９Ｎ付近のとき必要実効推力が最小となり、高効率となる。
【００２４】
図４に示すグラフから明らかなように、可動子重量の１〜３倍（０．４９Ｎ〜１．４７Ｎ）程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させることにより、筒型リニアモータ９１の往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。筒型リニアモータ９１を鉛直でなく傾斜させて設置したときも上記と同様の効果を奏する。また、可動子（界磁部２０）に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の１〜３倍程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させるようにする。
【００２５】
実施の形態１の筒型リニアモータ９１は、軸受ホルダ１６に保持されて小径シャフト部２４ｂが挿通され、小径シャフト部２４ｂとの間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材（オイルシール又はダストシール）１９を備えるので、部品点数が少なく、小径シャフト部２４ｂ（界磁部２０）に曲げ力が働くことはない。また、オイルシール又はダストシール１９を備えるので、電機子部１０のシールをすることができる。
【００２６】
実施の形態２．
図５は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態２を示す部分拡大縦断面図である。図５に示すように、実施の形態２の筒型リニアモータ９２は、実施の形態１の筒型リニアモータ９１の軸受１７と摩擦部材１９の替わりに、小径シャフト部２４ｂとの間に、可動子（界磁部２０）の重量以上で、且つ、可動子の重量の３倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受１７ａを用いている。
【００２７】
可動子（界磁部２０）に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の１〜３倍程度の静摩擦力を、小径シャフト部２４ｂとの間に発生させるようにする。実施の形態２の筒型リニアモータ９２の滑り軸受１７ａ以外の部分は、実施の形態１の筒型リニアモータ９１と異なるところはない。
【００２８】
実施の形態２の筒型リニアモータ９２によれば、水平設置以外の傾斜設置又は鉛直設置状態において、往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  電機子部（固定子）
１１  フレーム
１２  ヨーク
１３ｕ  Ｕ相コイル
１３ｖ  Ｖ相コイル
１３ｗ  Ｗ相コイル
１４  リング状絶縁板
１５  ボビン
１６  軸受ホルダ
１７  軸受
１７ａ  滑り軸受
１９  摩擦部材（オイルシール、ダストシール）
２０  界磁部（可動子）
２１  パイプ
２２  永久磁石
２３  スペーサ
２４  段付シャフト
２４ａ  大径部
２４ｂ  小径シャフト部
９１、９２  筒型リニアモータ
【図１】
2013065180.tif 000003
【図２】
2013065180.tif 000004
【図３】
2013065180.tif 000005
【図４】
2013065180.tif 000006
【図５】
2013065180.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月10日(2012.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、
を備え、
前記摩擦部材は、前記界磁部の重量以上で、且つ、重量の３倍以下の静摩擦力を発生させることを特徴とする筒型リニアモータ。
【請求項２】
筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、
を備え、
前記摩擦部材は、前記界磁部の重量と該界磁部に接続された負荷の重量の和以上で、且つ、前記和の３倍以下の静摩擦力を発生させることを特徴とする筒型リニアモータ。
【請求項３】
筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
を備える筒型リニアモータにおいて、
前記軸受は、前記小径シャフト部との間に、前記界磁部の重量以上で、且つ、界磁部の重量の３倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受であることを特徴とする筒型リニアモータ。
【請求項４】
筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
を備える筒型リニアモータにおいて、
前記軸受は、前記小径シャフト部との間に、前記界磁部の重量と該界磁部に接続された負荷の重量の和以上で、且つ、前記和の３倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受であることを特徴とする筒型リニアモータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒型リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
筒型リニアモータは、磁性体製の筒状のヨーク内に、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のリング状のコイルを軸方向に複数組配列した固定子としての電機子部と、前記電機子部内に挿通されるシャフトに、複数の永久磁石を、磁性体製の板状のスペーサを介してＮ極同士、Ｓ極同士を対向させて軸方向に配列した可動子としての界磁部と、前記電機子部の両端部に設けられ前記シャフトを軸方向に直動自在に支持するリニアブッシュ又はボールブッシュ等の軸受部と、を備えている。
【０００３】
上記の筒型リニアモータは、加速動作中に電源が切れたとき、制御がきかず暴走したとき、又は、制御指令を間違えたときに、界磁部が軸受部に衝突し、電機子部又は界磁部が破損する危険性がある。また、筒型リニアモータを縦置きで用いる場合、電源が切られると、界磁部が自重により落下して軸受部に衝突する。この衝突を繰り返すと、摩擦破壊、疲労破壊が発生し、筒型リニアモータの破損につながる。
【０００４】
従来、リニアモータを用いて溶融した樹脂の射出動作を行う射出成形機において、金型と、この金型の空隙に連通する中空部を有し、該中空部に受け入れた樹脂原料を加熱して溶融させる加熱手段を備えたバレルと、前記中空部に挿入され、軸方向に進退駆動されるスクリュウと、このスクリュウの後端部に連結された出力軸を有し、溶融した樹脂が前記中空部から金型の空隙に向けて射出されるように前記出力軸を軸方向に動かすリニアモータの可動部と、このリニアモータの可動部を支持し案内するためのリニアガイドを有するマウント部と、ストロークリミット時に前記リニアモータの可動部が衝突しようとする前後のマウント部の夫々２箇所の部位に取り付けられ、前記リニアモータの可動部の衝突により生じる衝撃力を吸収して低減させるスプリング又はウレタンクッションから成る緩衝部材と、を備えた射出成形機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、固定部と可動部からなるリニアモータであって、固定部は、継鉄を兼ねるケース、ケースの上下内壁面に軸方向に並べて取付けられた複数個の突極型の鉄心及びこの鉄心の夫々に巻装された巻線からなり、可動部は、継鉄とその両側に取付けられた複数の永久磁石及び可動部の軸方向の移動を外部に伝達する出力軸からなり、出力軸はケースに設けられた貫通孔を貫通して外部に引き出され、ケースの軸方向の端面の２箇所には、可動部がぶつかったときの運動エネルギーを吸収するゴムのような弾性体からなる２つの緩衝部材が配置されているリニアモータが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、転動部材を介して可動子を搖動自在に支持する固定子と、該固定子の左右両内側面と前記可動子の左右両外側面との間に配設され、該可動子の搖動軌道を制御するガイド部材を具備して成るリニアモータの構成において、前記固定子の一方の内面側に接触するガイド部材は、可動子および固定子に接触する部分の回転半径が共に等しく形成され、他方のガイド部材は、前記可動子および固定子に接触する部分の回転半径が、それぞれ異なるように形成され、可動子が固定子に対して移動すると、すべり摩擦により摩擦制動力を発生させるリニアモータの制動機構が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３５５８６８号公報
【特許文献２】特開平０７−２３２６４２号公報（第３、４頁、図１）
【特許文献３】特開昭６２−１９３５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に開示された従来の技術によれば、２つの緩衝部材が出力軸の上下又は左右の２箇所に配置されている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動部が２つの緩衝部材のいずれかに先に衝突すると、可動部及び出力軸に曲げ力が作用し、出力軸を支持する軸受に偏荷重がかかる、という問題がある。また、可動部は、緩衝部材に衝突した位置でしか停止することができない、という問題がある。
【０００９】
また、特許文献３に開示された従来の技術によれば、摩擦制動力を発生させるために、一方と他方の２種類のガイド部材を用いている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動子の他方の側にのみ摩擦制動力が作用するので、可動子に曲げ力が作用し、偏荷重がかかる、という問題がある。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に可動子に曲げ力が作用することのない筒型リニアモータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、を備え、前記摩擦部材は、前記界磁部の重量以上で、且つ、重量の３倍以下の静摩擦力を発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる筒型リニアモータは、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に界磁部（可動子）に曲げ力が作用することがない、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態１を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部拡大図である。
【図３】図３は、実施の形態１の筒型リニアモータを鉛直に設置したとき、可動子重量（自由落下荷重）が０ｋｇｆ〜０．２０ｋｇｆの範囲において、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１の筒型リニアモータを鉛直に設置し、可動子重量を０．０５ｋｇｆ（０．４９Ｎ）とし静摩擦力を０Ｎから２Ｎまで変化させたときの、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態２を示す部分拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる筒型リニアモータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態１を示す縦断面図であり、図２は、図１のＡ部拡大図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、実施の形態１の筒型リニアモータ９１は、固定子となる筒型の電機子部１０と、電機子部１０内に電機子部１０と同軸に挿通、配置され、可動子となる、中間部が大径の段付シャフト状に形成された界磁部２０と、を有している。
【００１７】
電機子部１０は、アルミニウムや樹脂等の非磁性体製の筒状のフレーム１１と、フレーム１１に内嵌された磁性体金属製の筒状のヨーク１２と、ヨーク１２内に軸方向に配列された複数のリング状のＵ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、Ｗ相コイル１３ｗと、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ間を絶縁するリング状絶縁板１４と、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗが巻装された筒状のボビン１５（リング状絶縁板１４とボビン１５は、樹脂により一体に形成するとよい。）と、フレーム１１の両端部に固定された軸受ホルダ１６と、軸受ホルダ１６に保持されたリニアブッシュやボールブッシュ等の軸受１７と、を備えている。
【００１８】
界磁部２０は、磁束を透過させるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）やアルミニウム等の非磁性材料製のパイプ２１と、パイプ２１内に軸方向に配列された複数の厚板状又は柱状の永久磁石２２と、隣り合う永久磁石２２間に挿入された磁性体金属製のスペーサ２３と、を備えている。永久磁石２２は、スペーサ２３を挟んでＮ極同士、Ｓ極同士が対向するように配置されている。
【００１９】
パイプ２１の両端部には、段付シャフト２４の大径部２４ａが内嵌され、段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、パイプ（大径中間部）２１から軸方向両側に延びている。可動子としての界磁部２０は、パイプ２１の両端部に段付シャフト２４の大径部２４ａが嵌合されて、全体として、中央部が太い段付シャフト状に形成されている。段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、電機子部１０の両端部の軸受１７に軸方向に直進動自在に支持されている。
【００２０】
筒型リニアモータ９１は、電機子部（固定子）１０に設けられた磁気センサ（ホール素子）により、界磁部（可動子）２０の磁極の位置を検出し、又は、リニアエンコーダにより界磁部２０の移動位置を検出し、この検出位置情報に基づいて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗへの通電を切りかえ、界磁部２０を電機子部１０に沿って軸方向に直線駆動する。
【００２１】
軸受ホルダ１６の外端部には、小径シャフト部２４ｂが挿通される摩擦部材としてのオイルシール又はダストシール１９が保持されている。オイルシール又はダストシール１９は、オイル又はダストをシールすると共に、小径シャフト部２４ｂに静摩擦力を作用させる。筒状リニアモータ９１が鉛直に設置される場合、界磁部２０は、重力により落下しようとするが、オイルシール又はダストシール１９の静摩擦力によって保持され、自由落下による破損を防ぐことができる。
【００２２】
図３は、実施の形態１の筒型リニアモータを鉛直に設置したとき、可動子（界磁部２０）重量（自由落下荷重）が０ｋｇｆ〜０．２０ｋｇｆの範囲において、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図３に示すように、可動子重量が０ｋｇｆのときは、摩擦部材（オイルシール又はダストシール）１９の静摩擦力が１Ｎのときより２Ｎのときの方が、必要実効推力が大きくなる。しかし、可動子重量が０．１４ｋｇｆを越えると、静摩擦力が１Ｎのときより２Ｎのときの方が、必要実効推力が小さくなる。これは、自由落下荷重を静摩擦力によって支えることによりロスが低減できるためである。
【００２３】
図４は、実施の形態１の筒型リニアモータ９１を鉛直に設置し、可動子重量を０．０５ｋｇｆ（０．４９Ｎ）とし静摩擦力を０Ｎから２Ｎまで変化させたときの、可動子（界磁部２０）を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図４に示すように、摩擦部材１９の静摩擦力が０．９Ｎ付近のとき必要実効推力が最小となり、高効率となる。
【００２４】
図４に示すグラフから明らかなように、可動子重量の１〜３倍（０．４９Ｎ〜１．４７Ｎ）程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させることにより、筒型リニアモータ９１の往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。筒型リニアモータ９１を鉛直でなく傾斜させて設置したときも上記と同様の効果を奏する。また、可動子（界磁部２０）に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の１〜３倍程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させるようにする。
【００２５】
実施の形態１の筒型リニアモータ９１は、軸受ホルダ１６に保持されて小径シャフト部２４ｂが挿通され、小径シャフト部２４ｂとの間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材（オイルシール又はダストシール）１９を備えるので、部品点数が少なく、小径シャフト部２４ｂ（界磁部２０）に曲げ力が働くことはない。また、オイルシール又はダストシール１９を備えるので、電機子部１０のシールをすることができる。
【００２６】
実施の形態２．
図５は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態２を示す部分拡大縦断面図である。図５に示すように、実施の形態２の筒型リニアモータ９２は、実施の形態１の筒型リニアモータ９１の軸受１７と摩擦部材１９の替わりに、小径シャフト部２４ｂとの間に、可動子（界磁部２０）の重量以上で、且つ、可動子の重量の３倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受１７ａを用いている。
【００２７】
可動子（界磁部２０）に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の１〜３倍程度の静摩擦力を、小径シャフト部２４ｂとの間に発生させるようにする。実施の形態２の筒型リニアモータ９２の滑り軸受１７ａ以外の部分は、実施の形態１の筒型リニアモータ９１と異なるところはない。
【００２８】
実施の形態２の筒型リニアモータ９２によれば、水平設置以外の傾斜設置又は鉛直設置状態において、往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  電機子部（固定子）
１１  フレーム
１２  ヨーク
１３ｕ  Ｕ相コイル
１３ｖ  Ｖ相コイル
１３ｗ  Ｗ相コイル
１４  リング状絶縁板
１５  ボビン
１６  軸受ホルダ
１７  軸受
１７ａ  滑り軸受
１９  摩擦部材（オイルシール、ダストシール）
２０  界磁部（可動子）
２１  パイプ
２２  永久磁石
２３  スペーサ
２４  段付シャフト
２４ａ  大径部
２４ｂ  小径シャフト部
９１、９２  筒型リニアモータ
【国際調査報告】
2013065180.tif 000008
2013065180.tif 000009