(57)【要約】【課題】  簡単な構造で直動方向の摩擦抵抗を低減することができる回転／直動軸受けを備えたアクチュエータを提供する。【解決手段】  可動子コア４１を固定したシャフト４２の両側が、それぞれの回転用軸受け４３によって回転自在に支承される。可動子コア４１の外周には、永久磁石４４、コイル４５及び固定子コア４６が固定的に配置される。両側の回転用軸受け４３の外側に配置されたそれぞれの板バネ４７は、（ｂ）図に示すように「８」の字状に形成されてレシプロモータの両側面に配置される。回転用軸受け４３が板バネ４７の内側に取り付けられた構成により、可動子コア４１が取り付けられたシャフト４２は、両側面の板バネ４７の撓みによってリニア方向へ直動できると同時に、回転用軸受け４３によって自在に回転できる。【選択図】      図５
2006220196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転運動と直進運動を行うシャフトを支承する回転／直動軸受けを備えたアクチュエータであって、
前記回転／直動軸受けは、
回転運動を行う前記シャフトを支承する回転用軸受けと、直進運動を行う前記シャフトを支承する所定の弾性力を有する板バネとによって構成されている
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、
前記回転／直動軸受けは、
前記リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承する前記回転用軸受けと、前記回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、
前記回転／直動軸受けは、
前記リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承する前記回転用軸受けと、前記回転用軸受けのそれぞれの内側に固着された前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記回転用軸受けは、前記シャフトの両側において、それぞれ複数個で該シャフトを支承していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、
前記回転／直動軸受けは、
前記リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承するそれぞれ２個の前記回転用軸受けと、２個の前記回転用軸受けの間に挟まれて固着されたそれぞれの前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記アクチュエータは回転運動と直進運動を行う回転／直進アクチュエータであって、
前記回転／直動軸受けは、
前記回転／直進アクチュエータの回転運動と直進運動を外部に伝達する前記シャフトを両側で支承する前記回転用軸受けと、前記回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された前記板バネとによって構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記回転／直進アクチュエータは、回転運動を行う回転モータ部と直進運動を行うリニアモータ部とによって構成され、
前記回転用軸受けは、前記回転モータ部とリニアモータ部の両外側に突出された前記シャフトを支承し、
前記板バネは、前記回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている
ことを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記回転／直進アクチュエータは、回転運動を行う回転モータ部と直進運動を行うリニアモータ部とによって構成され、
前記回転用軸受けは、リニアモータ部の両外側に突出された前記シャフトを支承し、
前記板バネは、前記回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている
ことを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動と直進運動を行うシャフトを支承する回転／直動軸受けを備えたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、チップマウンタなどのような電子部品を実装する部品実装機には、回転運動の機能と直進運動の機能を備えたアクチュエータ（以下、回転／直進アクチュエータという）が好んで用いられている。このような回転／直進アクチュエータを用いた部品実装機は、部品の実装を行うタクトを向上させるために、ヘッド部に複数のノズルを搭載して並列的にマウンティング処理ができるようになっている。ヘッド部の構造は、直進軸（Ｚ軸）においては、回転モータとボールネジを用いたり、エアーシリンダを用いるなどして独立した制御ができるようになっている。一方、回転軸（θ軸）はタイミングベルトによる一括駆動となっているので、回転駆動の時間的なロスがかなり大きい。また、タイミングベルトを用いた駆動であるために構造的にも複雑になっている。そこで、回転軸の時間的なロスをなくしてタクトを向上させると共に機構を簡素化するための回転／直進アクチュエータが本発明者らによって提案されている。
【０００３】
また、部品実装機においては、電子部品を実装する以外に、ＩＣパッケージの製造や端子部のボンディングなどを行うことができる機能を備えた部品実装機も知られている。このような部品実装機はヘッドに荷重制御を取り入れることで実現されており、ヘッドを駆動する直進軸（Ｚ軸）アクチュエータにおいては加圧力を制御するための荷重制御が必要である。このような荷重制御を行う用途に使用されるＺ軸モジュールは、ヘッドを上下動させるための回転モータとボールネジの構成に対して、さらに荷重を検出するためのロードセルが付加された構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、特許文献１に開示されたＺ軸駆動のアクチュエータは、Ｚ軸の構造が複雑になったり高価なロードセルを必要とするなどの問題がある。そこで、図１２に示すレシプロモータの駆動系の構成図のように、位置・速度を制御するための検出素子である位置センサ６１を搭載したレシプロモータ（可動鉄心直動型モータ）６２を使用して、従来のような回転モータとボールネジとロードセルとで行っていた位置決め及び荷重制御を１台のリニアアクチュエータで行う方法が本発明者らによって提案されている。この技術によれば、サーボドライバ６３が、位置センサ６１からのエンコーダ信号をフィードバックしてレシプロモータ６２のモータパワーを制御することにより、シャフト６４の位置決め及び荷重制御を行うことができる。
【特許文献１】特開２００２−３３３３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の部品実装機においては、チップの小型化に伴って高精度なリニアリティの荷重制御が必要とされてきていると共に、制御可能な荷重の分解能も小さくする必要がある。特に、荷重の分解能においては、アクチュエータに用いられている直動軸受け（例えば、ボールブッシュやボールスプラインなどの直動軸受け）が発生する摩擦の大きさや摩擦の変動が問題となるような微小な制御が要求され始めてきている。そこで、これらの問題を解決するためには次のような対策をとる必要がある。すなわち、（１）荷重を検出するためのロードセルを付加する。（２）摩擦が発生しないエアーベアリングを採用する。などの方法がある。しかし（１）のロードセルの付加や、（２）のエアーベアリングの採用においては、高精度化や高分解能化は達成できるものの、機構的に複雑になると共にアクチュエータが高価なものになってしまう。なお、回転軸においては、チップの位置決めのみの機能を満足すればよいので摩擦抵抗については特に問題とはならない。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で直動方向の摩擦抵抗を低減することができる回転／直動軸受けを備えたアクチュエータ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】
【０００７】
本発明は、前記の目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係るアクチュエータは、回転運動と直進運動を行うシャフトを支承する回転／直動軸受けを備えたアクチュエータであって、回転／直動軸受けは、回転運動を行うシャフトを支承する回転用軸受けと、直進運動を行う前記シャフトを支承する所定の弾性力を有する板バネとによって構成されている。
【０００８】
かかる構成によれば、弾性力のある板バネによって直動方向の摩擦がほとんどない回転／直動軸受けが構成されているので、高精度かつ高分解能な荷重制御を行うアクチュエータを実現することが可能となる。
【０００９】
請求項２に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、回転／直動軸受けは、リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承する回転用軸受けと、回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された板バネとによって構成されている。
【００１０】
かかる構成によれば、回転用軸受けが板バネの内側に取り付けられているので、可動部である可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。
【００１１】
請求項３に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、回転／直動軸受けは、リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承する回転用軸受けと、回転用軸受けのそれぞれの内側に固着された板バネとによって構成されている。
【００１２】
かかる構成によれば、回転用軸受けが板バネの外側に取り付けられているので、可動部である可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。
【００１３】
請求項４に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、回転用軸受けは、シャフトの両側において、それぞれ複数個でシャフトを支承する構成を採っている。
【００１４】
かかる構成によれば、可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ複数個（例えば、２個）用いることによって、軸受けの内部隙間のガタをなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。
【００１５】
請求項５に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは直進運動を行うリニアアクチュエータであって、回転／直動軸受けは、リニアアクチュエータの直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承するそれぞれ２個の回転用軸受けと、２個の回転用軸受けの間に挟まれて固着されたそれぞれの板バネとによって構成されている。
【００１６】
かかる構成によれば、可動子コアが取り付けられたシャフトは、両側面の板バネの撓みによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ２個用いることによって、軸受けの内部隙間のガタをなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。
【００１７】
請求項６に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、アクチュエータは回転運動と直進運動を行う回転／直進アクチュエータであって、回転／直動軸受けは、回転／直進アクチュエータの回転運動と直進運動を外部に伝達するシャフトを両側で支承する回転用軸受けと、回転用軸受けのそれぞれの外側に固着された板バネとによって構成されている。
【００１８】
このような回転／直進アクチュエータによれば、リニアモータ部の作用によって直進動作を行うことができると共に、回転モータ部の作用によって回転動作を行うこともできる。また、このような回転／直進アクチュエータの回転／直動軸受けによって、シャフトは、リニアモータ可動子と両側面の板バネの撓みとによりリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって回転モータ可動子に固定されたシャフトを自在に回転させることができる。
【００１９】
請求項７に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、回転／直進アクチュエータは、回転運動を行う回転モータ部と直進運動を行うリニアモータ部とによって構成され、回転用軸受けは回転モータ部とリニアモータ部の両外側に突出されたシャフトを支承し、板バネは回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている。
【００２０】
このような回転／直進アクチュエータによれば、直進動作と回転動作を並行して行うことがでる。このとき、シャフトは、リニアモータ可動子と両側面の板バネの撓みとによりリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって回転モータ可動子に固定されたシャフトを自在に回転させることができる。
【００２１】
請求項８に係るアクチュエータは、前記発明の構成に加えて、回転／直進アクチュエータは、回転運動を行う回転モータ部と直進運動を行うリニアモータ部とによって構成され、回転用軸受けは、リニアモータ部の両外側に突出されたシャフトを支承し、板バネは回転用軸受けのそれぞれの外部に固着されている。
【００２２】
かかる構成によれば、シャフトは、リニアモータ可動子と両側面の板バネの撓みとによってリニア方向へ直動することができると同時に、回転用軸受けによって回転モータ可動子に固定されたシャフトを自在に回転させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のアクチュエータによれば、直動方向の摩擦がほとんどない回転／直動軸受けが構成されているので、高精度かつ高分解能な荷重制御を行うことが可能となる。また、本発明のアクチュエータは回転／直動軸受けが取り付けられているのみであるので、従来のエアーベアリングやロードセルを使用したアクチュエータに比べて構造が簡単になると共に低価格化を実現することができる。さらに、転がり軸受けのような接触部がないため、板バネの疲労限設計を行うことで無限に近い寿命が得られる。特に、転がり軸受けで問題となるような微小ストロークの移動時に大きな効果が得られる。さらに、定期的にグリスを補給する必要がなくなるのでメンテナンスの手間が省ける。また、垂直軸で使用する場合においてもグリス漏れの恐れがないので、半導体部品の搬送などのようなクリーンな用途に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明におけるアクチュエータの実施の形態について詳細に説明する。まず、本発明による回転／直動軸受けを備えたアクチュエータについて説明する前に、理解を容易にするために、直動方向の摩擦抵抗を低減することができる板バネを備えたリニアアクチュエータについて詳細に説明する。板バネはレシプロモータ（つまり、リニアアクチュエータ）のギャップ方向に対しては剛性が高いため、固定部と可動部間を一定のギャップで保持することができる。その結果、直動方向に対しては板バネによる薄板の変形で一定ストロークを移動させることが可能な軸受けとなる。なお、板バネによって固定部と可動部の間に働く力はバネ力のみであって摩擦力は発生しない。したがって、この軸受けを回転／直動軸受けの直動用に用いることによって、リニア方向の荷重制御に適したアクチュエータを構成することができる。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す正面図である。また、図２は、図１のリニアアクチュエータを右側面から見た縦断面図である。さらに、図３は、図１のリニアリニアアクチュエータを示す一部破断の斜視図である。また、図４は、図２のリニアアクチュエータにおいてコイルに電流が流れていないときの磁束の状態を示す説明図である。したがって、図１〜図４を参照しながら本発明に係る板バネを備えたリニアアクチュエータについて説明する。
【００２６】
図１〜図３に示すように、この実施の形態のリニアアクチュエータ１１は、ヨーク（固定子）１２と、このヨーク１２の内側に往復動可能に設けられた可動子１３と、ヨーク１２に固定された第１の一対の永久磁石（永久磁石）１４，１５と、ヨーク１２に固定された第２の一対の永久磁石（永久磁石）１６，１７と、ヨーク１２に固定された二つのコイル１８、１９とを備えている。また、図３に示すように、自らが弾性変形することにより可動子１３をヨーク１２に対して往復動可能に支持すると共に可動子を非駆動状態にて往復動方向の基準位置に至らせるための２枚の板バネ（復帰手段）３を備えている。
【００２７】
図１に示すように、ヨーク１２は、その中心位置に貫通穴２１が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴２１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし、互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部２２を有している。二カ所の円筒面部２２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。
【００２８】
また、ヨーク１２は、その中心位置に貫通穴２１が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴２１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部２２と、各円筒面部２２のそれぞれの両端縁部から円筒面部２２同士を結ぶ方向に沿って外側に延出する平面部２３と、各平面部２３のそれぞれの円筒面部２２に対し反対側の端縁部から平面部２３と直交して外側に延出する平面部２４と、円筒面部２２同士を結ぶ方向に延在して各平面部２４の対応するもの同士をそれぞれ連結させる平面状の内面部２５とを有している。ここで、二カ所の円筒面部２２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。なお、このヨーク１２は、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成し、この基部材を貫通穴２１の貫通方向に複数、位置を合わせながら積層しつつ接合させた積層鋼板からなっている。
【００２９】
図３に示すように、可動子１３は、先端に雄ネジ部１３ａが形成された円柱状をなし、軸方向に往復移動するシャフト１３ｂと、シャフト１３ｂを内側に挿嵌されてシャフト１３ｂの軸方向の途中位置に固定された可動磁極としての鉄部材３０とを備えている。
【００３０】
また、図２に示すように、永久磁石１４，１５は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同長同幅の同じ材料の、例えばフェライト磁石からなるもので、永久磁石１４は、永久磁石１５に比較して内径側の円弧の半径が小さく、すなわち厚みが厚く形成されている。永久磁石１４，１５は、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部２２に接合固定されており、永久磁石１４と鉄部材３０とが形成するギャップ（隙間）は、永久磁石１５と鉄部材３０とが形成するギャップよりも小さく形成されている。ここで、これらの永久磁石１４，１５は、軸線方向に直交する方向に磁極を持たせたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。また、貫通穴２１の貫通方向における一方の永久磁石１４は、Ｎ極が外径側にＳ極が内径側に配置されており、他側の永久磁石１５は、Ｎ極が内径側にＳ極が外径側に配置されている。
【００３１】
図２に示すように、永久磁石１６，１７は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同長同幅の同じ材料の、例えばフェライト磁石からなるものであり、永久磁石１６は、永久磁石１７に比較して内径側の円弧の半径が小さく、すなわち厚みが厚く形成されている。永久磁石１６，１７は、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部２２に接合固定されており、永久磁石１６と鉄部材３０とが形成するギャップ（隙間）は、永久磁石１７と鉄部材３０とが形成するギャップよりも小さく形成されている。ここで、これら永久磁石１６，１７は、軸線方向に直交する方向に磁極を持たせたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。また、貫通穴２１の貫通方向における一方の永久磁石１６は、Ｓ極が外径側にＮ極が内径側に配置されており、他側の永久磁石１７は、Ｓ極が内径側にＮ極が外径側に配置されている。
【００３２】
以上により、第１の一対の永久磁石１４，１５および第２の一対の永久磁石１６，１７は、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石同士で内径側すなわち可動子１３側の磁極を逆にしている。すなわち、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石１４および永久磁石１６は互いに内径側の磁極を逆にしており、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石１５および永久磁石１７も互いに内径側の磁極を逆にしている。
【００３３】
図３に示すように、コイル１８は、ヨーク１２に内側に突き出すように形成された円筒面部２２を取り囲むように巻き胴３２が取り付けられ、この巻き胴３２に導線が多重に巻き付けられて構成されている。コイル１９は、ヨーク１２を挟んで円筒面部２２と相対する位置に形成された上記円筒面部２２と対応する円筒面部２２に同じく巻き胴３２が取り付けられ、この巻き胴３２に導線が多重に巻き付けられて構成されている。
【００３４】
また、図３に示すように、２枚の板バネ３は可動子１３の軸方向に離間し、ヨーク１２を間に挟んで配置されている。これらの２枚の板バネ３は同じ形状をなし、均一な厚さの金属板を打ち抜き加工され、可動子１３の軸方向から見ると「８」の字状に形成されている。「８」の字状の中央の線が交差する部分に相当する箇所には、可動子１３の先端または後端を支持する貫通孔３ａ（図３に図示）がそれぞれ形成されている。また、「８」の字状のマルの内側に相当する箇所には、上述のコイル１８またはコイル１９を内側に通すことが十分に可能な大きさの貫通孔３ｂ，３ｃがそれぞれ形成されている。さらに、「８」の字状の最上部および最下部に相当する箇所には、板バネ３をヨーク１２に固定するための小孔３ｄが形成されている。
【００３５】
各板バネ３は、共にコイル１８の軸方向の途中位置にて可動子１３を支持している。より詳細に説明すると、図３に示すように、可動子１３の先端を支持する一方の板バネ３は、貫通孔３ａに可動子１３の先端側を通して固定されると共に、小孔３ｄに通される図示しないネジ、および小孔３ｅに通される図示しないネジによって可動子１３の中心からコイル１８またはコイル１９よりも遠い位置にてヨーク１２に固定されている。また、可動子１３の後端を支持する他方の板バネ３は、貫通孔３ａに可動子１３の後端側を通して固定されると共に、小孔３ｄ，３ｅに通された上記ネジによって可動子の中心からコイル１８またはコイル１９よりも遠い位置にてヨーク１２に固定されている。
【００３６】
一方の板バネ３は、貫通孔３ｂから可動子１３の先端側にコイル１８を突き出させると共に、貫通孔３ｃから可動子１３の先端側にコイル１９を突き出させ、他方の板バネ３は、貫通孔３ｂから可動子１３の後端側にコイル１８を突き出させると共に、貫通孔３ｃから同じく可動子１３の後端側にコイル１９を突き出させている。可動子１３の軸方向に沿う２枚の板バネ３の間隔は、同方向に沿うコイル１８またはコイル１９の寸法よりも狭くなっており、貫通孔３ｂ，３ｃは、コイル１９との干渉を避けるための「逃げ」としての役割を果たしている。
【００３７】
各板バネ３は、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子１を可動子１３の先端側および後端側の２箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子１を可動子１３の軸方向に往復動可能に支持している。なお、各板バネ３は、可動子１が往復動する際の変形量が、繰り返し弾性変形を強いられることによって疲労し、ついには破壊に至ってしまう可能性のある変形量よりも小さくなるように、可動子１３を支持する貫通孔３ａから小孔３ｄまたは３ｅまでの距離（直線距離ではなく、板バネ自体の長さ）を可能な限り長くしたり、板厚を薄くしたりといった事前の調整がなされている。ただし、その外形は可動子１３の軸方向からリニアアクチュエータ全体を見た場合にヨーク１２の外形からはみ出さない程度の大きさとなっている。
【００３８】
上記のような構造のリニアアクチュエータ１１は、双方のコイル１８、１９に電流を流していない状態では、図４の曲線ａに示すように、ヨーク１２、永久磁石１６、鉄部材３０を経てヨークコイル１２をこの順に結ぶループで磁束が形成されると共に、曲線ｂに示すように、ヨーク１２、鉄部材３０、永久磁石１４を経て結ぶループで磁束が形成される。そして、これらの曲線ａ、ｂからなるループによって、ヨーク１２、永久磁石１６、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１４およびヨーク１２を経る磁束φ１と、永久磁石１５、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１７を経てヨーク１２をこの順に結ぶ大ループの磁束φが形成される。
【００３９】
かかる大ループの磁束φは、リニアアクチュエータ１１の往復動方向に関して非対称であり、可動子１３には基準位置にて図４の矢印方向に推力Ｐが発生するが、復帰手段である２枚の板バネ３に基準位置にて矢印の逆方向の推力Ｐが作用するような変形を予め与えて、可動子１３がリニアアクチュエータ１１の中央からオフセットさせた状態で基準位置にて停止させられている。
【００４０】
次に、上記構成のリニアアクチュエータ１１の作用について説明する。可動子１３は非駆動状態にて、永久磁石１６から永久磁石１４に起磁力が発生し基準位置にて図４の矢印方向に推力Ｐが発生している。この推力Ｐは、復帰手段である２枚の板バネ３に基準位置にて矢印の逆方向に推力Ｐと等しい抗力が予め与えられることによって、可動子１３がリニアアクチュエータ１１の中央からオフセットした状態で基準位置に停止させられている。
【００４１】
まず、双方のコイル１８、１９に直流電流を流すことで磁束がＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク１２の外周部、円筒面部２２、永久磁石１６、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１４、ヨーク１２の外周部の順に循環する二つの対称なループがそれぞれ形成される。また、同時に第１の永久磁石１５と第２の永久磁石１７間においても、磁束が、ヨーク１２の外周部、円筒面部２２、永久磁石１７、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１５、ヨーク１２の外周部の順に循環する二つの対称なループがそれぞれ形成される。
【００４２】
したがって、永久磁石１６と永久磁石１４の間においては永久磁石１６から永久磁石１４に向かう方向に、永久磁石１７と永久磁石１５の間においては永久磁石１５から永久磁石１７に向かう方向に磁束が発生し、永久磁石１６と永久磁石１４の間において鉄部材３０内の磁束が密になり、逆に永久磁石１７と永久磁石１５の間においては永久磁石１５、１７による起磁力が打ち消され、起磁力が小さくなる。その結果、可動子１３には正方向（図４の左側）に向かう推力Ｆが作用し、可動子１３はその力に押されて同方向に移動する。
【００４３】
上記のリニアアクチュエータ１１によれば、可動子１３の往復動全範囲を片電源にて駆動させることができる。その結果、一方向の電流で駆動できるストロークを約２倍にすることができる。また、電流の大きさを調整することによって位置決め動作が可能となり、さらに、電流を切ることによって可動子が基準位置に自動復帰する。
【００４４】
また、変位に対して推力をオフセットし、可動子の基準位置における推力をゼロとすると共にリニアアクチュエータ１１の可動子１３の変位に略比例した推力を得ることができる。その結果、リニアアクチュエータ１１の中央に可動子１３がある場合（すなわち、従来のリニアアクチュエータにおける変位ゼロの場合）であっても推力が得られる。さらに、このリニアアクチュエータ１１において、永久磁石１５及び永久磁石１７と鉄部材３０とで形成されるギャップよりも永久磁石１４及び永久磁石１６で形成されるギャップが広く形成されているので、可動子１３に対する付勢力を必要に応じて弱めるように調節することができる。
【００４５】
また、永久磁石１５及び永久磁石１７は、永久磁石１４及び永久磁石１６に比較して厚さが薄く形成されているので、永久磁石の薄型化により製造コストを削減することができる。さらに、推力等に関しては、欠落させていないものと同等の性能を確保することができる。また、永久磁石１５、１７を薄く形成することによって、永久磁石の使用量を減らし、製造コストを削減することができる。
【００４６】
以上を要約すると、図３に示すような、軸受けに板バネ３を用いたリニアアクチュエータ１１の構造にすれば、板バネ３はリニアアクチュエータ１１のギャップ方向に対しては剛性が高いため、固定部と可動部間を一定のギャップで保持することができる。その結果、直動方向に対しては板バネ３による薄板の変形で一定ストローク移動させることが可能な直動軸受けとなる。なお、板バネ３によって固定部と可動部の間に働く力はバネ力のみであって摩擦力は発生しない。したがって、この軸受けを回転／直動軸受けの直動用に用いることによって、リニア方向の荷重制御に適した回転／直進アクチュエータを構成することができる。
【００４７】
以下、図面を参照しながら、板バネを用いたリニアアクチュエータの具体的な実施例の幾つかについてレシプロモータを例に挙げて説明する。つまり、以下の各実施例では、回転用軸受けと板バネを用いた回転／直動軸受けを組み込んだレシプロモータの構成について説明する。
【００４８】
《実施例１》
図５は、本発明の実施例１に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。図５に示す実施例１では、シャフト４２の両側を支承するそれぞれの回転用軸受け４３が各板バネ４７の内側に取り付けられた構成の回転／直動軸受けを組み込んだレシプロモータを示している。すなわち、このレシプロモータは、可動部である可動子コア４１を固定したシャフト４２の両側が、それぞれの回転用軸受け４３によって回転自在に支承されている。また、可動子コア４１の外周には、永久磁石４４、コイル４５及び固定子コア４６が固定的に配置されている。
【００４９】
さらに、両側の回転用軸受け４３の外側に配置されたそれぞれの板バネ４７は、同図（ｂ）に示すように、「８」の字状に形成されてレシプロモータの両側面に配置されている。両側面の板バネ４７の端部は、それぞれ、片側２箇所でモータフレーム４８に固定され、それぞれの板バネ４７の中心部は回転用軸受け４３を固定する外輪固定用ホルダ４９と板バネホルダ５０に挟まれて固定されている。なお、可動子コア４１が取り付けられたシャフト４２は両側の回転用軸受け４３の内輪に固定されている。
【００５０】
このように回転用軸受け４３が板バネ４７の内側に取り付けられた構成によって、可動部である可動子コア４１が取り付けられたシャフト４２は、両側面の板バネ４７の撓みによってリニア方向（図の左右方向）へ直動することができると同時に、回転用軸受け４３によって自在に回転することができる。
【００５１】
《実施例２》
図６は、本発明の実施例２に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。図６に示す実施例２では、両側の回転用軸受け４３が各板バネ４７の外側に取り付けられた構成の回転／直動軸受けを組み込んだレシプロモータを示している。このように、回転用軸受け４３が板バネ４７の外側に取り付けられていても、可動部である可動子コア４１が取り付けられたシャフト４２は、両側面の板バネ４７の撓みによってリニア方向（図の左右方向）へ直動することができると同時に、回転用軸受け４３によって自在に回転することができる。
【００５２】
《実施例３》
図７は、本発明の実施例３に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。図７に示す実施例３のレシプロモータは、回転用軸受けを片側に２個使用した構造をしている。すなわち、両側に配置された回転用軸受け４３ａ，４３ｂは、それぞれ、板バネ４７の内側に取り付けられている。このような構成でも、可動子コア４１が取り付けられたシャフト４２は、両側面の板バネ４７の撓みによってリニア方向（図の左右方向）へ直動することができると同時に、回転用軸受け４３ａ，４３ｂによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ２個用いることによって、軸受けの内部隙間の影響（つまり、ガタ）をなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。
【００５３】
なお、特に図示しないが、実施例３の変形として、両側に配置された回転用軸受け４３ａ，４３ｂは、それぞれ、板バネ４７の外側に取り付けることもできる。このような構成によっても実施例３と同様な効果が得られる。
【００５４】
《実施例４》
図８は、本発明の実施例４に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。図８に示す実施例４のレシプロモータは、回転用軸受けを片側に２個使用した構造をしているが、図７の実施例３と異なるところは、２個の回転用軸受けで板バネを挟んでいるところである。すなわち、両側に配置された回転用軸受け４３ａ，４３ｂは、それぞれ、板バネ４７を挟むようにして取り付けられている。このような構成でも、可動子コア４１が取り付けられたシャフト４２は、両側面の板バネ４７の撓みによってリニア方向（図の左右方向）へ直動することができると同時に、回転用軸受け４３ａ，４３ｂによって自在に回転することができる。また、両側の回転用軸受けをそれぞれ２個用いることによって、軸受けの内部隙間の影響（つまり、ガタ）をなくすことができるために高精度な回転を得ることができる。
【００５５】
《実施例５》
図９は、本発明の実施例５に適用される回転／直進アクチュエータの構成図である。図９に示す実施例５では、回転／直動軸受けを用いた回転／直進（θ−ｚ）アクチュエータの構造を示している。すなわち、リニアモータ部５１のリニアモータ可動子５１ａと回転モータ部５２の回転モータ可動子５２ａが１つのシャフト４２に固定されていて、リニアモータ部５１と回転モータ部５２の両端で回転用軸受け４３がシャフト４２を支承している。さらに、それぞれの回転用軸受け４３の外側に、それぞれ、板バネ４７が固定されている。このような回転／直進アクチュエータによれば、リニアモータ部５１の作用によって直進動作を行うことができると共に、回転モータ部５２の作用によって回転動作を行うこともできる。
【００５６】
また、このような回転／直進アクチュエータの回転／直動軸受けによって、シャフト４２は、リニアモータ可動子５１ａと両側面の板バネ４７の撓みとによりリニア方向（図の左右方向）へ直動することができると同時に、回転用軸受け４３によって回転モータ可動子５２ａに固定されたシャフト４２を自在に回転させることができる。
【００５７】
図１１は、図９に示す回転モータ部５２の構成図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。すなわち、回転モータ部５２は、ステータコア５３にコイル５４が取り付けられて固定子が形成され、シャフト４２に取り付けれたロータコア５５及び永久磁石５６によって回転子が形成されている。
【００５８】
《実施例６》
図１０は、本発明の実施例６に適用される回転／直進アクチュエータの構成図である。図１０に示す実施例６の回転／直進アクチュエータの構成が、図９に示す実施例５の回転／直進アクチュエータの構成と異なるところは、回転モータ部５２を一方の回転用軸受け４３及び板バネ４７からなる回転／直動軸受けの外側に取り付けたところである。このような構成でも、シャフト４２は、リニアモータ可動子５１ａと両側面の板バネ４７の撓みとによってリニア方向（図の左右方向）へ直動することができると同時に、回転用軸受け４３によって回転モータ可動子５２ａに固定されたシャフト４２を自在に回転させることができる。なお、回転モータ部５２の構成は図１１と同じである。
【００５９】
上記の実施例１から実施例４においては、リニアアクチュエータとしてレシプロモータを用いているが、ボイスコイルモータ、可動鉄心型リニアアクチュエータ、あるいは多相リニアモータなどを用いても同様の効果が得られる。また、実施例５及び実施例６の回転モータにおいても、上記の各実施例では永久磁石式モータを用いたが、ステッピングモータなどを用いても同様に効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のアクチュエータによれば、直動方向の摩擦抵抗を低減できる回転／直動軸受けを簡単な構造によって実現しているので、回転機能と直進機能を備えた回転／直進アクチュエータに容易に適用することができる。したがって、半導体搬送装置などに用いられる回転／直進アクチュエータとして有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す正面図である。
【図２】図１のリニアアクチュエータを右側面から見た縦断面図である。
【図３】図１のリニアアクチュエータを示す一部破断の斜視図である。
【図４】図２のリニアアクチュエータにおいてコイルに電流が流れていないときの磁束の状態を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例１に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】本発明の実施例２に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】本発明の実施例３に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】本発明の実施例４に適用されるレシプロモータの構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。
【図９】本発明の実施例５に適用される回転／直動アクチュエータの構成図である。
【図１０】本発明の実施例６に適用される回転／直進アクチュエータの構成図である。
【図１１】図９に示す回転モータ部５２の構成図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。
【図１２】レシプロモータの駆動系の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
３      板バネ（復帰手段）
１１    リニアアクチュエータ
１２    ヨーク（固定子）
１３    可動子
１４、１５  第１の永久磁石（永久磁石）
１６、１７  第２の永久磁石（永久磁石）
１８、１９  コイル
３０    鉄片（鉄部材）
４１    可動子コア
４２    シャフト
４３、４３ａ、４３ｂ  回転用軸受け
４４    永久磁石
４５    コイル
４６    固定子コア
４７    板バネ
４８    モータフレーム
４９    外輪固定用ホルダ
５０    板バネホルダ
５１    リニアモータ部
５１ａ  リニアモータ可動子
５２    回転モータ部
５２ａ  回転モータ可動子
５３    ステータコア
５４    コイル
５５    ロータコア
５６    永久磁石
【図１】
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【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】
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【図８】
2006220196.tif 000010
【図９】
2006220196.tif 000011
【図１０】
2006220196.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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