(57)【要約】【課題】  冷却媒体による強制冷却が行え、また複数本設けられる冷却管に寸法バラツキが生じていたり、振動や熱伸縮が生じても、各冷却管の端部における密封が確実に行えるリニアモータを提供する。【解決手段】  Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材２と、この軸部材２の周囲を囲む複数のコイル６を軸方向に並べたコイルユニット３とを備える。コイルユニット３は、前記複数のコイル６を収容した筒状のコイルケース７と、このコイルケース７の両端に設けられたキャップ８，９と、前記コイルケース７の外周部に設けられてそれぞれ冷却媒体を流す互いに独立した複数の冷却管１７とを有する。各冷却管１７は、キャップ８，９に設けられた冷却管嵌合孔２４，２５に両端を嵌合させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを前記軸方向に並べてなり前記軸部材が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニットとを備え、
前記コイルユニットは、前記複数のコイルを収容した筒状のコイルケースと、このコイルケースの両端に設けられたキャップと、前記コイルケースの外周部に設けられてそれぞれ冷却媒体を流す互いに独立した複数の冷却管とを有し、前記各冷却管は、前記両キャップに設けられた冷却管嵌合孔に両端を嵌合させたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記冷却管嵌合孔の内周面と前記冷却管の外周面との間に、環状の弾性体からなるシール部材を介在させた請求項１記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記シール部材がＯリングである請求項２記載のリニアモータ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えたリニアモータ搭載工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアモータおよびそれを搭載したプレス機械等の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニアモータとして、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを軸方向に並べたコイルユニットとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、図９に示す回転型モータのステータ６３のように、コイル６６として、長手方向に巻線を行い、円周方向に複数のコイル片が配列するモータにおいては、円筒状のコイルケース６７を二重構造として、その嵌合面に螺旋状の冷却流路６８を設け、冷却水で強制冷却するものがある。
【特許文献１】特開平１０−３１３５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示のリニアモータは、ＯＡ機器等において、回転型のモータおよびボールねじの組み合わせに代えて用いる用途等のものであるが、プレス機械等の直動運動を行う工作機械においても、リニアモータを用いると、構成が簡素で制御性にも優れたものとなる。
しかし、プレス機械等にリニアモータを用いる場合、大きな推力を得ることが必要であり、そのためコイルの発熱が大きくなる。特に、前記複数のコイルを筒状のコイルケース内に収容する場合、コイルユニットを堅固に構成でき、工作機械用として好適なものとなるが、熱がコイルユニット内にこもり、コイルユニットの温度上昇が大きくなる。コイルユニットの大きな温度上昇は、永久磁石の減磁作用によってリニアモータの効率低下に影響し、作業者の安全性にも影響する。また、コイルユニットの大きな温度上昇は、工作機械に用いる場合、リニアモータからフレームに熱が伝わることによる加工精度の悪化、例えばパンチプレスではパンチとダイの芯ずれが生じる。そのため、コイルの発生する熱を効率良く放射することが必要となる。
【０００５】
図９の例のような螺旋状の冷却流路６８を設けると、冷却効率の面で有利となる。しかし、複数のコイルを軸方向に並べたコイルユニットでは、円筒状のコイルケースに、各コイルのコイル巻線を外部に導くための結線用開口部を、複数のコイルに跨がって形成することがある。
このように複数のコイルに跨がる結線用開口部を設ける場合、図９の例のような螺旋状の冷却流路６８は、結線用開口部で途切れるために、コイルケース６７に設けることができない。そのため、結線用開口部があっても効率の良い冷却を行える冷却構造が望まれる。コイルケースを二重として全周が一つの中空空間となるジャケット形式の冷却路を考えたが、結線用開口部周辺のシールが煩雑となり、ジャケット内部に冷却流路を形成するための仕切り部が必要となる。
【０００６】
そこで、図１０に示すように、コイルケース７７の周方向の複数箇所に、軸方向に延びる冷却流路８７を一体に形成したものを試みた。冷却流路８７の両端は、コイルケース７７の両端に取付けられたキャップ７８，７９の集合路９０，９１に連通させる。コイルケース７７の両端は、キャップ７８，７９に突き合わせ、その突き合わせ面にゴム板等のシール板９２を介在させて冷却流路８７の漏れ防止を行う。
【０００７】
しかし、突き合わせ面にシール板９２を介在させた密封形式となるため、円周方向に並ぶ各冷却流路８７の長さの寸法バラツキが合った場合、あるいは振動や熱伸縮が生じた場合に、密封が不完全となり、冷却流路８７内の冷却媒体が漏れる恐れがある。そのため、製造上、厳しい寸法精度が要求され、また振動環境下での使用を避けるなど、リニアモータの使用形態が制限され、プレス機械等への適用が難しいものとなる。
【０００８】
この発明の目的は、冷却媒体による強制冷却が行え、また複数本設けられる冷却管に寸法バラツキが生じていたり、振動や熱伸縮が生じても、各冷却管の端部における密封が確実に行えるリニアモータを提供することである。
この発明の他の目的は、冷却管の端部の密封をより確実とすることである。
この発明のさらに他の目的は、部品点数が少なく簡素な構造とすることができ、かつモータにおける発熱が少なくて、加工精度に優れ、また冷却管の端部での冷却媒体の漏れの恐れのないリニアモータ搭載工作機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のリニアモータは、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを前記軸方向に並べてなり前記軸部材が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニットとを備え、前記コイルユニットは、前記複数のコイルを収容した筒状のコイルケースと、このコイルケースの両端に設けられたキャップと、前記コイルケースの外周部に設けられてそれぞれ冷却媒体を流す互いに独立した複数の冷却管とを有し、前記各冷却管は、前記両キャップに設けられた冷却管嵌合孔に両端を嵌合させたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、コイルケースの外周部に、互いに独立した複数の冷却管を設けたため、効率の良い冷却が行える。すなわち、複数の冷却流路を互いに独立して設けたため、ジャケット式の冷却路等と異なり、結線用開口部周辺のシールが要らず、ジャケット内部に仕切り部を設けることなく、各部に冷却水等の冷却媒体を偏りなく均一に流すことができる。このため、工作機械やその他の大出力が必要なリニアモータに適用した場合でも、必要な冷却効率を確保することができる。
また、各冷却管は、コイルケースの両端のキャップに設けられた冷却管嵌合孔に両端を嵌合させたため、周面でシールされることになり、突き合わせ面でシールを行うものと異なり、各冷却管に寸法ばらつきがあっても、その寸法ばらつきの影響を受けることなく、確実なシールが行える。
【００１１】
この発明において、前記冷却管嵌合孔の内周面と前記冷却管の外周面との間に、環状の弾性体からなるシール部材を介在させても良い。前記環状のシール部材としては、チューブ状のものや、Ｏリングを用いることができる。
冷却管嵌合孔の内周面と冷却管の外周面との間は、圧入嵌合とすることや、接着剤等によりシールすることによっても可能であるが、弾性体からなるシール部材を介在させると、より一層確実なシールが行える。環状のシール部材としてＯリングを用いる場合は、入手の容易なシール用部品であるＯリングを用いて、安価に確実なシールが達成できる。
【００１２】
この発明のリニアモータ搭載工作機械は、この発明の上記いずれかの構成のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えたものである。この明細書で言う「工作機械」とは、旋盤等の切削加工を行う機械に限らず、物を加工する機械一般を示す広義の工作機械であり、パンチプレスやその他のプレス機械を含む意味である。
この構成によると、進退動作する可動部をリニアモータで駆動させるため、回転型のモータを用いるものと異なり、回転を直線運動に変換する機構が不要であり、部品点数が少なく簡素な構造とできる。また、この発明のリニアモータを用いることで、モータにおける発熱が少なくて加工精度に優れたものとなる。しかも、振動や熱伸縮等が作用しても、冷却管の端部での冷却媒体の漏れの恐れのないものとできる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のリニアモータは、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを前記軸方向に並べてなり前記軸部材が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニットとを備え、前記コイルユニットは、前記複数のコイルを収容した筒状のコイルケースと、このコイルケースの両端に設けられたキャップと、前記コイルケースの外周部に設けられてそれぞれ冷却媒体を流す互いに独立した複数の冷却管とを有し、前記各冷却管は、前記両キャップに設けられた冷却管嵌合孔に両端を嵌合させたものであるため、冷却媒体による強制冷却が行え、そのため、工作機械やその他の大出力が必要なリニアモータに適用した場合でも、必要な冷却効率を確保することができる。また複数本設けられる冷却管に寸法バラツキが生じていたり、振動や熱伸縮が生じても、各冷却管の端部における密封が確実に行える。
【００１４】
前記冷却管嵌合孔の内周面と前記冷却管の外周面との間に、環状の弾性体からなるシール部材を介在させた場合、冷却管の端部におけるシールがより一層確実に行える。前記シール部材がＯリングである場合は、この確実なシールが、容易に入手可能な部品であるＯリングで安価に行える。
【００１５】
この発明のリニアモータ搭載工作機械は、この発明のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えたものであるため、部品点数が少なく簡素な構造とでき、かつモータにおける発熱が少なくて加工精度に優れ、モータの組立性にも優れたものとなる。しかも、振動や熱伸縮等が作用しても、冷却管の端部での冷却媒体の漏れの恐れのないものとできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図１ないし図７と共に説明する。このリニアモータ１は、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材２と、この軸部材２の周囲を囲み、軸部材２が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニット３とを備える。コイルユニット３はステータとなり、軸部材２が移動体となる。なお軸部材２をステータとしても良い。
【００１７】
軸部材２は丸棒状の永久磁石からなる軸部材本体２ａの両端に、スライダー４，５を取付けたものである。
【００１８】
コイルユニット３は、軸部材２の周囲を囲む複数の円筒状のコイル６を軸方向に並べて構成される。これら複数のコイル６は、共通の円筒状のコイルケース７内に収容し、コイルケース７の両端にキャップ８，９を取付けてコイルユニット３とする。
【００１９】
各コイル６の間にはリング状の放熱板１１を介在させる。放熱板１１は、コイル６の並びの両端にも配置する。これら放熱板１１は、コイルケース７の内周面に接触させる。各コイル６は、互いに共通の円筒状のコイルボビン１０の外周にある。コイル６は、このようにコイルボビン１０が挿入された状態でコイルケース７に軸方向に挿入する。複数のコイル６は、コイルケース７内で放熱板１１と共にモールドされ一体化される。
複数のコイル６を接続する配線１４（図２，図３参照）は、コイルケース７に設けられた結線用開口１５から外部に取り出される。結線用開口１５は、複数のコイル６間に跨がって軸方向に延びる長孔状とされている。
【００２０】
図１に示すように、コイルケース７の両端に取付けたキャップ８，９の内周には、軸部材２の両端に取付けたスライダー４，５に摺動自在に嵌合させる滑り軸受として、円筒状のブッシュ１２が設けられる。キャップ８，９は内周面が段付き円筒状とされ、スライダー４，５は外周面が段付きの軸状とされ、前記ブッシュ１２は、キャップ８，９の大径側内周面に設けられている。また、キャップ８，９にはスライダー４，５の段部に当ってスライダー４，５を止めるストッパ１３が設けられている。前記ブッシュ１２により、軸部材２とコイルユニット３との相対移動を許す微小な隙間が保持される。すなわち、コイル６のコイルボビン１０の内周面と軸部材２の外周面との間、および軸部材２の両端に取付けたスライダー４，５の小径部４ａ，５ａの外周面とキャップ８，９の小径側内周面８ａ，９ａとの間に、軸方向移動のための微小な隙間が保持される。
なお、軸部材２とコイルユニット３との間の隙間の保持手段は、必ずしもリニアモータに備えていなくても良く、このリニアモータを使用する機器に前記隙間の保持手段を設けても良い。
【００２１】
コイルケース７の外周には強制冷却部１６が設けられている。強制冷却部１６は、それぞれ軸方向に延びる複数本の冷却管１７を、円周方向に等間隔で配置して構成される。冷却管１７のコイルケース円周方向の位置は、結線用開口部１５を外した位置とされる。これら冷却管１７により、コイルケース７の外周部で互いに独立した複数の冷却流路１７ａが構成される。冷却管１７は、水，その他の冷却液等の冷却媒体を流す管である。
【００２２】
各冷却管１７は、コイルケース７に一体に設けられた冷却管保持部１８（図３，図６）により保持される。冷却管保持部１８は、冷却管１７を両側から抱き込む二叉状の突片からなり、コイルケース７の全長に渡って軸方向に延びている。冷却管１７は、冷却管保持部１８に対して軸方向に挿入することによって保持される。なお、コイルケース７は、アルミニウムの押し出し成形品等からなる。
【００２３】
各冷却管１７の両端は、コイルケース７の両端のキャップ８，９内に設けられた環状の集合路２０，２１にそれぞれ連通する。各集合路２０，２１は、各キャップ８，９をキャップ本体８Ａ，９Ａとリング部材８Ｂ，９Ｂとに分割することで、環状溝２０ａ，２１ａにより形成している。すなわち、各キャップ本体８Ａ，９Ａのコイル側端の内周に環状の内径拡径部８Ａａ，９Ａａを形成し、この内径拡径部８Ａａ，９Ａａの内周面に前記環状溝２０ａ，２１ａを形成し、内径拡径部８Ａａ，９Ａａにリング部材８Ｂ，９Ｂを嵌合させることで、前記環状溝２０ａ，２１ａとリング部材８Ｂ，９Ｂの外周面との間に断面矩形状の閉鎖断面の集合路２０，２１を形成している。リング部材８Ｂ，９Ｂは、外周にコイルケース７の端部が嵌合し、内周にコイルボビン１０の端部が嵌合するものとされている。
【００２４】
キャップ本体８Ａ，９Ａの内径拡径部８Ａａ，９Ａａの内周面とリング部材８Ｂ，９Ｂの嵌合面には、集合路２０，２１の軸方向の両側で、環状溝を形成してＯリング等からなるシール部材２２，２３を介在させ、集合路２０，２１の密封を行っている。
【００２５】
各キャップ８，９には、各冷却管１７の両端を嵌合させるそれぞれ複数の冷却管嵌合孔２４，２５が、キャップ端面から集合路２０，２１に貫通して形成されている。冷却管嵌合孔２４，２５の内周面と、これに嵌合した冷却管１７の外周面との間には、環状の弾性体からなるシール部材２６，２７を介在させる。これらシール部材２６，２７はＯリングからなり、上記冷却管嵌合孔２４，２５の内周面に形成された環状溝２８，２９内に保持される。
【００２６】
なお、冷却管嵌合孔２４，２５の集合路２０，２１を含めた深さは、冷却管１７のキャップ８，９への最大挿入代よりも深く形成することが必要である。ここで言う最大の挿入代は、加工誤差や組立誤差、および熱伸縮等の変動要因を含めた挿入代を言う。この実施形態では、冷却管１７のキャップ８，９への挿入代は、加工や組立誤差、熱伸縮等の勘案しても、冷却管１７が集合路２０，２１内に突出しない範囲とされている。
【００２７】
両側のキャップ８，９に設けた集合路２０，２１は、それぞれ周方向の１箇所で、図５に拡大して示すように、継手２９を介して外部配管３０に接続される。外部配管３０は、冷却液等の冷却媒体を循環させるポンプ等を有する冷却媒体供給装置（図示せず）に接続されている。両側の集合路２０，２１のうち、いずれか片方が冷却媒体の供給側、もう片方が排出側とされる。
【００２８】
この構成のリニアモータによると、コイルケース７の外周部において、互いに独立した複数の冷却流路１７ａを、結線用開口部１５を外した位置に設けたため、結線用開口部１５があっても、効率の良い冷却が行える。すなわち、複数の冷却流路１７ａを互いに独立して設けたため、ジャケット式の冷却路等と異なり、結線用開口部１５の周辺のシールが要らず、ジャケット内部に仕切り部を設けることなく冷却媒体を偏りなく均一に流すことができる。そのため、工作機械やその他の大出力が必要なリニアモータに適用した場合でも、必要な冷却効率を確保することができる。各冷却流路１７ａは、コイルユニット３の軸方向に沿った冷却管１７からなるため、簡素な構成となる。
【００２９】
また、各冷却管１７は、コイルケース１の両端のキャップ８，９に設けられた冷却管嵌合孔２４，２５に両端を嵌合させたため、周面でシールされることになり、突き合わせ面でシールを行うものと異なり、各冷却管１７に寸法ばらつきがあっても、その寸法ばらつきの影響を受けることなく、確実なシールが行える。
また、個々の冷却管１７のシールを、Ｏリング等の環状の弾性体からなるシール部材２６，２７の介在によって行うようにしたため、より一層確実なシールが行える。
【００３０】
図８は、リニアモータを駆動源として用いた工作機械の一例であるプレス機械を示す。このプレス機械は、フレーム４１の下部に工具支持体４２，４３と、ワーク送り機構４４とを設置し、フレーム４１の上部にプレス駆動源として、リニアモータ１を用いたプレス機構４５を設置したものである。
【００３１】
工具支持体４２，４３は、同心に設置された上下のタレットからなり、上下の工具支持体４２，４３には円周方向の複数箇所に、それぞれパンチ金型，ダイ金型である工具が搭載される。これらパンチ金型，ダイ金型は、工具支持体４２，４３の回転によって所定のパンチ位置Ｐに割り出される。ワーク送り機構４４は、板材のワークＷの縁部をワークホルダ４７で把持し、ワークＷをテーブル４８上で前後左右に移動させるものである。
【００３２】
プレス機構４５は、工具支持体４２のパンチ位置Ｐに割り出されたパンチ金型を昇降させるラム４９を、ラムガイド５０により昇降自在に支持し、ラム４９をリニアモータ１によって昇降駆動させるものである。リニアモータ１には、例えば図１〜図７と共に前述した実施形態のものが用いられる。リニアモータ１は、そのコイルユニット３がフレーム４１に固定され、軸部材２が可動部であるラム４９に結合される。
【００３３】
この構成のプレス機械によると、プレス駆動源としてリニアモータ１を用いるため、回転型のモータを用いるものに比べて、回転をラム４９の直線運動に変換する機構が不要であり、プレス機構４５の部品点数が少なく構成が簡素となる。また、プレス駆動源として油圧シリンダを用いるものと比べて、油圧ユニットが不要で、構成が簡単になる。しかもリニアモータ１は、位置精度に優れており、加工品質，精度の良い加工が可能となる。
【００３４】
なお、この発明のリニアモータは、プレス機械に限らず、工具またはワークを移動させる可動部を備えた工作機械一般において、前記可動部の駆動に用いることができる。さらに、工作機械に限らず、種々の機器の駆動源として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施形態に係るリニアモータの縦断面図である。
【図２】同リニアモータにおけるコイルユニットの分解斜視図である。
【図３】同コイルユニットの横断面図である。
【図４】図１のIV部の拡大断面図である。
【図５】同コイルユニットの継手接続部分の拡大断面図である。
【図６】同コイルユニットのコイルケースと冷却管の関係を示す部分斜視図である。
【図７】同コイルユニットのキャップと冷却管の関係を示す分解斜視図である。
【図８】この発明の一実施形態に係るリニアモータを用いた工作機械であるプレス機械の側面図である。
【図９】従来のリニアモータのコイルユニットの部分省略断面図である。
【図１０】（Ａ）は他の実施形態にかかるリニアモータのコイルユニットを示す縦断面図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…リニアモータ
２…軸部材
３…コイルユニット
４，５…スライダー
６…コイル
７…コイルケース
８，９キャップ
８Ａ，９Ａ…キャップ本体
８Ｂ，９Ｂ…リング部材
１０…コイルボビン
１５…結線用開口
１６…強制冷却部
１７…冷却管
１７ａ…冷却流路
１８…冷却管保持部
２０，２１…集合路
２４，２５…冷却管嵌合孔
２８，２９…環状溝
４１…フレーム
４５…プレス機構
４９…ラム（可動部）
Ｗ…ワーク
【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】
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【図９】
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【図１０】
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