(57)【要約】【課題】案内レールなどの精度が高く高価な部品を使用する必要がなく、組み立てに要する部品点数を少なくして安価にすることができ、簡便に使用することができて組み立てが容易な円筒型リニアモータおよびそのボールスプラインを提供する。【解決手段】中空内部に複数個の中空コイル１２が固定された外筒１１と、中空コイル１２の内側に配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネット１３が固定されたシャフト１４とからなり、複数個の中空コイル１２を選択的に励磁することによって外筒１１がシャフト１４に沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、外筒１１の両端部にシャフト１４を支持する軸受１５，１６を配置し、かつ両軸受の少なくとも一方にボールスプライン１５を用いている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空内部に複数個の中空コイルが固定された外筒と、該中空コイルの内側に配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが固定されたシャフトとからなり、前記複数個の中空コイルを選択的に励磁することによって前記外筒が前記シャフトに沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、
前記外筒の両端部に前記シャフトを支持する軸受を配置し、かつ両軸受の少なくとも一方がボールスプラインであることを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項２】
前記ボールスプラインが循環式のボールスプラインであることを特徴とする請求項１記載の円筒型リニアモータ。
【請求項３】
前記ボールスプラインでない方の軸受が前記シャフトを軸方向に移動可能に支持する軸受であることを特徴とする請求項１または２記載の円筒型リニアモータ。
【請求項４】
前記シャフトの全長または１部を中空部に形成し、該中空部に円柱形状のマグネットを前記中空コイル群の全長より短い長さになるように複数個埋設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の円筒型リニアモータ。
【請求項５】
前記円柱状マグネットのスラスト方向の長さより短い円柱状磁性体を前記円柱状マグネット間に挟み込む構造とし、前記円柱状マグネットの長さと前記円柱状磁性体の長さを足した長さが、前記リニアモータの磁極ピッチと同一になるようにしたことを特徴とする請求項４記載の円筒型リニアモータ。
【請求項６】
前記円柱状マグネットの着磁磁極が同極で向き合うようにしたことを特徴とする請求項５記載の円筒型リニアモータ。
【請求項７】
前記外筒の軸方向の長さは、リニアモータの１磁極ピッチ分より長くしたことを特徴とする請求項６記載の円筒型リニアモータ。
【請求項８】
前記外筒の内周の一部分に溝を設け、この溝を利用して前記中空コイルのリード端子処理をしたことを特徴とする請求項１記載の円筒型リニアモータ。
【請求項９】
前記外筒に被移動体を取り付け、かつ被移動体を支持する支持部材を前記被移動体に取付けかつ前記支持部材は前記外筒の移動に追従可能な構成となっていることを特徴とする請求項１記載の円筒型リニアモータ。
【請求項１０】
外筒の内部に固定された複数個の中空コイルと、この中空コイルのさらに内側に配置され、その内部に複数個のマグネットが固定されたシャフトからなり、前記複数個の中空コイルを選択的に励磁することによって前記シャフトを軸方向に移動する円筒型リニアモータの前記外筒の一方の端部に配置され、該シャフトを支持するために用いられることを特徴とするボールスプライン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外筒の内部に固定された複数個の中空コイルと、この中空コイルのさらに内側に配置され、その内部に複数個のマグネットが固定されたシャフトとからなり、前記複数個の中空コイルを選択的に励磁することによって前記シャフトを軸方向に移動する円筒型リニアモータに関するものであり、特に、小型で移動量が大きく、簡便に使用できる円筒型リニアモータの構造およびそのボールスプラインに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外筒の内部に固定された複数個の中空コイルと、この中空コイルのさらに内側に配置され、その内部に複数個のマグネットが固定されたシャフトとからなり、前記複数個の中空コイルを選択的に励磁することによって前記シャフトを軸方向に移動する円筒型リニアモータは、油圧シリンダやエアシリンダでは必要な、動力源となる油圧装置や空圧装置が不要であり、電源を備えるのみで油圧シリンダやエアシリンダと同様に軸方向に移動させることができるので、他に油圧シリンダやエアシリンダを使用しないために油圧装置や空圧装置を有していない小型の装置には好適に使用することができる。
【０００３】
しかしながら、従来技術の円筒型リニアモータは、中空コイルが固定された外筒の内部に、マグネットが固定されたシャフトが挿通されているのみの構造であって、外筒の中空コイルとシャフトとの間にはかなり大きな隙間があり、外筒とシャフトとは完全に分離できる構造をしているので、これを移動装置として使用するときには、別途、案内レールを必要とする不都合があった。
図３は従来技術の円筒型リニアモータの１例を断面図として示している。
図において、３０は従来の円筒型リニアモータ、３１は中空コイル、３２は外筒、３３はマグネット、３４はシャフトである。
外筒３２は中空内部を有する円筒であり、その中空内部に複数個の中空コイル３１が固定されている。この中空コイル３１の中空内側を中空コイル３１と隙間を保ってシャフト３４が貫通しており、さらにそのシャフト３４の内部に複数個の円柱状マグネット３３が固定された構造となっている。
複数個の中空コイル３１を選択的に励磁することによって外筒３２がシャフト３４に沿って軸方向に移動するようになる。
このように、円筒型リニアモータ３０においては中空コイル３１が固定された外筒３２の内部に、マグネット３３が固定されたシャフト３４が挿通されているのみの構造であって、外筒３２の中空コイル３１とシャフト３４との間に保たれる隙間はかなり大きなものとなり、また外筒３２とシャフト３４とは完全に分離できる構造をしているものであった。
【０００４】
このため、被移動体を移動させるための移動装置として使用するときには、別途、案内レールを２本必要とした。
図４は、図３の円筒型リニアモータを被移動体を移動させる移動装置として用いた１例を示す斜視図である。
図４において、３２は外筒、３４はシャフト、３５は支持部材、３６は被移動体、３７は案内レールである。
図から判るように、外筒３２をシャフト３４に外嵌し、このシャフト３４を１対の支持部材３５で支持して、外筒３２に被移動体３６を固定する。被移動体３６は、シャフト３４に平行に配置された２本の案内レール３７の間に支持され、その場合、案内レール３７の高さは、シャフト３４が外筒３２の内部の中空コイル３１（図３）と周方向に等しい隙間を保つような位置に決められる。
このように外筒３２を移動させることで被移動体３６も移動する場合 、外筒３２で被移動体３６を移動させる必要があるため、案内レール３７などの精度が高く高価な部品を使用する必要があり、部品点数も多くなって高価となり、外筒３２とシャフト３４を平行にかつ高い精度で組み立てなければならなかった。
【０００５】
また、単に押圧して固定するために、外筒３２を固定してシャフト３４を軸方向に移動する場合でも、シャフト３４を案内する案内装置が必要になり、油圧シリンダやエアシリンダのように簡便に使用することができなかった。
【０００６】
さらに、円筒型リニアモータ３０の出力を大きくするためには外筒３２の中空コイル３１とシャフト３４のマグネット３３との隙間を小さくすることが望ましいにもかかわらず、被移動体３６の移動によって外筒３２の中空コイル３１とシャフト３４が接触させないために、中空コイル３１とシャフト３４との隙間を小さくすることがでなかった。
【特許文献１】特開平５−１５１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解消して、案内レールなどの精度が高く高価な部品を使用する必要がなく、組み立てに要する部品点数を少なくして安価にすることができると共に、油圧シリンダやエアシリンダのように簡便に使用することができて容易に組み立てられることができ、かつ、外筒の中空コイルとシャフトのマグネットとの隙間を小さくすることができる円筒型リニアモータおよびそのボールスプラインを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、円筒型リニアモータに係り、中空内部に複数個の中空コイルが固定された外筒と、該中空コイルの内側に配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが固定されたシャフトとからなり、前記複数個の中空コイルを選択的に励磁することによって前記外筒が前記シャフトに沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、前記外筒の両端部に前記シャフトを支持する軸受を配置し、かつ両軸受の少なくとも一方がボールスプラインであることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、前記ボールスプラインが循環式のボールスプラインであることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の円筒型リニアモータにおいて、前記ボールスプラインでない方の軸受が前記シャフトを軸方向に移動可能に支持する軸受であることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の円筒型リニアモータにおいて、前記シャフトの全長または１部を中空部に形成し、該中空部に円柱形状のマグネットを前記中空コイル群の全長より短い長さになるように複数個埋設したことを特徴としている。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の円筒型リニアモータにおいて、前記円柱状マグネットのスラスト方向の長さより短い円柱状磁性体を前記円柱状マグネット間に挟み込む構造とし、前記円柱状マグネットの長さと前記円柱状磁性体の長さを足した長さが、前記リニアモータの磁極ピッチと同一になるようにしたことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の円筒型リニアモータにおいて、前記円柱状マグネットの着磁磁極が同極で向き合うようにしたことを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の円筒型リニアモータにおいて、前記外筒の軸方向の長さをリニアモータの１磁極ピッチ分より長くしたことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、前記外筒の内周の一部分に溝を設け、この溝を利用して前記中空コイルのリード端子処理をしたことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、前記外筒に被移動体を取り付け、かつ被移動体を支持する支持部材を前記被移動体に取付けかつ前記支持部材は前記外筒の移動に追従可能な構成となっていることを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、ボールスプラインに係り、外筒の内部に固定された複数個の中空コイルと、この中空コイルのさらに内側に配置され、その内部に複数個のマグネットが固定されたシャフトからなり、前記複数個の中空コイルを選択的に励磁することによって前記シャフトを軸方向に移動する円筒型リニアモータの前記外筒の一方の端部に配置され、該シャフトを支持するために用いられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の円筒型リニアモータは、上記のようにボールスプラインを用いているので、円筒型リニアモータの外筒とシャフトが一体になっており、しかもシャフトが軸受によって支持された状態で回転することなく軸方向に移動可能となるので、案内レールなどの精度が高く高価な部品を使用する必要がなく、組み立てに要する部品点数を少なくして安価にすることができると共に、油圧シリンダやエアシリンダのように簡便に使用することができて容易に組み立てられることができ、かつ、外筒の中空コイルとシャフトのマグネットとの隙間を小さくすることができる円筒型リニアモータを得ることができる。
また、円柱状磁性体を前記円柱状マグネット間に挟み込むことで、円柱状マグネットと円柱状磁性体の内面に生じる磁気ギャップエネルギを大きくすることができるため、本円筒型リニアモータの推力密度が向上する。
さらには、中空コイル群を覆うように配置した外筒の長さを中空コイル群の全長より長くすることで、モータストロークエンド部での推力変動を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に係る円筒型リニアモータを示す断面図である。
図において、１０は本発明に係る円筒型リニアモータ、１１は外筒、１２は中空コイル、１３はマグネット、１４はシャフト、１５はボールスプライン、１６は軸受である。
この円筒型リニアモータ１０は、外筒１１の内部に固定された複数個の中空コイル１２と、この中空コイル１２のさらに内側に配置され、その内部に複数個のマグネット１３が固定されたシャフト１４とからなっており、外筒１１の軸方向一端部には、シャフト１４を回転不能でかつ軸方向に移動自在に支持するボールスプライン１５が、また他端部には、シャフト１４を軸方向に移動自在にかつ回転方向にも回転自在に支持する軸受１６がそれぞれ形成されている。
【００１２】
ボールスプライン１５は、外筒１１の両端部に設けても支障はないが、シャフト１４の回り止めとしては片側にあれば充分であり、２個以上にすると溝の位置を一致させるように取付角度を調整しなければならないので、片側のみにすることが望ましい。また、ボールスプライン１５は、シャフト１４の移動ストロークを充分に大きくするために、循環式のボールスプラインを採用することが望ましい。
【００１３】
軸受１６は、すべり軸受又はころがり軸受のいずれであっても良いが、注油することなく低い摩擦抵抗で移動できるように、すべり軸受の場合には含油軸受、例えば焼結含油軸受やプラスチック軸受、例えばナイロンやポリカーボネ−ト等の低摩擦係数のプラスチック軸受とすることが望ましく、ボールブッシュなどのころがり軸受とすることが更に望ましい。
【００１４】
そして、このように構成することによって、シャフト１４がボールスプライン１５と軸受１６とによって支持されているので、外筒１１の中空コイル１２とシャフト１４のマグネット１３との隙間が変動することが生じなくなり、隙間を充分に小さくすることができると共に、円筒型リニアモータの外筒とシャフトが一体になって、油圧シリンダやエアシリンダのように簡便に使用することができて容易に組み立てられる円筒型リニアモータ１０を得ることができる。
【００１５】
このように構成された円筒型リニアモータ１０は、外筒１１の内部に配置された複数個の中空コイル１２を選択的に励磁してシャフト１４の内部に配置されたマグネット１３との電磁作用にて、シャフト１４を軸方向に移動するように構成されている。そして、シャフト１４を支持部材１７で支持することによって、外筒１１は、ボールスプライン１５と軸受１６とに案内されて、回転することなくシャフト１４に沿って軸方向に移動可能となる。
【００１６】
隣り合う円柱状マグネット１３どうしはその着磁磁極が同極で向き合うようにしている。さらに、図１に示すように、円柱状マグネット１３を２個の磁性体円柱２１でサンドイッチ状に挟み込んだ構造にすると、この磁性体円柱２１がない場合に比べて、１０〜１５％推力特性を向上できるので好ましい。
また、外筒の軸方向長さと中空コイルの軸方向長さを同じにすると、エッジ効果の影響で磁気的なリップル（推力変動）が発生するので、外筒を長くしてエッジ効果の影響を小さくすることで磁気的な推力変動を抑えることができる。
なお、前記外筒の軸方向の長さをリニアモータの１磁極ピッチ分より長くすると、より推力変動を抑えることができる。
また、外筒１１の内周の一部分に溝を設け、この溝を利用して中空コイル１２のリード端子処理をするようにすれば構造が簡潔となり、組み立ても容易となる。
【００１７】
そして、外筒１１に被移動体１８を取り付けると、そのまま被移動体１８が外筒１１と共に移動するので、従来のような案内レール３７（図４）などの精度が高く高価な部品を使用する必要がなく、組み立てに要する部品点数を少なくして安価にすることができる。
【００１８】
被移動体１８が大型で、ボールスプライン１５で回転不能に支持し、あるいは軸受１６のみで支承することが困難なときには、図２に示すように、被移動体１８の重さのみを支持する支持部材１９を設ければ足りる。このときの支持部材１９は、案内面２０の上面がシャフト１４に平行であれば足りるので、従来技術に比較すると、案内レールなどの精度が高く高価な部品を使用する必要がなく、組み立てに要する部品点数を少なくして安価にすることができる。
【００１９】
また、単に押圧して固定するために、円筒型リニアモータ１０を使用するときには、外筒１１を固定部材に固定するのみでシャフト１４を軸方向に安定して移動することができるので、シャフト１４を案内する図４のような案内装置３７は必要でなく、油圧シリンダやエアシリンダと同様に簡便に使用することがでる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る円筒型リニアモータを示す断面図である。
【図２】本発明に係る円筒型リニアモータを使用した被移動体の移動装置の１例を示す斜視図である。
【図３】従来技術の円筒型リニアモータの１例を示す断面図である。
【図４】従来技術の円筒型リニアモータを使用した被移動体の移動装置の１例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  円筒型リニアモータ
１１  外筒
１２  中空コイル
１３  マグネット
１４  シャフト
１５  ボールスプライン
１６  軸受
１７  支持部材
１８  被移動体
１９  支持部材
２０  案内面
２１  磁性体円柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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