(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石を直列に繋ぎ合わせ、繋ぎ合わせた複数の永久磁石よりも長い支持部材に固定してシャフトを構成してなるリニアモータ用の磁石部と、前記シャフトを、ギャップを介して同心状に内包しつつ前記シャフトに対してその軸方向に沿って相対的移動可能に組み合わされた筒状のリニアモータ用のコイルを備えたリニアモータにおいて、
前記コイルの軸方向の一端側に隣接した位置に、前記コイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用のセンサヘッドを配置し、該センサヘッドの相対的移動範囲を含む領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用の目盛りを備え、
前記支持部材はパイプであり、該パイプ内に前記複数の永久磁石を磁極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて直列に繋ぎ合わせて収容して前記シャフトが構成され、前記パイプの外周表面に等間隔をおいて全周にわたる前記目盛りが直接形成されていることを特徴とするスケール一体型リニアモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のスケール一体型リニアモータを備えた直動ユニット。
【請求項３】
複数の永久磁石を直列に繋ぎ合わせ、繋ぎ合わせた複数の永久磁石よりも長い支持部材に固定してシャフトを構成してなるリニアモータ用の磁石部と、前記シャフトを、ギャップを介して同心状に内包しつつ前記シャフトに対してその軸方向に沿って相対的移動可能に組み合わされた筒状のリニアモータ用のコイルと、前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の一端側の位置に配置され、前記シャフトをその中心軸を中心として回転駆動する回転用モータと、を備えたリニアモータにおいて、
前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の他端側に隣接した位置、又は前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の一端側と前記回転用モータの間の位置、もしくは前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石側とは反対側の前記回転用モータの端部に隣接した位置に、前記リニアモータ用のコイル及び前記回転モータ用のコイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドを配置し、
これらのリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドの相対的移動範囲を含む共通領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用及び回転エンコーダ用の格子状目盛りを備え、
前記支持部材はパイプであり、該パイプ内に前記複数の永久磁石を磁極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて直列に繋ぎ合わせて収容して前記シャフトが構成され、前記共通領域に対応する前記パイプの外周表面に全周にわたって前記格子状目盛りが直接形成されていることを特徴とするスケール一体型リニアモータ。
【請求項４】
請求項３に記載のスケール一体型リニアモータを備えた直動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルと永久磁石で構成されるリニアモータに関し、特に、位置制御のためのスケールを備えるスケール一体型リニアモータ及びこれを備えた直動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の円筒状の永久磁石を直列に組み合わせてなる永久磁石体から発生される磁界と、この永久磁石体を同心状に内包するように組み合わされた円筒状のコイルに流される電流との作用により、コイルを永久磁石体の中心軸方向に駆動する推力を得るコアレス型の円筒型リニアモータが知られている（特許文献１）。このリニアモータは「シャフトモータ」と呼ばれることもある。
【０００３】
この種のリニアモータは、図８に示すように、中心軸方向に着磁した複数の円筒状の永久磁石１０１を直列に繋ぎ合わせて棒状に構成し、その周囲に微小ギャップをおいて円筒状のコイル１０２をスライド可能に組み合わせて成る基本構造を持つ。複数の永久磁石１０１は、Ｎ極、Ｓ極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて組み合わされてシャフト（固定部）となる。図８では、コイル１０２は、三相リニアモータを構成するために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の少なくとも３個のコイルからなり、それぞれのコイルには電気的に１２０°の位相差を持つ電流が流されて可動子（可動部）となる。コイル１０２への通電を制御することで可動子をシャフトに沿って直線移動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１３５６６号公報
【特許文献２】特開２００２−３０７３６０号公報
【特許文献３】特開２０１５−１６５７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のリニアモータを駆動する為には、可動子の位置を検出するリニアエンコーダ、サーボアンプ等を用いてフィードバック制御を行う必要がある。そのため、リニアエンコーダそのもののコストに加えて、リニアエンコーダの取り付け部のための高精度な機械加工のコストや、高精度な取り付け部品のコストが掛かる。これは、リニアエンコーダを取り付ける部位には高精度の平面度、平行度等が求められるからである。その結果、リニアモータとその周辺部品を含めると高価な装置になることが多い。また、これらの周辺部品の為に、装置の構造に制限の出る場合が多くあった。
【０００６】
一般的に、リニアモータにおいて高精度な位置決めを行う為には、アッベの誤差を小さくしたり、駆動時の姿勢を安定させる為に、可動部に発生するモーメントを小さくしたりすることが求められる(ブライアンのアライメント原理)。これを達成する為に、リニアモータの推力発生位置と、可動部の位置を検出する為のリニアエンコーダの位置、及びワーク位置は、できるだけ近接して配置するのが望ましい。しかし、リニアエンコーダは、その形状から、リニアモータの可動部の移動中心軸とは別の中心軸を持つ軸上に配置する必要がある等の制約を受ける場合が多い(特許文献２)。
【０００７】
これらの問題を解決する為に、リニアモータのシャフト（固定子）を構成している永久磁石が発生する磁界を可動部に設置したホール素子等のセンサで読み取り、リニアエンコーダの代替えとして位置を検出するものもある。しかし、リニアモータの固定子を構成している永久磁石はリニアエンコーダを実現する目的で着磁されたものでは無いので、センサから出力される信号はリップル分が含まれたものとなる。従って、センサの出力信号から生成された位置情報は誤差を含んだものとなり、サーボアンプ等を用いた実駆動の際には、位置の再現性や絶対精度を低下させてしまう。
【０００８】
また、サーボアンプはリニアエンコーダの位置情報を基に三相の駆動電流を決定しているので、位置情報に誤差が含まれていると、駆動電流に乱れを生じさせ、リニアモータの異常発熱にもつながる。
【０００９】
特に、リニアモータのようなダイレクトドライブモータの場合、駆動電流＝駆動推力となるため、精密な推力制御が必要な装置には使用できない。
【００１０】
リニアモータの更に別の例として、円筒型リニアモータのコイル側を固定部とし、円筒型リニアモータのシャフト側をその中心軸方向に移動可能な可動部としたうえで、円筒型リニアモータのシャフトに回転モータを連結し、シャフトの直線運動と回転運動の両方を得るようにしたものがある。この場合、回転モータの重量がリニアモータの負荷として加わることになり、小型化が困難である。また、可動部から回転モータの制御信号及び給電用のケーブルが引き出されるので、ケーブルの固定方法や寿命に問題がある。
【００１１】
シャフトの直線運動と回転運動の両方を実現するリニアモータの別の構造として、回転モータとリニアモータを別軸に配置し、回転モータの回転力をギア、ベルト、プーリーなどでリニアモータのシャフトへ伝達する方法(特許文献３)もあるが、伝達機構の摩耗等で位置決め精度が低下する場合が多い。
【００１２】
以上のような理由で省スペース且つ高精度な直線運動及び回転運動を実現する装置の構成は難しかった。
【００１３】
上記のような問題点に鑑み、本発明の目的は、上述した課題のいずれかを解決するスケール一体型リニアモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、複数の永久磁石を直列に繋ぎ合わせ、繋ぎ合わせた複数の永久磁石よりも長い支持部材に固定してシャフトを構成してなるリニアモータ用の磁石部と、前記シャフトを、ギャップを介して同心状に内包しつつ前記シャフトに対してその軸方向に沿って相対的移動可能に組み合わされた筒状のリニアモータ用のコイルを備えたリニアモータにおいて、前記コイルの軸方向の一端側に隣接した位置に、前記コイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用のセンサヘッドを配置し、該センサヘッドの相対的移動範囲を含む領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用の目盛りを備えたことを特徴とするスケール一体型リニアモータが提供される。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様によるスケール一体型リニアモータを備えた直動ユニットが提供される。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、複数の永久磁石を直列に繋ぎ合わせ、繋ぎ合わせた複数の永久磁石よりも長い支持部材に固定してシャフトを構成してなるリニアモータ用の磁石部と、前記シャフトを、ギャップを介して同心状に内包しつつ前記シャフトに対してその軸方向に沿って相対的移動可能に組み合わされた筒状のリニアモータ用のコイルと、前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の一端側の位置に配置され、前記シャフトをその中心軸を中心として回転駆動する回転用モータと、を備えたリニアモータにおいて、前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の他端側に隣接した位置、又は前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石の軸方向の一端側と前記回転用モータの間の位置、もしくは前記繋ぎ合わせた複数の永久磁石側とは反対側の前記回転用モータの端部に隣接した位置に、前記リニアモータ用のコイル及び前記回転モータ用のコイルと共に前記シャフトに対して相対的移動可能にリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドを配置し、これらのリニアエンコーダ用センサヘッドと回転エンコーダ用センサヘッドの相対的移動範囲を含む共通領域に対応する前記支持部材の外周に、リニアエンコーダ用及び回転エンコーダ用の格子状目盛りを備えたことを特徴とするスケール一体型リニアモータが提供される。
【００１７】
本発明の第４の態様によれば、上記第３の態様によるスケール一体型リニアモータを備えた直動ユニットが提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、リニアモータのシャフト上にリニアスケールを形成してリニアエンコーダを構成することができるので、位置及び推力制御を高精度で行うことができ、且つアッベの誤差が少なく、省スペースで安価なスケール一体型リニアモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るスケール一体型リニアモータの第１の実施形態の主要部を３つの例について説明するための図である。
【図２】図１に示したスケール一体型リニアモータにおける三相回転モータの一例を説明するための図である。
【図３】図１に示したスケール一体型リニアモータにおける多極三相回転モータの一例を説明するための図である。
【図４】図２に示した三相回転モータにおける一般的な駆動回路を示した図である。
【図５】図１に示したスケール一体型リニアモータをユニット化して直動ユニットとした場合の一例を斜視図及び斜視断面図で示す。
【図６】図１に示したスケール一体型リニアモータをユニット化して、シャフトを中空とし、直動ユニットとした場合の一例を斜視図及び斜視断面図で示す。
【図７】本発明に係るスケール一体型リニアモータの第２の実施形態の主要部を説明するための図である。
【図８】一般的な円筒型リニアモータの基本構造について説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参照して、本発明に係るスケール一体型リニアモータの第１の実施形態について説明する。第１の実施形態によるスケール一体型リニアモータは、シャフトをその中心軸方向に駆動する三相リニアモータとして機能する直動部と、シャフトをその中心軸周りに回転させる回転モータとして機能する回転部と、シャフトの中心軸方向の位置及び回転位置を検出するための検出部と、を持つ、いわば直動回転一体型モータである。
【００２１】
図１は、第１の実施形態によるスケール一体型リニアモータの主要部、すなわち上記の直動部１００、回転部２００、検出部３００を一部破断して示した図である。第１の実施形態では、直動部１００は三相リニアモータで実現し、回転部２００は三相回転モータで実現し、検出部３００はリニアスケールとセンサによるリニアエンコーダと回転スケールとセンサによる回転エンコーダとで実現するようにしている。なお、図１では、検出部３００の設置位置が異なる３つの例（ａ），（ｂ），（ｃ）を示している。
【００２２】
図１（ａ）を参照して、直動部１００においては、円筒（あるいはリング）状の永久磁石３を複数個直列に繋ぎ合わせたものをパイプ１に収容して磁石部としてなるシャフト１０がその中心軸方向に移動可能な三相リニアモータの可動部（可動子）として作用する。永久磁石３はその中心軸方向に着磁され、Ｎ極、Ｓ極が交互になるように同じ磁極同士を対向させて繋ぎ合わされている。パイプ１は非磁性材料で作られることが望ましく、直動部１００だけでなく、回転部２００、検出部３００まで伸びる長さを持つ。永久磁石３は円柱状でも良い。シャフト１０のストロークは、永久磁石３の個数により決めることができる。複数の永久磁石３の組み付けやシャフト１０の支持構造については後述する。
【００２３】
直動部１００におけるパイプ１の周囲には、微小ギャップを介してシャフト１０を同心状に内包するようにコイル体２が組み合わされる。コイル体２は図示しないベースに固定され、三相リニアモータの固定部（固定子）として作用する。コイル体２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルを１組とする少なくとも１組のコイルを含み、ここでは２組（６個）のコイルをシャフト１０の中心軸方向に繋ぎ合わせてなる。
【００２４】
このような直動部１００を持つ三相リニアモータは、図示しない外部電源から２組のコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に１２０°の位相差を持つ駆動電流を流すと、各コイルと永久磁石３との間で中心軸方向の推力が発生してシャフト１０が中心軸方向に移動し、その推力をシャフト１０により三相リニアモータの外に取り出すことができる。このような三相リニア―モータ自体は知られているので、詳細な説明を省略する。
【００２５】
回転部２００は、円筒状又は円柱状の永久磁石５をパイプ１に収容して可動部（可動子）とし、パイプ１の周囲に、微小ギャップを介してパイプ１を同心状に内包するようにコイル４が組み合わされてなる。コイル４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルを１組とする少なくとも１組のコイルを含み、コイル４も図示しないベースに固定されて三相回転モータの固定部（固定子）として作用する。コイル４は、後述する図５（ｂ）に示されるように、シャフト１０のストローク範囲内で永久磁石５と共にシャフト１０とこれに連結された負荷を回転させるための回転駆動力を発生できる長さを持つ。
【００２６】
回転部２００の永久磁石５は半径方向に着磁され、直動部１００における永久磁石３と同心となるように配置される。永久磁石５の着磁は、図２に示すようなＮ極、Ｓ極のみの単極でも良く、図３に示すような円周方向に複数に分割した複数極（ここでは２極）でも良い。永久磁石５はまた、リング状の永久磁石を中心軸方向に複数に分割して構成したものでも良い。
【００２７】
図２、図３において、コイル４の、例えばＵ相について説明すると、Ｕ相コイルは、パイプ１（図１）の中心軸方向に延びるようにレーストラック形につくられたコイルを、微小ギャップを介してパイプ１の外周に沿って延在するように断面を鞍形に成形してなる。
【００２８】
図４は、回転部２００の三相回転モータの駆動回路の一例を示す。この駆動回路は、インバータ回路４０と、制御回路４４と、直流電源４５と、を備える。インバータ回路４０は、三相回転モータのＵ相巻線Ｕ、Ｖ相巻線Ｖ、Ｗ相巻線Ｗを励磁するためのアーム４１、４２、４３からなる。アーム４１は、図４の上下で対をなすスイッチング素子４１ａ、４１ｂで構成され、アーム４２は、図４の上下で対をなすスイッチング素子４２ａ、４２ｂで構成され、アーム４３は、図４の上下で対をなすスイッチング素子４３ａ、４３ｂで構成されている。各スイッチング素子は、トランジスタとダイオードとの並列接続で構成されている。制御回路４４は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を出力して各トランジスタのオン、オフを制御し、Ｕ相巻線Ｕ、Ｖ相巻線Ｖ、Ｗ相巻線Ｗに印加する三相交流電圧のパルス幅を変えることで三相回転モータの駆動を制御する。前述したように、Ｕ相巻線Ｕ、Ｖ相巻線Ｖ、Ｗ相巻線Ｗに印加する三相交流電圧は１２０°の位相差を持つ。このような駆動回路は三相回転モータについて説明するために基本構成の一例を示したにすぎず、実際にはインバータ回路にサーボアンプ等が組み合わされる。
【００２９】
回転部２００は、シャフト１０が直動のストローク方向に移動した際に、トルクが変化しない構造の回転モータであれば、三相回転モータに限らず、単相モータ、ＤＣモータ、パルスモータ等でも良い。この種の回転モータは、三相回転モータを含め良く知られているので、詳しい説明を省略する。
【００３０】
検出部３００は、パイプ１の外周に目盛り８を形成してリニアエンコーダ用及び回転エンコーダ用のスケールとし、目盛り８の形成領域におけるパイプ１の周囲に、微小ギャップを介してリニアエンコーダ用のリニアセンサヘッド６と回転エンコーダ用の回転センサヘッド７を配置してなる。目盛り８は、パイプ１の中心軸方向に等間隔をおいて円周方向に形成されたリニアエンコーダ用の目盛り（リニアスケール）と、パイプ１の円周方向に等間隔をおいて中心軸方向に延びるように形成された回転エンコーダ用の目盛り（回転スケール）とからなることにより、格子状となる。目盛り８は、シャフト１０のストローク範囲に対応する移動領域をカバーできる長さ範囲に形成される。シャフト１０のストローク範囲に対応する移動領域をカバーできる長さ範囲というのは、リニアセンサヘッド６と回転センサヘッド７に対向しているシャフト１０の移動範囲を含む領域であると言える。換言すれば、目盛り８の形成領域は、リニアセンサヘッド６と回転センサヘッド７のシャフト１０に対する相対的移動範囲を含む共通領域に対応するシャフト１０の外周であると言える。これは、後述する第２の実施形態でも同じである。リニアスケールのピッチ、回転スケールのピッチは、リニアセンサヘッド６、回転センサヘッド７の検出精度に対応できるように設定されることは言うまでも無い。リニアスケールとリニアセンサヘッドの組み合わせ、及び回転スケールと回転センサヘッドの組み合わせは、光学式が望ましい。
【００３１】
目盛り８は、レーザー等でパイプ１の表面に直接描画しても良いし、フィルム状のシートにあらかじめ目盛りを作成しこれをパイプ１の表面に貼り付けても良い。シートの場合、その材質は作業性を考えると非磁性体が望ましいが、この限りではない。
【００３２】
図１（ａ）は、直動部１００−回転部２００−検出部３００という配置構成、すなわち検出部３００を回転部２００に近い方のシャフト１０の一端側に配置した構成となっているが、図１（ｂ）に示すように、直動部１００と回転部２００との間に検出部３００を配置しても良い。また、図１（ｃ）に示すように、検出部３００−直動部１００−回転部２００という配置構成、すなわち検出部３００を回転部２００から遠い方のシャフト１０の他端側に配置した構成でも良い。
【００３３】
図１（ｂ）、図１（ｃ）のスケール一体型リニアモータのいずれも、図１（ａ）のスケール一体型リニアモータとは検出部３００の位置が異なるだけであり、直動部１００、回転部２００、検出部３００の構成は同じであるので、各部の構成に関する説明を省略する。
【００３４】
前述したように、三相リニアモータ用のコイル体２、三相回転モータ用のコイル４は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相巻線で構成され、スター結線あるいはデルタ結線されて図示しないインバータやサーボアンプ等を経由して駆動用電源に接続される。コイル体２、コイル４は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の組み合わせ１組を最小単位とし、必要な推力もしくはトルクに応じてＵ−Ｖ−Ｗの組数を増加させることができる。
【００３５】
以上説明した第１の実施形態によれば、リニアモータにおけるリニアエンコーダ用の目盛り（リニアスケール）と、リニアモータのシャフトと同心の回転軸を持つ回転モータにおける回転エンコーダの目盛り（回転スケール）をシャフトに直接、しかも格子状にして共通領域に形成したことにより、シャフトとは別の部材にスケールを設ける例に比べて、アッベの誤差が少なく位置及び推力の制御を高精度で行うことができ、リニアスケールと回転スケールを別場所に設ける例に比べてスケール作成に伴うコストの低減化及び省スペース化を実現することできる。
【００３６】
図５は、第１の実施形態と同様のスケール一体型リニアモータをユニット化して直動ユニットとした場合の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は斜視断面図である。
【００３７】
図５に示した直動ユニットにおけるスケール一体型リニアモータが図１で説明したスケール一体型リニアモータと異なる点は、複数の永久磁石３の組み付け構造やシャフト１０の支持構造等を具体的に示し、シャフト１０が鉛直方向に移動する、いわば縦置き型とした点にある。
【００３８】
すなわち、複数の永久磁石３の組み付けを、複数の永久磁石３の中空部に挿通されるセンター軸１５と、センター軸１５の両端側に取り付けられる保持部１２、１３とで行うようにしている。センター軸１５の外周の少なくとも両側には一定範囲にわたって雄ねじが形成され、保持部１２、１３にはこれらの雄ねじに対応した雌ねじが形成されている。保持部１２、１３によって、複数の永久磁石３間に生じる反発力より大きな力で締め付けを行うことにより、複数の永久磁石３を図１に示すように組み付けることができる。なお、回転モータ用の永久磁石５とこれに最も近い永久磁石３との間には円筒状のスペーサ１６を介在させている。同様に、永久磁石５と保持部１２との間にもスペーサ１７を介在させている。これらのスペーサ１６、１７は、非磁性材料で作られるのが望ましいが、これに限らない。
【００３９】
センター軸１５の外周の全長にわたって雄ねじを形成しても良い。この場合、永久磁石３と永久磁石５の内周の他、必要に応じてスペーサ１６、１７の内周にも雌ネジを形成することによりセンター軸１５への組み付けを容易にすることができる。
【００４０】
直動部１００のコイル体２、回転部２００のコイル４、及び検出部３００のリニアセンサヘッド６と回転センサヘッド７を、樹脂モールドで一体化してベース９に固定している。勿論、直動部１００のコイル体２、回転部２００のコイル４、及び検出部３００のリニアセンサヘッド６と回転センサヘッド７を、樹脂モールドで一体化したものを、ベース９と一体的にモールドすることもできる。
【００４１】
ベース９の上下にはそれぞれ、ベース９の本体に対して直角方向に突き出す突出部９−１、９−２が形成されている。そして、突出部９−１、９−２にはそれぞれ、保持部１２、１３を、直動及び回転可能に支持するための軸受１８、１９が設けられている。シャフト１０をそのストロークの下限位置で係止するための構造の一例を説明すると、例えば保持部１２、１３の少なくとも一方にストッパ部材（図示せず）を設けることで実現できる。軸受１８、１９に接する保持部１２、１３は、耐摩耗性に優れた金属が望ましいが、軸受を静圧軸受やエンジニアリングプラスチック等の樹脂にすることで、他の材料にすることも可能である。また、パイプ１の両側を延長して延長部をそのまま保持部として使用することも可能である。この場合、前述したように、センター軸１５を、その全長にわたって雄ねじを形成したものとする。
【００４２】
図５の直動ユニットでは、センター軸１５を介して複数の永久磁石３を両端からの保持部１２、１３のねじ込みにより締め付ける構造としているが、センター軸を無くして、保持部１２及び１３とパイプ１とをかしめ、溶接、ロウ付け等で固定してパイプ１内に複数の永久磁石３、永久磁石５等を内蔵したシャフトを構成することも可能である。
【００４３】
また、コイル体２、コイル４、リニアセンサヘッド６と回転センサヘッド７とを個別に樹脂でモールドし、それぞれ独立させてベース９に固定することも可能である。図５（ａ）において、２０は、コイル体２、コイル４に電力を供給するケーブル、リニアセンサヘッド６と回転センサヘッド７から検出信号を取り出すための信号線を示す。
【００４４】
なお、図１に示した第１の実施形態、図５の直動ユニットではシャフト１０側を可動部、コイル側を固定部としているが、用途に応じてシャフト１０側を固定部、コイル側を可動部とすることも可能である。この場合、図５で説明すると、保持部１２、１３が突出部９−１、９−２において固定されてシャフト１０が固定部となり、コイル体２、コイル４、リニアセンサヘッド６と回転センサヘッド７とを一体的に樹脂でモールドしたものがシャフト１０の中心軸方向にスライド可能に構成されて可動部となる。
【００４５】
図６は、図５に示した直動ユニットの変形例を示す。図６に示すように、図５における保持部１２、１３及びセンター軸１５のそれぞれに連通する貫通穴を設けて、保持部１２ａ、１３ａ、１５ａのような形状とすることにより、シャフト１０に貫通穴２１を作ることができる。これにより、シャフト１０を中空とすることが可能となり、シャフト１０の一端側（上端側）に図示しない空圧機器を接続することにより、シャフト１０の他端側（下端側）を減圧による電子部品の吸着手段として使用することができる。
【００４６】
図７を参照して、本発明に係るスケール一体型リニアモータの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態によるスケール一体型リニアモータは、シャフトをその中心軸方向に駆動する三相リニアモータとして機能する直動部と、シャフトの中心軸方向の位置を検出するための検出部と、を持つ。
【００４７】
図７は、第２の実施形態によるスケール一体型リニアモータの主要部、すなわち上記の直動部４００、検出部５００を一部破断して示した図である。
【００４８】
直動部４００は、図１で説明した直動部１００と同じ構造で良いので、簡単に説明する。図１（ａ）を参照して説明したように、円筒（あるいはリング）状の永久磁石を複数個直列に繋ぎ合わせたものをパイプ１に収容して磁石部としてなるシャフト１０がその中心軸方向に移動可能な三相リニアモータの可動部（可動子）として作用する。一方、直動部１００におけるパイプ１の周囲には、微小ギャップを介してシャフト１０を同心状に内包するようにコイル体２が組み合わされる。コイル体２は図示しないベースに固定され、三相リニアモータの固定部（固定子）として作用する。コイル体２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルを１組とする少なくとも１組のコイルを含み、ここでは２組（６個）のコイルをシャフト１０の中心軸方向に繋ぎ合わせてなる。
【００４９】
このような直動部１００を持つ三相リニアモータは、前述したように、図示しない外部電源から２組のコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に１２０°の位相差を持つ駆動電流を流すと、各コイルと永久磁石３との間で中心軸方向の推力が発生してシャフト１０が中心軸方向に移動し、その推力をシャフト１０により三相リニアモータの外に取り出すことができる。
【００５０】
検出部５００は、図１（ａ）で説明した検出部３００におけるリニアエンコーダと同じ構造で良い。すなわち、パイプ１の外周に目盛り８Ａを形成してリニアエンコーダ用スケールとし、目盛り８の形成領域におけるパイプ１の周囲に、微小ギャップを介してリニアエンコーダ用のリニアセンサヘッド６を配置してなる。目盛り８Ａは、パイプ１の中心軸方向に等間隔をおいて円周方向に形成されている。目盛り８Ａは、ここではパイプ１の全長にわたって形成されているが、シャフト１０のストローク範囲に対応する移動領域をカバーできる長さ範囲に形成されれば良いことは言うまでも無い。前述したように、リニアスケールのピッチは、リニアセンサヘッド６の検出精度に対応できるように設定される。また、リニアスケールとリニアセンサヘッドの組み合わせは、光学式が望ましい。
【００５１】
目盛り８Ａは、レーザー等でパイプ１の表面に直接描画しても良いし、フィルム状のシートにあらかじめ目盛りを作成しこれをパイプ１の表面に貼り付けても良い。シートの場合、その材質は作業性を考えると非磁性体が望ましいが、この限りではない。
【００５２】
第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ構成要素については、第１の実施形態において説明した変更形態がすべて適用可能である。例えば、図５を参照して説明したように、コイル体２とリニアセンサヘッド６を一体的又は個別に樹脂でモールドして固定部とすることができ、固定部をベースと一体的にモールドすることもできる。また、第２の実施形態においても、シャフト１０側を可動部、コイル側を固定部としているが、用途に応じてシャフト１０側を固定部、コイル側を可動部とすることも可能である。
【００５３】
以上説明した第２の実施形態によれば、リニアモータにおけるリニアエンコーダ用の目盛り（リニアスケール）をシャフトに直接、しかもリニアモータ用のコイルに隣接した領域に形成したことにより、シャフトとは別の部材にスケールを設ける例に比べて、アッベの誤差が少なく、位置及び推力の制御を高精度で行うことができるうえに、省スペース化を実現することできる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によるスケール一体型リニアモータは、精密機器の搬送部、例えば半導体製造機械の搬送系に適しているが、この限りではない。
【符号の説明】
【００５５】
１    パイプ
２    リニアモータ用のコイル体
３    リニアモータ用の永久磁石
４    回転モータ用のコイル
５    回転モータ用の永久磁石
６    リニアセンサヘッド
７    回転センサヘッド
８、８Ａ    目盛り
９    ベース
１０    シャフト(固定子)
１２、１３    保持部
１８、１９    軸受
１００、４００    直動部
２００    回転部
３００、５００    検出部
【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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