(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、該固定子の内周側に配置され前記固定子に対して軸方向に往復動可能に設けられた可動子と、可動子の往復動の位置を検出する位置決めセンサとを備えたリニアアクチュエータにおいて、
回転軸と、前記回転軸と直動ベアリングを介して連結されるモータ用ロータとを有する回転ユニットを備え、
前記可動子は、前記軸方向の回転ユニット側の先端軸部が、前記回転軸に保持された軸受の内輪に圧入されて前記回転軸と同一軸線上に相対回転可能に連結されて、前記回転軸の回転が前記可動子に伝達されないように構成されるとともに、先端軸部に位置決めセンサによって検出される被検知部が設けられていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記回転ユニットは、前記可動子に軸受を介して連結された回転軸と、該回転軸に直動ベアリングを介して連結されたモータ用ロータとを備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアアクチュエータは、バネを併用し共振させることによって少ない損失で駆動できることから、コンプレッサモータ等とし利用されている。そして、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは高効率である等優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫や、冷凍庫、あるいはエアコンディショナ用として様々な利用が期待されている。
【０００３】
リニアアクチュエータとしては、永久磁石により作られた磁界の中でコイルに電流を流すことによりコイルに生じる力で駆動を行う可動コイル型や、可動コイル型の永久磁石とコイルとを入れ替えた構造であって、永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型と呼ばれるものがあり、例えばヨークにコイルを設けたタイプのアクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００３−３３９１４７号公報（第２−３頁、図１−図６）
【０００４】
リニアアクチュエータの従来技術を図７に示す。
同図（ａ）及び（ｂ）において、符号１０は、リニアアクチュエータ１０で、１１は、そのアクチュエータ部である。アクチュエータ部１１には、図７（ａ）に示すように、ヨーク（固定子）１２と、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に軸方向に固定された一対の永久磁石１４、１５と、ヨーク１２に前記永久磁石１４、１５に対応させて固定された一対の永久磁石１６、１７と、ヨーク１２に固定された二つのコイル（図示せず）とを備えている。
一対の永久磁石１４、１５は、軸方向に隣り合った状態で可動子１３の周面において互いに対向して設けられ、可動子３の移動方向に直交して磁極が並べられてあって、しかも互いの磁極の並びを逆にした状態でヨーク１２に設けられている。
【０００５】
一対の永久磁石１６、１７は、上記一対の永久磁石１４、１５に対し、可動子１３の移動方向における位置を合わせると共に、互いに移動方向に隣り合った状態で可動子１３の周面に対向し、かつ可動子１３の移動方向に直交して磁極が並べられてあって、しかも互いの磁極の並びを逆にした状態でヨーク１２に設けられている。
これら一対の永久磁石１４、１５及び一対の永久磁石１６、１７は、可動子の移動方向に位置が合う永久磁石同士で可動子１３に対向させる磁極が逆となっている。
【０００６】
このリニアアクチュエータ１０は、図示しないコイルに交流電流（正弦波電流、矩形波電流）を印加してヨーク１２に起磁力を発生させると共に、その起磁力の方向に応じた向きで磁束を発生させることで、可動子１３がヨーク１２内で軸方向に沿い右方向に移動したり、左方向に移動するようになっている。
即ち、ヨーク１２と、一対の永久磁石１４、１５と、一対の永久磁石１６、１７と、可動子１３との間で発生する磁束の向きが、可動子１３を左方向に移動させるように生成されたり、可動子１３を右方向に移動させるように磁束の向きがそれとは逆向きとなるように生成される。
【０００７】
そして、交流電流によって両コイルへの電流の流れの方向が交互に変化することにより、上記の作動を繰り返し、可動子３はヨーク２に対して貫通穴２１の貫通方向に所定のストロークで往復動することになる。
このように、従来のリニアアクチュエータは、コイルが可動子ではなくヨークに設けられるため、可動子側に給電する必要がなくなって、移動する可動子がコイルへの給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。
【０００８】
また、このアクチュエータ部１１には、図７（ａ）に示すように、ヨーク１２の一端に延在する先端軸部１３ａが、直動ベアリング２８を介して軸受保持部２９に支承され、その軸受保持部２９の先端面にレバー３０を介して位置決めセンサ３１が設けられている。この位置決めセンサ３１は、可動子１３の一端に延在する先端軸部１３ａに被検知部が３２が設けられ、可動子１３が軸方向に移動したとき、これと共に移動する被検知部３２を位置決めセンサ３１が検出することで可動子１３の移動位置を検出できるようになっている。
また、ヨーク１２の他端に延在する先端軸部１３ｂが、直動ベアリング３３を介して軸受保持部３４に支承され、これによって、可動子１３が固定子１２に対し軸方向に往復動可能に支承されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、リニアアクチュエータ１０は、電子部品実装機をはじめとする回転と直動がともに必要とされる設備のヘッドとして組み込まれる場合がある。そのようなヘッドとしては、リニアアクチュエータ１０によって独自に直進することができるものの、自身で回転できないことから、タイミングベルト等の動力伝達機構を介して連結されることで、リニアアクアクチュエータ１０が全体的に回転されるように構成されている。
しかしながら、リニアアクチュエータ１０が回転された場合、位置決めセンサ３１の本来の設定された位置が狂ってしまうことから、可動子１３の先端軸部１３ａに設けられた被検知部３２を検出することができず、位置検出を行うことができなくなるという問題があった。
【００１０】
また、リニアアクチュエータ１０を組み込んだヘッドが、タイミングベルト等の動力伝達機構を介して回転駆動されるようにするため、リニアアクチュエータ全体を収納するハウジングや、タイミングベルトと連結するためのプーリは勿論、そのプーリの回転力を可動子１３に伝達するための機構が必要となるので、機構が複雑となってしまうばかりでなく、リニアアクチュエータの外形が全体的に大型となってしまうという問題があった。
【００１１】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、直動機能と回転機能との双方を持つことができ、また、可動子が往復動しても可動子を位置決めセンサによって確実に検出することができ、しかも簡単な構成でかつ大型化するのを回避することもできるリニア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】
【００１２】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、固定子と、該固定子の内周側に配置され前記固定子に対して軸方向に往復動可能に設けられた可動子と、可動子の往復動の位置を検出する位置決めセンサとを備えたリニアアクチュエータにおいて、回転軸と、前記回転軸と直動ベアリングを介して連結されるモータ用ロータとを有する回転ユニットを備え、前記可動子は、前記軸方向の回転ユニット側の先端軸部が、前記回転軸に保持された軸受の内輪に圧入されて前記回転軸と同一軸線上に相対回転可能に連結されて、前記回転軸の回転が前記可動子に伝達されないように構成されるとともに、先端軸部に位置決めセンサによって検出される被検知部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、回転ユニットが回転したとき、それに拘わらず可動子及び位置決めセンサが何等回転しないので、位置決めセンサが被検知部を常時検出することができる結果、可動子の位置を確実に検出することができ、可動子に対する制御を良好に行うことができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、前記回転ユニットは、前記可動子に軸受を介して連結された回転軸と、該回転軸に直動ベアリングを介して連結されたモータ用ロータとを備えることを特徴とする。
請求項２に係る発明によれば、モータ用ロータが回転すると、回転軸は回転するが、回転ユニットの回転軸は可動子に対して回転するため、可動子は回転することがない。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係るリニアアクチュエータによれば、直動機能と回転機能との双方を備えているので、可動子が回転運動と往復動をしても可動子の位置を位置決めセンサによって確実に検出することができ、しかも簡単な構成でかつ大型化するのを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１及び図２はこの発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す図であって、図１はリニアアクチュエータを示す正面図、図２は図１の平面図である。
この実施形態のリニアアクチュエータ１０は、図１に示すように、ヨーク１２と、可動子１３と、一対の永久磁石１６、１７と、二つのコイル（図示せず）と、可動子１３の応動の位置を検出する位置決めセンサ３１とを備えてアクチュエータ部１１が構成されている。また、可動子１３の両端の先端軸部１３ａ、１３ｂが直動ベアリング２８、３３を介して軸受保持部２９、３４に支承されている。
【００２４】
詳細に図示していないが、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、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成すると共に、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。
【００２５】
可動子１３は、その外径が後述する永久磁石１４〜１７の内径よりも若干小径とされている。この可動子１３は、永久磁石１４〜１７の内径側に、これらと対向しつつ同軸をなすように挿入されることによって、ヨーク１２に対して貫通穴２１の貫通方向に往復動可能に設けられる。なお、この可動子１３は、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて円環状の基部材を形成し、この基部材を複数、位置を合わせながら積層させて接合させた積層鋼板からなっている。これにより可動子１３は全体が鉄部材からなっている。
【００２６】
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径同長同幅のフェライト磁石からなるもので、例えば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に接合固定されている。これら永久磁石１４，１５は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べ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。
【００２７】
永久磁石１６，１７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す同径同長同幅をなすフェライト磁石からなるもので、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、永久磁石１４，１５に対向するよう円周方向の逆側に離間し貫通穴２１の軸線方向における位置を合わせて接合固定されている。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並べ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。
【００２８】
この実施形態では、可動子１３に対し、該可動子と同軸上に軸線回りに回転自在な回転ユニット４０が連結されている。
この回転ユニット４０は、図１に示すように、回転軸４２と、モータ６０とを備えており、回転軸４２は、ボールベアリング（軸受）４１を介してリニアアクチュエータ１０の可動子１３の端部１３ｂに連結されている。
【００２９】
この回転軸４２は、断面視逆コ字状をなす軸受保持部４３が可動子１３の先端軸部１３ｂ側に延在して設けられ、該軸受保持部４３内に保持されたボールベアリング（軸受）４１の内輪に、可動子１３の先端軸部１３ｂが圧入されることで可動子１３と同一軸線上に連結されている。
モータ用ロータ４５は中央部が軸方向に中空とされており、その中空部に直動ベアリング４４が嵌挿され、直動ベアリング４４の内輪に回転軸４２が挿入されている。
モータ用ロータ４５と、直動ベアリング４４と、回転軸４２は回転方向に対して相互に固定されており、モータ６０に電源が投入されることによって直動ベアリング４４と回転軸４２は、モータ用ロータ４５と共に回転するようになっている。また、回転軸４２は直動ベアリング４４に対して軸方向に摺動可能とされている。
【００３０】
従って、回転ユニット４０は、可動子１３にこれと同一軸線回りに回転自在に連結された回転軸４２と、回転軸４２を軸方向に摺動自在に支持すると共に、駆動されることで軸線回りに回転するモータ用ロータ４５とを備えて構成されている。
なお、直動ベアリング４４としては、直動ベアリング２８及び３３と同様、例えばボールスプラインタイプで構成されている。
【００３１】
この実施形態のリニアアクチュエータは、上記のように構成されているので、いま、図示しないコイルに交流電流（正弦波電流、矩形波電流）を印加してヨーク１２に起磁力を発生させると共に、その起磁力の方向に基づいた向きで磁束を発生させることで、可動子１３がヨーク１２内の貫通穴で軸方向に沿い、例えば右方向に移動し、また、上記交流電流を印加してヨーク１２に上記の起磁力と反対向きの起磁力を発生させると共に、その起磁力の方向に基づき上記磁束の向きと逆向きとなる磁束が発生することで、可動子１３がヨーク１２内の貫通穴２１で軸方向に沿い反対方向（左方向）に移動する。
【００３２】
上記移動時、交流電流によって両コイルへの電流の流れの方向が交互に変化することにより、可動子３はヨーク２に対して貫通穴の貫通方向に所定のストロークで往復動することになる。
その際、可動子１３の先端軸部１３ｂは、ボールベアリング４１を介して回転軸４２に連結され、回転軸４２が直動ベアリング４４に支承されているので、可動子１３の移動に伴って回転軸４２も同様に移動することとなる。
また、可動子１３の移動時、それに伴って先端軸部１３ａに設けられ被検知部３２も移動すると、その位置が位置決めセンサ１１によって検出されるので、可動子１３の位置を正確に把握することができ、可動子１３を良好に制御することが可能となる。
【００３３】
一方、モータ６０が駆動されモータ用ロータ４５が回転されると、その回転力が直動ベアリング４４を介して回転軸４２に伝達されるので、回転軸４２が回転する。
しかしながら、回転軸４２の一端には、上述したように、回転ユニット４０の可動子１３がボールベアリング４１を介して同軸上に連結されていることから、回転軸４２が回転しても可動子１３は回転しない。
【００３４】
従って、この実施形態によれば、モータ６０が駆動されることによって、直動ベアリング４４と回転軸４２がモータ用ロータ４５と共に回転し、回転軸４２は直動ベアリング４４に対して軸方向に摺動可能とされている。
そのため、回転軸４２が回転したとき、それに拘わらず可動子１３及び位置決めセンサ３１が何等回転しないので、位置決めセンサ３１が被検知部３２を常時検出することができる結果、可動子１３の位置を確実に検出することができ、可動子１３に対する制御を良好に行うことができる。
【００３５】
また、回転ユニット４０は、回転軸４２がモータ用ロータ４５に挿入され、回転軸４２と可動子１３がボールベアリング４１を介して同心円状に連結されているので、タイミングベルト等の動力伝達機構を用いる従来技術に比較して簡単な構造となり、リニアアクチュエータの外径が大きくなるのを回避することができ、構成の簡素化を図ることができると共に、大型化を抑制することができる。
【００３６】
そして、このリニアアクチュエータ１０を部品実装機に搭載されたヘッドに採用された場合、可動子１３と同一軸線上にある回転軸４２がモータ用ロータ４５によって直接回転駆動されるので、タイミングベルト等の動力伝達機構を用いる従来技術に比べ、動力伝達のロスがなくなり、タクトタイムを上げることができ、応答性に優れた部品実装機を実現することができる。
【００３７】
図３及び図４は、この発明の第１の参考例に係るアクチュエータを示している。
この場合は、アクチュエータ部１１の可動子１３に、前記第１の実施形態と同様に回転ユニット４０の回転軸４２が連結されている。
第１の参考例において、前記第１の実施形態と異なるのは、位置決めセンサ３１の位置を違えた点にある。
【００３８】
即ち、位置決めセンサ３１は、図３に示すように、アクチュエータ部１１のヨーク１２の外部に固定されている。
一方、位置決めセンサ３１によって検出される被検知部３２は、可動子１３の先端軸部１３ａに設けられた連結金具４７に装着されている。連結金具４７は、図３に示すように、Ｌ字状をなしており、その短部４７ａの先端が可動子１３の先端部軸部１３ａに連結されると共に、その長部４７ｂの先端側にボルト等によって被検知部３２が装着されることで、位置決めセンサ３１と対応する位置関係に設けられている。位置決めセンサ３１は、詳細に図示していないが、図４に示すように、Ｌ形状のブラケット４６を介してアクチュエータ部１１に取り付けられている。ブラケット４６は、一端がアクチュエータ部１１の外部に取り付けられ、その他端において、上記被検知部３２の摺動軌跡上に位置決めセンサ３１を取り付けている。
【００３９】
そして、可動子１３ａが往復動したとき、それに伴って被検知部３２が移動することで、その移動を位置決めセンサ３１によって検出できるようになっている。
また、被検知部３２は、固定子１２の外部に敷設されたガイドレール４８によってガイドされる。このガイドレール４８は、固定子１２の外部において可動子１３の移動方向に沿って敷設されており、その上を被検知部３２が摺動可能に設けられている。
なお、図３及び図４において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付している。
【００４０】
従って、第１の参考例によれば、回転ユニット４０が備えられているので、位置決めセンサ３１がアクチュエータ部１１の外部に固定されている以外は、第１の実施形態と同様である。それに加え、位置決めセンサ３１の被検知部１３が固定子１２の外部において、ガイドレール４８により可動子１３と同様に往復動自在に設けられているので、第１の実施形態より可動子１３の長さを短くすることができ、これにより、リニアアクチュエータ全体を小型化することができる。
【００４１】
図５及び図６は、この発明の第２の参考例に係るリニアアクチュエータを示している。
この場合は、リニアアクチュエータ部１１の可動子１３の先端軸部１３ｂは直動ベアリング４４を介してモータ用ロータ４５に連結され、また可動子１３は直動自在でかつ回転自在な軸受手段４９を介して軸受保持部２９、３４に支承されている。軸受手段４９は、可動子１３をその軸線方向に移動自在で、かつ軸線回りに回転自在に支承するものであり、いわゆる直動／回転ベアリングを構成している。
【００４２】
このような可動子１３の先端軸部１３ａには、ボールベアリング（軸受）５１を介して連結金具４７の短部４７ａが連結されている。この連結金具４７は、長部４７ｂの先端側に、位置決めセンサ３１の被検知部３２が取り付けられ、その被検知部３２がガイドレール４８上を摺動するようになっている。
【００４３】
つまり、第２の参考例は、可動子１３を固定子１２に対して軸方向に移動自在でかつ軸線回りに回転自在に支承する軸受手段４９と、可動子１３の先端軸部１３ｂに直動ベアリング４４を介して連結されるモータ用ロータ４５とを備えて回転直動ユニット５０を備えている。
なお、図５及び図６において、図１〜図４と同一部分には同一符号を付している。
【００４４】
第２の参考例は、リニアアクチュエータ部１１の駆動によって可動子１３が軸方向に移動したとき、可動子１３が固定子１２内の貫通穴２１に対し軸方向に往復動自在でかつ軸線回りに回転自在な軸受手段４９が設けられているので、位置決めセンサ３１自体が何等回転することがなく、そのため、可動子１３と共に移動する被検知部３２が、固定子１２の外部において位置決めセンサ３１によって検出され、可動子１３の移動を的確に検出することができ、従って、位置を検出できなくなるというおそれがない。
【００４５】
しかも、回転直動ユニット５０が上述した軸受手段４９と、モータ用ロータ４５とを備えており、モータ用ロータ４５が駆動されると、可動子１３を全体的に軸回りに回転することができるので、リニアアクチュエータ１０の可動子１３に対し直動機能と回転機能との双方を付与することができる。
その結果、第２の実施形態と同様、可動子１３の長さを短くでき、また第１の実施形態に比較すると、回転軸４２及び軸受保持部４３などを設けることが不要になり、構成をより簡素化することができる。
【００４６】
そして、上記各実施の形態のリニアアクチュエータ１０が、例えば、半導体製造設備において、部品実装機のマウンタに適用されると、チップ等のような小物を軸方向に移動させたり回転させたりすることができると共に、往復動作時の位置決めを的確に行えることから、部品実装機としての信頼を高めることができ、実用上極めて有益となる。
また、上記各実施の形態において、回転ユニット、直動回転ユニットを備えた例を示したが、それら各ユニットの具体的構成例は図示例に限定されるものではなく、要は、所期の機能が得られればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の第１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の平面図である。
【図３】この発明の第１の参考例に係るリニアアクチュエータを示す正面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】この発明の第２の参考例に係るリニアアクチュエータを示す正面図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】従来のリニアアクチュエータを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    リニアアクチュエータ
１２    ヨーク（固定子）
１３    可動子
３１    位置決めセンサ
３２    被検知部
４０    回転ユニット
４１、５１    ボールベアリング（軸受）
４２    軸受保持部
４４    直動ベアリング
４５    モータ用ロータ
４７    連結金具
４８    ガイドレール
４９    軸受手段
５０    直動回転ユニット
【図１】
0004692710.tif 000002
【図２】
0004692710.tif 000003
【図３】
0004692710.tif 000004
【図４】
0004692710.tif 000005
【図５】
0004692710.tif 000006
【図６】
0004692710.tif 000007
【図７】
0004692710.tif 000008