(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体のパイプ内に磁束発生器を有する固定子と、該固定子に沿って移動する可動子を備えたリニアモータであって、
前記パイプと前記磁束発生器との軸方向の相対的な熱変位を許容しつつ、前記磁束発生器を係止部に向かって付勢する付勢手段を有し、
該付勢手段の付勢力が、前記可動子が移動する時の最大推力以上であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記パイプの線膨張係数と前記磁束発生器の線膨張係数が、互いに異なるものであることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記固定子の両端部を支持する支持構造部を有し、該支持構造部は前記固定子の前記パイプの一端部を固定支持し、他方の端部をその軸方向に位置ずれ可能に支持するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、非磁性体のパイプ内に磁束発生器を有する固定子と、該固定子に沿って移動する可動子を備えたリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、直線往復駆動用のアクチュエータとして円筒型リニアモータが注目されている。この円筒型リニアモータは、「シャフトモータ」とも呼ばれ、例えば、特許文献１（特開平１０−３１３５６６号公報）に記載されているように、非磁性体のパイプ内に複数の永久磁石からなる磁束発生器を有するシャフト状の固定子の外側に、複数のコイルを内蔵した可動子を該シャフト状の固定子と同心状に配置した構成のものが多い。そして、磁束発生器は、隣接する永久磁石の同極同士が対向して軸方向に整列させられており、Ｎ極とＳ極の磁束を交互に発生させるようになっている。【０００３】  このように隣接する永久磁石の同極同士を対向させた場合、各永久磁石間に大きな磁気反発力が発生する為、大きな磁気反発力に抗して組立作業を行わなければならず組立工数がかかるという問題があった。【０００４】  そこで本出願人は、特願２００７−４０７４５にて固定子の組立作業性を向上させた円筒型リニアモータを提案した。この円筒型リニアモータの固定子の磁束発生器は、各永久磁石の間に特定の厚みの磁性体スペーサが挿入されて構成されており、これにより磁気反発力の問題が無くなり、固定子の組立作業性が向上している。
【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】
【０００５】  図５に特願２００７−４０７４５に記載のリニアモータの構造図を示す。リニアモータ６０は非磁性体のパイプ６１内に複数の永久磁石６２及び磁性体スペーサ６３からなる磁束発生器６４を有するシャフト状の固定子６５の外側に、複数のコイル６６を内蔵した可動子６７を該シャフト状の固定子６５と同心状に配置した構成となっている。特願２００７−４０７４５に記載のリニアモータでは、磁気反発力の問題が無くなり固定子の組立作業性が向上するのであるが、別の問題が生じることが判明した。リニアモーター６０を動作させると可動子６７のコイル６６に電流が流れる為コイル６６が発熱する。そして、その熱の伝導により固定子６５の温度も上昇するのであるが、磁束発生器６４を覆うパイプ６１の材質は非磁性体であるステンレスが一般的に用いられており、磁束発生器６４を構成する永久磁石６２や磁性体スペーサ６３よりもパイプ６１の線膨張係数が大きい為、パイプ６１と磁束発生器６４との相対的な熱変位に起因して図５に示すように磁束発生器６４と係止キャップ６８との間に元々は存在していない隙間６９が生じてしまう。そのため、可動子６７が移動する際の反力によって磁束発生器６４がその隙間分でがたついてしまい、がたつき音の発生や、サーボの応答性に悪影響を与える等の問題が生じるのである。【０００６】  本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、パイプと磁石との熱変位に起因する問題を解消することができる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】
【０００７】    上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、非磁性体のパイプ内に磁束発生器を有する固定子と、該固定子に沿って移動する可動子を備えたリニアモータであって、前記パイプと前記磁束発生器との軸方向の相対的な熱変位を許容しつつ、前記磁束発生器を係止部に向かって付勢する付勢手段を有し、該付勢手段の付勢力が、前記可動子が移動する時の最大推力以上であることを特徴とするリニアモータである。【０００８】  このようにすれば、可動子コイルの温度上昇によってパイプと磁束発生器との間で相対的な熱変位が生じても、パイプ内部での磁束発生器のがたつきを抑えることができる。また、磁束発生器はリニアモータの最大推力以上の付勢力を受けていることから、リニアモータの駆動時に可動子が移動することでその反力を磁束発生器が受けたとしても、磁束発生器が位置ずれすることがなくサーボの応答性に悪影響を与えることを防止できる。【０００９】  請求項２に係る発明は、前記パイプの線膨張係数と前記磁束発生器の線膨張係数が、互いに異なるものであることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータである。【００１０】  線膨張係数がパイプと磁束発生器とで差が無い場合であっても、固定子の径方向の温度分布が一定とはならない為、パイプと磁束発生器との間で軸方向に相対的な熱変位が生じるので有るが、線膨張係数がパイプと磁束発生器とで各々異なる場合には相対的な熱変位がより大きくなるため高い効果が得られる。【００１３】  請求項３に係る発明は、前記固定子の両端部を支持する支持構造部を有し、該支持構造部は前記固定子の前記パイプの一端部を固定支持し、他方の端部をその軸方向に位置ずれ可能に支持するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータである。【００１４】  このようにすれば、パイプの一方の端部が軸方向に位置ずれ可能に支持されているため、熱変位によりパイプが軸方向に伸びたとしても支持構造部側の部材の変形を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。【００１６】  図１に示すように、リニアモータ１は、シャフト状の固定子１０と、該シャフト状の固定子１０と同心状に配置された可動子８から構成され、可動子８に内蔵されたコイル９に通電することで、可動子８が固定子１０に沿って直線移動するようになっている。そして、固定子１０はその両端部をベースフレーム７上に立設された支持構造部３０Ａ，３０Ｂにより水平に支持されている。また、ベースフレーム７上には、２本のスライドガイド２，３が固定子１０と平行に設けられ、各スライドガイド２，３には、それぞれスライド部材４，５がスライド自在に嵌合されている。このスライド部材４，５上には、搬送テーブル６（図１参照）が搭載され、この搬送テーブル６の下面に可動子８が連結されている。これにより、搬送テーブル６が可動子８と一体的に固定子１０に沿って直線駆動される。【００１７】  固定子１０の両端を支持する支持構造部３０Ａ，３０Ｂは、図１乃至図３に示すように、その一方の支持構造部（以下「固定側支持構造部」という）３０Ａがパイプ１１の一方の端部を固定支持し、他方の支持構造部（以下「非固定側支持構造部」という）３０Ｂがパイプ１１の他方の端部をその軸方向に位置ずれ可能に支持するように構成されている。各支持構造部Ａ，Ｂは、固定子１０の端部を嵌合支持する第１ブラケット３１Ａ，Ｂと、この第１ブラケット３１Ａ，Ｂを支持する第２ブラケット３２Ａ，Ｂとを備えており，第２ブラケット３２Ａ，Ｂはベースフレーム７に固定されている。【００１８】  固定側支持構造部３０Ａは、固定子１０の端部を第１ブラケット３１Ａに固定して支持するのに対して、非固定側支持構造部３０Ｂは、固定子１０の端部を第１ブラケット３１Ｂに軸方向に位置ずれ可能に支持する点が相違し、これ以外の構成は同じである。【００１９】  固定側支持構造部３０Ａの第１ブラケット３１Ａには、図２に示すように、固定子１０の端部を嵌合するシャフト嵌合穴３８Ａの内外を貫通するスリット３６が形成され、例えば２本の固定ボルト３７が外側からスリット３６を貫通するように締め込まれている。そして、各固定ボルト３７を締め付けてスリット３６の溝幅を狭くすることで、シャフト嵌合穴３８Ａの径を縮小してシャフト嵌合穴３８Ａの内周面を固定子１０の端部に圧接させ、その圧接力により固定子１０の端部を第１ブラケット３１Ａに固定して支持するようにしている。また、第１ブラケット３１には係止部としての凸部３３が設けられ、後述する固定側カラー１５Ａを係止している。【００２０】  これに対して、非固定側支持構造部３０Ｂの第１ブラケット３１Ｂには、例えば４本の止めボルト３５（図１と図３にはそれぞれ２本のみ図示）がシャフト嵌合穴３８Ｂ内の固定子１０を軽く押え付けるように外側から締め込まれている。そして、各止めボルト３５をシャフト嵌合穴３８Ｂ内と固定子１０とのガタがなくなるまで軽く締め込むことで、固定子１０の端部を第１ブラケット３１Ｂに軸方向に位置ずれ可能に支持している。この場合、各止めボルト３５の締め付け力が大きくなり過ぎると、シャフト嵌合穴３８Ｂ内でパイプ１１が軸方向に位置ずれできなくなるため、各止めボルト３５の締め付け力はシャフト嵌合穴３８Ｂ内のパイプ１１の位置ずれを許容する範囲内に制限する必要がある。また、第１ブラケット３１Ｂには係止部としての蓋３４が設けられており、後述する付勢手段２０のボルト２５を係止している。なお、パイプ１１端部と蓋３４との間は、パイプ１１が熱膨張による伸びを生じても接触することがないように充分な隙間が設けられている。【００２１】  固定子１０は、図１に示すように、円筒状のパイプ１１内に複数の永久磁石１３と複数の磁性体スペーサ１４とを交互に配列した構成からなる磁束発生器１２を備えている。パイプ１１の材質は非磁性体のステンレスであり、線膨張係数は１８．７×１０−６（１／Ｋ）程度である。一方、磁束発生器１２側は、永久磁石１３の線膨張係数が６．９×１０−６（１／Ｋ）程度であり、鉄等の磁性体からなる磁性体スペーサ１４の線膨張係数は１２．２×１０−６（１／Ｋ）程度である。また、固定子１０は、固定側支持構造部３０側の端部（以下「固定側端部」という）のパイプ１１内部には円筒状の固定側カラー１５Ａを、非固定側支持構造部３０側の端部（以下「非固定側端部」という）のパイプ１１内部には円筒状の非固定側カラー１５Ｂおよびその内部に同心に設けられた付勢手段２０を備えている。【００２２】  付勢手段２０は、押さえ部材２１、および弾性部材たるスプリング２２からなり、磁束発生器１２を固定側端部に向かって付勢している。また、付勢手段２０はボルト２５、調整ナット２３、及びロックナット２４からなる付勢力調整手段を備えており、付勢手段２０の付勢力はこの付勢力調整手段によって調整される。具体的には、調整ナット２３とボルト２５を相対回転させ、ボルト２５の出入り量を変化させることでスプリング２２が所定の軸方向付勢力を発生するよう、組立段階で調整される。また、調整後はロックナット２４によってボルト２５の出入り量が固定される。そして、組み立てられた状態では、凸部３３と蓋３４により固定側カラー１５Ａおよびボルト２５が係止させられ、スプリング２２が自由長から所定の長さ縮められた状態となり、可動子８が移動するときの最大推力以上の付勢力を発生することとなる。したがって、磁束発生器１２は付勢手段２０のスプリング２２の付勢力によって固定側端部に向かって可動子８が移動するときの最大推力以上の付勢力で付勢される。【００２３】  以上のように構成された本実施例のリニアモータ１を駆動させると、可動子８のコイル９が発熱し、その熱の影響によってパイプ１１と磁束発生器１２の温度が上昇する。するとパイプ１１および磁束発生器１２のそれぞれが熱膨張により軸方向に伸びを生じるのであるが、パイプ１１の方が可動子８のコイル９に近い為パイプ１１の温度が磁束発生器１２よりも高くなることと、パイプ１１の方が磁束発生器１２を構成する永久磁石１３や磁性体スペーサ１４よりも線膨張係数が大きい為、パイプ１１の伸びの方が大きくなり磁束発生器１２との間で相対的な熱変位を生じる。しかし、本実施例のリニアモータ１はパイプ１１と磁束発生器１２との軸方向の相対的な熱変位を許容しつつ、磁束発生器１２を係止部である凸部３３に向かって付勢する付勢手段２０を有するため、パイプ１１と磁束発生器１２との間で相対的な熱変位が生じても磁束発生器１２及び固定側カラー１５Ａが常に凸部３３に押し付けられており、パイプ１１内部での磁束発生器１２のがたつきを抑えることができる。【００２４】  また、リニアモータ１を駆動させると可動子８が移動し、その反力を磁束発生器１２が受ける。しかし、付勢手段２０が、可動子８が移動するときの最大推力以上の付勢力で磁束発生器１２及び固定側カラー１５Ａを第１ブラケット３１Ａの凸部３３に押しつける為、磁束発生器１２が可動子８の反力を受けたとしても磁束発生器１２が位置ずれすることがなくサーボの応答性に悪影響を与えることを防止できる。【００２５】  また、固定子１０の両端部を支持する支持構造部が、固定側支持構造部３０によって固定子１０の一端部を固定支持し、非固定側支持構造部３０によって他方の端部をその軸方向に位置ずれ可能に支持するように構成されている為、熱変位により固定子１０が軸方向に伸びたとしても支持構造部側の部材の変形が防止される。【００２６】  次に、図４に基づき本発明の他の実施例について説明する。先の実施例では、第１ブラケット３１Ａの凸部３３と第１ブラケット３１Ｂの蓋３４により、固定側カラー１５Ａおよびボルト２５を係止していたが、本実施例のリニアモータ５０の第１ブラケット５４Ａ、５４Ｂにはそれぞれ凸部、蓋が設けられていない。本実施例のリニアモータ５０ではそれらに代え、固定子５１の両端部に設けた係止部としての係止キャップ５２Ａ，５２Ｂにより固定側カラー１５Ａおよびボルト２５を係止している。なお、係止キャップ５２Ａ，５２Ｂはパイプ１１に対し固定されている。また、付勢手段２０の付勢力は可動子８が移動するときの最大推力以上に設定されている。本実施例のリニアモータにおいても、パイプ１１と磁束発生器１２との軸方向の相対的な熱変位を許容しつつ、付勢手段２０によって磁束発生器１２及び固定側カラー１５Ａを係止部である係止キャップ５２Ａに向かって付勢しているので、パイプ１１と磁束発生器１２との間で相対的な熱変位が生じても、パイプ１１内部での磁束発生器１２のがたつきを抑えることができる。また、本実施例のリニアモータでは付勢手段２０の付勢力が支持構造部５３Ａ，５３Ｂに及ばない為、付勢力の影響による支持構造部側の部材の変形を防ぐことができる。【００２７】  その他、本発明は、固定子を断面非円形（例えば断面楕円形、断面長円形等）とした構成のものにも適用して実施でき、また、磁束発生器を、スペーサを用いず永久磁石のみとしたり、複数の永久磁石を用いず単一の磁石部材から構成しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、弾性部材としてスプリング以外にもゴム部材を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例におけるリニアモータの構造を破断して示す平面図である。
【図２】リニアモータの固定側支持構造部を説明する為の側面図である。
【図３】リニアモータの非固定側支持構造部を説明する為の側面図である。
【図４】本発明の他の実施例におけるリニアモータの構造を破断して示す平面図である。
【図５】従来例におけるリニアモータの構造を破断して示す平面図である。
【符号の説明】
【００２９】  １，５０…リニアモータ、８…可動子、９…コイル、１０，５１…固定子、１１…パイプ、１２…磁束発生器、１３…永久磁石，１４…磁性体スペーサ、２０…付勢手段、２１…押さえ部材、２２…スプリング、２３…調整ナット、２４…ロックナット、２５…ボルト、３０Ａ，５３Ａ…固定側支持構造部、３０Ｂ，５３Ｂ…非固定側支持構造部、３１Ａ，３１Ｂ，５４Ａ，５４Ｂ…第１ブラケット、３３…凸部、３４…蓋、３５…止めボルト、３６…スリット、３７…固定ボルト、３８Ａ，３８Ｂ…シャフト嵌合穴、５２Ａ，５２Ｂ…係止キャップ
【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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