(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有して筒状に形成されると共に軸方向に沿ってスリット開口及び転動体の転走面が形成されたスプライン軸と、多数の転動体を介して前記スプライン軸の周囲に配設されて当該スプライン軸をその軸方向へ案内する単一のスプラインナットと、複数の磁極が長手方向に繰り返し配列されると共に前記スプライン軸の中空部内に両端支持されるマグネットロッドと、前記スプライン軸の中空部内で前記マグネットロッドの周囲に配置されて当該マグネットロッドと相まってリニアモータを構成すると共に、前記スプラインナットよりも移動方向に沿って長尺に形成され、長手方向中央部が前記スプライン軸のスリット開口を介して前記スプラインナットと結合されたフォーサとから構成され、
前記フォーサは、前記マグネットロッドの周囲に巻き回された複数のコイル部材と、これらコイル部材を一体的に保持する樹脂ホルダと、この樹脂ホルダの全長にわたって設けられた補強プレートとから構成され、かかる補強プレートを介して前記スプラインナットに固定されていることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項２】
前記スプライン軸の軸方向両端には一対のエンドキャップが嵌合しており、
前記フォーサの補強プレートには当該フォーサと前記エンドキャップとの接触を防止するプロテクタプレートが配設され、かかるプロテクタプレートの一端は前記スプラインナットの端面に突き当てられる一方、他端は前記スプラインナットの移動方向に関してフォーサの端面から突出していることを特徴とする請求項１記載のリニアモータアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号に応じて案内軸とスライド部材とが相対的に移動可能なリニアアクチュエータに係り、特に、前記案内軸とスライド部材とを相対的に移動させるための駆動手段としてリニアモータを採用したリニアモータアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のリニアモータアクチュエータとしては、ＷＯ２００７／０２６６７３Ａ１に開示されるものが知られている。このリニアモータアクチュエータは、推力発生源としてのロッド型リニアモータと直線案内手段としてのボールスプライン装置を融合させたものであり、リニアモータを構成するマグネットロッドがボールスプイランを構成するスプライン軸の内部に格納されている。具体的には、中空部を有して筒状に形成されると共に長手方向に沿ってスリット開口が形成されたスプライン軸と、多数のボールを介して前記スプライン軸に組付けられて当該スプライン軸をその軸方向へ案内するスプラインナットと、前記スプライン軸の中空部内に両端支持されるマグネットロッドと、前記スプライン軸の中空部内に配置されると共に当該マグネットロッドと相まってリニアモータを構成し、前記スリット開口を介して前記スプラインナットと結合されたフォーサと、から構成されている。
【０００３】
前記フォーサはコイル部材を内蔵しており、かかるコイル部材に駆動電流を通電すると、フォーサはマグネットロッドに沿ってスプライン軸の中空部内を軸方向へ推進される。その結果、スプライン軸のスリット開口を介して前記フォーサと結合されたスプラインナットがスプライン軸の外側において軸方向へ推進され、前記駆動電流の通電に応じてスプラインナットをスプライン軸に対して任意の量で移動させることが可能となっている。
【０００４】
このように構成された従来のリニアモータアクチュエータは、スプライン軸の中空部内にロッド型リニアモータを格納した結果として、推力発生源としてのロッド型リニアモータと直線案内手段としてのボールスプライン装置とが極めてコンパクトに融合されており、その取り扱いが非常に容易なものとなっている。
【特許文献１】ＷＯ２００７／０２６６７３Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＷＯ２００７／０２６６７３Ａ１に開示される従来のリニアモータアクチュエータでは、フォーサがスプラインナットの軸方向長さと同一又はそれ以下の長さに形成されているため、マグネットロッドとフォーサとの間で十分な推力を発生させることができず、小型且つ高推力が要求される用途には不向きであった。
【０００６】
また、リニアモータのフォーサは通電によって発熱するため、推力の低下を防止するためにはフォーサの放熱対策を十分に行う必要があるが、従来のリニアモータアクチュエータではフォーサがスプラインナットによって覆われているため、連続運転等の使用状況によっては、フォーサの放熱が十分になされない懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、小型に製作することが可能でありながら大きな推力を発揮することが可能であり、しかも運転時におけるフォーサの放熱を促進することが可能なリニアモータアクチュエータを提供することにある。
【０００８】
すなわち、本発明のリニアモータアクチュエータは、長手方向に沿って転動体の転走面が形成された案内軸と、この案内軸と平行に配設されると共に複数の磁極が長手方向に繰り返し配列されたマグネット部材と、多数の転動体を介して前記案内軸に組付けられ、かかる案内軸の長手方向に沿って移動自在なスライド部材と、前記マグネット部材と相まってリニアモータを構成すると共に、前記スライド部材よりも移動方向に沿って長尺に形成され、長手方向中央部が前記スライド部材に結合されたフォーサとから構成されている。
【０００９】
このように構成された本発明のリニアモータアクチュエータによれば、マグネット部材と相まってリニアモータを構成しているフォーサは、その移動方向の長さがスライド部材よりも長尺に形成され、その分だけフォーサに具備されたコイル部材が増強されるので、リニアモータの推力の増強が図られている。そして、このフォーサは長手方向の中央部のみがスライド部材に結合されており、フォーサの両端部はスライド部材によって覆われることなく露出している。このため、通電によってフォーサが発熱した場合であっても、かかるフォーサの冷却を促進することができ、リニアモータの推力の低下を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面に沿って本発明のリニアモータアクチュエータを詳細に説明する。
【００１１】
図１乃至図３は本発明を適用したリニアモータアクチュエータの一例を示す図であり、図１は全体斜視図、図２は側面図、図３は後述するスプラインナットの中心で長手方向と垂直に切り欠いた斜視図である。このリニアモータアクチユエータは、中空部１０を有して略円筒状に形成されたスプライン軸１と、多数のボールを介してこのスプライン軸１の外側に嵌合したスプラインナット２とを備え、前記スプライン軸１の中空部１０内に収容されたリニアモータ３の発生する推力を用いて、前記スプラインナット２とスプライン軸１を軸方向へ相対的に往復運動させることができるように構成されている。ここで、前記スプライン軸１は本発明の案内軸に、前記スプラインナット２は本発明のスライド部材に相当する。
【００１２】
前記スプライン軸１は中空部１０を有して円筒状に形成されており、その外周面には１８０°位相をずらして２条のボール転走溝１１が形成されている。また、このスプライン軸１には前記ボール転走溝１１と位相を９０°ずらした位置に軸方向に沿った一条のスリット開口１２が設けられている。このスリット開口は図１及び図２ではスプライン軸１の下方に位置している。従って、前述したスプライン軸１の中空部１０は、このスリット開口１２を通してスプライン軸１の外部に開放されている。更に、スプライン軸１の外周面において、前記スリット開口１２と位相を１８０°ずらした位置には平坦面１３が形成されており、この平坦面１３は後述するリニアスケールの取付け面となっている。
【００１３】
一方、前記スプラインナット２は略矩形状に形成されると共に、前記スプライン軸１よりも僅かに大きな内径の貫通孔を有している。スプライン軸１はこの貫通孔に挿通され、前記ボール転走溝１１を転走する多数のボールを介してスプラインナット２に組付けられている。このスプラインナット２は、ナット本体２０と、各ボール転走溝１１に対応してナット本体２０の軸方向の両端面に固定された複数のエンドプレート２１とから構成されている。前記ナット本体にはこのリニアアクチュエータユニットを利用する機器の固定部又は可動部の取付け面２０ａが形成され、この取付け面２０ａにはボルトが螺合するタップ孔２０ｂが形成されている。
【００１４】
また、ナット本体２０の貫通孔の内周面には前記スプライン軸１のボール転走溝１１と相対向する負荷転走溝２２が１８０°位相をずらして２条形成されており、前記ボールはこれらボール転走溝１１と負荷転走溝２２との間で荷重を負荷しながら転走する。また、ナット本体２０には各負荷転走溝２２と平行に２条のボール戻し通路２３が形成されており、これらボール戻し通路２３は各負荷転走溝２２の外側に存在している。一方、各エンドプレート２１にはナット本体２０の負荷転走溝２２とこれに対応するボール戻し通路２３との間でボール３を往来させる方向転換路が形成されており、２枚のエンドプレート２１をナット本体２０の軸方向の両端面に夫々固定すると、前記スプラインナット２にボール４の無限循環路が具備されるようになっている。すなわち、図３に示すスプラインナット２ではスプライン軸１を挟むようにして一対の無限循環路が形成されている。尚、図３では、ナット本体２０に形成された負荷転走溝２２及びボール戻し通路は描かれているが、これらを転走するボールは描かれていない。
【００１５】
従って、仮にスプラインナット２を固定し、かかるスプラインナットに対して前記スプライン軸１を移動させると、ボール４がナット本体２０とスプライン軸１との間で荷重を負荷しながら前記無限循環路２５内を循環し、スプライン軸１をスプラインナット２に沿って連続的に移動させることができるものである。従って、このリニアモータアクチュエータは、前記タップ孔２０ｂを利用することによってスプラインナット２を他の機器類に固定し、かかるスプラインナット２に支承されたスプライン軸１を軸方向へ進退させるようにして使用される。また、その逆として、スプライン軸１を他の機器類に固定し、かかるスプライン軸１に組付けられたスプラインナット２を軸方向へ進退させるように使用してもよい。尚、実際の試作では、前記ボール４として直径０．４ｍｍの鋼球を使用することにより、スプラインナットに対するスプライン軸の滑らかな直線往復運動を得ることができた。
【００１６】
一方、前記スプライン軸１の中空部１０内にはリニアモータ３のマグネット部材としてのマグネットロッド３０が収容されている。かかるマグネットロッド３０は軸方向に沿って永久磁石のＮ極及びＳ極を交互に配列したものであり、スチールパイプの内部に多数の永久磁石を詰め込んで製作しても良いし、成形された丸棒に対して後から着磁して磁極を形成するようにしても良い。図３に示マグネットロッド３０は前者の例で製作されている。
【００１７】
前記スプライン軸１の軸方向両端の開口部には一対のエンドキャップ５が嵌合しており、スプライン軸１の中空部１０を閉塞している。これらエンドキャップ５の内側には前記マグネットロッド３０の端部を嵌合させる保持部が夫々形成されており、一対のエンドキャップ５をスプライン軸１に固定することにより、前記マグネットロッド３０がスプライン軸１の中空部１０内で両端支持梁の如く保持され、スプライン軸１の軸方向と平行に位置決めされるようになっている。尚、図中における符号５１は前記エンドキャップ５をスプライン軸１に固定するための止めねじの取付け孔である。
【００１８】
また、前記マグネットロッド３０の周囲にはリニアモータ３を構成するフォーサ３１が配置されている。図４はこのフォーサ３１の詳細を示すものである。このフォーサ３１は、マグネットロッド３０と僅かな間隙を保ってその周囲にリング状に巻き回された複数のコイル部材３２と、これらコイル部材３２を一体的に保持する絶縁体としての樹脂ホルダ３３と、この樹脂ホルダ３３に接着された金属製の補強プレート３４とから構成されている。尚、図４中の符号３５は各コイル部材３２に駆動電流を通電するためのケーブルであり、フレキシブルプリント基盤（ＦＰＣ）から形成されている。
【００１９】
各コイル部材３２には三相交流電流が印加されるように構成されており、前記樹脂ホルダ３３には三相交流電流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応したコイル部材３２が順番に配列されている。図４に示す例では１８個のコイル部材３２が樹脂ホルダ３３に配列されており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した３個１組のコイル部材３２が６組配列されていることになる。また、各コイル部材３２の配列ピッチはマグネットロッド６０における永久磁石の配列ピッチよりも短く設定されている。マグネットロッド３０にはＳ極の磁極からＮ極の磁極に向かって磁束が形成されており、フォーサ３１にはその磁束密度を検出する磁極センサ（図示せず）が内蔵されている。従って、この磁極センサの出力する検出信号からコイル部材３２に対するマグネットロッド３０の各磁極（Ｎ極及びＳ極）の位置関係が把握される。コイル部材３２に対する駆動電流の通電を制御しているドライバユニットは前記磁極センサの検出信号を受信し、コイル部材３２とマグネットロッド３０の各磁極との位置関係に応じた最適駆動電流の位相を演算し、それを各コイル部材３２に通電する。その結果、各コイル部材３２に流れる駆動電流と永久磁石によって形成される磁束との相互作用によって、コイル部材３２と永久磁石の各磁極との間に吸引力及び反発力が発生し、フォーサ３１に対してマグネットロッド３０が軸方向へ相対的に推進されることになる。
【００２０】
前記スプライン軸１のスリット開口１２と反対側に設けられた平坦面１３には、スプライン軸１の長手方向に沿って２本のリニアスケール１４，１５が貼り付けられている。また、スプラインナット２には前記リニアスケール１４，１５と対向する読み取りヘッド１６が搭載されており、スプラインナット２に対してスプライン軸１が移動すると、その移動量に応じた信号を出力するように構成されている。読み取りヘッド１６の出力信号はケーブル１７によって前記ドライバユニットに伝達される。このケーブル１７はフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）から形成されている。また、一対のリニアスケール１４，１５のうち、一方のリニアスケール１４はスプライン軸１上におけるスプラインナット２の位置検出用であり、他方のリニアスケール１５はスプライン軸１上におけるスプラインナット２のホームポジションを明示する原点復帰用である。
【００２１】
図３の断面図に示されているように、前記フォーサ３１のコイル部材３２はスプライン軸１の中空部においてマグネットロッド３０を取り囲んでいるが、かかるコイル部材３２を保持する樹脂ホルダ３３はスプライン軸１のスリット開口１２を介して該スプライン軸１の外部に突出しており、樹脂ホルダ３３に接着された補強プレート３４が固定ねじによってスプラインナット２と結合されている。そのため、補強プレート３４には前記固定ねじが螺合するタップ孔３６が形成されている。これにより、マグネットロッド３０がフォーサ３１に対して推進されると、スプライン軸１がスプラインナット２の軸方向へ推進されることになる。
【００２２】
前記フォーサ３１の軸方向長さ、すなわち前記コイル部材３２の配列方向に沿ったフォーサ３１の長さは、前記スプラインナット２の軸方向長さよりも長尺に形成されている。このため、スプラインナット２はフォーサ３１の長手方向の中央部に固定されており、フォーサ３１の長手方向の両端はスプラインナット２によって覆われることなくスリット開口１２からスプライン軸１の外部に露出している。
【００２３】
このような構造では、フォーサ３１の長手方向の中央部のみがスプラインナット２によって支持されており、リニアモータ３の推力増強のためにフォーサ３１が長尺化した場合には、フォーサ３１そのものの撓み変形に伴うマグネットロッド３０との接触が懸念される。しかし、フォーサ３１の全長にわたって金属製の補強プレート３４を設け、この補強プレート３４を介してフォーサ３１をスプラインナット２に固定していることから、フォーサ３１の変形を抑え、マグネットロッド３０とフォーサ３１の接触を防止することが可能となっている。
【００２４】
また、フォーサ３１はその長手方向の両端がスプラインナット２によって覆われることなくスプライン軸２のスリット開口１２を介して外部に露出していることから、コイル部材３２に対する駆動電流の通電によってフォーサ３１が発熱した場合であっても、かかるフォーサ３１からの放熱を促進することができ、連続運転時等におけるリニアモータ３の推力低下を防止することが可能となる。
【００２５】
一方、このようにフォーサ３１を長大化し、リニアモータ３の推力を向上させた結果として、仮にスプライン軸１が限界停止位置を超えてスプラインナット２に対してオーバーランを生じてしまった場合には、フォーサ３１の端部がエンドキャップ５に突き当たってしまい、フォーサ３１が破損してしまう事態が想定される。
【００２６】
そのような事態が発生した場合であっても、フォーサ３１の破損を防止するため、このリニアアクチュエータユニットではフォーサ３１を保護する一対のプロテクタプレート４が設けられている。図５はこれらプロテクタプレート４を装着した状態のフォーサ３１を示す側面図である。プロテクタプレート４は先端部４０が略Ｌ字状に屈曲した金属製プレートであり、スプラインナット２を軸方向から挟むようにして、フォーサ３１の補強プレート３４に取り付けられている。プロテクタプレートをフォーサの取り付けた状態で、プロテクタプレート４の先端部４０とフォーサ３１の軸方向端面との間には隙間が形成される一方、プロテクタプレートの後端部４１はスプラインナット２に当接している。また、フォーサ３１の補強プレート３４に対するプロテクタプレート４の取付けは若干の遊びを伴っており、プロテクタプレート４に作用する外力が補強プレート３４、ひいてはフォーサ３１に及ばないようになっている。
【００２７】
そして、このようなプロテクタプレート４を設けたことにより、スプライン軸１をスプラインナット２の軸方向へ運動させた際に、仮にスプライン軸１が限界停止位置を超えてオーバーランを生じてしまったとしても、プロテクタプレート４がフォーサ３１に先立ってエンドキャップ５に衝突するので、フォーサ３１がエンドキャップ５に衝突することはなく、フォーサ３１の破損を防止することが可能となる。また、プロテクタプレート４の先端部４０とフォーサ３１の端面との間には隙間が存在し、しかもプロテクタプレート４の後端４１はスプラインナット２に付き当てられていることから、プロテクタプレート４がエンドキャップ５と衝突したとしても、その衝撃力はスプライン軸１に組付けられたスプラインナット２によって負荷され、フォーサ３１に作用することはない。このため、プロテクタプレート４のエンドキャップ５との衝突を原因として、スプラインナット２に対するフォーサ３１の取付け姿勢、取付け位置が変化するといった悪影響を排除することが可能となる。
【００２８】
尚、図１〜５ではスプライン軸を本発明の案内軸、スプラインナットを本発明のスライド部材とするリニアモータアクチュエータについて説明してきたが、本発明の適用対象はこれに限られるものではない。例えば、固定ベース上に配設された軌道レールを案内軸とし、この案内軸に沿って往復動自在なテーブル機構をスライド部材とし、前記固定ベースにリニアモータのマグネット部材を、前記テーブル機構にフォーサを組み付けたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のリニアモータアクチュエータを示す全体斜視図である。
【図２】図１に示すリニアモータアクチュエータの側面図である。
【図３】図１に示すマイクロアクチュエータをスプラインナットの中心で長手方向と垂直に切り欠いた斜視図である。
【図４】リニアモータを構成するフォーサを示す斜視図である。
【図５】図４に示すフォーサにプロテクタプレートを装着した状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…スプライン軸、２…スプラインナット、３…リニアモータ、４…プロテクタプレート、５…エンドキャップ、１２，１３…スリット開口、３０…マグネットロッド、３１…フォーサ、３２…コイル部材、３３…樹脂ホルダ、３４…補強プレート
【図１】
0005258234.tif 000002
【図２】
0005258234.tif 000003
【図３】
0005258234.tif 000004
【図４】
0005258234.tif 000005
【図５】
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