(57)【要約】  充分な推力や保持力を発生しつつ、従来に比べて格段の小型化が可能なリニアモータアクチュエータであって、底板(10)及び一対の側壁(11)を有してチャネル状に形成されたベース部材(1)と、このベース部材の長手方向に沿ってその底板上に敷設された軌道レール(2)と、この軌道レールに沿って運動するスライドテーブル(3)と、前記ベース部材の各側壁の内側面に配列された固定子マグネット(40)と、前記スライドテーブルに搭載されると共に、前記ベース部材の各側壁に設けられた固定子マグネットと対向してリニアモータ(4)を構成する一対のコイル部材(41)とを備えている。
2007066500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板(10)及び一対の側壁(11)を有してチャネル状に形成されたベース部材(1)と、このベース部材の長手方向に沿ってその底板上に敷設された軌道レール(2)と、この軌道レールに沿って運動するスライドテーブル(3)と、前記ベース部材の各側壁の内側面に配列された固定子マグネット(40)と、前記スライドテーブルに搭載されると共に、前記ベース部材の各側壁に設けられた固定子マグネットと対向してリニアモータ(4)を構成する一対のコイル部材(41)とを備えた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】
前記スライドテーブル(3)は、多数のボールを介して単一の軌道レール(2)に前後して組み付けられた一対のスライドブロック(5)と、これらスライドブロック(5)に架け渡されてこれらを連結するテーブルプレート(6)とから構成され、
前記一対のコイル部材(41)は一対のスライドブロック(5)の間に位置して前記テーブルプレート(6)の下面に固定され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。
【請求項３】
前記テーブルプレート(6)は、各スライドブロック(5)に固定される一対の固定ブロック(61)と、これら固定ブロック(61)を連結すると共に前記コイル部材(41)が固定されるブリッジ部(62)とから構成されることを特徴とする請求項２記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項４】
前記テーブルプレート(6)のブリッジ部(62)の下面にはコアプレート(43)が固定され、このコアプレート(43)の両端に夫々形成したスロットにコイル(44)を収容して前記一対のコイル部材(41)を構成したことを特徴とする請求項３記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項５】
前記ブリッジ部(62)の下面には各固定ブロック(61)から連続するリブ(63)が形成される一方、前記コアプレート(43)には前記リブ(63)が嵌合する固定溝(45)が形成されていることを特徴とする請求項４記載のリニアモータアクチュエータ。
【請求項６】
前記固定子マグネット(40)は樹脂プレート上に所定の間隔で配列され、かかる樹脂プレートを前記ベース部材(1)の側壁に固定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。
【請求項７】
前記ベース部材(1)の側壁(11)にはリニアスケール(14)が取り付けられる一方、前記スライドテーブル(3)には前記リニアスケール(14)を読み取るエンコーダ(15)が搭載され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。
【請求項８】
前記ベース部材(1)の長手方向の両端には前記スライドブロック(5)のストッパ(23)が設けられていることを特徴とする請求項２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、リニアモータを内蔵し、入力信号に応じてスライドテーブルがベース部材に対して移動自在なリニアモータアクチュエータに係り、特に、幅１０ｍｍ程度、長さ４０ｍｍ程度にまで小型化し、各種産業機器に利用可能なリニアモータアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニアモータアクチュエータとしては、特開２００４−２７４９５０号公報や特開２００４−３１２９８３号公報に開示されたものが知られている。これら公報に開示されるリニアモータアクチュエータは、底板及び一対の側壁を有してチャネル状に形成された軌道レールと、多数のボールを介して前記軌道レールの一対の側壁の間に組み付けられたスライドブロックと、このスライドブロックを軌道レールに対して推進するためのリニアモータとから構成されている。【０００３】
前記リニアモータは、Ｎ極及びＳ極の磁極が直線状に交互に配列されて磁界を発生させる固定子マグネットと、前記交流電流の通電によって固定子マグネットの磁極の配列方向に沿った移動磁界を発生させる移動子としてのコイル部材とから構成されている。前記固定子マグネットは軌道レールの長手方向に沿ってその底板上に設けられる一方、前記コイル部材はスライドブロックそのもの、あるいはスライドブロックに固定されたテーブルに搭載され、前記固定子マグネットと僅かな隙間を介して対向している。【０００４】
前記コイル部材は鉄等の強磁性体から形成されたコア部材を具備するタイプと具備しないタイプとが存在するが、発生推力の点では前者のタイプが有利である。かかるコア部材には前記交流電流の相数の自然数倍となる数の歯が前記固定子マグネットと対向するように設けられている。これらの歯にはコイルが巻回されており、コイルに通電すると各歯が電磁石となり、前記固定子マグネットを構成する各磁極との間に磁気吸引力又は磁気反発力が生じる。例えば三相交流電流は位相が１２０度ずつ異なるｕ相、ｖ相、ｗ相の３つの交番電流から形成されているので、前記コア部材の一端の歯にはｕ相、次の歯にはｖ相、更に次の歯にはｗ相というように、一連の歯に巻回されたコイルに対して位相が１２０度ずつ異なる交番電流を順次通電していくと、あたかもコア部材の一端に位置する歯から他端に位置する歯に向けて磁界が移動しているかのような現象を生じる。これが前述した移動磁界であり、この移動磁界と固定子マグネットとの協働によって移動子と固定子マグネットとの間に推力が作用する。
【特許文献１】特開２００４−２７４９５０号公報
【特許文献２】特開２００４−３１２９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の如く、大きな推力を得るという観点からすればコイルをコア部材に巻き回してコイル部材を構成することが望まれる。しかし、かかるコア部材が存在すると、コイルに電流を通電していない場合であっても、固定子マグネットとコア部材との間に推力の数倍に相当する磁気吸引力が作用してしまい、コイル部材を搭載したスライドブロックに対して常に一方向への荷重が作用した状態となってしまう。このため、軌道レールに対するスライドブロックの動きが重くなり、また、軌道レールとスライドブロックとの間に介在するベアリングボールが早期に摩耗してしまうといった問題点があった。【０００６】
特に、リニアモータアクチュエータのサイズを幅１０ｍｍ程度、長さ４０ｍｍ程度にまで小型化するには、軌道レールとスライドブロックとから構成されるリニアガイドとして極めて小型なものを使用する必要が生じ、かかるリニアガイドの許容負荷荷重も極端に小さなものとならざるを得ない。従って、リニアモータの磁気吸引力がそのままリニアガイドに作用してしまうと、かかるリニアモータアクチュエータの用途における許容負荷荷重はその分だけ小さくなり、また、リニアガイドの寿命が短くなってしまう。
【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、充分な推力や保持力を発生しつつ、従来に比べて格段の小型化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】
前記目的を達成する本発明のリニアモータアクチュエータは、底板及び一対の側壁を有してチャネル状に形成されたベース部材と、このベース部材の長手方向に沿ってその底板上に敷設された軌道レールと、この軌道レールに沿って運動するスライドテーブルと、前記ベース部材の各側壁の内側面に配列された固定子マグネットと、前記スライドテーブルに搭載されると共に、前記ベース部材の各側壁に設けられた固定子マグネットと対向してリニアモータを構成する一対のコイル部材とを備えている。【０００９】
このような技術的手段によれば、リニアモータを構成する固定子マグネットはチャネル状に形成されたベース部材の一対の側壁の内側面に配列される一方、コイル部材は各側壁に設けられた固定子マグネットと対向するようにしてスライドブロックに搭載されているので、これら固定子マグネットとコイル部材との間に作用する吸引力は一対の側壁の間において相殺され、リニアモータで生じる磁気的な吸引力がスライドブロックに対して常に作用するのを防止することが可能となる。その結果、スライドテーブルに要求される許容負荷荷重を低減することができるので、リニアモータの推力を高めつつも、前記ベース部材に敷設される軌道レール、及びこの軌道レールに沿って運動するスライドテーブルを小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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斜視図である。
【図２】図１に示したリニアモータアクチュエータからテーブルプレートを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示したリニアモータアクチュエータに使用可能なリニアガイドを示す斜視図である。
【図４】テーブルプレートとコアプレートの結合状態を示す斜視断面図である。
【符号の説明】
【００１１】
１…ベース部材、２…軌道レール、３…スライドテーブル、４…リニアモータ、５…スライドブロック、６…テーブルプレート、１０…底板、１１…側壁、４０…固定子マグネット、４１…コイル部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づい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。【００１３】
図１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斜視図である。このリニアモータアクチュエータはベース部材１と、このベース部材１の上に敷設された軌道レール２と、この軌道レール２に沿って自在に往復運動が可能なスライドテーブル３と、このスライドテーブル３をベース部材１上で推進するリニアモータ４とから構成されている。【００１４】
前記ベース部材１は底板１０及びこの底板１０の両側に立設された一対の側壁１１，１１を有してチャネル状に形成されており、ステンレスによって製作されている。前記底板１０には前記軌道レール２を位置決めするための取付け溝１２が該ベース部材１の長手方向に沿って形成されている。【００１５】
また、前記スライドテーブル３は、前記軌道レール２に沿って運動するスライドブロック５と、このスライドブロック５に固定されたテーブルプレート６とから構成されている。図２は図１に示した斜視図からテーブルプレート６を取り外した状態を示す斜視図である。前記スライドブロック５は軌道レール２と相まってリニアガイドを構成しており、前記テーブルプレート６を軌道レール２に沿って案内する。【００１６】
図３は前記リニアガイドの一例を示すものである。前記軌道レール２は長手方向に垂直な断面が略矩形状に形成されており、ボール２０の転走するボール転走溝２１が両側面に１条ずつ形成されている。また、軌道レール２にはその長手方向に適宜間隔をおいてボルト孔２２が形成されており、このボルト孔２２に挿入した固定ボルトによって軌道レール２を前記ベース部材１に固定するようになっている。【００１７】
一方、前記スライドブロック５は、テーブルプレート６の取付け面５０及び当該テーブルプレート６の固定ボルト６０が螺合するタップ孔５１を有するステンレス製のブロック本体５２と、このブロック本体５２の前後両端面に対して固定される一対の合成樹脂製のエンドキャップ５３とから構成されており、かかるエンドキャップ５３をブロック本体５２に対して取付けボルト５４を用いて固定することで当該スライドブロック５内にボール２０の無限循環路が具備されるようになっている。【００１８】
前記ブロック本体５２は断面略サドル状に形成され、軌道レール２に跨がるようにして配置されており、前記ボール２０は軌道レール２の両側面に形成されたボール転走溝２１と前記ブロック本体５２との間で荷重を負荷しながら転動する。これにより、テーブルプレート６を搭載したスライドブロック５は荷重を負荷しながら軌道レール２に沿って自在に移動可能である。また、ボール２０が前記無限循環路内を循環することにより、スライドブロック５が軌道レール２に沿ってストロークに制限なく自在に移動可能となっている。【００１９】
図１及び図２に示すリニアモータアクチュエータでは２基のスライドブロック５が１本の軌道レール２に前後して組み付けられており、テーブルプレート６はこれらスライドブロック５に架け渡されている。すなわち、テーブルプレート６を各スライドブロック５の取付け面５０に固定することで、２基のスライドブロック５が相互に連結され、スライドブロック５とテーブルプレート６が一体となったスライドテーブル３が軌道レール２に沿って自在に往復運動を行うことが可能となっている。【００２０】
前記テーブルプレート６は、各スライドブロック５に固定ボルト６０を用いて固定される一対の固定ブロック６１と、これら固定ブロック６１を連結するブリッジ部６２とを備えている。前記固定ブロック６１は略矩形状に形成され、テーブルプレート６の他の部位に比べて厚く形成されている。また、前記ブリッジ部６２は固定ブロック６１と同じ厚さに形成され、テーブルプレート６の下面側で一対の固定ブロツク６１，６１と連続している。【００２１】
前記ベース部材１に軌道レール２を固定し、更にこの軌道レール２に対してスライドブロック５を組み付けても、かかるスライドブロック５の取付け面５０はベース部材１の側壁１１の上端面よりも低い位置に存在している。しかし、テーブルプレート６に設けた前記固定ブロック６１をスライドブロック５に固定することにより、テーブルプレート６をベース部材１の側壁１１を上から覆うように配置し、ベース部材１の小型化を図りつつも、テーブルプレート６の面積を広く設定することが可能となっている。また、このように、テーブルプレート６をベース部材１の側壁よりも上方へ位置させることにより、一対のスライドブロック５，５の間に後述するリニアモータ４のコイル部材４１を配置することが可能となっている。【００２２】
更に、前記ベース部材１の長手方向の両端には、軌道レール２に対するスライドブロック５のオーバーランを防止するためのストッパ２３が夫々固定されている。このストッパ２３は合成樹脂製であり、前記軌道レール２を跨ぐようにしてベース部材１の底板１０に固定されている。【００２３】
一方、前記リニアモータ４はリニア同期モータであり、ベース部材１の各側壁１１に一列に配列された複数の固定子マグネット４０と、これら固定子マグネット４０と僅かな隙間を介して対向すると共に前記スライドテーブル３に搭載された一対のコイル部材４１とから構成されている。【００２４】
ベース部材１の各側壁１１上において、前記固定子マグネット４０はＮ極及びＳ極を交互に前記コイル部材４１に向けるように配列されている。これらの固定子マグネット４０は合成樹脂製の保持プレート４２に配列されており、かかる保持プレート４２をベース部材１の側壁１１の内側面に接着することで、前記固定子マグネット４０のベース部材１に対する配列を容易に行い得るようになっている。また、前記固定子マグネット４０は保持プレート４２を射出成形することにより、該保持プレート４２と一体化されている。【００２５】
また、前記コイル部材４１は鉄等の強磁性体から形成されたコア部材に対してコイルを巻き回して形成されている。本発明のリニアモータアクチュエータでは、ベース部材１の各側壁１１に配列された固定子マグネット４０と対向する一対のコイル部材４１，４１が存在するが、図２に示す例では、これら一対のコイル部材４１，４１を１枚のコアプレート４３を用いて形成している。【００２６】
図４は前記コイル部材４１と前記テーブルプレート６との結合状態を示す斜視図であり、コイル部材４１の構造が断面図として描かれている。尚、この図４はテーブルプレートを裏面側から観察したものである。前記コイル部材４１はコアプレート４３にコイル４４を巻いて形成されている。このコアプレート４３は、前記テーブルプレート６に結合される中央部４３ａと、この中央部４３ａの両側に位置する一対のコア部４３ｂ，４３ｂとから構成されており、各コア部４３ｂにはコイル４４を収容するためのスロットが夫々形成されている。すなわち、各コア部４３ｂに対してコイル４４を巻くことで、コアプレート４３によって一体化された一対のコイル部材４１が構成されている。各コイル部材４１はｕ相、ｖ相及びｗ相の三相のコイル４４を具備しており、これらのコイル４４に対して三相交流電流を通電することにより、コイル部材４１に対して固定子マグネット４０の配列方向に沿った推力が発生するようになっている。【００２７】
また、前記コアプレート４３の中央部４３ａにはテーブルプレート６の移動方向に沿って固定溝４５が形成される一方、テーブルプレート６のブリッジ部６２にはリブ６３が突設されており、接着剤を塗布したリブ６３を前記固定溝４５に嵌合させることで、コアプレート４３がテーブルプレート６と結合されるようになっている。すなわち、コアプレート４３はテーブルプレート６のブリッジ部６２に吊り下げられるようにして固定されており、その結果、コアプレート４３の両側端に位置する一対のコイル部材４１の夫々がベース部材１の側壁１１の内側面に配列した固定子マグネット４０と対向し、リニアモータを構成するようになっている。【００２８】
更に、前記ベース部材１の一方の側壁には断面略Ｌ字型のブラケット１３が固定されており、このブラケット１３の上面にはベース部材１の長手方向に沿ってリニアスケール１４が貼り付けられている。また、前記テーブルプレート６の下面には該テーブルプレート６の移動に応じて前記リニアスケール１４を読み取るエンコーダ１５が固定されており、テーブルプレート６の移動速度に応じた間隔でパルス信号を出力する。このリニアスケール１４とエンコーダ１５の組み合わせとしては、磁気タイプまたは光学タイプ等のように種々のタイプを利用することができるが、ベース部材１の側壁１１の上端面とテーブルプレート６の下面との間の極めて薄い空間に配置する必要があることから、図示の例では磁気タイプのものを使用している。【００２９】
前記コイル部材４１に対する通電、及び前記エンコーダ１５の出力信号の伝送には、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）１６，１７が用いられており、これらＦＰＣ１６，１７はテーブルプレート６の下面に固定され、ベース部材１の側方へ引き出されている。【００３０】
以上のように構成されたリニアモータアクチュエータでは、テーブルプレート６に固定されたコイル部材４１に対して三相交流電流を通電すると、かかるコイル部材４１に固定子マグネット４０の配列方向に沿った推力が発生し、スライドテーブル３が軌道レール２に沿って進退する。前記エンコーダ１５はスケール１４を読み取り、スライドテーブル３の移動速度及び移動距離に応じた出力信号を出力するので、かかるエンコーダ１５の出力信号を参照しながらコイル部材４１への通電を制御することにより、スライドテーブル３の往復運動を任意に制御することができる。【００３１】
このとき、コイル部材４１は軌道レール１を挟むようにして該軌道レール２の両側に位置しており、ベース部材１の側壁１１の内側面に配列された固定子マグネット４０と夫々対向しているので、軌道レール２の左右では互いに逆向きの磁気吸引力又は磁気反発力が同時に発生していることになる。従って、軌道レール２に沿って運動するスライドテーブル３に対しては前記磁気吸引力又は磁気反発力に起因する荷重が作用することはなく、その分だけ軌道レール２に対してスライドテーブル３を軽く運動させることができるものである。【００３２】
また、スライドテーブル３に対して前記磁気吸引力又は磁気反発力に起因する荷重が常時作用することを回避できるので、許容負荷荷重の小さなリニアガイドを利用してリニアモータアクチュエータを構成することが可能となり、かかるリニアモータアクチュエータの小型化を図ることも可能となる。【００３３】
尚、本願発明者らが実際に本発明のリニアモータアクチュエータを試作したところ、ベース部材の幅１０ｍｍ、テーブルプレート６の高さ６ｍｍ、軌道レール幅２ｍｍにまで小型化することができ、最大推力１．２Ｎ、無負荷時最高速度１８６６ｍｍ／ｓでスライドテーブル６を進退させることができた。
【図１】
2007066500.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007066500.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月9日(2007.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
底板（１０）及び一対の側壁（１１）を有してチャネル状に形成されたベース部材（１）と、このベース部材の長手方向に沿ってその底板上に敷設された軌道レール（２）と、この軌道レールに沿って運動するスライドテーブル（３）と、前記ベース部材の各側壁の内側面に配列された固定子マグネット（４０）と、前記スライドテーブルに吊り下げられて前記軌道レールを挟むようにしてその両側に位置すると共に、前記ベース部材の各側壁に設けられた固定子マグネットと対向してリニアモータ（４）を構成する一対のコイル部材（４１）とを備えたことを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【国際調査報告】
2007066500.tif 000007
2007066500.tif 000008
2007066500.tif 000009
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