(57)【要約】【課題】  固定子の軽量化を図ることにより固定子の撓みの発生を防止し、又、部品点数を減少させて生産効率の向上とコストの低減を図ることができるように工夫したリニアモータとリニアモータの固定子製造方法を提供すること。【解決手段】  複数個の永久磁石を積層・配置してなると共にシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子は、中空パイプと、上記中空パイプ内において積層・配置された複数個の永久磁石と、上記複数個の永久磁石の両端に夫々配置され上記中空パイプに固定された一対のエンドキャップとから構成されているもの。  【選択図】  図１
2007174803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の永久磁石を積層・配置してなるとともにシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、
上記固定子は、中空パイプと、上記中空パイプ内において積層・配置された複数個の永久磁石と、上記複数個の永久磁石の両端に夫々配置され上記中空パイプに固定された一対のエンドキャップと、から構成されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記永久磁石はリング状をなしていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項２記載のリニアモータにおいて、
上記リング状の永久磁石は組立時に組立用センター軸の外周に積層・配置され、組立後に上記組立用センター軸を除去して残置されたものであることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記永久磁石は中実状をなしていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアモータにおいて、
上記中空パイプとエンドキャップはかしめにより固定されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアモータにおいて、
上記中空パイプとエンドキャップは溶接により固定されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
請求項６記載のリニアモータにおいて、
上記中空パイプとエンドキャップはレーザ溶接により固定されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項８】
中空パイプ内に複数個の永久磁石を積層・配置し、上記複数個の永久磁石の両側位置の上記中空パイプ内にエンドキャップを夫々挿入・配置し、上記エンドキャップを介して複数個の永久磁石を軸方向に押圧し、その状態で中空パイプと夫々のエンドキャップを固定するようにしたことを特徴とするリニアモータの固定子製造方法。
【請求項９】
請求項８記載のリニアモータの固定子製造方法において、
両端に雄ねじ部を備えた組立用センター軸に複数個のリング状の永久磁石を通し、上記複数個の永久磁石の両側位置において夫々エンドキャップを通し、それらを中空パイプ内に挿入・配置し、上記組立用センター軸の両端の雄ねじ部に夫々ナットを螺合させることによりエンドキャップを介して複数個の永久磁石を押圧し、その状態で中空パイプと夫々のエンドキャップを固定し、その後上記ナットを外して組立用センター軸を引き抜くようにしたことを特徴とするリニアモータの固定子製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９記載のリニアモータの固定子製造方法において、
上記中空パイプと夫々のエンドキャップはかしめにより固定されることを特徴とするリニアモータの固定子製造方法。
【請求項１１】
請求項８又は請求項９記載のリニアモータの固定子製造方法において、
上記中空パイプと夫々のエンドキャップは溶接により固定されることを特徴とするリニアモータの固定子製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のリニアモータの固定子製造方法において、
上記中空パイプと夫々のエンドキャップはレーザ溶接により固定されることを特徴とするリニアモータの固定子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いるリニアモータとそのようなリニアモータの固定子を製造するリニアモータの固定子製造方法に係り、特に、固定子の軽量化を図ると共に生産効率の向上を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触駆動が可能なリニアモータは、例えば、精密位置決め装置の駆動機構として好適である。従来のリニアモータ及びそのようなリニアモータを使用したアクチュエータは、例えば、図７及び図８に示すような構成になっている。
【０００３】
図７はリニアモータ５０１の構成を示す断面図であり、リニアモータ５０１は、固定子５０３と可動子５０５とから構成されている。上記固定子５０３は、非磁性センター軸５０７と、この非磁性センター軸の外周に積層・配置されたリング状の複数個の永久磁石５０９と、上記複数個の永久磁石５０９の外周側に設置された非磁性薄肉パイプ５１１と、上記複数個の永久磁石５０９の両側位置において上記非磁性センター軸５０７にねじ込まれると共に上記非磁性薄肉パイプ５１１内にその一部が挿入・配置された一対のエンドキャップ５１３、５１３とから構成されている。
【０００４】
又、上記可動子５０５であるが、コイルケース５１５と、このコイルケース５１５内に収容・配置されたコイル部５１７とから構成されている。
【０００５】
上記固定子５０３は、図８に示すように、その両端を支持部材５１９、５１９によって支持されている。又、上記可動子５０５は直動ガイド機構５２１によってガイドされた状態で、図中左右方向（矢印ａ方向）に移動するものである。上記直動ガイド機構５２１は、一対のガイドレール５２３、５２３（図では片側のみ示す）と夫々のガイドレール５２３、５２３に移動可能に係合するガイド部材５２５、５２５（図では片側の２個のみ示す）とから構成されている。
尚、ガイドレール１本で構成する場合もある。
【０００６】
尚、同種のリニアモータの構成を開示するものとして、例えば、特許文献１等がある。
【０００７】
【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】
【０００８】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、固定子５０３の重量が重いという問題があった。これは、構成上非磁性センター軸５０７を必要としているからであり、非磁性センター軸５０７があることにより固定子５０３の重量が重くなっているものである。そして、固定子５０３の重量が重いことによりその撓みが大きくなってしまうという問題があった。固定子５０３が撓んだ様子を図９に示す。図９中仮想線で示すように中央部が撓み量δ分だけ撓んでしまうものである。
又、固定子５０３が撓んでしまうと、固定子５０３と可動子５０５のコイル部５１７との接触が懸念され、リニアモータとしての健全な動作が損なわれるおそれがあった。
又、固定子５０３の重量が重くなることにより、それを組み込んだアクチュエータの重量も重くなってしまうものである。
又、固定子５０３に使用される非磁性センター軸５０７の長さはストローク仕様によって様々異なるものであり、そのため長さが異なる複数種類の非磁性センター軸５０７を用意しなければならず、それによって、生産効率が低下してしまうという問題があった。
又、固定子５０３の部品点数が多いためにコストの低減が難しいという問題もあった。
【０００９】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、固定子の軽量化を図ることにより固定子の撓みの発生を防止し、又、部品点数を減少させて生産効率の向上とコストの低減を図ることができるように工夫したリニアモータとリニアモータの固定子製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項1によるリニアモータは、複数個の永久磁石を積層・配置してなるとともにシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子は、中空パイプと、上記中空パイプ内において積層・配置された複数個の永久磁石と、上記複数個の永久磁石の両端に夫々配置され上記中空パイプに固定された一対のエンドキャップと、から構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項２によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記永久磁石はリング状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項３によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、  上記リング状の永久磁石は組立時に組立用センター軸の外周に積層・配置され、組立後に上記組立用センター軸を除去して残置されたものであることを特徴とするものである。
又、請求項４によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、上記永久磁石は中実状をなしていることを特徴とするものである。
又、請求項５によるリニアモータは、請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記中空パイプとエンドキャップはかしめにより固定されていることを特徴とするものである。
又、請求項６によるリニアモータは、請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記中空パイプとエンドキャップは溶接により固定されていることを特徴とするものである。
又、請求項７によるリニアモータは、請求項６記載のリニアモータにおいて、  上記中空パイプとエンドキャップはレーザ溶接により固定されていることを特徴とするものである。
又、請求項８によるリニアモータの固定子製造方法は、中空パイプ内に複数個の永久磁石を積層・配置し、上記複数個の永久磁石の両側位置の上記中空パイプ内にエンドキャップを夫々挿入・配置し、上記エンドキャップを介して複数個の永久磁石を軸方向に押圧し、その状態で中空パイプと夫々のエンドキャップを固定するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項９によるリニアモータの固定子製造方法は、請求項８記載のリニアモータの固定子製造方法において、両端に雄ねじ部を備えた組立用センター軸に複数個のリング状の永久磁石を通し、上記複数個の永久磁石の両側位置において夫々エンドキャップを通し、それらを中空パイプ内に挿入・配置し、上記組立用センター軸の両端の雄ねじ部に夫々ナットを螺合させることによりエンドキャップを介して複数個の永久磁石を押圧し、その状態で中空パイプと夫々のエンドキャップを固定し、その後上記ナットを外して組立用センター軸を引き抜くようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項１０によるリニアモータの固定子製造方法は、請求項８又は請求項９記載のリニアモータの固定子製造方法において、上記中空パイプと夫々のエンドキャップはかしめにより固定されることを特徴とするものである。
又、請求項１１によるリニアモータの固定子製造方法は、請求項８又は請求項９記載のリニアモータの固定子製造方法において、上記中空パイプと夫々のエンドキャップは溶接により固定されることを特徴とするものである。
又、請求項１２によるリニアモータの固定子製造方法は、請求項１１記載のリニアモータの固定子製造方法において、上記中空パイプと夫々のエンドキャップはレーザ溶接により固定されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように本願発明によるリニアモータによると、複数個の永久磁石を積層・配置してなると共にシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子は、中空パイプと、上記中空パイプ内において積層・配置された複数個の永久磁石と、上記複数個の永久磁石の両端に夫々配置され上記中空パイプに固定された一対のエンドキャップと、から構成されているので、固定子の軽量化、そのような固定子を使用したリニアモータの軽量化、そのようなリニアモータを組み込んだアクチュエータの軽量化を図ることができる。
又、本願発明のリニアモータの固定子製造方法によると、中空パイプ内に複数個の永久磁石を積層・配置し、上記複数個の永久磁石の両側位置の上記中空パイプ内にエンドキャップを夫々挿入・配置し、上記エンドキャップを介して複数個の永久磁石を軸方向に押圧し、その状態で中空パイプと夫々のエンドキャップを固定するようにしたので、所望の固定子を容易に製造することができる。
又、両端に雄ねじ部を備えたセンター軸に複数個のリング状の永久磁石を通し、上記複数個の永久磁石の両側位置において夫々エンドキャップを通し、それらを中空パイプ内に挿入・配置し、上記センター軸の両端の雄ねじ部に夫々ナットを螺合させることによりエンドキャップを介して複数個の永久磁石を押圧し、その状態で中空パイプと夫々のエンドキャップを固定し、その後上記ナットを外してセンター軸を引き抜くようにした場合には、センター軸がない構成の固定子を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態によるリニアモータに使用される固定子１の製造過程を示す側断面図であり、まず、組立用非磁性センター軸３があり、この組立用非磁性センター軸３の両端部には雄ねじ部５、５が設けられている。上記組立用非磁性センター軸３は、例えば、ステンレス製（例えば、ＳＵＳ３０４）である。
【００１３】
上記組立用非磁性センター軸３の外周には複数個の永久磁石７が積層・配置されている。上記永久磁石７はリング状をなしていて、上記組立用非磁性センター軸３の外周に通されるようにして積層・配置されるものである。又、隣接・配置される永久磁石７、７の極性は同極が対向するような向きで配置されている。その状態で非磁性薄肉パイプ９内に挿入・配置されている。
【００１４】
上記非磁性薄肉パイプ９内であって上記積層・配置された複数個の永久磁石７の両端にはエンドキャップ１１、１１が夫々挿入・配置されている。上記エンドキャップ１１の所定位置には予め環状溝１３が形成されている。又、上記エンドキャップ１１の中心位置には貫通孔１５が穿孔されていて、この貫通孔１５に上記組立用非磁性センター軸３の両端部を通した状態になっている。
【００１５】
次に、上記エンドキャップ１１、１１より外側に飛び出している組立用非磁性センター軸３の雄ねじ部５、５にナット１７、１７が螺合されている。これらナット１７、１７を締めることにより、積層・配置されている複数個の永久磁石７とエンドキャップ１１、１１を軸方向に押圧して密着させている。
【００１６】
次に、非磁性薄肉パイプ９とエンドキャップ１１、１１をかしめる。すなわち、図１及び図２に示すようなかしめ機２１によって、エンドキャップ１１、１１の環状溝１３、１３位置において、非磁性薄肉パイプ９とエンドキャップ１１、１１をかしめるものである。
【００１７】
上記かしめ機２１は次のような構成になっている。まず、図示しない回転主軸があり、この回転主軸には図示しない３個のチャック爪体が１２０°の間隔で取り付けられている。これら３個のチャック爪体は夫々放射方向に移動可能に構成されている。上記３個のチャック爪体には夫々ローラ２３、２３、２３が軸部２５、２５、２５を介して回転可能な状態で取り付けられている。
【００１８】
そして、まず、上記３個のローラ２３、２３、２３によって固定子１の所定位置を把持する。所定位置とはエンドキャップ１１の環状溝１３の位置である。その状態で上記ローラ２３、２３、２３を放射方向内周側に移動させて、固定子１を押圧する。それと同時に回転主軸自体を回転させる。それによって、３個のローラ２３、２３、２３は固定子１の所定位置を押圧しながら自転すると共に公転することになる。それによって、所定のかしめが施されるものである。
尚、かしめ時の押圧力、回転数、時間等は固定子１の非磁性薄肉パイプ９の外径，肉厚等に応じて適宜設定される。
因みに、この種のかしめ機２１の場合には、固定子１側は回転しない構成であり、固定子１の支持構造としては、供回りを防止する程度にクランプするだけであるので、非常に簡単なもので事足りる。
【００１９】
上記かしめを施すことによりエンドキャップ１１、１１と非磁性薄肉パイプ９とが固定されることになる。
次に、固定子１をかしめ機２１より外す。そして両側のナット１７、１７を取り外すとともに、組立用非磁性センター軸３を引き抜く。それによって、本実施の形態による固定子１が得られるものである。それを図３に示す。図３（ａ）は固定子１の側断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部を拡大して示す断面図である。
【００２０】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、固定子１の重量が軽くなったものである。これは最終的に得られる構成においては非磁性センター軸がないからである。つまり、組立用非磁性センター軸３を組立後に引き抜いてしまうからである。このように固定子１を軽量化することができたので、固定子１の撓みを軽減させることが可能になり、固定子１と可動子側との不用意な接触を防止することができ、リニアモータとしての安定した動作を提供することができるものである。
又、リニアモータをアクチュエータに組み込んだ場合もアクチュエータの軽量化を図ることができる。
又、固定子１を構成する部品の点数を減少させることができるので、部品管理を容易化することができると共にコストの低減を図ることができる。
又、組立時に使用した組立用非磁性センター軸３はあくまで組立時に使用するだけのものであり、繰り返し使用することができるものである。
又、組立時に使用する組立用非磁性センター軸３についても、あらゆる仕様の長さに対応することができるように予め長いものを用意しておけば、１個の組立用非磁性センター軸３によってあらゆる仕様の固定子１の製造に対応することが可能になる。
【００２１】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、かしめ部の形状を変えたものである。すなわち、前記第１の実施の形態の場合には、エンドキャップ１１に環状溝１３を形成したが、この実施の形態の場合には、直交する４箇所に凹部３１を形成してその部分でかしめるようにしたものである。ここでは、かしめを４箇所としたが、必要強度に応じて、かしめ数を適宜変更すれば良い。
【００２２】
そして、図４（ａ）に示すように、パンチ３３、３３によってかしめていくものである。かしめ後の状態を図４（ｂ）に示す。又、エンドキャップ１１の構成を図４（ｃ）、（ｄ）に示す。
このような構成でも前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００２３】
次に、図５を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態の場合には、組立用非磁性センター軸３を使用することなく、別の治具４１、４１によって、エンドキャップ１１、１１と複数個の永久磁石７とを押圧して非磁性薄肉パイプとかしめたものである。
この場合、組立用非磁性センター軸３を使用しないので、永久磁石７をリング状ではなく中実状にしてもよい。その場合、非磁性センター軸を内挿せず、リング状の永久磁石を組み込んだ構成に比べて固定子の重量は重くなるが、より強力な磁場をつくることが可能になり、その結果、発生推力を大きくすることが可能である。
【００２４】
次に、図６を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。前記第１〜第３の実施の形態の場合には、かしめることにより非磁性薄肉パイプ９とエンドキャップ１１、１１を固定したが、この第４の実施の形態の場合にはこれをレーザ溶接によって連結させるようにしたものである。すなわち、図６に示すように、レーザ溶接機５１によって非磁性薄肉パイプ９とエンドキャップ１１との境界部にレーザ光５３を照射して溶着させる。
【００２５】
上記点を詳しく説明すると、レーザ溶接機５１のレーザ光出射口５１ａよりパルス状のＹＡＧレーザ光５３が出射される。この場合、ごく短時間で高エネルギーのＹＡＧレーザ光５３が出射されるため、接合部は殆ど熱くなることはなく、瞬時に溶融・固着することになる。又、連続的にパルス状のＹＡＧレーザ光５３を出射させながら固定子１を回転させることにより、固定子１は殆ど熱くなることはなく、全周を溶接・結合することが可能である。
尚、固定子１の回転数やパルス周波数等は固定子１の外径や必要な接合強度等に応じ適宜設定することになる。
また、レーザ光出射口５１ａを回転させながら全周溶接する方法も考えられるが、レーザ光出射口５１ａに取り付けられている図示しない光ファイバーケーブル等の引き回しや回転装置等が複雑になり、又、作業者の目の保護等、安全を考慮するとワークを回転させる方式の方が好ましい。
【００２６】
レーザ溶接の場合には、すでに説明したように、極短時間で高エネルギーのレーザ光が出力されるため、接合部は殆ど熱くなることはなく永久磁石７にとって好都合である。この点に関して詳しく説明する。まず、永久磁石７は熱に弱く、高温下に晒されると減磁・消磁等のおそれがある。これに対して、通常のアーク溶接等の場合には接合部はかなり高温になってしまい、よって、接合部の近傍にある永久磁石７は減磁・消磁する可能性がある。永久磁石7が減磁・消磁した場合にはリニアモータの推力が低下してしまうことになる。これに対しては、例えば、接合部及び接合部近傍を冷却しながらアーク溶接等を施すことも考えられるが、冷却装置などの設備が必要になる上、溶接作業も非常に難しくなってしまう。
【００２７】
一方、本実施の形態の場合のようなレーザ溶接（例えば、パルスＹＡＧ方式）の場合には、非磁性体パイプ９は薄肉であるため、接合部及び接合部近傍への入熱が少なくても、容易に接合することができる。又、非磁性体パイプ９とエンドキャップ１１、１１が異種金属であったとしても比較的容易に接合させることが可能である。又、レーザ溶接の場合には溶接棒やろう剤などを使用する必要はなく、よって、その取扱いが容易である。又、接合部外径の膨らみが少なく済むので寸法管理が容易である。
【００２８】
尚、本発明は前記第１〜第４の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、かしめ部の形状、かしめ機の構成等について図示したものに限定されず、ヘラ絞り、スウェージング等、その他様々な構成が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、リニアモータとそのようなリニアモータの固定子を製造するリニアモータの固定子製造方法に係り、特に、固定子の軽量化を図ると共に生産効率の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに使用されるリニアモータとリニアモータの固定子製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの固定子を製造する工程を示す側断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの固定子の非磁性薄肉パイプとエンドキャップをかしめる様子を示す側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図３（ａ）はリニアモータの固定子の構成を示す側断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、図４（ａ）はリニアモータの固定子を製造する工程を示す一部側断面図、図４（ｂ）はリニアモータの固定子の構成を示す一部側断面図、図４（ｃ）はエンドキャップの構成を示す側面図、図４（ｄ）は図４（ｃ）のｄ−ｄ断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図で、リニアモータの固定子の製造工程を示す側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す図で、リニアモータの固定子の製造工程を示す側面面図である。
【図７】従来例を示す図で、リニアモータの構成を示す側断面図である。
【図８】従来例を示す図で、リニアモータを組み込んだアクチュエータの構成を示す側断面図である。
【図９】従来例を示す図で、リニアモータの固定子が撓んだ様子を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  固定子
３  組立用の非磁性センター軸
５  雄ねじ部
７  永久磁石
９  非磁性薄肉パイプ
１１  エンドキャップ
１３  環状溝
１５  貫通孔
２１  かしめ機
２３  ローラ
【図１】
2007174803.tif 000003
【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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【図９】
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