(57)【要約】【課題】固定子分割構造で発生する着座及び磁気抵抗増大の問題点を解消したパルスモーを実現する。【解決手段】複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータにおいて、  前記固定子は、前記四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して複数個に分割接続され、  前記間隙の上部に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された少なくとも前記非磁性材の深さ以上の深さを有する非磁性材による第１補助部材と、  前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された磁性材による第２補助部材と、を備える。【選択図】図１
2009194946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータにおいて、
前記固定子は、前記四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して複数個に分割接続され、
前記間隙の上部に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された非磁性材による第１補助部材を備えたことを特徴とするパルスモータ。
【請求項２】
複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータにおいて、
前記固定子は、前記四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して複数個に分割接続され、
前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された磁性材による第２補助部材を備えたことを特徴とするパルスモータ。
【請求項３】
複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータにおいて、
前記固定子は、前記四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して複数個に分割接続され、
前記間隙の上部に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された非磁性材による第１補助部材と、
前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された磁性材による第２補助部材と、
を備えることを特徴とするパルスモータ。
【請求項４】
前記第１補助部材は、前記繋ぎ目に沿った長手方向に所定ピッチの凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載のパルスモータ。
【請求項５】
前記第１補助部材は、前記間隙を充填する弾力性を有する非磁性材で形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載のパルスモータ。
【請求項６】
前記第２補助部材は、前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された溝状の凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置されたことを特徴とする請求項２または３に記載のパルスモータ。
【請求項７】
前記第２補助部材は、前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された切り欠き段差状の凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置されたことを特徴とする請求項２または３に記載のパルスモータ。
【請求項８】
前記第１補助部材と前記第２補助部材が一体化されていることを特徴とする請求項３に記載のパルスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータに関する。本発明の適用対象としては、ステッピング・モータ、リニアモータ、平面モータ及び鉄芯歯を有する電磁アクチュエータ等が考えられる。
【背景技術】
【０００２】
複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子（スライダ）と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子（プラテン）とが、空気軸受部を介して対向配置されたパルスモータ（ＸＹステージ）の構成及び可動子の位置制御技術については、特許文献１に詳細が開示されている。
【０００３】
装置の大型化に伴ってパルスモータの可動子の移動距離を長大化させる場合に、これに対向配置される大面積の固定子を１枚構造で製造することが困難となるので、分割した所定面積の固定子を繋ぎ合わせる手法が採用される。
【０００４】
図６は、固定子を２分割した従来のパルスモータの構成例を示す平面図及び縦断面図である。図６（Ａ）は２分割された固定子１０，１１の平面図、（Ｂ）はこれら固定子および空気軸受けの空隙δgを介して対向配置された可動子１２の縦断面図を示している。
【０００５】
固定子１０及び１１の上面には、所定の深さを持つ四辺形の鉄芯歯１６が所定のピッチＰで格子状に形成されている。距離τＰ(1>τ>0)で各鉄芯歯間に形成される歯溝内は、非磁性材１４で埋められており、鉄芯歯１６及び非磁性材１４の、空隙δgに面する表面は滑らかに仕上げられている。
【０００６】
可動子１２は、突極１２Ｐを複数個持ち、各突極には励磁コイル１３が巻かれている。図示されていないが、突極１２Ｐにはバイアス用の永久磁石を内蔵する構成や、可動子１２の何処かにバイアス用の永久磁石を具備している構成もある。
【０００７】
突極１２Ｐの空隙δgに面する部分には、複数の鉄芯歯１７が形成されている。図示されていないが、これら鉄芯歯１７の隣接する歯溝内には、歯先磁石が挿入されている構成もある。
【０００８】
鉄芯歯１７に隣接する歯溝は非磁性材１５で埋められ、空隙面δgに面する表面は滑らかに仕上げられている。一般に固定子１０及び１１に対し、鉄芯歯１７が励磁相数に応じて相対位置が異なる様に隣接する突極１２Ｐの間隔は設定され、可動子１２と固定子１０及び１１は、空隙δgを介して対向配置されている。
【０００９】
四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して２分割された固定子１０及び１１は、繋ぎ目の間隙Ｌf0を隔て定盤２０に固定されている。可動子１２は、固定子１０及び１１に対して空気軸受けの空隙δgを隔て移動できる様に支えられている。空隙δgを維持させる軸受けとしては、空気軸受けの他に流体軸受け、磁気軸受け等もある。
【００１０】
このような構成において、空隙δgを介して移動する可動子１２は、分割された固定子１０から固定子１１（或いは逆方向)へ移動する。または固定子１０または固定子１１の単体上を移動する。
【００１１】
可動子１２の励磁コイル１３に依る磁束Φが、突極１２Ｐ及び鉄芯歯１７から空隙δgを介して固定子１０及び１１の鉄芯歯１６を通る。可動子１２が固定子１０或いは１１の単体上に在る場合は、固定子１０或いは１１内を磁束Φは通過して再び可動子１２に帰還する。
【００１２】
この際、隣接する突極１２Ｐの鉄芯歯１７が、鉄芯歯１６と相対する位置が異なって設定されている為に、両者の磁気的吸引力(推力)Ｆの強い方向に可動子１２は移動する。この様にして励磁コイルに依る磁束Φを制御することで可動子１２を運動させることができる。
【００１３】
推力Ｆは、鉄芯歯１７と鉄芯歯１６の対向位置の位相θが変化する間の通過磁束Φの変化の大きさと入力起磁力に比例し、（１）式で表される。
Ｆ＝１／２・ＮＩ・ΔΦ／Δθ                                        （１）
ここで、ＮＩ：励磁コイルの入力起磁力，Δθ；鉄芯歯の位相変化
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−６５９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の固定子の連結手法では、次のような問題がある。
（１）連結の際、固定子１０及び１１に形成された鉄芯歯１６は、両固定子の繋ぎ目において、他の鉄芯歯１６と正確に同ピッチＰ及び歯間の溝幅τＰ(1>τ>0)で位置決めしなければならない。従って、大きなサイズにも関わらず高度の加工精度を要求され、コスト高となる。
【００１６】
（２）可動子１２は、底部より空気を固定子１０，１１の上部に吹き出して形成する空気軸受に依り固定子上を浮上して移動する場合が多い。この場合、繋ぎ目に可動子１２の空気軸受の空気吹き出し口Ｑが差し掛かると、繋ぎ目の間隙Ｌf0から空気漏れを生じ、空気軸受けの空隙δgを維持できず、固定子上に着座してしまうおそれがある。
【００１７】
（３）この空気漏れは繋ぎ目を通って外部に排気される。この問題のために、繋ぎ目の間隙Ｌf0は、空気漏れの無い様に非常に狭くする必要がある。従って、Ｌf0は、τＰ>>Ｌf0＞０の関係を満たし、Ｌf0→０に近づけて設定される必要があり、高度の加工精度が要求され、コスト高となる。
【００１８】
（４）可動子１２が固定子１０から固定子１１に乗り換える際、可動子１２から出た磁束Φは、固定子１０と１１間の繋ぎ目を通過しなければならない。この繋ぎ目の隙間Ｌf0により磁気回路から見れば空隙がδg＋Ｌf0となり、磁気抵抗が増大する。これにより、磁束Φが他の突極１２Ｐよりも減少し、結果として推力減少及び推力変動が大きくなる。
【００１９】
（５）また、一般にパルスモータの可動子の移動は滑らかに運動する様に速度制御されているので、推力減少や推力変動による振動が発生すればこれを抑制するための制御に余分な電力を費やし、効率を悪化させる要因となる。
【００２０】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、固定子分割構造で発生する着座及び磁気抵抗増大の問題点を解消したパルスモータの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータにおいて、
前記固定子は、前記四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して複数個に分割接続され、
前記間隙の上部に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された非磁性材による第１補助部材を備えたことを特徴とするパルスモータ。
【００２２】
（２）複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータにおいて、
前記固定子は、前記四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して複数個に分割接続され、
前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された磁性材による第２補助部材を備えたことを特徴とするパルスモータ。
【００２３】
（３）複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで櫛歯状に配列された、磁性材による可動子と、複数の四辺形鉄芯歯が所定深さの非磁性材を挟んで格子状に配列された、磁性材による固定子とが、軸受部を介して対向配置されたパルスモータにおいて、
前記固定子は、前記四辺形鉄芯歯の一辺に平行する繋ぎ目で所定の間隙を介して複数個に分割接続され、
前記間隙の上部に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された非磁性材による第１補助部材と、
前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置された磁性材による第２補助部材と、
を備えることを特徴とするパルスモータ。
【００２４】
（４）前記第１補助部材は、前記繋ぎ目に沿った長手方向に所定ピッチの凹凸部が形成されていることを特徴とする（１）または（３）に記載のパルスモータ。
【００２５】
（５）前記第１補助部材は、前記間隙を充填する弾力性を有する非磁性材で形成されていることを特徴とする（１）または（３）に記載のパルスモータ。
【００２６】
（６）前記第２補助部材は、前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された溝状の凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置されたことを特徴とする（２）または（３）に記載のパルスモータ。
【００２７】
（７）前記第２補助部材は、前記間隙の前記非磁性材より深い下部の両側面に形成された切り欠き段差状の凹部内に、前記繋ぎ目に沿って挿入配置されたことを特徴とする（２）または（３）に記載のパルスモータ。
（８）前記第１補助部材と前記第２補助部材が一体化されていることを特徴とする（３）に記載のパルスモータ。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）繋ぎ目の間隙に第１補助部材１００を挿入することで、繋ぎ目において発生する空気漏れの問題を解決できる。また、繋ぎ目の間隙に第２の補助部材２００を挿入することで、繋ぎ目において発生する磁気回路切断の問題を解決できる。
【００２９】
（２）第１補助部材１００の形状を、繋ぎ目に沿った長手方向に所定ピッチの凹凸部を形成させることで、ラビリンス・シール効果を発揮させ、空気軸受の空気吹き出し口Ｑが繋ぎ目に差し掛かった場合でも空気漏れを効果的に抑制することができる。
【００３０】
（３）第１補助部材１００の材質を柔らかい弾性体とすることで、固定子の繋ぎ目部を密着シール構造にできる。これにより空気軸受の空気吹き出し口Ｑが繋ぎ目に差し掛かった場合でも高精度の加工なしで、空気漏れを抑制することができる。
【００３１】
（４）第１補助部材１００の挿入効果により、固定子１０及び１１の隙間Ｌf１は、図６の従来構成のＬf0よりも広く、寸法Ｔ１≦τＰの関係を満足する範囲で加工精度を弛めることができる。このため、高コストや効率悪化の要因となる高精度の加工が不要となる。
【００３２】
（５）第２補助部材２００を、固定子１０及び１１に形成された凹部溝中に挿入することにより、従来構造では大幅に増大する磁気抵抗を、磁路断面積を増大させることで大幅に減少させることができる。凹部溝の形状を更に複雑な形状にすることにより、一層の磁気抵抗低減効果を期待することができる。
【００３３】
（６）これにより、本発明の構成による磁束Φ‘は、磁束Φ‘＞Φとなり、推力減少及び推力変動を抑制できる。また、第２補助部材２００は、凹部溝中において溝に接触し、且つ、滑らかに移動できるので、固定子１０と固定子１１の繋ぎ目の溝幅τＰの位置決めの際、固定子を移動させることによる調節が容易になる。
【００３４】
（７）第１補助部材１００と第２補助部材２００を組み合わせることで、従来構成による空気漏れに対するＬf0の要請が無くなる。従って、Ｌf1>>Ｌf0＞0とすることができ、固定子の繋ぎ目の間隙寸法精度を弛めることができる。
以上により、低コスト，省エネルギー(効率アップ)のパルスモータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したパルスモータの一実施形態を示す平面図及び縦断面図である。図１（Ａ）は２分割された固定子の１０，１１の平面図、（Ｂ）はこれら固定子および空気軸受けの空隙δgを介して対向配置された可動子１２の縦断面図を示している。図６（Ａ），（Ｂ）で説明した従来のパルスモータと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図６の従来構造に対する本発明の特徴部は、固定子１０と固定子１１の繋ぎ目の構造である。図６の従来構造では、固定子１０と固定子１１の繋ぎ目は、隙間Ｌf0を介して平面で向かい合っている。
【００３７】
本発明の第１の特徴部は、繋ぎ目の間隙Ｌf1の上部に、少なくとも非磁性材１４の深さ以上の深さｈａを有する非磁性材による第１補助部材１００を、繋ぎ目に沿って挿入配置する構成にある。
【００３８】
本発明の第２の特徴部は、間隙Ｌf1の非磁性材１４より深い下部の固定子１０と固定子１１の両側面に形成された幅Ｂの溝状凹部１０ａ，１１ａ内に、磁性材によるＴ形板状の第２補助部材２００を、繋ぎ目に沿って挿入配置した構成にある。
【００３９】
繋ぎ目に沿って挿入配置される第１補助部材１００及び第２補助部材２００の長さは、固定子１０，１１の幅ｗと同寸法を有する。
【００４０】
第１補助部材１００の形状は、図１の実施形態では、繋ぎ目に沿った長手方向に所定ピッチの凹凸部が形成されている。繋ぎ目の長手方向に直交する凸部の幅をＴ１、凹部の幅をＴ２とするとき、Ｔ１≦τＰ、Ｔ２≦Ｔ１の寸法関係にある。長手方向の凹部の長さＬaと凸部の長さＬbとするとき、Ｌa＞０、Ｌb＞０で適当な寸法を選択し、なるべく多くの凹凸を側面に形成する。複雑な形状であるほどラビリンス・シール効果が高い。
【００４１】
溝状凹部１０ａ，１１ａの形状並びにこの凹部内に挿入配置される磁性材による第２補助部材２００の形状は、図１のＴ形板状の実施形態よりも複雑な形状であるほど良い。溝状凹部１０ａ，１１ａ内で第２補助部材２００は滑らかに移動でき、且つ最小の隙間になる様に、溝部の深さＢ並びに第２補助部材２００の幅ｂ及び厚さｈyを選択する。
【００４２】
第１補助部材１００と第２補助部材２００とは、夫々独立に分離した構造であっても、両者を一体化した構造であってもよい。
【００４３】
図２は、本発明を適用したパルスモータの他の実施形態を示す平面図及び縦断面図である。図１の実施形態との差は、第１補助部材１００の側面形状を平らとし、繋ぎ目の固定子１０及び１１の側面に密着させる。この場合の第１補助部材１００は、柔らかい弾性体で製作されている。
【００４４】
これにより、第２補助部材２００と固定子１０と固定子１１の繋ぎ目部の溝幅τＰを、固定子の移動により調節し、空気漏れを抑制することができる。他は図１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
図３は、本発明を適用したパルスモータの更に他の実施形態を示す平面図及び縦断面図である。図１の実施形態との差は、固定子の繋ぎ目の凹部を段差形状１０ｂ、１１ｂとし、第２補助部材２００の形状を単純矩形とする。繋ぎ目の凹部形状を段差形状とするとで、加工し易くなり、コストを削減することができる。他は図１と同様の効果が得られる。
【００４６】
図４は、本発明を適用したパルスモータの更に他の実施形態を示す平面図及び縦断面図である。図１の実施形態との差は、図２の弾性体による第１補助部材１００及び図３の段差形状１０ｂ，１１ｂを組み合わせた構成としている。他は図１と同様の効果が得られる。
【００４７】
図５は、本発明を適用したパルスモータの更に他の実施形態を示す固定子１０，１１の平面図である。基本構成は図１と同じであるが、４枚の固定子１０，１１，２１，２２を田の字状に組み合わせて固定子の面積を拡大した構成を特徴とする。他は図１と同様の効果が得られる。
【００４８】
図５における第１補助部材１００は、図２で示した柔らかい弾性体であってもよい。また、固定子間の繋ぎ目の凹部構造は、図１の溝部構造の他、図３で示した段差形状及び矩形形状の第２補助部材２００の構造でもよい。或いは図４の様に、両方の組み合わせでもよい。
【００４９】
本発明を適用した固定子の連結形態は、図１乃至図５で説明した複数枚の平面的な連結形態のみならず、立体的連結、例えば円筒状連結、球面連結形態においても適用することができ、複数の固定子を低コスト、省エネルギーで連結することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用したパルスモータの一実施形態を示す平面図及び縦断面図である。
【図２】本発明を適用したパルスモータの他の実施形態を示す平面図及び縦断面図である。
【図３】本発明を適用したパルスモータの更に他の実施形態を示す平面図及び縦断面図である。
【図４】本発明を適用したパルスモータの更に他の実施形態を示す平面図及び縦断面図である。
【図５】本発明を適用したパルスモータの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図６】固定子を２分割した従来のパルスモータの構成例を示す平面図及び縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０，１１  固定子
１０ａ，１０ｂ  溝状凹部
１２  可動子
１３  励磁コイル
１４，１５  非磁性材
１６，１７  鉄芯歯
２０  定盤
１００  第１補助部材
２００  第２補助部材
【図１】
2009194946.tif 000003
【図２】
2009194946.tif 000004
【図３】
2009194946.tif 000005
【図４】
2009194946.tif 000006
【図５】
2009194946.tif 000007
【図６】
2009194946.tif 000008