特許 7170376 リニアモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-04

(45)【発行日】2022-11-14

(54)【発明の名称】リニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/02 20060101AFI20221107BHJP

   H02K 41/03 20060101ALI20221107BHJP

【ＦＩ】

H02K41/02 Z

H02K41/03 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020512137

(86)(22)【出願日】2018-04-03

(86)【国際出願番号】 JP2018014327

(87)【国際公開番号】W WO2019193659

(87)【国際公開日】2019-10-10

【審査請求日】2020-03-10

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100098420

【弁理士】

【氏名又は名称】加古 宗男

(72)【発明者】

【氏名】野村 壮志

(72)【発明者】

【氏名】加藤 進一

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１５９４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１９２３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２１２６１３８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２９６７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５１４２９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４１／０２

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線状に延びる固定子と、
前記固定子の両側に沿って平行に延びる２本のガイドレールと、
前記２本のガイドレールに跨がって支持枠を介してスライド可能に支持されたスライド部材と、
前記スライド部材に支持されて前記固定子と対向する可動子と
を備えたリニアモータにおいて、
前記リニアモータの設置面は鉛直面であり、前記固定子と前記可動子とが水平方向に配置され、
前記固定子と前記可動子との間のエアギャップが前記リニアモータの設置面に対して傾斜する方向に延在し、且つ、前記固定子と前記可動子との間に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向き又は斜め下向きとなり、前記２本のガイドレールが前記可動子で駆動する駆動対象物の荷重を支持する力を前記磁気吸引力が補助する役割を果たし、前記２本のガイドレールと前記磁気吸引力とによって前記駆動対象物の荷重を支持するように構成されている、リニアモータであって、
前記２本のガイドレールは前記固定子の鉛直面に前記支持枠を向いて固定され、前記支持枠は前記２本のガイドレールのそれぞれを向いて前記スライド部材に固定されている、リニアモータ。

【請求項2】

前記スライド部材に部品実装機の実装ヘッドが支持されている、請求項１に記載のリニアモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、固定子と可動子との間のエアギャップの構造を改良したリニアモータに関する技術を開示したものである。

【背景技術】

【0002】

リニアモータには、フラット型、センターマグネット型、シャフト型（円筒型）等の様々なタイプのリニアモータがあるが、一般に、推力を大きくしたい場合は、フラット型やセンターマグネット型のリニアモータが用いられる。

【0003】

フラット型のリニアモータは、特許文献１（国際公開ＷＯ２０１５／１４５５５０号公報）に記載されているように、固定子と可動子とが平行に対向し、固定子と可動子との間のエアギャップが水平方向又は鉛直方向（重力の方向）に延在するように構成されている。

【0004】

一方、センターマグネット型のリニアモータは、特許文献２（特開２０１７－３４８１７号公報）に記載されているように、リニアモータの中央に、可動子の移動方向に延びる固定子を配置すると共に、その固定子の両側面にそれぞれ界磁用の磁石を可動子の移動方向に配列し、一方、可動子に、固定子を嵌める凹条溝を形成して、その可動子の凹条溝の両側面に、固定子の両側面の磁石とそれぞれエアギャップを介して水平方向に対向するコイルを設けた構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開ＷＯ２０１５／１４５５５０号公報

【文献】特開２０１７－３４８１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１のフラット型のリニアモータは、固定子の上方に可動子を配置した構成となっているが、可動子に連結する駆動対象物が部品実装機の実装ヘッドのように下方に垂れ下がる物体である場合には、リニアモータ１１を横向きに設置して、固定子と可動子とを水平方向に対向させるように配置した構成とする場合がある。この場合は、固定子の上下両側に沿って平行に延びる２本のガイドレールを設け、これら２本のガイドレールに跨がってスライド可能に支持されたスライド部材の内側に可動子を取り付け、そのスライド部材の外側に実装ヘッド等の駆動対象物を取り付けるようにしている。

【0007】

この構成では、駆動対象物の荷重は、スライド部材を介して２本のガイドレールで支持されるため、ガイドレールやスライド部材を機械的に強固に構成しなければならず、その分、リニアモータが大型化したり、重量が増加する欠点がある。

【0008】

また、部品実装機のようにリニアモータを天井側に吊して設置する場合は、大型化したリニアモータを設置するスペースを確保しにくくなったり、重量が増加したリニアモータの加減速・停止の繰り返しにより部品実装機の本体フレームの振動が増大して実装ヘッドの位置決め精度が悪化するという問題も発生する。

【0009】

一方、特許文献２のセンターマグネット型のリニアモータは、可動子の凹条溝の中心と固定子の中心との位置関係がずれると、固定子の両側面と可動子の凹条溝の両側面との間のエアギャップの大きさがアンバランスとなるため、固定子の両側面に作用する磁気吸引力がアンバランスとなって、その磁気吸引力の差が固定子に大きな倒れ込み力として作用する。つまり、固定子の両側面に作用する磁気吸引力の向きが１８０°反対方向であるため、固定子の両側面に作用する磁気吸引力がアンバランスとなると、その磁気吸引力の差がそのまま固定子の倒れ込み力となる。この対策として、固定子が倒れないようにするために、固定子を支持する構造を機械的に強固に構成しなければならず、その分、リニアモータが大型化したり、重量が増加する欠点がある。リニアモータの大型化や重量増加は、上述したように省スペース化や位置決め精度向上を阻害する要因となる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、直線状に延びる固定子と、前記固定子の両側に沿って平行に延びる２本のガイドレールと、前記２本のガイドレールに跨がって支持枠を介してスライド可能に支持されたスライド部材と、前記スライド部材に支持されて前記固定子と対向する可動子とを備えたリニアモータにおいて、前記リニアモータの設置面は鉛直面であり、前記固定子と前記可動子とが水平方向に配置され、前記固定子と前記可動子との間のエアギャップが前記リニアモータの設置面に対して傾斜する方向に延在し、且つ、前記固定子と前記可動子との間に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向き又は斜め下向きとなり、前記２本のガイドレールが前記可動子で駆動する駆動対象物の荷重を支持する力を前記磁気吸引力が補助する役割を果たし、前記２本のガイドレールと前記磁気吸引力とによって前記駆動対象物の荷重を支持するように構成されている、リニアモータであって、前記２本のガイドレールは前記固定子の鉛直面に前記支持枠を向いて固定され、前記支持枠は前記２本のガイドレールのそれぞれを向いて前記スライド部材に固定されていることを特徴とする。

【0011】

このように、リニアモータの設置面が鉛直面で、固定子と可動子とが水平方向に配置され、固定子と可動子との間のエアギャップがリニアモータの設置面に対して傾斜する方向に延在し、且つ、前記固定子と前記可動子との間に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向き又は斜め下向きとなり、前記２本のガイドレールが前記可動子で駆動する駆動対象物の荷重を支持する力を前記磁気吸引力が補助する役割を果たすように構成すれば、駆動対象物を支持する部分の機械的強度の設計基準を緩和することができて、その分、リニアモータの小型化や軽量化を実現できて、省スペース化や位置決め精度向上に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は実施例１のリニアモータの構成を示す側面図である。

【図2】図２は実施例１のリニアモータの固定子側の構成を示す平面図である。

【図3】図３は実施例１のリニアモータの固定子に作用する力を説明する図である。

【図4】図４は実施例２のリニアモータの構成を示す側面図である。

【図5】図５は実施例２のリニアモータの可動子に作用する力を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、２つの実施例１，２を説明する。

【実施例1】

【0014】

図１乃至図３を参照して実施例１を説明する。
本実施例１のリニアモータ１１は、固定子１２と可動子１３とが鉛直方向（上下方向）に配置され、固定子１２の上方に可動子１３が位置する構成となっている。固定子１２は、可動子１３の移動方向に沿って延びるヨーク１４と、このヨーク１４の上面側に可動子１３の移動方向に沿ってＮ極とＳ極の磁界を交互に形成するように２列に配列した多数の磁石１５（図２参照）とから構成されている。

【0015】

固定子１２のヨーク１４は、リニアモータ１１の設置面側の外殻を構成する固定子プレート１６上にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。固定子１２のヨーク１４は、可動子１３の移動方向から見て略二等辺三角形（山型）の断面形状となるように形成され、その傾斜する２つの面に、それぞれ可動子１３の移動方向に沿ってＮ極とＳ極の磁界を交互に形成するように多数の磁石１５が配列されている。

【0016】

固定子プレート１６の上面には、可動子１３の移動方向に沿って延びる固定子１２の両側に沿って平行に延びる２本のガイドレール２１がねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。２本のガイドレール２１に跨がってスライド部材である可動子プレート２２が両側の支持枠２３を介してスライド可能に水平に支持されている。これにより、可動子プレート２２が固定子プレート１６と平行に配置され、該可動子プレート２２の下面側に可動子１３が取り付けられている。

【0017】

可動子１３は、可動子プレート２２の下面にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されたヨーク２４と、このヨーク２４の下面側に固定子１２の磁石１５と対向するように装着された複数のコイル２５とから構成されている。可動子１３のヨーク２４は、固定子１２のヨーク１４の山型の断面形状に対応して谷型（Ｖ溝状）の断面形状となるように形成されている。これにより、固定子１２の磁石１５と可動子１３のコイル２５との間のエアギャップ２６がリニアモータ１１の設置面（固定子プレート１６の下面）に対して傾斜する方向に延在するように構成され、且つ、エアギャップ２６が可動子１３の移動方向から見て三角形の２辺に沿った断面形状（逆Ｖ字状）となるように構成されている。

【0018】

以上のように構成した本実施例１のリニアモータ１１は、例えば、部品実装機の実装ヘッドをＸ方向又はＹ方向に移動させるリニア駆動装置等、各種の産業機械のリニア駆動装置として使用可能であり、実装ヘッド等の駆動対象物を可動子プレート２２に支持させるようになっている。

【0019】

以上のように構成した本実施例１のリニアモータ１１は、固定子１２と可動子１３との間のエアギャップ２６が可動子１３の移動方向から見て三角形の２辺に沿った断面形状となるように構成されているため、図３に示すように、固定子１２と可動子１３との間に作用する磁気吸引力の作用方向がリニアモータ１１の中心を境にして異なる方向となるが、１８０°反対方向ではなく、エアギャップ２６の傾斜角度分だけ磁気吸引力の作用方向が１８０°反対方向からずれる。このため、たとえ、可動子１３の中心と固定子１２の中心との位置関係がずれて、固定子１２の両側のエアギャップ２６の大きさがアンバランスとなって、固定子１２の両側に作用する磁気吸引力がアンバランスとなった場合でも、両側の磁気吸引力の差がそのまま固定子１２の倒れ込み力とはならず、両側の磁気吸引力の水平方向成分の差が固定子１２の倒れ込み力となるだけである。これにより、固定子１２の倒れ込み力を軽減でき、固定子１２や駆動対象物を支持する部分（可動子プレート２２、支持枠２３、ガイドレール２１、固定子プレート１６）の機械的強度の設計基準を緩和することができて、その分、リニアモータ１１の小型化や軽量化を実現できて、省スペース化や位置決め精度向上に貢献できる。

【0020】

尚、本実施例１では、固定子１２と可動子１３との間のエアギャップ２６が可動子１３の移動方向から見て三角形の２辺に沿った断面形状（逆Ｖ字状）となるように構成したが、固定子と可動子との間のエアギャップが可動子の移動方向から見て逆三角形の２辺に沿った断面形状（Ｖ字状）となるように構成しても良い。この構成でも、本実施例１と同様の効果を得ることができる。

【0021】

また、本実施例１では、リニアモータ１１の設置面（固定子プレート１６の下面）を水平面として、固定子１２が下、可動子１３が上に位置する構成となっているが、これとは反対に、固定子１２が上、可動子１３が下に位置する構成としても良い。

【0022】

或は、リニアモータ１１の設置面を鉛直面として、固定子１２と可動子１３とを水平方向に配置した構成としても良い。その他、リニアモータ１１の設置面は、水平面や鉛直面に限定されず、それ以外の角度の面としても良いことは言うまでもない。

【実施例2】

【0023】

次に、図４及び図５を用いて実施例２を説明する。但し、上記実施例１と実質的に同じ部分については説明を省略又は簡略化して、主として異なる部分について説明する。

【0024】

本実施例２のリニアモータ３１は、固定子３２と可動子３３とが水平方向に配置されている。固定子３２は、可動子３３の移動方向に沿って延びるヨーク３４と、このヨーク３４の内側に可動子３３の移動方向に沿ってＮ極とＳ極の磁界を交互に形成するように配列した多数の磁石３５とから構成されている。

【0025】

固定子３２のヨーク３４は、リニアモータ３１の設置面側の外殻を構成する固定子プレート３６の内側にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。固定子３２のヨーク３４は、可動子３３の移動方向から見て内側面が鉛直面に対して傾斜面となるように形成され、その傾斜面に、可動子１３の移動方向に沿ってＮ極とＳ極の磁界を交互に形成するように多数の磁石３５が配列されている。

【0026】

固定子プレート３６の内側の鉛直面には、可動子３３の移動方向に沿って延びる固定子３２の両側に沿って平行に延びる２本のガイドレール４１がねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。２本のガイドレール４１に跨がってスライド部材である可動子プレート４２が両側の支持枠４３を介してスライド可能に支持されている。これにより、可動子プレート４２が固定子プレート３６と平行に配置され、該可動子プレート４２の内側に可動子３３が取り付けられている。
図４に示すように、２本のガイドレール４１は固定子３２の鉛直面に支持枠４３を向いて固定され、支持枠４３は２本のガイドレール４１のそれぞれを向いて可動子プレート４２に固定されている。

【0027】

可動子３３は、可動子プレート４２の内側にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されたヨーク４４と、このヨーク４４の内側に固定子３２の磁石３５と対向するように装着されたコイル４５とから構成されている。可動子３３のヨーク４４は、固定子３２のヨーク３４の内側面の形状に対応して内側面が鉛直面に対して傾斜面となるように形成されている。これにより、固定子３２の磁石３５と可動子３３のコイル４５との間のエアギャップ４６がリニアモータ３１の設置面（固定子プレート３６の外面）に対して傾斜する方向に延在し、且つ、固定子３２と可動子３３との間に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向きとなるように構成されている。

【0028】

以上のように構成した本実施例２のリニアモータ３１は、例えば、部品実装機の実装ヘッドをＸ方向又はＹ方向に移動させるリニア駆動装置等、各種の産業機械のリニア駆動装置として使用可能であり、実装ヘッド等の駆動対象物を可動子プレート４２に支持させるようになっている。

【0029】

以上のように構成した本実施例２のリニアモータ３１は、固定子３２と可動子３３との間のエアギャップ４６がリニアモータ３１の設置面（固定子プレート３６の外面）に対して傾斜する方向に延在し、且つ、可動子３３に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向きとなるように構成されているため、図５に示すように、可動子１３に作用する磁気吸引力が上向きの成分を持ち、その磁気吸引力が可動子プレート４２に取り付けた駆動対象物の荷重を支持する力を補助する役割を果たすようになる。これにより、駆動対象物を支持する部分（可動子プレート４２、支持枠４３、ガイドレール４１、固定子プレート３６）の機械的強度の設計基準を緩和することができて、その分、リニアモータ３１の小型化や軽量化を実現できて、省スペース化や位置決め精度向上に貢献できる。

【0030】

尚、本実施例２では、可動子３３に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向きとなるように構成したが、駆動対象物から可動子プレート４２に作用する荷重の作用方向によっては可動子に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め下向きとなるように構成しても良い。

【0031】

また、本実施例２では、リニアモータ３１の設置面（固定子プレート３６の外面）を鉛直面として、固定子３２と可動子３３とが水平方向に配置された構成となっているが、リニアモータ３１の設置面（固定子プレート３６の外面）を水平面として、固定子３２と可動子３３とが上下方向に配置された構成としても良い。その他、リニアモータ３１の設置面は、水平面や鉛直面に限定されず、それ以外の角度の面としても良いことは言うまでもない。

【0032】

［その他の実施例］
上記実施例１，２では、固定子１２，３２に磁石１５，３５を設け、可動子１３，３３にコイル２５，４５を設けたが、これとは反対に、固定子にコイルを設け、可動子に磁石を設けた構成としても良い。

【0033】

その他、本発明は、上記各実施例に限定されず、例えば、ヨーク２４，４４の形状を変更したり、駆動対象物に応じてエアギャップ２６，４６の傾斜角度を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0034】

１１…リニアモータ、１２…固定子、１３…可動子、１４…ヨーク、１５…磁石、１６…固定子プレート、２１…ガイドレール、２２…可動子プレート（スライド部材）、３３…支持枠、２４…ヨーク、２５…コイル、２６…エアギャップ、３１…リニアモータ、３２…固定子、３３…可動子、３４…ヨーク、３５…磁石、３６…固定子プレート、４１…ガイドレール、４２…可動子プレート（スライド部材）、４３…支持枠、４４…ヨーク、４５…コイル、４６…エアギャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】