特許 7543600 リニアモータおよび工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-23

(45)【発行日】2024-09-02

(54)【発明の名称】リニアモータおよび工作機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20240826BHJP

   H02K 33/00 20060101ALI20240826BHJP

   H02K 9/19 20060101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03

H02K33/00 Z

H02K9/19 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024507869

(86)(22)【出願日】2023-02-02

(86)【国際出願番号】 JP2023003352

【審査請求日】2024-02-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100185719

【弁理士】

【氏名又は名称】北原 悠樹

(72)【発明者】

【氏名】河本 道生

(72)【発明者】

【氏名】森本 亮太

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１０２４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７７５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７１６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２８９２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

Ｈ０２Ｋ ３３／００

Ｈ０２Ｋ ９／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械に用いられるリニアモータであって、
複数の磁石が第１方向に並べて設けられている磁石板と、
前記磁石板に対して前記第１方向にスライド可能に構成されたスライダとを備え、
前記スライダは、
スライダコアと、
コイルと、
前記磁石板と対向するように前記第１方向に並べて前記スライダコアに設けられている複数のティースとを含み、
前記複数のティースは、
最も外側に位置するティースであって、前記コイルが巻かれていない第１ティースと、
前記コイルが巻かれている第２ティースとを含み、
前記スライダには、前記磁石板の表面と平行でかつ前記第１方向と直交する第２方向に貫通するように、かつ、前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向から見たときに前記第１ティースと重なるように複数の貫通孔が形成されており、
複数の前記貫通孔は、
第１貫通孔と、
前記第１貫通孔よりも前記磁石板から離れた位置に形成されている第２貫通孔とを含み、
前記第２方向から見た場合における前記第１貫通孔の面積は、前記第２方向から見た場合における前記第２貫通孔の面積よりも大きく、
前記第１貫通孔は、前記第１方向から見たときに、前記コイルと重なっており、
前記第２貫通孔は、前記第１方向から見たときに、前記コイルと重なっていない、リニアモータ。

【請求項2】

前記複数の貫通孔の内部は、物体が存在しない空間である、請求項１に記載のリニアモータ。

【請求項3】

前記リニアモータは、さらに、前記第１貫通孔を通るように配管されている冷却配管を備える、請求項１に記載のリニアモータ。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のリニアモータと、
ワークまたは工具を回転可能に保持するための主軸とを備え、
前記リニアモータは、前記主軸の位置を移動するために用いられている、工作機械。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載のリニアモータと、
ワークを載置するためのテーブルとを備え、
前記リニアモータは、前記テーブルを駆動するために用いられている、工作機械。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか１項に記載のリニアモータと、
部材を搬送するためのローダとを備え、
前記リニアモータは、前記ローダを駆動するために用いられている、工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リニアモータおよび工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１４－０４２４２３号公報（特許文献１）は、リニアモータに関する発明を開示している。当該リニアモータは、固定子として機能する界磁部と、可動子として機能する電機子とを備える。電機子は、コアと、ティースと、コイルとを有する。コアは、電機子の本体を成す部材である。電機子は、コイルに電流を流すことで電磁誘導作用に伴う駆動力を発生させ、界磁部上を移動する。

【0003】

ティースは、長手方向に並べてコアの下部に設けられている。長手方向における両端のティースには、テーパ部が形成されている。これにより、特許文献１に開示されるリニアモータは、直線運動時に生じる振動（コギング）を低減する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－０４２４２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

長手方向における両端のティースにおいてテーパ部を形成するだけでは、コギングを十分に低減することは難しい。したがって、リニアモータの駆動時に生じるコギングを低減するための新たな技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一例では、工作機械に用いられるリニアモータが提供される。上記リニアモータは、複数の磁石が第１方向に並べて設けられている磁石板と、上記磁石板に対して上記第１方向にスライド可能に構成されたスライダとを備える。上記スライダは、スライダコアと、コイルと、上記磁石板と対向するように上記第１方向に並べて上記スライダコアに設けられている複数のティースとを含む。上記複数のティースは、最も外側に位置するティースは、上記コイルが巻かれていない第１ティースと、上記コイルが巻かれている第２ティースとを含む。上記第１ティースには、上記磁石板の表面と平行でかつ上記第１方向と直交する第２方向に貫通している貫通孔が形成されている。

【0007】

本開示の一例では、上記貫通孔の内部は、物体が存在しない空間である。

【0008】

本開示の一例では、上記リニアモータは、さらに、上記貫通孔を通るように配管されている冷却配管を備える。

【0009】

本開示の一例では、上記貫通孔は、上記第１方向から見たときに、上記コイルと重なっている。

【0010】

本開示の一例では、上記第１ティースには、複数の上記貫通孔が形成されている。

【0011】

本開示の一例では、複数の上記貫通孔は、第１貫通孔と、上記第１貫通孔よりも上記磁石板から離れた位置に形成されている第２貫通孔とを含む。上記第２方向から見た場合における上記第１貫通孔の面積は、上記第２方向から見た場合における上記第２貫通孔の面積よりも大きい。

【0012】

本開示の他の例では、工作機械が提供される。上記工作機械は、上記リニアモータと、ワークまたは工具を回転可能に保持するための主軸とを備える。上記リニアモータは、上記主軸の位置を移動するために用いられている。

【0013】

本開示の他の例では、工作機械が提供される。上記工作機械は、上記リニアモータと、ワークを載置するためのテーブルとを備える。上記リニアモータは、上記テーブルを駆動するために用いられている。

【0014】

本開示の他の例では、工作機械が提供される。上記工作機械は、リニアモータと、部材を搬送するためのローダとを備える。前記リニアモータは、前記ローダを駆動するために用いられている。

【0015】

本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施の形態に従うリニアモータを斜め方向から表わす斜視図である。

【図2】Ｚ軸方向からスライダを表わした図である。

【図3】図２に示されるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿ったスライダの断面図である。

【図4】Ｚ軸方向からスライダを表わした図である。

【図5】図４に示されるＶ－Ｖ線に沿ったスライダの断面図である。

【図6】図４に示されるＶＩ－ＶＩ線に沿ったスライダの断面図である。

【図7】変形例１に従うスライダをＺ軸方向から表した図である。

【図8】図７に示されるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿ったスライダの断面図である。

【図9】ＸＺ平面における補助ティースの断面図である。

【図10】ＸＺ平面における補助ティースの断面図である。

【図11】補助ティースに貫通孔を形成していないリニアモータを駆動した際における推力の推移と、補助ティースに貫通孔を形成していないリニアモータを駆動した際における推力の推移とを示す図である。

【図12】工作機械の装置構成の一例を示す図である。

【図13】工作機械の装置構成の他の例を示す図である。

【図14】工作機械の装置構成の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

【0018】

＜Ａ．リニアモータ１００＞
まず、図１を参照して、リニアモータ１００の概要について説明する。図１は、実施の形態に従うリニアモータ１００を斜め方向から表わす斜視図である。

【0019】

図１に示されるように、リニアモータ１００は、磁石板１０と、スライダ５０とを含む。

【0020】

磁石板１０は、固定子として機能する。磁石板１０には、複数の磁石１２が並べられている。説明の便宜のために、以下では、磁石１２が並べられている方向をＸ軸方向（第１方向）とも称する。磁石板１０の表面と平行でかつＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向（第２方向）とも称する。Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方に直交する方向をＺ軸方向（第３方向）とも称する。

【0021】

複数の磁石１２の各々は、Ｘ軸方向において所定の間隔を空けて磁石板１０上に配置されている。磁石１２の各々は、永久磁石である。磁石１２の各々は、隣接する磁石１２と極性が反対になるように磁石板１０上に設けられている。一例として、一の磁石１２の表面がＮ極で、当該一の磁石１２の裏面がＳ極であったとする。この場合、当該一の磁石１２の隣に配置されている磁石１２については、表面がＳ極で、裏面がＮ極となる。

【0022】

スライダ５０は、可動子として機能する。スライダ５０は、複数のコイル５２を有する。複数のコイル５２は、Ｘ軸方向に並べてスライダ５０に設けられている。コイル５２の各々は、スライダ５０に形成されている後述のティース５３（図３参照）に長円状に巻かれている。

【0023】

複数のコイル５２は、複数の磁石１２と対向するようにスライダ５０に設けられている。異なる言い方をすれば、複数のコイル５２は、Ｚ軸方向から見て複数の磁石１２と重なるようにスライダ５０に設けられている。

【0024】

スライダ５０は、複数のコイル５２に交流電流を印加することにより発生する磁場を複数の磁石１２に作用させることで推力を受け、磁石板１０上をＸ軸方向にスライドする。交流電流は、たとえば、コイル５２に電気的に接続される電源（図示しない）から供給される。

【0025】

＜Ｂ．コギングの低減方法＞
次に、図２および図３を参照して、スライダ５０がＸ軸方向に移動する際にリニアモータ１００に生じるコギングを低減する方法について説明する。図２は、Ｚ軸方向からスライダ５０を表わした図である。図３は、図２に示されるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿ったスライダ５０の断面図である。

【0026】

上述のスライダ５０は、スライダコア５１を含む。スライダコア５１は、スライダ５０の本体を成す部材である。

【0027】

スライダコア５１には、複数のティース５３が形成されている。ティース５３の各々は、スライダコア５１の下面（すなわち、磁石板１０との対向面）から磁石板１０に向けて突き出ている。異なる言い方をすれば、複数のティース５３は、上述の磁石板１０と対向しており、Ｚ軸方向から見て磁石板１０と重なるようにスライダコア５１に形成されている。また、ティース５３の各々は、Ｙ軸方向に延在している。

【0028】

ティース５３は、Ｘ軸方向の最も外側に位置するティースであって、コイル５２が巻かれていない補助ティース５３Ａ（第１ティース）と、補助ティース５３Ａの内側に位置するティースであって、コイル５２が巻かれているコイル用ティース５３Ｂ（第２ティース）とを含む。コイル用ティース５３Ｂには、コイル５２が長円状に巻かれている。

【0029】

補助ティース５３Ａには、Ｙ軸方向に貫通している貫通孔５５が形成されている。コイル５２が補助ティース５３Ａに設けられることで、交流電流をコイル５２に印加した際に生じる磁束の変化が滑らかになる。結果として、リニアモータ１００の駆動時に生じるコギングを低減することができる。

【0030】

好ましくは、貫通孔５５の内部は、物体が存在しない空間である。異なる言い方をすれば、貫通孔５５の内部には、気体のみが存在する。何らかの物体が貫通孔５５の内部に設けられないことで、スライダコア５１を軽量化することができる。

【0031】

また、貫通孔５５は、Ｘ軸方向から見たときに、コイル５２と少なくとも一部において重なっている。貫通孔５５がコイル５２の近傍に形成されることで、交流電流をコイル５２に印加した際に生じる磁束の変化がより滑らかになる。結果として、リニアモータ１００の駆動時に生じるコギングをさらに低減することができる。

【0032】

なお、図２および図３には、補助ティース５３ＡがＸ軸方向における両端の補助ティース５３Ａに形成されている例が示されているが、貫通孔５５は、Ｘ軸方向の一方側の補助ティース５３Ａにのみ形成されていてもよい。この場合、貫通孔５５は、Ｘ軸方向の他方側の補助ティース５３Ａには形成されない。

【0033】

また、図３には、貫通孔５５の断面形状が長方形である例が示されているが、貫通孔５５の断面形状は、任意である。貫通孔５５の断面形状は、たとえば、長方形以外の多角形であってもよいし、円形であってもよい。

【0034】

＜Ｃ．スライダ５０＞
次に、図４～図６を参照して、上述のスライダ５０についてさらに詳細に説明する。図４は、スライダ５０をＺ軸方向から表わした図である。図５は、図４に示されるＶ－Ｖ線に沿ったスライダ５０の断面図である。図６は、図４に示されるＶＩ－ＶＩ線に沿ったスライダ５０の断面図である。

【0035】

スライダ５０は、その外観を成す筐体６０を有する。筐体６０は、たとえば、樹脂製である。筐体６０の内部には、スライダコア５１と、複数のコイル５２と、冷却配管５６と、固定用部材５８とが収容されている。

【0036】

スライダコア５１は、たとえば、電磁鋼板で構成されている。また、スライダコア５１には、上述のティース５３が形成されている。

【0037】

冷却配管５６は、スライダコア５１の上面（すなわち、磁石板１０との対向面とは反対側の面）に設けられる。より具体的には、スライダコア５１の上面には、複数の溝が形成されている。各溝は、Ｘ軸方向において等間隔に形成される。また、各溝は、Ｙ軸方向に延在している。冷却配管５６は、スライダコア５１の上面に形成されている各溝に沿って蛇行するように配管される。

【0038】

冷却配管５６は、冷媒の流入口と、冷媒の流出口とを有する。当該流入口と当該流出口とは、冷却器（図示しない）に繋げられている。冷媒は、冷却配管５６の流入口から冷却配管５６の流出口まで流れ、スライダ５０を冷却する。流出口に到達した冷媒は、冷却器に送られ、冷やされる。その後、冷やされた冷媒は、冷却配管５６の流入口に再び送られる。このように、冷媒は、スライダコア５１の上面を循環することでスライダ５０から排熱する。冷媒は、たとえば、水などを含む液体である。

【0039】

冷却配管５６は、たとえば、熱伝導性の良い金属管で構成される。一例として、冷却配管５６は、銅管で構成されてもよいし、アルミニウム管で構成されてもよいし、ステンレス鋼管で構成されてもよい。

【0040】

なお、図５には、冷却配管５６の断面形状が円形である例が示されているが、冷却配管５６の断面形状は、任意である。冷却配管５６の断面形状は、たとえば、多角形であってもよいし、その他の形状であってもよい。

【0041】

また、コイル用ティース５３Ｂには、Ｙ軸方向に延在している貫通孔Ｈが形成されている。貫通孔Ｈには、固定用部材５８が挿入される。固定用部材５８には、Ｚ軸方向においてねじ穴が形成されているとともに、スライダコア５１にはＺ軸方向に対して固定用部材５８のねじ穴と連通する貫通孔Ｈが形成されている。

【0042】

固定用部材５８の形状は、任意である。一例として、固定用部材５８の形状は、直方体形状の角材であってもよいし、円柱形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。

【0043】

固定用部材５８は、スライダコア５１とは異なる種類の部材で構成される。一例として、スライダコア５１が積層鋼鈑で構成されているのに対して、固定用部材５８は、積層鋼鈑以外の金属で構成される。一例として、固定用部材５８は、鉄で構成されてもよいし、その他の種類の金属で構成されてもよい。

【0044】

＜Ｄ．変形例１＞
次に、図７および図８を参照して、変形例１に従うスライダ５０Ａについて説明する。図７は、変形例１に従うスライダ５０ＡをＺ軸方向から表した図である。図８は、図７に示されるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿ったスライダ５０Ａの断面図である。

【0045】

上述の図２および図３の例では、貫通孔５５の内部には、何らの物体も設けられていなかった。これに対して、本変形例に従うスライダ５０Ａにおいては、貫通孔５５の内部に何らかの物体が設けられる。これにより、貫通孔５５の内部のスペースを有効活用することができる。その他の点に関しては上述の通りであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。

【0046】

一例として、本変形例に従うスライダ５０Ａは、貫通孔５５を通るように配管されている冷却配管５４を含む。貫通孔５５内の空間が冷却配管５４の経路として活用されることで、コギングを低減しつつ、スライダ５０Ａを冷却することができる。また、熱の発生に伴うリニアモータ１００の性能の低下が抑制される。さらに、貫通孔５５の内部の空間が冷却配管５４の経路に活用されることで、スライダ５０ＡがＸ軸方向において大型化することを防ぐことができる。

【0047】

冷却配管５４は、冷媒の流入口と、冷媒の流出口とを有する。当該流入口と当該流出口とは、冷却器（図示しない）に繋げられている。冷媒は、冷却配管５４の流入口から冷却配管５４の流出口まで流れ、磁石１２およびコイル５２を冷却する。流出口に到達した冷媒は、冷却器に送られ、冷やされる。その後、冷やされた冷媒は、冷却配管５４の流入口に再び送られる。このように、冷媒は、スライダ５０Ａ内を循環することで磁石１２およびコイル５２から熱を集める。冷媒は、たとえば、水などを含む液体である。

【0048】

冷却配管５４は、たとえば、熱伝導性の良い金属管で構成される。一例として、冷却配管５４は、銅管で構成されてもよいし、アルミニウム管で構成されてもよいし、ステンレス鋼管で構成されてもよい。

【0049】

なお、図８には、冷却配管５４の断面形状が円形である例が示されているが、冷却配管５４の断面形状は、任意である。冷却配管５４の断面形状は、たとえば、多角形であってもよいし、その他の形状であってもよい。

【0050】

以下では、冷却配管５４の配管経路の内、Ｙ軸方向に延在している配管経路を経路５４Ｙと称し、Ｘ軸方向に延在している配管経路を経路５４Ｘと称する。

【0051】

冷却配管５４の経路５４Ｘは、スライダコア５１の側面を通るように配管されている。より具体的には、冷却配管５４の経路５４Ｘは、Ｙ軸方向における複数の磁石１２の端部と、Ｙ軸方向における複数のコイル５２の端部とを冷却するように配管されている。異なる言い方をすれば、冷却配管５４の経路５４Ｘは、Ｙ軸方向における複数の磁石１２の端部と、Ｙ軸方向におけるコイル５２の端部とに重なるように配管されている。これにより、冷却配管５４の経路５４Ｘは、コイル５２の端部だけでなく、磁石１２の端部を冷却することができ、効率的な冷却を実現することができる。結果として、発生した熱に伴うリニアモータ１００の性能の低下が抑制される。

【0052】

冷却配管５４の経路５４Ｙは、貫通孔５５を通るように配管されている。冷却配管５４の経路５４Ｙは、Ｘ軸方向から見たときに、コイル５２と重なっている。

【0053】

＜Ｅ．変形例２＞
次に、図９を参照して、変形例２に従うスライダ５０Ｂについて説明する。図９は、ＸＺ平面における補助ティース５３Ａの断面図である。

【0054】

上述の図２および図３の例では、１つの補助ティース５３Ａに対して、１つの貫通孔５５が形成されていた。これに対して、本変形例では、１つの補助ティース５３Ａに対して複数の貫通孔５５が形成されている。図９の例では、１つの補助ティース５３Ａに対して、２つの貫通孔５５Ａ１，５５Ａ２が形成されている。貫通孔５５Ａ１，５５Ａ２が補助ティース５３Ａに設けられることで電気的に対称性が高まり、各相の誘起電圧のバランスが良くなる。その結果、スライダ５０Ｂの推力における４次成分や８次成分が小さくなり、コギングをさらに低減することができる。

【0055】

貫通孔５５Ａ２（第２貫通孔）は、貫通孔５５Ａ１（第１貫通孔）よりも磁石板１０から離れた位置に形成されている。一例として、Ｚ軸方向における貫通孔５５Ａ２と磁石板１０との間の距離は、Ｚ軸方向における貫通孔５５Ａ１と磁石板１０との間の距離よりも長い。

【0056】

また、貫通孔５５Ａ１と貫通孔５５Ａ２との位置関係は、任意である。一例として、貫通孔５５Ａ１は、Ｘ軸方向から見たときに、コイル５２と重なっている。一方で、貫通孔５５Ａ２は、Ｘ軸方向から見たときに、コイル５２と重なっていない。

【0057】

なお、貫通孔５５Ａ１の形状と貫通孔５５Ａ２の形状とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

【0058】

また、貫通孔５５Ａ１のサイズと貫通孔５５Ａ２のサイズとは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。図９の例では、Ｙ軸方向から見た場合における貫通孔５５Ａ１の面積は、Ｙ軸方向から見た場合における貫通孔５５Ａ２の面積よりも大きい。一方で、Ｘ軸方向における貫通孔５５Ａ１の長さは、Ｘ軸方向における貫通孔５５Ａ２の長さと同じである。これにより、リニアモータ１００のコギングをさらに低減することができる。

【0059】

＜Ｆ．解析結果＞
次に、図１０および図１１を参照して、補助ティース５３Ａに貫通孔５５を設けることがコギングの低減には有効であるとの発見に繋がった解析結果について説明する。

【0060】

図１０は、ＸＺ平面における補助ティース５３Ａの断面図である。図１０には、トポロジー解析により最適化された貫通孔５５Ｂ１，５５Ｂ２，５５Ｂ３の断面形状が示されている。

【0061】

図１１は、補助ティース５３Ａに貫通孔を形成していないリニアモータ１００を駆動した際における推力の推移と、補助ティース５３Ａに貫通孔５５Ｂ１，５５Ｂ２，５５Ｂ３を形成していないリニアモータ１００を駆動した際における推力の推移とを示す図である。

【0062】

図１１に示されるグラフの横軸は、時間を表わす。時間の単位は、たとえば、秒（Ｓ）で表わされる。

【0063】

図１１に示されるグラフの縦軸は、Ｘ軸方向の一方側に対するリニアモータ１００の推力を表わす。推力の単位は、たとえば、ニュートン（Ｎ）で表わされる。

【0064】

図１１には、解析結果Ｒ１，Ｒ２が示されている。解析結果Ｒ１は、補助ティース５３Ａに貫通孔を形成していないリニアモータ１００を駆動した際における推力の推移を示す。解析結果Ｒ２は、補助ティース５３Ａに貫通孔５５Ｂ１，５５Ｂ２，５５Ｂ３を形成していないリニアモータ１００を駆動した際における推力の推移を示す。各解析の際には、リニアモータ１００が同条件で駆動された。

【0065】

解析結果Ｒ１，Ｒ２に示される波形の脈動は、リニアモータ１００のコギングの大きさを表わす。これに関して、解析結果Ｒ１においては、推力の最大値と推力の最小値との差は、「ΔＮ１」であった。一方で、解析結果Ｒ２においては、推力の最大値と推力の最小値との差は、「ΔＮ２」であった。「ΔＮ２」は、「ΔＮ１」の約３５％に相当する。このように、補助ティース５３Ａに貫通孔５５Ｂ１，５５Ｂ２，５５Ｂ３を設けることでリニアモータ１００のコギングが低減されることが確認された。

【0066】

＜Ｇ．リニアモータ１００の応用例＞
次に、図１２～図１４を参照して、上述のリニアモータ１００の応用例について説明する。リニアモータ１００は、たとえば、工作機械内の様々な部品を駆動するために用いられ得る。

【0067】

ここでいう「工作機械」とは、ワークを加工する機能を備えた種々の装置を包含する概念である。工作機械２００は、横形のマシニングセンタであってもよいし、立形のマシニングセンタであってもよい。あるいは、工作機械２００は、旋盤であってもよいし、付加加工機であってもよいし、その他の切削機械や研削機械であってもよい。

【0068】

リニアモータ１００が工作機械内で使用される場合には、固定子として機能する磁石板１０が工作機械内の不動部品に取り付けられる。一方で、可動子として機能するスライダ５０は、工作機械内における駆動対象の部品に取り付けられる。この場合、ボルトが駆動対象の部品を通されるとともに、当該ボルトは、スライダ５０内に形成されている上述の固定用部材５８に形成されているねじ穴に嵌められる。これにより、駆動対象の部品がスライダ５０に固定される。

【0069】

（Ｇ１．主軸）
まず、図１２を参照して、リニアモータ１００を主軸の駆動に応用する例について説明する。図１２は、工作機械２００の装置構成の一例を示す図である。

【0070】

リニアモータ１００は、たとえば、ワークまたは工具を回転可能に保持するための主軸２５０の位置を移動するために用いられる。主軸２５０は、ワークを回転するためのワーク主軸であってもよいし、工具を回転するための工具主軸であってもよい。

【0071】

説明の便宜のために、以下では、主軸２５０を基準とする座標系をＸ'軸，Ｙ'軸およびＺ'軸で表わす。Ｘ'軸、Ｙ'軸およびＺ'軸は、互いに直交している。

【0072】

図１２に示されるように、工作機械２００は、制御部２００Ａと、駆動部２４０Ａと、主軸２５０とを含む。

【0073】

制御部２００Ａは、たとえば、ＣＮＣ（Computer Numerical Control）装置である。ＣＮＣ装置は、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）、少なくとも１つのＭＰＵ（Micro Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはそれらの組み合わせなどによって構成される。制御部２００Ａは、加工プログラムなど各種プログラムを実行することで駆動部２４０Ａの動作を制御する。

【0074】

駆動部２４０Ａは、主軸２５０を駆動するための機構である。駆動部２４０Ａの装置構成は、任意である。駆動部２４０Ａは、単体の駆動ユニットで構成されてもよし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図１２の例では、駆動部２４０Ａは、モータドライバ２４１Ａ～２４１Ｃと、リニアモータ２４２Ａ～２４２Ｃと、エンコーダ２４３Ａ～２４３Ｃとで構成されている。リニアモータ２４２Ａ～２４２Ｃの各々は、上述のリニアモータ１００に対応する。

【0075】

モータドライバ２４１Ａは、主軸２５０のＸ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ａは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ａに出力する。

【0076】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ａに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ａは、エンコーダ２４３Ａのフィードバック信号から主軸２５０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ａに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ａは、Ｘ'軸方向の任意の位置に主軸２５０を移動する。

【0077】

モータドライバ２４１Ｂは、主軸２５０のＹ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ｂは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ｂに出力する。

【0078】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ｂに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ｂは、エンコーダ２４３Ｂのフィードバック信号から主軸２５０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ｂに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｂは、Ｙ'軸方向の任意の位置に主軸２５０を移動する。

【0079】

モータドライバ２４１Ｃは、主軸２５０のＺ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ｃは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ｃに出力する。

【0080】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ｃに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ｃは、エンコーダ２４３Ｃのフィードバック信号から主軸２５０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ｃに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｃは、Ｚ'軸方向の任意の位置に主軸２５０を移動する。

【0081】

（Ｇ２．テーブル）
次に、図１３を参照して、リニアモータ１００をテーブルの駆動に応用する例について説明する。図１３は、工作機械２００の装置構成の他の例を示す図である。

【0082】

リニアモータ１００は、たとえば、工作機械内に設けられているテーブル２６０を駆動するために用いられる。テーブル２６０は、加工対象のワークを載置するための台である。

【0083】

図１３に示されるように、工作機械２００は、制御部２００Ａと、駆動部２４０Ｂと、テーブル２６０とを含む。

【0084】

駆動部２４０Ｂは、テーブル２６０を駆動するための機構である。駆動部２４０Ｂの装置構成は、任意である。駆動部２４０Ｂは、単体の駆動ユニットで構成されてもよし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図１３の例では、駆動部２４０Ｂは、モータドライバ２４１Ｄ，２４１Ｅと、リニアモータ２４２Ｄ，２４２Ｅと、エンコーダ２４３Ｄ，２４３Ｅとで構成されている。リニアモータ２４２Ｄ，２４２Ｅの各々は、上述のリニアモータ１００に対応する。

【0085】

モータドライバ２４１Ｄは、テーブル２６０のＸ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ｄは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ｄに出力する。

【0086】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ｄに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ｄは、エンコーダ２４３Ｄのフィードバック信号からテーブル２６０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ｄに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｄは、Ｘ'軸方向の任意の位置にテーブル２６０を移動する。

【0087】

モータドライバ２４１Ｅは、テーブル２６０のＹ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ｅは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ｅに出力する。

【0088】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ｅに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ｅは、エンコーダ２４３Ｅのフィードバック信号からテーブル２６０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ｅに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｅは、Ｙ'軸方向の任意の位置にテーブル２６０を移動する。

【0089】

（Ｇ３．ローダ）
次に、図１４を参照して、リニアモータ１００をローダの駆動に応用する例について説明する。図１４は、工作機械２００の装置構成の他の例を示す図である。

【0090】

リニアモータ１００は、たとえば、部材を搬送するためのローダ２７０を駆動するために用いられる。当該部材は、加工前または加工後のワークであってもよいし、工具であってもよい。

【0091】

図１４に示されるように、工作機械２００は、制御部２００Ａと、駆動部２４０Ｃと、ローダ２７０とを含む。

【0092】

駆動部２４０Ｃは、ローダ２７０を駆動するための機構である。駆動部２４０Ｃの装置構成は、任意である。駆動部２４０Ｃは、単体の駆動ユニットで構成されてもよし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図１４の例では、駆動部２４０Ｃは、モータドライバ２４１Ｆ，２４１Ｇ，２４１Ｈと、リニアモータ２４２Ｆ，２４２Ｇ，２４２Ｈと、エンコーダ２４３Ｆ，２４３Ｇ，２４３Ｈとで構成されている。リニアモータ２４２Ｆ，２４２Ｇ，２４２Ｈの各々は、上述のリニアモータ１００に対応する。

【0093】

モータドライバ２４１Ｆは、ローダ２７０のＸ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ｆは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ｆに出力する。

【0094】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ｆに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ｆは、エンコーダ２４３Ｆのフィードバック信号からローダ２７０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ｆに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｆは、Ｘ'軸方向の任意の位置にローダ２７０を移動する。

【0095】

モータドライバ２４１Ｇは、ローダ２７０のＹ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ｇは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ｇに出力する。

【0096】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ｇに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ｇは、エンコーダ２４３Ｇのフィードバック信号からローダ２７０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ｇに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｇは、Ｙ'軸方向の任意の位置にローダ２７０を移動する。

【0097】

モータドライバ２４１Ｈは、ローダ２７０のＺ'軸方向における駆動を制御する。モータドライバ２４１Ｈは、制御部２００Ａから制御信号の入力を受け、当該制御信号に応じた電流をリニアモータ２４２Ｈに出力する。

【0098】

より具体的には、制御部２００Ａは、目標位置を含む制御信号をモータドライバ２４１Ｈに逐次的に出力する。モータドライバ２４１Ｈは、エンコーダ２４３Ｈのフィードバック信号からローダ２７０の実位置を算出し、当該実位置と当該目標位置との差分が小さくなるようにリニアモータ２４２Ｈに電流を出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｈは、Ｚ'軸方向の任意の位置にローダ２７０を移動する。

【0099】

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0100】

１０ 磁石板、１２ 磁石、５０ スライダ、５０Ａ スライダ、５０Ｂ スライダ、５１ スライダコア、５２ コイル、５３ ティース、５３Ａ 補助ティース、５３Ｂ コイル用ティース、５４ 冷却配管、５４Ｘ 経路、５４Ｙ 経路、５５ 貫通孔、５５Ａ１ 貫通孔、５５Ａ２ 貫通孔、５５Ｂ１ 貫通孔、５５Ｂ２ 貫通孔、５５Ｂ３ 貫通孔、５６ 冷却配管、５８ 固定用部材、６０ 筐体、１００ リニアモータ、２００ 工作機械、２００Ａ 制御部、２４０Ａ 駆動部、２４０Ｂ 駆動部、２４０Ｃ 駆動部、２４１Ａ モータドライバ、２４１Ｂ モータドライバ、２４１Ｃ モータドライバ、２４１Ｄ モータドライバ、２４１Ｅ モータドライバ、２４１Ｆ モータドライバ、２４１Ｇ モータドライバ、２４１Ｈ モータドライバ、２４２Ａ リニアモータ、２４２Ｂ リニアモータ、２４２Ｃ リニアモータ、２４２Ｄ リニアモータ、２４２Ｅ リニアモータ、２４２Ｆ リニアモータ、２４２Ｇ リニアモータ、２４２Ｈ リニアモータ、２４３Ａ エンコーダ、２４３Ｂ エンコーダ、２４３Ｃ エンコーダ、２４３Ｄ エンコーダ、２４３Ｅ エンコーダ、２４３Ｆ エンコーダ、２４３Ｇ エンコーダ、２４３Ｈ エンコーダ、２５０ 主軸、２６０ テーブル、２７０ ローダ。

【要約】

工作機械に用いられるリニアモータ（１００）は、複数の磁石（１２）が第１方向に並べて設けられている磁石板（１０）と、磁石板（１０）に対して第１方向にスライド可能に構成されたスライダ（５０）とを備える。スライダ（５０）は、スライダコア（５１）と、コイル（５２）と、磁石板（１０）と対向するように第１方向に並べてスライダコア（５１）に設けられている複数のティース（５３）とを含む。複数のティース（５３）は、最も外側に位置するティース（５３）は、コイル（５２）が巻かれていない第１ティース（５３Ａ）と、コイル（５２）が巻かれている第２ティース（５３Ｂ）とを含む。第１ティース（５３Ａ）には、磁石板（１０）の表面と平行でかつ第１方向と直交する第２方向に貫通している貫通孔（５５）が形成されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】