特許 7602971 リニアモータおよびリニアヘッドモジュール

(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】2024-12-11

(45)【発行日】2024-12-19

(54)【発明の名称】リニアモータおよびリニアヘッドモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20241212BHJP

   H05K 13/04 20060101ALN20241212BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

H05K13/04 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021098055

(22)【出願日】2021-06-11

(65)【公開番号】P2022189465

(43)【公開日】2022-12-22

【審査請求日】2024-03-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 聡

(72)【発明者】

【氏名】恩田 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】三澤 康司

【審査官】谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－００９５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６５７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９２９５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

Ｈ０５Ｋ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スラスト軸線方向に延びる出力軸部を有する可動子と、
前記出力軸部の前記スラスト軸線方向の位置を検出可能な検出部と、
前記可動子に固定された被検出部と、を有し、
前記可動子はさらに、
前記被検出部が取り付けられる取付台座と、
前記取付台座を前記出力軸部の前記スラスト軸線方向の一方の端面に締結する金属製の締結部材と、を有し、
前記取付台座は、
前記出力軸部の前記スラスト軸線方向の一方の端面と前記締結部材との間に挟まれる金属製の被締結部と、
前記スラスト軸線からずれた位置に設けられた前記被検出部の取付面を有する樹脂製の取付部と、を有する、リニアモータ。

【請求項2】

前記取付部は、前記被締結部と連結されて前記スラスト軸線と交差する方向に延びる連結部を有し、
前記取付面は、前記連結部から前記スラスト軸線の他方側に延びる台座部に設けられている、請求項１に記載のリニアモータ。

【請求項3】

前記取付台座はインサート成形により形成されている、請求項１に記載のリニアモータ。

【請求項4】

請求項１に記載の複数の前記リニアモータを有するリニアヘッドモジュールであって、
前記可動子を前記スラスト軸線方向へ移動可能に支持するハウジングを有し、
前記ハウジングは、前記スラスト軸線の一方側に設けられ、前記スラスト軸線と交差する方向に延びて前記可動子を前記スラスト軸線方向に移動可能に支持する反出力側支持壁を有し、
前記反出力側支持壁には、前記取付部の少なくとも一部が挿通可能な貫通孔が設けられている、リニアヘッドモジュール。

【請求項5】

複数の前記リニアモータが前記スラスト軸線方向と交差する第一配列方向に配列されており、
前記貫通孔は、前記スラスト軸線方向から見て、前記第一配列方向に隣り合う前記出力軸部の間に設けられている、請求項４に記載のリニアヘッドモジュール。

【請求項6】

前記第一配列方向に配列された複数の前記リニアモータが、前記第一配列方向に交差する第二配列方向にも配列されており、
前記貫通孔は、前記スラスト軸線方向から見て、互いに隣接して矩形状をなす４つの前記出力軸部の間に設けられている、請求項５に記載のリニアヘッドモジュール。

【請求項7】

前記反出力側支持壁の前記スラスト軸線の他方側には、前記貫通孔から露出する前記取付部の少なくとも一部を収容する収容室を前記反出力側支持壁よりも前記スラスト軸線方向の他方側の空間から隔てる仕切りカバーが設けられている、請求項４に記載のリニアヘッドモジュール。

【請求項8】

複数の前記被検出部が各々の前記可動子に設けられており、
複数の前記検出部が単一の回路基板に設けられている、請求項４に記載のリニアヘッドモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニアモータおよびリニアヘッドモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１のリニアヘッドモジュールが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国特開2014-192959号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のリニアヘッドモジュールは、複数のリニアモータを有している。このリニアモータの可動子において、スラスト軸線に沿って延びる出力軸部にブロック部材が接続され、ブロック部材に延出部材がねじ止めされている。

【0005】

特許文献１のリニアヘッドモジュールにおいては、出力軸部から離れた位置でスラスト軸線方向に対してねじれた方向に延びるねじにより延出部材をブロック部材に固定している。可動子が急加速・急停止した際には、延出部材にはスラスト軸線方向に大きな慣性力が作用する。ねじは軸部でこの慣性力を受け止めることができるため、特許文献１の装置は合理的な設計である。

【0006】

ところで近年では、可動子の高速度化が益々求められている。高速で動作することが求められるリニアヘッドモジュールにおいて可動子に急加速・急減速が作用すると、特許文献１に記載の装置では、金属製のねじにも大きな慣性力が作用する。ねじに大きな慣性力が作用すると、スラスト軸線方向に交差する方向の大きな力が出力軸に作用し、出力軸部を支える軸受に無理な荷重が生じる虞がある。

【0007】

そこで本発明は、出力軸部を支える軸受に無理な力が生じにくいリニアモータおよびこれを備えたリニアヘッドモジュールを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面に係るリニアモータは、
スラスト軸線方向に延びる出力軸部を有する可動子と、
前記出力軸部の前記スラスト軸線方向の位置を検出可能な検出部と、
前記可動子に固定された被検出部と、を有し、
前記可動子はさらに、
前記被検出部が取り付けられる取付台座と、
前記取付台座を前記出力軸部の前記スラスト軸線方向の一方の端面に締結する金属製の締結部材と、を有し、
前記取付台座は、
前記出力軸部の前記スラスト軸線方向の一方の端面と前記締結部材との間に挟まれる金属製の被締結部と、
前記スラスト軸線からずれた位置に設けられた前記被検出部の取付面を有する樹脂製の取付部と、を有する。

【0009】

本発明の一側面に係るリニアヘッドモジュールは、
上記の複数の前記リニアモータを有するリニアヘッドモジュールであって、
前記可動子を前記スラスト軸線方向へ移動可能に支持するハウジングを有し、
前記ハウジングは、前記スラスト軸線の一方側に設けられ、前記スラスト軸線と交差する方向に延びて前記可動子を前記スラスト軸線方向に移動可能に支持する反出力側支持壁を有し、
前記反出力側支持壁には、前記取付部の少なくとも一部が挿通可能な貫通孔が設けられている。

【0010】

本発明によれば、出力軸部を支える軸受に無理な力が生じにくいリニアモータおよびリニアヘッドモジュールが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係るリニアヘッドモジュールの斜視図である。

【図2】リニアヘッドモジュールの断面図である。

【図3】可動子の後出力軸部を拡大して示す図である。

【図4】取付台座の周囲を拡大して示す斜視図である。

【図5】反出力側支持壁をスラスト軸線の出力側から見た図である。

【図6】貫通孔が設けられた反出力側支持壁を示す断面図である。

【図7】本発明の変形例に係るリニアヘッドモジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

【0013】

図１は、本発明の実施形態に係るリニアモータ１０を含むリニアヘッドモジュール１の斜視図である。図１において、符号Ｆは前方、符号Ｂは後方、符号Ｕは上方、符号Ｄは下方、符号Ｒは右方、符号Ｌは左方をそれぞれ示している。
以降の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「前後方向」、「上下方向」について適宜言及する。ここで、「上下方向」は、「上方向」及び「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」及び「後方向」を含む方向である。「左右方向」は、「左方向」及び「右方向」を含む方向である。以降の説明では、リニアヘッドモジュール１のスラスト軸線Ｔ方向を前後方向と呼んでいる。

【0014】

図１に示したように、リニアヘッドモジュール１は、前後方向（スラスト方向）に移動する可動子６０を有する複数のリニアモータ１０と、ハウジング１１と、センサユニット４０（図２参照）を有している。図示した例では、リニアヘッドモジュール１は８つのリニアモータ１０を有している。上段に左右方向に４つのリニアモータ１０が配列されており、下段に左右方向に４つのリニアモータ１０が配列されている。

【0015】

図２は、リニアヘッドモジュール１の断面図である。図２は、前後方向および上下方向に延びる断面でリニアヘッドモジュール１を見た図である。図２に示したように、各々のリニアモータ１０は、ハウジング１１に固定される固定子５０と、固定子５０に対して前後方向に移動可能な可動子６０を有している。

【0016】

可動子６０は、前後方向に延びる出力軸部６１と、磁石６２を有している。複数の磁石６２は前後方向に一列に配列され、互いに連結されている。出力軸部６１は、前後方向に延びる棒状の部材である。出力軸部６１は、磁石６２よりも前方に設けられた前出力軸部６１ａと、磁石６２よりも後方に設けられた後出力軸部６１ｂとを備えている。前出力軸部６１ａの前部が、リニアヘッドモジュール１によって駆動したい駆動対象物に接続される。

【0017】

固定子５０は、バックヨーク５１とコイル５２を有している。図示した例において、固定子５０はさらに、コイル５２へ電力を供給してコイル５２を制御する駆動用回路基板５３と、駆動用回路基板５３を収容するカバー５４を有している。固定子５０は、ハウジング１１に固定されている。

【0018】

バックヨーク５１は、鉄などの磁性材料で構成された部材である。図示した例において、バックヨーク５１は出力軸部６１に沿って延びる円筒形の部材である。円筒状のバックヨーク５１の内部に、出力軸部６１が前後方向に移動可能に収容されている。また、円筒形のバックヨーク５１の内部に、複数のコイル５２が設けられている。コイル５２は、前後方向に延びる軸線を中心とする筒状に電線が巻かれて構成されている。バックヨーク５１は、このコイル５２から生じる磁束線を収束させて磁力を高めている。

【0019】

駆動用回路基板５３は、図示せぬ電源から延びる電線が接続されている。駆動用回路基板５３は、円筒状のバックヨーク５１の外周側に設けられた、駆動用回路基板５３を収容する板状のカバー５４に収容されている。駆動用回路基板５３からはコイル５２へ電線が延びており、コイル５２へ電力を供給する。駆動用回路基板５３がコイル５２へ供給する電流の流れる向きや電流量を制御することにより、コイル５２に生じる磁力線の向きや強さを制御する。これにより、出力軸部６１の動く向きや速さを制御する。

【0020】

図２に示したように、固定子５０は、第一軸受ホルダ２０を有している。第一軸受ホルダ２０は、ハウジング１１に取り付けられ、固定子５０のバックヨーク５１の出力側端部を支持している。第一軸受ホルダ２０は、バックヨーク５１の出力側端部に設けられている。第一軸受ホルダ２０は、出力軸部６１を前後方向に移動可能に支持する第一軸受２１を有している。

【0021】

固定子５０は、第二軸受ホルダ３０を有している。第二軸受ホルダ３０は、ハウジング１１に取り付けられ、固定子５０のバックヨーク５１の反出力側端部を支持している。第二軸受ホルダ３０はバックヨーク５１の反出力側端部に設けられている。第二軸受ホルダ３０は、出力軸部６１を前後方向に移動可能に支持する第二軸受３１を有している。
つまり、ハウジング１１は、これら第一軸受２１および第二軸受３１を介して可動子６０をスラスト軸線Ｔ方向に移動可能に支持している。

【0022】

センサユニット４０は、出力軸部６１のスラスト軸線Ｔ方向の位置を検出する。センサユニット４０は、センシング回路基板４１（回路基板）と、検出部４２と、可動子６０に固定された被検出部４３とを備えている。センシング回路基板４１はハウジング１１に固定されている。検出部４２は、センシング回路基板４１に搭載されている。このため、検出部４２はハウジング１１に対して移動不能である。

【0023】

本実施形態におけるセンサユニット４０は、光学式のセンサで構成されている。検出部４２は、発光部と受光部を備えている。発光部から発した光が被検出部４３で反射され、この反射光を受光部で検出する。被検出部４３には所定の幅を有する反射部と、スリット反射部よりも反射率の低い非反射部（またはスリット）とが、スラスト軸線Ｔ方向に沿って交互に配列されている。出力軸部６１がスラスト軸線Ｔ方向に移動すると、検出部４２で反射光を検出したり検出しなかったりし、検出部４２の出力が変化する。この検出部４２の出力の変化に基づき、出力軸部６１のスラスト軸線Ｔ方向の位置が特定できる。

【0024】

図３は、可動子６０の後出力軸部６１ｂを拡大して示す図である。図３に示したように、可動子６０は、後出力軸部６１ｂ（出力軸部）と、被検出部４３が取り付けられる取付台座７０と、取付台座７０を後出力軸部６１ｂに締結する金属製の締結部材６３を有している。図示した例において、締結部材６３は、後出力軸部６１ｂのスラスト軸線Ｔ方向の反出力側端面６１ｃにねじ込まれた、ねじ部と頭部を有するボルトである。後出力軸部６１ｂの反出力側端面６１ｃには、内周面にねじ溝が形成されたねじ孔が設けられている。締結部材６３はこのねじ孔にねじ込まれている。

【0025】

取付台座７０は、金属製の被締結部７１と、樹脂製の取付部７２を有している。被締結部７１は、後出力軸部６１ｂの反出力側端面６１ｃと締結部材６３の頭部との間に挟まれている。被締結部７１は、締結部材６３が挿通されるスラスト軸線Ｔ方向に貫通する貫通孔７１ａを有する円筒状の部材である。貫通孔７１ａの直径は、締結部材６３のねじ部の直径よりも大きく、締結部材６３の頭部の直径よりも小さい。被締結部７１の反出力側端面６１ｃは、締結部材６３の頭部と当接する。
取付部７２は、被検出部４３が取り付けられる取付面７３を有している。この取付面７３は、スラスト軸線Ｔからずれた位置に設けられている。取付面７３は、スラスト軸線Ｔと平行に延びている。

【0026】

つまり、本実施形態に係るリニアモータ１０は、
スラスト軸線Ｔ方向に延びる出力軸部６１を有する可動子６０と、
出力軸部６１のスラスト軸線Ｔ方向の位置を検出可能な検出部４２と、
可動子６０に固定された被検出部４３と、を有し、
可動子６０はさらに、
被検出部４３が取り付けられる取付台座７０と、
取付台座７０を出力軸部６１のスラスト軸線Ｔ方向の一方の端面６１ｃに締結する金属製の締結部材６３と、を有し、
取付台座７０は、
出力軸部６１のスラスト軸線Ｔ方向の一方の端面６１ｃと締結部材６３との間に挟まれる金属製の被締結部７１と、
スラスト軸線Ｔからずれた位置に設けられた被検出部４３の取付面７３を有する樹脂製の取付部７２と、を有する。

【0027】

本実施形態に係るリニアモータ１０によれば、スラスト軸線Ｔからずれた位置に設けられた被検出部４３の取付面７３を含む取付部７２を軽量の樹脂で構成したため、可動子６０が急加速・急減速しても、可動子６０に生じる慣性力を小さく抑えることができる。
さらに、金属製の締結部材６３が後出力軸部６１ｂの反出力側端面６１ｃに締結されているので、可動子６０にはスラスト軸線Ｔから離れた位置に大きな慣性モーメントが生じず、出力軸部６１を支持する第一軸受２１および第二軸受３１に無理な力が作用しにくい。なお本発明とは異なり、特許文献１の構成では、この慣性モーメントを受け止めるために、金属製の取付台座を移動可能に支持するリニアガイドをハウジングに設けていた。本実施形態に係るリニアモータ１０によれば、このようなリニアガイドを設ける必要がない。
さらに本実施形態に係るリニアモータ１０によれば、被締結部７１を金属で構成しているので、被締結部７１を樹脂で構成した場合に比べて、締結部材６３を被締結部７１に強く締め付けることができる。このため、出力軸部６１が急加速・急減速しても取付台座７０が変形しにくいので、被検出部４３をスラスト軸線Ｔに平行な軌跡に正確に移動させやすく、検出部４２の検出精度を保ちやすい。
なお、キャビティ内に金属製の被締結部７１を配置してから樹脂原料を流し込むインサート成形により、取付台座７０を形成することが好ましい。

【0028】

図３に示したように、取付部７２は、連結部７４と、取付面７３が設けられた台座部７５を有している。連結部７４は、被締結部７１と連結されてスラスト軸線Ｔと交差する方向に延びている。台座部７５は、連結部７４から出力側に延びている。
本実施形態に係るリニアモータ１０によれば、台座部７５が後出力軸部６１ｂの反出力側端面６１ｃから出力側に折り返された位置に設けられているため、リニアモータ１０のスラスト軸線Ｔ方向の寸法を小型に構成できる。

【0029】

また本実施形態のリニアヘッドモジュール１は、複数の上述したリニアモータ１０を有している。このリニアヘッドモジュール１は、可動子６０をスラスト軸線Ｔ方向へ移動可能に支持するハウジング１１を有している。
図４は、取付台座７０の周囲を拡大して示す斜視図である。図４に示したように、ハウジング１１は、スラスト軸線Ｔの反出力側に設けられ、スラスト軸線Ｔと交差する方向に延びて可動子６０をスラスト軸線Ｔ方向に移動可能に支持する反出力側支持壁１４を有している。この反出力側支持壁１４には、取付部７２の少なくとも一部である台座部７５が挿通可能な挿通孔１２が設けられている。
図示の例とは異なり、挿通孔が設けられていない場合、可動子が可動範囲の出力側の限界まで位置したときに、台座部が反出力側支持壁と干渉する恐れがある。このため、可動子の可動範囲を小さくせざるを得なかったり、リニアヘッドモジュールをスラスト軸線Ｔ方向に大きくせざるを得なかったりする。これに対して本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１によれば、可動子６０が可動範囲の出力側の限界まで位置したときに、台座部７５を反出力側支持壁１４よりも出力側の空間に位置させることができる。このため、可動子６０の可動範囲を大きくする、あるいは、リニアヘッドモジュール１のスラスト軸線Ｔ方向の小型化を図ることができる。

【0030】

図５は、反出力側支持壁１４をスラスト軸線Ｔの出力側から見た図である。図５に示した例においては、複数のリニアモータ１０がスラスト軸線Ｔ方向と交差する第一配列方向Ａ１に配列されている。つまり、図示の例では４つのリニアモータ１０が左右方向に配列されている。挿通孔１２は、スラスト軸線Ｔ方向から見て、第一配列方向Ａ１に隣り合う後出力軸部１１ｂの間に設けられている。
本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１によれば、複数のリニアモータ１０の間の空間を効率よく使って台座部７５を収容する空間を設けることができる。

【0031】

図５に示した例においては、第一配列方向Ａ１に配列された複数のリニアモータ１０子が、第一配列方向Ａ１に交差する第二配列方向Ａ２にも配列されている。つまり、左右方向に配列された４つのリニアモータ１０が上下方向に２段設けられ、合計８つのリニアモータ１０が設けられている。挿通孔１２は、スラスト軸線Ｔ方向から見て、互いに隣接して矩形状をなす４つの後出力軸部６１ｂの間に設けられている。
本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１によれば、複数のリニアモータ１０の間の空間をさらに効率よく使って台座部７５を収容する空間を設けることができる。

【0032】

図６は、挿通孔１２が設けられた反出力側支持壁１４を示す断面図である。図６に示したように、反出力側支持壁１４の出力側には、仕切りカバー１３が設けられている。仕切りカバー１３は、挿通孔１２から露出する取付部７２の少なくとも一部を収容する収容室を、反出力側支持壁１４よりも出力側の空間から仕切っている。
反出力側支持壁１４よりも出力側の空間には、図２に示したように、第一軸受２１や第二軸受３１が位置している。これらの第一軸受２１や第二軸受３１には、潤滑油が用いられている。この油が蒸発して電子部品に付着すると電子部品に悪影響が生じる。あるいは、油が被検出部４３に付着するとセンサユニット４０の感度が低下する恐れがある。挿通孔１２を設けたことにより、反出力側支持壁１４よりも出力側の空間で生じた油分が被検出部４３やセンシング回路基板４１に付着する恐れがある。
本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１によれば、仕切りカバー１３によって油が被検出部４３やセンシング回路基板４１に付着しにくくなっている。
なお、図示の都合上、図２には仕切りカバー１３を図示していない。

【0033】

本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１において、複数の被検出部４３が各々の可動子６０に設けられており、複数の検出部４２が単一のセンシング回路基板４１に設けられている。これにより、部品点数を削減することができる。

【0034】

以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

【0035】

例えば、上述した実施形態においては、台座部７５が後出力軸部６１ｂの反出力側端面６１ｃから出力側へ折り返された形状を説明したが、図７に示した例のように、台座部１７５が後出力軸部６１ｂの反出力側端面６１ｃから反出力側へ延びるように構成されていてもよい。

【0036】

上述した実施形態においては、円筒状の磁性材を説明したが、磁性材の形状はこれに限られない。例えば磁性材は、角筒状であったり、板状であったりしてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ リニアヘッドモジュール
１０ リニアモータ
１１ ハウジング
１２ 挿通孔
１３ 仕切りカバー
１４ 反出力側支持壁
２０ 第一軸受ホルダ
２１ 第一軸受
３０ 第二軸受ホルダ
３１ 第二軸受
４０ センサユニット
４２ 検出部
４３ 被検出部
５０ 固定子
５１ バックヨーク
５２ コイル
５３ 駆動用回路基板
６０ 可動子
６１ 出力軸部
６１ａ 前出力軸部
６１ｂ 後出力軸部
６３ 締結部材
７０ 取付台座
７１ 被締結部
７２ 取付部
７３ 取付面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】