特許 7657659 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】2025-03-28

(45)【発行日】2025-04-07

(54)【発明の名称】リニアヘッドモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20250331BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021098056

(22)【出願日】2021-06-11

(65)【公開番号】P2022189466

(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】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１４３４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１９６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６５７４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々が出力軸部を備えた可動子を有する複数のリニアモータと、
各々が前記出力軸部のスラスト軸線方向の位置を検出する複数の検出部と、
複数の前記検出部が設けられる単一の回路基板と、
各々の前記可動子に設けられた被検出部と、を有し、
前記被検出部は、取付台座を介して前記可動子に固定されており、
前記スラスト軸線方向から見たとき、前記取付台座が前記出力軸部から延びる方向は、前記出力軸部と前記回路基板とが向かい合う方向とは異なっている、リニアヘッドモジュール。

【請求項2】

前記被検出部は前記取付台座の先端面に搭載されており、
前記スラスト軸線方向から見たとき、前記出力軸部の中心から前記先端面の中心に延びる仮想線が前記検出部の垂線に対して交差している、請求項１に記載のリニアヘッドモジュール。

【請求項3】

前記可動子は、
前記被検出部が取り付けられる前記取付台座と、
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、請求項１に記載のリニアヘッドモジュール。

【請求項4】

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３に記載のリニアヘッドモジュール。

【請求項5】

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３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】日本国特許第4385406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のパイプが挟まれて一体化されている。特許文献１のリニアヘッドモジュールにおいて、フレームの下部の出力側の部位と反出力側の部位とが一体であるため、パイプの出力側端部と反出力側端部の位置決めが容易であり、リニアヘッドモジュールを組み立てやすい。しかしながら本発明者らは、このように複数のリニアモータを有するリニアヘッドモジュールにおいて、さらに組み立てやすさの向上の余地があることを見出した。

【0005】

本発明は、組み立てやすい、複数のリニアモータを有する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】

【0006】

本発明の一側面に係るリニアヘッドモジュールは、
各々が出力軸部を備えた可動子を有する複数のリニアモータと、
各々が前記出力軸部の前記スラスト軸線方向の位置を検出する複数の検出部と、
複数の前記検出部が設けられる単一の回路基板と、
各々の前記可動子に設けられた被検出部と、を有し、
前記被検出部は、取付台座を介して前記可動子に固定されており、
前記スラスト軸線方向から見たとき、前記取付台座が前記出力軸部から延びる方向は、前記出力軸部と前記回路基板とが向かい合う方向とは異なっている。

【0007】

本発明によれば、組み立てやすい複数のリニアモータを有する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】

【0008】

【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】参考例に係るリニアヘッドモジュールを、スラスト軸線の反出力側から見た模式図である。

【図5】本実施形態に係るリニアヘッドモジュールを、スラスト軸線の反出力側から見た模式図である。

【図6】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】

【0009】

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。

【0010】

図１は、本発明の実施形態に係る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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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、各々の可動子６０に設けられた被検出部４３と、センシング回路基板４１に設けられ各々の被検出部４３のスラスト軸線Ｔ方向の位置を検出する複数の検出部４２と、を有している。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。

【0020】

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。

【0021】

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、被検出部４３は、取付台座７０を介して可動子６０に固定されている。被検出部４３は、後出力軸部６１ｂに直接設けられているのではなく、後出力軸部６１ｂからスラスト軸線Ｔと交差する方向に延びる取付台座７０に設けられている。

【0022】

ところで、複数のリニアモータ１０が搭載されたリニアヘッドモジュール１において、上述したように、検出部４２を共通のセンシング回路基板４１に搭載すると、各々の検出部４２を個々のセンシング回路基板に搭載する場合に比べて、部品点数を少なくできる。しかしながら、共通のセンシング回路基板４１に複数の検出部４２を搭載してしまうと、各々の検出部４２と被検出部４３との離間距離Ｄを調節することが難しくなる。例えば検出部４２の感度にばらつきがある場合、離間距離Ｄを調節することで複数の検出部４２の出力を調節できると都合がよい。

【0023】

図４は、参考例に係るリニアヘッドモジュールの後出力軸部２６１ｂ、被検出部４３、検出部４２の位置関係を示す、スラスト軸線Ｔの反出力側から見た模式図である。図５は、本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１の後出力軸部６１ｂ、被検出部４３、検出部４２の位置関係を示す、スラスト軸線Ｔの反出力側から見た模式図である。

【0024】

図４の（ａ）に示すように、後出力軸部２６１ｂとセンシング回路基板２４１とが向かい合う方向（図４の（ａ）の上下方向）と、被検出部２４３と検出部２４２とが向かい合う方向とが一致するように、被検出部２４３を後出力軸部２６１ｂに設けると、被検出部２４３を後出力軸部２６１ｂに固定する取付台座２７０を最小の大きさで構成することができ、合理的である。なお、可動子２６０は高速でスラスト方向に移動することが求められるため、可動子２６０自身をなるべく軽量に構成することが求められている。

【0025】

ところで、図４の（ａ）に示した構成においては、図４の（ｂ）に示したように後出力軸部２６１ｂをスラスト軸線Ｔ回りに回転させることで、被検出部４３と検出部４２との離間距離Ｄ（図４の（ｂ）の上下方向の距離）を調整することが考えられる。しかしながら、このような被検出部４３と検出部４２との位置関係では、後出力軸部２６１ｂをスラスト軸線Ｔ回りに回転させても、被検出部４３と検出部４２との離間距離Ｄを大きく変動させることができない。なお、検出部４２はセンシング回路基板４１の上方に向かって広がるセンシングエリアを有しているものの、後出力軸部２６１ｂを大きく回転させて被検出部４３が検出部４２の直上から左右方向に大きく移動してしまうと、検出部４２が被検出部４３をセンシングできなくなってしまう。

【0026】

そこで本実施形態のリニアヘッドモジュール１においては、図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示したように、被検出部４３は、取付台座７０を介して可動子６０に固定されており、スラスト軸線Ｔ方向から見たとき、取付台座７０が出力軸部６１から延びる方向（仮想線Ａ）は、出力軸部６１とセンシング回路基板４１とが向かい合う方向（仮想線Ｂ）とは異なっている。

【0027】

つまり本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１は、各々が出力軸部６１を備えた可動子６０を有する複数のリニアモータ１０と、各々が出力軸部６１のスラスト軸線Ｔ方向の位置を検出する複数の検出部４２と、複数の検出部４２が設けられる単一のセンシング回路基板４１と、各々の可動子６０に設けられた被検出部４３と、を有する。被検出部４３は、取付台座７０を介して可動子６０に固定されている。スラスト軸線Ｔ方向から見たとき、取付台座７０が出力軸部６１から延びる方向は、出力軸部６１とセンシング回路基板４１とが向かい合う方向とは異なっている。

【0028】

このように本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１によれば、単一のセンシング回路基板４１に複数の検出部４２を搭載することによりリニアヘッドモジュール１の組み立て容易性が高められている。また、図５の（ｂ）に示したように、後出力軸部６１ｂをスラスト軸線Ｔ回りに回転させると、被検出部４３と検出部４２との離間距離Ｄを大きく変動させやすい。また、後出力軸部６１ｂを大きく回転させても、被検出部４３が左右方向に大きく移動しにくく、離間距離Ｄの調整の余地が大きい。このため、単一のセンシング回路基板４１を採用したことにより求められる被検出部４３と検出部４２との離間距離Ｄの調整も容易である。

【0029】

別の言い方をすれば、被検出部４３は取付台座７０の先端面７６に搭載されている。スラスト軸線Ｔ方向から見たとき、後出力軸部６１ｂの中心（スラスト軸線Ｔ）から先端面７６の中心に延びる仮想線Ａが、検出部４２の垂線Ｂに対して交差している。
なお、この仮想線Ａと垂線Ｂの交差する角度θ（取付台座７０が後出力軸部６１ｂから延びる方向が後出力軸部６１ｂとセンシング回路基板４１とが向かい合う方向に対して交差する角度）は、３度以上が好ましい。３度未満であると、上述したような、後出力軸部６１ｂを回転させて効率よく被検出部４３と検出部４２との離間距離Ｄを調節することが難しくなる。
またこの角度θは、６０度未満が好ましい。この角度θが６０度未満であると、取付台座７０が隣接する後出力軸部６１ｂと干渉しやすくなり、この干渉を避けるためにリニアヘッドモジュール１が、複数のリニアモータ１０が配列している配列方向（左右方向および上下方向）に大きくなってしまう。
さらに別の言い方をすれば、スラスト軸線Ｔ方向から見たとき、後出力軸部６１ｂの中心から被検出部４３の搭載される先端面７６の中心に延びる仮想線が、先端面７６に対して直交しない。

【0030】

なお本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１において、図３に示したように、可動子６０は、後出力軸部６１ｂ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。

【0031】

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。

【0032】

本実施形態に係るリニアヘッドモジュール１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ヘッドモジュール１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、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。

【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、センサユニット４０は、各々の可動子６０に設けられた被検出部４３と、各々の被検出部４３のスラスト軸線Ｔ方向の位置を検出する複数の検出部４２と、複数の検出部４２が搭載される単一のセンシング回路基板４１と、を有することが好ましい。
単一のセンシング回路基板４１に複数の検出部４２を設けることにより、部品点数を削減することができる。

【0034】

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ヘッドモジュール１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、リニアヘッドモジュール１のスラスト軸線Ｔ方向の寸法を小型に構成できる。

【0035】

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。

【0036】

例えば、上述した実施形態においては、取付台座７０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６に示した例のように、取付台座１７０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。

【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
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
４１ センシング回路基板
４２ 検出部
４３ 被検出部
５０ 固定子
６０ 可動子
６１ 出力軸部
６１ａ 前出力軸部
６１ｂ 後出力軸部
６１ｃ 反出力側端面
６３ 締結部材
７０ 取付台座
７１ 被締結部
７１ａ 貫通孔
７２ 取付部
７３ 取付面
７４ 連結部
７５ 台座部
７６ 先端面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】