リニアモータ
【課題】内部の鉄心構成部を薄型化しつつ漏れ磁束による損失の少ない高速化に対応した可動子を有するリニアモータを提供する。
【解決手段】複数の第１の歯を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子２、３と、複数の第１の歯と対向する複数の第２の歯を備え、２つの固定子２、３の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子４とを具備するリニアモータにおいて、２つの固定子２、３が可動子４を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯を備えているとともに、可動子４が、複数の第２の歯を備える鉄心構成部と、固定子２、３の対向する方向に対して開口部が設けられ、開口部の内部に鉄心構成部を収めた状態で支持する枠体とを備えるように構成した。
【解決手段】複数の第１の歯を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子２、３と、複数の第１の歯と対向する複数の第２の歯を備え、２つの固定子２、３の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子４とを具備するリニアモータにおいて、２つの固定子２、３が可動子４を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯を備えているとともに、可動子４が、複数の第２の歯を備える鉄心構成部と、固定子２、３の対向する方向に対して開口部が設けられ、開口部の内部に鉄心構成部を収めた状態で支持する枠体とを備えるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石埋め込み型磁気回路を用いたリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは位置決め精度が高く耐摩耗性に優れる等の特徴を有しており、クリーンな環境下での半導体関連の物品の搬送など様々な用途で用いられるとともに、多様な形態のものが知られている。その中でも、磁石埋め込み型磁気回路を用いたリニアモータは、典型的な磁気回路を用いたものに比べ、同じ大きさでもより大きな推力を取り出すことが可能なものである。
【０００３】
こうした磁石埋め込み型磁気回路を有するリニアモータとして、下記特許文献１のものが知られている。このものは、平板状に構成した可動子を二次側磁界発生部材として直線方向に移動可能に設けるとともに、当該可動子の表裏面にそれぞれ対向する一次側磁界発生部材としての固定子を設け、それぞれ対向する面に磁石または鉄心からなる歯を形成している。このように可動子側を二次側磁界発生部材として構成することで、可動子は磁石やコイル、さらには電気的接続部を必要とせず軽量化することができるため、より高速に移動を行わせることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３０８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に挙げたリニアモータをさらに高性能化しようとした場合、可動子をさらに軽量化することが考えられる。この可動子の製作方法について上記の特許文献１では具体的には言及されていないが、一般には可動子の歯を構成する鉄心は渦電流の発生による効率低下を避けるために鋼板を積層してボルトによって締結することで製作される。
【０００６】
すなわち、特許文献１により開示される技術に一般の積層鋼板による鉄心の製作方法を組み合わせると、具体的には次のようになるものと推測できる。
【０００７】
まず、図１８に示すように、平板状に構成した可動子５０４を二次側磁界発生部材としてリニアガイドレール５０６、５０６とリニアベアリング５０７、５０７とを介してベース５０１上に直線方向（図のＸ方向）に移動可能に設ける。そして、当該可動子５０４の表裏面にそれぞれ対向させて一次側磁界発生部材としての固定子５０２、５０３を設ける。さらに、固定子５０２、５０３の表面にはそれぞれ図示しない第１の歯を設け、可動子５０４の表面には後述する第２の歯を設ける。可動子５０４は、図１９に示すように、鉄等の軟磁性材料からなる鉄心構成部５４１を左右に張り出した形態の支持部５４２によって挟み込んで固定した形態となっており、当該支持部５４２によって、図１８に示すように、リニアベアリング５０７の上に固定される。また、上側の固定子５０２は左右に配された上側固定子支持部材５０５、５０５を介して、下側の固定子５０３は直接的に各々ベース５０１上に固定される。
【０００８】
鉄心構成部５４１（図１９参照）は、図２０（ａ）に中心断面図として示すように、図の上下の面にそれぞれ等ピッチで、上述した第２の歯５４３、５４４を形成され、これら第２の歯５４３、５４４は、図中の左右方向（Ｘ方向）に板状に延出して形成される中間部５４５と接続されることで全てが一体化している。この鉄心構成部５４１は、図２０（ｂ）に示すような形状の鋼板５０８を図中の紙面奥行き方向（Ｙ方向）に積層させることによって構成する。図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれの鋼板５０８は上記第２の歯５４３、５４４に対応する凸部５８１、５８２をそれぞれ間隙５８３、５８４を設けつつＸ方向に連続的に等ピッチで形成している。そして、上記の板状の中間部５４５を形成する中間帯部５８５にはボルト５４７を挿通するために長孔５８６を設けている。
【０００９】
このように形成した複数の鋼板５０８を図中の紙面奥行き方向（Ｙ方向）に重ねた状態で、重なった長孔５８６が中間部５４５の内部において形成するボルト孔５４６の中をボルト５４７を挿通させて、図１９に示す鉄心構成部５４１を形成しつつ当該鉄心構成部５４１を支持部５４２に対して固定することになる。
【００１０】
以上のように、一般的な鋼板の積層方法を用いて、特許文献１に開示されるリニアモータを現実化しようとした場合、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれの鋼板５０８の中央にボルト５４７を挿通するための長孔５８６が必要となるために、中間帯部５８５の幅Ｂを長孔５８６の幅に対して十分広くすることが必要となる。そのため鉄心構成部５４１の厚さＨをある一定以下には小さくすることができず、鉄心構成部５４１およびこれを含んだ可動子５０４（図１９参照）の軽量化には限界が生じる。
【００１１】
また、中間帯部５８５の幅Ｂを長孔５８６の幅以上に幅広く形成することが必要であるため漏れ磁束による効率の低下も生じる。図２１に模式的に示すように、特許文献１に示すようなリニアモータを駆動させるためには、固定子５０２、５０３における第１の歯５２３、５３３と可動子５０４における第２の歯５４３、５４４との間に磁気回路Ｍを形成させることになる。同図は例として可動子５０４を右方向に移動させる場合の位置関係を示したものであり、磁気回路Ｍは時計回りの方向に形成されている。しかしながら、可動子５０４内部の中間部５４５の幅Ｂが大きいために、隣接する第２の歯５４３・５４３、５４４・５４４の間で漏れ磁束ＭＬが生じる。その分磁気回路上の損失となって効率が低下し、可動子５０４の推力が減少することになる。
【００１２】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には内部の鉄心構成部を薄型化することによって、軽量で、かつ漏れ磁束による損失の少ない可動子を有するリニアモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１４】
すなわち、本発明のリニアモータは、複数の第１の歯を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子と、前記複数の第１の歯と対向する複数の第２の歯を備え前記２つの固定子の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子とを具備するリニアモータにおいて、前記２つの固定子が前記可動子を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯を備えているとともに、前記可動子が、前記複数の第２の歯を備える鉄心構成部と、前記固定子の対向する方向に対して開口部が設けられ、当該開口部の内部に前記鉄心構成部を収めた状態で支持する枠体とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
ここで、本発明において用いる「一次側磁束発生部材」とは、電流を与えることができるコイル等の起磁力を有する部材を含むものであって、磁界を生じさせることや変化させることが可能なものをいい、「二次側磁束発生部材」とは一次側磁束発生部によって形成された磁界内部に置かれて磁化される性質を有するものであって、新たな磁束を発生させることや磁束を集中させることが可能なものをいうものとする。
【００１６】
さらに、本発明において用いる「鉄心構成部」とは、可動子内において鉄心としての機能を有する部位を総称するものであり、単独の構成要素からなる場合と分割された複数の構成要素からなる場合とを問わない。
【００１７】
上記のように構成すると、第２の歯を備える鉄心構成部を枠体の開口部に収める形態で支持させることによって、鉄心構成部の厚み方向の範囲内に貫通孔を設ける必要がなくなるため、第２の歯同士をつなぐ中間部を薄くして鉄心構成部の厚みを抑えることで可動子の軽量化を図るとともに、第２の歯同士の間での漏れ磁束を低減して効率を向上させることで、可動子の高速化を図ることが可能となる。
【００１８】
また、可動子の幅方向に対して平行となる軸回りのたわみを防止して、第１の歯と第２の歯との隙間を適正に保つことで推進力の低下を抑制するためには、前記枠体が、前記対向する２つの固定子に挟まれる固定子対向部と、当該固定子対向部より前記可動子の動作する方向に対して直交する方向に張り出した張り出し部とを備えており、当該張り出し部を前記可動子の動作方向に沿って形成するとともに、前記固定子対向部よりも厚くするように形成することが好適である。
【００１９】
また、さらに可動子の軽量化や漏れ磁束の低減効果を高めて、より可動子の高速化を図るためには、前記複数の第２の歯が、各々独立して、かつ、複数の鋼板を積層することにより形成されているとともに、前記枠体が、前記第２の歯の両端部に対応する位置に対をなすように形成された凹部を所定ピッチで複数組形成されており、前記複数の第１の歯を、その両端部を前記凹部に係合させるようにして設けることが好適である。
【００２０】
また、渦電流による損失を防ぐことにより効率を向上させ、より可動子の推進力を高めるためには、前記複数の第２の歯を形成する複数の鋼板が前記固定子の対向方向に平行になるような向きにして積層されているように構成することが好適である。
【００２１】
また、枠体に対する複雑な加工が不要にしてより可動子の製作を容易にするためには、上記のような第２の歯を各々独立化した鉄心構成部の構成に代えて、前記鉄心構成部が、複数の第２の歯と、それら複数の第２の歯の両端部に各々接続され、前記複数の第２の歯を所定ピッチで平行に配置した状態で支持する一対の側板とを備えているように構成することが好適である。
【００２２】
また、さらに可動子の製作の容易にするためには、鉄心構成部を鋼板を同一方向に積層させるのみで製作できるようにすることが好ましく、上記の鉄心構成部の構成に代えて、前記鉄心構成部が、前記可動子の移動方向および前記固定子の対向方向に平行になるような向きで複数の鋼板を積層して形成されており、前記複数の鋼板の各々が前記複数の第２の歯を構成する複数の歯構成部と、それら複数の歯構成部の各々を中央部近傍で連続して繋げる連結帯部とを備えるように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明した本発明によれば、軽量で、かつ、内部での漏れ磁束による損失の少ない可動子を有し、従来よりも高速動作が可能なリニアモータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す斜視図。
【図２】同リニアモータの正断面図。
【図３】同リニアモータの要部断面図。
【図４】同リニアモータの可動子の平面図。
【図５】同リニアモータの可動子の斜視図。
【図６】同リニアモータの可動子の組立図。
【図７】同リニアモータの可動子の一部を構成する第２の歯を示す斜視図。
【図８】同リニアモータ内で形成される磁気回路の模式図。
【図９】本発明の第２実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す斜視図。
【図１０】同リニアモータの可動子の斜視図。
【図１１】同リニアモータの可動子の分解斜視図。
【図１２】同リニアモータの可動子の平面図。
【図１３】同リニアモータの可動子の側面図並びに図１２におけるＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るリニアモータの可動子の要部を示す斜視図。
【図１５】同リニアモータの鉄心構成部を示す斜視図。
【図１６】本発明の第４実施形態に係るリニアモータの可動子を形成する鉄心構成部を示す斜視図。
【図１７】図１６における鉄心構成部を構成する鋼板の平面図。
【図１８】従来技術を用いて仮に構成したリニアモータの概略構成を示す斜視図。
【図１９】同リニアモータの可動子の上面図。
【図２０】同リニアモータの可動子の断面図および同可動子の構成要素である鋼板の側面図。
【図２１】同リニアモータ内で形成される磁気回路の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係るリニアモータの動作原理は上記特許文献１のものと同様であるため、詳細な磁極の形成方法に関する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
【００２６】
本発明の第１実施形態に係るリニアモータは、図１に示すように、大きくは、図中で上下に対向して配置した一対の一次側磁界発生部材としての固定子２、３と、その間に配された二次側磁界発生部材としての可動子４とから構成している。
【００２７】
このうち下側の固定子３はベース１の上に直接的に固定し、上側の固定子２はコ字状に形成した上側固定子支持部５を介して下向きになるようにしてベース１の上に固定している。可動子４はリニアガイドレール６、６とリニアベアリング７〜７とを介してベース１に対して図中の座表軸に示すＸ方向に移動可能に設けている。
【００２８】
ここで、図中で示すＸ方向とは可動子４の動作方向であり、Ｚ方向とは一対の固定子２、３が対向する方向であり、Ｙ方向とは固定子２、３や可動子４の幅方向すなわちＸ方向およびＺ方向に直交する方向であり、可動子４や固定子２、３の幅方向ともいえる。図１以外の図面も、同様にＸ、Ｙ、Ｚの各方向を上記の向きに設定しており、以下においては特に述べることなくこれらの軸方向を用いて説明を行うことがある。
【００２９】
本実施形態において、可動子４を支持するリニアガイドレール６、６とリニアベアリング７〜７とは、コ字状に形成した上側固定子支持部５の内部に収まるように配置してあるために、可動子４の移動方向に対して上側固定子支持部５は干渉することが無いため、可動子４は大きなストロークで動作させることが可能となっている。
【００３０】
また、この実施形態に係るリニアモータでは、図２の正断面図に示したように、上下に配置した固定子２、３は、それぞれ固定子コア部２１、３１とそれらの外周に設けたコイル２２、３２とから構成される。可動子４は平板状に構成した鉄心構成部４１と、これを支持する枠体４２とから構成され、枠体４２はリニアベアリング６、６の上に固定されている。上下の固定子コア部２１、３１はそれぞれ平行に対向して配置しており、さらに、それらの間に鉄心構成部４１が配置されるように構成している。鉄心構成部４１と固定子コア部２１、３１とはそれぞれ対向する面同士が平行となるとともに、ギャップが同一となるように調整している。これらは、固定子コア部２１、３１によって鉄心構成部４１に作用する磁気力を上下で釣り合わせて、鉄心構成部４１に対してＸ方向以外の力ができる限り作用しないようにするためである。
【００３１】
このように構成した固定子２、３のコイル２２、３２に対して図示しない制御部から所定のパターンで電流を与えることによって、固定子コア部２１、３１および鉄心構成部４１間に種々のパターンの磁気回路を形成し、可動子４に対して図中Ｘ方向に向けた推力を発生させることができる。
【００３２】
図３に、固定子コア部２１、３１と鉄心構成部４１の断面を拡大して示す。なお、本図ではコイル２２、３２（図２参照）を構成する巻線部については省略してある。まず、上側の固定子２における固定子コア部２１は、鉄心構成部４１と対向する面に永久磁石からなる複数の第１の歯２３、２３を有しており、それらの間には空隙部２４が形成されている。このように、固定子コア部２１の表面には空隙部２４を伴いながらＸ方向に所定のピッチで第１の歯２３〜２３を連続して形成している。
【００３３】
さらに、下側の固定子３における固定子コア部３１についても、上側の固定子２と同様に、鉄心構成部４１と対向する面に複数の第１の歯３３〜３３を、空隙部３４を伴いつつＸ方向に連続して所定のピッチで形成してある。また、上下の固定子コア部２１、３１における複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３は可動子４を挟んで互いに対称となる位置に配置されるようにしている。
【００３４】
これら複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３と対向するようにして、鉄心構成部４１には軟磁性材料である鋼板を積層して形成した第２の歯４１ａを、間隙部４１ｂを形成しつつＸ方向に等ピッチで形成している。ここで、第２の歯４１ａを設けるピッチは、上述した第１の歯２３、３３を設ける際のピッチの２倍に設定している。この第２の歯４１ａは、それぞれ上側部分４１ａ１が上側の固定子２における第１の歯２３と対向し、下側部分４１ａ２が下側の固定子３における第１の歯３３と対向するものであるが、本実施形態においては上述したように上側固定子２における複数の第１の歯２３〜２３と、下側固定子３における複数の第１の歯３３〜３３とを可動子４を挟んで互いに対称な位置に設けているため、これらにそれぞれ対向する上側部分４１ａ１と下側部分４１ａ２は上下に連続して一体的に構成した第２の歯４１ａとして、それぞれが単なる矩形断面を有するものとして形成している。
【００３５】
このように構成した可動子４は、厚み方向（Ｚ方向）より見た場合に図４に示すようにＨ型の平板状に形成している。この可動子４は鉄心構成部４１と、これを収めた状態で支持するする矩形状の開口部４２ｃを備える枠体４２より構成されている。
【００３６】
鉄心構成部４１は、Ｙ方向に延在するように配置した第２の歯４１ａ〜４１ａを空隙４１ｂ〜４１ｂを挟みつつ所定ピッチでＸ方向に配置したものである。この鉄心構成部４１ｂとともに、固定子固定子２、３（図２参照）に挟まれる枠体４２の一部分は、固定子対向部４２ａとして、第２の歯４１ａ〜４１ａと同じ厚さで形成されている。さらに、固定子対向部４２ａおよび鉄心構成部４１より、可動子４の動作する方向に対して直交する方向（Ｙ方向）には両側に枠体４２の一部としての張り出し部４２ｂ、４２ｂが設けられている。
【００３７】
これらの張り出し部４２ｂ、４２ｂは、両端部に矩形状の支持部４２ｂ１〜４２ｂ１が形成されており、その支持部４２ｂ１〜４２ｂ１にはネジ孔４２ｂ２〜４２ｂ２が設けてある。支持部４２ｂ１〜４２ｂ１はネジ孔４２ｂ２〜４２ｂ２を挿通させるネジ（図示せず）によってリニアベアリング７〜７（図１参照）の上部に固定され、Ｘ方向に対して動作可能に支持される。
【００３８】
図５は可動子４を斜視図によって示したものである。可動子４は上述したように中央に矩形状の開口部４２ｃを設けた枠体４２と、その内部に収められた鉄心構成部４１としての第２の歯４１ａ〜４１ａより構成されている。枠体４２は非磁性材料である樹脂やアルミ等で形成されており、鉄心構成部４１としての第２の歯４１ａ〜４１ａの位置決めを行いつつ内部で保持する保持部４３と、保持部４３内に納められた鉄心構成部４１の固定を行うための固定部４４、４４によって構成されている。
【００３９】
上述した固定子対向部４２ａは枠体４２の一部として、鉄心構成部４１と同じ厚さで、当該鉄心構成部４１のＸ方向の前後でＹ方向に延在するように形成されている。第２の歯４１ａは各々長手方向がＹ方向になる向きに配置されるとともに、空隙４１ｂを挟みながら可動子４の動作方向（Ｘ方向）に対して所定ピッチで並べられている。
【００４０】
また、上述した張り出し部４２ｂ、４２ｂは、保持部４３と固定部４４、４４からなる枠体４４の一部であり、上述したリニアベアリング７〜７（図１参照）にネジ孔４２ｂ２〜４２ｂ２を介して取り付けることにより、保持部４３と固定部４４、４４とは一体化される。この張り出し部４２ｂ、４２ｂは、その厚みｔ２が固定子対向部４２ａの厚みｔ１より大きくなるように形成されるとともに、可動子４の移動方向に沿って延在するように形成されている。そのため、張り出し部４２ｂ、４２ｂは、可動子４のＹ軸回り方向のたわみを抑える強度メンバとして作用している。
【００４１】
このような可動子４は図６のようにして組立を行う。
【００４２】
可動子４の枠体４２の一部を構成する保持部４３は、枠体の開口部４２ｃとして、中央部に矩形状の開口部４２ｃを有している。そして、各第２の歯４１ａ〜４１ａの両端部に対応する位置に矩形断面の凹部４３ａ〜４３ａを所定ピッチで形成している。
【００４３】
鉄心構成部４１を構成する第２の歯４１ａ〜４１ａは各々独立して構成し、それぞれ矩形断面を有する棒状の形態になるように形成している。第２の歯４１ａ〜４１ａは両端部を上記凹部４３ａ〜４３ａに対応する形状にしており、各端部を凹部４３ａ〜４３ａに係合させることで、平行に所定ピッチでＸ方向に並んで配置されるようになっている。
【００４４】
全ての凹部４３ａ〜４３ａに対して第２の歯４１ａ〜４１ａを係合させた状態で、この第２の歯４１ａ〜４１ａの両端部を上部より押さえるようにして固定部４４、４４を取り付け、第２の歯４１ａ〜４１ａの位置固定を行うようにしている。この場合、第２の歯４１ａ〜４１ａの位置固定を行うために接着剤を併用することも好適である。
【００４５】
第２の歯４１ａ〜４１ａは、図７（ａ）のように各々構成している。具体的には、各第２の歯４１ａは、軟磁性材料である複数の電磁鋼板４５〜４５を積層することによって構成されている。それぞれの鋼板は可動子４（図１参照）の移動方向（Ｘ方向）および固定子の対向方向（Ｚ方向）に対して平行になる向きに配置されることによって、こうした鋼板を積層した形態で一体化されている。こうした一体化を行うためには、カシメ、接着、溶接、樹脂をバインダとした一体成形等の手法を用いることができる。このような形態で第２の歯４１ａ〜４１ａを構成する場合には、積層鋼板１枚ごとの質量が小さくてすむため、従来に比し、小さな締結力で一体化を行うことができる。
【００４６】
さらに、各第２の歯４１ａの両端部には、上述した凹部４３ａ〜４３ａ（図６参照）に対応した形状の段差部４１ａ３、４１ａ３を形成している。この段差部４１ａ３、４１ａ３を形成する方法には、鋼板を積層して一体化した後に一部をカットして形成する方法と、積層する鋼板の形状を端部のみ異なる形状にしておき、積層させる過程において段差部４１ａ３、４１ａ３を形成する方法のいずれを用いることも可能である。
【００４７】
なお、図７（ａ）に示した第２の歯４１ａに代えて、図７（ｂ）に示す第２の歯１４１ａを用いることも可能である。この場合の第２の歯１４１ａは、複数の鋼板１４５〜１４５を可動子４（図１参照）の幅方向（Ｙ方向）および固定子の対向方向（Ｚ方向）に対して平行になる向きにして積層したものであり、両端部には段差部１４１ａ３、１４１ａ３を各々形成している。このようにすると、各鋼板１４５〜１４５をＴ字型の同一形状として積層するのみで、容易に所望の形状の第２の歯１４１ａを形成することができる。
【００４８】
また、図７（ａ）、図７（ｂ）のいずれの形態の第２の歯４１ａ、１４１ａであっても、積層する鋼板が固定子の対向方向（Ｚ方向）に対して平行になる向きにしている点では共通しており、こうすることで固定子の対向方向（Ｚ方向）の向きに発生する磁界により生じる渦電流の影響を抑制し、推力の効率の低下を抑えることが可能となる。
【００４９】
上記のように、鉄心構成部４１を第２の歯４１ａ〜４１ａ（１４１ａ〜１４１ａ）が各々独立した構成とすることによって、従来技術を用いた場合には図２０（ａ）のようにボルト孔５４６を設けるために大きく形成していた中間部５４５が不要となる。また、図５に示す鉄心構成部４１の厚みｔ１を低減することもできる。そのため、可動子４を軽量化することができるため、同一の電力であっても可動子４の加速度を増大させて、反応を速くすることができる。
【００５０】
また、可動子４に推力を与えるために、図８に模式的に示すように固定子コア部２１、３１と鉄心構成部４１との間に磁気回路Ｍを形成した場合、第２の歯４１ａがそれぞれ独立して構成されているために、従来技術では不可避であった漏れ磁束ＭＬ（図２１参照）をきわめて少なくして効率を向上させることができる。そのため、固定子コア部２１、３１における第１の歯２３、３３と可動子４１における第２の歯４１ａとの間の磁束密度をより大きくして可動子４に対する推力を大きくすることができ、同一の電力であってもさらに可動子４の加速度を増大させて、反応を速くすることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態においては、図３に示すように、鉄心構成部４１に対して固定子コア部２１、３１と、それらに形成する第１の歯２３、３３とをそれぞれ対称に設けている。そのために、鉄心構成部４１に作用する磁気力は、鉄心構成部４１を挟んで上下で釣り合い、その結果、鉄心構成部４１に作用する磁気力はＸ方向の推力のみとなる。そのため鉄心構成部４１をさらに薄くすることができ、上記の可動子４の軽量化による効果をさらに高めることができる。
【００５２】
また、図５に示すように、第２の歯４１ａ〜４１ａが各々独立した構成となっていることから、鉄心構成部４１は可動子４の動作方向（Ｘ方向）に対して不連続に形成されており、可動子４の幅方向（Ｙ方向）に平行な軸回り方向のたわみを防止することができない。しかしながら、鉄心構成部４１を支持する枠体４２における張り出し部４２ｂ、４２ｂを厚くして、かつ、Ｘ方向に延在するよう形成しているために、これが強度メンバとして作用して可動子４の変形を抑制することができる。
【００５３】
このため、固定子２、３に形成された第１の歯２３〜２３、３３〜３３と、可動子４に形成された第２の歯４１ａ〜４１ａとの間の磁気ギャップとしての隙間を適正に保つことができ、効率低下による可動子４の推進力の低下を防ぐことが可能となる。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係るリニアモータは、複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子２、３と、前記複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３と対向する複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを備え、前記２つの固定子２、３の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子４とを具備するリニアモータにおいて、前記２つの固定子２、３が前記可動子４を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３を備えているとともに、前記可動子４が、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを備える鉄心構成部４１と、前記固定子２、３の対向する方向に対して開口部４２ｃが設けられ、当該開口部４２ｃの内部に前記鉄心構成部４１を収めた状態で支持する枠体４２とを備えるように構成したものである。
【００５５】
このように構成しているため、第２の歯４１ａ〜４１ａを備える鉄心構成部４１を枠体４２の開口部４２ｃに収める形態で支持させることによって、鉄心構成部４１を固定するための貫通孔を厚み方向の範囲内に設ける必要がなくなるため、鉄心構成部４１の厚みを抑えて可動子４の軽量化を図るとともに、第２の歯４１ａ〜４１ａ間での漏れ磁束を低減して、可動子４を高速化することが可能となる。
【００５６】
また、前記枠体４２が、前記対向する２つの固定子２、３に挟まれる固定子対向部４２ａと、当該固定子対向部４２ａより前記可動子４の動作する方向に対して直交する方向に張り出した張り出し部４２ｂ、４２ｂとを備えており、当該張り出し部４２ｂ、４２ｂを前記可動子４の動作方向に沿って形成するとともに、前記固定子対向部４２ａよりも厚くするように形成しているため、可動子４の幅方向に対する平行な軸回りのたわみを防止して、第１の歯２３〜２３、３３〜３３と第２の歯４１ａ〜４１ａとの間の隙間を適正に保つことができ、部材の変形に伴う可動子４の推進力の低下を抑制することが可能となる。
【００５７】
また、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａが、各々独立して、かつ、複数の鋼板４５〜４５を積層することにより形成されているとともに、前記枠体４２が、前記第２の歯４１ａ〜４１ａの両端部に対応する位置に対をなすように形成された凹部４３ａ〜４３ａを所定ピッチで複数組形成されており、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを、その両端部を前記凹部４３ａ〜４３ａに係合させるようにして設けるようにして構成したため、より可動子４の軽量化を図ることができるとともに、第２の歯４１ａ〜４１ａの間で生じる漏れ磁束を低減することができ、可動子４の推進力を向上させてより高速化を実現することができる。
【００５８】
さらに、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを形成する複数の鋼板４５〜４５が前記固定子２、３の対向方向に平行になるような向きにして積層されるようにして構成したため、渦電流による損失を防ぐことで効率を向上させ、より可動子４の推進力を高め、高速化を図ることができる。
＜第２実施形態＞
【００５９】
本発明の第２施形態に係るリニアモータを図９に示す。
この実施形態におけるリニアモータでは、可動子２０４の動作方向に延在するように配置したベース２０１の側方に張り出すような形態で、固定子２０２、２０３が設けられている。固定子２０２、２０３は図中の上下方向（Ｚ方向）に対向するように構成されており、その間に挟まれるように可動子２０４が配置されている。
【００６０】
また、ベース２０１の両端部には、支持部材２０１ａ、２０１ｂが設けられており、これらの支持部材２０１ａ、２０１ｂによって両端部を接続されるようにして、円柱状のガイド部材２０６が設けられている。そして、このガイド部材２０６によって支持された状態で、可動子２０４はＸ方向に動作できるように構成されている。
【００６１】
固定子２０２、２０３と可動子２０４の位置関係および構成は、概略上述の第１実施形態と同様であり、動作原理は全く同一のものである。
【００６２】
この第２実施形態において、第１実施形態と大きく異なる点は、可動子２０４の支持方法であり、具体的には図１０のような構成となっている。
【００６３】
可動子２０４は、第１実施形態の場合と同様に、大きくは枠体２４２とこれに組み込まれる鉄心構成部２４１より構成されており、鉄心構成部２４１は独立した第２の歯２４１ａ〜２４１ａによって構成されている。枠体２４２は、鉄心構成部２４１としての複数の第２の歯２４１ａ〜２４１ａを保持する保持部２４３と、保持部２４３に複数の第２の歯２４１ａ〜２４１ａを保持させた状態で上下より挟み込んで固定する固定部２４４、２４４より構成されている。
【００６４】
可動子２０４は、固定部２４４、２４４に各々設けられた半円状の凹状ガイド部２４４ａ〜２４４ａを介して、上述のガイド部材２０４（図９参照）により支持されるとともに、保持部２４３の３箇所に設けられた矩形状の凸状ガイド部２４３ｃ〜２４３ｃを介して、ベース２０１に設けた溝部２０１ｃの内部で上下方向（Ｚ方向）に支持されるようになっている。この溝部２０１ｃとガイド部材２０６（図９参照）とは、平行になるように設けられており、これらに沿って可動子２０４はＸ方向に対して動作可能になっている。
【００６５】
枠体２４２は、固定子２０２、２０３（図９参照）と対向する部分が固定子対向部２４２ａとして、第２の歯２４１ａ〜２４１ａとともに平板状に薄く形成されるとともに、この固定子対向部２４２ａに対して、可動子２０４の幅方向に張り出した張り出し部２４２ｂが上記固定部２４４によって形成されている。この場合においても、第１実施形態の場合と同様に、張り出し部２４２ｂが固定子対向部２４２ａに対して厚く形成されるとともに、可動子２０４の幅方向に延在することで、強度メンバとして作用し可動子２０４のたわみを防止することができるようになっている。
【００６６】
図１１に、この可動子２０４の組立方法を示す。可動子２０４を構成する保持部２４３は、第１実施形態の場合と同様に、所定ピッチで溝部２４３ａ〜２４３ａが形成されており、これに対応する形に形成した第２の歯２４１ａ〜２４１ａを組み込んでいく。
【００６７】
そして、第２の歯２４１ａ〜２４１ａの一方の端部を、保持部２４３とともに上下方向に挟み込むようにして一対の固定部２４４、２４４をネジ止めして設けることで、保持部２４３に対し第２の歯２４１ａ〜２４１ａの固定を行うことができる。この場合にも接着剤を併用して固定力を増加させることも可能である。
【００６８】
保持部２４４、２４４には、上述したように半円状の凹状ガイド部２４４ａ〜２４４ａが各々形成されており、この内部に円筒状の滑り軸受け（図示せず）を取り付けて、これを介して図９のようにガイド部材２０６に取り付けることが可能となっている。ガイド部材２０６は、摺動部を構成するものであるためアルミ等の熱伝導率の高い材質で構成することが好適である。
【００６９】
上記のように構成した可動子２０４の平面図を図１２に示す。枠体２４２を構成する保持部２４３は、中央に矩形状の開口部２４３ｄを設けられており、当該開口部２４３ｄは枠体２４２としての開口部２４２ｃを構成することになる。そして、この開口部２４２ｃの中で第２の歯２４１ａ〜２４１ａは、空隙２４１ｂ〜２４１ｂを挟みつつ所定ピッチで可動子２０４の移動方向に並んで配置されるようになっている。第２の歯２４１ａ〜２４１ａは各々独立するようにして構成されており、可動子２０４の幅方向（Ｙ方向）に延在する形で配置されている。
【００７０】
第２の歯２４１ａ〜２４１ａは、各々図７（ａ）と同様の形態としており、複数の鋼板を各々Ｘ方向とＺ方向に平行になる向きにして積層しており、両端部には段差部（４１ａ３）を設けている。なお、第２の歯２４１ａ〜２４１ａの積層鋼板の向きは、図７（ｂ）と同様、Ｙ方向とＺ方向に対して平行になるようにしてもよく、同様に渦電流による損失を抑えることができる。
【００７１】
図１３（ａ）は、可動子２０４の側面図を示すものである。保持部２４３を幅方向（Ｙ方向）に見た場合、一方の端部には凸状ガイド部２４３ｃが設けられており、他方の端部には当該端部を厚み方向（Ｚ方向）に挟み込めように形成された鍔部２４４ｂ、２４４ｂを有する固定部２４４が設けられている。
【００７２】
図１３（ｂ）は、図１２におけるＡ−Ａ断面矢視図である。このように保持部２４３は、第２の歯２４１ａ〜２４１ａが存在しない部分では、空間としての開口部２４２ｃ（２４１ｂ）が内部で形成されるようになっている。
【００７３】
図１３（ｃ）は、図１２におけるＢ−Ｂ断面矢視図である。第２の歯２４１ａ〜２４１ａは、第１実施形態と同様に保持部２４３に形成された矩形状の溝部２４３ａ、２４３ａに対して両端部の段差部２４１ａ３、２４１ａ３を係合させる形態で嵌め込まれる。そして、片方の端部が、保持部２４３とともに固定部２４４、２４４に形成した鍔部２４４ｂ、２４４ｂによって挟み込まれるようにして固定されるようになっている。
【００７４】
このように構成した場合においても、上述の第１実施形態の場合と同様に、従来に比べて可動子２０４の軽量化を行うとともに、内部での漏れ磁束を低減させて可動子２０４の推力を向上させ、可動子２０４の動作の高速化を図ることができるようになっている。
【００７５】
また、第２の歯２４１ａ〜２４１ａを積層鋼板によって構成し、かつ、その鋼板を固定子２０２、２０３の対向方向（Ｚ方向）に対して平行な向きになるようにして積層しているため、渦電流による損失を低減して効率をさらに高めることも可能となっている。
【００７６】
以上のように、本第２実施形態に係るリニアモータも上述の第１実施形態に係るリニアモータと同一の作用効果を得ることが可能である。
＜第３実施形態＞
【００７７】
本発明の第３施形態に係るリニアモータは、図９に示した第２の実施形態に係る可動子２０４を変更したものである。より具体的には、図１０に示した保持部２４３と鉄心構成部２４１の形状を変更したものである。そのため、そのため、上述の実施形態と同一の部分については説明を省略する。
【００７８】
図１４で示すように、第３実施形態に係るリニアモータで用いる可動子３０４は、鉄心構成部３４１と枠体３４２より構成されており、枠体３４２は保持部３４３と図１０に示した２つの支持部２４４、２４４とから構成されている。
【００７９】
図１４に示した鉄心構成部３４１は箱状に構成されているとともに、これに対応した矩形状の開口部３４３ｄが保持部３４３に設けられている。この保持部３４３の開口部３４３ｄは、枠体３４２としての開口部３４２ｃを構成するものである。
【００８０】
鉄心構成部３４１は、図１５に示すように、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを各々幅方向（Ｙ方向）に延在した形態として形成し、各第２の歯３４１ａ〜３４１ａの両端面を側板３４１ｃ、３４１ｃによって連結することで箱形に構成したものである。複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａは、それぞれ、図７（ａ）または図７（ｂ）と同様の向きに鋼板を積層して形成している。
【００８１】
図１５に示すとおり、側板３４１ｃ、３４１ｃによって、第２の歯３４１ａ〜３４１ａは所定ピッチで並んだ状態で相互に連結され、鉄心構成部３４１として一体となった状態で取り扱うことができるようになる。
【００８２】
側板３４１ｃ、３４１ｃと、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａとの連結のためには、側板３４１ｃと第２の歯３４１ａの双方に係合部を形成しておき、係合させる方法であっても、溶接や接着等の固定方法を用いても良い。また、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを、図７（ａ）のようにして、Ｘ方向およびＺ方向に対して平行な向きにした鋼板を積層して形成する場合には、その積層過程において側板３４１ｃも第２の歯３４１ａ〜３４１ａと同時に固定することも可能である。
【００８３】
上記のように矩形状の箱形に構成された鉄心構成部３４１は、図１４のようにして、枠体３４２の矩形状の開口部３４２ｃに嵌め込まれる。こうした状態で、固定部２４４を取り付ける（図１０参照）ことによって枠体３４２に対して鉄心構成部３４１の固定を行うことができる。この際、接着剤を併用することによって、さらに固定力を増加させるように構成することも可能である。
【００８４】
このように構成した場合であっても、上記第１実施形態および第２実施形態と同様にして動作を行わせることができるとともに、第２の歯３４１ａ〜３４１ａ同士が中央で連結されていないために、可動子３０４を軽量化でき、さらには漏れ磁束を低減することができる。そのため、可動子３０４の高速化を実現することが可能となる。
【００８５】
また、上述したように、第２の歯３４１ａ〜３４１ａは側板３４１ｃによって所定ピッチで連結された状態とされているために、枠体３４２の側には第２の歯３４１ａ〜３４１ａを所定ピッチで個々に保持するための溝部２４３ａ（図１１参照）が不要となり、より枠体３４２を簡単に構成することができる。
【００８６】
以上のように、本実施形態に係るリニアモータは、鉄心構成部３４１が、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａと、それら複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａの両端部に各々接続され、前記複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを所定ピッチで平行に配置した状態で支持する一対の側板３４１ｃ、３４１ｃとを備えていることを特徴とするものである。
【００８７】
このように構成しているため、鉄心構成部３４１のみで複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを所定ピッチで配置した状態として形成することができるために、枠体３４２に対する複雑な加工が不要となり、より可動子３０４の製作が容易になる。
＜第４実施形態＞
【００８８】
本発明の第４施形態に係るリニアモータは、基本的な構成を第３実施形態と同一にして、図１４、図１５に示した第３実施形態における鉄心構成部３４１を、図１６に示す鉄心構成部４４１のように変更したものである。そのため、上述の実施形態と同一の部分については説明を省略する。
【００８９】
鉄心構成部４４１は、第３実施形態で示した枠体３４２（図１４参照）の内部に収めた形態とすることで、可動子４０４を構成する。
【００９０】
この鉄心構成部４４１は、直方体状に構成された第２の歯４４１ａ〜４４１ａを互いに平行になるように配列し、これらの間を薄板状に形成された連結部４４１ｂ〜４４１ｂによって連結している。このように構成することで、第２の歯４４１ａ〜４４１ａは、所定のピッチを維持した状態で形成することができるようになっている。
【００９１】
このような形状を有する鉄心構成部４４１は、複数の鋼板を積層することによって構成されており、各鋼板はＸ方向およびＺ方向に対して平行な向きになるように配置している。積層する鋼板は、それぞれ図１７のような形状をしており、第２の歯４４１ａ〜４４１ａ（図１６参照）に対応する矩形状の歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１と、これらの歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１を中央部近傍で連続して繋げる、連結部４４１ｂ〜４４１ｂ（図１６参照）に対応した連結帯部４４１ｂ１〜４４１ｂ１を有する形態としている。このような同一形状の鋼板４４５を打ち抜き等によって複数個製作して、積層するのみで簡単に鉄心構成部４４１を構成することが可能となる。
【００９２】
このようにして構成することで、図１６のように第２の歯４４１ａ〜４４１ａが所定ピッチで連結された形状に一体化して鉄心構成部４４１を構成することができるため、この鉄心構成部４４１を取り付ける枠体３４２は単純な形として簡単に製作できるようになる。
【００９３】
また、連結部４４１ｂ〜４４１ｂは、第２の歯４４１ａ〜４４１ａを所定ピッチを維持しつつ連結するためのものにすぎないため、薄く形成することができ、この部分による漏れ磁束も小さく抑えることが可能である。
【００９４】
以上のように、本実施形態に係るリニアモータは、前記鉄心構成部４４１が、前記可動子４０４の移動方向および前記固定子２０２、２０３の対向方向に平行になるような向きで複数の鋼板を積層して形成されており、前記複数の鋼板の各々が前記複数の第２の歯４４１ａ〜４４１ａを構成する複数の歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１と、それら複数の歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１の各々を中央部近傍で連続して繋げる連結帯部４４１ｂ１〜４４１ｂ１とを備えるように構成したことを特徴とするものである。
【００９５】
このように構成しているため、枠体３４２に対する複雑な加工が不要となるとともに、鉄心構成部４４１を簡単に鋼板を積層させるのみで製作することができるために、可動子４０４をより容易に製作することができるようになる。
【００９６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００９７】
例えば、上述の実施形態では、固定子２、３（２０２、２０３）を上下方向に配置していたが、これらを対向させて配置し固定子２、３（２０２、２０３）から可動子４（２０４、３０４、４０４）に対して推力を与えることができる限り配置する方向は問わず、それぞれを横向きにも斜めに配置しても構成することが可能である。
【００９８】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１…ベース
２…固定子（上側）
３…固定子（下側）
４…可動子
５…上側固定子支持部
６…リニアガイドレール
７…リニアベアリング
２１…固定子コア部（上側）
２２…コイル（上側）
２３…第１の歯（上側）
３１…固定子コア部（下側）
３２…コイル（下側）
３３…第１の歯（下側）
４１…鉄心構成部
４１ａ…第２の歯
４２…枠体
４２ａ…固定子対向部
４２ｂ…張り出し部
４２ｃ…開口部
４３…保持部
４４…固定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石埋め込み型磁気回路を用いたリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは位置決め精度が高く耐摩耗性に優れる等の特徴を有しており、クリーンな環境下での半導体関連の物品の搬送など様々な用途で用いられるとともに、多様な形態のものが知られている。その中でも、磁石埋め込み型磁気回路を用いたリニアモータは、典型的な磁気回路を用いたものに比べ、同じ大きさでもより大きな推力を取り出すことが可能なものである。
【０００３】
こうした磁石埋め込み型磁気回路を有するリニアモータとして、下記特許文献１のものが知られている。このものは、平板状に構成した可動子を二次側磁界発生部材として直線方向に移動可能に設けるとともに、当該可動子の表裏面にそれぞれ対向する一次側磁界発生部材としての固定子を設け、それぞれ対向する面に磁石または鉄心からなる歯を形成している。このように可動子側を二次側磁界発生部材として構成することで、可動子は磁石やコイル、さらには電気的接続部を必要とせず軽量化することができるため、より高速に移動を行わせることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３０８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に挙げたリニアモータをさらに高性能化しようとした場合、可動子をさらに軽量化することが考えられる。この可動子の製作方法について上記の特許文献１では具体的には言及されていないが、一般には可動子の歯を構成する鉄心は渦電流の発生による効率低下を避けるために鋼板を積層してボルトによって締結することで製作される。
【０００６】
すなわち、特許文献１により開示される技術に一般の積層鋼板による鉄心の製作方法を組み合わせると、具体的には次のようになるものと推測できる。
【０００７】
まず、図１８に示すように、平板状に構成した可動子５０４を二次側磁界発生部材としてリニアガイドレール５０６、５０６とリニアベアリング５０７、５０７とを介してベース５０１上に直線方向（図のＸ方向）に移動可能に設ける。そして、当該可動子５０４の表裏面にそれぞれ対向させて一次側磁界発生部材としての固定子５０２、５０３を設ける。さらに、固定子５０２、５０３の表面にはそれぞれ図示しない第１の歯を設け、可動子５０４の表面には後述する第２の歯を設ける。可動子５０４は、図１９に示すように、鉄等の軟磁性材料からなる鉄心構成部５４１を左右に張り出した形態の支持部５４２によって挟み込んで固定した形態となっており、当該支持部５４２によって、図１８に示すように、リニアベアリング５０７の上に固定される。また、上側の固定子５０２は左右に配された上側固定子支持部材５０５、５０５を介して、下側の固定子５０３は直接的に各々ベース５０１上に固定される。
【０００８】
鉄心構成部５４１（図１９参照）は、図２０（ａ）に中心断面図として示すように、図の上下の面にそれぞれ等ピッチで、上述した第２の歯５４３、５４４を形成され、これら第２の歯５４３、５４４は、図中の左右方向（Ｘ方向）に板状に延出して形成される中間部５４５と接続されることで全てが一体化している。この鉄心構成部５４１は、図２０（ｂ）に示すような形状の鋼板５０８を図中の紙面奥行き方向（Ｙ方向）に積層させることによって構成する。図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれの鋼板５０８は上記第２の歯５４３、５４４に対応する凸部５８１、５８２をそれぞれ間隙５８３、５８４を設けつつＸ方向に連続的に等ピッチで形成している。そして、上記の板状の中間部５４５を形成する中間帯部５８５にはボルト５４７を挿通するために長孔５８６を設けている。
【０００９】
このように形成した複数の鋼板５０８を図中の紙面奥行き方向（Ｙ方向）に重ねた状態で、重なった長孔５８６が中間部５４５の内部において形成するボルト孔５４６の中をボルト５４７を挿通させて、図１９に示す鉄心構成部５４１を形成しつつ当該鉄心構成部５４１を支持部５４２に対して固定することになる。
【００１０】
以上のように、一般的な鋼板の積層方法を用いて、特許文献１に開示されるリニアモータを現実化しようとした場合、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれの鋼板５０８の中央にボルト５４７を挿通するための長孔５８６が必要となるために、中間帯部５８５の幅Ｂを長孔５８６の幅に対して十分広くすることが必要となる。そのため鉄心構成部５４１の厚さＨをある一定以下には小さくすることができず、鉄心構成部５４１およびこれを含んだ可動子５０４（図１９参照）の軽量化には限界が生じる。
【００１１】
また、中間帯部５８５の幅Ｂを長孔５８６の幅以上に幅広く形成することが必要であるため漏れ磁束による効率の低下も生じる。図２１に模式的に示すように、特許文献１に示すようなリニアモータを駆動させるためには、固定子５０２、５０３における第１の歯５２３、５３３と可動子５０４における第２の歯５４３、５４４との間に磁気回路Ｍを形成させることになる。同図は例として可動子５０４を右方向に移動させる場合の位置関係を示したものであり、磁気回路Ｍは時計回りの方向に形成されている。しかしながら、可動子５０４内部の中間部５４５の幅Ｂが大きいために、隣接する第２の歯５４３・５４３、５４４・５４４の間で漏れ磁束ＭＬが生じる。その分磁気回路上の損失となって効率が低下し、可動子５０４の推力が減少することになる。
【００１２】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には内部の鉄心構成部を薄型化することによって、軽量で、かつ漏れ磁束による損失の少ない可動子を有するリニアモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１４】
すなわち、本発明のリニアモータは、複数の第１の歯を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子と、前記複数の第１の歯と対向する複数の第２の歯を備え前記２つの固定子の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子とを具備するリニアモータにおいて、前記２つの固定子が前記可動子を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯を備えているとともに、前記可動子が、前記複数の第２の歯を備える鉄心構成部と、前記固定子の対向する方向に対して開口部が設けられ、当該開口部の内部に前記鉄心構成部を収めた状態で支持する枠体とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
ここで、本発明において用いる「一次側磁束発生部材」とは、電流を与えることができるコイル等の起磁力を有する部材を含むものであって、磁界を生じさせることや変化させることが可能なものをいい、「二次側磁束発生部材」とは一次側磁束発生部によって形成された磁界内部に置かれて磁化される性質を有するものであって、新たな磁束を発生させることや磁束を集中させることが可能なものをいうものとする。
【００１６】
さらに、本発明において用いる「鉄心構成部」とは、可動子内において鉄心としての機能を有する部位を総称するものであり、単独の構成要素からなる場合と分割された複数の構成要素からなる場合とを問わない。
【００１７】
上記のように構成すると、第２の歯を備える鉄心構成部を枠体の開口部に収める形態で支持させることによって、鉄心構成部の厚み方向の範囲内に貫通孔を設ける必要がなくなるため、第２の歯同士をつなぐ中間部を薄くして鉄心構成部の厚みを抑えることで可動子の軽量化を図るとともに、第２の歯同士の間での漏れ磁束を低減して効率を向上させることで、可動子の高速化を図ることが可能となる。
【００１８】
また、可動子の幅方向に対して平行となる軸回りのたわみを防止して、第１の歯と第２の歯との隙間を適正に保つことで推進力の低下を抑制するためには、前記枠体が、前記対向する２つの固定子に挟まれる固定子対向部と、当該固定子対向部より前記可動子の動作する方向に対して直交する方向に張り出した張り出し部とを備えており、当該張り出し部を前記可動子の動作方向に沿って形成するとともに、前記固定子対向部よりも厚くするように形成することが好適である。
【００１９】
また、さらに可動子の軽量化や漏れ磁束の低減効果を高めて、より可動子の高速化を図るためには、前記複数の第２の歯が、各々独立して、かつ、複数の鋼板を積層することにより形成されているとともに、前記枠体が、前記第２の歯の両端部に対応する位置に対をなすように形成された凹部を所定ピッチで複数組形成されており、前記複数の第１の歯を、その両端部を前記凹部に係合させるようにして設けることが好適である。
【００２０】
また、渦電流による損失を防ぐことにより効率を向上させ、より可動子の推進力を高めるためには、前記複数の第２の歯を形成する複数の鋼板が前記固定子の対向方向に平行になるような向きにして積層されているように構成することが好適である。
【００２１】
また、枠体に対する複雑な加工が不要にしてより可動子の製作を容易にするためには、上記のような第２の歯を各々独立化した鉄心構成部の構成に代えて、前記鉄心構成部が、複数の第２の歯と、それら複数の第２の歯の両端部に各々接続され、前記複数の第２の歯を所定ピッチで平行に配置した状態で支持する一対の側板とを備えているように構成することが好適である。
【００２２】
また、さらに可動子の製作の容易にするためには、鉄心構成部を鋼板を同一方向に積層させるのみで製作できるようにすることが好ましく、上記の鉄心構成部の構成に代えて、前記鉄心構成部が、前記可動子の移動方向および前記固定子の対向方向に平行になるような向きで複数の鋼板を積層して形成されており、前記複数の鋼板の各々が前記複数の第２の歯を構成する複数の歯構成部と、それら複数の歯構成部の各々を中央部近傍で連続して繋げる連結帯部とを備えるように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明した本発明によれば、軽量で、かつ、内部での漏れ磁束による損失の少ない可動子を有し、従来よりも高速動作が可能なリニアモータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す斜視図。
【図２】同リニアモータの正断面図。
【図３】同リニアモータの要部断面図。
【図４】同リニアモータの可動子の平面図。
【図５】同リニアモータの可動子の斜視図。
【図６】同リニアモータの可動子の組立図。
【図７】同リニアモータの可動子の一部を構成する第２の歯を示す斜視図。
【図８】同リニアモータ内で形成される磁気回路の模式図。
【図９】本発明の第２実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す斜視図。
【図１０】同リニアモータの可動子の斜視図。
【図１１】同リニアモータの可動子の分解斜視図。
【図１２】同リニアモータの可動子の平面図。
【図１３】同リニアモータの可動子の側面図並びに図１２におけるＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るリニアモータの可動子の要部を示す斜視図。
【図１５】同リニアモータの鉄心構成部を示す斜視図。
【図１６】本発明の第４実施形態に係るリニアモータの可動子を形成する鉄心構成部を示す斜視図。
【図１７】図１６における鉄心構成部を構成する鋼板の平面図。
【図１８】従来技術を用いて仮に構成したリニアモータの概略構成を示す斜視図。
【図１９】同リニアモータの可動子の上面図。
【図２０】同リニアモータの可動子の断面図および同可動子の構成要素である鋼板の側面図。
【図２１】同リニアモータ内で形成される磁気回路の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に係るリニアモータの動作原理は上記特許文献１のものと同様であるため、詳細な磁極の形成方法に関する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
【００２６】
本発明の第１実施形態に係るリニアモータは、図１に示すように、大きくは、図中で上下に対向して配置した一対の一次側磁界発生部材としての固定子２、３と、その間に配された二次側磁界発生部材としての可動子４とから構成している。
【００２７】
このうち下側の固定子３はベース１の上に直接的に固定し、上側の固定子２はコ字状に形成した上側固定子支持部５を介して下向きになるようにしてベース１の上に固定している。可動子４はリニアガイドレール６、６とリニアベアリング７〜７とを介してベース１に対して図中の座表軸に示すＸ方向に移動可能に設けている。
【００２８】
ここで、図中で示すＸ方向とは可動子４の動作方向であり、Ｚ方向とは一対の固定子２、３が対向する方向であり、Ｙ方向とは固定子２、３や可動子４の幅方向すなわちＸ方向およびＺ方向に直交する方向であり、可動子４や固定子２、３の幅方向ともいえる。図１以外の図面も、同様にＸ、Ｙ、Ｚの各方向を上記の向きに設定しており、以下においては特に述べることなくこれらの軸方向を用いて説明を行うことがある。
【００２９】
本実施形態において、可動子４を支持するリニアガイドレール６、６とリニアベアリング７〜７とは、コ字状に形成した上側固定子支持部５の内部に収まるように配置してあるために、可動子４の移動方向に対して上側固定子支持部５は干渉することが無いため、可動子４は大きなストロークで動作させることが可能となっている。
【００３０】
また、この実施形態に係るリニアモータでは、図２の正断面図に示したように、上下に配置した固定子２、３は、それぞれ固定子コア部２１、３１とそれらの外周に設けたコイル２２、３２とから構成される。可動子４は平板状に構成した鉄心構成部４１と、これを支持する枠体４２とから構成され、枠体４２はリニアベアリング６、６の上に固定されている。上下の固定子コア部２１、３１はそれぞれ平行に対向して配置しており、さらに、それらの間に鉄心構成部４１が配置されるように構成している。鉄心構成部４１と固定子コア部２１、３１とはそれぞれ対向する面同士が平行となるとともに、ギャップが同一となるように調整している。これらは、固定子コア部２１、３１によって鉄心構成部４１に作用する磁気力を上下で釣り合わせて、鉄心構成部４１に対してＸ方向以外の力ができる限り作用しないようにするためである。
【００３１】
このように構成した固定子２、３のコイル２２、３２に対して図示しない制御部から所定のパターンで電流を与えることによって、固定子コア部２１、３１および鉄心構成部４１間に種々のパターンの磁気回路を形成し、可動子４に対して図中Ｘ方向に向けた推力を発生させることができる。
【００３２】
図３に、固定子コア部２１、３１と鉄心構成部４１の断面を拡大して示す。なお、本図ではコイル２２、３２（図２参照）を構成する巻線部については省略してある。まず、上側の固定子２における固定子コア部２１は、鉄心構成部４１と対向する面に永久磁石からなる複数の第１の歯２３、２３を有しており、それらの間には空隙部２４が形成されている。このように、固定子コア部２１の表面には空隙部２４を伴いながらＸ方向に所定のピッチで第１の歯２３〜２３を連続して形成している。
【００３３】
さらに、下側の固定子３における固定子コア部３１についても、上側の固定子２と同様に、鉄心構成部４１と対向する面に複数の第１の歯３３〜３３を、空隙部３４を伴いつつＸ方向に連続して所定のピッチで形成してある。また、上下の固定子コア部２１、３１における複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３は可動子４を挟んで互いに対称となる位置に配置されるようにしている。
【００３４】
これら複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３と対向するようにして、鉄心構成部４１には軟磁性材料である鋼板を積層して形成した第２の歯４１ａを、間隙部４１ｂを形成しつつＸ方向に等ピッチで形成している。ここで、第２の歯４１ａを設けるピッチは、上述した第１の歯２３、３３を設ける際のピッチの２倍に設定している。この第２の歯４１ａは、それぞれ上側部分４１ａ１が上側の固定子２における第１の歯２３と対向し、下側部分４１ａ２が下側の固定子３における第１の歯３３と対向するものであるが、本実施形態においては上述したように上側固定子２における複数の第１の歯２３〜２３と、下側固定子３における複数の第１の歯３３〜３３とを可動子４を挟んで互いに対称な位置に設けているため、これらにそれぞれ対向する上側部分４１ａ１と下側部分４１ａ２は上下に連続して一体的に構成した第２の歯４１ａとして、それぞれが単なる矩形断面を有するものとして形成している。
【００３５】
このように構成した可動子４は、厚み方向（Ｚ方向）より見た場合に図４に示すようにＨ型の平板状に形成している。この可動子４は鉄心構成部４１と、これを収めた状態で支持するする矩形状の開口部４２ｃを備える枠体４２より構成されている。
【００３６】
鉄心構成部４１は、Ｙ方向に延在するように配置した第２の歯４１ａ〜４１ａを空隙４１ｂ〜４１ｂを挟みつつ所定ピッチでＸ方向に配置したものである。この鉄心構成部４１ｂとともに、固定子固定子２、３（図２参照）に挟まれる枠体４２の一部分は、固定子対向部４２ａとして、第２の歯４１ａ〜４１ａと同じ厚さで形成されている。さらに、固定子対向部４２ａおよび鉄心構成部４１より、可動子４の動作する方向に対して直交する方向（Ｙ方向）には両側に枠体４２の一部としての張り出し部４２ｂ、４２ｂが設けられている。
【００３７】
これらの張り出し部４２ｂ、４２ｂは、両端部に矩形状の支持部４２ｂ１〜４２ｂ１が形成されており、その支持部４２ｂ１〜４２ｂ１にはネジ孔４２ｂ２〜４２ｂ２が設けてある。支持部４２ｂ１〜４２ｂ１はネジ孔４２ｂ２〜４２ｂ２を挿通させるネジ（図示せず）によってリニアベアリング７〜７（図１参照）の上部に固定され、Ｘ方向に対して動作可能に支持される。
【００３８】
図５は可動子４を斜視図によって示したものである。可動子４は上述したように中央に矩形状の開口部４２ｃを設けた枠体４２と、その内部に収められた鉄心構成部４１としての第２の歯４１ａ〜４１ａより構成されている。枠体４２は非磁性材料である樹脂やアルミ等で形成されており、鉄心構成部４１としての第２の歯４１ａ〜４１ａの位置決めを行いつつ内部で保持する保持部４３と、保持部４３内に納められた鉄心構成部４１の固定を行うための固定部４４、４４によって構成されている。
【００３９】
上述した固定子対向部４２ａは枠体４２の一部として、鉄心構成部４１と同じ厚さで、当該鉄心構成部４１のＸ方向の前後でＹ方向に延在するように形成されている。第２の歯４１ａは各々長手方向がＹ方向になる向きに配置されるとともに、空隙４１ｂを挟みながら可動子４の動作方向（Ｘ方向）に対して所定ピッチで並べられている。
【００４０】
また、上述した張り出し部４２ｂ、４２ｂは、保持部４３と固定部４４、４４からなる枠体４４の一部であり、上述したリニアベアリング７〜７（図１参照）にネジ孔４２ｂ２〜４２ｂ２を介して取り付けることにより、保持部４３と固定部４４、４４とは一体化される。この張り出し部４２ｂ、４２ｂは、その厚みｔ２が固定子対向部４２ａの厚みｔ１より大きくなるように形成されるとともに、可動子４の移動方向に沿って延在するように形成されている。そのため、張り出し部４２ｂ、４２ｂは、可動子４のＹ軸回り方向のたわみを抑える強度メンバとして作用している。
【００４１】
このような可動子４は図６のようにして組立を行う。
【００４２】
可動子４の枠体４２の一部を構成する保持部４３は、枠体の開口部４２ｃとして、中央部に矩形状の開口部４２ｃを有している。そして、各第２の歯４１ａ〜４１ａの両端部に対応する位置に矩形断面の凹部４３ａ〜４３ａを所定ピッチで形成している。
【００４３】
鉄心構成部４１を構成する第２の歯４１ａ〜４１ａは各々独立して構成し、それぞれ矩形断面を有する棒状の形態になるように形成している。第２の歯４１ａ〜４１ａは両端部を上記凹部４３ａ〜４３ａに対応する形状にしており、各端部を凹部４３ａ〜４３ａに係合させることで、平行に所定ピッチでＸ方向に並んで配置されるようになっている。
【００４４】
全ての凹部４３ａ〜４３ａに対して第２の歯４１ａ〜４１ａを係合させた状態で、この第２の歯４１ａ〜４１ａの両端部を上部より押さえるようにして固定部４４、４４を取り付け、第２の歯４１ａ〜４１ａの位置固定を行うようにしている。この場合、第２の歯４１ａ〜４１ａの位置固定を行うために接着剤を併用することも好適である。
【００４５】
第２の歯４１ａ〜４１ａは、図７（ａ）のように各々構成している。具体的には、各第２の歯４１ａは、軟磁性材料である複数の電磁鋼板４５〜４５を積層することによって構成されている。それぞれの鋼板は可動子４（図１参照）の移動方向（Ｘ方向）および固定子の対向方向（Ｚ方向）に対して平行になる向きに配置されることによって、こうした鋼板を積層した形態で一体化されている。こうした一体化を行うためには、カシメ、接着、溶接、樹脂をバインダとした一体成形等の手法を用いることができる。このような形態で第２の歯４１ａ〜４１ａを構成する場合には、積層鋼板１枚ごとの質量が小さくてすむため、従来に比し、小さな締結力で一体化を行うことができる。
【００４６】
さらに、各第２の歯４１ａの両端部には、上述した凹部４３ａ〜４３ａ（図６参照）に対応した形状の段差部４１ａ３、４１ａ３を形成している。この段差部４１ａ３、４１ａ３を形成する方法には、鋼板を積層して一体化した後に一部をカットして形成する方法と、積層する鋼板の形状を端部のみ異なる形状にしておき、積層させる過程において段差部４１ａ３、４１ａ３を形成する方法のいずれを用いることも可能である。
【００４７】
なお、図７（ａ）に示した第２の歯４１ａに代えて、図７（ｂ）に示す第２の歯１４１ａを用いることも可能である。この場合の第２の歯１４１ａは、複数の鋼板１４５〜１４５を可動子４（図１参照）の幅方向（Ｙ方向）および固定子の対向方向（Ｚ方向）に対して平行になる向きにして積層したものであり、両端部には段差部１４１ａ３、１４１ａ３を各々形成している。このようにすると、各鋼板１４５〜１４５をＴ字型の同一形状として積層するのみで、容易に所望の形状の第２の歯１４１ａを形成することができる。
【００４８】
また、図７（ａ）、図７（ｂ）のいずれの形態の第２の歯４１ａ、１４１ａであっても、積層する鋼板が固定子の対向方向（Ｚ方向）に対して平行になる向きにしている点では共通しており、こうすることで固定子の対向方向（Ｚ方向）の向きに発生する磁界により生じる渦電流の影響を抑制し、推力の効率の低下を抑えることが可能となる。
【００４９】
上記のように、鉄心構成部４１を第２の歯４１ａ〜４１ａ（１４１ａ〜１４１ａ）が各々独立した構成とすることによって、従来技術を用いた場合には図２０（ａ）のようにボルト孔５４６を設けるために大きく形成していた中間部５４５が不要となる。また、図５に示す鉄心構成部４１の厚みｔ１を低減することもできる。そのため、可動子４を軽量化することができるため、同一の電力であっても可動子４の加速度を増大させて、反応を速くすることができる。
【００５０】
また、可動子４に推力を与えるために、図８に模式的に示すように固定子コア部２１、３１と鉄心構成部４１との間に磁気回路Ｍを形成した場合、第２の歯４１ａがそれぞれ独立して構成されているために、従来技術では不可避であった漏れ磁束ＭＬ（図２１参照）をきわめて少なくして効率を向上させることができる。そのため、固定子コア部２１、３１における第１の歯２３、３３と可動子４１における第２の歯４１ａとの間の磁束密度をより大きくして可動子４に対する推力を大きくすることができ、同一の電力であってもさらに可動子４の加速度を増大させて、反応を速くすることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態においては、図３に示すように、鉄心構成部４１に対して固定子コア部２１、３１と、それらに形成する第１の歯２３、３３とをそれぞれ対称に設けている。そのために、鉄心構成部４１に作用する磁気力は、鉄心構成部４１を挟んで上下で釣り合い、その結果、鉄心構成部４１に作用する磁気力はＸ方向の推力のみとなる。そのため鉄心構成部４１をさらに薄くすることができ、上記の可動子４の軽量化による効果をさらに高めることができる。
【００５２】
また、図５に示すように、第２の歯４１ａ〜４１ａが各々独立した構成となっていることから、鉄心構成部４１は可動子４の動作方向（Ｘ方向）に対して不連続に形成されており、可動子４の幅方向（Ｙ方向）に平行な軸回り方向のたわみを防止することができない。しかしながら、鉄心構成部４１を支持する枠体４２における張り出し部４２ｂ、４２ｂを厚くして、かつ、Ｘ方向に延在するよう形成しているために、これが強度メンバとして作用して可動子４の変形を抑制することができる。
【００５３】
このため、固定子２、３に形成された第１の歯２３〜２３、３３〜３３と、可動子４に形成された第２の歯４１ａ〜４１ａとの間の磁気ギャップとしての隙間を適正に保つことができ、効率低下による可動子４の推進力の低下を防ぐことが可能となる。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係るリニアモータは、複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子２、３と、前記複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３と対向する複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを備え、前記２つの固定子２、３の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子４とを具備するリニアモータにおいて、前記２つの固定子２、３が前記可動子４を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯２３〜２３、３３〜３３を備えているとともに、前記可動子４が、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを備える鉄心構成部４１と、前記固定子２、３の対向する方向に対して開口部４２ｃが設けられ、当該開口部４２ｃの内部に前記鉄心構成部４１を収めた状態で支持する枠体４２とを備えるように構成したものである。
【００５５】
このように構成しているため、第２の歯４１ａ〜４１ａを備える鉄心構成部４１を枠体４２の開口部４２ｃに収める形態で支持させることによって、鉄心構成部４１を固定するための貫通孔を厚み方向の範囲内に設ける必要がなくなるため、鉄心構成部４１の厚みを抑えて可動子４の軽量化を図るとともに、第２の歯４１ａ〜４１ａ間での漏れ磁束を低減して、可動子４を高速化することが可能となる。
【００５６】
また、前記枠体４２が、前記対向する２つの固定子２、３に挟まれる固定子対向部４２ａと、当該固定子対向部４２ａより前記可動子４の動作する方向に対して直交する方向に張り出した張り出し部４２ｂ、４２ｂとを備えており、当該張り出し部４２ｂ、４２ｂを前記可動子４の動作方向に沿って形成するとともに、前記固定子対向部４２ａよりも厚くするように形成しているため、可動子４の幅方向に対する平行な軸回りのたわみを防止して、第１の歯２３〜２３、３３〜３３と第２の歯４１ａ〜４１ａとの間の隙間を適正に保つことができ、部材の変形に伴う可動子４の推進力の低下を抑制することが可能となる。
【００５７】
また、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａが、各々独立して、かつ、複数の鋼板４５〜４５を積層することにより形成されているとともに、前記枠体４２が、前記第２の歯４１ａ〜４１ａの両端部に対応する位置に対をなすように形成された凹部４３ａ〜４３ａを所定ピッチで複数組形成されており、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを、その両端部を前記凹部４３ａ〜４３ａに係合させるようにして設けるようにして構成したため、より可動子４の軽量化を図ることができるとともに、第２の歯４１ａ〜４１ａの間で生じる漏れ磁束を低減することができ、可動子４の推進力を向上させてより高速化を実現することができる。
【００５８】
さらに、前記複数の第２の歯４１ａ〜４１ａを形成する複数の鋼板４５〜４５が前記固定子２、３の対向方向に平行になるような向きにして積層されるようにして構成したため、渦電流による損失を防ぐことで効率を向上させ、より可動子４の推進力を高め、高速化を図ることができる。
＜第２実施形態＞
【００５９】
本発明の第２施形態に係るリニアモータを図９に示す。
この実施形態におけるリニアモータでは、可動子２０４の動作方向に延在するように配置したベース２０１の側方に張り出すような形態で、固定子２０２、２０３が設けられている。固定子２０２、２０３は図中の上下方向（Ｚ方向）に対向するように構成されており、その間に挟まれるように可動子２０４が配置されている。
【００６０】
また、ベース２０１の両端部には、支持部材２０１ａ、２０１ｂが設けられており、これらの支持部材２０１ａ、２０１ｂによって両端部を接続されるようにして、円柱状のガイド部材２０６が設けられている。そして、このガイド部材２０６によって支持された状態で、可動子２０４はＸ方向に動作できるように構成されている。
【００６１】
固定子２０２、２０３と可動子２０４の位置関係および構成は、概略上述の第１実施形態と同様であり、動作原理は全く同一のものである。
【００６２】
この第２実施形態において、第１実施形態と大きく異なる点は、可動子２０４の支持方法であり、具体的には図１０のような構成となっている。
【００６３】
可動子２０４は、第１実施形態の場合と同様に、大きくは枠体２４２とこれに組み込まれる鉄心構成部２４１より構成されており、鉄心構成部２４１は独立した第２の歯２４１ａ〜２４１ａによって構成されている。枠体２４２は、鉄心構成部２４１としての複数の第２の歯２４１ａ〜２４１ａを保持する保持部２４３と、保持部２４３に複数の第２の歯２４１ａ〜２４１ａを保持させた状態で上下より挟み込んで固定する固定部２４４、２４４より構成されている。
【００６４】
可動子２０４は、固定部２４４、２４４に各々設けられた半円状の凹状ガイド部２４４ａ〜２４４ａを介して、上述のガイド部材２０４（図９参照）により支持されるとともに、保持部２４３の３箇所に設けられた矩形状の凸状ガイド部２４３ｃ〜２４３ｃを介して、ベース２０１に設けた溝部２０１ｃの内部で上下方向（Ｚ方向）に支持されるようになっている。この溝部２０１ｃとガイド部材２０６（図９参照）とは、平行になるように設けられており、これらに沿って可動子２０４はＸ方向に対して動作可能になっている。
【００６５】
枠体２４２は、固定子２０２、２０３（図９参照）と対向する部分が固定子対向部２４２ａとして、第２の歯２４１ａ〜２４１ａとともに平板状に薄く形成されるとともに、この固定子対向部２４２ａに対して、可動子２０４の幅方向に張り出した張り出し部２４２ｂが上記固定部２４４によって形成されている。この場合においても、第１実施形態の場合と同様に、張り出し部２４２ｂが固定子対向部２４２ａに対して厚く形成されるとともに、可動子２０４の幅方向に延在することで、強度メンバとして作用し可動子２０４のたわみを防止することができるようになっている。
【００６６】
図１１に、この可動子２０４の組立方法を示す。可動子２０４を構成する保持部２４３は、第１実施形態の場合と同様に、所定ピッチで溝部２４３ａ〜２４３ａが形成されており、これに対応する形に形成した第２の歯２４１ａ〜２４１ａを組み込んでいく。
【００６７】
そして、第２の歯２４１ａ〜２４１ａの一方の端部を、保持部２４３とともに上下方向に挟み込むようにして一対の固定部２４４、２４４をネジ止めして設けることで、保持部２４３に対し第２の歯２４１ａ〜２４１ａの固定を行うことができる。この場合にも接着剤を併用して固定力を増加させることも可能である。
【００６８】
保持部２４４、２４４には、上述したように半円状の凹状ガイド部２４４ａ〜２４４ａが各々形成されており、この内部に円筒状の滑り軸受け（図示せず）を取り付けて、これを介して図９のようにガイド部材２０６に取り付けることが可能となっている。ガイド部材２０６は、摺動部を構成するものであるためアルミ等の熱伝導率の高い材質で構成することが好適である。
【００６９】
上記のように構成した可動子２０４の平面図を図１２に示す。枠体２４２を構成する保持部２４３は、中央に矩形状の開口部２４３ｄを設けられており、当該開口部２４３ｄは枠体２４２としての開口部２４２ｃを構成することになる。そして、この開口部２４２ｃの中で第２の歯２４１ａ〜２４１ａは、空隙２４１ｂ〜２４１ｂを挟みつつ所定ピッチで可動子２０４の移動方向に並んで配置されるようになっている。第２の歯２４１ａ〜２４１ａは各々独立するようにして構成されており、可動子２０４の幅方向（Ｙ方向）に延在する形で配置されている。
【００７０】
第２の歯２４１ａ〜２４１ａは、各々図７（ａ）と同様の形態としており、複数の鋼板を各々Ｘ方向とＺ方向に平行になる向きにして積層しており、両端部には段差部（４１ａ３）を設けている。なお、第２の歯２４１ａ〜２４１ａの積層鋼板の向きは、図７（ｂ）と同様、Ｙ方向とＺ方向に対して平行になるようにしてもよく、同様に渦電流による損失を抑えることができる。
【００７１】
図１３（ａ）は、可動子２０４の側面図を示すものである。保持部２４３を幅方向（Ｙ方向）に見た場合、一方の端部には凸状ガイド部２４３ｃが設けられており、他方の端部には当該端部を厚み方向（Ｚ方向）に挟み込めように形成された鍔部２４４ｂ、２４４ｂを有する固定部２４４が設けられている。
【００７２】
図１３（ｂ）は、図１２におけるＡ−Ａ断面矢視図である。このように保持部２４３は、第２の歯２４１ａ〜２４１ａが存在しない部分では、空間としての開口部２４２ｃ（２４１ｂ）が内部で形成されるようになっている。
【００７３】
図１３（ｃ）は、図１２におけるＢ−Ｂ断面矢視図である。第２の歯２４１ａ〜２４１ａは、第１実施形態と同様に保持部２４３に形成された矩形状の溝部２４３ａ、２４３ａに対して両端部の段差部２４１ａ３、２４１ａ３を係合させる形態で嵌め込まれる。そして、片方の端部が、保持部２４３とともに固定部２４４、２４４に形成した鍔部２４４ｂ、２４４ｂによって挟み込まれるようにして固定されるようになっている。
【００７４】
このように構成した場合においても、上述の第１実施形態の場合と同様に、従来に比べて可動子２０４の軽量化を行うとともに、内部での漏れ磁束を低減させて可動子２０４の推力を向上させ、可動子２０４の動作の高速化を図ることができるようになっている。
【００７５】
また、第２の歯２４１ａ〜２４１ａを積層鋼板によって構成し、かつ、その鋼板を固定子２０２、２０３の対向方向（Ｚ方向）に対して平行な向きになるようにして積層しているため、渦電流による損失を低減して効率をさらに高めることも可能となっている。
【００７６】
以上のように、本第２実施形態に係るリニアモータも上述の第１実施形態に係るリニアモータと同一の作用効果を得ることが可能である。
＜第３実施形態＞
【００７７】
本発明の第３施形態に係るリニアモータは、図９に示した第２の実施形態に係る可動子２０４を変更したものである。より具体的には、図１０に示した保持部２４３と鉄心構成部２４１の形状を変更したものである。そのため、そのため、上述の実施形態と同一の部分については説明を省略する。
【００７８】
図１４で示すように、第３実施形態に係るリニアモータで用いる可動子３０４は、鉄心構成部３４１と枠体３４２より構成されており、枠体３４２は保持部３４３と図１０に示した２つの支持部２４４、２４４とから構成されている。
【００７９】
図１４に示した鉄心構成部３４１は箱状に構成されているとともに、これに対応した矩形状の開口部３４３ｄが保持部３４３に設けられている。この保持部３４３の開口部３４３ｄは、枠体３４２としての開口部３４２ｃを構成するものである。
【００８０】
鉄心構成部３４１は、図１５に示すように、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを各々幅方向（Ｙ方向）に延在した形態として形成し、各第２の歯３４１ａ〜３４１ａの両端面を側板３４１ｃ、３４１ｃによって連結することで箱形に構成したものである。複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａは、それぞれ、図７（ａ）または図７（ｂ）と同様の向きに鋼板を積層して形成している。
【００８１】
図１５に示すとおり、側板３４１ｃ、３４１ｃによって、第２の歯３４１ａ〜３４１ａは所定ピッチで並んだ状態で相互に連結され、鉄心構成部３４１として一体となった状態で取り扱うことができるようになる。
【００８２】
側板３４１ｃ、３４１ｃと、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａとの連結のためには、側板３４１ｃと第２の歯３４１ａの双方に係合部を形成しておき、係合させる方法であっても、溶接や接着等の固定方法を用いても良い。また、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを、図７（ａ）のようにして、Ｘ方向およびＺ方向に対して平行な向きにした鋼板を積層して形成する場合には、その積層過程において側板３４１ｃも第２の歯３４１ａ〜３４１ａと同時に固定することも可能である。
【００８３】
上記のように矩形状の箱形に構成された鉄心構成部３４１は、図１４のようにして、枠体３４２の矩形状の開口部３４２ｃに嵌め込まれる。こうした状態で、固定部２４４を取り付ける（図１０参照）ことによって枠体３４２に対して鉄心構成部３４１の固定を行うことができる。この際、接着剤を併用することによって、さらに固定力を増加させるように構成することも可能である。
【００８４】
このように構成した場合であっても、上記第１実施形態および第２実施形態と同様にして動作を行わせることができるとともに、第２の歯３４１ａ〜３４１ａ同士が中央で連結されていないために、可動子３０４を軽量化でき、さらには漏れ磁束を低減することができる。そのため、可動子３０４の高速化を実現することが可能となる。
【００８５】
また、上述したように、第２の歯３４１ａ〜３４１ａは側板３４１ｃによって所定ピッチで連結された状態とされているために、枠体３４２の側には第２の歯３４１ａ〜３４１ａを所定ピッチで個々に保持するための溝部２４３ａ（図１１参照）が不要となり、より枠体３４２を簡単に構成することができる。
【００８６】
以上のように、本実施形態に係るリニアモータは、鉄心構成部３４１が、複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａと、それら複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａの両端部に各々接続され、前記複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを所定ピッチで平行に配置した状態で支持する一対の側板３４１ｃ、３４１ｃとを備えていることを特徴とするものである。
【００８７】
このように構成しているため、鉄心構成部３４１のみで複数の第２の歯３４１ａ〜３４１ａを所定ピッチで配置した状態として形成することができるために、枠体３４２に対する複雑な加工が不要となり、より可動子３０４の製作が容易になる。
＜第４実施形態＞
【００８８】
本発明の第４施形態に係るリニアモータは、基本的な構成を第３実施形態と同一にして、図１４、図１５に示した第３実施形態における鉄心構成部３４１を、図１６に示す鉄心構成部４４１のように変更したものである。そのため、上述の実施形態と同一の部分については説明を省略する。
【００８９】
鉄心構成部４４１は、第３実施形態で示した枠体３４２（図１４参照）の内部に収めた形態とすることで、可動子４０４を構成する。
【００９０】
この鉄心構成部４４１は、直方体状に構成された第２の歯４４１ａ〜４４１ａを互いに平行になるように配列し、これらの間を薄板状に形成された連結部４４１ｂ〜４４１ｂによって連結している。このように構成することで、第２の歯４４１ａ〜４４１ａは、所定のピッチを維持した状態で形成することができるようになっている。
【００９１】
このような形状を有する鉄心構成部４４１は、複数の鋼板を積層することによって構成されており、各鋼板はＸ方向およびＺ方向に対して平行な向きになるように配置している。積層する鋼板は、それぞれ図１７のような形状をしており、第２の歯４４１ａ〜４４１ａ（図１６参照）に対応する矩形状の歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１と、これらの歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１を中央部近傍で連続して繋げる、連結部４４１ｂ〜４４１ｂ（図１６参照）に対応した連結帯部４４１ｂ１〜４４１ｂ１を有する形態としている。このような同一形状の鋼板４４５を打ち抜き等によって複数個製作して、積層するのみで簡単に鉄心構成部４４１を構成することが可能となる。
【００９２】
このようにして構成することで、図１６のように第２の歯４４１ａ〜４４１ａが所定ピッチで連結された形状に一体化して鉄心構成部４４１を構成することができるため、この鉄心構成部４４１を取り付ける枠体３４２は単純な形として簡単に製作できるようになる。
【００９３】
また、連結部４４１ｂ〜４４１ｂは、第２の歯４４１ａ〜４４１ａを所定ピッチを維持しつつ連結するためのものにすぎないため、薄く形成することができ、この部分による漏れ磁束も小さく抑えることが可能である。
【００９４】
以上のように、本実施形態に係るリニアモータは、前記鉄心構成部４４１が、前記可動子４０４の移動方向および前記固定子２０２、２０３の対向方向に平行になるような向きで複数の鋼板を積層して形成されており、前記複数の鋼板の各々が前記複数の第２の歯４４１ａ〜４４１ａを構成する複数の歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１と、それら複数の歯構成部４４１ａ１〜４４１ａ１の各々を中央部近傍で連続して繋げる連結帯部４４１ｂ１〜４４１ｂ１とを備えるように構成したことを特徴とするものである。
【００９５】
このように構成しているため、枠体３４２に対する複雑な加工が不要となるとともに、鉄心構成部４４１を簡単に鋼板を積層させるのみで製作することができるために、可動子４０４をより容易に製作することができるようになる。
【００９６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００９７】
例えば、上述の実施形態では、固定子２、３（２０２、２０３）を上下方向に配置していたが、これらを対向させて配置し固定子２、３（２０２、２０３）から可動子４（２０４、３０４、４０４）に対して推力を与えることができる限り配置する方向は問わず、それぞれを横向きにも斜めに配置しても構成することが可能である。
【００９８】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１…ベース
２…固定子（上側）
３…固定子（下側）
４…可動子
５…上側固定子支持部
６…リニアガイドレール
７…リニアベアリング
２１…固定子コア部（上側）
２２…コイル（上側）
２３…第１の歯（上側）
３１…固定子コア部（下側）
３２…コイル（下側）
３３…第１の歯（下側）
４１…鉄心構成部
４１ａ…第２の歯
４２…枠体
４２ａ…固定子対向部
４２ｂ…張り出し部
４２ｃ…開口部
４３…保持部
４４…固定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の歯を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子と、
前記複数の第１の歯と対向する複数の第２の歯を備え前記２つの固定子の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子とを具備するリニアモータにおいて、
前記２つの固定子が前記可動子を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯を備えているとともに、
前記可動子が、
前記複数の第２の歯を備える鉄心構成部と、
前記固定子の対向する方向に対して開口部が設けられ、当該開口部の内部に前記鉄心構成部を収めた状態で支持する枠体とを備えていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記枠体が
前記対向する２つの固定子に挟まれる固定子対向部と、
当該固定子対向部より前記可動子の動作する方向に対して直交する方向に張り出した張り出し部とを備えており、
当該張り出し部を前記可動子の動作方向に沿って形成するとともに、前記固定子対向部よりも厚くするように形成したことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記複数の第２の歯が、
各々独立して、かつ、複数の鋼板を積層することにより形成されているとともに、
前記枠体が、
前記第２の歯の両端部に対応する位置に対をなすように形成された凹部を所定ピッチで複数組形成されており、
前記複数の第１の歯を、その両端部を前記凹部に係合させるようにして設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記複数の第２の歯を形成する複数の鋼板が前記固定子の対向方向に平行になるような向きにして積層されていることを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記鉄心構成部が、
複数の第２の歯と、
それら複数の第２の歯の両端部に各々接続され、前記複数の第２の歯を所定ピッチで平行に配置した状態で支持する一対の側板とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記鉄心構成部が、
前記可動子の移動方向および前記固定子の対向方向に平行になるような向きで複数の鋼板を積層して形成されており、
前記複数の鋼板の各々が前記複数の第２の歯を構成する複数の歯構成部と、
それら複数の歯構成部の各々を中央部近傍で連続して繋げる連結帯部とを備えるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項１】
複数の第１の歯を備え対向して配置された一次側磁束発生部材としての２つの固定子と、
前記複数の第１の歯と対向する複数の第２の歯を備え前記２つの固定子の間に配置された二次側磁束発生部材としての可動子とを具備するリニアモータにおいて、
前記２つの固定子が前記可動子を挟んで対向する位置に磁極としての複数の第１の歯を備えているとともに、
前記可動子が、
前記複数の第２の歯を備える鉄心構成部と、
前記固定子の対向する方向に対して開口部が設けられ、当該開口部の内部に前記鉄心構成部を収めた状態で支持する枠体とを備えていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記枠体が
前記対向する２つの固定子に挟まれる固定子対向部と、
当該固定子対向部より前記可動子の動作する方向に対して直交する方向に張り出した張り出し部とを備えており、
当該張り出し部を前記可動子の動作方向に沿って形成するとともに、前記固定子対向部よりも厚くするように形成したことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記複数の第２の歯が、
各々独立して、かつ、複数の鋼板を積層することにより形成されているとともに、
前記枠体が、
前記第２の歯の両端部に対応する位置に対をなすように形成された凹部を所定ピッチで複数組形成されており、
前記複数の第１の歯を、その両端部を前記凹部に係合させるようにして設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記複数の第２の歯を形成する複数の鋼板が前記固定子の対向方向に平行になるような向きにして積層されていることを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記鉄心構成部が、
複数の第２の歯と、
それら複数の第２の歯の両端部に各々接続され、前記複数の第２の歯を所定ピッチで平行に配置した状態で支持する一対の側板とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記鉄心構成部が、
前記可動子の移動方向および前記固定子の対向方向に平行になるような向きで複数の鋼板を積層して形成されており、
前記複数の鋼板の各々が前記複数の第２の歯を構成する複数の歯構成部と、
それら複数の歯構成部の各々を中央部近傍で連続して繋げる連結帯部とを備えるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−４６５０２（Ｐ２０１３−４６５０２Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３１５３（Ｐ２０１１−１８３１５３）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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