JP4514112B2 - 単軸ロボット - Google Patents

Description

本発明は、可動コイル形リニアモータを動力源としてスライダを往復動させる単軸ロボットに関するものである。

従来のこの種の単軸ロボットとしては、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に示された単軸ロボットは、水平方向に延びる１本の棒状のステータと、このステータが貫通するコイルとを有するリニアモータを動力源として構成されている。前記コイルは、前記ステータの軸線方向に移動自在に構成されたスライダに収納されている。

前記スライダは、内部に前記コイルが固定されるとともに、被駆動部材を取付けるためのステージが上端部に設けられている。
従来の単軸ロボットに用いるスライダは、例えば図１４に示すように形成されている。図１４において、符号１で示すものは、従来の単軸ロボット用スライダの本体部分を示す。このスライダ本体１は、アルミニウム合金によって所定の形状に成形されたもので、上端部に前記ステージ（図示せず）を取付けるための取付座２が形成されるとともに、中心部に断面円形の貫通穴３が穿設されている。この貫通穴３の内部には、リニアモータ用のコイル４が接着されている。

前記コイル４は、円筒状に形成され、前記貫通穴３内にその中心線に沿って一列に並ぶ状態で複数嵌合されている。また、このコイル４は、前記貫通穴３の穴壁面との間に充填された合成樹脂５によってスライダ本体１に接着されている。この接着用の合成樹脂５は、所望の接着強度を有する他に、スライダ本体１とコイル４とを確実に絶縁することができるものが使用されている。

図１４において、コイル４の中空部内に位置する符号６で示すものはステータである。このステータ６は、パイプ７の内部に複数の円筒状の永久磁石８を嵌合することによって形成され、軸心部を貫通する固定用ボルト９によってステータ用支持部材（図示せず）に固定されている。
なお、本出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに見付け出すことはできなかった。
特開平１０−３１３５６６号公報（第２−３頁、図２）

上述したように構成された従来の単軸ロボットは、作動時に発熱するコイル４の冷却が問題になっていた。これは、コイル４から発生する熱は、接着用の合成樹脂５を介してスライダ本体１に伝導され、このスライダ本体１から大気中に放散するからである。すなわち、従来の単軸ロボットにおいては、金属に較べて熱伝導率が小さい合成樹脂５からなる合成樹脂層がコイル４とスライダ本体１との間に介在されており、熱伝達経路の熱抵抗が大きくなるために、コイル４の冷却を向上させるためには限界があった。なお、このような問題を解消するためには、スライダ本体１を前記貫通穴３の内面がコイル４の外周面に近接するように形成し、合成樹脂層の厚みを薄く形成することが考えられる。

しかし、このような構成を採ると、スライダ本体１とステータ６との間隔が狭くなることに起因して作動時に導電性を有する材料からなるスライダ本体１の内部に渦電流が生じてしまう。このようにスライダ本体１内に渦電流が発生すると、動作速度に比例する大きさをもつ制動力が作用する。このため、スライダ本体１の前記内面をコイル４に接近させると、単軸ロボットとしての性能が低下するという新たな問題が発生する。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、渦電流によって動力性能が低下することを防ぎながら、コイルを効率よく冷却することができる単軸ロボットを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る単軸ロボットは、リニアガイドと、このリニアガイドと同一方向に配置された棒状のステータと、この棒状のステータが貫通するコイルと、このコイルを内蔵しリニアガイドに往復動自在に支持されたスライダ本体とを備え、このスライダ本体の内面と前記コイルとの間に含浸させた合成樹脂によって前記コイルと前記スライダ本体とを一体化して構成されるスライダが、前記コイルと棒状のステータからなる可動コイル形リニアモータにより往復駆動される単軸ロボットにおいて、前記コイルは、前記ステータの軸線方向から見て外縁が円形に形成され、前記スライダ本体の内面に複数のフィンを突設してなり、前記複数のフィンの先端部は、前記軸線方向から見て前記コイルの外周に沿う円弧状に所定の間隔をおいて並んでいるものである。

請求項２に記載した発明に係る単軸ロボットは、請求項１に記載した発明に係る単軸ロボットにおいて、フィンをコイルの中心部を指向しかつスライダの移動方向に延びるように形成したものである。

請求項３に記載した発明に係る単軸ロボットは、請求項１または請求項２に記載した発明に係る単軸ロボットにおいて、リニアガイドと前記棒状のステータを開口を設けたケース内に収納し、前記開口に外方からこの開口を塞ぐ可撓性のシャッターを設け、前記スライダに前記シャッターを開口から外方に遊離させるガイド部を設けることにより前記スライダを前記シャッターの開口からの遊離部と前記ケースとの開放空間を介してケース内からケース外に延在させるようにしたものである。

請求項４に記載した発明に係る単軸ロボットは、請求項３に記載した発明に係る単軸ロボットにおいて、前記ケースの内部空間を前記スライダによって二つに仕切るとともに、前記スライダ本体の外面にスライダの移動方向に延びるフィンを突設したものである。

請求項５に記載した発明に係る単軸ロボットは、請求項４に記載した発明に係る単軸ロボットにおいて、ケース内の二つの空間のうち少なくとも一方の空間をケースの外に連通させたものである。

本発明によれば、スライダにおけるコイル接着用合成樹脂と接する部位の表面積が増大する。このため、前記合成樹脂とスライダとの接着部分の面積、言い換えれば熱伝達部分の面積が増大するから熱抵抗が低減され、コイルを放熱によって効率よく冷却することができる。
本発明に係る単軸ロボットにおいては、スライダのフィンと、スライダにおける前記フィンの基部に隣接する壁部分とのうち、渦電流が発生し易いのは前記壁部分である。この壁部分は、ステータとの距離が相対的に長くなるから、この壁部分内で発生する渦電流は小さくなる。
したがって、本発明に係る単軸ロボットは、スライダで渦電流が発生することがないか、発生したとしても小さく抑えることができることから高性能で、しかもコイルを充分に冷却することができる。

請求項２記載の発明によれば、フィンは、スライダの移動方向（ステータの磁束に対して垂直な方向）の断面積が相対的に小さくなるように形成される。このため、この発明によれば、フィンで発生する渦電流を可及的小さく抑えることができるから、コイルの放熱性を向上させながら、単軸ロボットの動力性能（加速能力、最高速度など）を向上させることができる。

請求項３記載の発明によれば、スライダをケース外に突出させるためにケースに形成される開口をシャッターによって塞ぐことができるから、前記開口からケース内に異物が入ることをシャッターによって確実に防ぐことができる。

請求項４記載の発明によれば、スライダ本体がケース内を一方から他方へ移動することによって、ケース内の空気がスライダ本体とケースとの間の隙間を通って前記他方から一方へ流れる。この空気は、スライダ本体の外面に突設されたフィンに沿い、一部がフィンに接触する状態で流れる。
このため、スライダ本体に伝達されたコイルの熱がスライダ本体の外に効率よく放熱されるようになる。

請求項５記載の発明によれば、スライダの往復動によるポンプ作用によってケース内を換気することができるから、換気を行うためのファンを使用することなく、ケース内の温度を外気温度に保つことができる。このため、コスト低減を図りながら、ケース内を適温に保つことができる単軸ロボットを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る単軸ロボットの一実施の形態を図１ないし図１０によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る単軸ロボットの平面図、図２は同じく側面図、図３は単軸ロボットの要部を拡大して示す断面図である。図４はスライダの断面図、図５はスライダ本体とシール部材との接続部分を示す断面図、図６はシール部材を示す図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。図７はスライダ本体を示す図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図、同図（ｄ）は（ｂ）図におけるＤ−Ｄ線断面図、同図（ｅ）は（ｂ）図におけるＥ−Ｅ線断面図である。図８はスライダのステータ貫通部を拡大して示す断面図、図９はコイルの結線図、図１０はスライダの組立方法を説明するための斜視図である。

これらの図において、符号１１で示すものは、この実施の形態による単軸ロボットを示す。このロボット１１は、図１〜図４に示すように、水平な一方向（以下、この方向を前後方向という）に延びるケース１２と、このケース１２内に設けられたリニアガイド１３と、このリニアガイド１３と同一方向に配置された棒状のステータ２２と、この棒状のステータ２２が貫通する環状のコイル２１と、このコイル２１を内蔵しリニアガイド１３に往復動自在に支持されたスライダ本体５１とを備え、このスライダ本体５１と前記コイル２１とを一体化して構成されたスライダ１４が可動コイル形リニアモータ１５により往復駆動されるものである。前記スライダ１４は、図３および図４に示すように、前記コイル２１を内蔵しかつステータ２２が貫通するスライダ本体５１と、このスライダ本体５１の上端部に取付けられたテーブル５２とから構成されている。

前記リニアモータ１５は、前記スライダ本体５１内に設けられた後述する複数の環状のコイル２１と、これらのコイル２１の中心部を遊嵌状態で貫通する前記ステータ２２と、前記コイル２１の近傍に配設されたコイル結線用基板２３などによって構成されている。前記基板２３の配線回路は、リード線２４（図４参照）によってロボット用制御装置２５（図２参照）に接続されている。前記リード線２４は、後述するスライダ１４の上部から側方に延び、図１および図２に示すように、前記ケース１２の側部に設けられたチェーン式ケーブル保持部材２６の内部を通ってケース１２の外に導出されている。

前記ケース１２は、前記前後方向に延びる細帯状に形成された底板３１（図３および図４参照）と、この底板３１の両側部に取付けられた一対の側壁部材３２，３２と、前記底板３１の長手方向の両端部に取付けられた前壁部材３３および後壁部材（図示せず）とによって上方に向けて開口する箱状に形成されている。

この実施の形態によるケース１２の上端部の開口１２ａは、ステンレス鋼によって細長い膜状に形成されたシャッター３４によって上方から覆われている。このシャッター３４は、ケース１２内に塵埃や異物が入るのを防止するためのもので、後述するスライダ１４の挿通路３５（図４参照）内に挿通された状態で前記前壁部材３３と前記後壁部材とに固定されている。この実施の形態によるシャッター３４は、前記側壁部材３２の上端面に上方から接触し、上方へ容易に撓むことができるように構成されている。ケース１２の内部には、前記シャッター３４によってケース上端部の開口１２ａが覆われることにより、前記スライダ１４の前方と後方とに閉空間３６，３７（図３参照）が形成される。

前記底板３１の上面には、図３および図４に示すように、前記リニアガイド１３が設けられている。このリニアガイド１３は、底板３１に固定された１本のレール部材４１と、このレール部材４１の上に図示していない軸受によって移動自在に支持された２個のスライド部材４２とから構成されている。この軸受は、ボール循環式軸受が平行に複数条設けられたもので、スライダ本体５１側に設けられている。
前記前壁部材３３は、図３に示すように、前記ステータ２２の前端部を支持し、前記後壁部材は、図示してはいないが、前記ステータ２２の後端部を支持している。

前記ステータ２２は、図３および図４に示すように、前記前壁部材３３と後壁部材とによって両端部が支持されたパイプ４３と、このパイプ４３の内部に嵌入された複数の永久磁石４４とによって構成されている。これらの永久磁石４４は、円筒状に形成されており、同じ極性の磁極が互いに対向する状態でパイプ４３内に嵌合されている。この実施の形態においては、これらの永久磁石４４は、軸心部を貫通する固定用ボルト４５によって軸線方向の両側から挟圧され、所定の位置に固定されている。

前記スライダ１４のテーブル５２は、この実施の形態による単軸ロボット１１が駆動する被駆動部材（図示せず）を取付けるためのものである。このテーブル５２は、前記シャッター３４をケース１２の開口１２ａから外方（上方）に遊離させるガイド部５２ａを備えている。このガイド部５２ａは、図３に示すように、上方に向けて凸になる凸曲面が形成され、この凸曲面にシャッター３４の下面が摺接する状態でスライダ本体５１の上面に取付けられている。このガイド部５２ａによってシャッター３４が上方に遊離させられることにより、シャッター３４の両側端とケース１２との間に開放空間が形成される。テーブル５２には、図４に示すように、前記開放空間を通る開放空間通過部５２ｂが形成されている。この開放空間通過部５２ｂは、一方がケース１２内のスライダ本体５１の上面に接続され、他方が被駆動部材取付用の取付座５２ｃとして形成されている。テーブル５２における取付座５２ｃとなる部位は、前記側壁部材３２の上面との間に微小なクリアランスを有する状態で側方に延設されている。クリアランスが微小であることにより、異物が外方からケース１２内に侵入するのを防いでいる。

前記テーブル５２の上端部には、保護カバー５２ｄが取付けられている。この保護カバー５２ｄとテーブル５２の上面との間に、上述したシャッター３４が挿通する前記挿通路３５が形成されている。また、テーブル５２の上端部であって、前記ガイド部５２ａ前方と後方には、シャッター３４を前記側壁部材３２の上面（開口１２ａの開口縁部）に密着させるためのローラ５３が設けられている。スライダ１４が移動するときにもシャッター３４によってスライダ１４の前後のケース１２の上端開口が閉塞された状態を保つことができる。また、開放空間通過部５２ｂをテーブル５２に設けることにより、シャッター３４を上方へ遊離させた結果生じた開放空間が略塞がれ、テーブル５２とケース１２との間は小さな隙間とされることにより、ケース１２内を外方に対して略密閉状態とすることができる。

前記スライダ本体５１は、アルミニウム合金を材料として所定の形状に成形されており、図４および図７に示すように、下方へ向けて開放する断面コ字状に形成され、内部に前記複数のコイル２１がエポキシ樹脂５４によって固着されている。詳述すると、このスライダ本体５１は、例えば図７（ａ）に示すように、互いに対向する一対の側板５５，５６と、これらの側板５５，５６の上端部どうしを接続する上板５７とが一体に形成されており、内部に前記コイル２１が取付けられた状態で前記リニアガイド１３の二つのスライド部材４２の上面に固定されている。前記両側板５５，５６の下端部の一端側（前端側）と他端側（後端側）には、図７（ｃ）に示すように、前記スライド部材４２に載せて固定するための取付座５８が形成されている。また、前記両側板５５，５６におけるスライダ本体５１の両端側の内面には、図５および図７（ｃ），（ｄ）に示すように、後述するシール部材５９が嵌合する凹溝６０が上下方向に延びるように形成されている。

また、このスライダ本体５１の内面と両側板５５，５６の外面には、スライダ１４の移動方向に延びる複数のフィン６１，６２が一体に形成されている。スライダ本体５１の内側のフィン６１は、図４に示すように、前記コイル２１の中心（ステータ２２の軸心）を指向するように、スライダ本体５１の内面に突設されている。一方、外面側のフィン６２は、側方に向けて水平に突出するように前記外面に突設されている。

このスライダ本体５１の内側の横幅（図４において左右方向の幅）は、スライダ本体５１のコイル２１の外径より大きくなるように形成されている。一方、このスライダ本体５１の外側の横幅は、前記ケース１２の内部にスライダ本体５１を収容させた状態で両側板５５，５６のフィン６２の先端がケース１２の側壁部材３２，３２に接近するように形成されている。このように形成されたスライダ本体５１をケース１２内のリニアガイド１３に取付けることによって、スライダ本体５１がケース１２内を長手方向の一端側と他端側とに区画する実質的な区画壁として機能するようになる。

スライダ本体５１内に設けられた複数（この実施の形態では１２個）のコイル２１は、それぞれ円環状に形成されている。これらのコイル２１の内径は、前記ステータ２２の外径より大きくなるように形成されている。また、これらのコイル２１は、図９中にＣ１〜Ｃ１２として示すように、いわゆるＵ線と共通線Ａとに接続される第１群に属するもの（Ｃ１，Ｃ４，Ｃ７およびＣ１０）と、いわゆるＷ線と共通線Ａとに接続される第２群に属するもの（Ｃ２，Ｃ５，Ｃ８およびＣ１１）と、いわゆるＶ線と共通線Ａとに接続される第３群に属するもの（Ｃ３，Ｃ６，Ｃ９およびＣ１２）とに分けられ、スライダ１４の移動方向に所定の順序で並べられている。

これらのコイルＣ１〜Ｃ１２が並ぶ順序は、第１群に属するコイル２１と、第２群に属するコイル２１と、第３群に属するコイル２１とがこの順序で並び、かつこれらの第１群〜第３群のコイル２１を一組としてこの組が複数一列に並ぶように設定されている。これらのコイル２１は、図９に示すように、いわゆるスター結線によって配線されており、Ｕ相（第１群）と、Ｗ相（第２群）と、Ｖ相（第３群）の各相において、それぞれ４個のコイル２１が直列に接続され、全相が互いに接続されている。図９において、符号Ｓはコイル２１の開始端を示し、Ｅはコイル２１の終端を示す。なお、Ｕ線、Ｖ線、Ｗ線および各コイル２１の共通線Ａは、それぞれ制御装置２５に接続されている。また、これらのコイル２１は、図３に示すように、Ｕ相のコイル２１と、Ｗ相のコイル２１と、Ｖ相のコイル２１とからなる１組のコイル２１の軸線方向の長さと、ステータ２２内のそれぞれの永久磁石４４の１個分の磁石全長と一致するように形成されている。

これらのコイル２１のリードは、図３および図４に示すように、コイル２１の近傍に配設されたコイル結線用基板２３に半田付けされ、この基板２３を介してＵ線、Ｖ線、Ｗ線および共通線Ａに接続されている。これらの配線は、前記リード線２４としてスライダ１４の外に導出され、制御装置２５に接続されている。

前記第１〜第３群のコイル２１は、前記制御装置２５によって位相が１２０°異なる交流電流が供給されることにより、ステータ２２の軸線方向に推力を発生させる。スライダ１４は、この推力によって前後方向に移動する。前記推力の大きさは、前記交流電流のピーク値に相関し、スライダ１４の移動速度は、前記交流電流の周波数に相関する。制御装置２５は、スライダ１４に設けられたリニアセンサ（図示せず）によって検出された位置情報に基づいてスライダ１４の位置を確認しながら、前記ピーク値および前記周波数を制御する。制御装置２５は、例えばスライダ１４を停止させる場合は、制動力が発生するように、ＵＶＷ線に供給する電流を制御し、制動力を発生させる必要がない場合には、全ての群（第１群〜第３群）の電流値を０とする。

これらのコイル２１を前記スライダ本体５１内に取付けるための前記エポキシ樹脂５４は、スライダ本体５１内の所定位置にコイル２１が位置決めされている状態で液状のものをスライダ本体５１内に注入し、その後、加熱することにより硬化させる。このときの液状のエポキシ樹脂５４の粘度は、コイル２１の素線どうしの間に含浸するように設定されている。このように流動性が高い液状のエポキシ樹脂５４を断面コ字状のスライダ本体５１の内部に貯留するためには、コ字状の開放部分が上方を指向するようにスライダ本体５１を上下方向に反転させ、このスライダ本体５１の前後方向の両端部にいわゆる堰となるシール部材５９（図３および図５参照）を取付ける。このシール部材５９は、エポキシ樹脂５４を貯留するためばかりではなく、スライダ本体５１内に嵌合することにより、樹脂注入時にコイル２１をスライダ本体５１内に位置決めするためにも使用している。

この実施の形態によるシール部材５９は、合成樹脂によって所定の形状に成形され、図３、図５および図６に示すように、フランジ６３とボス６４とが一体に形成されている。前記フランジ６３は、外縁部分が全域にわたってスライダ本体５１の前記凹溝６０に嵌合するように形成されている。また、このフランジ６３の下端部には、図３および図６（ｂ）に示すように、前記コイル結線用基板２３を取付けるための取付座６５が形成されている。

前記ボス６４は、フランジ６３からスライダ本体５１の外側へ向けて突出するように形成されており、製造工程においてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の注入時に流出するのを防止するためのものであり、熱硬化後においては図３および図８に示すように、コイル側と外側とを画成するための仕切壁６４ａが形成されるとともに、内部に樹脂ベアリング６６が取付けられている。前記仕切壁６４ａには、コイル２１の内径と同径の貫通孔６４ｂが穿設されている。前記樹脂ベアリング６６は、鍔６６ａを有する円筒状に形成されており、前記ボス６４に外側から嵌合された状態で前記鍔の移動を規制する固定用ねじ６７（図３参照）によって、ボス６４に外れることがないように固定されている。図８に示すように、この樹脂ベアリング６６の内径Ｄ１は、ステータ２２のパイプ４３の外径Ｄ２より大きく、かつコイル２１の内径Ｄ３より小さくなるように形成されている。このように樹脂ベアリング６６をシール部材５９に取付けることにより、スライダ１４のステータ２２に対する位置が例えばリニアガイド１３内の摺動または転動部分の磨耗などにより変化したときには、樹脂ベアリング６６の内周面がステータ２２の外周面に接触する。このため、このような場合であっても、コイル２１の内周面がステータ２２に接触することがなく、コイル２１の素線の絶縁膜がステータ２２との接触により破れて絶縁不良を起こすことを防ぐことができる。

ここで、コイル２１をスライダ本体５１にエポキシ樹脂５４によって接着し固定する方法を図１０によって説明する。なお、図１０に示す各部材の形状は、理解を容易にするために簡略化してあり、実際の形状とは相違する。
スライダ本体５１にコイル２１を装着するためには、先ず、図１０（ａ）に示すように、断面円形のロッド７１とストッパー７２とからなる治具７３に円筒状の絶縁フィルム７４を嵌合させ、次いで、同図（ｂ）に示すように、前記絶縁フィルム７４の外周面に前記一方のシール部材５９を嵌合させる。前記絶縁フィルム７４は、ロッド７１が後述するコイル２１に接着することを防ぐためのものである。この状態で、シール部材５９と絶縁フィルム７４の境界部分に液状のシール剤を塗布しておく。このシール剤としては、例えばエポキシ樹脂５４と同等の材料やあるいはシリコン系樹脂を主成分とする材料のものを使用する。

その後、図１０（ｃ）に示すように、複数のコイル２１を前記治具７３のロッド７１（絶縁フィルム７４の外周部）に嵌合させる。このとき、各コイル２１のリードは、予めコイル結線用基板２３に半田付けしておく。前記ロッド７１の外径は、絶縁フィルム７４の厚みを加えた状態で、コイル２１の内径と、シール部材５９の前記貫通孔６４ｂの孔径と同径になるように形成されている。このため、このロッド７１にコイル２１とシール部材５９とを嵌合させることによって、シール部材５９とコイル２１とを同一軸線上に位置付けることができる。

コイル２１をロッド７１に装着した後、図１０（ｄ）に示すように、他方のシール部材５９を前記ロッド７１に嵌合させ、このシール部材５９と絶縁フィルム７４との境界部分に前記液状のシール剤を塗布し、両端側に位置する二つのシール部材５９に前記基板２３を取付用ねじ２３ａによって固定する。しかる後、図１０（ｅ）に示すように、スライダ本体５１の開口部分に前記二つのシール部材５９をそれぞれ嵌合させる。このシール部材５９がスライダ本体５１内に嵌合することにより、全てのコイル２１がスライダ本体５１の仮想軸心（ステータ２２の軸心）と同一軸線上に位置付けられる。

次に、スライダ本体５１をその開口部が上方を指向する状態として前記開口部内に液状のエポキシ樹脂５４を注入する。この注入行程では、コイル結線用基板２３をエポキシ樹脂５４内に埋没させる。
このようにエポキシ樹脂５４をスライダ本体５１内に注入した後、この熱硬化性のエポキシ樹脂５４を硬化させるために、スライダ本体５１を加熱炉（図示せず）などに装填する。そして、前記エポキシ樹脂５４を加熱して硬化させ、冷却後に前記治具７３をスライダ本体５１側から引抜いて取外す。このように治具７３を取外した後、樹脂ベアリング６６を両シール部材５９に取付けることによって、スライダ本体５１が完成する。このスライダ本体５１は、前記ステージ５２が取付けられた後に前記ステータ２２が挿通され、このステータ２２とともにケース１２に装着される。

上述したように構成された単軸ロボット１１においては、スライダ１４内のコイル２１に制御装置２５によって所定の交流電流が供給されることにより、スライダ１４がリニアガイド１３に沿って前後方向に移動する。この移動時、すなわち、コイル２１が通電されるときにはコイル２１が発熱する。
コイル２１の熱の大部分は、エポキシ樹脂５４を介してスライダ本体５１に伝導され、このスライダ本体５１内を内側から外側へ伝導した後にスライダ本体５１の外表面からケース１２内に放散する。この実施の形態によるスライダ本体５１は、内面に複数のフィン６１が突設されているから、フィンが設けられていない場合に較べるとエポキシ樹脂５４と接する部位の表面積が増大する。

このため、この単軸ロボット１１においては、前記エポキシ樹脂５４とスライダ１４との接着部分の面積、言い換えれば熱伝達部分の面積が増大するから、熱抵抗が低減され、コイル２１の熱がエポキシ樹脂５４を介してスライダ本体５１に伝わり易くなる。この結果、この単軸ロボット１１のコイル２１は、従来の単軸ロボットのコイルに較べて冷却され易くなる。

この実施の形態による単軸ロボット１１は、スライダ本体５１が導電性を有する材料によって形成されているために、スライダ１４が移動するときにスライダ本体５１内に微弱ながらも渦電流が発生する。スライダ本体５１の内面に突設された前記フィン６１と、スライダ本体５１における前記フィン６１の基部に隣接する壁部分のうち、渦電流が発生し易いのは壁部分である。この壁部分は、ステータ２２との距離が相対的に長くなるから、この壁部分内で発生する渦電流は相対的に小さくなる。また、前記フィン６１は、スライダ１４の移動方向の断面積が相対的に小さくなるように形成されているから、このフィン６１で発生する渦電流を無視できるように小さく抑えることができる。
したがって、この実施の形態による単軸ロボット１１は、スライダ１４（スライダ本体５１）で渦電流が発生することがないか、発生したとしても小さく抑えることができる。

さらに、この実施の形態による単軸ロボット１１は、スライダ本体５１によってケース１２内が前方と後方とに仕切られているから、スライダ１４がケース１２内を例えば前方から後方へ移動することによって、ケース１２内の空気がスライダ本体５１とケース１２との間の隙間を通って前記後方から前方へ流れる。この空気は、スライダ本体５１の外面に突設されたフィン６２に沿い、一部がこのフィン６２に接触する状態で流れる。このため、スライダ本体５１に伝達されたコイル２１の熱をフィン６２によってスライダ本体５１の外に効率よく放熱することができる。スライダ本体５１は鋳造により形成してもよいが、フィン６１およびフィン６２を長手方向に形成しているので、フィン形状を設けた口金型からの押し出し棒を切断することにより価格を抑えて形成すると良い。

加えて、この実施の形態による単軸ロボット１１は、前記スライダ１４がケース１２内を一端側と他端側とに区画する実質的な区画壁として機能するから、スライダ本体５１が前進したときに前方に位置する気室（閉空間３６）の空気が圧縮されるようになり、この気室内の空気の一部が例えばケース１２の側板５５，５６とシャッター３４との間の隙間を通ってケース１２外に排出される。この場合、ケース１２に異物の吸入を阻止するチャンバーが途中に設けられた換気管（図示せず）をケース１２内の少なくとも一方の気室設けることにより、この換気管を通ってケース１２内と外が連通することになる。このため、この構成を採ることにより、スライダ本体５１がケース１２内で往復することによるポンプ作用によってケース１２内を換気することができ、換気を行うためのファンを使用することなく、ケース１２内の温度を外気温度に保つことができる。

なおさらに、この実施の形態における単軸ロボットにおいては、シール部材５９を外形円筒状とすることなく異形形状とすることで、スライダ本体５１内部の空間を大きく取り、渦電流による動作抵抗を小さくすることができた。また、シール部材５９の外形を円筒状でなく異形形状としており、コイル２１、２１‥‥と絶縁フィルム７４との間で使用している液状シールを、シール部品５９の外形部とスライダ本体５１との間でも使用している。シール部材５９の外縁には液状シールのシール性を確実なものとするために段を設けている。しかし、シール性の向上のためには段つき形状を採る方法のほかに、溝を設けても良い。

また、この実施の形態におけるスライダ本体５１は全長にわたってコの字状断面を採用しており、絶縁フィルム７４、シール部材５９およびコイル結線用基板２３のスライダ本体５１内への組付け作業性が良い。特に、スライダ本体５１へコイル２１、２１‥‥を組込む前に結線作業をすることができ、作業性および製品信頼性が向上する。

この実施の形態における単軸ロボットにおいては、シール部材５９に樹脂ベアリング６６を嵌合保持させるようにしているので、コイル２１の中心穴のセンター軸と樹脂ベアリング６６の中心軸を完全に一致させることができる。これにより、樹脂ベアリング６６の機能を十分に果たすことができるとともに、下記する第２の実施の形態のベアリングホルダ９２を使用しておらず、部品点数を減らすことができる。本実施の形態では、シール部材５９の外縁に設けた段つき形状をスライダ本体５１の溝に嵌合させることで、下記する第２の実施の形態のストッパープレート９１をも廃止している。また、樹脂ベアリング６６の内周に周方向に複数箇所、長手方向の縦溝を形成しており、スライダ１４の移動に伴い、スライダ本体５１がケース１２内で往復することによるポンプ作用により、ステータ２２の外周と樹脂ベアリング６６内周の間のクリアランスおよび縦溝、ステータ２２外周と絶縁フィルム７４内周の間のクリアランスを通り、ケース１２内の空気が往復流動し、コイル２１、２１‥‥を冷却することができる。

（第２の実施の形態）
本発明に係る単軸ロボットは図１１ないし図１３に示すように構成することができる。
図１１は単軸ロボットの他の実施の形態を示す縦断面図、図１２はスライダの横断面図、図１３はスライダ本体を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は背面図、同図（ｄ）は（ｂ）図におけるＤ−Ｄ線断面図、同図（ｅ）は（ｂ）図におけるＥ−Ｅ線断面図である。これらの図において、前記図１〜図１０によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

この実施の形態による単軸ロボット１１のケース１２は、図１２に示すように、上方に向けて開放する断面コ字状に形成されて前後方向に延びるベースブロック８１と、このベースブロック８１の両側部に取付けられた一対のカバー８２，８２とから構成されている。前記ベースブロック８１の両側部の上面には、リニアガイド１３のレール部材４１がそれぞれ固定されている。これらのレール部材４１に移動自在に支持された一対のスライド部材４２は、横方向に延びるプレート８３によって互いに接続されている。このプレート８３は、スライダ本体５１の上端部に取付けられ、テーブル５２を支持している。また、このプレート８３の上面には、前後方向に延びる複数の放熱用フィン８４が立設されている。

この実施の形態によるスライダ本体５１は、前記プレート８３から下方に延び、前記ベースブロック８１の凹部８５内に挿入されている。このスライダ本体５１は、図１３に示すように、前後方向（スライダ１４の移動方向）の端部８６，８６を除く中央部分８７が上方に向けて開放する断面コ字状に形成されている。前記両端部８６は、図１３（ｂ）に示すように、このスライダ本体５１の両側板５５，５６の上端部どうしを接続するクロスメンバ８８が設けられており、図１３（ｅ）に示すように、閉じた断面形状となるように形成されている。すなわち、この実施の形態によるスライダ本体５１は、第１の実施の形態で示したスライダ本体に較べると剛性が高く、相対的に大型に形成することが可能な構成が採られている。前記中央部分８７、すなわちスライダ本体開口５１ａの長さＬは、コイル２１、２１‥‥の全長より長くなるように形成されている。

前記クロスメンバ８８が設けられた前記両端部８６は、円形孔８９｛図１３（ｃ）参照｝が穿設され、この円形孔８９内に、円環状に形成されたシール部材５９（図１１参照）が嵌合されている。このスライダ本体５１は、前記シール部材５９と両側板５５，５６とによって囲まれた空間内にコイル２１とコイル結線用基板２３とが配設されるとともに、エポキシ樹脂５４が充填されている。前記基板２３は、スライダ本体５１の上端部に形成された取付座９０｛図１４および図１３（ａ），（ｄ）参照｝に取付用ねじ２３ａ（図１１参照）によって取付けられている。

この実施の形態において、コイル２１をスライダ本体５１内の所定の位置に取付けるためには、第１の実施の形態を採るときと同様に治具７３を使用して行う。すなわち、スライダ本体５１にコイル２１を取付けるためには、先ず、前記治具７３に絶縁フィルム７４と、二つのシール部材５９，５９と、複数のコイル２１，２１‥‥とを装填することによってコイル組立体を形成する。

次に、前記コイル組立体をスライダ本体５１の一方の円形孔８９に外側から挿入するとともに、スライダ本体５１内で軸線方向に平行移動させ、前端部のシール部材５９と後端部のシール部材５９とをスライダ本体５１の両端部の８６，８６の円形孔８９にそれぞれ嵌合させる。この状態で、図１１に示すように、スライダ本体５１の前端面と後端面とに外周にＯリングを装着したストッパープレート９１と、樹脂ベアリング６６を有するベアリングホルダ９２とを取付ける。前記ストッパープレート９１は、樹脂ベアリング６６の移動を規制するためのものである。その後、各コイル２１のリード線をコイル結線用基板２３に半田付けする。この基板２３には、制御装置２５からのＵ，Ｖ，Ｗおよび共通線Ａを予め結線しておく。前記半田付けは、各コイル２１の両端（図９において符号Ｓ，Ｅで示す両端）をそれぞれ前記基板上の所定端子部に接続することによって行う。この半田付け作業が終了することにより、図９に示す回路が構成される。次に、前記基板２３をスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入して固定し、液状のエポキシ樹脂５４をスライダ本体５１内に注入する。このエポキシ樹脂５４を加熱することにより硬化させた後に治具７３を取外す。

なお、図１３におけるスライダ本体開口５１ａの長手方向長さＬが、装着する全てのコイル２１、２１‥‥の全長、および基板２３の長手方向長さより長い場合には、上述した第１の実施の形態と一部同じようにスライダ１４を形成する。すなわち、治具７３を互いに脱着可能な３ピースで形成し、中央のピースに絶縁フィルム７４、複数のコイル２１、２１‥‥とを装填してコイル組立体を形成し、Ｕ、Ｖ、Ｗおよび共通線Ａが結線された基板２３へ各コイル２１の両端を半田付けし、コイル組立体と基板２３を一緒にスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入し、基板２３をスライダ本体５１に固定する。

その後、中央のピースの両側から、外周にＯリングを取付けたシール部材５９と、樹脂ベアリング６６を有し外周にＯリングを取付けたベアリングホルダ９２とを装着した端部ピースをそれぞれ組付け、ストッパープレート９１をスライダ本体５１に取付ける。その後からエポキシ樹脂５４をスライダ本体内に注入し、その後加熱硬化する。中央のピース、両側のピースからなる治具７３を除去して、スライダ１４を完成させる。シール部材５９とベアリングホルダ９２を円形孔８９に嵌合させることと、ストッパープレート９１を取付けることで、コイル２１のスライダ本体５１に対する位置決めができる。

また、スライダ本体開口５１ａの長手方向長さＬが、装着する全てのコイル２１、２１と両シール部材５９との全長より長い場合には、治具７３を互いに脱着可能な３ピースで形成し、中央のピースに絶縁フィルム７４、複数のコイル２１、２１‥‥、両シール部材５９とを装填してコイル組立体を形成し、コイル組立体を一緒にスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入し、樹脂ベアリング６６を有し、外周にＯリングを取付けたベアリングホルダ９２を装着した端部ピースをそれぞれ組付け、ストッパープレート９１をスライダ本体５１に取付ける。

このうえで、Ｕ、Ｖ、Ｗおよび共通線Ａが結線され、各コイル２１の両端が半田付けされた基板２３も、スライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入し固定し、エポキシ樹脂５４をスライダ本体内に注入し、その後加熱硬化する。基板２３をスライダ本体開口５１ａからスライダ本体５１内に挿入しない場合には、エポキシ樹脂５４をスライダ本体内に注入し、その後加熱硬化した後、Ｕ、Ｖ、Ｗおよび共通線Ａが結線された基板２３へ各コイル２１の両端を半田付けする。

前記スライダ本体５１におけるエポキシ樹脂５４が充填される部分の内面は、図１２に示すように、ステータ２２の軸線方向から見てコイル２１と同心円状に形成され、複数のフィン６１が突設されている。これらのフィン６１は、コイル２１の中心部を指向しかつスライダ１４の移動方向に延びるように形成されている。また、この実施の形態においても、スライダ本体５１の外面に複数の放熱用フィン６２が立設されている。
この実施の形態で示したようにスライダ１４を構成しても第１の実施の形態を採る場合と同等の効果を奏する。

上述した各実施の形態ではケース１２のシャッター３４と側板５５との間に形成される隙間によりケース１２内が少しずつ換気される例を示したが、ケース１２の前壁部材３３と後壁部材の少なくとも一方にケース１２の内外を連通する連通管（図示せず）を設け、この連通管を用いてケース１２内の換気を行うこともできる。また、本発明に係る単軸ロボット１１は、上述したようにスライダ１４の移動に依存する換気装置を装備する他に、電動ファンによって強制的にケース１２内を換気する換気装置を装備することができる。この構成を採る場合は、ケース１２内の温度が予め定めた温度を上回ったときに電動ファンによって換気を行うことができる。これらの連通管や換気装置には、外部の塵埃のケース１２内への侵入を防止するフィルタを設ける。

上述した各実施形態においては、コイル２１をエポキシ樹脂５４にスライダ本体５１に固定する例を示したが、この樹脂材料としては、エポキシ樹脂に限定されることはなく、耐熱性、絶縁性および機械的強度の条件を満たすものであれば、どのようなものでも用いることができる。また、図１２に示すように、テーブル５２のプレート８３への接続部に断熱材９３を介装し、テーブル５２にコイル２１の熱が伝達されることを防止するようにすると良い。

本発明に係る単軸ロボットの平面図である。 本発明に係る単軸ロボットの側面図である。 単軸ロボットの要部を拡大して示す縦断面図である。 スライダの横断面図である。 スライダ本体とシール部材との接続部分を示す断面図である。 シール部材を示す図である。 スライダ本体を示す図である。 スライダのステータ貫通部を拡大して示す断面図である。 コイルの結線図である。 スライダの組立方法を説明するための斜視図である。 単軸ロボットの他の実施の形態を示す縦断面図である。 スライダの横断面図である。 スライダ本体を示す図である。 従来の単軸ロボットのスライダの断面図である。

符号の説明

１１…単軸ロボット、１２…ケース、１３…リニアガイド、１４…スライダ、１５…可動コイル形リニアモータ、２１…コイル、２２…ステータ、４４…永久磁石、５１…スライダ本体、５２…テーブル、５４…エポキシ樹脂、６１，６２…フィン。

Claims (5)

1. リニアガイドと、このリニアガイドと同一方向に配置された棒状のステータと、この棒状のステータが貫通するコイルと、このコイルを内蔵しリニアガイドに往復動自在に支持されたスライダ本体とを備え、このスライダ本体の内面と前記コイルとの間に含浸させた合成樹脂によって前記コイルと前記スライダ本体とを一体化して構成されるスライダが、前記コイルと棒状のステータからなる可動コイル形リニアモータにより往復駆動される単軸ロボットにおいて、
   前記コイルは、前記ステータの軸線方向から見て外縁が円形に形成され、
   前記スライダ本体の内面に複数のフィンを突設してなり、
   前記複数のフィンの先端部は、前記軸線方向から見て前記コイルの外周に沿う円弧状に所定の間隔をおいて並んでいることを特徴とする単軸ロボット。
2. 請求項１記載の単軸ロボットにおいて、フィンをコイルの中心部を指向しかつスライダの移動方向に延びるように形成してなる単軸ロボット。
3. 請求項１または請求項２記載の単軸ロボットにおいて、リニアガイドと前記棒状のステータを開口を設けたケース内に収納し、前記開口に外方からこの開口を塞ぐ可撓性のシャッターを設け、前記スライダに前記シャッターを開口から外方に遊離させるガイド部を設けることにより前記スライダを前記シャッターの開口からの遊離部と前記ケースとの開放空間を介してケース内からケース外に延在させるようにしたことを特徴とする単軸ロボット。
4. 請求項３記載の単軸ロボットにおいて、前記ケースの内部空間を前記スライダによって二つに仕切るとともに、前記スライダ本体の外面にスライダの移動方向に延びるフィンを突設してなる単軸ロボット。
5. 請求項４記載の単軸ロボットにおいて、ケース内の二つの空間のうち少なくとも一方の空間をケースの外に連通させてなる単軸ロボット。
   

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