JPH02193561A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１例えば超音波顕微鏡用のレンズホルダ移動に
使用するリニアモータに関するものであリ、推力発生部
と軸受部を一体化したリニアモータに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来超音波顕微鏡用のレンズホルダを移動させるために
使用されている駆動用の装置としては。

例えば第４図および第５図に各々一部断面側面図および
一部断面平面図として示すような構成のものがある。両
図において、１はリニアモータであり、所謂ボイスコイ
ル型と称されるものである。

すなわち強磁性材料からなるセンターヨーク２と。

強磁性材料からなり内外面に磁極を有する永久磁石３を
内面側に固着すると共に、前記センターヨーク２の外方
に端部を磁気的に結合して配設してなる外周コーク４と
、可動部材５とから構成する。

そして可動部材５は、前記センターヨーク２と外周ヨー
ク４とによって形成される空隙６内に、コイル７を外周
に巻回し、かつ軸方向すなわち第４図および第５図にお
いて左右方向に移動自在に配設する。８は吊り具であり
、前記リニアモータ１を、上方の外周ヨーク４と固着し
て懸吊保持する。

次に９はガイドであり、横断面外形輪郭を角形に形成し
、左端部を吊り具８の下端部と接続すると共に、前記セ
ンターヨーク２と略同軸状に配設する。１０はスライダ
であり、中空角筒状に形成すると共に、前記ガイド９と
微小間隙を介して軸方向移動自在に形成する。スライダ
ｌＯの左端部は連結部材１１を介して可動部材５と接続
し、右端部にはレンズホルダ１２を固着する。なおガイ
ド９には給気口１３および給気孔１４を設けると共に、
スライダ１０に排気口１５を設けることにより、静圧気
体軸受を形成する。

第６図は第４図におけるＢ−Ｂ線断面拡大図であり、同
一部分は前記第４図および第５図と同一の参照符号にて
示す。第６図においてガイド９の軸方向に２本の連通穴
１６を設け、この連通穴１６と前記給気口１３および給
気孔１４を夫々連通させる。なお給気口１３は、ガイド
９の上下左右の夫々の側面に複数個を穿設する。

上記の構成により、可動部材５を構成するコイル７に正
逆方向の通電を行えば、フレミングの左手の法則に従っ
てコイル７すなわち可動部材５を左右方向に移動するこ
とができる。この場合において、圧縮空気供給源（図示
せず）から給気口１３に圧縮空気を供給しておくと、圧
縮空気は給気口１３および連通穴１６を介して複数個の
給気孔１４からスライダ１０内に吹き出すから、ガイド
９はスライダ１０内において浮遊状態となり。

両者間の摩擦を皆無の状態に保持し得る。従って前記可
動部材５により、スライダ１０をガイド９に沿って円滑
かつ正確に移動可能とする。この結果スライダ１０の先
端に設けたレンズホルダ１２を振動させることなく軸方
向移動可能とし、レンズホルダ１２に装着したレンズ（
図示せず）による顕微鏡観察を支障なく実行し得るので
ある。

（発明が解決しようとする課題〕 上記従来の装置においては、リニアモータｌを構成する
センターヨーク２と可動部材５とは、非接触状態で相対
移動するように構成しである。すなわち両者を接触摺動
状態に構成すると、摺動に伴って上下左右方向に振動を
発生し、レンズホルダ１２を振動させることとなり　Ｗ
Ｅ微鏡観察若しくは測定の信頬性に重大な影響を及ぼす
ためである。従って可動部材５をスライダＩＯと接続し
た状態でガイド９との間に静圧気体軸受を形成する構成
としである。このため装置全体が大型化することとなり
、試料の着脱９位置決め等に多大な時間を要するという
問題点がある。また静圧気体軸受構成部分と可動部材５
との距離が大であるため。

可動部材５の移動位置によって静圧気体軸受を構成する
ガイド９とスライダ１０との重合部分の長さが変化する
ため、供給すべき空気の圧力および／または流量を微妙
に制御する必要があり、操作が煩雑である。更にストロ
ークの大なる装置においては上記問題点は更に拡大かつ
深刻になる。

方この種の装置に対しては高速化の要求が次第に厳しく
なってきており、このため小型化、軽量化を図る必要が
ある。しかしながら上記従来の装置においては駆動部分
と支持部分とが別個に構成されているため、これらの要
求を満足することができず、小型化、軽量化更には高速
化が困難であるという問題点がある。

また推力発生部と軸受部とを一体化した構成の空気軸受
部を持つリニアモータとしては９例えば実開昭６１−１
００７８号公報に記載されるような提案がある。同公報
記載のものは、中央に配置されたヨークの外周と僅かな
隙間を保って囲む連続した複数個の可動コイルがあり、
このコイル外周と適切な隙間を保って１片側又は両側に
配置された永久磁石、ヨークからなるリニアモータの、
可動コイル内面部へ圧力空気を供給し中央のヨーク外周
と。

可動コイル内面部に空気層を形成させることを要旨とす
るものである。上記の構成により、推力発生部と軸受部
とが一体化され、前記の構成のものと比較して小型化、
軽量化の効果が期待される。

しかしながら上記公報記載のリニアモータにおいては、
可動コイル構成部材であるボビンに空気通路および空気
通路と連通ずる複数個の溝を穿設する必要があるため、
ボビンの薄肉化に限界があり。

大幅な小型化、軽量化が困難である。また上記複数個の
溝をボビンの内面に設ける必要があるため。

加工が煩雑となると共に、高精度の加工が困難である。

このため光学機械用若しくは精密機械用として１例えば
０．１μ醜以下の振動成分を要求される用途には全く適
用することができないという問題点がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、推力
発生部と軸受部とを一体化し、かつ移動に際しても振動
成分が極めて小であ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〕

上記目的を達成するために１本発明においては。

強磁性材料からなるセンターヨークと３強磁性材料から
なり内外面に磁極を有する永久磁石を内面側に固着する
と共に前記センターヨークの外方に端部を磁気的に結合
して配設してなる外周ヨークと、前記センターヨークと
外周ヨークとによって形成される空隙に軸方向移動自在
に配設しかつコイルを外周に巻回してなる可動部材とか
らなるリニアモータにおいて、センターヨークの外周面
に軸方向長さしなる複数個の凹部を設けると共に、セン
ターヨークにこれらの凹部と連通ずる給気孔を設け、可
動部材に前記凹部と対向し軸方向長さＬ＋　＞Ｌなるス
リーブを設け、四部とスリーブとにより静圧気体軸受を
形成する。という技術的手段を採用した。

本発明において、外周ヨークを中間部において分割して
形成し、外周ヨークの内面側に各々固着した永久磁石の
内面に同−極性の磁極が現れるように形成し、スリーブ
の両端部に各々同一方向に巻回してなるコイルを設けた
構成とすると好ましい。

また本発明において、外周ヨークの両端部内面側に各々
固着した永久磁石の内面に異なる極性の磁極が現れるよ
うに形成し、スリーブの両端部に各々異なる方向に巻回
してなるコイルを設けた構成としてもよい。

更に本発明において、センターヨークの横断面を内角が
直角である四辺形に形成し、センターヨークの夫々の側
面に凹部を設けると共に、スリーブを中空角筒状に形成
すると好ましい。

〔作　用〕

上記の構成により、可動部材はセンターヨークと非接触
状態で嵌合し、推力発生部と軸受部とを一体化すること
ができ、可動部材を構成するコイルに通電することによ
り、可動部材のセンターヨーク軸方向移動を行い得るの
である。

〔実施例〕

第１図（ａ）は本発明の第１実施例を示す一部断面側面
図、第１図（ロ）は第１図（ａ）におけるＡ−Ａ、ｌ断
面図であり、同一部分は前記第４図ないし第６図と同一
の参照符号で示す。第１図（ａ）（ｂ）において。

リニアモータｌは２例えば軟鋼のような強磁性材料から
なるセンターヨーク２と、同じ（軟鋼のような強磁性材
料からなる外周ヨーク４とを長手方向両端部を磁気的に
結合し、外周ヨーク４の内面側に内外面に磁極を有する
永久磁石３を固着し。

センターヨーク２と永久磁石３との間に形成した空隙６
内に可動部材５を軸方向移動自在に配設して構成する。

　　１７はスリーブであり５例えばアルミニウム等の非
磁性材料により中空角筒状に形成すると共に、センター
ヨーク２の外周面との間に夫々１０μｍ程度の間隙を設
け、非接触状態で軸方向移動自在に配設する。なおスリ
ーブ１７の外周にはコイル７を巻回して可動部材５を形
成する。

次にセンターヨーク２の外周面に、軸方向長さしなる複
数個の凹部１８を設ける。なおこれらの凹部１８の深さ
ｄは５０μｍ程度とすると共に、軸方向長さしは前記ス
リーブ１７の軸方向長さＬＩとの関係をＬＩ＞Ｌのよう
に形成する。１９は給気穴であり、センターヨーク２の
一方の端面に開口させると共に、前記夫々の凹部１８の
略中央部に開口する給気孔２０と連通させる。

上記の構成により、給気穴１９を空気若しくは窒素ガス
等の圧縮気体供給源（図示せず）と接続すれば、圧縮気
体が給気穴１９から給気孔２０を経由してスリーブ１７
と対向して設けた凹部１８内に吹き出すから、スリーブ
１７はセンターヨーク２と非接触状態で浮遊し、所謂静
圧気体軸受を形成する。この状態で可動部材５を構成す
るコイル７に正逆方向の通電を行えば、フレミングの左
手の法則に従ってコイル７すなわち可動部材５を左右方
向すなわち軸方向に移動させることができる。この場合
の可動部材５のストロークは、スリーブ１７と凹部１８
の軸方向長さの差（Ｌ、　−Ｌ）である。上記のように
して可動部材５はセンターヨーク２と協同して推力発生
部と軸受部との両者の機能を兼備することができるので
ある。従って可動部材５に適当なレンズホルダを設けれ
ば、前記のような超音波顕微鏡用の駆動装置等として有
効に使用できるのである。

第２図は本発明の第２実施例を示す一部断面側面図であ
り、同一部分は前記第１図（ａ）（ハ））と同一の参照
符号で示す。第２図において、外周ヨーク４は中間部に
おいて分割して形成する。すなわちコ字形に形成した２
個の外周ヨーク４をセンターヨーク２の両端面に例えば
ボルト（図示せず）を介して固着し０両者を磁気的に結
合する。また外周ヨーク４の内面側に固着する永久磁石
３の内面に同一極性が現れるように形成する。次に可動
部材５を構成するコイル７は２スリーブ１７の両端部の
外周面に各々同一方向に巻回して設ける。

上記の構成により、センターヨーク２と外周ヨーク４と
の間には、第２図において鎖線で示すように左右２群の
磁路を形成することができ、かつ各々の磁路内にコイル
７を配設しであるから、コイル７への通電により、前記
第１実施例と同様に可動部材５を軸方向に移動させるこ
とができる。

この場合、外周ヨーク４およびコイル７を分割して配設
したことにより、可動部材５０ストロークを大にするこ
とができる。すなわち同一ストロークのリニアモータで
あれば小型化および軽量化のために有利に作用する。ま
た上記構成により磁路を左右に分割することができるた
め、外周ヨーク４および／またはセンターヨーク２の磁
気飽和を防止することができる。換言すれば上記ヨーク
部材の薄肉化、軽量化のために寄与し得るのである。

第３図は本発明の第３実施例を示す一部断面側面図であ
り、同一部分は前記第１図（ａ）　（ｂ）および第２図
と同一の参照符号で示す。第３図において外周ヨーク４
の両端部内面側には、各々内面に異なる磁極が現れるよ
うに形成する。次に可動部材５を構成するコイル７は、
スリーブ１７の両端部外周面に各々異なる方向に巻回し
て設ける。

上記の構成により、センターヨーク２と外周ヨーク４と
の間には、第３図において鎖線で示すように左右および
中央部の３群の磁路を形成することができ、かつこれら
の磁路の並行部にはコイル７が配設しであるから５　コ
イル７への通電により。

前記第１および第２実施例と同様に可動部材５を軸方向
に移動させることができる。なお可動部材５のストロー
クの増大化およびヨーク部材の薄肉化ならびに装置全体
の小型化および軽量化に寄与し得る作用および効果は、
前記第２実施例におけるものと同様である。

上記の実施例においては、センターヨークおよび外周ヨ
ークの横断面輪郭の形状が四角形である場合について記
述したが１円形その他の他の幾何学的形状であっても作
用は同一である。また可動部材を構成するスリーブを形
成する材料は、効率の点において軽量であることが望ま
しく、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の
ような軽合金が好ましいが、必ずしもこれらに限定され
ない。更にセンターヨークおよび外周ヨークを形成する
材料としては、鉄鋼材料以外の強磁性材料であっても当
然に使用できる。なおセンターヨークに設ける凹部、給
気孔および給気口の形状１寸法等は、リニアモータに要
求される推力および用途その他を勘案して適宜選定する
ことができる。

〔発明の効果］ 本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
下記の効果を期待できる。

（１）推力発生部と軸受部とを一体化した構成であるた
め、他の支持機構を付設する必要がなく。

駆動用装置全体を小型化することができる。

（２）　　リニアモータ内に静圧気体軸受を内蔵してい
るため、動作が橿めて円滑であると共に、移動および停
止時における振動成分が極めて小であるため、精度を大
幅に向上でき、光学機器用若しくは精密機械用として好
適である。

（３）可動部材とセンターヨーク間に常時気体が供給さ
れかつ強制的に流動するため、コイルの発熱を防止し得
ると共に、コイルへの通電電流の増大化が可能となり、
推力を向上させ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例を示す一部断面側面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
図、第２図および第３図は各々本発明の第２実施例およ
び第３実施例を示す一部断面側面図、第４図および第５
図は各々従来の駆動用装置を示す一部断面側面図および
一部断面平面図、第６図は第４図におけるＢ−Ｂ線断面
拡大図である。 ２：センターヨーク、３：永久磁石、４：外周ヨーク、
７：コイル、１７：スリーブ、１８：凹部、１９：給気
穴、２０：給気孔。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）強磁性材料からなるセンターヨークと、強磁性材
   料からなり内外面に磁極を有する永久磁石を内面側に固
   着すると共に前記センターヨークの外方に端部を磁気的
   に結合して配設してなる外周ヨークと、前記センターヨ
   ークと外周ヨークとによって形成される空隙に軸方向移
   動自在に配設しかつコイルを外周に巻回してなる可動部
   材とからなるリニアモータにおいて、センターヨークの
   外周面に軸方向長さＬなる複数個の凹部を設けると共に
   、センターヨークにこれらの凹部と連通する給気孔を設
   け、可動部材に前記凹部と対向し軸方向長さＬ＿１＞Ｌ
   なるスリーブを設け、凹部とスリーブとにより静圧気体
   軸受を形成したことを特徴とするリニアモータ。
2. （２）外周ヨークを中間部において分割して形成し、外
   周ヨークの内面側に各々固着した永久磁石の内面に同一
   極性の磁極が現れるように形成し、スリーブの両端部に
   各々同一方向に巻回してなるコイルを設けた請求項（１
   ）記載のリニアモータ。
3. （３）外周ヨークの両端部内面側に各々固着した永久磁
   石の内面に異なる極性の磁極が現れるように形成し、ス
   リーブの両端部に各々異なる方向に巻回してなるコイル
   を設けた請求項（１）記載のリニアモータ。
4. （４）センターヨークの横断面を内角が直角である四辺
   形に形成し、センターヨークの夫々の側面に凹部を設け
   ると共に、スリーブを中空角筒状に形成した請求項（１
   ）ないし（３）何れかに記載のリニアモータ。