JPH03183351A - リニアモータ装置 - 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］ 本発明はリニアモータ装置に関する。

［従来の技術］ 複写機やページプリンタ等の光学走査装置又は磁気ディ
スク駆動装置では、走査駆動のために又はアクセス駆動
のためにリニアモータ装置を用いることが考えられる。

一般的に、このようなリニアモータ装置は、ベースフレ
ームと、可動部材と、この可動部材を前記ベースフレー
ムに対して直線移動させるように駆動するための磁場形
成部材とを備えている。

このようなリニアモータ装置は、本出願人による別の出
願である特願昭６３−６８４２５号「リニアモータおよ
びリニアモータを使用した直線駆動装置」、特願昭６３
−１２９９８２号「直線駆動装置」、特願昭６３−２１
７２７６号「直線駆動装置」、特願昭６２−３３２６４
３号「複写機の光学系移動装置ｊ等に説明されている。

例えば、第７図に概念的に示すように、−膜内にリニア
モータ装置は、ベースフレームＡと、ベースフレームＡ
に対して相対的に直線移動し得るように構成された磁場
形成部材Ｂと、例えば回転電動機のコイル部材に相当す
る可動子Ｃと、同様に例えば回転電動機のロータに相当
する可動体りとを有している。可動体り及び可動子Ｃは
、磁場形成部材ＢによってベースフレームＡに対して直
線的に駆動を受けるように構成されている。第７図に概
念的に示されたリニアモータ装置は、磁場形成部材Ｂが
可動子Ｃ及び可動体りをベースフレームＡに対して相対
移動させる際、当該磁場形成部材Ｂに生じる反発力を吸
収すべく当該磁場形成部材ＢをベースフレームＡに対し
て相対的に移動させるように構成された移動手段Ｅを備
えている。

尚、磁場形成部材Ｂは例えば永久磁石等で構成すること
ができる。

このように構成されたリニアモータ装置は、可動体りの
重量をＦｌ、磁場形成部材Ｂの重量をＦ２及び摩擦係数
をμとすると、可動体りとベースフレームＡとの間には
摩擦負荷Ｆｌμが、磁場形成部材ＢとベースフレームＡ
との間には摩擦負荷Ｆ２μが夫々生じている。

ここでリニアモータ装置が作動して可動体り及び可動子
Ｃが駆動され移動する場合の当該可動子Ｃ及び可動体り
の移動方向を正方向として矢印ａで示し、磁場形成部材
Ｂに生じる反発力によって受ける当該磁場形成部材Ｂの
移動方向を負方向として矢印すで示す。また、可動子Ｃ
及び可動体り並びに磁場形成部材Ｂの夫々に作用する力
を以下加速力と定義する。

従って、可動体りの加速力をＦｌ（ｔ）、可動体りに生
じる発生推力をＦ２（＋）　、磁場形成部材Ｂの加速力
をＦｍ　（ｔ）及び磁場形成部材Ｂに生じる反発力をＦ
ｌ（ｔ）とすると、当該磁場形成部材Ｂの加速力Ｆｍ（
ｔ）は以下のように表わせる。

Ｆｌ（１）　　＝Ｆ２（１）　　−ＦｌμＦ＋（ｔ）　
　＝−Ｆ２（ｔ） Ｆｍ（１）　　＝Ｆ＋（ｔ）　　＋Ｆ２μ、’、Ｆｍ（
ｔ）　　＝−Ｆｌ）　　−Ｆ１μ＋Ｆ２μ可動体りとベ
ースフレームＡとの間の摩擦負荷Ｆ１μが、磁場形成部
材ＢとベースフレームＡとの間の摩擦負荷Ｆ２μに比べ
て大きい場合には、磁場形成部材Ｂの加速力Ｆｍ　（ｔ
）が、当該摩擦負荷Ｆ１μと摩擦負荷Ｆ２μとの差が生
じていない場合に比べて大きくなる。

その結果、磁場形成部材Ｂの移動距離が所望以上に長く
なってしまう恐れがある。

磁場形成部材Ｂが所望以上に移動してしまうことによっ
て、当該磁場形成部材Ｂを元の位置、即ち初期位置に復
帰させるための復帰移動手段に加わる負荷が大きくなる
恐れがある。特に高速複写機に於ける前記復帰移動手段
に於いて例えば、パルスモータを用いる場合には、当該
パルスモータ自体が発熱したり、脱調が生じたりして正
常に動作ができなくなり、磁場形成部材Ｂを元の位置に
復帰させることができなくなる可能性がある。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来のリニアモータ装置は、前述の可動子及
び可動体を有する可動部材を磁場形成部材によって直線
移動させて駆動した場合に、磁場形成部材に生じる反発
力によってこの可動部材を所望の位置に正確に停止させ
ることが非常に難しいという欠点を有している。

本発明は、前述の諸点に鑑み成されたものであって、そ
の目的とするところは、磁場形成部材に生じる反発力を
低減させることによって、可動部材を所望の正確な位置
に、比較的容易に停止させることができるリニアモータ
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的は、本発明によれば、ベースフレームと、この
ベースフレームに対して相対的に直線移動し得るように
構成された磁場形成部材と、この磁場形成部材上に配置
されており、当該磁場形成部材によって前記ベースフレ
ームに対して直線的に駆動されるように構成された可動
部材とを備えており、前記磁場形成部材による前記可動
部材の前記相対的な直線移動が行なわれるときに、この
磁場形成部材に生じる反発力を吸収すべく構成されてい
ることを特徴とするリニアモータ装置によって達成され
る。

［作用コ 本発明によるリニアモータ装置は、前記磁場形成部材上
に配置された可動部材が前記ベースフレームに対して直
線的に駆動されたときに、当該磁場形成部材に生じた反
発力を吸収すべく、当該磁墳形成部材が、前記ベースフ
レーム及び前記可動部材の夫々に対して相対的に直線移
動する。

更に、本発明によるリニアモータ装置の基本な原理を、
第６図に基づいて概略的に説明する。

このリニアモータ装置は、ベースフレーム４と、ベース
フレーム４に対して直線移動し得るように構成された磁
場形成部材３と、磁場形成部材３上に配置されており、
この磁場形成部材３によってベースフレーム４に対して
直線的に駆動されるように構成された可動部材とを有し
ている。

この可動部材は可動子２及び可動体ｌを備えている。

磁場形成部材３とベースフレーム４との間には当該磁場
形成部材３がベースフレーム４に対して相対的に直線移
動し得るように移動手段５ａが備えられている。

また磁場形成部材３と可動体１との間には当該可動体１
が磁場形成部材３に対して相対的に直線移動し得るよう
に移動手段５ａと同様の別の移動手段５ｂが備えられて
いる。即ち、磁場形成部材３は、ベースフレーム４及び
可動体１の夫々に対して相対的に直線移動し得るように
構成されている。

このように構成されたリニアモータ装置が作動して可動
体１が駆動され移動する場合の当該可動体１の移動方向
は正方向として矢印ａで示されており、磁場形成部材３
に生じる反発力によって受ける当該磁場形成部材３の移
動方向は負方向として矢印すで示されている。

このリニアモータ装置は、可動体ｌの重量をＦｌ。

磁場形成部材３の重量をＦ２及び摩擦係数をμとすると
、可動体ｌと磁場形成部材３との間の摩擦負荷はＦ１μ
、磁場形成部材３とベースフレーム４との間の摩擦負荷
はＦ２μ、可動体１の加速力は　Ｆｌ（ｉ）、可動体１
に生じる発生推力はＦ２（１）　、磁場形成部材３の加
速力はＦｍ　（ｔ）及び磁場形成部材３に生じる反発力
はＦｌ（ｔ）　　となり、磁場形成部材３の加速力Ｆｍ
　（ｔ）は以下のように表わせる。

Ｆｌ（１）　＝Ｆ２（１）−Ｆｌμ Ｆ＋（ｔ）　＝−Ｆ２（ｆ） Ｆｍ（ｔ）　＝Ｆ＋（ｔ）　　＋Ｆ１μ＋Ｆ２μ、’、
Ｆｍ（ｔ）　　−−Ｆｌ（ｔ）　　＋Ｆ２μこれは、可
動体１と磁場形成部材３との間の摩擦負荷Ｆ１μの影響
が打消されてしまうことを示している。

以上から、前述のように可動子２及び可動体１を備えた
可動部材を磁場形成部材３の上を当該磁場形成部材３に
対して相対的に直線移動を自在に行なうことができるよ
うに構成することによって、磁場形成部材３の加速力Ｆ
ｍ　（ｔ）を低減することができる。それ故に、磁場形
成部材３を元の初期位置に復帰させるための前述した復
帰移動手段に加わる負荷を最小限にすることができる。

［実施例］ 次に、本発明によるリニアモータ装置の一実施例を説明
する。この一実施例は、本発明を走査露光方式の複写機
に適用した場合である。

第１図から第３図の夫々に示すように、リニアモータ装
置０は、走査露光方式の複写機の本体の内部に固定され
たベースフレーム４と、ベースフレーム４に対して相対
的に直線移動し得るように構成された磁場形成部材３と
、磁場形成部材３及びベースフレーム４の夫々に対して
相対的に直線移動し得るように構成された可動部材とを
備えている。

この可動部材は可動子２及び可動体１の夫々を含んでい
る。

可動体１は、第５図に示すような光学ユニットＬを装着
し得るように構成されている。

更に可動体１は、第１図及び第２図に示すように、第１
の可動体１ａ及び第２の可動体１ｂの夫々によって構成
されている。

第１の可動体１ａは細長く平らな形状を有している。こ
の第Ｉの可動体１ａには、第１のミラー２４及びランプ
ユニット等（図示せず）が装着されている。

第２の可動体Ｔｏは、第１の可動体１ａと同様に細長く
平らな形状を有している。

この第２の可動体１ｂには、第２のミラー２５及び第３
のミラー２６が装着されている。

これらの第１のミラー２４、第２のミラー２５、第３の
ミラー２６の夫々に対して、当該第１のミラー２４から
第３のミラー２６の夫々を経た光を倒立させて結像すべ
く配置されたレンズ２７と、このレンズ２７からの光を
感光体ドラム２９に反射すべく当該レンズ２７と感光体
ドラム２９との間に配置された第４のミラー２８とを加
えることによって複写機の光学系を構成している。

可動子２は、第１の可動体１ａの両側の端部３Ｑａ及び
端部３０ｂの夫々に固定された可動ヨーク７ａ及び可動
ヨーク７ｂ、並びに第２の可動体１ｂの両側の端部３０
ｃ及び端部３Ｑｄの夫々に固定された可動ヨーク７ｃ及
び可動ヨーク７ｄを備えている。

可動ヨークの各々には、３つのコイル部材、即ちコイル
部材６ａ、　　コイル部材６ｂ及びコイル部材６Ｃが装
着されている。

これらの可動ヨークの各々は、対応する３つのコイル部
材から発生される磁束の通路を構成している。

更に可動体１ａ及び可動体１ｂは、可動ヨーク７ａ及び
可動ヨーク７ｃの夫々に装着された軸受８，８を有して
いる。

軸受８は軸１０に摺動自在に支持されている。

軸ＩＯは、後述する磁場形成部材３を構成している固定
ヨーク１３ｇ　と固定ヨーク１３ｂとを相互に連結する
連結板１４ａ及び連結板１４ｂの夫々を貫通し、且つ当
該固定ヨークＩ３ａ及び固定ヨーク１３ｂの夫々に各ホ
ルダ１５ａ及びホルダ＋５ｂを介して固定されている。

可動子２は可動ヨーク７ｂ及び可動ヨーク７ｄの夫々に
装着されたローラ１１．　１＋を有している。

ローラ１１は磁場形成部材３の固定ヨーク１３ｂに支持
されている。

これらのローラＩｔ、　　Ｉｆ及び軸１０に摺動自在に
支持された軸受８，８によって、第６図に概念的に示さ
れた磁場形成部材３と可動体上との間に備えられた、当
該可動体１の磁場形成部材３に対する相対的に直線移動
を行なわせ得る移動手段５ｂを構成している。

磁場形成部材３は、前述の３つのコイル部材の列、即ち
コイル部材６ａ、　　コイル部材６ｂ及びコイル部材６
ｃの各列に対応して多極的に着磁された永久磁石１１ａ
及び永久磁石１２ｂと、永久磁石１２ａ及び永久磁石＋
２１＋の夫々を直線上に配列して固定するための固定ヨ
ーク１３ａ及び固定ヨークＨｂとを有している。

これらの永久磁石１２ａ及び永久磁石１２ｂの夫々は、
第３図に示すように前記３つのコイル部材の列と協働し
て３相のブラシレスモータを構成すべく当該３つのコイ
ル部材の列に対して所定の間隙を有して配置されている
。

また、固定ヨークｌｌａ及び固定ヨーク＋３ｂは、夫々
の両端部に於いて連結板１４ａ及び連結板＋４ｂによっ
て連結され、枠体１４として一体化されている。

ベースフレーム４と磁場形成部材３との間には、当該磁
場形成部材３の矢印ａ及び矢印すの方向に関する移動を
可能にする移動手段５ａ　（第６図）が設けられている
。

この移動手段５ａは、磁場形成部材３の一部を構成する
ベースフレーム４に取付けられた一対の軸受９２．軸受
９ｂと、磁場形成部材３の一部を構成する固定ヨーク１
３ｂに取付けられた一対のローラ１６２、ローラ１６ｂ
とによって構成されている。

軸受９ａ、軸受９ｂは、軸１０を摺動自在に支持するよ
うに構成されている。

尚、このように構成されたリニアモータ装置Ｏの作動状
態に於いて、前述の３つのコイル部材の列であるコイル
部材６ａ、　　コイル部材６ｂ及びコイル部材６ｃの夫
々は、例えば第１の可動体１ａに固定された可動ヨーク
７ａ及び可動ヨーク７ｂ、並びに第２の可動体１ｂに固
定された可動ヨーク７ｃ及び可動ヨーク７ｄにホール素
子（図示せず）を装着し、このホール素子による励磁の
切換えによって直線移動動作のための駆動力を生起する
ことができる。

また第１の可動体１ａ及び第２の可動体１ｂは、光路長
を一定に保つために同期運転するのが好ましい。

第１図及び第２図の夫々に示された、磁場形成部材３を
初期位置に復帰させるための前述の復帰移動手段１７は
、特に第４図に拡大されて示されている。

即ち復帰移動手段１７は、ベースフレーム４に固定的に
装着された枠体２２と、この枠体２２に装着されたパル
スモータ２１と、このパルスモータ２１の作動を制御す
べく当該パルスモータ２１に接続された制御装置２３と
、パルスモータ２１の回転駆動力によって回転される第
１のギア２０ａと、この第１のギア２（ｌａの回転によ
って回転される第２のギア２Ｑｂと、この第２のギア２
０ｂの回転によって回転されるプーリ１９と、このプー
リ１９に巻回されて磁場形成部材３を移動させるべく、
両端部に於いて、当該磁場形成部材３を構成している固
定ヨーク１３ａに一体的に設けられた２つの突起部材３
１の夫々に連結されたワイヤ１８とを備えている。

このように構成された復帰移動手段１７に於いては、パ
ルスモータ２１が作動して回転による駆動力が生起され
ると、第↓のギア２０ａ１第２のギア２０ｂ及びプーリ
目の夫々も当該回転の方向に対応して回転する。

その結果ワイヤ１８は当該回転の方向に対応する矢印ａ
及び矢印すのいずかの方向に移動し、従って固定ヨーク
Ｈａを含む磁場形成部材３を矢印ａ及び矢印すのいずか
の方向に移動させることができる。

これらのことから磁場形成部材３が、初期位置に復帰す
る方向がいずれ方向にも選択され得ることが理解されよ
う。

次に、本実施例によるリニアモータ装置Ｏを作動させた
場合の状態について説明する。

可動子２に於ける可動ヨーク７ａ、可動ヨーク７ｂ。

可動ヨーク７Ｃ及び可動ヨーク７ｄの各々に装着された
３つのコイル部材、即ちコイル部材６ｇ、　　コイル部
材６ｂ及びコイル部材６ｃに電流を供給して磁束を発生
させることによって可動子２には推力が発生する。

各可動子２に推力が発生されると、当該可動子２に一体
化された可動体１ａ及び可動体１ｂの各々が当該可動子
２と共に走査方向、例えば第１図に示す矢印ａの方向に
移動する。

可動体１ａ及び可動体１ｂの各々が矢印ａの方向に移動
する際、前述の３つのコイル部材の列に対して所定の間
隙を有して配置された、磁場形成部材３の永久磁石１２
ａ及び永久磁石＋２ｂの夫々には、矢印ａと逆の矢印す
で示す方向の反発力が生じる。

しかしながら、磁場形成部材３は、ベースフレム４との
間に当該磁場形成部材３を矢印ａ又は矢印すの方向に関
する移動を可能にする移動手段５ａが設けられているの
で、例えば前述の矢印すで示す方向の反発力が生じても
当該矢印すの方向に移動することによって当該反発力を
吸収することができる。

また、可動体１及び可動子２が前述の矢印ａで示す走査
方向への移動が終了して元の位置に戻る、即ち矢印すで
示すリターン方向への移動を行なう場合、磁場形成部材
３の永久磁石１２ａ及び永久磁石１２ｂの夫々には、逆
に矢印すと反対の矢印ａで示す方向の反発力が生じる。

磁場形成部材３は、前述の場合と同様に移動手段５ａに
より矢印ａの方向に移動することによって前記反発力を
吸収することができる。

しかしながら、磁場形成部材３は、摩擦負荷等のために
元の待機位置、即ち正確な初期位置には厳密には復帰し
得ない。

従って、前述の復帰移動手段１７によって磁場形成部材
３を正確な初期位置まで移動させる必要がある。

ここで、本実施例のリニアモータ装置０に於いて、可動
体１ａの重量をＦｌａ　、可動体１ｂの重量をＦ１ｂ１
磁場形成部材３の重量をＦ２及び摩擦係数をμとすると
、可動体１ａと磁場形成部材３との間に生じている摩擦
負荷はＦｌａμ、可動体１ｂと磁場形成部材３との間に
生じている摩擦負荷はＦｉｂμ、磁場形成部材３とベー
スフレーム４との間に生じている摩擦負荷はＦ２μとな
る。

また、走査方向を正方向として矢印ａで示し、可動体１
ａの加速力をＦｌ、ａ（ｔ）、可動体１ａに発生する推
力をＦ２ａ　（ｔ）、可動体１ｂの加速力をＦｉｂ（１
）、可動体１ｂに発生する推力をＦ２ｂ　（１）、磁場
形成部材３の加速力をＦｍ（ｔ）　、磁場形成部材３に
発生する反発力をＦ＋（＋）　とすると、磁場形成部材
３の加速力Ｆｍ（０は、 Ｆｌａ　（ｔ）　＝　Ｆ２ａ　（＋）　−Ｆｌａ　　ｕ
Ｆｌｂ　（＋）　＝　Ｆ２ｂ　（Ｌ）　−Ｆｌｂ　　μ
Ｆｒ（ｆ）　　＝−Ｆ２ａｆｔ）−Ｆ２ｂ（ｆ）Ｆｍ（
ｔ）　　＝Ｆｒ（ｔ）　　＋ＦＩａ　　μ＋Ｆ１ｂ　　
μ＋Ｆ２μ、’、Ｆｍ（ｔ）　　＝−Ｆｌａ（ｔ）−Ｆ
ｌｂ（ｔ）＋Ｆ２μとなる。

従ってこれらのことから、可動体１ａ及び可動体１ｂが
磁場形成部材３の上で自在に直線移動し得るように構成
されているため、可動体１ａの摩擦負荷Ｆｌａμ及び可
動体１ｂの摩擦負荷ＦＴｏμの影響は打消され得、その
結果、磁場形成部材３の加速力Ｆｍｍが低減され得るた
め、前述の復帰移動手段１７に加わる負荷を小さくする
ことができる。

［発明の効果］ 以上から、本発明によるリニアモータ装置は、前述の構
成、即ちベースフレームと、このベースフレームに対し
て相対的に直線移動し得るように構成された磁場形成部
材と、この磁場形成部材上に配置されており、当該磁場
形成部材によって前記ベースフレームに対して直線的に
駆動されるように構成された可動部材とを備えており、
前記磁場形成部材による前記可動部材の前記相対的な直
線移動が行なわれるときに、当該磁場形成部材に生じる
反発力を吸収すべく構成されていることを特徴とする構
成を有しているため、前記可動部材が磁場形成部材の上
に於いて自在に直線移動し得、当該可動部材に生ずる摩
擦負荷の影響を打消すことができる。

それ故、前記ベースフレームに対して相対的に移動可能
に構成された前記可動部材を、前記磁場形成部材によっ
て直線移動させるように駆動する場合に、前記磁場形成
部材に加わる加速力を低減し得るため、当該磁場形成部
材を所望の場所からそれ程ずらすことなく比較的正確な
位置に停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるリニアモータ装置の一実施例の
斜視図、第２図は、第１図に示した本発明によるリニア
モータ装置の一実施例の平面図、第３図は、第２図の■
−■線による断面図、第４図は、第２図に示した本発明
によるリニアモータ装置の一実施例の部分拡大平面図、
第５図は、本発明によるリニアモータ装置が適用される
走査露光複写機の光学系の説明図、第６図は、本発明に
よるリニアモータ装置の動作原理の概略説明図、第７図
は、−膜内なリニアモータ装置の動作原理の説明図であ
る。 １・・・・・・可動体、２・・・・・・可動子、３・・
・・・・磁場形成部材、４・・・・・・ベースフレーム
、５・・・・・・移動手段、６ａ６ｂ、６ｃ・・・・・
・コイル部材、７ａ、　７ｂ、　７ｃ、　７ｄ・・・・
・・可動ヨーク、８・・・・・・軸受、１０・・・・・
・軸、１１・・・・・・ローラ、１２ａ、　１２ｂ・・
・・・・永久磁石、１３ｇ、　１３ｂ・・・・・・固定
ヨーク、１４ｇ、　１４ｂ・・・・・・連結板、１５ａ
、　１５ｂ・・・・・・ホルダ、１７・・・・・・復帰
手段、１８・・・・・・ワイヤ、２１・・・・・・パル
スモータ、２２・・・・・・枠体、２３・・・・・・制
御装置、２４．２５．２６．２８・・・・・・ミラー、
２７・・・・・・レンズ、２９・・・・・・感光体ドラ
ム。 第７叉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベースフレームと、該ベースフレームに対して相対的に
   直線移動し得るように構成された磁場形成部材と、該磁
   場形成部材上に配置されており、当該磁場形成部材によ
   って前記ベースフレームに対して直線的に駆動されるよ
   うに構成された可動部材とを備えており、前記磁場形成
   部材による前記可動部材の前記相対的な直線移動が行な
   われるときに、当該磁場形成部材に生じる反発力を吸収
   すべく構成されていることを特徴とするリニアモータ装
   置。