JP2001086698A

JP2001086698A - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2001086698A
Application number: JP26356099A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Enomoto; 茂男榎本
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度に駆動するリニアアクチュエータを得
る。【解決手段】リニアアクチュエータ１０内に、リング
状コイル１５、１６とステータヨーク２０、２１、２
２、２３を有するステータと、シャフト１１と一体化さ
れ、永久磁石であるロータマグネット１３を有するロー
タ１２を設ける。また、シャフト１１を雌ねじ軸受１７
と摺動軸受１８によって支持し、シャフト１１に形成さ
れた雄ねじ１１Ｎを雌ねじ軸受１７と螺合させる。リン
グ状コイル１５、１６に流す電流の方向を順次切り替え
ることで、ステータヨーク２０〜２３のステータ磁極部
に発生する磁極を変化させ、ロータ１２を回転させる。
これにより、ロータ１２の回転に応じて、シャフト１１
がロータ１２とともに回転しながら回転軸Ｒに沿って直
進運動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス信号に応じ
てロータが回転することにより駆動するステッピングア
クチュエータ（ステッピングモータ）に関し、特に、直
進方向に駆動するリニアアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、永久磁石をロータに使用し、ロー
タの回りに設けられたステータを励磁させることでロー
タを回転させるＰＭ（Permanent Magnet）型ステッピン
グモータが知られており、ＰＭ型ステッピングモータの
中でも、ロータの回転運動をねじ機構などに伝達するこ
とで直進方向に駆動する直進型モータが知られている。
このようなステッピングモータでは、シャフトがロータ
に嵌合されており、ステータへの励磁によりロータが回
転すると、シャフトも連動して回転する。そして、シャ
フトにねじ機構が設けられていることにより、ロータ自
身は軸方向に移動せずに、シャフトだけがロータと摺動
しながら回転軸に沿って移動する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、シャフトが
ロータと摺動しながら軸方向に移動する機構を採用して
いるため、ロータとの摺動部分に隙間（バックラッシ
ュ）が生じる。このため、微小な角度だけロータを回転
させると、その隙間が原因でロータの回転力がシャフト
に伝達せず、モータが駆動しない場合が生じる。このよ
うにモータが適正に駆動されないと、例えば、モータの
駆動によって負荷の位置決めをする場合、正確に位置決
めをすることができない。

【０００４】本発明は、高精度に駆動するリニアアクチ
ュエータを得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のリニアアクチュ
エータは、磁極が周上に分割着磁された永久磁石を有す
るロータと、磁界を発生させるための巻線と、磁極と対
向するように配置され、巻線に電流が流れた時に磁極が
生成されるステータ磁極部とを有するステータと、ロー
タの回転軸上に貫通した状態でロータに固定され、ステ
ータに設けられた支持部材で支持される駆動シャフトと
を備え、ステータ磁極部における磁極の変化に応じてロ
ータが回転軸回りに回転することにより、駆動シャフト
が、ロータとともに回転しながら回転軸に沿って直進運
動することを特徴とする。このようなシャフトとロータ
の一体化により、僅かにロータが回転した場合でも、シ
ャフトが回転軸に沿って直進運動する。あるいは、本発
明のリニアアクチュエータは、磁極が周上に分割着磁さ
れた永久磁石を有するロータと、磁界を発生させるため
の巻線と、磁極と対向するように配置され、巻線に電流
が流れた時に磁極が生成されるステータ磁極部とを有す
るステータと、ロータの回転軸上に貫通した状態でロー
タに固定され、ステータに設けられた支持部材で支持さ
れる駆動シャフトとを備え、ステータ内に、前記ロータ
が回転軸に沿って移動可能とするための移動空間領域が
形成され、ステータ磁極部における磁極の変化に応じて
ロータが回転軸回りに回転することにより、駆動シャフ
トが、移動空間領域において、ロータとともに回転しな
がら回転軸に沿って直進運動することを特徴とする。

【０００６】ロータは、永久磁石内に、永久磁石および
駆動シャフトに固定された磁石取り付け環を有すること
が望ましい。

【０００７】ステータは、ロータを内部に収容するとと
もに、ロータを間に置いて駆動シャフトを両側から支持
するように、回転軸に沿ったステータの両端に支持部材
を有することが望ましい。例えば、ステータの両端に設
けられた支持部材の一方は、雌ねじが形成された雌ねじ
軸受であり、他方は、駆動シャフトを摺動させる摺動軸
受である。この場合、駆動シャフトは、雄ねじを有する
ことで雌ねじ軸受と螺合することが望ましい。このよう
なねじ機構により、ロータが回転すると、駆動シャフト
は摺動軸受において摺動しながら回転軸に沿って直進運
動する。

【０００８】巻線は、バイポーラ駆動回路を形成するリ
ング状コイルであり、支持部材がリング内部に収容され
るように、回転軸に沿ったステータの両端にそれぞれ配
置されることが望ましい。

【０００９】ステータは、回転軸に沿ってリング状コイ
ルの位置よりも中央側もしくは外側に配置される円筒状
の軟磁性金属板とステータ磁極部から成り、磁性軟鉄性
板の周上から等間隔でロータを囲うようにステータ磁極
部が延びているステータヨークを有することが望まし
い。この場合、ステータヨークは、回転軸に沿ってリン
グ状コイルの中央側と外側両方にそれぞれ設けられ、永
久磁石のＮ・Ｓ極の組の数をＰとした時に、Ｐの数だけ
ステータ磁極部をそれぞれ有するが望ましい。さらに、
ステータヨークは、一方のリング状コイルに対してＮ極
とＳ極が交互に現れるように等間隔で並んだ対極関係に
あるステータ磁極部と他方のリング状コイルに対してＮ
極とＳ極が交互に現れるように等間隔で並んだ対極関係
にあるステータ磁極部とがロータ周りにおいて互いに挟
まれる状態で等間隔に並ぶとともに永久磁石の各磁極に
対して２つのステータ磁極部が対向するように、回転軸
回りに位置決めされることが望ましい。このようなリン
グ状コイルおよびステータヨークの配置によれば、リン
グ状コイルに電流が流れると、各ステータ磁極部に磁極
が発生する。そして、順次電流方向を切り替えると、ス
テータ磁極部に生成される磁極が変化し、ロータの磁極
とステータ磁極部に生成される磁極との磁気作用により
ロータが回転する。また、リング状コイルをステータの
両端に配置することにより、回転軸に垂直な径方向の寸
法を拡大せずに済み、リニアアクチュエータが小型化さ
れる。

【００１０】磁石取り付け環の回転軸に沿った長さは、
永久磁石の回転軸に沿った長さよりも長いことが望まし
い。これにより、駆動シャフトが回転軸に沿って移動限
界まで達しても、ロータが当接しないので吸着せず、ま
た直接傷つくことがない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下では、図面を参照して、本発
明の実施形態であるリニアアクチュエータを説明する。

【００１２】図１は、本実施形態であるリニアアクチュ
エータの内部構造を概略的に示した図である。このリニ
アアクチュエータは、ロータに永久磁石を用いたＰＭ
（Permanent Magnet）型ステッピングモータである。

【００１３】リニアアクチュエータ１０は、非磁性体で
あるシャフト（駆動シャフト）１１と、ロータ１２と、
ケース２４、２５および位置決め部材２６内に収容さ
れ、ロータ１２とシャフト１１以外の構成要素から成る
ステータＳにより構成されている。ロータ１２は、ロー
タマグネット（永久磁石）１３とマグネット取り付け環
（磁石取り付け環）１４から成り、ステータＳ内に配置
されている。

【００１４】リニアアクチュエータ１０は、シャフト１
１の回転軸Ｒ側から見ると位置決め部材２６付近を除い
て円形を呈し、シャフト１１がステータＳ（ケース２４
あるいはケース２５）の中心（ロータ１２の回転軸Ｒ）
を貫通している。回転軸Ｒに沿ったリニアアクチュエー
タ１０の中央部には、外周が楕円形状の位置決め部材２
６が設けられており、位置止め穴２７、２８においてビ
ス止めが施されることによって、位置決め部材２６とケ
ース２４、２５が一体化（固定）され、さらには、リニ
アアクチュエータ１０を固定するための固定板（図示せ
ず）にリニアアクチュエータ１０が固定される。

【００１５】ロータマグネット１３は、円筒状に形成さ
れた永久磁石であり、Ｎ極とＳ極が等間隔で円周に沿っ
て交互に並ぶように分割着磁（磁化）されている。本実
施形態では、４組のＮ・Ｓ極（合計８極）が形成されて
いる（図２参照）。ロータマグネット１３の円筒内に
は、非磁性体かつ軽量のマグネット取り付け環１４が設
けられており、ロータマグネット１３はマグネット取り
付け環１４に接着固定されている。このマグネット取り
付け環１４は、ロータマグネット１３の一方の端面に当
接するフランジを有する円筒状の部材である。シャフト
１１の一部は、マグネット取り付け環１４の中心を貫通
する状態でマグネット取り付け環１４と接着固定されて
いる。これにより、シャフト１１とロータ１２は、一体
となって回転軸Ｒ回りに回転する。マグネット取り付け
環１４の回転軸Ｒに沿った長さＴＬは、ロータマグネッ
ト１２の回転軸Ｒに沿った長さＭＬ、すなわち前後方向
の長さＭＬよりも長い。

【００１６】回転軸Ｒに関し、雌ねじ軸受１９が配置さ
れている側を前方、摺動軸受１８が配置されている側を
後方とすると、回転軸Ｒに沿ったステータＳの両端に
は、シャフト１１を支持するための支持部材である雌ね
じ軸受１９と摺動軸受１８がそれぞれ前方、後方に設け
られており、シャフト１１はロータ１２を挟んで両側で
支持される。雌ねじ軸受１９は、回転軸Ｒを中心として
円筒状に形成された磁性軟鉄性のボビン１７の内周面に
形成されており、シャフト１１の一部に形成されている
雄ねじ１１Ｎが雌ねじ軸受１９と螺合する。後方側に
は、ボビン１７の内周面に摺動軸受１８が形成されてお
り、シャフト１１において摺動軸受１８と摺動する部分
は、円柱状に形成されている。

【００１７】磁界を発生させるためのリング状コイル
（巻線）１５、１６は、回転軸Ｒに沿ってステータＳ内
の両端にそれぞれ設けられており、巻枠であるボビン１
７の形状に従ってリング状に形成されている。雌ねじ軸
受１９および摺動軸受１８は、それぞれコイル１５、１
６の内部に設けられ、また、リング状コイル１５の中心
軸線が回転軸Ｒと一致する。リング状コイル１５、１６
は、モノファイラ巻のコイルであり、バイポーラ駆動回
路を形成している。これにより、コイル１５、１６に流
れる電流の方向を切り替えると、生成される磁界の極性
が反転する。

【００１８】回転軸Ｒに沿ってコイル１５もしくは１６
の位置よりもロータ１２側の位置を中央側とし、その反
対側を外側とすると、磁性軟鉄性で磁気回路（磁路）を
形成するために設けられたステータヨーク２０、２１、
２２、２３は、コイル１５あるいはコイル１６の中央側
と外側にそれぞれ設けられている。各ステータヨーク２
０、２１、２２、２３は、後述するように、回転軸Ｒに
垂直な環状の円板である磁性軟鉄板２０Ｋ、２１Ｋ、２
２Ｋ、２３Ｋと、その円板の円周上から等間隔でロータ
マグネット１３を囲うように延びるピン状のステータ磁
極部（一部を破線で図示）から成り、非磁性体である位
置決め板２６により、回転軸Ｒ回りに関して位置決めさ
れている。

【００１９】コイル１５、１６において所定方向に電流
が流れると、ステータヨーク２０、２１、２２、２３は
励磁され、これにより、各ステータ磁極部に磁極が発生
する。電流の流れる方向を切り替えると生成される磁極
が切り替えに応じて反転することから、順次電流方向を
切り替えることで、ステータ磁極部に生成される磁極が
次々と変化する。このようなステータ磁極部に発生する
磁極の変化により、ロータマグネット１３が回転し、ロ
ータ１２と一体化されたシャフト１１も連動して回転す
る。なお、スイッチングのための制御信号（パルス信
号）は、マイクロプロセッサ（図示せず）から送り出さ
れており、ロータ１２の回転角度は、パルス信号のパル
ス数に依存する。また、スイッチング素子として、ＭＯ
ＳＦＥＴ等の半導体素子（図示せず）が用いられる。

【００２０】シャフト１１は、雄ねじ１１Ｎと雌ねじ軸
受１９によるねじ機構により、回転しながら回転軸Ｒに
沿って直進方向に移動する。このとき、シャフト１１は
摺動軸受１８において摺動する。なお、シャフト１１
は、マグネット取り付け環１４の後端面１４Ｔがステー
タヨーク２３と接触するまで後方に移動可能であり、同
じように、前端面１４Ｔ’がステータヨーク２１と接触
するまで前方に移動可能である。

【００２１】このように、シャフト１１が回転軸Ｒに沿
って直進運動をすることで、被駆動体ＦＴが直進駆動さ
れる。

【００２２】図３〜図５を用いて、ステータヨーク２
０、２１、２２、２３とそれぞれのステータ磁極部の配
置関係について説明する。

【００２３】図３は、ステータヨーク２２、２３の配置
関係を示した斜視図である。ただし、シャフト１１およ
びステータヨーク２２、２３との間に位置するコイル１
６を省略しており、磁性軟鉄板２２Ｋ、２３Ｋの外形を
円で表している。

【００２４】コイル１６よりも中央側にあるステータヨ
ーク２３には、磁性軟鉄板２３Ｋの外周上から４つのス
テータ磁極部２３Ａ〜Ｄがロータ１２（図１参照）の方
向へ延びており、各ステータ磁極部２３Ａ〜Ｄは、円周
上において９０度間隔で配置されている。コイル１５よ
りも外側にあるステータヨーク２２も、同じ形状であ
り、４つのステータ磁極部２２Ａ〜Ｄが円周上において
９０度間隔で配置されている。

【００２５】ステータ磁極部２３Ａ〜Ｄおよびステータ
磁極部２２Ａ〜Ｄは、互いに挟まれるように等間隔（４
５度間隔）で交互に並んでいる。例えば、ステータ磁極
部２３Ａは、ステータ磁極部２２Ａとステータ磁極部２
２Ｄとの間に位置し、ステータ磁極部２３Ｃは、ステー
タ磁極部２２Ｃとステータ磁極部２２Ｂとの間に位置す
る。ステータ磁極部２２Ａ〜Ｄとステータ磁極部２３Ａ
〜Ｄは、互いにロータ１２の回転軸Ｒに沿った移動可能
な領域まで回転軸Ｒに沿って延びており、その移動可能
な領域では、ロータ１２を囲うように等間隔で並んでい
る。

【００２６】すなわち、ステータヨーク２２、２３は、
ステータ磁極部２２Ａ〜Ｄとステータ磁極部２３Ａ〜Ｄ
が交互に並ぶように、回転軸Ｒ回りに対して位置決めさ
れている。ステータヨーク２０とステータヨーク２１
も、ステータヨーク２２とステータヨーク２３との配置
関係と同じ配置関係を有する。

【００２７】図４は、回転軸Ｒの後方側から見たステー
タヨーク２０〜２３の各ステータ磁極部を示した図であ
る。

【００２８】ロータ１２が位置する中央付近において
は、交互に並んだステータ磁極部２０Ａ〜Ｄ、２１Ａ〜
Ｄと交互に並んだステータ磁極部２２Ａ〜Ｄ、２３Ａ〜
Ｄとが、さらに交互に挟まれるように（間挿されるよう
に）ロータ１２の周りに配置されている。例えば、ステ
ータ磁極部２３Ａは、ステータ磁極部２１Ｄとステータ
磁極部２０Ａとの間に位置する。

【００２９】すなわち、ステータヨーク２０、２１、２
２、２３は、ステータ磁極部２０Ａ〜Ｄ、２１Ａ〜Ｄ、
２２Ａ〜Ｄ、２３Ａ〜Ｄがそれぞれ交互に並ぶように、
回転軸Ｒ回りに対して位置決めされている。したがっ
て、ロータ１２は、図１で示した磁性軟鉄板２１Ｋ、２
３Ｋおよびステータ磁極部２０Ａ〜Ｄ、２１Ａ〜Ｄ、２
２Ａ〜Ｄ、２３Ａ〜Ｄにより形成される移動空間領域に
おいて、回転軸Ｒに沿って移動する。

【００３０】図５は、位置決め板２６を回転軸Ｒの後方
側から示した平面図である。

【００３１】ステータ磁極部２０Ａ〜Ｄ，２１Ａ〜Ｄ、
２２Ａ〜Ｄ、２３Ａ〜Ｄは、位置決め板２６の内部に形
成された溝２９により位置決めされており、各ステータ
磁極部は、２２．５度間隔でロータ１２に周りに並んで
いる。ロータマグネット１３（図２参照）に８つの磁極
が形成されているので、ロータマグネット１３の各磁極
には、それぞれ２つのステータ磁極部が対向する。

【００３２】図６〜８を用いて、従来型のリニアアクチ
ュエータについて説明する。

【００３３】図６は、従来型リニアアクチュエータの内
部構造を示した図である。このリニアアクチュエータ
は、いわゆるクローポール式のＰＭ型ステッピングモー
タである。

【００３４】リニアアクチュエータ４０のステータＳ内
には、マグネットロータ４３とマグネット取り付け環４
４から成るロータ４２が設けられており、マグネットロ
ータ４３はマグネット取り付け環４４に接着固定されて
いる。シャフト４１は、マグネット取り付け環４４と嵌
合した状態で回転軸Ｒに沿って貫通している。ステータ
Ｓの両端には、雌ねじ軸受５３と摺動軸受５４がそれぞ
れ設けられており、シャフト４１に形成された雄ねじ４
１Ｎは、前方に設けられた雌ねじ軸受５３と螺合する。
また、後方側では、シャフト４１が摺動軸受５４に嵌合
されている。なお、回転軸Ｒに沿った位置Ｄ−Ｄ’での
シャフト４１の断面形状は、多角形状に形成されてい
る。

【００３５】ケース５２内に設けられたステータヨーク
４５、４６は、リング状のコイル４７、４８を包むよう
に、それぞれ内部が空洞の円筒形状に形成されている。
ロータマグネット４３と向かい合う内周面上には、磁極
が現れるステータ磁極部（クローポール）４９、５０が
所定間隔毎に形成される。２つのコイル４７と４８の間
には、非磁性体であるスペーサ板５１がシールド材とし
て設けられている。

【００３６】コイル４７、４８に電流が流れると、Ｎ極
とＳ極が交互に並ぶように磁極がステータ磁極部４９、
５０に発生する。そして、電流方向を順次切り替える
と、ステータ磁極部４９、５０に生成される磁極が順次
反転し、これにより、ロータマグネット４３が回転す
る。このような励磁方式は、従来公知である。

【００３７】ロータマグネット４３が回転すると、マグ
ネット取り付け環４４は、連動して回転する。しかしな
がら、マグネット取り付け環４４はシャフト４１に固定
されていないため、回転軸Ｒに沿っては移動しない。一
方、シャフト４１は、マグネット取り付け環４４に嵌合
されており、多角形状に形成されていることからロータ
４２の回転に連動して回転する。従って、ロータ１２が
回転すると、シャフト４１はマグネット取り付け環４４
および摺動軸受５４と摺動しながら回転軸Ｒに沿って移
動する。

【００３８】図７は、図６の線Ｄ−Ｄ’の位置における
シャフト４１とマグネット取り付け環４４の断面図であ
る。また、図８は、線Ｄ−Ｄ’の位置におけるマグネッ
ト取り付け環４４とシャフト４１の回転状態を示してい
る。

【００３９】図７に示すように、シャフト４１は、マグ
ネット取り付け環４４と嵌合するように形成されてお
り、シャフト４１とマグネット取り付け環４４との間に
は、隙間（バックラッシュ）ＳＫが形成される。したが
って、マグネット取り付け環４４が微小角度だけ時計回
りに回転した場合、図８に示すように、隙間ＳＫの存在
によりシャフト４１が連動して回転しない。さらに、こ
の状態から半時計回りにマグネット取り付け環４４が微
小角度だけ回転しても、シャフト４１は連動して回転し
ない。したがって、シャフト１１は回転軸Ｒに沿って移
動しない。

【００４０】このように、シャフト４１がマグネット取
り付け環４４と嵌合する構成が適用される場合、マグネ
ット取り付け環４４が回転しても、シャフト４１が回転
軸Ｒに沿って移動しない場合が生じ、ステッピングモー
タ４０が適正に駆動しない。

【００４１】一方、本実施形態では、シャフト１１がマ
グネット取り付け環１４と固定される構成になっている
ため、バックラッシュは生じない。

【００４２】図９を用いて、ロータ１２が回転する時の
励磁シークエンスを説明する。

【００４３】図９は、位置決め板２６のある中央付近の
回転軸Ｒに垂直な断面を後方側から見た図を示してい
る。なお、ステータ磁極部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａ、２
３Ａとロータマグネット１３の対向する磁極との磁極関
係は、他のステータ磁極部２０Ｂ〜Ｄ、２１Ｂ〜Ｄ、２
２Ｂ〜Ｄ、２３Ｂ〜Ｄとロータマグネット１３の対向す
る磁極との磁極関係と同じである。したがって、以下で
は、ステータ磁極部２０Ａ、２１Ａ、２２Ａ、２３Ａと
ロータマグネット１３の対向する磁極との磁気作用につ
いて説明する。

【００４４】コイル１５および１６に電流が流れること
でステータヨーク２０〜２３が励磁されると、位置決め
板２６付近での断面には、Ｎ極とＳ極が同じ数だけ現れ
るヘテロポーラ磁界が生成され、ステータ磁極部２０Ａ
〜Ｄ、２１Ａ〜Ｄ、２２Ａ〜Ｄ、２３Ａ〜Ｄに磁極が発
生する。このとき、図３に示したステータ磁極部２３Ａ
〜Ｄとステータ磁極部２２Ａ〜Ｄの配置状態により、コ
イルステータ磁極部２３Ａ〜Ｄおよびステータ磁極部２
２Ａ〜Ｄに生成される磁極は、コイル１６に対して互い
に対極関係にある。すなわち、ステータ磁極部２３Ａ〜
Ｄが励磁されてＮ極になると、ステータ磁極部２２Ａ〜
ＤはＳ極となり、反対にステータ磁極部２３Ａ〜ＤがＳ
極になると、ステータ磁極部２２Ａ〜ＤはＮ極となる。
同じように、ステータ磁極部２０Ａ〜Ｄに生成される磁
極とステータ磁極部２１Ａ〜Ｄに生成される磁極も、コ
イル１５に対して対極関係にある。

【００４５】ロータ１２が回転しない初期状態におい
て、各ステータ磁極部２０Ａ〜Ｄ、２１Ａ〜Ｄ、２２Ａ
〜Ｄ、２３Ａ〜Ｄには対向する位置にあるロータマグネ
ット１３の磁極と反対の磁極が生成されるように、コイ
ル１５および１６に流れる電流の方向が定められる。例
えば、ロータマグネット１３においてドット「・」が印
されたＮ_s極に対向する位置にあるステータ磁極部２３
Ａ、２０Ａには、Ｓ極が生成される。このとき、コイル
１５の外側（ロータ１２から遠ざかる方向）およびコイ
ル１６の内側（中央側）にＳ極が発生し、コイル１５の
内側およびコイル１６の外側にＮ極が発生している。な
お、この停止状態でコイル１５、１６に流れる電流方向
を、以下では正方向とする。

【００４６】この初期状態からコイル１６の電流方向を
反対方向（以下では、逆方向という）に切り替えると、
ステータ磁極部２３Ａ〜Ｄとステータ磁極部２２Ａ〜Ｄ
の磁極が反転する。このとき、コイル１６の内側にＮ
極、コイル１６の外側にＳ極が生成されている。その結
果、Ｎ_s極は、ステータ磁極部２３Ａに生成されるＮ極
と反発し、ステータ磁極部２２Ａに生成されるＳ極に引
かれる。同様に、ドット「・」が印されたロータマグネ
ット１３のＳ極も、ステータ磁極部２２Ａに発生したＳ
極と反発し、ステータ磁極部２３Ｂに発生したＮ極に引
かれる。

【００４７】これにより、ロータマグネット１３は、時
計回りに所定角度だけ回転する。このときの回転する角
度θが、ステップ角（２２．５度）であり、１パルス数
に対応する。

【００４８】そして、コイル１５の電流方向を逆方向に
切り替えると、今度は、ステータ磁極部２０ＡにＮ極が
発生し、ステータ磁極部２１ＡにＳ極が発生する。磁極
の反転が生じることで、ロータマグネット１３は、さら
に２２、５度度時計回りに回転する。

【００４９】このようにコイル１５および１６の電流方
向を交互に順次切り替えることにより、ロータマグネッ
ト１３は時計回りに回転していく。逆に、反時計回りに
ロータマグネット１３が回転する場合、時計回りの回転
におけるスイッチ操作と逆のスイッチ操作が施される。

【００５０】以上のように本実施形態によれば、ロータ
１２が回転すると、シャフト１１は、ロータ１２ととも
に回転しながら回転軸Ｒに沿って直進方向に移動する。
すなわち、従来型のようにロータが同じ位置で回転する
のとは異なり、ロータ１２自身も回転しながら回転軸Ｒ
に沿って直進運動する。このようにシャフト１１がロー
タ１２に固定されているため、僅かなロータ１２の回転
に対してもシャフト１２は駆動され、正確な負荷の位置
決めを行うことができる。また、磁石取り付け環１４が
軽量であるため、ロータ１２の慣性モーメントが小さく
なり、ロータ１２は、安定かつ高速で回転可能となる。

【００５１】リング状のコイル１５，１６を回転軸Ｒに
沿ってステータＳの両端に配置し、コイル１５、１６の
位置に合わせてステータヨーク２０〜２３を配置するこ
とにより、ステータＳの回転軸Ｒに垂直な径方向の長さ
（寸法）を拡大する必要がない。これにより、リニアア
クチュエータ１０をより小型化することができる。

【００５２】マグネット取り付け環１４の回転軸Ｒに沿
った長さＴＬがロータマグネット１３の長さＭＬよりも
長い。そのため、シャフト１１が直進することでロータ
１２が直接ステータヨーク２１もしくはステータヨーク
２３に接触することがなく、ロータ１２が傷つかない。
また、シャフト１１が摺動軸受１８と摺動する部分の断
面が円状であるため、従来型の多角形状に比べて容易に
製造することができる。

【００５３】なお、ロータマグネット１３は、８つに分
割着磁されたものに限定されず、例えば、１６個の磁極
が分割着磁されてもよい。この場合、ステータヨーク２
０〜２３のステータ磁極部の数は、それぞれ８つとな
り、中央付近においては、１１．２５度の間隔でステー
タ磁極部がロータ１２の周りに等間隔で並べられる。な
お、ロータマグネット１３のＮ・Ｓ極の組の数がＰ（磁
極の数が２Ｐ）である場合、各ステータヨーク２０〜２
３に設けられるステータ磁極部の数は、それぞれＰとな
る。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高精度に
駆動するリニアアクチュエータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態であるリニアアクチュエータの内部
構造を示した図である。

【図２】ロータマグネットの断面を示した断面図であ
る。

【図３】ステータヨークの配置を示した斜視図である。

【図４】中央付近におけるステータ内の断面を示した断
面図である。

【図５】位置決め板を示した平面図である。

【図６】従来型のリニアクチュエータの内部構造を示し
た図である。

【図７】シャフトの断面形状を示した平面図である。

【図８】マグネット取り付け環とシャフトの回転状態を
示した平面図である。

【図９】励磁シーケンスを示した図である。

【符号の説明】

１０リニアアクチュエータ１１シャフト（駆動シャフト）１２ロータ１３ロータマグネット（永久磁石）１５リング状コイル（巻線）１６リング状コイル（巻線）１７雌ねじ軸受（支持部材）１８摺動軸受（支持部材）Ｒ回転軸Ｓステータ

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月７日（２０００．６．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項８

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】ステータは、回転軸に沿ってリング状コイ
ルの位置よりも中央側もしくは外側に配置される円筒状
の軟磁性金属板とステータ磁極部から成り、磁性軟鉄板
の周上から等間隔でロータを囲うようにステータ磁極部
が延びているステータヨークを有することが望ましい。
この場合、ステータヨークは、回転軸に沿ってリング状
コイルの中央側と外側両方にそれぞれ設けられ、永久磁
石のＮ・Ｓ極の組の数をＰとした時に、Ｐの数だけステ
ータ磁極部をそれぞれ有するが望ましい。さらに、ステ
ータヨークは、一方のリング状コイルに対してＮ極とＳ
極が交互に現れるように等間隔で並んだ対極関係にある
ステータ磁極部と他方のリング状コイルに対してＮ極と
Ｓ極が交互に現れるように等間隔で並んだ対極関係にあ
るステータ磁極部とがロータ周りにおいて互いに挟まれ
る状態で等間隔に並ぶとともに永久磁石の各磁極に対し
て２つのステータ磁極部が対向するように、回転軸回り
に位置決めされることが望ましい。このようなリング状
コイルおよびステータヨークの配置によれば、リング状
コイルに電流が流れると、各ステータ磁極部に磁極が発
生する。そして、順次電流方向を切り替えると、ステー
タ磁極部に生成される磁極が変化し、ロータの磁極とス
テータ磁極部に生成される磁極との磁気作用によりロー
タが回転する。また、リング状コイルをステータの両端
に配置することにより、回転軸に垂直な径方向の寸法を
拡大せずに済み、リニアアクチュエータが小型化され
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】回転軸Ｒに沿ってコイル１５もしくは１６
の位置よりもロータ１２側の位置を中央側とし、その反
対側を外側とすると、磁性軟鉄製で磁気回路（磁路）を
形成するために設けられたステータヨーク２０、２１、
２２、２３は、コイル１５あるいはコイル１６の中央側
と外側にそれぞれ設けられている。各ステータヨーク２
０、２１、２２、２３は、後述するように、回転軸Ｒに
垂直な環状の円板である磁性軟鉄板２０Ｋ、２１Ｋ、２
２Ｋ、２３Ｋと、その円板の円周上から等間隔でロータ
マグネット１３を囲うように延びるピン状のステータ磁
極部（一部を破線で図示）から成り、非磁性体である位
置決め板２６により、回転軸Ｒ回りに関して位置決めさ
れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁極が周上に分割着磁された永久磁石を
有するロータと、磁界を発生させるための巻線と、前記磁極と対向するよ
うに配置され、前記巻線に電流が流れた時に磁極が生成
されるステータ磁極部とを有するステータと、前記ロータの回転軸上に貫通した状態で前記ロータに固
定され、前記ステータに設けられた支持部材で支持され
る駆動シャフトとを備え、前記ステータ磁極部における磁極の変化に応じて前記ロ
ータが回転軸回りに回転することにより、前記駆動シャ
フトが、前記ロータとともに回転しながら回転軸に沿っ
て直進運動することを特徴とするリニアアクチュエー
タ。
【請求項２】磁極が周上に分割着磁された永久磁石を
有するロータと、磁界を発生させるための巻線と、前記磁極と対向するよ
うに配置され、前記巻線に電流が流れた時に磁極が生成
されるステータ磁極部とを有するステータと、前記ロータの回転軸上に貫通した状態で前記ロータに固
定され、前記ステータ内に設けられた支持部材で支持さ
れる駆動シャフトとを備え、前記ステータ内に、前記ロータが回転軸に沿って移動可
能とするための移動空間領域が形成され、前記ステータ磁極部における磁極の変化に応じて前記ロ
ータが回転軸回りに回転することにより、前記駆動シャ
フトが、前記移動空間領域において、前記ロータととも
に回転しながら回転軸に沿って直進運動することを特徴
とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】前記ロータが、前記永久磁石内に、前記
永久磁石および前記駆動シャフトに固定された磁石取り
付け環を有することを特徴とする請求項１もしくは請求
項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】前記ステータが、前記ロータを内部に収
容するとともに、前記ロータを間に置いて前記駆動シャ
フトを両側から支持するように、回転軸に沿った前記ス
テータの両端に前記支持部材を有することを特徴とする
請求項１もしくは請求項２に記載のリニアアクチュエー
タ。
【請求項５】前記ステータの両端に設けられた前記支
持部材の一方が、雌ねじが形成された雌ねじ軸受であ
り、他方が、前記駆動シャフトを摺動させる摺動軸受で
あることを特徴とする請求項４に記載のリニアアクチュ
エータ。
【請求項６】前記駆動シャフトが、雄ねじを有するこ
とで前記雌ねじ軸受と螺合することを特徴とする請求項
５に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】前記巻線が、バイポーラ駆動回路を形成
するリング状コイルであり、前記支持部材がリング内部
に収容されるように、回転軸に沿った前記ステータの両
端にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項４に記
載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】前記ステータが、回転軸に沿って前記リ
ング状コイルの位置よりも中央側もしくは外側に配置さ
れる円筒状の軟磁性金属板と前記ステータ磁極部から成
り、前記磁性軟鉄性板の周上から等間隔で前記ロータを
囲うように前記ステータ磁極部が延びているステータヨ
ークを有することを特徴とする請求項７に記載のリニア
アクチュエータ。
【請求項９】前記ステータヨークが、回転軸に沿って
前記リング状コイルの中央側と外側両方にそれぞれ設け
られ、前記永久磁石のＮ・Ｓ極の組の数をＰとした時
に、Ｐの数だけ前記ステータ磁極部をそれぞれ有するこ
とを特徴とする請求項８に記載のリニアアクチュエー
タ。
【請求項１０】前記ステータヨークが、一方のリング状
コイルに対してＮ極とＳ極が交互に現れるように等間隔
で並んだ対極関係にあるステータ磁極部と他方のリング
状コイルに対してＮ極とＳ極が交互に現れるように等間
隔で並んだ対極関係にあるステータ磁極部とが前記ロー
タ周りにおいて互いに挟まれる状態で等間隔に並ぶとと
もに前記永久磁石の各磁極に対して２つのステータ磁極
部が対向するように、回転軸回りに位置決めされること
を特徴とする請求項９に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１１】前記磁石取り付け環の回転軸に沿った長
さが、前記永久磁石の回転軸に沿った長さよりも長いこ
とを特徴とする請求項８に記載のリニアアクチュエー
タ。