JP2003235233A - リニアアクチュエータを備えた往復機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストを削減し、かつ外側ヨークの組立
て精度が容易に向上されるリニアアクチュエータを備え
た往復機関を提供する。 【解決手段】 往復機関におけるリニアアクチュエータ
は、内側ヨーク、外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂお
よび永久磁石を備えて構成される。内側ヨークはシリン
ダの外周面に配置されている。外側ヨーク２ａ、２ｂ、
３ａ、３ｂはコイル４を挟み込むように装着されてい
る。永久磁石は内側ヨークと外側ヨーク２ａ、２ｂ、３
ａ、３ｂとの間隙に往復駆動可能に配置されている。コ
イル４に沿って装着された８つの外側ヨーク２ａ、２
ｂ、３ａ、３ｂのうち、４つの外側ヨーク３ａ、３ｂ
は、金属製ブロックを加工することによって形成され、
残りの４つの外側ヨーク２ａ、２ｂは電磁鋼板を積層す
ることによって形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリニアアクチュエー
タを備えた往復機関に関し、特に、ヨークを有するリニ
アアクチュエータを備えた往復機関に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえばスターリング冷凍機関などの往
復機関においては、ピストンを直線往復運動するために
リニアアクチュエータが使用される。図７に示すよう
に、従来のリニアアクチュエータでは、シリンダ部（図
示せず）を周方向から取囲むようにコイル１０４が配置
されている。

【０００３】そのコイル１０４に沿って互いに間隔を隔
てて外側ヨーク１０２ａ、１０２ｂが複数装着されてい
る。図８に示すように、各外側ヨークは、外側ヨーク１
０２ａと外側ヨーク１０２ｂとをコイルを挟み込んだ状
態で接合することにより形成される。すべての外側ヨー
ク１０２ａ、１０２ｂは、薄い電磁鋼板を積層すること
により形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リニアアクチュエータでは次のような問題点があった。
上述したように、すべての外側ヨーク１０２ａ、１０２
ｂは、電磁鋼板を積層することにより形成される。この
ため、組立てに手間を要するとともに組立て精度を維持
することが困難であるという問題があった。

【０００５】一方、組立て精度を維持しようとすると、
組立て工程が増加するなどして製造コストが増加する問
題が生じた。また、電磁鋼板を使用することによって材
料コストが増加するという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、製造コストを削減し、かつ外側ヨーク
の組立て精度が容易に向上されるリニアアクチュエータ
を備えた往復機関を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るリニアアク
チュエータを備えた往復機関において、リニアアクチュ
エータは、第１ヨーク部とコイル部と第２ヨーク部と永
久磁石部とを有している。コイル部は、第１ヨーク部と
距離を隔てられ、第１ヨーク部を取囲むように配置され
ている。第２ヨーク部はコイル部に装着されている。永
久磁石部は、第１ヨーク部と第２ヨーク部との間隙にお
いて往復駆動可能に配置されている。その第２ヨーク部
は、コイル部に沿って互いに間隔を隔てて装着された複
数のヨーク本体を備えている。複数のヨーク本体は金属
塊から加工されたヨーク本体を含んでいる。

【０００８】この構成によれば、第２ヨーク部が金属塊
から加工されたヨーク本体を備えていることで、電磁鋼
板を積層することによって形成されるヨーク本体に比べ
て、ヨーク本体そのものの形状寸法精度を容易に向上す
ることができる。また、電磁鋼板を積層する必要がない
ため製造コストも低く抑えることができる。さらに、金
属塊から加工されたヨーク本体を往復機関の所定の位置
に固定する際に直接ボルト締めしたり、あるいは接着や
圧入等によって容易に、しかも正確に固定することがで
きる。

【０００９】また、金属塊から加工されたヨーク本体の
表面には、コイル部の周方向と略直交する方向に沿って
線条凹凸部が形成されていることが好ましい。

【００１０】これにより、コイル部の通電時にコイル部
の周方向に沿ってヨーク本体を流れようとする渦電流に
おいて、その流れが線条凹凸部によって妨げられること
になる。その結果、渦電流による損失を低減することが
できて、リニアアクチュエータの効率の低下を最小限に
抑えることができる。

【００１１】さらに、第２ヨークを支持するリング部材
を備え、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材
に一体的に固定されていることが好ましい。

【００１２】これにより、ヨーク本体とリング部材との
位置きめを行うための治具、固定のためのボルト、ある
いは接着剤等が不要になる。その結果、リニアアクチュ
エータの組立工程の大幅な削減を図ることができる。

【００１３】より具体的には、リング部材は樹脂からな
り、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材へ一
体成型されていることが好ましい。

【００１４】さらに、永久磁石部に連結されたピストン
部と、ピストン部に連結されピストン部を往復駆動可能
に支持する弾性部材と、金属塊から加工されたヨーク本
体に形成されたボルト部とを備え、弾性部材はさらにボ
ルト部に固定されていることが好ましい。

【００１５】これにより、ヨーク本体の端面上に他の部
材を介在させることなくヨーク本体の端面に固定された
ボルト部に直接弾性部材を固定することができる。その
結果、部品点数の削減と弾性部材の取付け位置精度の向
上を図ることができる。

【００１６】さらに、金属塊から加工されたヨーク本体
は、ピストン部の軸方向に略直交する方向に沿って第１
の部分と第２の部分とに分割されており、第１の部分に
おいて第２の部分と接触する面には、第２の部分の側に
向かって突出した凸部が設けられ、第２の部分において
第１の部分と接触する面には、凸部と嵌合する凹部が設
けられていることが好ましい。

【００１７】これにより、第１の部分に設けられた凸部
を第２の部分に設けられた凹部に嵌合することによっ
て、治具を用いることなくヨーク本体の組み立てにおけ
る位置合わせの精度を向上することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関に
ついて説明する。この往復機関は、たとえばスターリン
グ冷凍機関等へ適用される。

【００１９】図１に示すように、この往復機関では、シ
リンダ７の外周部に設けられたリニアアクチュエータに
よって、シリンダ７に挿通されたピストン１がシリンダ
の軸方向に沿って往復運動される。

【００２０】リニアアクチュエータは、内側ヨーク１
５、外側ヨーク３ａ、３ｂおよび永久磁石８を備えて構
成される。内側ヨーク１５はシリンダ７の外周面に配置
されている。外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、内
側ヨーク１５と距離を隔てて内側ヨークを周方向から取
囲むように設けられたコイル４およびボビン１６を、シ
リンダ７の軸方向の一方側と他方側とから挟み込むよう
に装着されている。永久磁石８は内側ヨーク１５と外側
ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂとの間隙にシリンダ７の
軸方向に往復駆動可能に配置されている。

【００２１】外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、そ
れぞれ樹脂製の上部リング５および下部リング６により
挟み込まれている。これら上部リング５および下部リン
グ６は、ボルト１７により互いに連結されている。さら
に、下部リング６は接合ボルト１８によりシリンダ７に
固定されている。

【００２２】また、ピストン１を往復駆動可能に支持す
る弾性部材９が設けられている。弾性部材９は、固定ボ
ルト１０により上部リング５に固定されている。また、
ピストン１は所定の固定ボルトによって弾性部材９に連
結されている。

【００２３】コイル４に交流電流が印加されると、内側
ヨーク１５と外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂに動磁
場が発生する。その磁気力と永久磁石８の磁気力とが作
用することによって、永久磁石８と一体化されたピスト
ン１は、弾性部材９の伸縮範囲内でシリンダ７の軸方向
に往復駆動される。

【００２４】次に、外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ
についてさらに詳しく説明する。図２に示すように、こ
の場合には、外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、コ
イル４に沿って８つ装着されている。

【００２５】８つの外側ヨークのうち、４つの外側ヨー
ク２ａ、２ｂは従来の外側ヨークと同様に薄い電磁鋼板
を積層することによって形成されている。残りの４つの
外側ヨーク３ａ、３ｂは、金属塊、すなわち金属製ブロ
ックを加工することによって形成されている。

【００２６】なお、４つの外側ヨーク２ａ、２ｂは、金
属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂが固
定される位置を基準として、接着または圧入等により上
部リング５および下部リング６へ固定される。

【００２７】上述した往復機関によれば、外側ヨーク
は、金属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３
ｂを備えている。金属製ブロックから加工された外側ヨ
ーク３ａ、３ｂは、電磁鋼板を積層することによって形
成される外側ヨークに比べて、外側ヨークそのものの形
状寸法精度を容易に向上することができる。

【００２８】また、電磁鋼板を積層する必要がないため
製造コストも低く抑えることができる。さらに、金属製
ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂでは、外
側ヨーク３ａ、３ｂを下部リング６および上部リング５
へ直接ボルト締めしたり、あるいは接着や圧入等によっ
て容易に、しかも所定の位置に正確に固定することがで
きる。 （実施の形態２）本発明の実施の形態２に係るリニアア
クチュエータを備えた往復機関について説明する。図３
に示すように、この往復機関では、リニアアクチュエー
タにおける外側ヨークにおいて、金属製ブロックから加
工された外側ヨーク３ａ、３ｂのシリンダ７の軸方向に
対向する端面の少なくとも１つの端面に、コイル４の周
方向と略直交する方向に沿って線条のスリット（凹凸
部）１１が形成されている。

【００２９】金属製ブロックから加工された外側ヨーク
３ａ、３ｂでは、電磁鋼板を積層することによって形成
された外側ヨーク２ａ、２ｂと比べて、コイル４に通電
した際に渦電流が流れやすい。

【００３０】このリニアアクチュエータを備えた往復機
関によれば、コイル４の通電時にコイルの周方向に沿っ
て外側ヨーク３ａ、３ｂを流れようとする渦電流におい
て、その流れがスリット１１によって妨げられることに
なる。その結果、渦電流による損失を低減することがで
きて、リニアアクチュエータの効率の低下を最小限に抑
えることができる。 （実施の形態３）本発明の実施の形態３に係るリニアア
クチュエータを備えた往復機関について説明する。図４
に示すように、この往復機関ではリニアアクチュエータ
における外側ヨーク３ｂと下部リング６とが一体的に固
定されている。外側ヨーク３ｂが金属製ブロックから加
工されていることによって、樹脂製の下部リング６にイ
ンサート射出成型することにより形成される。

【００３１】このように、外側ヨーク３ｂと下部リング
６とが一体的に固定されていることで、外側ヨーク３ｂ
と下部リング６との位置きめを行うための治具、固定の
ためのボルト、あるいは接着剤等が不要になる。その結
果、リニアアクチュエータの組立工程の大幅な削減を図
ることができる。

【００３２】なお、図４では外側ヨーク３ｂと下部リン
グ６とが一体的に固定されている場合を例に挙げて説明
したが、外側ヨーク３ａと上部リング５とが一体的に固
定されていてもよい。 （実施の形態４）本発明の実施の形態４に係るリニアア
クチュエータを備えた往復機関について説明する。図５
に示すように、この往復機関ではリニアアクチュエータ
における外側ヨーク３ａの端面に、弾性部材９を固定す
るための固定ボルト１２があらかじめ固定されている。

【００３３】図１に示されたリニアアクチュエータで
は、外側ヨーク３ａの端面上に樹脂のリング部材５を固
定し、さらにそのリング部材５に対して固定ボルト１０
により弾性部材９が固定されている。一方、このリニア
アクチュエータによれば、そのようなリング部材を介在
させずに外側ヨーク３ａの端面に直接固定された固定ボ
ルト１２に直接弾性部材９を固定することができる。そ
の結果、部品点数の削減と弾性部材の取付け位置精度の
向上を図ることができる。 （実施の形態５）本発明の実施の形態５に係るリニアア
クチュエータを備えた往復機関について説明する。図６
に示すように、この往復機関ではリニアアクチュエータ
における外側ヨーク３ａ、３ｂは、シリンダ７の軸方向
に略直交する方向に沿って外側ヨーク（上部外側ヨー
ク）３ａと外側ヨーク（下部外側ヨーク）３ｂとに分割
されている。

【００３４】外側ヨーク３ａにおいて外側ヨーク３ｂと
接触する面には、外側ヨーク３ｂの側に向かって突出し
た凸部１３が設けられている。一方、外側ヨーク３ｂに
おいて外側ヨーク３ａと接触する面には、凸部１３と嵌
合する凹部１４が設けられている。

【００３５】このように、外側ヨーク３ａと外側ヨーク
３ｂとの突合せ面において、一方に凸部１３を設け他方
に凹部１４を設け、その凸部１３を凹部１４に嵌合する
ことによって、治具を用いることなく外側ヨーク３ａ、
３ｂの組み立てにおける位置合わせの精度を向上するこ
とができる。

【００３６】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって、制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲
によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範
囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係るリニアアクチュエータを備
えた往復機関によれば、第２ヨーク部が金属塊から加工
されたヨーク本体を備えていることで、電磁鋼板を積層
することによって形成されるヨーク本体に比べて、ヨー
ク本体そのものの形状寸法精度を容易に向上することが
できる。また、電磁鋼板を積層する必要がないため製造
コストも低く抑えることができる。さらに、金属塊から
加工されたヨーク本体を往復機関の所定の位置に固定す
る際に直接ボルト締めしたり、あるいは接着や圧入等に
よって容易に、しかも正確に固定することができる。

【００３８】また、金属塊から加工されたヨーク本体の
表面には、コイル部の周方向と略直交する方向に沿って
線条凹凸部が形成されていることが好ましく、これによ
り、コイル部の通電時にコイル部の周方向に沿ってヨー
ク本体を流れようとする渦電流において、その流れが線
条凹凸部によって妨げられることになる。その結果、渦
電流による損失を低減することができて、リニアアクチ
ュエータの効率の低下を最小限に抑えることができる。

【００３９】さらに、第２ヨークを支持するリング部材
を備え、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材
に一体的に固定されていることが好ましく、これによ
り、ヨーク本体とリング部材との位置きめを行うための
治具、固定のためのボルト、あるいは接着剤等が不要に
なる。その結果、リニアアクチュエータの組立工程の大
幅な削減を図ることができる。

【００４０】より具体的には、リング部材は樹脂からな
り、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材へ一
体成型されていることが好ましい。

【００４１】さらに、永久磁石部に連結されたピストン
部と、ピストン部に連結されピストン部を往復駆動可能
に支持する弾性部材と、金属塊から加工されたヨーク本
体に形成されたボルト部とを備え、弾性部材はさらにボ
ルト部に固定されていることが好ましく、これにより、
ヨーク本体の端面上に他の部材を介在させることなくヨ
ーク本体の端面に固定されたボルト部に直接弾性部材を
固定することができる。その結果、部品点数の削減と弾
性部材の取付け位置精度の向上を図ることができる。

【００４２】さらに、金属塊から加工されたヨーク本体
は、ピストン部の軸方向に略直交する方向に沿って第１
の部分と第２の部分とに分割されており、第１の部分に
おいて第２の部分と接触する面には、第２の部分の側に
向かって突出した凸部が設けられ、第２の部分において
第１の部分と接触する面には、凸部と嵌合する凹部が設
けられていることが好ましく、これにより、第１の部分
に設けられた凸部を第２の部分に設けられた凹部に嵌合
することによって、治具を用いることなくヨーク本体の
組み立てにおける位置合わせの精度を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係るリニアアクチュ
エータを備えた往復機関の一断面図である。

【図２】 同実施の形態において、図１に示された外側
ヨークの配置を示す一平面図である。

【図３】 本発明の実施の形態２に係る往復機関のリニ
アアクチュエータを示す斜視図である。

【図４】 本発明の実施の形態３に係る往復機関のリニ
アアクチュエータを示す斜視図である。

【図５】 本発明の実施の形態４に係る往復機関のリニ
アアクチュエータを示す斜視図である。

【図６】 本発明の実施の形態５に係る往復機関のリニ
アアクチュエータを示す斜視図である。

【図７】 従来の往復機関における外側ヨークの配置を
示す一平面図である。

【図８】 図７に示された外側ヨークの斜視図である。

【符号の説明】

１ ピストン、２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ 外側ヨーク、
４ コイル、５ 上部リング、６ 下部リング、７ シ
リンダ、８ 永久磁石、９ 弾性部材、１０固定ボル
ト、１１ スリット、１２ 固定ボルト、１３ 凸部、
１４ 凹部、１５ 内側ヨーク、１６ ボビン、１７
ボルト、１８ 接合ボルト。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リニアアクチュエータを備えた往復機関
   であって、 前記リニアアクチュエータは、 第１ヨーク部と、 前記第１ヨーク部と距離を隔てられ、前記第１ヨーク部
   を取囲むように配置されたコイル部と前記コイル部に装
   着された第２ヨーク部と、 前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部との間隙において
   往復駆動可能に配置された永久磁石部とを有し、 前記第２ヨーク部は、前記コイル部に沿って互いに間隔
   を隔てて装着された複数のヨーク本体を備え、 前記複数のヨーク本体は金属塊から加工されたヨーク本
   体を含む、リニアアクチュエータを備えた往復機関。
2. 【請求項２】 前記金属塊から加工されたヨーク本体の
   表面には、前記コイル部の周方向と略直交する方向に沿
   って線条凹凸部が形成された、請求項１記載のリニアア
   クチュエータを備えた往復機関。
3. 【請求項３】 前記第２ヨークを支持するリング部材を
   備え、 前記金属塊から加工されたヨーク本体は前記リング部材
   に一体的に固定された、請求項２記載のリニアアクチュ
   エータを備えた往復機関。
4. 【請求項４】 前記リング部材は樹脂からなり、 前記金属塊から加工されたヨーク本体は前記リング部材
   へ一体成型された、請求項３記載のリニアアクチュエー
   タを備えた往復機関。
5. 【請求項５】 前記永久磁石部に連結されたピストン部
   と前記ピストン部に連結され、前記ピストン部を往復駆
   動可能に支持する弾性部材と前記金属塊から加工された
   ヨーク本体に形成されたボルト部とを備え、 前記弾性部材はさらに前記ボルト部に固定された、請求
   項１〜４のいずれかに記載のリニアアクチュエータを備
   えた往復機関。
6. 【請求項６】 前記金属塊から加工されたヨーク本体
   は、前記ピストン部の軸方向に略直交する方向に沿って
   第１の部分と第２の部分とに分割されており、 前記第１の部分において前記第２の部分と接触する面に
   は、第２の部分の側に向かって突出した凸部が設けら
   れ、 前記第２の部分において前記第１の部分と接触する面に
   は、前記凸部と嵌合する凹部が設けられた、請求項１〜
   ５のいずれかに記載のリニアアクチュエータを備えた往
   復機関。