JP2004320827A

JP2004320827A - 往復運動装置用磁石及びこれを用いた往復運動装置

Info

Publication number: JP2004320827A
Application number: JP2003107434A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nakatsuka; 哲中塚; Itsuro Tanaka; 逸郎田中
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】繰り返し使用してもに割れや欠けが発生することがなく、耐久性、信頼性に優れ、静音性に優れた往復運動装置用磁石を実現する。
【解決手段】接合部のない一体的な柱状磁石１からなり、該磁石１が長手方向に両端部２（図ではＳ極）で基準極３（図ではＮ極）を挟んだ３極以上の奇数極からなると共に、両端面磁極４が同極（図ではＮ極）で、かつ、柱状磁石１における磁性粉の磁化容易軸が、磁石内部を通り磁極表面に続いているように着磁されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復運動装置用磁石及びこれを用いた往復運動装置に関し、更に詳しくは、磁石同士が接合部で剥離するという問題がなく、静音性、耐久性及び信頼性に優れ、バイブレーター、アクチュエータ等に有用な往復運動装置用磁石及び該磁石を用いた往復運動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の往復運動装置用磁石としては、図７に示す如く、２個の円柱状磁石１７で鉄板等の軟磁性板１８をサンドイッチ状に挟み、円柱状磁石１７と軟磁性板１８とを接着剤２３で接着した接合型磁石１９が振れ子として使用され、図８に示すように、中央部に挿通したシャフト２０とともに、電磁石２１を備えたケーシング２２内に収容され、ケーシング内壁の被吸着部２２ａ、２２ｂに衝突させて、又は衝突させないで、停止させる方式の往復運動装置として使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１１６６５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き接合型磁石１９は、先ず円柱状磁石１７を成形するとともに軟磁性板１８を準備し、次いで接着剤２３で接合するという複数の工程が不可欠なため製造が容易でなく、また繰り返し使用しているうちに円柱状磁石１７と軟磁性板１８とが剥離するという問題を含んでいる。
【０００５】
また、円柱状磁石１７として焼結磁石を使用した場合は、繰り返し使用中に割れや欠けが発生し、破片が円柱状磁石１７の端面とケーシング２２の被吸着部２２ａ、２２ｂとの間に入り込み、その結果、触れ子の位置がずれてストロークが短くなり、位置決め繰り返し精度が低下し、ストロークの繰り返し精度が要求される用途には使用できないという問題がある。
【０００６】
更にまた、接合型磁石１９がケーシング２２の被吸着部２２ａ、２２ｂに衝突させて停止する方式である場合は、衝突音が大きいという問題も含んでいる。この衝突音や、上記した割れや欠けを解決するために、クッション材や圧縮バネを用いる方法が提案されているが、別途これらを配設する工程が増えるという問題があり、また、これらの機械的な規制部材に代えて、磁気的に規制することも提案されているが、構造が複雑となるという問題をはらんでいる。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑み、上記従来技術の有する問題を解消し、簡単な構造で、磁石同士が接合部で剥離するという問題がなく、静音性、耐久性及び信頼性に優れた往復運動装置用磁石及び該磁石を用いた往復運動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、柱状磁石であって、該磁石の長手方向に基準極を挟んで３極以上の奇数極からなると共に、両端面磁極が同極であることを特徴とする往復運動用磁石を内容とする。
【０００９】
本発明の請求項２は、磁性粉の磁化容易軸が磁石内部を通り、磁極表面に続いている請求項１記載の往復運動装置用磁石を内容とする。
【００１０】
本発明の請求項３は、磁石の主成分が合成樹脂と磁性粉とからなる請求項１又は２記載の往復運動装置用磁石を内容とする。
【００１１】
本発明の請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱状磁石を組み込んでなる往復運動装置を内容とする。
【００１２】
【作用】
本発明の請求項１は、両端が基準極を挟んで３極以上の奇数極からなるとともに、両端面の磁極が同極である柱状の往復運動用磁石であることを特徴とするもので、従来の接合型磁石のように、使用している間に接合部で剥離するというトラブルは皆無であり、またその製造も容易である。
【００１３】
また、請求項２記載の往復運動用磁石は、磁性粉の磁化容易軸が磁石内部を通り、磁極表面に続いている構造とすることにより、吸着力が大幅に改善されているので、応答性が向上し高速化に対応できる。
【００１４】
また、請求項３記載の往復運動用磁石は、合成樹脂と磁性粉とを主成分とするもので、焼結磁石に比べて製造が容易であるとともに、割れや欠けが発生し難く、従って、位置決め繰り返し精度に優れ、耐久性、信頼性が向上する。
【００１５】
また、請求項４記載の往復運動装置は、上記柱状磁石を組み込み形成されてなるので、繰り返し使用しても磁石の一部が剥離したり、あるいは割れや欠けが生じるといったトラブルがないので耐久性、信頼性に優れ、更に、磁石としての吸着力が大幅に改善されているので装置の応答性が向上し高速化が実現できる。更にまた、機械的にストッパーやケーシング内壁等に衝突させて停止する方式ではないので、割れや欠けが発生するおそれがなく、従って、ストロークの繰り返し精度に優れるばかりでなく、静音性にも優れている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の往復運動装置用磁石は、図１に示すように、柱状磁石（図では、円柱状磁石）１からなり、該磁石１の長手方向に両端部２（図ではＳ極）で基準極３（図ではＮ極）を挟んだ３極以上の奇数極（図では３極）からなると共に、両端面磁極４が同極（図ではＮ極）に着磁され、かつ、柱状磁石１における磁性粉の磁化容易軸１Ａは、図２に示すように、磁石内部を通り、磁極表面に続いていることを特徴とする。
本発明の往復運動装置用磁石は３極以上の奇数極であればよく、上限は特に制限されないが、製造の容易性及び実用性からは７極程度以下が好ましい。
また、柱状は特に制限されず、図示した円柱状の他、楕円柱状、角柱状、更には左右で面積の異なる截頭円錐台、截頭楕円錐台、截頭角錐台等でもよい。
【００１７】
この柱状磁石１は、合成樹脂磁石及び焼結磁石のいずれでもよいが、合成樹脂磁石の方が、焼結時の割れ、欠け、反りを伴わず、また寸法安定性に優れている点が好ましい。
【００１８】
磁性粉としては、フェライト系磁性粉、アルニコ系磁性粉及びサマリュウム−コバルト系磁性粉やネオジム−鉄−ボロン系磁性粉、サマリュウム−鉄−窒素系磁性粉等の希土類系磁性粉など、従来公知の異方化磁性粉が挙げられ、これらは単独で又は必要により２種以上組み合わせて使用できる。
【００１９】
バインダーとしての合成樹脂についても、従来公知のものいずれもが使用できる。その代表例を示すと、ポリアミド６、ポリアミド１２、ポリアミド６６などのポリアミド系合成樹脂；ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリプロピレンなどを単独又は共重合したビニル系合成樹脂；ポリウレタン、シリコーン、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ＰＥＴなどのポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ＰＰＳ、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン（デュポン社の商品名「ハイパロン」）などの合成樹脂；イソプレン、ネオプレン、スチレン・ブタジエン、ブタジエン、アクリロニトリル・ブタジエンなどのゴム／エポキシ系樹脂、フェノール系合成樹脂等が使用できる。これらは単独又は必要により２種以上混合して用いられる。
【００２０】
磁性粉とバインダーとしての合成樹脂との配合割合は、磁性粉が４０〜７０体積％、合成樹脂が６０〜３０体積％の範囲が好ましい。磁性粉が４０体積％未満では磁気特性が不十分で、一方、７０体積％を越えると成形性が悪くなる傾向がある。
なお、その他にも、従来から常用される可塑剤や抗酸化剤、表面処理剤などを目的に応じて使用できることはいうまでもない。
【００２１】
本発明の往復運動装置用磁石は、図３（ａ）、（ｂ）に示すような成形金型磁気回路装置により容易に製造することができる。図３（ａ）中、５はキャビテイであって、その左右側の両端に同極（図ではＳ極）がキャビティ５に向かうように二つの円柱状永久磁石６、７がそれぞれ配設され、さらに、キャビティ５の中央にはこれを取り囲むように図３（ｂ）に示したような円環状に永久磁石８が配設される。なお、これらキャビティ５、円柱状永久磁石６、７及び円環状の永久磁石８の周囲は強磁性材料９から形成される。
【００２２】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すような成形金型磁気回路装置のキャビティ５の左右側の両端に配設した円柱状永久磁石６、７を除いて、図４に示したように、キャビティ５の周囲に配設する永久磁石として中央の円環状の永久磁石８のみとすれば、着磁される円柱状磁石１の磁化容易軸１Ａは、前述の図２とは異なり、図５に示したような曲線状のパターンの往復運動装置用磁石が得られる。
【００２３】
上記の成形金型磁気回路装置における永久磁石としては、ネオジム−鉄−ボロン系焼結磁石、サマリュウム−コバルト系焼結磁石等の既に知られた希土類系焼結磁石等の高エネルギー積磁石が好適である。永久磁石は（ＢＨ）ＭＡＸで２６ＭＧＯｅ以上で、且つｉＨｃで１５０００Ｏｅ以上のものが好適である。
【００２４】
更に、永久磁石の代わりに電磁石を用いてもよく、軟磁性部材とコイルによる従来知られた電磁石が使用できる。軟磁性部材は飽和の磁束密度が１５０００ガウス以上のものが好ましく、２００００ガウス以上のものがより好ましい。
成形方法は合成樹脂磁石の場合、上記した射出成形の他、圧縮成形の既に知られた方法が使用でき、焼結磁石の場合も既に知られた湿式成形、乾式成形がグリーン作成方法として使用できる。
【００２５】
次に、前述の往復運動装置用磁石を用いた往復運動装置について、図６を参照して説明する。
なお、上記においては基準極３をＮ極として説明したが、Ｓ極としても良く、本実施例では後者の形態の往復運動装置用磁石を用いた往復運動装置について説明する。
【００２６】
図６に示すように、矩形枠状ケーシング１０の左右それぞれの中央部には、ジャーナル軸受１１がボルト１２によって固定され、このジャーナル軸受１１には柱状磁石１と一体となって往復運動するシャフト１３が往復自在に挿通されている。また、矩形枠状ケーシング１０の左右２箇所には、柱状磁石１と同心の環状の強磁性体（鉄部材）１４Ｌ、１４Ｒが設けられ、更に、この環状の強磁性体（鉄部材）１４Ｌ、１４Ｒの外周には、柱状磁石１を左右に駆動する目的で、パルス電流を印可すると、矩形枠状ケーシング１０の左右端に、柱状磁石１の両端面の磁極と同極及び反対極の磁界を交互に発生する電磁コイル１５が設けられている。
【００２７】
上記構成において、柱状磁石１が最初左端にあって、まだ駆動電流が印可されていない図６に示したような状態では、柱状磁石１と強磁性体１４Ｌとの間には、図６の破線で示すような磁路１６が生起されていて互いに吸引力が作用している。このような状態にあるとき、電磁コイル１５にパルス電流を印可し、左端側には、柱状磁石１の端面の極（Ｓ）と同極の磁界（Ｓ）を発生させ、右端側には、柱状磁石１の右の端面の極（Ｓ）と反対極の磁界（Ｎ）を発生させると、同極反発、異極吸引という磁石の原理により、シャフト１３と結合された柱状磁石１は、強磁性体１４Ｌとの間に作用していた吸引力を振り切って右端方向に移動し、続いて、右側の円筒状の強磁性体１４Ｒの中に移動する。
【００２８】
このとき、柱状磁石１は、この強磁性体１４Ｒとの間で前述と同様互いに吸引力が作用し、これが磁気ブレーキとして働き、そこがストローク終端となって停止するが、このタイミングにマッチングして、前述とは反対に、右端側には、柱状磁石１の端面の極（Ｓ）と同極の磁界（Ｓ）を発生させ、左端側には、柱状磁石１の左の端面の極（Ｓ）と反対極の磁界（Ｎ）が発生するように電磁コイル１５に再びパルス電流が印可され、今度は右側から左側方向に移動する。
【００２９】
このように、電磁コイル１５にパルス電流を印可し、矩形枠状ケーシング１０内の左右のジャーナル軸受１１近辺に、左Ｓ−右Ｎ、右Ｓ−左Ｎの磁界を交互に断続的に発生させることにより、柱状磁石１と一体的に結合されたシャフト１３は左右方向に往復運動することになる。
【００３０】
以上のように、本発明の往復運動装置によれば、柱状磁石１のストローク終端での折り返しの際の一瞬の停止は、この磁気ブレーキの作用によってのみ実現しており、すなわち機械的にストッパーやケーシング内壁等に衝突させて停止する方式ではないので、割れや欠けが発生するおそれがなく、従って、ストロークの繰り返し精度に優れるばかりでなく、静音性に優れた装置が実現でき、このシャフト１３を出力端とすれば、バイブレータ等の各種アクチュエータへの応用が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
叙上のように、本発明の往復運動装置用磁石及びこれを用いた往復運動装置によれば、下記の如き多くの特徴、利点を有する。
【００３２】
両端が基準極を挟んで３極以上の奇数極からなるとともに、両端面の磁極が同極である柱状の往復運動用磁石としたことにより、従来の接合型磁石のように、使用している間に接合部で剥離するというトラブルは皆無となり、また製造も容易である。
【００３３】
また、往復運動用磁石は、磁性粉の磁化容易軸が磁石内部を通り、磁極表面に続いている構造とすることにより、磁気特性、とりわけ吸着力が大幅に向上するので応答性が良くなる。
【００３４】
また、往復運動用磁石は、合成樹脂と磁性粉とを主成分とすることにより、焼結磁石に比べて製造が容易であるとともに、割れや欠けが発生し難く、従って耐久性、信頼性が向上する。
【００３５】
さらにまた、上記柱状磁石は接合型の磁石ではないので、これを搭載して成る往復運動装置は、繰り返し使用しても剥離といったトラブル等がないことは勿論、磁気特性が大幅に向上したことにより、たとえば、往復運動時の終端における減速・停止の際の磁気的ブレーキとして活用することができ、これによって静音性に優れた往復運動装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の往復運動装置用磁石の斜視図である。
【図２】同磁石の磁化容易軸を示す断面図である。
【図３】（ａ）図１の往復運動装置用同磁石を成形する金型の磁気回路図である。
（ｂ）同磁気回路における円環状永久磁石の側面図である。
【図４】往復運動装置用磁石を成形する金型の他の磁気回路図である。
【図５】図４の磁気回路によって製造される磁石の磁化容易軸を示す断面図である。
【図６】本発明の往復運動装置用磁石を用いた往復運動装置の断面図である。
【図７】従来の往復運動装置用磁石の斜視図である。
【図８】図７の往復運動装置用磁石を用いた往復運動装置の断面図である。
【符号の説明】
１柱状磁石
１Ａ磁化容易軸
２両端部
３基準極
４両端面磁極
５キャビティ
６、７円柱状永久磁石
８円環状永久磁石
９強磁性材料
１０矩形枠状ケーシング
１１ジャーナル軸受
１２ボルト
１３シャフト
１４Ｌ、１４Ｒ強磁性体
１５電磁コイル
１６磁路
１７円柱状磁石
１８軟磁性板
１９接合型磁石
２０シャフト
２１電磁石
２２ケーシング
２２ａ、２２ｂ被吸着部
２３接着剤

Claims

柱状磁石であって、該磁石の長手方向に基準極を挟んで３極以上の奇数極からなるとともに、両端面磁極が同極であることを特徴とする往復運動装置用磁石。
磁性粉の磁化容易軸が磁石内部を通り、磁極表面に続いていることを特徴とする請求項１記載の往復運動装置用磁石。
磁石の主成分が合成樹脂と磁性粉とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の往復運動装置用磁石。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱状磁石を組み込んでなることを特徴とする往復運動装置。