JP2004343964A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸支持の精度低下に伴う誤作動を回避して信頼性を向上させるとともに、摺動抵抗の増加に伴う消費電力の増加を回避して性能を向上させることができるリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】可動子１と、可動子１の周囲に配置され、その内側に可動子１を間に挟むように配置された一対のコイル２２，２３を有する固定子２と、自らが弾性変形することにより可動子１を固定子２に対して往復動可能に支持する板バネ３とを備え、板バネ３が、可動子１の往復動方向に沿うコイル２２，２３の途中位置にて可動子１を支持するとともに、コイル２２，２３との干渉を回避しつつ可動子１を基点としてコイル２２，２３よりも遠い位置にて固定子２に支持されているリニアアクチュエータを採用する。
【選択図】 図１

Description

【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアアクチュエータは、バネを併用し共振させることによって少ない損失で駆動できることから、コンプレッサモータ等として利用されている。そして、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは高効率である等優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫や冷凍庫、あるいはエアコンディショナ用としての利用が期待されている。
【０００３】
リニアアクチュエータとしては、ボイスコイルモータがある。このボイスコイルモータは、永久磁石により作られた磁界の中でコイルに電流を流すことによりコイルに生じる力で駆動を行うもので、コイルを含む可動子が動く可動コイル型とも呼ばれている。また、上記可動コイル型のものに対し、永久磁石とコイルとを入れ替えた構造であって永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型と呼ばれるものもある。
【０００４】
上記のリニアアクチュエータには、可動コイル型、可動磁石型に限らず、可動子を往復動可能に支持するボールブッシュ等の滑り軸受が使用されているものがある。ボールブッシュは、棒状のシャフトを、そのシャフトを内側に挿嵌されたブッシュにより軸方向に移動可能に支持する構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２１３４５６号公報
【０００６】
上記の特許文献には、ピストンとシリンダとの関係を利用して可動部を往復動可能に支持したリニア圧縮機について記載されている。当該のリニア圧縮機では、シリンダの内側でピストンを摺動させる構造となっている。また、当該のリニア圧縮機には、ピストンの駆動力および剛性を調整する目的で、板バネが設けられているが、シリンダに代わってピストンを支持するものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような滑り軸受を使用したリニアアクチュエータにおいては、長期にわたる使用によってシャフトが摩耗し、シャフトとブッシュとの間にガタが生じて軸支持の精度が低下したり、摺動抵抗が増したりしてしまう。軸支持の精度が低下すると誤作動の原因になり得るし、摺動抵抗が増すと消費電力が増加する原因にもなり得る。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、軸支持の精度低下に伴う誤作動を回避して信頼性を向上させるとともに、摺動抵抗の増加に伴う消費電力の増加を回避して性能を向上させることができるリニアアクチュエータを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成のリニアアクチュエータを採用する。すなわち、本発明のリニアアクチュエータは、可動子と、前記可動子の周囲に配置され、その内側には前記可動子を囲むように配置された複数のコイルを有する固定子と、自らが弾性変形することにより前記可動子を前記固定子に対して往復動可能に支持する弾性支持部とを備え、
前記弾性支持部が、前記往復動方向に沿う前記コイルの途中位置にて前記可動子を支持するとともに、前記コイルとの干渉を回避しつつ前記可動子を基点として前記コイルよりも遠い位置にて前記固定子に支持されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、弾性支持部が、可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子を定位置で保持し、自らが弾性変形することによって可動子を支持する。これにより、可動子には摩耗も摺動抵抗も生じない。したがって、長期間にわたる使用を経た後でも軸支持の精度が低下することがなく高い信頼性が得られる。さらに、摺動抵抗に起因する消費電力の損失がなく性能の向上が図れる。
弾性支持部は、弾性疲労を起こさないようにするためにも可能な限り大きい方が好ましい。そこで、弾性支持部を、コイルとの干渉を回避しつつ可動子を基点としてコイルよりも遠い位置にて固定子に支持させる。これにより、嵩の張るコイルと弾性支持部とをより近接して配置することが可能になる。したがって、リニアアクチュエータの小型化が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を図１および図２に示して説明する。
図１に示すように、本実施形態のリニアアクチュエータは、可動子１と、可動子１の周囲に配置された固定子２と、自らが弾性変形することにより可動子１を固定子２に対して往復動可能に支持する２枚の板バネ（弾性支持部）３とを備えている。
【００１２】
可動子１は、先端に雌ネジ部１１ａが形成された円柱状をなし、軸方向に往復移動するシャフト１１と、シャフト１１を内側に挿嵌されてシャフト１１の軸方向の途中位置に固定された可動磁極としての鉄片１２とを備えている。雌ネジ部１１ａには、シャフト１１を駆動すべき対象物（不図示）に固定するためのナット１３が螺着されている。
【００１３】
固定子２は、シャフト１１の軸方向から見ると外形が矩形をなし内側が筒抜けになったヨーク２１と、可動子１を間に挟むように配置され、ヨーク２１の内側に固定された一対のコイル２２，２３とを備えている。コイル２２は、ヨーク２１に内側に突き出すように形成された磁極部２１ａに巻き胴２６が取り付けられ、この巻き胴２６に金属線２７が多重に巻き付けられて構成されている。コイル２３は、固定子１を挟んで磁極部２１ａと相対する位置に形成された磁極部２１ｂに同じく巻き胴２６が取り付けられ、この巻き胴２６に金属線２７が多重に巻き付けられて構成されている。
【００１４】
磁極部２１ａの可動子１に向かう先端面には、永久磁石２４，２５が、シャフト１１の軸方向に配列されて固定されている。磁極部２１ｂの可動子１に向かう先端面にも、永久磁石２４，２５が、シャフト１１の軸方向に配列されて固定されている。これら永久磁石２４，２５は、同軸同径同長をなす円筒状のフェライトリング磁石からなるもので、互いに軸線方向に隣り合った状態で並べられている。ここで、これら永久磁石２４，２５は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、永久磁石２４は、Ｎ極が外径側に、Ｓ極が内径側に配置されており、他方の永久磁石２５は、Ｎ極が内径側に、Ｓ極が外径側に配置されている。
【００１５】
２枚の板バネ３は、シャフト１１の軸方向に離間し、ヨーク２１を間に挟んで配置されている。２枚の板バネ３は同じ形状をなし、均一な厚さの金属板を打ち抜き加工され、シャフト１１の軸方向から見ると「８」の字形に形成されている。「８」の中央の線が交差する部分に相当する箇所には、シャフト１１先端または後端を支持する貫通孔３ａ（図２に図示）がそれぞれ形成されている。また、「８」のマルの内側に相当する箇所には、上述のコイル２２または２３を内側に通すことが十分に可能な大きさの貫通孔３ｂ，３ｃがそれぞれ形成されている。さらに、「８」の最上部および最下部に相当する箇所には、板バネ３をヨーク２１に固定するための小孔３ｄ，３ｅがそれぞれ形成されている。
【００１６】
各板バネ３は、ともにコイル２２の軸方向の途中位置にてシャフト１１を支持している。より詳細に説明すると、図２に示すように、シャフト１１の先端を支持する一方の板バネ３は、貫通孔３ａにシャフト１１の先端側を通して固定されるとともに、小孔３ｄに通されたネジ２６、および小孔３ｅに通されたネジ２７によってシャフト１１の中心からコイル２２または２３よりも遠い位置にてヨーク２１に固定されている。また、シャフト１１の後端を支持する他方の板バネ３は、貫通孔３ａにシャフト１１の後端側を通して固定されるとともに、小孔３ｄ，３ｅに通されたネジ２６，２７によってシャフト１１の中心からコイル２２または２３よりも遠い位置にてヨーク２１にヨーク２１に固定されている。
【００１７】
一方の板バネ３は、貫通孔３ｂからシャフト１１の先端側にコイル２２を突き出させるとともに、貫通孔３ｃからシャフト１１の先端側にコイル２３を突き出させ、他方の板バネ３は、貫通孔３ｂからシャフト１１の後端側にコイル２２を突き出させるとともに、貫通孔３ｃから同じくシャフト１１の後端側にコイル２３を突き出させている。シャフト１１の軸方向に沿う２枚の板バネ３の間隔は、同方向に沿うコイル２２または２３の寸法よりも狭くなっており、貫通孔３ｂ，３ｃは、コイル２３との干渉を避けるための「逃げ」としての役割を果たしている。
【００１８】
各板バネ３は、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子１をシャフト１１の先端側および後端側の２箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子１をシャフト１１の軸方向に往復動可能に支持している。なお、各板バネ３は、可動子１が往復動する際の変形量が、繰り返し弾性変形を強いられることによって疲労し、ついには破壊に至ってしまう可能性のある変形量よりも小さくなるように、シャフト１１を支持する貫通孔３ａから小孔３ｄまたは３ｅまでの距離（直線距離ではなく、板バネ自体の長さ）を可能な限り長くしたり、板厚を薄くしたりといった事前の調整がなされている。ただし、その外形はシャフト１１の軸方向からリニアアクチュエータ全体を見た場合にヨーク２１の外形からはみ出さない程度の大きさとなっている。
【００１９】
上記のように構成されたリニアアクチュエータの作動の仕方について説明する。コイル２２，２３に交流電流（正弦波電流、矩形波電流）を流すと、コイル２２，２３に所定方向の電流が流れる状態では、磁束が、永久磁石２４においてＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク２１の外周部、磁極部２１ａ、永久磁石２４、鉄片１２、シャフト１１、ヨーク２１の外周部の順に循環する磁束ループが形成される。その結果、可動子１には、シャフト１１の後端から先端に向かう軸方向に力が作用し、可動子１はその力に押されて同方向に移動する。一方、コイル２２，２３に上記所定方向とは逆方向の電流が流れる状態では、磁束が、永久磁石２５においてＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク２１の外周部、磁極部２１ａ、永久磁石２５、鉄片１２、シャフト１１、ヨーク２１の外周部の順に循環する磁束ループが形成される。その結果、可動子１には、シャフト１１の先端から後端に向かう軸方向に力が作用し、可動子１はその力に押されて同方向に移動する。
可動子１は、交流電流によるコイル２２，２３への電流の流れの方向が交互に変化することにより以上の作動を繰り返し、固定子２に対してシャフト１１の軸方向に往復動することになる。
【００２０】
上記のリニアアクチュエータにおいては、各板バネ３が、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子１をシャフト１１の先端側および後端側の２箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子１をシャフト１１の軸方向に往復動可能に支持する。これにより、可動子１には摩耗も摺動抵抗も生じない。したがって、長期にわたる使用を経た後でも軸支持の精度が低下することがなく高い信頼性が得られる。さらに、摺動抵抗に起因する消費電力の損失がなく性能の向上が図れる。
【００２１】
また、上記のリニアアクチュエータにおいては、各板バネ３を、コイル２２，２３との干渉を回避しつつ可動子を基点としてコイル２２，２３よりも遠い位置にて固定子２に支持させている。これにより、嵩の張るコイル２２，２３と２枚の板バネ３とをより近接して配置することが可能になる。したがって、リニアアクチュエータの小型化が図れる。
【００２２】
なお、本実施形態においては弾性支持部に金属製の２枚の板バネ３を採用したが、可動子１を軸方向に往復動可能に支持することができれば、板バネ３は２枚に限らずそれより多くても少なくてもよい（１枚でもよい）。また、板バネに限らず、鋼線を屈曲したものであってもよいし、樹脂製の材料を用いてもよい。さらに、コイル２２，２３を回避する「逃げ」の形状は、本実施形態のような貫通孔に限らず、例えば板を変形させた窪みのような形状であってもよい。要は、自らが弾性変形することにより可動子１を固定子２に対して往復動可能に支持するという役割を果たし、かつ長期間の使用に耐える耐久性を備えているものであれば如何様な材料、形状であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のリニアアクチュエータによれば、弾性支持部が、可動子を定位置で保持し、自らが弾性変形することによって可動子を支持することにより、可動子には摩耗も摺動抵抗も生じないので、長期間にわたる使用を経た後でも軸支持の精度が低下することがなく高い信頼性が得られる。さらに、摺動抵抗に起因する消費電力の損失がなく性能の向上が図れる。
また、弾性支持部を、コイルとの干渉を回避しつつ可動子を基点としてコイルよりも遠い位置にて固定子に支持させることにより、嵩の張るコイルと弾性支持部とをより近接して配置することが可能になるので、リニアアクチュエータの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【図２】同リニアアクチュエータを示す側断面図である。
【符号の説明】
１ 可動子
２ 固定子
３ 板バネ（弾性支持部）
１１ シャフト
１２ 鉄片
２１ ヨーク
２２，２３ コイル
２４，２５ 永久磁石
３ｂ，３ｃ 貫通孔

Claims (1)

1. 可動子と、
   前記可動子の周囲に配置され、その内側には前記可動子を囲むように配置された複数のコイルを有する固定子と、
   自らが弾性変形することにより前記可動子を前記固定子に対して往復動可能に支持する弾性支持部とを備え、
   前記弾性支持部が、前記往復動方向に沿う前記コイルの途中位置にて前記可動子を支持するとともに、前記コイルとの干渉を回避しつつ前記可動子を基点として前記コイルよりも遠い位置にて前記固定子に支持されている
   リニアアクチュエータ。

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