JP2009225628A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】可動子に含まれる永久磁石の剥がれを抑制す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】中心軸線Ｏに沿って２つのコイル１６，１８及び磁極を形成する３つのティース１２〜１４が並設された固定子１０と、中心軸線Ｏに沿って往復移動可能に設けられ該中心軸線Ｏの方向で一対のヨーク２１，２２にて永久磁石２３を挟み込んでなる可動子２０と、中心軸線Ｏの方向で可動子２０を挟み込む２枚の板バネ３１，３２とを有し、コイル１６，１８の非通電時に２枚の板バネ３１，３２の付勢力にて可動子２０を可動範囲の基準位置に復帰させるとともに固定子１０との空隙Ｃを確保する。可動子２０を挟み込んだ板バネ３１，３２を中心軸線Ｏに沿って貫通して可動子２０ともども板バネ３１，３２を締結する非磁性シャフト３６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関するものである。

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、加振アクチュエ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加振アクチュエータ等は高効率である等優れた性能を発揮できることから、各種防振アクチュエータとしての利用が期待されている。

リニアアクチュエータとしては、ボイスコイルモータが知られている。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。この可動コイル型のものは、例えば特許文献１に記載されるように、コイルを含む可動子に電流を流さなければならず、可動子の移動でそのための給電線に断線が生じる可能性が高くなるなど、信頼性に劣るという問題がある。

そこで、特許文献１のリニアアクチュエータでは、可動コイル型のものに対して永久磁石とコイルとの関係を入れ替え、永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型のものが提案されている。このリニアアクチュエータでは、鉄部材からなる可動子の軸方向における中央の外周側に凹部が形成され、該凹部に永久磁石が１つだけ嵌め入れられている。
特許第３８７３８３６号明細書（第５図） 特開２００５−２４５０４７号公報

ところで、特許文献１のリニアアクチュエータでは、永久磁石の固定は接着又はそれに準ずる方法に頼らざるを得ない。例えば接着の場合、凹部との接着境界面に加速度の反転する振動によるせん断力が加わることになる。特に、高周波の加振を行う場合には、より大きなせん断力が加わることになり、永久磁石が剥がれるおそれがある。特許文献２のリニアアクチュエータについても同様である。

なお、一般的な表面磁石型の回転子を有するモータの場合、該モータの加減速により接着境界面にせん断力が加わることになるが、該せん断力の大きさは、通常はリニアに加振するアクチュエータに比べて小さいことが知られている。

本発明の目的は、可動子に含まれる永久磁石の剥がれを抑制することができるリニアアクチュエータを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、中心軸線に沿って２つのコイル及び磁極を形成する３つのティースが並設された固定子と、前記中心軸線に沿って往復移動可能に設けられ該中心軸線の方向で一対のヨークにて永久磁石を挟み込んでなる可動子と、前記固定子に支持され前記中心軸線の方向で前記可動子を挟み込む２枚の板バネとを有し、前記コイルの非通電時に前記２枚の板バネの付勢力にて前記可動子を可動範囲の基準位置に復帰させるとともに前記固定子との空隙を確保するリニアアクチュエータにおいて、前記可動子を挟み込んだ前記２枚の板バネを前記中心軸線に沿って貫通して前記可動子ともども前記２枚の板バネを締結する非磁性シャフトを備えたことを要旨とする。

同構成によれば、前記一対のヨークにて前記永久磁石を挟み込んでなる前記可動子は、前記２枚の板バネとともに前記非磁性シャフトにて締結されることで、これら一対のヨーク及び永久磁石の各境界面は、前記中心軸線の方向の各対向面で形成される。従って、可動子の前記中心軸線に沿う往復移動（振動）に伴い一対のヨーク及び永久磁石の各境界面に発生する力は加圧力となるため、せん断力が発生する場合に比べて前記永久磁石の剥がれを抑えることができ、ひいては信頼性を向上することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、前記永久磁石の内周側で前記非磁性シャフトに挿通され、前記一対のヨークにて挟み込まれた非磁性材からなる筒部材を備えたことを要旨とする。

同構成によれば、前記非磁性シャフトにて締結される前記可動子は、前記永久磁石の内周側で前記筒部材にて当該締結力を受けることができるため、前記永久磁石に直に締結力が加わることを抑えることができる。

本発明では、可動子に含まれる永久磁石の剥がれを抑制することができるリニアアクチュエータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態に係るリニアアクチュエータを示す縦断面図である。同図に示されるように、このリニアアクチュエータの備える固定子１０は、磁性金属（鉄、磁性ステンレスなど）からなる有蓋円筒状のケース１１を有するとともに、該ケース１１は、蓋壁の近傍で段部１１ａを介して拡開されている。そして、ケース１１内には、その中心軸線Ｏに沿って段部１１ａ上に順番に並設された円環状の３つのティース１２，１３，１４が装着されている。これらティース１２〜１４は、磁性金属にて形成されている。

段部１１ａに隣接配置されて端磁極を形成するティース１２は、その内周部からティース１３側に突出するボス状の突片１２ａを有する。また、ティース１２に隣接配置されて中央磁極を形成するティース１３は、その内周部からティース１２，１４側にそれぞれ突出するボス状の一対の突片１３ａ，１３ｂを有する。さらに、開口端側に配置されたティース１４は、その内周部からティース１３側に突出するボス状の突片１４ａを有する。

隣り合うティース１２，１３間には、これらティース１２，１３間に形成される環状の凹部に嵌合する態様で、樹脂材からなる環状のボビン１５が装着されるとともに、該ボビン１５には、一側への巻き線方向でコイル１６が巻装されている。同様に、隣り合うティース１３，１４間には、これらティース１３，１４間に形成される環状の凹部に嵌合する態様で、樹脂材からなる環状のボビン１７が装着されるとともに、該ボビン１７には、前記コイル１６に対して反転した他側への巻き線方向でコイル１８が巻装されている。中心軸線Ｏに沿って並設された両コイル１６，１８は、直列接続されており、通電時には互いに相反する方向の磁界を形成する。

前記段部１１ａとティース１２との間には、円盤状の板バネ３１の外周縁部が挟持・接合されるとともに、前記ティース１４の開口側の端面には、円盤状の板バネ３２の外周縁部が接合されている。

リニアアクチュエータの備える可動子２０は、中心軸線Ｏの方向で前記２枚の板バネ３１，３２に挟み込まれている。この可動子２０は、板バネ３１側及び板バネ３２側に配置された磁性金属からなる一対のヨーク２１，２２を有するとともに、中心軸線Ｏの方向でこれら両ヨーク２１，２２にて挟み込まれた永久磁石２３を有する。なお、ヨーク２１，２２は、互いに同等の内径を有する挿通孔２１ａ，２２ａを有するとともに、ティース１２〜１４の内径よりも小さい互いに同等の外径を有して円環状に成形されている。

ヨーク２１は、その内周部から板バネ３１側に突出する円筒状の座部２１ｂを形成するとともに、該座部２１ｂにおいて板バネ３１の対向面と当接する。同様に、ヨーク２２は、その内周部から板バネ３２側に突出する円筒状の座部２２ｂを形成するとともに、該座部２２ｂにおいて板バネ３２の対向面と当接する。

永久磁石２３は、例えば中心軸線Ｏの方向で着磁されたフェライト磁石からなり、前記挿通孔２１ａ，２２ａの内径と同等の内径を有する挿通孔２３ａを有するとともに、ヨーク２１，２２の外径よりも若干小さい外径を有して円環状に成形されている。従って、これら一対のヨーク２１，２２及び永久磁石２３の各境界面Ｓ１，Ｓ２は、中心軸線Ｏの方向の各対向面で形成されている。なお、永久磁石２３の中心軸線Ｏに沿った長さＬＭは、中央磁極を形成するティース１３の中心軸線Ｏに沿った長さＬＴ以下に設定されている。また、永久磁石２３の先端に対し径方向外側に若干突出するヨーク２１，２２の円環状の突出部は、可動子２０の磁極をそれぞれ形成する。

リニアアクチュエータの備える非磁性シャフト３６は、前記挿通孔２１ａ〜２３ａの内径と同等の外径を有する軸部３６ａを備えており、可動子２０を挟み込んだ２枚の板バネ３１，３２を中心軸線Ｏに沿って貫通して可動子２０ともども２枚の板バネ３１，３２を締結する。すなわち、この非磁性シャフト３６は、板バネ３１を貫通する軸部３６ａの一方の先端から径方向外側に延出する頭部３６ｂを有するとともに、板バネ３２を貫通する軸部３６ａの他方の先端部に刻設されたねじ部３６ｃを有する。そして、頭部３６ｂは、中心軸線Ｏの方向で板バネ３１を介して前記座部２１ｂに対向配置されており、その中央部には締結用の六角孔又は四角孔が形成されている。また、ねじ部３６ｃの基端部には、中心軸線Ｏの方向で板バネ３２を介して前記座部２２ｂに対向配置されるワッシャ３７が挿入されるとともに、前記ねじ部３６ｃには、ロックナット３８が締め付けられる。以上により、非磁性シャフト３６は、頭部３６ｂ及びロックナット３８にて、可動子２０ともども２枚の板バネ３１，３２を締結する。なお、板バネ３２は、その縁をばね固定部材３３とティース１４に挟持されることで固定子１０側に固定されている。

なお、２枚の板バネ３１，３２を介して固定子１０に浮動支持された可動子２０は、中心軸線Ｏに沿って往復移動可能となっている。そして、２枚の板バネ３１，３２は、その付勢力にて可動子２０を可動範囲の略中央位置となる基準位置に復帰させるとともに固定子１０との空隙Ｃを確保する。

ここで、可動子２０が可動範囲の中央位置にあるとき、ヨーク２１は、前記突片１２ａ，１３ａ間の中央位置にその外周面の中央位置が径方向で対向するように配置されるとともに、ヨーク２２は、前記突片１３ｂ，１４ａ間の中央位置にその外周面の中央位置が径方向で対向するように配置され、更に永久磁石２３は、前記ティース１３の内周面の中央位置にその外周面の中央位置が径方向で対向するように配置される。このような配置関係にあることで、コイル１６，１８の非通電時には、前記永久磁石２３による磁束は、前記一対のヨーク２１，２２と、固定子１０の中央磁極を形成するティース１３との間で閉ループとなる磁気回路を構成する。従って、この状態では、可動子２０をその可動範囲の中央位置に保持する力が働く。

また、前記両コイル１６，１８は、通電方向が正逆切り替えられて通電されるようになっており、通電時には、可動子２０は、通電方向に応じて形成される互いに相反する方向の磁界により永久磁石２３が加振されることで、その可動範囲の中央位置（基準位置）を原点（振動中心）として中心軸線Ｏに沿って往復移動する。

図２は、コイル１６，１８の通電方向の正逆切り替えを行うための駆動回路５０を示す電気回路図である。同図に示されるように、この駆動回路５０は、ソースがプラス側電源＋Ｂに電気的に接続された例えばＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴ１，Ｔ３と、ソースがマイナス側電源−に電気的に接続された例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＴ２，Ｔ４とで構成される、いわゆるＨブリッジ（バイポーラ通電）であって、トランジスタＴ１，Ｔ２のドレイン同士の接続点Ｐ１及びトランジスタＴ３，Ｔ４のドレイン同士の接続点Ｐ２において、コイル１６，１８の残りの端末がそれぞれ電気的に接続されている。これにより、例えばトランジスタＴ１，Ｔ４をオンにするとともにトランジスタＴ２，Ｔ３をオフにすることで、コイル１６，１８は、一側方向に通電されてこれに対応する互いに相反する方向の磁界を形成する。あるいは、トランジスタＴ１，Ｔ４をオフにするとともにトランジスタＴ２，Ｔ３をオンにすることで、コイル１６，１８は、他側方向に通電されてこれに対応する互いに相反する方向の磁界を形成する。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、一対のヨーク２１，２２にて永久磁石２３を挟み込んでなる可動子２０は、２枚の板バネ３１，３２とともに非磁性シャフト３６にて締結されることで、これら一対のヨーク２１，２２及び永久磁石２３の各境界面Ｓ１，Ｓ２は、中心軸線Ｏの方向の各対向面で形成される。従って、可動子２０の中心軸線Ｏに沿う往復移動（振動）に伴い一対のヨーク２１，２２及び永久磁石２３の各境界面Ｓ１，Ｓ２に発生する力は加圧力となるため、せん断力が発生する場合に比べて永久磁石２３の剥がれを抑えることができ、ひいては信頼性を向上することができる。

（２）本実施形態では、可動子２０を、一対のヨーク２１，２２にて永久磁石２３を挟み込んだサンドイッチ構造としたことで、安価なフェライト磁石を使用しながらも、磁極の磁束密度を高めることができ、高推力を得ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図３に示すように、前記座部２１ｂ，２２ｂの外径と同等の内径を有する挿通孔６１ａを有する永久磁石６１を採用するとともに、該挿通孔６１ａの内周側に前記軸部３６ａの外径と同等の内径の挿通孔６２ａを有する非磁性材からなる筒部材としての円筒状のスリーブ６２を介在させてもよい。この場合、一対のヨーク２１，２２及び永久磁石６１の各境界面Ｓ１１，Ｓ１２を、接着剤にて接着することが好ましい。このように変形することで、非磁性シャフト３６にて締結される可動子２０は、永久磁石６１の内周側でスリーブ６２にて当該締結力（締め付けの応力）を受けることができるため、永久磁石６１に直に締結力が加わることを抑えることができ、ひいては永久磁石６１の割れを抑制することができる。

・前記実施形態において、一対のヨーク２１，２２及び永久磁石２３の各境界面Ｓ１，Ｓ２を、接着剤にて接着してもよい。
・前記実施形態において、可動子２０ともども２枚の板バネ３１，３２を締結する非磁性シャフト３６は、例えばカシメピンなどであってもよい。

・前記実施形態において、可動子２０の可動範囲の基準位置は、該可動範囲の適宜の中間位置であってもよい。
・前記実施形態において、永久磁石２３，６１は、ネオジム磁石などであってもよい。

本発明の一実施形態を示す縦断面図。 駆動回路を示す電気回路図。 本発明の変形形態を示す縦断面図。

符号の説明

Ｃ…空隙、Ｏ…中心軸線、１０…固定子、１２〜１４…ティース、１６，１８…コイル、２０…可動子、２１，２２…ヨーク、２３，６１…永久磁石、３１，３２…板バネ、３６…非磁性シャフト、６２…スリーブ（筒部材）。

Claims (2)

1. 中心軸線に沿って２つのコイル及び磁極を形成する３つのティースが並設された固定子と、前記中心軸線に沿って往復移動可能に設けられ該中心軸線の方向で一対のヨークにて永久磁石を挟み込んでなる可動子と、前記固定子に支持され前記中心軸線の方向で前記可動子を挟み込む２枚の板バネとを有し、前記コイルの非通電時に前記２枚の板バネの付勢力にて前記可動子を可動範囲の基準位置に復帰させるとともに前記固定子との空隙を確保するリニアアクチュエータにおいて、
   前記可動子を挟み込んだ前記２枚の板バネを前記中心軸線に沿って貫通して前記可動子ともども前記２枚の板バネを締結する非磁性シャフトを備えたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記永久磁石の内周側で前記非磁性シャフトに挿通され、前記一対のヨークにて挟み込まれた非磁性材からなる筒部材を備えたことを特徴とするリニアアクチュエータ。

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