JP2013192354A - Linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、内視鏡のズームレンズ機能や切除用カッター等に用いられて、可動部分を直線駆動するリニアアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a linear actuator that is used in, for example, a zoom lens function of an endoscope, an ablation cutter, and the like and linearly drives a movable part.
近年、特に内視鏡用のリニアアクチュエータとしては、体内挿入時における患者負担の軽減等の観点から、より細身の機構が求められている。
この種の従来技術としては、例えば、特許文献1に記載されるもののように、モータ及びボールねじ機構を用いて被写界深度変更用移動レンズを前後へ移動させるようにした構成が知られているが、このような構成において、より細身の装置で大きな推進力を得るには、モータ出力をトルクアップするためにギヤヘッド等を組み合わせる必要が生じ、コストアップとなってしまう可能性が高い。
In recent years, as a linear actuator for an endoscope in particular, a thinner mechanism has been demanded from the viewpoint of reducing the burden on the patient when inserted into the body.
As this type of prior art, for example, a configuration in which a moving lens for changing the depth of field is moved back and forth using a motor and a ball screw mechanism as described in
また、他の従来技術としては、特許文献2に記載されるもののように、第1ヨークと第2ヨークを組み合わせた内側に、互いに対向して設けられた第1センターヨークと第2センターヨークと、第1センターヨークに巻線し、固定された第1コイルと、第2センターヨークに巻線し、固定された第2コイルと、第2センターヨークの先端に固定された第1永久磁石と、この第1永久磁石と第1センターヨークの間に変位可能、かつ第1永久磁石と磁気的に同極が向き合うように設けられた第2永久磁石と、この第2永久磁石に片端が固定され、他端が第1センターヨークもしくは第2センターヨーク内を貫通し、かつ第1コイル及び第2コイルに流す電流を制御することにより、第1永久磁石と第2永久磁石の間及び第2永久磁石と第1センターヨークの間に発生する磁力の相互作用により、第2永久磁石に発生する変位及び推力を伝達する出力軸から成る電磁制御型リニアアクチュエータがある。
しかしながら、後者の従来技術では、複数の永久磁石を用いる点や、各コイルの内外にヨークを有する点など、構造が複雑であり、細身な構成で利用するには困難であった。
Further, as another prior art, as described in Patent Document 2, a first center yoke and a second center yoke provided opposite to each other inside a combination of the first yoke and the second yoke, A first coil wound and fixed on the first center yoke, a second coil wound and fixed on the second center yoke, and a first permanent magnet fixed on the tip of the second center yoke , A second permanent magnet which is displaceable between the first permanent magnet and the first center yoke and is provided so that the same polarity as the first permanent magnet faces magnetically, and one end fixed to the second permanent magnet The other end penetrates through the first center yoke or the second center yoke, and the current flowing through the first coil and the second coil is controlled, so that the second permanent magnet and the second permanent magnet are controlled. Permanent magnet and first sensor The interaction of magnetic force generated between York, there is a solenoid controlled linear actuator and an output shaft for transmitting the displacement and the thrust generated in the second permanent magnet.
However, the latter prior art has a complicated structure such as using a plurality of permanent magnets and having a yoke inside and outside each coil, and is difficult to use in a thin configuration.
本発明は、上記従来事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、細身な構造にし易いこと、比較的大きい推進力が得られること、構造が簡素で生産性に優れていること、コスト安なこと等が、本発明の目的である。 This invention makes it an example of a subject to cope with the said conventional situation. That is, it is an object of the present invention that it is easy to make a slender structure, that a relatively large driving force can be obtained, that the structure is simple and excellent in productivity, and that the cost is low.
上記課題を解決するための一手段は、直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部と、非磁性体からなり前記永久磁石部を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部と、前記永久磁石部を軸方向の一端側から吸引反発する第1の電磁石部と、前記永久磁石部を軸方向の他端側から吸引反発する第2の電磁石部と、前記永久磁石部の移動に連動する出力部とを具備したことを特徴とする。 One means for solving the above problems is a permanent magnet part supported so as to move in a straight line by a predetermined amount, and a guide cylinder part made of a non-magnetic material and covering the permanent magnet part in a cylindrical shape over the entire length of the moving range. A first electromagnet part that attracts and repels the permanent magnet part from one end side in the axial direction; a second electromagnet part that attracts and repels the permanent magnet part from the other end side in the axial direction; and And an output unit interlocking with movement.
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような作用効果を奏する。
構造が簡素なので細身でコスト安な構造を得易い。しかも、複数の電磁石部を用いた構造であるため、比較的大きい推進力を得ることができる。
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
Since the structure is simple, it is easy to obtain a slim and cost-effective structure. In addition, since the structure uses a plurality of electromagnet portions, a relatively large propulsive force can be obtained.
本発明を実施するために第一の形態では、直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部と、非磁性体からなり前記永久磁石部を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部と、前記永久磁石部を軸方向の一端側から吸引反発する第1の電磁石部と、前記永久磁石部を軸方向の他端側から吸引反発する第2の電磁石部と、前記永久磁石部の移動に連動する出力部とを具備した。 In order to carry out the present invention, in the first embodiment, a permanent magnet portion supported so as to move linearly by a predetermined amount, and a guide that is made of a non-magnetic material and covers the permanent magnet portion in a cylindrical shape over the entire length of the moving range. A cylindrical portion; a first electromagnet portion that attracts and repels the permanent magnet portion from one end side in the axial direction; a second electromagnet portion that attracts and repels the permanent magnet portion from the other end side in the axial direction; and the permanent magnet And an output unit that interlocks with the movement of the unit.
第二の形態では、特に大きな推進力を得るために、第1の電磁石部と第2の電磁石部のうち、その一方により前記永久磁石部を吸引するのと同時に他方により前記永久磁石部を反発して、前記永久磁石部及び前記出力部を動かすようにした。 In the second embodiment, in order to obtain a particularly large propulsive force, the permanent magnet part is attracted by one of the first electromagnet part and the second electromagnet part, and at the same time the permanent magnet part is repelled by the other. Then, the permanent magnet part and the output part are moved.
第三の形態では、推進力を外部に出力する具体的な構造として、前記出力部は、長尺軸状に形成され、その中央側に前記永久磁石部を固定するとともに、その両端側を、それぞれ第1の電磁石部と第2の電磁石部に挿通し、軸方向の少なくとも一端側を外部に露出している。 In the third embodiment, as a specific structure for outputting the driving force to the outside, the output portion is formed in a long shaft shape, and the permanent magnet portion is fixed to the center side thereof, and both end sides thereof are Each is inserted through the first electromagnet part and the second electromagnet part, and at least one end side in the axial direction is exposed to the outside.
第四の形態では、より大きな推進力を得るために、第1の電磁石部と第2の電磁石部の各々は、通電されることで磁界を発生するコイル部と、該コイル部に挿通した磁性体コアと具備し、前記磁性体コアに、前記出力部を直線状に移動するように挿通した。 In the fourth embodiment, in order to obtain a larger propulsive force, each of the first electromagnet part and the second electromagnet part has a coil part that generates a magnetic field when energized, and a magnet inserted through the coil part. A body core is provided, and the output part is inserted through the magnetic core so as to move linearly.
第五の形態では、さらに大きな推進力を得るために、前記磁性体コアは、前記コイル部内に固定された筒部と、前記永久磁石部に対向するように前記筒部の一端側に固定された吸引反発部とを有し、前記吸引反発部は、前記筒部よりも外径が大きい環状に形成されている。 In the fifth embodiment, in order to obtain a larger driving force, the magnetic core is fixed to one end side of the cylindrical portion so as to face the cylindrical portion fixed to the coil portion and the permanent magnet portion. The suction repulsion part is formed in an annular shape having an outer diameter larger than that of the cylindrical part.
第六の形態では、生産性の良好な細身の構造を得るために、長尺筒状のケース部を備え、該ケース部内に、前記永久磁石部、前記ガイド筒部、第1の電磁石部、第2の電磁石部、及び前記出力部を収納した。 In the sixth embodiment, in order to obtain a slender structure with good productivity, a long cylindrical case part is provided, and in the case part, the permanent magnet part, the guide cylinder part, the first electromagnet part, A second electromagnet part and the output part were accommodated.
第七の形態では、電磁石部への電源供給を容易に行えるようにするために、前記ケース部の内面と前記ガイド筒部の外面との間、前記ケース部の内面と第一及び第2の電磁石部との間に隙間を設け、該隙間に第一及び第2の電磁石部のリード線を挿通した。 In the seventh embodiment, in order to facilitate power supply to the electromagnet portion, the inner surface of the case portion and the first and second inner surfaces of the case portion are arranged between the inner surface of the case portion and the outer surface of the guide tube portion. A gap was provided between the electromagnet portion and the lead wires of the first and second electromagnet portions were inserted into the gap.
第八の形態では、出力部が移動した際の信号を外部出力できるように、前記永久磁石部又は前記出力部の移動を検知するセンサ部を設けた。 In the eighth embodiment, a sensor unit for detecting the movement of the permanent magnet unit or the output unit is provided so that a signal when the output unit moves can be externally output.
以下、上記形態の特に好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a particularly preferred embodiment of the above embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2は、本発明に係るリニアアクチュエータの一例を示している。尚、図2はリニアアクチュエータ1の斜視図である。そして図1は図2においてA−A’で指示する方向からみた断面斜視図であって、リニアアクチュエータ1の内部構造を示している。
このリニアアクチュエータ1は、長尺筒状のケース部10内に、直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部20と、前記永久磁石部20の移動に連動する出力部30と、非磁性体からなり前記永久磁石部20を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部40と、前記永久磁石部20を軸方向の一端側から吸引反発する第1の電磁石部50と、前記永久磁石部20を軸方向の他端側から吸引反発する第2の電磁石部60と、前記出力部60の移動を検知するセンサ部70とを備え、第1の電磁石部40と第2の電磁石部50のうち、その一方により前記永久磁石部20を吸引するのと同時に他方により前記永久磁石部20を反発して、前記永久磁石部20及び前記出力部30を直線状に移動する。
1 and 2 show an example of a linear actuator according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the
The
ケース部10は、両端側を開口した長尺筒状の部材であり、後端側(図示例によれば右端側)の周壁に、単数もしくは複数(図示例によれば二つ)の切欠部11,12を有する。前記切欠部11,12は、例えば、後述するセンサ部70及び配線部材71a,84を露出するために用いられる。
このケース部10は、永久磁石部20、第1の電磁石部50及び第2の電磁石部60に対し、磁気的に影響しないように、非磁性体から形成される。ケース部10の材質の具体例としては、SUS303や、その他の非磁性金属材料、合成樹脂材料、セラミック等が挙げられる。
The
The
永久磁石部20は、後述するガイド筒部40内で前後方向へ移動するように形成された円筒状の永久磁石であり、その中心部に、出力部30を挿通し固定している。
この永久磁石部20は、本実施例では、ネオジウム磁石(例えばN48)を用いているが、他例としては、フェライト磁石や、アルニコ磁石等の他の永久磁石を用いた態様や、永久磁石と他の材料(例えばゴム等)を組み合わせてなる態様等とすることも可能である。
The
In the present embodiment, the
出力部30は、長尺軸状に形成され、ケース部10の略全長にわたって該ケース部10内に挿通され、軸方向の中央側に永久磁石部20を固定するとともに、その両端側を、それぞれ第1の電磁石部50と第2の電磁石部60に挿通し、前端側を前方へ突出してケース部10の外部に露出している。
この出力部30は、非磁性材料から形成され、具体的には、非磁性金属材料(例えば、SUS402J2等)から形成されるが、他例としては、合成樹脂材料等から形成することも可能である。さらに、他例としては、この出力部30を、磁性材料から形成することも可能である。
この出力部30の前端部には、例えば、ズーム用レンズや、カッター、ミラー等、当該リニアアクチュエータの用途に応じた可動部材(図示せず)が装着される。
The
The
A movable member (not shown) according to the use of the linear actuator, such as a zoom lens, a cutter, or a mirror, is attached to the front end portion of the
ガイド筒部40は、少なくとも永久磁石部20の移動範囲を覆う長さを有する円筒状に形成される。このガイド筒部40は、永久磁石部20を前後方向へ直線状に移動自在に収納するように、永久磁石部20の外径よりも若干大きい内径に形成される。また、このガイド筒部40は、永久磁石部20が径外方向側から磁気的な影響を受けるのを阻むように、非磁性体からから形成され、本実施例では、非磁性金属材料(例えばSUS303)を用いている。ガイド筒部40の材質の他例としては、合成樹脂材料やセラミック等とすることも可能である。
そして、前記構成のガイド筒部40は、後述する前後の磁性体コアに支持されることで、ケース部10の中心に対し偏心するように保持される。したがって、ガイド筒部40の外周面とケース部10内周面との間には、隙間s1が形成される。この隙間s1は、後述する第1の電磁石部50のリード線51aを挿通するために用いられる。
The
And the
第1の電磁石部50は、永久磁石部20の中心軸の延長線上に配置され、通電されることで磁界を発生するコイル部51と、該コイル部51に挿通した磁性体コア52とを備え、前記磁性体コア52に、出力部30を直線状に移動するように挿通している。
The
コイル部51は、絶縁導線をコイル状に巻回してなり、その外周側に、電源供給用のリード線51aを有する。
このコイル部51は、後述する磁性体コア52の外周に支持されることで、ガイド筒部40と同様に、ケース部10の中心に対し偏心するように保持されている。したがって、このコイル部51の外周面とケース部10内周面との間には、前記隙間s1に連通する隙間s2が形成される。この隙間s2は、リード線51aを後方へ導くために用いられる。(図1内B部拡大図参照)
The
The
磁性体コア52は、コイル部51内に挿通された筒部52aと、永久磁石部20の前端部に対向するように筒部52aの後端側に固定された吸引反発部52bとから一体的に構成される。
これら筒部52aと吸引反発部52bは、コイル部51が発生する磁力を増強するように、鉄等の磁性金属材料から形成され、本実施例では、炭素工具鋼(例えばSK4)を用いている。
The
The
筒部52aは、出力部30を前後へ摺動可能に挿通するとともにコイル部51の前後端部から突出するように、出力部30の外径よりも若干大きい内径を有し且つコイル部51よりも軸方向へ長い長尺円筒状に形成される。
そして、この筒部52aにおけるコイル部51よりも前側(図1によれば左側)の部分は、スペーサ81を介してケース部10に固定される。スペーサ81は、ケース部10内周面の前端側に嵌合された略円筒状の部材であり、その中心部から偏心した位置に、前記筒部52aの前端部を挿通し固定している。このスペーサ81は、合成樹脂材料(例えば、PEEK:ポリエーテルケトン)等の非磁性体から形成される。
また、筒部52aにおけるコイル部51よりも後側(図1によれば右側)の部分には、吸引反発部52bが環状に装着され固定される。
The
A portion of the
Further, a
吸引反発部52bは、筒部52aよりも外径が大きい環状に形成され、ガイド筒部40の前端側の内周面に挿入され嵌合することで、ガイド筒部40を偏心した位置で移動不能に固定している。
なお、図示例によれば、別体の筒部52aと吸引反発部52bとを組み合わせて磁性体コア52を構成したが、該磁性体コア52の他例としては、一部材の磁性材料を加工したものであってもよい。
The
In addition, according to the example of illustration, although the
第2の電磁石部60は、永久磁石部20を挟むようにして、第1の電磁石部50と前後対称に配置され、第1の電磁石部50と略同様にして、コイル部61と、リード線61aと、筒部62a及び吸引反発部62bからなる磁性体コア62とを備える。
この第2の電磁石部60は、永久磁石部20の中心線の延長線上に位置するとともに、ケース部10に対し偏心して配置されることで、コイル部61外周面とケース部10内周面との間に、コイル部51,61のリード線51a,61aを挿通させる隙間s3を形成している。(図1内C部拡大図参照)
The
The
磁性体コア62の筒部62aにおけるコイル部61よりも後側(図1によれば右側)の部分は、スペーサ82を介してケース部10に固定される。スペーサ82は、ケース部10内周面の前端側に嵌合された略円筒状の部材であり、その中心から偏心した位置に、前記筒部62aの後端部を挿通し固定している。このスペーサ82は、合成樹脂材料(例えば、PEEK:ポリエーテルケトン)等の非磁性体から形成される。そして、このスペーサ82の外周部は、部分的に切欠されることで、ケース部10内周面との間にリード線51a,61aを挿通させる隙間s4を確保している。
The portion on the rear side (right side according to FIG. 1) of the
また、磁性体コア62の筒部62aにおけるコイル部51よりも前側(図1によれば左側)の部分には、吸引反発部62bが環状に装着され固定される。吸引反発部62bは、ガイド筒部40の後端側の内周面に挿入され嵌合することで、ガイド筒部40を偏心した位置で移動不能に固定している。
そして、第2の電磁石部60の吸引反発部62bと、前記した第1の電磁石部50の吸引反発部52bとの間の前後方向の寸法は、これらの間に永久磁石部20の移動空間を確保するように適宜に設定されている。
Further, a
And the dimension of the front-back direction between the
また、センサ部70は、支持部材83を介してケース部10に不動に固定された検知部71と、出力部30と一体的に進退するように該出力部30の外周部に固定された被検知部72とからなる。
センサ部70は、ホール効果を利用して磁界を検知するホールセンサであり、その検知信号を配線部材71a(例えばフレキシブルプリント基板等)を介して出力する。
The
The
被検知部72は、検知部71によって位置検出可能な永久磁石であり、図示例によれば、スペーサ82と支持部材83の間を前後方向へ移動するように、出力部30の外周に環状に固定されている。
The detected
支持部材83は、ケース部10後端側の内面に嵌合固定された部材である。この支持部材83の内部には、出力部30が進退自在に挿入される。この支持部材83は、合成樹脂材料(例えば、PEEK:ポリエーテルケトン)等の非磁性体から形成される。
また、この支持部材83の外部には、ケース部10の一方の切欠部11から露出させるように、検知部71及び配線部材71aが支持され、さらに、同ケース部10の他方の切欠部12から露出させるように、配線部材84が支持されている。前記配線部材84は、例えばフレキシブルプリント基板等からなり、第1及び第2の電磁石部50,60のリード線51a,61aを外部へ導いている。
The
In addition, the
次に上記構成のリニアアクチュエータについて、その特徴的な作用効果を説明する。
例えば、出力部30を図1に示す位置から前進させる場合には、第1の電磁石部50によって永久磁石部20を吸引するのと同時に第2の電磁石部60によって同永久磁石部20を反発するように、第1の電磁石部50と第2の電磁石部60に直流電力が供給される。
すると、永久磁石部20及び出力部30は、第1の電磁石部50の吸引力と第2の電磁石部60の反発力との双方の力を受けて前進し、永久磁石部20の前端を磁性体コア52後端に当接させた前進位置で停止する。
また、この状態から、第1の電磁石部50と第2の電磁石部60に供給される直流電力の正負を入れ替えると、永久磁石部20及び出力部30は、第1の電磁石部50の反発力と第2の電磁石部60の吸引力により後進し、永久磁石部20の後端を磁性体コア62前端に当接させた後退位置で停止する。
そして、出力部30が前進位置と後退位置の何れかにあるのかは、センサ部70によって検知され、その検知信号が配線部材71aを介して外部出力される。
Next, the characteristic operation and effect of the linear actuator having the above configuration will be described.
For example, when the
Then, the
Moreover, if the positive / negative of direct-current power supplied to the
Whether the
また、第1の電磁石部50と第2の電磁石部60に供給される電力量を適宜に調整すれば、永久磁石部20及び出力部30を、前記前進位置と前記後退位置の間の途中位置に保持することも可能である。
Moreover, if the electric power supplied to the
よって、本実施例のリニアアクチュエータ1によれば、二つの電磁石の反発力及び吸引力により比較的大きい推進力を得ることができる上、その推進方向を変換したり、出力部30を途中位置で停止させたりすることが可能であり、しかも、出力部30の位置をセンサ部70によって検知することができる。
また、ケース部10内周面と、第1の電磁石部50、ガイド筒部40、第2の電磁石部60及びスペーサ82との間に形成される隙間s1,s2,s3,s4によってリード線51a,61aを後方へ導くようにしているため、ケース部10の外周に突出部分を設ける必要がなくなるので、当該リニアアクチュエータ1を、例えば内視鏡等の細身のアクチュエータとして有効に利用することができる。
Therefore, according to the
Further, the
なお、上記実施例によれば、センサ部70によって出力部30の位置を検知するように構成したが、他例としては、センサ部70によって永久磁石部20の位置を検知する構成とすることも可能である。
また、上記実施例によれば、センサ部70としてホールセンサを用いたが、該センサ部70の他例としては、永久磁石部20又は出力部30の位置を感知する接触式センサ(例えば、リミットスイッチ等)や、他の非接触式センサ(例えば、近接スイッチ等)とすることも可能である。
In addition, according to the said Example, although comprised so that the position of the
Further, according to the above embodiment, a Hall sensor is used as the
また、上記実施例では、永久磁石部20が径外方向からの磁気影響を受けないように、ケース部10を非磁性体により構成したが、非磁性体であるガイド筒部40の材質や厚みの調整により、永久磁石部20が径外方向から受ける磁気影響を軽減できる場合等には、ケース部10を磁性体から構成することも可能である。
Moreover, in the said Example, although the
また、上記実施例では、特に好ましい制御方法として、第1の電磁石部50と第2の電磁石部60のうち、その一方により永久磁石部20を吸引するのと同時に他方により永久磁石部20を反発して、永久磁石部20及び出力部30を動かすようにしたが、他例としては、第1の電磁石部50と第2の電磁石部60のうち、何れか一方の吸引力又は反発力によって永久磁石部20及び出力部30を動かすことも可能である。
In the above-described embodiment, as a particularly preferable control method, the
また、上記実施例では、ケース部10内の前端側と後端側に異なる形状のスペーサ81とスペーサ82を用いたが、他例としては、双方に同一のスペーサ82,82を用い、前端側のスペーサ82とケース部10との隙間を接着剤等の他の部材に塞ぐようにすることで、前記二つのスペーサを共通部品化することも可能である。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施例によれば、出力部30の前端側をケース部10の前方へ突出する構成としたが、他例としては、出力部30の後端側をケース部10の後方へ突出する構成とした態様や、ケース部10及びガイド筒部40に、径方向に貫通した前後方向の長孔を設け、該長孔を介して、ケース部10外に設けられた出力部(図示せず)を永久磁石部20に接続した態様等とすることも可能である。
Moreover, according to the said Example, although it was set as the structure which protrudes the front-end side of the
また、図示例によれば、出力部30がその軸線を中心にして回転可能な構成となっているが、出力部30が回転不能な構成とすることも可能である。この構成は、例えば、出力部30又は永久磁石部20と、出力部30又は永久磁石部20の周囲の回転不能な部材(具体的には、磁性体コア52,62、ガイド筒部40又は支持部材83)とのうち、その一方に前後方向の溝を設けるとともに、その他方には、前記溝に対し周方向へ移動不能であって前後方向へ移動可能に嵌り合う凸部を設ければよい。
Moreover, according to the example of illustration, although the
1:リニアアクチュエータ
10:ケース部 20:永久磁石部
30:出力部 40:ガイド筒部
50:第1の電磁石部 60:第2の電磁石部
51,61:コイル部 52,62:磁性体コア
51a,61a:リード線 52a,62a:筒部
52b,62b:吸引反発部 70:センサ部
s1,s2,s3,s4:隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Linear actuator 10: Case part 20: Permanent magnet part 30: Output part 40: Guide cylinder part 50: 1st electromagnet part 60:
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