JP2014204618A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲の変位に渡って、ある大きさ以上の十分な推力を確保する。
【解決手段】変位拡大点をもつ電磁アクチュエータ１は、間隙５を形成する２面２ａｓ、２ｂｓを有するとともに磁性体からなる変位拡大機構１Ａと、変位拡大機構１Ａに設けられたコイル６とを備えている。コイル６に電流を流すことにより磁性体に磁束を生じさせ、２面２ａｓ、２ｂｓ間に吸引力を生じさせる。この２面２ａｓ、２ｂｓ間の吸引力により、変位拡大点を変位させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、変位拡大機構を含む電磁アクチュエータに係り、とりわけ広い範囲の変位にわたって、ある大きさ以上の十分な推力を確保することができ、全体を小型化することができる電磁アクチュエータに関する。

従来から、電磁吸引力を用いた電磁アクチュエータが知られている。従来技術による電磁アクチュエータを構成する電磁吸引力発生機構を図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図２０（ａ）は電磁吸引力発生機構１０１の正面図である。電磁吸引力発生機構１０１は、断面形状が略四角形となる鉄等の磁性体から成り、同一方向に略平行に伸びる一対の吸引鉄心１０２ａ、１０２ｂの一端が磁力発生鉄心１０３で接続されて「コの字形」に形成されている。

そして、磁力発生鉄心１０３の周囲には、銅線等の導電性を有する線材からなる巻線１０４が巻回されている。吸引鉄心１０２ａ、１０２ｂの他端は平面形状をなす吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓとなっている。ここで図２０（ｂ）は図２０（ａ）の矢印Ａ１０１方向矢視図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）の矢印Ｂ１０１方向矢視図である。また、図２０（ｂ）、（ｃ）においては、巻線１０４は省略してある。図２０（ｂ）、（ｃ）に示すように、吸引鉄心１０２ａ、１０２ｂの断面積と、磁力発生鉄心１０３の断面積は略同一となっている。

この電磁吸引力発生機構１０１を利用した電磁アクチュエータ１１１を図２１に示す。図２１に示す電磁アクチュエータ１１１において、図示されない保持機構により、電磁吸引力発生機構１０１の吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓが略垂直となるように保持され、この電磁吸引力発生機構１０１の吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓに対向する位置に僅かな間隙１０５だけ離間して可動鉄片１０６が実線のように配置されている。ここで可動鉄片１０６の一側の面１０６ｓ１と吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓとの間の間隙１０５の長さはｘ１０１である。

可動鉄片１０６の他側の面１０６ｓ２はワイヤ１０７ａによりバネ１０８の一端に接続され、バネ１０８の他端はワイヤ１０７ｂを介して壁面１０９に接続されている。可動鉄片１０６の面１０６ｓ１、１０６ｓ２は略垂直となっており、電磁吸引力発生機構１０１の吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓと、これらに対向する可動鉄片１０６の面１０６ｓ１は、略平行である。

次に電磁アクチュエータ１１１の作用について、図２１を用いて以下に説明する。巻線１０４に電圧を印加すると巻線１０４に電流が供給され、磁力発生鉄心１０３→吸引鉄心１０２ａ→間隙１０５→可動鉄片１０６→間隙１０５→吸引鉄心１０２ｂ→磁力発生鉄心１０３のように構成された磁気回路に磁束が発生して増加させる。このため、吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓから間隙１０５を介して、可動鉄片１０６の面１０６ｓ１に対する吸引力を生じる。このとき可動鉄片１０６はバネ１０８が伸びて図２１における破線のように吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓ側に変位して、面１０６ｓ１は吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓに吸着される。ここで間隙１０５の長さは略０となる。

この場合、可動鉄片１０６は図示しない案内ガイド、あるいは平行バネにより案内され、略垂直の姿勢を維持しながら移動する。このため可動鉄片１０６の移動中、可動鉄片１０６の面１０６ｓ１と電磁吸引力発生機構１０１の吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓとは常に平行を保つことができる。

次に、巻線１０４に印加された電圧を遮断すると、供給されていた電流が消失して上述の磁気回路の磁束を減少させる。そして、可動鉄片１０６はバネ１０８の付勢力により面１０６ｓ１が吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓから離間して、図２１に示す実線の位置、すなわち面１０６ｓ１と吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓとの間隙１０５の長さがｘ１０１となる位置に復帰する。このように、電磁吸引力発生機構１０１を用いて可動鉄片１０６に発生する変位はｘ１０１である。

このような電磁アクチュエータ１１１には、以下の問題点がある。図２１において、巻線１０４に供給する電流を一定にした時に、変位ｘ１０１の値を横軸にとり、当該変位を発生させる際に可動鉄片１０６が電磁吸引力発生機構１０１から受ける吸引力すなわち推力を縦軸にとり、両者の関係を表したグラフを図２２に一点鎖線で示す。図２２から明らかなように、変位が小さい場合には推力は十分に大きいが、変位が大きくなると推力は急速に小さくなる。

このため、図２１における間隙の長さｘ１０１（変位）が大きい場合には、可動鉄片１０６が電磁吸引力発生機構１０１から受ける吸引力すなわち推力が、間隙の長さｘ１０１（変位）が小さい場合に比べて著しく低下する。図２１において、可動鉄片１０６の面１０６ｓ１と電磁吸引力発生機構１０１の吸着面１０２ａｓ、１０２ｂｓとが最も離れた箇所においては、可動鉄片１０６に加わる推力はきわめて小さい。

このような場合、この推力を用いて何らかの作用、例えば振動発生を実現しようとすると、その振動力が著しく低下する。すなわち図２２に示すようにこのような従来技術による電磁アクチュエータ１１１において、十分に大きい推力を得るためには、変位を極めて小さい値に限定しなくてはならないことになる。これを改善して、大きい変位に対する推力を十分に大きくするためには、図２１に示す電磁吸引力発生機構１０１の巻線１０４に供給する電流を大きくしなくてはならず、このため巻線１０４の電流供給回路を構成する電子部品として、大電流対応の部品を使用する必要がある。このことは、当該回路のコストアップあるいは大規模化を招くことになり、好ましくない。さらに、全体が一体化されていないため、電磁吸引力発生機構１０１、可動鉄片１０６、ワイヤ１０７ａ、１０７ｂおよびバネ１０８等の各部を個別に製造してから接続したり配置することになり、製造工程が煩雑になる。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、変位の増加に対する推力の著しい低下を抑制することができ、広範囲に渡って変位しても推力の変動幅を小さくすることができ、かつ全体として小型化することによって製造を容易にすることができる電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、変位拡大点をもつ電磁アクチュエータにおいて推力発生部を有する磁性体を含む変位拡大機構と、磁性体を含む変位拡大機構に設けられ、磁性体に磁束を生じさせるコイルとを備え、コイルに電流を流すことにより磁性体に磁束を生じさせて推力発生部からの推力により変位拡大点を変位させることを特徴とする電磁アクチュエータである。

本発明は、推力発生部は、間隙を形成する２面からなることを特徴とする電磁アクチュエータである。

本発明は、変位拡大機構は、環状部分と、環状部分内に配置されその間に間隙を形成する少なくとも一対の変位部分とを有することを特徴とする電磁アクチュエータである。

本発明は、環状部分の一部は弾性部材からなることを特徴とする電磁アクチュエータである。

本発明は、コイルは一対の変位部分のうち一方の変位部分に設けられていることを特徴とする電磁アクチュエータである。

本発明は、環状部分内にその間に間隙を形成する二対以上の変位部分が設けられていることを特徴とする電磁アクチュエータである。

以上のように本発明によれば、変位の増加に対する推力の著しい低下を抑制することができ、広範囲に渡って変位しても推力の変動幅を小さくすることができ、かつ装置全体を小型化することができる。

図１（ａ）（ｂ）は、磁気回路のモデルを示す図。 図２は、図１の磁気回路を電気回路に置換した図。 図３は、図１の磁気回路における変位と推力の関係を表したグラフ。 図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第１の実施形態による電磁アクチュエータを示す図。 図５は、図４（ａ）の領域Ｐ０の拡大図。 図６は、図４（ａ）の拡大図。 図７は、図６の領域Ｐ１の拡大図。 図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２の実施形態による電磁アクチュエータを示す図。 図９は、図８（ａ）の領域Ｐ２１の拡大図。 図１０は、図８（ａ）の領域Ｐ２２の拡大図。 図１１は、図８（ａ）の拡大図。 図１２は、図１１の領域Ｐ２１の拡大図。 図１３は、図１１の領域Ｐ２２の拡大図。 図１４は、図１１における領域Ｑの拡大図。 図１５は、第２の実施形態における変位と推力の関係を表したグラフ。 図１６は、第２の実施形態における変位と電流の関係を表したグラフ。 図１７は、第１の実施形態における変形例を示す図。 図１８は、第２の実施形態における第１の変形例を示す図。 図１９は、第２の実施形態における第２の変形例を示す図。 図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、従来技術による電磁吸引力発生機構を示す図。 図２１は、従来技術による電磁アクチュエータを示す図。 図２２は、従来技術による電磁アクチュエータにおける変位と推力の関係を表したグラフ。

第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図１０は本発明の第１の実施の形態を示す図である。

まず本発明の基本原理となる磁気回路のモデルおよびその変位対推力の特性について説明する。

図１（ａ）（ｂ）に磁気回路のモデルを示す。ここで図１（ａ）は磁気回路のモデルを示す図であり、図１（ｂ）は磁気回路に変位拡大機構を付加したモデルを示す図である。磁性体Ｍｃは断面積Ｓｍをもち、この磁性体Ｍｃは、長さＸｇの間隙Ｇを形成するとともに環状に形成されており、その全長はＸｍである。

図示されていないが、磁性体Ｍｃには導電体からなる巻線が巻回されており、巻線の両端に電圧Ｖを印加すると巻線に電流Ｉが供給されて磁性体Ｍｃが磁化する。この場合、磁性体Ｍｃと間隙Ｇとにより、磁気回路Ｍ０が構成される。図１（ａ）の磁気回路Ｍ０を電気回路に置換した図を図２に示す。この電気回路は、磁気回路Ｍ０に印加される磁位差Ｆに磁性体Ｍｃの磁気抵抗Ｒｍと間隙Ｇの磁気抵抗Ｒｇとを直列に接続した形状である。

直列接続された磁気抵抗Ｒｍと磁気抵抗Ｒｇの合成抵抗をＲとすると、磁性体Ｍｃの透磁率をμ、間隙Ｇの透磁率をμ０（空気の透磁率）として、

となる。これより、磁束Φは、図２において磁位差Ｆを磁気抵抗Ｒで除して、

と求められる。ここに、式（２）の導出にあたって、磁位差Ｆは、巻線数Ｎと電流Ｉを用いて

と表せることを利用している。

次に、図１において、磁気回路Ｍ０の作用により、間隙Ｇの両側に対向する面間に働く吸引力すなわち推力Ｆｇを求める。磁性体Ｍｃに巻回される巻線はインダクタとして作用するので、そこに蓄えられる磁気エネルギーＵｍ、すなわち電源がなす仕事を求める。電源電圧をＶ、巻線に流れる電流をＩ、巻線のインダクタンスをＬとすると、

ここで、

すなわち

であることから、

となる。よって、式（４）を変形して、

となる。ここに、磁位差Ｆ、磁気抵抗Ｒについて、

であるから、
式（６）を用いて式（５）を変形して、

となる。この磁気エネルギーの変化分が、外部へ、または外部からの力学的な仕事となる。今、図１における間隙Ｇの長さＸｇ方向をＸ方向として、このＸ方向のみの仕事を考える。Ｘ方向に働く力すなわち、間隙Ｇの両側の面間に作用する吸引力をＦｘとすると、力学的なエネルギーＵｄは、

である。よって、エネルギー変化によって生じる力は、

と書くことができる。Ｕｄの変化はＵｍの変化によるものであるから、式（８）より

となる。これが、間隙Ｇの両側の面間に作用する吸引力すなわち推力である。式（９）に式（６）および式（１）を適用して変形すると、

ただし、

である。式（１０）は、間隙Ｇの長さ、すなわち変位Ｘｇと推力Ｆｘの関係を示しており、推力Ｆｘは変位Ｘｇの２乗に反比例している。ここで、本発明の基本構成である梃子の原理を用いた変位拡大機構を図１の磁気回路に付加することを考える。すなわち図１（ｂ）に示すように、支点Ｆ０を介して変位ＸｇをＡ倍に拡大してＸとするのである。これを式で示すと、変位Ｘｇと推力Ｆｘの関係を示す式（１０）に対して、図１（ｂ）に示すようにＡ倍の変位拡大（変位拡大率Ａ）を行うことになる。変位拡大後における式（１０）の変位Ｘｇは、Ａ倍に拡大された変位（図３における変位Ｘ）に置き換えられる。また、変位拡大後における式（１０）の推力Ｆｘは、変位拡大前の間隙Ｇの長さＸｇにおける推力の

に減少した推力に置き換えられる。変位拡大機構が変位および推力に与える上記の拡大および減少を考慮して、式（１０）を変位拡大後の推力ＦＡを表す式に書き換えると、式（１０）においてＸｇをＡ倍に拡大された後の変位Ｘとみなして、これを変位拡大前の値に換算するために

し、その変位拡大前の変位における推力Ｆｘを

すればよい。すなわち、変位拡大後の力ＦＡは、

と表すことができる。

ここで、式（１０）および式（１１）を用いて、電流Ｉを同一にした場合の変位Ｘｇと推力Ｆ_ＸおよびＦＡの関係を比較する。

上述のように、式（１０）は変位拡大を行わない場合の変位Ｘｇと推力Ｆ_Ｘの関係を表し、式（１１）は変位拡大を行った場合の変位Ｘｇと推力ＦＡの関係を表している。横軸に変位をとり、縦軸に推力をとって、式（１０）および式（１１）をグラフにしたものを図３に示す。

図３において、一点鎖線は式（１０）を表し、実線は式（１１）を表す。変位がある値Ｘｔ以上の場合には、変位拡大を行った時の推力が行わない場合の推力より大きく、ある値Ｘｔ以下の場合には、その逆になる。

なお、図３における一点鎖線のグラフは、図２２に示した電磁アクチュエータ１１１における変位と推力の関係のグラフと同様の形状であるが、これは、図２２に示す電磁アクチュエータ１１１においては変位拡大を実施していないためである。

図３に示すように、変位がＸｔより大きい範囲においては、変位拡大を行うことにより、同じ変位における推力が大きくなり、逆に、変位がＸｔより小さい範囲においては、変位拡大を行うことにより、同じ変位における推力が小さくなる。これは、変位拡大を行うことにより、Ｘｔよりも大きい変位における急激な力の低下を抑制して、広い範囲の変位にわたって、推力の変動幅を小さくしていることに他ならない。また、これにより、利用したい広い範囲の変位にわたって、ある大きさ以上の十分な推力を確保することが可能となる。

すなわち、上述のように、間隙Ｇの長さ、すなわち変位Ｘｇと推力Ｆｘとの関係では、推力Ｆｘは変位Ｘｇの２乗に反比例しているため、電磁アクチュエータに対して変位拡大をしない場合、変位Ｘｇが小さくなると、推力Ｆｘが大きく増加し、変位Ｘｇが大きくなると推力Ｆｘが極端に減少する。

本実施例の形態においては、電磁アクチュエータに対してＡ倍に変位拡大をすることにより、変位拡大をしない場合に比べて変位ＸｇはＡ倍となり、推力Ｆｘは１／Ａ倍となるので、推力Ｆｘと変位Ｘｇとの関係は図３に示すように、より平坦化されることになる。

以上の説明は、電流Ｉが同一の場合の変位と推力の関係についてのものである。ところで、電磁力においては、供給電流と推力は単純増加の関係にある。そのため、変位がＸｔより大きい時の推力の低下を抑制するということ、つまり同じ電流を供給した際に、より大きい推力を実現することができるということは、変位がＸｔより大きい時に、より小さい電流の供給によって同じ大きさの推力を得ることができるということである。

このことはある程度より大きい変位における推力を得る際に、電流供給回路を構成する電子部品として、大電流対応の部品を使用する必要がなくなるということであり、当該回路のコストアップあるいは大規模化を防止することが可能となる。

次に以上の原理に基づいて、図１の磁気回路に変位拡大機構を付加した形態、すなわち変位拡大機構を組み合わせた本発明による電磁アクチュエータについて、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）および図５により説明する。

ここで、図４（ａ）は電磁アクチュエータを示す正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ１方向矢視図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ１方向矢視図である。また図５は図４（ａ）の領域Ｐ０の拡大図である。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）および図５に示すように、電磁アクチュエータ１は後述する変位点（作用点）Ｌ１をもっている。このような電磁アクチュエータ１は、その間に間隙５を形成する対向する２面２ａｓ、２ｂｓをもつとともに、四角形断面をもつ磁性体からなる変位拡大機構１Ａと、磁性体からなる変位拡大機構１Ａに設けられ、変位拡大機構１Ａに磁束を生じさせるコイル（巻線）６とを備え、コイル６に電流を流すことにより、磁性体からなる変位拡大機構１Ａに磁束を生じさせて２面２ａｓ、２ｂｓ間の間隙（推力部）５の長さｘ１を変化させて、変位点Ｌ１を変位させる。

なお、変位拡大機構１Ａが四角形断面をもつ磁性体からなる例を示したが、これに限らず変位拡大機構１Ａは円形断面をもっていてもよく、五角形断面をもっていてもよく、さらに六角形断面あるいは他の多角形断面をもっていてもよい。

次に変位拡大機構１Ａについて述べる。変位拡大機構１Ａは弾性部材からなる一対の支持鉄心３ａ、３ｂと、一対の支持鉄心３ａ、３ｂの両側に位置するとともに弾性部材からなる一対の可動鉄心４ａ、４ｂと、各支持鉄心３ａ、３ｂから内側へ延びるとともに間隙５を形成する対向する２面２ａｓ、２ｂｓを含む吸引鉄心２ａ、２ｂとを有している。このうち、支持鉄心３ａ、３ｂと可動鉄心４ａ、４ｂとにより環状部１Ｂが構成され、吸引鉄心２ａ、２ｂは一対の変位部分１Ｃとなる。

次に変位拡大機構１Ａの各構成部材の関係を更に述べる。吸引鉄心２ａの一端に支持鉄心３ａの中点が接続されて「Ｔ字形」を形成している。同様に吸引鉄心２ａと同一形状の吸引鉄心２ｂの一端に支持鉄心３ａと同一形状の支持鉄心３ｂの中点が接続されて「Ｔ字形」を形成する。また吸引鉄心２ａおよび吸引鉄心２ｂのそれぞれの他端の面が対向し、支持鉄心３ａ、３ｂの両端に可動鉄心４ａ、４ｂが接続されている。

この場合、可動鉄心４ａ、４ｂは、いずれも吸引鉄心２ａ、２ｂの反対側、すなわち電磁アクチュエータ１の外側に向けて、わずかに凸形に湾曲している。

上述のように支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂにより、環状部１Ｂが構成されている。また、上述のように吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面は、僅かな間隙５を形成する２面２ａｓ、２ｂｓとなっており、間隙５の長さはｘ１となっている。そして、吸引鉄心２ａの周囲には、銅線等の導電性を有する線材からなる巻線６が巻付けられている。

ところで、図４（ｂ）、（ｃ）においては、巻線６は省略してあるが、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、吸引鉄心２ａ、２ｂの断面積と、支持鉄心３ａ、３ｂの断面積は略同一である。また、可動鉄心４ａ、４ｂの断面積は、吸引鉄心２ａ、２ｂの断面積の略１／２である。また、図４（ａ）の領域Ｐ０の拡大図を示す図５において、吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓ、２ｂｓの位置をそれぞれ２ａ１、２ｂ１とすると、面２ａｓと２ｂｓとの間には、２ａ１と２ｂ１との距離がｘ１となるような間隙５が形成されている。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について、図６および図７を用いて説明する。

ここで図６は図４（ａ）の拡大図である。コイル（巻線）６の両端に図示されない電圧源を接続して電圧を印加すると巻線６に電流が供給される。この場合、吸引鉄心２ａ→支持鉄心３ａ→可動鉄心４ａ→支持鉄心３ｂ→吸引鉄心２ｂ→間隙５→吸引鉄心２ａのように磁束が通る第１の磁気回路が形成され、また吸引鉄心２ａ→支持鉄心３ａ→可動鉄心４ｂ→支持鉄心３ｂ→吸引鉄心２ｂ→間隙５→吸引鉄心２ａのように磁束が通る第２の磁気回路が形成されて、第１の磁気回路および第２の磁気回路の磁束が増加する。

このように、変位拡大機構１Ａは支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂにより構成された磁束が通る磁気回路を形成する。そして、上述した磁気回路は、図５に示すように、磁性体からなる吸引鉄心２ａ、２ｂの面２ａｓ、２ｂｓにより形成された間隙５を含む。このため、間隙（推力部）５を介して、面２ａｓと面２ｂｓの間に吸引力（推力）が生じる。このとき、支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂがいずれも弾性部材からなるため、図５において吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓと面２ｂｓとの間に生じる吸引力は、面２ａｓと面２ｂｓとを近接させる。この様子を、図６の領域Ｐ１の拡大図として、図７に示す。

図６において巻線６に電流が流れていない状態においては、図７において、吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓと面２ｂｓの位置はそれぞれ２ａ１、２ｂ１であり、その間の距離はｘ１である。これは、図５と同じである。この状態を、図７において実線で示す。

次に、上述のように図６において巻線６に電流が流れると、図７において、吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓと面２ｂｓの間に吸引力が作用し、面２ａｓと面２ｂｓの位置はそれぞれ２ａ２、２ｂ２に近接し、間隙５は小さくなる。この状態において、面２ａｓと面２ｂｓの間の距離はｘ２である。この状態を、図７において破線で示す。すなわち、図６において巻線６に電流が流れない状態から流れる状態に変化することにより、図７において、面２ａｓと面２ｂｓのそれぞれについて、Ｃ１で示す変位が発生する。

この状態から、図６における巻線６に印加された電圧を遮断すると、上述の磁気回路の磁束は減少する。これによって、面２ａｓと面２ｂｓの間に作用していた吸引力が消失する。このとき、支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂは弾性部材からなるため、図７において、吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓと面２ｂｓの位置はそれぞれ２ａ１、２ｂ１に復帰する。

この場合、復帰後の間隙５は、図６において巻線６に電流が流れない状態、すなわち磁束が発生していない状態と同一になり、面２ａｓと面２ｂｓの間の距離はｘ１となる。

以上のように、電磁アクチュエータ１において吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓと面２ｂｓに発生する変位はそれぞれＣ１となる。

ここで吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓと面２ｂｓに発生するそれぞれの変位Ｃ１については、図６の領域Ｐ１にも実線と破線により記載してある。

このように、本実施の形態においては、巻線６に供給された電流が消失して磁束が消失すると、変位拡大機構１Ａを構成する支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂの吸引鉄心２ａ、２ｂが復帰する。このため、吸引鉄心２ａ、２ｂを復帰させるため別個の弾性体を配置する必要がなく、変位拡大機構１Ａ全体の小型化および低コスト化をはかることができる。

次に、図６を用いて、上記の変位Ｃ１を拡大する作用について説明する。

図６に示す領域Ｐ１において、吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する面２ａｓと面２ｂｓに、破線で示すようにＣ１の長さの変位が発生するが、この変位は吸引鉄心２ａ、２ｂの他端に生じたものである。このため、吸引鉄心２ａ、２ｂの一端に中間点が接続された支持鉄心３ａ、３ｂにも、同一方向にＣ１の長さの変位を生じる。この様子を、支持鉄心３ａについても吸引鉄心２ａと同様に変位を示す破線およびＣ１の記載により表現している（図６参照）。この支持鉄心３ａの変位Ｃ１は、支持鉄心３ａおよびその両端に接続された可動鉄心４ａ、４ｂにより拡大される。ここで、支持鉄心３ａと支持鉄心３ｂは上下対称に配置されているため、全体として、支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂにより変位拡大のためのリンク機構が構成されている。

その原理について、図６において、変位拡大機構１Ａを構成する支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂにリンク機構を適用して説明する。リンク機構は、支持鉄心３ａと可動鉄心４ｂの接続点であるＬ１１、可動鉄心４ｂの中点であるＬ１２、可動鉄心４ｂと支持鉄心３ｂの接続点であるＬ１３、支持鉄心３ｂと可動鉄心４ａの接続点であるＬ１４、可動鉄心４ａの中点であるＬ１５、可動鉄心４ａと支持鉄心３ａの接続点であるＬ１６の６つのリンク接続点をもち、これらのリンク接続点Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５およびＬ１６はこの順に右回りに配置されている。そして、各リンク接続点Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５およびＬ１６の間を接続するバーＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６が、図６に示すように、やはりこの順に右回りに配置されている。これらのリンク接続点およびバーの中で、リンク接続点Ｌ１１、Ｌ１２および両者を接続するバーＢ１１により構成されるグループ１、リンク接続点Ｌ１２、Ｌ１３および両者を接続するバーＢ１２により構成されるグループ２、リンク接続点Ｌ１４、Ｌ１５および両者を接続するバーＢ１４により構成されるグループ３、リンク接続点Ｌ１５、Ｌ１６および両者を接続するバーＢ１５により構成されるグループ４という４つのグループにより、それぞれ同一の変位拡大のためのリンク機構が構成されている。

すなわち、変位拡大のためのリンク機構は環状に構成されている。これらのリンク機構を構成するグループのうち、グループ１を例にとって変位拡大のためのリンク機構の作用について説明を行う。。なお、グループ２はグループ１と上下対称配置であり、グループ４およびグループ３はそれぞれグループ１およびグループ２と左右対称配置である。よって、ここではグループ１を用いて作用の説明を行い、残り３つのグループの作用は全く同様であるため、それらの作用の説明は省略する。

変位拡大のためのリンク機構は、梃子の原理によって小さい変位を大きい変位に拡大する作用を有する。すなわち、リンク機構には、梃子の３つの要素である力点、支点、作用点がある。図６において、上記グループ１に属するリンク接続点Ｌ１１は力点Ｅ１として作用する。すなわち、巻線６に電流を供給した際に生じる支持鉄心３ａの変位Ｃ１により、リンク接続点Ｌ１１には間隙５に向かう変位Ｇ１１が、図６における矢印の方向に生じる。次に、リンク接続点Ｌ１１から水平方向かつ可動鉄心４ｂが凸形に湾曲している方向に伸ばした直線Ｌｅ１１と、リンク接続点Ｌ１２から垂直方向に支持鉄心３ａ側に伸ばした直線Ｌｅ１２との交点をＦ１とすると、Ｆ１が支点となる。そして、リンク接続点Ｌ１２が作用点Ｌ１となり、そこには、リンク接続点Ｌ１１すなわち力点Ｅ１に生じた変位Ｇ１１を梃子の原理によって拡大した変位Ｇ１２が、可動鉄心４ｂが凸形に湾曲している方向に生じる。

ここで可動鉄心４ｂの中点は、可動鉄心４ｂが凸形に湾曲している方向に長さＤ１だけ変位する。この様子を、図６の可動鉄心４ｂに、支持鉄心３ａと同様に変位を示す破線およびＤ１として示す。

この場合、長さＣ１と長さＤ１の比が変位拡大率である。その変位拡大率は、以下のようにして求めることができる。力点Ｅ１から垂直に作用点Ｌ１方向に引いた直線をＳ１とし、直線Ｓ１とバーＢ１１、すなわち力点Ｅ１と作用点Ｌ１とを結ぶ直線とのなす角をθ１とし、バーＢ１１の長さをｌ１とすると、変位拡大率Ａ１は、支点Ｆ１から作用点Ｌ１までの長さと、支点Ｆ１から力点Ｅ１までの長さの比であるから、

となる。上述のようなグループ２、３、４の位置関係から、グループ２、３、４についても同様の説明が成り立つ。ここに、リンク接続点Ｌ１２すなわち作用点Ｌ１は、グループ１とグループ２に共通であるため、そこに生じる変位は、グループ１とグループ２の両方の変位拡大機構により生じる変位Ｄ１と同一となる。

可動鉄心４ａ側のリンクＬ１５についても同様である。

このように本実施の形態によれば、吸引鉄心２ａ、２ｂの対向する２面２ａｓ、２ｂｓ間の間隙５の長さを変化させることにより、この間隙５の長さの変化を支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂによって拡大させ、変化点（作用点）Ｌ１において、大きな変位を生じさせることができる。

この場合、利用したい広い範囲の変位にわたって、ある大きさ以上の十分な推力を確保することができ、また変位が大きい場合でも、より小さい電流の供給によって十分に大きい推力を得ることができる。これによって、電流供給回路を構成する電子部品として、大電流対応の部品を使用する必要がなくなり、当該回路のコストアップあるいは大規模化を防止することが可能となる。さらに、磁気回路の磁束を減少させると、変位拡大機構１Ａを構成する支持鉄心３ａ、３ｂおよび可動鉄心４ａ、４ｂの弾性力により、吸引鉄心２ａ、２ｂを復帰させている。このため、吸引鉄心２ａ、２ｂの復帰を目的とした弾性体を別途配置する必要がなく、機構全体の小型化および低コスト化をはかることができる。また、変位拡大機構１Ａ全体が一体化された構造であるため、例えば金型を用いて全体を１つの工程で製造することができるため、製造が容易である。

第２の実施の形態
次に図８乃至図１６により本発明の第２の実施の形態について説明する。

ここで、図８（ａ）は電磁アクチュエータを示す正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ２方向矢視図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ２方向矢視図である。また図９は図８（ａ）の領域Ｐ２１の拡大図である。また図１０は図８（ａ）の領域Ｐ２２の拡大図である。

図８（ａ）（ｂ）（ｃ）および図９に示すように、電磁アクチュエータ２１は後述する変位点（作用点）Ｌ１をもっている。このような電磁アクチュエータ２１は、その間に間隙２５ａ、２５ｂを形成する対向する２面２２ａｓ、２２ｂｓおよび２面２２ｃｓ、２２ｄｓをもつとともに、四角形断面をもつ磁性体からなる変位拡大機構２１Ａと、磁性体からなる変位拡大機構２１Ａに設けられ、変位拡大機構２１Ａに磁束を生じさせるコイル（巻線）２６ａ、２６ｃとを備え、コイル２６ａ、２６ｃに電流を流すことにより、磁性体からなる変位拡大機構２１Ａに磁束を生じさせて２面２２ａｓ、２２ｂｓ間および２面２２ｃｓ、２２ｄｓ間の間隙２５ａ、２５ｃの長さｘ２１、ｘ２２を変化させて、変位点を変位させる。

次に変位拡大機構２１Ａについて述べる。変位拡大機構２１Ａは弾性部材からなる一対の支持鉄心２３ａ、２３ｂと、一対の支持鉄心２３ａ、２３ｂの両側に位置する一対の可動鉄心２４ａ、２４ｂと、各支持鉄心２３ａ、２３ｂから内側へ延びるとともに間隙２５ａを形成する対向する２面２２ａｓ、２２ｂｓを含む一対の吸引鉄心２２ａ、２２ｂと、各支持鉄心２３ａ、２３ｂから内側へ延びるとともに間隙２５ｃを形成する対向する２面２２ｃｓ、２２ｄｓを含む一対の吸引鉄心２２ｃ、２２ｄとを有している。

このうち、支持鉄心２３ａ、２３ｂと可動鉄心２４ａ、２４ｂにより環状部１Ｂが構成され、２対の吸引鉄心２２ａ、２２ｂ、吸引鉄心２２ｃ、２２ｄは変位部分２１Ｃを構成する。

次に変位拡大機構２１Ａの各構成部分の関係を更に述べる。吸引鉄心２２ａ、２２ｃのそれぞれの一端に支持鉄心２３ａの中間点が接続されて「II字形」を形成している。同様に吸引鉄心２２ａ、２２ｃと同一形状の吸引鉄心２２ｂ、２２ｄの一端に支持鉄心２３ａと同一形状の支持鉄心２３ｂの中間点が接続されて「II字形」を形成する。また吸引鉄心２２ａ、２２ｃおよび吸引鉄心２２ｂ、２２ｄのそれぞれの他端の面がそれぞれ対向し、支持鉄心２３ａ、２３ｂの両端に可動鉄心２４ａ、２４ｂが接続されている。

この場合、可動鉄心２４ａ、２４ｂは、それぞれがいずれも吸引鉄心２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、２２ｄの反対側、すなわち電磁アクチュエータ２１の外側に向けて、わずかに凸形に湾曲している。

そして、可動鉄心２４ａ、２４ｂはいずれもその湾曲方向に対して厚く形成されている部分と薄く形成されている部分を交互に接続した形状を有している。可動鉄心２４ａが支持鉄心２３ａに接続される部分は薄く形成された可動鉄心薄部２４ａｎ１である。そこから可動鉄心２４ａを支持鉄心２３ｂに向けて、厚く形成された可動鉄心厚部２４ａｗ１が連結され、さらに可動鉄心厚部２４ａｗｌに支持鉄心２３ｂに向かって順次可動鉄心薄部２４ａｎ２、可動鉄心厚部２４ａｗ２、可動鉄心薄部２４ａｎ３、可動鉄心厚部２４ａｗ３、可動鉄心薄部２４ａｎ４が接続され、可動鉄心薄部２４ａｎ４は支持鉄心２３ｂに連結されている。

同様に、可動鉄心２４ｂが支持鉄心２３ａに接続される部分は薄く形成された可動鉄心薄部２４ｂｎ１である。そこから可動鉄心２４ｂを支持鉄心２３ｂに向けて、厚く形成された可動鉄心厚部２４ｂｗ１が連結され、さらに可動鉄心厚部２４ｂｗｌに支持鉄心２３ｂに向かって順次可動鉄心薄部２４ｂｎ２、可動鉄心厚部２４ｂｗ２、可動鉄心薄部２４ｂｎ３、可動鉄心厚部２４ｂｗ３、可動鉄心薄部２４ｂｎ４が連結され、可動鉄心薄部２４ｂｎ４は支持鉄心２３ｂに連結されている。

上述のように支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂにより、環状部２１Ｂが構成されている。また、上述のように吸引鉄心２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、２２ｄの対向する面は僅かな間隙２５ａ、２５ｃを形成する面２２ａｓ、２２ｂｓ、面２２ｃｓ、２２ｄｓとなっており、間隙２５ａ、２５ｃの長さはいずれもｘ２１となっている。そして、吸引鉄心２２ａ、２２ｃの周囲には、銅線等の導電性を有する線材からなる巻線２６ａ、２６ｃがそれぞれ巻付けられている。

ところで図８（ｂ）、（ｃ）においては、巻線２６ａ、２６ｃは省略してあるが、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、吸引鉄心２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの断面積と、支持鉄心２３ａ、２３ｂの断面積は略同一である。また、図８（ａ）の領域Ｐ２１、Ｐ２２の拡大図をそれぞれ示す図９、図１０において、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓ、２２ｂｓの位置をそれぞれ２２ａ１、２２ｂ１とすると、面２２ａｓと２２ｂｓとの間には、２２ａ１と２２ｂ１との距離がｘ２１となるような間隙２５ａが形成されている。同様に、図１０に示すように、吸引鉄心２２ｃ、２２ｄの対向する面２２ｃｓ、２２ｄｓの位置をそれぞれ２２ｃ１、２２ｄ１とすると、面２２ｃｓと２２ｄｓとの間には、２２ｃ１と２２ｄ１との距離がｘ２１となるような間隙２５ｃが形成されている。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について、図１１乃至図１３を用いて説明する。

ここで図１１は図８（ａ）の拡大図である。コイル（巻線）２６ａ、２６ｃの両端に図示されない電圧源をそれぞれ接続して電圧を印加すると、巻線２６ａ、２６ｃに電流が供給される。この場合、吸引鉄心２２ａ→支持鉄心２３ａ→吸引鉄心２２ｃ→間隙２５ｃ→吸引鉄心２２ｄ→支持鉄心２３ｂ→吸引鉄心２２ｂ→間隙２５ａ→吸引鉄心２２ａのように磁束が通る磁気回路が形成されて磁気回路の磁束が増加する。このように、変位拡大機構２１Ａは、支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂにより構成された磁束が通る磁気回路を構成されている。そして、上述した磁気回路は、図９、図１０に示すように、磁性体からなる吸引鉄心２２ａ、２２ｂの面２２ａｓ、２２ｂｓにより形成された間隙（推力部）２５ａ、および吸引鉄心２２ｃ、２２ｄの面２２ｃｓ、２２ｄｓにより形成された間隙（推力部）２５ｃを含む。このため、間隙２５ａを介して、面２２ａｓと面２２ｂｓとの間に吸引力（推力）が生じるとともに、間隙２５ｃを介して面２２ｃｓと面２２ｄｓとの間に吸引力を生じる。このとき、支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂがいずれも弾性部材からなるため、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓと面２２ｂｓおよび吸引鉄心２２ｃ、２２ｄの対向する面２２ｃｓと面２２ｄｓとの間に生じる吸引力は、面２２ａｓと面２２ｂｓおよび面２２ｃｓと面２２ｄｓとを近接させる。

この様子を、図１１の領域Ｐ２１、Ｐ２２の拡大図として、図１２、図１３に示す。図１１において巻線２６ａ、２６ｃに電流が流れていない状態においては、図１２において、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓと、面２２ｂｓの位置はそれぞれ２２ａ１、２２ｂ１であり、その間の距離はｘ２１である。これは、図９と同じである。この状態を、図１２において実線で示す。

次に、上述のように図１１において巻線２６ａ、２６ｃに電流が流れると、図１２において、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓと面２２ｂｓの間に吸引力が作用し、面２２ａｓと面２２ｂｓの位置はそれぞれ２２ａ２、２２ｂ２に近接し、間隙２５ａは小さくなる。この状態において、面２２ａｓと面２２ｂｓの間の距離はｘ２２である。この状態を、図１２において破線で示す。すなわち、図１１において巻線２６ａ、２６ｃに電流が流れない状態から流れる状態に変化することにより、図１２において、面２２ａｓと面２２ｂｓのそれぞれについて、Ｃ２で示す変位が発生する。

この状態から、図１１における巻線２６ａ、２６ｃに印加された電圧を遮断すると、供給されていた電流が消失して上述の磁気回路の磁束を減少させる。これによって、面２２ａｓと面２２ｂｓの間に作用していた吸引力が消失する。このとき、支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂは弾性部材からなるため、図１２において、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓと面２２ｂｓの位置はそれぞれ２２ａ１、２２ｂ１に復帰する。

この場合、復帰後の間隙２５ａは、図１１において巻線２６ａ、２６ｃに電流が流れない状態、すなわち磁束が発生していない状態と同一になり、面２２ａｓと面２２ｂｓの間の距離はｘ１となる。

以上のように電磁アクチュエータ２１において、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓと面２２ｂｓに発生する変位はそれぞれＣ２となる。また、図１３に示す吸引鉄心２２ｃ、２２ｄの間隙２５ｃに変位Ｃ２を生じる過程も、図１２の場合と同様である。以上説明した、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓと面２２ｂｓおよび吸引鉄心２２ｃ、２２ｄの対向する面２２ｃｓと面２２ｃｓに発生する変位Ｃ２については、図１１の領域Ｐ２１、Ｐ２２にも実線と破線により記載してある。

このように、本実施形態によれば、巻線２６ａ、２６ｃに供給された電流が消失して磁束を減少させると、変位拡大機構２１Ａを構成する支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂの弾性力により吸引鉄心２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが復帰する。このため、吸引鉄心２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを復帰させるため別個の弾性体を配置する必要がなく、変位拡大機構２１Ａ全体の小型化および低コスト化をはかることができる。

次に、図１１を用いて、上記の変位Ｃ２を拡大する作用について説明する。

図１１に示す領域Ｐ２１において、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの対向する面２２ａｓと面２２ｂｓに、破線で示すようにＣ２の長さの変位が発生するが、この変位は吸引鉄心２２ａ、２２ｂの他端に生じたものである。このため、吸引鉄心２２ａ、２２ｂの一端に中間点が接続された支持鉄心２３ａ、２３ｂにも、同一方向にＣ２の長さの変位を生じる。この様子を、支持鉄心２３ａについても吸引鉄心２２ａと同様に変位を示す破線およびＣ２の記載により表現している（図１１参照）。この支持鉄心２３ａの変位Ｃ２は、支持鉄心２３ａおよびその両端に接続された可動鉄心２４ａ、２４ｂにより拡大される。ここで、支持鉄心２３ａと支持鉄心２３ｂは上下対称に配置されているため、全体として、支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂにより変位拡大のためのリンク機構が構成されている。

その原理について、図１１において、変位拡大機構２１Ａを構成する支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂにリンク機構を適用して説明する。リンク機構は、支持鉄心２３ａと可動鉄心薄部２４ｂｎ１の接続点であるＬ２１、可動鉄心薄部２４ｂｎ２の略中点であるＬ２２、可動鉄心薄部２４ｂｎ３の略中点であるＬ２３、可動鉄心薄部２４ｂｎ４と支持鉄心２３ｂの接続点であるＬ２４、支持鉄心２３ｂと可動鉄心薄部２４ａｎ４の接続点であるＬ２５、可動鉄心薄部２４ａｎ３の略中点であるＬ２６、可動鉄心薄部２４ａｎ２の略中点であるＬ２７、可動鉄心薄部２４ａｎ１と支持鉄心２３ａの接続点であるＬ２８の８つのリンク接続点をもち、これらのリンク接続点Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ２７、Ｌ２８はこの順に右回りに配置されている。そして、各リンク接続点Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ２７、Ｌ２８間を接続するバーＢ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４、Ｂ２５、Ｂ２６、Ｂ２７、Ｂ２８が、図１１に示すように、やはりこの順に右回りに配置されている。

これらのリンク接続点およびバーの中で、リンク接続点Ｌ２１、Ｌ２２および両者を接続するバーＢ２１により構成されるグループ１、リンク接続点Ｌ２３、Ｌ２４および両者を接続するバーＢ２３により構成されるグループ２、リンク接続点Ｌ２５、Ｌ２６および両者を接続するバーＢ２５により構成されるグループ３、リンク接続点Ｌ２７、Ｌ２８および両者を接続するバーＢ２７により構成されるグループ４という４つのグループにより、それぞれ同一の変位拡大のためのリンク機構が構成されている。

すなわち、変位拡大のためのリンク機構は環状に構成されている。これらのリンク機構を構成するグループのうち、グループ１の拡大図、すなわち図１１における領域Ｑの拡大図を図１４示し、図１１および図１４を用いてグループ１の変位拡大のためのリンク機構の作用について説明する。なお、グループ２はグループ１と上下対称配置であり、グループ４およびグループ３はそれぞれグループ１およびグループ２と左右対称配置である。よって、ここではグループ１を用いて作用の説明を行い、残り３つのグループの作用は全く同様であるため、それらの作用の説明は省略する。

図６の場合と同様に、図１１において、上記グループ１に属するリンク接続点Ｌ２１は力点Ｅ２（図１４）として作用する。すなわち、巻線２６ａ、２６ｂに電圧を印加した際に生じる支持鉄心２３ａの変位Ｃ２により、リンク接続点Ｌ２１には間隙２５ｃに向かう変位Ｇ２１が、図１４における矢印の方向に生じる。次に、図１１において、リンク接続点Ｌ２１から水平方向かつ可動鉄心２４ｂが凸形に湾曲している方向に伸ばした直線（図１４におけるＬｅ２１）と、リンク接続点Ｌ２２から垂直方向に支持鉄心２３ａ側に伸ばした直線（図１４におけるＬｅ２２）との交点をＦ２（図１４）とすると、Ｆ２が支点となる。そして、リンク接続点Ｌ２２が作用点Ｌ２（図１４）となり、そこには、図１４に示すように、リンク接続点Ｌ２１すなわち力点Ｅ２に生じた変位Ｇ２１を梃子の原理によって拡大した変位Ｇ２２が、図１１において可動鉄心２４ｂが凸形に湾曲している方向に生じる。

ここでリンク接続点Ｌ２２は、図１１において可動鉄心２４ｂが凸形に湾曲している方向に変位する（図１１におけるＤ２）。

この場合、図１１における長さＣ２と長さＤ２の比が変位拡大率である。その変位拡大率は、以下のようにして求めることができる。図１４において、力点Ｅ２から垂直に作用点Ｌ２方向に引いた直線をＳ２とし、直線Ｓ２とバーＢ２１、すなわち力点Ｅ２と作用点Ｌ２とを結ぶ直線とのなす角をθ２とし、バーＢ２１の長さをｌ２とすると、変位拡大率Ａ２は、支点Ｆ２から作用点Ｌ２までの長さと、支点Ｆ２から力点Ｅ２までの長さの比であるから、

となる。

上述のようなグループ２、３、４の位置関係から、グループ２、３、４についても同様の説明が成り立つ。

ここに、図１１において、グループ１の作用点であるリンク接続点Ｌ２２と、グループ２の作用点であるＬ２３の中点である動作点Ｌ２ｙを考えると、動作点Ｌ２ｙは可動鉄心２４ｂの中点である。そのため、この動作点Ｌ２ｙに、リンクＬ２２およびリンクＬ２３と同一の変位Ｄ２を生成することになる。可動鉄心２４ａ側のリンク接続点Ｌ２６、リンク接続点Ｌ２７、可動鉄心２４ａの中点である動作点Ｌ２ｘについても同様である。

ところで、図８（ａ）に示すように、可動鉄心２４ａ、２４ｂは湾曲方向、すなわち変位する方向に対して、厚く形成されている部分と薄く形成されている部分を交互に接続した形状を有している。このため。第１の実施形態における図１の電磁アクチュエータ１の可動鉄心４ａ、４ｂに比べると、薄く形成されている部分が存在することによって、拡大後の変位によって容易に動くことができることができる。

他方、可動鉄心２４ａ、２４ｂはこのように薄く形成された部分が多い、すなわち断面積の小さい部分が多いために、可動鉄心２４ａ、２４ｂを磁束が通る磁気回路として考えた場合には、磁気抵抗が大きくなってしまうことも考えられる。

この場合は図９において、間隙２５ａの両側に対向する面２２ａｓ、２２ｂｓの間および図１０において、間隙２５ｃの両側に対向する面２２ｃｓ、２２ｄｓの間に十分な吸引力を生じるだけの磁束を、可動鉄心２４ａ、２４ｂを含む磁気回路のみによって発生させることが困難になる。それを補うために、断面積の大きい吸引鉄心２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを含む磁気回路を構成して、上記の面の間に十分な吸引力を生じるだけの磁束量を確保することができる。すなわち、変位拡大機構２１Ａを構成する支持鉄心２３ａ、２３ｂおよび可動鉄心２４ａ、２４ｂのうちの一部である支持鉄心２３ａ、２３ｂを、主要な磁気回路として使用する。

ここで、上記の図３と同様に、第２の実施形態における変位と推力の関係を表したグラフを図１５に示す。ここで、図１５に示すグラフは、本実施の形態における一例を示すものである。同一の電流を供給した条件のもとで、一点鎖線が変位拡大なしの場合で、実線が変位拡大ありの場合である。一点鎖線と実線とが交差する変位である２５０μｍよりも変位が大きい場合には、変位拡大ありの場合の推力が大きくなり、２５０μｍよりも変位が小さい場合には、その逆になる。

そして、変位拡大ありの場合には、広い範囲の変位における推力の変動幅を小さくしており、利用したい広い範囲の変位にわたって、ある大きさ以上の十分な推力を確保することが可能となる。

また、第２の実施形態における変位と電流の関係を表したグラフを図１６に示す。ここで、図１６に示すグラフは、本実施の形態の一例を示すものである。同一の推力を得る条件のもとで、一点鎖線が変位拡大なしの場合で、実線が変位拡大ありの場合である。一点鎖線と実線とが交差する変位である２５０μｍよりも変位が大きい場合には、変位拡大ありの場合の電流が小さくなり、２５０μｍよりも変位が小さい場合には、その逆になる。これは、上述のように、変位拡大ありの場合には、ある程度より大きい変位における推力を得る際に、電流供給回路を構成する電子部品として、大電流対応の部品を使用する必要がなくなるということであり、当該回路のコストアップあるいは大規模化を防止することが可能となることを意味する。

本発明の変形例
次に本発明の変形例について説明する。

上記第１の実施形態の説明においては、図４（ａ）の吸引鉄心２ａの周囲に巻線６が巻回されているとしたが、図１７のように、巻線６を巻回する位置は吸引鉄心２ｂの周囲であっても良い。

また、上記第２の実施形態の説明においては、図８（ａ）の吸引鉄心２２ａ、２２ｃの周囲にそれぞれ巻線２６ａ、２６ｃが巻回されているとしたが、図１８のように、巻線２６ａ、２６ｃを巻回する位置はそれぞれ吸引鉄心２２ｂ、２２ｄの周囲であっても良い。あるいは、図１９のように、支持鉄心２３ａにおける吸引鉄心２２ａと２２ｃの間の部分の周囲と、支持鉄心２３ｂにおける吸引鉄心２２ｂと２２ｄの間の部分の周囲とに、それぞれ巻線２６ａおよび巻線２６ｃを巻回しても良い。

また、以上の説明においては、変位拡大機構１Ａ、２１Ａは環状に形成されているが、変位拡大機構１Ａ、２１Ａの形状は、少なくともその一部を磁束が通る磁気回路によって構成されていれば、必ずしも環状でなくてもよい。

また、上記の実施の形態においては、磁気回路は磁性体の２面が対向する間隙を有する例を示したが、変位拡大機構１Ａ、２１Ａの少なくとも一部を磁束が通る磁気回路の作用によって推力を発生する機構は、磁気回路の途中に形成された磁性体の２面が対向する間隙に限定されるものではない。

１Ａ、２１Ａ 変位拡大機構
２ａ、２ｂ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、１０２ａ、１０２ｂ 吸引鉄心
３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ 支持鉄心
４ａ、４ｂ、２４ａ、２４ｂ 可動鉄心
２４ａｎ１、２４ａｎ２、２４ａｎ３、２４ａｎ４ 可動鉄心薄部
２４ｂｎ１、２４ｂｎ２、２４ｂｎ３、２４ｂｎ４ 可動鉄心薄部
２４ａｗ１、２４ａｗ２、２４ａｗ３ 可動鉄心厚部
２４ｂｗ１、２４ｂｗ２、２４ｂｗ３ 可動鉄心厚部
５、２５ａ、２５ｃ、１０５ 間隙
６、２６ａ、２６ｃ、１０４ 巻線
１０１ 従来技術による電磁吸引力発生機構
１０３ 磁力発生鉄心
１０６ 可動鉄片
１０７ａ、１０７ｂ ワイヤ
１０８ バネ
１０９ 壁面
１１１ 従来技術による電磁アクチュエータ
Ｍｏ 磁気回路
Ｍｃ 磁性体
Ｇ 間隙

Claims (6)

1. 変位拡大点をもつ電磁アクチュエータにおいて
   推力発生部を有する磁性体を含む変位拡大機構と、
   磁性体を含む変位拡大機構に設けられ、磁性体に磁束を生じさせるコイルとを備え、
   コイルに電流を流すことにより磁性体に磁束を生じさせて推力発生部からの推力により変位拡大点を変位させることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 推力発生部は、間隙を形成する２面からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 変位拡大機構は、環状部分と、環状部分内に配置されその間に間隙を形成する少なくとも一対の変位部分とを有することを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
4. 環状部分の一部は弾性部材からなることを特徴とする請求項３記載の電磁アクチュエータ。
5. コイルは一対の変位部分のうち一方の変位部分に設けられていることを特徴とする請求項３または４記載の電磁アクチュエータ。
6. 環状部分内にその間に間隙を形成する二対以上の変位部分が設けられていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか記載の電磁アクチュエータ。

Images