JP2016127746A

JP2016127746A - リニアアクチュエータ及びそれを用いたフーリエ変換型分光装置

Info

Publication number: JP2016127746A
Application number: JP2015001296A
Authority: JP
Inventors: 村松　尚; Takashi Muramatsu; 尚村松
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2016-07-11

Abstract

【課題】高価な永久磁石の使用量を少なくすることができ、且つ必要な速度で可動子を移動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】可動子移動空間１２を有する固定子１１と、可動子移動空間１２内を所定の移動方向に移動する可動子１４を有するリニアアクチュエータ１０であって、移動方向に垂直な電流が流れるように可動子１４に固定されたコイル１５と、移動方向及び電流に垂直な磁界をコイル１５に印加するように前記固定子１４に設けられた磁界印加手段とを有し、磁界印加手段が、可動子１４の移動に伴ってコイル１５が移動するコイル移動範囲１９のうちの一部である第１移動範囲１９１において第１磁界をコイル１５に印加する第１永久磁石１３と、コイル移動範囲１９のうち第１移動範囲１９１以外の範囲である第２移動範囲１９２において第１磁界よりも弱い第２磁界をコイル１５に印加する第２永久磁石１６とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関する。このリニアアクチュエータは、フーリエ変換型分光装置で用いる移動鏡の移動手段として好適に用いることができる。

リニアアクチュエータは、磁気ディスク装置や光ディスク装置におけるヘッド、光学機器のオートフォーカス、フーリエ変換型分光装置の移動鏡等、直線状に移動する対象物の移動手段として広く用いられている。ここでは一例として、フーリエ変換型分光装置の移動鏡について説明する。

フーリエ変換型分光装置では、試料に光を照射し、試料で反射又は試料を透過した光から、干渉計を用いてインターフェログラムを生成する。この干渉計の代表例として挙げられるのが、マイケルソン干渉計である。マイケルソン干渉計は、ハーフミラー、固定鏡、及び移動鏡を有する。干渉計に入射した光はハーフミラーによって２つに分割され、一方の光は固定鏡で反射されてハーフミラーに戻り、他方の光は移動鏡で反射されてハーフミラーに戻る。これら２つの光はそこで干渉を生じ、この干渉光の強度は、移動鏡を連続的に移動させると、それに伴って変化する。得られた干渉光を試料に照射し、その透過光（又は反射光）を赤外光検出器で取得する（これが上述のインターフェログラムである）。そのインターフェログラムに対してフーリエ変換を行うことにより、分光スペクトルが得られる。この移動鏡の移動のために、上述のリニアアクチュエータが用いられる。

従来のリニアアクチュエータとして、例えば図８(a), (b)に断面図で示したものが知られている。図８(a)に示したリニアアクチュエータ９０Ａは、有底円筒状のサイドヨーク９１１とその中央に設けられた円柱状のセンターヨーク９１２を有する固定子９１と、該センターヨーク９１２の根元に設けられた永久磁石９３、センターヨーク９１２とサイドヨーク９１１の間の隙間を移動自在に設けられた円筒状の可動子９４、及び可動子９４の永久磁石９３側の外表面に設けられたコイル９５を備える。サイドヨーク９１１及びセンターヨーク９１２はいずれも、軟鉄等の保磁力が小さい強磁性材（軟磁性材）から成る。永久磁石９３の一方の極はセンターヨーク９１２の先端側に向き、他方の極はサイドヨーク９１１の底側を向いている（なお、図８(a)では前者をＳ極、後者をＮ極としたが、その逆であってもよい）。可動子９４は非磁性体から成る。可動子９４に、フーリエ変換型分光装置の移動鏡やディスク装置のヘッド等の負荷が接続される（図示せず）。

リニアアクチュエータ９０Ａの動作を説明する。リニアアクチュエータ９０Ａには、永久磁石９３のＮ極から、軟磁性材から成るサイドヨーク９１１の底、サイドヨーク９１１の円筒部及びセンターヨーク９１２を通って、永久磁石９３のＳ極に至る磁力線（図８(a)参照）による磁気回路が形成される。この磁力線は、サイドヨーク９１１とセンターヨーク９１２の間の隙間を、その隙間にほぼ垂直な方向に通過する。この状態で、該隙間に設けられたコイル９５に電流を流すと、該電流はこの磁力線に垂直な方向に流れる。これにより、コイル９５は、磁力線及び電流に垂直な方向である、可動子９４の軸方向の力を受ける。電流の向きを逆にすると、力も逆向きになる。この力により、コイル９５が巻回された可動子は当該軸方向に移動する。電流を停止すると、可動子９４は負荷に生じる力学的抵抗により減速し、その後停止する。力学的抵抗が小さい場合には、逆向きの電流をコイル９５に流すことにより制動を掛ける。フーリエ変換型分光装置の移動鏡では、コイル９５に電流を正負交互に流すことにより、所定範囲内で繰り返し往復移動させるという操作が行われる。

可動子の移動を高速化するには、コイルが移動する隙間の磁界及び／又はコイルを流れる電流を強くすることにより加速度を大きくする。磁界を強くするための構成の一例として、図８(b)に示したリニアアクチュエータ９０Ｂでは、永久磁石９３Ｂをサイドヨーク９１１の円筒の内面に設けている（特許文献１参照。以下、このリニアアクチュエータを内面磁石型リニアアクチュエータと呼ぶ。）。永久磁石９３Ｂは、軸方向には、可動子９４に伴って移動するコイル９５の移動可能範囲の全体に亘って設けられている。永久磁石９３Ｂの一方の極は可動子９４の円筒面側を向き、他方の極はサイドヨーク９１１の円筒の内面側を向いている。前記従来のリニアアクチュエータ９０Ａ（これを軸磁石型リニアアクチュエータと呼ぶ。）ではサイドヨーク９１１とセンターヨーク９１２の間の隙間は軟磁性材により構成されていたが、この内面磁石型リニアアクチュエータ９０Ｂでは、該隙間がコイル９５の移動範囲の全長に亘って永久磁石９３Ｂにより構成されているため、該隙間においてより強い磁界が形成される。

また、磁界をさらに強くするために、永久磁石９３ＢにはNd₂Fe₁₄B系の材料から成る、いわゆるネオジム磁石を用いるのが一般的である。永久磁石９３Ｂは、サイドヨーク９１１の円筒の内面に対応して湾曲した板状のものを複数個組み合わせて用いる。永久磁石９３Ｂ以外のサイドヨーク９１１、センターヨーク９１２、可動子９４、及びコイル９５の構成は軸磁石型リニアアクチュエータ９０Ａと同じである。

特開平05-049226号公報

ネオジム磁石はフェライト磁石等と比べて高価であるため、その使用量が多いとコストが増加してしまう。この点では内面磁石型リニアアクチュエータ９０Ｂよりも永久磁石の使用量が少ない軸磁石型リニアアクチュエータ９０Ａの方が好ましい。しかしながら、軸磁石型リニアアクチュエータ９０Ａは内面磁石型リニアアクチュエータ９０Ｂよりもコイルが通過する隙間の磁界が小さく、可動子の加速度を大きくすることができないため、加速するための可動区間や時間に制約がある場合は、可動子の速度も大きくすることができない。本発明が解決しようとする課題は、高価な永久磁石の使用量を少なくすることができ、且つ必要な速度で可動子を移動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である。

可動子を高速で移動させるためには、一般的に、移動範囲の全体に亘って加速度を大きくする必要はない。例えば、コイルの移動可能範囲の一端から他端まで可動子を移動させる場合、一端付近において大きい正の加速度で加速し、他端付近において大きい負の加速度で減速すればよく、それら両端の間ではさほど大きな加速度は要しない。また、一部の用途においては、可動子の移動範囲は大きいものの、そのうちの大きな加速度（力）が必要なのは一部の範囲だけで良い場合がある。例えばフーリエ変換型分光装置では、短時間で劣化が進行する試料を測定する場合、波長（波数）分解能を多少犠牲にしてでも通常よりも短時間で測定を行うラピッドスキャン測定が行われる。ラピッドスキャン測定では、通常の測定よりも移動鏡の移動範囲を小さくし、その範囲内での移動速度を大きくすることにより往復周波数を高めることでスペクトルの測定時間を短縮する。従って、移動鏡を移動させるリニアアクチュエータは、ラピッドスキャン測定を行う小さい移動範囲内では大きな加速度が必要であるが、それ以外の通常測定のみを行う大きな移動範囲内ではラピッドスキャン測定の場合よりも小さい加速度で十分である。

本発明者は、リニアアクチュエータにおけるこれらの使用方法に鑑み、本発明を成した。すなわち、上記課題を解決するために成された本発明は、可動子移動空間を有する固定子と、該可動子移動空間内を所定の移動方向に移動する可動子を有するリニアアクチュエータであって、
前記移動方向に垂直な電流が流れるように前記可動子に固定されたコイルと、
前記移動方向及び前記電流に垂直な磁界を前記コイルに印加するように前記固定子に設けられた磁界印加部と
を有し、前記磁界印加部が、
前記可動子の移動に伴って前記コイルが移動するコイル移動範囲のうちの一部である第１移動範囲において第１磁界を該コイルに印加する第１磁界印加部と、
前記コイル移動範囲のうち前記第１移動範囲以外の範囲である第２移動範囲において前記第１磁界よりも弱い第２磁界を該コイルに印加する第２磁界印加部と
を有することを特徴とする。

本発明に係るリニアアクチュエータでは、コイルが第１移動範囲内にあるときには、強い第１磁界によって大きな加速度で可動子が移動するため、移動速度を大きくすることができる。一方、コイルが第２移動範囲内にあるときには、第２移動範囲における第２磁界が第１磁界よりも弱いため、可動子の加速度は第１移動範囲よりも小さい。従って、コイル移動範囲のうち大きい加速度を要するところを第１移動範囲とし、それ以外のところを第２移動範囲とすることにより、全体に亘って必要な加速度及び速度で可動子を移動させることができる。また、大きな加速度を要するところ以外では、生成される磁界が第１磁界印加部よりも弱い第２磁界印加部を用いることにより、コストを抑えることができる。

ラピッドスキャン測定及び通常測定を行うフーリエ変換型分光装置のように可動子の移動範囲のうちの一部範囲のみにおいて大きな加速度が必要である用途に本発明に係るリニアアクチュエータを用いる場合には、当該一部範囲を包含する範囲を第１移動範囲とし、それ以外の移動範囲を第２移動範囲とすればよい。なお、当該一部範囲は、第１移動範囲内にさえあればよく、第１移動範囲よりも小さい範囲であってもよい。

第１磁界印加部及び第２磁界印加部には、例えば以下のものを用いることができる。
第１の例では、第１磁界印加部には、第１移動範囲の全長に亘って設けられた第１永久磁石を用い、第２磁界印加部には、第２永久磁石及び軟磁性材を組み合わせて第２移動範囲に前記移動方向及び前記電流に垂直な磁力線を含む磁気回路を形成するものを用いる。第１永久磁石はネオジム磁石であることが望ましく、第２永久磁石はネオジム磁石であっても、それ以外の永久磁石であってもよい。この例によれば、第２磁界印加部において軟磁性材と組み合わせることにより、第２永久磁石の使用量を少なくしてコストを抑えることができる。
第２の例では、第１磁界印加部には、第１移動範囲の全長に亘って設けられた第１永久磁石を用い、第２磁界印加部には、第１永久磁石よりも弱い磁界を生成する第２永久磁石を第２移動範囲の全長に亘って設けたものを用いる。第１永久磁石にはネオジム磁石を用いることが望ましく、第２永久磁石には例えばフェライト磁石を用いることができる。この例によれば、第２磁界印加部においてネオジム磁石よりも生成する磁界が弱い、安価な磁石を用いことができるため、コストを抑えることができる。

第１磁界印加部と第２磁界印加部の間には、前記移動方向に関する前記コイルの幅よりも狭い空隙を設けることができる。これにより、第１磁界が第２磁界印加部側に漏れ難くなり、第１磁界をより強くすることができる。また、コイルの移動方向に関する該コイルの幅よりも空隙が狭いことにより、コイルのうちの少なくとも一部は常に第１磁界又は第２磁界内に存在するため、コイルが移動範囲内のどの位置にあっても、リニアアクチュエータを起動させることが可能である。なお、実際のリニアアクチュエータの組立を考慮し、空隙の代わりに非磁性のスペーサを配置しても良い。

コイルは、第１移動範囲と第２移動範囲に跨って移動する場合には、位置によって異なる強度の磁界を受けることとなる。そのため、本発明に係るリニアアクチュエータを制御するために、
前記コイル、前記可動子、又は該可動子に固定された移動対象物の位置を検知する位置検知部と、
前記位置検知部で検知された位置に対応する前記コイルの位置における前記磁界の強度に応じた電流を該コイルに供給する電流供給部と
を備えるリニアアクチュエータ制御装置を用いることが望ましい。これにより、コイルの位置に応じて、磁界の強度に対応した電流をコイルに供給することができる。電流供給部からコイルに供給する電流の、位置毎の強度は、予め実験により求めておけばよい。

本発明に係るリニアアクチュエータによれば、ネオジム磁石等の高価な永久磁石の使用量を少なくすることができ、且つ、必要な速度で可動子を移動させることができる。

本発明に係るリニアアクチュエータの第１実施例を示す断面図。第１実施例のリニアアクチュエータ内で生成される磁力線の計算結果を示す図。第１実施例のリニアアクチュエータを有するフーリエ変換型赤外分光装置（FTIR）の概略構成図。図３に示したFTIRにおける制御部の構成を示すブロック図。第１実施例のリニアアクチュエータにおけるコイル移動空間内の軸方向のコイルの位置による推力定数の相違を示すグラフ。本発明に係るリニアアクチュエータの第２実施例を示す断面図。本発明に係るリニアアクチュエータの第３実施例を示す断面図。従来のリニアアクチュエータの例を示す断面図。

図１〜図７を用いて、本発明に係るリニアアクチュエータの実施例を説明する。

[第１実施例]
図１に、第１実施例のリニアアクチュエータ１０の構成を示す。このリニアアクチュエータ１０は、フーリエ変換型分光装置の一種である後述のフーリエ変換型赤外分光装置（FTIR）２０において、移動鏡を移動させるために用いるものである。

リニアアクチュエータ１０は、固定子１１と可動子１４を有する。固定子１１は、軟磁性材から成る有底円筒状のサイドヨーク１１１と、その中央に設けられた、軟磁性材から成る円柱状のセンターヨーク１１２を有する。図１は、これら円筒及び円柱の中心軸を含む面における断面図を示している。可動子１４は、サイドヨーク１１１とセンターヨーク１１２の間の隙間（可動子移動空間１２）の一定範囲内において、軸方向に移動自在に設けられた円筒状の非磁性材である。可動子１４の外表面のうちサイドヨーク１１１の底寄りの部分には、コイル１５が設けられている。本実施例では、移動方向（軸方向）に関するコイル１５の幅を30mmとした。また、移動方向に関するコイル１５の中央（図１中の縦の１点鎖線、本実施例では移動方向の両端からそれぞれ15mmのところ）が移動する範囲をコイル移動範囲（移動可能範囲）１９と呼ぶ。

サイドヨーク１１１には、軸方向の一部において軟磁性材が無いエアギャップ（空隙）１７が設けられている。空隙の代わりに非磁性のスペーサを配置しても良い。エアギャップ１７の幅は、移動方向に関するコイル１５の幅よりも小さい6mmとした。本実施例では、コイル移動範囲１９のうち、エアギャップ１７よりも先端寄りの領域を第１移動範囲１９１と呼び、エアギャップ１７よりもサイドヨーク１１１の底寄りの領域を第２移動範囲１９２と呼ぶ。エアギャップ１７の部分は、コイル移動範囲１９に含まれるが、第１移動範囲１９１及び第２移動範囲１９２のいずれにも含まれない。

サイドヨーク１１１の円筒の内面のうち第１移動範囲１９１に、円筒内面の全周に亘って、ネオジム磁石である第１永久磁石１３が設けられている。第１永久磁石１３の一方の極は可動子移動空間１２側を向き、他方の軸はサイドヨーク１１１の円筒内面側を向いている。本実施例では、第１永久磁石１３の軸方向の長さは、27mmとした。

センターヨーク１１２の根元には、ネオジム磁石である第２永久磁石１６が設けられている。第２永久磁石１６の一方の極はセンターヨーク１１２の先端側を向き、他方の極はサイドヨーク１１１の底側を向いている。第２永久磁石１６は、後述のように第２移動範囲１９２内に磁界を生成するものである。

第２永久磁石１６の大きさ（体積）は第１永久磁石１３よりもやや大きいものの、移動範囲の長さは第１移動範囲１９１よりも第２移動範囲１９２の方が十分に長い。そのため、移動範囲の単位長さ当たりにおける永久磁石の使用量は、第１移動範囲１９１よりも第２移動範囲１９２の方が少ない。

リニアアクチュエータ１０内には、第１永久磁石１３及び第２永久磁石１６により、図２に示す磁力線が生成される。なお、図２は、生成される磁力線を計算で求めた結果を示すものであり、図１の上半分に相当する部分のみを示している。第１永久磁石１３は、そのＮ極から第１移動範囲１９１内の可動子移動空間１２を通ってセンターヨーク１１２に向かう磁力線を生成している。一方、第２永久磁石１６は、そのＮ極からサイドヨーク１１１の底を介して、サイドヨーク１１１の円筒部から第２移動範囲１９２内の可動子移動空間１２を通ってセンターヨーク１１２に向かう磁力線を生成している。可動子移動空間１２内における磁界の方向は、第１移動範囲１９１、第２移動範囲１９２のいずれにおいてもサイドヨーク１１１からセンターヨーク１１２に向かうが、磁界の強度は、図２に磁力線の密度で示されているように、第２移動範囲１９２よりも第１移動範囲１９１の方が大きい。なお、エアギャップ１７内では、サイドヨーク１１１の軟磁性材が無いため、サイドヨーク１１１からセンターヨーク１１２に向かう磁界は生成されない。また、エアギャップ１７により、第１移動範囲１９１の大きい磁界が第２移動範囲１９２に漏洩することが、ある程度抑えられる。

リニアアクチュエータ１０の動作を説明する前に、図３を用いて、リニアアクチュエータ１０が用いられるFTIR２０の構成を説明する。FTIR２０は、多数の波長（波数）が重畳した赤外光（図３中に斜線を付して示したもの）を生成する赤外光源２１と、赤外光源２１が発する赤外光のうち、強度比で半分を透過して残り半分を90°方向に反射するハーフミラー２２を有する。また、ハーフミラー２２を透過した赤外光の光路上には、該光路に平行な方向に移動可能な移動鏡２３が設けられ、ハーフミラー２２で90°方向に反射された赤外光の光路上には固定鏡２４が設けられている。移動鏡２３及び固定鏡２４は共に、入射した光を180°方向に反射する。移動鏡２３で反射された赤外光と固定鏡２４で反射された赤外光が重なり合うことにより、干渉光が形成される。この干渉光の干渉パターンは、移動鏡２３の位置により定まる２つの赤外光の光路差長に依存する。干渉光の光路上には、試料が収容された、この干渉光（赤外光）に対して透明な試料ケース２５が配置されている。また、試料ケース２５を通過した干渉光の光路上には、赤外光を検出する赤外光検出器２６が設けられている。

移動鏡２３の下部には、移動鏡２３を干渉光の光路に平行に移動させるように敷設されたリニアガイド機構（図示せず）が設けられている。また、移動鏡２３には、リニアアクチュエータ１０の可動子１４が、その軸が干渉光の光路に平行になるように固定されている。これらの構成により、リニアアクチュエータ１０の可動子１４が可動子移動空間１２を移動すると、移動鏡２３は干渉光の光路に平行な方向に移動する。ここで上記のようにリニアガイド機構を用いることにより、移動鏡２３が移動する際の力学的抵抗は十分に小さく抑えられる。

FTIR２０は、上記赤外光のビームよりも断面が小さいレーザ光のビーム（図３中に太破線で示したもの）を出射するレーザ光源２７と、レーザ光を検出するレーザ光検出器２８を有する。また、赤外光源２１とハーフミラー２２の間には、レーザ光源２７からのレーザ光のビームを上記赤外光のビームと同軸になるように反射する第１レーザ光反射鏡２７１が設けられていると共に、ハーフミラー２２と試料ケース２５の間には、ハーフミラー２２からのレーザ光のビームをレーザ光検出器２８のある方向に反射する第２レーザ光反射鏡２７２が設けられている。

さらに、FTIR２０は、リニアアクチュエータ１０を制御する制御部２９を有する。制御部２９は、図４に示すように、レーザ光検出器２８からの信号に基づいて移動鏡２３の位置を検出して位置信号を出力する位置検出部２９１、位置信号に基づいて前記位置に応じた必要な推力を決定して推力信号を出力する推力決定部２９２、位置信号に基づいて前記位置に応じた推力定数を決定して推力定数信号を出力する推力定数決定部２９３、推力信号及び推力定数信号を受けて、推力及び推力定数からコイル１５に流すべき電流の大きさを算出して電流値信号を出力する電流値算出部２９４、及び電流値信号に応じた大きさの電流をコイル１５に供給する電流アンプ２９５を有する。位置検出部２９１では、移動鏡２３で反射されたレーザ光と固定鏡２４で反射されたレーザ光の干渉強度に基づいて両者の光路差を求め、この光路差により移動鏡２３の位置が求められる。移動鏡２３は可動子１４に固定され、その可動子１４にはコイル１５が固定されているため、移動鏡２３の位置を求めると、コイル１５の位置も求めることができる。

第１実施例のリニアアクチュエータ１０及びFTIR２０の動作を説明する。
可動子１４を移動させる際には、コイル１５に電流を流す。この電流は、可動子１４の円筒面に沿って、可動子移動空間１２内の磁界に垂直（図１、図２の紙面に垂直）な方向に流れる。これにより、コイル１５は可動子１４の移動の力を受け、コイル１５が固定された可動子１４が可動子移動空間１２内を移動する。移動鏡２３を１回移動させる際には、まず、移動範囲の始点から所定の速度に可動子１４が加速されるまでコイル１５に電流を流し、その後電流を停止することによって（力学的抵抗が十分に小さいため）ほぼ一定の速度で可動子１４を移動させ、移動範囲の終点から一定距離だけ手前から逆方向の電流を流すことにより可動子１４を減速させ、該終点で可動子１４を停止させる。この移動範囲の詳細は、FTIR２０の動作を説明する際に述べる。

このリニアアクチュエータ１０では、コイル１５の位置によって推力定数が相違する。推力定数は、コイルに１Ａ（アンペア）の電流を流したときに磁界から受ける力を示すものである。図５に、このリニアアクチュエータ１０における、コイル１５の位置による推力定数のグラフを示す。推力定数は、コイル１５の全体と第１移動範囲１９１の全体が一致する位置（図５のグラフの横軸が約60mmのところ）において最大値となり、コイル１５の全体が第１永久磁石１３の全体から完全に抜ける位置（同グラフの横軸が約30mmのところ）で最小値となる。また、推力定数は、最大値となる位置から最小値となる位置に向かって、単調に減少してゆく。これは、コイル１５がその移動に伴って徐々に第１移動範囲１９１から抜けてゆくことによる。推力定数が最小値となる位置よりも第２永久磁石１６寄りでは、コイル１５が第２永久磁石１６に近づくに従ってわずかに増加してゆく。そこで、制御部２９では、位置検出部２９１により、レーザ光検出器２８からの信号に基づいて、コイル１５と共に可動子１４に固定された移動鏡２３の位置を検出し、推力決定部２９２においてこの位置に応じた必要な推力を決定すると共に、推力定数決定部２９３においてこの位置に応じた推力定数を決定する。そして、電流値算出部２９４は、これら推力及び推力定数に基づいてコイル１５に流すべき電流の大きさを算出し、その大きさの電流を電流アンプ２９５よりコイル１５に流す。

FTIR２０では、赤外光源２１から赤外光を発すると共に、上記のようにリニアアクチュエータ１０の可動子１４を移動させることにより、可動子１４に固定された移動鏡２３を移動させる。これにより、移動鏡２３で反射される赤外光と固定鏡２４で反射される赤外光の光路差長に変化が生じ、それによって、これら２つの赤外光が干渉して干渉光が生じ、試料ケース２５中の試料を透過して赤外光検出器２６で検出される干渉光の強度の光路差長による変化を示すインターフェログラムが得られる。このインターフェログラムをフーリエ変換することにより、試料を透過した赤外光の分光スペクトルが得られる。インターフェログラムは、移動鏡２３を所定の移動範囲内で１回移動させれば得ることができるものの、S/Nを高くするためには、この移動を複数回繰り返し行い、得られたスペクトルを積算する必要がある。また、移動鏡２３の移動範囲、すなわち光路差長の範囲を広くすることによって、波長（波数）分解能を高くすることができる。

FTIR２０では、通常測定とラピッドスキャン測定という２種類の測定を行うことができる。通常測定では、コイル１５の中央が移動範囲１９の全体に亘って移動するように移動鏡２３を移動させることにより、光路差長の広い範囲に亘ってインターフェログラムを取得する。通常測定における１回の可動子１４の移動時間、すなわち１つのインターフェログラムを取得するのに要する時間は十数秒間である。それに対してラピッドスキャン測定では、コイル１５の中央が第１移動範囲１９１の一部のみを移動するように移動鏡２３を移動させる。本実施例では、移動鏡２３の移動範囲は1mmとした。このように、ラピッドスキャン測定では移動鏡２３の移動範囲が小さいうえに、コイル１５の中央が磁界の強い第１移動範囲１９１内のみを移動するため加速度を大きくすることができるため、１回の可動子１４の移動時間は約0.02秒に抑えられる。そのため、ラピッドスキャン測定は通常測定と比較して、光路差長の範囲が狭いことによって波長（波数）分解能は劣るものの、測定時間が大幅に短くなる。

このように、第１実施例のリニアアクチュエータ１０によれば、FTIR２０における通常測定では移動鏡２３を必要な広い範囲に亘って移動させることができ、ラピッドスキャン測定では移動鏡２３を高速で移動させることができる。そして、移動鏡２３を高速で移動させるために必要な大きい磁界を生成するためのネオジム磁石から成る第１永久磁石１３が、コイル１５のコイル移動範囲１９（移動可能範囲）全体ではなく一部にのみ設けられているため、高価なネオジム磁石の使用量を抑えることができる。

[第２実施例]
図６に、第２実施例のリニアアクチュエータ１０Ａの構成を示す。このリニアアクチュエータ１０Ａも第１実施例のリニアアクチュエータ１０と同様に、FTIRにおいて移動鏡を移動させるために用いるものである。

リニアアクチュエータ１０Ａは、第１実施例における第２永久磁石１６の代わりに、第２永久磁石１６Ａを有する。第２永久磁石１６Ａは、サイドヨーク１１１の円筒の内面のうち第２移動範囲１９２に、円筒内面の全周に亘って設けられている。第２永久磁石１６Ａはフェライト磁石から成る。フェライト磁石は、第１永久磁石１３のネオジム磁石と比較すると、生成する磁界は弱いものの、安価であるという利点を有する。第２永久磁石１６Ａ以外の構成要素は第１実施例のリニアアクチュエータ１０におけるものと同じであるため、図６に描かれた各構成要素に第１実施例と同じ符号を付したうえで、詳細な説明を省略する。

第２実施例のリニアアクチュエータ１０Ａの動作は、第１実施例のリニアアクチュエータ１０と同様である。また、第２実施例のリニアアクチュエータ１０Ａはそのまま、第１実施例のFTIR２０におけるリニアアクチュエータ１０に代えて用いることができる。

第２実施例のリニアアクチュエータ１０Ａによれば、第２移動範囲１９２にはフェライト磁石である第２永久磁石１６Ａによって磁界が生成され、第１移動範囲１９１にはネオジム磁石である第１永久磁石１３によって第２移動範囲１９２よりも強い磁界が生成される。これにより、可動子１４に固定されたコイル１５を磁界の強い第１移動範囲１９１内で移動させることで、FTIRのラピッドスキャン測定のように通常測定よりも狭い移動範囲内において高加速度で可動子１４を移動させることができると共に、移動可能範囲全体では第２移動範囲１９２において安価なフェライト磁石から成る第２永久磁石１６Ａを用いることでコストを抑えることができる。

[第３実施例]
図７に、第３実施例のリニアアクチュエータ１０Ｂの構成を示す。このリニアアクチュエータ１０Ｂは、コイル１５が移動範囲（移動可能範囲）１９Ｂの一方の端から所定の速度まで加速した後、等速で移動し、他方の端で停止することによって可動子１４を移動させるものである。リニアアクチュエータ１０Ｂの構成要素の中で、固定子１１Ｂのうちのセンターヨーク１１２、並びに、可動子移動空間１２、可動子１４及びコイル１５は、第１実施例のリニアアクチュエータ１０におけるものと同様であるため、第１実施例と同じ符号を付したうえで説明を省略する。以下、他の構成要素の構成を説明する。

リニアアクチュエータ１０Ｂは、有底円筒状のサイドヨーク１１１Ｂを有する。サイドヨーク１１１Ｂの内面には、軸方向の中央付近に第２磁石１６Ｂが設けられている。また、第２磁石１６Ｂよりも先端側（サイドヨーク１１１Ｂの底の反対側）に先端側第１永久磁石１３１が、底側に底側第１永久磁石１３２が、それぞれ設けられている。これら先端側第１永久磁石１３１、底側第１永久磁石１３２及び第２磁石１６Ｂはいずれも、サイドヨーク１１１Ｂの内面の全周に亘って設けられている。先端側第１永久磁石１３１及び底側第１永久磁石１３２はネオジム磁石から成り、第２磁石１６Ｂはフェライト磁石から成る。先端側第１永久磁石１３１と第２磁石１６Ｂの間、及び第２磁石１６Ｂと底側第１永久磁石１３２の間は離間されており、これら磁石の離間に対応する軸方向の位置においてそれぞれ、サイドヨーク１１１Ｂに先端側エアギャップ１７１及び底側エアギャップ１７２が設けられている。移動範囲１９Ｂのうち、先端側第１永久磁石１３１、第２磁石１６Ｂ、及び底側第１永久磁石１３２が設けられた範囲をそれぞれ、先端側第１移動範囲１９１１、第２移動範囲１９２Ｂ、底側第１移動範囲１９１２と呼ぶ。

第３実施例のリニアアクチュエータ１０Ｂでは、コイル１５が先端側第１移動範囲１９１１又は底側第１移動範囲１９１２にあるときに、先端側第１永久磁石１３１又は底側第１永久磁石１３２からの強い磁界によって絶対値の大きい加速度でコイル１５が加速又は減速される。従って、コイル１５が移動範囲の一端から他端に移動する際に、コイル１５が固定された可動子１４を、移動開始時には必要な速度まで大きい加速度で加速し、停止時に絶対値の大きい加速度で減速することができる。第２移動範囲１９２Ｂでは、可動子１４が必要な速度に達していることから、力学的抵抗に抗してその速度を維持することができる程度にコイル１５に力を加えればよいため、先端側第１永久磁石１３１及び底側第１永久磁石１３２よりも弱い磁界を生成する第２磁石１６Ｂを用いればよい。第２磁石１６Ｂを用いることにより、先端側第１永久磁石１３１及び底側第１永久磁石１３２よりも安価であるため、コストを抑えることができる。

本発明は上記第１〜第３実施例には限定されない。
例えば、上記各実施例ではいずれも、有底円筒状のサイドヨークと円柱状のセンターヨークを有する固定子を用いたが、固定子はこの例には限られない。例えば、上記各実施例ではいずれもサイドヨークにエアギャップを設けたが、エアギャップは本発明において必須ではない。また、サイドヨーク及びセンターヨークの形状も上記のものには限られず、従来のリニアアクチュエータで用いられている種々の形状のものを用いることができる。可動子の形状も同様である。上記各実施例において用いたネオジム磁石の代わりに、SmCo₅又はSm₂Co₁₇系の材料から成る、いわゆる「サマリウムコバルト磁石」を用いてもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…リニアアクチュエータ
１１、１１Ｂ、９１…固定子
１１１、１１１Ｂ、９１１…サイドヨーク
１１２、９１２…センターヨーク
１２…可動子移動空間
１３…第１永久磁石
１３１…先端側第１永久磁石
１３２…底側第１永久磁石
１４、９４…可動子
１５、９５…コイル
１６、１６Ａ、１６Ｂ…第２永久磁石
１７…エアギャップ
１７１…先端側エアギャップ
１７２…底側エアギャップ
１９、１９Ｂ…コイル移動範囲
１９１…第１移動範囲
１９１１…先端側第１移動範囲
１９１２…底側第１移動範囲
１９２、１９２Ｂ…第２移動範囲
２０…FTIR
２１…赤外光源
２２…ハーフミラー
２３…移動鏡
２４…固定鏡
２５…試料ケース
２６…赤外光検出器
２７…レーザ光源
２７１…第１レーザ光反射鏡
２７２…第２レーザ光反射鏡
２８…レーザ光検出器
２９…制御部
２９１…位置検出部
２９２…推力決定部
２９３…推力定数決定部
２９４…電流値算出部
２９５…電流アンプ
９０Ａ…軸磁石型リニアアクチュエータ
９０Ｂ…内面磁石型リニアアクチュエータ
９３、９３Ｂ…永久磁石

Claims

可動子移動空間を有する固定子と、該可動子移動空間内を所定の移動方向に移動する可動子を有するリニアアクチュエータであって、
前記移動方向に垂直な電流が流れるように前記可動子に固定されたコイルと、
前記移動方向及び前記電流に垂直な磁界を前記コイルに印加するように前記固定子に設けられた磁界印加部と
を有し、前記磁界印加部が、
前記可動子の移動に伴って前記コイルが移動するコイル移動範囲のうちの一部である第１移動範囲において第１磁界を該コイルに印加する第１磁界印加部と、
前記コイル移動範囲のうち前記第１移動範囲以外の範囲である第２移動範囲において前記第１磁界よりも弱い第２磁界を該コイルに印加する第２磁界印加部と
を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記第１磁界印加部が第１永久磁石を前記第１移動範囲の全長に亘って設けたものであって、前記第２磁界印加部が第２永久磁石及び軟磁性材を組み合わせて前記第２移動範囲に前記移動方向及び前記電流に垂直な磁力線を含む磁気回路を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
前記第１磁界印加部が第１永久磁石を前記第１移動範囲の全長に亘って設けたものであって、前記第２磁界印加部が前記第１永久磁石よりも弱い磁界を生成する第２永久磁石を前記第２移動可能範囲の全長に亘って設けたものであることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
前記第１磁界印加部と前記第２磁界印加部の間に、前記移動方向に関する前記コイルの幅よりも狭い空隙又は非磁性のスペーサを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
請求項１〜４のいずれかに記載のリニアアクチュエータを制御する装置であって、
前記コイル、前記可動子、又は該可動子に固定された移動対象物の位置を検知する位置検知部と、
前記位置検知部で検知された位置に対応する前記コイルの位置における前記磁界の強度に応じた電流を該コイルに供給する電流供給部と
を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ制御装置。
請求項１〜４のいずれかに記載のリニアアクチュエータと、
請求項５に記載のリニアアクチュエータ制御装置と、
前記可動子に固定された移動鏡を有するマイケルソン干渉計と、
を備えることを特徴とするフーリエ変換型分光装置。