JP2021186710A - 能動型制振装置用リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型でも十分な振動抑制効果や耐久性を有し、動きが終了したときに容易に原点復帰するリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】能動型制振装置用リニアアクチュエータ１００は、固定子２０と、固定子に対して中心軸方向に変位が許容されている可動子１０を備え、固定子と可動子は少なくとも一つの平面部２６を有する筐体２５に収容されており、固定子と可動子のいずれか一方にコイル部材３３を、他方に永久磁石２１を有し、コイル部材への通電によって生じる磁気的作用によって可動子が固定子に対して変位駆動する。可動子は中心軸方向において筐体の平面部と固定子に挟まれるように位置し、可動子の両側かつ中心軸に対して同心円上の対称の位置に、複数のコイルばねを配置することによって可動子が弾性支持される。【選択図】図１

Description

本発明は能動型制振装置等に用いられるリニアアクチュエータに関する。

従来より、電子顕微鏡などの制振を必要とする対象に用いられる制振装置において、その制振特性を能動的に制御する能動型制振装置が知られている。能動型制振の手段としては、例えば、センサからの位置信号に基づいてリニアアクチュエータが制振装置の振動を減殺するような制御力を付加することが行われる。これにより制振対象の振動が鉛直方向について効果的に抑制される。しかしながら、センサからの信号に基づいて制振装置の振動を制御する場合、リニアアクチュエータの動きが終了したときの鉛直方向の位置が原点からずれることがあった。

制御終了時に原点復帰可能なリニアアクチュエータとしては、特許文献１記載の制振装置用アクチュエータが挙げられる。特許文献１記載のアクチュエータは、固定子と可動子が板バネによって相互に弾性連結されており、板ばねの厚さ方向（鉛直方向）の弾性変形によって、可動子の固定子に対する変位が許容されていると共に、アクチュエータの作動が完了したときには板ばねの力によって可動子が原点（作動開始時の位置）に復帰すると考えられる。特許文献１記載のアクチュエータは車両用の制振装置に好適に用いられることが記載されている。

また、特許文献２には、制振装置用ではないが特許文献１と類似の構造で小型の振動アクチュエータが記載されている。この振動アクチュエータは携帯型ゲーム端末やスマートフォンなどの電子機器に内蔵され、ユーザに振動を伝達することが記載されている。しかしながら、制振装置に用いる場合、板ばねを用いた構造では、十分に振動を抑制する効果や板ばねの耐久性を考慮すると、特許文献２記載のアクチュエータのような小型化は難しい。

特開２０１５−１３５１２４号公報 特開２０１９−１７０１１８号公報

本発明は、小型でも十分な振動抑制効果や耐久性を有し、作動が完了したときに容易に原点復帰するリニアアクチュエータの提供を目的とする。

本発明の能動型制振装置用リニアアクチュエータは、固定子と、前記固定子に対して中心軸方向に変位が許容されている可動子を備え、前記固定子および可動子は少なくとも一つの平面部を有する筐体内に収容されており、前記固定子と前記可動子のいずれか一方にコイル部材を、他方に永久磁石を有し、前記コイル部材への通電によって生じる磁気的作用によって前記可動子が前記固定子に対して変位駆動するアクチュエータにおいて、前記可動子は前記中心軸方向において前記筐体の前記平面部と前記固定子に挟まれるように位置し、前記可動子の前記筐体の前記平面部側および前記固定子側の両側で、かつ前記中心軸に対して同心円上の対称の位置に、複数のコイルばねを配置することによって前記可動子が弾性支持されることを特徴とする。

ある態様において、前記筐体の前記平面部側および前記固定子側の両面の前記中心軸に対して同心円上の対称の位置に複数の円柱状凸部を有し、前記円柱状凸部の高さより長いコイルばねが前記円柱状凸部に嵌め込まれて配置されることによって、前記可動子が弾性支持される。

ある態様において、前記固定子と前記可動子はそれぞれ前記中心軸を中心として設けられた開口部を有し、前記可動子は前記開口部に貫通固定されるシャフトを有し、前記シャフトは前記固定子の開口部に設けられたブッシュを介して前記固定子を変位可能に貫通する。

ある態様において、前記筐体の前記平面部および前記固定子の前記複数のコイルばねが配置される位置にガイドピンが固定され、前記ガイドピンは前記可動子を前記可動子が変位可能に貫通し、前記コイルばねは前記ガイドピンに嵌め込まれて前記可動子を弾性支持している。

本発明によれば、十分な振動抑制効果や耐久性を有し、作動が完了したときに容易に原点復帰する、能動型制振装置用の小型リニアアクチュエータを提供することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るアクチュエータの上面図であり、（ｂ）は断面図（Ｘ−Ｘ´断面図）である。 図１（ｂ）において点線で囲んだ部分の拡大図である。 （ａ）は本発明の別の実施形態に係るアクチュエータの上面図であり、（ｂ）は断面図（Ｘ−Ｘ´断面図）である。 図３（ｂ）において点線で囲んだ部分の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１（ａ）は本発明の一実施形態に係るアクチュエータ１００の上面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ´断面図である。図２は図１（ｂ）において点線で囲んだ部分の拡大図である。図１（ａ）においては、後述する第１凸部１３の位置をわかりやすくするために、一部部材のアクチュエータ１００内部の位置を点線で示している。

アクチュエータ１００は、可動子１０および固定子２０を備えている。

可動子１０は底部１１と円筒部１２を有する逆有底円筒状であり、例えば樹脂製である。可動子１０は、底部１１の外面および内面にそれぞれ複数の円柱状の第１凸部１３および第２凸部１４を有し、また円筒部１２にボビン部１７を有する。底部１１の第1凸部１３および第2凸部１４の付け根にはそれぞれ第１溝部１５および第２溝部１６が形成され、第１溝部１５および第２溝部１６にそれぞれ第１コイルばね３１および第２コイルばね３２が嵌め込まれて、第１コイルばね３１および第２コイルばね３２が第1凸部１３および第２凸部１４に略固定されている。ボビン部１７の外側にはコイル３３が配設されている。シャフト３４は、底部１１に設けられた開口部１８を貫通して可動子１０（底部１１）に固定されている。シャフト３４は、例えばＳＵＳ３０４製である。

固定子２０は、永久磁石２１、およびヨーク２２を有する。ヨーク２２は例えば鉄製であり、永久磁石２１は例えば希土類磁石が用いられる。永久磁石２１およびヨーク２２の配置は図１の態様に限られず、磁気回路の構造によって任意である。

可動子１０および固定子２０は平面部２６を有する筐体２５に収容されている。筐体２５は、開口部２４および２５を有し、それぞれの開口部に設置されたブッシュ３５および３６をシャフト３４が貫通している。筐体２５は例えば鉄製である。ブッシュ３５および３６はシャフト３４のＺ軸（中心軸）方向の動きを許容し、かつＸＹ方向の位置決めを可能にしている。

可動子１０（底部１１）は平面部２６の内側と固定子２０に挟まれるように位置し、底部１１の平面部２６側と平面部２６との間に第１コイルばね３１が配置され、底部１１の固定子２０側と固定子２０との間に第２コイルばね３２が配置される。圧縮時の第１コイルばね３１および第２コイルばね３２の長さは第1凸部１３および第2凸部１４の高さより長く、さらに、圧縮しない時の第１コイルばね３１および第２コイルばね３２の長さは底部１１の両面と平面部２６および固定子２０との距離よりも長いので、図の配置では第１コイルばね３１および第２コイルばね３２に常に圧縮力がかかっており、可動子１０は平面部２６および固定子２０に対してＺ軸方向に変位可能に弾性支持される。

アクチュエータ１００は能動型制振装置に組み込まれ、不図示の位置センサからの情報に基づいて不図示の制御部によりコイル３３に通電される電流が制御され、可動子１０が固定子２０に対して加振駆動され、制振対象部材の振動を減殺することで、制振する。この時、可動子１０は第１コイルばね３１および第２コイルばね３２によってＺ軸方向（Z方向およびZ´方向）に付勢されつつ動きを許容されるとともに、アクチュエータ１００が作動していないときの可動子１０のＺ軸方向の原点を規定している。

従来、コイル３３への通電が終了した際に、可動子１０のZ軸方向の位置（原点）が通電前の位置からずれることが問題となっていた。アクチュエータ１００によれば、第１コイルばね３１および第２コイルばね３２によって、可動子１０のZ軸方向の位置を規定しているので、通電完了時の可動子１０が元の位置に復帰する。

第1凸部１３および第２凸部１４は、図１ではそれぞれ4か所ずつ形成されているが、中心軸Ｚから対称の位置に複数個形成されていればその数は問わず、必要とされる弾性に応じて任意である。例えば、図１のＸ―Ｘ´線上に第１凸部を2か所、図１のＹ−Ｙ´線上に第２凸部を2か所形成されるような態様であってもよいし、中心軸Zから対称の位置の同心円上、かつ等間隔に第１凸部１３および第２凸部１４がそれぞれ５か所以上形成されてもよい。同じばね定数の第１コイルばね３１および第２コイルばね３２を用い、第１凸部１３と第２凸部１４が同数形成されることが好ましい。

このように、複数のコイルばねの組み合わせによって可動子１０のZ軸方向の位置を規定しているので、特許文献１および２の板ばねによる位置決めに対してＸＹ方向の場所を取らず、小型化が可能である。また、ばねによる弾性は、弱すぎると制振効果が少なく、強すぎるとアクチュエータ１００の駆動方向に逆の付勢力を与えすぎて駆動を妨げてしまうが、コイルばねの数を調節することによって、求められる弾性と駆動機構に与える付勢力のバランスをとることができる。すなわち、装置の小型化と弾性の自由度を両立できる。

図３（ａ）は本発明の別の実施形態に係るアクチュエータ２００の上面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ´断面図である。図４は図３（ｂ）において点線で囲んだ部分の拡大図である。図３、４の態様と図１、２の態様の違いは、ＸＹ方向の位置決めをブッシュを使用せずにガイドピン６６を使用したところにある。以下の説明は、図１、２の態様と共通する部分を省略する。

可動子４０（底部４１）は開口部４８を有し、ガイドピン６６は底部４１を貫通して平面部５６および固定子５０（図３においてはヨーク５２）に固定されている。ガイドピン６６により、可動子４０のＸＹ方向の位置決めが可能となる。開口部４８とガイドピン６６の間は可動子４０（底部４１）のZ軸方向の動きを許容する程度にクリアランスが設けられている。また、開口部４８にはそれぞれ第１溝部４５および第２溝部４６が形成され、第１溝部４５および第２溝部４６にそれぞれ第１コイルばね６１および第２コイルばね６２がガイドピン６６を貫通しつつ嵌め込まれている。

シャフト６４は開口部５４、５５を貫通する。ＸＹ方向の位置決めはガイドピン６６によってなされているため、開口部５４、５５にはブッシュは不要であり、開口部５４、５５とシャフト６４の間は摩擦が生じない程度のクリアランスが設けられている。これにより、シャフト６４の動きが滑らかになり、スムーズな動作が維持できる。

上記に記載の内容の他、図３、４の態様によっても、図１、２のブッシュを用いた態様と同様の、複数のコイルばねを用いた効果を得ることができる。

上記説明では、可動子側にコイルを有し、固定子側に永久磁石を有している態様について説明したが、可動子側に永久磁石を有し、固定子側にコイルを有する態様でもよい。その際のコイルばねの位置は可動子と筐体および固定子の間に挟まれ、可動子に付勢力を与えうるような位置であればよい。

また、上記説明では、第１コイルばねおよび第２コイルばねはそれぞれ第１溝部および第２溝部に嵌め込むことによって可動子に固定したが、これらの溝部は必須ではない。可動子は第１コイルばねおよび第２コイルばねによって弾性支持されているので、これらのコイルを略固定することができる。

本発明の能動型制振装置用リニアアクチュエータは、小型でも十分な振動抑制効果や耐久性を有し、作動が完了したときに容易に原点復帰することで、好適に能動型制振装置に適用される点において産業上の利用可能性を有する。

１００、２００ アクチュエータ
１０、４０ 可動子
２０、５０ 固定子
２５、５５ 筐体
３１、６１ 第1コイルばね
３２、６２ 第２コイルばね
３４、６４ シャフト
３５、３６ ブッシュ
６６ ガイドピン

Claims (4)

1. 固定子と、前記固定子に対して中心軸方向に変位が許容されている可動子を備え、
   前記固定子および可動子は少なくとも一つの平面部を有する筐体内に収容されており、
   前記固定子と前記可動子のいずれか一方にコイル部材を、他方に永久磁石を有し、
   前記コイル部材への通電によって生じる磁気的作用によって前記可動子が前記固定子に対して変位駆動するアクチュエータにおいて、
   前記可動子は前記中心軸方向において前記筐体の前記平面部と前記固定子に挟まれるように位置し、
   前記可動子の前記筐体の前記平面部側および前記固定子側の両側で、かつ前記中心軸に対して同心円上の対称の位置に、複数のコイルばねを配置することによって前記可動子が弾性支持されることを特徴とする、能動型制振装置用リニアアクチュエータ。
2. 前記可動子は前記筐体の前記平面部側および前記固定子側の両面の前記中心軸に対して同心円上の対称の位置に複数の円柱状凸部を有し、前記円柱状凸部の高さより長いコイルばねが前記円柱状凸部に嵌め込まれて配置されることによって、前記可動子が弾性支持されることを特徴とする、請求項１記載の能動型制振装置用リニアアクチュエータ。
3. 前記固定子と前記可動子はそれぞれ前記中心軸を中心として設けられた開口部を有し、前記可動子は前記開口部に貫通固定されるシャフトを有し、前記シャフトは前記固定子の開口部に設けられたブッシュを介して前記固定子を貫通することを特徴とする、請求項２記載の能動型制振装置用リニアアクチュエータ。
4. 前記筐体の前記平面部および前記固定子の前記複数のコイルばねが配置される位置にガイドピンが固定され、前記ガイドピンは前記可動子を前記可動子が変位可能に貫通し、前記コイルばねは前記ガイドピンに嵌め込まれて前記可動子を弾性支持していることを特徴とする、請求項１記載の能動型制振装置用リニアアクチュエータ。

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