JP2533675Y2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、自動製図機に用いられ
る筆記具等を駆動するリニアアクチュエータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】自動製図機等では製図すべき紙面に対し
て平行に移動自在なペン等の筆記具を備えており、筆記
具を紙面に対して平行な面上の所定の軸道で駆動するこ
とにより、紙面に図面等を描くように構成されている。
ところで、筆記具は常時紙面に接していたのでは所望す
る図面が描けないので、筆記具を紙面垂直方向に駆動で
きるようにし、必要時のみ筆記具を紙面に当接させるた
めのリニアアクチュエータが設けられている。なお、こ
のリニアアクチュエータは、筆記具を保持した状態で製
図すべき紙面に対して平行に移動される。

【０００３】図４は、このような従来のリニアアクチュ
エータの裁断側面図であり、同図に示すように、リニア
アクチュエータは、円柱形のセンターヨーク４１の下端
面にＮ極側が接着された主永久磁石４２と、センターヨ
ーク４１とアウターヨーク４３との間隙に出没自在に配
設したリング状のムービングコイル４４とを有してい
る。主永久磁石４２はそのＳ極側が、センターヨーク４
１の下端面に対して所定間隔離れて対向するアウターヨ
ーク４３に接着されている。ムービングコイル４４の上
方には軽量で、かつ非磁性体であるプラスチック等によ
り形成されたボビン４５が連結されており、筆記具は図
外のリンク機構を介してボビン４５に連結される。例え
ば、ボビン４５の上部中心に開口したネジ穴に一端部が
螺合した支持部材がこのリンク機構に用いられ、この支
持部材の他端部に筆記具の把握部が固定される。この支
持部材はスプリング等によって図面上方に向かう力が与
えられ、ボビン４５には図面上方へ向かう力が付勢され
る。記録動作時以外はこのスプリング力によって筆記具
先端部は紙面から離れさせられる。図４に示す構成は、
センターヨーク４１とアウターヨーク４３とで形成され
る間隙にボビン４５が入り切った状態（以後、便宜上こ
の状態の位置をストロークが零の位置とする）を示して
おり、ボビン４５に上記スプリング力が付勢されていな
い状態を示している。

【０００４】また、センターヨーク４１の上端面にはＮ
極側が当接した副永久磁石４６が接着されている。主永
久磁石４２によって生じる磁束は、そのＮ極側から出て
センターヨーク４１およびアウターヨーク４３を伝って
アウターヨーク４３の底面に密着したＳ極側に戻るが、
この副永久磁石４６によってもセンターヨーク４１から
アウターヨーク４３に向かう磁束が生じる。従って、こ
の副永久磁石４６を設けることにより、センターヨーク
４１からアウターヨーク４３へ向かう磁束はセンターヨ
ーク４１の上方にも分布するようになる。このため、セ
ンターヨーク４１とアウターヨーク４３との間に作用す
る磁束はセンターヨーク４１の下方に偏らずに、センタ
ーヨーク４１とアウターヨーク４３の間隙部に均等に分
布されると共に、その磁束密度が増加される。また、ム
ービングコイル４４へ通電することにより、センターヨ
ーク４１からアウターヨーク４３に向かう磁束によって
ムービングコイル４４に駆動力が作用する。この駆動力
は周知のフレミングの法則に従って作用する。この駆動
力は、センターヨーク４１からアウターヨーク４３へ向
かう磁束が均等に分布するセンターヨーク４１側部の間
隙にムービングコイル４４が位置する限り、一定のもの
が得られる。尚、主永久磁石４２及び副永久磁石４６は
共に最大エネルギ積が大であるネオジウム一鉄等の稀土
類鉄磁石が使用される。

【０００５】かかる構成において、記録動作時以外にお
いては、上述したスプリング力によってボビン４５に図
面上方へ向かう力が付勢されることにより、ボビン４５
およびこのボビン４５に設けられたムービングコイル４
４は図面上方に移動しており、筆記具は紙面から退避し
た状態にある。この状態でムービングコイル４４に通電
することにより、ムービングコイル４４は、主永久磁石
４２および副永久磁石４６によって形成された磁束から
図面下方へ向かう駆動力を受ける。このため、ムービン
グコイル４４およびこれに固着しているボビン４５はス
プリング力に抗して図面下方へ移動し、したがってボビ
ン４５と連動する筆記具が紙面に当接して記録可能な状
態になる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】このような構成の従来
のリニアアクチュエータでは、上記のようにムービング
コイル４４に作用する駆動力はある範囲にわたって一定
のものが得られるものの、次のような問題が生じる。す
なわち、ボビン４５がセンターヨーク４１とアウターヨ
ーク４３との間の間隙に入り切った図４に示す状態の時
には、ムービングコイル４４の下部がセンターヨーク４
１より下方に位置するため、ムービングコイル４４の下
部には主永久磁石４２および副永久磁石４６による磁束
が作用しない。従って、筆記具が紙面に当接してストロ
ークが短くなった時（ボビン４５がセンターヨーク４１
とアウターヨーク４３の間の間隙に深く入った時）に
は、センターヨーク４１からアウターヨーク４３に向か
う磁束からムービングコイル４４に作用する駆動力は、
ボビン４５が、図面下方に入るほど小さいものとなる。
そして、ボビン４５が上方へと駆動されるに従ってムー
ビングコイル４４を通過する磁束の割合が増加するた
め、駆動力はストロークと共に増加することになる。す
なわち、ストロークが短い時と長い時とで、ボビン４５
に作用する駆動力は変化するので、このボビン４５に前
述のようにリンクしている筆記具の筆圧は一定に保持す
ることができない。

【０００７】特に、自動芯出機構を備えた筆記具を用い
る自動筆記具では、芯先の減少によりストロークがさら
に短くなって筆記具は紙面と垂直な方向で紙面に近づい
ていき、したがってムービングコイル４４の下部はセン
ターヨーク４１より下方に位置するようになる。よっ
て、芯先の減少に伴ってムービングコイル４４を通過す
る磁束の割合は減少し、ムービングコイル４４に作用す
る駆動力が低下して筆圧も低下する。芯先を常に紙面に
一定の筆圧で当接させる為には、リニアアクチュエータ
は可能な範囲で長いストロークを一定の筆圧に保持でき
ることが望ましく、駆動力が一定である必要がある。

【０００８】もっとも、ボビン４５が間隙に入り切った
状態の時においても、ムービングコイル４４全体が磁束
中に位置するように構成すれば、ストロークが変化して
も駆動力を一定に保持できる。しかし、そのためにはセ
ンターヨーク４１の縦方向の長さを長いものに形成しな
ければならず、従ってリニアアクチュエータ全体の大き
さは大きなものとなってしまう。

【０００９】本考案は上記問題点を解決すべく為された
ものであり、リニアアクチュエータ全体の大きさを大き
くすることなく、ストロークに対する駆動力の直線性を
向上させることができるリニアアクチュエータを提供す
ることをその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は上記目的を達成
すべく、センターヨークの一方の端部に、アウターヨー
クに連なる主永久磁石を連結すると共に、他端部に当該
主永久磁石を補助する副永久磁石を連結し、センターヨ
ークとアウターヨークとの間隙内に沿って移動可能なム
ービングコイルを配設したリニアアクチュエータにおい
て、ムービングコイルは、主永久磁石側への移動限度に
位置する時に巻線の一部がセンターヨークより主永久磁
石側に位置する主コイルと、上記移動限度に位置する時
に副永久磁石よりセンターヨークと反対側に位置する副
コイルとを有することを特徴とする。

【００１１】この場合、主永久磁石を希土類鉄磁石で形
成し、副永久磁石を希士類コバルト磁石で形成するのが
好ましい。

【００１２】

【作用】副コイルを副永久磁石より駆動方向側に変位し
た位置に設けたので、一方の移動限度からのストローク
の短い時において副コイルに副永久磁石の形成する磁束
が作用する。このため、ストロークの短い時に不足する
駆動力を副コイルに作用する駆動力によって補うことが
できる。主コイルに充分な駆動力が発生する位置までム
ービングコイルが移動すると、副永久磁石の形成する磁
路から副コイルが脱出する。従って、駆動力はストロー
クの短いところから全体にわたって変化しない。

【００１３】ところで、主永久磁石はアウターヨークに
対して放熱することができる上、磁極の対向面積も広く
従ってパーミアンス係数が大であるので問題はないが、
副永久磁石は新たに副コイルが設けられるため加熱され
やすくなり、かつパーミアンス係数も小であるので、従
来と同様に温度係数が比較的大である希士類鉄磁石を使
用すれば、非可逆減磁が生じるおそれがある。そこで、
副永久磁石を比較的温度係数が小である希士類コバルト
磁石にて形成することにより非可逆減磁が生じないよう
にしている。

【００１４】

【実施例】図１に基づいて、本考案の一実施例に係るリ
ニアアクチュエータについて説明する。同図に示すよう
に、このリニアアクチュエータは、円柱形のセンターヨ
ーク１と、円柱形センターヨーク１の外周面に対して内
壁が所定間隔離れて対向するアウターヨーク２と、Ｎ極
側がセンターヨーク１の下端面に、Ｓ極側がアウターヨ
ーク２に接着された主永久磁石３と、アウターヨーク２
とセンターヨーク１との間隙に出没自在に配設された主
コイル４とを備えている。アウターヨーク２はアクチュ
エータ全体を覆うように形成されその底面で主永久磁石
３に連結されている。そして、主コイル４の上方には軽
量で、かつ非磁性体であるプラスチック等により形成さ
れたボビン５が連結され、ボビン５の上部側面には副コ
イル６が捲着されている。また、センターヨーク１の上
端面にはＮ極側を当接した副永久磁石７が接着され、更
にその上にサブヨーク８が接着されている。また、ボビ
ン５の上部中心に形成されたネジ穴には支持部材の一端
が螺合され、この支持部材の他端には筆記具の把握部が
固定されている。また、この支持部材にはスプリング等
によって図面上方に向かう力が付勢されている。

【００１５】また、主永久磁石３は最大エネルギ積が大
である希士類鉄磁石で構成し、副永久磁石７は比較的温
度係数が小である希士類コバルト磁石で形成した。この
ため、主永久磁石３に比較して熱が逃げにくい構造にな
っている副永久磁石７の温度が上昇しても、副永久磁石
７には比可逆減磁が生じない。よって、温度変動にかか
わらずほぼ一定の磁束が副永久磁石７から生じる。

【００１６】ところで、主永久磁石３によって生じる磁
束は、そのＮ極側からセンターヨーク１及びアウターヨ
ーク２を介してアウターヨーク２の底部上面に密着した
主永久磁石３のＳ極側に戻る向きを持っており、この磁
束は主コイル４の中心部を図面の下方から上方に向か
う。一方、副永久磁石７によって生じる磁束はそのＮ極
側からセンターヨーク１、アウターヨーク２およびサブ
ヨーク８を介して、副永久磁石７のＳ極側に戻る向きを
持っており、この磁束は副コイル６の中心部を図面の上
方から下方に向かう。このため、円柱形センターヨーク
１の外周に沿って巻かれている主副両コイル４，６に作
用する磁束の向きは上記のように互いに反対方向となる
ので、本実施例では両コイル４，６の巻方向は互いに逆
方向に構成されている。また、ボビン５の内面の突起の
先端がサブヨーク８に当接し、したがってセンターヨー
ク１とアウターヨーク２との間の間隙に主コイル４が入
り切り、ストロークが零になっている図示の状態の時に
は、主コイル４の略下半分はセンターヨーク１よりも下
方に位置する。さらにこれと共に、副コイル６は副永久
磁石７より駆動方向側である図面の上方に位置するよう
に構成されている。

【００１７】このように構成することにより、筆記具の
芯先といった記録部が紙面に当接し、ボビン５とサブヨ
ーク８との間の距離に相当するストロークが短い時にお
いては、主永久磁石３によって生じるセンターヨーク１
からアウターヨーク２に向かう磁束は、主コイル４の略
上半分を通過する。従って、この磁束から主コイル４に
作用する駆動力は、ストロークが短くなるほど低下す
る。しかし、本実施例では、副永久磁石７によって生じ
るアウターヨーク２からサブヨーク８に向かう磁束が副
コイル６を通過し、この磁束が作用して副コイル６へ駆
動力を及ぼすが、この駆動力はストロークが短くなるほ
ど増加する。（なお、この副コイル６が受ける駆動力
は、副コイル６の温度が上昇しても副コイル６からはほ
ぼ一定の磁束が生じるため、温度変動の影響を受けるこ
とはない。）このため、ストロークが短いときに生じる
主コイル４に作用する駆動力の低下は、副コイル６に作
用する駆動力によって補われる。よって、ストロークが
短い状態の時においても、全体としては一定の筆圧が得
られるようになる。従って、自動芯出機構を備えた筆記
具を用いた場合においても常に一定の筆圧を得ることが
可能となる。また、主コイル４に充分な駆動力が発生す
る位置まで主コイル４が図面上方へ移動してストローク
が長くなると、副永久磁石７の形成する磁路から副コイ
ル６が脱出するるこのため、ストロークが長くなると、
副コイル６に作用する駆動力は消滅する。この結果、主
コイル４および副コイル６の合力が作用するボビンに対
する駆動力は、ストロークの短いところから長いところ
まで全体にわたって変化しなくなる。

【００１８】上記構成によるリニアアクチュエータの電
流と駆動力の関係、およびストロークと駆動力との関係
をそれぞれ図２および図３を用いて説明する。図２に示
すように、電流と駆動力の関係はほぼ比例関係となって
おり、この点においては良好な特性となっている。

【００１９】図３において横軸はストロークを、縦軸は
各コイルに作用する駆動力を示している。そして、Ａに
示す曲線は主コイル４に作用する駆動力を示し、Ｂに示
す曲線は副コイル６に作用する駆動力を示している。そ
してＣに示す曲線は両コイルに作用する駆動力の合力を
示している。同図から明かなように、Ａはストロークが
零のところから一定のストロークまでは増加するが、Ｂ
はこの一定ストロークまでの間に減少し、両者の合力で
あるＣは一定値になる。そして、その後はＡのみにな
り、ストロークの短いところから全体にわたって一定の
駆動力が得られている。

【００２０】以上本考案の実施例について詳細に説明し
たが、本考案は上記実用新案登録請求の範囲に記載され
た事項にのみ限定されるものであり、特定の実施例に限
定されるものではなく、例えば、上記ボビン５を下方に
延長し主コイル４を副コイル６と同様にボビン５の周面
に捲着するような構成を除外するものではない。また、
上記実施例の説明においては本発明を自動製図機に適用
した場合について説明したが、これに限定される必要は
なく、筆記具といった目的物を上記実施例のように駆動
する他の装置に応用することも可能である。

【００２１】

【考案の効果】以上の説明から明らかなように、本考案
は、リニアアクチュエータ全体の大きさを従来のものよ
り大きくすることなく、ストロークの変化に対して一定
の駆動力を得ることのできるリニアアクチュエータを提
供することができる。この際、リニアアクチュエータに
使用されている副永久磁石は、比較的温度係数が小であ
る希士類コバルト磁石で形成されているため、非可逆減
磁が生じるおそれはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を示す断面図である。

【図２】電流と駆動力との関係を示す線図である。

【図３】ストロークと駆動力との関係を示す線図であ
る。

【図４】従来のリニアアクチュエータの構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

１…センターヨーク ２…アウターヨーク ３…主永久磁石 ４…主コイル ５…ボビン ６…副コイル ７…副永久磁石

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 センターヨークの一方の端部に、アウタ
   ーヨークに連なる主永久磁石を連結すると共に、他端部
   に当該主永久磁石を補助する副永久磁石を連結し、前記
   センターヨークと前記アウターヨークとの間隙内に沿っ
   て移動可能なムービングコイルを配設したリニアアクチ
   ュエータにおいて、 前記ムービングコイルは、前記主永久磁石側への移動限
   度に位置する時に巻線の一部が前記センターヨークより
   前記主永久磁石側に位置する主コイルと、 前記移動限度に位置する時に前記副永久磁石より前記セ
   ンターヨークと反対側に位置する副コイルとを有する ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記主永久磁石を希土類鉄磁石で形成
   し、前記副永久磁石を希士類コバルト磁石で形成したこ
   とを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。