JP2631785B2 - 振動型アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可動子が回転軸を中心
として円周方向に振動運動するアクチュエータに関す
る。本発明は、例えば、疲労試験用振動器等に応用され
る。

【０００２】

【従来の技術】図６〜図１０を参照して、従来の振動型
アクチュエータを説明する。図６は、従来の振動型アク
チュエータの全体を説明する図であり、図６（Ａ）はア
クチュエータの概略正面図、図６（Ｂ）は概略側面図で
ある。尚、図面を簡略化するため、本発明に直接関係の
ない部分（回転軸の軸受け、軸受けを保持するブラケッ
ト等）の図示は省略してある。

【０００３】図６に示すように、１対のバイアス磁束を
発生する永久磁石１２ａ、１２ｂが、磁気回路を組むた
めのヨーク１０の内側に固定されている。永久磁石１２
ａの内側には１対の固定子１４ａ、１４ｂが固定され、
他方の永久磁石１２ｂの内側には１対の固定子１４ｃ、
１４ｄが固定されている。つまり、１対の永久磁石１２
ａ、１２ｂの間に２対の固定子が配置されている。

【０００４】４個の固定子１４ａ〜１４ｄには、夫々、
コイル１６ａ〜１６ｄが巻回され、固定子１４ａ〜１４
ｄで囲まれた空間には、軸２４に固定された可動子２６
が設けられている。コイル１６ａ〜１６ｄに交流電流
（例えば正弦波電流）を供給し、固定子の中のバイアス
磁束を変化させて、可動子２６をａ−ａ’とｂ−ｂ’間
で円周方向に振動させる。尚、永久磁石１２ａ、１２ｂ
の内部の矢印は夫々バイアス磁束の方向を示し、図６
（Ｂ）のＬ’は装置の奥行きを示す。

【０００５】図６（Ｂ）に示すように、可動子２６の一
端には板バネ２８が接続されている。板バネ２８は、後
述するように、捻れを利用してａ−ａ’及びｂ−ｂ’近
傍に安定状態を有する可動子２６を図６（Ａ）に示す水
平位置に戻すためのものである。板バネ２８を支持する
ため、一端がヨーク１０に固定された支持台３０と固定
具３２が設けられている。

【０００６】図７は、図６の可動子２６の斜視図であ
り、軸２４及び板バネ２８の一部も示されている。可動
子２６は、例えば、外径Ｄ＝１５ｍｍ、長さＨ＝４０ｍ
ｍ、厚さＴ＝４ｍｍである。

【０００７】次に、図８〜図１０を参照し、図６に示し
た従来の振動型アクチュエータの動作を説明する。尚、
永久磁石１２ａ及び１２ｂの磁束量は、コイル１６ａ〜
１６ｄの夫々が発生する磁束量に比べてはるかに多くな
るように設定されている。

【０００８】図８は、コイル１６ａ〜１６ｄに流れる電
流を零とし、可動子２６を水平位置に静止させた状態を
示す図である。従って、破線で示す磁力線３４ａ〜３４
ｄは永久磁石１２ａ及び１２ｂによるものである。尚、
図８では軸２４の図示を省略してある。

【０００９】図８に示す可動子２６は平衡状態にある
が、安定状態ではない。図８に示す状態で、コイル１６
ａ〜１６ｄの夫々に図６に示す方向（○印中の黒丸及び
ｘ印で示す方向）の電流を流し（第１方向電流とす
る）、固定子１４ａ〜１４ｄの夫々に、矢印３６ａ〜３
６ｄに示す方向に磁束を発生させると、永久磁石による
磁束３４ａ及び３４ｄは減少し、永久磁石による磁束３
４ｂ及び３４ｃは増加する。従って、可動子２６に反時
計回りのトルクが発生し、図８に示す不安定な平衡位置
から図９に示す安定位置に移動する。つまり、可動子２
６が反時計回りに回転を開始すると、可動子２６を通過
する磁束が加速度的に増加し、最終的に図９の安定状態
になる。

【００１０】逆に、図８に示す可動子２６の不安定な平
衡状態において、コイル１６ａ〜１６ｄの夫々に第１方
向電流と逆方向の電流（第２方向電流とする）を流し、
固定子１４ａ〜１４ｄの夫々に、矢印３８ａ〜３８ｄに
示す方向に磁束を発生させる。従って、永久磁石による
磁束３４ａ及び３４ｄは増加し、永久磁石による磁束３
４ｂ及び３４ｃは減少する。つまり、可動子２６に時計
回りの方向にトルクが発生し、図８に示す不安定な平衡
位置から図１０に示す安定位置に移動する。

【００１１】以上説明したように、図６に示した従来例
は、図９及び図１０に示す２つの安定状態を有する。従
って、図６の従来例では、可動子２６を、図９或いは図
１０に示す安定状態から図８に示す位置に移行させて振
動させるためには、板バネ２８を利用しなければならな
い。

【００１２】即ち、 （ａ） コイル１４ａ〜１４ｄに第１方向電流を流し、
可動子２６が図８に示す位置から図９に示す安定位置と
なると、コイル１４ａ〜１４ｄに流す電流を零にし、板
バネ２８の復原力を利用して可動子２６を強制的に図８
に示す位置に復帰させる。 （ｂ） 次に、コイル１６ａ〜１６ｄに第２方向電流を
流し、可動子２６が図８の位置から図１０に示す安定位
置になると、コイル１４ａ〜１４ｄに流す電流を零に
し、板バネ２８の逆方向の復原力により、可動子２６を
図１０の安定位置から図８に示す位置に復帰させる。上
記の（ａ）及び（ｂ）の動作を繰り返し、可動子２６を
軸２４を中心として振動させる。

【００１３】尚、図７に示した可動子の寸法Ｄ、Ｈ、Ｔ
を上述の如くにし、可動子２６と固定子１４ａ〜１４ｄ
夫々との最小距離（クリアランス）を０．１ｍｍとし、
可動子２６が固定されている軸２４に振動試験片（慣性
モーメント＝０．４ｘ１０^-6ｋｇ・ｍ²）を取り付け
て、コイル１６ａ〜１６ｄに周波数４００Ｈｚ、実効値
で１００ＡＴ（アンペアターン）の正弦波電流を流した
とき、振動子の振幅は５^oであった。この際の装置の奥
行きＬ’は１３０ｍｍであった。

【００１４】図１１は、図８の装置をフレキシブルプリ
ント配線基板４０の疲労試験に使用した場合を説明する
図である。カバー（外箱）４２の内部には図８に示す装
置が収納され、振動片４４を軸２４（図１１には図示せ
ず）の一端に固定する。更に、配線基板４０の一端を振
動片４４に固定し、他端を保持具４６に固定して疲労試
験を行なう。尚、図１１のＬ’は、装置の奥行きを示
す。

【００１５】上述の説明から明らかなように、図８に示
した従来例は、可動子２６を振動させるために板バネ２
６を必要とする。しかしながら、板バネ２６を設けるこ
とにより、装置の奥行き（Ｌ’）が大きくなり、装置が
大型化するという問題があった。更に、捻れを繰り返す
板バネは消耗が激しいので、保守点検に手間がかかると
いう問題もあった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、可動子の中
心部の断面積を両端部の夫々の断面積よりも小さくし、
可動子の中心部の磁気抵抗を大きくすることにより、板
バネを不要とし、従来例と比較して小型の振動型アクチ
ュエータを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば振動型ア
クチュエータは、(a)ヨークに取り付けた１対の永久磁
石と、(b)該１対の永久磁石の間に設けた２対の固定子
と、(c)該２対の固定子に囲まれた空間に設けられ、円
周方向に振動可能の可動子と、(d)上記２対の固定子の
夫々に巻回され、固定子の磁束を変化させるコイルとを
有し、上記可動子は中心部の断面積が両端部の夫々の断
面積よりも小さいことを特徴とする。

【００１８】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して本発明の実施例
を説明する。図１に、本発明に係る振動型アクチュエー
タの概略を示す。図１に示す装置は、次の点で図６の従
来例と異なる （ａ） 図１の装置は、図６に示す板バネ２８を使用し
ていない。 （ｂ） 図１の可動子５０は、可動子を通る磁力線を制
限するために中心部の断面（可動子の中心軸５２に直角
の断面）は両端部の断面より小さい。 図１の装置のその他の構成は、図６の対応する構成と同
一なので、説明を省略する。尚、図６の構成部品と同一
の図１の構成部品には同一の参照番号を付してある。

【００１９】図２は、可動子５０（図１）の斜視図であ
り、軸２４の一部も示されている。図２に示すように、
可動子５０の中心部の断面は両端部の断面より小さくな
っている。可動子５０は、例えば、外径Ｄ＝１５ｍｍ、
長さＨ＝４０ｍｍ、厚さＴ１＝４ｍｍ、中心部の絞った
部分の幅Ｗ＝１０ｍｍ、厚みＴ２＝１ｍｍである。

【００２０】次に、図３〜図５を参照して、本発明に係
る装置の動作を説明する。尚、永久磁石１２ａ及び１２
ｂの磁束量は、従来例の場合と同様に、コイル１６ａ〜
１６ｄの夫々の磁束量に比べてはるかに多くなるように
設定されている。

【００２１】図３は、コイル１６ａ〜１６ｄに流れる電
流を零とし、可動子５０を水平位置に静止させた状態を
示す図である。従って、破線で示す磁力線３４ａ〜３４
ｄは永久磁石１２ａ及び１２ｂによるものである。尚、
図３では可動子５０が固定される軸２４の図示を省略し
てある。

【００２２】図３に示す可動子５０の位置は、後述する
ように、唯一の安定位置である。この状態でコイル１６
ａ〜１６ｄに従来例で説明した第１方向電流を流し、固
定子１４ａ〜１４ｄの夫々に、矢印３６ａ〜３６ｄに示
す方向に磁束を発生させると、永久磁石１２ａ及び１２
ｂによる磁束３４ａ及び３４ｄは減少し、永久磁石１２
ａ及び１２ｂによる磁束３４ｂ及び３４ｃは増加する。
従って、可動子５０は図３に示す安定位置から回動し、
図４に示す位置になる。

【００２３】上述したように、可動子５０の中心部の断
面積は両端部の断面積より小さくしてあるので、磁力線
が通過しにくい。従って、固定子１４ｃ中の磁束の大部
分は可動子５０の端部５０ａを介して固定子１４ａに流
れ、一方、固定子１４ｄ中の磁束の大部分は可動子５０
の端部５０ｂを介して固定子１４ｂに流れる。従って、
ここで注意すべきことは、可動子５０が図４に示す位置
にあっても、可動子５０の端部５０ａ及び５０ｂには、
時計回り方向のトルク５２ａ及び５２ｂが存在すること
である。従って、コイル１６ａ〜１６ｄに流す電流（第
１方向電流）を零にすると、第４図に示す時計回り方向
のトルク５２ａ及び５２ｂにより、可動子５０は、図３
に示す位置に復帰する。

【００２４】次に、可動子５０が図３の状態にあるとき
に、固定子１４ａ〜１４ｄの夫々に第２方向の電流を流
し、矢印３８ａ〜３８ｄに示す方向に磁束を発生させる
と、今度は、永久磁石１２ａ及び１２ｂによる磁束３４
ｂ及び３４ｃは減少し、磁束３４ａ及び３４ｄは増加す
る。従って、可動子５０は図３に示す安定位置から回動
し、図５に示す位置になる。可動子５０が図３の位置か
ら図５に示す位置に回動する理由は、図３及び図４に関
連して説明した理由と同一である。次に、コイル１６ａ
〜１６ｄに流す電流（第２方向電流）を零にすると、図
５に示す反時計回り方向のトルク５４ａ及び５４ｂによ
り、可動子５０は、図３に示す位置に復帰する。

【００２５】このように、本発明に係る振動型アクチュ
エータは、図３に示す中間位置に唯一の安定状態があ
り、コイル１６ａ〜１６ｄに交流電流（第１及び第２方
向電流）を流すことにより、従来例に不可欠であった板
バネを使用することなく、可動子を振動させることが出
来る。

【００２６】尚、図２に示した可動子の寸法Ｄ、Ｈ、Ｔ
１、Ｔ２及びＷを上述の如くにし、従来例と同様に、可
動子５０と固定子１４ａ〜１４ｄ夫々との最小距離（ク
リアランス）を０．１ｍｍとし、可動子５０が固定され
ている軸２４に振動試験片（慣性モーメント＝０．４ｘ
１０^-6ｋｇ・ｍ²）を取り付けて、コイル１６ａ〜１６
ｄに周波数４００Ｈｚ、実効値で１００ＡＴ（アンペア
ターン）の正弦波電流を流したとき、振動子の振幅は１
０^oであった。この際の装置の奥行きＬは５０ｍｍであ
った。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明では、振動型アクチ
ュエータの可動子に唯一の安定位置（定位性）を持たせ
るため、可動子の中心部を絞り込んだ形状にしている。
可動子をこのような形状にすることにより、従来例の板
バネを不要とし、装置の奥行きを例えば上述したよう
に、従来の１３０ｍｍから５０ｍｍにできた。

【００２８】更に、消耗品である板バネを不要としたの
で、板バネの保守が不要になるという効果もある。更に
又、可動子の中心部を絞り込んだことにより、可動子の
慣性モーメントを小さくできるので、可動子の振動の振
幅を大きくすることができる。可動子の振幅を大きくで
きることにより、従来に比べてより高い周波数での動作
が可能となるので、応用範囲を広げることができる。逆
に、コイルに流す電流を小さくしても充分な大きさの振
幅が得られるので、電力の節約になるという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る振動型アクチュエータを説明する
図。

【図２】図１に示した可動子の斜視図。

【図３】本発明に係る可動子の振動動作を説明するため
の図。

【図４】本発明に係る可動子の振動動作を説明するため
の図。

【図５】本発明に係る可動子の振動動作を説明するため
の図。

【図６】従来の振動型アクチュエータを説明する図。

【図７】図６に示した可動子の斜視図。

【図８】従来の可動子の振動動作を説明するための図。

【図９】従来の可動子の振動動作を説明するための図。

【図１０】従来の可動子の振動動作を説明するための
図。

【図１１】振動型アクチュエータの応用例を示す斜視
図。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) ヨークに取り付けた１対の永久磁石
   と、 (b) 該１対の永久磁石の間に設けた２対の固定子と、 (c) 該２対の固定子に囲まれた空間に設けられ、円周
   方向に振動可能であり、中心部の断面積が両端部の夫々
   の断面積より小さい可動子と、 (d) 上記２対の固定子の夫々に巻回され、固定子の磁
   束を変化させるコイルと、 を有する振動型アクチュエータ。