JP2797146B2

JP2797146B2 - 物体移動用電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JP2797146B2
Application number: JP2271435A
Authority: JP
Inventors: 丈夫串田; 俊郎樋口
Original assignee: 株式会社ゼクセル
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: DE4133307C2; JPH04148710A; US5148068A; DE4133307A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、物体移動用の電磁アクチュエータに関す
る。

〔従来の技術及びその技術的課題〕

コンベアなどで代表される物体移動用のアクチュエー
タに関し、従来、特開昭61−258013号公報や、特開昭61
−166429号公報が提案されている。

これら先行技術は、Fe、Cu、Alなどの材質からなる移
動路本体の下面に、圧電素子からなる複数の超音波振動
子を取り付けている。そして、この複数の超音波振動子
に電圧を位相をずらして印加することによって移動路本
体に表面進行波を励起させ、それによって移動路本体の
上に配した物体を移動させるようにしている。

しかしながら、これら先行技術においては、電気−機
械変換要素として圧電素子の伸縮を用いている。このた
め、変位量が少なく、移動速度を早くするには、駆動電
圧を高電圧にし、高周波のかたちで印加しなければなら
ないという問題があった。また、圧電素子は振動振幅が
小さい。このため、移動路本体について、振動子との接
触面や被移送物体との接触面を精度の高い形状や面粗度
にすることを必要としたり、変位拡大機構を別途必要と
したりする問題があった。さらに、可聴音の発生に加
え、圧電素子という強度的に弱いものを使用するため、
組立てや機器への組込みの面でも不都合があった。

そのほか、特開昭63−299785号公報には、並進型のア
クチュエータとして、移動体と、これに取付けられる電
圧・電歪素子と、該電圧・電歪素子の駆動により移動体
に衝撃力を与える慣性体とを具備し、電圧・電歪素子の
伸びあるいは縮みにより慣性体を衝撃的に駆動させ、そ
の反動が移動体のベースに対する摩擦力に打ち勝つこと
で尺取り虫状に移動体を移動させるようにしたものが提
案されている。しかし、この先行技術も前記した先行技
術と同様な欠点があり、位置決め等の微小移動手段とし
か使用できないという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記のような問題点を解消するために研究し
て創案されたもので、その目的とするところは、簡単な
構造であって、しかも低周波、低電圧により物体を高速
移動することができる電磁式のアクチュエータを提供す
ることにある。

この目的を達成するため第１発明は、複数の電磁回路
を設けた剛体からなる基体の上に、磁性粉を分散複合す
るかまたはそれ自体が磁性材からなる可撓性弾性板を配
し、前記電磁回路により形成される移動磁界で磁性粉ま
たは磁性材に磁気力を与えることにより可撓性弾性板に
進行波を創成させるようにしたものである。

また、第２発明は、側壁を有しかつ複数の電磁回路を
底壁に設けた剛体からなる基体の前記底壁と側壁によっ
て囲まれた領域に酸性流体を充填し、前記磁性流体の表
面に可撓性弾性板を密接させるとともに、可撓性弾性板
端縁を前記側壁に固定し、前記電磁回路により形成され
る移動磁界で磁性流体に磁気力を与えることにより可撓
性弾性板に進行波を創成させるようにしたものである。

〔作用〕

第１発明においては、電磁回路に対し位置的にも時間
的にも位相をずらせた電圧を印加する。そうすれば、基
体の上には移動磁界が生じ、その電磁力に応じて磁性物
質には電磁力が作用し、これに密接するか又は一体の可
撓性弾性板にたわみ振動の進行波が生ずる。その進行波
の中性面から厚さ方向に離れた可撓性弾性板と移動すべ
き物体との接触点は楕円軌跡となる。進行波の波頭は進
行波と逆方向の横に動く成分を持つため、可撓性弾性板
に接している物体が動かされる。

したがって、移動させようとする物体に与える力に応
じた可撓性弾性板の剛性を適宜選択し、共振振動状態で
進行波を創成することにより、少ない投入エネルギで効
率よく振動振幅を得ることができ、また、必要な印加電
圧を任意に設定することができる。

第２発明のごとく磁性流体と可撓性弾性板を併用した
場合には、進行波が電磁力で創成され、その電磁力によ
り磁性流体が吸引されて磁性流体を構成する粒体が振動
的な移動を起し、それが可撓性弾性板に伝えられて進行
波を発生させる。この場合には、磁性粒体に密接する可
撓性弾性板の厚さに応じた楕円軌跡の振動振幅が得ら
れ、移動を実現できる。そして、電磁力と磁性流体を併
用したことにより、大きな振動振幅が得られるため、構
造をより簡易化することができる。

第１発明、第２発明のいずれにおいても、移動磁界の
進行方向を、正方向、逆方向のいずれにも採ることがで
きるため、物体の移動方向を一方向でなく双方向にする
ことができる。

本発明は、コンベアなど物体を移動する各種手段およ
び可動部をロータにすることでモータにも適用すること
ができる。

〔実施例〕

以下この発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図ないし第６図は第１発明を適用した円環状電磁
アクチュエータを示し、第７図ないし第９図は本発明の
第２発明を適用した円環状電磁アクチュエータを示して
いる。第10図ないし第13図は前記第１発明と第２発明に
適用される電磁回路と駆動回路を示している。

第１図ないし第９図において、１は剛性のある磁性材
料たとえば鉄板からなる基体であり、この例ではリング
状となっている。

2a,2bは前記基体１の表面全体にわたって配置固定さ
れた複数組のコイルであり、第10図（ａ）（ｂ）のよう
にl/4ピッチずつであり、l/2までコイル2a,2bがl/4のピ
ッチのオーバラップをもって配置され、各コイル2a,2b
の始端部分と終端部分は、それぞれ駆動電源A,A′に接
続されている。前記駆動電源A,A′は、それぞれたとえ
ば第11図のように、発振器21と、90゜移相器22と、電力
増幅器20A,20A′からなっている。

勿論、駆動電源として商用の200V、３相を使用するこ
ともできる。その場合には、３組のコイル2a,2b,2cと
し、それぞれに商用３相のRST相またはUVW相を用い、３
組（３対）のコイル2a,2b,2cを、たとえば第13図で示す
ようなスター結線方式で接続すればよい。この３相形式
とすれば、専用のアクチュエータ駆動回路が不要となる
利点がある。

前記コイル2a,2bは、第４図（ｂ）（ｃ）に示すよう
に、基体１の表面に形成したスロットにはめられるか、
または、第４図（ａ）のように基体１の表面に直接配置
される。

３は前記のようにコイル2a,2bを配した基体１の上に
設けられた軟質の可撓性弾性板であり、移動路を構成す
る。第４図（ａ）ないし第４図（ｃ）に可撓性弾性板の
態様が示されている。

第４図（ａ）は、可撓性弾性板３が、摩擦力が大きく
耐摩耗性の良好な材質のゴムやプラスチック材などから
なる軟質のマトリックス30中に、たとえば純鉄粉などの
軟磁性材粉31を分散複合した複合体からなっている。

第４図（ｂ）は、摩擦力が大きく耐摩耗性の高いゴム
やプラスチック材からなる軟質のマトリックス30の下層
領域に、基体１と所要の絶縁距離をおいて強磁性材層32
を一体に埋設したもので、強磁性材層32は、低炭素鋼な
どから選ばれた強磁性材製の短いピン群ないしは粒子群
からなり、基体１の表面と所定の絶縁距離が置かれるよ
うにマトリックス30に埋め込まれる。そして、好ましく
は、可撓性弾性板３は、横方向の変位を拡大するため、
被移動物体と接する側に、所定の高さｈを持った任意形
状の突起33が所定間隔で形成されている。なお、第４図
（ａ）の態様においても突起構造を採用できることは言
うまでもない。

第４図（ｃ）は、可撓性弾性板３を磁性材そのもので
構成した例を示している。磁性材としてはたとえばS10C
やイオウ快削鋼で代表される低炭素鋼材が用いられる。
この場合、可撓性弾性板３は、第４図（ｂ）の場合と同
様に、横方向の変位を拡大するため、本体部分（面状部
分）30′に所定の高さｈを持った突起33が所定間隔で一
体形成される。

このような第４図（ｃ）の態様においては、コイル2
a,2bへの電圧印加時に、第５図に示す波状の弾性変形状
態を創成させるため、可撓性弾性板３を基体１にダイレ
クトに接触せず、基体１との間に所定の絶縁間隔34を持
つように保持される。

第６図（ａ）ないし第６図（ｃ）はその絶縁間隔保持
手段の例を示している。第６図（ａ）は、可撓性弾性板
３の本体部分30′と基体１との間に、たとえばゴム質の
スポンジ状発泡材35を介在させたものである。第６図
（ｂ）は、可撓性弾性板３の本体部分30′の下部両側を
絶縁物質からなるバネ性部材36,36で支えたもので、バ
ネ性部材36,36は横Ｕ溝状など撓み変形しやすい形状を
なし、一側が基体１に固定される。バネ性部材36,36の
他側は本体部分30′の下部と結合される。勿論、バネ性
部材36,36は本体部材30′に脚として一体化してもよ
い。

第６図（ｃ）は、本体部分30′それ自体が板バネ部と
なっており、突起33は本体部分30′の両幅より短い長さ
を持ち、本体部分30′の下部両側が絶縁物質からなるス
ペーサ37,37を介して基体１に支持されている。

なお、この第６図の構造は、可撓性弾性板３として磁
性粉を分散複合化したものおよび下層に強磁性層を設け
たものにも適用できる。

第７図ないし第９図の第２発明においては、剛性な基
体１が、底壁10の内周側と外周側に非磁性材料からなる
側壁11,12を有し、全体として断面が溝形となってい
る。そして、底壁10と側壁11,12で囲まれた領域に磁性
流体４が充填されている。この磁性流体４は、非磁性ベ
ース溶液に強磁性微粒子を分散させた安定なコロイド液
からなっている。非磁性ベース溶液は、油、水、水銀、
トルエンなどから適宜選ばれる。強磁性微粒子は、酸化
鉄、コバルト、Snを被覆したFe、Naを被覆したFeなどか
ら適当に選ばれる。

そして、前記底壁10と側壁11,12で囲まれた領域に充
填された磁性流体４の自由表面に可撓性弾性板５が密接
されている。可撓性弾性板５は、摩擦係数が高くかつ耐
摩耗性の高いゴムやプラスチックなどが用いられる。可
撓性弾性板５は、両端縁が基体１の側壁11,12に接着等
により固定されている。

７は移動させるべき物体であり、前記可撓性弾性板３
または可撓性弾性板５に装着される。

上記実施例のようにアクチュエータを平面から見て円
環状に構成した場合には、アクチュエータの軽量化を図
ることができる。また円周方向に時間と共に移動する複
数個の山を持った進行波が創成されるため、被移動物体
７を高速に移動させることができる。

しかし、この発明は、移動面形状が直線状（平面）で
ある場合に限られない。すなわち、円筒形や球面など曲
面形状とすることができる。

第16図は円筒型アクチュエータとした例である。この
場合、基体１は筒状（長短は問わない）をなし、筒内面
に前記したような複数組のコイル2a,2bが配置されてい
る。そして、その内側に第４図（ａ）ないし第４図
（ｃ）に示された可撓性弾性板３を位置させたものであ
る。この構造によれば、可撓性弾性板３はリング状をな
し、そのリング中に物体７を挿入することによって矢印
のように回転させることができる。

本発明は、ベルトコンベアに類するエンドレス長円環
状とすることもできるし、直線状の帯体とし、両端で振
動減衰を図れば並進移送も行うことができる。

また、物体７の移動態様も、第17図のように物体７に
ローラ70,70を設ければ、物体７を進行波の方向に移動
させることができるし、第18図のように可撓性弾性板３
との摩擦力で回転させることもできる。

〔実施例の作用〕

本発明において、物体７を移動させるにあたっては、
駆動電源が２相であれば、移相器22を介して隣接する１
つおきのコイル2a,2bに、時間的、位置的にπ/2（90
゜）位相を変えて交流電圧を印加する。

すなわち、進行波移動方向をｘ、時間をｔとし、ωを
角速度とし、ｌを磁界の波長とすると、コイル2aにはコイル2bにはの交流電圧を印加する。

こうすれば、第14図に示すように、コイル2aによる正
弦波Ｂとコイル2bによる正弦波Ｂ′により最大値の谷間
で移動磁界Ｈが生ずる。この移動磁界Ｈは次の式で表わ
されるものである。

ここで、この結果、この移動磁界は、第15図のように、H,δH/
δｘの２種のサインカーブを描くため、それらの合成に
より電磁力が進行する形態で発生する。すなわち、であることから、となる。式中のが進行波の形態であり、移動速度は周波数を変えること
で自由に調整することができる。

第２発明では、コイル2a,2bの上に磁性流体４が満た
されている。したがって、磁性流体４は前記電磁力Ｆの
発生した位置でかつ電磁力の強さに応じて吸い寄せられ
る。磁性流体４の底側と両側は剛体であるため、磁性流
体４はもっぱら高さ方向に振動し、これにより、第９図
に示すように時間と共に矢印の方向に移動する進行波ξ
が創成される。そして磁性流体４には可撓性弾性板５が
密接しているため、この可撓性弾性板５も磁性流体４と
同じ動きする。この実施例は、剛体に振動を伝達するの
でなく、磁性流体４という流体を用い、微粒子の集散に
より振動を創成させるため、大きな振動振幅が効率良く
形成される。

進行波ξの波頭、すなわち物体７と接触する表面上の
或る質点は、縦方向変位と横方向変位の比により楕円運
動軌跡を描いて進行する。その進行波ξの波頭（縦方向
変位の最大点）は、進行波と逆方向の横に動く性質を持
っている。したがって、撓み振動の波長より長い寸法の
物体７は波頭にのみ接し、可撓性弾性板５の摩擦力によ
り第９図矢印の方向に動かすことができるのである。

第１発明の場合には、第14図に示す電磁力により可撓
性弾性板３に弾性波（進行波ξ）が生じ、その弾性波
は、第５図に示すように、表面上の質点が楕円運動しつ
つその波頭が連続的に進行するため、物体７を移動させ
ることができる。この第１発明は第２発明に比較して、
可撓性弾性板３のヤング率により振幅を任意に変えるこ
とができ、構造を簡単にすることができる利点がある。

第４図（ａ）の例においては、マトリックス30中に分
散した磁性材料粉31が磁気力で吸引されることにより可
撓性弾性板３に進行性の弾性波が創成される。第４図
（ｂ）図では、強磁性材32が磁化吸引されることで可撓
性材料板に弾性波が創成されるが、突起33,33により横
方向の変位が拡大されるため被移動移動速度を早くする
ことができる。第４図（ｃ）や第６図の場合、可撓性弾
性板３それ自体が磁気力で第５図のように波状に弾性変
形し、物体７が突起33,33の先端（波頭）と接して効率
良く移動される。

なお、駆動電源として商用の200V、３相を使用する場
合には、電磁回路を第13図のように構成し、時間的、位
置的に120゜（2/3π）の移相を変えた下記式の正弦波を
印加すればよい。

このような商用電源を使用する場合、周波数が一定の
ため、これを変えて送り速度を変化させることはできな
いが、速度変化の必要があるときには、印加電圧の振幅
を変えればよいため問題ない。

また、この発明は移動磁界進行方向を正方向だけでな
く逆方向にすることができる。これは、例えば２相励磁
の場合、コイル2a,2bへの時間的位相を90゜遅れから90
゜進みにすることで実現できる。

すなわち、90゜遅れのときの印加電圧は、前記したと
ころからであり、したがって、となる。この式（１）において、の点すなわち第14図のcosカーブの頂上の点の移動は、と時間の経過により＋方向に動く。

これに対し、90゜進みの印加電圧を掛けた場合、となる。この式において、より頂上の点の移動は、と時間の経過により一方向へ動く。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の第１発明によるときには、複数
の電磁回路を設けた剛体からなる基体１の上に、磁性粉
を分散複合するかまたはそれ自体が磁性材からなる可撓
性弾性板３を配し、前記電磁回路により形成される移動
磁界で磁性粉または磁性材に磁気力を与えることにより
可撓性弾性板３に進行波を創成させるようにしたので、
低周波、低電圧の駆動で高速移動を実現することがで
き、しかも構造が非常に簡単であり、可動部がなく、被
移動物体との接触面や進行波との接触面に精度の高い形
状や面粗度の加工を要さず、また、割れやすい駆動要素
も使用していないため、組立てや機器への組込みが容易
であり、アクチュエータ形状の制限もなく、進行波の方
向にも制限がなく、双方向移動も行なえるなどのすぐれ
た効果が得られる。

また本発明の第２発明によるときには、側壁11,12を
有しかつ複数の電磁回路を底壁10に設けた剛体からなる
基体１の前記底壁10と側壁11,12によって囲まれた領域
に磁性流体４を充填し、前記磁性流体４の自由表面に移
動路としての可撓性弾性板５を密接させるとともに、可
撓性弾性板５端縁を前記側壁11,12に固定し、前記電磁
回路により形成される移動磁界で磁性流体に磁気力を与
えることにより可撓性弾性板５に進行波を創成させるよ
うにしたので、低周波、低電圧の駆動で高速移動を実現
することができるとともに電磁力と磁性流体の併用によ
り大きな振動振幅が得られ、構造をより簡易化すること
ができるというすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明による物体移動用電磁アクチュエータ
の一例を示す斜視図である。第２図は作動状態を示す斜視図である。第３図は第１図III−III線に沿う断面図である。第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は第１発明における可撓性弾
性板の例を示す部分的断面図である。第５図は第４図（ｃ）の作動状態を示す部分的断面図で
ある。第６図（ａ）（ｂ）（ｃ）は第４図（ｃ）の態様におけ
る間隔保持機構を例示する説明図である。第７図は第２発明の実施例を示す部分切欠斜視図であ
る。第８図は第７図のVIII−VIII線に沿う断面図である。第９図は第７図の実施例の作動状態を示す部分的断面図
である。第10図（ａ）は本発明における電磁回路の一例を示す説
明図、第10図（ｂ）はコイルの配置列を示す説明図であ
る。第11図は駆動回路の一例を示す回路図である。第12図は駆動回路の他の例を示す説明図である。第13図は第12図の場合の駆動回路の結線図である。第14図は本発明における移動磁界波形図である。第15図は本発明における電磁力波形図である。第16図は本発明を円筒型アクチュエータに適用した例を
示す平面図である。第17図と第18図は本発明による物体移動方法の他の例を
示す説明図である。〔符号の説明〕１……基体 2a,2b……コイル３……可撓性弾性板４……磁性流体５……可撓性弾性板７……物体 10……底壁 11,12……側壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B65G 27/00 - 27/34 H02N 2/00 H02N 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電磁回路を設けた剛体からなる基体
の上に、磁性粉を分散複合するかまたはそれ自体が磁性
材からなる可撓性弾性板を配し、前記電磁回路により形
成される移動磁界で磁性粉または磁性材に磁気力を与え
ることにより可撓性弾性板に進行波を創成させるように
したことを特徴とする物体移動用電磁アクチュエータ。
【請求項２】側壁を有しかつ複数の電磁回路を底壁に設
けた剛体からなる基体の前記底壁と側壁によって囲まれ
た領域に磁性流体を充填し、前記磁性流体の自由表面に
可撓性弾性板を密接させるとともに、可撓性弾性板端縁
を前記側壁に固定し、前記電磁回路により形成される移
動磁界で磁性流体に磁気力を与えることにより可撓性弾
性板に進行波を創成させるようにしたことを特徴とする
物体移動用電磁アクチュエータ。