JP3863429B2

JP3863429B2 - リニア振動アクチュエータ

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Publication number: JP3863429B2
Application number: JP2002000045A
Authority: JP
Inventors: 一義福長; 康裕福井
Original assignee: Tokyo Denki University
Current assignee: Tokyo Denki University
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2022-01-04
Also published as: JP2003199311A; US6867511B2; US20030127918A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニア振動アクチュエータに関し、特に、直線往復運動の一方向について他方向よりも大きな力での移動を実現する単巻型リニア振動アクチュエータに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、直線往復運動を行う必要がある機器において磁力を利用した駆動部としてリニア振動アクチュエータが使用されている。そして、従来のリニア振動アクチュエータとしては、例えば、コイル可動形、鉄心可動形及び磁石可動形等が知られている。
【０００３】
一方、リニア振動アクチュエータの内の単巻型リニア振動アクチュエータとしては、鉄心可動形であって、機械的に作動させる為のバネを組み合わせた構造（以下、第１の構造例と称する）が代表的である。
具体的には、断面略コ字形状の固定子コアに単巻の励磁コイルが取り付けられ、この固定子コアの内周側に位置する磁性体により形成される可動子に所定方向に付勢するバネが設けられた構造となっている。
【０００４】
つまり、この第１の構造例によれば、励磁コイルに電流を供給することで、発生する磁束によって可動子を吸引し、また、励磁コイルへの電流供給を停止することで、バネの復元力によって可動子が元の位置に戻るため、往復運動を実現することができる。
【０００５】
さらに、単巻型リニア振動アクチュエータの他の構造例（以下、第２の構造例と称する）として、論文「単巻線形リニア振動アクチュエータの開発と高出力設計（平成５年電気学会論文誌Ｄ、１１３巻１号、１２０頁〜１２５頁）」に発表されたものが知られている。
この単巻型リニア振動アクチュエータは磁石可動形に分類されるものであり、断面略コ字形状の固定子コアに単巻の励磁コイルが取り付けられ、また、軸方向に着磁された永久磁石を突極ではさみこむ構造に移動子がなっている。
【０００６】
そして、この第２の構造例において、励磁コイルに電流を流すと、固定子コアに磁極が生じるのに伴って移動子の磁極との間に吸引力と反発力が発生し、移動子は所定方向に移動する。さらに、励磁コイルに流す電流の向きを逆転させることにより、固定子コアに生じる磁極の向きが変わって移動子の移動方向が反転する為、移動子を往復運動させることができる。
【０００７】
単巻型リニア振動アクチュエータのさらなる構造例（以下、第３の構造例と称する）として、特開平06-113522 号公報に記載された「リニア振動アクチュエータ」が知られている。
このリニア振動アクチュエータは、直線上での可動子コイルの往復運動において一方向にのみ強い力で移動し、逆方向には弱い力で戻るようにすることを目的としたものである。
【０００８】
つまり、このリニア振動アクチュエータは、コイル可動形に分類されるアクチュエータ本体部分と、可動子コイルを励磁する際に一方向に移動するときのみ大電流を流すような制御回路とを、有している。
この為、このリニア振動アクチュエータによれば、可動子コイルを直線上の一方向に移動させる際には大電流として大きな推力で移動させ、逆方向に移動させる際には小電流として小さい推力で移動させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第１の構造例では、励磁コイルに供給する電流の大きさとバネの復元力とのバランスを偏らせることによって、一方向には大きい力で移動すると共に他方向には小さい力で移動する単巻型リニア振動アクチュエータを実現可能となるが、バネの機械的特性によって一定周波数の往復運動に限定されてしまうという問題がある。また、バネを設置する必要がある為、装置の構成が大掛かりとなり、小型化が困難となる。
【００１０】
一方、上述した第２の構造例及び第３の構造例では、励磁コイルに流す電流の向きを反転させることによって、バネを用いることなく往復運動を実現することができる。
しかし、往復運動の内の一方向を大きい力で移動させると共に、他方向を小さい力で移動させる場合、励磁コイルに通電する際において、大きい推力で移動するときに、大きな電流が流れるように電流を制御し、また逆に小さい推力で移動するときに、小さな電流が流れるように電流を制御する必要がある。その為、駆動回路が複雑となってしまい、製造コストの増大が避けられなかった。
【００１１】
さらに、特に第２の構造例のリニア振動アクチュエータは、往復運動の両方向において等しい推力で移動することが想定されている為、一方向にのみ強い力で移動させようとすると、このリニア振動アクチュエータの信頼性等の特性悪化を招いてしまう。
本発明は上記事実を考慮し、低コストで製造可能とされると共に高い信頼性を有しつつ小型化可能とされるリニア振動アクチュエータを提供することが第１の目的であり、また、移動子が往復運動する際に、周波数に限定されずに一方向にのみ大きな力で移動し得るリニア振動アクチュエータを提供することが第２の目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のリニア振動アクチュエータは、磁性体により断面略コ字形状に形成されたヨークと、
ヨークに巻き付けられた励磁コイルと、
それぞれリング形状とされ且つ、その軸方向に沿って同一極同士を相互に対向させた状態で前記ヨークの外周側に一体的に配置された２つの永久磁石と、
を有するリニア振動アクチュエータであって、
断面略コ字形状のヨークにおける外周部の一方の側から外周部の他方の側に延びるように、磁力補強部が２つの永久磁石に対向してヨークに形成されて、これら２つの永久磁石の軸方向に沿ってヨークが非対称形状とされることを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係るリニア振動アクチュエータの作用を以下に説明する。
磁性体により断面略コ字形状に形成されたヨークに励磁コイルが巻き付けられ、このヨークの外周側にそれぞれリング形状とされた２つの永久磁石が一体的に配置されている。さらに、これら２つの永久磁石が、その軸方向に沿って同一極同士を相互に対向させた状態とされている。そして、断面略コ字形状のヨークにおける外周部の一方の側から外周部の他方の側に延びるように、磁力補強部が２つの永久磁石に対向してヨークに形成されるのに伴い、これら２つの永久磁石の軸方向に沿ってヨークが非対称形状とされる。
【００１４】
つまり、本請求項によれば、ヨークにおける外周部の一方の側から外周部の他方の側に延びる磁力補強部が、２つの永久磁石に対向するだけの簡易で製造容易な構成を有している。この為、２つの永久磁石により構成される移動子が往復運動する際に、矩形波や正弦波などの単純な入力信号によっても、一方向にのみ大きな力で移動できるようになる。
この結果として、一方向にのみ大きな力で、２つの永久磁石からなる移動子が移動しつつ、往復運動するリニア振動アクチュエータを実現できるだけでなく、この際、構造が単純で構成要素が非常に少ない為、信頼性を向上しつつ小型化が図れると共に、低コストで製造可能となった。
【００１５】
請求項２に係るリニア振動アクチュエータの作用を以下に説明する。
本請求項に係るリニア振動アクチュエータは請求項１と同一の作用を奏する。但し、本請求項では、ヨークと励磁コイルとにより固定子が構成され、２つの永久磁石がインダクタにより保持されて、一体的に移動子とされるという構成を有している。
つまり、固定子及び移動子が上記のような単純且つ簡易に構成されて製造容易になっているので、請求項１の作用効果がより確実に達成される。
【００１６】
請求項３に係るリニア振動アクチュエータの作用を以下に説明する。
本請求項に係るリニア振動アクチュエータは請求項２と同一の作用を奏する。但し、本請求項では、前記移動子の外周側に、この移動子を案内する支持材が配置されるという構成を有している。
【００１７】
つまり、ヨークの外周側にリング形状とされた２つの永久磁石を含む移動子が、この移動子の外周側に配置される支持材により案内されるので、移動子の内周側で案内する場合と比較して、案内する面積が広くなると共に、固定子と移動子との間の距離を自由に設定可能となるだけでなく、磁気的作用を支持材が邪魔することがなくなる。この為、より信頼性が高くなり、結果として請求項１及び請求項２の作用効果がより確実に達成される。
【００１８】
具体的には、移動子の内周側で支持する場合、支持材の存在によって固定子と移動子との間の距離が狭められず、漏れ磁束が増えると共に、効率が悪化する。そして、固定子と移動子との間に支持材が存在する為に、支持材により磁束が妨げられる恐れがある。
【００１９】
一方、固定子、移動子及び支持材の材質は、一般的に異なるので、これに伴ってこれらの熱膨張率が異なり、温度が上昇した際にも移動子の内周側で適切に支持できるように設計及び生産する必要が生じる結果として、設計及び生産が困難となる。
さらに、移動子の内周側で支持する場合には、支持材の円周長が小さく、単位体積当たりに支持材で受ける荷重が大きくなり、支持材の耐久性が低下する欠点があるが、上記の移動子の外周側で支持した場合には、このような欠点がない。
【００２０】
請求項４に記載のリニア振動アクチュエータは、磁性体により断面略コ字形状とされ且つリング状に形成されたヨークと、
ヨークに巻き付けられた励磁コイルと、
その軸方向に沿って同一極同士を相互に対向させた状態で前記ヨークの内周側に一体的に配置された２つの永久磁石と、
を有するリニア振動アクチュエータであって、
断面略コ字形状のヨークにおける内周部の一方の側から内周部の他方の側に延びるように、磁力補強部が２つの永久磁石に対向してヨークに形成されて、これら２つの永久磁石の軸方向に沿ってヨークが非対称形状とされることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に係るリニア振動アクチュエータの作用を以下に説明する。
磁性体により断面略コ字形状とされ且つリング状に形成されたヨークに励磁コイルが巻き付けられ、このヨークの内周側に２つの永久磁石が一体的に配置されている。さらに、これら２つの永久磁石が、その軸方向に沿って同一極同士を相互に対向させた状態とされている。そして、断面略コ字形状のヨークにおける内周部の一方の側から内周部の他方の側に延びるように、磁力補強部が２つの永久磁石に対向してヨークに形成されるのに伴い、これら２つの永久磁石の軸方向に沿ってヨークが非対称形状とされる。
【００２２】
つまり、本請求項によれば、ヨークがリング形状とされて２つの永久磁石がこのヨークの内周側に一体的に配置されるという相違を有するものの、請求項１とほぼ同様に、ヨークにおける内周部の一方の側から内周部の他方の側に延びる磁力補強部が、２つの永久磁石に対向するだけの簡易で製造容易な構成を有している。この為、２つの永久磁石により構成される移動子が往復運動する際に、矩形波や正弦波などの単純な入力信号によっても、一方向にのみ大きな力で移動できるようになる。
【００２３】
この結果として、請求項１と同様に一方向にのみ大きな力で、２つの永久磁石からなる移動子が移動しつつ、往復運動するリニア振動アクチュエータを実現できるだけでなく、この際、構造が単純で構成要素が非常に少ない為、信頼性を向上しつつ小型化が図れると共に、低コストで製造可能となった。
尚、請求項５に係るリニア振動アクチュエータは、請求項２と同様に作用するので、詳細な記載を省略する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るリニア振動アクチュエータの第１の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２は、本実施の形態におけるリニア振動アクチュエータ（以下、単にアクチュエータと称する）１０を示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータ１０の中心部は、磁性体で筒形状に形成された磁性体ヨーク１により構成されていて、この磁性体ヨーク１に励磁コイル２が巻かれて配置されている。そして、これら磁性体ヨーク１及び励磁コイル２により、固定子８が構成されている。
但し、この磁性体ヨーク１の主要部分は断面略コ字形状となっているものの、磁性体ヨーク１の一端側である外周部の一方の側である上端側から他方の側である下側に延びるように磁力補強部１Ａが形成されているので、この磁力補強部１Ａの先端部分である下端部分と磁性体ヨーク１の他端側の部分との間のギャップＧが、他の部分より狭くなっている。つまり、本実施の形態では、磁性体ヨーク１の形状が、後述する移動子９の振動方向（図１及び図２において上下方向）に沿って、非対称となっている。
【００２９】
さらに、この固定子８の外周側の位置には、リング状に形成された移動子９が、該固定子８に対向して配置されている。
この移動子９は、それぞれリング状に形成された２つの永久磁石４，６と、これら永久磁石４，６が接着剤等で連結されてこれらを保持する金属製のインダクタ３，５，７とから構成されている。つまり、永久磁石４の上部にインダクタ３が配置され、永久磁石６の下部にインダクタ７が配置され、永久磁石４と永久磁石６との間にインダクタ５が配置されている。
【００３０】
また、その軸方向に沿って並んで配置されるこれら永久磁石４及び永久磁石６は、相互に同一形状とされているだけでなく、インダクタ５を挟んでＳ極が相互に対向するように、それぞれ着磁されている。但し、永久磁石４及び永久磁石６を相互に同一形状とせずに、その軸方向に沿って相互に異なる長さとしても良い。
従って、移動子９全体としては、振動方向に沿ってＮ−Ｓ−Ｎの磁極を有する。なお、永久磁石４のＮ極と永久磁石６のＮ極とを対向させることによって、移動子９全体の磁極がＳ−Ｎ−Ｓとなるように構成することも可能である。
【００３１】
以上より、本実施の形態のアクチュエータ１０は、その上下方向に延びる中心軸ＣＬを中心とした線対称の構造を呈していて、リング形状を呈する移動子９が、図１及び図２において上下方向への往復運動可能になっている。そして、固定子８の外周面には、移動子９の２つの永久磁石４，６の内周面に対向する形で、磁性体ヨーク１の磁力補強部１Ａが配置されることになる。
【００３２】
以上の結果から、図１に示すアクチュエータ１０の励磁コイル２に電流を流すと、固定子８の磁性体ヨーク１に磁極が生じる。このとき、磁性体ヨーク１に生じた磁極と、移動子９側の永久磁石４，６の磁極との間に、吸引力や反発力が生じることによって、移動子９が移動する。但しこの際、磁性体ヨーク１が磁力補強部１Ａを有することで、移動子９に対向している磁性体ヨーク１の外周部両端側形状が、移動子９の振動方向に沿って非対称となることから、以下のように作用する。
【００３３】
次に、本実施の形態に係るアクチュエータ１０の作用を詳細に説明する。
図１に示す状態で、励磁コイル２に電流Ａ１を通電すると、固定子８の磁性体ヨーク１に磁力Ｍ１が発生し、磁性体ヨーク１の外周部上端側から延びる磁力補強部１ＡにＮ極の磁極が生じると共に、磁性体ヨーク１の外周部下端側にＳ極の磁極が生じる。また同時に、移動子９を構成する永久磁石４により、インダクタ３から磁性体ヨーク１を通過してインダクタ５へと向かう磁力Ｍ２が存在している。
【００３４】
つまり、これら磁力Ｍ１及び磁力Ｍ２は相互に同方向に向いている為、磁力は加算され、磁性体ヨーク１の上端側には強力なＮ極が生じる。
尚、この磁力の加算は、磁性体ヨーク１の上端側と下端側との大きさが相互に異なり、磁性体ヨーク１の外周部上端側から延びる磁力補強部１Ａに発生した磁力Ｍ１が、移動子９の永久磁石４より存在している磁力Ｍ２に影響を及ぼすために、生じたものである。
【００３５】
この際、磁性体ヨーク１の外周部上端側から下側に延びる磁力補強部１Ａに発生した強力なＮ極は、インダクタ５側寄りのＳ極を強く吸引し、同時にインダクタ３側寄りのＮ極と強く反発する。この一方、磁性体ヨーク１の下端側に発生したＳ極は、インダクタ７側寄りのＮ極を吸引し、同時にインダクタ５側寄りのＳ極と反発する。このようにして発生する吸引・反発力によって、移動子９は図１の上方向へ強い力である力Ｆ１で移動し、アクチュエータ１０における固定子８と移動子９との位置関係は、図２に示すようになる。
【００３６】
次に、図２に示す状態で、励磁コイル２に図１に示した電流Ａ１と逆方向の電流Ａ２を通電すると、固定子８の磁性体ヨーク１に磁力Ｍ３が発生し、磁性体ヨーク１の外周部上端側から延びる磁力補強部１ＡにＳ極の磁極が生じると共に、磁性体ヨーク１の外周部下端側にＮ極の磁極が生じる。また同時に、移動子９を構成する永久磁石４により、インダクタ３から磁性体ヨーク１を通過してインダクタ５へと向かう磁力Ｍ２と同様の磁力Ｍ４が存在している。
【００３７】
つまり、これら磁力Ｍ３及び磁力Ｍ４は互いに逆方向に向いている為、磁力は減算され、磁性体ヨーク１の上端側には弱いＳ極が生じる。
尚、この磁力の減算も、磁性体ヨーク１の上端側と下端側との大きさが相互に異なり、磁性体ヨーク１の外周部上端側から延びる磁力補強部１Ａに発生した磁力Ｍ３が、移動子９の永久磁石４により存在している磁力Ｍ４に影響を及ぼすために、生じたものである。
【００３８】
この際、磁性体ヨーク１の外周部上端側から下側に延びる磁力補強部１Ａに発生した弱いＳ極は、インダクタ５側寄りのＳ極を弱く反発し、同時にインダクタ３側寄りのＮ極を弱く吸引する。この一方、磁性体ヨーク１の下端側に発生したＮ極はインダクタ７側寄りのＮ極を反発し、同時にインダクタ５側寄りのＳ極を吸引する。このようにして発生する吸引・反発力によって、移動子９は図２の下方向へ弱い力である力Ｆ２で移動し、アクチュエータ１０における固定子８と移動子９との位置関係は、図１に示すようになる。
つまり、移動子９が元の位置に戻って、再度上記の動作が繰り返されることになる。
【００３９】
以上、図１及び図２を参照して説明したように、本実施の形態のアクチュエータ１０においては、励磁コイル２に通電された電流の向きに応じて磁性体ヨーク１に発生する磁力の向きが切り替わり、移動子９に発生している磁力と影響し合うことによって、固定子８と移動子９の間において発生する吸引・反発力の内の一方は増幅され、他方は減縮される。
従って、移動子９は、振動の一方向（図１において上方向）について、他方向（図２において下方向）よりも大きい力で、移動することができる。
【００４０】
次に、上記構成からなる本実施の形態のアクチュエータ１０による移動子９の位置と発生する推力の関係を、図３にそれぞれ示すコンピュータによる３次元動磁場解析（ELF/MAGIC ）の結果及び、試作品を実際に計測した結果に基づき、説明する。
ここで、アクチュエータ１０の磁性体ヨーク１及びインダクタ３，５，７を構成する材料として電磁軟鉄のSS400 を使用し、移動子９を構成する永久磁石４，６には希土類・鉄・ホウ素系永久磁石（例えばNEOMAX）を使用し、励磁コイル２には０．５mmの銅線を５８５ターン巻いた。また、移動子９の外径寸法は、例えば６０ｍｍ程度とされている。
【００４１】
図１において電流を流さなくても移動子９が静止して安定する最も下の位置を図３における始点（０mm）とし、図１に示すように励磁コイル２に２アンペアの電流Ａ１を流すことによって、そこから移動子９を上方向に８mmの位置まで移動させる。
さらに、向きを逆転させた２アンペアの電流Ａ２を励磁コイル２に流すことによって、移動子９を８mm位置から０mmまで下方向に移動させる。そして、このときの１mm間隔での各位置における推力を図３に示す。
尚、図３において、横軸は位置をｍｍ単位で表し、縦軸は推力をニュートン単位で表す。また、各位置において移動子９に発生する推力の解析結果（理論値）を特性曲線Ａで示し、実際の測定結果（実験値）を特性曲線Ｂで示している。
【００４２】
この図３によれば、理論値及び実験値ともに、移動子９が上方向に移動する場合である０〜８mmの位置においては、大きな推力が発生しており、その逆方向すなわち移動子９が下方向に移動する場合である８〜０mmの位置においては、上方向の場合の半分程度の推力しか発生していないことが分かる。
【００４３】
尚、本実施の形態において図１に示す電流Ａ１と図２に示す電流Ａ２は互いの方向が異なっていれば良く、その大きさについては同じで良い。従って、単純な矩形波や正弦波等の入力信号による電流制御が可能となる。
【００４４】
以上説明したように本実施の形態に係るアクチュエータ１０は、励磁コイル２を１つ備えると共に、磁性体ヨーク１の一端側である外周部上端側から下側に延びる磁力補強部１Ａを、２つの永久磁石４，６に対向させるだけの簡易で製造容易な構造となっている。
この為、この磁力補強部１Ａの存在により、固定子８側の磁性体ヨーク１の形状が振動方向に沿って非対称となることから、２つの永久磁石４，６を含む移動子９が往復運動する際に、矩形波や正弦波などの単純な入力信号によっても、一方向にのみ大きな推力で移動できるようになる。
【００４５】
この結果として、一方向にのみ大きな推力で移動子９が移動しつつ、往復運動するアクチュエータ１０を実現できるだけでなく、この際、アクチュエータ１０の構造が単純で構成要素が非常に少ない為、信頼性を向上しつつ小型化が図れると共に、低コストで製造可能となった。
【００４６】
次に、本発明に係るリニア振動アクチュエータの第２の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
図４は、本実施の形態におけるリニア振動アクチュエータ（以下、単にアクチュエータと称する）２０を示す断面図である。
この図４に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータ２０は、第１の実施の形態とほぼ同一であるが、リング形状を呈する移動子９の外周側に、同じくリング状に形成された支持材１１が配置され、この支持材１１によって、摺動可能に嵌合されることで移動子９が案内されて、図４において上下方向への往復運動可能になっている。
【００４７】
従って、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同一の作用効果を奏するだけでなく、磁性体ヨーク１の外周側にリング形状とされた２つの永久磁石４，６を含む移動子９が、この移動子９の外周側に配置される支持材１１により案内されているので、移動子９の内周側で案内する場合と比較して、案内する面積が広くなると共に、固定子８と移動子９との間の磁気的作用を支持材１１が邪魔する虞がなく、より信頼性が高くなる。
尚、ここで用いられる支持材１１の材質としては、テフロン材、アルミニウム、黄銅及びリニアベアリング等が考えられるが、他の材質を採用しても良い。
【００４８】
次に、本発明に係るリニア振動アクチュエータの第３の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
図５は、本実施の形態におけるリニア振動アクチュエータ（以下、単にアクチュエータと称する）３０を示す断面図である。
【００４９】
この図５に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータ３０は、第１の実施の形態とほぼ同一であるが、移動子２９を３つのリング状で薄い永久磁石２１，２３，２５及びこれらの間を繋ぐ２つのインダクタ２２，２４で構成している。そして、これら３つの永久磁石２１，２３，２５は、振動方向である上下方向に対して直交する方向に沿って、図５に示すように着磁されている。
【００５０】
従って、本実施の形態によれば、リング形状とされた３つの永久磁石２１，２３，２５を含む移動子２９が、磁性体ヨーク１の外周側に存在し、この移動子２９全体としては、振動方向に沿ってＮ−Ｓ−Ｎの磁極を有しているので、第１の実施の形態と同一の作用効果を奏することになる。
【００５１】
次に、本発明に係るリニア振動アクチュエータの第４の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図６及び図７は、本実施の形態におけるリニア振動アクチュエータ（以下、単にアクチュエータと称する）４０を示す断面図である。
【００５２】
図６に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータ４０の外周部は、磁性体でリング状に形成された磁性体ヨーク３１により構成されていて、この磁性体ヨーク３１に励磁コイル３２が巻かれて配置されている。そして、これら磁性体ヨーク３１及び励磁コイル３２により、固定子３８が構成されている。
【００５３】
但し、この磁性体ヨーク３１の主要部分は断面略コ字形状となっているものの、磁性体ヨーク３１の一端側である内周部の一方の側である上端側から他方の側である下側に延びるように磁力補強部３１Ａが形成されているので、この磁力補強部３１Ａの先端部分である下端部分と磁性体ヨーク３１の他端側の部分との間のギャップＧが、他の部分より狭くなっている。つまり、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、磁性体ヨーク３１の形状が、後述する移動子３９の振動方向（図６及び図７において上下方向）に沿って、非対称となっている。
【００５４】
さらに、この固定子３８の内周側の位置には、円筒状に形成された移動子３９が、該固定子３８に対向して配置されている。
この移動子３９は、それぞれ円筒状に形成された２つの永久磁石３４，３６と、これら永久磁石３４，３６が接着剤等で連結されてこれらを保持する金属製のインダクタ３３，３５，３７とから構成されている。つまり、永久磁石３４の上部にインダクタ３３が配置され、永久磁石３６の下部にインダクタ３７が配置され、永久磁石３４と永久磁石３６との間にインダクタ３５が配置されている。
【００５５】
また、その軸方向に沿って並んで配置されるこれら永久磁石３４及び永久磁石３６は、インダクタ３５を挟んでＳ極が相互に対向するように、それぞれ着磁されている。
従って、移動子３９全体としては、移動方向にＮ−Ｓ−Ｎの磁極を有する。なお、第１の実施の形態と同様に、移動子３９全体の磁極がＳ−Ｎ−Ｓとなるように構成することも可能である。
【００５６】
以上より、本実施の形態のアクチュエータ４０は、その上下方向に延びる中心軸ＣＬを中心とした線対称の構造を呈していて、円筒形状を呈する移動子３９が、図６及び図７において上下方向への往復運動可能になっている。そして、固定子３８の内周面には、移動子３９の２つの永久磁石３４，３６の外周面に対向する形で、磁力補強部３１Ａが配置されることになる。
【００５７】
以上の結果から、図６に示すアクチュエータ４０の励磁コイル３２に電流を流すと、固定子３８の磁性体ヨーク３１に磁極が生じる。このとき、磁性体ヨーク３１に生じた磁極と、移動子３９側の永久磁石３４，３６の磁極との間に、吸引力や反発力が生じることによって、移動子３９が移動する。但しこの際、磁性体ヨーク３１が磁力補強部３１Ａを有することで、移動子３９に対向している磁性体ヨーク３１の内周部両端側形状が、移動子３９の振動方向に沿って非対称となることから、以下のように作用する。
【００５８】
次に、本実施の形態に係るアクチュエータ４０の作用を詳細に説明する。
図６に示す状態で、励磁コイル３２に電流Ａ１を通電すると、固定子３８の磁性体ヨーク３１に磁力Ｍ１が発生し、磁性体ヨーク３１の内周部上端側から延びる磁力補強部３１ＡにＮ極の磁極が生じると共に、磁性体ヨーク３１の内周部下端側にＳ極の磁極が生じる。また同時に、移動子３９を構成する永久磁石３４により、インダクタ３３から磁性体ヨーク３１を通過してインダクタ３５へと向かう磁力Ｍ２が存在している。
つまり、第１の実施の形態と同様に、これら磁力Ｍ１及び磁力Ｍ２は相互に同方向に向いている為、磁力は加算され、磁性体ヨーク３１の上端側には強力なＮ極が生じる。
【００５９】
そして、磁性体ヨーク３１の内周部上端側から下側に延びる磁力補強部３１Ａに発生した強力なＮ極は、インダクタ３５側寄りのＳ極を強く吸引し、同時にインダクタ３３側寄りのＮ極と強く反発する。この一方、磁性体ヨーク３１の下端側に発生したＳ極は、インダクタ３７側寄りのＮ極を吸引し、同時にインダクタ３５側寄りのＳ極と反発する。このようにして発生する吸引・反発力によって、移動子３９は図６の上方向へ強い力である力Ｆ１で移動し、アクチュエータ４０における固定子３８と移動子３９との位置関係は、図７に示すようになる。
【００６０】
次に、図７に示す状態で、励磁コイル３２に図６に示した電流Ａ１と逆方向の電流Ａ２を通電すると、固定子３８の磁性体ヨーク３１に磁力Ｍ３が発生し、磁性体ヨーク３１の内周部上端側から延びる磁力補強部３１ＡにＳ極の磁極が生じると共に、磁性体ヨーク３１の内周部下端側にＮ極の磁極が生じる。また同時に、移動子３９を構成する永久磁石３４により、インダクタ３３から磁性体ヨーク３１を通過してインダクタ３５へと向かう磁力Ｍ２と同様の磁力Ｍ４が存在している。
つまり、第１の実施の形態と同様に、これら磁力Ｍ３及び磁力Ｍ４は互いに逆方向に向いている為、磁力は減算され、磁性体ヨーク３１の上端側には弱いＳ極が生じる。
【００６１】
そして、磁性体ヨーク３１の内周部上端側から下側に延びる磁力補強部３１Ａに発生した弱いＳ極は、インダクタ３５側寄りのＳ極を弱く反発し、同時にインダクタ３３側寄りのＮ極を弱く吸引する。この一方、磁性体ヨーク３１の下端側に発生したＮ極はインダクタ３７側寄りのＮ極を反発し、同時にインダクタ３５側寄りのＳ極を吸引する。このようにして発生する吸引・反発力によって、移動子３９は図７の下方向へ弱い力である力Ｆ２で移動し、アクチュエータ４０における固定子３８と移動子３９との位置関係は、図６に示すようになる。
つまり、移動子３９が元の位置に戻って、再度上記の動作が繰り返されることになる。
【００６２】
以上、図６及び図７を参照して説明したように、本実施の形態のアクチュエータ４０においても、励磁コイル３２に通電された電流の向きに応じて磁性体ヨーク３１に発生する磁力の向きが切り替わり、移動子３９に発生している磁力と影響し合うことによって、固定子３８と移動子３９の間において発生する吸引・反発力の内の一方は増幅され、他方は減縮される。
従って、移動子３９は、振動の一方向（図６において上方向）について、他方向（図７において下方向）よりも大きい力で移動することができる。
【００６３】
以上説明したように本実施の形態に係るアクチュエータ４０は、励磁コイル３２を１つ備えると共に、磁性体ヨーク３１の一端側である外周部上端側から下側に延びる磁力補強部３１Ａを、２つの永久磁石３４，３６に対向させるだけの簡易で製造容易な構造となっている。
この為、第１の実施の形態と同様に、磁力補強部３１Ａの存在により、固定子３８側の磁性体ヨーク３１の形状が振動方向において非対称となることから、２つの永久磁石３４，３６を含む移動子３９が往復運動する際に、矩形波や正弦波などの単純な入力信号によっても、一方向にのみ大きな推力で移動できるようになる。
この結果として、本実施の形態は、第１の実施の形態と同様な作用効果を奏することになる。
【００６４】
以上より、上記実施の形態に係る各アクチュエータは、特に直線往復運動の一方向について他方向よりも大きい力を必要とするような機器（エアコンプレッサ、往復動ポンプ、人工呼吸器及び人工心臓用血液ポンプ等）において、有効に使用され得ることになる。
尚、上記実施の形態に係る各アクチュエータは、磁力補強部１Ａ，３１Ａの長さや体積を変化させたり、ギャップＧの大きさを変化させたりすることにより、種々特性を調整することが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリニア振動アクチュエータは、低コストで製造可能とされると共に高い信頼性を有しつつ小型化可能とされるという優れた効果を有するだけでなく、移動子が往復運動する際に、周波数に限定されずに一方向にのみ大きな力で移動するという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータを示す断面図であって、移動子に上方向の力が加わった状態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータを示す断面図であって、移動子に下方向の力が加わった状態を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの推力の理論値及び実験値を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータを示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータを示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータを示す断面図であって、移動子に上方向の力が加わった状態を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るリニア振動アクチュエータを示す断面図であって、移動子に下方向の力が加わった状態を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０アクチュエータ
１，３１磁性体ヨーク
１Ａ，３１Ａ磁力補強部
２，３２励磁コイル
３，５，７，２２，２４，３３，３５，３７インダクタ
４，６，２１，２３，２５，３４，３６永久磁石
８，３８固定子
９，２９，３９移動子
Ａ１，Ａ２電流
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４磁力
Ｆ１，Ｆ２力

Claims

磁性体により断面略コ字形状に形成されたヨークと、
ヨークに巻き付けられた励磁コイルと、
それぞれリング形状とされ且つ、その軸方向に沿って同一極同士を相互に対向させた状態で前記ヨークの外周側に一体的に配置された２つの永久磁石と、
を有するリニア振動アクチュエータであって、
断面略コ字形状のヨークにおける外周部の一方の側から外周部の他方の側に延びるように、磁力補強部が２つの永久磁石に対向してヨークに形成されて、これら２つの永久磁石の軸方向に沿ってヨークが非対称形状とされることを特徴とするリニア振動アクチュエータ。
ヨークと励磁コイルとにより固定子が構成され、
２つの永久磁石がインダクタにより保持されて、一体的に移動子とされることを特徴とする請求項１記載のリニア振動アクチュエータ。
前記移動子の外周側に、この移動子を案内する支持材が配置されたことを特徴とする請求項２記載のリニア振動アクチュエータ。
磁性体により断面略コ字形状とされ且つリング状に形成されたヨークと、
ヨークに巻き付けられた励磁コイルと、
その軸方向に沿って同一極同士を相互に対向させた状態で前記ヨークの内周側に一体的に配置された２つの永久磁石と、
を有するリニア振動アクチュエータであって、
断面略コ字形状のヨークにおける内周部の一方の側から内周部の他方の側に延びるように、磁力補強部が２つの永久磁石に対向してヨークに形成されて、これら２つの永久磁石の軸方向に沿ってヨークが非対称形状とされることを特徴とするリニア振動アクチュエータ。
ヨークと励磁コイルとにより固定子が構成され、
２つの永久磁石がインダクタにより保持されて、一体的に移動子とされることを特徴とする請求項４記載のリニア振動アクチュエータ。