JP3873927B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
リニアアクチュエータは、バネを併用し共振させることによって少ない損失で駆動できることから、コンプレッサモータ等として利用されている。そして、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは高効率である等優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫や冷凍庫、あるいはエアコンディショナ用としての利用が期待されている。
【0003】
リニアアクチュエータとしては、ボイスコイルモータがある。このボイスコイルモータは、永久磁石により作られた磁界の中でコイルに電流を流すことによりコイルに生じる力で駆動を行うもので、コイルを含む可動子が動く可動コイル型とも呼ばれている。また、上記可動コイル型のものに対し、永久磁石とコイルとを入れ替えた構造であって永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型と呼ばれるものもある。
【0004】
上記のリニアアクチュエータには、可動コイル型、可動磁石型に限らず、可動子を往復動可能に支持するボールブッシュ等の滑り軸受が使用されているものがある。ボールブッシュは、棒状のシャフトを、そのシャフトを内側に挿嵌されたブッシュにより軸方向に移動可能に支持する構造となっている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−213456号公報
【0006】
上記の特許文献には、ピストンとシリンダとの関係を利用して可動部を往復動可能に支持したリニア圧縮機について記載されている。当該のリニア圧縮機では、シリンダの内側でピストンを摺動させる構造となっている。また、当該のリニア圧縮機には、ピストンの駆動力および剛性を調整する目的で、板バネが設けられているが、シリンダに代わってピストンを支持するものではない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような滑り軸受を使用したリニアアクチュエータにおいては、長期にわたる使用によってシャフトが摩耗し、シャフトとブッシュとの間にガタが生じて軸支持の精度が低下したり、摺動抵抗が増したりしてしまう。軸支持の精度が低下すると誤作動の原因になり得るし、摺動抵抗が増すと消費電力が増加する原因にもなり得る。
【0008】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、軸支持の精度低下に伴う誤作動を回避して信頼性を向上させるとともに、摺動抵抗の増加に伴う消費電力の増加を回避して性能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目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成のリニアアクチュエータを採用する。すなわち、本発明のリニアアクチュエータは、可動子と、前記可動子の周囲に配置され、その内側には前記可動子を囲むように配置された複数のコイルを有する固定子と、自らが弾性変形することにより前記可動子を前記固定子に対して往復動可能に支持する弾性支持部とを備え、前記弾性支持部に、前記往複動方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に、前記コイルが配置されていることを特徴とする。
また、本発明のリニアアクチュエータは、前記弾性支持部が、前記往複動方向に一対配置されており、前記コイルが、一方の弾性支持部の貫通孔を介して、前記可動子の一端側に突出し、他方の弾性支持部の貫通孔を介して、前記可動子の他端側に突出していることを特徴とする。
また、本発明のリニアアクチュエータは、前記弾性支持部が、前記往複動方向に直交する方向に前記貫通孔が二つ配置された8の字形に形成されていることを特徴とする。
また、本発明のリニアアクチュエータは、前記弾性支持部の8の字形の交差する部分に、前記可動子が配されていることを特徴とする。
【0010】
本発明においては、弾性支持部が、可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子を定位置で保持し、自らが弾性変形することによって可動子を支持する。これにより、可動子には摩耗も摺動抵抗も生じない。したがって、長期間にわたる使用を経た後でも軸支持の精度が低下することがなく高い信頼性が得られる。さらに、摺動抵抗に起因する消費電力の損失がなく性能の向上が図れる。
弾性支持部は、弾性疲労を起こさないようにするためにも可能な限り大きい方が好ましい。そこで、弾性支持部を、コイルとの干渉を回避しつつ可動子を基点としてコイルよりも遠い位置にて固定子に支持させる。これにより、嵩の張るコイルと弾性支持部とをより近接して配置することが可能になる。したがって、リニアアクチュエータの小型化が図れる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を図1および図2に示して説明する。
図1に示すように、本実施形態のリニアアクチュエータは、可動子1と、可動子1の周囲に配置された固定子2と、自らが弾性変形することにより可動子1を固定子2に対して往復動可能に支持する2枚の板バネ(弾性支持部)3とを備えている。
【0012】
可動子1は、先端に雌ネジ部11aが形成された円柱状をなし、軸方向に往復移動するシャフト11と、シャフト11を内側に挿嵌されてシャフト11の軸方向の途中位置に固定された可動磁極としての鉄片12とを備えている。雌ネジ部11aには、シャフト11を駆動すべき対象物(不図示)に固定するためのナット13が螺着されている。
【0013】
固定子2は、シャフト11の軸方向から見ると外形が矩形をなし内側が筒抜けになったヨーク21と、可動子1を間に挟むように配置され、ヨーク21の内側に固定された一対のコイル22,23とを備えている。コイル22は、ヨーク21に内側に突き出すように形成された磁極部21aに巻き胴26が取り付けられ、この巻き胴26に金属線27が多重に巻き付けられて構成されている。コイル23は、固定子1を挟んで磁極部21aと相対する位置に形成された磁極部21bに同じく巻き胴26が取り付けられ、この巻き胴26に金属線27が多重に巻き付けられて構成されている。
【0014】
磁極部21aの可動子1に向かう先端面には、永久磁石24,25が、シャフト11の軸方向に配列されて固定されている。磁極部21bの可動子1に向かう先端面にも、永久磁石24,25が、シャフト11の軸方向に配列されて固定されている。これら永久磁石24,25は、同軸同径同長をなす円筒状のフェライトリング磁石からなるもので、互いに軸線方向に隣り合った状態で並べられている。ここで、これら永久磁石24,25は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、永久磁石24は、N極が外径側に、S極が内径側に配置されており、他方の永久磁石25は、N極が内径側に、S極が外径側に配置されている。
【0015】
2枚の板バネ3は、シャフト11の軸方向に離間し、ヨーク21を間に挟んで配置されている。2枚の板バネ3は同じ形状をなし、均一な厚さの金属板を打ち抜き加工され、シャフト11の軸方向から見ると「8」の字形に形成されている。「8」の中央の線が交差する部分に相当する箇所には、シャフト11先端または後端を支持する貫通孔3a(図2に図示)がそれぞれ形成されている。また、「8」のマルの内側に相当する箇所には、上述のコイル22または23を内側に通すことが十分に可能な大きさの貫通孔3b,3cがそれぞれ形成されている。さらに、「8」の最上部および最下部に相当する箇所には、板バネ3をヨーク21に固定するための小孔3d,3eがそれぞれ形成されている。
【0016】
各板バネ3は、ともにコイル22の軸方向の途中位置にてシャフト11を支持している。より詳細に説明すると、図2に示すように、シャフト11の先端を支持する一方の板バネ3は、貫通孔3aにシャフト11の先端側を通して固定されるとともに、小孔3dに通されたネジ26、および小孔3eに通されたネジ27によってシャフト11の中心からコイル22または23よりも遠い位置にてヨーク21に固定されている。また、シャフト11の後端を支持する他方の板バネ3は、貫通孔3aにシャフト11の後端側を通して固定されるとともに、小孔3d,3eに通されたネジ26,27によってシャフト11の中心からコイル22または23よりも遠い位置にてヨーク21にヨーク21に固定されている。
【0017】
一方の板バネ3は、貫通孔3bからシャフト11の先端側にコイル22を突き出させるとともに、貫通孔3cからシャフト11の先端側にコイル23を突き出させ、他方の板バネ3は、貫通孔3bからシャフト11の後端側にコイル22を突き出させるとともに、貫通孔3cから同じくシャフト11の後端側にコイル23を突き出させている。シャフト11の軸方向に沿う2枚の板バネ3の間隔は、同方向に沿うコイル22または23の寸法よりも狭くなっており、貫通孔3b,3cは、コイル23との干渉を避けるための「逃げ」としての役割を果たしている。
【0018】
各板バネ3は、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子1をシャフト11の先端側および後端側の2箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子1をシャフト11の軸方向に往復動可能に支持している。なお、各板バネ3は、可動子1が往復動する際の変形量が、繰り返し弾性変形を強いられることによって疲労し、ついには破壊に至ってしまう可能性のある変形量よりも小さくなるように、シャフト11を支持する貫通孔3aから小孔3dまたは3eまでの距離(直線距離ではなく、板バネ自体の長さ)を可能な限り長くしたり、板厚を薄くしたりといった事前の調整がなされている。ただし、その外形はシャフト11の軸方向からリニアアクチュエータ全体を見た場合にヨーク21の外形からはみ出さない程度の大きさとなっている。
【0019】
上記のように構成されたリニアアクチュエータの作動の仕方について説明する。コイル22,23に交流電流(正弦波電流、矩形波電流)を流すと、コイル22,23に所定方向の電流が流れる状態では、磁束が、永久磁石24においてS極からN極に導かれることにより、ヨーク21の外周部、磁極部21a、永久磁石24、鉄片12、シャフト11、ヨーク21の外周部の順に循環する磁束ループが形成される。その結果、可動子1には、シャフト11の後端から先端に向かう軸方向に力が作用し、可動子1はその力に押されて同方向に移動する。一方、コイル22,23に上記所定方向とは逆方向の電流が流れる状態では、磁束が、永久磁石25においてS極からN極に導かれることにより、ヨーク21の外周部、磁極部21a、永久磁石25、鉄片12、シャフト11、ヨーク21の外周部の順に循環する磁束ループが形成される。その結果、可動子1には、シャフト11の先端から後端に向かう軸方向に力が作用し、可動子1はその力に押されて同方向に移動する。
可動子1は、交流電流によるコイル22,23への電流の流れの方向が交互に変化することにより以上の作動を繰り返し、固定子2に対してシャフト11の軸方向に往復動することになる。
【0020】
上記のリニアアクチュエータにおいては、各板バネ3が、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子1をシャフト11の先端側および後端側の2箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子1をシャフト11の軸方向に往復動可能に支持する。これにより、可動子1には摩耗も摺動抵抗も生じない。したがって、長期にわたる使用を経た後でも軸支持の精度が低下することがなく高い信頼性が得られる。さらに、摺動抵抗に起因する消費電力の損失がなく性能の向上が図れる。
【0021】
また、上記のリニアアクチュエータにおいては、各板バネ3を、コイル22,23との干渉を回避しつつ可動子を基点としてコイル22,23よりも遠い位置にて固定子2に支持させている。これにより、嵩の張るコイル22,23と2枚の板バネ3とをより近接して配置することが可能になる。したがって、リニアアクチュエータの小型化が図れる。
【0022】
なお、本実施形態においては弾性支持部に金属製の2枚の板バネ3を採用したが、可動子1を軸方向に往復動可能に支持することができれば、板バネ3は2枚に限らずそれより多くても少なくてもよい(1枚でもよい)。また、板バネに限らず、鋼線を屈曲したものであってもよいし、樹脂製の材料を用いてもよい。さらに、コイル22,23を回避する「逃げ」の形状は、本実施形態のような貫通孔に限らず、例えば板を変形させた窪みのような形状であってもよい。要は、自らが弾性変形することにより可動子1を固定子2に対して往復動可能に支持するという役割を果たし、かつ長期間の使用に耐える耐久性を備えているものであれば如何様な材料、形状であってもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のリニアアクチュエータによれば、弾性支持部が、可動子を定位置で保持し、自らが弾性変形することによって可動子を支持することにより、可動子には摩耗も摺動抵抗も生じないので、長期間にわたる使用を経た後でも軸支持の精度が低下することがなく高い信頼性が得られる。さらに、摺動抵抗に起因する消費電力の損失がなく性能の向上が図れる。
また、弾性支持部を、コイルとの干渉を回避しつつ可動子を基点としてコイルよりも遠い位置にて固定子に支持させることにより、嵩の張るコイルと弾性支持部とをより近接して配置することが可能になるので、リニアアクチュエータの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態のリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【図2】 同リニアアクチュエータを示す側断面図である。
【符号の説明】
1 可動子
2 固定子
3 板バネ(弾性支持部)
11 シャフト
12 鉄片
21 ヨーク
22,23 コイル
24,25 永久磁石
3b,3c 貫通孔
Claims (4)
- 可動子と、
前記可動子の周囲に配置され、その内側には前記可動子を囲むように配置された複数のコイルを有する固定子と、
自らが弾性変形することにより前記可動子を前記固定子に対して往復動可能に支持する弾性支持部とを備え、
前記弾性支持部に、前記往複動方向に貫通する貫通孔が設けられ、
前記貫通孔内に、前記コイルが配置されている
リニアアクチュエータ - 前記弾性支持部が、前記往複動方向に一対配置されており、
前記コイルが、
一方の弾性支持部の貫通孔を介して、前記可動子の一端側に突出し、
他方の弾性支持部の貫通孔を介して、前記可動子の他端側に突出している請求項1に記載のリニアアクチュエータ。 - 前記弾性支持部が、前記往複動方向に直交する方向に前記貫通孔が二つ配置された8の字形に形成されている請求項1又は請求項2に記載のリニアアクチュエータ。
- 前記弾性支持部の8の字形の交差する部分に、前記可動子が配されている請求項3に記載のリニアアクチュエータ。
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