JP4037695B2 - リニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置に関するものである。さらに詳しくは、インナーヨークとアウターヨークとの間隙が周方向に配置された構造の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】
従来、シリンダ内でピストンが直線運動するようなポンプ装置やコンプレッサー装置でも、それに使用されるアクチュエータは、回転運動を出力するモータが使用されているため、モータの出力軸とピストンとの間でクランクシャフトで回転運動を直線運動に変換している。このため、力の伝達効率が低いという問題点がある。
【０００３】
そこで、特公平６−９１７２７号公報に開示された電気機械変換器に記載の構成をリニアアクチュエータとして利用することが考えられる。ここに開示のものでは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２個あるいは４個のインナーヨーク１０３、２０３と、これらのインナーヨーク１０３、２０３の各々の外面との間に間隙１０９、２０９を構成するように配置された２個、あるいは４個のアウターヨーク１０４、２０４と、アウターヨーク１０４、２０４に対して巻回されたコイル（図示せず）と、間隙１０９、２０９に配置されたマグネット１０６、２０６とを備えている。ここで、インナーヨーク１０３、２０３、およびアウターヨーク１０４、２０４は、多数枚の磁性薄板を対向面側で円弧を描くように重ねた積層体が用いられ、その形状に合わせて、マグネット１０６、２０６として円弧状のものが用いられている。
【０００４】
また、図７（Ｃ）に示すように、円筒状のインナーヨーク３０３と、円筒状のアウターヨーク３０４とを所定の間隙３０９を介して対向させて、その隙間３０９に円筒状のマグネット３０６を配置することもある。
【０００５】
これらのいずれの構造を採用した場合も、それを軸線方向で切断したときには、図７（Ｄ）に示すように表わされ、コイル１０８に交流電流を流すと、アウターヨーク１０４、２０４、３０４の一方の脚部がＳ極になったとき他方の脚部がＮ極になるので、マグネット１０６、２０６、３０６とアウターヨーク１０４、２０４、３０４の脚部との間に吸引力あるいは反発力が交互に発生する。従って、マグネット１０６、２０６、３０６が軸線方向に振動すると、それと一体の可動体（図示せず）が軸線方向に振動し、可動体から往復直線運動を出力することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す構成では、間隙１０９、２０９を円弧状とするには、インナーヨーク１０３、２０３、およびアウターヨーク１０４、２０４を製造する際、特殊な積層型を用いて磁性薄板を少しずつずらしながら積層する必要があるため、量産が困難である。また、湾曲形状のマグネット１０６、２０６も、精密な研磨が必要であるため、量産するのが困難である。同様に、図７（Ｃ）に示すリング状のインナーヨーク３０３、アウターヨーク３０４、およびマグネット３０６を製造するのも困難である。さらに、可動体に対して複数のマグネットを配置する際に、マグネット同士が吸引あるいは反発するので、組み立て作業に大変な手間がかかるという問題点もある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、量産的に適した構造の磁性部品を用いて磁気の利用効率の高いリニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、インナーヨークと、該インナーヨークとの間に軸線方向と直交する間隙を構成するアウターヨークと、前記アウターヨークに対して巻回されたコイルと、前記間隙内にマグネットを備え、軸線方向に移動可能な可動体とを有するリニアアクチュエータにおいて、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークは、各々平面的な対向面をもって周方向において等角度間隔に複数体、配置され、前記可動体は、前記アウターヨークと前記インナーヨークとが構成する前記間隙の各々に前記マグネットを備え、かつ、隣接する前記マグネットの間には、隣接する前記インナーヨークの間、および隣接する前記アウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んだ状態で前記マグネットの両側を保持するマグネット保持部を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のリニアアクチュエータでは、コイルに交流電流を通電すると、アウターヨークと、インナーヨークとの間隙にＳ極あるいはＮ極が交互に発生するので、マグネットとアウターヨークとの間には軸線方向への吸引力、あるいは軸線方向への反発力が交互に発生する。従って、マグネットに加わる軸線方向への力の向きが交互に入れ代わって、それと一体の可動体が軸線方向に振動するので、可動体から往復直線運動を出力することができる。ここで、アウターヨークおよびインナーヨークは、各々平面的な対向面をもって、軸線方向と直交する間隙を介して対向しているが、周方向において等角度間隔に複数、配置されているため、実質的には、アウターヨークおよびインナーヨークの対向面を円弧状に構成したのと略同等の磁気効率をもって駆動力を発生させることができる。また、可動体は、隣接するインナーヨークの間、および隣接するアウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んだ状態でマグネットの両側を保持するマグネット保持部を備えているため、マグネット同士が吸引あるいは反発しようとしてもマグネット保持部によって姿勢や位置が正確に規定されるので、組み立てが容易である。それ故、本発明によれば、量産可能な安価なリニアアクチュエータを提供することができる。
【００１０】
また、本発明において、前記可動体は、前記マグネットとして、平板状マグネットを備えている。従って、アウターヨークおよびインナーヨークの対向面が平面であるため、平板状のマグネットを使用でき、このようなマグネットも量産が容易である。
【００１１】
さらに、本発明において、前記マグネット保持部としては、軸線方向からみたときに、隣接する前記インナーヨークの間に頂点を向け、隣接する前記アウターヨークの間に底辺を向ける略三角形状をもって、隣接する前記インナーヨークの間、および隣接する前記アウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んでいる構造のものを採用している。従って、マグネットとして、強力な平板状マグネットを使用しても、隣接するマグネットの磁力によってマグネットの姿勢や形状などが変わってしまうことを防止できる。
【００１２】
本発明において、前記インナーヨークと前記アウターヨークは、例えば、軸線方向で離間する２箇所に前記間隙を形成している。このような場合、マグネットは軸線方向で離間する２つの隙間に跨って配置される。
【００１３】
本発明において、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークは、周方向において等角度間隔に６体以上、配置されていることが好ましい。アウターヨーク、およびインナーヨークを６体未満とすると、アウターヨークにおいて、コイルの半径方向外側に配置される部分が周方向で大型化するため、所定の体格内に納めようとすると、コイルの内径はその内側にくる部分の関係で小さくできない結果、コイルの巻回スペースの確保が困難になるが、本発明によれば、このような問題を回避できる。
【００１４】
本発明において、前記コイルは、例えば、周方向に配置された前記６体以上のアウターヨーク全体を取り巻くように巻回された共通のコイルとして構成されている。また、前記複数のアウターヨークは各々、前記コイルの内周側で周方向に直線的に延びた第１のアウターヨーク部分と、前記コイルの外周側で周方向に直線的に延びた第２のアウターヨーク部分とを備え、前記コイルは、前記第１のアウターヨーク部分と前記第２のアウターヨーク部分との間では直線的に巻回されていることが好ましい。このように構成すると、コイルを円状に巻回した場合と違って、コイルと第１のアウターヨーク部分との間に隙間が発生しないので、その分、狭い空間内でコイルの巻回数を増やすことができ、アクチュエータの性能を向上することができる。逆に言えば、コイルの巻回数を同一としたとき、アウターヨークの半径方向の幅を狭くでき、小型化を図ることができる。
【００１５】
このような場合、前記アウターヨークは、６体ないし８体が等角度間隔に配置されていることが好ましい。アウターヨークを６体ないし８体とすると、マグネット保持部の数も６箇所ないし８箇所となる。ここで、アウターヨークやインナーヨークの数が多ければ多いほど、マグネットの数が増える結果、マグネット保持部の数も増え、マグネット保持部が占める空間が大きくなってしまう。かといって、マグネット保持部を小さくすると、マグネットとして強力なものを用いるため、隣接するマグネット相互に働く磁力にマグネット保持部が耐えられないので、この点からすれば、アウターヨークやインナーヨークの数は少ない方がよい。これに対して、アウターヨークの周方向における寸法は、アウターヨークを配置する数によって規定される結果、周方向にアウターヨークが配置されている寸法もアウターヨークの数によって規定される。さらに、コイルを配置する空間の大小からすれば、アウターヨークの数は、多い方がよい。これら複数の要素を考慮した場合、アウターヨークを６体ないし８体とすれば、各要素のバランスがとれて好ましい。
【００１６】
本発明において、前記アウターヨークは、複数のヨーク片として分割可能に構成され、かつ、前記アウターヨークは、別体に巻回されたコイルを前記複数のヨーク片によって挟んだ構造を有していることが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記アウターヨーク、および前記インナーヨークのうちの少なくとも一方は、例えば、複数の磁性薄板の積層体である。このように構成すると、渦電流損を抑えることができるので、高周波特性を向上することができる。
【００１８】
本発明において、前記アウターヨーク、および前記インナーヨークのうちの少なくとも一方は、焼結軟磁性部品から構成されていることが好ましい。このような焼結軟磁性部品として、焼結粉体が樹脂コートされているものを用いれば、渦電流損を抑えることができるので、高周波特性を向上することができる。
【００１９】
本発明に係るリニアアクチュエータは、各種流体を供給するためのポンプ装置、あるいはコンプレッサー装置として利用できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明を適用したリニアアクチュエータを説明する。
【００２１】
図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータの要部平面図、および半断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータのステータのＡ−Ａ′断面図、半断面図、インナーヨークを保持するインナーヨーク保持体の平面図、およびインナーヨークの構成例を示す説明図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータの可動体側の平面図、縦断面図、底面図、マグネットに着磁された極の説明図、およびマグネット保持部の拡大平面図である。
【００２２】
図１（Ａ）、（Ｂ）において、本形態のリニアアクチュエータ１は、各種流体を供給するためのポンプ装置、あるいはコンプレッサー装置に用いられるもので、ステータ側を保持するフレーム１１と、このフレーム１１に対して軸線Ｌに沿って直線移動可能な可動体５とから構成されている。ここで、フレーム１１は、例えば、ポンプケースや各種機器に搭載される。
【００２３】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ステータ側において、フレーム１１には、フランジ部２１を備えた円筒状のシリンダ体２が保持され、このシリンダ体２の円筒部２２の外周面に対しては、図２（Ｃ）に示す円板状のインナーヨーク保持体２３が取り付けられている。
【００２４】
インナーヨーク保持体２３は、直線状に延びる８本のスリット２３１が周方向に等角度間隔に形成され、インナーヨーク保持体２３上には、スリット２３１に対応する各々の位置に磁性板からなるインナーヨーク３が固定されている。
【００２５】
このため、インナーヨーク３は、周方向に等角度間隔に８枚、配置された状態にある。インナーヨーク３は、平板状を有しており、以下に説明するアウターヨーク４との対向面（外面）、およびその裏面（内面）のいずれもが平面になっている。ここでいう、対向面が平面とは、インナーヨーク３の外面全体が同一平面に含まれる構成の他、図２（Ｄ）に示すように、磁気特性を改善することを目的に、インナーヨーク３の外面に凹部３６を設け、この凹部３６の底面がアウターヨーク４との対向面３７として平面になっている場合も含む。
【００２６】
フレーム１１に対しては、インナーヨーク３の対向面と軸線方向で離間する位置に２つの間隙９Ａ、９Ｂを構成するように配置されたブロック状のアウターヨーク４が周方向に等角度間隔に８個、取り付けられている。ここで、アウターヨーク４は、インナーヨーク３との対向面が平面になっている。
【００２７】
アウターヨーク４は、縦断面がコの字形状を備えた上下２つのヨーク片４１、４２から構成され、各々のヨーク片４１、４２において、その内側で軸線方向に折れ曲がった部分が、インナーヨーク３に間隙を介して対向する磁極４３、４４になっている。２つのヨーク片４１、４２はいずれも、複数枚の磁性薄板を端面がインナーヨーク３の方に向くように立たせたものを面外方向に積層してブロック体としたものである。このため、アウターヨーク４では、渦電流損が比較的小さいという利点がある。
【００２８】
また、アウターヨーク４において、２つのヨーク片４１、４２の間に構成される空間内には、リング状の平面形状を備えたボビン８０に巻回されたコイル８が配置されている。ここで、コイル８は、８個のアウターヨーク４全体を取り巻くように巻回された共通のコイルであり、アウターヨーク４は、コイル８の内周側で周方向に直線的に延びた第１のアウターヨーク部分４０１と、コイル８の外周側で周方向に直線的に延びた第１のアウターヨーク部分４０２とを備えた構造になっている。
【００２９】
このように構成したステータに対して、本形態では、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すカップ状の可動体５が配置されている。この可動体５は、樹脂成形品であり、正８角形の底部５１と、この底部５１の角部分から軸線方向に起立する細長いマグネット保持部５２とを備えている。
【００３０】
マグネット保持部５２の側面には、平板状のマグネット６の両側が挿着、固定される溝５２０が形成されており、そこに板状のマグネット６の両端を差し込むようになっている。可動体５には、マグネット保持部５２が計８箇所、形成され、８枚の板状のマグネット６を周方向に等角度間隔に保持している。
【００３１】
ここで、マグネット６は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石、あるいは樹脂マグネットであり、図３（Ｄ）に示すように、表裏がそれぞれ反対の極に着磁されている。
【００３２】
また、図３（Ｅ）に示すように、マグネット保持部５２は、軸線方向からみたときに略三角形の平面形状をしており、三角形の頂点に相当する部分は、隣接するインナーヨーク３の間に楔状に入り込んでる一方、三角形の底辺に相当する部分は、隣接するアウターヨーク４の間に入り込んでいる。
【００３３】
このように構成した可動体５を、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、フレーム１１上に配置した状態において、８枚のマグネット６は各々、インナーヨーク３とアウターヨーク４との間隙９Ａ、９Ｂに位置する。また、可動体５の底部５１は、丸棒状あるいは円筒状のピストン５０の基部の固定部になっており、ピストン５０は、シリンダ体２の円筒部２２の内側に装着された状態にある。
【００３４】
このように構成したリニアアクチュエータ１において、マグネット６の内側の面がＳ極に着磁され、外側の面がＮ極に着磁されている場合には、図１（Ｂ）に点線の矢印Ｂ１、Ｂ２で示す磁界が発生している。この状態でコイル８に交流電流を流したとき、図面に向かって手前側から向こう側に電流が流れている期間では、実線の矢印Ｂ３に示す磁界が発生し、隙間９Ａの側では、マグネット６からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが同一であるに対して、隙間９Ｂの側ではマグネット６からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが反対である。その結果、マグネット６には下方に向かう力が作用する。これに対して、図面に向かって向こう側から手前側に電流が流れている期間では、それとは反対に、マグネット６には上方に向かう力が作用する。このようにしてマグネット６には軸線方向において向きが入れ代わる力が作用するので、それと一体の可動体５が軸線方向に振動し、可動体５に取り付けられたピストン５０から往復直線運動を出力することになる。
【００３５】
ここで、アウターヨーク４およびインナーヨーク３は、各々平面的な対向面をもっているが、周方向において等角度間隔に８体、配置されているため、実質的には、アウターヨーク４およびインナーヨーク３の対向面を円弧状に構成したのと同等の磁気効率をもって駆動力を発生させることができ、かつ、このような形状のインナーヨーク３やアウターヨーク４であれば量産が容易である。また、アウターヨーク４およびインナーヨーク３の対向面が平面であれば、平板状のマグネット６を使用でき、このようなマグネット６も量産が容易である。それ故、本発明によれば、量産可能な安価なリニアアクチュエータ１を提供することができる。
【００３６】
また、可動体５は、底部５１の角部分から軸線方向に起立する細長いマグネット保持部５２とを備え、これらのマグネット保持部５２は、軸線方向からみたときに略三角形の平面形状をもって、隣接するインナーヨーク３の間、および隣接するアウターヨーク４の間に入り込んでいる。従って、マグネット６として、強力な平板状のマグネット６を使用しても、隣接するマグネット６の磁力によってマグネット６の姿勢や形状などが変わってしまうことを防止でき、組み立てやすいという利点ある。
【００３７】
（改良例１）
上記形態では、アウターヨーク４、およびインナーヨーク３として複数枚の磁性薄板を積層してブロック体としたものを用いたが、純鉄の粉体、あるいは鉄に微量の添加物を加えた粉体の表面に樹脂がコーティングされたものを成形、焼結した焼結軟磁性部品でアウターヨーク４やインナーヨーク３を形成してもよい。このような焼結軟磁性部品は、住友電気工業株式会社から商標名、ＦＭ−ＣＭなどとして商品名化されており、３次元的に各種形状のものを高い加工精度で容易に形成でき、かつ、磁性薄板と違って等方性であるという利点がある。また、粉体の表面が樹脂でコーティングされているため、内部抵抗が大きく、渦電流損が著しく小さいので、高周波特性が優れているという利点もある。さらに、焼結軟磁性部品は、容易に破砕できるので、リサイクルという面でも優れている。
【００３８】
（改良例２）
上記形態では、円状に巻回されたコイル８を用いたが、図４（Ｂ），図５（Ｂ），図６（Ｂ）に各々、アウターヨーク４が６体、８体、１２体の場合を示すように、コイル８は、略多角形に巻回されて、第１のアウターヨーク部分４０１と第２のアウターヨーク部分４０２との間では直線的になっていることが好ましい。
【００３９】
このように構成すると、図４（Ａ），図５（Ａ），図６（Ａ）に示すように、コイル８を円状に巻回した場合と違って、コイル８と第１のアウターヨーク部分４０１との間に隙間８８が発生しない。従って、狭い空間内でコイル８の巻回数を増やすことができ、リニアアクチュエータ１の性能を向上することができる。逆に言えば、コイル８の巻回数を同一としたとき、アウターヨーク４の半径方向の幅を狭くでき、小型化を図ることができる。
【００４０】
例えば、アウタヨーク４の外径寸法をφ９９に抑えたいとき、アウターヨーク４が６体の場合、図４（Ａ）に示すように、円形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、６．１３８ｍｍであるのに対して、図４（Ｂ）に示すように、多角形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、７．８７ｍｍとなる。
【００４１】
アウターヨーク４が８体の場合、図５（Ａ）に示すように、円形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、７．３５ｍｍであるのに対して、図５（Ｂ）に示すように、多角形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、８．４ｍｍとなる。
【００４２】
アウターヨーク４が１２体の場合、図６（Ａ）に示すように、円形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、７．８６８ｍｍであるのに対して、図６（Ｂ）に示すように、多角形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、８．４ｍｍとなる。
【００４３】
ここで、推力（性能）は、下式
ヨークの幅×ヨークの数×コイルスペース
で求められる値に正比例する。従って、ヨークの数を６体、８体、１２体としたとき、上式で求められる値は、以下
ヨークが６体でコイルが円状のとき
２１．５×６×６．１３８＝７９１．８
ヨークが６体でコイルが多角形状のとき
２１．５×６×７．８７＝１０１５．２
ヨークが８体でコイルが円状のとき
１６×８×７．３５＝９４０．８
ヨークが８体でコイルが多角形状のとき
１６×８×８．４＝１０７５．２
ヨークが１２体でコイルが円状のとき
１０×１２×７．８６８＝９４４．２
ヨークが１２体でコイルが多角形状のとき
１０×１２×８．４＝１００８
で求められる値となる。
【００４４】
（その他の実施の形態）
なお、上記形態では、アウターヨーク４やインナーヨーク３をそれぞれ、樹脂製の保持体で保持する構成であったが、インサート成形などを利用して、保持体と一体に形成してもよい。
【００４５】
また、磁気効率という観点から、上記形態では、インナーヨーク３、およびアウターヨーク４をそれぞれ８体としたが、６体以上であれば、例えば、１２体としてもよい。
【００４６】
但し、インナーヨーク３、およびアウターヨーク４の数については、以下の理由から、６体ないし８体であることが好ましい（図４および図５を参照）。
【００４７】
アウターヨーク４を６体ないし８体とすると、マグネット保持部５２の数も６箇所ないし８箇所となる。ここで、アウターヨーク４やインナーヨーク３の数が多ければ多いほど、マグネット６の数が増える結果、マグネット保持部５２の数も増え、マグネット保持部５２が占める空間が大きくなってしまう。かといって、マグネット保持部５２を小さくすると、マグネット６として強力なものを用いるため、隣接するマグネット６相互に働く磁力にマグネット保持部５２が耐えられなくなってしまう。従って、マグネット保持部５２が占める空間、およびその強度を考えれば、アウターヨーク４やインナーヨーク３の数は少ない方がよい。
【００４８】
これに対して、アウターヨーク４の周方向における寸法は、アウターヨーク４を配置する数によって規定される結果、周方向にアウターヨークが配置されている全長もアウターヨーク４の数によって規定される。例えば、図４に示すように、アウターヨーク４を６体とすると、周方向の寸法は２１．５ｍｍであり、周方向全体でアウターヨーク４が配置されている全長は、１２９ｍｍとなる。また、図５に示すように、アウターヨーク４を８体とすると、周方向の寸法は１６ｍｍであり、周方向全体でアウターヨーク４が配置されている全長は、１２８ｍｍとなる。これに対して、図６に示すように、アウターヨーク４を１２体とすると、周方向の寸法は１０ｍｍであり、周方向全体でアウターヨーク４が配置されている全長は、１２０ｍｍとなってしまう。
【００４９】
さらに、コイルを配置する空間の大小からすれば、図４、図５、図６を参照して前記したように、アウターヨーク４の数は、多い方がよい。
【００５０】
それ故、これら複数の要素を考慮した場合、アウターヨーク４を６体ないし８体とすれば、各要素のバランスがとれて好ましい。
【００５１】
さらに、上記形態では、マグネット６として平板状のものを８枚、用いたが、８角柱状のマグネット６を用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリニアアクチュエータにおいて、アウターヨークおよびインナーヨークは、各々平面的な対向面をもって、軸線方向と直交する間隙を介して対向しているが、周方向において等角度間隔に複数、配置されているため、実質的には、アウターヨークおよびインナーヨークの対向面を円弧状に構成したのと略同等の磁気効率をもって駆動力を発生させることができる。また、可動体は、隣接するインナーヨークの間、および隣接するアウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んだ状態でマグネットの両側を保持するマグネット保持部を備えているため、マグネット同士が吸引あるいは反発しようとしてもマグネット保持部によって姿勢や位置が正確に規定されるので、組み立てが容易である。それ故、本発明によれば、量産可能な安価なリニアアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータの説明図、および半断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、図１に示すリニアアクチュエータのステータのＡ−Ａ′断面図、半断面図、インナーヨークを保持するインナーヨーク保持体の平面図、およびインナーヨークの構成例を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータの可動体側の平面図、縦断面図、底面図、マグネットに着磁された極の説明図、およびマグネット保持部の拡大平面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータにおいて、アウターヨークを６体とした場合、コイルを円状に巻回したときの説明図、およびコイルを略多角形に巻回したときの説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータにおいて、アウターヨークを８体とした場合、コイルを円状に巻回したときの説明図、およびコイルを略多角形に巻回したときの説明図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータにおいて、アウターヨークを１２体とした場合、コイルを円状に巻回したときの説明図、およびコイルを略多角形に巻回したときの説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、従来のリニアアクチュエータの説明図である。
【符号の説明】
１ リニアアクチュエータ
２ シリンダ体
３ インナーヨーク
４ アウターヨーク
５ 可動体
６ マグネット
８ コイル
９Ａ、９Ｂ 間隙
１１ フレーム
２２ シリンダ体の円筒部
２３ インナーヨーク保持体
４１、４２ ヨーク片
４３、４４ 磁極
５０ ピストン
５２ マグネット保持部
４０１ 第１のアウターヨーク部分
４０２ 第２のアウターヨーク部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置に関するものである。さらに詳しくは、インナーヨークとアウターヨークとの間隙が周方向に配置された構造の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】
従来、シリンダ内でピストンが直線運動するようなポンプ装置やコンプレッサー装置でも、それに使用されるアクチュエータは、回転運動を出力するモータが使用されているため、モータの出力軸とピストンとの間でクランクシャフトで回転運動を直線運動に変換している。このため、力の伝達効率が低いという問題点がある。
【０００３】
そこで、特公平６−９１７２７号公報に開示された電気機械変換器に記載の構成をリニアアクチュエータとして利用することが考えられる。ここに開示のものでは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２個あるいは４個のインナーヨーク１０３、２０３と、これらのインナーヨーク１０３、２０３の各々の外面との間に間隙１０９、２０９を構成するように配置された２個、あるいは４個のアウターヨーク１０４、２０４と、アウターヨーク１０４、２０４に対して巻回されたコイル（図示せず）と、間隙１０９、２０９に配置されたマグネット１０６、２０６とを備えている。ここで、インナーヨーク１０３、２０３、およびアウターヨーク１０４、２０４は、多数枚の磁性薄板を対向面側で円弧を描くように重ねた積層体が用いられ、その形状に合わせて、マグネット１０６、２０６として円弧状のものが用いられている。
【０００４】
また、図７（Ｃ）に示すように、円筒状のインナーヨーク３０３と、円筒状のアウターヨーク３０４とを所定の間隙３０９を介して対向させて、その隙間３０９に円筒状のマグネット３０６を配置することもある。
【０００５】
これらのいずれの構造を採用した場合も、それを軸線方向で切断したときには、図７（Ｄ）に示すように表わされ、コイル１０８に交流電流を流すと、アウターヨーク１０４、２０４、３０４の一方の脚部がＳ極になったとき他方の脚部がＮ極になるので、マグネット１０６、２０６、３０６とアウターヨーク１０４、２０４、３０４の脚部との間に吸引力あるいは反発力が交互に発生する。従って、マグネット１０６、２０６、３０６が軸線方向に振動すると、それと一体の可動体（図示せず）が軸線方向に振動し、可動体から往復直線運動を出力することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す構成では、間隙１０９、２０９を円弧状とするには、インナーヨーク１０３、２０３、およびアウターヨーク１０４、２０４を製造する際、特殊な積層型を用いて磁性薄板を少しずつずらしながら積層する必要があるため、量産が困難である。また、湾曲形状のマグネット１０６、２０６も、精密な研磨が必要であるため、量産するのが困難である。同様に、図７（Ｃ）に示すリング状のインナーヨーク３０３、アウターヨーク３０４、およびマグネット３０６を製造するのも困難である。さらに、可動体に対して複数のマグネットを配置する際に、マグネット同士が吸引あるいは反発するので、組み立て作業に大変な手間がかかるという問題点もある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、量産的に適した構造の磁性部品を用いて磁気の利用効率の高いリニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、インナーヨークと、該インナーヨークとの間に軸線方向と直交する間隙を構成するアウターヨークと、前記アウターヨークに対して巻回されたコイルと、前記間隙内にマグネットを備え、軸線方向に移動可能な可動体とを有するリニアアクチュエータにおいて、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークは、各々平面的な対向面をもって周方向において等角度間隔に複数体、配置され、前記可動体は、前記アウターヨークと前記インナーヨークとが構成する前記間隙の各々に前記マグネットを備え、かつ、隣接する前記マグネットの間には、隣接する前記インナーヨークの間、および隣接する前記アウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んだ状態で前記マグネットの両側を保持するマグネット保持部を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のリニアアクチュエータでは、コイルに交流電流を通電すると、アウターヨークと、インナーヨークとの間隙にＳ極あるいはＮ極が交互に発生するので、マグネットとアウターヨークとの間には軸線方向への吸引力、あるいは軸線方向への反発力が交互に発生する。従って、マグネットに加わる軸線方向への力の向きが交互に入れ代わって、それと一体の可動体が軸線方向に振動するので、可動体から往復直線運動を出力することができる。ここで、アウターヨークおよびインナーヨークは、各々平面的な対向面をもって、軸線方向と直交する間隙を介して対向しているが、周方向において等角度間隔に複数、配置されているため、実質的には、アウターヨークおよびインナーヨークの対向面を円弧状に構成したのと略同等の磁気効率をもって駆動力を発生させることができる。また、可動体は、隣接するインナーヨークの間、および隣接するアウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んだ状態でマグネットの両側を保持するマグネット保持部を備えているため、マグネット同士が吸引あるいは反発しようとしてもマグネット保持部によって姿勢や位置が正確に規定されるので、組み立てが容易である。それ故、本発明によれば、量産可能な安価なリニアアクチュエータを提供することができる。
【００１０】
また、本発明において、前記可動体は、前記マグネットとして、平板状マグネットを備えている。従って、アウターヨークおよびインナーヨークの対向面が平面であるため、平板状のマグネットを使用でき、このようなマグネットも量産が容易である。
【００１１】
さらに、本発明において、前記マグネット保持部としては、軸線方向からみたときに、隣接する前記インナーヨークの間に頂点を向け、隣接する前記アウターヨークの間に底辺を向ける略三角形状をもって、隣接する前記インナーヨークの間、および隣接する前記アウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んでいる構造のものを採用している。従って、マグネットとして、強力な平板状マグネットを使用しても、隣接するマグネットの磁力によってマグネットの姿勢や形状などが変わってしまうことを防止できる。
【００１２】
本発明において、前記インナーヨークと前記アウターヨークは、例えば、軸線方向で離間する２箇所に前記間隙を形成している。このような場合、マグネットは軸線方向で離間する２つの隙間に跨って配置される。
【００１３】
本発明において、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークは、周方向において等角度間隔に６体以上、配置されていることが好ましい。アウターヨーク、およびインナーヨークを６体未満とすると、アウターヨークにおいて、コイルの半径方向外側に配置される部分が周方向で大型化するため、所定の体格内に納めようとすると、コイルの内径はその内側にくる部分の関係で小さくできない結果、コイルの巻回スペースの確保が困難になるが、本発明によれば、このような問題を回避できる。
【００１４】
本発明において、前記コイルは、例えば、周方向に配置された前記６体以上のアウターヨーク全体を取り巻くように巻回された共通のコイルとして構成されている。また、前記複数のアウターヨークは各々、前記コイルの内周側で周方向に直線的に延びた第１のアウターヨーク部分と、前記コイルの外周側で周方向に直線的に延びた第２のアウターヨーク部分とを備え、前記コイルは、前記第１のアウターヨーク部分と前記第２のアウターヨーク部分との間では直線的に巻回されていることが好ましい。このように構成すると、コイルを円状に巻回した場合と違って、コイルと第１のアウターヨーク部分との間に隙間が発生しないので、その分、狭い空間内でコイルの巻回数を増やすことができ、アクチュエータの性能を向上することができる。逆に言えば、コイルの巻回数を同一としたとき、アウターヨークの半径方向の幅を狭くでき、小型化を図ることができる。
【００１５】
このような場合、前記アウターヨークは、６体ないし８体が等角度間隔に配置されていることが好ましい。アウターヨークを６体ないし８体とすると、マグネット保持部の数も６箇所ないし８箇所となる。ここで、アウターヨークやインナーヨークの数が多ければ多いほど、マグネットの数が増える結果、マグネット保持部の数も増え、マグネット保持部が占める空間が大きくなってしまう。かといって、マグネット保持部を小さくすると、マグネットとして強力なものを用いるため、隣接するマグネット相互に働く磁力にマグネット保持部が耐えられないので、この点からすれば、アウターヨークやインナーヨークの数は少ない方がよい。これに対して、アウターヨークの周方向における寸法は、アウターヨークを配置する数によって規定される結果、周方向にアウターヨークが配置されている寸法もアウターヨークの数によって規定される。さらに、コイルを配置する空間の大小からすれば、アウターヨークの数は、多い方がよい。これら複数の要素を考慮した場合、アウターヨークを６体ないし８体とすれば、各要素のバランスがとれて好ましい。
【００１６】
本発明において、前記アウターヨークは、複数のヨーク片として分割可能に構成され、かつ、前記アウターヨークは、別体に巻回されたコイルを前記複数のヨーク片によって挟んだ構造を有していることが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記アウターヨーク、および前記インナーヨークのうちの少なくとも一方は、例えば、複数の磁性薄板の積層体である。このように構成すると、渦電流損を抑えることができるので、高周波特性を向上することができる。
【００１８】
本発明において、前記アウターヨーク、および前記インナーヨークのうちの少なくとも一方は、焼結軟磁性部品から構成されていることが好ましい。このような焼結軟磁性部品として、焼結粉体が樹脂コートされているものを用いれば、渦電流損を抑えることができるので、高周波特性を向上することができる。
【００１９】
本発明に係るリニアアクチュエータは、各種流体を供給するためのポンプ装置、あるいはコンプレッサー装置として利用できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明を適用したリニアアクチュエータを説明する。
【００２１】
図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータの要部平面図、および半断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータのステータのＡ−Ａ′断面図、半断面図、インナーヨークを保持するインナーヨーク保持体の平面図、およびインナーヨークの構成例を示す説明図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータの可動体側の平面図、縦断面図、底面図、マグネットに着磁された極の説明図、およびマグネット保持部の拡大平面図である。
【００２２】
図１（Ａ）、（Ｂ）において、本形態のリニアアクチュエータ１は、各種流体を供給するためのポンプ装置、あるいはコンプレッサー装置に用いられるもので、ステータ側を保持するフレーム１１と、このフレーム１１に対して軸線Ｌに沿って直線移動可能な可動体５とから構成されている。ここで、フレーム１１は、例えば、ポンプケースや各種機器に搭載される。
【００２３】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ステータ側において、フレーム１１には、フランジ部２１を備えた円筒状のシリンダ体２が保持され、このシリンダ体２の円筒部２２の外周面に対しては、図２（Ｃ）に示す円板状のインナーヨーク保持体２３が取り付けられている。
【００２４】
インナーヨーク保持体２３は、直線状に延びる８本のスリット２３１が周方向に等角度間隔に形成され、インナーヨーク保持体２３上には、スリット２３１に対応する各々の位置に磁性板からなるインナーヨーク３が固定されている。
【００２５】
このため、インナーヨーク３は、周方向に等角度間隔に８枚、配置された状態にある。インナーヨーク３は、平板状を有しており、以下に説明するアウターヨーク４との対向面（外面）、およびその裏面（内面）のいずれもが平面になっている。ここでいう、対向面が平面とは、インナーヨーク３の外面全体が同一平面に含まれる構成の他、図２（Ｄ）に示すように、磁気特性を改善することを目的に、インナーヨーク３の外面に凹部３６を設け、この凹部３６の底面がアウターヨーク４との対向面３７として平面になっている場合も含む。
【００２６】
フレーム１１に対しては、インナーヨーク３の対向面と軸線方向で離間する位置に２つの間隙９Ａ、９Ｂを構成するように配置されたブロック状のアウターヨーク４が周方向に等角度間隔に８個、取り付けられている。ここで、アウターヨーク４は、インナーヨーク３との対向面が平面になっている。
【００２７】
アウターヨーク４は、縦断面がコの字形状を備えた上下２つのヨーク片４１、４２から構成され、各々のヨーク片４１、４２において、その内側で軸線方向に折れ曲がった部分が、インナーヨーク３に間隙を介して対向する磁極４３、４４になっている。２つのヨーク片４１、４２はいずれも、複数枚の磁性薄板を端面がインナーヨーク３の方に向くように立たせたものを面外方向に積層してブロック体としたものである。このため、アウターヨーク４では、渦電流損が比較的小さいという利点がある。
【００２８】
また、アウターヨーク４において、２つのヨーク片４１、４２の間に構成される空間内には、リング状の平面形状を備えたボビン８０に巻回されたコイル８が配置されている。ここで、コイル８は、８個のアウターヨーク４全体を取り巻くように巻回された共通のコイルであり、アウターヨーク４は、コイル８の内周側で周方向に直線的に延びた第１のアウターヨーク部分４０１と、コイル８の外周側で周方向に直線的に延びた第１のアウターヨーク部分４０２とを備えた構造になっている。
【００２９】
このように構成したステータに対して、本形態では、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すカップ状の可動体５が配置されている。この可動体５は、樹脂成形品であり、正８角形の底部５１と、この底部５１の角部分から軸線方向に起立する細長いマグネット保持部５２とを備えている。
【００３０】
マグネット保持部５２の側面には、平板状のマグネット６の両側が挿着、固定される溝５２０が形成されており、そこに板状のマグネット６の両端を差し込むようになっている。可動体５には、マグネット保持部５２が計８箇所、形成され、８枚の板状のマグネット６を周方向に等角度間隔に保持している。
【００３１】
ここで、マグネット６は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石、あるいは樹脂マグネットであり、図３（Ｄ）に示すように、表裏がそれぞれ反対の極に着磁されている。
【００３２】
また、図３（Ｅ）に示すように、マグネット保持部５２は、軸線方向からみたときに略三角形の平面形状をしており、三角形の頂点に相当する部分は、隣接するインナーヨーク３の間に楔状に入り込んでる一方、三角形の底辺に相当する部分は、隣接するアウターヨーク４の間に入り込んでいる。
【００３３】
このように構成した可動体５を、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、フレーム１１上に配置した状態において、８枚のマグネット６は各々、インナーヨーク３とアウターヨーク４との間隙９Ａ、９Ｂに位置する。また、可動体５の底部５１は、丸棒状あるいは円筒状のピストン５０の基部の固定部になっており、ピストン５０は、シリンダ体２の円筒部２２の内側に装着された状態にある。
【００３４】
このように構成したリニアアクチュエータ１において、マグネット６の内側の面がＳ極に着磁され、外側の面がＮ極に着磁されている場合には、図１（Ｂ）に点線の矢印Ｂ１、Ｂ２で示す磁界が発生している。この状態でコイル８に交流電流を流したとき、図面に向かって手前側から向こう側に電流が流れている期間では、実線の矢印Ｂ３に示す磁界が発生し、隙間９Ａの側では、マグネット６からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが同一であるに対して、隙間９Ｂの側ではマグネット６からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが反対である。その結果、マグネット６には下方に向かう力が作用する。これに対して、図面に向かって向こう側から手前側に電流が流れている期間では、それとは反対に、マグネット６には上方に向かう力が作用する。このようにしてマグネット６には軸線方向において向きが入れ代わる力が作用するので、それと一体の可動体５が軸線方向に振動し、可動体５に取り付けられたピストン５０から往復直線運動を出力することになる。
【００３５】
ここで、アウターヨーク４およびインナーヨーク３は、各々平面的な対向面をもっているが、周方向において等角度間隔に８体、配置されているため、実質的には、アウターヨーク４およびインナーヨーク３の対向面を円弧状に構成したのと同等の磁気効率をもって駆動力を発生させることができ、かつ、このような形状のインナーヨーク３やアウターヨーク４であれば量産が容易である。また、アウターヨーク４およびインナーヨーク３の対向面が平面であれば、平板状のマグネット６を使用でき、このようなマグネット６も量産が容易である。それ故、本発明によれば、量産可能な安価なリニアアクチュエータ１を提供することができる。
【００３６】
また、可動体５は、底部５１の角部分から軸線方向に起立する細長いマグネット保持部５２とを備え、これらのマグネット保持部５２は、軸線方向からみたときに略三角形の平面形状をもって、隣接するインナーヨーク３の間、および隣接するアウターヨーク４の間に入り込んでいる。従って、マグネット６として、強力な平板状のマグネット６を使用しても、隣接するマグネット６の磁力によってマグネット６の姿勢や形状などが変わってしまうことを防止でき、組み立てやすいという利点ある。
【００３７】
（改良例１）
上記形態では、アウターヨーク４、およびインナーヨーク３として複数枚の磁性薄板を積層してブロック体としたものを用いたが、純鉄の粉体、あるいは鉄に微量の添加物を加えた粉体の表面に樹脂がコーティングされたものを成形、焼結した焼結軟磁性部品でアウターヨーク４やインナーヨーク３を形成してもよい。このような焼結軟磁性部品は、住友電気工業株式会社から商標名、ＦＭ−ＣＭなどとして商品名化されており、３次元的に各種形状のものを高い加工精度で容易に形成でき、かつ、磁性薄板と違って等方性であるという利点がある。また、粉体の表面が樹脂でコーティングされているため、内部抵抗が大きく、渦電流損が著しく小さいので、高周波特性が優れているという利点もある。さらに、焼結軟磁性部品は、容易に破砕できるので、リサイクルという面でも優れている。
【００３８】
（改良例２）
上記形態では、円状に巻回されたコイル８を用いたが、図４（Ｂ），図５（Ｂ），図６（Ｂ）に各々、アウターヨーク４が６体、８体、１２体の場合を示すように、コイル８は、略多角形に巻回されて、第１のアウターヨーク部分４０１と第２のアウターヨーク部分４０２との間では直線的になっていることが好ましい。
【００３９】
このように構成すると、図４（Ａ），図５（Ａ），図６（Ａ）に示すように、コイル８を円状に巻回した場合と違って、コイル８と第１のアウターヨーク部分４０１との間に隙間８８が発生しない。従って、狭い空間内でコイル８の巻回数を増やすことができ、リニアアクチュエータ１の性能を向上することができる。逆に言えば、コイル８の巻回数を同一としたとき、アウターヨーク４の半径方向の幅を狭くでき、小型化を図ることができる。
【００４０】
例えば、アウタヨーク４の外径寸法をφ９９に抑えたいとき、アウターヨーク４が６体の場合、図４（Ａ）に示すように、円形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、６．１３８ｍｍであるのに対して、図４（Ｂ）に示すように、多角形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、７．８７ｍｍとなる。
【００４１】
アウターヨーク４が８体の場合、図５（Ａ）に示すように、円形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、７．３５ｍｍであるのに対して、図５（Ｂ）に示すように、多角形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、８．４ｍｍとなる。
【００４２】
アウターヨーク４が１２体の場合、図６（Ａ）に示すように、円形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、７．８６８ｍｍであるのに対して、図６（Ｂ）に示すように、多角形にコイル８を巻回すると、コイル８の巻回幅は、８．４ｍｍとなる。
【００４３】
ここで、推力（性能）は、下式
ヨークの幅×ヨークの数×コイルスペース
で求められる値に正比例する。従って、ヨークの数を６体、８体、１２体としたとき、上式で求められる値は、以下
ヨークが６体でコイルが円状のとき
２１．５×６×６．１３８＝７９１．８
ヨークが６体でコイルが多角形状のとき
２１．５×６×７．８７＝１０１５．２
ヨークが８体でコイルが円状のとき
１６×８×７．３５＝９４０．８
ヨークが８体でコイルが多角形状のとき
１６×８×８．４＝１０７５．２
ヨークが１２体でコイルが円状のとき
１０×１２×７．８６８＝９４４．２
ヨークが１２体でコイルが多角形状のとき
１０×１２×８．４＝１００８
で求められる値となる。
【００４４】
（その他の実施の形態）
なお、上記形態では、アウターヨーク４やインナーヨーク３をそれぞれ、樹脂製の保持体で保持する構成であったが、インサート成形などを利用して、保持体と一体に形成してもよい。
【００４５】
また、磁気効率という観点から、上記形態では、インナーヨーク３、およびアウターヨーク４をそれぞれ８体としたが、６体以上であれば、例えば、１２体としてもよい。
【００４６】
但し、インナーヨーク３、およびアウターヨーク４の数については、以下の理由から、６体ないし８体であることが好ましい（図４および図５を参照）。
【００４７】
アウターヨーク４を６体ないし８体とすると、マグネット保持部５２の数も６箇所ないし８箇所となる。ここで、アウターヨーク４やインナーヨーク３の数が多ければ多いほど、マグネット６の数が増える結果、マグネット保持部５２の数も増え、マグネット保持部５２が占める空間が大きくなってしまう。かといって、マグネット保持部５２を小さくすると、マグネット６として強力なものを用いるため、隣接するマグネット６相互に働く磁力にマグネット保持部５２が耐えられなくなってしまう。従って、マグネット保持部５２が占める空間、およびその強度を考えれば、アウターヨーク４やインナーヨーク３の数は少ない方がよい。
【００４８】
これに対して、アウターヨーク４の周方向における寸法は、アウターヨーク４を配置する数によって規定される結果、周方向にアウターヨークが配置されている全長もアウターヨーク４の数によって規定される。例えば、図４に示すように、アウターヨーク４を６体とすると、周方向の寸法は２１．５ｍｍであり、周方向全体でアウターヨーク４が配置されている全長は、１２９ｍｍとなる。また、図５に示すように、アウターヨーク４を８体とすると、周方向の寸法は１６ｍｍであり、周方向全体でアウターヨーク４が配置されている全長は、１２８ｍｍとなる。これに対して、図６に示すように、アウターヨーク４を１２体とすると、周方向の寸法は１０ｍｍであり、周方向全体でアウターヨーク４が配置されている全長は、１２０ｍｍとなってしまう。
【００４９】
さらに、コイルを配置する空間の大小からすれば、図４、図５、図６を参照して前記したように、アウターヨーク４の数は、多い方がよい。
【００５０】
それ故、これら複数の要素を考慮した場合、アウターヨーク４を６体ないし８体とすれば、各要素のバランスがとれて好ましい。
【００５１】
さらに、上記形態では、マグネット６として平板状のものを８枚、用いたが、８角柱状のマグネット６を用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリニアアクチュエータにおいて、アウターヨークおよびインナーヨークは、各々平面的な対向面をもって、軸線方向と直交する間隙を介して対向しているが、周方向において等角度間隔に複数、配置されているため、実質的には、アウターヨークおよびインナーヨークの対向面を円弧状に構成したのと略同等の磁気効率をもって駆動力を発生させることができる。また、可動体は、隣接するインナーヨークの間、および隣接するアウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んだ状態でマグネットの両側を保持するマグネット保持部を備えているため、マグネット同士が吸引あるいは反発しようとしてもマグネット保持部によって姿勢や位置が正確に規定されるので、組み立てが容易である。それ故、本発明によれば、量産可能な安価なリニアアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータの説明図、および半断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、図１に示すリニアアクチュエータのステータのＡ−Ａ′断面図、半断面図、インナーヨークを保持するインナーヨーク保持体の平面図、およびインナーヨークの構成例を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータの可動体側の平面図、縦断面図、底面図、マグネットに着磁された極の説明図、およびマグネット保持部の拡大平面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータにおいて、アウターヨークを６体とした場合、コイルを円状に巻回したときの説明図、およびコイルを略多角形に巻回したときの説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータにおいて、アウターヨークを８体とした場合、コイルを円状に巻回したときの説明図、およびコイルを略多角形に巻回したときの説明図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係るリニアクチュエータにおいて、アウターヨークを１２体とした場合、コイルを円状に巻回したときの説明図、およびコイルを略多角形に巻回したときの説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、従来のリニアアクチュエータの説明図である。
【符号の説明】
１ リニアアクチュエータ
２ シリンダ体
３ インナーヨーク
４ アウターヨーク
５ 可動体
６ マグネット
８ コイル
９Ａ、９Ｂ 間隙
１１ フレーム
２２ シリンダ体の円筒部
２３ インナーヨーク保持体
４１、４２ ヨーク片
４３、４４ 磁極
５０ ピストン
５２ マグネット保持部
４０１ 第１のアウターヨーク部分
４０２ 第２のアウターヨーク部分
Claims (11)
- インナーヨークと、該インナーヨークとの間に軸線方向と直交する間隙を構成するアウターヨークと、前記アウターヨークに対して巻回されたコイルと、前記間隙内にマグネットを備え、軸線方向に移動可能な可動体とを有するリニアアクチュエータにおいて、
前記アウターヨークおよび前記インナーヨークは、各々平面的な対向面をもって周方向において等角度間隔に複数体、配置され、
前記可動体は、前記アウターヨークと前記インナーヨークとが構成する前記間隙の各々に前記マグネットとしての平板状マグネットを備えるとともに、隣接する前記平板状マグネットの間には、当該平板状マグネットの両側を保持するマグネット保持部を備え、
当該マグネット保持部は、軸線方向からみたときに、隣接する前記インナーヨークの間に頂点を向け、隣接する前記アウターヨークの間に底辺を向ける略三角形状をもって、隣接する前記インナーヨークの間、および隣接する前記アウターヨークの間に少なくとも一部が入り込んでいることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項１において、前記インナーヨークと前記アウターヨークは、軸線方向で離間する２箇所に前記間隙を形成していることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項１または２において、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークは、周方向において等角度間隔に６体以上、配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項３において、前記コイルは、周方向に配置された前記６体以上のアウターヨーク全体を取り巻くように巻回された共通のコイルとして構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項４において、前記複数のアウターヨークは各々、前記コイルの内周側で周方向に直線的に延びた第１のアウターヨーク部分と、前記コイルの外周側で周方向に直線的に延びた第２のアウターヨーク部分とを備え、
前記コイルは、前記第１のアウターヨーク部分と前記第２のアウターヨーク部分との間では直線的に巻回されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項５において、前記アウターヨークは、６体ないし８体が等角度間隔に配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項４ないし６のいずれかにおいて、前記アウターヨークは、複数のヨーク片として分割可能に構成され、
前記アウターヨークは、別体に巻回されたコイルを前記複数のヨーク片によって挟んだ構造を有していることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記アウターヨーク、および前記インナーヨークのうちの少なくとも一方は、複数の磁性薄板の積層体であることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記アウターヨーク、および前記インナーヨークのうちの少なくとも一方は、焼結軟磁性部品から構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項１ないし９のいずれかに規定するリニアアクチュエータを用いたことを特徴とするポンプ装置。
- 請求項１ないし９のいずれかに規定するリニアアクチュエータを用いたことを特徴とするコンプレッサー装置。
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