JP5315740B2 - リニアアクチュエータのコイル装置及びリニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエータのコイル装置及びリニアアクチュエータに関するものである。

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、加振アクチュエ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加振アクチュエータ等は高効率である等優れた性能を発揮できることから、各種防振アクチュエータとしての利用が期待されている。

従来、こうしたリニアアクチュエータとして、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このリニアアクチュエータは、中心軸線に沿って並設された２つのコイルに通電して永久磁石を含む可動子を中心軸線の方向に移動させるもので、隣り合うコイルの巻き線方向は互いに逆方向となっている。
特開２００５−２４５０４７号公報 特開平８−２８００９３号公報（第［００３０］段落）

ところで、特許文献１では、隣り合う両コイルの巻き方に関し、具体的な言及がない。
また、特許文献２では、ボイスコイルモータのコイルの巻き方について記載されている。すなわち、筒状のボビンに巻き線方向が互いに逆方向となる２つのコイルを巻装する際、スペーサを使ってコイルワイヤに角部（屈曲部）を発生させないように曲線状に曲げて該コイルワイヤの信頼性を向上させている。スペーサは、巻線後に取り外される。このような構成にあって、コイルワイヤは、樹脂（接着剤）などで固定されている。これは、ボイスコイルモータでは一般的なことである。

逆に、コイルワイヤの固定に接着剤を使わなければ、コイルが上下にはみ出さないようにするためのフランジがボビンに必要となる。しかしながら、ボイスコイルモータの場合、固定子及び可動子の間の空隙にできる磁界中にコイルを置くため、磁気回路上の空隙はコイルの厚さによって規定される。そして、空隙の磁束密度は、該空隙の長さに反比例することから、原理的にコイルを薄く巻くことが要求される。従って、コイルは、フランジのないボビンにジグでガイドを構成しながら巻くとともに、ほどけないように接着せざるを得ない。

動作原理上も、磁界中に置かれたコイルを流れる電流によるフレミングの左手の法則に従って、コイルに力が発生する。このように、コイル自体に力が加わることからも該コイル（コイルワイヤ）の接着は必須である。

以上のことから、特許文献２のコイルの巻き方は、特に言及されていないものの特許文献１が想定する使用条件と相容れないものである。
本発明の目的は、必ずしも接着等によるコイルワイヤの固定を要することなく、信頼性を向上することができるリニアアクチュエータのコイル装置及びリニアアクチュエータを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、固定子に設けられ、中心軸線に沿って並設された磁極を形成する３つのティースの隣り合うティース間に装着された樹脂材からなる第１ボビン及び第２ボビンを有するとともに、前記第１ボビン及び前記第２ボビンに巻き線方向が互いに逆方向でそれぞれ巻装された直列接続の第１コイル及び第２コイルを有し、通電に伴い永久磁石を含む可動子を前記中心軸線に沿って移動させるリニアアクチュエータのコイル装置において、前記固定子の中央磁極を形成する前記ティースの外周部に形成され、前記中心軸線に沿って連通する切欠きと、前記切欠きに装着されて前記第１及び第２ボビンに一体に接続され、前記中心軸線に沿って連通する樹脂材からなるガイド溝と、前記中心軸線の方向で前記第２ボビンよりも前記第１ボビンに近い側に配設された第１ターミナル及び第２ターミナルとを備え、前記第１及び第２コイルは、１本のコイルワイヤで形成されており、前記コイルワイヤは、始端が前記第１ターミナルに係止され、前記第１ボビンに巻回されて前記第１コイルを形成し、前記ガイド溝に配索されて前記第１及び第２コイルを直列接続する接続線を形成するとともに、反転した巻き線方向で前記第２ボビンに巻回されて前記第２コイルを形成し、再び前記ガイド溝に配索されて戻り線を形成するとともに、再び反転した巻き線方向で前記第１ボビンに所定の調整回だけ巻回されて終端が前記第２ターミナルに係止されており、前記第１ボビンにはホルダ部が設けられ、前記第１ターミナル及び第２ターミナルは、前記ホルダ部に対して前記第１ボビンと反対側に配設され、前記第１ターミナルに前記始端が係止された前記コイルワイヤは、前記第１ターミナルから前記中心軸線側へ向かい前記ホルダ部において前記中心軸線に沿って配索されるとともに、前記第１ボビンに対して前記第１ターミナルから前記中心軸線側へ向かう方向と逆方向に巻回され、前記第１ボビンに所定の調整回だけ巻回された前記コイルワイヤは、前記ホルダ部において前記中心軸線に沿って配索されるとともに、そのホルダ部に配索される前後でコイルワイヤの向かう方向が逆方向となるように配索後の前記コイルワイヤが前記中心軸線から前記第２ターミナル側へ向かい前記終端が前記第２ターミナルに係止されることを要旨とする。

同構成によれば、前記第１及び第２コイルは、１本のコイルワイヤで形成されるものの、これら第１及び第２コイル間のコイルワイヤ（接続線、戻り線）は、前記ガイド溝に配索される前後で巻き線方向が反転されることで、これに伴う張力にて安定した状態で固定・保持される。従って、接着等（樹脂）により前記コイルワイヤを固定することなく、前記第１及び第２コイル（コイル装置）の信頼性を向上することができる。また、前記第１及び第２コイル間のコイルワイヤ（接続線、戻り線）は、前記ガイド溝に納められることで前記ティースの径方向外側への突出を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアアクチュエータのコイル装置において、前記ガイド溝は、前記固定子の周方向に沿って互いに対向する側に突出して前記接続線及び前記戻り線の径方向外側への逸脱を抑制する一対の返し部を有することを要旨とする。

同構成によれば、前記一対の返し部により、前記接続線及び前記戻り線が前記ガイド溝の径方向外側に逸脱することが抑制されるため、前記コイルワイヤをより安定した状態で固定・保持することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のリニアアクチュエータのコイル装置において、前記返し部の径方向外側の面までの前記中心軸線からの径方向の距離は、前記固定子の中央磁極を形成する前記ティースの外周面までの前記中心軸線からの径方向の距離以下に設定されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記接続線及び前記戻り線ともども前記ガイド溝が前記ティースの外周面よりもその径方向内側内に納められることで、前記接続線及び前記戻り線ともども前記ガイド溝が前記ティースの径方向外側へ突出することを抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータのコイル装置において、前記第１及び第２ボビン並びに前記ガイド溝は、前記固定子の中央磁極を形成する前記ティースに一体形成されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記第１及び第２ボビン並びに前記ガイド溝は、前記ティースに一体形成されてユニット化されることで、部品点数が削減される分、組付性を向上させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータのコイル装置を備えたリニアアクチュエータであることを要旨とする。
同構成によれば、信頼性の優れたコイル装置を備えたリニアアクチュエータを提供することができる。

本発明では、必ずしも接着等によるコイルワイヤの固定を要することなく、信頼性を向上することができるリニアアクチュエータのコイル装置及びリニアアクチュエータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態に係るリニアアクチュエータを示す縦断面図である。同図に示されるように、このリニアアクチュエータの備える固定子１０は、磁性金属（鉄、磁性ステンレスなど）からなる有蓋円筒状のケース１１を有するとともに、該ケース１１は、蓋壁の近傍で段部１１ａを介して拡開されている。そして、ケース１１内には、その中心軸線Ｏに沿って段部１１ａ上に順番に並設された円環状の３つのティース１２，１３，１４が装着されている。これらティース１２〜１４は、磁性金属にて形成されている。

段部１１ａに隣接配置されて端磁極を形成するティース１２は、その内周部からティース１３側に突出するボス状の突片１２ａを有する。また、ティース１２に隣接配置されて中央磁極を形成するティース１３は、その内周部からティース１２，１４側にそれぞれ突出するボス状の一対の突片１３ａ，１３ｂを有する。さらに、開口端側に配置されたティース１４は、その内周部からティース１３側に突出するボス状の突片１４ａを有する。

ティース１３には、隣り合う一方のティース１２との間に形成される環状の凹部に嵌合する態様で、樹脂材からなる環状の第１ボビンとしてのボビン１５がインサート成型にて一体形成されるとともに、該ボビン１５には、一側への巻き線方向で第１コイルとしてのコイル１６が巻装されている。同様に、ティース１３には、隣り合う他方のティース１４との間に形成される環状の凹部に嵌合する態様で、樹脂材からなる環状の第２ボビンとしてのボビン１７がインサート成型にて一体形成されるとともに、該ボビン１７には、前記コイル１６に対して反転した他側への巻き線方向で第１コイルとしてのコイル１８が巻装されている。中心軸線Ｏに沿って並設された両コイル１６，１８は、直列接続されており、通電時には互いに相反する方向の磁界を形成する。

前記段部１１ａとティース１２との間には、円盤状の板バネ３１の外周縁部が挟持されるとともに、前記ティース１４の開口側の端面には、円盤状の板バネ３２の外周縁部が接合されている。

リニアアクチュエータの備える可動子２０は、中心軸線Ｏの方向で前記２枚の板バネ３１，３２に挟み込まれている。この可動子２０は、板バネ３１側及び板バネ３２側に配置された磁性金属からなる一対のヨーク２１，２２を有するとともに、中心軸線Ｏの方向でこれら両ヨーク２１，２２にて挟み込まれた永久磁石２３を有する。なお、ヨーク２１，２２は、互いに同等の内径を有する挿通孔２１ａ，２２ａを有するとともに、ティース１２〜１４の内径よりも小さい互いに同等の外径を有して円環状に成形されている。

ヨーク２１は、その内周部から板バネ３１側に突出する円筒状の座部２１ｂを形成するとともに、該座部２１ｂにおいて板バネ３１の対向面と当接する。同様に、ヨーク２２は、その内周部から板バネ３２側に突出する円筒状の座部２２ｂを形成するとともに、該座部２２ｂにおいて板バネ３２の対向面と当接する。

永久磁石２３は、例えば中心軸線Ｏの方向で着磁されたフェライト磁石からなり、前記挿通孔２１ａ，２２ａの内径と同等の内径を有する挿通孔２３ａを有するとともに、ヨーク２１，２２の外径よりも若干小さい外径を有して円環状に成形されている。なお、永久磁石２３の中心軸線Ｏに沿った長さＬＭは、中央磁極を形成するティース１３の中心軸線Ｏに沿った長さＬＴ以下に設定されている。また、永久磁石２３の先端に対し径方向外側に若干突出するヨーク２１，２２の円環状の突出部は、可動子２０の磁極をそれぞれ形成する。

リニアアクチュエータの備える非磁性シャフト３６は、前記挿通孔２１ａ〜２３ａの内径と同等の外径を有する軸部３６ａを備えており、可動子２０を挟み込んだ２枚の板バネ３１，３２を中心軸線Ｏに沿って貫通して可動子２０ともども２枚の板バネ３１，３２を締結する。すなわち、この非磁性シャフト３６は、板バネ３１を貫通する軸部３６ａの一方の先端から径方向外側に延出する頭部３６ｂを有するとともに、板バネ３２を貫通する軸部３６ａの他方の先端部に刻設されたねじ部３６ｃを有する。そして、頭部３６ｂは、中心軸線Ｏの方向で板バネ３１を介して前記座部２１ｂに対向配置されており、その中央部には締結用の六角孔又は四角孔が形成されている。また、ねじ部３６ｃの基端部には、中心軸線Ｏの方向で板バネ３２を介して前記座部２２ｂに対向配置されるワッシャ３７が挿入されるとともに、前記ねじ部３６ｃには、ロックナット３８が締め付けられる。以上により、非磁性シャフト３６は、頭部３６ｂ及びロックナット３８にて、可動子２０ともども２枚の板バネ３１，３２を締結する。なお、板バネ３２は、その縁をばね固定部材３３とティース１４に挟持されることで固定子１０側に固定されている。

なお、２枚の板バネ３１，３２を介して固定子１０に浮動支持された可動子２０は、中心軸線Ｏに沿って往復移動可能となっている。そして、２枚の板バネ３１，３２は、その付勢力にて可動子２０を可動範囲の基準位置に復帰させるとともに固定子１０との空隙Ｃを確保する。

ここで、可動子２０が可動範囲の中央位置にあるとき、ヨーク２１は、前記突片１２ａ，１３ａ間の中央位置にその外周面の中央位置が径方向で対向するように配置されるとともに、ヨーク２２は、前記突片１３ｂ，１４ａ間の中央位置にその外周面の中央位置が径方向で対向するように配置され、更に永久磁石２３は、前記ティース１３の内周面の中央位置にその外周面の中央位置が径方向で対向するように配置される。このような配置関係にあることで、コイル１６，１８の非通電時には、前記永久磁石２３による磁束は、前記一対のヨーク２１，２２と、固定子１０の中央磁極を形成するティース１３との間で閉ループとなる磁気回路を構成する。従って、この状態では、可動子２０をその可動範囲の中央位置に保持する力が働く。

また、前記両コイル１６，１８は、通電方向が正逆切り替えられて通電されるようになっており、通電時には、可動子２０は、通電方向に応じて形成される互いに相反する方向の磁界により永久磁石２３が加振されることで、その可動範囲の中央位置（基準位置）を原点（振動中心）として中心軸線Ｏに沿って往復移動する。

図２は、本実施形態に係るリニアアクチュエータのコイル装置を示す正面図であり、図３（ａ）（ｂ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図及びその拡大図である。同図に示されるように、前記ティース１３の外周部には、前記中心軸線Ｏに沿って連通する四角溝状の切欠き４１が形成されるとともに、該切欠き４１には、その全長に亘って樹脂材からなる四角溝状のガイド溝４２が装着されている。なお、ガイド溝４２は、インサート成型にて切欠き４１（ティース１３）に一体形成されており、ボビン１５，１７に臨む両先端は、該ボビン１５，１７にそれぞれ一体に接続されている。つまり、ガイド溝４２は、ボビン１５，１７とともにティース１３に一体形成されている。

このガイド溝４２は、中心軸線Ｏに沿って連通しており、コイル１６，１８を形成する１本のコイルワイヤ（被覆導線などの線材）Ｗのボビン１５，１７間の移動（渡り）を許容する。また、固定子１０（ティース１３）の径方向におけるガイド溝４２の両開口端部には、該固定子１０の周方向に沿って互いに対向する側に突出する一対の返し部４２ａ，４２ｂが形成されている。返し部４２ａ，４２ｂの外側面までの前記中心軸線Ｏからの径方向の距離Ｌ１は、ティース１３の外周面までの前記中心軸線Ｏからの径方向の距離Ｌ２以下に設定されている。

前記ボビン１５には、所定角度位置において前記中心軸線Ｏと平行にボビン１７の反対側に立設されたホルダ部４３が形成されるとともに、該ホルダ部４３には互いに絶縁された第１ターミナル４４及び第２ターミナル４５が保持されている。つまり、これら第１及び第２ターミナル４４，４５は、中心軸線Ｏの方向でボビン１７よりもボビン１５に近い側に配設されている。第１及び第２ターミナル４４，４５は、コイル１６，１８（コイルワイヤＷ）と外部回路（駆動回路）とを電気的に接続するためのものである。

このような構成にあって、前記コイルワイヤＷは、第１ターミナル４４の係止爪４４ａに始端Ｗｓが係止されており、ボビン１５に巻回されてコイル１６を形成する。そして、コイルワイヤＷは、前記ガイド溝４２に配索されてコイル１６，１８を直列接続する接続線Ｗｃを形成するとともに、反転した巻き線方向でボビン１７に巻回されてコイル１８を形成する。また、コイルワイヤＷは、再び前記ガイド溝４２に配索されて戻り線Ｗｒを形成するとともに、再び反転した巻き線方向でボビン１５に所定の調整回（１回又は数回）だけ巻回されて調整巻線Ｗａを形成し、更に終端Ｗｅが第２ターミナル４５の係止爪４５ａに係止される。

従って、コイル１６，１８は、１本のコイルワイヤＷで形成されるものの、ガイド溝４２内の接続線Ｗｃ及び戻り線Ｗｒは、ガイド溝４２に配索される前後で巻き線方向が反転されることで、ティース１３の周方向で互いに離隔する側（即ちガイド溝４２の各対応する側壁に押圧される側）の張力を有する。そして、コイル１６，１８間のコイルワイヤＷ（接続線Ｗｃ、戻り線Ｗｒ）は、この張力にて安定した状態で固定・保持される。特に、接続線Ｗｃ及び戻り線Ｗｒの径方向外側への逸脱は、前記一対の返し部４２ａ，４２ｂにて抑制される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、コイル１６，１８は、１本のコイルワイヤＷで形成されるものの、これらコイル１６，１８間のコイルワイヤＷ（接続線Ｗｃ、戻り線Ｗｒ）は、ガイド溝４２に配索される前後で巻き線方向が反転されることで、これに伴う張力にて安定した状態で固定・保持される。つまり、コイルワイヤＷは、始端Ｗｓ及び終端Ｗｅの係止と、巻回等に伴う張力のみで安定した状態で固定・保持される。従って、接着等（樹脂）によりコイルワイヤＷを固定することなく、コイル１６，１８（コイル装置）の信頼性を向上することができる。また、コイル１６，１８間のコイルワイヤＷ（接続線Ｗｃ、戻り線Ｗｒ）は、ガイド溝４２に納められることでティース１３の径方向外側への突出を抑制することができる。

（２）本実施形態では、一対の返し部４２ａ，４２ｂにより、接続線Ｗｃ及び戻り線Ｗｒがガイド溝４２の径方向外側に逸脱することを抑制できるため、コイルワイヤＷをより安定した状態で固定・保持することができる。

（３）本実施形態では、返し部４２ａ，４２ｂの外側面までの前記中心軸線Ｏからの径方向の距離Ｌ１は、ティース１３の外周面までの前記中心軸線Ｏからの径方向の距離Ｌ２以下に設定されており、接続線Ｗｃ及び戻り線Ｗｒともどもガイド溝４２がティース１３の外周面よりもその径方向内側内に納められることで、接続線Ｗｃ及び戻り線Ｗｒともども前記ガイド溝がティース１３の径方向外側へ突出することを抑制することができる。

（４）本実施形態では、ボビン１５，１７及びガイド溝４２は、ティース１３に一体形成されてユニット化されることで、部品点数が削減される分、組付性を向上させることができる。

（５）本実施形態では、信頼性の優れたコイル装置を備えたリニアアクチュエータを提供することができる。
（６）本実施形態では、磁気回路上の空隙は、ティース１２〜１４とヨーク２１，２２との空隙Ｃであり、コイル１６，１８の厚さに依存しないため、その巻き数やコイルワイヤＷの太さ等の自由度を向上することができ、高出力化が可能である。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、ボビン１５，１７及びガイド溝４２は、ティース１３と別体であってもよい。この場合、コイル１６，１８の巻装に先立って、ボビン１５，１７及びガイド溝４２をティース１３に接着等することが好ましい。

・前記実施形態において、第１及び第２ターミナル４４，４５（ホルダ部４３）は、ボビン１５の径方向外側に延在していてもよい。
・前記実施形態において、永久磁石２３は、ネオジム磁石などであってもよい。

本発明の一実施形態を示す縦断面図。 同実施形態を示す正面図。 （ａ）（ｂ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図及びその拡大図。

符号の説明

Ｏ…中心軸線、Ｗ…コイルワイヤ、Ｗａ…調整巻線、Ｗｃ…接続線、Ｗｅ…終端、Ｗｒ…戻り線、Ｗｓ…始端、１０…固定子、１２〜１４…ティース、１５…ボビン（第１ボビン）、１６…コイル（第１コイル）、１７…ボビン（第２ボビン）、１８…コイル（第２コイル）、２０…可動子、２３…永久磁石、４１…切欠き、４２…ガイド溝、４２ａ，４２ｂ…返し部、４４…第１ターミナル、４５…第２ターミナル。

Claims (5)

1. 固定子に設けられ、中心軸線に沿って並設された磁極を形成する３つのティースの隣り合うティース間に装着された樹脂材からなる第１ボビン及び第２ボビンを有するとともに、前記第１ボビン及び前記第２ボビンに巻き線方向が互いに逆方向でそれぞれ巻装された直列接続の第１コイル及び第２コイルを有し、通電に伴い永久磁石を含む可動子を前記中心軸線に沿って移動させるリニアアクチュエータのコイル装置において、
   前記固定子の中央磁極を形成する前記ティースの外周部に形成され、前記中心軸線に沿って連通する切欠きと、
   前記切欠きに装着されて前記第１及び第２ボビンに一体に接続され、前記中心軸線に沿って連通する樹脂材からなるガイド溝と、
   前記中心軸線の方向で前記第２ボビンよりも前記第１ボビンに近い側に配設された第１ターミナル及び第２ターミナルとを備え、
   前記第１及び第２コイルは、１本のコイルワイヤで形成されており、
   前記コイルワイヤは、
   始端が前記第１ターミナルに係止され、前記第１ボビンに巻回されて前記第１コイルを形成し、
   前記ガイド溝に配索されて前記第１及び第２コイルを直列接続する接続線を形成するとともに、反転した巻き線方向で前記第２ボビンに巻回されて前記第２コイルを形成し、
   再び前記ガイド溝に配索されて戻り線を形成するとともに、再び反転した巻き線方向で前記第１ボビンに所定の調整回だけ巻回されて終端が前記第２ターミナルに係止されており、
   前記第１ボビンにはホルダ部が設けられ、前記第１ターミナル及び第２ターミナルは、前記ホルダ部に対して前記第１ボビンと反対側に配設され、
   前記第１ターミナルに前記始端が係止された前記コイルワイヤは、前記第１ターミナルから前記中心軸線側へ向かい前記ホルダ部において前記中心軸線に沿って配索されるとともに、前記第１ボビンに対して前記第１ターミナルから前記中心軸線側へ向かう方向と逆方向に巻回され、
   前記第１ボビンに所定の調整回だけ巻回された前記コイルワイヤは、前記ホルダ部において前記中心軸線に沿って配索されるとともに、そのホルダ部に配索される前後でコイルワイヤの向かう方向が逆方向となるように配索後の前記コイルワイヤが前記中心軸線から前記第２ターミナル側へ向かい前記終端が前記第２ターミナルに係止されることを特徴とするリニアアクチュエータのコイル装置。
2. 請求項１に記載のリニアアクチュエータのコイル装置において、
   前記ガイド溝は、前記固定子の周方向に沿って互いに対向する側に突出して前記接続線及び前記戻り線の径方向外側への逸脱を抑制する一対の返し部を有することを特徴とするリニアアクチュエータのコイル装置。
3. 請求項２に記載のリニアアクチュエータのコイル装置において、
   前記返し部の径方向外側の面までの前記中心軸線からの径方向の距離は、前記固定子の中央磁極を形成する前記ティースの外周面までの前記中心軸線からの径方向の距離以下に設定されていることを特徴とするリニアアクチュエータのコイル装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータのコイル装置において、
   前記第１及び第２ボビン並びに前記ガイド溝は、前記固定子の中央磁極を形成する前記ティースに一体形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータのコイル装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータのコイル装置を備えたリニアアクチュエータ。

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