JP5696403B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ワークと関連付けられる可動子を移動させるリニアアクチュエータに係り、特にワークを取り付ける可動子を適正化したリニアアクチュエータに関するものである。

可動子の動作に伴いワークを移動させるリニアアクチュエータは、ワークを取り付けるためのクランプ機構等の取付部を介してワークを可動子に取り付け、可動子に電磁力を作用させて可動子を往復移動させる磁気回路を主体としている。磁気回路は、特許文献１に示すように、可動子を構成する可動子コアと、固定子コアと、可動子コアのうち固定子コアに対向する対向部に往復動方向に沿って配置され各々の固定子コアに臨む側の面の磁極を反転させた対をなす永久磁石と、固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成されており、コイルへの通電により生じる磁束が対をなす永久磁石のうち所要の方向に位置する永久磁石で生じる磁束を弱め、他方の永久磁石で生じる磁束を強めることにより可動子を往復移動させるものである。

特開２００３−３３９１４７号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すように可動子が永久磁石で構成される可動磁石型のアクチュエータや、例えばボイスコイルモータのように可動子がコイルで構成される可動コイル型のアクチュエータでは、起磁力を発現するコイルや永久磁石に加工を施すと、磁気回路における磁束の発生に影響を与えてアクチュエータの能力を損なう場合があるので、可動子の任意の位置に、ワークを取り付けるための取付部を形成することができず、取付部を可動子と別部材にする必要がある。可動子と取付部とが別部材であると、装置の大型化を招くとともに、ワークの取り付け性が損なわれてしまう。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、ワークを取り付ける可動子を適正化して、装置をコンパクトにするとともに、ワークの組み付け性を向上させたリニアアクチュエータを提供することである。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明のリニアアクチュエータは、ワークと関連付けられる可動子を往復移動させるリニアアクチュエータであって、可動子の先端側に配置され当該可動子を構成する鉄心と、前記可動子の基端側に取り付けられ可動子を往復動方向に沿って移動可能に片持ち支持する支持機構と、固定子コアと、固定子コアのうち前記鉄心に対向する対向部に配置される永久磁石と、固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成され、コイルへの通電で生じる磁束によって可動子を固定子コアに対して相対往復移動させる磁気回路を具備してなり、前記可動子を、前記鉄心を含み起磁力を発現しない部材から構成することで可動子の任意の位置を加工可能部位とし、当該可動子の基端又はその近傍に、ワークを可動子に取り付けるための取付部を形成していることを特徴とする。

起磁力を発現しない部材は、磁気回路において磁束を発生させる源とならない部材を意味する。可動子は、鉄心を含む起磁力を発現しない部材で構成されていれば、その態様は問わない。例えば鉄心のみで構成した可動子や、鉄心と樹脂等の非磁性体とから構成した可動子等が挙げられる。

このように、可動子を、鉄心を含み起磁力を発現しない部材から構成することで可動子の任意の位置を加工可能部位とし、可動子の基端又はその近傍に、ワークを可動子に取り付けるための取付部を形成しているので、磁気回路において磁束を発現させる起磁力に影響を与えることなく可動子と取付部とを一体に形成でき、可動子と別部材の取付部を用いる場合に比べて装置をコンパクトにすることができる。しかも、可動子が取付部を兼ねているので、可動子に対するワークの組み付け性を向上させることが可能となる。さらには、取付部を可動子の基端又はその近傍に設定しているので、加減速時の振動による影響を低減してワークの位置決め精度を向上させることもできる。

光学レンズやワイヤボンダのノズル等の長尺状のスペースを要するワークを適切に取り付けるためには、前記可動子には、前記取付部としての貫通孔が形成されていることが好ましい。

本発明は、以上説明したように、可動子を、鉄心を含み起磁力を発現しない部材から構成することで可動子の任意の位置を加工可能部位とし、可動子の一部に、ワークを可動子に取り付けるための取付部を形成しているので、磁気回路において磁束を発現させる起磁力に影響を与えることなく可動子と取付部とを一体に形成でき、可動子と別部材の取付部を用いる場合に比べて装置をコンパクトにすることが可能となる。しかも、可動子が取付部を兼ねているので、可動子に対するワークの組み付け性を向上させることが可能となる。したがって、小型化や製造コストの低減の追求に適したリニアアクチュエータを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るリニアアクチュエータを模式的に示す横断面図。 図１に示すリニアアクチュエータのＡ−Ａ断面図。 同アクチュエータの可動子を模式的に示す図。 同アクチュエータの動作に関する説明図。 本発明の他の実施形態に係る可動子の構成を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態のリニアアクチュエータは、図１及び図２に示すように、固定子１と、この固定子１に対し往復動方向（Ｘ方向）に沿って相対移動可能に構成される可動子２とを有している。本実施形態のリニアアクチュエータは、図３に示すように、可動子２に例えば光学レンズやワイヤボンダのノズル等を始めとする長尺状のスペースを要するワークＷを取り付けて、これら装置の駆動部を構成するために利用される。

固定子１は、図１及び図２に示すように、略筒状をなし内壁１０ａから径方向内側に向けて延出して互いに対向する一対の固定子側対向部１０ｂ・１０ｂを有する磁性体の固定子コア１０と、この固定子コア１０に巻回されるコイル１１と、固定子側対向部１０ｂに取り付けられる永久磁石１２とを有する。固定子コア１０は、図示しない複数の固定子コア板を軸心方向に沿って積層して固定することで構成されている。互いに対向する固定子側対向部１０ｂ・１０ｂ同士の間には、可動子２を構成する磁性体の鉄心２０が配置される。

固定子１を構成するコイル１１は、図１及び図２に示すように、巻数が等しい対をなすコイル１１・１１を各々の固定子側対向部１０ｂ・１０ｂに取り付けたもので、固定子側対向部１０ｂ・１０ｂ同士の間のギャップｇｐに通電により可動子２を移動させるための磁束を発現させる。

固定子１を構成する永久磁石１２は、図１及び図２に示すように、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂを往復動方向（Ｘ方向）に沿って固定子側対向部１０ｂ・１０ｂに配列したもので、各々の鉄心２０に臨む側の面の磁極を反転させている。

可動子２は、図１〜図３に示すように、略長方形状をなし自由端となる先端２ａ側が固定子コア１０の固定子側対向部１０ｂ・１０ｂ同士に挟まれる位置に配置され、基端２ｂ側が図３に示すボルト等の固着具ｂｏにより軸受たる支持機構１４に取り付けられて片持ち支持状態で往復動方向（Ｘ方向）に沿って直線移動可能に構成されている。具体的には、可動子２は、図３に示すように、固定子側対向部１０ｂ・１０ｂ同士の間に配置される磁性体の鉄心２０と、この鉄心２０と支持機構１４とを関連づける（連結）ための樹脂等の非磁性体からなる連結部材２１とを有する。

図１に示すように、上記固定子１を構成する固定子コア１０、コイル１１、永久磁石１２及び鉄心２０を含む複数の要素部品から磁気回路ｍｃが構成されている。磁気回路ｍｃは、コイル１１への通電により発現させた磁束ｍｆによって可動子２に電磁力を作用させて可動子２を往復移動させるものである。鉄心２０や連結部材２１は磁束ｍｆを発生させるための起磁力を発現しない部材である。一方、起磁力を有する部材としては上記固定子コア１０に巻回されたコイル１１や永久磁石１２が挙げられる。本実施形態のリニアアクチュエータは、可動子２を、鉄心２０を含み起磁力を発現しない部材（鉄心２０，連結部材２１）で構成した可動鉄心型のアクチュエータである。すなわち、磁気回路ｍｃを構成する複数の要素部品（固定子コア１０，コイル１１，永久磁石１２，鉄心２０）のうち可動子２を構成する要素部品を鉄心２０のみとした可動鉄心型のアクチュエータを構成している。

図３に示すように、可動子２を構成する連結部材２１には、可動子２のうち先端２ａ側（反支持機構側）の寸法ｗ１を基端２ｂ側（支持機構１４側）の寸法ｗ２よりも小さくするテーパ部２１ａを形成することで、可動子２の重心を支持機構１４側に可能な限り近づけるように構成されている。このように、支持機構１４が可動子２を片持ち支持する構成では、可動子２の重心が支持機構１４に近づくほど加減速時の振動に対する安定度が増すので、本実施形態のように可動子２の重心を支持機構１４側に近づけるように、可動子２の支持機構１４側と反支持機構側とを非対称に形成すると、加速時又は減速時に可動子２に生じる振動を低減して可動子２及びワークＷを効率よく駆動させることが可能となる。

また、可動子２は、図１及び図３に示すように、起磁力を発現しない部材（鉄心２０，連結部材２１）で構成されているので、可動子２の任意の位置が切削等で加工可能な部位となる。そして、可動子２の任意の位置が加工可能であることを利用して、可動子２の一部に肉盗みを設けて光学レンズやワイヤボンダのノズル等のワークＷを可動子２に取り付けるための取付部３を形成している。具体的には、可動子２を構成する連結部材２１のうち支持基端２ｂ又はその近傍に、ワークＷを収納可能な径寸法ｗ３で往復動方向に貫通する貫通孔３０を形成している。ワークＷを取り付けるための取付部３を設ける部位が支持基端２ｂに近づくほど、加減速時の振動に対する安定度が増すので、加減速時の振動による影響を低減してワークの位置決め精度を向上させている。

上記構成のアクチュエータの動作は特許文献１のものと同様であるので詳細な説明を省略するが、コイル１１に通電されていない場合は、図４（ａ）に示すように、ギャップｇｐにおいて対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂにより互いに向きの異なる二つの磁束ｍｆ１・ｍｆ２を発現させる。図４（ｂ）に示すように、コイル１１に対し或る方向（正方向）に通電を行うと、コイル１１への通電により図１に示す磁束ｍｆが生じ、対をなす永久磁石１２で生じる二つの磁束ｍｆ１・ｍｆ２のうちコイル１１への通電で生じる磁束ｍｆと同方向である磁束ｍｆ１が強まり、他方の磁束ｍｆ２が弱まり、電磁力Ｆ１が可動子２（鉄心２０）に作用して可動子２が磁束の強まる方向（Ｘ１方向）へ移動する。一方、図４（ｃ）に示すように、上記の正方向とは反対である逆方向にコイル１１への通電を行うと、その逆方向（Ｘ２方向）に電磁力Ｆ２が作用して可動子２がＸ２方向に移動する。すなわち、磁気回路ｍｃは、コイル１１への通電により生じる磁束ｍｆが、対をなす永久磁石１２ａ・１２ｂのうち所要の方向に位置する磁石１２ａ（１２ｂ）で生じる磁束ｍｆ２（ｍｆ１）を弱め、他方の磁石１２ｂ（１２ａ）で生じる磁束ｍｆ１（ｍｆ２）を強めることにより可動子２に電磁力Ｆ１（Ｆ２）を作用させて可動子２を往復移動させるものである。

以上のように本実施形態のリニアアクチュエータは、ワークＷと関連付けられる可動子２を往復移動させるリニアアクチュエータであって、可動子２を構成する鉄心２０と、固定子コア１０と、固定子コア１０のうち鉄心２０に対向する可動子側対向部２０ｂに配置される永久磁石１２と、固定子コア１０に巻回されるコイル１１とを含んで構成され、コイル１１への通電で生じる磁束によって可動子２を固定子コア１０に対して相対往復移動させる磁気回路ｍｃを具備してなり、可動子２を、鉄心２０を含み起磁力を発現しない部材（鉄心２０，連結部材２１）から構成することで可動子２の任意の位置を加工可能部位とし、可動子２の一部に、ワークＷを可動子２に取り付けるための取付部３を形成している。

このように、可動子２を、鉄心２０を含み起磁力を発現しない部材（鉄心２０，連結部材２１）から構成することで可動子２の任意の位置を加工可能部位とし、可動子２の一部に、ワークＷを可動子２に取り付けるための取付部３を形成しているので、磁気回路ｍｃにおいて磁束を発現させる起磁力に影響を与えることなく可動子２と取付部３とを一体に形成でき、可動子２と別部材の取付部を用いる場合に比べて装置をコンパクトにすることができる。しかも、可動子２が取付部３を兼ねているので、可動子２に対するワークＷの組み付け性を向上させることが可能となる。

特に、本実施形態では、可動子２には、取付部３としての貫通孔３０が形成されているので、光学レンズやワイヤボンダのノズル等のワークＷを可動子に取り付けるにあたり、光学レンズを通る光の経路やノズルの通路として貫通孔３０をそのまま利用可能であるので、かかる長尺状のスペースを要するワークＷを適切に取り付けることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、可動子２を構成する連結部材２１に貫通孔３０を形成しているが、図５に模式的に示すように、磁気回路ｍｃを構成する鉄心１２０に貫通孔１３０を形成してもよい。この場合、貫通孔１３０の径が大きくなるほど、鉄心１２０を磁路とする磁束に与える影響が大きくなるので、図５（ａ）に示すように、貫通孔１３０の径は、光学レンズを通過する光やワイヤボンダのノズルが通ることが可能な程度の微小径に設定し、光学レンズ等のワークＷは、可動子２の側面にホルダｈ等で取り付けることが挙げられる。このようにすると、磁気回路ｍｃへの影響を抑えてアクチュエータの能力を低減することなく、取付部３を形成することが可能となる。

一方、図５（ｂ）に示すように、光学レンズ等のワークＷを収納可能な程度に大きな径の貫通孔２３０を鉄心２２０に形成する場合には、鉄心２２０を通る磁束ｍｆの磁路断面積が貫通孔２３０を形成しない場合に比べて小さくなり、磁気飽和を起こしてアクチュエータ（モータ）の能力低下を招いてしまう。そこで、鉄心２２０の端部に円弧状突起たる磁路増設部２２０ａを形成するとよい。この円弧状突起たる磁路増設部２２０ａの径ｒ’は、貫通孔２３０の径ｒよりも大きくなるように設定している。このように構成すると、磁路断面積が小さくなることに起因する磁気飽和を回避できるので、貫通孔２３０が無い場合と同様のモータ性能となり、アクチュエータの性能を落とさずに鉄心２２０（可動子２）の内部にワークＷを取り付けることが可能となる。なお、必要なモータ性能（例えば、単位質量あたりの推力）を達成できれば、円弧状突起たる磁路増設部２２０ａの径ｒ’が貫通孔２３０の径ｒよりもが小さくてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

２…可動子
２０…鉄心
１０…固定子コア
１０ｂ…固定子側対向部（対向部）
１２…永久磁石
１１…コイル
３…取付部
３０…貫通孔
Ｗ…ワーク
ｍｃ…磁気回路

Claims (2)

1. ワークと関連付けられる可動子を往復移動させるリニアアクチュエータであって、
   可動子の先端側に配置され当該可動子を構成する鉄心と、前記可動子の基端側に取り付けられ可動子を往復動方向に沿って移動可能に片持ち支持する支持機構と、固定子コアと、固定子コアのうち前記鉄心に対向する対向部に配置される永久磁石と、固定子コアに巻回されるコイルとを含んで構成され、コイルへの通電で生じる磁束によって可動子を固定子コアに対して相対往復移動させる磁気回路を具備してなり、前記可動子を、前記鉄心を含み起磁力を発現しない部材から構成することで可動子の任意の位置を加工可能部位とし、当該可動子の基端又はその近傍に、ワークを可動子に取り付けるための取付部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。
2. 前記可動子には、前記取付部としての貫通孔が形成されている請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

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