JP7163529B1

JP7163529B1 - アクチュエータ

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Publication number: JP7163529B1
Application number: JP2022106449A
Authority: JP
Inventors: 桂三砂川
Original assignee: Iwaki Co Ltd
Current assignee: Iwaki Co Ltd
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-10-31
Anticipated expiration: 2042-06-30
Also published as: JP2024005953A; CN117335627A; WO2024004419A1; CN220556703U

Abstract

【課題】簡便な部品構成で芯出し及び寸法管理を容易にし、磁気回路の効率を向上させる。【解決手段】アクチュエータは、固定子とこの内側を挿通し軸方向に往復動する可動軸と固定子の内側にて可動軸に一体的な可動子とを有する。固定子は固定子本体とこれを内部に収容する外側ヨークとこれの開口部を塞ぐ第１及び第２のストッパとを有する。固定子本体は可動子の軸方向中央部の外周を取り囲む内側ヨークとこれの外周に装着された永久磁石とこれらの両側にボビンを有しこれらを支持する固定子フレームとボビンに巻回されたコイルとを有する。第１のストッパは中央に第１突部を有しこれらの中心に可動軸が挿通する第１孔部を有する。第２のストッパは中央に第２突部を有し中心に可動軸が挿通する第２孔部を有する。各突部は固定子フレームの軸方向両端部に嵌合する。各孔部には可動軸を往復動可能に支持する軸受が装着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

ダイヤフラム等の往復動部材を往復動させる駆動源として、アクチュエータ（例えば、特許文献１参照）が知られている。このアクチュエータは、固定子の内部に可動子が設けられた軸方向に往復動するシャフトを備え、固定子の可動子と径方向に対向する箇所に永久磁石が配置されている。

また、このアクチュエータは、永久磁石と、この永久磁石で形成される磁界を間に位置させるコイルとを有し、コイルに通電することにより生じる磁界の向きを変化させて、シャフトを軸方向に往復動させる構造を備える。また、シャフトは、固定子の軸方向の両端部とフランジとの間に設けられた板ばねによって、軸方向に揺動自在に支持されている。

特開２００８－２５９３３０号公報

上記特許文献１に開示された従来技術のアクチュエータは、永久磁石をフランジに対して接着剤等により固定する必要があるので、接着剤等の厚さを含めた各部品の寸法管理が難しく、また、接着剤等によって磁気回路上にギャップが生じるため、磁気回路の効率も悪くなるという問題がある。更に、固定子の各端部配置された板ばねをシャフトの溝に嵌合させて軸受として機能させているため、シャフトの芯出しが容易ではないという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡便な部品構成で芯出し及び寸法管理を容易にすると共に、磁気回路の効率を向上させることができるアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るアクチュエータは、円筒状の固定子と、この固定子の内側を挿通し軸方向に往復動する可動軸と、前記固定子の内側に設けられ前記可動軸に一体的に装着された円筒状の可動子と、を有する。前記固定子は、円筒状の固定子本体と、この固定子本体を内部に収容する磁性体からなる円筒状の外側ヨークと、前記外側ヨークの両端の開口部を塞ぐ磁性体からなる第１のストッパ及び第２のストッパと、を有する。前記固定子本体は、前記可動子と径方向に対向し前記可動子の軸方向中央部の外周を取り囲むように配置された磁性体からなる円環状の内側ヨークと、前記内側ヨークの外周に装着された円環状の永久磁石と、前記内側ヨーク及び前記永久磁石の前記軸方向の少なくとも一方の側にコイルが巻回されるボビンを有し前記内側ヨーク及び前記永久磁石を支持する円筒状の固定子フレームと、前記固定子フレームのボビンに巻回されたコイルと、を有する。前記第１のストッパは、中央から前記第２のストッパに向かって突出する円筒状の第１突部を有し、前記第１のストッパの中心には前記可動軸が挿通する第１孔部を有する。前記第２のストッパは、中央から前記第１のストッパに向かって突出する円筒状の第２突部を有し、前記第２のストッパの中心は、前記可動軸が挿通する第２孔部を有する。前記第１突部及び前記第２突部は、前記固定子フレームの軸方向両端部に嵌合する。前記可動子は、前記第１突部及び前記第２突部の間に配置される。前記第１孔部及び前記第２孔部には、前記可動軸を往復動可能に支持する軸受が装着されている。

本発明の一実施形態において、前記内側ヨークは、前記固定子フレームにインサート成形により配置される。

本発明の他の実施形態において、前記永久磁石は、前記径方向に着磁されている。また、前記永久磁石は、複数の円弧状の磁石片からなる。

本発明の更に他の実施形態において、前記永久磁石の内周面は、前記内側ヨークの外周面と直接接している。

本発明の更に他の実施形態において、前記永久磁石の外周面は、前記外側ヨークの内周面と直接接している。

本発明の更に他の実施形態において、前記ボビンは、前記内側ヨーク及び前記永久磁石の前記軸方向の一方の側に設けられた第１のボビンと、他方の側に設けられた第２のボビンとを有し、前記固定子フレームは、前記第１のボビンから前記第２のボビンへと巻線を通す巻線溝を有し、前記コイルは、前記第１のボビンから前記第２のボビンへと前記巻線溝を介して連続的に巻回されている。

本発明の更に他の実施形態において、前記外側ヨークと前記第１のストッパとは、一体的に形成されている。

本発明によれば、簡便な部品構成で芯出し及び寸法管理を容易にすると共に、磁気回路の効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るアクチュエータを備えたポンプ装置の外観構成を示す斜視図である。図１のＡ－Ａ線断面図である。図２のＢ－Ｂ線断面図である。同ポンプ装置のダイヤフラムが取り付けられたアクチュエータを示す一部断面図である。同アクチュエータを、一部を切り欠いて示す分解斜視図である。同アクチュエータを示す断面図である。図６のＣ－Ｃ線断面図である。同アクチュエータの固定子本体を、一部を分解して示す斜視図である。同固定子本体の内側ヨークを示す斜視図である。図アクチュエータの動作を説明するための断面図である。図アクチュエータの動作を説明するための断面図である。本発明の他の実施形態に係るアクチュエータを示す断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係るアクチュエータを詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施形態において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、実施形態においては、各構成要素の配置、縮尺及び寸法等が誇張或いは矮小化されて、実際のものとは一致しない状態で示されている場合、並びに一部の構成要素につき記載が省略されて示されている場合がある。

［アクチュエータを備えたポンプ装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータを備えたポンプ装置の外観構成を示す斜視図である。図２は図１のＡ－Ａ線断面図、図３は図２のＢ－Ｂ線断面図である。また、図４は、ポンプ装置のダイヤフラムが取り付けられたアクチュエータを示す一部断面図である。

図１に示すように、ポンプ装置１００は、ポンプヘッド１０と、このポンプヘッド１０が着脱可能に取り付けられる装置本体部５０と、を備える。

ポンプヘッド１０は、例えば樹脂成形品からなる。装置本体部５０は、例えば樹脂製の筐体を有し、その一側面（図１における右側面）側に、上面、側面及び背面の一部を取り除いて形成された凹み形状のヘッド装着部５１を有する。ポンプヘッド１０は、装置本体部５０に対して、それぞれ上面、側面及び背面がはみ出さないように、ヘッド装着部５１に装着されている。このように、ポンプヘッド１０は、ヘッド装着部５１に装着された際に、ポンプ装置１００が全体として矩形状となるように、ヘッド装着部５１の空間を埋めて収まる範囲の寸法で形成されている。

装置本体部５０は、後述するポンプヘッド１０の複数のポンプ室１３（図２参照）にそれぞれ液密に取り付けられる可撓性のダイヤフラム１４（図２参照）と、このダイヤフラム１４を往復動させる複数のアクチュエータ１１０（図４参照）とを内部に有する。なお、ポンプ室１３及びアクチュエータ１１０は、本実施形態では例えばそれぞれ２つずつ設けられている。

また、装置本体部５０は、正面側に設けられた、ディスプレイ５２を有する操作パネル部５３と、装置本体部５０のヘッド装着部５１と反対側の側面に設けられた複数の外部入出力用ポート５４と、を備える。更に、装置本体部５０の内部には、ポンプ装置１００の動作を制御する制御部（図示せず）が設けられている。ディスプレイ５２には、ポンプ装置１００の設定流量をはじめ、ポンプ装置１００に関する各種の情報が表示される。なお、設定流量は、例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ～０．０１ｍｌ／ｍｉｎの流量範囲で設定可能に構成される。

操作パネル部５３は、上記ディスプレイ５２と共に、電源ボタン５３ａ、ポンプ動作の開始・停止ボタン５３ｂ及びカーソル・リターン操作部５３ｃを有する。また、操作パネル部５３は、キャリブレーションボタン５３ｄ、モード設定ボタン５３ｅ、レンジ設定ボタン５３ｆ、ストローク設定ボタン５３ｇ及びＩ／Ｏ設定ボタン５３ｈを有する。

カーソル・リターン操作部５３ｃには、最大量指定ボタン５３ｃａ及びエスケープボタン５３ｃｂが併設されている。ポンプ装置１００のユーザは、操作パネル部５３を介して各種の操作入力を行うことで、ポンプ装置１００の動作・設定等の各種の操作を行うことができる。

図２及び図３に示すように、ポンプヘッド１０は、図示しない接続ナットを介して吸込側ホースが接続された移送流体の吸込口１１と、図示しない接続ナットを介して吐出側ホースが接続された移送流体の吐出口１２と、これら吸込口１１及び吐出口１２と連通する複数のポンプ室１３と、を有する。ポンプヘッド１０は、その内部に、水平方向に並設された複数のバルブモジュール２０を収容する。バルブモジュール２０は、垂直方向に配置された、例えばボールバルブにより構成される吸込バルブ３０及び吐出バルブ４０を有する。

ポンプヘッド１０のポンプ室１３には、吸込側ホース、吸込口１１及びポンプ室連絡流路７４を介してタンク（図示せず）からの移送流体を内部に導入するようになっている。また、ポンプ室１３からは、ポンプ室連絡流路７４、吐出口１２及び吐出側ホースを介して内部の移送流体を外部に吐出するようになっている。

ポンプヘッド１０は、複数のバルブモジュール２０の吸込バルブ３０及び吐出バルブ４０の間で垂直方向に分離可能な複数のポンプヘッドブロックを構成する第１ブロック１５及び第２ブロック１６を有する。第１ブロック１５は、側面に形成された吸込口１１と連通し水平方向に延びる第１吸込側流路７１と、この第１吸込側流路７１と連通し垂直方向の上方に延びる複数の第２吸込側流路７２と、を有する。

第１ブロック１５には、第２吸込側流路７２と連通し上方に向けて開口すると共に、バルブモジュール２０の吸込バルブ３０側の部分が収容される複数の第１収容室７３が形成されている。また、第１ブロック１５には、ダイヤフラム１４と共にポンプ室１３を形成するためのダイヤフラム取付孔１７が、第１及び第２吸込側流路７１，７２と交差する方向で、装置本体部５０のヘッド装着部５１の壁面に向けて開口するように形成されている。ダイヤフラム取付孔１７は、ポンプ室１３の上部がバルブモジュール２０の周方向に所定間隔で配置された複数の側方流路の位置よりも低くなる第１ブロック１５の位置に設けられている。なお、上述したポンプ室連絡流路７４は、複数のポンプ室１３からそれぞれ斜め上方に延びて複数の第１収容室７３と連通する。

第２ブロック１６は、側面に形成された吐出口１２と連通し水平方向に延びる第１吐出側流路８１と、この第１吐出側流路８１と連通し垂直方向の下方に延びる複数の第２吐出側流路８２と、を有する。第２ブロック１６には、第２吐出側流路８２と連通し下方に向けて開口すると共に、バルブモジュール２０の吐出バルブ４０側の部分が収容される複数の第２収容室８３が形成されている。なお、各第２収容室８３の上方には、円錐台状空間８４が形成され、この円錐台状空間８４を介して第２吐出側流路８２と連通するようになっている。

第１ブロック１５及び第２ブロック１６は、垂直方向に延伸する、結合手段としての複数の固定ボルト１９によって、ねじ止め固定されることにより一体化され、ポンプヘッド１０を構成する。本実施形態の第１ブロック１５及び第２ブロック１６は、一体化されたときの装置本体部５０の操作パネル部５３側の角部が、それぞれ面取りされたような矩形状を有している。このように構成されたポンプヘッド１０は、装置本体部５０に対し、取付孔１５ａを介して図示しない複数の取付ねじでヘッド装着部５１にねじ止め固定されることにより、装置本体部５０の側面側に一体的に装着される。

図４に示すように、アクチュエータ１１０は、例えば電磁アクチュエータで、位相をずらせて複数のダイヤフラム１４をそれぞれ駆動可能に構成されている。アクチュエータ１１０の基端側には、電気配線６２ａ及び信号配線６２ｂが接続された制御基板６２が設けられている。なお、制御基板６２には、例えば可動軸１１２の位置を検出する図示しない位置センサ（例えば、リニアエンコーダ等）が実装されている。アクチュエータ１１０の制御基板６２とは反対側の先端側は、装置本体部５０の図示しない内部取付部への取付パネル６３に、例えばねじ止め等により装着されている。

［アクチュエータの構成］
図５は、アクチュエータ１１０を、一部を切り欠いて示す分解斜視図である。また、図６はアクチュエータ１１０を示す断面図、図７は図６のＣ－Ｃ線断面図である。
図５～図７に示すように、アクチュエータ１１０は、円筒状の固定子１１１と、この固定子１１１の内側を挿通し、中心軸Ｐで示す軸方向に往復動する可動軸１１２と、固定子１１１の内側に設けられ、この可動軸１１２に一体的に装着された円筒状の可動子１１３と、を備える。

固定子１１１は、円筒状の固定子本体１２０と、この固定子本体１２０を内部に収容する磁性体からなる有底円筒状のケース部材となる外側ヨーク１１４と、この外側ヨーク１１４の開口部１１４ａに嵌まる磁性体からなる蓋状のストッパ１１５と、を備える。固定子本体１２０は、外側ヨーク１１４の内部において、可動子１１３と径方向に対向する状態で僅かな隙間（クリアランス）を介して、可動子１１３の周囲を覆うように配置される。

固定子本体１２０は、例えば樹脂成形品からなる固定子フレーム１２１を有する。固定子フレーム１２１は、軸方向の中央部に磁性体からなる円環状の内側ヨーク１１７をインサート成形により支持している。内側ヨーク１１７は、可動子１１３の軸方向中央部の外周を所定のクリアランスを介して取り囲むように配置されている。内側ヨーク１１７の外周側には円環状の永久磁石１１６が装着されている。固定子フレーム１２１は、内側ヨーク１１７及び永久磁石１１６の軸方向の一方の側に第１のボビン１２１ａを有し、他方の側に第２のボビン１２１ｂを有する。これらのボビン１２１ａ，１２１ｂには、コイル１１８が巻回されている。なお、ボビン１２１ａ，１２１ｂのいずれか一方のみが、内側ヨーク１１７及び永久磁石１１６の軸方向の一方の側に設けられ、コイル１１８は、この一方の側に設けられたボビン１２１ａ又は１２１ｂにのみ巻回されたものであっても良い。

図８は、固定子１１１の固定子本体１２０を、一部を分解して示す斜視図である。図９は、固定子本体１２０の内側ヨーク１１７を示す斜視図である。
図８に示すように、固定子フレーム１２１のボビン１２１ａ，１２１ｂの間の円環状スペースには、一対の円環状板１２４ａ，１２４ｂに挟まれた溝状の取付部１２４が形成されている。図７及び図８に示すように、永久磁石１１６は、上述した固定子フレーム１２１に形成された溝状の取付部１２４に取り付けられる。永久磁石１１６は、全体で円環状をなす複数（ここでは、６つ）の円弧状の磁石片１１６ａにより構成されている。

永久磁石１１６を構成する各磁石片１１６ａは、例えば径方向外側がＮ極（又はＳ極）及び径方向内側がＳ極（又はＮ極）となるようにそれぞれ着磁されている。各磁石片１１６ａは、接着剤等を介さずに、内側ヨーク１１７に直接接し、内側ヨーク１１７に磁気力によって取り付けられる。

固定子フレーム１２１の取付部１２４を構成する円環状板１２４ａ，１２４ｂは、周方向の一部に切欠部を有し、この切欠部で両円環状板１２４ａ，１２４ｂが連結されることにより、コイル１１８の巻線を通すための巻線溝１２２が形成されている。また、固定子フレーム１２１の一方の端部（外側ヨーク１１４の底部１１４ｃと対向する端部）には、底部１１４ｃに形成された孔部１１４ｆ（図６参照）に嵌まる回転位置決め用の突起部１２３が形成されている。この突起部１２３には、コイル１１８の巻線を通す複数の孔部１２３ａが形成されている。

コイル１１８の巻線は、複数の孔部１２３ａの一つを通り、一方のボビン１２１ａに巻回されたのち、ボビン１２１ａと円環状板１２４ａとの間に設けられた脇溝１２２ｂに一巻きされる。そして、コイル１１８の巻線は、巻線溝１２２の底部１２２ａ（図６参照）に軸方向に沿って沿わされ、巻線溝１２２を介して他方のボビン１２１ｂまで延ばされる。その後、他方のボビン１２１ｂと円環状板１２４ｂとの間に設けられた脇溝１２２ｃに一巻きされた後、ボビン１２１ｂに巻回され、巻線溝１２２を再度介して複数の孔部１２３ａの他の一つに戻るように、２つのボビン１２１ａ，１２１ｂに連続的に巻回することができる。これにより、１回の巻線工程でコイル１１８を形成することが可能である。

図７及び図９に示すように、内側ヨーク１１７は、外周側の例えば周方向に均等に配置された４箇所に、軸方向に延びる溝部１１７ａを有する。本実施形態においては、内側ヨーク１１７は、固定子フレーム１２１にインサート成形により配置される。すなわち、固定子フレーム１２１の樹脂成形時に、樹脂部材が溝部１１７ａ内にも充填されて２つのボビン１２１ａ，１２１ｂが繋がった状態で内側ヨーク１１７はインサート成形される。これにより、内側ヨーク１１７は、その内周面１１７ｂ（図７参照）が固定子フレーム１２１の内周面１２５（図６参照）と正確に同一面となるように、固定子フレーム１２１と一体化される。

一方、図６に示すように、外側ヨーク１１４は、底部１１４ｃの中央から開口部１１４ａに向かって突出する円筒状の第１突部１１４ｄを有する。固定子本体１２０が外側ヨーク１１４に収納される際には、固定子フレーム１２１の内周面１２５の一方の端部が外側ヨーク１１４の第１突部１１４ｄと嵌合する。また、固定子本体１２０の永久磁石１１６及びボビン１２１ａ，１２１ｂのうちの少なくとも永久磁石１１６の外周面は、外側ヨーク１１４の円筒部１１４ｂの内周面と直接接するような寸法となっていることが、永久磁石１１６の固定及び磁気効率の点では望ましい。一方、組立性の点では僅かにクリアランスがあることが望ましい。

外側ヨーク１１４の開口部１１４ａに嵌まるストッパ１１５は、中央から第１突部１１４ｄに向かって突出する円筒状の第２突部１１５ａを有する。ストッパ１１５は、固定子本体１２０が収容された外側ヨーク１１４の開口部１１４ａに嵌まる際には、ストッパ１１５の外周が外側ヨーク１１４の円筒部１１４ｂの内周面に嵌合し、第２突部１１５ａが固定子フレーム１２１の内周面１２５の他方の端部と嵌合する。このように、第１突部１１４ｄ及び第２突部１１５ａは、固定子フレーム１２１の軸方向両端部に嵌合する。ストッパ１１５が、外側ヨーク１１４に完全に嵌合されると、外側ヨーク１１４の底部１１４ｃとストッパ１１５の内側面１１５ｃとで固定子本体１２０は、軸方向にも挟持される。これにより、固定子本体１２０は、外側ヨーク１１４及びストッパ１１５に対して正確に位置決め固定される。このとき、第１突部１１４ｄと第２突部１１５ａの対向端面間の距離は、可動子１１３の軸方向長さに可動子１１３の軸方向移動距離を加えた長さよりも長い距離になることが望ましい。これにより、可動子１１３が軸方向に往復移動した際に、可動子１１３が第１突部１１４ｄ及び第２突部１１５ａに衝突するのを回避することができる。

なお、外側ヨーク１１４は、底部１１４ｃ及び第１突部１１４ｄの中心部に、可動軸１１２が貫通する第１孔部１１４ｅを有する。また、ストッパ１１５は、中心部に、可動軸１１２が貫通する第２孔部１１５ｂを有する。これら孔部１１４ｅ，１１５ｂには、可動軸１１２を軸支する軸受１１９が圧入等により装着される。軸受１１９は、例えばフッ素樹脂がコーティングされたドライタイプの軸受（乾式軸受）であり、望ましくは磁性材料により構成されている。この構成により、可動軸１１２の芯出しは、外側ヨーク１１４とストッパ１１５と、これらに装着される軸受１１９によってのみ決めることができ、正確な芯出しが可能になる。この結果、固定子１１１と可動子１１３のクリアランスも正確に決定することができる。

［アクチュエータの製造方法］
このように構成されたアクチュエータ１１０は、例えば次のように製造される。まず、固定子本体１２０を製造する。固定子本体１２０は、例えば次のように製造される。まず、内側ヨーク１１７を金型にセットした状態でインサート樹脂成形により固定子フレーム１２１を成形する。次に、巻線を固定子フレーム１２１の２つのボビン１２１ａ，１２１ｂに１回の巻線工程で巻回し、コイル１１８を配置する。最後に、円弧状の磁石片１１６ａを固定子フレーム１２１の取付部１２４に一つずつ嵌め込んでいき、永久磁石１１６を内側ヨーク１１７の外周面に密着するように配置して、固定子本体１２０を形成する。なお、永久磁石１１６を配置する際に取付部１２４に最後に嵌め込む円弧状の磁石片１１６ａは、径方向に反発し易い傾向があるが、嵌め込み自体は容易である。なお、円弧状の磁石片１１６ａを固定子フレーム１２１の取付部１２４に嵌め込んだ後、永久磁石１１６の外周にテープを巻き付けても良い。

次に、上記のように製造された固定子本体１２０を、突起部１２３が孔部１１４ｆに挿入されるように、外側ヨーク１１４の内側の最終位置まで挿入する。続いて、可動子１１３が装着された可動軸１１２を固定子本体１２０の内側に挿入し、軸受１１９に最終位置まで挿入する。なお、可動子１１３の外周面１１３ａの一部には、軸方向に延びる溝１１３ｂが形成されている。この溝１１３ｂに、固定子フレーム１２１の内周面１２５に形成された突起１２６が嵌まるように、可動子１１３を固定子本体１２０の内側に挿入する。これにより、可動子１１３の回転方向の動きを防止することができる。最後に、可動軸１１２が軸受１１９を通るようにストッパ１１５を外側ヨーク１１４に取り付けて、アクチュエータ１１０を形成する。

［実施形態の効果］
本実施形態のアクチュエータ１１０によれば、内側ヨーク１１７がインサート成形により固定子フレーム１２１に一体的に配置されているので、固定子フレーム１２１に対して内側ヨーク１１７を精度良く配置することができる。また、固定子フレーム１２１は、外側ヨーク１１４の第１突部１１４ｄと、ストッパ１１５の第２突部１１５ａとに嵌合することにより、外側ヨーク１１４とストッパ１１５に対しても精度良く位置決めすることができる。更に、可動軸１１２は、外側ヨーク１１４の第１孔部１１４ｅに装着された軸受１１９と、ストッパ１１５の第２孔部１１５ｂに装着された軸受１１９とによって支持される。このため、可動軸１１２は、外側ヨーク１１４及びストッパ１１５に対して精度良く芯出しされ、結果的に、固定子フレーム１２１、すなわち固定子本体１２０に対しても精度良く芯出しされることになる。これにより、可動子１１３の外周面１１３ａと、内側ヨーク１１７及び固定子フレーム１２１の内周面１１７ｂ，１２５との間に所定のクリアランスを精度良く確保することができる。

また、円環状の永久磁石１１６は、内側ヨーク１１７の外周面に直接接触することで磁気力によって固定され、外周面が外側ヨーク１１４の内周面によって覆われるので、永久磁石１１６を接着等によって固定する必要がなく、その結果、磁気回路の効率を向上させることができる。なお、各軸受１１９を磁性材料で構成すれば、これらも磁気回路として利用することができるので、更に磁気回路の効率の向上を図ることができる。

図６に示すように、アクチュエータ１１０の可動軸１１２は、図６中矢印で示す軸方向に、アクチュエータ１１０の駆動力によって往復駆動される。この可動軸１１２の先端側には、軸方向の奥部にねじ部が設けられたボルト取付孔１１２ａが形成されている。このボルト取付孔１１２ａには、図２及び図４に示すように、インサートボルト１９ａが取り付けられる。すなわち、可動軸１１２の先端側には、往復動部材であるダイヤフラム１４が、インサートボルト１９ａを介して装着される。ダイヤフラム１４の中央背面部は、可動軸１１２に装着されたリテーナ１８によって支持されている。

なお、アクチュエータ１１０が装着された取付パネル６３とダイヤフラム１４との間には、円筒状のブラケット６６が取り付けられている。ブラケット６６は、内部に防水用のブッシュ６５を有し、ポンプヘッド１０の第１ブロック１５のダイヤフラム取付孔１７に嵌合する。ダイヤフラム１４の周縁部は、ダイヤフラム取付孔１７の底部とブラケット６６との間で挟持される。ダイヤフラム１４は、その前面中央部でポンプヘッド１０の第１ブロック１５との間にポンプ室１３を形成する。

ポンプ装置１００は、次のように動作する。すなわち、装置本体部５０の制御部は、操作パネル部５３を介して入力された設定情報に基づき、所定の流量で移送流体を移送するために、２つのアクチュエータ１１０のいずれか一方の可動軸１１２と共にダイヤフラム１４を水平方向に後退させる吸込動作と、いずれか他方の可動軸１１２と共にダイヤフラム１４を水平方向に前進させる吐出動作と、を並行して実行する。すなわち、例えば吸込動作においては、バルブモジュール２０の吸込バルブ３０が開くと共に吐出バルブ４０が閉じる。また、例えば吐出動作においては、バルブモジュール２０の吐出バルブ４０が開くと共に吸込バルブ３０が閉じる。このように、アクチュエータ１１０は、位相をずらせて複数のダイヤフラム１４をそれぞれ駆動可能に構成されている。

図１０及び図１１は、アクチュエータ１１０の動作を説明するための断面図である。なお、図１０は吐出時の動作を示し、図１１は吸込時の動作を示している。
アクチュエータ１１０においては、ダイヤフラム１４の張力、ポンプ室１３の内圧等による軸方向の力と、固定子本体１２０のコイル１１８に通電することにより生じる力とがバランスした状態では、可動軸１１２の可動子１１３を径方向に挟むように配置された永久磁石１１６から生じるバイアス磁束Ｆｂ（図１０及び図１１参照）によって、可動子１１３は、固定子本体１２０の内周側で、図６に示すような中立位置に配置される。バイアス磁束Ｆｂは、外側ヨーク１１４、ストッパ１１５、可動子１１３及び内側ヨーク１１７を流れる。

この状態から、コイル１１８に流れる電流を増やした場合、コイル１１８に流れる電流により生じる磁界と、永久磁石１１６から生じる磁界の向きとに基づいて、可動軸１１２が軸方向に沿って往復動される。可動軸１１２がどの方向に移動するかは、コイル１１８に流れる電流の向きによって変化する磁界により定められる。

図１０に示すように、例えばコイル１１８に対して順方向の通電を行うと、制御磁束Ｆｃ１のような磁束の流れが生じる。この電流から生じる制御磁束Ｆｃ１の流れと、永久磁石１１６から生じるバイアス磁束Ｆｂの流れとから発生する磁束の偏りによって、可動子１１３が装着された可動軸１１２を図中矢印で示す前進する方向に移動させる推力が発生する。具体的には、固定子本体１２０の軸方向の中央部よりも図中右側における２つの磁束が互いに強め合い、図中左側における２つの磁束が互いに弱め合う。

これにより、可動軸１１２は可動子１１３と共に前進し、ダイヤフラム１４がポンプ室１３を収縮させるので、吐出動作が行われる。なお、このとき、可動子１１３は、その外周面１１３ａが内側ヨーク１１７の内周面１１７ｂ及び固定子フレーム１２１の内周面１２５と非接触状態で、可動子１１３の軸方向端面１１３ｃとストッパ１１５の第２突部１１５ａの軸方向端面１１５ｄとが衝突しないように移動制御され得るので、動作音をほぼ皆無にすることができる。

一方、例えば図１１に示すように、コイル１１８に対して逆方向の通電を行うと、制御磁束Ｆｃ２のような磁束の流れが生じる。この電流から生じる制御磁束Ｆｃ２の流れと、永久磁石１１６から生じるバイアス磁束Ｆｂの流れとから発生する磁束の偏りによって、可動子１１３が装着された可動軸１１２を図中矢印で示す後退する方向に移動させる推力が発生する。具体的には、固定子本体１２０の軸方向の中央部よりも図中左側における２つの磁束が互いに強め合い、図中右側における２つの磁束が互いに弱め合う。

これにより、可動軸１１２は可動子１１３と共に後退し、ダイヤフラム１４がポンプ室１３を膨張させるので、吸込動作が行われる。なお、このとき、可動子１１３は、その外周面１１３ａが内側ヨーク１１７の内周面１１７ｂ及び固定子フレーム１２１の内周面１２５と非接触状態で、可動子１１３の軸方向端面１１３ｄと外側ヨーク１１４の第１突部１１４ｄの軸方向端面１１４ｇとが衝突しないように移動制御され得るので、動作音をほぼ皆無にすることができる。可動軸１１２は、このような順方向及び逆方向の電流の切り替えが交互に行われることで、軸受１１９に軸支された可動軸１１２が、可動子１１３がどこにも接触しない状態で、軸方向に往復動される。

［アクチュエータの他の構成］
図１２は、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータを示す断面図である。なお、図１２を含む以降の説明においては、先の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。

図１２に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１１０Ａは、外側ヨーク１１４Ａが円筒部１１４ｂを有する点は、先の実施形態と同様であるが、この外側ヨーク１１４Ａの軸方向両端の開口部１１４ａ１，１１４ａ２に、それぞれ第１のストッパ１１５Ａ及び第２のストッパ１１５が嵌められている点が先の実施形態と相違している。

すなわち、先の実施形態の外側ヨーク１１４の底部１１４ｃ及び第１突部１１４ｄを、円筒部１１４ｂとは別体のアッセンブリ部品の第１のストッパ１１５Ａとして構成したものである。このような構成によっても、固定子本体１２０は、第１突部１１４ｄ及び第２突部１１５ａによって軸方向に挟持される。従って、固定子本体１２０は、外側ヨーク１１４Ａ、第１のストッパ１１５Ａ及び第２のストッパ１１５に対して正確に位置決め固定されるので、可動軸１１２の芯出しが正確に行われ得る等の先の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。この実施形態によれば、外側ヨーク１１４Ａが円筒形なので、先の実施形態よりも製造が容易である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ポンプヘッド
５０装置本体部
１００ポンプ装置
１１０，１１０Ａアクチュエータ
１１１固定子
１１２可動軸
１１３可動子
１１４，１１４Ａ外側ヨーク
１１５，１１５Ａストッパ
１１６永久磁石
１１７内側ヨーク
１１８コイル
１１９軸受
１２０固定子本体
１２１固定子フレーム

Claims

円筒状の固定子と、
この固定子の内側を挿通し軸方向に往復動する可動軸と、
前記固定子の内側に設けられ前記可動軸に一体的に装着された円筒状の可動子と、
を有し、
前記固定子は、
円筒状の固定子本体と、
この固定子本体を内部に収容する磁性体からなる円筒状の外側ヨークと、
前記外側ヨークの両端の開口部を塞ぐ磁性体からなる第１のストッパ及び第２のストッパと、
を有し、
前記固定子本体は、
前記可動子と径方向に対向し前記可動子の軸方向中央部の外周を取り囲むように配置された磁性体からなる円環状の内側ヨークと、
前記内側ヨークの外周に装着された円環状の永久磁石と、
前記内側ヨーク及び前記永久磁石の前記軸方向の少なくとも一方の側にコイルが巻回されるボビンを有し前記内側ヨーク及び前記永久磁石を支持する円筒状の固定子フレームと、
前記固定子フレームのボビンに巻回されたコイルと、
を有し、
前記第１のストッパは、中央から前記第２のストッパに向かって突出する円筒状の第１突部を有し、前記第１のストッパの中心には前記可動軸が挿通する第１孔部を有し、
前記第２のストッパは、中央から前記第１のストッパに向かって突出する円筒状の第２突部を有し、前記第２のストッパの中心は、前記可動軸が挿通する第２孔部を有し、
前記第１突部及び前記第２突部は、前記固定子フレームの軸方向両端部に嵌合し、
前記可動子は、前記第１突部及び前記第２突部の間に配置され、
前記第１孔部及び前記第２孔部には、前記可動軸を往復動可能に支持する軸受が装着されている
アクチュエータ。
前記内側ヨークは、前記固定子フレームにインサート成形により配置される
請求項１記載のアクチュエータ。
前記永久磁石は、前記径方向に着磁されている
請求項１又は２記載のアクチュエータ。
前記永久磁石は、複数の円弧状の磁石片からなる
請求項１又は２記載のアクチュエータ。
前記永久磁石の内周面は、前記内側ヨークの外周面と直接接している
請求項１又は２記載のアクチュエータ。
前記永久磁石の外周面は、前記外側ヨークの内周面と直接接している
請求項１又は２記載のアクチュエータ。
前記ボビンは、前記内側ヨーク及び前記永久磁石の前記軸方向の一方の側に設けられた第１のボビンと、他方の側に設けられた第２のボビンとを有し、
前記固定子フレームは、前記第１のボビンから前記第２のボビンへと巻線を通す巻線溝を有し、
前記コイルは、前記第１のボビンから前記第２のボビンへと前記巻線溝を介して連続的に巻回されている
請求項１記載のアクチュエータ。
前記外側ヨークと前記第１のストッパとは、一体的に形成されている
請求項１記載のアクチュエータ。