JPH03243161A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高精度の制御可能なｉ電磁アクチエエータ
に関する。

〔従来の技術］ 従来一般に使用されている電磁すニヤアクチュエータと
しては、例えば実公昭４８−１２９０号公報に示されて
いるように、ステップモータを一次元に展開した構成の
もの、すなわち一定ピツチの歯を有する磁性材料のロッ
ド又は永久磁石を一定ビノチで配置したロッド上に、同
様に表面に歯を設けた複数個の１を磁石を配置し、各々
の電磁石に系統的にパルス電流を与えて磁場を移動させ
、対面するロッドの表面の歯の位置及び電磁石表面の歯
の位Ｉのずれにより駆動力を発生させるようにした方式
がある。

また実開昭５６−１１６８８７号公報に開示されている
ように、磁性材料又はｉ！Ａ磁性材料よりなるロッドを
円筒状コイルの中心軸上に配置し、ロッドの形状及び位
置によって生しる磁場内の力学的平衡のずれによって駆
動力を発生させるようにした方式がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上記実公昭４８−１２９０号公報開示の方式に
おいては、ｔＷＬ石を励磁した場合、磁束密度の状態が
ロッド軸に対して軸対称でなく、ロッド及び電磁石間の
力のバランスが大きく変動することにより、ロッド保持
機構に大きな力が作用し、アクチュエータ制御の精度及
び応答性能を高めることが円舞であるという問題点があ
る。

一方、実開昭５６−１１６８８７号公報開示のものは、
ロッドの位置によって駆動力が異なりストロークも小さ
い、またデジタル的にロッドを移動させるには、ロッド
の移動を一時的に拘束するステータを用いてロッドのパ
ルス制御を行うことにより可能であるが、ステータの非
拘束期間中におけるロッドの移動量を定量的に設定する
ことは円舞であり、アクチュエータ制御の精度を高める
ことはできないという問題点がある。

本発明は、従来の電磁すニヤアクチュエータにおける上
記問題点を解決するためになされたもので、駆動制御の
精度及び応答性能を向上させた電磁アクチュエータを提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本願請求項１記載の発明は、外表面上に一
定のピッチで多数配列された環状歯を有する磁性材料か
らなる円筒状ロッドに対して、円周に沿った中間部を欠
如し前記円筒状ロッドに遊嵌する内周壁を有する中空環
状体からなる電磁石コアと、該コアの内周壁表面に前記
円筒状ロッドの環状歯と同一ピッチで設けた多数の環状
歯と、前記コア内に巻回配置された励磁コイルとからな
る電磁石を複数個嵌合し、各を磁石の環状歯の位置が円
筒状ロッドの環状歯の位置と順次ずれるよう゛に各電磁
石間の間隔を設定して配置し、各電磁石をオン・オフ制
御して前記円筒状ロッドを軸方向に駆動するように構成
するものである。

このように構成したａｒ１１１アクチュエータにおいて
、各電磁石を順次励磁制御すると、電磁石で発生した磁
束はコアの中間欠如部で対面するロッド表面を通り磁気
回路を閉しる。これにより位置がずれている電磁石の環
状歯とロッドの環状歯に対して相互の歯の位置が一致す
るまで強力な軸方向の力が発生してロッドを軸方向に移
動させ、歯の位置が一致した状態で停止する。この場合
、ロッドの形状が円筒状であり、またｔＴ６１石のコア
が中空環状体であるため、精度の高い軸対称構成が得ら
れ、したがって完全な軸対称の磁束分布が得られ、それ
により１ｉ磁石及びロッド間に作用するラジアル方向の
力を小さくすることができ、ロッドの軸方向の移動の制
御を容易に行うことができる。

また本ＩｔＪ請求項２記載の発明は、前記請求項１にお
ける円筒状ロッド及び電磁石の各環状歯に、該環状歯と
交叉して軸方向に伸び円周まわりに一定間隔で形成した
螺旋溝をそれぞれ設け、前記円筒状ロッドの螺旋溝と電
磁石の螺旋溝とはその傾斜角を異ならせ、且つ前記電磁
石と連結して前記円筒状ロッドの軸方向の移動を拘束す
る拘束用電磁石を設け、該円筒状ロッドの軸方向の移動
を止めた状態で軸まわりに該円筒状ロッドを回転させる
機能及び該円筒状ロッドの軸まわりの回転を止めた状態
で軸方向に該円筒状ロッドを駆動する機能をもたせるよ
うに構成するものである。

このように構成することにより、前記請求項１記戦の発
明の作用の他に、拘束用電磁石を作動させることによっ
て円筒状ロッドの軸方向の移動を拘束した状態で、各環
状歯及び螺旋溝による磁力のバランスによって円筒状ロ
ッドを軸まわりに回転させることができ、また拘束用電
磁石の作動を解除することによって軸まわりの回転を止
めた状態で、円筒状ロッドを軸方向に移動させることが
できる。

〔実施例］ 次に実施例について説明する。第１図は、請求項１記載
の発明に係る電磁アクチュエータの原理を説明するため
の説明図である０図において、１は透磁性の高い材料を
使用した円筒状のロッドで、２Ａ及び２Ｂは前記円筒状
ロッド１の外表面に形成した歯と溝であり、該ロッド１
の軸方向に対してピンチ幅Ｐの間隔でほぼ全域に亘って
形成されている。３．４．５はロッド１に遊嵌するリン
グ状の駆動用電磁石であり、それぞれコイル６．７８と
電磁石用のコア９．１０．１１から構成されており、コ
イル６．７．８は円周方向に巻かれている。

前記コア９．１０．１１は中空円環状で、内周面の一部
が円周方向に沿って欠落し開口部を形成している。開口
部の両側には内周面に沿ったリング状の端面部９　ａ、
９　ｂ、１０ａ、１０ｂ、ｌｌａ、ｌｌｂが形成されて
おり、ロッドＩの外周面に近接するように配置されてい
る。前記端面部上にはロッド１の外周表面上の歯２Ａと
同様の形状及びピッチ幅の歯１２ａ、１２ｂ、１３ａ、
１３ｂ、１４ａ、１４ｂがそれぞれ形成されており、ロ
ッドｌの外周表面の歯２Ａと近接して対面するようにな
っている。

また第１図に示すように各電磁石３，４．５間の距離を
調整し、電磁石３の端面部９ａ、９ｂ上の歯１２ａ、１
２ｂの位置とロッド１の歯２Ａの位置を一致させた場合
、電磁石４の歯１３ａ、１３ｂがロッド１の歯２Ａに対
して該歯２Ａの幅ｄの長さずれるように構成されている
。また同様に電磁石５の歯１４ａ、１４ｂの位置とロッ
ド１の歯２Ａの位置とのずれは溝２Ｂの幅２ｄになるよ
うに設定されている。１５は非磁性体からなるスペーサ
であり、各電磁石３，４．５の相互間の距離を調整し、
各電磁石の歯とロッドｌの歯２Ａとの相対位置を順次ｄ
の長さずらすための電磁石間隔調整用スペーサである。

そして電磁石３のコイル６に電流を流すと、電磁石３の
コア９及び該コア９の端面部９ａ上の歯１２ａが励磁さ
れ、更に歯１２ａに対面するロッド１の歯２Ａ、コア９
の開口部に対面するロッドｌの区間、コア９の端面部９
ｂ上の歯１２ｂに対するロッドｌの歯２Ａ、コア９の端
面部９ｂ上の歯１２ｂと順次励磁され、矢印Ａ、Ｂで示
す方向にコイルまわりを回る磁気回路が形成される。

なおロッド１の歯２Ａ間の溝２Ｂ及び各コア９゜１０、
１１の各端面部上の歯間の同様の溝は、非磁性体の材料
を埋め込むことによって、ロフトｌの外周表面と、電磁
石３．４．５の内周面上の端面部を凹凸のない滑らかな
面にすることができる。

第２図は電磁石３部分の構造を一部断面で示す斜視図で
ある。電磁石３の中空円環状コア９の内周表面の中間部
は欠落し開口部を形成している。

そして該開口部の両便の端面部９ａ、９ｂ上にロッド１
の外周表面上の歯２Ａと同様の歯１２ａ及び１２ｂが形
成されており、コア９の内側の内周に沿ってコイル６が
巻かれている。

次に第１図及び第２図に基づいて、本発明に係る電磁ア
クチュエータの動作を説明する。まず電磁石３のみに電
流を流すと、電磁石３の歯１２ａ。

１２ｂの位置と該歯１２ａ、１２ｂに対面しているロッ
ド１の歯２Ａの位置は一致した状態で静止する。

次に電磁石３の励磁を解いて電磁石４に電流を流し励磁
すると、電磁石４の歯１３ａ、１３ｂの位置からｄの長
さずれた位置にあるロッド１の歯２Ａに軸方向の引力が
作用し、ロッド１は矢印Ｃ方向にｄだけ移動し、電磁石
４のコア端面部１０ａ、１０ｂ上の歯１３ａ及び１３ｂ
の位置とロッド１の歯２Ａの位置がちょうど一致した位
置で停止する。この動作と同時に電磁石５の歯１４ａ及
び１４ｂは、ロッド１の歯２Ａに対して矢印Ｃ方向と反
対方向にｄの長さだけ移動したことになり、ロッド１の
歯２Ａとのずれは２ｄからｄになる。

次に電磁石４の電流を断ち電磁石５に電流を流すと、ロ
ッド１は矢印Ｃ方向にｄだけ移動し、電磁石５のコア端
面部１１ａ、ｌｌｂ上の歯１４ａ及び■４ｂの位置とロ
ッド１の歯２Ａの位置が一致してロッドｌは停止する。

同時に最初に駆動した電磁石３のコア端面部９ａ、９ｂ
上の歯１２ａ及び１２ｂとロッド１の歯２Ａの位置のず
れはｄになる。したがって電磁石５の電流を断ち同時に
電磁石３に電流を流すと、ロッド１は矢印Ｃ方向に更に
ｄだけ移動し、電磁石３の当初の作動時よりロッド１は
ピッチ幅Ｐ（＝３ｄ）だけ移動する。

このように電磁石３，４．５の周期的な励磁操作を繰り
返して行うことにより、ロッド１は矢印Ｃ方向にｄずつ
順次移動し続ける。また上記電磁石の励磁操作の順序を
逆にして、電磁石５．４３の順序に電流を流すと、ロッ
ドｌは上記移動とは逆に、すなわち矢印Ｃ方向と反対方
向にｄずつ移動する。また電磁石３，４．５の内の１個
又は２個の電磁石への電流供給を継続することにより、
ロッドｌの軸方向の移動を拘束することができる。

このように各ｔＴｉ１石３，４．５へ電流を供給する順
序、パルス数及びパルスの周波数によって、ロッド１の
軸方向の位置及び移動速度を制御することができる。

次に上記発明の原理に基づいて構成した電磁アクチュエ
ータの第１の実施例を第３図（８）、田）に示す、なお
第３図Ｇｅｌは第３図（８）のＩ−１線に沿った断面図
で、また第３図（２）、田）において第１図と同一又は
同等部材には同一符号を付して示している。

第３図（Ａ）、［Ｂ）において、１６は前記電磁石３，
４゜５をカバーして押さえる外筒、１７は電磁石３，４
゜５と外？Ｊ１６をねし等によって固定する側板、１８
は電磁石３，４．５によって駆動されるロッドｌの外表
面と電磁石３，４．５のコア端面部との間隔を一定に保
ちロッド１の移動を円滑にするための軸受、１９はパツ
キン、２０はリード線引出口、２１はリード線であり、
ロッドｌの軸方向の移動を制御するパルス電流はリード
線２１により１４ｉｆｔ石３，４゜５に供給される。こ
の実施例による電磁アクチュエータの動作は、第１図の
説明図で示したものの動作と同一である。

第４図（８）、ＣＢ）は、第１図及び第２図の説明図で
示した発明の第２実施例を示す一部断面で表す平面図、
及びその■−■線に沿った断面図である。

この実施例は、ロッド１の外表面及び各を磁石３゜４．
５のコア端面部上に、それぞれ歯列と直交し軸方向に平
行な溝２Ｃ及び１２ｃ、１３ｃ、１４ｃを設けたもので
ある。このようにロッド１の外表面に溝２Ｃを、電磁石
３，４．５のコア端面部上に溝１２ｃ、１３ｃ、１４ｃ
を形成することにより、アクチュエータの駆動動作中に
おいて、ロッドｌの溝２Ｃとコア端面部上の溝１２ｃ、
１３ｃ、１４ｃが一致するように磁気力が作用し、これ
にまりロッド１を回転せずに軸方向に移動させることが
できる。

第５図（８）〜■）は、特許請求の範囲の請求項２記載
の発明の詳細な説明する説明図で、この発明は、請求項
１記載の発明において、更にアクチュエータのロッドが
任意の位置において軸まわりに回転でき、また軸まわり
に回転することなく軸方向に移動する機能をもつように
したものである。

第５図（８）は、第１図示したロッド１の外表面上の歯
２Ａに対する電磁磁石、４．５の歯１２ａ、１２ｂ、１
３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの配置関係を示す図テア
ル。第５図［Ｂｌは！ｍ磁石３．４．５７）コア９゜１
０、１１のそれぞれの端面部上の歯１２ａ、　１２ｂ、
　１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂを円周に沿って展開
した展開図で、２２．２３．２４は電磁石３，４．５の
コア内周面の各開口部であり、実線２５は各［ｍ石３，
４５の歯１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１
４ｂと交叉して矢印Ｃ方向に伸びる螺旋状の溝であって
、円周方向に等間隔に形成されており、該螺旋溝２５は
交叉する歯１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、
１４ｂの部分を欠如して構成されている。

第５図（８）において、２６．２７．２８は電磁石３，
４゜５の代表する歯の位置を表すそれぞれの基準点、３
Ｐ、４−Ｐ、５−Ｐの対応するロッド外表面上の歯２Ａ
の軸方向の位置であり、２９は″ｉ電磁石３４．５の歯
部に形成された溝２５と同様に、ロッド外表面上に形成
された矢印Ｃの軸方向に伸び円周方向に等間隔である螺
旋状の溝である。なお３０は第５開田）に示す螺旋溝２
５をロッド１の外表面上に投影した投影線を表している
。第５図（８）に示す電磁石の数は３個であり、電磁石
３にパルス電流を与え、次いで電磁石４にパルス電流を
与える一回の電磁石の操作で、ロッドｌを矢印Ｃ方向に
歯のピッチ幅Ｐの１／３の距Ｍ　ｄ　ｘ　−Ｐ　／　３
　＝　ｄだけ移動させることができるように構成されて
いる。

次にこのように構成された電磁アクチュエータにおける
ロッド１の外表面上の螺旋溝２９、及び第５開田）に示
すコア端面部上を矢印Ｃ方向に伸びる螺旋溝２５の機能
について説明する。第５図へにおいて、電磁石３の基準
点３−Ｐに対応する口７ド１の歯２Ａの位１２６では、
ロッド１の溝２９と電磁石の溝２５の投影線３０は同一
点上にあり一致しているが、電磁石４の基準点４−Ｐに
対応するロッド１の歯２Ａの位置２７においては、前記
溝２９と溝２５の投影線３０とは円周方向にδの差があ
り、電磁石５の基準点５−Ｐに対応するロッド１の歯２
Ａの位置２８では、２δの差がある。

まず、ロッド１の矢印Ｃ方向の移動を図示しない拘束用
電磁石で拘束して電磁石４に電流を与えると、ロッド１
は軸まわりに回転して溝２９は円周方向にδの長さ変位
し、電磁石４の溝２５の投影線３０と位置２７において
一致する。すなわち電磁石４の歯の溝２５による欠如部
の円周方向の位置の平均値と、対面するロッド１の歯２
Ａの欠如部の円周方向の位置の平均値が一致した回転角
において、ロフト１の回転は停止する。同時にロッド１
の歯の位置２８における溝２９と溝２５の投影線３０の
円周方向の差は、２δからδに接近する。

次に電磁石５に電流を与えると、ロッド１は軸まわりに
回転し、位置２８における溝２９は更にδの長さ変位し
て溝２５の投影線３０に一致し、ロッド１はこの回転角
で停止する。この時位置２６では溝２９の隣の溝と電磁
ｍココア端面部上溝２５の投影線３０がδの距離に近づ
いており、電磁石３に電流を与えるとロッド１は円周方
向のδの長さに相当する軸まわりの角度だけ回転する。

このように電磁石３，４．５に順次パルス電流を与え、
同時に前段の電磁石へのパルス電流を切る操作によって
、ロッド１を軸まわりにδの間隔で回転させることがで
き、電磁石３．４．５に順次パルス電流を与える１サイ
クルの操作で、ロッド１は螺旋溝２９の円周方向のピッ
チ幅だけ回転し、ロッド外表面の位置２６において溝２
９と、電磁石の溝２５の投影線３０から円周方向に３６
だけ離れた隣の溝２５の投影線３１が交叉し、更に上記
と同様の電磁石３．４．５の付勢操作によりロッドｌは
回転を続ける。

次にロッドｌの軸まわりの回転を拘束した状態で、矢印
Ｃの軸方向に駆動する場合の動作について説明する。第
５図（Ｏは第５図四〇〇印部分の一部を省略し、ロッド
１の外表面上の溝２９と電磁石４の溝２５の投影線３０
との関係を表す拡大図である。

まず電磁石３の電流を切り電磁石４に電流を与えること
により、ロッド１が矢印Ｃ方向にｄｘだけ移動したとす
ると、ロッド外表面上の溝２９もＣ方向にｄｘだけ平行
移動して２９′で示す位置となり、溝２９は位置２７に
おいて軸まわりに円周長さδだけ回転したのと同し状態
になり、溝２５の投影線３０が位置２７において螺旋溝
２９から丁度円周方向にδだけ離れた位置にあると、電
磁石４の作動後は螺旋溝２９は溝２５の投影線３０と交
叉し、電磁石４の歯の欠如部の位置と対面するロッド外
表面上の歯の欠如部の位ｌが一致し、磁力のバランスの
取れた状態になる。したがって、ロッドｌは軸まわりに
回転せずに軸方向にｄｘ移動する。

この時同時に電磁石５の歯に対応するロッドｌの歯の位
置２日においては、電磁石４の作動によってロッド外表
面上の螺旋溝２９が矢印Ｃ方向に平行移動して、螺旋溝
２９と溝２５の投影線３０との円周方向の間隔は２δか
らδになる。同様に電磁石５に電流を与えて電磁石４の
電流を切ると、ロッド１は軸方向にｄｘ移動し、溝２９
は位置２８において円周方向にδの長さ変位し溝２５の
投影線３０と交叉する。すなわち、電磁石３の螺旋溝２
５とロッド１の螺旋溝２９が交叉した状態の螺旋溝２９
から円周方向にδの位置に電磁石４の螺旋７ｓ２５があ
ると、電磁石４の作動によりロッド１は軸方向にｄｘ移
動すると共にロッド外表面上の螺旋溝２９は、該螺旋溝
２９の勾配による円周方向の変位分δだけ円周方向に変
位し、電磁石４の基準位置すなわち位置２７においてロ
ッド１の溝２９及びｉｔ電磁石溝２５は交叉し、ロッド
１は回転せずに軸方向にδ移動する。次の電磁石５の作
動では、ロッド１は更にｄｘ移動し、ロッド表面上の螺
旋溝２９は更に円周方向にδ変位して電磁石５の溝２５
と交叉する。

電磁石の螺旋溝２５の円周方向の間隔及びロッド１の螺
旋溝２９の円周方向の間隔を共に３６と設定し、電磁石
３，４．５を順次作動させ再び電磁石３の最初の操作に
戻ると、ロッド１は軸方向にＰ（Ｐ−３ｄ　ｘ＝３　ｄ
）の距離移動すると共に、溝２９は位置２６で円周方向
に３６変位して溝２５の投影線３０の隣の投影線３１と
交叉し、更に電磁石３，４５の作動により螺旋溝２９は
電磁石３．４．５の螺旋溝と順次交叉する。このように
電磁石３，４゜５に対する操作を順次周期的に行うこと
により、ロッド１を軸まわりに回転させずに軸方向に移
動させることができる。

第５図（２）及びその拡大図である第５図［Ｃ）で示さ
れる溝２９及び溝２５の投影線３ｏのそれぞれの勾配は
次のようにして求められる。すなわち電磁石３゜４の基
準点３−Ｐ、４−Ｐに対応するロッド１の位置２６及び
２７間の距離による溝２９の円周方向の変位分をｌとす
ると、ｆ＝３６・ｎｐ　（ｎｐ：位置２６゜２７間の歯
のピッチ数）と表され、位１ｔ２６．２７間の投影線３
０の円周方向の変位分をｌ′とすると、ｒ一方、螺旋溝
の円周方向の間隔についてはある程度の長さが必要であ
り、勾配は歯と螺旋溝の交叉により形成される歯の形状
による磁束の分布及び加工技術の面からあまり大きくは
できない、前記勾配α２．及びα、。では、δをピッチ
幅Ｐの１／３程度にしても、約１と大きくなり適当な勾
配ではない。

第５図■）は、電磁石コア端面部上の螺旋溝２５及び円
筒状ロッドｌの外表面上の螺旋溝２９の勾配を増大させ
ることなく、円周方向の各螺旋溝２５．２９の配列の間
隔を大きくする方法に関する説明図で、第５図四に示す
電磁アクチュエータのロッド外表面上の位置２６におけ
るロッドｌの螺旋溝２９と、電磁石３の螺旋溝２５の円
周方向の位置関係を示しており、中央線Ａより右側は１
１Ｍ１石３のコア端面部上の螺旋溝２５の円周方向の配
置を表す展開図であり、螺旋１２５の位置は固定してい
る。一方中央線Ａより左側はロッド外表面上の螺旋溝２
９の円周方向の配置を表す展開図であり、この螺旋溝２
９の配置は、ロッド１の回転又は軸方向の移動に伴って
円周方向Ｊの方向に変位する。

前述の如←電磁石３，４．５及び図示しない拘束用ｔＭ
１石の１サイクルの操作によってロッド１は回転し、螺
旋溝２９は円周方向に３６移動して点線で示す位置２９
′の配置になる。またロッド１が回転せずに軸方向に移
動する場合においても、電磁石３．４．５の１サイクル
の操作により位置２６において螺旋溝２９は、ロッドが
回転する場合と同様に円周方向に３６変位し、点線で示
す配置位置２９′　となる。

位置２６における螺旋溝２９の円周方向の変位３δを単
位の長さＫとすると、第５図（８）で示す螺旋溝２９は
円周方向の間隔がＫであり、また電磁石の螺旋溝２５の
円周方向の間隔もＫである。螺旋溝２９が円周方向にＫ
だけ変位すると、電磁石の螺旋溝２５の円周方向にＫだ
け離れた位置にある隣の螺旋溝と一致するが、第５図（
０１では中央＄１Ａより左側の螺旋溝２９の円周方向の
間隔は、単位の長さＫの整数（第５図の）においては３
）倍であり、Ａ線より右側の螺旋溝２５の円周方向の間
隔は、単位の長さＫに前記整数に１をたした値（第５図
の）では４）を乗した長さであり、両方の螺旋溝２５及
び２９は、第５図（０１の右側の螺旋溝の位置■、■、
■、■、＠。

・・・・・・において一致している。

螺旋溝２９が電磁石３，４．５のｌサイクルの作動によ
り円周方向Ｊに長さに変位し、点線で示す位置２９′に
移動すると、Ａ線より右側の螺旋溝２５と一致する円周
上の位置は、螺旋溝２５の３本目毎の■、■７■、・・
・・・の記号の位置であり、左側の螺旋溝２９では４本
目毎の位置になる。すなわち右側では３本目毎にまた左
側では４本目毎に両方のａ旋溝が互いに一致し、両方の
螺旋溝が一致した位置間の間隔は、３　Ｘ　４　Ｘ　Ｋ
＝１２に＝３６６である。

次いで、を磁石３，４．５が更に１サイクル作動すると
、螺旋溝２９はＪ方向に更に長さに変位して破線で示す
２９′の位置に変わり、両方の螺旋溝が一致する位Ｉは
右側の螺旋溝２５の位置において■、■、■、■、・・
・・・の位置である。すなわち螺旋溝２９が円周方向に
に変位する毎に、螺旋溝２９及び２５は互いに一致する
位置の間隔を１２Ｋにとり、−故点の各々の位置は４に
ずつつＪ方向に移動していく、すなわち−故点は順々に
隣の螺旋溝に移っていく。

上記の説明では各螺旋溝の円周方向の間隔は、螺旋溝２
９ではＫの３倍であり、螺旋溝２５ではＫの４倍である
が、一般に倍数を螺旋溝２９では整数ｎとし、螺旋溝２
５では（ｎ＋１）とすると、螺旋溝の円周方向の間隔は
それぞれ、螺旋溝２９ではｎＫ−３Ｄδであり、螺旋溝
２５では（ｎ＋１）Ｋ＝３ｎδ＋３６である。したがっ
て、螺旋溝の円周方向の間隔を一定の値Ｃに設定すると
、ｉｔ電磁石１回の作動による円筒状ロッド外表面の螺
旋溝２９の円周方向の変位δは、δ＝　ｃ　／　３　ｎ
であり、ｎが大きい程δは小さくなり、螺旋溝２９の勾
配α２．及び電磁石の螺旋溝２５の勾配α、。はそれぞ
れ、（Ｘ＠ｑ＝３δ／　Ｐ　＝　ｃ　／　ｎ　Ｐａｓ。

＝　（ｃ（３ｎ、−１））／　（３ｎ−ｎｐ−Ｐ）で表
される。

また電磁石コアの端面部上に形成される螺旋溝の長さに
ついては、コアの両端面部の軸方向の全区間に形成され
る長い螺旋溝よりも、電磁石の位置を代表する点３−Ｐ
、４−Ｐ、５−Ｐを中心とする一部の短い区間に形成さ
れる短い螺旋溝によるｔＭ！を石の駆動の方が、精度の
高い回転制御及び軸方向の移動制御が可能である。

第５図（８）〜■）に示した請求項２記載の発明の実施
例を第６図（８）５旧）に示す。第１図及び第５図（８
）〜田）と同一又は同等部材には同一符号を付して示し
ている。１は円筒状ロッドであり歯２Ａが軸方向に等間
隔に形成され、これと交叉して軸方向に伸びる螺旋状の
溝２９が円周方向に等間隔に形成されている。ｉ！電磁
石、４．５のコアの端面部９ａ。

９　ｂ、　１０ａ、　１０ｂ、　ｌｌａ、　ｌｌｂには
、ロッド１の歯２Ａと同し歯列及び第５開田）に示す螺
旋溝２５と同し螺旋溝が形成されている。３２は前記電
磁石３゜４．５のコアの端面部上にロッドｌの歯２Ａと
同様の歯はあるが、螺旋溝２５が形成されていない電磁
石であり、他の１電磁石３，４．５と連結してロッド１
の軸方向の移動を拘束する拘束用電磁石である。

拘束用電磁石３２に電流を与えロッド１の軸方向の移動
を拘束した状態で、を磁石３，４．５を順次作動させる
と、ロッドｌは円周方向にδずつ回転し、更に電磁磁石
、４．５の作動を前記の如く周期的に繰り返すと、０７
ド１は回転を続ける。

また電磁石３．４．５の作動の順序を逆にすると、ロッ
ド１の回転は逆になる。次に拘束用ｉｉ電磁石２を作動
させず自由にした状態で、電磁石３．４５を順次作動さ
せるとロッド１は軸方向に移動し、更に１ｉ磁石３．４
．５の作動を前記の如く電磁石３．４．５．３．・・・
・・と周期的に繰り返すと、ロッド１は軸まわりの回転
を止めた状態で軸方向に移動する。電磁石３，４．５の
作動の順序を逆にするとロッド１は軸まわりに回転する
ことなく逆方向に移動する。

第６図（ｆ］）は電磁石コアの端面部に形成される螺旋
溝２５が短い場合の実施例を示す電磁石コアの端面部の
展開図であり、第５図（Ｂｌに示した螺旋溝２５と同一
の螺旋溝が、それぞれの電磁石３，４．５の片方の端面
部９ａ、１０ａ、ｌｌａに形成されている。

第７図は、上記請求項２記載の発明の他の実施例を示す
断面図である。図において、３３は円筒状のロッドであ
り、３４はｉｔ電磁石駆動装置、内部に６個の電磁石３
５〜４０及び軸方向拘束用９ｍ石４１が納められている
。ロッド３３及び駆動装置３４は第１段のアクチュエー
タを構成し、その作動は第６図（８）、田）に示した実
施例の作動と同一である。４２は前記第１段アクチュエ
ータの円筒状ロッド３３の内径よりも小さな外径の第２
段のアクチュエータの円筒状ロッドであり、前記第１段
アクチュエータの円筒状ロッド３３の内部に収容されて
いる。４３は第２段アクチュエータの電磁石駆動装置で
あり、６個の電磁石４４〜４９及び拘束用電磁石５０よ
り構成され、第１段アクチュエータの円筒状ロッド３３
の先端に固定されている。更に第２段アクチュエータの
円筒状ロッド４２の先端に、第３段のアクチュエータを
取り付けることができるようになっている。

すなわち、本実施例の電磁アクチュエータは、後段のア
クチュエータの円筒状ロッドを前段のアクチュエータの
円筒状ロッドの内側に収容でき、また後段の電磁石駆動
装置は前段のアクチュエータの円筒状ロッドの先端に取
り付けられる構造になっており、そして軸方向の伸縮及
び軸まわりの回転がそれぞれ制御可能な複数個のアクチ
ュエータ要素によって構成される多段伸展型アクチュエ
ータを構成している。

第８図は、請求項２記載の発明の更に他の実施例を示す
概略平面図である。この実施例は、第７図に示した多段
伸展型アクチュエータを複数個連結して構成した電磁ア
クチュエータである。図において、５１−ａは円筒状の
ロッドで、５１−ｂはｉｔＭ１石駆動装置であり、第１
段のアクチュエータ５１を構成している。第２段のアク
チュエータ５２は第１段のアクチュエータ５１のロッド
５１−ａの先端に取り付けた電磁石駆動装置５２−ｂ、
及び円筒状ロッド５２−ａより構成され、第２段のアク
チュエータ５２の円筒状ロッド５２−ａは、第１段のア
クチュエータ５１の円筒状ロッド５１−ａの内側に収容
されるようになっており、第１段及び第２段のアクチュ
エータ５１．５２により多段伸展型アクチュエータｌを
構成している。そして同様に構成した多段伸展型アクチ
ュエータ■、■を、円筒状ロッドの軸と直交する回転軸
を有する回転接手５３．５４で連結し、伸縮が可能で自
由度の大きな伸展型マニピュレータとして用いることが
できる電磁アクチュエータを構成している。なお５５は
第１の多段伸展型アクチュエータＩを装置本体５６に設
置する回転接手であり、５７は先端に設けた把持部であ
る。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本願請求項１記
載の発明によれば、ロッドの形状を円筒状に、また１１
６１石のコアを円環状にしているため、精度の高い軸対
称構造により、完全な軸対称の磁束分布が得られ、それ
によりｔＭｉ石及びロッド間に作用するラジアル方向の
力を小さくすることができ、ロッドの軸方向の移動の制
御を容易に行うことができる。

また本願請求項２記載の発明によれば、更に拘束用電磁
石を設けてオン・オフ制御することにより、円筒状ロッ
ドの軸方向の移動を拘束した状態で該ロッドを軸まわり
に回転させたり、あるいは軸まわりの回転を止めた状態
で軸方向に移動させることかできる。

また請求項２記載の発明において、円筒状ロッドを多段
ロッドで構威し、各ロッドに対応させて電磁石及び拘束
用電磁石を配置すると、軸まわりに回転可能で実効スト
ロークの大きな多段伸展型の電磁アクチュエータが得ら
れる。

更にまた、上記多段伸展型の電磁アクチュエータを複数
個回転接手で連結すると、自由度の大きいマニピュレー
タとして用いることの可能な電磁アクチュエータが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願請求項１記載の発明の詳細な説明するた
めの説明図、第２図は、第１図の電磁石部分を一部断面
で示す斜視図、第３図へ、田）は、請求項１記載の発明
の第１実施例を一部断面で示す平面図及びそのｌ−１Ａ
Ｉに沿った断面図、第４図（８）、（Ｂ）は、同しく請
求項１記載の発明の第２実施例を一部断面で示す平面図
及びその■−■線に沿った断面図、第５図（８）は、本
願請求項２記載の発明の詳細な説明するための説明図、
第５図ＣＢＩは、その電磁石のコア端面部の展開図、第
５図（Ｃ）は、第５図（８）の○間部分の一部省略拡大
図、第５図の）は、螺旋溝の円周方向の間隔に関する説
明図、第６図（Ａｌ、（Ｂ）は、請求項２記載の発明の
第１実施例を一部断面で示す平面図及びその電磁石のコ
ア端面部の展開図、第７図は、請求項２記載の発明の第
２実施例を示す図、第８図は、同しくその第３実施例を
示す図である。 図において、１は円筒状ロッド、２Ａは歯、２Ｂは溝、
２Ｃはロッド軸に平行な溝、３．４．５は電磁石、６，
７．８はコイル、９．１０．１１はコア、９　ａ、９　
ｂ、１０ａ、１０ｂ、ｌｌａ、ｌｌｂはコア端面部、１
２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂはコア
端面部上の歯、１５はスペーサ、１６は外筒、１７は側
板、１８は軸受、１９はパツキン、２２．２３．２４は
コア内壁面の開口部、２５はａＳＳココア端面部上螺旋
溝、２６．２７．２８は電磁石３，４．５の基準歯位置
に対応するロッドの歯の位Ｉ、２９はロッド外表面上の
螺旋溝、３０．３１は電磁石の螺旋溝２５のロッド外表
面上への投影線、３２は拘束用電磁石、３３は第１段ア
クチュエータの円筒状ロッド、３４は電磁石駆動装置、
３５〜４０は電磁石、４１は拘束用電磁石、４２は第２
段アクチュエータの円筒状ロッド、４３は第２段アクチ
ュエータの電磁石駆動装置、４４〜４９は１！１磁石、
５０は拘束用電磁石、５１−ａ、　５２−ａは円筒状ロ
ッド、５１−ｂ、　５２−ｂは電磁石駆動装置、５３５
４、５５は回転接手を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外表面上に一定のピッチで多数配列された環状歯を
   有する磁性材料からなる円筒状ロッドに対して、円周に
   沿った中間部を欠如し前記円筒状ロッドに遊嵌する内周
   壁を有する中空環状体からなる電磁石コアと、該コアの
   内周壁表面に前記円筒状ロッドの環状歯と同一ピッチで
   設けた多数の環状歯と、前記コア内に巻回配置された励
   磁コイルとからなる電磁石を複数個嵌合し、各電磁石の
   環状歯の位置が円筒状ロッドの環状歯の位置と順次ずれ
   るように各電磁石間の間隔を設定して配置し、各電磁石
   をオン・オフ制御して前記円筒状ロッドを軸方向に駆動
   するように構成したことを特徴とする電磁アクチュエー
   タ。 ２、前記請求項１における円筒状ロッド及び電磁石の各
   環状歯には、該環状歯と交叉して軸方向に伸び円周まわ
   りに一定間隔で形成した螺旋溝をそれぞれ設け、前記円
   筒状ロッドの螺旋溝と電磁石の螺旋溝とはその傾斜角を
   異ならせ、且つ前記電磁石と連結して前記円筒状ロッド
   の軸方向の移動を拘束する拘束用電磁石を設け、該円筒
   状ロッドの軸方向の移動を止めた状態で軸まわりに該円
   筒状ロッドを回転させる機能及び該円筒状ロッドの軸ま
   わりの回転を止めた状態で軸方向に該円筒状ロッドを駆
   動する機能をもたせたことを特徴とする電磁アクチュエ
   ータ。 ３、前記電磁石の螺旋溝の傾斜は、前記円筒状ロッドの
   隣接する電磁石の駆動による軸方向の移動による該円筒
   状ロッド表面上の前記螺旋溝の円周方向の変位分を、隣
   接する電磁石間の軸方向の距離に対応する該円筒状ロッ
   ド表面上の螺旋溝の円周方向の成分より除いた成分を、
   隣接する電磁石間の軸方向の距離に対応する円周方向の
   成分とするように設定されていることを特徴とする請求
   項２記載の電磁アクチュエータ。 ４、前記円筒状ロッド外表面上の螺旋溝の円周方向の間
   隔と、前記電磁石の螺旋溝の円周方向の間隔の比を、ｎ
   ：ｎ＋１（ｎ：整数）に設定することを特徴とする請求
   項２又は３記載の電磁アクチュエータ。 ５、前記請求項２〜４記載の電磁アクチュエータにおい
   て、円筒状ロッドを順次外径を縮小し互いに嵌合可能に
   形成した多段ロッドで構成し、第１段のロッドに対応さ
   せて該ロッドを駆動する前記電磁石及び拘束用電磁石と
   同一構成の電磁石駆動部を配置すると共に、その先端に
   第２段のロッド駆動用の同一構成の電磁石駆動部を固設
   し、以下順次各段ロッドの先端に次段ロッド駆動用の同
   一構成の電磁石駆動部を固設し多段伸展型としたことを
   特徴とする電磁アクチュエータ。 ６、前記請求項５記載の多段伸展型とした電磁アクチュ
   エータを複数個回転接手で連結して構成したことを特徴
   とする屈曲可能な多段伸展型の電磁アクチュエータ。