JPH04101657A - 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、ボイスコイルモータ型のリニアアクチュエ
ータに係り、磁気回路部、コイル部、軸受部、出力軸及
びセンサ一部を同一フレームに配設して一体化し、精密
位置決め装置、油圧及び空圧バルブのＮＣ制御装置、ロ
ホノト腕、組立て装置等の種々の用途に利用できる小型
高性能アクチュエータに関する。

従来の技術 ボイスコイルモータ（Ｖｏｉｃｅ　Ｃｏ１１　Ｍｏｔｏ
ｒ）は、磁石が作る磁界の中でコイルのみが動くモータ
であり、可動線輪型とも呼ばれるタイプで、一般的な回
転型モータで直線運動させる場合に必要な回転運動を直
線運動に変換する機構が不要なりニアモータである ボイスコイルモータは、可動部がコイル及びそれを支持
するボビンだけで構成されており軽量であること、強力
な磁界の中をコイルだけが直線運動することから、軸出
力速度が極めて速いことが特徴であり、また、ボイスコ
イルモータの制御にはクローズトループ方式が必要で、
ステンピングモータ等のオープンループ方式に比べ、制
御系が若干複雑になるが、出力は入力端子に完全に比例
し精密な制御が可能であること、コイルインダクタンス
が小さく電気的応答にすぐれていること、コギング、ト
ルクリップルがなく円滑な制御が可能なことなどの多く
の利点がある。

かかるボイスコイルモータは、従来、主どしてハードデ
ィスクドライブ（ＨＤＤ）装置のヘッド位置決め用に用
いられてきた。

発明が解決しようとする課題 一般に、ボイスコイルモータは主にＨＤＤ装置に用いら
れることから、軸受は部、センサ一部、磁気回路部、コ
イル部と各機構部が個別に構成されており、それ自体で
は機能を生じない機構部品であり、所要のＨＤＤ装置に
組み込んで初めて機能するものであった。

従って、ＨＤＤ装置などの用途以外の分野で利用するた
めには、利用者が各部分を用途に応じて個別に製作して
これを組み立てる必要があり、利用者にとって不便であ
った。

この発明は、制御用電気信号に忠実に反応し、高速でダ
イレフ１へドライブできるボイスコイルモータの利点を
、例えばＮＣ制御用、精密位置決め、ボンディング、組
立てラインロボット等の種々の産業分野で適用できかつ
容易に利用できる構成からなるボイスコイルモータの構
成を有するリニアアクチュエーターの提供を目的として
いる。

課題を解決するための手段 この発明は、 所要空隙内に静磁界を発生させる磁気回路と、該空隙内
に配置される可動コイルとを同一フレーム内に配設し、
フレームに直動可能に軸支された出力軸と可動コイルを
接続一体化したことを特徴とするアクチュエータであり
、 さらにフレームに内蔵または接続して、出力軸の一端に
軸位置及びｌ又は軸速度を検知するセンサーを設けたこ
とを特徴とするアクチュエータである。

作用 この発明は、種々の産業機器に適用できかつ容易に利用
できるボ・ｒスコイルモータの構成として、磁気回路部
と可動コイル部とを軸受を介して所要フレーム内に一体
化し、さらに可動コイルと一体化された出力軸の一方端
に、可動コイルの移動位置を確認するための、例えば差
動トランス、エンコーダ等の位置センサー、あるいは可
動コイルの移動速度を確認するための速度センサーを該
フレームに一体化し、上記出力軸の他方端には制御対象
物、例えば実施例に示す如き油圧バルブ等を接続したこ
とを特徴とするアクチュエータであり、該センサーにて
上記出力軸を制御するもので、また、制御対象物の作動
状況を確認するセンサーを付設してこの信号に基づいて
出力軸を制御することもできる。

制御対象物には、ＨＤＤ装置は勿論のこと、工作物、測
定物などの精密位置決め装置、油圧及び空圧バルブ等の
ＮＣ制御装置、組立てラインの組立て装置、ロボット腕
、ボンディング装置等の種々の用途に応じて、アクチュ
エータの可動部質量、ストローク、コイル、永久磁石等
を種々選定することにより、いずれのものにも適用利用
できる。

アクチュエータの磁気回路に用いる永久磁石には、フェ
ライト磁石、アルニコ系磁石、希土類コバルト系磁石が
使用できるが、特に、ＲとしてＮｄやＰｒを中心とする
資源的に豊富な軽希土類を用い、Ｂ、　Ｆｅを主成分と
して３０ＭＧＯｅ以上の極めて高いエネルギー積を示す
、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を使用することにより、著し
く小型化、高出力化することができる。

以下に、この発明によるアクチュエータの構成例を図面
に基づいて詳述する。第２図ａはこの発明によるアクチ
ュエータのｇＡ１１面図、同す図は一部縦断正面図、同
Ｃ図は同す図ｃ−ｃ断面図である。第３図ａはこの発明
による他のアクチュエータの側面図、同す図は一部縦断
正面図である。

構成１ 第２図に示すこの発明によるアクチュエータは、円柱状
本体の軸中心に出力軸（１２）を配置した構成例である
。

フレームは、円筒状のヨーク部材（１）とその一端を閉
塞するフランジ部材（２）、及びこれらの左右端を閉塞
する円盤状のエンドプレーｈ　（３Ｘ４）からなる。

ヨーク部材（１）は、外径の異なる一対の円筒材を同軸
配置して一端部を導通可能に接続して、外側円筒材（１
ａ）の内周面に円筒状の永久磁石（５）を着設して磁気
回路を構成し、永久磁石（５）と内側円筒材（１ｂ）の
外周面間の空隙に所要の磁界を発生している。

可動コイル（６）は、十字型の支持部（８）を有するボ
ビン（７）の外周部にて支持されて上記空隙内に配置す
る。また、支持部（８）は内側円筒材（１ｂ）に等間隔
で軸方向に設けられた４箇所のスリット部を移動自在と
なしである。

またこのボビン（７）内の支持部（８）、すなわち第２
図Ｃに示す如く上下方向の支持部（８）には、エンドプ
レート（３Ｘ４）間に渡した２本のシャフト（ＩＯＸＩ
Ｉ）に沿って直線移動できるようにリニアボールベアリ
ング（９）が配設しである。

ボビン（７）の中心、すなわち支持部（８）の中心部に
は出力軸（１２）が固着され、エンドプレート（３Ｘ４
）を貫通して出力軸（１２）端部が突出している。

上記構成において、可動コイル（６）にコネクター（１
３）を通して所要の人力が行われると、入力端子に比例
して可動コイル（６）が移動制御、すなわちボビン（７
）を介して出力軸（１２）が移動制御される。

可動コイル（６）とボビン（７）及び支持部（８）で一
体化された出力軸の一方端に制御対象物を接続するが、
他方端にはその移動位置を確認するだめの、差動トラン
ス、エンコーダ等の位置センサー、あるいは可動コイル
の移動速度を確認するための速度センサーを一体化する
。

センサーの一体化方法はセンサーの構成に応じて種々考
えられるが、通常はセンサーの可動側を出力軸（１２）
先端に接続するとともに、センサーの固定側をフレーム
、例えばエンドプレート（４）に固定する。あるいは、
センサーの固定側をエンドプレート（４）に内蔵させて
、出力軸（１２）の一部を直接センサーの可動側となす
ことができる。

また、上記の位置、速度センサーに加えて制御対象物の
作動状況を確言忍する種々のセンサーを付設して、この
信号に基づいて出力軸（１２）の移動量、位置、速度を
補正、制御することができる。

侮俣淫 第３図に示すこの発明によるアクチュエータは、可動コ
イル（２７）とこれを支持するボビン（２４）とが突出
する構成からなる。

アクチュエータ本体となるヨーク部材（２ｏ）は、外周
部側に軸方向の溝部（２１）が周設され、溝部（２１）
内周面の外周側に円筒状の永久磁石（２２）が着設しで
ある。

ボビン（２４）は三角錐状の部材がらなり、底面外周部
に可動コイル（２７）を接続し、かつ底面中心部に出力
軸（２５）が挿通固着されており、出力軸（２５）はヨ
ーク部材（２０）の中心軸孔に配置されたリニアボール
ベアリング（２６）にて軸支されて直線移動自在になっ
ている。

ボビン（２４）に支持された可動コイル（２７）は、溝
部（２１）の永久磁石（２２）とヨーク部材（２ｏ）と
の所要空隙内に直線移動自在に挿通配置される。また１
、出力軸（２５）がヨーク部材（２０）の中心軸孔で軸
支されて回転可能であるため、回転防止機構をアクチュ
エータ側あるいは制御対象側に配置する必要がある。こ
こでは制御対象側に回転防止機構を設けて円滑な作動を
確保している。なお、図中２８は可動コイル（２７）へ
の電流を供給するリード線であり、コネクター（２９）
を介して制御器に接続される。

可動コイル（２７）とボビン（２４）で一体化された出
力軸（２５）の−刃端、すなわちボビン（２４）に制御
対象物を接続するが、出力軸（２５）の他方端にはその
移動位置あるいは可動コイルの移動速度を確認するため
のセンサー（２３）を一体化しである。

上記構成において、可動コイル（２７）に所要の人力カ
行われると、入力端子に比例して可動コイル（２７）が
移動制御、すなわちボビン（２４）を介して出力軸（２
５）が移動制御される。

この発明によるアクチュエータは、上述の構成のほか、
制御対象物に応じて、所要空隙内に静磁界を発生させる
磁気回路と、該空隙内に配置される可動コイルとを同一
フレーム内に配設し、フレームに直動可能に軸支された
出力軸と可動コイルを接続一体化し、フレームに内蔵ま
たは接続して、出力軸の一端に軸位置及び／又は軸速度
を検知するセンサーを設けた構成であれば、いずれの構
成も採用できる。

実施例 第２図に示すこの発明のアクチュエータを用いて、油圧
方向切替弁を制御対象物とした例を第１図に基づいて説
明する。

ここでは方向切替弁（３０）にはブロックセンタ方式の
ものを用いており、そのスプール（３１）の一端にアク
チュエータの出力軸（１２）を接続してあり、出力軸（
１２）の他端側には差動トランス（４ｏ）の可動鉄心（
４１）が一体化してあり、方向切替弁（３０）のスプー
ル（３１）、アクチュエータの出力軸（１２）、差動ト
ランス（４０）の可動鉄心（４１）が直列接続された構
成からなる。

このアクチュエータのドライバーユニットには、差動１
ヘランス（４ｏ）からの出力軸（１２）位置信号と、ス
プール（３１）の他端に設けたセンサーからのスプール
（３１）位置信号、あるいは方向切替弁で制御されるシ
リンダからの位置信号等を人力して、クローズトループ
制御することにより、出力軸（１２）を高速かつ高精度
で位置決めすることができる。

ちなみに、可動コイルのストロークを１５ｍｍとなし、
２３６ｇの可動部質量をＢＨｍａｘ＝３５ＭＧＯｅのＮ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石で駆動する第２図に示すこの発
明のアクチュエータを用いたところ、スプール負荷が１
．０ｋｇの場合、これを１０ｍｍ移動させるのに通電率
５０％で、３３ｍ５ｅｃを要し、極めて高速かつ高精度
で位置決めすることができた。

発明の効果 この発明は、実施例に明らかな如く、磁気回路部と可動
コイル部とを軸受を介して所要フレーム内に一体化し、
さらに可動コイルと一体化された出力軸の一方端に軸位
置及び／又は軸速度を検知するセンサーを設け、出力軸
の他方端には制御対象物を接続した構成により、極めて
高速かつ高精度で位置決めすることができ、精密位置決
め装置、油圧及び空圧バルブのＮＣ制御装置、ロボット
腕、組立て装置等の種々の用途に利用できる小型高性能
アクチュエータである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のアクチュエータを用いて方向切替弁
を制御する構成を示す説明図である。 第２図ａはこの発明によるアクチュエータの側面図、同
す図は一部縦断正面図、同Ｃ図は同す図ｃ−ｃ断面図で
ある。第３図ａはこの発明による他のアクチュエータの
側面図、同す図は一部縦断正面図である。 １．２０・・ヨーク部材、１ａ・・・外側円筒材、１ｂ
・内側円筒材、２・・・フランジ部材、３．４・・エン
ドプレート、５，２２・・・永久磁石、６．２７・・可
動コイノ呟７，２４・・ボビン、８・支持部、９，２６
・・リニアボールベアリング、１０．１１−シャフト、
１２．２５・・出力軸、１３．２９・・・コネクター、
２１・・・溝部、２３・センサー２８・・リード線、３
０・・・方向切替弁、３１・・・スプール、４０・・差
動トランス、４１・・・可動鉄心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所要空隙内に静磁界を発生させる磁気回路と、該空隙内
   に配置される可動コイルとを同一フレーム内に配設し、
   フレームに直動可能に軸支された出力軸と可動コイルを
   接続一体化したことを特徴とするアクチュエータ。 ２ フレームに内蔵または接続して、出力軸の一端に軸位置
   及び１又は軸速度を検知するセンサーを設けたことを特
   徴とする請求項１記載のアクチュエータ。