(57)【要約】【課題】可動子を軽量化でき、電機子の捲き線構造が複雑でなく、高速な応答性を実現できるアクチュエータを提供する。【解決手段】４種類の円筒状磁石（径方向外向きに着磁された磁石，高さ方向に着磁された磁石，径方向内向きに着磁された磁石，高さ方向に着磁された磁石）を円筒状のインナーヨーク３の外周面に交互に接着させた構成をなす可動子１を、第１ユニット（Ｕ極）５と第２ユニット（バーＵ極）６とを交互に配列した構成を有する電機子４に貫通させて、アクチュエータ１０とする。第２ユニット６は、第１ユニット５を９０度回転させたものであり、２箇所のコア部の位置が両ユニット間で９０度ずれている。第１ユニット５のコア部に一括して捲き線７ａ，捲き線７ｂが巻回されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円筒状の永久磁石を重ねてなるアクチュエータの可動子において、
径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とを交互に重ねており、前記径方向に着磁した円筒状磁石は、径方向外向きに着磁した円筒状磁石と径方向内向きに着磁した円筒状磁石とが交互に配されており、前記重ね方向に着磁した円筒状磁石は、隣り合う径方向内向きに着磁した円筒状磁石から隣り合う径方向外向きに着磁した円筒状磁石に向かう方向に着磁されていることを特徴とする可動子。
【請求項２】
前記径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とが、軟質磁性体製の円筒状ヨークの外周面に接着されていることを特徴とする請求項１記載の可動子。
【請求項３】
円筒状の可動子が貫通されるアクチュエータの電機子において、
前記可動子が貫通されるリング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、該ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第１ユニットと、前記可動子が貫通されるリング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、前記第１ユニットのコア部を所定角度回転した位置に設けられ、前記ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第２ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１ユニットの複数のコア部及び／または前記第２ユニットの複数のコア部に捲き線を巻回してあることを特徴とする電機子。
【請求項４】
前記所定角度は９０度であることを特徴とする請求項３記載の電機子。
【請求項５】
径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とを交互に重ねており、前記径方向に着磁した円筒状磁石は、径方向外向きに着磁した円筒状磁石と径方向内向きに着磁した円筒状磁石とが交互に配されており、前記重ね方向に着磁した円筒状磁石は、隣り合う径方向内向きに着磁した円筒状磁石から隣り合う径方向外向きに着磁した円筒状磁石に向かう方向に着磁されている可動子を、
リング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、該ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第１ユニットと、リング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、前記第１ユニットのコア部を所定角度回転した位置に設けられ、前記ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第２ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１ユニットの複数のコア部及び／または前記第２ユニットの複数のコア部に捲き線を巻回してある電機子の前記第１ユニットの磁極部及び前記第２ユニットの磁極部に貫通させてあることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
前記可動子は、前記径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とが外周面に接着される軟質磁性体製の円筒状ヨークを有することを特徴とする請求項５記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の円筒状の永久磁石を重ねてなる可動子、可動子が貫通される電機子、及びこれらの可動子と電機子（固定子）とを組み合わせてなるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板などの孔あけ機に用いるドリルの垂直移動装置、または、ピックアンドプレース（部品を掴んで所定の位置に置く）型ロボットにおける垂直移動機構などにあっては、高速な移動かつ高精度の位置決めが要求される。したがって、回転型モータの出力をボールねじにて平行運動（垂直運動）に変換するような従来の方法では、移動速度が遅いため、そのような要求を満たせない。
【０００３】
そこで、このような垂直移動には、平行運動出力を直接に取り出し可能なアクチュエータ（リニアモータ）の利用が進められている。多数の永久磁石を配設した永久磁石磁極部材を可動子とし、通電コイルを有する電機子を固定子として、固定子に可動子を貫通させた構成が、アクチュエータとして種々のタイプのものが提案されている（例えば、特許文献１，２，３など）。
【特許文献１】特開平１１−４１９０５号公報
【特許文献２】特開２００７−４３８７８号公報
【特許文献３】特開２００８−７９３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアクチュエータは、ボールねじに比べれば応答は速いが、可動子の質量が大きいために十分な推力は確保できるものの要求される水準の応答速度を実現できない。高速化に適したアクチュエータの構造は可動磁石型であるが、磁極ピッチが大きいと磁石背面のヨークに回り込む磁束の量が多くなり、ヨークの体積が増して可動子が重くなる。一方、磁極ピッチを小さくした場合には、電機子側の捲き線構造が複雑になり、小型化、高パワー密度化が困難となる。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発生する磁束の量が多くかつ軽量である可動子を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の目的は、磁極ピッチが小さくても捲き線構造が複雑にならない電機子を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、磁気飽和が起こりにくい構造であり、高速な応答性を実現できてモータの変換効率を高めて高パワー密度化を図れるアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る可動子は、複数の円筒状の永久磁石を重ねてなるアクチュエータの可動子において、径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とを交互に重ねており、前記径方向に着磁した円筒状磁石は、径方向外向きに着磁した円筒状磁石と径方向内向きに着磁した円筒状磁石とが交互に配されており、前記重ね方向に着磁した円筒状磁石は、隣り合う径方向内向きに着磁した円筒状磁石から隣り合う径方向外向きに着磁した円筒状磁石に向かう方向に着磁されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の可動子にあっては、径方向外向きに着磁した円筒状磁石、重ね方向（高さ方向）に着磁した円筒状磁石、径方向内向きに着磁した円筒状磁石、重ね方向（高さ方向）に着磁した円筒状磁石、…の順に複数の円筒状の永久磁石を重ねて、重ね方向（高さ方向）に着磁した円筒状磁石は、隣の径方向内向きに着磁した円筒状磁石から隣の径方向外向きに着磁した円筒状磁石に向かう方向に着磁している。このような構成にすることにより、重ね方向（高さ方向）に着磁した円筒状磁石が磁束の還流路として作用するため、内側に発生する磁束を削減することができるので、本発明の可動子は、軽量としても十分な磁束の量を確保する。
【００１０】
本発明に係る可動子は、前記径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とが、軟質磁性体製の円筒状ヨークの外周面に接着されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の可動子にあっては、軟質磁性体製の円筒状ヨークの外周面に、上述したような円筒状磁石が接着されている。内側に発生する磁束の漏れを低減し、円筒状ヨークによって磁石への磁束のまわり込みを増やし、磁石外周に発生する磁束量を増やすことができて、円筒状ヨークの厚さを低減できるため、軽量化を図れる。
【００１２】
本発明に係る電機子は、円筒状の可動子が貫通されるアクチュエータの電機子において、前記可動子が貫通されるリング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、該ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第１ユニットと、前記可動子が貫通されるリング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、前記第１ユニットのコア部を所定角度回転した位置に設けられ、前記ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第２ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１ユニットの複数のコア部及び／または前記第２ユニットの複数のコア部に捲き線を巻回してあることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電機子にあっては、可動子が貫通されるリング状の磁極部と、磁極部の外側に配置したヨーク部と、ヨーク部と磁極部とを接続する複数のコア部とを有する第１ユニットと、第１ユニットと同様の部材を有しており、第１ユニットに比べて複数のコア部を所定角度回転した位置に設けてある第２ユニットとを交互に重ねており、第１ユニットの複数のコア部または第２ユニットの複数のコア部に一括して捲き線を巻回してある。各磁極毎に個別に捲き線を施さずに、一方のユニットのコア部に一括して捲き線を施すため、捲き線構造が簡単であり、小型化が容易である。
【００１４】
本発明に係る電機子は、前記所定角度は９０度であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電機子にあっては、第１ユニットの複数のコア部と第２ユニットの複数のコア部とは９０度回転した位置関係にある。よって、一方のユニットのコア部に巻回された捲き線に通電した場合でも、両方のユニットのコア部に起磁力が印加される。
【００１６】
本発明に係るアクチュエータは、径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とを交互に重ねており、前記径方向に着磁した円筒状磁石は、径方向外向きに着磁した円筒状磁石と径方向内向きに着磁した円筒状磁石とが交互に配されており、前記重ね方向に着磁した円筒状磁石は、隣り合う径方向内向きに着磁した円筒状磁石から隣り合う径方向外向きに着磁した円筒状磁石に向かう方向に着磁されている可動子を、リング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、該ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第１ユニットと、リング状の磁極部と、該磁極部の外側に配置したヨーク部と、前記第１ユニットのコア部を所定角度回転した位置に設けられ、前記ヨーク部と前記磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第２ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１ユニットの複数のコア部及び／または前記第２ユニットの複数のコア部に捲き線を巻回してある電機子の前記第１ユニットの磁極部及び前記第２ユニットの磁極部に貫通させてあることを特徴とする。
【００１７】
本発明のアクチュエータにあっては、上述したような可動子を上述したような電機子に貫通させた構成をなす。可動子の内側に発生する磁束を削減することができ、可動子の軽量化を図れるため、可動子の応答速度は速くなる。また、電機子における捲き線構造が簡単であって、小型化を図れる。
【００１８】
本発明に係るアクチュエータは、前記可動子が、前記径方向に着磁した円筒状磁石と重ね方向に着磁した円筒状磁石とが外周面に接着される軟質磁性体製の円筒状ヨークを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明のアクチュエータにあっては、可動子の軟質磁性体製の円筒状ヨークの外周面に、上述したような円筒状磁石が接着されている。可動子の内側に発生する磁束の漏れを低減し、円筒状ヨークによって磁石への磁束のまわり込みを増やし、磁石外周に発生する磁束量を増やすことができて、円筒状ヨークの厚さを低減できるため、軽量化を図れる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の可動子では、径方向外向きに着磁した円筒状磁石、重ね方向（高さ方向）に着磁した円筒状磁石、径方向内向きに着磁した円筒状磁石、重ね方向（高さ方向）に着磁した円筒状磁石、…の順に複数の円筒状の永久磁石を重ね、重ね方向（高さ方向）に着磁した円筒状磁石は、隣の径方向内向きに着磁した円筒状磁石から隣の径方向外向きに着磁した円筒状磁石に向かう方向に着磁している構成にするようにしたので、内側に発生する磁束を削減することができるため、十分な磁束の量を確保しながら軽量化を図ることができる。
【００２１】
本発明の可動子では、上述したような円筒状磁石が接着される軟質磁性体製の円筒状ヨークを備える場合にあっても、内側に発生する磁束の漏れを低減し、円筒状ヨークによって磁石への磁束のまわり込みを増やし、磁石外周に発生する磁束量を増やすことができるので、ヨークの厚さを低減できて、軽量化を図ることができる。
【００２２】
本発明の電機子では、可動子が貫通されるリング状の磁極部と、磁極部の外側に配置したヨーク部と、ヨーク部と磁極部とを接続する複数のコア部とを有する軟質磁性体製の第１ユニット及び第２ユニットと、両ユニットの複数のコア部の位置を互いに９０度ずらせて、交互に重ねており、第１ユニットの複数のコア部及び／または第２ユニットの複数のコア部に一括して捲き線を巻回してある構成にするようにしたので、各磁極毎に個別に捲き線を施す必要がなく、捲き線構造が簡単であり、小型化を図ることができる。
【００２３】
本発明の電機子では、第１ユニットの複数のコア部と第２ユニットの複数のコア部とを９０度回転した位置関係にあるようにしたので、一方のユニットのコア部に巻回された捲き線に通電した場合でも、両方のユニットのコア部に起磁力を印加することができる。
【００２４】
本発明のアクチュエータでは、上述したような可動子を上述したような電機子に貫通させた構成をなすようにしたので、可動子の内側に発生する磁束を削減することができ、可動子の軽量化を図れるため、可動子の応答速度を速くすることができ、また、電機子の捲き線構造を簡素化できて小型化を図ることができる。
【００２５】
本発明のアクチュエータでは、上述したような円筒状磁石が接着される軟質磁性体製の円筒状ヨークを可動子に備える場合にあっても、内側に発生する磁束の漏れを低減し、円筒状ヨークによって磁石への磁束のまわり込みを増やし、磁石外周に発生する磁束量を増やすことができるので、円筒状ヨークの厚さを低減できて、可動子の軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る可動子の構成を示す斜視図である。
【００２７】
本発明の可動子１は、４種類の円筒状磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを円筒状の軟質磁性体製のインナーヨーク３の外周面に軸芯方向にこの順に交互に接着させた構成をなしている。図１において、白抜矢符は各円筒状磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの着磁方向を示している。円筒状磁石２ａは径方向外向きに着磁した円筒状磁石（径方向異方性磁石）であり、円筒状磁石２ｃは径方向内向きに着磁した円筒状磁石（径方向異方性磁石）である。よって、円筒状磁石２ａと円筒状磁石２ｃとは、その着磁方向が径方向で逆になる。
【００２８】
また、円筒状磁石２ｂ，２ｄは、隣り合う径方向内向きに着磁した円筒状磁石２ｃから隣り合う径方向外向きに着磁した円筒状磁石２ａに向かう方向に着磁されている。即ち、図１において、円筒状磁石２ｂは左隣りの円筒状磁石２ｃから右隣りの円筒状磁石２ａに向かう方向に着磁されており、円筒状磁石２ｄは右隣りの円筒状磁石２ｃから左隣りの円筒状磁石２ａに向かう方向に着磁されている。よって、円筒状磁石２ｂと円筒状磁石２ｄとは、その着磁方向が高さ方向（重ね方向）で逆になる。
【００２９】
図２は、本発明に係る電機子の構成を示す斜視図であって、図２（ａ）〜（ｃ）はその部分構成図、図２（ｄ）はその全体構成図である。
【００３０】
電機子４は、図２（ａ）に示す第１ユニット（Ｕ極）５と、図２（ｂ）に示す第２ユニット（バーＵ極）６とを交互に配列した構成を有している（図２（ｃ）参照）。第１ユニット（Ｕ極）５は、軟質磁性体にて形成されており、可動子１が貫通されるリング状の磁極部５ａと、磁極部５ａからの磁束を接続するために磁極部５ａの外側に配置された枠体としてのヨーク部５ｂと、ヨーク部５ｂと磁極部５ａとを接続する２つのコア部５ｃ，５ｃとを有する。２つのコア部５ｃ，５ｃは、１８０度離隔した位置に設けられている。
【００３１】
また、第２ユニット（バーＵ極）６は、軟質磁性体にて形成されており、可動子１が貫通されるリング状の磁極部６ａと、磁極部６ａからの磁束を接続するために磁極部６ａの外側に配置された枠体としてのヨーク部６ｂと、ヨーク部６ｂと磁極部６ａとを接続する２つのコア部６ｃ，６ｃとを有する。２つのコア部６ｃ，６ｃは、１８０度離隔した位置に設けられている。第１ユニット５と第２ユニット６とは同一の構成部材を有しているが、第２ユニット６は、第１ユニット５のリング状の磁極部５ａの中心を回転中心として９０度回転させたものである。よって、第２ユニット６におけるコア部６ｃの形成位置（図２（ｂ）では３時，９時の位置）は、第１ユニット５におけるコア部５ｃの形成位置（図２（ａ）では０時，６時の位置）から９０度回転している。
【００３２】
そして、このような第１ユニット５と第２ユニット６とを、図２（ｃ）に示すように、交互に配列して重ねる。ここで、隣り合う第１ユニット５及び第２ユニット６において、それらのヨーク部５ｂとヨーク部６ｂとは接しているが、それらの磁極部５ａと磁極部６ａ、コア部５ｃとコア部６ｃとは接しておらず、これらの間に空隙が存在している。
【００３３】
２つの第１ユニット５，５における一方（１２時の位置）のコア部５ｃ，５ｃに一括して捲き線７ａを巻回する。また、２つの第１ユニット５，５における他方（６時の位置）のコア部５ｃ，５ｃに一括して捲き線７ｂを巻回する。そして、捲き線７ａと捲き線７ｂとの通電方向が逆になるように、両捲き線７ａ，７ｂを接続する（図２（ｄ）参照）。図２（ｄ）における白抜矢符は、捲き線７ａ，捲き線７ｂでの通電方向を示している。
【００３４】
そして、上述した図１に示す可動子１を、図２（ｄ）示す電機子４の磁極部５ａ，６ａが連なって形成される中空部８に貫通させることにより、本発明における単相駆動のアクチュエータ（単相のアクチュエータ）１０が構成される。図３は本発明に係るアクチュエータ１０の構成を示す斜視図、図４はこのアクチュエータ１０の一部破断斜視図である。      
【００３５】
本発明のアクチュエータの場合には、電機子４が固定子として機能する。そして、捲き線７ａ，７ｂに逆方向に電流を流すことにより、電機子４の中空部８に貫通された可動子１が電機子４（固定子）に対して往復直線運動を行う。
【００３６】
図５は、電機子４における通電状態と起磁力とを示す断面図である。図５において、「●（紙面の裏から表への通流）」、「×（紙面の表から裏への通流）」は捲き線７ａ，捲き線７ｂへの通流方向を示しており、白抜矢符はコイル通電によってコア部５ｃ，６ｃに印加される起磁力の向きを示している。本発明では、捲き線７ａ，捲き線７ｂに逆向きの電流を流すことにより、第１ユニット５，第２ユニット６の全てのコア部５ｃ，６ｃに交番磁界が生じる。
【００３７】
従来のアクチュエータとしては、インナーヨークを兼ねた中実の軸に径方向に着磁した円筒状磁石を接着した構成のアクチュエータ（特許文献１）、高さ方向に着磁した中実円筒状磁石を反発する方向に組み合わせて非磁性円筒管に封入した構成のアクチュエータ（特許文献２，３）などが用いられてきた。このような構成では、可動子の質量が大きくなり、高速な応答性を実現できなかった。
【００３８】
これに対して、本発明のアクチュエータでは、可動子１が中空構成であっても従前の中実構成と同程度の磁束量を確保することができるため、軽量化を図れる。また、高さ方向に着磁した円筒状磁石２ｂ，２ｄが磁束の還流路として作用するため、可動子１の内側に発生する磁束を削減することができて、インナーヨーク３の厚さを低減することができるため、可動子１の軽量化を図れる。よって、本発明のアクチュエータでは、可動子１の軽量化を図れるので、応答速度を速くできるという効果を奏する。
【００３９】
ところで、可動子のインナーヨークを薄くするための手法として、円筒状磁石の磁極ピッチを小さくすることが考えられるが、磁極ピッチを小さくした場合に、従来の電機子の構造では捲き線の巻回箇所が多くなって、全体形状が大型化する傾向にあった。
【００４０】
これに対して、本発明のアクチュエータの電機子４にあっては、円筒状磁石の極毎に個別に捲き線を施すのではなく、すべてのコア部５ｃ，５ｃを一括して捲き線７ａ，７ｂを施すようにしているので、捲き線構造が簡単であり、小型化を容易に実現できる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態では、円筒状のインナーヨーク３の外周面に円筒状磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを交互に接着させて可動子１を構成したが、インナーヨーク３は必ずしも設けなくても良く、４種類の円筒状磁石のみで可動子１を構成しても良い。また、インナーヨークと円筒状磁石との厚さの比率は、推力と可動子の質量との比で要求される特性に応じて適宜選定すれば良い。
【００４２】
また、上述した実施の形態では、第１ユニット５のコア部５ｃに一括して捲き線７ａ，７ｂを巻回するようにしたが、第２ユニット６のコア部６ｃに一括して捲き線７ａ，７ｂを巻回するようにしても良い。また、第１ユニット５のコア部５ｃ及び第２ユニット６のコア部６ｃの両方に捲き線７ａ，７ｂを巻回するようにしても良い。
【００４３】
上述した実施の形態では、４種類の円筒状磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを５組重ねる構成としたが、これは一例であって、その組数は任意の数であって良い。また、第１ユニット５，第２ユニット６を交互に２組配列することとしたが、これは一例であって、その組数は任意の数であって良い。
【００４４】
また、単相のアクチュエータについて説明したが、例えば３相駆動のアクチュエータを構成する場合には、上記の電機子３個を、磁極ピッチ×（ｎ＋１／３）または磁極ピッチ×（ｎ＋２／３）（但し、ｎは整数）だけ間隔をあけて直線状に配置して、それらに可動子を貫通させるようにすれば良い。なお、この場合、捲き線が収まるスペースを考慮して整数ｎを設定すれば良い。
【００４５】
第１ユニット５におけるコア部５ｃと第２ユニット６におけるコア部６ｃとを９０度回転させた位置関係に配置することとしたが、互いのコア部が１２０度ずつ回転した位置関係にあるような３個のユニットを複数組重ねて電機子を構成するようにした場合、１つの電機子にて３相駆動を実現することが可能である。
【００４６】
（実施例）
以下、本発明者が作製したアクチュエータの具体的な構成と、作製したアクチュエータの特性とについて説明する。
【００４７】
まず、アクチュエータに用いる可動子１として、図６に示すような形状の永久磁石磁極部材を作製した。この永久磁石磁極部材（可動子１）は、希土類磁石（例えば、Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ磁石）からなる４種類の円筒状磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを、円筒状のインナーヨーク３の外周面に軸芯方向に交互に接着させて構成されている。円筒状磁石２ａ，２ｃは何れも、外径９ｍｍ，内径７ｍｍ，高さ３ｍｍであり、円筒状磁石２ａは径方向外向きに着磁されており、円筒状磁石２ｃは径方向内向きに着磁されている。円筒状磁石２ｂ，２ｄは何れも、外径９ｍｍ，内径７ｍｍ，高さ１ｍｍであり、隣り合う径方向内向きに着磁した円筒状磁石２ｃから隣り合う径方向外向きに着磁した円筒状磁石２ａに向かう方向に着磁されている。これらの各円筒状磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの着磁方向は、図１に示す例（白抜矢符）と同じである。
【００４８】
インナーヨーク３は、外径９ｍｍ，内径７ｍｍである鉄パイプを使用した。また各種類の円筒状磁石２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれ１６個ずつ使用し、鉄パイプ（インナーヨーク３）上での磁石配列の全長は１２８ｍｍとなった。
【００４９】
次に、電機子４を作製した。図７に示すような形状をなす電機子素材を０．５ｍｍ厚さの珪素鋼板から６枚切り出して重ね、さらにその上に、図７の枠部分のみ（２５ｍｍ×２５ｍｍ，幅１．５ｍｍ）を２枚切り出して重ねて、電機子単極ユニットを作製した。この枠部分のみの２枚は、隣り合う単極ユニットのコア部同士が接触しないようにするスペーサとして機能する。また、磁極ピッチは４ｍｍ（＝０．５ｍｍ×８）である。このような電機子単極ユニット４個を９０度回転させながら順次積層することにより、縦２５ｍｍ，横２５ｍｍ，高さ１６ｍｍの積層体を得た。この例では、前述した第１ユニット（Ｕ極）５と第２ユニット（バーＵ極）６とをそれぞれ２個ずつ、交互に配列した構成となる。
【００５０】
次に、一方の２個の電機子単極ユニット（２個の第１ユニット５または第２ユニット６）の２箇所のコア部にそれぞれ一括して導線（捲き線７ａ，７ｂ）を１００回ずつ巻き付けた。そして、通電した場合に互いに逆向きの起磁力がコア部に与えられるように、これらの２組の導線を直列に接続した。
【００５１】
このようにして作製した電機子４を３個準備し、その３個の電機子４をそれぞれ１３．３ｍｍ（＝４ｍｍ×（３＋１／３））だけ間隔をあけて直線状に並べて固定し、上述したようにして作製した可動子１を３個の電機子４に貫通させて、３相駆動のアクチュエータを構成した。
【００５２】
図８は、３相駆動のアクチュエータの位置制御を行うための回路構成を示す図である。可動子１の先端部には、光の反射率に変化をつけた微細な周期構造を有するリニアスケール２１が取り付けられている。また、リニアスケール２１に対向して、レーザ光発生機構、反射光検出機構、光学レンズなどを有するリニアエンコーダ２２が設けられている。リニアエンコーダ２２は、可動子１の移動に伴う反射光の強弱パターンを検出する位置センサとして機能し、そのセンサ出力（反射光の受光結果）を位置パルス演算部２３ヘ出力する。
【００５３】
位置パルス演算部２３は、反射光の強弱パターンをパルスとして計数することにより、可動子１の位置情報及び速度情報を演算し、可動子１の位置情報を減算器２４へ出力するとともに、可動子１の速度情報を減算器２６へ出力する。また、位置パルス演算部２３は、位相情報を駆動部２８へ出力する。
【００５４】
減算器２４は、入力される目標位置信号とこの位置情報との差分を求め、差分結果を位置制御部２５へ出力する。位置制御部２５は、この差分結果に基づいて位置制御を行い、目標速度信号を減算器２６へ出力する。減算器２６は、この目標速度信号と前記速度情報との差分を求め、差分結果を速度制御部２７へ出力する。速度制御部２７は、この差分結果に基づいて速度制御を行い、制御信号を駆動部２８ヘ出力する。
【００５５】
駆動部２８は、速度制御部２７からの制御信号に基づき、位置パルス演算部２３からの位相情報に応じて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各電機子ユニットに駆動出力を与えて導線に電流を流す。この通電の制御により、可動子１が所望の速度で所望の位置まで移動される。
【００５６】
以下、本発明のアクチュエータの特性について説明する。まず、可動子における円筒状磁石の配列が及ぼす表面磁束密度の影響について説明する。
【００５７】
前述したように径方向に着磁した円筒状磁石と高さ方向に着磁した円筒状磁石とを交互にインナーヨークの外周面に接着させた本発明例としての可動子と、径方向に着磁した円筒状磁石のみを円筒状のインナーヨークの外周面に接着させた比較例としての可動子とについて、磁石表面の磁界密度を測定したところ、前者の本発明例では０．７Ｔ、後者の比較例では０．５６Ｔであった。また、径方向に着磁した円筒状磁石と高さ方向に着磁した円筒状磁石とを交互に重ねた（インナーヨーク無し）本発明例としての可動子と、径方向に着磁した円筒状磁石のみを重ねた（インナーヨーク無し）比較例としての可動子とについて、磁石表面の磁界密度を測定したところ、前者の本発明例では０．３５Ｔ、後者の比較例では０．２２Ｔであった。このときの測定条件は、円筒状磁石：Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ磁石（内径７ｍｍ，厚さ１ｍｍ）、最大エネルギー積：３８０ｋＪ／ｍ3 ，Ｂｒ：１．４Ｔ、インナーヨーク：純鉄（内径５ｍｍ，厚さ１ｍｍ）とした。
【００５８】
これらの測定結果から、本発明のように高さ方向に着磁した円筒状磁石を挟み込むことにより、磁石表面で大きな磁界密度が得られることが分かる。
【００５９】
次に、本発明のアクチュエータにおけるインナーヨークの厚さと得られる推力との関係について説明する。インナーヨークの厚さを変化させて作製した種々の３相駆動のアクチュエータについて、推力特性を測定した。その測定結果を図９に示す。図９では、インナーヨーク（外径７ｍｍ）の厚さをそれぞれ、３．５ｍｍ（中実構成），１．０ｍｍ，０．５ｍｍ，０．２ｍｍ，０．０ｍｍ（無し）とした場合の推力特性を表している。
【００６０】
例えば、インナーヨークの厚さが１．０ｍｍであるアクチュエータを例とした場合、図９に示されるように、３０Ｎ程度まで安定した推力が得られている。この例の可動子の質量は約４５ｇであり、３０Ｎの推力を得るためには１００ｇ以上の質量が可動子に必要とされる従来例と比べて、本発明では推力の低下がなく可動子の大幅な軽量化を実現できている。よって、本発明では、高速応答性に優れたアクチュエータを提供できる。
【００６１】
また、この推力特性の測定結果に基づいて、可動子の質量に対する推力の比（＝推力（Ｎ）÷可動子の質量（ｇ））を算出した。その算出結果を図１０に示す。図１０では、３相駆動電流（駆動電流＝供給電流×コイルの巻き数）の大きさが４００Ａである場合の可動子の質量に対する推力の比を表している。
【００６２】
本発明のアクチュエータにあっては、インナーヨークの厚さが０．２ｍｍである場合に、可動子の質量に対する推力の比が最大となる（図１０参照）。但し、インナーヨークの厚さが０．２ｍｍではあまり大きな推力が得られないため（図９参照）、大きな推力が得られるようにインナーヨークの厚さを０．５〜１．０ｍｍ程度とすることが実用的である場合も考えられる。したがって、所望する加速度、推力の優先度に応じてインナーヨークの厚さを適宜に設定することが好ましい。
【００６３】
なお、インナーヨークは実施例では軟磁性材を記載しているが、ジュラルミンのような非磁性材であっても良い。インナーヨークは可動子の形状を保つ機能と可動子の軽量化の機能とを果たせば良いからである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る可動子の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る電機子の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るアクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るアクチュエータの一部破断斜視図である。
【図５】電機子における通電状態と起磁力とを示す断面図である。
【図６】可動子の作製に用いる永久磁石磁極部材を示す斜視図である。
【図７】電機子の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。
【図８】３相駆動のアクチュエータの位置制御を行うための回路構成を示す図である。
【図９】アクチュエータにおける推力特性の測定結果を示すグラフである。
【図１０】可動子の質量に対する推力の比の算出結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１  可動子
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  円筒状磁石
３  インナーヨーク
４  電機子
５  第１ユニット（Ｕ極）
６  第２ユニット（バーＵ極）
５ａ，６ａ  磁極部
５ｂ，６ｂ  ヨーク部
５ｃ，６ｃ  コア部
７ａ，７ｂ  捲き線
１０  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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