【手続補正書】
【提出日】平成17年1月11日(2005.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  電磁往復駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を保持する保持体を有する往復動部材と、前記永久磁石に近接して設けられる固定子コアと、この固定子コアを励磁する電磁コイルとより構成される電磁往復駆動機構において、前記保持体に導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−クを設け、この可動ヨ−クに前記永久磁石を取り付けたことを特徴とする電磁往復駆動機構。
【請求項２】
前記可動ヨ−クに前記永久磁石を前記往復動部材の振動方向に複数配置すると共に、これらの永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したことを特徴とする請求項１記載の電磁往復駆動機構。
【請求項３】
前記可動ヨ−クに前記永久磁石を単数配置すると共に、この永久磁石の振動方向に複数の磁極が形成されるように着磁したことを特徴とする請求項１記載の電磁往復駆動機構。
【請求項４】
前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したことを特徴とする請求項２記載の電磁往復駆動機構。
【請求項５】
前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記永久磁石の各磁極対の中心が前記各磁極の中心から外れた位置で対向するように構成したことを特徴とする請求項３記載の電磁往復駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はスタ−リング冷凍機等に用いられ、永久磁石を取り付けた往復動部材を変化する磁界内で往復動させる電磁往復駆動機構に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来この種の電磁往復駆動機構としては、永久磁石を非磁性体からなる保持体で保持し、電磁コイルを巻き付けた外部積層コア（固定子コア）を前記永久磁石の一面側に近接して設け、更に内部積層コアを前記永久磁石の他面側に近接して設けたものが知られている。このような形式のものは、ム−ビングマグネット型と呼ばれている。そして、前記電磁コイルに交番電流を流すことで交番磁界を発生させ、この交番磁界によって前記永久磁石を保持した保持体を含む往復動部材を往復運動させるものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−５７７６７号公報
しかしながら、これらの電磁往復駆動機構においては、前記永久磁石の一面側と外部積層コアの間及び前記永久磁石の他面側と内部積層コアの間にそれぞれ間隙が形成されている必要があるため、前記永久磁石の両面側の間隙の距離を合計すると、比較的大きな間隙が形成されてしまうことになる。このため、これらの間隙において磁束密度が減少するので、電磁往復駆動機構の効率が低いという問題があり、より効率の良い電磁往復駆動機構が求められていた。また、従来の構造においては、外部積層コアからの磁力線を受けて磁気回路を形成するための内部積層コアを設ける都合上、電磁往復駆動機構が大型化してしまうという問題があった。さらに、内部積層コアを積層構造で作る場合、比較的小さな薄板を積層することになるため、大変な困難を伴いコストも高くなる虞があった。
【０００４】
本発明は以上の問題点を解決し、駆動効率が良く、小型に且つ低コストで製造することができる電磁往復動機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の電磁往復駆動機構は、永久磁石を保持する保持体を有する往復動部材と、前記永久磁石に近接して設けられる固定子コアと、この固定子コアを励磁する電磁コイルとより構成される電磁往復駆動機構において、前記保持体に導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−クを設け、この可動ヨ−クに前記永久磁石を取り付けたものである。
【０００６】
本発明は以上のように構成することにより、前記電磁コイルに交番電流を流すと、前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界が形成され、そしてこの交番磁界に吸引され或いは反発されるように前記永久磁石が往復動し、これによってこの永久磁石が取り付けられた可動ヨ−ク、ひいてはこの可動ヨ−クが取り付けられた往復動部材が往復動できる。
【０００７】
また、本発明の請求項２の電磁往復駆動機構は、請求項１において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を前記往復動部材の振動方向に複数配置すると共に、これらの永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したものである。
【０００８】
本発明は以上のように構成することにより、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して一の永久磁石が吸引されると共に他の永久磁石が反発されることで、前記往復動部材が往復動できる。
【０００９】
また、本発明の請求項３の電磁往復駆動機構は、請求項１において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を単数配置すると共に、この永久磁石の振動方向に複数の磁極が形成されるように着磁したものである。
【００１０】
本発明は以上のように構成することにより、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して永久磁石の一の磁極の部分が吸引されると共に他の磁極の部分が反発されることで、前記往復動部材が往復動できる。
【００１１】
また、本発明の請求項４の電磁往復駆動機構は、請求項２において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものである。
【００１２】
本発明は以上のように構成することにより、交番磁界が形成されると、一の永久磁石が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の永久磁石が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構が確実に始動する。
【００１３】
更に、本発明の請求項５の電磁往復駆動機構は、請求項３において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記永久磁石の各磁極の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものである。
【００１４】
本発明は以上のように構成することにより、交番磁界が形成されると、前記永久磁石の一の磁極が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の磁極が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構が確実に始動する。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、本発明の第１の実施形態について、図１から図３に基づいて説明する。なお、本実施形態ではスタ−リングサイクル冷凍機を用いて説明するが、これ以外の機器に応用することも可能である。図１において、１はシリンダ部２と胴部３とで構成される装置本体であり、これらシリンダ部２及び胴部３は、金属によって構成されている。そして、前記シリンダ部２は、基部４と中間部５と先端部６を有する。
【００１６】
前記シリンダ部２の内部には、前記胴部３内まで伸びる内部シリンダ７が設けられ、この内部シリンダ７には、ディスプレ−サ８が内部シリンダ７の軸方向に摺動可能に収容されている。また、内部シリンダ７の先端とシリンダ部２の先端６との間には膨張室Ｅが形成されており、隙間９によって内部シリンダ７の内外が連通されている。また、シリンダ部２の中間部５において内部シリンダ７の外周に再生器１０が設けられていると共に、シリンダ部２の基部４において内部シリンダ７の内外を連通する連通孔１１が形成されている。また、再生器１０と連通孔１１の間において、内部シリンダ７の外周に放熱フィン１３が設けられている。そして、内部シリンダ７の内部先端から隙間９、吸熱フィン１２、再生器１０、放熱フィン１３、連通孔１１を通って内部シリンダ７内の圧縮室Ｃに至る経路が形成されている。
【００１７】
また胴部３内には、電磁往復動機構１６が設けられている。この電磁往復動機構１６は、内部シリンダ７内に軸方向に摺動可能に収容されたピストン１７などからなる往復動部材１８と、軸方向に配設された複数の短筒状の永久磁石１９と、前記ピストン１７に同軸に固定され、永久磁石１９を保持し、磁束を通すヨ−ク２０と、該ヨ−クを保持する保持体２０Ａと、胴部３内に固定され永久磁石１９を筒状に囲んで位置する固定子コア２１と、この固定子コア２１を励磁する電磁コイル２２とで構成されている。前記固定子コア２１は断面が略コ字形状であって、その両端の永久磁石１９側へ突出した磁極部としての突出部２１Ａ，２１Ｂの先端はそれぞれ相互に対向するように内向きに突出している。さらに、２４はピストン１７に中心部が連通された渦巻き状の第１の板バネであり、２５は前記ディスプレ−サ８に連結されたディスプレ−サロッド２６に連結されて前記ディスプレ−サ８の動きを制限する第２の板バネである。
【００１８】
前記永久磁石１９は、ヨ−ク２０におけるピストン１７の往復方向Ｘの両側及びそれらの中間に配置された永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃにより形成される。そして、前記ヨ−ク２０の外周に取り付けられた永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは、前記往復方向Ｘに例えばＮ極、Ｓ極、Ｎ極と順に着磁されている。これらと対向して、各永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの中心が、固定子コア２１の突出部２１Ａ，２１Ｂの中心とは軸方向たる往復方向Ｘ順にずれた位置に固定子コア２１の突出部２１Ａ，２１Ｂが設けられている。
【００１９】
この状態でコイル２２に電流を流し突出部２１ＡをＮ極、突出部２１ＢをＳ極に励磁すると、永久磁石１９Ａは固定子コア２１の突出部２１Ａと反発し、永久磁石１９Ｂは突出部２１Ａと吸引し合い、突出部２１Ｂと反発し、永久磁石１９Ｃは突出部２１Ｂと吸引し合う。これにより永久磁石１９、ヨ−ク２０及び保持体２０Ａは、図３（Ａ）において図中右方向の力を受ける。コイル２２に流す電流の方向を反対にすると、図３（Ｂ）のように、図３（Ａ）とは逆方向の力を受ける。このようにして、コイル２２に交番電流を流すと往復動となる。
【００２０】
前述のような電磁往復駆動機構１６の構成によれば、永久磁石１９を保持する保持体２０Ａを有する往復動部材１８と、前記永久磁石１９に近接して設けられる固定子コア２１と、この固定子コア２１を励磁する電磁コイル２２とより構成され、前記保持体２０Ａに導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−ク２０を設け、この可動ヨ−ク２０に前記永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを取り付け、前記電磁コイル２２に交番電流を流すと、固定子コア２１から発した磁力線が永久磁石１９及びヨ−ク２０を通り再び固定子コア２１に戻る磁気回路が形成されるので、磁石１９の内側に第２の固定子コアを設ける必要がなく、これによって、これらの永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが取り付けられた可動ヨ−ク２０、ひいてはこの可動ヨ−ク２０が取り付けられた前記往復動部材１８が往復動する。したがって、固定されたヨ−クを前記往復動部材の内側に設ける必要がなくなり、電磁往復駆動機構を小型化することができるばかりでなく、可動ヨ−ク２０と永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの間隙がなくなることで磁束密度の減少が抑えられ、電磁往復駆動機構１６の効率を高めることができる。
【００２１】
また、固定子コア２１から発した磁力線が永久磁石１９及びヨ−ク２０を通り再び固定子コア２１に戻る磁気回路が形成されるので、磁石１９の内側に第２の固定子コアを設ける必要がなく、実質的に間隙を小さく出来、効率が向上すると共に小型化出来る。また永久磁石と突出部の吸引し合う位置が最大の振幅となるので、例えば第１の板バネ２４を廃止しても、振幅が異常に大きくなり、許容範囲を超え制御出来なくなる現象（オ−バ−ストロ−ク現象）を防止することが出来る。
【００２２】
さらに、前記可動ヨ−ク２０に前記永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを前記往復動部材１８の振動方向Ｘに複数配置すると共に、これらの永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したものであり、前記電磁コイル２２に交番電流を流して前記固定子コア２１と可動ヨ−ク２０の間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して一の永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが吸引されると共に他の永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが反発されることで保持体２０Ａが往復動するようになる。
【００２３】
さらに、前記固定子コア２１に、前記往復動部材１８に向かって突出形成された磁極部としての突出部２１Ａ，２１Ｂを設けると共に、前記往復動部材１８が静止した状態において、前記各永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの中心が前記各突出部２１Ａ，２１Ｂの中心から外れた位置で対向するように構成したことにより、交番磁界が形成されると、一の永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが磁界に吸引されて前記突出部２１Ａ，２１Ｂと対向する位置に移動すると共に他の永久磁石１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが磁界に反発されて前記突出部２１Ａ，２１Ｂから離れるように移動するので、電磁往復駆動機構を確実に始動させることができる。
【００２４】
つぎに、前記電磁往復駆動機構１６の第２及び第３の実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。電磁往復駆動機構１６の基本構造は、前記第１の実施形態と同様であるので、同一箇所には同一符号を付して説明する。
【００２５】
第２実施形態では、可動ヨ−ク２０に前記永久磁石１９を単数配置すると共に、この永久磁石１９の振動方向（往復動部材の往復動方向Ｘ）に複数の磁極が形成されるように着磁したものである。尚、前記突出部の数が２１Ａ，２１Ｂの２つであるのに対し、永久磁石１９の磁極の数はＮ，Ｓ，Ｎの３つである。
【００２６】
そして、固定子コア２１に、前記往復動部材１８に向かって突出形成された磁極部たる突出部２１Ａ，２１Ｂを設けると共に、前記往復動部材１８が静止した状態において、前記永久磁石１９Ｂの磁極の中心が前記各突出部２１Ａ，２１Ｂの２つの中心から外れた位置で対向するように構成したものである。
【００２７】
したがって、前記電磁コイル２２に交番電流を流して前記固定子コア２１と可動ヨ−ク２０の間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して永久磁石１９Ｂの一の磁極が突出部２１Ａ，２１Ｂに吸引されると共に他の磁極が突出部２１Ａ，２１Ｂと反発することで、保持体２０Ａが往復動できる。
【００２８】
図５の第３の実施形態においては、保持体３０Ａに導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−ク３０を設け、この可動ヨ−ク３０に、往復方向Ｘに沿って前記永久磁石３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄを取り付けるとともに、これら永久磁石３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄは相互に異なる磁極となるように形成している。さらに、固定子コア３１をＥ字形状に形成して、前記往復動部材に向かって固定子コア３１を突出形成して磁極部たる突出部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを設けると共に、これら突出部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの間に対応して電磁コイル３２Ａ，３２Ｂを配置する。そして、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄの中心が前記各突出部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの中心から外れた位置で対向するように構成したものである。
【００２９】
したがって、前記電磁コイル３２Ａ，３２Ｂに交番電流を流すと、前記固定子コア３１と可動ヨ−ク３０の間に交番磁界が形成され、そして突出部３１Ａ，３１Ｃ相互は同極、突出部３１Ｂは異極となり、この交番磁界に吸引され或いは反発されるように前記永久磁石３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄが往復動し、これによってこの永久磁石３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄが取り付けられた可動ヨ−ク３０、ひいてはこの可動ヨ−ク３０が取り付けられた前記往復動部材が往復動するので、固定されたヨ−クを前記往復動部材の内側に設ける必要がなくなり、電磁往復駆動機構を小型化することができるばかりでなく、可動ヨ−ク３０と永久磁石３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄの間隙がなくなることで磁束密度の減少が抑えられ、電磁往復駆動機構の効率を高めることができる。
【００３０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記各実施形態においては、固定子コアの磁極部となる突出部の数に対して永久磁石の数又は永久磁石の磁極の数が一つ多い状態となるように構成されているが、固定子コアの突出部の数に対して、永久磁石の数又は永久磁石の磁極の数が一つ少ない状態（例えば突出部の数が３で永久磁石の数又は永久磁石の磁極の数が２）となるように構成しても良い。更に、例えば突出部の数が３で永久磁石の数が２であり、この永久磁石にそれぞれ二つの磁極を設けることで磁極の数を４とするなど、複数の永久磁石と複数の磁極を組み合せるように構成しても良い等本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の請求項１の電磁往復駆動機構は、永久磁石を保持する保持体を有する往復動部材と、前記永久磁石に近接して設けられる固定子コアと、この固定子コアを励磁する電磁コイルとより構成される電磁往復駆動機構において、前記保持体に導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−クを設け、この可動ヨ−クに前記永久磁石を取り付けたものであり、前記電磁コイルに交番電流を流すと、前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界が形成され、そしてこの交番磁界に吸引され或いは反発されるように前記永久磁石が往復動し、これによってこの永久磁石が取り付けられた可動ヨ−ク、ひいてはこの可動ヨ−クが取り付けられた前記往復動部材が往復動するので、固定されたヨ−クを前記往復動部材の内側に設ける必要がなくなり、電磁往復駆動機構を小型化することができるばかりでなく、可動ヨ−クと永久磁石の間隙がなくなることで磁束密度の減少が抑えられ、電磁往復駆動機構の効率を高めることができる。
【００３２】
また、本発明の請求項２の電磁往復駆動機構は、請求項１において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を前記往復動部材の振動方向に複数配置すると共に、これらの永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したものであり、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して一の永久磁石が吸引されると共に他の永久磁石が反発されることで保持体が往復動するので、電磁往復駆動機構の効率をより高めることができる。
【００３３】
また、本発明の請求項３の電磁往復駆動機構は、請求項１において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を単数配置すると共に、この永久磁石の振動方向に複数の磁極が形成されるように着磁したものであり、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して永久磁石の一の磁極の部分が吸引されると共に他の磁極の部分が反発されることで、保持体が往復動するので、電磁往復駆動機構の効率をより高めることができる。
【００３４】
また、本発明の請求項４の電磁往復駆動機構は、請求項２において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものであり、交番磁界が形成されると、一の永久磁石が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の永久磁石が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構を確実に始動させることができる。
【００３５】
更に、本発明の請求項５の電磁往復駆動機構は、請求項３において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記永久磁石の各磁極の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものであり、交番磁界が形成されると、前記永久磁石の一の磁極が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の磁極が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構を確実に始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】同上、要部の簡略説明図である。
【図３】同上、動作の一例を示す簡略説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す簡略説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す簡略説明図である。
【符号の説明】
１６ 電磁往復駆動機
１７ ピストン
１８ 往復動部材
１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄ 永久磁石
２０，３０ 可動ヨ−ク
２０Ａ 保持体
２１，３１ 固定子コア
２２，３２Ａ，３２Ｂ 電磁コイル