(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線界磁体と、該直線界磁体の外周を軸方向に移動自在なボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体と、前記直線界磁体の側方に平行配置された少なくとも１本のガイド軸とを備え、
前記駆動コイルの可動範囲の外周側に軟磁性体の外周ヨークを前記直線界磁体に対し固定した位置関係で設け、該外周ヨークの両端に固着されたホルダーにて、前記ガイド軸を前記外周ヨークの外側において前記直線界磁体に平行に支持し、
前記可動コイル体が前記ガイド軸で案内されて摺動することを特徴とする可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記直線界磁体は、前記永久磁石及び前記軟磁性体を非磁性パイプ部材で覆い保持したものである請求項１記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動コイル体は前記ガイド軸が貫通して摺動する軸受構造を持ち、かつ前記ボビンは直線ガイド体を構成する前記直線界磁体の外周面に微小面積で接する回り止め構造を持つものである請求項１又は２記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記ボビンは直線ガイド体を構成する前記直線界磁体の外周に対して摺動する軸受構造を持ち、前記可動コイル体は前記ガイド軸の外周面に微小面積で接する回り止め構造を持つものである請求項１又は２記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記ガイド軸が２本設けられており、前記可動コイル体は一方のガイド軸が貫通して摺動する軸受構造と他方のガイド軸に微小面積で接する回り止め構造とを持つものである請求項１又は２記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記直線界磁体の両端面側にサイドヨークを設け、前記外周ヨーク及びサイドヨークの一部又は全部を前記ホルダーが覆って保持する請求項１，２，３，４又は５記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記直線界磁体の両端面側にサイドヨークを設け、該サイドヨークが前記ホルダーを兼ねている請求項１，２，３，４又は５記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記外周ヨークに切欠を設け、前記可動コイル体が有する出力取出し部を前記外周ヨークの外側に突出させるとともに、前記駆動コイルに接続する給電用端子を、前記外周ヨークの外側に突出した前記可動コイル体の延長部又は前記出力取出し部に設けてなる請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記可動コイル体は前記ボビンに速度検出用コイルをさらに巻装したものである請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動コイルを巻回した可動コイル体への通電により可動コイル体を直線移動させることが可能な可動コイル型リニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、実開平３−４０８７６号のソレノイド装置が知られている。このソレノイド装置は、図５に示すように、断面コ字状の円筒形状の磁性体よりなる外部ヨーク１内に、同極対向された２個の永久磁石２，４を内部ヨーク３を挟んで固定配置し、さらにサブヨーク５及びこれと一体の軸８を前記永久磁石４上に固着し、前記外部ヨーク１と内部ヨーク３との隙間に筒状非磁性体の移動部材７を配置しかつ前記軸８にて移動自在にガイドされるようにし、移動部材７の挿入先端にコイル９を固定したものである。
【０００３】
この場合、コイル９に通電すると、前記外部ヨーク１と内部ヨーク３との隙間に発生している磁束との磁気作用により前記軸８をガイド軸としてコイル９と一体の移動部材７が直線的に移動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如き従来装置は、永久磁石２，４及び内部ヨーク３の他に、動作出力を取り出すための移動部材７を移動自在にガイドする軸８及び移動部材側の軸受部分にある程度の長さが必要となり、アクチュエータの全長を短く設計することができない。また、アクチュエータの端部にて出力をジョイントするために、アクチュエータを含むユニットとしても全長を短く設計することが難しい。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑み、可動部分及び装置全長を短くすることが可能で、可動部分のがたつきのない円滑な摺動動作を可能とした可動コイル型リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の可動コイル型リニアアクチュエータは、同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線界磁体と、該直線界磁体の外周を軸方向に移動自在なボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体と、前記直線界磁体の側方に平行配置された少なくとも１本のガイド軸とを備え、
前記駆動コイルの可動範囲の外周側に軟磁性体の外周ヨークを前記直線界磁体に対し固定した位置関係で設け、該外周ヨークの両端に固着されたホルダーにて、前記ガイド軸を前記外周ヨークの外側において前記直線界磁体に平行に支持し、
前記可動コイル体が前記ガイド軸で案内されて摺動する構成となっている。
【０００８】
また、前記直線界磁体は、前記永久磁石及び前記軟磁性体を非磁性パイプ部材で覆い保持した構成とするとよい。
【０００９】
前記可動コイル体は前記ガイド軸が貫通して摺動する軸受構造を持ち、かつ前記ボビンは直線ガイド体を構成する（直線ガイド体としての）前記直線界磁体の外周面に微小面積で接する回り止め構造を持つものであってもよい。あるいは、前記ボビンは直線ガイド体を構成する前記直線界磁体の外周に対して摺動する軸受構造を持ち、前記可動コイル体は前記ガイド軸の外周面に微小面積で接する回り止め構造を持つものであってもよい。さらに、前記ガイド軸を２本設けた場合、前記可動コイル体は一方のガイド軸が貫通して摺動する軸受構造と他方のガイド軸に微小面積で接する回り止め構造とを持つようにしてもよい。
【００１０】
前記直線界磁体の両端面側にサイドヨークを設ける構成としてもよい。そして、前記外周ヨーク及びサイドヨークの一部又は全部をホルダーで覆って保持するとともに、該ホルダーで前記ガイド軸を支持する構造とすることもできる。また、前記サイドヨークが前記ホルダーを兼ねてもよい。
【００１１】
さらに、前記外周ヨークに切欠を設け、前記可動コイル体が有する出力取出し部を前記外周ヨークの外側に突出させるとともに、前記駆動コイルに接続する給電用端子を、前記外周ヨークの外側に突出した前記可動コイル体の延長部又は前記出力取出し部に設ける構成とすることができる。
【００１２】
前記可動コイル体は前記ボビンに速度検出用コイルをさらに巻装したものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの実施の形態を図面に従って説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの第１の実施の形態を示す。これらの図において、可動コイル型リニアアクチュエータは、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２を非磁性パイプ部材１３で覆い保持した直線ガイド体（直線界磁体）１０と、該直線ガイド体１０の外周をその軸方向に移動（摺動）自在なボビン２１に駆動コイル２２を巻装してなる可動コイル体２０と、該可動コイル体２０の本体部分（駆動コイルを巻回した部分）の移動空間を残して前記直線ガイド体１０の外側を囲む如く配置された外周ヨーク３０と、外周ヨーク３０の両端に配置されたサイドヨーク３１と、外周ヨーク端部及びサイドヨーク外面を覆って保持するホルダー３２と、該ホルダー３２で支持されたガイド軸４０とを備えている。
【００１５】
前記永久磁石１１Ａ，１１Ｂは、例えば、小型で強力な磁力を発生可能な円板又は円柱状希土類永久磁石である。鉄等の円柱状の軟磁性体１２は同極対向された２個の円板又は円柱状永久磁石１１Ａ，１１Ｂに挟まれ吸着されていて、それらの外周面は同一となっている。永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２は、非磁性材料であるステンレス、真鍮等の非磁性金属、樹脂等の薄肉の円筒状非磁性パイプ部材１３の内側に挿入されることで当該パイプ部材１３で覆われるとともに一体的に保持されている。このように、永久磁石１１Ａ，１１Ｂと軟磁性体１２とをパイプ部材１３で覆って円柱形状の直線ガイド体１０を構成することで、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２の保持一体化を確実にするとともに、可動コイル体２０の摺動性の向上を実現している。なお、直線ガイド体１０の軸方向（可動コイル体２０が直線移動する長手方向）と永久磁石１１Ａ，１１Ｂの磁化方向とが一致している。
【００１６】
前記円柱形状の直線ガイド体１０の外周に沿って摺動自在な可動コイル体２０が有するボビン２１は、例えば、耐摩耗性に優れた絶縁樹脂製であり、直線ガイド体１０の外周面、すなわちパイプ部材１３の外周面を環状に囲みかつ両端に鍔２１ａを持つ断面がコ字状である。可動コイル体２０はボビン２１の鍔２１ａ間に駆動コイル２２及び速度検出用コイル２３をそれぞれ巻装した構造を持つものである。これらのコイル２２，２３は前記直線ガイド体１０を周回する向きにボビン２１に巻かれている。このボビン２１の鍔２１ａには、可動コイル体２０の動きを外部に出力するための出力取出し部（ジョイント部）２４、前記ガイド軸４０に対する軸受部を持つ軸受用延長部２５及び端子台２６がそれぞれ一体に形成されている。
【００１７】
前記外周ヨーク３０及びサイドヨーク３１は磁気回路のパーミアンス向上（磁気抵抗の低減）と、磁気漏洩を防止するために設けられているものである。外周ヨーク３０は鉄板等の軟磁性体で円筒状に形成したもので、直線ガイド体１０の周囲を可動コイル体２０の移動空間を隔てて囲むものであり、外周ヨーク３０の両端には同材質の円板状のサイドヨーク３１が配設されている。サイドヨーク３１の内面中央の凹部には、永久磁石１１Ａ，１１Ｂの同極対向している磁極の反対側磁極が当接し、固着されている。そして、樹脂等で形成されたホルダー３２がサイドヨーク３１の外面及び外周ヨーク３０の外周面の両端部をそれぞれ覆って、嵌合、固着されることで、外周ヨーク３０、サイドヨーク３１は相互に固着、一体化されている。このように、永久磁石１１Ａ，１１Ｂから発生する磁束が通る磁路を軟磁性体１２、外周ヨーク３０、サイドヨーク３１により構成している。
【００１８】
なお、可動コイル体２０が直線ガイド体１０の軸方向に移動することに伴って出力取出し部２４、軸受用延長部２５及び端子台２６が通過する部分、すなわち可動コイル体２０の可動範囲における出力取出し部２４、軸受用延長部２５及び端子台２６の移動部分には、外周ヨーク３０に対して切割（切欠）３３，３４が形成されている。前記可動コイル体２０のボビン２１に一体に形成されたそれらの出力取出し部２４及び軸受用延長部２５は切割３３を通して外周ヨーク３０の外側に突出（延在）しており、同様にボビン２１に一体の端子台２６は切割３４を通して外周ヨーク３０の外側に突出（延在）している。
【００１９】
前記外周ヨーク３０の両端に固着された一対のホルダー３２のアーム部３２ａにガイド軸４０が外周ヨーク３０の外側において直線ガイド体１０に平行に支持固定されている。該ガイド軸４０は可動コイル体２０を円滑に摺動させるために例えば円柱金属シャフト（磁性、非磁性を問わない）で構成されている。そして、可動コイル体２０側の出力取出し部２４及び軸受用延長部２５の軸受部２４ａ，２５ａがガイド軸４０に摺動自在に嵌合している（ガイド軸４０が軸受部２４ａ，２５ａを摺動自在に貫通している）。これらの軸受部２４ａ，２５ａはガイド軸４０の周囲を環状に囲む軸受構造となっているが、摺動抵抗を減らすために軸受部２４ａ，２５ａは他の部分に比してやや薄肉となっている。また、直線ガイド体１０の外周面を構成する非磁性パイプ部材１３とボビン２１との摺動は、最低限の摺動抵抗とするのが望ましいため、図２のようにボビン２１の内周部に部分的な一対の突起２１ｂを設けた回り止め効果のみを求める回り止め構造としている。すなわち、ボビン２１内周面に形成された一対の突起２１ｂによってボビン２１は非磁性パイプ部材１３の外周面に対し微小面積で接触し（好ましくは点接触又は微小幅の線接触）、ガイド軸４０を回転中心とした回転方向のがたつきを防止している。この結果、可動コイル体２０は、２本のガイド体を構成する直線ガイド体１０及びガイド軸４０により直線移動するように案内（ガイド）されることになる。
【００２０】
なお、可動コイル体２０が有する出力取出し部２４は、可動コイル２０の本体部分（駆動コイル２２が巻装された部分）の外周側、すなわち側方に延在しており、動作出力を取り出すための出力取出し部２４を介し可動コイル体２０は磁気ヘッド等の被駆動系に連結される。
【００２１】
前記ボビン２１に一体の端子台２６の先端部（外周ヨーク３０の外側に位置する部分）には前記駆動コイル２２に接続した給電用端子２７が植設されている。該給電用端子２７は外部の電源入力を受けるものである。なお、速度検出用コイル２３に接続する接続端子（図示省略）も端子台２６に設ければよい。
【００２２】
以上の第１の実施の形態の構成において、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂが同極（Ｎ極）対向で軟磁性体１２を挟んで配置されていることにより、軟磁性体１２の外周面と外周ヨーク３０の内周面との間の円筒状空間（可動コイル体２０の移動空間）に半径方向の磁束が発生し、すなわち、直線ガイド体１０の軸方向（可動コイル体２０の移動方向）に垂直な磁界成分が生じる。従って、駆動コイル２２に電流を流すことにより、フレミングの左手の法則に基づく推力を可動コイル体２０に発生することができ、該可動コイル体２０を直線ガイド体１０並びにガイド軸４０に沿って円滑に直線移動させることができ、出力取出し部２４を介し被駆動系を直線駆動可能である。
【００２３】
この第１の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２４】
(1)  ２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２を非磁性パイプ部材１３で覆い保持した直線ガイド体１０と、この側方に平行配置となるようにホルダー３２で支持されたガイド軸４０とがそれぞれガイド体として機能するから、可動コイル体２０の回り止めが可能であり、回転方向のがたつきを防止できる。
【００２５】
(2)  一方のガイド体であるガイド軸４０を軸受用ガイド体として用いて可動コイル体２０の摺動部を軸受構造（軸受部２４ａ，２５ａ）とし、他方のガイド体である直線ガイド体１０を回り止め用ガイド体として用いて可動コイル体２０の摺動部を回り止め構造（非磁性パイプ部材１３に微小面積で接する一対の突起２１ｂ）とすることで、摺動抵抗を低減して引っかかりの少ない円滑な直線摺動動作を実現することができる。また、可動コイル体２０が有するボビン２１の鍔２１ａの延長部分に前記軸受構造及び回り止め構造を一体に形成することで構造の簡素化を図ることができる。
【００２６】
(3)  直線ガイド体１０は、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２を非磁性パイプ部材１３で覆い保持した構造であり、永久磁石１１Ａ，１１Ｂと軟磁性体１２の保持一体化が確実であり、しかも必要な磁束を発生する機能と可動コイル体２０のガイド体としての機能を兼ねるため、簡素で、小型化に適した構造となっている。また、非磁性パイプ部材１３として摩擦の少ない材質を用いることで、可動コイル体２０の動きの円滑化を図ることができる。
【００２７】
(4)  直線ガイド体１０の側方にガイド軸４０を平行配置し、かつ可動コイル体２０の本体部分（駆動コイル２２を巻回した部分）の外周方向に、被駆動系に対し動作出力を取り出すための出力取出し部２４を設けており、換言すれば可動コイル体２０の並列方向にガイド軸４０及び出力取出し部２４を配置する構造であり、可動コイル体２０の軸方向長さ及び可動コイル型リニアアクチュエータの全長を短く設計することが可能である。
【００２８】
(5)  ２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２を持つ直線ガイド体１０の両端面に軟磁性体のサイドヨーク３１を配置し、かつ可動コイル体２０の本体部分（駆動コイル２２が巻回された部分）の可動範囲の外周側に軟磁性体の外周ヨーク３０を配置することで、磁束の利用効果が高まり、推力向上を図ることができる。
【００２９】
(6)  切割３３，３４の部分を除き、直線ガイド体１０の周囲は外周ヨーク３０及びサイドヨーク３１で閉塞されており、漏洩磁束は少ない。
【００３０】
(7)  外周ヨーク３０及びサイドヨーク３１の一部を覆って一体的に保持するホルダー３２でガイド軸４０を保持しており、ガイド軸４０の保持構造が簡単になっている。
【００３１】
(8)  可動コイル体２０が速度検出用コイル２３を有しており、該速度検出用コイルの誘起電圧を利用して当該可動コイル体の移動速度や移動周期を検出できる。
【００３２】
なお、第１の実施の形態において、駆動コイル２２に通電するための給電用端子２７や速度検出用コイル２３の検出出力を取り出す接続端子は出力取出し部２４に配置して端子台２６を省略することもできる。
【００３３】
図３及び図４は本発明の第２の実施の形態を示す。この場合、可動コイル型リニアアクチュエータは、２本のガイド軸５０，６０を直線界磁体１０（第１の実施の形態の直線ガイド体１０と同一構造）の側方に平行配置しており、比較的大きく重い被駆動物を取り付けるのに適した構造例を示している。
【００３４】
図３及び図４において、外周ヨーク３０の端部及びサイドヨーク３１の外側を覆ってそれらを一体的に保持するホルダー７２は、その両側に延長する第１及び第２のアーム部７２ａ，７２ｂを一体に有している。そして、外周ヨーク３０の両端にそれぞれ固着された一対のホルダー７２のアーム部７２ａ，７２ｂによってガイド軸５０，６０が外周ヨーク３０の外側において直線界磁体１０に平行にそれぞれ支持固定されている。
【００３５】
前記直線界磁体１０の外周に沿って移動自在な可動コイル体８０はボビン８１の鍔８１ａ間に駆動コイル２２及び速度検出用コイル２３をそれぞれ巻装した構造を持つものである。このボビン８１の両方の鍔８１ａには、可動コイル体８０の動きを外部に出力するための出力取出し部（ジョイント部）８４、及び前記ガイド軸５０に対する軸受部８５ａを持つ軸受用延長部８５がそれぞれ一体に形成されている。そして、ボビン８１に一体の一対の軸受用延長部８５の軸受部８５ａがガイド軸５０に摺動自在に嵌合している（ガイド軸５０が軸受部８５ａを摺動自在に貫通している）。これらの軸受部８５ａはガイド軸５０の周囲を環状に囲む軸受構造となっているが、摺動抵抗を減らすために軸受部８５ａは他の部分に比してやや薄肉となっている。また、ボビン８１と一体の一対の出力取出し部８４の先端部には前記ガイド軸６０に摺動自在に係合する凹溝８６が形成されており、可動コイル体８０がガイド軸５０を回転中心として回転するのを防止する回り止め構造としている。すなわち、図４のように一対の出力取出し部８４の先端部に形成された凹溝８６によって出力取出し部８４はガイド軸６０の外周面に対し凹溝８６の内側面の微小面積で接触（微小幅の線接触）している。この結果、可動コイル体８０は、２本のガイド体を構成するガイド軸５０，６０により直線移動するように案内（ガイド）されることになる。
【００３６】
なお、２本のガイド軸５０，６０を用いているため、ボビン８１の内周面は直線界磁体１０の外周面に接触しない構造である。
【００３７】
また、駆動コイル２２に給電するための給電用端子は図示を省略したが、例えば一方の出力取出し部８４を端子台兼用とし、そこに植設すればよい。速度検出用コイルに接続する接続端子についても同様である。
【００３８】
その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に統一符号を付して説明を省略する。また、ガイド軸５０，６０、ホルダー７２、ボビン８１の材質は第１の実施の形態におけるガイド軸４０、ホルダー３２、ボビン２１とそれぞれ同じでよい。
【００３９】
この第２の実施の形態によれば、２本のガイド軸５０，６０を用い、一方を軸受用ガイド体、他方を回り止め用ガイド体として使用し、直線界磁体１０に対しボビン２１が非接触となるようにしており、可動コイル体８０が有する一対の出力取出し部８４上に被駆動物を載置する等して取り付けることがで、外形及び重量が比較的大きな被駆動物の直線駆動を円滑かつ容易に実行することができる。
【００４０】
上記第１又は第２の実施の形態では、いずれも可動コイル体２０，８０のボビン２１，８１がガイド軸４０，５０の外周に対して摺動する軸受構造を有するが、逆に可動コイル体のボビンが直線ガイド体１０の外周を環状に囲んで摺動する軸受構造を持ち、かつ当該可動コイル体はガイド軸の外周面に微小面積で接する回り止め構造を持つ構成としてもよい。
【００４１】
なお、可動コイル体の出力取出し部をボビンの鍔に一体に形成したが、ボビンとは別部品のアーム状部材を可動コイル体のボビン等に固着、連結等で取り付けるようにしても差し支えない。
【００４２】
また、ホルダーを磁性材としてサイドヨーク兼用とすることも可能であり、外周ヨークの一端にサイドヨークを予め一体に作製しておくこともできる。
【００４３】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可動コイル型リニアアクチュエータによれば、同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線界磁体と、該直線界磁体の外周を軸方向に移動自在なボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体と、前記直線界磁体の側方に平行配置された少なくとも１本のガイド軸とを備え、外周ヨークを前記直線界磁体に対し固定した位置関係で設け、該外周ヨークの両端に固着されたホルダーにて支持された前記ガイド軸で前記可動コイル体が案内されて摺動する構造としたので、可動コイル体及び装置全長の短縮化が可能であり、また可動コイル体のがたつきのない円滑な摺動動作を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの第１の実施の形態を示す正断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す正断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】従来例の正断面図である。
【符号の説明】
１０  直線ガイド体（直線界磁体）
１１Ａ，１１Ｂ  永久磁石
１２  軟磁性体
１３  非磁性パイプ部材
２０，８０  可動コイル体
２１，８１  ボビン
２１ａ，８１ａ  鍔
２１ｂ  突起
２２  駆動コイル
２３  速度検出用コイル
２４，８４  出力取出し部
２５，８５  軸受用延長部
２４ａ，２５ａ，８５ａ  軸受部
２６  端子台
２７  給電用端子
３０  外周ヨーク
３１  サイドヨーク
３２，７２  ホルダー
３２ａ，７２ａ，７２ｂ  アーム部
３３，３４  切割
４０，５０，６０  ガイド軸
８６  凹溝
【図１】
0003669389.tif 000002
【図２】
0003669389.tif 000003
【図３】
0003669389.tif 000004
【図４】
0003669389.tif 000005
【図５】
0003669389.tif 000006