(57)【要約】【課題】  片電源によって駆動でき、リニアアクチュエータの中心においても充分な推力を確保することができるリニアアクチュエータを提供すること。【解決手段】  固定子１２と、少なくとも一つの鉄部材３０を有し前記固定子１２に対し往復動可能に設けられた可動子１３と、前記鉄部材３０に対向しかつ前記往復動の方向に直交して磁極を持たせるとともに前記固定子１２に前記往復動の方向に沿って設けられた少なくとも１つの永久磁石１４、１５、１６、１７と、前記可動子１３を非駆動状態にて前記往復動方向の基準位置に至らせる復帰手段と、前記固定子１２に設けられたコイル１８とを備えるリニアアクチュエータ１１であって、前記永久磁石１４、１５、１６、１７は前記鉄部材の往復動方向の起磁力が非対称に構成されていることを特徴とする。  【選択図】  図４
2006014464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
少なくとも一つの鉄部材を有し前記固定子に対し往復動可能に設けられた可動子と、
前記鉄部材に対向しかつ前記往復動の方向に直交して磁極を持たせるとともに前記固定子に前記往復動の方向に沿って設けられた少なくとも１つの永久磁石と、
前記可動子を非駆動状態にて前記往復動方向の基準位置に至らせる復帰手段と、前記固定子に設けられたコイルとを備えるリニアアクチュエータであって、
前記永久磁石は前記鉄部材の往復動方向の起磁力が非対称に構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアアクチュエータであって、
前記永久磁石は、その磁極方向の厚みが前記鉄部材の往復動範囲の一端側にて厚い構成とされ、かつ他端側が薄い構成とされることによって起磁力が非対称に形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１記載のリニアアクチュエータであって、
前記永久磁石は、前記鉄部材の往復動範囲の軸方向位置における前記永久磁石の一端側の材質を他端側の材質と異ならせる構成とすることによって起磁力が非対称に形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１記載のリニアアクチュエータであって、
前記永久磁石は、前記鉄部材の往復動範囲の軸方向位置の一端側に寄せて配置し、他端側には配置しない構成とすることによって起磁力が非対称に形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のリニアアクチュエータであって、
前記一端側の前記永久磁石と前記鉄部材との隙間を、前記他端側の前記永久磁石又は固定子と鉄部材との隙間よりも小さくするギャップを設けていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のリニアアクチュエータであって、
前記鉄部材と対向する面が前記可動子の往復動方向に面一に構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造が簡素で高性能なリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
小ストロークを得るためのアクチュエータとして、あらゆる産業界においてソレノイドが幅広く使用されている。しかし、ソレノイドには、ａ）電流に対しての推力の直線性が良くない。ｂ）通電することで発生する推力が変位に対して急激に低下する。ｃ）推力が片方向のみしか発生できないので原位置に戻す場合にコイルバネなど他の手段が必要である。等の欠点があるため、位置決め動作が必要な用途への適応には適していない。
【０００３】
これに対して、リニアアクチュエータは、上記ａ）〜ｃ）の欠点を持たず、バネを併用し共振させることによって少ない損失で駆動できることから、コンプレッサモータ等として利用されている。そして、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは高効率である等優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫や、冷凍庫、あるいはエアコンディショナ用としての利用が期待されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３３９１４７号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来形の永久磁石式リニアアクチュエータは、上記ａ）〜ｃ）の欠点はないが大きなストロークを得たい場合には、両電源（正負の電流を流すことができる電源）を用いるか、リニアアクチュエータのサイズ自体を大きくすることが必要である。
また、磁気中心（推力中心、ストローク中心）がリニアアクチュエータの中心にあり、リニアアクチュエータを最大ストロークで使用するには電流を正負に流すことが必要であった。すなわち、最大ストロークが２０ｍｍのリニアアクチュエータでは、正負の電流を流せるドライバを用意し、正負の電流を流すことで±１０ｍｍの変位を確保し、その結果として２０ｍｍのストロークを得る必要があった。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来形のリニアアクチュエータに比して構成を複雑にすることなく、片電源によって駆動でき、リニアアクチュエータの中心においても充分な推力を確保することができるリニアアクチュエータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、固定子と、少なくとも一つの鉄部材を有し前記固定子に対し往復動可能に設けられた可動子と、前記鉄部材に対向しかつ前記往復動の方向に直交して磁極を持たせるとともに前記固定子に前記往復動の方向に沿って設けられた少なくとも１つの永久磁石と、前記可動子を非駆動状態にて前記往復動方向の基準位置に至らせる復帰手段と、前記固定子に設けられたコイルとを備えるリニアアクチュエータであって、前記永久磁石は前記鉄部材の往復動方向の起磁力が非対称に構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、固定子に前記往復動の方向に沿って設けられた少なくとも１つの永久磁石の起磁力が、鉄部材の往復動方向にて非対称に構成されているので、可動子に設けられた鉄部材は、コイルに電流を流すことで、まず、永久磁石の起磁力が安定する方向に移動し、電流をさらに大きくすることによって、可動子はさらに進行する。また、コイルに流れる電流を切り非駆動状態とすると、復帰手段により、鉄部材が往復動方向の基準位置に自動的に復帰する。
【０００８】
この場合、可動子が永久磁石の起磁力に関してオフセットしているため、鉄部材の往復動を一方向（片電源）の電流により行うことができ、また、オフセットしていない場合に比較して一方向のストロークを約２倍とすることができる。
また、電流の大きさを調整することによって位置決め動作が可能となる。
また、変位に対して推力をオフセットし、可動子の基準位置における推力をゼロとするとともにリニアアクチュエータの可動子の変位に略比例した推力を得ることができる。
その結果、リニアアクチュエータの中央に可動子がある場合（すなわち、従来のリニアアクチュエータにおける変位ゼロの場合）であっても、推力が得られる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のリニアアクチュエータであって、前記永久磁石は、その磁極方向の厚みが前記鉄部材の往復動範囲の一端側にて厚い構成とされ、かつ他端側が薄い構成とされることによって起磁力が非対称に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、永久磁石の磁極方向の厚みが鉄部材の往復動範囲の一端側にて厚く、他端側が薄く構成されているので起磁力が往復動方向にて非対称となり、可動子が永久磁石の起磁力に関してオフセットされる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１記載のリニアアクチュエータであって、前記永久磁石は、前記鉄部材の往復動範囲の軸方向位置における前記永久磁石の一端側の材質を他端側の材質と異ならせる構成とすることによって起磁力が非対称に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、永久磁石の材質を、復動範囲の一端側と他端側において異ならせることによって起磁力を異ならせている。その結果、往復動方向にて起磁力が非対称となり、可動子が永久磁石の起磁力に関してオフセットされる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１記載のリニアアクチュエータであって、前記永久磁石は、前記鉄部材の往復動範囲の軸方向位置の一端側に寄せて配置し、他端側には配置しない構成とすることによって起磁力が非対称に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明によれば、永久磁石が鉄部材の往復動範囲の軸方向位置の一端側に寄せて配置され、他端側には配置されない構成とされている。従って、永久磁石がある一端側には起磁力が存在し、他端側には起磁力が存在しないので、往復動方向にて起磁力が非対称となり、可動子が永久磁石の起磁力に関してオフセットされる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のリニアアクチュエータであって、前記一端側の前記永久磁石と前記鉄部材との隙間を、前記他端側の前記永久磁石又は固定子と鉄部材との隙間よりも小さくするギャップを設けていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、他端側の前記永久磁石又は固定子と鉄部材との隙間を部分的に広く形成することで、用途に応じて可動子に対する付勢力を弱めるように調節することができる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のリニアアクチュエータであって、前記鉄部材と対向する面が前記可動子の往復動方向に面一に構成されていることを特徴とする。
請求項６に係る発明によれば、永久磁石又は固定子と、可動子の鉄部材との間の隙間が往復動方向に一定に保たれるので磁束漏洩が抑制され、その結果、可動子に対する付勢力を強めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係るリニアアクチュエータによれば、片電源によって可動子を駆動することができ、モータサイズを大きくすることなく、２倍のストロークとすることができる。
また、永久磁石の使用量を従来のリニアアクチュエータに比較して１／２にすることができる。
また、磁石コイルに流れる電流を切り非駆動状態とすることで基準位置に自動的に復帰することができる。
さらに、電流の大きさを調整することによって位置決め動作が可能となり、可動子の基準位置における推力をゼロとするとともにリニアアクチュエータの中央に可動子がある場合（すなわち、従来のリニアアクチュエータにおける変位ゼロの場合）であっても、推力が得られ、可動子の変位に略比例した推力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１〜図４はこの発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す図である。
この実施形態のリニアアクチュエータ１１は、ヨーク（固定子）１２と、このヨーク１２の内側に往復動可能に設けられた可動子１３と、ヨーク１２に固定された第１の一対の永久磁石（永久磁石）１４，１５と、ヨーク１２に固定された第２の一対の永久磁石（永久磁石）１６，１７と、ヨーク１２に固定された二つのコイル１８、１９とを備えており、図３に示すように自らが弾性変形することにより可動子１３をヨーク１２に対して往復動可能に支持するとともに可動子を非駆動状態にて往復動方向の基準位置に至らせるための２枚の板バネ（復帰手段）３を備えている。
【００２０】
上記ヨーク１２は、図１に示すように、その中心位置に貫通穴２１が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴２１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部２２を有している。二カ所の円筒面部２２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。
【００２１】
上記ヨーク１２は、その中心位置に貫通穴２１が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴２１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部２２と、各円筒面部２２のそれぞれの両端縁部から円筒面部２２同士を結ぶ方向に沿って外側に延出する平面部２３と、各平面部２３のそれぞれの円筒面部２２に対し反対側の端縁部から平面部２３と直交して外側に延出する平面部２４と、円筒面部２２同士を結ぶ方向に延在して各平面部２４の対応するもの同士をそれぞれ連結させる平面状の内面部２５とを有している。ここで、二カ所の円筒面部２２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。
【００２２】
なお、このヨーク１２は、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成し、この基部材を貫通穴２１の貫通方向に複数、位置を合わせながら積層しつつ接合させた積層鋼板からなっている。
可動子１３は、図３に示すように、先端に雄ネジ部１３ａが形成された円柱状をなし、軸方向に往復移動するシャフト１３ｂと、シャフト１３ｂを内側に挿嵌されてシャフト１３ｂの軸方向の途中位置に固定された可動磁極としての鉄部材３０とを備えている。
【００２３】
永久磁石１４，１５は、図２に示すように、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同長同幅の同じ材料の、例えばフェライト磁石からなるもので、永久磁石１４は、永久磁石１５に比較して、内径側の円弧の半径が小さく、すなわち厚みが厚く形成されている。永久磁石１４，１５は、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部２２に接合固定されており、永久磁石１４と鉄部材３０とが形成するギャップ（隙間）は、永久磁石１５と鉄部材３０とが形成するギャップよりも小さく形成されている。ここで、これら永久磁石１４，１５は、軸線方向に直交する方向に磁極を持たせたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。また、貫通穴２１の貫通方向における一方の永久磁石１４は、Ｎ極が外径側にＳ極が内径側に配置されており、他側の永久磁石１５は、Ｎ極が内径側にＳ極が外径側に配置されている。
【００２４】
永久磁石１６，１７は、図２に示すように、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同長同幅の同じ材料の、例えばフェライト磁石からなるもので、永久磁石１６は、永久磁石１７に比較して、内径側の円弧の半径が小さく、すなわち厚みが厚く形成されている。永久磁石１６，１７は、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部２２に接合固定されており、永久磁石１６と鉄部材３０とが形成するギャップ（隙間）は、永久磁石１７と鉄部材３０とが形成するギャップよりも小さく形成されている。ここで、これら永久磁石１６，１７は、軸線方向に直交する方向に磁極を持たせたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。また、貫通穴２１の貫通方向における一方の永久磁石１６は、Ｓ極が外径側にＮ極が内径側に配置されており、他側の永久磁石１７は、Ｓ極が内径側にＮ極が外径側に配置されている。
【００２５】
以上により、第１の一対の永久磁石１４，１５および第２の一対の永久磁石１６，１７は、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石同士で内径側すなわち可動子１３側の磁極を逆にしている。すなわち、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石１４および永久磁石１６は互いに内径側の磁極を逆にしており、貫通穴２１の貫通方向に位置が合う永久磁石１５および永久磁石１７も互いに内径側の磁極を逆にしている。
【００２６】
コイル１８は、図３に示すように、ヨーク１２に内側に突き出すように形成された円筒面部２２を取り囲むように巻き胴３２が取り付けられ、この巻き胴３２に導線が多重に巻き付けられて構成されている。コイル１９は、ヨーク１２を挟んで円筒面部２２と相対する位置に形成された上記円筒面部２２と対応する円筒面部２２に同じく巻き胴３２が取り付けられ、この巻き胴３２に導線が多重に巻き付けられて構成されている。
【００２７】
２枚の板バネ３は、可動子１３の軸方向に離間し、ヨーク１２を間に挟んで配置されている。２枚の板バネ３は同じ形状をなし、均一な厚さの金属板を打ち抜き加工され、可動子１３の軸方向から見ると「８」の字形に形成されている。「８」の中央の線が交差する部分に相当する箇所には、可動子１３先端または後端を支持する貫通孔３ａ（図３に図示）がそれぞれ形成されている。また、「８」のマルの内側に相当する箇所には、上述のコイル１８または１９を内側に通すことが十分に可能な大きさの貫通孔３ｂ，３ｃがそれぞれ形成されている。
さらに、「８」の最上部および最下部に相当する箇所には、板バネ３をヨーク１２に固定するための小孔３ｄ，３ｅがそれぞれ形成されている。
【００２８】
各板バネ３は、ともにコイル１８の軸方向の途中位置にて可動子１３を支持している。より詳細に説明すると、図３に示すように、可動子１３の先端を支持する一方の板バネ３は、貫通孔３ａに可動子１３の先端側を通して固定されるとともに、小孔３ｄに通される図示しないネジ、および小孔３ｅに通される図示しないネジによって可動子１３の中心からコイル１８または１９よりも遠い位置にてヨーク１２に固定されている。また、可動子１３の後端を支持する他方の板バネ３は、貫通孔３ａに可動子１３の後端側を通して固定されるとともに、小孔３ｄ，３ｅに通された上記ネジによって可動子の中心からコイル１８または１９よりも遠い位置にてヨーク１２に固定されている。
【００２９】
一方の板バネ３は、貫通孔３ｂから可動子１３の先端側にコイル１８を突き出させるとともに、貫通孔３ｃから可動子１３の先端側にコイル１９を突き出させ、他方の板バネ３は、貫通孔３ｂから可動子１３の後端側にコイル１８を突き出させるとともに、貫通孔３ｃから同じく可動子１３の後端側にコイル１９を突き出させている。可動子１３の軸方向に沿う２枚の板バネ３の間隔は、同方向に沿うコイル１８または１９の寸法よりも狭くなっており、貫通孔３ｂ，３ｃは、コイル１９との干渉を避けるための「逃げ」としての役割を果たしている。
【００３０】
各板バネ３は、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子１を可動子１３の先端側および後端側の２箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子１を可動子１３の軸方向に往復動可能に支持している。なお、各板バネ３は、可動子１が往復動する際の変形量が、繰り返し弾性変形を強いられることによって疲労し、ついには破壊に至ってしまう可能性のある変形量よりも小さくなるように、可動子１３を支持する貫通孔３ａから小孔３ｄまたは３ｅまでの距離（直線距離ではなく、板バネ自体の長さ）を可能な限り長くしたり、板厚を薄くしたりといった事前の調整がなされている。ただし、その外形は可動子１３の軸方向からリニアアクチュエータ全体を見た場合にヨーク１２の外形からはみ出さない程度の大きさとなっている。
【００３１】
上記構造のリニアアクチュエータ１１は、双方のコイル１８、１９に電流を流していない状態では、図４に曲線ａに示すように、ヨーク１２、永久磁石１６、鉄部材３０を経てヨーク１２をこの順に結ぶループで磁束が形成されると共に、曲線ｂに示すように、ヨーク１２、鉄部材３０、永久磁石１４を経て結ぶループで磁束が形成される。
【００３２】
上記各曲線ａ、ｂからなるループによって、ヨーク１２、永久磁石１６、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１４およびヨーク１２を経る磁束φ１と、永久磁石１５、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１７を経てヨーク１２をこの順に結ぶ大ループの磁束φが形成される。
【００３３】
かかる大ループの磁束φは、リニアアクチュエータ１１の往復動方向に関して非対称であり、可動子１３には基準位置にて図４の矢印方向に推力Ｐが発生するが、復帰手段である２枚の板バネ３に基準位置にて矢印の逆方向の推力Ｐが作用するような変形を予め与えて、可動子１３がリニアアクチュエータ１１の中央からオフセットさせた状態で基準位置にて停止させられている。
【００３４】
次にこの実施の形態のリニアアクチュエータ１１の作用について説明する。
可動子１３は非駆動状態にて、永久磁石１６から永久磁石１４に永久磁石の起磁力が発生し基準位置にて図４の矢印方向に推力Ｐが発生している。この推力Ｐは、復帰手段である２枚の板バネ３に基準位置にて矢印の逆方向に推力Ｐと等しい抗力が予め与えられることによって、可動子１３がリニアアクチュエータ１１の中央からオフセットした状態で基準位置に停止させられている。
【００３５】
まず、双方のコイル１８、１９に直流電流を流すことにより、磁束がＳ極からＮ極に導かれることにより、ヨーク１２の外周部、円筒面部２２、永久磁石１６、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１４、ヨーク１２の外周部の順に循環する二つの対称なループがそれぞれ形成される。
また、同時に第１の永久磁石１５と第２の永久磁石１７間においても、磁束が、ヨーク１２の外周部、円筒面部２２、永久磁石１７、鉄部材３０、可動子１３、鉄部材３０、永久磁石１５、ヨーク１２の外周部の順に循環する二つの対称なループがそれぞれ形成される。
【００３６】
したがって、永久磁石１６と永久磁石１４の間においては永久磁石１６から永久磁石１４に向かう方向に、永久磁石１７と永久磁石１５の間においては永久磁石１５から永久磁石１７に向かう方向に磁束が発生し、永久磁石１６と永久磁石１４の間において鉄部材３０内の磁束が密になり、逆に永久磁石１７と永久磁石１５の間においては永久磁石１５、１７による起磁力が打ち消され、起磁力が小さくなる。
その結果、可動子１３には正方向（図７の左側）に向かう推力Ｆが作用し、可動子１３はその力に押されて同方向に移動する。
【００３７】
可動子１３の鉄部材３０を往復動方向にオフセットさせた本発明に係るリニアアクチュエータ１１と従来の可動子１３をオフセットさせていないリニアアクチュエータの可動子の位置と推力の大きさＦとの関係は、図５に示すような関係となる。
つまり、可動子１３をオフセットさせていない従来のリニアクチュエータ１１は、可動子１３がヨーク１２内で軸方向の中間位置Ｑに位置し、そこから駆動され往復動すると、破線Ｘにて示すループを描く。これに対し、可動子１３をオフセットさせた本発明に係るリニアアクチュエータ１１は、可動子１３がヨーク１２において軸方向の中間位置からずれ、基準位置Ｒから駆動されて往復動すると、図５の実線Ｙに示すループを描くこととなる。      
【００３８】
上記第１の実施の形態のリニアアクチュエータによれば、可動子の往復動全範囲荷を片電源にて駆動させることができる。その結果、一方向の電流で駆動できるストロークを約２倍にすることができる。
電流の大きさを調整することによって位置決め動作が可能となり、また、電流を切ることによって、可動子が基準位置に自動復帰する。
【００３９】
また、変位に対して推力をオフセットし、可動子の基準位置における推力をゼロとするとともにリニアアクチュエータの可動子の変位に略比例した推力を得ることができる。
その結果、リニアアクチュエータの中央に可動子がある場合（すなわち、従来のリニアアクチュエータにおける変位ゼロの場合）であっても、推力が得られる。
この実施形態において、永久磁石１５及び永久磁石１７と鉄部材３０とで形成されるギャップよりも永久磁石１４及び永久磁石１６で形成されるギャップが広く形成されているので、可動子１３に対する付勢力を必要に応じて弱めるように調節することができる。
【００４０】
また、永久磁石１５及び永久磁石１７は、永久磁石１４及び永久磁石１６に比較して厚さが薄く形成されているので、永久磁石の薄型化により製造コストを削減することができる。また、推力等に関しては、欠落させていないものと同等の性能を確保することができる。
また、永久磁石１５、１７を薄く形成することによって、永久磁石の使用量を減らし、製造コストを削減することができる。
【００４１】
図６は、この発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータを示している。
この実施形態において、第１の実施形態と異なるのは、ヨーク１２の円筒面部２２の永久磁石１４、１６が配置される領域を、永久磁石１４、１６の厚みに応じて円筒面部２２の径を大きく形成し、第１の一対の永久磁石１４、１５と第２の一対の永久磁石１６、１７の鉄部材３０と対向する面を可動子３０の往復動方向に面一に構成した点である。
【００４２】
第２の実施の形態のアクチュエータ１１によれば、コイル１８に電流を流すことによって、アクチュエータ１１の一端側に位置する永久磁石１６から永久磁石１４への磁束が密になり、その結果として一端側方向への推力Ｆが発生する。また、第１の実施形態の効果に加え、ヨーク１２に配置された第１の一対の永久磁石１４、１５と第２の一対の永久磁石１６、１７の鉄部材３０とで形成されるギャップが往復動方向に一定に保たれて磁束漏洩が抑制されるので、可動子１３に対する付勢力を強めることが可能となる。
【００４３】
図７は、この発明の第３の実施の形態に係るアクチュエータを示している。
この実施形態において、第１の実施形態と異なるのは、永久磁石１４、１５、１６、１７は同径同長同幅に形成されるとともに、永久磁石１４、１６と永久磁石１５、１７の材料を異ならせて、永久磁石１４、１６を永久磁石１５、１７に比較して強磁性体で形成した点である。
具体的には、永久磁石１４、１６の材料をサマリウムコバルトとし、永久磁石１５、１７の材料をフェライト磁石とするような構成が挙げられる。
【００４４】
第３の実施の形態のアクチュエータ１１によれば、コイル１８に電流を流すことによって、アクチュエータ１１の一端側に位置する永久磁石１６から永久磁石１４への磁束が密になり、その結果として一端側方向への推力Ｆが発生する。また、コイル１８に電流を流すことによって、アクチュエータ１１の一端側に位置する永久磁石１６から永久磁石１４への磁束が密になり、その結果として一端側方向への推力Ｆが発生する。また、第１の実施形態の効果に加え、ヨーク１２に配置された第１の一対の永久磁石１４、１５と第２の一対の永久磁石１６、１７の鉄部材３０とで形成されるギャップが往復動方向に一定に保たれて磁束漏洩が抑制されるので、可動子１３に対する付勢力を強めることが可能となる。
【００４５】
図８は、この発明の第４の実施の形態に係るアクチュエータを示している。
この実施形態において、第１の実施形態と異なるのは、永久磁石１４Ａ、１６Ａを、鉄部材３０の往復動範囲の軸方向位置の一端側に寄せ、円筒面部２２内面に鉄部材３０方向に突出して配置し、他端側には配置しない構成とすることで起磁力が非対称に形成されている点である。
【００４６】
第４の実施の形態のアクチュエータ１１によれば、コイル１８に電流を流すことによって、アクチュエータ１１の一端側に位置する永久磁石１６Ａから永久磁石１４Ａへの磁束が密になり、その結果として一端側方向への推力Ｆが発生する。また、第１の実施形態の効果に加え、永久磁石１４Ａ、１６Ａをヨーク１２に対し一端側に寄せることで、可動子の軸方向変位ゼロの場合でも可動子に推力を発生させることができる。
【００４７】
また、永久磁石１４Ａ、１６Ａが配置されないヨーク１２と鉄部材３０とで形成される領域のギャップが、永久磁石１４Ａ及び永久磁石１６Ａで形成されるギャップよりも広く形成されているので、可動子１３に対する付勢力を必要に応じて弱めるように調節することができる。
また、永久磁石の数や大きさを削減し、ヨーク１２の円筒面２を面一のまま使用するのでヨーク１２に永久磁石１４Ａ、１６Ａを埋設するための加工が必要ないので、リニアアクチュエータの製造コストを削減することができる。
また、永久磁石の使用量を１／２に減らすことにより、製造コストを削減することができる。
【００４８】
図９は、この発明の第５の実施の形態に係るアクチュエータを示している。
この実施形態において、第４の実施形態と異なるのは、ヨーク１２の円筒面部２２の永久磁石１４Ａ、１６Ａが配置される領域を、永久磁石１４Ａ、１６Ａの厚み分だけ径を大きく形成し、永久磁石１４Ａ、１６Ａをヨーク１２内に埋設配置し、鉄部材３０と対向する円筒面２２を永久磁石１４Ａ、１６Ａがある領域とない領域ともに可動子３０の往復動方向に面一に構成した点である。
【００４９】
第５の実施の形態のアクチュエータ１１によれば、ヨーク１２に配置された永久磁石１４Ａ、１６Ａの存在する領域と存在しない領域共に、鉄部材３０とで形成されるギャップが往復動方向に一定に保たれて磁束漏洩が抑制されるので、可動子１３に対する付勢力を強めることが可能となる。
【００５０】
図１０は、この発明の第６の実施の形態に係るアクチュエータを示している。
この実施形態において、第４の実施形態と異なるのは、可動子１３の鉄部材３０が可動子１３の往復動方向に２個配置され、それぞれの鉄部材３０に対応した第１の１対の永久磁石１４、１５と、第２の１対の永久磁石１６、１７がヨーク１２の往復動方向の一端側に寄せられ、円筒面部２２に鉄部材３０方向に突出配置されている。
【００５１】
第６の実施の形態のアクチュエータ１１によれば、コイル１８に電流を流すことによって、アクチュエータ１１の一端側に寄せて配置された永久磁石１６から永久磁石１４への磁束と、永久磁石１７から永久磁石１５への磁束とが密になり、その結果として一端側方向への推力が発生する。この場合、可動子１３に２個の鉄部材３０が設けられているので、ストロークは１／２になるが、２倍の推力２Ｆを得ることが可能となる。
【００５２】
このリニアアクチュエータ１１は、可動子１３を正方向に移動させるようにコイルに電流を流すと、それによって発生した起磁力により磁束が生じるので、この可動子を確実に移動させることができる。
加えて、第１の一対の永久磁石１４、１５、及び第２の一対の永久磁石１６、１７をヨークの鉄心における軸方向の他端に寄せると、コイルに電流が流れていないときは、図１１に示す左方向にずれるオフセット状態の位置となる。
【００５３】
上記のリニアアクチュエータ１１においては、板バネ３が、従来のように可動子を滑らせて往復動可能に支持するのではなく、可動子１を可動子１３の先端側および後端側の２箇所で保持し、自らが弾性変形することによって可動子１を可動子１３の軸方向に往復動可能に支持する。これにより、可動子１には摩耗も摺動抵抗も生じない。したがって、長期にわたる使用を経た後でも軸支持の精度が低下することがなく高い信頼性が得られる。さらに、摺動抵抗に起因する消費電力の損失がなく性能の向上が図れる。
【００５４】
また、上記のリニアアクチュエータにおいては、各板バネ３を、コイル１８，１９との干渉を回避しつつ可動子を基点としてコイル１８，１９よりも遠い位置にて固定子２に支持させている。これにより、嵩の張るコイル１８，１９と２枚の板バネ３とをより近接して配置することが可能になる。したがって、リニアアクチュエータの小型化が図れる。
【００５５】
なお、上記実施の形態においては、ヨーク１２に内側に突き出すように形成された円筒面部２２と、該円筒面部２２に対応する円筒面部２２の突出形状部を、それぞれ巻き胴３２が取り囲み、これら巻き胴３２に導線が多重に巻き付けられた構成について説明したが、ヨーク１２において磁気回路を構成する鉄部材の円筒面部２２と対応する円筒面部２２を接続する中間部分の両側位置において導線を巻き付けても磁気を発生させてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態において、永久磁石としては、上記したフェライト磁石以外にも、ネオジウム、サマリウムコバルト等の希土類系を用いることが可能である。
また、上記実施の形態においては、第１の一対の永久磁石１４、１５と第２の一対の永久磁石１６、１７と、コイル１８，１９で構成された２極のリニアアクチュエータの場合について説明について説明したが、３以上の極数を設けてもよい。
その他、軸受は板バネ以外に、すべり軸受やボールブッシュなどの転がり軸受を用いてもよい。
また、磁石の大きさ、厚さ、材料及び配置等の構成要素については、上記実施の形態に拘われることなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す正面図である。
【図２】図１の右側面から見た縦断面図である。
【図３】リニアアクチュエータを示す一部破断の斜視図である。
【図４】コイルに電流が流れていないときの磁束の状態を示す説明図である。
【図５】この発明に係るオフセットしたリニアアクチュエータとオフセットしていない従来のリニアアクチュエータにおける可動子の変位と推力の大きさとの関係を示す図である。
【図６】この発明の第２の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す縦断面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す縦断面図である。
【図８】この発明の第４の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す縦断面図である。
【図９】この発明の第５の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す縦断面図である。
【図１０】この発明の第６の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
３    板バネ（復帰手段）
１１    リニアアクチュエータ
１２    ヨーク（固定子）
１３    可動子
１４、１５    第１の永久磁石（永久磁石）
１６、１７    第２の永久磁石（永久磁石）
１８、１９    コイル
３０    鉄片（鉄部材）
【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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