(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子鉄心とコイルとを含む電機子と、
軟磁性体によって構成され、前記コイルに電流が供給されることによって生じる磁力によって所定の移動方向に移動する可動子と、
を備え、
前記電機子鉄心と対向する前記可動子の対向面は、前記可動子が前記移動方向に移動するにしたがって前記電機子鉄心に近づくよう、前記移動方向に対して傾斜し、
前記可動子は、前記移動方向に延びるように前記対向面に設けられた凹部を有し、
前記電機子は、前記凹部に挿入され、前記コイルに電流が供給されることによって励磁されるティース部を有し、
前記凹部は、互いに対向する一対の側壁を有し、
前記電機子鉄心は、筒状をなしており、その内側面から前記ティース部が内側に向けて突出するように設けられており、
前記移動方向は、前記電機子鉄心の空洞を通る方向であり、
前記可動子は、前記電機子鉄心の空洞内に配置され、複数の前記凹部が前記移動方向に延びる中心軸から放射状に設けられており、
前記電機子は、前記凹部のそれぞれに対応して、複数の前記ティース部が前記中心軸から放射状に設けられており、
前記電機子鉄心は、前記コイルに対して前記移動方向上流側に位置する上流側筒状部と、前記コイルに対して前記移動方向下流側に位置する下流側筒状部とを含み、
前記上流側筒状部は、前記下流側筒状部よりも空洞が大きくなるように形成されている、
直動電動機。
【請求項２】
前記凹部の底部は、前記移動方向に直線的に延びている、
請求項１に記載の直動電動機。
【請求項３】
前記ティース部は、前記凹部の底部に対向する端部が前記移動方向に延びるように構成されている、
請求項２に記載の直動電動機。
【請求項４】
複数の前記ティース部が前記移動方向に並べて設けられており、
前記移動方向に並ぶ複数の前記ティース部それぞれの前記端部と前記凹部の底部との距離が同一である、
請求項３に記載の直動電動機。
【請求項５】
複数の前記電機子が前記移動方向に沿って並べて配置されており、
前記移動方向上流側の電機子は、前記移動方向下流側の電機子よりも前記電機子鉄心の空洞が大きくなるように形成されている、
請求項１乃至４の何れかに記載の直動電動機。
【請求項６】
前記可動子は、前記対向面から一部が突出するように設けられた永久磁石を有する、
請求項１乃至５の何れかに記載の直動電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、特定方向に沿って等間隔Ｐで歯部が形成されたスケールと、スケールに対して特定方向に移動自在に支持されたスライダ（可動子）とを備えるリニアパルスモータが開示されている。スライダはＡ相ブロックとＢ相ブロックとを備える。Ａ相ブロックはＡ相磁極と相磁極とを含む鉄心を有し、Ｂ相ブロックはＢ相磁極と相磁極とを含む鉄心を有し、各磁極にはコイルが巻回される。各磁極のスケールに対向する端面には、特定方向に沿って一定間隔Ｐ／２で極歯（ティース部）と凹溝とが交互に形成される。各凹溝には永久磁石が挿入され、隣り合う永久磁石の極性が互いに逆方向とされる。Ａ相磁極の各極歯とＡ相ブロックの相磁極の各極歯とは、スケールの歯部に対する位相がＰ／２だけ互いに異なっている。Ａ相磁極の各極歯とＢ相磁極の各極歯とは、スケールの歯部に対する位相がＰ／４だけ互いに異なっている。Ａ相磁極の各極歯とＢ相ブロックの相磁極の各極歯とは、スケールの歯部に対する位相が３Ｐ／４だけ互いに異なっている。
【０００３】
特許文献１に開示されたリニアパルスモータを一相励磁方式で駆動する場合、Ａ相ブロックのコイルとＢ相ブロックのコイルに順次電流を供給する。Ａ相ブロックのコイルに所定方向の電流を流すと、Ａ相ブロックの各磁極とスケールの各歯部との間に形成された間隙に磁束が発生し、スライダが特定方向にＰ／４だけ移動する。この結果、Ａ相磁極の各極歯がスケールの各歯部と対向する位置が磁気的に安定する位置となる。次にＢ相ブロックのコイルに所定方向の電流を流すと、Ｂ相ブロックの各磁極とスケールの各歯部との間に形成された間隙に磁束が発生し、スライダが特定方向にさらにＰ／４だけ移動する。この結果、Ｂ相磁極の各極歯がスケールの各歯部と対向する位置が磁気的に安定する位置となる。次にＡ相ブロックのコイルに逆方向の電流を流すと、スライダが特定方向にさらにＰ／４だけ移動する。この結果、Ａブロックの相磁極の各極歯がスケールの各歯部と対向する位置が磁気的に安定する位置となる。次にＢ相ブロックのコイルに逆方向の電流を流すと、スライダが特定方向にさらにＰ／４だけ移動する。この結果、Ｂブロックの相磁極の各極歯がスケールの各歯部と対向する位置が磁気的に安定する位置となる。このような動作を繰り返し、スライダが特定方向に継続して移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６６３６５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたリニアパルスモータは、コイルに直流を流しただけでは極歯がスケールの歯部と対向する位置までの僅かな距離（Ｐ／４）しか移動することができない。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、直流で駆動したときに従来に比して長い距離を可動子が移動可能な直動電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の直動電動機は、電機子鉄心とコイルとを含む電機子と、軟磁性体によって構成され、前記コイルに電流が供給されることによって生じる磁力によって所定の移動方向に移動する可動子と、を備え、前記電機子鉄心と対向する前記可動子の対向面は、前記可動子が前記移動方向に移動するにしたがって前記電機子鉄心に近づくよう、前記移動方向に対して傾斜している。
【０００８】
この態様において、前記可動子は、前記移動方向に延びるように前記対向面に設けられた凹部を有し、前記電機子は、前記凹部に挿入され、前記コイルに電流が供給されることによって励磁されるティース部を有してもよい。
【０００９】
また、上記態様において、前記凹部の底部は、前記移動方向に直線的に延びていてもよい。
【００１０】
また、上記態様において、前記ティース部は、前記凹部の底部に対向する端部が前記移動方向に延びるように構成されていてもよい。
【００１１】
また、上記態様において、複数の前記ティース部が前記移動方向に並べて設けられており、前記移動方向に並ぶ複数の前記ティース部それぞれの前記端部と前記凹部の底部との距離が同一であってもよい。
【００１２】
また、上記態様において、前記電機子鉄心は、筒状をなしており、その内側面から前記ティース部が内側に向けて突出するように設けられており、前記移動方向は、前記電機子鉄心の空洞を通る方向であり、前記可動子は、前記電機子鉄心の空洞内に配置され、複数の前記凹部が前記移動方向に延びる中心軸から放射状に設けられており、前記電機子は、前記凹部のそれぞれに対応して、複数の前記ティース部が前記中心軸から放射状に設けられていてもよい。
【００１３】
また、上記態様において、複数の前記電機子が前記移動方向に沿って並べて配置されており、前記移動方向上流側の電機子は、前記移動方向下流側の電機子よりも前記電機子鉄心の空洞が大きくなるように形成されていてもよい。
【００１４】
また、上記態様において、前記可動子は、前記対向面から一部が突出するように設けられた永久磁石を有してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、直流で駆動したときに可動子を従来に比して長い距離移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る直動電動機の構成を示す斜視図。
【図２】電機子の構成を示す斜視図。
【図３】電機子の構成を示す平面図。
【図４】電機子の構成を示す底面図。
【図５】電機子の構成を示す側面断面図。
【図６】可動子の構成を示す斜視図。
【図７】可動子の構成を示す平面図。
【図８】可動子の構成を示す側面断面図。
【図９Ａ】実施の形態１に係る直動電動機の動作を説明するための側面断面図。
【図９Ｂ】実施の形態１に係る直動電動機の動作を説明するための側面断面図。
【図９Ｃ】実施の形態１に係る直動電動機の動作を説明するための側面断面図。
【図１０】ティース部の端面と凹部の底面との間のギャップを説明するための拡大断面図。
【図１１】実施の形態２に係る直動電動機の構成を示す斜視図。
【図１２】電機子鉄心の構成を示す斜視図。
【図１３】可動子の構成を示す斜視図。
【図１４】実施の形態２に係る直動電動機の平面図。
【図１５Ａ】実施の形態２に係る直動電動機の動作を説明するための側面図。
【図１５Ｂ】実施の形態２に係る直動電動機の動作を説明するための側面図。
【図１５Ｃ】実施の形態２に係る直動電動機の動作を説明するための側面図。
【図１６】可動子が移動初期位置に復帰可能な直動電動機の構成の一例を示す側面断面図。
【図１７】可動子が移動初期位置に復帰可能な直動電動機の構成の他の例を示す側面断面図。
【図１８】永久磁石を設けた可動子の一例を示す斜視図。
【図１９】互いに大きさが異なる電機子を備える直流電動機の一例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る直動電動機の構成を示す斜視図である。直動電動機１００は、電機子１１０と、可動子１２０とを備える。なお、以下の説明において、可動子１２０の移動方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向の１つをＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向の両方に直交する方向をＹ方向という。また、Ｚ方向は上下方向である。
【００１９】
図２は電機子１１０の構成を示す斜視図、図３はその平面図、図４はその底面図、図５はその側面断面図である。
【００２０】
電機子１１０は、電機子鉄心１１１と、コイル１１２とを有する。
【００２１】
電機子鉄心１１１は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。電機子鉄心１１１は、円筒状をなしている。さらに詳細には、電機子鉄心１１１の内径は、Ｚ方向の一端側（上端側）から他端側（下端側）に向かうにしたがって大きくなっている。つまり、電機子鉄心１１１の空洞は、下方に向かうにしたがって半径が大きくなる円錐台状をなしている。
【００２２】
電機子鉄心１１１の内側面のＺ方向中央部には、コイル１１２を収容するための円環状の凹部１１５が設けられている。凹部１１５には、円環状のコイル１１２が収容される。コイル１１２は、円環状に導線が巻回されて構成される。
【００２３】
電機子鉄心１１１の内径側には複数のティース部１１３，１１４が設けられている。さらに詳細にティース部１１３，１１４の構成を説明する。ティース部１１３は、凹部１１５の上側に設けられており、ティース部１１４は、凹部１１５の下側に設けられている。８個のティース部１１３が、電機子鉄心１１１の周方向に等間隔に設けられている。つまり、隣り合うティース部１１３の間の角度は４５°である。同数（８個）のティース部１１４が、同様に電機子鉄心１１１の周方向に等間隔に設けられている。換言すれば、ティース部１１３，１１４は、電機子鉄心１１１の空洞を通る中心軸１０から放射状に設けられている（図３及び図４参照）。各ティース部１１３は、各ティース部１１４と対をなしている。一対のティース部１１３，１１４は、Ｚ方向に直線的に並ぶように配置される（図５参照）。
【００２４】
ティース部１１３は、下方に向かうにしたがって幅が大きくなる台形の板状をなしている。上述したように、電機子鉄心１１１の内側面は、下方に向かうにしたがって内径が大きくなる円錐台状である。ティース部１１３のテーパの傾斜角度は、この電機子鉄心１１１の内側面の傾斜角度と整合しており、これによって、ティース部１１３の内側の端面は、Ｚ方向に延びている。
【００２５】
上記のような電機子１１０は、図１に示すように、Ｚ方向に複数並べて配置される。
【００２６】
次に、可動子１２０の構成について説明する。図１に示すように、可動子１２０は、電機子１１０の内側に配置される。可動子１２０は、電機子鉄心１１１の空洞を通る方向（Ｚ方向）に移動可能である。
【００２７】
図６は可動子１２０の構成を示す斜視図、図７はその平面図、図８はその側面断面図である。
【００２８】
可動子１２０は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。可動子１２０は、Ｚ方向の一端（上端）から他端（下端）へ向かって半径が大きくなる円錐台状をなしている。かかる可動子１２０は、電機子１１０よりもＺ方向に長い（図１参照）。可動子１２０が電機子１１０に挿入されると、可動子１２０の側面が電機子鉄心１１１の内側面に対向する。上述したように可動子１２０は円錐台状をなしているため、可動子１２０の側面、即ち電機子鉄心１１１との対向面１２１は、Ｚ方向に移動するにしたがって電機子鉄心１１１に近づくよう、Ｚ方向に対して傾斜している。
【００２９】
可動子１２０の対向面１２１には、Ｚ方向に延びる溝状の凹部１２２が複数（８個）設けられている。８個の凹部１２２は、対向面１２１において周方向に等間隔に設けられている。つまり、隣り合う凹部１２２の間の角度は４５°である。換言すれば、凹部１２２は、可動子１２０の中心軸１０から放射状に設けられている（図７参照）。
【００３０】
図８に示すように、凹部１２２は、可動子１２０の上端において浅く、可動子１２０の下端において深くなっている。さらに詳しく説明すると、凹部１２２の深さは、Ｚ方向の位置に対して比例しており、対向面１２１に対して凹部１２２の底面１２３が傾斜している。凹部１２２の深さの傾斜角度は、対向面１２１の傾斜角度と整合しており、これによって、凹部１２２の底面１２３は、Ｚ方向に直線的に延びている。
【００３１】
電機子１１０のティース部１１３は、凹部１２２に挿入される。ティース部１１３が凹部１２２に挿入された状態を維持したまま、可動子１２０はＺ方向に移動可能である。
【００３２】
また、可動子１２０にはＸ−Ｙ平面視において円形の貫通孔が中心に設けられており、この貫通孔には断面が円形の棒状のガイドレールを挿入することができる（図示せず）。これにより、Ｚ方向以外の方向への可動子１２０の移動を規制することができる。
【００３３】
図９Ａ〜図９Ｃを参照して、直動電動機１００の動作について説明する。
【００３４】
図９Ａに示すように、可動子１２０の上端が電機子１１０の下端に近接した位置から動作を開始する。この状態において、コイル１１２に直流を供給すると、磁界が発生し、電機子鉄心１１１及びティース部１１３，１１４が励磁される。電機子１１０では、電機子鉄心１１１のＺ方向中央位置において最も磁界の強度が強くなる。
【００３５】
可動子１２０は上端部のみが電機子１１０の内部に挿入されているため、可動子１２０は一様でない磁場中に置かれた状態となる。これにより、軟磁性体製の可動子１２０にリラクタンスが作用し、可動子１２０はより磁束密度が高い領域に引き寄せられ、Ｚ方向（上方）に移動する。なお、図９Ａ及び９Ｂにおいて、可動子１２０に作用する磁力を矢印で示しており、矢印の向きは磁力の向きを、矢印の大きさは磁力の大きさを示している。
【００３６】
可動子１２０は電機子１１０の内部空間、即ち電機子鉄心１１１の空洞をＺ方向に移動する。図９Ｂに示すように、可動子１２０の上端が電機子１１０のＺ方向中央位置を通過し、可動子１２０のＺ方向中央位置が電機子１１０のＺ方向中央位置に位置する状態となる。このとき、可動子１２０は下方に向かうにしたがって半径が大きくなる円錐台状であるため、可動子１２０がＺ方向に移動するほど、対向面１２１と電機子鉄心１１１の内側面とが近接する。つまり、可動子１２０がＺ方向に移動するほど、対向面１２１と電機子鉄心１１１の内側面との間の間隙が小さくなる。磁束は、真空又は空気中よりも軟磁性体中を通る方が安定する。そのため、可動子１２０がＺ方向に移動するほど、磁束が間隙（空気中）よりも軟磁性体を通る割合が大きくなり、安定する。したがって、可動子１２０のＺ方向中央位置が電機子１１０のＺ方向中央位置に位置する状態では磁気的に安定せず、Ｚ方向の推力が可動子１２０に作用し、さらに可動子１２０がＺ方向に移動する。
【００３７】
可動子１２０がＺ方向に移動するほど、対向面１２１と電機子鉄心１１１の内側面とが近接する。このため、図９Ｃに示すように、可動子１２０の対向面１２１が電機子鉄心１１１の内側面と当接するまで、可動子１２０はＺ方向に移動する。なお、可動子１２０に当接するストッパーを設けることで対向面１２１と電機子鉄心１１１の内側面とが当接する前に可動子１２０を停止させるようにし、可動子１２０の停止位置を規定してもよい。
【００３８】
図１０は、ティース部１１３，１１４の端面と凹部１２２の底面１２３との間のギャップを説明するための拡大断面図である。上記のような可動子１２０の移動の過程において、可動子１２０の凹部１２２にはティース部１１３，１１４が挿入される。このとき、凹部１２２がＺ方向に延びた溝状であるので、ティース部１１３，１１４が凹部１２２に挿入された状態が維持されたまま、可動子１２０がＺ方向に移動する。したがって、可動子１２０がＺ方向に移動しても、ティース部１１３，１１４と軟磁性体製の可動子１２０との間のギャップに形成された磁界が維持され、可動子１２０の推力が維持される。
【００３９】
また、凹部１２２の底面１２３はＺ方向に直線的に延びている。このため、可動子１２０がＺ方向に移動しても、ティース部１１３，１１４の端面と凹部１２２の底面１２３との距離が変化しない。したがって、ティース部１１３，１１４と底面１２３との間のギャップに形成された磁界が変化せず、可動子の推力が維持される。
【００４０】
その上、ティース部１１３，１１４の端面もＺ方向に直線的に延びているので、ティース部１１３，１１４の端面が凹部１２２の底面１２３と平行になる。したがって、ティース部１１３，１１４の端面と凹部１２２の底面１２３とのギャップ幅が均一となり、ギャップ全体において均一な磁界が形成される。
【００４１】
また、Ｚ方向に並ぶ２つのティース部１１３，１１４は、端面と凹部１２２の底面１２３との距離が同一である。このため、２つのティース部１１３，１１４において、ギャップにおいて生じる磁束数が同等となる。このようにギャップを一定とすれば可動子のＺ方向の位置によって磁束数が大きく変化しなくなるため、Ｚ方向に沿って体積が変化するように可動子の形状を決定することにより、可動子のＺ方向の各位置における推力を操作することが可能となる。
【００４２】
また、上記のように、可動子１２０において凹部１２２が放射状に設けられているので、隣り合う凹部１２２の間の凸部も放射状に設けられる。このため、Ｚ方向における可動子１２０の強度を確保することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図１１は、本実施の形態に係る直動電動機の構成を示す斜視図である。直動電動機２００は、電機子２１０と、可動子２２０とを備える。なお、以下の説明において、可動子２２０の移動方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向の１つをＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向の両方に直交する方向をＹ方向という。
【００４４】
電機子２１０は、コイル２１１と、電機子鉄心２１４とを有する。電機子鉄心２１４は、ティース部２１２と、ヨーク部２１３とを有する。ヨーク部２１３はＺ方向に延びる貫通孔を有する環状であり、その内側に複数のティース部２１２が設けられている。ティース部２１２は、電機子鉄心２１４の空洞を通る中心軸２０から放射状に配置されている。
【００４５】
ヨーク部２１３とティース部２１２は電機子鉄心２１４として一体的に形成されている。かかる電機子鉄心２１４は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。図１２は、電機子鉄心２１４の構成を示す斜視図である。図１２に示すように、ヨーク部２１３は六角形の環状であり、ヨーク部２１３の各辺からティース部２１２が径方向内側に突出している。
【００４６】
ティース部２１２は、Ｘ−Ｙ平面視において正三角形をなしており、Ｚ方向に延びている。ティース部２１２とヨーク部２１３との間には、ティース部２１２の一辺よりも若干短い幅の接続部２１５が設けられている。図１１に示すように、各接続部２１５には導線が巻回されコイル２１１が形成される。
【００４７】
上記のような電機子２１０は、図１１に示すように、Ｚ方向に複数並べて配置される。
【００４８】
次に、可動子２２０の構成について説明する。図１１に示すように、可動子２２０は、電機子２１０の内側に配置される。
【００４９】
図１３は、可動子２２０の構成を示す斜視図である。可動子２２０は、Ｘ−Ｙ平面視において、６個の板状部２２１が中心軸２０から放射状に延びて構成される。また、各板状部２２１は、上底が下底よりも短い台形の板状をなしている。つまり、各板状部２２１は、下方に向かうにしたがって幅が大きくなっている。このため、各板状部２２１の外側面、つまり電機子鉄心２１４との対向面２２８は、可動子２２０がＺ方向に移動するにしたがって電機子鉄心２１４に近接するよう傾斜している。隣り合う２つの板状部２２１は、Ｘ−Ｙ平面視においてＶ字状に配置されている。つまり、隣り合う２つの板状部２２１の間には、Ｘ−Ｙ平面視においてＶ字状の凹部２２５が設けられている。つまり、凹部２２５は、可動子２２０の中心軸２０から放射状に設けられている。各凹部２２５は、Ｚ方向に延びている。より詳細には、各凹部２２５の底部２２６（Ｖ字状の頂点部分）がＺ方向に直線的に延びている。上記のような可動子２２０は、下方に向かうにしたがって断面積が大きくなるような形状を有する。
【００５０】
図１４は、実施の形態２に係る直動電動機２００の平面図である。図１４では、直動電動機２００をＺ軸方向に見たときの平面図を示している。図１４に示すように、各板状部２２１は、隣り合うティース部２１２の間に位置するように配置される。つまり、各ティース部２１２は、Ｖ字溝状の凹部２２５に挿入される。
【００５１】
ティース部２１２は、正三角形の板状であるので、先端の角度は６０°である。また、凹部２２５はティース部２１２に対応した形状をなしており、底部２２６の角度は６０°である。ティース部２１２は、先端の角を挟む２つの対向面２１７を有する。ティース部２１２は、凹部２２５に挿入されるため、ティース部２１２の一方の対向面２１７は、隣り合う２つの板状部２２１のうちの一方に対向し、他方の対向面２１７は、他方の板状部２２１に対向する。また、ティース部２１２の端部２１８（Ｖ字状の先端部分）は、凹部２２５の底部２２６に対向する。
【００５２】
また、ティース部２１２の端部２１８は、Ｚ方向に直線的に延びている。このため、端部２１８は、凹部２２５の底部２２６と平行になっている。
【００５３】
図１５Ａ〜図１５Ｃを参照して、直動電動機２００の動作について説明する。
【００５４】
図１５Ａに示すように、可動子２２０の上端が下側の電機子２１０の下端に近接した位置から動作を開始する。この状態において、コイル２１１に直流を供給すると、磁界が発生し、電機子鉄心２１４及びティース部２１２が励磁される。このとき、隣り合うコイル２１１には反対向きの直流が供給され、隣り合うティース部２１２は反対の磁極に励磁される。つまり、１つのティース部２１２がＮ極に励磁されると、これの隣のティース部２１２はＳ極に励磁される（図１４参照）。ティース部２１２の数が偶数（６個）であるのでＳ極に励磁されるティース部２１２と、Ｎ極に励磁されるティース部２１２との数は同数となる。１つの電機子２１０では、電機子鉄心２１４のＺ方向中央位置が最も磁束密度が高くなる。
【００５５】
可動子２２０は上端部のみが下側の電機子２１０の内部に挿入されているため、可動子２２０は一様でない磁場中に置かれた状態となる。これにより、軟磁性体製の可動子２２０にリラクタンスが作用し、可動子２２０はより磁束密度が高い領域に引き寄せられ、Ｚ方向（上方）に移動する。なお、図１５Ａ及び１５Ｂにおいて、可動子２２０に作用する磁力を矢印で示しており、矢印の向きは磁力の向きを、矢印の大きさは磁力の大きさを示している。
【００５６】
可動子２２０は各電機子２１０の内部空間、即ち電機子鉄心２１４の空洞をＺ方向に移動する。図１５Ｂに示すように、可動子２２０のＺ方向中央位置が、２つの電機子２１０のＺ方向中間位置に位置する状態となる。２つの電機子２１０のそれぞれは、Ｚ方向中央位置において最も磁束密度が高くなるため、２つの電機子２１０のＺ方向中間位置が磁気的な中心位置である。
【００５７】
このとき、可動子２２０は下方に向かうにしたがって断面積が大きくなる形状であるため、Ｚ方向中間位置の上側よりも下側の方が体積が大きい。したがって、可動子２２０のＺ方向中央位置の上側よりも下側の方に磁力線が集中し、可動子２２０にはさらにＺ方向への吸引力が作用する。換言すれば、可動子２２０がＺ方向に移動するにしたがって、可動子２２０の対向面２２８が電機子鉄心２１４に近づく。このため、可動子２２０のＺ方向中央位置が２つの電機子２１０のＺ方向中間位置に位置する状態では磁気的に安定せず、Ｚ方向の推力が可動子２２０に作用し、さらに可動子２２０が移動する。
【００５８】
可動子２２０がＺ方向に移動するほど、対向面２２８と電機子鉄心２１４の内側面とが近接する。このため、図１５Ｃに示すように、可動子２２０の対向面２２８が電機子鉄心２１４の内側面と当接するまで、可動子２２０はＺ方向に移動する。なお、可動子２２０に当接するストッパーを設けることで対向面２２８と電機子鉄心２１４の内側面とが当接する前に可動子２２０を停止させるようにし、可動子２２０の停止位置を規定してもよい。
【００５９】
上記のような可動子２２０の移動の過程において、可動子２２０の凹部２２５にはティース部２１２が挿入される。このとき、凹部２２５がＺ方向に延びた溝状であるので、ティース部２１２が凹部２２５に挿入された状態が維持されたまま、可動子２２０がＺ方向に移動する。したがって、可動子２２０がＺ方向に移動しても、ティース部２１２と軟磁性体製の可動子２２０との間のギャップに形成された磁界が維持され、可動子２２０の推力が維持される。
【００６０】
また、凹部２２５の底部２２６はＺ方向に直線的に延びている。このため、可動子２２０がＺ方向に移動しても、ティース部２１２の端部２１８と凹部２２５の底部２２６との距離が変化しない。したがって、ティース部２１２と底部２２６との間のギャップに形成された磁界が変化せず、可動子の推力が維持される。
【００６１】
その上、ティース部２１２の端部２１８もＺ方向に直線的に延びているので、ティース部２１２の端部２１８が凹部２２５の底部２２６と平行になる。したがって、ティース部２１２の端部２１８と凹部２２５の底部２２６とのギャップ幅が均一となり、ギャップ全体において均一な磁界が形成される。
【００６２】
また、上記のように、可動子２２０において板状部２２１が放射状に設けられているので、Ｚ方向における可動子２２０の強度を確保することができる。
【００６３】
（その他の実施の形態）
なお、可動子がＺ方向に移動した後、反対方向に移動して移動初期位置に復帰する構成とすることも可能である。図１６は、可動子が移動初期位置に復帰可能な直動電動機の構成の一例を示す側面断面図である。この例では、可動子１２０の下端にバネ１３０が取り付けられている。可動子１２０がＺ方向に移動した後、コイル１１２への直流の供給を停止すれば、電機子１１０が磁界を発生しなくなり、バネ１３０による力でＺ方向逆向き（下方）に可動子１２０が移動する。
【００６４】
図１７は、可動子が移動初期位置に復帰可能な直動電動機の構成の他の例を示す側面断面図である。この例では、１つの直動電動機１００の下側にもう１つの直動電動機１００が逆向きに取り付けられている。２つの可動子１２０は、互いに固着されており、一体的にＺ方向及びその逆方向に移動可能である。２つの可動子１２０をＺ方向に移動させる場合、上側の電機子１１０のコイル１１２に直流を供給し、磁界を発生させる。このとき、下側の電機子１１０のコイル１１２には直流を供給しない。これにより、上側の可動子１２０にリアクタンスが作用し、２つの可動子１２０がＺ方向に一体的に移動する。２つの可動子１２０をＺ方向逆向きに移動させる場合、下側の電機子１１０のコイル１１２に直流を供給し、磁界を発生させる。このとき、上側の電機子１１０のコイル１１２には直流を供給しない。これにより、下側の可動子１２０にリアクタンスが作用し、２つの可動子１２０がＺ方向逆向きに一体的に移動する。
【００６５】
また、軟磁性体の可動子に永久磁石を設けてもよい。図１８は、永久磁石を設けた可動子の一例を示す斜視図である。この例では、実施の形態２の可動子２２０の各板状部２２１に永久磁石２３０を取り付けている。永久磁石２３０は板状をなしており、対向面２２８から一部が露出するように板状部２２１に埋設される。このように可動子２２０に永久磁石２３０を設けることで、軟磁性体によるリラクタンス力だけでなく、永久磁石２３０による磁力が働くため、さらに推力を向上させることができる。
【００６６】
また、Ｚ方向の可動子の断面形状に合わせて、複数の電機子の大きさを互いに異ならせてもよい。図１９は、互いに大きさが異なる電機子を備える直流電動機の一例を示す側面図である。この例では、実施の形態２の電機子２１０と同様の構成の３つの電機子２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを設けている。電機子２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃの順番で、Ｚ方向下流側から上流側に配置される。可動子２２０は、Ｚ方向上流側に向かうにしたがって断面積が大きくなっている。この可動子２２０の形状に合わせて、電機子２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃの順番で電機子鉄心の空洞が大きくなっている。このように、可動子２２０の移動方向に沿った位置毎に電機子の大きさを変えることで、直動電動機全体を小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の直動電動機は、永久磁石を含む可動子を、電機子のコイルに電流を供給することで発生した磁界によって直線移動させる直動電動機として有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１００，２００  直動電動機
１１０，２１０  電機子
１１１，２１４  電機子鉄心
１１２，２１１  コイル
１１３，１１４，２１２  ティース部
１２０，２２０  可動子
１２１，２２８  対向面
１２２，２２５  凹部
１２３  底面
２１３  ヨーク部
１３０  バネ
２３０  永久磁石
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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