(57)【要約】【課題】  構造が簡単で小型化が可能であり、応力の大きさと発生速度を自由に制御することができる直動式アクチュエータを提供することである。【解決手段】  積層状態となるように配列された複数枚の絶縁材料製のシート（１２，１６）を備え、各シートの表面及び／又は裏面に１個又は複数個の導電材料製の渦巻き状のコイル（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）がそれぞれ形成されており、各コイルに通電することにより各コイルの箇所において形成される磁力線同士の引力と斥力によりシートを移動させるように構成されていることを特徴とする直動式アクチュエータ（１０）が提供される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層状態となるように配列された複数枚の絶縁材料製のシートを備え、各シートの表面及び／又は裏面に１個又は複数個の導電材料製の渦巻き状のコイルがそれぞれ形成されており、各コイルに通電することにより各コイルの箇所において形成される磁力線同士の引力と斥力により前記シートを移動させるように構成されていることを特徴とする直動式アクチュエータ。
【請求項２】
同一シートにおいて隣接する前記コイルが、互いに逆回りの渦巻きを形作るように形成され、或いは、通電方向を逆にするように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の直動式アクチュエータ。
【請求項３】
前記シートの各コイルが、前記引力と斥力の影響を受け易いように、直上及び直下に位置するシートの対応するコイルに対して少なくとも一部重複するように位置決めされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の直動式アクチュエータ。
【請求項４】
前記シートが潤滑液又は潤滑粉体が満たされた容器内に収容されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の直動式アクチュエータ。
【請求項５】
前記シートが低摩擦材料で形成され、或いは、前記シートに低摩擦材料製の膜が貼られていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の直動式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動式のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、産業界で使用されている動力源は、動作の方向から分類すると、回転式と直動式に大別される。このうち直動式動力源は、現在においても、回転式動力源を経由するように構成されているものが殆どである。
【０００３】
また、軸にスプラインを設け、低摩擦の摺動装置を介して、回転運動を直動式動力源に変換する機構も知られている。また、簡単な直動式動力源として、ひも状のものを巻き上げる装置もある。さらに、近年、新たな直動式動力源として、リニアモータが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５８３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転式動力源を経由するような型式のものでは、若干のエネルギーロスが生ずるうえ、その構造上、発生する応力を広範囲に調整しようとすると、特殊な機構や制御方法が必要になるとともに、応力の発生速度についてもコントローラを介しての制御となり敏感な速度変更には対応し難いという課題がある。また、スプラインを設ける型式のものでは、インバータ制御を併用する場合、低速時と高速時で応力の大きさを自由に選択することが不可能であるという課題がある。また、ひも状のものを巻き上げる装置では、重力やバネ等の副次的応力も同時に必要となるため、複雑な動きを制御することが困難であるという課題がある。さらに、リニアモータでは、永久磁石やコイルが大きくなるとともに、微小な動きを制御するのが困難であるという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、構造が簡単で小型化が可能であり、応力の大きさと発生速度を自由に制御することができる直動式アクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願請求項１に記載の直動式アクチュエータは、積層状態となるように配列された複数枚の絶縁材料製のシートを備え、各シートの表面及び／又は裏面に１個又は複数個の導電材料製の渦巻き状のコイルがそれぞれ形成されており、各コイルに通電することにより各コイルの箇所において形成される磁力線同士の引力と斥力により前記シートを移動させるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項２に記載の直動式アクチュエータは、前記請求項１のアクチュエータにおいて、同一シートにおいて隣接する前記コイルが、互いに逆回りの渦巻きを形作るように形成され、或いは、通電方向を逆にするように形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項３に記載の直動式アクチュエータは、前記請求項１又は２のアクチュエータにおいて、前記シートの各コイルが、前記引力と斥力の影響を受け易いように、直上及び直下に位置するシートの対応するコイルに対して少なくとも一部重複するように位置決めされていることを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項４に記載の直動式アクチュエータは、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項のアクチュエータにおいて、前記シートが潤滑液又は潤滑粉体が満たされた容器内に収容されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項５に記載の直動式アクチュエータは、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項のアクチュエータにおいて、前記シートが低摩擦材料で形成され、或いは、前記シートに低摩擦材料製の膜が貼られていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、構造が簡単で且つ小型化することができる直動式アクチュエータが提供される。本発明の直動式アクチュエータでは、コイルの設置箇所や巻き数、電流の大きさや方向、ブロックの設置箇所などを変化させることにより、応力の大きさと発生速度を自由に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る直動式アクチュエータについて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の好ましい実施の形態に係る直動式アクチュエータを概略的に示した斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の直動式アクチュエータの断面図である。図１（ａ）において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る直動式アクチュエータは、矩形の第１シート１２と、第１シート１２の端部に連結された第１ブロック１４と、第１シート１２の下方に僅かに隙間を隔てて配置された矩形の第２シート１６と、第１ブロック１４と対向する箇所に第２シート１６の端部に連結されて配置された第２ブロック１８とを備えている。
【００１４】
第１シート１２は、合成樹脂材料のような絶縁材料で形成されており、第１シート１２の表面には、導電材料で形成された複数の（図１（ａ）及び図１（ｂ）では３個の）渦巻き状のコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃが配置されている。隣接するコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、互いに逆回りになるように（例えば、図１（ａ）に示されるように、コイル１２ａが時計回りであれば、コイル１２ａに隣接するコイル１２ｂは反時計回り、そしてコイル１２ｂに隣接するコイル１２ｃは時計回りになるように）形作られている。なお、各コイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、シート１２にプリントしたものでもよく、シート１２に埋め込み処理したものでもよい。
【００１５】
第２シート１６も、第１シート１２と同様に、絶縁材料で形成されており、その表面には、導電材料で形成された複数の渦巻き状のコイル１６ａ、１６ｂ、１６ｃが配置されている。隣接するコイル１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、互いに逆回りになるように形作られている。各コイル１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、第２シート１６にプリントしたものでもよく、第２シート１６に埋め込み処理したものでもよい。
【００１６】
なお、第２シート１６の各コイル１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、詳細には後述するように各コイルに発生する磁力線の影響を受け易いように、図１（ｂ）に示されるように、側面視で第１シート１２の対応するコイル（それぞれ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）に少なくとも一部重複するように位置決めするのが好ましい。
【００１７】
第１ブロック１４は、図示されている位置に固定されている（従って、第１シート１２も固定されている）。これに対して、第２ブロック１８は、図１（ａ）及び図１（ｂ）において矢印で示されるように、第１ブロック１４に対して移動するように構成されている（従って、第２シート１６も第１シート１２に対して移動するように構成されている）。    
【００１８】
各コイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃに、それぞれの接点１２ａ１、１２ａ２、１２ｂ１、１２ｂ２、１２ｃ１、１２ｃ２、１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１、１６ｂ２、１６ｃ１、１６ｃ２を介して通電されるようになっている。
【００１９】
各コイル１２ａに通電することによって、電流の磁気作用のため磁界が発生し、第１シート１２と直交する方向に磁力線が形成される。磁力線の正又は負の方向は、電流の方向及びコイルの渦巻きの方向によって決定される（他のコイル１２ｂ、１２ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃについても、コイル１２ａと同様である）。
【００２０】
以上のように構成された直動式アクチュエータ１０の作動について説明する。各コイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃに通電すると、各コイルの箇所において磁力線が形成され、形成された磁力線が異極であると引力が作用し、同極であると斥力が作用する。このようにして作用する引力／斥力を制御することにより、第２シート１６が水平方向に移動する（図１（ｂ）の矢印参照）。この移動を、例えばシリンダ等に接続することにより、往復動を得ることができる。
【００２１】
上述の実施の形態では、２枚のシート１２、１６が用いられているが、シート枚数を３枚以上にしてもよい。図２（ａ）は１０枚のシートを有する直動式アクチュエータを概略的に示した斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）の直動式アクチュエータの断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される直動式アクチュエータは、矩形の５枚の絶縁材料製の第１シート群１２１、１２２、１２３、１２４、１２５と、第１シート群１２１〜１２５の端部に連結された第１ブロック１４０と、第１シート群の各シートの間に配置された矩形の５枚の絶縁材料製の第２シート群１６１、１６２、１６３、１６４、１６５と、第１ブロック１４０と対向する箇所に第２シート群１６１〜１６５の端部に連結されて配置された第２ブロック１８０とを備えている。各シートの表面には、導電材料製の渦巻き状のコイル１２１ａ〜１２１ｃ、１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃ、１２４ａ〜１２４ｃ、１２５ａ〜１２５ｃ、１６１ａ〜１６１ｃ、１６２ａ〜１６２ｃ、１６３ａ〜１６３ｃ、１６４ａ〜１６４ｃ、１６５ａ〜１６５ｃがそれぞれ設けられている。
【００２２】
また、上述の実施の形態では、シートの表面にコイルが設けられているが、シートの表面と裏面の両方の面にコイルを設けてもよい。図３は、表面と裏面の両方にコイルが設けられているシートの例を示した拡大図である。図３に示される直動式アクチュエータでは、絶縁材料製のシート２１２の表面には、導電材料製の渦巻き状のコイル２１２ａ、２１２ｂが設けられ、シート２１２の裏面にも、導電材料製の渦巻き状のコイル２１２′ａ、２１２′ｂが設けられており、コイル２１２ａとコイル２１２′ａはコア状のコイル２１２′′ａによって連結され、コイル２１２ｂとコイル２１２′ｂはコア状のコイル２１２′′ｂによって連結されている。
【００２３】
また、上述の実施の形態では、第１ブロック１４が固定支持され、第２ブロック１８が第１ブロック１４に対して移動可能となるように支持されているが、両方のブロックが互いに移動可能となるように構成してもよい。
【００２４】
また、上述の実施の形態では、シート１２、１６がほぼ同じ寸法の矩形の形状を有しているが、シートの形状を任意にしてもよく、各シートの寸法を異なるものにしてもよい。図４に示される直動式アクチュエータは、ほぼ同じ高さに位置する２枚の矩形の絶縁材料製のシート３１２、３１２′と、シート３１２、３１２′の各端部にそれぞれ連結されたブロック３１４、３１４′と、シート３１２、３１２′の下方に僅かに隙間を隔てて配置された矩形の絶縁材料製のシート３１６と、シート３１６の端部に連結されたブロック３１８とを備えている。そして、シート３１２の表面には、導電材料製の渦巻き状のコイル３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄ、３１２ｅが設けられ、シート３１２′の表面には、導電材料製の渦巻き状のコイル３１２′ａ、３１２′ｂ、３１２′ｃ、３１２′ｄ、３１２′ｅが設けられており、シート３１６の対応する箇所にも、導電材料製の渦巻き状のコイルが設けられている。
【００２５】
また、上述の実施の形態では、互いに対向する箇所にブロック１４、１８が設けられているが、例えば図５に示されるように、ブロックが対向する箇所に設けられていなくともよい。図５に示される直動式アクチュエータは、コイル４１２ａ〜４１２ｄを有するシート４１２と、シート４１２の端部に連結されたブロック４１４と、シート４１２の下方に僅かに隙間を隔てて配置され、コイル４１２ａ〜４１２ｄに対応するコイルを有するシート４１６と、ブロック４１４に対して９０°の方向に配置され、シート４１６の端部に連結されたブロック４１８とを備えている。
【００２６】
また、上述の実施の形態では、同一シートにおいて隣接するコイル（例えば、コイル１２ａとコイル１２ｂ）が互いに逆回りの渦巻きを形作るように形成されているが、コイルへの通電方向を逆にすることによって、隣接する同一方向の渦巻きにおいても逆方向の磁力線を生成させることができる。
【００２７】
また、上述の実施の形態では、第１シート１２と第２シート１６との間に僅かな隙間が設けられているが、シートを潤滑液又は潤滑粉体が満たされた容器内に収容することによって、或いは、シートを低摩擦材料で形成し又はシートに低摩擦材料製の膜を貼ることによって、シート間に隙間を設けずにシート同士を密着させて積層配置してもよい。
【００２８】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）は本発明の好ましい実施の形態に係る直動式アクチュエータを示した斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の直動式アクチュエータの断面図である。
【図２】図２（ａ）は１０枚のシート枚数を有する直動式アクチュエータを示した斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）の直動式アクチュエータの断面図である。
【図３】表面と裏面の両方にコイルが設けられているシートの例を示した拡大図である。
【図４】変形形態の直動式アクチュエータを示した斜視図である。
【図５】別の変形形態の直動式アクチュエータを示した斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  直動式アクチュエータ
１２  第１シート
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  コイル
１４  第１ブロック
１６  第２シート
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  コイル
１８  第２ブロック
【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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