(57)【要約】      （修正有）【課題】コイルハウジングの支持部材として板バネを使用することなく、長寿命でかつ所望の往復運動量を得ることができる往復運動装置を提供する。【解決手段】励磁コイル２１に直流電流を通電しないときは、第１バランス用永久磁石２７と第２バランス用永久磁石２８，２９の間に発生する反発力により、コイルハウジング２５が所定位置に保持される。他方、励磁コイル２１に直流電流を通電するときは磁性部材２２が励磁され、磁性部材２２の一方の磁極面はＮ極面となり、他方の磁極面はＳ極面となる。ここで、磁性部材２２を間に対向する一対の駆動用永久磁石２３，２４は、互いに対向磁極面２３ａ，２４ａが同一極性となっている。この結果、磁性部材２２は一方の駆動用永久磁石２３，２４に向かって移動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が通電される環状に巻回された励磁コイルと、
該励磁コイルの内面に設置された磁性部材と、
互いに同一の磁極面が対向するよう配置されるとともに、対向する該各磁極面が該磁性部材を間にして該磁性部材の磁極面に対向するよう配置された一対の駆動用永久磁石と、
該励磁コイルを保持する環状のコイルハウジングと、
該コイルハウジングを軸方向に案内する案内部材と、
該コイルハウジングに設置された第１バランス用永久磁石と、
該第１バランス用永久磁石の磁極面と対向する磁極面が同一極性となるよう該第１バランス用永久磁石を間にして配置した一対の第２バランス用永久磁石とを有する、
往復運動装置。
【請求項２】
往復運動駆動部と該往復運動駆動部を収容する装置ハウジングとを備え、
前記往復運動駆動部は、
電流が通電される環状に巻回された励磁コイルと、
該励磁コイルの内面に設置された磁性部材と、
互いに同一の磁極面が対向するよう配置されるとともに、対向する該各磁極面が該磁性部材を間にして該磁性部材の磁極面に対向するよう配置された一対の駆動用永久磁石と、
該励磁コイルを保持する環状のコイルハウジングと、
該コイルハウジングを軸方向に案内する案内部材と、
該コイルハウジングに設置された第１バランス用永久磁石と、
該第１バランス用永久磁石の磁極面と対向する磁極面が同一極性となるよう該第１バランス用永久磁石を間にして配置した一対の第２バランス用永久磁石とを有する、
往復運動装置。
【請求項３】
前記駆動用永久磁石を前記装置ハウジングの内面に設置した
ことを特徴とする請求項２記載の往復運動装置。
【請求項４】
前記装置ハウジングは内外に貫通する空気穴を有する
ことを特徴とする請求項２記載の往復運動装置。
【請求項５】
前記第１バランス用永久磁石及び前記第２バランス用永久磁石を前記装置ハウジング及び前記コイルハウジングの周方向に複数配置した
ことを特徴とする請求項２記載の往復運動装置。
【請求項６】
前記駆動用永久磁石を前記装置ハウジングに複数配置した
ことを特徴とする請求項２記載の往復運動装置。
【請求項７】
前記案内部材は案内棒と該案内棒の外面を覆う滑り部材とからなる
ことを特徴とする請求項２記載の往復運動装置。
【請求項８】
前記案内部材は前記コイルハウジングに貫通するとともに、該案内部材の上下端を前記装置ハウジングに固定した
ことを特徴とする請求項７記載の往復運動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流等によりコイルハウジングを往復動させる往復運動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
往復運動装置として、励磁コイルを保持するコイルハウジングと、励磁コイルに対向するよう配置された永久磁石と、コイルハウジングを振動自在に支持する板バネとを有するものが広く知られている（例えば特許文献１）。この往復運動装置において、励磁コイルに交流電流（例えば音楽信号）を通電するときは、コイルハウジングが交流電流の周波数に対応して往復運動する。この往復運動が振動となって被振動体に伝達される。
【特許文献１】実開平２−７９６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の往復運動装置はコイルハウジングを板バネで支持しているため、往復運動装置を長期間に亘り使用するときは、金属疲労等により板バネが劣化し、往復運動装置が故障するという問題点を有していた。また、板バネの劣化により励磁コイルの往復動エネルギーにバラツキが生ずるという問題点も有していた。
【０００４】
本発明の目的は前記従来の問題点に鑑み、コイルハウジングの支持部材として板バネを使用することなく、超寿命でかつ所望の往復運動量を得ることができる往復運動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る往復運動装置は、直流電流通電用の励磁コイルが環状に巻回された励磁コイルと、励磁コイルの内面に設置された磁性部材と、互いに同一の磁極面が対向するよう配置されるとともに、対向する該各磁極面が磁性部材を間にして磁性部材の磁極面に対向するよう配置された一対の駆動用永久磁石と、励磁コイルを保持する環状のコイルハウジングと、コイルハウジングを軸方向に案内する案内部材と、コイルハウジングに設置された第１バランス用永久磁石と、第１バランス用永久磁石の磁極面と対向する磁極面が同一極性となるよう該第１バランス用永久磁石を間にして配置した一対の第２バランス用永久磁石とを備えた構造となっている。
【０００６】
本発明に係る往復運動装置において、励磁コイルに直流電流を通電しないときは、コイルハウジングは次のように作用する。
【０００７】
即ち、励磁コイルに直流電流を通電しないときは、第１バランス用永久磁石と第２バランス用永久磁石の間に発生する反発力により、コイルハウジングが所定位置に保持される。
【０００８】
他方、励磁コイルに直流電流を通電するときは、コイルハウジングは次のように作用する。
【０００９】
即ち、励磁コイルに直流電流を通電したときは、励磁コイルの内面に設置された磁性部材が励磁される。磁性部材が励磁されたとき、磁性部材の一方の磁極面はＮ極面となり、他方の磁極面はＳ極面となる。ここで、磁性部材を間に対向する一対の駆動用永久磁石は、互いに対向磁極面が同一極性（例えばＮ極面）となっているから、磁性部材のＮ極面は一方の駆動用永久磁石のＮ極面から反発し、他方、磁性部材のＳ極面は他方の駆動用永久磁石のＮ極面に吸引される。このような、磁性部材の吸引反発作用により、コイルハウジングが他方の駆動用永久磁石に向かって移動する。このコイルハウジングの移動が進むにつれて第１バランス用永久磁石と第２バランス用永久磁石（移動方向に位置する一方の第２バランス用永久磁石）との距離が近くなり、この結果、第１バランス用永久磁石と第２バランス用永久磁石との間に生じる反発力が大きくなる。この反発力が磁性部材の吸引反発力と等しくなるとき、コイルハウジングが停止する。
【００１０】
このように、励磁コイルに対して直流電流の通電及び非通電を繰り返すことにより、コイルハウジングが往復運動を行う。
【発明の効果】
【００１１】
コイルハウジングは、第１バランス用永久磁石と第２バランス用永久磁石との間に生ずる反発力により揺動自在に支持されるため、超寿命でかつ所望の往復運動量を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１乃至図７は本発明に係る往復運動装置の第１実施形態を示すもので、図１は往復運動装置の分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線矢印方向の断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線矢印方向の断面図、図４は磁性部材及び駆動用永久磁石の磁極面の極性を示す拡大断面図、図５は第１バランス用永久磁石及び第２バランス用永久磁石の磁極面の極性を示す拡大断面図、図６は装置ハウジングの上板を外した状態を示す平面図、図７はコイルハウジングの平面図である。
【００１３】
本実施形態に係る往復運動装置１は、図２及び図３に示すように、扁平円盤状の装置ハウジング１０と装置ハウジング１０内に収容された往復運動駆動部２０とを有している。
【００１４】
装置ハウジング１０は、図１乃至図３に示すように、環状の胴部１１と胴部１１の上下開口面を閉塞する円板状の上下板１２，１３を有している。
【００１５】
胴部１１はアルミニウムで形成され、耐摩耗性及び耐食性を向上させるためアルマイトにて表面処理されている。胴部１１には周方向に等間隔に穿設されたネジ穴１１ａが穿設されている。各ネジ穴１１ａは胴部１１の上下に３個ずつ配列されている。また、胴部１１の上下方向略中央には互いに対向するよう一対のリード線連結穴１１ｂが穿設されている。各リード線連結穴１１ｂには直流電流が流れるリード線Ｌの接続端子Ｌ１が連結されている。
【００１６】
上下板１２，１３はニッケルメッキされた硫黄複合快削鋼に形成されたもので、それぞれ中央には空気穴１２ａ，１３ａが穿設されている。上下板１２，１３の内面で外周寄りには胴部１１の開口部に嵌め込むためのつば部１２ｂ、１３ｂを突設している。各つば部１２ｂ，１３ｂには胴部１１の各ネジ穴１１ａに対応するようネジ穴１２ｃ，１３ｃが穿設されている。
【００１７】
装置ハウジング１０を閉塞するときは、上下板１２，１３を胴部１１の上下から覆い、次いで、図３に示すように、イモネジ１４をネジ穴１１ａ，１２ｃ，１３ｃに螺合する。これにより、装置ハウジング１０が閉塞され、装置ハウジング１０の内部に往復運動駆動部２０の収容空間が形成される。
【００１８】
往復運動駆動部２０は、励磁コイル２１と、磁性部材２２と、駆動用永久磁石２３，２４と、コイルハウジング２５と、案内部材２６と、第１バランス用永久磁石２７と、第２バランス用永久磁石２８，２９とを有している。
【００１９】
励磁コイル２１は環状に巻回されたもので、内面には中央に貫通穴２２ａを有する円板状の磁性部材２２が設置されている。磁性部材２２はニッケルメッキされた電磁純鉄で形成されている。磁性部材２２の外周面は励磁コイル２１の内面全体を覆うように固着され、励磁コイル２１に通電されるとき磁性部材２２が励磁される。
【００２０】
各駆動用永久磁石２３，２４は希土類にて環状に形成されたもので、磁性部材２２を間にして上下に配置されている。また、各駆動用永久磁石２３，２４は図２に示すように上下板１２，１３の内面に設置されており、各駆動用永久磁石２３の貫通穴２３ａ，２４ａが空気穴１２ａ，１３ａに対向し、かつ、磁性部材２２の貫通穴２２ａに対向するよう配置されている。
【００２１】
このように、磁性部材２２と各駆動用永久磁石２３，２４を配置することにより、磁性部材２２の上面及び下面に構成される各磁極面２２ｂ，２２ｃと各磁極面２２ｂ，２２ｃと対向する各駆動用永久磁石２３，２４の磁極面２３ｂ，２４ｂとの間で磁界が交錯するようになっている。また、図４に示すように、磁性部材２２が磁化されたときは磁性部材２２の上部の磁極面２２ｂがＮ極面（又はＳ極面）、下部の磁極面２２ｃがＳ極面（又はＮ極面）となるようそれぞれ設定されている。また、上部の駆動用永久磁石２３の磁極面２３ｂはＳ極面となっており、また、下部の駆動用永久磁石２４の磁極面２４ｂはＳ極面となっており、各駆動用永久磁石２３，２４の対向する磁極面２３ｂ，２４ｂは互いに同一極性となっている。
【００２２】
なお、各駆動用永久磁石２３，２４の対向する磁極面２３ｂ，２４ｂは互いに同一極性となっていれば良く、各磁極面２３ｂ，２４ｂがＮ極面となっていても良い。
【００２３】
コイルハウジング２５は環状の上下のケース２５ａ，２５ｂで構成されたもので、材質はアルミニウムで耐摩耗性及び耐食性を向上させるためアルマイトで表面処理されている。各ケース２５ａ，２５ｂは互いに対向面を上下に膨出してなり、その内部に励磁コイル２１を収容している。また、各ケース２５ａ，２５ｂの外周縁寄りは周方向に配置された６個のネジ２５ｃで互いに連結されている。また、各ケース２５ａ，２５ｂの外周縁寄りには、図１及び図３に示すように、案内部材２６が貫通する案内孔２５ｄが形成されている。各案内孔２５ｄは各ケース２５ａ，２５ｂの周方向に沿って等間隔に３個形成されている。更に、各ケース２５ａ，２５ｂの外周縁寄りは、図１、図６及び図７に示すように、磁石取付孔２５ｅが形成されている。各磁石取付孔２５ｅは弧状に切り欠いて形成したもので、各ケース２５ａ，２５ｂの周方向に沿って等間隔に３個形成されている。コイルハウジング２５の各ケース２５ａ，２５ｂの上下面には、図１、図２及び図６に示すように、２個の板状の端子Ｔ１が配置されている。各端子Ｔ１は半円形状に形成されている。各端子Ｔ１の一端は各接続端子Ｌ１に接続し、他端は各ケース２５ａ，２５ｂを介して励磁コイル２１に接続している。
【００２４】
案内部材２６はチタン製の案内棒２６ａと樹脂製の滑り部材２６ｂとから構成され、図３に示すように、案内棒２６ａの外周面が滑り部材２６ｂで被覆されている。また、案内部材２６はコイルハウジング２５の各案内孔２５ｄに貫通するとともに、案内部材２６の上下端を上下板１２，１３の内面に固着し、これにより、コイルハウジング２５を上下方向に移動自在に保持するとともに、コイルハウジング２５の周方向への回転を規制している。
【００２５】
第１バランス用永久磁石２７及び第２バランス用永久磁石２８，２９は希土類にて環状に形成されたものである。第１バランス用永久磁石２７は、図１及び図６に示すように、コイルハウジング２５の磁石取付孔２５ｅに固着されている。第２バランス用永久磁石２８，２９は第１バランス用永久磁石２７を間にして配置されたもので、第１バランス用永久磁石２７と対向するよう上下板１２，１３の内面に固着されている。ここで、第１バランス用永久磁石２７の上下の磁極面２７ａ，２７ｂと各磁極面２７ａ，２７ｂに対向する各第２バランス用永久磁石２８，２９の磁極面２８ａ，２９ａとは、互いに同一の極性が対向するよう配置されている。具体例を図５を参照して説明すると、第１バランス用永久磁石２７の上部の磁極面２７ａがＳ極面で、かつ、下部の磁極面２７ｂがＮ極面となっているときは、上部の第２バランス用永久磁石２８の磁極面２８ａがＳ極面となっており、下部の第２バランス用永久磁石２９の磁極面２９ａがＮ極面となっている。なお、図示しないが、これらのＳ極面及びＮ極面が全く逆になっている場合でも良いことは勿論である。
【００２６】
本発明に係る往復運動装置１において、励磁コイル２１に直流電流を通電しないときは、コイルハウジング２５は次のように作用する。
【００２７】
即ち、励磁コイル２１に直流電流を通電しないときは、第１バランス用永久磁石２７と第２バランス用永久磁石２８，２９の間に発生する反発力により、コイルハウジング２５は装置ハウジング１０内の中央に保持された状態となっている。
【００２８】
他方、リード線Ｌを通じて励磁コイル２１に直流電流を通電するときは、コイルハウジング２５は次のように作用する。
【００２９】
即ち、励磁コイル２１に直流電流を通電すときは、磁性部材２２が磁化し、図４に示すように、磁性部材２２の磁極面２２ｂがＮ極面となり、磁極面２２ｃがＳ極面となる。ここで、各駆動用永久磁石２３，２４の磁極面２３ｂ，２４ｂが同一のＳ極面となっているため、磁性部材２２は上部の駆動用永久磁石２３に向かって吸引されるとともに、下部の駆動用永久磁石２４により反発される。この吸引力及び反発力によりコイルハウジング２５が案内部材２６を通じて上部の駆動用永久磁石２３に向かって移動する。このコイルハウジング２５の移動が進むにつれて第１バランス用永久磁石２７と上部の第２バランス用永久磁石２８との距離が近くなり、この結果、第１バランス用永久磁石２７と第２バランス用永久磁石２８との間に生じる反発力が大きくなる。この反発力が磁性部材２２の吸引反発力と等しくなるとき、コイルハウジング２５が停止する。励磁コイル２１への通電を終了するときは、コイルハウジング２５は再び元の位置に戻り、往復運動が完了する。
【００３０】
なお、直流電流の極性を逆にするときは、コイルハウジング２５は下方に移動することは言うまでもない。また、直流電流の極性を連続的に交互に変更するときは、コイルハウジング２５が装置ハウジング１０の上下全体に亘って移動するため、コイルハウジング２５の移動量が大きくなり、コイルハウジング２５の往復運動量が極めて大きくなる。
【００３１】
本実施形態に係る往復運動装置１によれば、励磁コイル２１に直流電流を通電及び非通電、或いは、直流電流の極性を連続的に変更することにより、コイルハウジング２５が往復運動する。また、直流電流の通電量を適宜変更することにより、コイルハウジング２５の往復運動量を所望の値に変更することができる。更に、コイルハウジング２５が第１バランス用永久磁石２７と第２バランス用永久磁石２８，２９の間に発生する反発力により保持され、従来の如く板バネを用いるものではないため、往復運動装置１の寿命が極めて長くなる。更にまた、案内部材２６は滑り部材２６ｂを有し、コイルハウジング２５との摩擦抵抗を小さくしている。更にまた、装置ハウジング１０には空気穴１２ａ，１３ａを有するため、コイルハウジング２５が往復運動する際、装置ハウジング１０内の空圧抵抗が上昇することがない。
【００３２】
なお、本実施形態では励磁コイル２１に直流電流を通電するようなっているが、交流電流を通電するようにしても良い。
【００３３】
図８は本発明に係る往復運動装置１の第２実施形態を示すもので、前記第１実施形態と共通の構成部分は同一符号を用いて説明する。
【００３４】
前記第１実施形態では駆動用永久磁石２３，２４を上下に１個ずつ設置しているが、本実施形態は駆動用永久磁石２３，２４を磁性部材２２に対して上下に複数個ずつ設置している。この実施形態によれば、磁性部材２２の磁力を高い設定したときでも、その分、駆動用永久磁石２３，２４の個数を増やせば足り、往復運動装置１の能力を安価でかつ簡単に向上させることができる。なお、その他の構成、作用は前記第１実施形態と同様である。
【００３５】
図９及び図１０は第１及び第２実施形態に係る往復運動装置１の使用例を示すものであり、往復運動装置１を免震装置として使用した例を示している。
【００３６】
即ち、ビルや家屋などの建築物３０の柱３１に往復運動装置１を複数設置するとともに、柱３１に地震等で発生する振動を検知する振動センサ３２を設置している。また、各振動装置３２で検知された振動はマイクロコンピュータ３３のメモリ３３ａに格納された振動データと比較され、これに対応する電源出力をＣＰＵ３３ｂを通じて電源出力回路３４に出力され、各往復運動装置１の出力を任意に変更できる構造となっている。本使用例によれば、地震により柱３１が揺動したとしても、柱３１の揺動とは逆特性の揺動を当該柱３１に加えることができ、地震等に起因する揺動を減衰することができる。
【００３７】
図１１は第１及び第２実施形態に係る往復運動装置１の他の使用例を示すものであり、往復運動装置１を携帯用の発電機として使用した例を示している。
【００３８】
即ち、図１１は人のズボンのバンド４０に往復運動装置１を引っ掛けるとともに、往復運動装置１のリード線Ｌに接続した蓄電池４１をズボンのポケットに入れた状態を示している。本使用例では、人の歩行等の運動により往復運動装置１のコイルハウジングが揺動する。コイルハウジングの揺動により磁性部材と駆動用マグネットとの間で磁気干渉が起こり、励磁コイルに起電力が発生する。この起電力がリード線Ｌを通じて蓄電池４１に蓄積される。このように、往復運動装置１を発電機としても使用することができる。
【００３９】
図１２は本発明に係る往復運動装置１の第３実施形態を示すもので、前記第１実施形態と共通の構成部分は同一符号を用いて説明する。
【００４０】
本実施形態に係る往復運動装置１は、前記磁性部材２２の貫通穴２２ａにチタン製の駆動棒５０を貫通した状態で固着している。また、駆動棒５０は各駆動用永久磁石２３，２４の貫通穴２３ａ，２４ａ及び空気穴１２ａ，１３ａを介して装置ハウジング１０の外部に突出している。
【００４１】
本実施形態によれば、コイルハウジング２５が往復運動に同期して駆動棒５０が往復運動するため、駆動棒５０の往復運動エネルギーを、例えば、エアーポンプ、圧縮機、電気銃、レザー加工機のレーザ反射ミラー、研磨砥石やドリルを振動させながら加工する高精度振動加工機などの駆動力として利用することができる。なお、その他の構成、作用は前記第１実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態に係る往復運動装置の分解斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ線矢印方向の断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ線矢印方向の断面図
【図４】磁性部材及び駆動用永久磁石の磁極面の極性を示す拡大断面図
【図５】第１バランス用永久磁石及び第２バランス用永久磁石の磁極面の極性を示す拡大断面図
【図６】装置ハウジングの上板を外した状態を示す平面図
【図７】コイルハウジングの平面図
【図８】第２実施形態に係る往復運動装置の要部断面図
【図９】往復運動装置を免震装置に使用した例を示す斜視図
【図１０】往復運動装置を免震装置に使用した例の制御ブロック図
【図１１】往復運動装置を発電機に使用した例を示す説明図
【図１２】第３実施形態に係る往復運動装置の断面図
【符号の説明】
【００４３】
１…往復運動装置、１０…装置ハウジング、１２ａ，１３ａ…空気穴、２０…往復運動駆動部、２１…励磁コイル、２２…磁性部材、２３，２４…駆動用永久磁石、２５…コイルハウジング、２６…案内部材、２６ａ…案内棒、２６ｂ…滑り部材、２７…第１バランス用永久磁石、２８…第２バランス用永久磁石。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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