(57)【要約】【課題】導線が整然と整列巻きされていないコイルであっても、コイルが可動領域で磁界を形成する磁極に接触することなく往復運動をなし得て所望の精度を維持し得るリニアモータ用可動子を提供する。【解決手段】筒形のコイル１と、このコイル１の少なくとも一端部に密着するように固定され、当該コイルと軸を共通にした環状体２と、コイル１から遠ざかる方向に、環状体２から所定距離だけ離れた位置に配置された駆動部材４と、環状体２と駆動部材４とを連結する連結部材３とを備えている。コイル１の内周に、コイル１を保持する樹脂フィルム層２５を設けた。樹脂フィルム層２５は、例えばポリイミド樹脂からなるフィルムを、コイル１の内周全面に合致するように円筒状に成形してなるもので、コイル１の内周面に接着されている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状に巻回された導線を樹脂で包覆して筒形に成型してなるコイルと、
前記コイルの端部に固定され、前記コイルと軸を共通にした環状体と、
前記コイルから遠ざかる方向に、前記環状体から所定距離だけ離れた位置に配置された駆動部材と、
前記環状体及び前記駆動部材を連結する連結部材と、
前記コイルが可動領域で往復運動できるように前記駆動部材を可動支持する駆動軸と
を備えたリニアモータ用可動子において、
前記コイルの内周に、前記コイルを保持する樹脂フィルム層を設けたことを特徴とするリニアモータ用可動子。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモータ用可動子において、
前記樹脂フィルム層はポリイミド樹脂からなることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【請求項３】
請求項１に記載のリニアモータ用可動子において、
前記環状体は、金属からなり、円周方向の電気的連続性を絶つスリットを有する構造とされたことを特徴とするリニアモータ用可動子。
【請求項４】
請求項１に記載のリニアモータ用可動子において、
前記駆動部材は、前記コイルの軸の延長線上に中心を持つ盤体と、前記盤体の中心に一端が固定されて前記コイルの軸方向の駆動力を外部に伝達する駆動軸とからなることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【請求項５】
請求項１に記載のリニアモータ用可動子において、
前記駆動部材は、弾性部材により支持されて前記コイルの軸方向の往復運動に対して復帰力を付与されていることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【請求項６】
請求項１に記載のリニアモータ用可動子において、
前記環状体は、前記コイルの端面に固着された環状部と、前記コイルの端部内面方向に延長された筒部とを備えることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【請求項７】
請求項１に記載のリニアモータ用可動子において、
前記コイルは、互いに軸を共通にして、当該軸方向に離間して配置された第１のコイル及び第２のコイルからなるものであることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にリニアコンプレッサの駆動部に用いられるリニアモータに好適なリニアモータ用可動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来から用いられているリニアモータを示す。図４は図３Ａ部の断面図である。
図３において、円筒形の外ヨーク１０と、この外ヨーク１０より短い内ヨーク１２とが同軸に配され、各一端部が同材料からなる連結ヨーク２０により連結されている。外ヨーク１０と内ヨーク１２との間の空隙に、マグネット１１及び円筒形のコイル１がそれぞれ対向して配設されている。
マグネット１１は外ヨーク１０の周方向に沿って複数個に分割された永久磁石であり、外ヨーク１０の内周面に適宜間隔をおいて配置されて強力な磁力で吸着され、さらに接着剤により固定されている。コイル１は、後述する支持筒１５に組み込まれて一体とされ、マグネット１１及び内ヨーク１２に接触することなく移動自在な状態とされている。
【０００３】
コイル１は、図４に示すように所定長の導線１Ａをボビンに巻回したもので、非磁性金属あるいは樹脂により形成された支持筒１５の側部に組み込まれて接着剤等により一体に固定されている。なお、コイル１が２組あるいは２組以上用いられる場合には、各コイルを支持筒１５の側部に軸方向に直列に配置された状態で組み込まれて一体に固定される。
【０００４】
支持筒１５の一端に、その開口面を塞ぐキャップ２１が連結されている。キャップ２１の中央部に設けられた孔に駆動軸１８が挿入配置され、溶接で固定されている。すなわち、コイル１を内蔵した支持筒１５、キャップ２１及び駆動軸１８は、一体とされてリニアモータの可動子を構成している。
外ヨーク１０の、図中上部の端面に端板１０Ａが配設され、その中央部に設けられた孔に、駆動軸１８が摺動自在に挿通している。
支持筒１５は、キャップ２１の両側に配された２つのコイルスプリング１９及び２２により、内ヨーク１２とマグネット１１に対して常時離間（浮上）した状態で支持される。
【０００５】
上記のように構成された従来のリニアモータは、例えば、駆動すべきコンプレッサのシリンダ３０を外ヨーク１０の端板１０Ａに溶接で固定し、駆動軸１８をシリンダ３０内に挿入しピストンとして取付けられて使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
すなわち、可動子を構成するコイル１は、図４に示すように螺旋状に密巻きされた導線１Ａを樹脂で包覆して筒形に一体成型したものであるが、導線１Ａが整然と整列巻きされているとは限らない。このためコイルを包覆している樹脂の内、外周面に凹凸が生じてしまい形状が不安定である。したがって可動子が可動領域で往復運動する際に内ヨーク１２に接触するおそれがある。
なお、従来のコイル１として、フランジを有するボビンに導線を巻きつけ樹脂で包覆して一体化した構成のものもがあるが、全体構造が大型化し重量も大きくなり、また渦電流対策を講じる必要もあるという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、コイルが可動領域で磁界を形成する磁極に接触することなく往復運動をなし得て所望の精度を維持し得るリニアモータ用可動子を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を採用する。
【０００９】
〈構成１〉
螺旋状に巻回された導線を樹脂で包覆して筒形に成型してなるコイルと、上記コイルの端部に固定され、上記コイルと軸を共通にした環状体と、上記コイルから遠ざかる方向に、上記環状体から所定距離だけ離れた位置に配置された駆動部材と、上記環状体及び上記駆動部材を連結する連結部材と、上記コイルが可動領域で往復運動できるように上記駆動部材を可動支持する駆動軸とを備えたリニアモータ用可動子において、上記コイルの内周に、上記コイルを保持する樹脂フィルム層を設けたことを特徴とするリニアモータ用可動子。
【００１０】
コイル、環状体、連結部材及び駆動部材とが軸を共通にして一体となって可動子を構成し、電磁力により駆動されて所定の往復運動をする。
コイルは、電気コイルで、例えば、ソレノイド巻きされた筒形をなしており、横断面の形状は円形でも多角形でも構わない。コイルは一層巻きでも多層巻きでも構わない。
樹脂フィルム層は、コイル形状の安定化を図ると共に、渦電流の発生を抑え、コイルの軽量化、小型化を推進する。
【００１１】
環状体は、コイルを補強すると共に駆動部材に取付けるものであり、コイルの端部全体に密着していても、部分的に密着していても構わない。環状体の材料は任意であり、金属や合成樹脂が使用できるが、磁界中に置かれるから、金属の場合はステンレス鋼やアルミニューム等の非磁性体が好ましい。環状体の横断面形状はコイルとほぼ一致する形状が好ましいが、環状体の外径をコイル外径より少し大きく選定すると、コイルが径方向に異常振動したときでも、環状体が先に周囲の壁に接触するから、コイルと周囲の壁との接触を防止して、短絡事故を防ぐ効果がある。
【００１２】
駆動部材をコイルから遠ざかる方向に所定距離だけ離れた位置に配置したのは、駆動部材を磁界からなるべく遠い場所に配置するためである。
連結部材が筒形の場合は機械的強度を損なわない範囲で複数の透孔を設け、あるいは連結部材が筒形でない場合は複数本の棒状体からなることによって、渦電流の発生抑制と同時に、軽量化され、熱放散し易くなる。
【００１３】
渦電流は、発熱とエネルギー損失の原因になるものと、コイルの運動を妨げる方向に電磁力を及ぼすものとがある。いずれか一方あるいは双方を効果的に抑制するように環状体と連結部材の材質と形状とを選定することが好ましい。
駆動部材は任意の手段により負荷に接続されて駆動力を外部に伝達する。
【００１４】
〈構成２〉
構成１に記載のリニアモータ用可動子において、上記樹脂フィルム層はポリイミド樹脂からなることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【００１５】
ポリイミド樹脂は電気絶縁性、耐熱性が良好で、機械的にも強じんであり、コイルの内周面に合致するように成形されてコイルを着実に保持する。
【００１６】
〈構成３〉
構成１に記載のリニアモータ用可動子において、上記環状体は、金属からなり、円周方向の電気的連続性を絶つスリットを有する構造とされたことを特徴とするリニアモータ用可動子。
【００１７】
上記環状体は、マグネット、ヨークにより構成される磁極間あるいは磁極のごく近くで運動する。上記スリットはそのとき上記環状体の周方向に発生する渦電流を阻止するか、あるいは渦電流に対して高抵抗化する。上記スリットを部分的に空隙にしてもよいし、あるいはスリットに絶縁体を挟み込んでも構わない。スリットは複数設けてもよく、スリットの形状や幅は任意である。
【００１８】
〈構成４〉
構成１に記載のリニアモータ用可動子において、上記駆動部材は、上記コイルの軸の延長線上に中心を持つ盤体と、上記盤体の中心に一端が固定されて上記コイルの軸方向の駆動力を外部に伝達する駆動軸とからなることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【００１９】
コイルが軸方向に移動してその駆動力を出力する場合、コイルの軸の延長線上に駆動軸の一端を固定することが好ましい。駆動部材にコイルの軸の延長線上に中心を持つ盤体を設けたのは、その中心に駆動軸を固定するためである。コイルの横断面形状が真円ならば、盤体は円盤状であることが好ましい。
【００２０】
〈構成５〉
構成１に記載のリニアモータ用可動子において、上記駆動部材は、弾性部材により支持されて上記コイルの軸方向の往復運動に対して復帰力を付与されていることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【００２１】
他の部分に比べて機械的に強固な前記駆動部材に、弾性部材により弾性力を付与するようにした。前記駆動部材に、コイルスプリング等の弾性部材によりコイルの軸方向の往復運動に対する復帰力を付与すると、前記コイルを所定の振幅で共振させられる。
また、前記駆動部材を、２つの、ほぼ同一寸法の弾性部材により、両側からそれぞれ支持するようにすることにより、バランスよく支持することができる。
前記弾性部材は前記駆動部材に一端を固定されていてもよいし、単に接触しているだけでもよい。前記弾性部材としては、ばね定数の小さいコイルスプリングが好ましいが、任意形状の板ばねでもよい。環状体と駆動部材を、棒状の連結部材で連結して軽量化したので、弾性部材も小型軽量化できる効果がある。
【００２２】
〈構成６〉
構成１に記載のリニアモータ用可動子において、上記環状体は、上記コイルの端面に固着された環状部と、上記コイルの端部内面方向に延長された筒部とを備えることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【００２３】
環状部をコイルの端面に密着させてより強固に固着するために、環状部に筒部を設けた。筒部はコイル端部の巻き芯部分に配置され、コイルに環状部を固定するときの密着力を高める。
前記筒部は、前記コイルの軸方向の全長と比べて、その軸方向に充分に短い長さとされている。上記筒部は、上記コイルに上記環状部を固定するときの密着力を高めるが、短いほど軽量化が可能になる。また、コイルが軸方向に往復運動した際に筒部が磁極を構成する内ヨークに衝突しない程度の長さであることが必要である。故に、軸方向に充分に短い長さとする。具体的にはコイル全長の２０％以下が好ましい。
【００２４】
〈構成７〉　構成１に記載のリニアモータ用可動子において、上記コイルは、互いに軸を共通にして、当該軸方向に離間して配置された第１のコイル及び第２のコイルからなるものであることを特徴とするリニアモータ用可動子。
【００２５】
１つのリニアモータ用可動子に、２個あるいはそれ以上のコイルが直列に設けられても構わない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は本発明に係るリニアモータ用可動子の一実施例を、リニアモータの磁極間に配置した状態で示している。図２は本発明の実施例に使用される環状体を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａに沿う縦断面図、（ｃ）は環状体の他の例を示す平面図である。
図１において、コイル１は、螺旋状に巻回された導線を、例えばエポキシ樹脂で包覆して円筒形に一体成型されている。このコイル１の内周に、樹脂フィルム層２５が設けられている。樹脂フィルム層２５は、例えばポリイミド樹脂からなるフィルムを、コイル１の内周全面に合致するように円筒状に成形してなるもので、コイル１の内周面に接着剤により接着されている。
【００２７】
コイル１及び樹脂フィルム層２５の一端部に、環状体２が密着するように配置されて接着剤により固定されている。
環状体２の一面に、図２（ｂ）に示すように、筒部２Ａが軸方向に突出する形で設けられている。筒部２Ａは、コイル１及び樹脂フィルム層２５の端部を嵌入させることができる外径を有しており、コイル１及び樹脂フィルム層２５を環状体２に配置するときにコイル１の端部を嵌入保持する役割がある。また、筒部２Ａは、コイル１が軸方向に往復運動した際に、磁極を構成する内ヨークに衝突しない程度の長さであることが必要である。　環状体２はコイル１及び樹脂フィルム層２５の端部全体に密着していても部分的に密着していてもよい。
【００２８】
また、環状体２は金属や合成樹脂により形成されるが、磁界中に置かれることから非磁性材料製であることが好ましい。環状体２は、ステンレス鋼あるいはアルミニュームのような非磁性金属からなる場合には、図２（ａ）に示すように周囲の１箇所を完全に切断したスリット２Ｂ、あるいは図２（ｃ）に示すように一部切除してなるスリット２Ｃを有する構造とされて、円周方向の電気的連続性を絶ち渦電流の発生を抑制するようにされる。
【００２９】
環状体２の外面に、円筒状の連結部材３を介して駆動部材４が配設されている。
環状体２、連結部材３及び駆動部材４は、溶接あるいはボルト、ナットの締め付け等の周知方法により相互に固定されている。
連結部材３は、環状体２の周囲に沿う円筒形であって、構成部分の削減を図るために機械的強度を損なわない範囲で、周囲数箇所に、任意の大きさの透孔を有するように構成されている。あるいは、連結部材３は、複数本の棒状体を、環状体２の周囲に沿って立設するように構成されてもよい。このように連結部材３は渦電流の発生抑制と同時に軽量化され、熱放散し易くなるように構成されていることが好ましい。
【００３０】
駆動部材４はコイル１の軸の延長線上に中心を持つ盤体４Ａにより構成されている。この盤体４Ａの中心に、コイルの軸方向の駆動力を外部に伝達する駆動軸５が配設されている。駆動軸５は、その一端が駆動部材４の盤体４Ａと環状体２とを挿通しており、盤体４Ａに溶接で固定されている。
駆動部材４は金属や合成樹脂により形成されるが、磁界近傍に置かれることからステンレス鋼あるいはアルミニュームのような非磁性材料製であることが好ましい。
コイル１、環状体２、連結部材３、駆動部材４及び駆動軸５が一体となって可動子が構成され、これが下記の磁界を形成する磁極間に組み込まれ電磁力により駆動されて所定の運動をする。
【００３１】
図１に上記磁極及び可動子の取付け状況を示している。
図１において、円筒形の外ヨーク１０と、この外ヨーク１０より短い内ヨーク１２とが同軸に配され、各一端部において同材料からなる連結ヨーク２０により連結されている。外ヨーク１０と内ヨーク１２との間の空隙に、マグネット１１及びコイル１がそれぞれ対向配設されている。
マグネット１１は複数個に分割されており、外ヨーク１０の内周面に適宜間隔をおいて配置され強力な磁力で吸着されている。コイル１は、磁界を形成するマグネット１１及び内ヨーク１２により形成される空隙９内に、相互に接触することなく移動自在な状態で配置される。
【００３２】
上記構成の可動子は、環状体２及び駆動部材４の両面にそれぞれ配されたコイルスプリング１９と２２とにより、マグネット１１及び内ヨーク１２に対して常時離間（浮上）した状態で支持されるが、２つのコイルスプリング１９、２２による挟圧力を適宜バランスさせることにより位置決めも行われる。コイルスプリング１９及び２２としては、互いに同一寸法である方が挟圧力をバランスさせ易いので好ましい。また、２つのコイルスプリング１９、２２により、コイル１の軸方向の往復運動に対して復帰力が付与され、コイル１を所定の振幅で共振させられる。コイルスプリング１９、２２は、環状体２及び駆動部材４に対して一端が固定されてもよく、単に当接しているだけでもよい。
上記のように構成されたリニアモータ用可動子は、例えば、駆動すべきコンプレッサのシリンダ３０を外ヨークの端板１０Ａに溶接で固定し、駆動軸５をシリンダ３０内に挿入しピストンとして取付けられて使用される。
【００３３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、コイルの内周に樹脂フィルム層を設けたことにより、導線が整然と整列巻きされていないコイルであっても、コイルが可動領域で磁界を形成する磁極に接触することなく往復運動をなし得て所望の精度を維持し得る。また、十分な強度で軽量化、小型化ができると共に、渦電流の発生も最小限とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアモータ用可動子の一実施例を示す一部切欠縦断面図である。
【図２】本発明の実施例に使用されるコイル及び同コイルの一端に固定された環状体を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａに沿う縦断面図、（ｃ）は環状体の他の例を示す平面図である。
【図３】従来のリニアモータ用可動子を示す縦断面図である。
【図４】図２Ａ部を具体的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　　コイル
２　　環状体
３　　連結部材
４　　駆動部材
５　　駆動軸
９　　空隙　１０　外ヨーク
１１　マグネット
１２　内ヨーク
１９、２２　コイルスプリング
２５　樹脂フィルム層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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