(57)【要約】【課題】ストロークの長い場合においても、外ヨークおよび内ヨークを厚くすることなく扁平構造のボイスコイル形アクチュエータを提供する。【解決手段】磁性体よりなる板状の内ヨーク３と外ヨーク２１，２２および横ヨーク４によりＥ字形状もしくはＢ字形状のヨーク部を構成し、外ヨーク２１，２２もしくは内ヨーク３の少なくとも一方に外ヨーク２１，２２と内ヨーク３とが対向する方向に磁化された板状の永久磁石５１，５２を配置し、永久磁石５１，５２とギャップを介して、内ヨーク３を囲む形状のコイル６を配置して構成されるボイスコイル形アクチュエータにおいて、コイル６の永久磁石５１，５２と対向する面側に磁性体よりなる板状の背面ヨーク９を備えた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体よりなる板状の内ヨークと外ヨークおよび横ヨークにより、Ｅ字形状もしくはＢ字形状のヨーク部を構成し、外ヨークもしくは内ヨークの少なくとも一方に該外ヨークと該内ヨークとが対向する方向に磁化された板状の永久磁石を配置し、該永久磁石とギャップを介して、前記内ヨークを囲む形状のコイルを配置して構成されるボイスコイル形アクチュエータにおいて、
前記コイルの前記永久磁石と対向する面側に、磁性体よりなる板状の背面ヨークを備えたことを特徴とするボイスコイル形アクチュエータ。
【請求項２】
磁性体よりなるヨーク部もしくは背面ヨークの少なくとも一方を粉末磁性体で構成したことを特徴とする請求項１記載のボイスコイル形リニアモータ。
【請求項３】
磁性体よりなる板状の内ヨークと外ヨークおよび横ヨークより成るＥ字形状のヨーク部もしくは背面ヨークの少なくとも一方を、２方向性電磁鋼板を金型にて打抜き積層して構成したことを特徴とする請求項１記載のボイスコイル形アクチュエータ。
【請求項４】
背面ヨークの形状をコイルと面する側を上底とする台形形状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のボイスコイル形アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップマウンターのボンダ−ヘッド等の小ストローク用の駆動に用いられるボイスコイル形アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連するボイスコイル形アクチュエータの従来特許は数多く出願されており、その代表的な構成としてＥ字形状のヨーク構成を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１１２９６８号公報
【０００４】
図６はそのＥ字形状のヨーク構成を示す図である。
図６において、１はヨーク部、２１および２２は外ヨーク、３は内ヨーク、４は横ヨーク、５１および５２永久磁石、６はコイル、７はボビン、８は磁束である。
ヨーク部１は磁性体よりなる板状の内ヨーク３を中心に、磁性体よりなる板状の外ヨーク２１および２２を空隙を介して対向させ、内ヨーク３と外ヨーク２１および２２の端面に磁性体よりなる板状の横ヨーク４をネジ止め等により締結し、内ヨーク３と外ヨーク２１および２２と横ヨーク４とでＥ字形状に構成される。永久磁石５１および５２は板状形状をしており、外ヨーク２１および２２の内ヨーク３と対向する内面側に、ギャップに面する側が同極となるようそれぞれ貼り付けられている。コイル６は内ヨーク３を囲み、且つ、該内ヨーク３に接触することが無いよう該内ヨーク３に対して若干大きい非磁性体よりなるボビン７の溝内に銅線を巻回して構成される。
永久磁石５１および５２の作る磁束８は、図中に点線で示す様に、永久磁石５１側は、永久磁石５１より発生し、外ヨーク２１と内ヨーク３とが対向する空間に位置するコイル６と鎖交し、内ヨーク３へ流れ、横ヨーク４から外ヨーク２１を通り、該永久磁石５１へと戻ってくる。他方、永久磁石５２側は、永久磁石５２より発生し、外ヨーク２２と内ヨーク３とが対向する空間に位置するコイル６と鎖交し、内ヨーク３へ流れ、横ヨーク４から外ヨーク２２を通り、該永久磁石５２へと戻ってくる。
【０００５】
コイル６は永久磁石５１および５２が貼り付けられたヨーク１と接触すること無く、また、該コイル６はストローク方向に移動可能となるよう図示していない支持機構により保持されている。
ボイスコイル形アクチュエータは、コイル６に所望の直流電流を流すことにより、該コイル６に鎖交する永久磁石５１および５２の作る磁束８とで推力を発生する。そのため、推力を大きくするには、永久磁石５１および５２の作る磁束８を大きくすれば良い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のボイスコイル形アクチュエータでは、永久磁石５１および５２の作る磁束８は対向する該永久磁石５１および５２と対向する内ヨーク３および横ヨーク４、外ヨーク２１および２２の中を流れ、特に、横ヨーク４と近い部位の外ヨーク２１および２２および内ヨーク３では磁束８が全て集中して流れるために磁束の飽和を生じ易い。外ヨーク２１および２２および内ヨーク３の厚さ（Ｙ方向の幅）は、前記横ヨーク４と近い部位の外ヨーク２１および２２および内ヨーク３で磁束が飽和しないように決められる。
ストロークを長くする程、永久磁石５１および５２のストローク方向の幅（Ｘ方向の幅）も必要となり、ヨーク１を流れる磁束８も増え、必然的に外ヨーク２１および２２および内ヨーク３は厚くなってしまう。
ボイスコイル形アクチュエータにおいて、発生する推力はコイル６に流れる電流と該コイル６に鎖交する永久磁石５１および５２の作る磁束８との間で生じる。
【０００７】
図２はコイルのＹ方向中心におけるストローク方向（Ｘ方向）の永久磁石の作る磁束の密度分布を示す図である。
図２において、点線２は図６中にＸ−Ｘ’で示すコイル６のＹ方向中心におけるストローク方向（Ｘ方向）の永久磁石５１の作る磁束の密度分布を示す。
上述のようにコイル６の部位はコイル６のない部位と同じ程度の磁束密度である。推力から見ると、永久磁石のストローク方向の幅（Ｘ方向の幅）は、コイル６のストローク幅（Ｘ方向の幅）と同等の幅であれば良く、それ以外のコイル６と対向していない部位の永久磁石５１および５２は、推力に関して何ら作用していないこととなる。
それにもかかわらず、コイル６と対向していない部位に永久磁石５１および５２が配置されているのは、その位置にコイル６がストローク方向に移動した際にも、常にストローク方向で該コイル６に該永久磁石５１および５２の作る磁束８が一定の大きさで鎖交するようにするためであり、不可欠なものである。
【０００８】
一方、外ヨーク２１および２２および内ヨーク３の厚さ（Ｙ方向の幅）は、上述のようにストローク方向の永久磁石５１および５２の幅（Ｘ方向の幅）が大きくなる程厚いものが必要となる。そのため、ストロークの長いボイスコイル形アクチュエータでは、外ヨーク２１および２２および内ヨーク３の厚いものが必要となり、アクチュエータのサイズが大きくなると言う問題があった。
【０００９】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、ストロークの長い場合においても、外ヨークおよび内ヨークを厚くすることなく、扁平構造のボイスコイル形アクチュエータを提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のボイスコイル形アクチュエータは、磁性体よりなる板状の内ヨークと外ヨークおよび横ヨークにより、Ｅ字形状もしくはＢ字形状のヨーク部を構成し、外ヨークもしくは内ヨークの少なくとも一方に該外ヨークと該内ヨークとが対向する方向に磁化された板状の永久磁石を配置し、該永久磁石とギャップを介して、前記内ヨークを囲む形状のコイルを配置して構成されるボイスコイル形アクチュエータにおいて、前記コイルの前記永久磁石と対向する面側に、磁性体よりなる板状の背面ヨークを備えた。
こうすることにより、永久磁石の作る磁束のなかで、コイルと対向する部位の該永久磁石の作る磁束のみを選択的に該コイルに鎖交させることが出来る。
そのため、外ヨークおよび内ヨークの厚さを、コイルと対向する部位の該永久磁石の作る磁束で決めて良く、外ヨークおよび内ヨークを薄くすることが出来、扁平のボイスコイル形リニアモータを構成することが出来る。
【００１１】
請求項２記載のボイスコイル形アクチュエータは、磁性体よりなるヨーク部もしくは背面ヨークの少なくとも一方を粉末磁性体で構成している。
こうすることによりヨークを粉末磁性体の燒結等により構成することが出来るため、大量かつ安価に製作できる。
【００１２】
請求項３記載のボイスコイル形アクチュエータは、磁性体よりなるＥ字形状のヨークを構成する板状の内ヨークと外ヨークおよび横ヨークを、２方向性電磁鋼板を金型にて打抜き積層して構成している。
こうすることにより、ヨークを外ヨークと内ヨークおよび横ヨークとを金型にて一体に打抜いた後、積層してカシメ等により固着して構成するため、工数の短縮が出来、安価なボイスコイル形アクチュエータを提供できる。
【００１３】
請求項４記載のボイスコイル形アクチュエータは、背面ヨークの形状をコイルと面する側を上底とする台形形状としている。
こうすることによりコイルに鎖交する磁束を作る該コイルと対向した永久磁石を増やすことが出来、該コイルに鎖交する磁束を増やすことが出来る。そのため、発生する推力を大きくすることが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示すボイスコイル形アクチュエータの断面図を示す。図２は、図１にＸ−Ｘ’で示す場所における永久磁石の作る磁束の密度分布を示す。
図１において、１はヨーク部、２１および２２は外ヨーク、３は内ヨーク、４は横ヨーク、５１および５２永久磁石、６はコイル、７はボビン、８は磁束、９は背面ヨークである。
ヨーク部１は磁性体よりなる板状の内ヨーク３を中心に、磁性体よりなる板状の外ヨーク２１および２２をそれぞれ空隙を介して対向させ、内ヨーク３と外ヨーク２１および２２の同一側端面に磁性体よりなる板状の横ヨーク４をネジ止め等により締結し、内ヨーク３と外ヨーク２１および２２と横ヨーク４とでＥ字形状に構成される。
永久磁石５１および５２は板状形状をしており、外ヨーク２１および２２の内ヨーク３と対向する内面側に、ギャップに面する側が同極となるようそれぞれ貼り付けられている。コイル６は内ヨーク３を囲み、該内ヨーク３に接触することがないよう該内ヨーク３に対して若干大き目の内側面を有する非磁性体よりなるボビン７の溝内に銅線を巻回して構成される。コイル６の永久磁石５１および５２と対向する面側には、磁性体よりなる板状の背面ヨーク９が、該コイル６巻回されているボビン７にネジ止めもしくは接着により取り付けられている。
【００１５】
永久磁石５１および５２の作る磁束８１は、コイル６に取り付く背面ヨーク９と対向する永久磁石５１および５２の部位においては、図中に点線で示す様に、それぞれ永久磁石５１および５２より発生し、該永久磁石５１および５２と背面ヨーク９との間のギャップを通過した後背面ヨーク９へと流れ、コイル６と鎖交し、コイル６と内ヨーク３の間のギャップを通った後、内ヨーク３から横ヨーク４、その後外ヨーク２１および２２へと流れ該永久磁石５１および５２へと戻ってくる。
一方、上記コイル６に取り付く背面ヨーク９に対向しない部位の永久磁石５１および５２が作る磁束８２は、図中に点線で示す様に、それぞれ永久磁石５１および５２より出発し、該永久磁石５１および５２と内ヨーク３とが対向する空間を流れ、該内ヨーク３から横ヨーク４を通った後、外ヨーク２１および２２から該永久磁石５１および５２へと戻ってくる。
【００１６】
ボイスコイル形アクチュエータは、コイル６に所望の直流電流を流すことにより、該コイル６に鎖交する永久磁石５１および５２の作る磁束８１とで推力を発生する。
【００１７】
図２はコイルのＹ方向中心におけるストローク方向（Ｘ方向）の永久磁石の作る磁束の密度分布を示す図である。
図２において、実線１は本実施の形態に係るボイスコイル形アクチュエータを表す図１中にＸ−Ｘ’で示すコイル６についての、また点線２は従来のボイスコイル形アクチュエータを表す図６中にＸ−Ｘ’で示すコイル６についての、それぞれＹ方向中心におけるストローク方向（Ｘ方向）の永久磁石５１の作る磁束の密度分布を示す。
実線１の場合は、上述のようにコイル６に取り付けられた背面ヨーク９が対向する永久磁石５１の部位においては、該背面ヨークが磁性体であり透磁率が高いために、この部位では該永久磁石から見たパーミアンス係数が高く、該コイル６と鎖交する磁束８１の密度は高くなっている。
一方、上記コイル６に取り付けられた背面ヨーク９と対向していない永久磁石５１の部位においては、パーミアンス係数は低く、該永久磁石５１の作る磁束８２は小さい。
【００１８】
これに対して、点線２の場合は、上述の如くコイル部位もコイルのない部位もパーミアンス係数が低く、コイルと鎖交する磁束密度は一様に低くなっている。
推力に寄与するのはコイル６に鎖交する磁束８１であり、それ以外の部位で永久磁石５１の作る磁束８２は推力に関し何ら作用していない。
従来のアクチュエータの場合、全体の磁束量は本実施の形態のものと同じでもコイル６への鎖交磁束を増やすことが出来ないので、したがってコイル６への鎖交磁束を増やすためにはヨーク１を厚くせざるを得なかった。
ところが、本実施の形態で示す構成にすることにより、コイル６へは多くの磁束８１を鎖交させることが出来、一方該コイル６と対向していない永久磁石５１および５２の部位が作る磁束８２は小さく押えることが出来る。
外ヨーク２１および２２および内ヨーク３の横ヨーク４に近い部位には永久磁石５１および５２の作る磁束８が全て流れ、この部位において磁束８が飽和しないようにその厚さは決められる。
よって、本実施の形態で示す構成によれば、推力に寄与する磁束８１と寄与しない磁束８２とでその大きさに差をつけることが出来、全体の磁束量を小さくすることが出来る。そのため、ヨーク１を薄くすることが出来る。特にストロークが長い場合には推力に寄与しない磁束８２が増えるので、本実施の形態の構成はヨーク１を薄くするのに大きく貢献する。
なお、本実施の形態では、各ヨークおよび永久磁石を板状部材で構成したボイスコイル形アクチュエータを示したが、各ヨークおよび永久磁石が円筒形状のものでも構成できる。
【００１９】
この発明の第２の実施形態のボイスコイル形アクチュエータの構成説明を図３に基づき説明する。図３は本発明の第２の実施の形態を示すボイスコイル形アクチュエータの断面図を示す。
図３において、ヨーク１と、永久磁石５１および５２およびコイル６の構成は実施の形態１で示すものと同一であるので、説明を省略する。
コイル６の永久磁石５１および５２と対向する面側には、粉末磁性体を燒結等により板状に形成した背面ヨーク９’が、該コイル６巻回されているボビン７にネジ止めもしくは接着により取り付けられている。
本実施の形態で示す構成では、背面ヨーク９’が粉末磁性体を燒結等により板状に形成したものであるため、磁性体よりなる板状の背面ヨーク９を用いた実施の形態１で示すヨーク１よりも薄くなり扁平構造とする効果を有すると共に、更に、粉末磁性体を燒結して背面ヨーク９を形成するため大量かつ安価に製作することが出来る。
【００２０】
この発明の第３の実施形態のボイスコイル形アクチュエータの構成説明を図４に基づき説明する。図４は本発明の第３の実施形態を示すボイスコイル形アクチュエータの断面図を示す。
図４において、１はヨーク部、２１および２２は外ヨーク、３は内ヨーク、４は横ヨーク、５１および５２永久磁石、６はコイル、７はボビン、８は磁束、９は背面ヨークである。
ヨーク部１は磁化容易軸方向が図中に示すＸ方向およびＹ方向となる様に２方向性電磁鋼板を外ヨーク２１および２２と内ヨーク３および横ヨーク４とが一体になった金型にて打抜き積層した後、カシメ等により固着してＥ字形状に構成されて成る。
永久磁石５１および５２は板状形状をしており、外ヨーク２１および２２の内ヨーク３と対向する内面側に、ギャップに面する側が同極となるようそれぞれ貼り付けられている。
コイル６は内ヨーク３を囲み、該内ヨーク３に接触することが無いよう該内ヨーク３に対して若干大き目の内側面を有する非磁性体よりなるボビン７の溝内に銅線を巻回して構成される。
コイル６の永久磁石５１および５２と対向する面側には、磁性体よりなる板状の背面ヨーク９が、該コイル６巻回されているボビン７にネジ止めもしくは接着により取り付けられている。
本実施の形態で示す構成により、２方向性電磁鋼板を、外ヨーク２１および２２と内ヨーク３および横ヨーク４とが一体になった金型にて打抜き積層した後、カシメ等により固着してＥ字形状のヨーク１を構成するため、実施の形態１で示すヨーク１を薄くし、扁平構造とする効果を有すると共に、ヨーク１を構成する際に、外ヨーク２１および２２と内ヨーク３および横ヨーク４を削り出し等により加工する工数およびネジ止めにより各ヨークを締結する工数が省略でき、ボイスコイル形アクチュエータ大量かつ安価に製作することが出来る。
【００２１】
この発明の第４の実施形態のボイスコイル形アクチュエータの構成説明を図５に基づき説明する。図５は本発明の第４の実施の形態を示すボイスコイル形アクチュエータの断面図を示す。
図５において、ヨーク１と、永久磁石５１および５２およびコイル６の構成は実施の形態１で示すものと同一であるので、説明を省略する。
コイル６の永久磁石５１および５２と対向する面側には、該コイル６と面する側を上底とし、永久磁石５１および５２に面する側を下底とする台形形状をした磁性体よりなる背面ヨーク９が、該コイル６が巻回されているボビン７にネジ止めもしくは接着により取り付けられている。
こうすることにより、コイル６のストローク方向の幅より背面ヨーク９のストローク方向の幅の方が広くなり、永久磁石５１および５２の作る磁束８１をより多く該コイル６に鎖交させることができる。そのため、推力を一層大きくすることが出来る。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のコイルの永久磁石と対向する面側に、磁性体よりなる板状の背面ヨークを、該コイルが巻回されているボビンにネジ止めもしくは接着により取り付けられている構造のボイスコイル形アクチュエータによれば、背面ヨークが対向する部位の永久磁石と対向していない部位の永久磁石ではパーミアンス係数が異なり、対向する部位の永久磁石は発生する磁束が大きく、この磁束はコイルと鎖交し推力の発生に寄与する。
一方、背面ヨークと対向していない部位の永久磁石はパーミアンス係数が低く、発生する磁束を小さく抑制することが出来る。そのため推力に寄与していない背面ヨークと対向していない部位の永久磁石が作る磁束を小さくすることで、内ヨークおよび外ヨークを薄く出来、薄型の扁平構造をしたボイスコイル形アクチュエータを構成できる。また、ストロークが長くなるほど推力に寄与していない背面ヨークと対向していない部位の永久磁石が増えるため、その効果は大きくなる。
【００２３】
請求項２記載のコイルの永久磁石と対向する面側に、粉末磁性体を燒結等により板状に形成した背面ヨークを、該コイルが巻回されているボビンにネジ止めもしくは接着により取り付けられている構造のボイスコイル形アクチュエータによれば、該背面ヨークを燒結により形成できるため、更に大量かつ安価に製作できる。
請求項３記載の２方向性電磁鋼板を用いて、外ヨークと内ヨークおよび横ヨークとが一体になった金型にて打抜き積層した後、カシメ等により固着してＥ字形状のヨークを構成したボイスコイル形アクチュエータによれば、更に、ヨークを構成する際に、外ヨークと内ヨークおよび横ヨークを削り出し等により加工する工数およびネジ止めにより各ヨークを締結する工数が省略でき、ボイスコイル形アクチュエータ大量かつ安価に製作することが出来る。
請求項４記載のコイルの永久磁石と対向する面側に、該コイルと面する側を上底とし、永久磁石に面する側を下底とする台形形状をした磁性体よりなる背面ヨークを、該コイルが巻回されているボビンにネジ止めもしくは接着により取り付けられている構造のボイスコイル形アクチュエータによれば、更に、コイルのストローク方向の幅より背面ヨークのストローク方向の幅の方が広くなり、永久磁石の作る磁束をより多く該コイルに鎖交させることができ、推力を一層大きくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のボイスコイル形アクチュエータの断面図である。
【図２】図１および図６におけるギャップ中の磁束密度分布である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のボイスコイル形アクチュエータの断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のボイスコイル形アクチュエータの断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のボイスコイル形アクチュエータの断面図である。
【図６】従来のボイスコイル形アクチュエータの断面図である。
【符号の説明】
１  ヨーク部
２１、２２  外ヨーク
３  内ヨーク
４  横ヨーク
５１、５２  永久磁石
６  コイル
７  ボビン
８  磁束
８１  背面ヨークと対向する部位の磁束
８２  背面ヨークと対向していない部位の磁束
９  背面ヨーク
実線１  図１中にＸ−Ｘ’で示すコイルのＹ方向中心におけるストローク方向の永久磁石の作る磁束の密度分布
点線２  図６中にＸ−Ｘ’で示すコイルのＹ方向中心におけるストローク方向の永久磁石の作る磁束の密度分布
【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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