(57)【要約】【課題】  可動子マグネット５の磁力をヨーク２の磁極片２２、２３（２３、２４）に対しスムーズに伝達させて良好な磁路を形成し、無励磁状態で強力な自己保持が行われるようにし、励磁による可動子マグネット５への初動推力を、その移動方向に対して適格に与えることのできるリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】  前記可動子マグネット５の両極に強磁性片５１、５２を設け、その先端部を、停止位置となるヨーク２の磁極片２２、２３（２３、２４）に対して、その中心位置よりも移動方向に僅かに位置ズレ対向させて構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並設コイルと共に少なくとも３つの磁極片を備えるヨークに、所定手段によって支持される可動子マグネットを対向配設すると共に、該可動子マグネットを、その極に対して磁極片を同極または異極性に励磁することにより磁気推力を与え、磁極片間を往復駆動すべく構成せしめたリニアアクチュエータであって、前記可動子マグネットの極には、該可動子マグネットの磁力線を前記少なくとも２つの磁極片に向けてそれぞれ磁路を形成すべく強磁性片を設けると共に、該強磁性片の各先端部を、その停止位置において、移動方向に推力を与えるべく前記磁極片の中心位置よりも移動方向に僅かに位置ズレさせて構成してあることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、前記強磁性片は、その先端を前記可動子マグネットから突設してあることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２において、前記強磁性片は、前記可動子マグネットの磁極片間との幅設定に応じて折曲形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１または３の何れかにおいて、前記強磁性片は、何れか一つの強磁性片先端を前記磁極片と位置ズレさせて設定してあることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１または４の何れかにおいて、前記可動子マグネットは、強磁性片を挟んで同極対向させて複数配設したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項６】
並設コイルを介して少なくとも３つの磁極片を備えるヨークに、所定手段によって支持される可動子マグネットを対向配設すると共に、該可動子マグネットを、その極に対して各磁極片を同極または異極性に励磁することにより磁気推力を与え、磁極片間を往復駆動すべく構成せしめたリニアアクチュエータであって、前記コイル間の磁極片を、各コイル毎の磁極に励磁可能な一対の磁極片で構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６において、前記ヨークは、各コイル毎に断面略凹状の子ヨークに独立形成せしめ、該子ヨークを増設可能に構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項８】
請求項６または７において、前記ヨークは、３組の子ヨークで構成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁式のリニアアクチュエータに関し、特に、無励磁自己保持型のプッシュプル型リニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種リニアアクチュエータは、エアコンプレッサーのピストンなどを連続的に振幅させるために用いられるが、可動子マグネットを、その停止位置において、無励磁状態で自己保持させておく必要がある。
ところで従来、特開平５−８７２６７号公報に開示されたものの如く、弁室につながる流体の流路（６）を、下端に弁体（３）が設けられた軸（２）の上下動により開閉するために、該軸（２）に対し上側にＳ極、下側にＮ極が来るよう強力に磁化された永久磁石（１）を設けて可動子とし、該永久磁石（１）を、３個の固定磁極（１１、１２、１３）間に配設した磁化コイル（２１または２２）の一方に対設し、前記固定磁極を同極性に励磁することで、永久磁石（１）に反発磁力による推力を与えて前記弁体（３）を開閉するようにし、前記磁化コイル（２１、２２）の非通電状態で前記永久磁石（１）と固定磁極（１１と１２または１２と１３）間の吸引力（磁界）によって、開及び閉状態を保持するようにした自己保持型のソレノイドバルブが知られている。
【０００３】
しかしながら、このものは、永久磁石（１）を、固定磁極（１１と１２）の間隔よりも短い長さに設定し、その停止状態で固定磁極（１１と１２または１２と１３）間の中間点よりも僅かに固定磁極（１２）側に近づけたＡまたはＢの位置で無励磁自己保持させた構成となっている。そのため、公報所載の図１において、固定磁極（１１、１２、１３）をそれぞれＳ−Ｎ−Ｓ極に励磁することで、固定磁極（１２）を下動しようとすると、上下のＳ極、Ｎ極が固定磁極（１１）のＳ極と、固定磁極（１２）のＮ極との間に挟まれて位置することになり、双方からの反発磁力を受けて移動すべき方向に対して適格な初動推力を与えることができず、磁化コイル（２１、２２）の捲線数を多くするなどにより対応してもなお、移動不良を生じる危惧がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８７２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、可動子マグネットの磁力をヨークの磁極片に対しスムーズに伝達させて良好な磁路を形成し、無励磁状態での強力な自己保持が行われるようにし、励磁による可動子マグネットへの初動推力を、その移動方向に対して適格に与えることのできるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明が採用した技術手段は、並設されるコイルと共に少なくとも３つの磁極片を備えるヨークに、所定手段によって支持される可動子マグネットを対向配設すると共に、該可動子マグネットを、その極に対して停止位置側の磁極片を同極性に励磁し、移動側の磁極片を異極性に励磁することにより磁気推力を与え、磁極片間を往復駆動すべく構成せしめたリニアアクチュエータであって、前記可動子マグネットの極には、該可動子マグネットの磁力線を前記少なくとも２つの磁極片に向けてそれぞれ磁路を形成すべく強磁性片を設けると共に、該強磁性片の各先端部を、その停止位置において、移動方向に推力を与えるべく前記磁極片の中心位置よりも移動方向に僅かに位置ズレさせて構成してあること特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明におけるリニアアクチュエータは、可動子マグネットが隣設磁極片間を移動ストロークとして往復駆動するものでありながら、停止位置における可動子マグネットとヨーク磁極片との磁力伝達が強磁性片を介してスムーズに行われ良好な磁路を形成することができ、無励磁状態における可動子マグネットを、マグネットが殊更強い磁気力を有していなくとも、その停止位置で形成される磁界により強固に位置決めさせて自己保持することができるばかりか、通電時においては、コイルの起磁力による磁気推力を、自己保持状態にあった可動子マグネットの強磁性片に対して、移動すべき方向性をもった反発磁力として適格に与えることができ、可動子を初動することができる。しかも、強い磁気力をもった可動子マグネットや捲線数の多いコイルを用いる必要が無く安価なものを採用でき、装置全体をコンパクトなものとし得て、短ストロークだけでなく長ストロークにも対応することが可能となり、用途に応じた移動ストロークのものを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、好適な実施の形態として例示するリニアアクチュエータを図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１はリニアアクチュエータの半部断面構成図である。図に示すように、１はリニアアクチュエータであって、該リニアアクチュエータ１は、アクチュエータ本体の筒状胴部および磁路を形成する鉄、磁性ステンレス等よりなるリング状の固定子としてのヨーク２と、該ヨーク２の両側に配設されたフランジ３、３の中心に設けられた軸受け４、４と、該軸受け４に軸方向移動、および回動可能に軸装される軸部５ａを有し、ヨーク２に対向配設された永久磁石よりなる可動子マグネット５を備えている。
なお、前記ヨーク２を円弧状に形成し、該可動子マグネット５は、与えられる回転トルクにより、その軸部５ａを中心として円弧状揺動が可能に構成してもよい。
【００１０】
前記ヨーク２は、略１．５ｍｍ程度の板厚を有し、断面略凹状に独立形成された子ヨーク２ａ、２ｂを組として連設したものであり、胴部２１および左右と中央の磁極片２２、２３（２３ａ、２３ｂ）、２４により構成され、さらに、磁極片２２と２３、磁極片２３と２４の間に樹脂製のコイルボビン６１に巻着されたコイル６が配設されている。なお、７は前記軸受け４に一体的に設けられ、可動子５の移動ストロークを規制するためのストッパであり、コイルスプリング、ゴムや樹脂製ブロック等任意のものが用いられ、要・不要に応じて設けられる。また、コイル６には、バイポーラ駆動用のモノファイラー捲線（単巻き）、ユニポーラ駆動用のバイファイラー捲線（２重巻き）等の所定の捲線が施される。磁極片２３ａ、２３ｂは、それぞれのコイル６、６毎に独立した磁極に励磁できるようになっているが、両者を一体として構成しても良い。なお、ヨーク２は円筒状によらず、平型凹状、円弧状等任意の使用目的に応じて変更することができ、磁極片の先端部を折曲することも任意である。
【００１１】
前記可動子マグネット５は、前記右側をＮ極、左側をＳ極として配設され、両側部にそれぞれ強磁性片５１、５２が先端を僅かに突出させて設けられ、その間隔が前記磁極片２２と２３ｂ（または２３ａと２４）の間隔と同幅に設定されている。強磁性片５１、５２の各先端は、その停止位置において、前記磁極片２２と２３（２３ｂ）または２３（２３ａ）と２４の中心位置よりもそれぞれ移動方向に僅かに位置ズレさせ、丁度両者のそれぞれの角部同士が近接対向するようにストッパ７によ位置決めされている。
これにより、可動子マグネット５は、前記コイル６への正逆切り替え通電により、その極に対して停止位置側の磁極片２２と２３（または２３と２４）を同極性に励磁し、移動側の磁極片２４（または２２）を異極性に励磁することにより磁気推力を与え、ストッパ７と強磁性片５１との間をストロークとして磁極片間を往復駆動するように構成されている。
【００１２】
前記強磁性片５１、５２は、鉄等の材質よりなる約１．５ｍｍ厚の板状（または筒状、棒状）部材が用いられており、可動子マグネット５の停止位置において、強磁性片５１の先端部は、前記磁極片２２または２３（２３ｂ）の先端部と、その角部同士を近接対向させ、強磁性片５２の先端部は、前記磁極片２３（２３ａ）または２４の先端部と、その角部同士を近接対向させることで、ヨーク２との磁路を形成するようになっている。つまり、非通電時に可動子マグネット５の軸方向への磁力を、強磁性片５１を介して磁極片２２へ向け、該強磁性片５１の先端部から磁極片２２の先端部に伝達させ、停止側子ヨーク２ａの胴部２１を通って磁極片２３（２３ｂ）の先端部から強磁性片５２の先端部に伝達させることで、停止位置における磁界を形成させている。
【００１３】
次に、可動子マグネット５の動作を図２（Ａ）〜（Ｃ）の動作説明図に基づいて説明する。無励磁状態からコイル６に通電すると、図２（Ａ）に示す如く、可動子マグネット５の極に対して、停止位置側の磁極片２２と２３を同極性となるＮ極とＳ極に励磁し、移動側の磁極片２４（または２２）を異極性となるＮ極に励磁して、各磁極片２２−２３−２４をＮ−Ｓ−Ｎに磁化すると、磁極片２２のＮ極が強磁性片５１のＮ極に対し、および、磁極片２３（２３ａ）のＳ極が強磁性片５１のＳ極に対してそれぞれ反発磁力として伝達され、初動の磁気推力が与えられる。この反発磁力による推力は、可動子マグネット５が図２（Ｂ）に示す如く中央に移動するまで作用するが、中央付近では同時に、磁極片２３（２３ｂ）のＳ極が強磁性片５１のＮ極に対し、および、磁極片２４のＮ極が強磁性片５１のＳ極に対してそれぞれ吸引磁力として伝達され、磁極片２４に近づくほど前記反発磁力による推力が弱まるが吸引磁力の推力は強くなり、図２（Ｃ）の停止位置まで移動する。
【００１４】
図２（Ｃ）の停止状態からの逆方向となる磁極片２２への移動は、前記励磁とは逆に、各磁極片２２−２３−２４をそれぞれＳ−Ｎ−Ｓ極に励磁することで移動ストローク間を往復駆動することができる。
【実施例２】
【００１５】
図３は実施例１のものに子ヨークを増設して磁極片を４つに構成した態様の実施例をしめすものである。図に示すように、ヨーク２には、コイル６が設けられた子ヨーク２ｃを前記子ヨーク２ｂに隣接させて連設したものであり、前記磁極片２４は、子ヨーク２ｂ側の磁極片２４ａと子ヨーク２ｃ側の磁極片２４ｂとして、磁極片は２２、２３（２３ａ、２３ｂ）、２４（２４ａ、２４ｂ）、２５の４つの実質６極により構成され、可動子マグネット５は子ヨーク２ｂ下で一旦停止し、磁極片２５側のストッパ７位置までのストロークを各子ヨーク２ａ、２ｂ、２ｃの励磁制御により移動できるようになっている。その余の構成および機能は実施例１のものと同じである。
【００１６】
つまり、可動子マグネット５は、次の励磁制御により動作される。先ず、図３（Ａ）の停止位置にある可動子マグネット５を、実施例１と同様に磁極片２２−２３−２４をＮ−Ｓ−Ｎに磁化して、子ヨーク２ｂ下まで移動すると、強磁性片５１、５２はそれぞれ磁極片２３（２３ａと２３ｂの間）、２４（２４ａと２４ｂの間）の中心部位で推力を無くし停止する。なお、可動子マグネット５は、子ヨーク２ａまたは２ｂのみを同様に励磁しても移動することができる。この状態で可動子マグネット５は、通電・非通電の状態に関わらず、磁極片２３（２３ａと２３ｂの間）、２４（２４ａと２４ｂの間）の板厚間で、方向性を持たない不安定な状態で位置保持されるが、このまま同様に磁極片２３ａと２３ｂ、２４ａと２４ｂを同極励磁しても的確な移動方向を与えることができない。
【００１７】
そこで、図３（Ｂ）に示す如く各子ヨーク２ａ、２ｂ、２ｃが独立した磁極片で構成されていることを利用し、移動したい方向、つまり磁極片２５側へ移動する場合には、磁極片２２をＳ極に、磁極片２３ａをＮ極に、磁極片２３ｂをＳ極に、磁極片２４ａをＮ極に励磁することにより、強磁性片５１、５２を、それぞれ磁極片２３、２４の中心部位から位置ズレさせて、磁極片２３ｂと磁極片２４ｂとの対面位置で停止させ、磁極片２３ｂおよび磁極片２４ｂとの磁界を形成させて安定した状態で励磁・無励磁により位置保持させる。なお、移動したい方向が磁極片２２側である場合には、磁極片２５をＮ極に、磁極片２４ｂをＳ極に、磁極片２４ａをＮ極に、磁極片２３ｂをＳ極に励磁するして、強磁性片５１、５２を、それぞれ磁極片２３、２４の中心部位から位置ズレさせて、磁極片２３ａと磁極片２４ａとの対面位置で停止させておけば良い。
【００１８】
この中間における一旦停止状態から、さらに、磁極片２５側へ移動するには、図３（Ｃ）の如く、各磁極片２３ｂ、２４、２５をそれぞれＮ−Ｓ−Ｎ極に励磁する。励磁は磁極片２４ｂ、２５に対してのみ、または、磁極片２２、２３ａを加えたＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓ極に磁化しても良い。これにより可動子マグネット５は、反発磁力により初動推力が与えられ、加えて吸引磁力の推力が与えられて、磁極片２５側のストッパ７まで移動する。なお、磁極片２２側への移動は、コイル６の通電方向を逆にし、上述した各磁極片の極に励起される磁極を逆極とすることで行われ、通電方向の切替により可動子マグネット５は軸方向に往復運動し、通電電流の制御により移動ストローク、移動方向の切り替えなどを設定し必要振幅を得ることができる。また、子ヨークの数はこれに限定されるものでなく、中間停止制御が要求されるパターンにおいて任意の数に増設させても良い。さらに、子ヨークの数が３以上ある場合に、可動子マグネット５を複数設けることができ、その際の組合せは、強磁性片−可動子マグネット（Ｓ−Ｎ極）−強磁性片−可動子マグネット（Ｎ−Ｓ極）−強磁性片のパターンにより構成される。
【００１９】
叙述の如く構成された本発明の実施例の形態において、コイル６への正逆切り替え通電により、各磁極片２２−２３−２４をそれぞれＮ−Ｓ−Ｎ極、およびＳ−Ｎ−Ｓ極に励磁することで可動子マグネット５に初動の磁気推力を与えて往復駆動するのであるが、本発明によるリニアアクチュエータ１は、前記可動子マグネット５の両極に、該可動子マグネット５の磁力線を前記少なくとも２つの磁極片２２、２３（２３、２４）に向けてそれぞれ磁路を形成するための強磁性片５１、５２が設けられており、該強磁性片５１、５２の各先端部を、その停止位置において、移動方向に推力を与えるべく前記磁極片２２、２３（２３、２４）の中心位置よりも移動方向に僅かに位置ズレさせて構成してある。
なお、本実施例では、子ヨーク２ａと２ｂ（２ａと２ｂと２ｃ）を組として構成させ、磁極片２３をそれぞれのコイル６、６による励磁が行えるように磁極片２３ａと２３ｂ（２４ａと２４ｂ）を有するが、強磁性片５１、５２の各先端部の位置ズレ態様は、磁極片２３ｂ（２４ｂ）側に位置ズレしていれば良く、全体が断面倒伏Ｅ字状として磁極片２３一体成形した場合を含み、磁極片２３の中心から位置ズレしたものであれば良く、さらに、何れか一つの強磁性片５１（５２）の先端が端部の磁極片２２（２４）と位置ズレされていれば中間の磁極片２３と対向する強磁性片が中心位置にあっても良い。要するに移動の方向性を与えることができる位置ズレで有ればその態様は任意である。
【００２０】
このため、可動子マグネット５が、その極と対向する停止位置側の磁極片２２、２３（２３、２４）から隣設する移動側の磁極片２４（２２）までの移動ストローク間を往復駆動するものでありながら、停止位置における可動子マグネット５と磁極片２２、２３（２３、２４）との磁力伝達が強磁性片５１、５２を介してスムーズに行われ良好な磁路を形成することができる。その結果、無励磁状態においては、可動子マグネット５を、マグネットが殊更強い磁気力を有していなくとも効率よく磁力が伝達され、その停止位置の子ヨークとの間に形成される磁界によって強固に位置決めさせて自己保持することができ、例えば、バルブ制御の閉弁時に流圧に抗した保持力が要求されるものなどに有効である。また、通電時においては、コイル６の起磁力による推力を、自己保持状態にあった可動子マグネット５を、その強磁性片５１、５２に対して、移動すべき方向性をもった反発磁力として適格に与えることができ、可動子マグネット５を初動することができる。しかも、強い磁気力をもった可動子マグネットや捲線数の多いコイルを用いる必要が無く安価なものを採用でき、装置全体をコンパクトなものとし得て、短ストロークだけでなく長ストロークにも対応することが可能となり、パチンコ発射器など多種分野への用途に応じた移動ストロークのものを提供することができる。
【００２１】
また、前記ヨーク２は、前記磁極片２２と２３の間、および２３と２４の間にコイル６、６を収容すると共に、並設されるコイル間の磁極片２３を、各コイル毎の磁極に励磁可能な一対の磁極片２３ａと２３ｂで構成され、また、各コイル６，６毎に断面略凹状の子ヨーク２ａ、２ｂに独立形成せしめ、該子ヨーク２ａ、２ｂ……を増設可能に構成されていることにより、各子ヨーク２ａ、２ｂ毎の製作が可能となり、組付け作業が容易で安価に提供できると共に、容易に分割かつ増設が行え、実施例２に示す様に、磁極片２３ａと２３ｂ、２４ａと２４ｂの各コイルへの通電切換により、それぞれ異なる磁極に励磁する制御が行えるようになり、可動子マグネット５を、単純な往復運動のみならず、中間位置停止、中間位置からの戻り移動等コンプレッサーの弁を半開に制御するなどのバリエーションに富んだ駆動制御を行うことができる。
【００２２】
また、前記強磁性片５１、５２は、その先端が前記可動子マグネット５から突設されているので、可動子マグネット５の磁極片に対する対向間隔が離れていても、磁極片に対して近接対向して配設することができ、強い磁気力を有していなくとも効率よく磁力を伝達することができる。さらに、可動子マグネット５が前記磁極片間隔よりも短い（長い）場合にも、磁極片間との幅設定に応じて折曲形成して、磁極片に対して近接対向して配設することができるので、使用できる可動子マグネット５の大きさにも影響を受けることなく製造することができる。
【００２３】
また、子ヨークの数が３以上ある場合に、可動子マグネット５を複数設ける際に、前記可動子マグネット５は、強磁性片５１（５２）を挟んで同極対向させて配設することにより、強磁性片が各磁極片と対向すしてそれぞれの子ヨークと独立磁界を形成して、さらに強固な自己保持を含む停止位置保持が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】リニアアクチュエータの半部断面構成図。
【図２】励磁状態の動作説明図であって、図２（Ａ）は初動の励磁状態、図２（Ｂ）は中間位置の励磁状態、図２（Ｃ）移動後の励磁・無励磁状態を示す。
【図３】他の実施例における励磁状態の動作説明図であって、図３（Ａ）は初動の励磁状態、図３（Ｂ）は中間位置の励磁状態、図３（Ｃ）移動後の励磁・無励磁状態を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１      リニアアクチュエータ
２      ヨーク
２ａ    子ヨーク
２ｂ    子ヨーク
２ｃ    子ヨーク
２１    ヨーク胴部
２２    磁極片
２３    磁極片
２３ａ  磁極片
２３ｂ  磁極片
２４    磁極片
２４ａ  磁極片
２４ｂ  磁極片
２５    磁極片
３      フランジ
４      軸受け
５      可動子マグネット
５ａ    軸部
５１    強磁性片
５２    強磁性片
６      コイル
６１    コイルボビン
７      ストッパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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