(57)【要約】【課題】  細身な構造でもって、比較的大きい推進力を得る。【解決手段】  直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部２０と、非磁性体からなり前記永久磁石部２０を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部４０と、前記永久磁石部２０を軸方向の一端側から吸引反発する第１の電磁石部５０と、前記永久磁石部２０を軸方向の他端側から吸引反発する第２の電磁石部６０と、前記永久磁石部２０の移動に連動する出力部３０とを具備した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部と、非磁性体からなり前記永久磁石部を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部と、前記永久磁石部を軸方向の一端側から吸引反発する第１の電磁石部と、前記永久磁石部を軸方向の他端側から吸引反発する第２の電磁石部と、前記永久磁石部の移動に連動する出力部とを具備したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の電磁石部と前記第２の電磁石部のうち、その一方により前記永久磁石部を吸引するのと同時に他方により前記永久磁石部を反発して、前記永久磁石部及び前記出力部を動かすようにしたことを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記出力部は、長尺軸状に形成され、その中央側に前記永久磁石部を固定するとともに、その両端側を、それぞれ前記第１の電磁石部と前記第２の電磁石部に挿通し、軸方向の少なくとも一端側を外部に露出していることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の電磁石部と前記第２の電磁石部の各々は、通電されることで磁界を発生するコイル部と、該コイル部に挿通した磁性体コアと具備し、前記磁性体コアに、前記出力部を直線状に移動するように挿通したことを特徴とする請求項３記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記磁性体コアは、前記コイル部内に固定された筒部と、前記永久磁石部に対向するように前記筒部の一端側に固定された吸引反発部とを有し、前記吸引反発部は、前記筒部よりも外径が大きい環状に形成されていることを特徴とする請求項４記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
長尺筒状のケース部を備え、該ケース部内に、前記永久磁石部、前記ガイド筒部、前記第１の電磁石部、前記第２の電磁石部、及び前記出力部を収納したことを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記ケース部の内面と前記ガイド筒部の外面との間、前記ケース部の内面と前記第１の電磁石部及び前記第２の電磁石部との間に隙間を設け、該隙間に前記第１の電磁石部及び前記第２の電磁石部のリード線を挿通したことを特徴とする請求項６記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記永久磁石部又は前記出力部の移動を検知するセンサ部を設けたことを特徴とする請求項１乃至７何れか１項記載の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、例えば、内視鏡のズームレンズ機能や切除用カッター等に用いられて、可動部分を直線駆動するリニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に内視鏡用のリニアアクチュエータとしては、体内挿入時における患者負担の軽減等の観点から、より細身の機構が求められている。
この種の従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されるもののように、モータ及びボールねじ機構を用いて被写界深度変更用移動レンズを前後へ移動させるようにした構成が知られているが、このような構成において、より細身の装置で大きな推進力を得るには、モータ出力をトルクアップするためにギヤヘッド等を組み合わせる必要が生じ、コストアップとなってしまう可能性が高い。
【０００３】
また、他の従来技術としては、特許文献２に記載されるもののように、第１ヨークと第２ヨークを組み合わせた内側に、互いに対向して設けられた第１センターヨークと第２センターヨークと、第１センターヨークに巻線し、固定された第１コイルと、第２センターヨークに巻線し、固定された第２コイルと、第２センターヨークの先端に固定された第１永久磁石と、この第１永久磁石と第１センターヨークの間に変位可能、かつ第１永久磁石と磁気的に同極が向き合うように設けられた第２永久磁石と、この第２永久磁石に片端が固定され、他端が第１センターヨークもしくは第２センターヨーク内を貫通し、かつ第１コイル及び第２コイルに流す電流を制御することにより、第１永久磁石と第２永久磁石の間及び第２永久磁石と第１センターヨークの間に発生する磁力の相互作用により、第２永久磁石に発生する変位及び推力を伝達する出力軸から成る電磁制御型リニアアクチュエータがある。
しかしながら、後者の従来技術では、複数の永久磁石を用いる点や、各コイルの内外にヨークを有する点など、構造が複雑であり、細身な構成で利用するには困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９８５７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、細身な構造にし易いこと、比較的大きい推進力が得られること、構造が簡素で生産性に優れていること、コスト安なこと等が、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための一手段は、直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部と、非磁性体からなり前記永久磁石部を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部と、前記永久磁石部を軸方向の一端側から吸引反発する第１の電磁石部と、前記永久磁石部を軸方向の他端側から吸引反発する第２の電磁石部と、前記永久磁石部の移動に連動する出力部とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような作用効果を奏する。
構造が簡素なので細身でコスト安な構造を得易い。しかも、複数の電磁石部を用いた構造であるため、比較的大きい推進力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るリニアアクチュエータの一例を示す断面斜視図である。
【図２】本発明に係るリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施するために第一の形態では、直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部と、非磁性体からなり前記永久磁石部を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部と、前記永久磁石部を軸方向の一端側から吸引反発する第１の電磁石部と、前記永久磁石部を軸方向の他端側から吸引反発する第２の電磁石部と、前記永久磁石部の移動に連動する出力部とを具備した。
【００１０】
第二の形態では、特に大きな推進力を得るために、第１の電磁石部と第２の電磁石部のうち、その一方により前記永久磁石部を吸引するのと同時に他方により前記永久磁石部を反発して、前記永久磁石部及び前記出力部を動かすようにした。
【００１１】
第三の形態では、推進力を外部に出力する具体的な構造として、前記出力部は、長尺軸状に形成され、その中央側に前記永久磁石部を固定するとともに、その両端側を、それぞれ第１の電磁石部と第２の電磁石部に挿通し、軸方向の少なくとも一端側を外部に露出している。
【００１２】
第四の形態では、より大きな推進力を得るために、第１の電磁石部と第２の電磁石部の各々は、通電されることで磁界を発生するコイル部と、該コイル部に挿通した磁性体コアと具備し、前記磁性体コアに、前記出力部を直線状に移動するように挿通した。
【００１３】
第五の形態では、さらに大きな推進力を得るために、前記磁性体コアは、前記コイル部内に固定された筒部と、前記永久磁石部に対向するように前記筒部の一端側に固定された吸引反発部とを有し、前記吸引反発部は、前記筒部よりも外径が大きい環状に形成されている。
【００１４】
第六の形態では、生産性の良好な細身の構造を得るために、長尺筒状のケース部を備え、該ケース部内に、前記永久磁石部、前記ガイド筒部、第１の電磁石部、第２の電磁石部、及び前記出力部を収納した。
【００１５】
第七の形態では、電磁石部への電源供給を容易に行えるようにするために、前記ケース部の内面と前記ガイド筒部の外面との間、前記ケース部の内面と第一及び第２の電磁石部との間に隙間を設け、該隙間に第一及び第２の電磁石部のリード線を挿通した。
【００１６】
第八の形態では、出力部が移動した際の信号を外部出力できるように、前記永久磁石部又は前記出力部の移動を検知するセンサ部を設けた。
【００１７】
以下、上記形態の特に好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１及び図２は、本発明に係るリニアアクチュエータの一例を示している。尚、図２はリニアアクチュエータ１の斜視図である。そして図１は図２においてＡ−Ａ’で指示する方向からみた断面斜視図であって、リニアアクチュエータ１の内部構造を示している。
このリニアアクチュエータ１は、長尺筒状のケース部１０内に、直線状に所定量移動するように支持された永久磁石部２０と、前記永久磁石部２０の移動に連動する出力部３０と、非磁性体からなり前記永久磁石部２０を移動範囲の全長にわたって筒状に覆うガイド筒部４０と、前記永久磁石部２０を軸方向の一端側から吸引反発する第１の電磁石部５０と、前記永久磁石部２０を軸方向の他端側から吸引反発する第２の電磁石部６０と、前記出力部６０の移動を検知するセンサ部７０とを備え、第１の電磁石部４０と第２の電磁石部５０のうち、その一方により前記永久磁石部２０を吸引するのと同時に他方により前記永久磁石部２０を反発して、前記永久磁石部２０及び前記出力部３０を直線状に移動する。
【００１９】
ケース部１０は、両端側を開口した長尺筒状の部材であり、後端側（図示例によれば右端側）の周壁に、単数もしくは複数（図示例によれば二つ）の切欠部１１，１２を有する。前記切欠部１１，１２は、例えば、後述するセンサ部７０及び配線部材７１ａ，８４を露出するために用いられる。
このケース部１０は、永久磁石部２０、第１の電磁石部５０及び第２の電磁石部６０に対し、磁気的に影響しないように、非磁性体から形成される。ケース部１０の材質の具体例としては、ＳＵＳ３０３や、その他の非磁性金属材料、合成樹脂材料、セラミック等が挙げられる。
【００２０】
永久磁石部２０は、後述するガイド筒部４０内で前後方向へ移動するように形成された円筒状の永久磁石であり、その中心部に、出力部３０を挿通し固定している。
この永久磁石部２０は、本実施例では、ネオジウム磁石（例えばＮ４８）を用いているが、他例としては、フェライト磁石や、アルニコ磁石等の他の永久磁石を用いた態様や、永久磁石と他の材料（例えばゴム等）を組み合わせてなる態様等とすることも可能である。
【００２１】
出力部３０は、長尺軸状に形成され、ケース部１０の略全長にわたって該ケース部１０内に挿通され、軸方向の中央側に永久磁石部２０を固定するとともに、その両端側を、それぞれ第１の電磁石部５０と第２の電磁石部６０に挿通し、前端側を前方へ突出してケース部１０の外部に露出している。
この出力部３０は、非磁性材料から形成され、具体的には、非磁性金属材料（例えば、ＳＵＳ４０２Ｊ２等）から形成されるが、他例としては、合成樹脂材料等から形成することも可能である。さらに、他例としては、この出力部３０を、磁性材料から形成することも可能である。
この出力部３０の前端部には、例えば、ズーム用レンズや、カッター、ミラー等、当該リニアアクチュエータの用途に応じた可動部材（図示せず）が装着される。
【００２２】
ガイド筒部４０は、少なくとも永久磁石部２０の移動範囲を覆う長さを有する円筒状に形成される。このガイド筒部４０は、永久磁石部２０を前後方向へ直線状に移動自在に収納するように、永久磁石部２０の外径よりも若干大きい内径に形成される。また、このガイド筒部４０は、永久磁石部２０が径外方向側から磁気的な影響を受けるのを阻むように、非磁性体からから形成され、本実施例では、非磁性金属材料（例えばＳＵＳ３０３）を用いている。ガイド筒部４０の材質の他例としては、合成樹脂材料やセラミック等とすることも可能である。
そして、前記構成のガイド筒部４０は、後述する前後の磁性体コアに支持されることで、ケース部１０の中心に対し偏心するように保持される。したがって、ガイド筒部４０の外周面とケース部１０内周面との間には、隙間ｓ１が形成される。この隙間ｓ１は、後述する第１の電磁石部５０のリード線５１ａを挿通するために用いられる。
【００２３】
第１の電磁石部５０は、永久磁石部２０の中心軸の延長線上に配置され、通電されることで磁界を発生するコイル部５１と、該コイル部５１に挿通した磁性体コア５２とを備え、前記磁性体コア５２に、出力部３０を直線状に移動するように挿通している。
【００２４】
コイル部５１は、絶縁導線をコイル状に巻回してなり、その外周側に、電源供給用のリード線５１ａを有する。
このコイル部５１は、後述する磁性体コア５２の外周に支持されることで、ガイド筒部４０と同様に、ケース部１０の中心に対し偏心するように保持されている。したがって、このコイル部５１の外周面とケース部１０内周面との間には、前記隙間ｓ１に連通する隙間ｓ２が形成される。この隙間ｓ２は、リード線５１ａを後方へ導くために用いられる。（図１内Ｂ部拡大図参照）
【００２５】
磁性体コア５２は、コイル部５１内に挿通された筒部５２ａと、永久磁石部２０の前端部に対向するように筒部５２ａの後端側に固定された吸引反発部５２ｂとから一体的に構成される。
これら筒部５２ａと吸引反発部５２ｂは、コイル部５１が発生する磁力を増強するように、鉄等の磁性金属材料から形成され、本実施例では、炭素工具鋼（例えばＳＫ４）を用いている。
【００２６】
筒部５２ａは、出力部３０を前後へ摺動可能に挿通するとともにコイル部５１の前後端部から突出するように、出力部３０の外径よりも若干大きい内径を有し且つコイル部５１よりも軸方向へ長い長尺円筒状に形成される。
そして、この筒部５２ａにおけるコイル部５１よりも前側（図１によれば左側）の部分は、スペーサ８１を介してケース部１０に固定される。スペーサ８１は、ケース部１０内周面の前端側に嵌合された略円筒状の部材であり、その中心部から偏心した位置に、前記筒部５２ａの前端部を挿通し固定している。このスペーサ８１は、合成樹脂材料（例えば、ＰＥＥＫ：ポリエーテルケトン）等の非磁性体から形成される。
また、筒部５２ａにおけるコイル部５１よりも後側（図１によれば右側）の部分には、吸引反発部５２ｂが環状に装着され固定される。
【００２７】
吸引反発部５２ｂは、筒部５２ａよりも外径が大きい環状に形成され、ガイド筒部４０の前端側の内周面に挿入され嵌合することで、ガイド筒部４０を偏心した位置で移動不能に固定している。
なお、図示例によれば、別体の筒部５２ａと吸引反発部５２ｂとを組み合わせて磁性体コア５２を構成したが、該磁性体コア５２の他例としては、一部材の磁性材料を加工したものであってもよい。
【００２８】
第２の電磁石部６０は、永久磁石部２０を挟むようにして、第１の電磁石部５０と前後対称に配置され、第１の電磁石部５０と略同様にして、コイル部６１と、リード線６１ａと、筒部６２ａ及び吸引反発部６２ｂからなる磁性体コア６２とを備える。
この第２の電磁石部６０は、永久磁石部２０の中心線の延長線上に位置するとともに、ケース部１０に対し偏心して配置されることで、コイル部６１外周面とケース部１０内周面との間に、コイル部５１，６１のリード線５１ａ，６１ａを挿通させる隙間ｓ３を形成している。（図１内Ｃ部拡大図参照）
【００２９】
磁性体コア６２の筒部６２ａにおけるコイル部６１よりも後側（図１によれば右側）の部分は、スペーサ８２を介してケース部１０に固定される。スペーサ８２は、ケース部１０内周面の前端側に嵌合された略円筒状の部材であり、その中心から偏心した位置に、前記筒部６２ａの後端部を挿通し固定している。このスペーサ８２は、合成樹脂材料（例えば、ＰＥＥＫ：ポリエーテルケトン）等の非磁性体から形成される。そして、このスペーサ８２の外周部は、部分的に切欠されることで、ケース部１０内周面との間にリード線５１ａ，６１ａを挿通させる隙間ｓ４を確保している。
【００３０】
また、磁性体コア６２の筒部６２ａにおけるコイル部５１よりも前側（図１によれば左側）の部分には、吸引反発部６２ｂが環状に装着され固定される。吸引反発部６２ｂは、ガイド筒部４０の後端側の内周面に挿入され嵌合することで、ガイド筒部４０を偏心した位置で移動不能に固定している。
そして、第２の電磁石部６０の吸引反発部６２ｂと、前記した第１の電磁石部５０の吸引反発部５２ｂとの間の前後方向の寸法は、これらの間に永久磁石部２０の移動空間を確保するように適宜に設定されている。
【００３１】
また、センサ部７０は、支持部材８３を介してケース部１０に不動に固定された検知部７１と、出力部３０と一体的に進退するように該出力部３０の外周部に固定された被検知部７２とからなる。
センサ部７０は、ホール効果を利用して磁界を検知するホールセンサであり、その検知信号を配線部材７１ａ（例えばフレキシブルプリント基板等）を介して出力する。
【００３２】
被検知部７２は、検知部７１によって位置検出可能な永久磁石であり、図示例によれば、スペーサ８２と支持部材８３の間を前後方向へ移動するように、出力部３０の外周に環状に固定されている。
【００３３】
支持部材８３は、ケース部１０後端側の内面に嵌合固定された部材である。この支持部材８３の内部には、出力部３０が進退自在に挿入される。この支持部材８３は、合成樹脂材料（例えば、ＰＥＥＫ：ポリエーテルケトン）等の非磁性体から形成される。
また、この支持部材８３の外部には、ケース部１０の一方の切欠部１１から露出させるように、検知部７１及び配線部材７１ａが支持され、さらに、同ケース部１０の他方の切欠部１２から露出させるように、配線部材８４が支持されている。前記配線部材８４は、例えばフレキシブルプリント基板等からなり、第１及び第２の電磁石部５０，６０のリード線５１ａ，６１ａを外部へ導いている。
【００３４】
次に上記構成のリニアアクチュエータについて、その特徴的な作用効果を説明する。
例えば、出力部３０を図１に示す位置から前進させる場合には、第１の電磁石部５０によって永久磁石部２０を吸引するのと同時に第２の電磁石部６０によって同永久磁石部２０を反発するように、第１の電磁石部５０と第２の電磁石部６０に直流電力が供給される。
すると、永久磁石部２０及び出力部３０は、第１の電磁石部５０の吸引力と第２の電磁石部６０の反発力との双方の力を受けて前進し、永久磁石部２０の前端を磁性体コア５２後端に当接させた前進位置で停止する。
また、この状態から、第１の電磁石部５０と第２の電磁石部６０に供給される直流電力の正負を入れ替えると、永久磁石部２０及び出力部３０は、第１の電磁石部５０の反発力と第２の電磁石部６０の吸引力により後進し、永久磁石部２０の後端を磁性体コア６２前端に当接させた後退位置で停止する。
そして、出力部３０が前進位置と後退位置の何れかにあるのかは、センサ部７０によって検知され、その検知信号が配線部材７１ａを介して外部出力される。
【００３５】
また、第１の電磁石部５０と第２の電磁石部６０に供給される電力量を適宜に調整すれば、永久磁石部２０及び出力部３０を、前記前進位置と前記後退位置の間の途中位置に保持することも可能である。
【００３６】
よって、本実施例のリニアアクチュエータ１によれば、二つの電磁石の反発力及び吸引力により比較的大きい推進力を得ることができる上、その推進方向を変換したり、出力部３０を途中位置で停止させたりすることが可能であり、しかも、出力部３０の位置をセンサ部７０によって検知することができる。
また、ケース部１０内周面と、第１の電磁石部５０、ガイド筒部４０、第２の電磁石部６０及びスペーサ８２との間に形成される隙間ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４によってリード線５１ａ，６１ａを後方へ導くようにしているため、ケース部１０の外周に突出部分を設ける必要がなくなるので、当該リニアアクチュエータ１を、例えば内視鏡等の細身のアクチュエータとして有効に利用することができる。
【００３７】
なお、上記実施例によれば、センサ部７０によって出力部３０の位置を検知するように構成したが、他例としては、センサ部７０によって永久磁石部２０の位置を検知する構成とすることも可能である。
また、上記実施例によれば、センサ部７０としてホールセンサを用いたが、該センサ部７０の他例としては、永久磁石部２０又は出力部３０の位置を感知する接触式センサ（例えば、リミットスイッチ等）や、他の非接触式センサ（例えば、近接スイッチ等）とすることも可能である。
【００３８】
また、上記実施例では、永久磁石部２０が径外方向からの磁気影響を受けないように、ケース部１０を非磁性体により構成したが、非磁性体であるガイド筒部４０の材質や厚みの調整により、永久磁石部２０が径外方向から受ける磁気影響を軽減できる場合等には、ケース部１０を磁性体から構成することも可能である。
【００３９】
また、上記実施例では、特に好ましい制御方法として、第１の電磁石部５０と第２の電磁石部６０のうち、その一方により永久磁石部２０を吸引するのと同時に他方により永久磁石部２０を反発して、永久磁石部２０及び出力部３０を動かすようにしたが、他例としては、第１の電磁石部５０と第２の電磁石部６０のうち、何れか一方の吸引力又は反発力によって永久磁石部２０及び出力部３０を動かすことも可能である。
【００４０】
また、上記実施例では、ケース部１０内の前端側と後端側に異なる形状のスペーサ８１とスペーサ８２を用いたが、他例としては、双方に同一のスペーサ８２，８２を用い、前端側のスペーサ８２とケース部１０との隙間を接着剤等の他の部材に塞ぐようにすることで、前記二つのスペーサを共通部品化することも可能である。
【００４１】
また、上記実施例によれば、出力部３０の前端側をケース部１０の前方へ突出する構成としたが、他例としては、出力部３０の後端側をケース部１０の後方へ突出する構成とした態様や、ケース部１０及びガイド筒部４０に、径方向に貫通した前後方向の長孔を設け、該長孔を介して、ケース部１０外に設けられた出力部（図示せず）を永久磁石部２０に接続した態様等とすることも可能である。
【００４２】
また、図示例によれば、出力部３０がその軸線を中心にして回転可能な構成となっているが、出力部３０が回転不能な構成とすることも可能である。この構成は、例えば、出力部３０又は永久磁石部２０と、出力部３０又は永久磁石部２０の周囲の回転不能な部材（具体的には、磁性体コア５２，６２、ガイド筒部４０又は支持部材８３）とのうち、その一方に前後方向の溝を設けるとともに、その他方には、前記溝に対し周方向へ移動不能であって前後方向へ移動可能に嵌り合う凸部を設ければよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：リニアアクチュエータ
１０：ケース部                    ２０：永久磁石部
３０：出力部                      ４０：ガイド筒部
５０：第１の電磁石部              ６０：第２の電磁石部
５１，６１：コイル部              ５２，６２：磁性体コア
５１ａ，６１ａ：リード線          ５２ａ，６２ａ：筒部
５２ｂ，６２ｂ：吸引反発部        ７０：センサ部
ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４：隙間
【図１】
2013192354.tif 000003
【図２】
2013192354.tif 000004