(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路を形成するヨーク、前記ヨークに設けられ厚さ方向に磁化された一対のヨーク側永久磁石、および前記ヨークに設けられシャフト保持用の軸受部材を有する固定子と、
被揺動部材に連結される前記シャフト、前記シャフトに連結され熱可塑性樹脂で形成されたホルダ本体を有するコイルホルダ、前記ホルダ本体の先端側にインサート成形により一体に設けられたラッチ用永久磁石及びボビンレスで前記ホルダ本体に内包された略扇型の可動コイルを有する可動子とを有し、
前記可動コイルが前記一対のヨーク側永久磁石の間に形成される磁気空隙内に設けられ、前記ラッチ用永久磁石が前記可動コイルの揺動範囲の両端で且つ揺動方向の外側の位置にそれぞれ設けられており、
前記ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石は、Ｒ（希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素）−Ｆｅ−Ｂ系、Ｒ（希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素）−Ｃｏ系のいずれかの希土類焼結磁石または希土類ボンド磁石が使用され、かつ前記ラッチ用永久磁石は前記ヨーク側永久磁石よりも大なる磁力を有することを特徴とする揺動型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の揺動型アクチュエータにおいて、
前記ラッチ用永久磁石は、軸方向に着磁された円筒磁石であることを特徴とする揺動型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、郵便物の自動仕分け処理システムなどで走行路上を送られてきた物品の進路変更を行うための仕分け板のスィング、磁気ヘッドの位置決めなど種々の用途で使用される揺動型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
揺動型アクチュエータは、磁気ヘッドによるディスクの読み書きに際しての磁気ヘッドの位置決めに盛んに使用されている。かかる揺動型アクチュエータとしては可動磁石型、あるいは可動コイル型の両形式がよく知られている。
【０００３】
可動磁石型の揺動型アクチュエータは、固定子のコイル側に強磁性体の鉄片などのラッチ部材を設けておき、駆動磁石の回動を、この固定子側のラッチ部材を設けた位置で停止させるようにするものである。
【０００４】
可動コイル型の揺動型アクチュエータでは、固定子の磁石側に、可動コイルに設けたラッチ用の鉄片などの強磁性体を吸着させてラッチする構成のものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
揺動型アクチュエータは、磁気記録媒体であるディスクの読み書きの際の磁気ヘッドの位置決めなどで多用されているが、近年、揺動型アクチュエータが高速で揺動できる点に着目して、磁気ヘッド以外の用途での使用が盛んに考えられている。
【０００６】
従来の磁気ヘッドの位置決めで使用される揺動型アクチュエータでは、磁気ヘッドなどの構成部品自体が元より小型、軽量に構成されているため、磁気ヘッドのラッチゾーン（退避ゾーン）での停止位置におけるホールディングトルクや、データゾーン（読み書きゾーン）での起動トルクにはそれ程大きなトルクが要求されてはいない。
【０００７】
しかし、かかる磁気ヘッド以外の分野に、例えば産業用機械の回転角の制御用などにその使用分野を広げようとすると、往々にしてそのトルクが問題となる。従来の軽量、小型化が進んだ磁気記録装置などにおける使用とは異なり、大きなトルクが求められる場合が多い。
【０００８】
従来の可動磁石型、可動コイル型のいずれの形式の揺動型アクチュエータでも、産業機械で使用できる程度の大きなトルクは得られない。モータ回転用の可動磁石、あるいは固定子側の磁石の漏洩磁束を利用して、固定子側のコイルに設けた鉄片などのラッチ部材、あるいは可動コイル側に設けた鉄片などのラッチ部材を磁気的に吸引してラッチする構成であるため、十分な起動トルクやホールディングトルク（最初の位置にロックしておくためのトルク）が得られないのが現状である。
【０００９】
本発明の目的は、揺動型アクチュエータで、十分なトルクが得られるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の揺動型アクチュエータは、磁気回路を形成するヨーク、前記ヨークに設けられ厚さ方向に磁化された一対のヨーク側永久磁石、および前記ヨークに設けられシャフト保持用の軸受部材を有する固定子と、被揺動部材に連結される前記シャフト、前記シャフトに連結され熱可塑性樹脂で形成されたホルダ本体を有するコイルホルダ、前記ホルダ本体の先端側にインサート成形により一体に設けられたラッチ用永久磁石及びボビンレスで前記ホルダ本体に内包された略扇型の可動コイルを有する可動子とを有し、前記可動コイルが前記一対のヨーク側永久磁石の間に形成される磁気空隙内に設けられ、前記ラッチ用永久磁石が前記可動コイルの揺動範囲の両端で且つ揺動方向の外側の位置にそれぞれ設けられているとともに、前記ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石は、下記の希土類永久磁石が使用され、かつ前記ラッチ用永久磁石は前記ヨーク側永久磁石よりも大なる磁力を有することを特徴とする。
【００１１】
ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石には、Ｒ（希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素）−Ｆｅ−Ｂ系、又はＲ（希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素）−Ｃｏ系のいずれかの希土類焼結磁石または希土類ボンド磁石が使用されていることを特徴とする。
【００１３】
ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石に使用するＲ（希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素）−Ｆｅ−Ｂ系の希土類永久磁石としては、例えば、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石が挙げられ、ＲとしてＮｄ、Ｐｒなどの希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素を選択すればよい。Ｒ（希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素）−Ｃｏ系の希土類永久磁石を使用する場合には、例えば、ＲとしてＳｍ、Ｃｅなどの希土類元素のうちの少なくとも１種以上の元素を選択すればよい。
【００１４】
これらの希土類永久磁石は、焼結磁石でもボンド磁石でもいずれの形態でもよい。ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石に、磁力の強い希土類磁石を使用することにより、磁力の弱いフェライト磁石を使用する場合に比べて、小型化が図れる。コイルホルダは、インサート成形（射出成形）により可動コイルおよびシャフトと一体成形されているが、この成形時にフェライト磁石では割れるが、希土類永久磁石ではこの割れの心配がない。
【００１５】
コイルホルダのインサート成形は、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂などの公知の樹脂（好ましくは耐熱性を有する樹脂）を使用することができる。
【００１６】
上記樹脂の内、縦弾性率（測定法：ＡＳＴＭ  Ｄ−６３８）が１０×１０4 ｋｇ／ｃｍ2 以上（好ましくは１３×１０4 ｋｇ／ｃｍ以上）のものが好ましい。特に熱可塑性樹脂として液晶ポリマー（溶融状態で液晶性を示す）の一種である液晶性ポリエステル樹脂（主鎖中に剛直鎖を有するポリエステル）を使用することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、揺動型アクチュエータの磁気回路の様子を示す要部断面図である。図２は、図１のＡの方向から見た平面図であり、図３は図１のＢの方向から見た平面図である。
【００１９】
固定子Ａ側では、キヤップ状に形成されたヨーク１０ａが、図１に示すように、板状に形成されたヨーク１０ｂに被せるようにして設けられてハウジングが形成されている。ヨーク１０ａの天井面の端部側、およびそれと対向したヨーク１０ｂ側にはそれぞれシャフト１２を通す軸受部材１１が設けられている。軸受部材１１は、焼結含油軸受に構成され、注油を必要としないメンテナンスフリーになっている。この軸受部材１１は、ヨーク１０ａ、１０ｂにカシメ固定されている。
【００２０】
軸受部材１１には、図１に示すように、シャフト１２が通されている。このシャフト１２を介して、高速にスイングさせて開閉や切り換えなどを行うためのスイング部材（図示せず）などの被揺動部材が取り付けられるようになっている。シャフト１２には、その長手方向を横断するように連結孔１２ａが貫通させられ、この連結孔１２ａでスイング部材などの連結が行えるようになっている。
【００２１】
なお、スイング部材は、例えば、揺動する回動軸に板状部材を設けて構成しておき、仕分け品を流す走行路の分岐部分で板面を振って、流れてくる品物の進行方向を変えることができるように構成することが考えられる。仕分け以外にも、高速で開閉を行わせたりすることも考えられる。
【００２２】
ヨーク１０ａ側と、ヨーク１０ｂ側との両軸受部材１１の間には、シャフト１２を一体成形したコイルホルダ１４が揺動可能に介在させられて、可動子Ｂが構成されている。コイルホルダ１４の揺動により、コイルホルダ１４と一体のシャフト１２も回動させられることとなる。
【００２３】
コイルホルダ１４は、図４（ａ）に示すように、シャフト１２を有するキャリッジ部１４ａと、略扇型のボビンレスの可動コイル１６を内側に内包するホルダ本体１４ｂとから構成されている。ホルダ本体１４ｂの先端側には、図中破線表示するラッチ用永久磁石１７が埋め込まれている。キャリッジ部１４ａとホルダ本体１４ｂ、可動コイル１６、および円柱状のラッチ用永久磁石１７とが樹脂成形により一体に形成されている。
【００２４】
ホルダ用インサート金型内に、金属製のキャリッジ部１４ａ、可動コイル１６およびラッチ用永久磁石１７とを配置して、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂の射出成形により一体に成形されている。ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）以外にも、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することができる。
【００２５】
ラッチ用永久磁石１７は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向に向けて着磁された小型の円柱状に形成され、可動コイル１６の揺動範囲の両端の外側の位置にそれぞれ１個ずつ設けられている。ラッチ用永久磁石１７には、（ＢＨ）max （最大エネルギー積）の大きい永久磁石が使用されている。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム−鉄−ボロン系）、Ｓｍ−Ｃｏ系（サマリウム−コバルト系）の永久磁石を使用すればよい。かかる構成の永久磁石は、ボンド磁石でも焼結磁石でもいずれの形態でもよい。
【００２６】
磁気閉回路を構成するヨーク１０ａ、１０ｂは、図１、５に示すように、ヨーク１０ｂの内面とヨーク１０ａの内面とが対面させられ、この対面させられたヨーク１０ａ、１０ｂの内面部分には、平板状に形成されたヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂが設けられている。ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂは、間に可動コイル１６を挟むことができる程度の間隔の磁気空隙を介在させて互いに対面させられている。
【００２７】
ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂは、図３に破線表示で示すように、略扇型に形成され、表面にＮ極、Ｓ極が現れるようにその厚さ方向に着磁された永久磁石に形成されている。ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂは、ラッチ用永久磁石１７と同様に、（ＢＨ）max （最大エネルギー積）の大きいＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム−鉄−ボロン系）、Ｓｍ−Ｃｏ系（サマリウム−コバルト系）の永久磁石が使用されている。かかる永久磁石は、ボンド磁石でも焼結磁石でもいずれの形態でもよい。
【００２８】
なお、前記構成のラッチ用永久磁石１７は、ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂよりも若干磁力が大きく、揺動停止時のロック力が大きく確実に保持されるように構成されている。
【００２９】
略扇型に形成された可動コイル１６は、その巻き始め端と、巻き終わり端とが、図４（ａ）に示すように、コイルホルダ１４に一体に成形された端子ピン１８ａ、１８ｂを介して、リード線１９（１９ａ、１９ｂ）に接続させられている。
【００３０】
このようにして構成された揺動型アクチュエータでは、可動コイル１６に電流を流すことにより、フレミングの左手の法則に従って、可動コイル１６には、軸受部材１１の周りに回動する方向の駆動力が働き、コイルホルダ１４を軸受部材１１の周囲に回動させることとなる。コイル１６に流す電流の方向を変えることにより、かかる駆動力の方向が左右に変更され、コイルホルダ１４は、図３に示す中央位置から左右に揺動させられることとなる。このコイルホルダ１４の揺動によりシャフト１２も揺動され、このシャフト１２に取り付けた例えばスイング部材もそれに合わせて、例えば高速に開閉させられることとなる。
【００３１】
コイルホルダ１４は、図６に示すように、可動コイル１６の中央位置（図４参照）から左右に１５度ずつ、合わせて３０度の揺動範囲を有するように設定した。かかる揺動範囲の設定は、シャフト１２に連結するスイング部材などの方で揺動範囲を規定できるように構成されている。揺動型アクチュエータの上記揺動範囲の規制は、シャフト１２を介して揺動型アクチュエータに連結される例えばスィング部材側のストッパ部材により規制されるように構成されている。本実施の形態では、揺動型アクチュエータの側には揺動範囲を規定するストッパ部材は設けられていない。
【００３２】
図６（ａ）では、左方向に１５度、図６（ｂ）では右方向に１５度揺動した状態を示している。図７には、入力電流を０．５Ａとしたときの、図６（ａ）から図６（ｂ）まで可動コイル１６が揺動するときのトルク分布図を示した。図７の横軸では、可動コイル１６が図６（ａ）の位置にあるときを０度とし、図６（ｂ）の位置にあるときを３０度として、可動コイル１６の揺動位置（角度で表示）でのトルク状況を示している。
【００３３】
可動コイル１６が発生するトルクとラッチ用永久磁石１７の発生するトルクは同方向なので、両者を加え合わせたトルクが示されている。トルクの測定は０°（ラッチ状態）から３０°（反対側でのラッチ）の方向で行った。４００ｇ・ｃｍから急激に解除された瞬間である。
【００３４】
１５°（可動子がどちらにも振れていない状態）では、約２００ｇ・ｃｍ、３０°直前では、可動コイル１６とラッチ用永久磁石１７の発生するトルクがキャンセルさるためトルクは０に近づく。
【００３５】
図８には、上記構成の揺動型アクチュエータで、可動コイル１６に電流を流さない場合、すなわちラッチ用永久磁石１７の発生するトルクを示したもので、約２００ｇ・ｃｍのホールディングトルクが得られる。図９には、ラッチ用永久磁石１７を設けずに、その他の構成は上記構成と同様にした揺動型アクチュエータにおけるトルク分布の様子を示した。図８、９の比較から、ラッチ用永久磁石１７を設けない揺動型アクチュエータでは、トルクは略一様に約２００ｇ・ｃｍを示すが、ラッチ用永久磁石１７を設けた場合にはホールディング位置を過ぎると急激にトルクが小さくなり揺動し易くなることが分かる。
【００３６】
図１０（ｂ）に空隙磁束密度の分布の様子を示したが、これは図１０（ａ）に示す矢印Ｙの方向に沿って、２０ｍｍまで測定した値である。同様に図１１（ｂ）に空隙磁束密度の分布の様子も図１１（ａ）に示す矢Ｙ’の方向に沿って、２０ｍｍまで測定した値である。両Ｙ、Ｙ’の方向は互いに対称な方向で、矢印方向に向けて各位置での空隙磁束密度を示している。ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂの矢印Ｙ（Ｙ’）に沿って手前２ｍｍの位置から測定をしている。
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、ホールディングトルクを大きくすることができる。
【００３８】
本発明では、起動トルクを大きくすることができる。
【００３９】
本発明では、ロック力を大きくすることができる。
【００４０】
本発明では、ホールディングトルク、起動トルクを大きくすることができるため、それに合わせて揺動型アクチュエータに連結する被揺動部材の重量を大きくすることができ、産業用機械への揺動型アクチュエータの用途拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の揺動型アクチュエータの要部断面図である。
【図２】図１のＡの側からみた正面図である。
【図３】図１のＢの側からみた背面図である。
【図４】（ａ）は、コイルホルダに設けられた可動コイルを示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）の断面図である。
【図５】揺動型アクチュエータの要部断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、揺動した可動コイルが揺動範囲端側に位置した状況を示す説明図である。
【図７】トルク分布を示すグラフである。
【図８】ホールディングトルクの分布を示すグラフである。
【図９】ラッチ用永久磁石を設けない場合におけるトルク分布を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、矢印方向に沿った空隙磁束密度の測定方向を示す要部平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の測定により得られた空隙磁束密度の分布を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は、矢印方向に沿った空隙磁束密度の測定方向を示す要部平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の測定により得られた空隙磁束密度の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ａ    ヨーク
１０ｂ    ヨーク
１１      軸受部材
１２      シャフト
１２ａ    貫通孔
１４      コイルホルダ
１４ａ    キャリッジ部
１４ｂ    ホルダ本体
１６      可動コイル
１７      ラッチ用永久磁石
１８ａ    端子ピン
１８ｂ    端子ピン
１９      リード線
１９ａ    リード線
１９ｂ    リード線
２０ａ    ヨーク側永久磁石
２０ｂ    ヨーク側永久磁石
Ａ        固定子
Ｂ        可動子
【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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