(57)【要約】【課題】従来の電磁石より、同等な電気エネルギー消耗量で、大きな作動ストロークと多様な作動出力パターンを得られる電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】電磁石の磁極と磁性体からなる作動子の間に透磁性エラストマー部材を設け、電磁石の発生した磁力を透磁性エラストマー材料を介して伝え、作動子に作用することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石の磁極と磁性体からなる作動子の間に透磁性エラストマー部材を設け、前記電磁石の発生した磁力を前記透磁性エラストマー材料を介して伝え、作動部に作用することを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記透磁性エラストマー材料及び前記作動子の材料の物性を調整、組み合わせすることで、作動パターンを変える手段、を有することを特徴とする請求項１の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記電磁石の磁極の形状、寸法、及び前記透磁性エラストマー材料との位置関係を調整することで、作動ストローク、作動パターンを変える手段、を有することを特徴とする請求項１、２の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
多数の請求項１、２、３の電磁アクチュエータを直列または並列に連結し、或いは直列、並列連結を同時にすることにより、作動ストローク及び作動出力強度を増加させることができることを特徴とする電磁アクチュエータの集合体。
【請求項５】
請求項１、２、３、４の電磁アクチュエータ及び其の集合体を有する装置、機器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電気エネルギーを運動エネルギーに変換するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、電気エネルギーを運動エネルギーに変換するアクチュエータとして電磁石が多く使われてきた、其の基本構造は導線で巻いたコイルの内部に磁心を設け、コイルに印加される電源のエネルギーを磁力に変え、磁力が磁心の極部から空間を介して、作動子（可動鉄心、吸着片など）を吸引する形で運動エネルギーを得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従来の電磁石の磁力は磁心の極部から空間を介して作動子に作用するので、その強さと作動ストローク（空間距離）の関係はクーロンの法則（Ｆ＝Ｋ’ｍ１ｍ２／ｒ２）で示されたように２乗に反比例して衰減する、即ち、同等の磁力で大きな作動ストロークを得るにはより大きな電磁石、電気エネルギーを要する、問題点がある。【０００４】  また、従来の電磁石の動作パターンは吸着しかなく（復位バネで可動子を戻すことは、電磁石自身の機能ではない）、印加される電圧の強弱の変化を出力できない欠点もある。【０００５】  そこで、本発明は電磁石に透磁性エラストマー部材及び磁性体を組み合わせることで、上記問題点の解消を期したものである。即ち、従来の電磁石に比べ、磁力の伝達範囲（作動可能なストローク）を延長させることができ、同時に、多様な作動出力パターンを出現させる電磁アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、電磁石の磁極と磁性体からなる作動子の間に透磁性エラストマー部材を設け、前記電磁石の発生した磁力を前記透磁性エラストマー材料を介して伝え、作動子に作用することを特徴とする電磁アクチュエータを提供するものである。【０００７】  更に、本発明は、請求項２に記載した、前記透磁性エラストマー材料及び前記作動子の物性を調整、組み合わせすることで、作動ストローク、作動パターンを変える手段を有することを特徴とする請求項１の電磁アクチュエータを提供するものである。【０００８】  更に、本発明は、請求項３に記載した、前記電磁石の磁極の形状、寸法、及び前記透磁性エラストマー材料との位置関係を調整することで、作動ストローク、作動パターンを変える手段、を有することを特徴とする請求項１、２の電磁アクチュエータを提供するものである。【０００９】  更に、本発明は、請求項４に記載した、多数の前記請求項１、２、３の電磁アクチュエータを直列または並列に連結し、或いは直列、並列連結を同時にすることにより、作動ストローク及び作動出力強度を増加させることができることを特徴とする電磁アクチュエータの集合体を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、従来の電磁石と比べて、同等な電気エネルギーの消耗量で、大きな作動ストロークと多様な作動出力パターンを得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明の第２実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の第３実施形態を説明するための図である。
【図４】本発明の第４実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、図面を参照しながら、本発明の特徴である磁力の伝達延長手段及び実施の形態を説明する。
【第１実施形態】
【００１３】  図１は、本発明の電磁アクチュエータの第１実施形態を説明するための図であり、図１（ａ）は基本構造の断面図であり、図中電磁アクチュエータ１０は棒状磁心１の周りにコイル２が設けられ、その両磁極１０１と１０２の外端にフィライト粉体（他の磁性粉体でもよい）を配合した軟質シリコンゴム製のパッド３と４を接着され、パッド３と４それぞれの外端に永久磁石製作動子５、６を接着され、それぞれのＮ極を図の右側に向けて設置するように構成される。自然状態（コイル２に通電していない状態、以下同）では、作動子５と６は異性極で向き合って繋げられるので、パッド３と４は其の吸引力によって圧縮変形する。パッド３と４の役割は磁心１の発生する磁力を伝えると同時に作動子５、６を磁心１に連結するものである。
【００１４】  コイル２に正駆動信号（駆動回路、コイルの巻き方等の説明、表示を省略、以下同）を印加すれば、図１（ｂ）に示すように、磁心１の左端磁極１０１はＮ極となり、右端磁極１０２はＳ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝えて、作動子５、６に作用する、よって、作動子５は排斥力で左側へ移動し、同時にパッド３は伸長変形する、同時に作動子６も排斥力で右側へ移動し、パッド４は伸長変形する。そして、正駆動信号がなくなれば、パッド３と４は復元力で自然状態に戻る。
【００１５】  コイル２に負駆動信号を印加する場合では、図１（ｃ）に示すように、磁心１の左端極１０１はＳ極となり、右端極１０２はＮ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝えて、作動子５、６に作用する、よって、作動子５は吸引力で右側へ移動し、パッド３は圧縮変形する、同時に作動子６も吸引力で左側へ移動し、同時にパッド４は圧縮変形する。そして、負駆動信号がなくなれば、パッド３と４は復元力で自然状態に戻る。
【００１６】  上記第１実施形態では、パッド３と４の弾力範囲内において、正負の駆動信号の強弱、頻度の変化により、両端の作動子５と６から相応な相反方向の運動エネルギーと作動ストロークを得られる。
【第２実施形態】
【００１７】  図２は、本発明の電磁アクチュエータの第２実施形態を説明するための図であり、図２（ａ）は基本構造を示す断面図であり、構成は第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する（以下同）、第１実施形態と違うところは、作動子５と６のそれぞれのＮ極を磁心１に向けて設置する。作動子５、６はパッド３、４を介して磁心１と連結され、電磁アクチュエータ２０を構成される、自然状態では、作動子５と６は同性極で向き合って繋げられるので互いに排斥し合い、パッド３と４は其の排斥力によって伸長変形する。
【００１８】  コイル２に正駆動信号を印加する場合、図２（ｂ）に示すように、磁心１の左端極１０１はＮ極となり、右端極１０２はＳ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝え、作動子５、６に作用する、よって、作動子５は排斥力で左側へ移動し、パッド３は更に伸長変形する、同時に作動子６は吸引力で左側へ移動し、パッド４は圧縮変形する。そして、正駆動信号がなくなれば、パッド３と４は復元力で自然状態に戻る。
【００１９】  コイル２に負駆動信号を印加する場合、図２（ｃ）に示すように、磁心１の左端極１０１はＳ極となり、右端極１０２はＮ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝えて、作動子５、６に作用する、よって、作動子５は吸引力で右側へ移動し、パッド３は圧縮変形する、同時に作動子６は排斥力で右側へ移動し、パッド４は伸長変形する。そして、負駆動信号がなくなれば、パッド３と４は復元力で自然状態に戻る。
【００２０】  従って、上記第２実施形態では、パッド３と４の弾力範囲内において正負の駆動信号の強弱、頻度の変化により、両端の作動子５と６から相応な同方向の運動エネルギーと作動ストロークを得られる。
【第３実施形態】
【００２１】  図３は、本発明の電磁アクチュエータの第３実施形態を説明するための図であり、図３（ａ）は基本構造を示す断面図であり、第１実施形態と違うところは、磁心１は馬蹄形のもので、作動子５と６のそれぞれの外端面は同一平面上にある電磁アクチュエータ３０を構成される。自然状態では、作動子５と６はパッド３と４及び磁心１を介して、異性極で向き合って繋げられるので、パッド３と４は其の吸引力によって圧縮変形する。
【００２２】  コイル２に正駆動信号を印加する場合、図３（ｂ）に示すように、磁心１の左端磁極１０１はＮ極となり、右端磁極１０２はＳ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝えて、作動子５、６に作用する、よって、作動子５、６は同時に排斥力で下方へ移動し、同時にパッド３、４は伸長変形する。正駆動信号がなくなれば、パッド３、４は復元力で自然状態に戻る。
【００２３】  コイル２に負駆動信号を印加する場合では、図３（ｃ）に示すように、磁心１の左端極１０１はＳ極となり、右端極１０２はＮ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝えて、作動子５、６に作用する、よって、作動子５、６は同時に吸引力で上方へ移動し、パッド３、４は圧縮変形する。負駆動信号がなくなれば、パッド３、４は復元力で自然状態に戻る。
【００２４】  従って、上記第３実施形態ではパッド３と４の弾力範囲内において正負の駆動信号の強弱、頻度の変化により、作動子５と６から相応な同一方向の運動エネルギーと作動ストロークを得られる。
【第４実施形態】
【００２５】  図４は、本発明の電磁アクチュエータの第４実施形態を説明するための図であり、図４（ａ）は基本構造を示す断面図であり、第２実施形態と違うところは、磁心１は馬蹄形のもので、作動子５と６のそれぞれの外端面は同一平面上にある電磁アクチュエータ４０を構成される。自然状態では、作動子５と６は同性極で向き合って繋げられるので互いに排斥し合い、パッド３と４は其の排斥力によって伸長変形する。
【００２６】  コイル２に正駆動信号を印加する場合、図４（ｂ）に示すように、磁心１の左端極１０１はＮ極となり、右端極１０２はＳ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝え、作動子５、６に作用する、よって、作動子５は排斥力で下方へ移動し、パッド３は更に伸長変形する、同時に作動子６は吸引力で上方へ移動し、パッド４は圧縮変形する。正駆動信号がなくなれば、パッド３、４は復元力で自然状態に戻る。
【００２７】  コイル２に負駆動信号を印加する場合、図４（ｃ）に示すように、磁心１の左端極１０１はＳ極となり、右端極１０２はＮ極となる、そして、発生した磁力はパッド３と４を伝えて、作動子５、６に作用する、よって、作動子５は吸引力で上方へ移動し、パッド３は圧縮変形する、同時に作動子６は排斥力で下方へ移動し、パッド４は伸長変形する。負駆動信号がなくなれば、パッド３、４は復元力で自然状態に戻る。
【００２８】  従って、上記第４実施形態では、パッド３、４の弾力範囲内において、正負駆動信号の強弱、頻度の変化により、作動子５、６から相応な相反方向の往復運動エネルギーと作動ストロークを得られる。
【００２９】  本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加え得ることは勿論である。尚、磁極と作動子間のパッドの成分、材質、構成においては、十分な透磁性、弾力性、強度、耐用性を有する各種の素材でよい。作動子の材質、構成においては、十分な透磁性或いは保磁性、耐久性、強度のものでよい。電磁石の材質、形状においては、パッド、作動子と組み合わせ、所望の作動力、作動ストローク、作動パターンを具現させ得るものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  以上の電磁アクチュエータは、構造はシンプルで、制御は容易にでき、従来の電磁石より長いストロークと多様な出力パターンを出力できる長所を有することから、振動デバイス、制御執行デバイスとして、以下に記するような種々の分野に適用できる。
１）各種ロボット関連用アクチュエータ、製造ラインの駆動デバイス、空中、水中作業用アクチュエータといった工業分野。
２）パワーアシスト装置、義足、義手用アクチュエータ、手術用、介護支援用機器と言った医療、福祉分野。
３）バーチャルリアリティ用フィットバック装置、体感アミューズメントゲーム機器、トレーニング機器といった情報、娯楽分野。
【符号の説明】
【００３１】      １    磁心
２    コイル
３    パッド
４    パッド
５    永久磁石製作動子
６    永久磁石製作動子
１０    第１実施形態の電磁アクチュエータ
２０    第２実施形態の電磁アクチュエータ
３０    第３実施形態の電磁アクチュエータ
４０    第４実施形態の電磁アクチュエータ
１０１    磁心１の左端
１０２    磁心１の右端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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