(57)【要約】【課題】  １個の磁性体ブロックを着磁して、対向する面が同一の磁極となる磁石を形成し、その磁石を組み込んだ磁気駆動装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  磁石１は中実構造であり、コイル対向側面１１と、第１の端面１３および第２の端面１４とで異なる磁極に着磁されている。この磁石１に上部軸６と下部軸７が固定されて可動部５が形成され、コイル３が巻かれた固定部２の中間４内に可動部５が、コイル３の巻き軸Ｏに沿って移動自在に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、前記コイルの巻き空間内で前記コイルの巻き軸に沿って移動自在な可動部と、前記可動部に設けられた磁石とを有する磁気駆動装置において、
前記磁石は中実であり、前記コイルに対向するコイル対向側面と、前記巻き軸方向に向けられた第１の端面および第２の端面とを有しており、前記コイル対向側面と、前記第１の端面および第２の端面とが逆極性に着磁されていることを特徴とする磁気駆動装置。
【請求項２】
前記磁石は、磁化容易軸が、前記巻き軸と交差する方向へ向けられている請求項１記載の磁気駆動装置。
【請求項３】
前記第１の端面と前記第２の端面のそれぞれから同じ距離を離れた位置での磁束密度は、前記第１の端面が前記第２の端面よりも高い請求項１または２記載の磁気駆動装置。
【請求項４】
前記磁性体ブロックは、粉末状の磁性体が樹脂材料で固定されたボンドブロックである請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気駆動装置。
【請求項５】
コイルと、前記コイルの巻き空間内で前記コイルの巻き軸に沿って移動自在な可動部と、前記可動部に設けられた磁石とを有する磁気駆動装置の製造方法において、
中実であり、前記コイルに対向するコイル対向側面と、前記巻き軸方向に向けられた第１の端面および第２の端面とを有する磁性体ブロックを使用し、
前記コイル対向側面に、間欠的にまたは連続的に側面ヨークを対向させ、前記第１の端面に端面ヨークを対向させ、前記側面ヨークから前記磁性体ブロックに対して、コイル対向側面から中心部に向かう着磁用磁界を与えて、前記コイル対向側面を同じ極性に着磁し、前記第１の端面と前記第２の端面を、前記コイル対向側面と異なる磁極に着磁して前記磁石を形成し、
この磁石を前記可動部に組み込むことを特徴とする磁気駆動装置の製造方法。
【請求項６】
前記側面ヨークは複数設けられて、それぞれの前記側面ヨークの周囲に巻かれた励磁コイルが設けられており、前記端面ヨークは、すべての前記側面ヨークに連続している請求項５記載の磁気駆動装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴を有していない中実の磁石を使用した磁気駆動装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、磁気駆動装置であるリニアアクチュエータに関する発明が記載されている。
【０００３】
このリニアアクチュエータは、強磁性材料で形成された可動子軸に複数のリング状の永久磁石が軸方向に組み合わされて固定されている。個々の磁石は半径方向に向けて着磁されているが、隣り合う永久磁石どうしでは内周面と外周面が異なる磁極に着磁されている。外側にはコイルヨークとその内側に位置するコイルが設けられ、前記永久磁石が、コイルの巻き空間内で軸方向へ移動自在となっている。コイルは、永久磁石の数に合わせて複数設けられており、隣り合うコイルは巻き回し方向が互いに逆向きになっている。
【０００４】
上記リニアアクチュエータは、永久磁石の製造上のばらつきや周囲の環境の変化にほとんど影響を受けることがなく、推力のばらつきを減らすことができる、というものである。
【０００５】
特許文献２に、磁気駆動装置である振動発生装置に関する発明が記載されている。
この振動発生装置には、コイルに対向する振動子が設けられている。振動子はヨークに板状の磁石が固定され、磁石がコイルに対向している。磁石は、主磁極と副磁極とが振動方向に交互に配置されている。主磁極は、振動方向と直交する向きに着磁され、副磁極は振動方向に着磁され、これら磁極がいわゆるハルバッハ配列となっている。
【０００６】
この発明は、磁石の磁極をハルバッハ配列とすることで、コイルを横断する磁束密度を高くし、小型で大きな振動量が得られる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８００３３号公報
【特許文献２】特開２０１４−０２３２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されたリニアアクチュエータに使用されている永久磁石は、リング状であるが、磁石の保磁力はその体積に依存するため、リング状の磁石では外形寸法に対して体積が小さくなり、発生する磁束の強度を高くするのに限界が生じる。
【０００９】
また、リング状の磁石を半径方向に着磁するためには、通常は、半リング状の磁石を製造して、それを貼り合わせることが必要になり、製造工程が煩雑である。また半リング状の磁石を接合して使用すると、接合ギャップで磁束のロスが発生する欠点もある。
【００１０】
特許文献２に記載された振動発生装置に使用されている磁石は、着磁方向の相違する主磁極と副磁極を接合することが必要であるが、隣り合う主磁極と副磁極は、接合面で反発し合うために、接合作業が非常に難しくなる。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、穴を有していない中実の磁石を使用して、発生する磁束密度を高くして、高出力の磁気駆動を行うことができる磁気駆動装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、コイルと、前記コイルの巻き空間内で前記コイルの巻き軸に沿って移動自在な可動部と、前記可動部に設けられた磁石とを有する磁気駆動装置において、
前記磁石は中実であり、前記コイルに対向するコイル対向側面と、前記巻き軸方向に向けられた第１の端面および第２の端面とを有しており、前記コイル対向側面と、前記第１の端面および第２の端面とが逆極性に着磁されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の磁気駆動装置は、前記磁石は、磁化容易軸が、前記巻き軸と交差する方向へ向けられているものが好ましい。
【００１４】
本発明の磁気駆動装置は、前記第１の端面と前記第２の端面のそれぞれから同じ距離を離れた位置での磁束密度が、前記第１の端面が前記第２の端面よりも高いことが好ましい。
【００１５】
また、本発明の磁気駆動装置では、前記磁性体ブロックは、粉末状の磁性体が樹脂材料で固定されたボンドブロックとして構成できる。
【００１６】
さらに、本発明は、コイルと、前記コイルの巻き空間内で前記コイルの巻き軸に沿って移動自在な可動部と、前記可動部に設けられた磁石とを有する磁気駆動装置の製造方法において、
中実であり、前記コイルに対向するコイル対向側面と、前記巻き軸方向に向けられた第１の端面および第２の端面とを有する磁性体ブロックを使用し、
前記コイル対向側面に、間欠的にまたは連続的に側面ヨークを対向させ、前記第１の端面に端面ヨークを対向させ、前記側面ヨークから前記磁性体ブロックに対して、コイル対向側面から中心部に向かう着磁用磁界を与えて、前記コイル対向側面を同じ極性に着磁し、前記第１の端面と前記第２の端面を、前記コイル対向側面と異なる磁極に着磁して前記磁石を形成し、
この磁石を前記可動部に組み込むことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の磁気駆動装置の製造方法は、前記側面ヨークは複数設けられて、それぞれの前記側面ヨークの周囲に巻かれた励磁コイルが設けられており、前記端面ヨークは、すべての前記側面ヨークに連続しているもので実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁気駆動装置は、磁化容易軸が一方向へ向けられた磁気異方性を有する磁性体ブロックを着磁するなどして、中実の磁石においてコイル対向側面と、第１の端面および第２の端面とが逆の磁極に着磁された磁石を構成し、この磁石を可動部に組み込んでいる。
【００１９】
この磁石は小型でありながら保磁力を高くでき、しかもコイル対向側面からコイルに与えられる磁束密度を高くできるので、磁気駆動装置も小型で出力の大きいものとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の磁気駆動装置の外観を示す斜視図、
【図２】図１に示す磁気駆動装置の断面図、
【図３】図１に示す磁気駆動装置のコイルと磁石の対向状態を説明する斜視図、
【図４】図１に示す磁気駆動装置に使用する磁石を着磁する着磁装置の斜視図、
【図５】図１に示す磁気駆動装置に使用する磁石の着磁工程を示す説明図、
【図６】（ａ）は、図４と図５に示す着磁装置の動作説明図、（ｂ）は、着磁用の励磁パルス電圧波形の概念図、
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１と図２に、本発明の実施の形態の磁気駆動装置Ａが示されている。磁気駆動装置Ａはリニアアクチュエータや振動装置として動作する。
【００２２】
磁気駆動装置Ａは、コイルボビンとなる固定部２にコイル３が巻かれている。固定部２には、コイル３の巻き軸Ｏに沿って延びる空間４が設けられ、空間４内に可動部５が設けられている。すなわち、可動部５はコイル３の巻き空間内に設けられている。図２に示すように、可動部５は、磁石１と、磁石１の図示上側に固定された上部軸６と、磁石１の図示下側に固定された下部軸７を有している。固定部２に板ばねである支持ばね８が固定されており、下部軸７が支持ばね８に支持されている。前記固定部２と上部軸６および下部軸７は非磁性材料で形成されている。
【００２３】
磁石１は、穴を有することなく、また貼り合わせ構造ではない中実の単一部材であり、円柱形状あるいは円板形状である。磁石１は、コイル３に内側から対向する円筒面であるコイル対向側面１１と、コイル３の巻き軸Ｏに沿う方向において互いに平行に対向する第１の端面１３および第２の端面１４を有している。上部軸６の下部のフランジ部６ａが第１の端面１３に固定され、下部軸７の上部のフランジ部７ａが第２の端面１４に固定されている。
【００２４】
図２と図３に示すように、磁石１は、第１の端面１３と第２の端面１４が同じ磁極に着磁されており、コイル対向側面１１が、第１の端面１３および第２の端面１４とは、逆極性の磁極に着磁されている。実施の形態では、第１の端面１３と第２の端面１４がＮ極あり、コイル対向側面１１がＳ極である。各面の極性は、実施の形態と逆であってもよい。また、磁石１は１つの可動部５に２個設けられていてもよい。
【００２５】
図３に示すように、この磁気駆動装置Ａでは、磁石１において、第１の端面１３からコイル対向側面１１に向かう磁束Ｂがコイル３を横断し、第２の端面１４からコイル対向側面１１に向かう磁束Ｂもコイル３を横断する。この磁束Ｂと、コイル３に流れる電流Ｃａとによる電磁力Ｆが可動部５に作用し、可動部５がコイル３の巻き軸Ｏに沿って移動する。
【００２６】
この磁気駆動装置Ａは、穴を有しておらず、接合されてもいない中実の磁石１を使用しているため、この磁石１を、寸法が比較的小さくても体積を大きくでき保磁力を高くできる。よって、コイル３を横断する磁束密度を高くでき、大きな電磁力Ｆを発揮することが可能となる。
【００２７】
図４ないし図６に磁石１を着磁する工程が示されている。磁気駆動装置Ａに使用されている磁石１は、円柱状または円板状の磁性体ブロック１０を着磁することで製造される。磁性体ブロック１０はボンドブロックであり、着磁された磁石１はボンド磁石である。
【００２８】
ボンドブロックは、粉末状の磁性体である磁粉がバインダー樹脂によって固められたものである。磁粉は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系（サマリウム−鉄―窒素系）やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム−鉄−ボロン系）である。または複数種の磁粉が混合されて使用されてもよい。バインダー樹脂はＰＡ（ポリアミド樹脂）である。磁性体ブロック１０は希土類ブロックと呼ぶことができ、完成後の磁石１は希土類磁石である。
【００２９】
磁性体ブロック１０は磁気異方性を有しており、磁化容易軸ＥＡが、円柱状または円板状の磁性体ブロック１０の中心軸（コイル３の巻き軸Ｏと一致）と直交する方向へ向けられている。磁性体ブロック１０は円柱状または円板状であるため、磁化容易軸ＥＡは直径方向に向けられ放射状に向けられている。磁性体 ブロック１０は、磁粉とバインダー樹脂との混合体を金型の内部に射出して成型することができるが、このときに中心軸と直交する磁場中で成形することで、磁化容易軸ＥＡがＸ方向に向けられた磁気異方性の磁性体ブロック１０が形成される。あるいは、バインダー樹脂を混合した磁粉を金型で加圧するいわゆる圧粉成形で磁性体ブロック１０を成形することもできる。この場合も、中心軸と直交する磁場中で磁粉をＺ方向へ圧縮成形することで、磁化容易軸ＥＡを設定できる。
【００３０】
磁性体ブロック１０はボンドブロックであり、金型を使用した射出成形などで形成できるため、形状に自由度があり、Ｚ方向の厚さや直径を自由に設定することができる。
【００３１】
図４ないし図６に、着磁装置２０が示されている。着磁装置２０は着磁ヨーク２１を有している。着磁ヨーク２１はＮｉ−Ｆｅ合金（ニッケル−鉄合金）などのような軟磁性材料で形成されている。着磁ヨーク２１は、磁性体ブロック１０のコイル対向側面１１に対向する複数の側面ヨーク２１ａと、第１の端面１３に対向する端面ヨーク２１ｂとが一体に形成されている。図４に示すように、複数の側面ヨーク２１ａは、磁性体ブロック１０のコイル対向側面１１の周方向に沿って一定の角度ピッチで配置されている。そして、端面ヨーク２１ｂは全ての側面ヨーク２１ａと連続しており、端面ヨーク２１ｂと全ての側面ヨーク２１ａが同じ磁路距離を有している。
【００３２】
それぞれの側面ヨーク２１ａに第１の励磁コイル２２ａが巻かれ、端面ヨーク２１ｂに第２の励磁コイル２２ｂが巻かれている。図６（ａ）に示すように、各励磁コイル２２ａ，２２ｂは直列に接続されており、これら励磁コイル２２ａ，２２ｂに駆動回路２５が接続されている。
【００３３】
図６（ａ）では、側面ヨーク２１ａが２個のみ図示されているが、図４に示すように側面ヨーク２１ａが４個設けられている場合には、４個の第１の励磁コイル２２ａが直列に接続され、直列の一方の端部に位置する第１の励磁コイル２２ａと、他方の端部に位置する第１の励磁コイル２２ａとの間に、第２の励磁コイル２２ｂが直列に接続されて介在する構造となる。
【００３４】
駆動回路２５は、直流電源２６とスイッチ２７を有している。スイッチ２７はトランジスタなどの能動素子で構成され、所定の周期でＯＮ−ＯＦＦの切替えがなされる。スイッチ２７がＯＮのときに、コンデンサＣとチョークコイルＬと固定抵抗器Ｒとで決まる時定数によって、図６（ｂ）に示す波形の駆動電圧が生成され、これが励磁コイル２２ａ，２２ｂに与えられる。図６（ｂ）に示す駆動電圧の半値幅Ｔは１３０μｓ程度である。
【００３５】
駆動回路２５のスイッチ２７がＯＦＦからＯＮに切換えられた瞬間に、図６（ｂ）の電圧波形に基づいて、励磁コイル２２ａ，２２ｂに急激に立ち上がる励磁電流が流れる。この励磁電流により、着磁ヨーク２１の内部では、端面ヨーク２１ｂからそれぞれの側面ヨーク２１ａの間で励磁磁束Φ１が周回する。励磁磁束Φ１が繰り返し与えられることで、図３と図４に示すように、磁性体ブロック１０のコイル対向側面１１がＳ極に着磁され、第１の端面１３と第２の端面１４がＮ極に着磁されて磁石１が完成する。
【００３６】
図５に示すように、磁性体ブロック１０は、磁気異方性を有し、ブロック全体で磁化容易軸ＥＡが中心軸と直交する向きに設定されており、ブロック全体として中心軸の方向（Ｚ方向）が磁化困難軸方向である。図５と図６に示すように、外部から励磁磁界を与えたときに、磁性体ブロック１０の内部では、磁化容易軸ＥＡ方向に磁化されやすいが、磁化困難軸の方向を磁化するのはきわめて困難である。
【００３７】
図５に示すように、複数の側面ヨーク２１ａから円柱状または円板状の磁性体ブロック１０に対して、中心に向く励磁磁界が同時に与えられると、磁性体ブロック１０の内部では、コイル対向側面１１から中心方向へ磁化されていく。磁性体ブロック１０の中心部では、コイル対向側面１１から中心に向かう磁場が閉じ込められてカスプ磁場（cusped magnetic field）となる。このとき、端面ヨーク２１ｂも同時に励磁されるため、磁性体ブロック１０の中心部のカスプ磁場は端面ヨーク２１ｂの方向へ配向される。
【００３８】
このようにして着磁された磁石１は、コイル対向側面１１が周面方向のほぼ全面においてＳ極に着磁され、第１の端面１３と第２の端面１４がＮ極に着磁される。ただし、磁性体ブロック１０の中心部のカスプ磁場が端面ヨーク２１ｂに吸引されるため、着磁後は、第１の端面１３でのＮ極の磁力が、第２の端面１４でのＮ極の磁力よりも強くなる。すなわち、第１の端面１３と前記第２の端面１４のそれぞれから同じ距離を離れた位置での磁束密度は、第１の端面１３が第２の端面１４よりも高くなる。
【００３９】
また、磁石１は、磁化容易軸ＥＡが中心軸と直交して放射状に向けられているために、コイル対向側面１１を通過する磁束密度を高くでき、小型の磁石１を使用して大きな磁気駆動力を得ることができる。
【００４０】
本発明の磁気駆動装置Ａの製造方法では、前記工程で着磁した磁石１を可動部５に組み込み、コイル３が巻かれた固定部２の内部に組み込んで、組み立てを完了する。
【００４１】
なお、図４などに示す実施の形態では、複数の側面ヨーク２１ａが、磁性体ブロック１０のコイル対向側面１１に沿って一定の角度ピッチで配列しているが、側面ヨークは、前記コイル対向側面１１に沿って連続的に設けられたリング状ヨークであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  磁石
２  固定部
３  コイル
５  可動部
１０  磁性体ブロック
１１  コイル対向側面
１３  第１の端面
１４  第２の端面
２０  着磁装置
２１  着磁ヨーク
２１ａ  側面ヨーク
２１ｂ  端面ヨーク
２５  駆動回路
Ａ  磁気駆動装置
ＥＡ  磁化容易軸
【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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