(57)【要約】【課題】  その小型化を効果的に図ることが可能なボイスコイルモータとアクチュエータを提供すること。【解決手段】  センターヨークを案内部材として用いたボイスコイルモータであり、それによって、小型化を図ることが可能になる。又、滑りガイドを内蔵するようにしたボイスコイルモータであり、それによって、動作を円滑なものとすることができるとともに小型化を図ることができる。又、そのようなボイスコイルモータを使用したアクチュエータである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センターヨークを案内部材として用いることを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項２】
滑りガイドを内蔵することを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項３】
請求項２記載のボイコイルモータにおいて、
上記滑りガイドの主材料が熱伝導性の良好な材料から成ることを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項４】
請求項３記載のボイスコイルモータにおいて、
上記滑りガイドの主材料が磁性材料から成ることを特徴とするボイスコイルモータ。      
【請求項５】
請求項３記載のボイスコイルモータにおいて、
上記滑りガイドの滑り面に焼結体を用いることを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項６】
請求項５記載のボイスコイルモータにおいて、
上記焼結体の表面にフッ素系樹脂をコーティングすることを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項７】
センターヨークを案内部材として用いるとともに、滑りガイドを内蔵することを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れかに記載のボイスコイルモータを用いることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、位置決めシステムに使用されるボイスコイルモータとそのボイスコイルモータを用いたアクチュエータに係り、特に、その小型化を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、自動化が進んだ工場においては、多くのエアーシリンダが駆動装置やアクチュエータとして用いられている。しかしながら、エアーシリンダの場合にはコンプレッサによって高圧エアーを製造する必要がある。コンプレッサによる高圧エアーの製造及びそのエアー機器までの配管ロスにより電動機器の１０倍の電気が必要と言われている。これは地球温暖化対策のＣＯ２削減に反する。そのためエアーシリンダを電動アクチュエータへ置き換えることが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、電動アクチュエータの場合にはその小型化が困難であるという問題があった。そこで、本件特許出願人は特許文献１に示すような小径の電動アクチュエータを提案している。
【特許文献１】特開２００７−２８２４７５号公報
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている電動アクチュエータの径は細いもののその長さが長いという問題があった。このような問題点を解決するものとして、ボイスコイルモータの使用が考えられる。ボイスコイルモータの場合には小型であってある程度の推力を得ることができ、且つ、制御性も良いという特性がある。そのようなボイスコイルモータを開示するものとして、例えば、特許文献２がある。
【特許文献２】特開平１０−０２３７２８号公報
【０００５】
又、ボイコイルモータによって十分な大きさの推力を得るにはボイコイルモータの冷却が重要となる。このような冷却構造は、例えば、特許文献３、特許文献４に開示されている。
【特許文献３】特開平１１−０６９７５５号公報
【特許文献４】特開平１１−０４１９００号公報しかしながら、まず、上記特許文献２に開示されているボイスコイルモータはその小型化が十分とはいえなかった。又、上記特許文献３及び特許文献４に開示されているボイコイルモータの場合には、そこに開示されている冷却構造を実施すると小型化が実現できないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、その小型化を効果的に図ることが可能なボイスコイルモータとアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するべく本願発明の請求項１によるボイコイルモータは、センターヨークを案内部材として用いることを特徴とするものである。
又、請求項２によるボイスコイルモータは、滑りガイドを内蔵することを特徴とするものである。
又、請求項３によるボイコイルモータは、請求項２記載のボイコイルモータにおいて、上記滑りガイドの主材料が熱伝導性の良好な材料から成ることを特徴とするものである。
又、請求項４によるボイスコイルモータは、請求項３記載のボイスコイルモータにおいて、上記滑りガイドの主材料が磁性材料から成ることを特徴とするものである。   
又、請求項５によるボイスコイルモータは、請求項３記載のボイスコイルモータにおいて、上記滑りガイドの滑り面に焼結体を用いることを特徴とするものである。
又、請求項６によるボイスコイルモータは、請求項５記載のボイスコイルモータにおいて、上記焼結体の表面にフッ素系樹脂をコーティングすることを特徴とするものである。
又、請求項７によるボイスコイルモータは、センターヨークを案内部材として用いるとともに、滑りガイドを内蔵することを特徴とするものである。
又、請求項８によるアクチュエータは、請求項１〜請求項７の何れかに記載のボイスコイルモータを用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように本願発明の請求項１によるボイコイルモータは、センターヨークを案内部材として用いるようにしたので、別途外部にガイド部材を設ける必要はなく、それによって、ボイスコイルモータの小型化を図ることができる。
又、請求項２によるボイスコイルモータは、滑りガイドを内蔵するようにしているので、動作を円滑なものとすることができるとともに小型化を図ることができる。
又、請求項３によるボイコイルモータは、請求項２記載のボイコイルモータにおいて、上記滑りガイドの主材料が熱伝導性の良好な材料から成っているので、放熱性を向上させることができ、それによって、小型でもより大きな推力を得ることが可能である。
又、請求項４によるボイスコイルモータは、請求項３記載のボイスコイルモータにおいて、上記滑りガイドの主材料が磁性材料から成っているので、磁気抵抗を下げて磁束を増大させることができ、大きな推力を得ることができる。
又、請求項５によるボイスコイルモータは、請求項３記載のボイスコイルモータにおいて、上記滑りガイドの滑り面に焼結体を用いるようにしているので、より円滑な動作を実現することができる。
又、請求項６によるボイスコイルモータは、請求項５記載のボイスコイルモータにおいて、上記焼結体の表面にフッ素系樹脂をコーティングするようにしているので、上記効果をさらに高めることができる。
又、請求項７によるボイスコイルモータは、センターヨークを案内部材として用いるとともに、滑りガイドを内蔵するようにしているので、別途外部にガイド部材を設ける必要はなく、それによって、ボイスコイルモータの小型化を図ることができ、且つ、動作を円滑なものとすることができる。
又、請求項８によるアクチュエータは、請求項１〜請求項７の何れかに記載のボイスコイルモータを用いるものであり、それによって小型化されたアクチュエータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１（ａ）は本実施の形態によるアクチュエータの構成を示す縦断面図である。まず、固定部１があり、この固定部１は、円板状のベースヨーク３と、この円板状のベースヨーク３の外周部より円筒状に設けられたアウターヨーク５と、上記ベースヨーク３の中心部に円筒状に設けられたセンターヨーク７とから構成されている。これらベースヨーク３、アウターヨーク５、センターヨーク７は、何れも磁束をよく通す軟磁性材料より構成されている。
【００１０】
又、上記アウターヨーク５の内周側には環状のマグネット９が固定されている。上記マグネット９はその内周側が「Ｎ極」であり外周側が「Ｓ極」の単極着磁された構成になっている。
尚、マグネット９の「Ｎ極」と「Ｓ極」が逆でも構わない。
【００１１】
上記構成をなす固定部１に対しては可動部１１が図１（ａ）中左右方向（矢印ａで示す）に移動可能な状態で設置されている。この可動部１１は、円筒状をなすコイルベース１３と、このコイルベース１３の外周に巻回されたコイル１５と、上記コイルベース１３の内周側に圧入・固定された滑りガイド１７、１７とから構成されている。上記センターヨーク７とこれら滑りガイド１７、１７は僅かな隙間を存した状態で組み立てられている（いわゆる「隙間ばめ」）。
尚、この実施の形態の場合には軸方向に二個の滑りガイド１７、１７を圧入・固定するようにしているが、それに限定されるものではなく、一個、三個以上であってもよい。
【００１２】
上記コイルベース１３にはトップカバー１９とトップキャップ２１が取り付けられている。上記トップキャップ２１には複数個（この実施の形態の場合には４個）のエアー抜き孔２３が穿孔されている。上記コイルベース１３及び滑りガイド１７、１７の大部分は何れも磁気を通しやすい軟磁性材料（軟鉄）製である。上記トップカバー１９にはエンコーダーケース２５の蓋部が取り付けられている。又、上記アウターヨーク５にはセンサ２７が設置されている。又、上記エンコーダーケース２５の蓋部内側には、図１（ｄ）に示すように、エンコーダスケール２８が固定されており、又、ケーブル３０も設置されている。
【００１３】
上記マグネット９の内側の「Ｎ極」から出た磁束はコイル１５を通過してコイルベース１３又は滑りガイド１７、１７又はセンターヨーク７を通り、ベースヨーク３とアウターヨーク５を経由してマグネット９の外側「Ｓ極」に戻る。そのような磁気回路において、いわゆる「フレミングの左手の法則」により、コイル１５のある方向に電流を流すと、コイル１５には、図１（ａ）中左右何れか一方の方向に推力が生じる。又、逆向きに電流を流せば図１（ａ）中右何れか他方の方向に推力が生じることになる。このような構成によって可動部１１を左右に駆動するものである。
【００１４】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、本実施の形態の場合には、センターヨーク７を案内部材として使用しているので、外部に別途ガイド部材を設ける必要はなく、それによって、ボイスコイルモータの構成の簡略化と小型化を図ることができる。
又、センターヨーク７と可動部１１の滑りガイド１７、１７は僅かな隙間を存した状態で組み立てられているので、可動部１１の図１（ａ）中左右方向への移動は円滑なものとなる。
又、コイル１５では電流を流すためジュール熱による発熱が生じるが、本実施の形態の場合には、コイルベース１３及び滑りガイド１７、１７の大部分を熱伝導性の良好な金属製としているので、コイル１５の発熱を伝熱によりセンターヨーク７経由でベースヨーク３及びアウターヨーク５側に逃がして放熱することができる。よって、推力を大きくするべく電流を大きくしても支障が生じることはない。
因みに、ベースヨーク３或いはアウターヨーク５は図示しない他の機械構造体（金属製）への伝熱あるいは輻射にて放熱している。             
又、従来のボイスコイルモータの場合には、センターヨークとの間にはギャップがあり、そのギャップの熱伝導率は極めて低く、センターヨークへの伝熱は不可能であった。これに対して、本実施の形態の場合には、金属材料からなるコイルベース１３及び主材料が金属からなる滑りガイド１７、１７によりセンターヨーク７側に熱を容易に逃がすことができる。
又、マグネット９の内周側の「Ｎ極」から出た磁束はコイル１５を通過し、センターヨーク７側に向かう。従来ではコイル１５とセンターヨーク７との間に隙間があるか一部に透磁率の低い材料があり、磁気的に大きなギャップが形成されており磁気抵抗が大きくなっていた。磁気回路の磁気抵抗が大きいためにコイル１５を通過する磁束が少なくなり（磁束の大きさと推力は略比例関係にあるので）、ボイスコイルモータとしての推力も小さかった。これに対して、本実施の形態の場合には、コイル１５とセンターヨーク７との間に磁束をよく通す磁性材料を主に用いたコイルベース１３と滑りガイド１７、１７を用いるようにしているので、コイル１５とセンターヨーク７との間の磁気抵抗を下げることによりコイル１５を通過する磁束を増大させることができる。
又、主に磁性材料を用いているコイルベース１３や滑りガイド１７、１７を配置することによる磁気抵抗の増加は少ないため、無理に薄くする必要はなく、コイルベース１３や滑りガイド１７を用いて可動部１１の剛性を十分に大きくすることができる。
このように、本実施の形態によると、小型で冷却性能に優れ（熱伝導性が良く）、磁気効率の高い（磁気抵抗が低い）、且つ、可動部１１の剛性の高いボイスコイルモータ及びそれを用いた小型アクチュエータを実現することが可能になった。
【００１５】
次に、図２を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態における滑りガイド１７、１７の摺動面に焼結体層３１を設け、この焼結体層３１の内周面にフッ素樹脂コーティング層３３を設けたものである。
尚、フッ素系樹脂の代表的なものとしてはテフロン（登録商標）がある。そして、上記焼結体層３１の多孔質孔にフッ素系樹脂が保持されることになる。それによって、滑りガイド１７、１７とセンターヨーク７との間の滑りをより滑らかなものとすることができる。
【００１６】
上記焼結体層３１としては鉄系のものと銅系のもの等があるが、磁束を良く通す鉄系の方がより望ましい。又、厚みが薄いので銅系でも大きな磁気的ギャップを形成することはない。又、潤滑剤としては、液体潤滑剤の場合には飛散等の不具合もあるので、テフロン（登録商標）樹脂に代表されるフッ素系樹脂のような固体潤滑剤が好ましい。又、テフロン（登録商標）は熱伝導率が低いが摺動させることにより焼結体層３１の多孔質孔内に入り込み表面にほんの僅かしか残らないので熱伝導を阻害することは殆どない。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
【００１７】
そしてこのような構成でも前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができることは勿論のこと、焼結体層３１を設けその内周面にフッ素系樹脂コーティング層３３を設けたことにより、滑りガイド１７とセンターヨーク７との間の滑りをより滑らかなものとすることができる。
【００１８】
尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記第１、第２の実施の形態の場合には滑りガイド１７を軸方向に二分割して圧入・固定するようにしたが単一部品であってもよく、又、三分割以上に分けても良い。
又、潤滑剤としてはテフロン（登録商標）以外にも様々なものが想定される。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、例えば、ボイスコイルモータとそのボイスコイルモータを用いるアクチュエータに係り、特に、その小型化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、位置決めシステムに使用するボイスコイルモータとそのボイスコイルモータを用いるアクチュエータに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１（ａ）はボイスコルモータを組み込んだアクチュエータの構成を示す断面図、図１（ｂ）はボイスコイルモータを組み込んだアクチュエータの構成を示す平面図、図１（ｃ）はボイスコイルモータを組み込んだアクチュエータの構成を示す側面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のｄ−ｄ断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図で、ボイスコイルモータを組み込んだアクチュエータの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  固定部
３  ベースヨーク
５  アウターヨーク
７  センターヨーク
９  マグネット
１１  可動部
１３  コイルベース
１５  コイル
１７  滑りガイド
１９  トップカバー
２１  トップキャップ
２３  エアー抜き孔
２５  エンコーダーケース
２７  センサ
３１  焼結体層
３３  フッ素系樹脂コーティング層
【図１】
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【図２】
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