(57)【要約】【課題】部品点数の低減と小型軽量化を図りながら機能及び組立性を高め、さらなるコスト低減を実現した新規なロータリーアクチュエータを提供する。【解決手段】ケース内に配置した単一の電磁コイル３と、該電磁コイルに磁極方向を揃えて所定エアギャップを持ち、かつ異極並列状態で配置した永久磁石７と、磁石を保持してその磁極方向と直交する面上を揺動する揺動アーム５と、揺動アームを軸支持すると共にその揺動を往復軸回転力として出力させる出力シャフト４と、から構成する。揺動アームへの磁石の保持は、揺動アームの電磁コイル側に磁石を配置する共に、反電磁コイル側に磁石に吸引されるバックヨーク６を配置して、揺動アームを挟持する形態である。また、電磁コイルの中心位置にコア３１を配置し、揺動アームの移動を抑止するストッパ８をケース内に配置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に配置した単一の電磁コイル（３）と、
該電磁コイル（３）に対してエアギャップをもってかつ磁極方向を揃えて配置すると共に異極を並置した状態で配置した永久磁石（７）と、
該永久磁石（７）を保持して、上記永久磁石（７）の磁極方向と直交する面上を揺動する非磁性の揺動アーム（５）と、
該揺動アーム（５）を軸支持すると共に揺動アーム（５）の揺動を往復軸回転力として出力させる出力シャフト（４）と、
からなることを特徴とするロータリーアクチュエータ。
【請求項２】
該揺動アーム（５）への永久磁石（７）の保持において、
揺動アーム（５）の電磁コイル側に永久磁石（７）を配置すると共に、反電磁コイル側に永久磁石（７）に吸引される磁性体（６）を配置して、揺動アーム（５）を挟持するようにしたことを特徴とする請求項１記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項３】
永久磁石（７）に吸引される磁性体（６）の配置において、
永久磁石（７）の反電磁コイル側への磁束の漏れを防ぐように配置したことを特徴とする請求項１、又は２記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項４】
電磁コイル（３）の中心位置に磁性体で構成したコア（３１）を、エアギャップをもって永久磁石（７）と対向するように配置したことを特徴とする請求項１、２又は３記載のロータリーアクチュエータ。
【請求項５】
ケース内における揺動アーム（５）の移動を規制するストッパ（８）を配置したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のロータリーアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電気エネルギーを回転力に変換する電磁式のロータリーアクチュエータの技術分野に属し、特に、電磁作用によって揺動アームを揺動させて往復軸回転力を出力させるロータリーアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
入力エネルギーを物理的な回転力へと変換する機構としてのロータリーアクチュエータは、種々の産業機械器具における可動機構の動力源として広く利用されてきている。
【０００３】
かかるロータリーアクチュエータの中でも、電気エネルギーの入力により出力シャフトを所定回転角において軸回転往復運動させることを目的とする種々の構成が開示されている。例えば、本願発明の出願人が先に出願した特許文献１に示すロータリーアクチュエータの構成は、その一例である。
このロータリーアクチュエータは、中心に磁性体のコアを配置した２つの電磁コイルを対向させて離隔配置すると共に、この電磁コイルの間にエアギャップをもって永久磁石を配置したものである。この永久磁石は、出力シャフトに片持ち状に支持した揺動アームに保持されて、上記電磁コイルの磁極の切り替えによる永久磁石への吸引又は反発作用によって揺動運動するものである。この運動が出力シャフトから往復軸回転力として出力されるものであった。
【０００４】
その他、上記のロータリーアクチュエータに関する技術としては、磁気ディスク装置の動力源として開示されているものがある。これは、キャリッジブロックに対向配置した一対のコイルボビン間に磁気ヘッド移動用のキャリッジ本体を回動自在の支持シャフトをもって配置する構成である。このキャリッジには一対のマグネットが配設されており、コイルボビンの通電に連動してキャリッジを回動させるものである（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１７４４０９号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開昭６３−１１４５５８号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示す上記従来の構成では、揺動アームを構成するＶ字状支持部材にそれぞれ互いに極性の向きを違えて２個の永久磁石を並設配置しているため、その磁気回路が開いたままの状態となり、パーミンアンス係数が低くなって永久磁石が減磁し易く成っていた。そのため、組み込む産業機械器具の要求耐用年数によっては更なる保磁力の維持が必要となる場合もあった。
【０００６】
また、対向配置した一対の電磁コイル間の離隔域には、支持部材に保持された永久磁石を所定のエアギャップで近接配置する構成を採っているため、組み付け時の位置合わせや一対の電磁コイルへ配線処理など、組み付け性やその段取りが煩雑となっていた。そのため部品自体のコストに加えて製造工程の簡易化や効率化が図れずコスト低減が困難なものであった。
【０００７】
さらに、部品点数の削減は単なるコスト低減に止まらず、その機構の信頼性の確保にも寄与するものである。さらにまた、コスト低減に加えて機器部品の小型軽量化、又は薄型化は不断の要求課題であり、上記従来構成のロータリーアクチュエータにおいても、さらに改良した発明技術の出現が要請されていた。
【０００８】
そこで、本願発明は上記課題と要請に応えるべく提案するものであり、ロータリーアクチュエータの部品点数の低減と小型軽量化を図りながら機能を高める一方で、組立性を高めてさらなるコスト低減を実現した新規なロータリーアクチュエータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本願発明のロータリーアクチュエータは、以下のように構成している。
すなわち、ケース内に配置した単一の電磁コイル（３）と、該電磁コイル（３）に対してエアギャップをもってかつ磁極方向を揃えて配置すると共に異極を並置した状態で配置した永久磁石（７）と、該永久磁石（７）を保持して、上記永久磁石（７）の磁極方向と直交する面上を揺動する非磁性の揺動アーム（５）と、該揺動アーム（５）を軸支持すると共に揺動アーム（５）の揺動を往復軸回転力として出力させる出力シャフト（４）と、からなることを特徴としている。
該揺動アーム（５）への永久磁石（７）の保持の具体的形態は、揺動アーム（５）の電磁コイル側に永久磁石（７）を配置する共に、反電磁コイル側に永久磁石（７）に吸引される磁性体（６）を配置して、揺動アーム（５）を挟持するようにしている。
【００１０】
この揺動アーム（５）における永久磁石（７）の保持は、揺動アーム（５）へ電磁コイル（３）側から埋め込むようにして保持される。また、反電磁コイル側に永久磁石（７）に吸引される磁性体（６）を配置して揺動アームを挟持する構成を採る場合は、揺動アームの電磁コイル側から反電磁コイル側に貫通させた埋め込み部を形成すると共に、少なくとも永久磁石（７）が反電磁コイル側への移動を阻止する阻止手段を形成しておくことが好ましい。この阻止手段の構成としては、例えば、埋め込み部分（５１）の内部に所定肉厚部（５３）を形成したり、内部へ突出させた爪部（５４）や格子（５５）状の阻止部材等の形成が考えられる。観点を変えると、この阻止手段は、永久磁石（７）と磁性体（６）とによる揺動アーム（５）の挟持部位としての機能部分と言うことができる。
【００１１】
かかる構成のロータリーアクチュエータ（１）は、電磁コイル（３）の磁極性の切り替えにより、永久磁石（７）に吸引又は反発力が作用して、揺動アーム（５）が揺動する。この揺動により、往復軸回転する運動力として出力シャフト（４）から取り出すものである。
【００１２】
さらに、揺動アーム（５）の永久磁石（７）の保持において、永久磁石（７）を揺動アーム（５）の電磁コイル側に配置すると共に、これに対応した位置で揺動アーム（５）の反対側に永久磁石（７）に吸引される磁性体、具体的には、永久磁石（７）の反電磁コイル側の磁束の漏れを防ぐヨーク（６）を配置することが好適である。このヨーク（６）の配置により、揺動アーム（５）は永久磁石（７）とヨーク（６）により狭持される形態となる。かかるヨーク（６）は、いわゆる異極並列状態で揺動アーム（５）に配置する永久磁石（７）の反電磁コイル側に閉磁路を形成して磁束を電磁コイル側に集中させ、２個の永久磁石（７）と相俟っていわばＵ字型磁石の状態として機能させることができる。
なお、永久磁石（７）の異極を並置した状態の構成は、２個の永久磁石（７）を用いていわゆる異極並列状態に形成する場合と、単一の強磁性体を極異方性に着磁させて形成した場合を含めるものである。
【００１３】
また、電磁コイル（３）の中心位置に柱状磁性体のコア（３１）を配置しても良い。このコア（３１）は、電磁コイル（３）への無通電時には、より近い永久磁石（７）とで磁気吸引状態が形成されて揺動アーム（５）は所定角の揺動位置で保持され、これを軸支持する出力シャフト（４）も回転が停止した状態で維持される。
【００１４】
上記したようにコア（３１）によっても揺動後の停止状態を維持することが可能であるが、その他、ケース内部に揺動アーム（５）の移動を規制するストッパ（８）を配置しても良い。すなわち、このストッパ（８）は、必要により、揺動アーム（５）がケース（２）の内壁に干渉しないように配置するためのものであり、必須の構成要素となるものではない。
【００１５】
なお、特許請求の範囲の書類と上記の課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したもので、この図面上の形態に限定するものでないことはもちろんである。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明のロータリーアクチュエータは、上記の構成を採ることより、以下の効果を奏する。
すなわち、本願発明は、揺動アームを挟むように２個一対の電磁コイルを配置した従来の構成を排して、単一の電磁コイルのみで構成したことを特徴とたものであり、これにより信頼性と機能性を低減させることなく、部品点数を低減して小型軽量化を図ったものである。この電磁コイルの単一化は、組み付け時の位置合わせや電磁コイルへ配線処理等の組み付け性やその段取りを容易とし、その結果、コスト低減の効果に寄与するものである。
【００１７】
また、揺動アームの反電磁コイル側にヨーク（以下、「バックヨーク」と称する。）を配置しているため、異極並列状態で揺動アームに配置する永久磁石について閉磁路が形成されることとなる。これにより、永久磁石の反電磁コイル側では磁束の漏れがなく、ほぼ全ての磁束を電磁コイル側に集中できることとなり、磁石の保磁力が増加して揺動アームの移動時の駆動力を大きくすることができる。また、上記のバックヨークを介して閉磁路が形成されて永久磁石のパーミアンス係数は改善され、永久磁石が減磁し難くなる。別言すると、このバックヨークの存在により、上記永久磁石のNS極を近づけた薄肉状態に形成しても、いわゆる高パーミアンス状態を形成することができ、薄肉化させた永久磁石であってもより減磁し難い状態を維持することができることを意味する。その結果、アクチュエータ全体の肉厚も薄く形成でき、小型化、薄型化に寄与する効果を有する。そして、このことは、ロータリーアクチュエータの機能維持及び向上と共に、低コストで保磁力の低い永久磁石の採用も可能となり、この点からもコスト低減を図ることができる。
【００１８】
さらに、バックヨークの取り付けにより揺動アームへの永久磁石の取り付け作業が容易となる利点がある。つまり、従来は樹脂成形で形成されることが多い揺動アームへの永久磁石の取り付けは、接着やインサートモールドによって行っていたが、本願発明では永久磁石とバックヨークとの磁気吸引作用によって言わば揺動アームを狭持する形態を採っているため、揺動アームの形成の自由度が増すと共に、その作業も簡素化することができる。さらには、永久磁石のゃくうくートモールド等へ配線処理等の組み付け性やその段取りが磁気吸引力を作用させているため、長期間の使用においても、埋め込み部から永久磁石の脱落などの不具合の発生率を著しく低減させることができる。
【００１９】
加えて、電磁コイルの中心にコアを配置しているため、電磁コイルの通電時には、電磁コイルに発生する磁束を永久磁石側に向かわせる磁路となって揺動アームを移動させる力を増大させ、出力トルクを向上させている。一方、無通電時には、コアの残留磁束が永久磁石と磁気吸引して揺動アームの停止状態を維持することができる。この結果、無通電の状態でロータリーアクチュエータの回動位置を維持することができ、電力削減と共に機器の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本願発明にかかるロータリーアクチュエータ（以下、「アクチュエータ」と略称する。）の最良の実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。
【００２１】
図１は本実施形態例のアクチュエータの構造を示す一部切り欠き斜視図あり、図２は本実施形態例のアクチュエータを示す組立斜視図であり、図３は本実施形態例のアクチュエータの揺動アームの変形例を示す組立斜視図（Ａ）、（Ｂ）であり、図４は本実施形態例のアクチュエータを示す一部切り欠き平面図であり、図５は図４のＡＡ線断面図である。
【００２２】
本実施形態例のアクチュエータ１は、ケース２の外部に突出した出力シャフト４を一定角度間において所定駆動力で軸回転させるものであって、主に、ケース２と、その内部側に配置する電磁コイル３、出力シャフト４、揺動アーム５、永久磁石７（以下、「磁石」と略称する。）、から構成している。なお、本実施形態例にかかるアクチュエータ１は、重力を考慮した上下関係は無いが、説明の便宜上、図面の描画に従った上下関係を用いて、以下に説明する。
【００２３】
図示するケース２は、有底円筒状を成すと共に上部開口を出力シャフト４の貫通部を除き蓋板２２で閉塞して成る。ケース２及び蓋板２２の材質は、その内部に配置する電磁コイル３及び磁石７の磁路形成又は磁束漏れを防ぐため、鉄等の磁性材で形成するのが一般的であるが、これに限定するものではなく、樹脂材やこれに磁性粉を混入させた樹脂成形品としても良い。
【００２４】
ケース内部の底面２１の中央から若干ずれた位置には、ケース底面２１と平行方向に巻回して成る電磁コイル３を載置して固定している。この電磁コイル３の巻回の中心位置には、電磁コイル３とほぼ同じ高さを有する柱状磁性体から成るコア３１を立設状に配置している。
【００２５】
上記電磁コイル３と干渉しない位置のケース内部の底面２１には、出力シャフト４を立設状に配置している。出力シャフト４は上端側を蓋板２２から突出させると共に、ケース２の底面側と蓋板２２のケース内部側の二箇所に軸受４１を環装し、ケース２及び蓋板２２に対して回転自在としている。なお、本実施形態例では、出力シャフト４からの出力を蓋板２２側から得ているが、底面２１側から得るようにしても良く適宜に選択されるものである。
【００２６】
ケース内側の出力シャフト４には、樹脂材から形成した揺動アーム５を環装させるように取り付けて固定している。この揺動アーム５は、上面視において略扇型の形状を成し、扇型の要部分を下方に延ばして電磁コイル３との干渉を避ける高さ（後述のエアギャップを確保し得る高さ）を確保しつつ出力シャフト４に一体的に取り付けている。また、揺動アーム５は扇型の扇面の殆どが電磁コイル３の中心位置、少なくともコア３１と重畳する大きさに形成している。かかる形態の揺動アーム５は、下面側が電磁コイル３と所定間隙のいわゆるエアギャップをもって対向配置すると共に、ケース内部で回転往復運動（以下、「揺動」と称する。）が自在となるように出力シャフト４によって軸支持されている。
【００２７】
揺動アーム５の電磁コイル３と重畳する部分の下面側、すなわち、電磁コイル３及びコア３１と対向する側には、２箇所の凹部５１を形成すると共に、それぞれに磁石７を下方から埋め込むように、又は圧入するようにして取り付けている。この磁石７は、矩形ブロック状を成し、その下面は揺動アーム５の下面と略面一化させている。また、磁石７は揺動アーム５の揺動する方向に沿った面（以下、「揺動面」と称する。）に対して垂直方向に沿った磁極方向をもって着磁させている。さらに並列配置した２個の磁石７、７は、磁極の向きが互いに反対方向となるように（「異極並列状態」）して揺動アーム５に取り付けている。なお、本実施形態例で採用している磁石７は、保磁力の強いネオジム磁石が好ましい選択である。
【００２８】
揺動アーム５の上面側の扇面部分には、２個の磁石７、７の上面を被う大きさの凹部５２を形成すると共に、この凹部５２には適合形状にしたバックヨーク６を埋め込むようにして配置している。バックヨーク６は前記した２個の磁石７の上面形と重畳する大きさに設定している。また、揺動アーム５は磁石用の凹部５１とヨーク用の凹部５２の間に所定肉厚の薄肉部５３を残している。この薄肉部５３は磁石７とバックヨーク６の狭持部位として機能させるものである。なお、この狭持対象の部位の形態としては、薄肉部５３に限定するものではなく、図３に示すように、磁石７がバックヨーク側に移動し得ないような爪部５４や格子５５を形成する形態としても良い。
【００２９】
磁石７及びバックヨーク６の揺動アーム５への固定は、上述したように、両者の磁気吸引力をもって揺動アーム５の薄肉部５３を狭持することにより実現している。このため、従来の固定方法、例えば、接着剤による接着方法、又は樹脂成形金型に予め磁石７を配置し、樹脂成形時に磁石７と一体化させるインサートモールドによる固定方法と比較した場合、固定作業の容易化及びコスト低減の顕著な効果を有する。
【００３０】
揺動アーム５に異極並列状態で配置する２個の磁石７、７には、反電磁コイル側に配置したバックヨーク６によって閉磁路（閉じた磁気回路）が形成されることとなる。これにより、反電磁コイル側における磁束の漏れはほぼ無くなり、２個の磁石７の磁束が電磁コイル側に集中し、２つの磁石７を言わばＵ字型磁石のように使用でき、保磁力の低下が防止されることとなる。
【００３１】
上記構成に加え、揺動アーム５の揺動面の両側に２個のストッパ８を配置している。このストッパ８はケース底面２１から円柱体を立設させて成り、揺動アーム５の移動を抑止（又は揺動角の設定）すると共にケース２の内壁への干渉を防止している。ここで、ストッパ８による揺動アーム５の移動する範囲（揺動範囲）は、図４に示すように、上面視において２個の磁石７、７が電磁コイル３のコア３１を被う範囲としている。この別体として配設したストッパ８は、例えば、揺動アーム５の大きさ等を設計変更し、ケース２の内壁をストッパ８として機能させるか、又は一体的に形成することができる場合は、省略することも可能である。
［本実施形態例の作動］
【００３２】
上記構成の本実施形態例のアクチュエータ１は、以下のように作動する。
まず、図４、５に示す様に、揺動アーム５は、無通電状態であっても、一方側の磁石７ａとコア３１間との磁気吸引作用、及びストッパ８ａの当接規制とが相俟って停止している。この状態を初期状態とする。
【００３３】
次に、電磁コイル３に通電すると、電磁コイル３が励磁して、コア３１が吸引していた磁石７ａにこれを越える反発力が作用して、揺動アーム５は反対方向（矢印ｍ）に移動することとなる。この移動が出力シャフト４から回転軸力として出力される。そして、この移動位置（２点鎖線表示）で無通電状態としても、移動して来た他方の磁石７ｂがコア３１に吸引されると共に、ストッパ８ｂによる規制よって停止状態が維持されることとなる。
【００３４】
このように、電磁コイル３への励磁電流の向きを適宜に変えることより、揺動アーム５を揺動させて、出力シャフト４から往復軸回転力（出力トルク）を得るものである。
【００３５】
本実施形態例のアクチュエータ１は、無通電状態であって磁石７とコア３１の残留磁束が作用して磁気吸引によって出力シャフト４を制動した状態を保持できる特徴も有している。
［他の実施形態の可能性］
【００３６】
本実施形態例のアクチュエータ１は、揺動アーム５にバックヨーク６を配置して、異極並列状態で配置する磁石７の閉磁路を形成すると共に、揺動アーム５への磁石７の保持力の確保を特徴とするものであるが、以下の形態のアクチュエータ９とすることも可能である。
【００３７】
すなわち、図６に示すように、積極的に配置したバックヨーク６は省略しているが、ケース２の蓋板２２を磁性材から形成し、２個の磁石７、７を被う蓋板２２をバックヨークとして機能させるようにしたものである。ただし、揺動アーム５は、蓋板２２と干渉しない間隙を設けておく必要がある。また、当該揺動アーム５と蓋板２２の離隔距離は、通電時に磁石７が揺動アーム５から電磁コイル側へ言わば脱落しないように、電磁コイル３の起磁力を調整する必要がある。
【００３８】
かかる構成のアクチュエータ９は、上記の電磁コイル３の起磁力調整のために駆動力が出しにくくなるが、簡素な構造であるため、低出力の用途での使用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態例のアクチュエータの構造を示す一部切り欠き斜視図ある。
【図２】本実施形態例のアクチュエータを示す組立斜視図である。
【図３】本実施形態例のアクチュエータの揺動アームの変形例を示す組立斜視図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図４】本実施形態例のアクチュエータを示す一部切り欠き平面図である。
【図５】図４のＡＡ線断面図である。
【図６】他の実施形態例のアクチュエータを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  アクチュエータ
２  ケース
２１  底面
２２  蓋板
３  電磁コイル
３１  コア
４  出力シャフト
４１  軸受
５  揺動アーム
５１  凹部（磁石用）
５２  凹部（ヨーク用）
５３  薄肉部
５４  爪部
５５  格子
６  バックヨーク
７  磁石
８  ストッパ
９  アクチュエータ（他の形態）
【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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