(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアアクチュエータを備えた往復機関であって、
前記リニアアクチュエータは、
第１ヨーク部と、
前記第１ヨーク部と距離を隔てられ、前記第１ヨーク部を取囲むように配置されたコイル部と
前記コイル部に装着された第２ヨーク部と、
前記第１ヨーク部と前記第２ヨーク部との間隙において往復駆動可能に配置された永久磁石部と
を有し、
前記第２ヨーク部は、前記コイル部に沿って互いに間隔を隔てて装着された複数のヨーク本体を備え、
前記複数のヨーク本体は金属塊から加工されたヨーク本体を含む、リニアアクチュエータを備えた往復機関。
【請求項２】
前記金属塊から加工されたヨーク本体の表面には、前記コイル部の周方向と略直交する方向に沿って線条凹凸部が形成された、請求項１記載のリニアアクチュエータを備えた往復機関。
【請求項３】
前記第２ヨークを支持するリング部材を備え、
前記金属塊から加工されたヨーク本体は前記リング部材に一体的に固定された、請求項２記載のリニアアクチュエータを備えた往復機関。
【請求項４】
前記リング部材は樹脂からなり、
前記金属塊から加工されたヨーク本体は前記リング部材へ一体成型された、請求項３記載のリニアアクチュエータを備えた往復機関。
【請求項５】
前記永久磁石部に連結されたピストン部と
前記ピストン部に連結され、前記ピストン部を往復駆動可能に支持する弾性部材と
前記金属塊から加工されたヨーク本体に形成されたボルト部と
を備え、
前記弾性部材はさらに前記ボルト部に固定された、請求項１〜４のいずれかに記載のリニアアクチュエータを備えた往復機関。
【請求項６】
前記金属塊から加工されたヨーク本体は、前記ピストン部の軸方向に略直交する方向に沿って第１の部分と第２の部分とに分割されており、
前記第１の部分において前記第２の部分と接触する面には、第２の部分の側に向かって突出した凸部が設けられ、
前記第２の部分において前記第１の部分と接触する面には、前記凸部と嵌合する凹部が設けられた、請求項１〜５のいずれかに記載のリニアアクチュエータを備えた往復機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアアクチュエータを備えた往復機関に関し、特に、ヨークを有するリニアアクチュエータを備えた往復機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばスターリング冷凍機関などの往復機関においては、ピストンを直線往復運動するためにリニアアクチュエータが使用される。図７に示すように、従来のリニアアクチュエータでは、シリンダ部（図示せず）を周方向から取囲むようにコイル１０４が配置されている。
【０００３】
そのコイル１０４に沿って互いに間隔を隔てて外側ヨーク１０２ａ、１０２ｂが複数装着されている。図８に示すように、各外側ヨークは、外側ヨーク１０２ａと外側ヨーク１０２ｂとをコイルを挟み込んだ状態で接合することにより形成される。すべての外側ヨーク１０２ａ、１０２ｂは、薄い電磁鋼板を積層することにより形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のリニアアクチュエータでは次のような問題点があった。上述したように、すべての外側ヨーク１０２ａ、１０２ｂは、電磁鋼板を積層することにより形成される。このため、組立てに手間を要するとともに組立て精度を維持することが困難であるという問題があった。
【０００５】
一方、組立て精度を維持しようとすると、組立て工程が増加するなどして製造コストが増加する問題が生じた。また、電磁鋼板を使用することによって材料コストが増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、製造コストを削減し、かつ外側ヨークの組立て精度が容易に向上されるリニアアクチュエータを備えた往復機関を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関において、リニアアクチュエータは、第１ヨーク部とコイル部と第２ヨーク部と永久磁石部とを有している。コイル部は、第１ヨーク部と距離を隔てられ、第１ヨーク部を取囲むように配置されている。第２ヨーク部はコイル部に装着されている。永久磁石部は、第１ヨーク部と第２ヨーク部との間隙において往復駆動可能に配置されている。その第２ヨーク部は、コイル部に沿って互いに間隔を隔てて装着された複数のヨーク本体を備えている。複数のヨーク本体は金属塊から加工されたヨーク本体を含んでいる。
【０００８】
この構成によれば、第２ヨーク部が金属塊から加工されたヨーク本体を備えていることで、電磁鋼板を積層することによって形成されるヨーク本体に比べて、ヨーク本体そのものの形状寸法精度を容易に向上することができる。また、電磁鋼板を積層する必要がないため製造コストも低く抑えることができる。さらに、金属塊から加工されたヨーク本体を往復機関の所定の位置に固定する際に直接ボルト締めしたり、あるいは接着や圧入等によって容易に、しかも正確に固定することができる。
【０００９】
また、金属塊から加工されたヨーク本体の表面には、コイル部の周方向と略直交する方向に沿って線条凹凸部が形成されていることが好ましい。
【００１０】
これにより、コイル部の通電時にコイル部の周方向に沿ってヨーク本体を流れようとする渦電流において、その流れが線条凹凸部によって妨げられることになる。その結果、渦電流による損失を低減することができて、リニアアクチュエータの効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００１１】
さらに、第２ヨークを支持するリング部材を備え、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材に一体的に固定されていることが好ましい。
【００１２】
これにより、ヨーク本体とリング部材との位置きめを行うための治具、固定のためのボルト、あるいは接着剤等が不要になる。その結果、リニアアクチュエータの組立工程の大幅な削減を図ることができる。
【００１３】
より具体的には、リング部材は樹脂からなり、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材へ一体成型されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、永久磁石部に連結されたピストン部と、ピストン部に連結されピストン部を往復駆動可能に支持する弾性部材と、金属塊から加工されたヨーク本体に形成されたボルト部とを備え、弾性部材はさらにボルト部に固定されていることが好ましい。
【００１５】
これにより、ヨーク本体の端面上に他の部材を介在させることなくヨーク本体の端面に固定されたボルト部に直接弾性部材を固定することができる。その結果、部品点数の削減と弾性部材の取付け位置精度の向上を図ることができる。
【００１６】
さらに、金属塊から加工されたヨーク本体は、ピストン部の軸方向に略直交する方向に沿って第１の部分と第２の部分とに分割されており、第１の部分において第２の部分と接触する面には、第２の部分の側に向かって突出した凸部が設けられ、第２の部分において第１の部分と接触する面には、凸部と嵌合する凹部が設けられていることが好ましい。
【００１７】
これにより、第１の部分に設けられた凸部を第２の部分に設けられた凹部に嵌合することによって、治具を用いることなくヨーク本体の組み立てにおける位置合わせの精度を向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関について説明する。この往復機関は、たとえばスターリング冷凍機関等へ適用される。
【００１９】
図１に示すように、この往復機関では、シリンダ７の外周部に設けられたリニアアクチュエータによって、シリンダ７に挿通されたピストン１がシリンダの軸方向に沿って往復運動される。
【００２０】
リニアアクチュエータは、内側ヨーク１５、外側ヨーク３ａ、３ｂおよび永久磁石８を備えて構成される。内側ヨーク１５はシリンダ７の外周面に配置されている。外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、内側ヨーク１５と距離を隔てて内側ヨークを周方向から取囲むように設けられたコイル４およびボビン１６を、シリンダ７の軸方向の一方側と他方側とから挟み込むように装着されている。永久磁石８は内側ヨーク１５と外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂとの間隙にシリンダ７の軸方向に往復駆動可能に配置されている。
【００２１】
外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、それぞれ樹脂製の上部リング５および下部リング６により挟み込まれている。これら上部リング５および下部リング６は、ボルト１７により互いに連結されている。さらに、下部リング６は接合ボルト１８によりシリンダ７に固定されている。
【００２２】
また、ピストン１を往復駆動可能に支持する弾性部材９が設けられている。弾性部材９は、固定ボルト１０により上部リング５に固定されている。また、ピストン１は所定の固定ボルトによって弾性部材９に連結されている。
【００２３】
コイル４に交流電流が印加されると、内側ヨーク１５と外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂに動磁場が発生する。その磁気力と永久磁石８の磁気力とが作用することによって、永久磁石８と一体化されたピストン１は、弾性部材９の伸縮範囲内でシリンダ７の軸方向に往復駆動される。
【００２４】
次に、外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂについてさらに詳しく説明する。図２に示すように、この場合には、外側ヨーク２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、コイル４に沿って８つ装着されている。
【００２５】
８つの外側ヨークのうち、４つの外側ヨーク２ａ、２ｂは従来の外側ヨークと同様に薄い電磁鋼板を積層することによって形成されている。残りの４つの外側ヨーク３ａ、３ｂは、金属塊、すなわち金属製ブロックを加工することによって形成されている。
【００２６】
なお、４つの外側ヨーク２ａ、２ｂは、金属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂが固定される位置を基準として、接着または圧入等により上部リング５および下部リング６へ固定される。
【００２７】
上述した往復機関によれば、外側ヨークは、金属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂを備えている。金属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂは、電磁鋼板を積層することによって形成される外側ヨークに比べて、外側ヨークそのものの形状寸法精度を容易に向上することができる。
【００２８】
また、電磁鋼板を積層する必要がないため製造コストも低く抑えることができる。さらに、金属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂでは、外側ヨーク３ａ、３ｂを下部リング６および上部リング５へ直接ボルト締めしたり、あるいは接着や圧入等によって容易に、しかも所定の位置に正確に固定することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関について説明する。図３に示すように、この往復機関では、リニアアクチュエータにおける外側ヨークにおいて、金属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂのシリンダ７の軸方向に対向する端面の少なくとも１つの端面に、コイル４の周方向と略直交する方向に沿って線条のスリット（凹凸部）１１が形成されている。
【００２９】
金属製ブロックから加工された外側ヨーク３ａ、３ｂでは、電磁鋼板を積層することによって形成された外側ヨーク２ａ、２ｂと比べて、コイル４に通電した際に渦電流が流れやすい。
【００３０】
このリニアアクチュエータを備えた往復機関によれば、コイル４の通電時にコイルの周方向に沿って外側ヨーク３ａ、３ｂを流れようとする渦電流において、その流れがスリット１１によって妨げられることになる。その結果、渦電流による損失を低減することができて、リニアアクチュエータの効率の低下を最小限に抑えることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関について説明する。図４に示すように、この往復機関ではリニアアクチュエータにおける外側ヨーク３ｂと下部リング６とが一体的に固定されている。外側ヨーク３ｂが金属製ブロックから加工されていることによって、樹脂製の下部リング６にインサート射出成型することにより形成される。
【００３１】
このように、外側ヨーク３ｂと下部リング６とが一体的に固定されていることで、外側ヨーク３ｂと下部リング６との位置きめを行うための治具、固定のためのボルト、あるいは接着剤等が不要になる。その結果、リニアアクチュエータの組立工程の大幅な削減を図ることができる。
【００３２】
なお、図４では外側ヨーク３ｂと下部リング６とが一体的に固定されている場合を例に挙げて説明したが、外側ヨーク３ａと上部リング５とが一体的に固定されていてもよい。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関について説明する。図５に示すように、この往復機関ではリニアアクチュエータにおける外側ヨーク３ａの端面に、弾性部材９を固定するための固定ボルト１２があらかじめ固定されている。
【００３３】
図１に示されたリニアアクチュエータでは、外側ヨーク３ａの端面上に樹脂のリング部材５を固定し、さらにそのリング部材５に対して固定ボルト１０により弾性部材９が固定されている。一方、このリニアアクチュエータによれば、そのようなリング部材を介在させずに外側ヨーク３ａの端面に直接固定された固定ボルト１２に直接弾性部材９を固定することができる。その結果、部品点数の削減と弾性部材の取付け位置精度の向上を図ることができる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関について説明する。図６に示すように、この往復機関ではリニアアクチュエータにおける外側ヨーク３ａ、３ｂは、シリンダ７の軸方向に略直交する方向に沿って外側ヨーク（上部外側ヨーク）３ａと外側ヨーク（下部外側ヨーク）３ｂとに分割されている。
【００３４】
外側ヨーク３ａにおいて外側ヨーク３ｂと接触する面には、外側ヨーク３ｂの側に向かって突出した凸部１３が設けられている。一方、外側ヨーク３ｂにおいて外側ヨーク３ａと接触する面には、凸部１３と嵌合する凹部１４が設けられている。
【００３５】
このように、外側ヨーク３ａと外側ヨーク３ｂとの突合せ面において、一方に凸部１３を設け他方に凹部１４を設け、その凸部１３を凹部１４に嵌合することによって、治具を用いることなく外側ヨーク３ａ、３ｂの組み立てにおける位置合わせの精度を向上することができる。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関によれば、第２ヨーク部が金属塊から加工されたヨーク本体を備えていることで、電磁鋼板を積層することによって形成されるヨーク本体に比べて、ヨーク本体そのものの形状寸法精度を容易に向上することができる。また、電磁鋼板を積層する必要がないため製造コストも低く抑えることができる。さらに、金属塊から加工されたヨーク本体を往復機関の所定の位置に固定する際に直接ボルト締めしたり、あるいは接着や圧入等によって容易に、しかも正確に固定することができる。
【００３８】
また、金属塊から加工されたヨーク本体の表面には、コイル部の周方向と略直交する方向に沿って線条凹凸部が形成されていることが好ましく、これにより、コイル部の通電時にコイル部の周方向に沿ってヨーク本体を流れようとする渦電流において、その流れが線条凹凸部によって妨げられることになる。その結果、渦電流による損失を低減することができて、リニアアクチュエータの効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００３９】
さらに、第２ヨークを支持するリング部材を備え、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材に一体的に固定されていることが好ましく、これにより、ヨーク本体とリング部材との位置きめを行うための治具、固定のためのボルト、あるいは接着剤等が不要になる。その結果、リニアアクチュエータの組立工程の大幅な削減を図ることができる。
【００４０】
より具体的には、リング部材は樹脂からなり、金属塊から加工されたヨーク本体はリング部材へ一体成型されていることが好ましい。
【００４１】
さらに、永久磁石部に連結されたピストン部と、ピストン部に連結されピストン部を往復駆動可能に支持する弾性部材と、金属塊から加工されたヨーク本体に形成されたボルト部とを備え、弾性部材はさらにボルト部に固定されていることが好ましく、これにより、ヨーク本体の端面上に他の部材を介在させることなくヨーク本体の端面に固定されたボルト部に直接弾性部材を固定することができる。その結果、部品点数の削減と弾性部材の取付け位置精度の向上を図ることができる。
【００４２】
さらに、金属塊から加工されたヨーク本体は、ピストン部の軸方向に略直交する方向に沿って第１の部分と第２の部分とに分割されており、第１の部分において第２の部分と接触する面には、第２の部分の側に向かって突出した凸部が設けられ、第２の部分において第１の部分と接触する面には、凸部と嵌合する凹部が設けられていることが好ましく、これにより、第１の部分に設けられた凸部を第２の部分に設けられた凹部に嵌合することによって、治具を用いることなくヨーク本体の組み立てにおける位置合わせの精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係るリニアアクチュエータを備えた往復機関の一断面図である。
【図２】  同実施の形態において、図１に示された外側ヨークの配置を示す一平面図である。
【図３】  本発明の実施の形態２に係る往復機関のリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【図４】  本発明の実施の形態３に係る往復機関のリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【図５】  本発明の実施の形態４に係る往復機関のリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【図６】  本発明の実施の形態５に係る往復機関のリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【図７】  従来の往復機関における外側ヨークの配置を示す一平面図である。
【図８】  図７に示された外側ヨークの斜視図である。
【符号の説明】
１  ピストン、２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ  外側ヨーク、４  コイル、５  上部リング、６  下部リング、７  シリンダ、８  永久磁石、９  弾性部材、１０  固定ボルト、１１  スリット、１２  固定ボルト、１３  凸部、１４  凹部、１５  内側ヨーク、１６  ボビン、１７  ボルト、１８  接合ボルト。
【図１】
0003780216.tif 000002
【図２】
0003780216.tif 000003
【図３】
0003780216.tif 000004
【図４】
0003780216.tif 000005
【図５】
0003780216.tif 000006
【図６】
0003780216.tif 000007
【図７】
0003780216.tif 000008
【図８】
0003780216.tif 000009