JP2004040951A - リニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力特性をさらに改良したリニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置を提供すること。
【解決手段】リニアアクチュエータ１は、第１および第２のヨーク部１１、１２を備えたヨーク体１０と、このヨーク体１０に交番磁界を発生させるコイル６０と、軸線方向に着磁されたマグネット３０と、このマグネット３０を軸線方向の両側で挟むように配置されて第１のヨーク部１１との間に第１の隙間６を形成し、かつ、第２のヨーク部１２との間に第２の隙間７を形成する中間ヨーク２１、２２と、第１の隙間６に対して軸線方向に移動可能に配置された磁性体５１を備えた可動体５０とを有し、第２の隙間７には非磁性体４０が配置されている。
【選択図】　　　図２

Description

【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、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリンダ内でピストンが直線運動するようなポンプ装置やコンプレッサー装置でも、それに使用されるアクチュエータは、回転運動を出力するモータが使用されており、モータの出力軸とピストンとの間にクランクシャフトを設けて回転運動を直線運動に変換している。このため、力の伝達効率が低いという問題点がある
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここに、本願発明者等は、図１０（Ａ）に示すように、第１のヨーク部１１、および第１のヨーク部１１に対して軸線方向と直交する位置で対向する第２のヨーク部１２を備えたヨーク体１０と、このヨーク体１０に交番磁界を発生させるコイル６０と、第１のヨーク部１１と第２のヨーク部１２との間に配置され、軸線方向にＮ極およびＳ極が形成されたマグネット３０と、マグネット３０を軸線方向の両側で挟むように第１のヨーク部１１と第２のヨーク部１２との間に配置されて第１のヨーク部１１との間に隙間６′を形成する中間ヨーク２１、２２と、隙間６′に対して軸線方向に移動可能に配置された磁性体５１とを用いた新たなリニアアクチュエータを検討している。
【０００４】
このようなアクチュエータにおいては、図１０（Ａ）に実線の矢印Ｂ１、Ｂ２で示す磁界が発生している。この状態でコイル６０に交流電流を流したとき、図面の向こう側から手前側に電流が流れている期間では、点線の矢印Ｂ３１に示す磁界が発生し、隙間６′において、第１の中間ヨーク２１の側では、マグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが反対であるに対して、第２の中間ヨーク２２の側ではマグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが一致する。従って、磁性体５１には下方に向かう力が作用する。
【０００５】
これに対して、図１０（Ｂ）に示すように、コイル６０に対して、図面の手前側から向こう側に電流が流れている期間では、点線の矢印Ｂ３２に示す磁界が発生し、隙間６′において、第１の中間ヨーク２１の側では、マグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが一致しているのに対して、第２の中間ヨーク２２の側ではマグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが反対となる。従って、磁性体５１には上方に向かう力が作用する。
【０００６】
そして、コイル６０に流れる電流の極性が反転するたびに磁性体５１に対して軸線方向に加わる力の向きが入れ代わるので、それと一体の可動体（図示せず）が軸線方向に振動するので、往復直線運動を出力することができる。
【０００７】
しかしながら、図１０（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明したリニアアクチュエータでは、出力が小さいため、実用化するには至っておらず、さらなる改良が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、出力特性をさらに改良したリニアアクチュエータ、それを用いたポンプ装置並びにコンプレッサー装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、第１のヨーク部、および該第１のヨーク部に対して軸線方向と直交する位置で対向する第２のヨーク部を備えたヨーク体と、該ヨーク体に交番磁界を発生させるコイルと、前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部との間に配置され、軸線方向にＮ極およびＳ極が形成されたマグネットと、該マグネットを軸線方向の両側で挟むように前記第１のヨーク部および前記第２のヨーク部との間に配置され、前記第１のヨーク部との間に第１の隙間を形成し、かつ、前記第２のヨーク部との間に第２の隙間を形成する中間ヨークと、前記第１の隙間および前記第２の隙間のうち、第１の隙間に対して軸線方向に移動可能に配置された磁性体を備えた可動体とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のリニアアクチュエータでは、コイルに交流電流を通電すると第１のヨーク部、中間ヨーク部、および第２のヨーク部を通る磁界の向きが反転するので、磁性体に加わる軸線方向への力の向きが交互に入れ代わる。その結果、磁性体と一体の可動体が軸線方向に振動するので、可動体から往復直線運動を出力することができる。ここで、第１中間ヨークと第１のヨーク部との間には可動体の磁性体が配置される隙間（第１の隙間）が形成されている一方、中間ヨークと第２のヨーク部との間にも隙間（第２の隙間）が形成され、マグネットによって第１の隙間に形成される磁界は、第２の隙間が広いほど大きくなる。これに対して、コイルによって形成される磁界は、第２の隙間が狭いほど大きくなる。従って、磁性体を振動させる磁界は、概ね、両者の和となり、この振動させる力が最大となるように第２の隙間を設定すれば、磁性体を軸線方向に振動させようとする力を最大限、引き出すことができる。
【００１１】
本発明において、前記第１のヨーク部、前記第１の隙間、前記中間ヨーク、前記第２の隙間、および前記第２のヨーク部は、例えば、内側から外側にこの順に配置され、かつ、軸線方向からみたときに円環状あるいは略多角形となるように構成される。このように構成すると、第１の隙間および第２の隙間は環状に形成され、そのうち、内側に位置する第１の隙間に可動体の磁性体が位置することになる。なお、前記第２のヨーク部、前記第２の隙間、前記中間ヨーク、前記第１の隙間、および前記第１のヨーク部が内側から外側にこの順に配置され、かつ、軸線方向からみたときに円環状あるいは略多角形となるように構成してもよい。
【００１２】
本発明において、前記第２の隙間には非磁性体が配置されていることが好ましい。このように構成すると、中間ヨークと第２のヨーク部との間で非磁性体がスペーサとして機能するので、リニアアクチュエータの組み立て作業を効率よく行うことができる。また、非磁性体を利用してコイルのリード線を外部に引き出すこともできる。
【００１３】
本発明において、前記中間ヨークと前記コイルとが軸線方向に重なるように配置されている場合に、前記非磁性体には、前記中間ヨークと前記コイルとの間まで延設された延設部を形成しておくことが好ましい。このように構成すると、中間ヨークとコイルとの間で非磁性体の延設部をスペーサとして利用することができる。
【００１４】
この場合、前記非磁性体の前記延設部、および前記中間ヨークのうちの一方には軸線方向に突き出した位置決め用突起が形成されている一方、他方には当該位置決め用突起が嵌る位置決め用凹部が形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記位置決め用凹部は、前記中間ヨークの側に当該中間ヨークおよび前記マグネットを貫通する貫通穴として形成されている一方、前記非磁性体の前記延設部の側には前記位置決め用突起が形成され、前記貫通穴に嵌め込まれた前記位置決め用突起をカシメ加工や溶着加工などで変形させて前記非磁性体、前記中間ヨーク、および前記マグネットが一体化されていることが好ましい。このように構成すると、非磁性体、中間ヨーク、およびマグネットを組み付ける作業を効率よく行うことができる。
【００１６】
本発明において、前記非磁性体は、前記第２の隙間に位置する部分の内側に、磁性粉体が充填された空間を備えていることが好ましい。このように構成すると、中間ヨークと第２のヨーク部との第２の隙間における磁気抵抗の差を大きくすることができるので、リニアアクチュエータの出力特性を向上することができる。
【００１７】
本発明において、前記ヨーク体は、前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部とを繋げる渡りヨーク部を備えた断面コの字形状を有し、当該渡りヨーク部と前記中間ヨークとの間に前記コイルが配置されていることが好ましい。このように構成すると、ヨーク体において、第１のヨーク部と第２のヨーク部とを磁気的に結合させることができる。また、第１のヨーク部、第２のヨーク部、および渡りヨーク部によって構成された空間内に各部材を順次、組み付けていけばよいので、リニアアクチュエータの組み立て作業を効率よく行うことができる。
【００１８】
本発明において、前記可動体は、例えば、前記磁性体がインサート成形された樹脂成形品からなる。
【００１９】
本発明において、前記中間ヨークおよび前記マグネットは、前記第１のヨーク部と対向する面が軸線方向の中央部分で凹んで前記第１の隙間に対して軸線方向に連接する第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部を形成するとともに、前記第２のヨーク部と対向する面が軸線方向の中央部分で凹んで前記第２の隙間にも軸線方向に連接する第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部を形成し、かつ、前記第１の隙間および前記第２の隙間において前記第１の狭幅部、前記第２の広幅部、および前記第２の狭幅部はいずれも、軸線方向における長さ寸法が等しいことが好ましい。
【００２０】
本発明において、前記第２の隙間の隙間寸法は、例えば、前記マグネットの軸線方向における厚さ寸法と略等しいことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【００２１】
本発明に係るリニアアクチュエータは、各種流体を供給するためのポンプ装置、あるいはコンプレッサー装置として利用できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明を適用したリニアアクチュエータを説明する。
【００２３】
［全体構成］
図１および図２はそれぞれ、本発明に係るリニアアクチュエータの要部平面図、および縦断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータの動作を示す説明図である。
【００２４】
図１および図２において、本形態のリニアアクチュエータ１は、各種流体を供給するためのポンプ装置、あるいはコンプレッサー装置に用いられるものである。
【００２５】
本形態のリニアアクチュエータ１は、第１のヨーク部１１、およびこの第１のヨーク部１１に対して軸線方向と直交する位置で対向する第２のヨーク部１２を備えたヨーク体１０と、このヨーク体１０に交番磁界を発生させるコイル６０と、第１のヨーク部１１と第２のヨーク部１２との間に配置され、軸線方向にＮ極およびＳ極が形成されたマグネット３０と、このマグネット３０を軸線方向の両側で挟むように第１のヨーク部１１および第２のヨーク部１２との間に配置されて第１のヨーク部１１との間に第１の隙間６を形成し、かつ、第２のヨーク部１２との間に第２の隙間７を形成する中間ヨーク２１、２２と、第１の隙間６および第２の隙間７のうち、第１の隙間６に対して軸線方向に移動可能に配置された磁性体５１を備えた可動体５０とを有している。
【００２６】
コイル６０は、円筒状のボビン６１に巻回された後、ボビン６１の外周面にカバー６２が被せられた状態にある。
【００２７】
本形態において、可動体５０は、磁性体５１がインサート成形された樹脂成形品からなる。このため、磁性体５１の上端部分は、樹脂に確実に埋め込まれるようにフック形状を有している。なお、可動体５０において、磁性体５１は接着などの方法で可動体５０と一体化される場合もある。
【００２８】
本形態において、第１のヨーク部１１、第１の隙間６、中間ヨーク２１、２２、第２の隙間７、および第２のヨーク部１２は、内側から外側にこの順に配置され、かつ、軸線方向からみたときに円環状の平面形状を有している。従って、第１のヨーク部１１は、円環状のインナーヨークを構成し、第２のヨークは円環状のアウターヨークを構成している。なお、第１のヨーク部１１、第１の隙間６、中間ヨーク２１、２２、第２の隙間７、および第２のヨーク部１２は、内側から外側にこの順に配置され、かつ、軸線方向からみたときに略多角形を構成するように配置されていてもよい。
【００２９】
ヨーク体１０は、第１のヨーク部１１と第２のヨーク部１２とを繋げる渡りヨーク部１３を備えた断面コの字形状を有しており、渡りヨーク部１３と中間ヨーク２１、２２との間にコイル６０が配置されている。従って、中間ヨーク２１、２２とコイル６０は、軸線方向に重なるように配置されている。
【００３０】
ここで、第２の隙間７には非磁性体４０が配置され、この非磁性体４０は、中間ヨーク２１、２２とコイル６０との間まで延設された延設部４１を備えている。
【００３１】
また、非磁性体４０の延設部４１、および中間ヨーク２１、２２のうちの一方には軸線方向に突き出した位置決め用突起が形成されている一方、他方には位置決め用突起が嵌る位置決め用凹部が形成されていることが好ましく、本形態では、位置決め用凹部は、中間ヨーク２１、２２の側に中間ヨーク２１、２２およびマグネット３０を貫通する貫通穴２５として形成されている一方、非磁性体４０の延設部４１の側には柱状の位置決め用突起４５が形成されている。従って、貫通穴２５に嵌め込まれた位置決め用突起４５に対して溶着加工を施すことにより、非磁性体４０、中間ヨーク２１、２２、およびマグネット３０が一体化されている。
【００３２】
ヨーク体１０において、第１のヨーク部１１、第２のヨーク部１２、および渡りヨーク部１３によって構成された空間は、コイル６０を収納する凹部と、非磁性体４０、第１の中間ヨーク２１、２２、マグネット３０、および第２の中間ヨーク２１、２２を一体化したものを収納する部分とから構成され、これらの空間の境界部分には段差１５、１６が形成されているので、第１のヨーク部１１、第２のヨーク部１２、および渡りヨーク部１３によって構成された空間にコイル６０を収納した後、非磁性体４０、第１の中間ヨーク２１、マグネット３０、および第２の中間ヨーク２２を一体化したものを収納するだけで、各部材を所定の位置に配置することができる。
【００３３】
なお、非磁性体４０に沿ってコイル６０の端末がリード線４９として引き出されている。
【００３４】
第１の中間ヨーク２１および第２の中間ヨーク２２は、軸線方向の両端部に内径が小さくて外径が大きな肉厚部分を備えているとともに、マグネット３０に隣接する部分に、内径が大きくて外径が小さな肉薄部分を備えており、マグネット３０は、第１の中間ヨーク２１および第２の中間ヨーク２２の肉薄部分と完全に重なる円環状に形成されている。このため、第１の中間ヨーク２１、マグネット３０、および第２の中間ヨーク２２は、第１のヨーク部１１と対向する面が軸線方向の中央部分で凹んで第１の隙間６に対して軸線方向に連接する第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部を形成している。ここで、第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部は、軸線方向における長さ寸法が等しい。また、第１の中間ヨーク２１、マグネット３０、および第２の中間ヨーク２２は、第２のヨーク部１２と対向する面でも軸線方向の中央部分で凹んで第２の隙間７に対して軸線方向で連接する第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部を形成している。ここで、第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部は、軸線方向における長さ寸法が等しい。
【００３５】
このように構成したアクチュエータ１においては、図３（Ａ）に実線の矢印Ｂ１、Ｂ２で示す磁界が発生している。この状態でコイル６０に交流電流を流したとき、図面の向こう側から手前側に電流が流れている期間では、点線の矢印Ｂ３１に示す磁界が発生し、第１隙間６において、第１の中間ヨーク２１の側では、マグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが反対であるに対して、第２の中間ヨーク２２の側ではマグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが一致している。従って、可動体５０の磁性体５１には下方に向かう力が作用する。
【００３６】
これに対して、図３（Ｂ）に示すように、コイル６０に対して、図面の手前側から向こう側に電流が流れている期間では、点線の矢印Ｂ３２に示す磁界が発生し、第１隙間６において、第１の中間ヨーク２１の側では、マグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが一致しているのに対して、第２の中間ヨーク２２の側ではマグネット３０からの磁界とコイル６０からの磁力線の向きが反対である。従って、可動体５０の磁性体５１には上方に向かう力が作用する。
【００３７】
そして、コイル６０に流れる電流の極性が反転するたびに、可動体５０の磁性体５１には、軸線方向において向きが入れ代わる力が作用するので、それと一体の可動体５０が軸線方向に振動し、可動体５０に取り付けられたピストンなどから往復直線運動を出力することができる。
【００３８】
［特性評価］
図１ないし図３を参照して説明したリニアアクチュエータ１において、中間ヨーク２１、２２と第２のヨーク部１２との間の第２の隙間７の隙間寸法、およびマグネット３０の厚さは、推力に大きな影響を及ぼす。そこで、本願発明者は、各種シュミレーションを行って最適条件を検討したので、その結果を図４ないし図７に示す。
【００３９】
図４、図５、および図６はいずれも、本発明を適用したリニアアクチュエータ１において、中間ヨーク２１、２２と第２のヨーク部１２との間の第２の隙間７の隙間寸法、およびマグネット３０の厚さと、推力との関係を示すグラフであり、保持力ｂＨｃが２５０ｋＡ／ｍ、５００ｋＡ／ｍ、１０００ｋＡ／ｍのマグネット３０を用いた場合のグラフである。なお、ここに示す結果において、実線Ｌ１〜Ｌ５はそれぞれ、マグネット３０の厚さを１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍとした場合の結果を示している。
【００４０】
また、図７は、図４、図５、および図６に示す結果に基づいて、マグネット３０の厚さ、および中間ヨーク２１、２２と第２のヨーク部１２との間の第２の隙間７の隙間寸法を種々、変えたときに推力が最大となる条件をプロットしたグラフであり、実線Ｌ１１〜Ｌ１３は、それぞれ、保持力ｂＨｃが２５０ｋＡ／ｍ（例えば、フェライト焼結磁石を用いた場合）、５００ｋＡ／ｍ、１０００ｋＡ／ｍ（例えば、ネオジ磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石）を用いた場合）のマグネット３０を用いた場合のグラフである。
【００４１】
これらの図からわかるように、マグネット３０が厚い方が大きな推力を得ることができる。但し、中間ヨーク２１、２２と第２のヨーク部１２との間の第２の隙間７の隙間寸法については、マグネット３０の厚さ、あるいはマグネット３０の保持力に応じて最適な寸法が出現し、最大の推力が得られる条件は、第２の隙間７の隙間寸法、マグネット３０の厚さ、マグネット３０の保持力をそれぞれ、Ｇ（ｍｍ）、ｔｍ（ｍｍ）、ｂＨｃ（ｋＡ／ｍ）としたとき、概ね、以下の式
Ｇ＝１＋ｔｍ×ｂＨｃ／１０００
で示すように近似できる。
【００４２】
従って、ネオジ磁石などといった保持力の大きなマグネット３０を用いた場合には、第２の隙間７の隙間寸法は、マグネット３０の軸線方向における厚さ寸法と略等しく、例えば、±１ｍｍの以内の寸法差に設定することが好ましい。
【００４３】
［本形態の効果］
このように構成したリニアアクチュエータ１では、中間ヨーク２１、２２と第１のヨーク部１１との間には可動体５０の磁性体５１が配置される隙間（第１の隙間６）が形成されている一方、中間ヨーク２１、２２と第２のヨーク部１２との間に隙間（第２の隙間７）が形成され、マグネット３０によって第１の隙間６に形成される磁界は、第２の隙間７が広いほど大きくなる。これに対して、コイル６０によって形成される磁界は、第２の隙間７が狭いほど大きくなる。従って、磁性体５１を振動させる磁界は、概ね、両者の和となり、この振動させる力が最大となるように第２の隙間７を設定すれば、磁性体５１を軸線方向に振動させようとする力を最大限、引き出すことができる。
【００４４】
また、中間ヨーク２１、２２と第２のヨーク部１２との間で非磁性体４０がスペーサとして機能し、かつ、非磁性体４０の延設部４１は、中間ヨーク２１、２２とコイル６０との間でスペーサとして機能している。しかも、ヨーク体１０は、第１のヨーク部１１と第２のヨーク部１２とを繋げる渡りヨーク部１３を備えた断面コの字形状を有しているため、ヨーク体１０において、第１のヨーク部１１と第２のヨーク部１２とを磁気的に結合させることができるとともに、第１のヨーク部１１、第２のヨーク部１２、および渡りヨーク部１３によって構成された空間内に各部材を順次、組み付けた後、磁性体５１が第１の隙間６に位置するように可動体５０を配置すればよいので、リニアアクチュエータ１の組み立て作業を効率よく行うことができる。
【００４５】
しかも本形態では、第１の中間ヨーク２１、マグネット３０、および第２の中間ヨーク２２に対する貫通穴２５に対して、非磁性体４０の延設部４１に形成されている位置決め用突起４５を嵌めた後、この位置決め用突起４５を潰すだけで、非磁性体４０、第１の中間ヨーク２１、マグネット３０、および第２の中間ヨーク２２を一体化することができるので、このように一体化したアセンブリを第１のヨーク部１１、第２のヨーク部１２、および渡りヨーク部１３によって構成された空間内に装着するだけでリニアアクチュエータ１のステータ側を組み立てることができる。
【００４６】
［ポンプ装置並びにコンプレッサー装置への搭載例］
本発明を適用したリニアアクチュエータ１については、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して以下に説明するように、ポンプ装置並びにコンプレッサー装置に適用できる。
【００４７】
図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したエアーポンプ装置１００の平面図、断面図、および底面図であり、図８（Ｂ）において、リニアアクチュエータ１に相当する部分は太線で囲ってある。
【００４８】
図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、本形態のエアーポンプ装置１００では、リニアアクチュエータ１の可動体５０に対して作動軸１１０の基端側がワッシャ１５１、１５２を介してナット１５３で連結され、ヨーク体１０の第１のヨーク部１１の穴１６を貫通する状態にある。作動軸１１０の基端側は、第１のヨーク部１１に保持された軸受１５４によって支持され、かつ、作動軸１１０の周りには２本のスプリング１６１、１６２が装着されている。２本のスプリング１６１、１６２のうち、作動軸１１０の基端側に装着されたスプリング１６１は、第１のヨーク部１１の穴１６内に形成されている段差１７と、作動軸１１０に装着されたＥ型止め輪１６３で両端が支持され、作動軸１１０の先端側に装着されたスプリング１６２は、Ｅ型止め輪１６３と、ヨーク体１０の底部に固定されたスプリング押さえ１６４とによって両端が支持されている。
【００４９】
ヨーク体１０の底部には、エアー吸い込み口１７１およびエアー吐出口１７２を備えたケース１７０がボルト１７３で固定され、エアー吸い込み口１７１にはフィルタ１７４が装着されている。ケース１７０の内側にはシリンダケース１２０が配置され、シリンダケース１２０の底部において、エアー吸い込み口１７１と対峙する部分には、バルブ押さえ１４３によってバルブ１４１が固定され、エアー吐出口１７２と対峙する部分にはバルブ押さえ１４４によってバルブ１４２が固定されている。
【００５０】
シリンダケース１２０の内部は、シリンダケース１２０の底部との間にシリンダ室１２２を構成するピストン１３０が配置され、このピストン１３０の側面には、シリンダケース１２０の内周側面との気密を確保するための加圧リング１３５が装着されている。
【００５１】
ピストン１３０に対しては、作動軸１１０の先端部分がワッシャ１３７、１３８およびＯリング１３６を介してナット１３９で固定されており、作動軸１１０の振動によって、ピストン１３０が軸線方向に駆動される。従って、リニアアクチュエータ１によって作動軸１１０が軸線方向の基端側（図面に向かって上方）に移動すると、エアー吸い込み口１７１からシリンダ室１２２内に空気が吸い込まれ、リニアアクチュエータ１によって作動軸１１０が軸線方向の先端側（図面に向かって下方）に移動すると、シリンダ室１２２内の空気がエアー吐出口１７２から吐出される。また、このような作動軸１１０の振動に対してスプリング１６１、１６２が共振するので、小型のリニアアクチュエータ１を用いたエアーポンプ装置１００であっても、優れたポンプ特性を備えている。
【００５２】
［その他の実施の形態］
なお、非磁性体４０については、図９（Ａ）に示すように、第２の隙間７に位置する部分の内側に、針状の磁性粉体４６が充填された空間を備えている構成とすることができる。このように構成すると、図９（Ｂ）、（Ｃ）に磁性粉体４６の磁区を模式的に示すように、磁界が強められる部分では、針状の磁性粉体において磁区が揃うので、中間ヨーク２１、２２と第２のヨークとの第２の隙間７における磁気抵抗を小さくすることができる。それ故、磁界が強められる部分と、磁界が弱められる部分との間の磁気抵抗の差を大きくできるので、リニアアクチュエータ１の出力特性を向上することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリニアアクチュエータでは、コイルに交流電流を通電すると第１のヨーク部、中間ヨーク部、および第２のヨーク部を通る磁界の向きが反転するので、磁性体に加わる軸線方向への力の向きが交互に入れ代わる。その結果、磁性体と一体の可動体が軸線方向に振動するので、可動体から往復直線運動を出力することができる。ここで、中間ヨークと第１のヨーク部との間には可動体の磁性体が配置される隙間（第１の隙間）が形成されている一方、中間ヨークと第２のヨーク部との間にも隙間（第２の隙間）が形成され、マグネットによって第１の隙間に形成される磁界は、第２の隙間が広いほど大きくなる。これに対して、コイルによって形成される磁界は、第２の隙間が狭いほど大きくなる。従って、磁性体を振動させる磁界は、概ね、両者の和となり、この振動させる力が最大となるように第２の隙間を設定すれば、磁性体を軸線方向に振動させようとする力を最大限、引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアアクチュエータの要部平面図である。
【図２】本発明に係るリニアアクチュエータの縦断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、このリニアアクチュエータの動作を示す説明図である。
【図４】本発明を適用したリニアアクチュエータにおいて、保持力ｂＨｃが２５０ｋＡ／ｍのマグネットを用いた場合における中間ヨークと第２のヨーク部との間の第２の隙間の隙間寸法、およびマグネットの厚さと、推力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明を適用したリニアアクチュエータにおいて、保持力ｂＨｃが５００ｋＡ／ｍのマグネットを用いた場合における中間ヨークと第２のヨーク部との間の第２の隙間の隙間寸法、およびマグネットの厚さと、推力との関係を示すグラフである。
【図６】本発明を適用したリニアアクチュエータにおいて、保持力ｂＨｃが１０００ｋＡ／ｍのマグネットを用いた場合における中間ヨークと第２のヨーク部との間の第２の隙間の隙間寸法、およびマグネットの厚さと、推力との関係を示すグラフである。
【図７】図４、図５、および図６に示す結果に基づいて、マグネットの厚さ、および中間ヨークと第２のヨーク部との間の第２の隙間の隙間寸法を種々、変えたときに推力が最大となる条件をプロットしたグラフである。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したエアーポンプ装置の平面図、断面図、および底面図である。
【図９】（Ａ）は、本発明に係る別のリニアアクチュエータの説明図、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれその効果を示す説明図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、従来のリニアアクチュエータの説明図である。
【符号の説明】
１　リニアアクチュエータ
６　第１の隙間
７　第２の隙間
１０　ヨーク体
１１　第１のヨーク部
１２　第２のヨーク部
１３　渡りヨーク部
２１　第１の中間ヨーク
２２　第２の中間ヨーク
２５　貫通穴（位置決め用凹部）
３０　マグネット
４０　非磁性体
４１　非磁性体の延設部
４５　位置決め用突起
５０　可動体
５１　磁性体
６０　コイル
１００　エアーポンプ装置
１１０　作動軸
１２０　シリンダケース
１３０　シリンダ室
１３０　ピストン
１４１、１４２　バルブ
１６１、１６２　スプリング
１７１　エアー吸い込み口
１７２　エアー吐出口

Claims (13)

1. 第１のヨーク部、および該第１のヨーク部に対して軸線方向と直交する位置で対向する第２のヨーク部を備えたヨーク体と、該ヨーク体に交番磁界を発生させるコイルと、前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部との間に配置され、軸線方向にＮ極およびＳ極が形成されたマグネットと、該マグネットを軸線方向の両側で挟むように前記第１のヨーク部および前記第２のヨーク部との間に配置されて、前記第１のヨーク部との間に第１の隙間を形成し、かつ、前記第２のヨーク部との間に第２の隙間を形成する中間ヨークと、前記第１の隙間に対して軸線方向に移動可能に配置された磁性体を備えた可動体とを有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 請求項１において、前記第１のヨーク部、前記第１の隙間、前記中間ヨーク、前記第２の隙間、および前記第２のヨーク部は、内側から外側にこの順に配置され、かつ、軸線方向からみたときに円形あるいは略多角形となるように構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
3. 請求項１または２において、前記第２の隙間には非磁性体が配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
4. 請求項３において、前記中間ヨークと前記コイルとは軸線方向に重なるように配置され、
   前記非磁性体は、前記中間ヨークと前記コイルとの間まで延設された延設部を備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
5. 請求項４において、前記非磁性体の前記延設部、および前記中間ヨークのうちの一方には軸線方向に突き出した位置決め用突起が形成されている一方、他方には当該位置決め用突起が嵌る位置決め用凹部が形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
6. 請求項５において、前記位置決め用凹部は、前記中間ヨークの側に当該中間ヨークおよび前記マグネットを貫通する貫通穴として形成されている一方、前記非磁性体の前記延設部の側には前記位置決め用突起が形成され、前記貫通穴に嵌め込まれた前記位置決め用突起を変形させて前記非磁性体、前記中間ヨーク、および前記マグネットが一体化されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
7. 請求項３ないし６のいずれかにおいて、前記非磁性体は、前記他方の隙間に位置する部分の内側に、磁性粉体が充填された空間を備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記ヨーク体は、前記第１のヨーク部と前記第２のヨーク部とを繋げる渡りヨーク部を備えた断面コの字形状を有し、
   当該渡りヨーク部と前記中間ヨークとの間に前記コイルが配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、前記可動体は、前記磁性体がインサート成形された樹脂成形品からなることを特徴とするリニアアクテュエータ。
10. 請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記中間ヨークおよび前記マグネットは、前記第１のヨーク部と対向する面が軸線方向の中央部分で凹んで前記第１の隙間に対して軸線方向に連接する第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部を形成するとともに、前記第２のヨーク部と対向する面が軸線方向の中央部分で凹んで前記第２の隙間にも軸線方向に連接する第１の狭幅部、広幅部および第２の狭幅部を形成し、かつ、
    前記第１の隙間および前記第２の隙間において前記第１の狭幅部、前記第２の広幅部、および前記第２の狭幅部はいずれも、軸線方向における長さ寸法が等しいことを特徴とするリニアアクチュエータ。
11. 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、前記第２の隙間の寸法は、前記マグネットの軸線方向における厚さ寸法と略等しいことを特徴とするリニアアクチュエータ。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに規定するリニアアクチュエータを用いたことを特徴とするポンプ装置。
13. 請求項１ないし１１のいずれかに規定するリニアアクチュエータを用いたことを特徴とするコンプレッサー装置。

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