JP2005020901A

JP2005020901A - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2005020901A
Application number: JP2003182917A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Murata; 靖村田
Original assignee: Hephaist Seiko Co Ltd
Current assignee: Hephaist Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】リニアアクチュエータにおいて、コストの上昇及び耐久性の低下を伴わずに、可動部の軽量化により出力を向上させる。
【解決手段】リニアアクチュエータ１０は、対向するサイドヨーク２０とその間を接続する外ヨークとを備えたハウジング１６と、外ヨーク上に配設された磁石２４と、各サイドヨーク２０により両端部を支持された内ヨーク２２と、内ヨーク２２周りに挿入されたボビン２６の周囲に巻回されたコイル２８とを備える。ハウジング１６には内ヨーク２２と平行に延びる開口部が形成され、開口部の外側には可動台１４が取り付けられたガイド３２が配設される。可動台１４から開口部を通ってハウジング１６内に延びるアーム３４の先端にはコイル２８又はボビン２６が結合され、それが内ヨーク２２から全周に亘って離間するようにコイル２８又はボビン２６を可動台１４によって片持ち支持している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイスコイルモータを用いたリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイスコイルモータを用いたリニアアクチュエータは、互いに対向する２つのサイドヨークと該２つのサイドヨークの間を接続する外ヨークとを備えた略円筒形又は箱形のハウジングと、外ヨークの内側表面に取り付けられた永久磁石と、２つのサイドヨークによって両端部を支持されており、モータハウジングの内部に永久磁石と離間して配置された内ヨークとを備える。内ヨーク周りには、ボビンが挿入され、ボビンに巻かれた巻線によってコイルが形成される。そして、このコイルに通電されたときに、永久磁石と内ヨークとの間に生じている磁界の作用でコイルが内ヨークに沿って移動するようになっている。
【０００３】
このようなリニアアクチュエータでは、磁界の作用により生じたコイルの推力を外部に出力するため並びにコイルの移動を円滑に行わせるために、ガイドに沿って移動可能なホルダによってボビン又はコイルを保持し、このホルダに外部機器を結合させるようにする必要がある。
【０００４】
その１つの方法は、特許文献１に記載されているように、外ヨーク上にボビンの移動方向に沿ってガイドレールを設け、上下方向に対向して配置された２つの外ヨークの間の両側開口部において、固定側ガイド（ガイドレール）によって案内される可動側ガイド（可動台）とセンタヨークに沿って移動するボビンとを連結部材によって接続し、連結部材を介してボビンを固定側ガイドに案内支持させ、可動側ガイドに外部機器を結合することである。
【０００５】
また、他の方法は、リニアアクチュエータの小型化を図るために、特許文献２に記載されているように、コイルを巻き回したボビンをリニア軸受として内ヨークに摺動可能に係合させ、内ヨークをガイドとして内ヨークに沿ってボビンを摺動させると共に、ホルダ（アーム）の一端をボビンに取り付け、ホルダの他端に設けられた当接部を内ヨークと平行に設けられたガイドレールに線接触させて、コイル、ボビン及びホルダからなる走行子の移動を安定化させ、ホルダに外部機器を結合することである。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６２−１６３５５０号公報（特許請求の範囲、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−５５９２５号公報（第３〜４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のリニアアクチュエータでは、一方の外ヨーク上に取り付けられた可動側ガイドの両側部からハウジング内へ対向する２つの外ヨークの両側部の隙間を通って延びる２つの結合部材によってコイル及びボビンが両側から支持されており、結合部材は外ヨーク等からなるハウジングの周囲を迂回してハウジング内部のボビン及びコイルまで延びている。このため、結合部材が長くならざるを得ず、しかも結合部材の数が多くなり、可動台、結合部材、ボビン及びコイルからなる可動部の重量が大きくなって、リニアアクチュエータ出力の低下を招く問題を生じていた。このことは、大きな出力を確保できない小型リニアアクチュエータにおいて特に問題となる。
【０００８】
また、特許文献２に記載のリニアアクチュエータでは、外部機器を接続するためのホルダがボビン片側からガイドレールに向かって延び且つ端部においてガイドレールに接触しており、ホルダの数も１つのみで足りるので、特許文献１に記載のものと比較して可動部を軽量化させることが可能であるが、リニア軸受として機能するボビンは、磁石と内ヨークとの間に配置されるので、内ヨークとの磁力吸着を防止するために非磁性材料から形成する必要がある。さらに、ボビンは内ヨーク上を摺動するので、摩擦による摩耗に耐えるために耐摩耗性の材料を使用することを要するが、安価な非磁性材料は耐摩耗性に乏しく、耐摩耗性の高いセラミックなどの非磁性材料は高価であるという問題がある。また、ボビンが内ヨーク上を摺動するため、摩擦抵抗によりアクチュエータとしての出力を低下させる問題も生じる。加えて、ボビンは、ボビンと内ヨークとの摺動性を高めるために両者の間に一定の間隙を形成せざるを得ないが、この間隙はピッチングやヨーイングの発生につながり、リニアアクチュエータの位置決め精度に悪影響を及ぼし得る。
【０００９】
よって、本発明の目的は、従来技術に存する問題を解消して、ボイスコイルモータを用いたリニアアクチュエータにおいて、製造コストの上昇及び耐久性の低下を伴うことなく、可動部の軽量化により出力を向上させると共に、高精度の位置決めを可能とさせることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、互いに対向する２つのサイドヨークと該２つのサイドヨークの間を接続する外ヨークとを備えたハウジングと、前記外ヨークの内側表面上に配設された磁石と、前記２つのサイドヨークによって両端部を支持され且つ前記ハウジングの内部に前記磁石と離間して配置された内ヨークと、該内ヨーク周りに挿入されたコイルとを備えたリニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングに前記内ヨークの軸線方向に沿って延びる開口部が形成されており、該開口部の外側にガイドを配設すると共に該ガイド上に該ガイドに沿って移動可能な可動台を取り付け、前記可動台から前記開口部を通って前記ハウジング内に延びるアームの先端に前記コイル又は前記コイルのボビンを結合して、前記コイル又は前記ボビンの内周がその全周に亘り前記内ヨークから離間するように前記コイル又は前記ボビンを前記可動台によって片持ち支持し、前記内ヨークに沿った前記コイルの移動により前記可動台を移動させるようにしたリニアアクチュエータを提供する。
【００１１】
本発明のリニアアクチュエータでは、コイル又はボビンが可動台によって内ヨークの外周から浮いた状態となるように支持されており、可動台がハウジングの開口部の外側に配設されたガイドに沿って移動しコイル又はボビンを内ヨークの軸線に沿って案内するので、コイルに通電させて内ヨークと磁石との間に生じている磁界がコイルに力を作用させたときに、コイル又はボビンは内ヨークと接触することなくコイル又はボビンの内周全体に亘って内ヨークから離れた状態で内ヨークに沿って移動することができる。これにより、コイル又はボビンの内周面と内ヨークの外周面との間の接触、摩擦がなくなりリニアアクチュエータの出力が増加する。
【００１２】
また、コイル又はボビンは、ガイドによって案内される可動台によって支持されているので、ヨーイングやピッチングなどを起こすことがなく、高精度の直線性を維持することができ、位置決め精度の向上にも効果を奏する。
【００１３】
さらに、コイル又はボビンはアームを介して可動台によって片持ち支持されているので、両持ち支持されている場合と比較してアームの数は半分でよく、また、ハウジングの開口部の外側にガイドが設けられているので、アームの長さを短くし得る。これにより、可動部（すなわち、ボビン、コイル、アーム及び可動台からなる部分）の小型軽量化が可能となり、リニアアクチュエータの出力を増加させることができる。これは、出力が小さくなりがちな小型リニアアクチュエータの出力を増加させる際に特に有効となる。
【００１４】
加えて、ボビンを摺動部材として利用する従来技術では、摺動部材が内ヨークと磁石との間に配置されているので、磁石又は内ヨークに引き付けられることがないようにボビンを非磁性材料から作製する必要があるが、本発明のリニアアクチュエータでは、摺動部であるガイド及び可動台がハウジングの外側に配置され、コイル及び磁石から離れているので、ガイド及び可動台は磁力の影響を受けにくく、通常の材料から製造されたガイド及び可動台を使用することが可能である。したがって、ガイド及び可動台の耐久性を高く維持しながら製造費用を安価にすることができる。
【００１５】
上記リニアアクチュエータにおいては、前記コイル又は前記ボビン若しくは前記可動台の位置を検出し、フィードバック制御を行うことによって、前記可動台の位置決めを行うことが可能である。
【００１６】
これにより、上記リニアアクチュエータを位置決め装置として使用することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のリニアアクチュエータの実施形態について説明する。
【００１８】
図１は外ヨーク及びそれに取り付けられた磁石を除去して内部を示している本発明のリニアアクチュエータの切欠平面図、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図、図３は図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【００１９】
本発明のリニアアクチュエータ１０は、駆動部をなすボイスコイルモータ１２と、ボイスコイルモータ１２によって駆動される出力部をなす可動台１４とを備える。
【００２０】
ボイスコイルモータ１２のハウジング１６は、互いに対向する２つの外ヨーク１８と、互いに対向し且つ２つの外ヨーク１８の両端部を互いに接続する２つのサイドヨーク２０とを備えている。また、２つのサイドヨーク２０の間には、軸方向に一定の断面形状を有した板状の内ヨーク２２が延びており、内ヨーク２２の各端部は、サイドヨーク２０に支持されている。
【００２１】
サイドヨーク２０の内側表面には凸部が形成されており、この凸部上に磁石２４が内ヨーク２２と平行に離間した状態で載置され、磁石２４の外側表面（外ヨーク１８側の表面）がサイドヨーク２０の端面と面一となるようになっている。
そして、サイドヨーク２０に外ヨーク１８を取り付けたときに、磁石２４は、その端部をサイドヨーク２０の凸部と外ヨーク１８の内側表面との間に挟持され、磁石２４の外側表面と外ヨーク１８の内側表面とが密着した状態になる。
【００２２】
なお、これら外ヨーク１８、サイドヨーク２０及び内ヨーク２２は、磁石２４から発せられる磁束が通りやすいように、強磁性材料、特に好ましくは純鉄などの軟磁性体から形成されており、磁気回路を構成するようになっている。また、磁石２４としては、永久磁石や電磁石などを使用することが可能である。
【００２３】
内ヨーク２２周りには、ボビン２６が挿入されており、このボビン２６の周囲に巻線を巻き付けることによってコイル２８が形成されている。こうして形成されたコイル２８は、内ヨーク２２と磁石２４との間の空間内に配置され、通電されたときに、内ヨーク２２と磁石２４との間に形成された磁界による力の作用を受けて、内ヨーク２２に沿って移動できるようになっている。なお、ボビン２６は、内ヨーク２２と磁石２４との間の空間内に配置されるので、磁界により帯磁して内ヨーク２２又は磁石２４に引き付けられる恐れがあるので、非磁性材料から形成されていることが好ましい。また、ボビン２６の両端部には、巻線が巻回されていない非巻線領域が設けられており、後述するようにボビン２６と可動台１４とを連結するために使用される。
【００２４】
このようにして構成されたボイスコイルモータ１２のハウジング１６の側面には、コイル２８の推力を外部に出力できるようにするために、内ヨーク２２の軸線方向に沿って延びる開口部３０が形成されている。図示されている実施形態では、この開口部３０が対向する２つの外ヨーク１８の間隙によって形成されている。
【００２５】
この開口部３０の外側には、ボイスコイルモータ１２と隣接して、内ヨーク２２と平行に延びるガイド３２が設けられており、このガイド３２上には、可動台１４が取り付けられ、可動台１４がガイド３２に沿って移動できるようになっている。
【００２６】
さらに、可動台１４にはアーム３４が設けられており、このアーム３４が可動台１４からボイスコイルモータ１２のハウジング１６の開口部３０を通ってハウジング１６の内部に延びている。アーム３４の先端はコイル２８のボビン２６に結合されており、ボビン２６の内周がその全周に亘り内ヨーク２２から離間するようにボビン２６が可動台１４によって片持ち支持されている。詳細には、アームは、ボビン２６の軸線方向にボビン２６とほぼ等しい長さを有しており、その長手方向（すなわち、ボビン２６の軸線方向と等しい方向）両端部にコの字形状把持部を有しており、このコの字形状把持部によって、コイル２８のボビン２６の両端部に位置する非巻線領域２６ａを把持している。なお、アーム３４は、その一部が内ヨーク２２と磁石２４との間に形成された空間内に位置しており、帯磁して可動台１４に磁気的影響を与える可能性があるので、ボビン２６と同様に非磁性材料から形成されていることが好ましい。
【００２７】
巻線が巻かれた領域にアーム３４を取り付けると、把持部でコイル２８の外周を覆うように把持しなくてはならないので、コイル２８の外周と磁石２４との間に、アーム３４を結合させるための付加的スペースが必要になり、内ヨーク２２と磁石２４との距離が離れ、ボイスコイルモータ１２の出力低下の原因となる。
一方、図示されている実施形態のようにアーム３４が非巻線領域に結合されていれば、ボビン２６とアーム３４との結合部がコイル２８の外周面から磁石２４側に突出しないようにすることができ、内ヨーク２２と磁石２４との間の空間を狭く維持できるので、ボイスコイルモータ１２の出力低下を回避させ得る。
【００２８】
本発明のリニアアクチュエータ１０では、上述のように、ボビン２６の内周がその全周に亘り内ヨーク２２から離間するように、ボビン２６が可動台１４によって片持ち支持されている。このような構成により、コイル２８が磁界による力の作用を受けて移動するときに、コイル２８は、可動台１４及びアーム３４を介して、内ヨーク２２と平行に延びるガイド３２によって案内され、ボビン２６は内ヨーク２２から離れて浮いた状態を維持したまま内ヨーク２２に沿って移動する。したがって、内ヨーク２２とボビン２６との摩擦によるボイスコイルモータ１２の出力低下は発生しなくなる。
【００２９】
また、可動台１４はハウジング１６の開口部に隣接して設けられたガイド３２上を移動するので、ボビン２６と可動台１４とを結合するアーム３４の長さは極めて短くなり、しかもボビン２６を片持ち支持しているのでアーム３４はボビン２６の片側のみに設けられ、可動台１４、アーム３４、ボビン２６及びコイル２８からなる可動部においてアーム３４が占める重量の割合は従来のリニアアクチュエータに比較して非常に小さくなる。これにより、可動部の軽量化及びリニアアクチュエータ１０の出力増加を可能とさせる。
【００３０】
さらに、ガイド３２は、ハウジング１６の外部に設けられており、磁石２４の影響を受けにくいことから、ガイド３２及び可動台１４を非磁性材料から形成せず通常の安価な材料から形成しても、帯磁による摺動性の低下は発生しにくくなり、安価にリニアアクチュエータ１０を製造することが可能となる。
【００３１】
加えて、本発明のリニアアクチュエータ１０は、センサ等（図示せず）を用いてボビン２６又は可動台１４の位置を検出し、検出した位置に基づいて制御装置３６によりフィードバック制御を行えば、可動台１４を位置決めすることができる。すなわち、リニアアクチュエータ１０を位置決め装置として使用することも可能である。
【００３２】
このように位置決め装置として使用する場合にも、ボビン２６が可動台１４によって支持されており、従来のリニアアクチュエータのようにボビン２６又はコイル２８の移動時にヨーイングやピッチングを起こすことがないので、位置決め精度を向上させる効果を奏する。
【００３３】
以上、図示される実施形態に基づいて本発明のリニアアクチュエータ１０について説明したが、本発明は図示されている実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、板状の内ヨーク２２を使用しているが、円柱状の内ヨークを使用することも可能である。この場合、ハウジング１６も円筒状にすることが好ましい。また、図示されている実施形態では、１つのアーム３４の長手方向両端部にそれぞれ把持部を有したアーム３４によって可動台１４とボビン２６とを連結させているが、ボビン２６の軸線方向両端部からそれぞれ可動体１４へ延びる２つのアームによって可動台１４とボビン２６とを連結してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のリニアアクチュエータによれば、内ヨークと平行に延びるハウジング開口部に沿ってガイドを設け、このガイドに沿って移動可能な可動台を取り付け、ボビンの内周がその全周に亘り内ヨークから離間するように、可動台によってボビンが片持ち支持されている構成により、ボビンと内ヨークとの摩擦をなくし且つアームを軽量化させてリニアアクチュエータの出力の向上をさせると共に、ボビンの移動の際にヨーイングやピッチングが発生しないようにして位置決め性を向上させている。また、ハウジングの外部にガイドを設けたことにより、ガイド及び可動台が磁力の影響を受けにくくして、製造コストの上昇及び耐久性の低下を回避させている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニアアクチュエータの平面図であり、リニアアクチュエータに使用されるボイスコイルモータの内部を示すために、外ヨーク及びそれに取り付けられた磁石が除去された状態で示されている。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【符号の説明】
１０…リニアアクチュエータ
１２…ボイスコイルモータ
１４…可動台
１６…ハウジング
１８…外ヨーク
２０…サイドヨーク
２２…内ヨーク
２４…磁石
２６…ボビン
２８…コイル
３０…開口部
３２…ガイド
３４…アーム
３８…制御装置

Claims

互いに対向する２つのサイドヨークと該２つのサイドヨークの間を接続する外ヨークとを備えたハウジングと、前記外ヨークの内側表面上に配設された磁石と、前記２つのサイドヨークによって両端部を支持され且つ前記ハウジングの内部に前記磁石と離間して配置された内ヨークと、該内ヨーク周りに挿入されたコイルとを備えたリニアアクチュエータにおいて、
前記内ヨークの軸線方向に沿って延びる開口部が前記ハウジングに形成されており、該開口部の外側にガイドを配設すると共に該ガイド上に該ガイドに沿って移動可能な可動台を取り付け、前記可動台から前記開口部を通って前記ハウジング内に延びるアームの先端に前記コイル又は前記コイルのボビンを結合して、前記コイル又は前記ボビンの内周がその全周に亘り前記内ヨークから離間するように前記コイル又は前記ボビンを前記可動台によって片持ち支持し、前記内ヨークに沿った前記コイルの移動により前記可動台を移動させるようにしたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記コイル又は前記ボビン若しくは前記可動台の位置を検出し、フィードバック制御を行うことによって、前記可動台の位置決めを行うようにした、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。