JP2675983B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は有極構造で揺動式の電
磁アクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有極構造で揺動式の従来の電磁アクチュ
エータとして例えば、特公平５−８６０４４号公報に提
案されているようなものが知られている。図７はその提
案の概要を示す断面図である。同図において、１１は断
面がＵ字状のヨークで左右のヨーク脚部１２の先端部に
は夫々所定極性に配置された永久磁石１３とこれら永久
磁石１３を介してＬ字状に折曲げられた接極片１４を有
する極片１５が設けられ、左右の接極片１４は対向して
揺動間隙を形成し、そして、左右のヨーク脚部１２は下
側のヨーク床部１６を介して一体的な磁路を形成してい
る。Ｕ字状のヨーク１１の内部にはヨーク床部１６の中
央から垂直方向に磁界が発生する中空状のコイル体１７
が設けられ、さらにコイル体１７の中空部を垂直方向に
貫通し、ヨーク床部１６の近くの支点１８を軸として二
つの接極片１４の間の揺動間隙を左右に揺動自在な磁性
材料からなる可動子１９が設けられて電磁アクチュエー
タを構成している。このように構成したコイル体１７に
所定極性の電流を流すことによりコイル体１７の磁力と
永久磁石１３の磁力とが可動子１９に相乗または相殺し
て作用し可動子１９を所定方向に動作させて永久磁石１
３により保持するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近、上記したような
電磁アクチュエータは形状が小形でかつ動作は高速であ
ることが強く要求されるようになってきた。しかしなが
ら、図７に示した構造の電磁アクチュエータは次の点で
高速化を阻む問題があった。つまり、第１の問題点は可
動子１９の支点１８がヨーク床部１６の近くの位置にあ
り、動作ストロークが必要な揺動部分がヨーク脚部１２
の最先端部分にあるため揺動動作の実効回転半径Ｒが大
きくなり、 Ｉ＝Σｍi ｒi ² Σは各質点ｍのｉ＝１からｎまで
の和 で表せる慣性モーメントＩが大きくなり可動子１９の動
作スピードを上げることが困難であった。また、第２の
問題として、可動子１９を揺動または保持させる磁力が
作用するのは可動子１９の先端に近い部分の接極片１４
に接する一箇所であるので吸引力および保持力を増大さ
せることが困難で、この点でも動作スピードや安定性を
上げることを困難にしている。

【０００４】また、磁力による吸引力および保持力を増
大させるためにはヨーク脚部１２、極片１５および接極
片１４を含んだ磁路の断面積をできるだけ大きくする必
要があるが、図７に示した従来の電磁アクチュエータは
ヨーク脚部１２の先端部とコイル体１７または可動子１
９との限られた空間に永久磁石１３と極片１５が集中し
て設けられており、しかも、永久磁石１３は厚み方向に
着磁されているので磁石としての保磁力を確保するため
には所要の厚みが必要であり、そのため、永久磁石１３
の厚みを除く残された空間に許されるヨーク脚部１２と
極片１５の板厚は制限されて十分な磁路断面を確保する
ことができない。また、極片１５は均一板厚の材料を折
曲げて接極片１４を形成することが製造上で望ましい
が、このため、接極片１４の磁路断面が極片１５の板厚
に規定されて広くとれず、可動子１８に磁力を直接作用
させる接極片１４の吸引力および保持力を大きくできな
い第３の問題もあった。さらに、永久磁石１３は十分な
厚みを確保できないためと、ヨーク脚部１２の端部分に
配置されているので漏洩する無効磁束が多くなり、その
ため可動子１９に作用する有効磁束が減少して永久磁石
１３の磁束を十分に利用できない問題もあった。また、
従来の構造は動作時において可動子１９は接極片１４に
よりに図示上方向の一方に引っ張られる力も働くので支
点１８に負荷がかかり支点１８の部分の磨耗により耐久
性を悪くする問題もあった。この発明はこれらの問題を
解決して、小形化を損なうことなく高速動作が得られる
揺動式の電磁アクチュエータの提供をその目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の電磁アクチュ
エータは、磁性材からなるヨークの夫々は独立した対称
形のコの字形をなし各ヨークは導磁路を形成しており平
行した両端部は接極片を形成するとともに両ヨークの一
方端部の互いの接極片と他方端部の互いの接極片が所定
の間隔で対向して二つの揺動間隙を形成するように配置
される二つのヨークと、各ヨークの導磁路のほぼ中央位
置に永久磁石の磁極面が接して設けられるとともに他方
の磁極面が他方のヨークに設けられる永久磁石の一方の
磁極面に所定の間隔で対向し夫々の極性方向が所定の同
じ方向に配置される二つの永久磁石と、対向する二つの
ヨークの内側の対向した永久磁石と二つの揺動間隙との
間の二空間に設けられ中央部が中空状をなし発生する磁
界方向が両ヨークの導磁路に平行するように巻回された
二つのコイルと、二つコイルの中央部内および対向した
永久磁石の空間を貫通して設けられ少なくとも二つの揺
動空間の間を結ぶ長さを有し対向した永久磁石の間に設
けられた支点を軸にして接極片間の揺動間隙を揺動自在
な磁性材からなる可動子とで構成している。

【０００６】また、前記二つのコイルは一体化されたボ
ビンに巻回され、そのボビンには前記二つのヨークの平
行した両端部の各接極片部分および各永久磁石を装着し
て各ヨークを着脱可能に位置決め保持するためのポケッ
ト部が設けられている構成もとれる。

【０００７】また、出力ヘッドは可動子の両側端部の二
箇所に設けられてそれぞれの一方かまたは双方の出力ヘ
ッドから機械的出力を取り出す構成もとれる。また、ボ
ビンと二つのヨークの固定手段として熱収縮性のチュー
ブまたは外形に対応した型枠またはボビンたはヨークの
いずれかに設けた爪および対応する爪止めにより固定さ
れる構成もとれる。

【０００８】さらに、支点はボビンの所定位置に凸状の
支軸または凹状の軸嵌合部として設けられるとともに可
動子の揺動中心位置にボビンの凸状の支軸を嵌合する凹
状の軸嵌合部またはボビンの凹状の軸嵌合部に嵌合する
凸状の支軸が設けられた柔軟性がありかつ弾力性を有す
る滑り座を備えた構成もとれる。

【０００９】

【作用】このように構成することで可動子の揺動半径は
二つの揺動空間の間の距離の約１／２となり従来の可動
子の揺動半径に比べて半分程度に短くでき、このため揺
動半径の二乗に比例する慣性モーメントを著しく小さく
できる。また、可動子に対して二箇所で吸引力と保持力
を作用させることができる。このことは同時に、可動子
の両端部に対してほぼ同じ吸引力が反対方向に作用する
ので両吸引力がキヤンセルされて支点にかかる負荷を著
しく軽減できる。

【００１０】また、永久磁石を各ヨークの導磁路の中央
位置に設けることで従来の電磁アクチュエータの接極片
を含むヨークと永久磁石の厚みを厚くすることができ
る。また、二つ出力ヘッドを設けることがでるので出力
取り出しの自由度を高することができる。

【００１１】また、ボビンと二つのヨークを熱収縮性の
チューブまたは外形に対応した型枠、またはボビンかヨ
ークのいずれかに設けた爪および対応する爪止めにより
固定することで固定作業が簡単になる。

【００１２】さらに、ボビンに凸状の支軸または凹状の
軸嵌合部を形成し可動子にボビンの支軸を嵌合する凹状
の軸嵌合部またはボビンの軸嵌合部に嵌合する凸状の支
軸を設けることで組み立てを簡易化できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。図１は第１の実施例の電磁アクチュエータ
の構成を示す断面図であり、図２はその組立て方法を説
明する斜視図である。これらの図において、１，２は板
状の磁性材料を折り曲げて対称形のコの字形をなし、そ
れぞれが独立したヨークである。ヨーク１，２は導磁路
１ａ，２ａを形成し、コの字形に平行に折り曲げた両端
部は接極片１ｂ，１ｃ，２ｂ，２ｃを形成している。こ
れらヨーク１，２は合成樹脂等で成型されたボビン３の
図示上下の左右に設けられたポケット部３ａに両端部の
接極片１ｂ，１ｃ，２ｂ，２ｃが図２のＡ矢印の方向に
挿入され、ヨーク１の接極片１ｂとヨーク２の接極片２
ｂおよびヨーク１の接極片１ｃとヨーク２の接極片２ｃ
が夫々対向して所定寸法の揺動間隙４ａ，４ｂを形成す
るようこのボビン３により位置決め保持される。また、
ポケット部３ａに接極片１ｂ，１ｃ，２ｂ，２ｃが挿入
される際、予めボビン３のほぼ中央位置の左右に設けら
れたポケット部３ｂには永久磁石５ａ，５ｂが挿入され
ていてヨーク１とヨーク２がボビン３に装着されたと
き、ヨーク１，２の導磁路１ａ，２ａの側面のそれぞれ
に永久磁石５ａ，５ｂが磁気力で吸着される。そして、
二つの永久磁石５ａと５ｂは所定の間隔で対向するよう
に配置される。このとき、永久磁石５ａ，５ｂは磁界方
向が同じ方向になるように配置される。この実施例では
ヨーク１の導磁路１ａには永久磁石５ａのＮ極が、ヨー
ク２の導磁路２ａには永久磁石５ｂのＳ極が接するよう
に設けられている。

【００１４】ボビン３の接極片１ｂ，２ｂ，１ｃ，２ｃ
が挿入されるポケット部３ａと永久磁石５ａ，５ｂが挿
入されるポケット部３ｂの間の図示上下の二つの空間に
は二つのコイル６ａ，６ｂが巻回がされている。これら
コイル６ａ，６ｂの巻回方向は発生する磁界が同図上で
上下方向、つまりヨーク１，２の導磁路１ａ，２ａに平
行するよう巻回されている。

【００１５】ボビン３の中央部３ｃは中空状をなし、こ
の中央部３ｃ内には二つの永久磁石５ａと５ｂの間に設
けられた支点７を軸として図示左右方向に揺動自在な磁
性材料からなる可動子８が設けられている。支点７は可
動子８に対してもほぼ中央に位置して設けられており、
このことにより、可動子８の揺動半径を短くして半径の
二乗に比例する慣性モーメントの減少を図っている。ま
た、この可動子８は支点７の付近、つまり永久磁石５
ａ，５ｂに近接する部分は永久磁石５ａ，５ｂの磁界を
効率よくこの可動子８に作用させるため永久磁石５ａ，
５ｂとの間が狭くなるように幅広に形成し、一方、両端
部８ａ，８ｂはこの可動子８の慣性モーメントを小さく
するため細く形成している。そして、この両端部８ａ，
８ｂの接極片１ｂ，２ｂ，１ｃ，２ｃに対向する端面は
各接極片に吸引された際に各接極片の端面に平行するよ
う適当な角度が設けられて、保持力が効率良く得られる
ようになっている。さらに、一方の端部８ｂには可動子
８の揺動時における緩衝のためと必要以上の吸着を防い
で動作範囲を広くするぐための樹脂等でなる非磁性材の
キャップ８ｃが被せられ、他方の端部８ａにはキャップ
８ｃの役目を兼ね可動子８の揺動出力を外部に取り出す
ための出力ヘッド８ｄが設けられている。このような構
成のボビン３に二つのヨーク１，２を挿着した後、熱収
縮性チューブ９を図２に示すようにＢ矢印方向から被せ
てその周囲を覆い、熱収縮性チューブ９を加熱してヨー
ク１，２をボビン３に固定して実施例の電磁アクチュエ
ータを完成する。

【００１６】このように構成された電磁アクチュエータ
において、永久磁石５ａ，５ｂの磁束は破線で示す矢印
の方向の磁路を通る。つまり、永久磁石５ａ，５ｂは導
磁路１ａ，２ａのほぼ中央位置に設けられているので、
その磁束は導磁路１ａ，２ａにおいて図示上下方向に分
流し、接極片１ｂ，２ｂ，１ｃ，２ｃから揺動間隙４
ａ，４ｂおよび可動子８の両端部８ａ，８ｂを介して対
向する導磁路を通り、元へ戻る経路で流れる。一方、コ
イル６ａ，６ｂの磁束は二点鎖線で示す経路を通る。つ
まり、可動子８を通った磁束は両端部８ａ，８ｂを経て
揺動間隙４ａ，４ｂのところで左右に分流し、接極片１
ｂ，２ｂ，１ｃ，２ｃから導磁路１ａ，２ａを通って元
の可動子８に戻る。もしも、ある極性のコイル電流によ
る磁束方向が図に示すように下から上に向かう矢印方向
とすれば、揺動間隙４ａにおいて接極片１ｂ方向に向う
磁束は永久磁石５ａ，５ｂの磁束と相殺され、接極片２
ｂ方向に向う磁束は永久磁石５ａ，５ｂの磁束と相乗さ
れる。また、揺動間隙４ｂにおいて接極片２ｃ方向に向
う磁束は永久磁石５ａ，５ｂの磁束と相殺され、接極片
１ｃ方向に向う磁束は永久磁石５ａ，５ｂの磁束と相乗
される。このため、可動子８の端部８ａは接極片２ｂ
に、また端部８ｂは接極片１ｃに吸引される。コイル電
流を切った場合は永久磁石５ａ，５ｂの磁界により端部
８ａと端部８ｂはそれぞれ接極片２ｂと接極片１ｃに保
持される。つまり、可動子８に対して両端部８ａ，８ｂ
の二箇所において同一方向の吸引力と保持力が働いて、
可動子８を高速で動作させ、かつ安定に保持することが
できる。

【００１７】図３は第２の実施例を示す断面図である。
この実施例は第１の実施例で説明した可動子８の端部８
ｂに端部８ａの出力ヘッド８ｄと同様な出力ヘッド８ｅ
を設けて機械的出力を両方の出力ヘッド８ｄ，８ｅから
取り出すことができるようにした実施例である。その他
の部分は第１の実施例と同じであるので説明を省略す
る。

【００１８】図４，図５はそれぞれヨーク１，２をボビ
ン３に固定するための他の手段を示す実施例である。図
４に示すものは第１の実施例と同じくヨーク１，２をボ
ビン３に挿着した後、合成樹脂等で成型された型枠１０
をＢ矢印の方向から被せて固定するものである。図５に
示す方法はボビン３の上下のポケット部の位置にそれぞ
れに固定爪３ｄ，３ｅを設けて、ヨーク１，２をボビン
３に挿着した際、ヨーク１，２の１ｄと１ｅおよび２ｄ
と２ｅ面に固定爪３ｄ，３ｅを係止させてヨーク１，２
を固定するものである。この実施例によれば熱収縮性チ
ューブ９や型枠１０等の固定用部品が不要になって製造
工程が簡単になり、しかも熱収縮性チューブ９や型枠１
０の分だけ外形寸法の小形化が可能になる。また、この
実施例の変形として爪をヨーク１，２側に押出しプレス
等により形成し、爪止めをボビン側に成型で設けること
もできる。

【００１９】図６は可動子８の揺動中心となる支点７の
一構成を示す実施例を示す支点７の部分を重点にした部
分断面図である。同図において、ボビン３の中央部３ｃ
の内壁の支点７となる位置の可動子８を挟む左右には凸
部が設けられて支軸３ｆを形成している。一方、可動子
８の揺動中心となる部分には貫通孔８ｆが設けられ、こ
の貫通孔８ｆの貫通内側および図示左右外縁に沿って柔
軟性と弾力性を有する樹脂等でなる滑り座８ｇが嵌挿さ
れており、滑り座８ｇの貫通する孔が軸嵌合部８ｈを形
成している。そして、二つの凸部で形成される支軸３ｆ
は滑り座８ｇの貫通する孔の軸嵌合部８ｈに嵌合されて
可動子８を揺動可能に支持する構成になっている。組立
てに当たって可動子８をボビン３の中央部３ｃに挿入す
る場合で支軸３ｆが滑り座８ｇの外縁部に当接した際は
滑り座８ｇが柔軟性を有するので支軸３ｆに応じて凹
み、滑り座８ｇの貫通する孔の軸嵌合部８ｈに凸状の支
軸３ｆを係止させることができる。この実施例によれば
支点７用の軸等の部品が不要になり、製造工程が簡単に
なる。また、この実施例の変形として可動子８の滑り座
８ｇに凸状の支軸を設けボビン３側にこの凸部の支軸に
対応する凹状の軸嵌合部を設けて、可動子８の滑り座８
ｇの凸状の支軸をボビン３側の凹状の軸嵌合部に嵌合さ
せることも実施できる。なお、この発明は上記実施例に
限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変形
して実施できる。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、次の効果が期待でき
る。 １．可動子のほぼ中央に揺動支点を設けて実効動作半径
を小さくすることで可動子の慣性モーメントを小さくで
き、可動子を高速で揺動させることができる。 ２．また、可動子の中央位置に揺動支点を設けることで
可動子に吸引力および保持力が二箇所で作用し、そのた
め小形化を損なうことなく機械的出力を強くすることが
でき結果的に可動子を高速で揺動させることができる。
また、保持力が二箇所で作用するので静止時の保持安定
性を増大できる。 ３．また、可動子の中央位置に揺動支点を設けることで
揺動支点にかかる負荷を軽減でき磨耗を防ぎ耐久性を向
上させることができる。 ４．永久磁石をヨークの中央位置に設けたので従来のも
のより永久磁石の分だけ空間的に余裕ができヨークの導
磁路および接極片の板厚を厚くすることが可能になっ
て、可動子に作用させる吸引力および保持力を大きくす
ることができる。 ５．同様に、永久磁石をヨークの中央位置に設けること
で従来のものより接極片の分だけ空間的に余裕ができ永
久磁石の厚みを厚くすることが可能になり、そのため永
久磁石の磁束密度と保磁力を増大させることが可能にな
った。しかも、中央位置に設けることで漏洩磁束を減少
させ可動子に作用する有効磁束を多くすることができる
ようになった。 ６．出力ヘッドを可動子の両側端部に二個設ける場合
は、その利用範囲を広げることができる。 ７．さらに、この発明によれば各構成部品の多くが対称
形状をなしているので部品点数を削減でき、そのため製
造設備の簡素化や組み立て工数を短縮することがきる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の構成を示す断面図。

【図２】第１の実施例の組立て方法を示す斜視図。

【図３】第２の実施例の構成を示す断面図。

【図４】型枠を用いてヨークとボビンを固定する実施例
の斜視図。

【図５】固定爪を用いてヨークとボビンを固定する実施
例の斜視図。

【図６】支点の一構成の実施例を示す部分断面図。

【図７】従来の電磁アクチュエータの構造を示す断面
図。

【符号の説明】

１，２…ヨーク、１ａ，２ａ…導磁路、１ｂ，１ｃ，２
ｂ，２ｃ…接極片、１ｄ，１ｅ，２ｄ，２ｅ…面、３…
ボビン、３ａ，３ｂ…ポケット部、３ｃ…中央部、３
ｄ，３ｅ…固定爪、３ｆ…支軸、４ａ，４ｂ…揺動間
隙、５ａ，５ｂ…永久磁石、６ａ，６ｂ…コイル、７…
支点、８…可動子、８ａ，８ｂ…端部、８ｃ…キャッ
プ、８ｄ，８ｅ…出力ヘッド、８ｆ…貫通孔、８ｇ…滑
り座、８ｈ…軸嵌合部、９…熱収縮性チューブ、１０…
型枠。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 泰史 千葉県浦安市東野２丁目25番７号 ケー ジーエス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−133419（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−173030（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−178247（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−60786（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性材からなり相対向する一対の接極片を
   有するヨークと、ヨークに磁界を与えるコイルおよび永
   久磁石と、磁性材からなりコイルの磁界により駆動され
   て対向する接極片で形成される揺動間隙を揺動できる可
   動子と、この可動子に直結して連動する出力ヘッドとを
   備え、コイルに流す電流極性により可動子を所要の接極
   片方向に動作させて機械的出力を出力ヘッドを介して取
   り出すとともに可動子を永久磁石により保持する電磁ア
   クチュエータにおいて、 ヨークの夫々は独立した対称形のコの字形をなし各ヨー
   クは導磁路を形成しており平行した両端部は接極片を形
   成するとともに両ヨークの一方端部の互いの接極片と他
   方端部の互いの接極片が所定の間隔で対向して二つの揺
   動間隙を形成するように配置される二つのヨークと、 各ヨークの導磁路のほぼ中央位置に永久磁石の磁極面が
   接して設けられるとともに他方の磁極面が他方のヨーク
   に設けられる永久磁石の一方の磁極面に所定の間隔で対
   向し夫々の極性方向が所定の同じ方向に配置される二つ
   の永久磁石と、 対向する二つのヨークの内側の対向した永久磁石と二つ
   の揺動間隙との間の二空間に設けられ中央部が中空状を
   なし発生する磁界方向が両ヨークの導磁路に平行するよ
   うに巻回された二つのコイルと、 二つコイルの中央部内および対向した永久磁石の空間を
   貫通して設けられ少なくとも二つの揺動空間の間を結ぶ
   長さを有し対向した永久磁石の間に設けられた支点を軸
   にして接極片間の揺動間隙を揺動自在な可動子と、 を備えたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 【請求項２】前記二つのコイルは一体化されたボビンに
   巻回され、そのボビンには前記二つのヨークの平行した
   両端部の各接極片部分および前記各永久磁石を装着して
   各ヨークを着脱可能に位置決め保持するためのポケット
   部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電
   磁アクチュエータ。
3. 【請求項３】前記出力ヘッドは前記可動子の両側端部の
   二箇所に設けられていることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 【請求項４】前記ボビンと前記二つのヨークは熱収縮性
   のチューブにより固定されることを特徴とする請求項２
   または３に記載の電磁アクチュエータ。
5. 【請求項５】前記ボビンと前記二つのヨークはボビンと
   これに挿着されたヨークを含む外形に対応した型枠によ
   り固定されることを特徴とする請求項２または３に記載
   の電磁アクチュエータ。
6. 【請求項６】前記ボビンと前記二つのヨークはボビンた
   はヨークのいずれかに設けた爪および対応する爪止めに
   より固定されることを特徴とする請求項２または３に記
   載の電磁アクチュエータ。
7. 【請求項７】前記支点は前記ボビンの所定位置に凸状の
   支軸または凹状の軸嵌合部として設けられるとともに前
   記可動子の揺動中心位置に前記ボビンの凸状の支軸を嵌
   合する凹状の軸嵌合部または前記ボビンの凹状の軸嵌合
   部に嵌合する凸状の支軸が設けられた柔軟性がありかつ
   弾力性を有する滑り座を備えたことを特徴とする請求項
   ２乃至請求項６のいずれかに記載の電磁アクチュエー
   タ。