JP3680182B2 - 可動コイル型リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、可動コイルへの通電により可動コイルを直線移動させることが可能な可動コイル型リニアアクチュエータに係り、とくに磁気ヘッド等の被駆動体の位置制御等に使用可能な可動コイル型リニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、実開平３−４０８７６号のソレノイド装置が知られている。このソレノイド装置は、図８に示すように、断面コ字状の円筒形状の磁性体よりなる外部ヨーク１内に、同極対向された２個の永久磁石２，４を内部ヨーク３を挟んで固定配置し、さらにサブヨーク５及びこれと一体の軸８を前記永久磁石４上に固着し、前記外部ヨーク１と内部ヨーク３との隙間に筒状非磁性体の移動部材７を配置しかつ前記軸８にて移動自在にガイドされるようにし、移動部材７の挿入先端にコイル９を固定したものである。
【０００３】
この場合、コイル９に通電することで、前記軸８をガイド軸としてコイル９と一体の移動部材７が直線的に移動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如き従来装置は、永久磁石及び内部ヨークの他に、動作出力を取り出すための移動部材を移動自在にガイドする軸にある程度の長さが必要となり、アクチュエータの全長を短く設計することができない。また、アクチュエータの端部にて出力をジョイントするために、アクチュエータを含むユニットとしても全長を短く設計することができない。さらに、永久磁石及び内部ヨークの他に移動部材をガイドする軸が必要不可欠であるため、部品点数も多くなる嫌いがある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑み、構造を簡略化し、部品点数の低減、小型化、並びに原価低減を図った可動コイル型リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施例において明らかにする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の可動コイル型リニアアクチュエータは、同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線ガイド体と、
該直線ガイド体の外周面に対し直接摺動するボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体と、
該可動コイル体の外側を囲む軟磁性体の外部ヨークと、
前記直線ガイド体の両端面にそれぞれ固着されかつ前記外部ヨークの両端に固着された軟磁性体のサイドヨークと、を備え、
前記外部ヨークは前記直線ガイドの周囲を前記可動コイル体の移動空間を隔てて筒状に囲みかつ前記可動コイル体の外周側に延在する出力取出し部材の通過する部分に切り割りが設けられており、
前記可動コイル体が前記直線ガイド体の外周面を直接摺動することで直線移動するように案内されることを特徴としている。
【０００８】
また、前記直線ガイド体は、前記永久磁石及び前記軟磁性体の外周面を非磁性材で覆ったものであってもよい。
【０００９】
さらに、前記直線ガイド体が同極対向された２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有し、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部が除去又は面積が減じられている構成、あるいは、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部のみが筒状に囲んでいる構成としてもよい。
【００１１】
また、前記可動コイル体は速度検出用コイルをさらに備えるものであってもよい。
【００１２】
【作用】
本発明の可動コイル型リニアアクチュエータにおいては、同極対向された少なくとも２個の永久磁石及びそれらの間の軟磁性体で、可動コイル体が摺動する直線ガイド体を構成でき、可動コイル体を直線移動自在に案内するガイド軸等を別に設ける必要がなく、構造を簡略化して部品点数の削減を図ることができる。また、前記永久磁石及び軟磁性体の他にガイド軸を設けることが不要であるため、全長を短縮して小型に構成でき、ひいては可動コイル型リニアアクチュエータを用いるユニットの長さを短縮して小型化を図ることもできる。
【００１３】
また、前記直線ガイド体が、前記永久磁石及び前記軟磁性体の外周部を非磁性材で覆ったものである場合、非磁性材を適切に選択することで、非磁性材外周面を直接摺動する可動コイル体を円滑に移動させることができる。例えば、非磁性材として摩擦の少ない材質を選ぶことで可動コイル体の移動時の摩擦抵抗の低減を図ることができ、また耐摩耗性の材質を選ぶことで長寿命化を図ることができる。さらに、前記非磁性材を薄肉パイプとすることで、永久磁石及び軟磁性体を同軸上に組み立てることが容易となる。
【００１４】
さらに、前記直線ガイド体が同極対向された２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有し、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部が除去又は面積が減じられている構成、あるいは、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部のみが筒状に囲んでいる構成とした場合、可動コイル体の直線移動方向に垂直な磁界成分を均一化し、推力のフラット性を向上させることができる。すなわち、可動コイル体のストロークの広い範囲にわたり推力を実質的に一定にでき、位置制御の精度の向上及び信頼性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、前記可動コイル体の外周側に出力取出し部材を設ける構成とした場合、前記出力取出し部材は前記直線ガイド体の軸方向の延長線上に突出することがないため、全長を短く、小型化できる。
【００１６】
また、前記可動コイル体が速度検出用コイルを有する場合、該速度検出用コイルの誘起電圧を利用して当該可動コイル体の移動速度や移動周期を検出できる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの実施例を図面に従って説明する。
【００１８】
図１及び図２は本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの第１実施例を示す。これらの図において、可動コイル型リニアアクチュエータは、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２で構成された直線ガイド体１０と、該直線ガイド体１０に対し直接摺動するボビン２１に駆動コイル２２を巻装してなる可動コイル体２０と、該可動コイル体２０の移動空間を残して前記直線ガイド体１０の外側を囲む外部ヨーク３０と、外部ヨーク３０の両端に固着されかつ永久磁石１１Ａ，１１Ｂの外側端面に当接、固着されたサイドヨーク３１とを備えている。
【００１９】
前記永久磁石１１Ａ，１１Ｂは、例えば、小型で強力な磁力を発生可能な希土類永久磁石であり、鉄等の軟磁性体１２を挟んで同極対向配置となっており、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２共に同一外径の円柱乃至円板形状である。従って、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２の外周面は同一で段差の無いように揃っており、円柱形状の直線ガイド体１０を構成している。この場合、直線ガイド体１０の軸方向（可動コイル体２０が直線移動する長手方向）と永久磁石１１Ａ，１１Ｂの磁化方向とが一致している。なお、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２相互の固着一体化は、接着剤等で行うことができる。
【００２０】
前記円柱形状の直線ガイド体１０の外周面上を摺動自在な可動コイル体２０が有するボビン２１は、例えば、耐摩耗性に優れた絶縁樹脂製であり、直線ガイド体１０の外周面を環状に囲みかつ両端に鍔２１ａを持つ断面がコ字状である。そして、ボビン２１の内周部（内周面）が直線ガイド体１０の外周面をガイドとして直接摺動可能に配置されている。この結果、可動コイル体２０は前記直線ガイド体１０により直線移動するように案内されることになる。なお、前記駆動コイル２２は前記直線ガイド体１０を周回する向きでボビン２１に巻かれている。また、可動コイル体２０の外周近傍、例えばボビン２１の両方の鍔２１ａの外側に、可動コイル体２０の動きを外部に出力するための出力取出し部材２３が取り付けられている（固着乃至連結されている）。この出力取出し部材２３は可動コイル２０の外周側、すなわち側方に延在しており、これを介し可動コイル体２０は磁気ヘッド等の被駆動系に連結される。
【００２１】
前記外部ヨーク３０は鉄板等の軟磁性体で円筒状に形成したもので、直線ガイド体１０の周囲を可動コイル体２０の移動空間を隔てて囲むものであり、外部ヨーク３０の両端には同材質の円板状のサイドヨーク３１が固着、一体化されている。サイドヨーク３１の内面中央には永久磁石１１Ａ，１１Ｂの同極対向している磁極の反対側磁極が当接し、接着剤等で固着されている。なお、被駆動系に連結された出力取出し部材２３が通過する部分、すなわち可動コイル体２０の可動範囲における出力取出し部材２３の移動部分には切り割り３２が形成されている。なお、外部ヨーク３０及びサイドヨーク３１は磁気回路のパーミアンス向上（磁気抵抗の低減）と、磁気漏洩を防止するために設けられている。
【００２２】
以上の第１実施例の構成によって、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂが同極（Ｎ極）対向で軟磁性体１２を挟んで配置されていることにより、軟磁性体１２の外周面と外部ヨーク３０の内周面との間の円筒状空間（可動コイル体２０の移動空間）に半径方向の磁束が発生し、すなわち、直線ガイド体１０の軸方向（可動コイル体２０の移動方向）に垂直な磁界成分が生じる。従って、駆動コイル２２に電流を流すことにより、フレミングの左手の法則に基づく推力を可動コイル体２０に発生することができ、該可動コイル体２０を直線ガイド体１０に沿って直線移動させることができ、出力取出し部材２３を介し被駆動系を直線駆動可能である。
【００２３】
図３は第１実施例の場合における可動コイル体２０の軟磁性体１２中間位置Ｐからの変位量Ｘ（mm）と推力（gf）との関係を曲線（イ）で示す。この曲線（イ）では変位量Ｘ＝０で推力は２４．２０、変位量Ｘ＝±４で推力は２２．２０であって推力は変位量Ｘ＝０に対し８．３％低下しているが、変位量Ｘ＝±３以内の範囲（駆動コイル２２が永久磁石１１Ａ，１１Ｂにかからない範囲）では実質的に平坦な推力特性となっている。
【００２４】
この第１実施例によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２５】
(1) 同極対向された２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に軟磁性体１２を設けた構造を有する直線ガイド体１０が可動コイル体２０を直線移動可能に案内するガイド軸として機能し、その直線ガイド体１０の外周面上に対し可動コイル体２０のボビン２１を直接軸方向に摺動させることにより、ガイド軸や軸受部材を別途設ける必要がなく、全長の短縮、小型化を図ることができ、部品点数も少なくなり、構造の簡略化、原価低減を図ることができる。
【００２６】
(2) 可動コイル体２０の外周近傍に、磁気ヘッド等の被駆動系に連結される出力取出し部材２３を設けており、可動コイル体２０の可動範囲における出力取出し部材２３の移動範囲について外部ヨーク３０に切り割り３２を設けて出力取出し部材２３が外部ヨーク３０の側方に（外周側に）突出した状態で移動可能とすることで、可動コイル型リニアアクチュエータを含むユニットの全長を短くすることが可能である。
【００２７】
(3) 切り割り３２の部分を除き、直線ガイド体１０の周囲は外部ヨーク３０及びサイドヨーク３１で閉塞されており、漏洩磁束は少ない。
【００２８】
図４は本発明の第２実施例を示す。この場合、直線ガイド体４０は、同極対向された２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に軟磁性体１２を設け、それらの外周面に非磁性材としての非磁性円筒パイプ１３を被せ、それらを相互に固着一体化したものである。非磁性円筒パイプ１３は段差の無い一様な外径であり、可動コイル体２０のボビン２１がその非磁性円筒パイプ１３の外周面を軸方向に直接摺動するようにしている。非磁性円筒パイプ１３としてはステンレス、真鍮、摩擦係数の小さな樹脂等の薄肉パイプが使用でき、とくに耐摩耗性に優れるステンレスが効果的である。
【００２９】
また、円筒状軟磁性体である外部ヨーク５０は、推力のフラット性向上のために中央部を除く部分に配置されている。これは、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２の外周側に発生する磁界の垂直成分（直線ガイド体４０の軸方向に垂直な成分）が比較的小さい端部領域に磁束を集中させて、直線ガイド体４０の両端寄り部分での磁界の垂直成分の低下を補償するためである。これにより、直線ガイド体４０の全長のうちの大部分の領域で前記磁界の垂直成分が実質的に一様となり、推力のフラット性を一層向上させることができる。
【００３０】
なお、その他の構成は前述の第１実施例と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付した。
【００３１】
図３の曲線（ロ）は図４の第２実施例の場合における可動コイル体２０の軟磁性体１２中間位置Ｐからの変位量Ｘ（mm）と推力（gf）との関係を示す。この曲線（ロ）では変位量Ｘ＝０で推力は２３．６４、変位量Ｘ＝±４で推力は２２．６４であって推力は変位量Ｘ＝０に対し４．２％低下しているが、これは第１実施例の８．３％低下よりも低下量が少なく推力のフラット性が第２実施例の外部ヨーク５０の配置で改善されていることが判る。
【００３２】
この第２実施例によれば、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２の外周面を非磁性円筒パイプ１３で覆った直線ガイド体４０を用いているため、可動コイル体２０のボビン２１の摺動性を良好とし、また組立が容易となり、可動コイル体２０の円滑な直線移動動作を実現している。また、直線ガイド体４０の中央部に対応する部分には外部ヨーク５０が存在せず、外部ヨーク５０が直線ガイド体４０の両端寄り位置に設けられているため、通常直線ガイド体４０の軸方向に垂直な磁界成分が低下しがちな領域に磁束を集中でき、広範囲にわたり前記軸方向に垂直な磁界成分が一様なものとなり推力のフラット性をいっそう良好にすることが可能である。なお、その他の作用効果は前述した第１実施例と同様である。
【００３３】
さらに、図４の第２実施例では、直線ガイド体４０の中央部に対応する部分には外部ヨーク５０が存在しないとしたが、図１の第１実施例の全長にわたる外部ヨークの中央部に部分的に抜き穴をあけて、直線ガイド体４０の中央部に対応（対面）するヨーク部分の面積を減じるようにしても差し支えない。
【００３４】
図５は本発明の第３実施例を示す。この場合、直線ガイド体６０は、同極対向された２個の円柱状の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に長い寸法の円柱状の軟磁性体６２を設け、それらの外周面に非磁性材としての非磁性円筒パイプ６３を被せ、それらを相互に固着一体化したものである。非磁性円筒パイプ６３は段差の無い一様な外径であり、可動コイル体２０のボビン２１がその非磁性円筒パイプ６３の外周面を軸方向に直接摺動するようにしている。非磁性円筒パイプ６３の材質は、前述の第２実施例の場合の非磁性円筒パイプ１３と同様である。
【００３５】
また、円筒状軟磁性体の外部ヨーク７０は、推力のフラット性向上のために直線ガイド体６０の中央部に対応する部分のみを円環状に囲むように配置されている。これは、軟磁性体６２が長いため、磁界の垂直成分（直線ガイド体６０の軸方向に垂直な成分）が軟磁性体６２の中間部で低下するので、そこに磁束を集中させて、直線ガイド体６０の中央部での磁界の垂直成分の低下を補償するためである。これにより、長い寸法を持つ軟磁性体６２を用いた直線ガイド体６０であっても、その全長のうちの大部分の領域で前記磁界の垂直成分が実質的に一様となり、可動コイル体２０のストロークを大きくするとともに、推力のフラット性を良好に維持することができる。但し、外部ヨーク７０は両側のサイドヨーク３１に連結するために細幅の延長部分７０ａを有している。出力取出し部材２３を通過させるための切り割り７２は例えば延長部分７０ａに沿って形成すればよい。
【００３６】
なお、その他の構成は前述の第１実施例と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付した。
【００３７】
この第３実施例によれば、直線ガイド体６０の全長を長くして可動コイル体２０のストロークを増大させることができ、しかも推力のフラット性を良好に維持することができる。また、前述した図４の第２実施例と同様に、非磁性円筒パイプ６３で覆った直線ガイド体６０を用いているため、可動コイル体２０のボビン２１の摺動性を良好とし、可動コイル体２０の円滑な直線移動動作を実現可能である。
【００３８】
図６は本発明の第４実施例を示す。この場合、２個の同極対向の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２で構成された直線ガイド体１０の外周面を直接摺動して直線移動する可動コイル体９０は、直線ガイド体１０に対し直接摺動するボビン９１に、駆動コイル９２及び速度検出用コイル９３をそれぞれ巻装したものである。すなわち、可動コイル体９０が有するボビン９１は、例えば、耐摩耗性に優れた絶縁樹脂製であり、直線ガイド体１０の外周面を環状に囲みかつ両端に鍔９１ａを持つ断面がコ字状である。そして、ボビン９１の内周部が直線ガイド体１０の外周面をガイドとして直接摺動可能に配置されている。前記駆動コイル９２はボビン９１の下層に巻かれ、その上に速度検出用コイル９３が巻かれている。なお、外部ヨーク及びサイドヨークの図示は省略したが、第１乃至第３実施例で用いた外部ヨーク及びサイドヨークの構造を利用可能である。
【００３９】
この第４実施例によれば、可動コイル体９０が駆動コイル９２及び速度検出用コイル９３を有する２層コイル構造となっており、可動コイル体９０が直線ガイド体１０上を移動することで速度検出用コイル９３に誘起電圧が発生し、可動コイル体９０の移動速度や移動周期を検出することができる。
【００４０】
図７は本発明の第５実施例を示す。この場合、直線ガイド体１００は、同極対向（Ｎ極同士の対向）の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に軟磁性体１２Ａを配置し、同極対向（Ｓ極同士の対向）の永久磁石１１Ｂ，１１Ｃ間に軟磁性体１２Ｂを配置して外径が一様な直線棒状に構成したものである。また、直線ガイド体１００の外周面を直接摺動して直線移動する可動コイル体１１０は、直線ガイド体１００に対し直接摺動する２連ボビン１１１に、駆動コイル１１２Ａ，１１２Ｂをそれぞれ巻装したものである。すなわち、可動コイル体１１０が有する２連ボビン１１１は、例えば、耐摩耗性に優れた絶縁樹脂製であり、直線ガイド体１００の外周面を環状に囲みかつ両端及び中間に鍔１１１ａを持つ断面がＥ字状である。そして、２連ボビン１１１の内周部が直線ガイド体１００の外周面をガイドとして直接摺動可能に配置されている。なお、外部ヨーク３０及びサイドヨーク３１は第１実施例で用いた外部ヨーク及びサイドヨークの構造を利用可能である。
【００４１】
この第５実施例によれば、駆動コイル１１２Ａ，１１２Ｂに相互に逆向きの電流を通電することで、各コイルの推力が加算されるようにすることができ、推力の増大を図ることができる。その他の作用効果は、前述の第１実施例等と同様である。
【００４２】
なお、第５実施例の外部ヨーク３０、サイドヨーク３１の代わりに第２乃至第３実施例で用いた外部ヨーク及びサイドヨークの構造を採用してもよい。
【００４３】
なお、図４の第２実施例に示したように、同極対向された永久磁石間に軟磁性体を設け、それらの外周面に非磁性材としての非磁性円筒パイプを被せ、それらを相互に固着一体化して直線ガイド体とする構成は、第１、第４、第５実施例の直線ガイド体に適用することもできる。また、非磁性円筒パイプを被せる代わりに、前記永久磁石及び軟磁性体の外周面を非磁性材（例えば、摩擦係数が少なく、耐摩耗性に優れた樹脂等）でコーティングする構造としてもよい。
【００４４】
前述の各実施例では、永久磁石及びその間に挟持された軟磁性体が円板乃至円柱状で、直線ガイド体全体も円柱状である場合を例示したが、永久磁石及びその間に挟持された軟磁性体が角板乃至角柱状で、直線ガイド体全体が角柱状であってもよい。
【００４５】
以上本発明の実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可動コイル型リニアアクチュエータによれば、同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線ガイド体と、該直線ガイド体の外周面に対し直接摺動するボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体とを備えているので、前記可動コイル体は前記直線ガイド体の外周面を直接摺動することで直線移動するように案内されることになる。従って、別途可動コイル体をガイドするガイド軸や軸受部品は不要であり、部品点数を削減して、構造の簡略化、小型化を図ることができ、原価低減にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの第１実施例を示す正断面図である。
【図２】同側断面図である。
【図３】可動コイル体の変位量と推力との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施例を示す正断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す正断面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す正断面図である。
【図７】本発明の第５実施例を示す正断面図である。
【図８】従来例の正断面図である。
【符号の説明】
１０，４０，６０，１００ 直線ガイド体
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 永久磁石
１２，１２Ａ，１２Ｂ，６２ 軟磁性体
１３，６３ 非磁性円筒パイプ
２０，９０，１１０ 可動コイル体
２１，９１，１１１ ボビン
２２，９２，１１２Ａ，１１２Ｂ 駆動コイル
２３ 出力取出し部材
３０，５０，７０ 外部ヨーク
３１ サイドヨーク
３２，７２ 切り割り
９３ 速度検出用コイル
【産業上の利用分野】
本発明は、可動コイルへの通電により可動コイルを直線移動させることが可能な可動コイル型リニアアクチュエータに係り、とくに磁気ヘッド等の被駆動体の位置制御等に使用可能な可動コイル型リニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、実開平３−４０８７６号のソレノイド装置が知られている。このソレノイド装置は、図８に示すように、断面コ字状の円筒形状の磁性体よりなる外部ヨーク１内に、同極対向された２個の永久磁石２，４を内部ヨーク３を挟んで固定配置し、さらにサブヨーク５及びこれと一体の軸８を前記永久磁石４上に固着し、前記外部ヨーク１と内部ヨーク３との隙間に筒状非磁性体の移動部材７を配置しかつ前記軸８にて移動自在にガイドされるようにし、移動部材７の挿入先端にコイル９を固定したものである。
【０００３】
この場合、コイル９に通電することで、前記軸８をガイド軸としてコイル９と一体の移動部材７が直線的に移動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如き従来装置は、永久磁石及び内部ヨークの他に、動作出力を取り出すための移動部材を移動自在にガイドする軸にある程度の長さが必要となり、アクチュエータの全長を短く設計することができない。また、アクチュエータの端部にて出力をジョイントするために、アクチュエータを含むユニットとしても全長を短く設計することができない。さらに、永久磁石及び内部ヨークの他に移動部材をガイドする軸が必要不可欠であるため、部品点数も多くなる嫌いがある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑み、構造を簡略化し、部品点数の低減、小型化、並びに原価低減を図った可動コイル型リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施例において明らかにする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の可動コイル型リニアアクチュエータは、同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線ガイド体と、
該直線ガイド体の外周面に対し直接摺動するボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体と、
該可動コイル体の外側を囲む軟磁性体の外部ヨークと、
前記直線ガイド体の両端面にそれぞれ固着されかつ前記外部ヨークの両端に固着された軟磁性体のサイドヨークと、を備え、
前記外部ヨークは前記直線ガイドの周囲を前記可動コイル体の移動空間を隔てて筒状に囲みかつ前記可動コイル体の外周側に延在する出力取出し部材の通過する部分に切り割りが設けられており、
前記可動コイル体が前記直線ガイド体の外周面を直接摺動することで直線移動するように案内されることを特徴としている。
【０００８】
また、前記直線ガイド体は、前記永久磁石及び前記軟磁性体の外周面を非磁性材で覆ったものであってもよい。
【０００９】
さらに、前記直線ガイド体が同極対向された２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有し、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部が除去又は面積が減じられている構成、あるいは、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部のみが筒状に囲んでいる構成としてもよい。
【００１１】
また、前記可動コイル体は速度検出用コイルをさらに備えるものであってもよい。
【００１２】
【作用】
本発明の可動コイル型リニアアクチュエータにおいては、同極対向された少なくとも２個の永久磁石及びそれらの間の軟磁性体で、可動コイル体が摺動する直線ガイド体を構成でき、可動コイル体を直線移動自在に案内するガイド軸等を別に設ける必要がなく、構造を簡略化して部品点数の削減を図ることができる。また、前記永久磁石及び軟磁性体の他にガイド軸を設けることが不要であるため、全長を短縮して小型に構成でき、ひいては可動コイル型リニアアクチュエータを用いるユニットの長さを短縮して小型化を図ることもできる。
【００１３】
また、前記直線ガイド体が、前記永久磁石及び前記軟磁性体の外周部を非磁性材で覆ったものである場合、非磁性材を適切に選択することで、非磁性材外周面を直接摺動する可動コイル体を円滑に移動させることができる。例えば、非磁性材として摩擦の少ない材質を選ぶことで可動コイル体の移動時の摩擦抵抗の低減を図ることができ、また耐摩耗性の材質を選ぶことで長寿命化を図ることができる。さらに、前記非磁性材を薄肉パイプとすることで、永久磁石及び軟磁性体を同軸上に組み立てることが容易となる。
【００１４】
さらに、前記直線ガイド体が同極対向された２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有し、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部が除去又は面積が減じられている構成、あるいは、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部のみが筒状に囲んでいる構成とした場合、可動コイル体の直線移動方向に垂直な磁界成分を均一化し、推力のフラット性を向上させることができる。すなわち、可動コイル体のストロークの広い範囲にわたり推力を実質的に一定にでき、位置制御の精度の向上及び信頼性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、前記可動コイル体の外周側に出力取出し部材を設ける構成とした場合、前記出力取出し部材は前記直線ガイド体の軸方向の延長線上に突出することがないため、全長を短く、小型化できる。
【００１６】
また、前記可動コイル体が速度検出用コイルを有する場合、該速度検出用コイルの誘起電圧を利用して当該可動コイル体の移動速度や移動周期を検出できる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの実施例を図面に従って説明する。
【００１８】
図１及び図２は本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの第１実施例を示す。これらの図において、可動コイル型リニアアクチュエータは、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２で構成された直線ガイド体１０と、該直線ガイド体１０に対し直接摺動するボビン２１に駆動コイル２２を巻装してなる可動コイル体２０と、該可動コイル体２０の移動空間を残して前記直線ガイド体１０の外側を囲む外部ヨーク３０と、外部ヨーク３０の両端に固着されかつ永久磁石１１Ａ，１１Ｂの外側端面に当接、固着されたサイドヨーク３１とを備えている。
【００１９】
前記永久磁石１１Ａ，１１Ｂは、例えば、小型で強力な磁力を発生可能な希土類永久磁石であり、鉄等の軟磁性体１２を挟んで同極対向配置となっており、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２共に同一外径の円柱乃至円板形状である。従って、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２の外周面は同一で段差の無いように揃っており、円柱形状の直線ガイド体１０を構成している。この場合、直線ガイド体１０の軸方向（可動コイル体２０が直線移動する長手方向）と永久磁石１１Ａ，１１Ｂの磁化方向とが一致している。なお、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２相互の固着一体化は、接着剤等で行うことができる。
【００２０】
前記円柱形状の直線ガイド体１０の外周面上を摺動自在な可動コイル体２０が有するボビン２１は、例えば、耐摩耗性に優れた絶縁樹脂製であり、直線ガイド体１０の外周面を環状に囲みかつ両端に鍔２１ａを持つ断面がコ字状である。そして、ボビン２１の内周部（内周面）が直線ガイド体１０の外周面をガイドとして直接摺動可能に配置されている。この結果、可動コイル体２０は前記直線ガイド体１０により直線移動するように案内されることになる。なお、前記駆動コイル２２は前記直線ガイド体１０を周回する向きでボビン２１に巻かれている。また、可動コイル体２０の外周近傍、例えばボビン２１の両方の鍔２１ａの外側に、可動コイル体２０の動きを外部に出力するための出力取出し部材２３が取り付けられている（固着乃至連結されている）。この出力取出し部材２３は可動コイル２０の外周側、すなわち側方に延在しており、これを介し可動コイル体２０は磁気ヘッド等の被駆動系に連結される。
【００２１】
前記外部ヨーク３０は鉄板等の軟磁性体で円筒状に形成したもので、直線ガイド体１０の周囲を可動コイル体２０の移動空間を隔てて囲むものであり、外部ヨーク３０の両端には同材質の円板状のサイドヨーク３１が固着、一体化されている。サイドヨーク３１の内面中央には永久磁石１１Ａ，１１Ｂの同極対向している磁極の反対側磁極が当接し、接着剤等で固着されている。なお、被駆動系に連結された出力取出し部材２３が通過する部分、すなわち可動コイル体２０の可動範囲における出力取出し部材２３の移動部分には切り割り３２が形成されている。なお、外部ヨーク３０及びサイドヨーク３１は磁気回路のパーミアンス向上（磁気抵抗の低減）と、磁気漏洩を防止するために設けられている。
【００２２】
以上の第１実施例の構成によって、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂが同極（Ｎ極）対向で軟磁性体１２を挟んで配置されていることにより、軟磁性体１２の外周面と外部ヨーク３０の内周面との間の円筒状空間（可動コイル体２０の移動空間）に半径方向の磁束が発生し、すなわち、直線ガイド体１０の軸方向（可動コイル体２０の移動方向）に垂直な磁界成分が生じる。従って、駆動コイル２２に電流を流すことにより、フレミングの左手の法則に基づく推力を可動コイル体２０に発生することができ、該可動コイル体２０を直線ガイド体１０に沿って直線移動させることができ、出力取出し部材２３を介し被駆動系を直線駆動可能である。
【００２３】
図３は第１実施例の場合における可動コイル体２０の軟磁性体１２中間位置Ｐからの変位量Ｘ（mm）と推力（gf）との関係を曲線（イ）で示す。この曲線（イ）では変位量Ｘ＝０で推力は２４．２０、変位量Ｘ＝±４で推力は２２．２０であって推力は変位量Ｘ＝０に対し８．３％低下しているが、変位量Ｘ＝±３以内の範囲（駆動コイル２２が永久磁石１１Ａ，１１Ｂにかからない範囲）では実質的に平坦な推力特性となっている。
【００２４】
この第１実施例によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２５】
(1) 同極対向された２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に軟磁性体１２を設けた構造を有する直線ガイド体１０が可動コイル体２０を直線移動可能に案内するガイド軸として機能し、その直線ガイド体１０の外周面上に対し可動コイル体２０のボビン２１を直接軸方向に摺動させることにより、ガイド軸や軸受部材を別途設ける必要がなく、全長の短縮、小型化を図ることができ、部品点数も少なくなり、構造の簡略化、原価低減を図ることができる。
【００２６】
(2) 可動コイル体２０の外周近傍に、磁気ヘッド等の被駆動系に連結される出力取出し部材２３を設けており、可動コイル体２０の可動範囲における出力取出し部材２３の移動範囲について外部ヨーク３０に切り割り３２を設けて出力取出し部材２３が外部ヨーク３０の側方に（外周側に）突出した状態で移動可能とすることで、可動コイル型リニアアクチュエータを含むユニットの全長を短くすることが可能である。
【００２７】
(3) 切り割り３２の部分を除き、直線ガイド体１０の周囲は外部ヨーク３０及びサイドヨーク３１で閉塞されており、漏洩磁束は少ない。
【００２８】
図４は本発明の第２実施例を示す。この場合、直線ガイド体４０は、同極対向された２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に軟磁性体１２を設け、それらの外周面に非磁性材としての非磁性円筒パイプ１３を被せ、それらを相互に固着一体化したものである。非磁性円筒パイプ１３は段差の無い一様な外径であり、可動コイル体２０のボビン２１がその非磁性円筒パイプ１３の外周面を軸方向に直接摺動するようにしている。非磁性円筒パイプ１３としてはステンレス、真鍮、摩擦係数の小さな樹脂等の薄肉パイプが使用でき、とくに耐摩耗性に優れるステンレスが効果的である。
【００２９】
また、円筒状軟磁性体である外部ヨーク５０は、推力のフラット性向上のために中央部を除く部分に配置されている。これは、２個の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２の外周側に発生する磁界の垂直成分（直線ガイド体４０の軸方向に垂直な成分）が比較的小さい端部領域に磁束を集中させて、直線ガイド体４０の両端寄り部分での磁界の垂直成分の低下を補償するためである。これにより、直線ガイド体４０の全長のうちの大部分の領域で前記磁界の垂直成分が実質的に一様となり、推力のフラット性を一層向上させることができる。
【００３０】
なお、その他の構成は前述の第１実施例と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付した。
【００３１】
図３の曲線（ロ）は図４の第２実施例の場合における可動コイル体２０の軟磁性体１２中間位置Ｐからの変位量Ｘ（mm）と推力（gf）との関係を示す。この曲線（ロ）では変位量Ｘ＝０で推力は２３．６４、変位量Ｘ＝±４で推力は２２．６４であって推力は変位量Ｘ＝０に対し４．２％低下しているが、これは第１実施例の８．３％低下よりも低下量が少なく推力のフラット性が第２実施例の外部ヨーク５０の配置で改善されていることが判る。
【００３２】
この第２実施例によれば、永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及び軟磁性体１２の外周面を非磁性円筒パイプ１３で覆った直線ガイド体４０を用いているため、可動コイル体２０のボビン２１の摺動性を良好とし、また組立が容易となり、可動コイル体２０の円滑な直線移動動作を実現している。また、直線ガイド体４０の中央部に対応する部分には外部ヨーク５０が存在せず、外部ヨーク５０が直線ガイド体４０の両端寄り位置に設けられているため、通常直線ガイド体４０の軸方向に垂直な磁界成分が低下しがちな領域に磁束を集中でき、広範囲にわたり前記軸方向に垂直な磁界成分が一様なものとなり推力のフラット性をいっそう良好にすることが可能である。なお、その他の作用効果は前述した第１実施例と同様である。
【００３３】
さらに、図４の第２実施例では、直線ガイド体４０の中央部に対応する部分には外部ヨーク５０が存在しないとしたが、図１の第１実施例の全長にわたる外部ヨークの中央部に部分的に抜き穴をあけて、直線ガイド体４０の中央部に対応（対面）するヨーク部分の面積を減じるようにしても差し支えない。
【００３４】
図５は本発明の第３実施例を示す。この場合、直線ガイド体６０は、同極対向された２個の円柱状の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に長い寸法の円柱状の軟磁性体６２を設け、それらの外周面に非磁性材としての非磁性円筒パイプ６３を被せ、それらを相互に固着一体化したものである。非磁性円筒パイプ６３は段差の無い一様な外径であり、可動コイル体２０のボビン２１がその非磁性円筒パイプ６３の外周面を軸方向に直接摺動するようにしている。非磁性円筒パイプ６３の材質は、前述の第２実施例の場合の非磁性円筒パイプ１３と同様である。
【００３５】
また、円筒状軟磁性体の外部ヨーク７０は、推力のフラット性向上のために直線ガイド体６０の中央部に対応する部分のみを円環状に囲むように配置されている。これは、軟磁性体６２が長いため、磁界の垂直成分（直線ガイド体６０の軸方向に垂直な成分）が軟磁性体６２の中間部で低下するので、そこに磁束を集中させて、直線ガイド体６０の中央部での磁界の垂直成分の低下を補償するためである。これにより、長い寸法を持つ軟磁性体６２を用いた直線ガイド体６０であっても、その全長のうちの大部分の領域で前記磁界の垂直成分が実質的に一様となり、可動コイル体２０のストロークを大きくするとともに、推力のフラット性を良好に維持することができる。但し、外部ヨーク７０は両側のサイドヨーク３１に連結するために細幅の延長部分７０ａを有している。出力取出し部材２３を通過させるための切り割り７２は例えば延長部分７０ａに沿って形成すればよい。
【００３６】
なお、その他の構成は前述の第１実施例と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付した。
【００３７】
この第３実施例によれば、直線ガイド体６０の全長を長くして可動コイル体２０のストロークを増大させることができ、しかも推力のフラット性を良好に維持することができる。また、前述した図４の第２実施例と同様に、非磁性円筒パイプ６３で覆った直線ガイド体６０を用いているため、可動コイル体２０のボビン２１の摺動性を良好とし、可動コイル体２０の円滑な直線移動動作を実現可能である。
【００３８】
図６は本発明の第４実施例を示す。この場合、２個の同極対向の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ及びそれらに挟まれた軟磁性体１２で構成された直線ガイド体１０の外周面を直接摺動して直線移動する可動コイル体９０は、直線ガイド体１０に対し直接摺動するボビン９１に、駆動コイル９２及び速度検出用コイル９３をそれぞれ巻装したものである。すなわち、可動コイル体９０が有するボビン９１は、例えば、耐摩耗性に優れた絶縁樹脂製であり、直線ガイド体１０の外周面を環状に囲みかつ両端に鍔９１ａを持つ断面がコ字状である。そして、ボビン９１の内周部が直線ガイド体１０の外周面をガイドとして直接摺動可能に配置されている。前記駆動コイル９２はボビン９１の下層に巻かれ、その上に速度検出用コイル９３が巻かれている。なお、外部ヨーク及びサイドヨークの図示は省略したが、第１乃至第３実施例で用いた外部ヨーク及びサイドヨークの構造を利用可能である。
【００３９】
この第４実施例によれば、可動コイル体９０が駆動コイル９２及び速度検出用コイル９３を有する２層コイル構造となっており、可動コイル体９０が直線ガイド体１０上を移動することで速度検出用コイル９３に誘起電圧が発生し、可動コイル体９０の移動速度や移動周期を検出することができる。
【００４０】
図７は本発明の第５実施例を示す。この場合、直線ガイド体１００は、同極対向（Ｎ極同士の対向）の永久磁石１１Ａ，１１Ｂ間に軟磁性体１２Ａを配置し、同極対向（Ｓ極同士の対向）の永久磁石１１Ｂ，１１Ｃ間に軟磁性体１２Ｂを配置して外径が一様な直線棒状に構成したものである。また、直線ガイド体１００の外周面を直接摺動して直線移動する可動コイル体１１０は、直線ガイド体１００に対し直接摺動する２連ボビン１１１に、駆動コイル１１２Ａ，１１２Ｂをそれぞれ巻装したものである。すなわち、可動コイル体１１０が有する２連ボビン１１１は、例えば、耐摩耗性に優れた絶縁樹脂製であり、直線ガイド体１００の外周面を環状に囲みかつ両端及び中間に鍔１１１ａを持つ断面がＥ字状である。そして、２連ボビン１１１の内周部が直線ガイド体１００の外周面をガイドとして直接摺動可能に配置されている。なお、外部ヨーク３０及びサイドヨーク３１は第１実施例で用いた外部ヨーク及びサイドヨークの構造を利用可能である。
【００４１】
この第５実施例によれば、駆動コイル１１２Ａ，１１２Ｂに相互に逆向きの電流を通電することで、各コイルの推力が加算されるようにすることができ、推力の増大を図ることができる。その他の作用効果は、前述の第１実施例等と同様である。
【００４２】
なお、第５実施例の外部ヨーク３０、サイドヨーク３１の代わりに第２乃至第３実施例で用いた外部ヨーク及びサイドヨークの構造を採用してもよい。
【００４３】
なお、図４の第２実施例に示したように、同極対向された永久磁石間に軟磁性体を設け、それらの外周面に非磁性材としての非磁性円筒パイプを被せ、それらを相互に固着一体化して直線ガイド体とする構成は、第１、第４、第５実施例の直線ガイド体に適用することもできる。また、非磁性円筒パイプを被せる代わりに、前記永久磁石及び軟磁性体の外周面を非磁性材（例えば、摩擦係数が少なく、耐摩耗性に優れた樹脂等）でコーティングする構造としてもよい。
【００４４】
前述の各実施例では、永久磁石及びその間に挟持された軟磁性体が円板乃至円柱状で、直線ガイド体全体も円柱状である場合を例示したが、永久磁石及びその間に挟持された軟磁性体が角板乃至角柱状で、直線ガイド体全体が角柱状であってもよい。
【００４５】
以上本発明の実施例について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可動コイル型リニアアクチュエータによれば、同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線ガイド体と、該直線ガイド体の外周面に対し直接摺動するボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体とを備えているので、前記可動コイル体は前記直線ガイド体の外周面を直接摺動することで直線移動するように案内されることになる。従って、別途可動コイル体をガイドするガイド軸や軸受部品は不要であり、部品点数を削減して、構造の簡略化、小型化を図ることができ、原価低減にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可動コイル型リニアアクチュエータの第１実施例を示す正断面図である。
【図２】同側断面図である。
【図３】可動コイル体の変位量と推力との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施例を示す正断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す正断面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す正断面図である。
【図７】本発明の第５実施例を示す正断面図である。
【図８】従来例の正断面図である。
【符号の説明】
１０，４０，６０，１００ 直線ガイド体
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 永久磁石
１２，１２Ａ，１２Ｂ，６２ 軟磁性体
１３，６３ 非磁性円筒パイプ
２０，９０，１１０ 可動コイル体
２１，９１，１１１ ボビン
２２，９２，１１２Ａ，１１２Ｂ 駆動コイル
２３ 出力取出し部材
３０，５０，７０ 外部ヨーク
３１ サイドヨーク
３２，７２ 切り割り
９３ 速度検出用コイル
Claims (5)
- 同極対向された少なくとも２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有する直線ガイド体と、
該直線ガイド体の外周面に対し直接摺動するボビンに駆動コイルを巻装してなる可動コイル体と、
該可動コイル体の外側を囲む軟磁性体の外部ヨークと、
前記直線ガイド体の両端面にそれぞれ固着されかつ前記外部ヨークの両端に固着された軟磁性体のサイドヨークと、を備え、
前記外部ヨークは前記直線ガイドの周囲を前記可動コイル体の移動空間を隔てて筒状に囲みかつ前記可動コイル体の外周側に延在する出力取出し部材の通過する部分に切り割りが設けられており、
前記可動コイル体が前記直線ガイド体の外周面を直接摺動することで直線移動するように案内されることを特徴とする可動コイル型リニアアクチュエータ。 - 前記直線ガイド体が同極対向された２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有し、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部が除去又は面積が減じられている請求項１記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
- 前記直線ガイド体が同極対向された２個の永久磁石間に軟磁性体を設けた構造を有し、前記直線ガイド体の中央部に対応する前記外部ヨークの中央部のみが筒状に囲んでいる請求項１記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
- 前記直線ガイド体は、前記永久磁石及び前記軟磁性体の外周面を非磁性材で覆ったものである請求項１，２又は３記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
- 前記可動コイル体は速度検出用コイルをさらに備えている請求項１，２，３又は４記載の可動コイル型リニアアクチュエータ。
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