JP3866209B2 - 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
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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いるため、モータの出力軸とピストンとの間でクランクシャフトで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】
そこで、図５に示すように、インナーヨーク１０３と、このインナーヨーク１０３に対して軸線方向と直交する位置で対向して、インナーヨーク１０３との間に軸線方向で離間する第１の隙間１０９Ａおよび第２の隙間１０９Ｂを構成するアウターヨーク１０４と、アウターヨーク１０４、第１の隙間１０９Ａ、インナーヨーク１０３、第２の隙間１０９Ｂを磁路とする交番磁界を発生させるコイル１０８と、インナーヨーク１０３とアウターヨーク１０４との間において交番磁界に連動して軸線方向に交互に駆動される可動体１０６とを有するリニアアクチュエータが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなリニアアクチュエータとして、本願出願人は、例えば、図６に示す構造を検討している。このアクチュエータにおいて、アウターヨーク４Ｂは、断面Ｕ字形状を備えた上下２つのアウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂから構成されている。アウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂにおいて、その内側で軸線方向に折れ曲がった部分が、インナーヨーク３の外周面との対向部分４１０Ｂ、４２０Ｂとして、軸線方向で離間する第１の隙間６、および第２の隙間７を構成している。また、アウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂは、内側同士が向き合うように軸線方向で重ねられた状態で、コイルボビン８０Ｂに巻回されたコイル８を配置する空間を構成している。ここで、可動体（図示せず）では、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石、あるいは樹脂マグネットからなるマグネット９を第１の隙間６と第２の隙間７に跨るように配置されている。
【０００５】
しかしながら、図６に示すように構成したリニアアクチュエータでは、アウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂの対向部分４１０Ｂ、４２０Ｂが、マグネット９の吸引力で変位しマグネット９と接触するおそれがあるという問題点がある。また、マグネット９が軸線方向に移動するたびに、マグネット９に引き寄せられる部分が対向部分４１０Ｂ、４２０Ｂで入れ替わり、磁気振動が発生するという問題点がある。そこで、アウターヨーク４Ｂに突起４９０Ｂを設ける一方、アウターヨーク４Ｂを保持するホルダ２１Ｂ、２２Ｂに凹部２１０Ｂ、２２０Ｂを形成し、アウターヨーク４Ｂの突起４９０Ｂをホルダ２１Ｂ、２２Ｂの凹部２１０Ｂ、２２０Ｂに嵌め込むことにより、アウターヨーク４Ｂに対するホルダ２１Ｂ、２２Ｂの保持力を高め、それにより磁気振動を防止している。しかしながら、このような対策では磁気振動を確実に防止することができないわりには、構造が複雑で組み立てに手間がかかるという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、アウターヨークのインナーヨークとの対向部分がマグネットの吸引力で変位することを確実に防止することのできる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。
【０００７】
【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、インナーヨークと、該インナーヨークの外周面との間に軸線方向で離間する第１の隙間および第２の隙間を形成するように当該インナーヨークの周りに配置されたアウターヨークと、前記アウターヨーク、前記第１の隙間、前記インナーヨーク、前記第２の隙間、および前記アウターヨークを磁路として前記第１の隙間および前記第２の隙間に交番磁界を発生させるコイルと、前記インナーヨークと前記アウターヨークとの間にマグネットを備え、前記交番磁界に連動して軸線方向に往復駆動される可動体とを有するリニアアクチュエータにおいて、前記アウターヨークは、前記コイルの外周側に位置する部分から当該コイルの両端面を通って先端側が前記第１の隙間を構成する第１の対向部分および前記第２の隙間を構成する第２の対向部分として前記インナーヨークと対向する位置まで延設され、前記コイルは、少なくとも、該コイルと前記アウターヨークの前記第１の対向部分および前記第２の対向部分との絶縁を確保する絶縁性のコイルボビンに巻回され、当該コイルボビンは、前記アウターヨークの前記第１の対向部分および前記第２の対向部分の双方と係合して当該対向部分が前記マグネットに吸引されて変位することを防止する係合部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のリニアアクチュエータにおいて、コイルに交流電流を通電すると、アウターヨーク、第１の隙間、インナーヨーク、第２の隙間を経て再びアウターヨークに至る磁路に交番磁界が発生し、この交番磁界に連動して、可動体は、軸線方向に往復駆動される。従って、可動体から往復直線運動を出力することができる。また、コイルが巻回されたコイルボビンには、アウターヨークの第１の対向部分および第２の対向部分の双方と係合する係合部が形成されているため、第１の対向部分および第２の対向部分は、マグネットの吸引力を受けても変位することがない。また、マグネットに引き寄せられる部分が２つの対向部分で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、前記の係合部以外に、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【０００９】
本発明において、前記係合部は、例えば、前記コイルの側から前記インナーヨークに向かって突出する係合突起によって構成され、前記アウターヨークの前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分はそれぞれ、前記係合突起に対して軸線方向の両側から係合している。
【００１０】
本発明において、前記アウターヨークは、前記コイルの軸線方向の両側から覆う断面Ｕ字形状の第１のアウターヨーク部材と第２のアウターヨーク部材とを備え、前記第１のアウターヨーク部材および前記第２のアウターヨーク部材は、前記コイルの外周側に位置する部分では端部同士が当接している一方、前記コイルの内周側に位置する前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分はそれぞれ、軸線方向に所定のクリアランスをもって前記係合突起に対して軸線方向の両側から係合していることが好ましい。このように構成すると、第１のアウターヨーク部材および第２のアウターヨーク部材は、コイルの外周側に位置する部分で端部同士が確実に当接することになるので、２つの部材でアウターヨークを構成した場合でも、アウターヨークに磁路を確実に確保できる。
【００１１】
本発明において、前記係合突起は、前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分との間のうち、最も前記インナーヨークの側に位置する部分まで入り込んだ小突起を備えていることが好ましい。このように構成すると、外部からの振動で第１の対向部分および第２の対向部分が軸線方向に振動した場合でも、第１の対向部分と第２の対向部分とを常に離間した状態に保持することができる。
【００１２】
このように構成した場合も、前記第１の対向部分の先端部分と前記小突起との間、および前記第２の対向部分の先端部分と前記小突起との間には、軸線方向に所定のクリアランスを備えていることが好ましい。このように構成すると、第１のアウターヨーク部材および第２のアウターヨーク部材は、コイルの外周側に位置する部分で端部同士が確実に当接することになるので、２つの部材でアウターヨークを構成した場合でも、アウターヨークに磁路を確実に確保できる。
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。
【００１３】
【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。
【００１４】
（全体構成）
図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータの要部の横断面図、および半断面図である。
【００１５】
図１（Ａ）、（Ｂ）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、ステータ側を保持するフレーム２と、このフレーム２に対して軸線Ｌに沿って往復移動可能な可動体５とから構成されている。
【００１６】
本形態において、フレーム２上には、インナーヨーク３と、このインナーヨーク３の外側に配置されたアウターヨーク４と、アウターヨーク４の内側に配置されたコイル８とが搭載されている。また、可動体５は、インナーヨーク３とアウターヨーク４との間にマグネット９を備えている。可動体５の底部５１は、丸棒状あるいは円筒状の作動軸（図示せず）の基端側の固定部になっている。
【００１７】
本形態において、インナーヨーク３は、軸線方向からみたときに正八角形の辺に相当する位置に分割、配置され、周方向に等角度間隔に８枚、配置された状態にある。各インナーヨーク３は、磁性板の積層体からなる平板状を有しており、アウターヨーク４との対向面（外面）、およびその裏面（内面）のいずれもが平面になっている。
【００１８】
アウターヨーク４も、軸線方向からみたときに正八角形の辺に相当する位置に分割、配置され、周方向に等角度間隔に８個、配置された状態にある。
【００１９】
アウターヨーク４は、断面Ｕ字形状を備えた第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２から上下に重ねられた構成になっている。本形態では、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２はいずれも、磁性板の積層体から構成されている。
【００２０】
第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２はそれぞれ、コイル８の外周側に位置する部分からコイル８の両端面を通って先端側が第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０としてインナーヨーク３の外周面と対向する位置まで延設され、インナーヨーク３の外周面と第１の対向部分４１０との間、およびインナーヨーク３の外周面と第２の対向部分４２０との間に、軸線方向で離間する第１の隙間６、および第２の隙間７を構成している。また、コイル８の外周側において、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の端部４１９、４２９同士は当接している。
【００２１】
このように構成したアウタヨーク４は、ホルダ２１、２２によって保持、固定されている。
【００２２】
可動体５は、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石、あるいは樹脂マグネットからなるマグネット９がインナーヨーク３とアウターヨーク４との第１の隙間６と、第２の隙間７に跨るように配置され、マグネット９は、表裏がそれぞれ反対の極に着磁されている。
【００２３】
マグネット９としては平板状のものが用いられ、可動体５において、マグネット９は、樹脂製のマグネット保持部５２に形成されている溝５２０に両端を差し込んだ状態で保持されている。マグネット保持部５２は、軸線方向からみたときに略三角形の平面形状をしており、三角形の頂点に相当する部分は、隣接するインナーヨーク３の間に楔状に入り込んでる一方、三角形の底辺に相当する部分は、隣接するアウターヨーク４の間に入り込んでいる。
【００２４】
アウターヨーク４において、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の間に構成される空間内には、樹脂成形品からなるコイルボビン８０が配置され、このコイルボビン８０の胴部８１にはコイル８が巻回されている。コイルボビン８０においてコイル８の巻回部分は、外側が樹脂製のカバー８９で覆われている。
【００２５】
（コイルボビンとアウターヨークとの係合構造）
図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を適用したリニアアクチュエータに用いたコイルボビン、アウターヨーク、およびコイルボビンとアウターヨークとの係合部の説明図である。
【００２６】
本形態のリニアアクチュエータ１において、コイルボビン８０の胴部８１は、コイル８とアウターヨーク４の第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０との絶縁を確保している。
【００２７】
また、図１（Ｂ）および、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、胴部８１の内周面には、第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０の双方と係合して、第１および第２の対向部分４１０、４２０がマグネット９に吸引されて変位することを防止する係合部として、インナーヨーク３に向かって突出する係合突起８２が形成されている。
【００２８】
ここで、係合突起８２では、軸線方向に突き出して胴部８１の外周面との間に、軸線方向に開口する凹部８２１、８２２を形成する突起８２３、８２４が軸線方向に突き出ている。また、係合突起８２では、その先端部分からインナーヨーク３に向けて突き出して、第１の対向部分４１０の先端部分および第２の対向部分４２０の先端部分との間のうち、インナーヨーク３の側に位置する部分まで入り込む小突起８２５を備えている。
【００２９】
これに対して、第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分には、内周側突起４１１、４２１と、外周側突起４１２、４２２とがそれぞれ形成され、これらの突起４１１、４１２の間、および突起４２１、４２２の間には軸線方向に開口する凹部４１３、４２３がそれぞれ形成されている。
【００３０】
従って、コイルボビン８０にコイル８を巻回した後、このコイルボビン８０を上下で跨ぐように、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２を軸線方向の両側からコイルボビン８０に重ねると、係合突起８２の凹部８２１、８２２に対して、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分に形成されている外周側突起４１２、４２２が嵌るとともに、第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分に形成されている凹部４１３、４２３に対して、係合突起８２の突起８２３、８２４が軸線方向から嵌る。また、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分に形成されている内周側突起４１１、４２１の間には、係合突起８２の小突起８２５が入り込む。
【００３１】
ここで、コイルボビン８０は、インナヨーク３を囲むように全周に配置されている。このため、第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０は、マグネット９の吸引力を受けてもコイルボビン８０によって保持されているので、半径方向に変位することがない。また、マグネット９に引き寄せられる部分が２つの対向部分４１０、４２０で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【００３２】
また、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２と係合突起８２との間には、図２（Ｃ）に示すように、軸線方向に所定のクリアランスが確保されている。すなわち、凹部８２１、８２２の底部と外周側突起４１２、４２２の先端部との間、凹部４１３、４２３の底部と突起８２３、８２４の先端部との間、および内周側突起４１１、４２１の先端部と小突起８２５との間には、軸線方向に所定のクリアランスが確保されている。
【００３３】
従って、図２（Ｂ）に示すように、コイルボビン８０を上下で跨ぐように、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２を軸線方向の両側からコイルボビン８０に重ねる際、コイル８の外周側において、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の端部４１９、４２９同士が優先的に当接し、ここでの当接によって、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の位置が決まった状態で、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の先端部分と、係合突起８２とが係合することになる。それ故、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２でアウターヨーク４を構成した場合でも、アウターヨーク４に磁路を確実に確保できる。
【００３４】
また、第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０の先端部分の間に小突起８２５が入り込んだ構造になっているので、外部からの振動で第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０が軸線方向に振動した場合でも、第１の対向部分４１０と第２の対向部分４２０とを常に離間した状態に保持することができる。
【００３５】
（動作）
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。
【００３６】
本形態のリニアアクチュエータ１において、マグネット９の内側の面がＳ極に着磁され、外側の面がＮ極に着磁されている場合には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、点線の矢印Ｂ１、Ｂ２で示す磁界が発生している。この状態でコイル８に交流電流を流したとき、図３（Ａ）に示すように、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Ｂ３に示す磁界が発生し、第１の隙間６の側では、マグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが同一であるに対して、第２の隙間７の側ではマグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが反対である。その結果、マグネット９には、軸線方向における下方（第２の隙間７の方）に向かう力が作用する。
【００３７】
これに対して、図３（Ｂ）に示すように、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Ｂ４に示す磁界が発生し、第１の隙間６の側では、マグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが反対であるに対して、第２の隙間７の側ではマグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが同一である。その結果、マグネット９には、軸線方向における上方（第１の隙間６の方）に向かう力が作用する。
【００３８】
このようにしてマグネット９には、コイル８による交番磁界の向きに対応して、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５が軸線方向に振動し、可動体５に取り付けられたピストンから往復直線運動を出力することができる。また、アウターヨーク４、インナーヨーク３、およびマグネット９は、軸線方向からみたときに円環状となるように形成されているため、周方向全体から可動体５に対する推力を得ることができる。
【００３９】
さらに、このような動作中、マグネット９の移動によって、マグネット９に引き寄せられる部分が第１および第２の対向部分４１０、４２０で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【００４０】
［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４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明するように、ポンプ装置並びにコンプレッサー装置に適用できる。
【００４１】
図４（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、および底面図であり、図４（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。
【００４２】
図４（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５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、作動軸１１０は、インナーヨーク３を保持するフレーム２の穴１６を貫通する状態にある。作動軸１１０の基端側は、フレーム２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、フレーム２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、フレーム２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。
【００４３】
フレーム２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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
【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において、コイルに交流電流を通電すると、アウターヨーク、第１の隙間、インナーヨーク、第２の隙間を経て再びアウターヨークに至る磁路に交番磁界が発生し、この交番磁界に連動して、可動体は、軸線方向に往復駆動される。従って、可動体から往復直線運動を出力することができる。また、コイルが巻回されたコイルボビンには、アウターヨークの第１の対向部分および第２の対向部分の双方と係合する係合部が形成されているため、第１の対向部分および第２の対向部分は、マグネットの吸引力を受けても変位することがない。また、マグネットに引き寄せられる部分が２つの対向部分で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータの要部の横断面図、および半断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータに用いたコイルボビン、アウターヨーク、およびコイルボビンとアウターヨークとの係合部の説明図である。
【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】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータを備え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５】従来のリニアアクチュエータの説明図である。
【図６】参考例に係るリニアアクチュエータの要部の説明図である。
【符号の説明】
１ リニアアクチュエータ
２ フレーム
３ インナーヨーク
４ アウターヨーク
５ 可動体
６ 第１の隙間
７ 第２の隙間
８ コイル
９ マグネット
４１ 第１のアウターヨーク部材
４２ 第２のアウターヨーク部材
８０ コイルボビン
８１ 胴部
８２ 係合突起
８２５ 小突起
４１０ アウターヨークの第１の対向部分
４２０ アウターヨークの第２の対向部分
【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いるため、モータの出力軸とピストンとの間でクランクシャフトで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】
そこで、図５に示すように、インナーヨーク１０３と、このインナーヨーク１０３に対して軸線方向と直交する位置で対向して、インナーヨーク１０３との間に軸線方向で離間する第１の隙間１０９Ａおよび第２の隙間１０９Ｂを構成するアウターヨーク１０４と、アウターヨーク１０４、第１の隙間１０９Ａ、インナーヨーク１０３、第２の隙間１０９Ｂを磁路とする交番磁界を発生させるコイル１０８と、インナーヨーク１０３とアウターヨーク１０４との間において交番磁界に連動して軸線方向に交互に駆動される可動体１０６とを有するリニアアクチュエータが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなリニアアクチュエータとして、本願出願人は、例えば、図６に示す構造を検討している。このアクチュエータにおいて、アウターヨーク４Ｂは、断面Ｕ字形状を備えた上下２つのアウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂから構成されている。アウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂにおいて、その内側で軸線方向に折れ曲がった部分が、インナーヨーク３の外周面との対向部分４１０Ｂ、４２０Ｂとして、軸線方向で離間する第１の隙間６、および第２の隙間７を構成している。また、アウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂは、内側同士が向き合うように軸線方向で重ねられた状態で、コイルボビン８０Ｂに巻回されたコイル８を配置する空間を構成している。ここで、可動体（図示せず）では、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石、あるいは樹脂マグネットからなるマグネット９を第１の隙間６と第２の隙間７に跨るように配置されている。
【０００５】
しかしながら、図６に示すように構成したリニアアクチュエータでは、アウターヨーク部材４１Ｂ、４２Ｂの対向部分４１０Ｂ、４２０Ｂが、マグネット９の吸引力で変位しマグネット９と接触するおそれがあるという問題点がある。また、マグネット９が軸線方向に移動するたびに、マグネット９に引き寄せられる部分が対向部分４１０Ｂ、４２０Ｂで入れ替わり、磁気振動が発生するという問題点がある。そこで、アウターヨーク４Ｂに突起４９０Ｂを設ける一方、アウターヨーク４Ｂを保持するホルダ２１Ｂ、２２Ｂに凹部２１０Ｂ、２２０Ｂを形成し、アウターヨーク４Ｂの突起４９０Ｂをホルダ２１Ｂ、２２Ｂの凹部２１０Ｂ、２２０Ｂに嵌め込むことにより、アウターヨーク４Ｂに対するホルダ２１Ｂ、２２Ｂの保持力を高め、それにより磁気振動を防止している。しかしながら、このような対策では磁気振動を確実に防止することができないわりには、構造が複雑で組み立てに手間がかかるという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、アウターヨークのインナーヨークとの対向部分がマグネットの吸引力で変位することを確実に防止することのできる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。
【０００７】
【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、インナーヨークと、該インナーヨークの外周面との間に軸線方向で離間する第１の隙間および第２の隙間を形成するように当該インナーヨークの周りに配置されたアウターヨークと、前記アウターヨーク、前記第１の隙間、前記インナーヨーク、前記第２の隙間、および前記アウターヨークを磁路として前記第１の隙間および前記第２の隙間に交番磁界を発生させるコイルと、前記インナーヨークと前記アウターヨークとの間にマグネットを備え、前記交番磁界に連動して軸線方向に往復駆動される可動体とを有するリニアアクチュエータにおいて、前記アウターヨークは、前記コイルの外周側に位置する部分から当該コイルの両端面を通って先端側が前記第１の隙間を構成する第１の対向部分および前記第２の隙間を構成する第２の対向部分として前記インナーヨークと対向する位置まで延設され、前記コイルは、少なくとも、該コイルと前記アウターヨークの前記第１の対向部分および前記第２の対向部分との絶縁を確保する絶縁性のコイルボビンに巻回され、当該コイルボビンは、前記アウターヨークの前記第１の対向部分および前記第２の対向部分の双方と係合して当該対向部分が前記マグネットに吸引されて変位することを防止する係合部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のリニアアクチュエータにおいて、コイルに交流電流を通電すると、アウターヨーク、第１の隙間、インナーヨーク、第２の隙間を経て再びアウターヨークに至る磁路に交番磁界が発生し、この交番磁界に連動して、可動体は、軸線方向に往復駆動される。従って、可動体から往復直線運動を出力することができる。また、コイルが巻回されたコイルボビンには、アウターヨークの第１の対向部分および第２の対向部分の双方と係合する係合部が形成されているため、第１の対向部分および第２の対向部分は、マグネットの吸引力を受けても変位することがない。また、マグネットに引き寄せられる部分が２つの対向部分で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、前記の係合部以外に、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【０００９】
本発明において、前記係合部は、例えば、前記コイルの側から前記インナーヨークに向かって突出する係合突起によって構成され、前記アウターヨークの前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分はそれぞれ、前記係合突起に対して軸線方向の両側から係合している。
【００１０】
本発明において、前記アウターヨークは、前記コイルの軸線方向の両側から覆う断面Ｕ字形状の第１のアウターヨーク部材と第２のアウターヨーク部材とを備え、前記第１のアウターヨーク部材および前記第２のアウターヨーク部材は、前記コイルの外周側に位置する部分では端部同士が当接している一方、前記コイルの内周側に位置する前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分はそれぞれ、軸線方向に所定のクリアランスをもって前記係合突起に対して軸線方向の両側から係合していることが好ましい。このように構成すると、第１のアウターヨーク部材および第２のアウターヨーク部材は、コイルの外周側に位置する部分で端部同士が確実に当接することになるので、２つの部材でアウターヨークを構成した場合でも、アウターヨークに磁路を確実に確保できる。
【００１１】
本発明において、前記係合突起は、前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分との間のうち、最も前記インナーヨークの側に位置する部分まで入り込んだ小突起を備えていることが好ましい。このように構成すると、外部からの振動で第１の対向部分および第２の対向部分が軸線方向に振動した場合でも、第１の対向部分と第２の対向部分とを常に離間した状態に保持することができる。
【００１２】
このように構成した場合も、前記第１の対向部分の先端部分と前記小突起との間、および前記第２の対向部分の先端部分と前記小突起との間には、軸線方向に所定のクリアランスを備えていることが好ましい。このように構成すると、第１のアウターヨーク部材および第２のアウターヨーク部材は、コイルの外周側に位置する部分で端部同士が確実に当接することになるので、２つの部材でアウターヨークを構成した場合でも、アウターヨークに磁路を確実に確保できる。
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。
【００１３】
【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。
【００１４】
（全体構成）
図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータの要部の横断面図、および半断面図である。
【００１５】
図１（Ａ）、（Ｂ）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、ステータ側を保持するフレーム２と、このフレーム２に対して軸線Ｌに沿って往復移動可能な可動体５とから構成されている。
【００１６】
本形態において、フレーム２上には、インナーヨーク３と、このインナーヨーク３の外側に配置されたアウターヨーク４と、アウターヨーク４の内側に配置されたコイル８とが搭載されている。また、可動体５は、インナーヨーク３とアウターヨーク４との間にマグネット９を備えている。可動体５の底部５１は、丸棒状あるいは円筒状の作動軸（図示せず）の基端側の固定部になっている。
【００１７】
本形態において、インナーヨーク３は、軸線方向からみたときに正八角形の辺に相当する位置に分割、配置され、周方向に等角度間隔に８枚、配置された状態にある。各インナーヨーク３は、磁性板の積層体からなる平板状を有しており、アウターヨーク４との対向面（外面）、およびその裏面（内面）のいずれもが平面になっている。
【００１８】
アウターヨーク４も、軸線方向からみたときに正八角形の辺に相当する位置に分割、配置され、周方向に等角度間隔に８個、配置された状態にある。
【００１９】
アウターヨーク４は、断面Ｕ字形状を備えた第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２から上下に重ねられた構成になっている。本形態では、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２はいずれも、磁性板の積層体から構成されている。
【００２０】
第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２はそれぞれ、コイル８の外周側に位置する部分からコイル８の両端面を通って先端側が第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０としてインナーヨーク３の外周面と対向する位置まで延設され、インナーヨーク３の外周面と第１の対向部分４１０との間、およびインナーヨーク３の外周面と第２の対向部分４２０との間に、軸線方向で離間する第１の隙間６、および第２の隙間７を構成している。また、コイル８の外周側において、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の端部４１９、４２９同士は当接している。
【００２１】
このように構成したアウタヨーク４は、ホルダ２１、２２によって保持、固定されている。
【００２２】
可動体５は、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石、あるいは樹脂マグネットからなるマグネット９がインナーヨーク３とアウターヨーク４との第１の隙間６と、第２の隙間７に跨るように配置され、マグネット９は、表裏がそれぞれ反対の極に着磁されている。
【００２３】
マグネット９としては平板状のものが用いられ、可動体５において、マグネット９は、樹脂製のマグネット保持部５２に形成されている溝５２０に両端を差し込んだ状態で保持されている。マグネット保持部５２は、軸線方向からみたときに略三角形の平面形状をしており、三角形の頂点に相当する部分は、隣接するインナーヨーク３の間に楔状に入り込んでる一方、三角形の底辺に相当する部分は、隣接するアウターヨーク４の間に入り込んでいる。
【００２４】
アウターヨーク４において、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の間に構成される空間内には、樹脂成形品からなるコイルボビン８０が配置され、このコイルボビン８０の胴部８１にはコイル８が巻回されている。コイルボビン８０においてコイル８の巻回部分は、外側が樹脂製のカバー８９で覆われている。
【００２５】
（コイルボビンとアウターヨークとの係合構造）
図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を適用したリニアアクチュエータに用いたコイルボビン、アウターヨーク、およびコイルボビンとアウターヨークとの係合部の説明図である。
【００２６】
本形態のリニアアクチュエータ１において、コイルボビン８０の胴部８１は、コイル８とアウターヨーク４の第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０との絶縁を確保している。
【００２７】
また、図１（Ｂ）および、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、胴部８１の内周面には、第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０の双方と係合して、第１および第２の対向部分４１０、４２０がマグネット９に吸引されて変位することを防止する係合部として、インナーヨーク３に向かって突出する係合突起８２が形成されている。
【００２８】
ここで、係合突起８２では、軸線方向に突き出して胴部８１の外周面との間に、軸線方向に開口する凹部８２１、８２２を形成する突起８２３、８２４が軸線方向に突き出ている。また、係合突起８２では、その先端部分からインナーヨーク３に向けて突き出して、第１の対向部分４１０の先端部分および第２の対向部分４２０の先端部分との間のうち、インナーヨーク３の側に位置する部分まで入り込む小突起８２５を備えている。
【００２９】
これに対して、第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分には、内周側突起４１１、４２１と、外周側突起４１２、４２２とがそれぞれ形成され、これらの突起４１１、４１２の間、および突起４２１、４２２の間には軸線方向に開口する凹部４１３、４２３がそれぞれ形成されている。
【００３０】
従って、コイルボビン８０にコイル８を巻回した後、このコイルボビン８０を上下で跨ぐように、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２を軸線方向の両側からコイルボビン８０に重ねると、係合突起８２の凹部８２１、８２２に対して、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分に形成されている外周側突起４１２、４２２が嵌るとともに、第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分に形成されている凹部４１３、４２３に対して、係合突起８２の突起８２３、８２４が軸線方向から嵌る。また、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の第１の対向部分４１０の先端部分、および第２の対向部分４２０の先端部分に形成されている内周側突起４１１、４２１の間には、係合突起８２の小突起８２５が入り込む。
【００３１】
ここで、コイルボビン８０は、インナヨーク３を囲むように全周に配置されている。このため、第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０は、マグネット９の吸引力を受けてもコイルボビン８０によって保持されているので、半径方向に変位することがない。また、マグネット９に引き寄せられる部分が２つの対向部分４１０、４２０で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【００３２】
また、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２と係合突起８２との間には、図２（Ｃ）に示すように、軸線方向に所定のクリアランスが確保されている。すなわち、凹部８２１、８２２の底部と外周側突起４１２、４２２の先端部との間、凹部４１３、４２３の底部と突起８２３、８２４の先端部との間、および内周側突起４１１、４２１の先端部と小突起８２５との間には、軸線方向に所定のクリアランスが確保されている。
【００３３】
従って、図２（Ｂ）に示すように、コイルボビン８０を上下で跨ぐように、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２を軸線方向の両側からコイルボビン８０に重ねる際、コイル８の外周側において、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の端部４１９、４２９同士が優先的に当接し、ここでの当接によって、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の位置が決まった状態で、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２の先端部分と、係合突起８２とが係合することになる。それ故、第１および第２のアウターヨーク部材４１、４２でアウターヨーク４を構成した場合でも、アウターヨーク４に磁路を確実に確保できる。
【００３４】
また、第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０の先端部分の間に小突起８２５が入り込んだ構造になっているので、外部からの振動で第１の対向部分４１０および第２の対向部分４２０が軸線方向に振動した場合でも、第１の対向部分４１０と第２の対向部分４２０とを常に離間した状態に保持することができる。
【００３５】
（動作）
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。
【００３６】
本形態のリニアアクチュエータ１において、マグネット９の内側の面がＳ極に着磁され、外側の面がＮ極に着磁されている場合には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、点線の矢印Ｂ１、Ｂ２で示す磁界が発生している。この状態でコイル８に交流電流を流したとき、図３（Ａ）に示すように、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Ｂ３に示す磁界が発生し、第１の隙間６の側では、マグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが同一であるに対して、第２の隙間７の側ではマグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが反対である。その結果、マグネット９には、軸線方向における下方（第２の隙間７の方）に向かう力が作用する。
【００３７】
これに対して、図３（Ｂ）に示すように、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Ｂ４に示す磁界が発生し、第１の隙間６の側では、マグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが反対であるに対して、第２の隙間７の側ではマグネット９からの磁界とコイル８からの磁力線の向きが同一である。その結果、マグネット９には、軸線方向における上方（第１の隙間６の方）に向かう力が作用する。
【００３８】
このようにしてマグネット９には、コイル８による交番磁界の向きに対応して、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５が軸線方向に振動し、可動体５に取り付けられたピストンから往復直線運動を出力することができる。また、アウターヨーク４、インナーヨーク３、およびマグネット９は、軸線方向からみたときに円環状となるように形成されているため、周方向全体から可動体５に対する推力を得ることができる。
【００３９】
さらに、このような動作中、マグネット９の移動によって、マグネット９に引き寄せられる部分が第１および第２の対向部分４１０、４２０で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【００４０】
［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４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明するように、ポンプ装置並びにコンプレッサー装置に適用できる。
【００４１】
図４（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、および底面図であり、図４（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。
【００４２】
図４（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５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、作動軸１１０は、インナーヨーク３を保持するフレーム２の穴１６を貫通する状態にある。作動軸１１０の基端側は、フレーム２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、フレーム２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、フレーム２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。
【００４３】
フレーム２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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
【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において、コイルに交流電流を通電すると、アウターヨーク、第１の隙間、インナーヨーク、第２の隙間を経て再びアウターヨークに至る磁路に交番磁界が発生し、この交番磁界に連動して、可動体は、軸線方向に往復駆動される。従って、可動体から往復直線運動を出力することができる。また、コイルが巻回されたコイルボビンには、アウターヨークの第１の対向部分および第２の対向部分の双方と係合する係合部が形成されているため、第１の対向部分および第２の対向部分は、マグネットの吸引力を受けても変位することがない。また、マグネットに引き寄せられる部分が２つの対向部分で入れ替わっても、磁気振動が発生しないので、磁気振動を防止するための格別な対策を施す必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータの要部の横断面図、および半断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータに用いたコイルボビン、アウターヨーク、およびコイルボビンとアウターヨークとの係合部の説明図である。
【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】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したリニアアクチュエータを備え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５】従来のリニアアクチュエータの説明図である。
【図６】参考例に係るリニアアクチュエータの要部の説明図である。
【符号の説明】
１ リニアアクチュエータ
２ フレーム
３ インナーヨーク
４ アウターヨーク
５ 可動体
６ 第１の隙間
７ 第２の隙間
８ コイル
９ マグネット
４１ 第１のアウターヨーク部材
４２ 第２のアウターヨーク部材
８０ コイルボビン
８１ 胴部
８２ 係合突起
８２５ 小突起
４１０ アウターヨークの第１の対向部分
４２０ アウターヨークの第２の対向部分
Claims (7)
- インナーヨークと、該インナーヨークの外周面との間に軸線方向で離間する第１の隙間および第２の隙間を形成するように当該インナーヨークの周りに配置されたアウターヨークと、前記アウターヨーク、前記第１の隙間、前記インナーヨーク、前記第２の隙間、および前記アウターヨークを磁路として前記第１の隙間および前記第２の隙間に交番磁界を発生させるコイルと、前記インナーヨークと前記アウターヨークとの間にマグネットを備え、前記交番磁界に連動して軸線方向に往復駆動される可動体とを有するリニアアクチュエータにおいて、
前記アウターヨークは、前記コイルの外周側に位置する部分から当該コイルの両端面を通って先端側が前記第１の隙間を構成する第１の対向部分および前記第２の隙間を構成する第２の対向部分として前記インナーヨークと対向する位置まで延設され、
前記コイルは、該コイルと前記アウターヨークの前記第１の対向部分および前記第２の対向部分との絶縁を確保する絶縁性のコイルボビンに巻回され、
当該コイルボビンは、前記アウターヨークの前記第１の対向部分および前記第２の対向部分の双方と係合して当該対向部分が前記マグネットに吸引されて変位することを防止する係合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。 - 請求項１において、前記係合部は、前記コイルの側から前記インナーヨークに向かって突出する係合突起を備える一方、
前記アウターヨークの前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分はそれぞれ、前記係合突起に対して軸線方向の両側から係合していることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項２において、前記アウターヨークは、前記コイルの軸線方向の両側から覆う断面Ｕ字形状の第１のアウターヨーク部材と第２のアウターヨーク部材とを備え、
前記第１のアウターヨーク部材および前記第２のアウターヨーク部材は、前記コイルの外周側に位置する部分では端部同士が当接している一方、前記コイルの内周側に位置する前記第１の対向部分の先端部分および前記第２の対向部分の先端部分はそれぞれ、軸線方向に所定のクリアランスをもって前記係合突起に対して軸線方向の両側から係合していることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３において、前記係合突起は、前記第１の対向部分の先端部分と前記第２の対向部分の先端部分との間のうち、前記インナーヨークの側に位置する部分まで入り込んだ小突起を備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項４において、前記第１の対向部分の先端部分と前記小突起との間、および前記第２の対向部分の先端部分と前記小突起との間には、軸線方向に所定のクリアランスを備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
- 請求項１ないし５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。
- 請求項１ないし５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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