JPH01190254A - 磁気アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は磁気アクチュエータ、特に、移動体が非接触
状態で移動できろ磁気アクチュエータに関するものであ
る。

「従来の技術」 物品の搬送手段として、あるいは各種の動力装置、制御
装置等の動力源として広く用いられているアクチュエー
タ（作動器）には、空気圧や油圧によってピストンやロ
ッドを直接的に作動させるものの他に、磁力を利用する
磁気アクチュエータも知られている。

第１１図はそのような磁気アクチュエータの例を示すも
のである。この磁気アクチュエータは、シリンダａ内に
配設されている駆動体すを空気圧やΔ１１圧により移動
させることによって、シリンダａの外側に配設されてい
る環状の移動体Ｃを磁力によって駆動体すに従動させる
ものであり、その移動体Ｃによってたとえば物品を搬送
したり、あるいはこの移動体Ｃを各種の動力源として使
用するものである。

この磁気アクチュエータでは、シリンダａの両端部に接
続されている供給管ｄ、ｄより供給される空気あるいは
油により、駆動体すはシリンダａの軸線方向に往復移動
するようにされている。この駆動体すには複数の磁石ｆ
・・・とこれにより磁化されるヨークｅ・・・が備えら
れており、また、移動体Ｃにはその駆動体すのヨークｅ
・・・と互いに吸引しあう、磁石ｇ・・・に磁化される
ヨークｇ・・・が備えられている。

そして、駆動体すがシリンダａ内を移動するにつれて、
移動体Ｃはそれらのヨークｅ・・・１ｇ・・・間に働く
吸引力によって引かれろことにより、駆動体すに従動す
るようになっている。

この従来の磁気アクチュエータでは、移動体Ｃはシリン
ダａの外面を摺動するようにされているので、潤滑油を
用いて移動体Ｃが滑らかに摺動できるようにしている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記のような、移動体Ｃがシリンダａの外面
を摺動するような磁気アクチュエータでは、いかに潤滑
油を用いたとしてら摺動部の摩耗を完全に防止すること
はできないものである。そして、その摩耗により生じた
摩耗粉が周囲に飛散してしまうとともに潤滑油自体も飛
散してしまい、それ・らによってアクチュエータの周囲
が汚染されてしまうことは避けられないものである。。

したがって、このようなアクチュエータを、たとえばク
リーンルーム等の極めて高い清浄度が要求されろ室内に
設置した場合には、その摩耗粉や潤滑油によりその室の
清浄度が低下するという問題を生じてしまい、このため
、上記アクチュエータを高い洗浄度が要求される室内に
直接設置することはできないものであった。

なお、このことは、磁気アクチュエータに限らず、摺動
部を有するアクチュエータを用いろ場合に常に生じるこ
とである。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、摩耗粉
や潤滑油が周囲に飛散することがなく、クリーンルーム
等においても使用することの可能な磁気アクチュエータ
を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 この発明は、筒体内に配設され駆動源によって筒体の軸
線方向に移動する駆動体と、上記筒体の外側にその筒体
の外面との間に隙間を存する状態で配設され、上記駆動
体に従動して筒体の軸線方向に移動する移動体とを備え
、上記駆動体および移動体には、互いの反発力により上
記移動体を上記駆動体に従動させる対の第１の磁石が備
えられているとともに、互いに反発または吸引しあうこ
とにより移動体と筒体との間の上記隙間を確保する対の
第２の磁石が備えられていることを特徴としている。

「作用」 この発明の磁気アクチュエータは、駆動体および移動体
に備えられた対の第１の磁石の反発力によって移動体を
駆動体に従動させる。また、それらに備えられた対の第
２の磁石の反発力または吸引力によって、移動体と筒体
の外面との間に隙間を保ち、移動体を非接触状態で移動
させろ。

「実施例」 」Ｌ１１九 この発明の第１実施例について、第１図ないし第６図を
参照して説明する。

これらの図はこの実施例の磁気アクチュエータＡの概略
構成を示すもので、図中符号ｊはシリンダ（筒体）であ
る。このシリンダｌは、非磁性体材料によって断面円形
に形成されており、その一端（第１図において下端）は
キャップ２により気密状態を保って塞がれており、また
他端（上端）にはモーターケーソング３が気密状態で取
り付けられている。このモーターケーシング３内にはモ
ーター４が配設されており、このモーター４の回転軸４
　ａにはボールねじ機構５が継手６により連結されてい
る。ボールねじ機構５は、両端部をベアリング７．７に
より支持されてシリンダｌ円中心に回転自在に配設され
ている送りねじ５ａと、この送りねじ５ａに螺合してい
るナツト５ｂからなるもので、送りねじ５ａがモーター
４によって回転することにより、ナツト５ｂをシリンダ
１の軸線方向（第１図において上下方向）に移動させる
しのである。

そのボールねじ機構５のナツト５ｂには、駆動体８が取
り付けられている。駆動体８は、第１の磁石９と、その
上下に配された二つの第２の磁石１０．１０からなって
いる。これら第１、第２の磁石９，１０．１０はそれぞ
れ環状に形成されていて、スペーサー１１．ＩＩにより
所定の間隔を保った状態で内周面を上記ナツト５ｂに固
定され、それぞれの磁石９，１０．１０の外周面がシリ
ンダ１内面を摺動できるようにされている。上記第１の
磁石９は、第２図にその部分詳細を示すように、３つの
永久磁石９ａと、それらの間に介装された非磁性体材料
からなる２つのスペーサー９ｂで構成されている（詳し
くは後述する）。また、上記第２の磁石ｔｏ、１０は、
それぞれ永久磁石１０ａ・・・とそれらを挾むヨークＩ
Ｏｂ・・・からなり、このヨークｔａｂ・・・は、それ
ぞれＮ極、Ｓ極、Ｎ極に磁化されている。なお、この移
動体８とシリンダ１との間には、永久磁石９ａ・・・、
ヨーク１０ｂ・・・の外周面に縦方向に形成された溝８
ａ・・・と、シリンダｌの内面に上記溝８ａに嵌合する
ように形成された突条１ａとからなる回り止め機構Ｍが
設けられている（第３図、第４図参照）。

また、シリンダ１の外側には移動体１２が配設されてい
る。この移動体１２は、管状体１３の内側に、それぞれ
の内径がシリンダＩの外径より大の環状に形成された第
１の磁石１４と、スペーサー１６により所定間隔を保っ
て取り付けられ、第１の磁石１４の上下両側に位置する
第２の磁石Ｉ５．１５とで構成されている。

第１の磁石！４は、駆動体８における第１の磁石９と同
様に環状とされ、３つの永久磁石１４ａの間に非磁性体
材料からなるスペーサー＋４ｂが介装された構成となっ
ている。

また、第２の磁石１５．１５は、永久磁石と電磁石とが
組み合わされた構成とされている。すなわち、この第２
の磁石１５．１５は詳細を第３図。

第４図にも示すように、管状体１３の内側に突出して放
射状に取り付けられた複数（この実施例では８つ）のヨ
ーク１５ａ・・・と、そのヨーク１５ａ・・・の上部お
よび下部の先端部にそれぞれ固定されている永久磁石＋
５ｂ・・・、およびヨーク１５ａ・・・の中央部の周囲
に取り付けられていてそのヨークを磁化するコイル１５
ｃ・・・により構成されている。そして、ヨーク１５ａ
・・・は、永久磁石１５ｂ・・・およびコイル１５ｃ・
・・により、その先端部がそれぞれＮ極、Ｓ極、Ｎ極と
なるようにされているとともに、コイル１５ｃ・・・に
よりその磁力が制御できるようになっている。

また、この移動体Ｉ２の内側上部および下部には、第２
の磁石１５．１５の位置にそれぞれ２つずつギャップセ
ンサ１７．１７が取り付けられている。これらのギャッ
プセンサ１７．１７は、平面視においてそれらの中心角
が９０度となるような位置に取り付けられている（第３
図参照）。そして、このギャップセンサ１７．１７の検
出値により、上記のコイル１５ｃ・・・に流す電流値を
制御して、上記隙間を周方向に一定に保つ制御装置（図
示路）が設けられている。

上記のように構成された移動体１２は、第２の磁石１５
．１５が、上記駆動体８例の第２の磁石１０．１０にシ
リンダｌを挾んでそれぞれ対向するように配されるとと
もに、第１の磁石１４が駆動体８側の第１の磁石９に対
して所定ｍＱ上方へずれて配されている（第２図参照）
。そして、駆動体８および移動体Ｉ２にそれぞれ設けら
れた各磁石は、第２図に示した極性から明らかなように
、第１の磁石９．１４同士は互いに反発しあい、かつ、
第２の磁石ｔ　ｏ、ｔ　５同士も互いに反発しあうよう
にされている。

ここで、上記第１の磁石９，１４を構成している永久磁
石９ａ、１４ａについて詳しく説明すると、駆動体８側
の永久磁石９ａは第５図（ａ）　、　（ｂ）に示すよう
に、多数の台形状の永久磁石片９ａ、を必要に応じて接
着剤等でつなぎ合わせてリング状とし、その上下両面を
非磁性体材料からなる固定板９ａ、、９ａｔで接着剤等
を介し押さえ込んだ構成となっている。永久磁石片９ａ
、は台形状の底部側がＮ極、頭部側がＳ極となるように
予め磁化されており、リング状に組まれた状態において
外周側がすべてＮ極となる。また、固定板９ａ、の内側
にはつば９ａ３が設けられている。これは、移動体側の
磁石１４ａから反発力を受けて、各永久磁石片９ａ、が
内方へずれるのを防ぐためのものである。

一方、移動体１２側の永久磁石１４ａは、第６図（ａ）
　、　（ｂ）に示すように、先程説明した駆動体８側の
永久磁石９ａとほぼ同様な構成となっている。すなわち
、台形状とされた多数の永久磁石片１４ａ。

をリング状につなぎ合わせ、それらを上下両側から固定
板１４ａ２，１４ａ２で押さえ込んだ構成となっている
。永久磁石片１４ａ、は前述とは逆に頭部側がＮ極とさ
れ、リング状に組まれた場合内周側がすべてＮ極となる
ようにされている。また固定板１４ａ１のつば１４ａａ
は外周側に設けられている。

これは、各永久磁石片１４ａ、が駆動体８側の永久磁石
９ａから外方へずれるような反発力を受けるためである
。

なお上記例では、永久磁石９ａ、１４ａを、予め磁化し
た磁石片９ａ、、１４ａ、を多数つなぎあわせて構成し
ているが、これに限られることなく一体もので構成して
もよい。ただし、一体ものにする場合、大掛かりな磁化
装置が必要となるが、上記のように多分割構成のものに
すれば、大掛かりな装置用いることなく簡単に製作でき
る利点がある。

以上の構成のもとに、この磁気アクチュエーターＡは、
移動体Ｉ２がシリンダｌに接触することなく移動できる
しのである。

すなわち、第１の磁石９，１４同士が互いに反発しあう
ことから、駆動体８がボールねじ機構５によりシリンダ
１内を上動した時には、その反発力によって移動体１２
は駆動体８に従動して上動する。具体的には、第２図に
示すように第１の磁石９．１４同士が径方向及び高さ方
向にずれていることから、双方の反発力Ｆが斜め方向に
働くこととなり、そのうちの垂直成分Ｆ１によって移動
体１２は上動される。他方、駆動体８が下降されるとき
には第１の磁石の反発力による支持が失われ、移動体１
２は自重により駆動体８に追従して下降することとなる
。

また、第２の磁石１０．１５は互いに反発しあうことか
ら、移動体１２はシリンダｌの径方向外側に付勢され、
その結果、移動体１２とシリンダｌとはそれらの軸線が
一致して、移動体１２とシリンダ外面との間には、シリ
ンダｌの周方向全体にわたって均等な所定間隔の隙間１
８を常に確保することができる。

そして移動体１２に外力が加えられて、隙間１８の寸法
が変動したような場合には、その変動をギャップセンサ
１７．１７により検出し、その検出結果に基づいて図示
しない制御装置によって所定のコイル１５ｃの電流値を
制御することにより、移動体Ｉ２の第２の磁石１５．１
５の磁力すなわち反発力を制御でき、したがって常に隙
間星８の寸法を一定値に保つことができる。

加えて、上記磁気アクチュエータＡでは、移動体１２を
移動させる機能を持つ第１の磁石に反発しあうものを用
いており、それらの反発力の水平成分Ｆ、が、第２の磁
石１０．１５の場合と同様、移動体１２をシリンダｌに
対して軸線を一致させるような求心作用を生じさせる。

このため、第２の磁石１０．１５が行なう移動体１２の
ガイド機能（磁気浮上機能）の負担を軽減させる結果、
第１の磁石の反発力を強めることが可能になり、その成
分Ｆ１による駆動力が大きくできる。

ちなみに、第１の磁石９，１４に吸引式のものを用いる
場合には、移動体１２がシリンダｌの中心からずれる際
に、該第１の磁石９．１４による吸引力は、磁力が距離
の２乗に反比例することから距離か短くなる箇所では大
となり、それかためにそのような箇所では接近してます
ます吸引力が増大してしまう。このように非常に不安定
な情況が生じるが、これを回避するには、第２の磁石１
０．１５を、第１の磁石９．１４による吸引力に打ち勝
ち得るよう、より大きな強力な磁石を用いなければなら
ず、その場合装置自体が大形化する不具合が生じる。ま
た、種々の理由から第２の磁石１０．１５をあまり強力
なものにできない場合には、第１の磁石９．１４もそれ
に合わせである程度磁力の弱いものを用いなればならず
、その場合、磁気アクチュエータとしては大きい駆動力
が得られなくなる。

これに比べて上述のように第１の磁石に反発式のものを
用いれば、それ自体が求心作用を持つため、装置自体が
大きくならず、かつ駆動力の大きいアクチュエータが得
られるのである。

以上で述べたように、この磁気アクチュエータＡでは、
移動体１２が常にシリンダｌと非接触状態となって摺動
する部分がないので、摩耗することが全くない。また、
そのために潤滑油も必要としない。したがって、従来の
アクチュエータのように、摩耗粉や潤滑油が飛散するこ
とがなく周囲を汚染することがない。このため、従来設
置することができなかったクリーンルーム等の高清浄度
の室内にも設置することが可能となる。

なお、シリンダ１の内部においては、送りねじ５ａとナ
ツト５ｂ、またシリンダ１の内面と駆動体８の外周面と
はそれぞれ接触状態となっているので、それらは摩耗す
る恐れかあ・す、またそれらに対しては潤滑油を用いる
必要もあるが、シリンダｌの内部はキャップ２およびモ
ーターケーシング３により密封されているので、シリン
ダｌの外部に摩耗粉や潤滑油が飛散することはない。

以上、この発明の第１実施例について説明したが、この
発明は上記実施例に限定されるものではなく、各磁石の
構成やその極性等は上記に限らす以下のように種々の設
計変更可能である。

たとえば、上記では移動体Ｉ２の第２の磁石！５は永久
磁石と電磁石を組み合わせた構成としたが、これは永久
磁石を用いることなく電磁石のみで構成しても良い。

また、上記では第２の磁石１０．１５は互いに反発しあ
うものとしたが、これは互いに吸引しあうものとしても
同様に隙間を確保することができる。この場合には、第
２の磁石１０．１５のうち一方（駆動体側または移動体
側）は磁石とせずに磁化可能な材料たとえば鉄片を用い
ても良い。

さらに、シリンダ１の形状については断面が円形のもの
に限らず、たとえば角形断面としても良く、その場合、
駆動体８と移動体１２もシリンダｌの形状に対応させた
形状とすれば良い。また、上記では駆動体の駆動源とし
てボールねじ機構を用いたが、これに限らず、たとえば
ワイヤあるいはチェーンにより駆動したり、油圧や空気
圧を利用して駆動する等、適宜の手段を用いることもで
きる。

なお、この磁気アクチュエータＡは、シリンダを垂直に
して用いて移動体１２を上下に移動させるようにするこ
とも、シリンダを水平あるいは任意の角度傾けて用いる
ことも、もちろん可能である。

第２実施例 次に、この発明の磁気アクチュエータをクリーンルーム
における搬送装置に応用した第２実施例について、第７
図ないし第１θ図を参照して説明する。なお、この搬送
装置では第１実施例で説明した磁気アクチュエータＡを
そのまま用いており、磁気アクチュエータＡの説明につ
いては、第１実施例で説明したものと同一構成に同一符
号を付し説明を簡略化する。

この搬送装置は、レールＲの両側に立設された収納棚り
に物品を出し入れするもので、上記レールＲ上を走行す
る基台Ｂと、この基台Ｂの左右両端に立設された２本の
前記磁気アクチュエータＡ。

Ａと、この磁気アクチュエータＡにより上下されるフレ
ームＦと、このフレーム上に上記レールＲと直交する方
向に移動自在に設けられ、その先端において物品Ｇを吊
持するスライドアームＳなどから構成されており、人間
により遠隔操作され、あるいはコンピュータプログラム
により自動運転されて三軸方向に移動可能であるととも
に、それぞれの摺動部が非接触構造となっているもので
ある。

前記左右の磁気アクチュエータＡ、Ａの上部のモーター
ケーシング３．３内に配されているモータ４．４は互い
に連動され、同期して回転されるようになっている。ま
た、磁気アクチュエータＡの移動体１２には前記フレー
ムＦが取り付けられている。

このフレームＦは上記基台Ｂの長手方向に沿う長辺２１
，２１とその両端を連結する短辺２２，２２とから平面
視で口字状に形成され、この短辺２２．２２の中央に突
出する連結部２３により上記移動体１２と連結されてい
る。なお、このフレームＦは軽量かつ堅ろうな構造とな
っており、その材質は磁性の影響を移動体１２などへ及
ぼさないようなものが選択されている。

上記フレームＦの長辺２１，２１の上面にはそれぞれ一
対の垂直部２４．２４とその上端を結ぶ水平部２５とか
らなる支持部材２６が立設され、各長辺２＋、２＋の上
記水平部２５．２５の間にはガイド部材２７が架設され
ている。このガイド部材２７の下面には、断面が逆Ｔ字
状のガイ−トレール２８が形成されて、このガイドレー
ル２８には、このガイドレール２８と嵌合する形状の溝
２９を上面に有するスライドアームＳがレールＲと直交
する方向に移動自在に取り付けられている。このガイド
部材２７とスライドアームＳにおいては、ガイドレール
２８と溝２９の対向する適当な位置に互いに吸引しあう
磁石（図示路）が取り付けられており、その吸引力によ
り両者の接触を防ぐ磁気浮上方式が採用されている。そ
して、ガイドレール２８と溝２９の隙間を検知するギャ
ップセンサ（図示路）が設けられ、その値により上記磁
石の吸引力を調整するようになっており、さらに、スラ
イドアームＳの移動のための駆動源としては周知゛のリ
ニアモーター（図示路）が採用されている。上記スライ
ドアームＳの左右端部下面には、被収納物品Ｇの上面に
取り付けられた磁性片３０を係脱自在に吸引する電磁石
３１が配設されている。

上記レールＲは、第９図に示すように、上下の水平部３
２．３３と垂直部３４とから断面１字状に形成され、一
方、基台Ｂの下面にはこのレールＲに外嵌する形状の溝
３５が形成されている。この’ｔｌｉ　３５の下側底部
及び側部には、それぞれレールＲの上水平部３２を吸引
することにより、基台Ｂの荷重を支持しあるいは姿勢を
制御する電磁石３６．３６，３７．３７が配設され、ギ
ャップセンサ（図示路）の検出値により吸引力を調整し
て両者の接触を防ぐようになっている。また、溝３５の
上側底部にはコイル３８が配され、それによりレールＲ
の上水平部３２に高電流を生じさせ磁界を発生させて両
者を相対移動させるように構成されたリニアモーターＬ
Ｍが配設されている。

以上のようなレールＲ１基台Ｂ１磁気アクチュエータＡ
１スライドアームＳからなる構成のもとに、この搬送装
置は摺動接触部分が全くない状態で収納棚りへ物品Ｇを
出し入れできるものである。

この搬送装置により、例えば物品Ｇを収納棚りから出す
には、スライドアームＳを短縮した状態で基台Ｂを所要
の位置まで走行させ、次に磁気アクチュエータＡを作動
させてフレームＦの高さを調整し、さらにスライドアー
ムＳを伸ばして電磁石３１を磁性片３０のやや上に位置
させた後、再度磁気アクチュエータＡを作動させてフレ
ームＦを少し降ろし、電磁石３１を磁性片３０に密着さ
せて電磁石３１を起動する。そして、上記の過程を逆に
行ってスライドアームＳを短縮し、基台Ｂを走行させて
所要の位置まで移動させ、同様の過程を行って物品Ｇを
下ろすことにより操作が完了する。

このような作業過程中、磁気アクチュエータＡにおいて
は、２つのモーター４．４が同期して回転するので、駆
動体８．８、及び移動体１２．１２も常に高さが等しく
、従って、フレームＦの平行が保たれる。

以上搬送装置では、移動体１２が常にシリンダ１と非接
触状態となって摺動する部分がないので、摩耗すること
が全くなく、そのために潤滑油も必要としない。従って
、従来の昇降装置のように、摩耗粉や潤滑油が飛散して
周囲を汚染することがなく、従来設置することができな
かったクリーンルーム等の高清浄度の室内にも設置する
ことが可能となる。

「発明の効果」 この発明の磁気アクチュエータでは、駆動体および移動
体に互いに反発しあう対の第１の磁石と、互いに反発ま
たは吸引しあう対の第２の磁石とを備えたから、移動体
が非接触状態を保って移動することができ、従来のアク
チュエータのように摩耗粉が飛散することがないばかり
でなく、潤滑油を用いる必要はないからその潤滑油が飛
散することもない。したがって、このアクチュエータは
周囲を汚染する恐れがなく、このため従来においては設
置することのできなかったクリーンルーム等の高清浄度
の室内にも設置することが可能となる。

また特に、上記の如（対をなす第１の磁石を吸引式のも
のではなく反発式のものを用いており、このように反発
式のものを用いることによって移動体が筒体の中心から
ずれた場合、該移動体を筒体に対し同心上となるように
戻そうとする力（求心力）が作用する。この結果、磁気
浮上が安定化し、駆動力の大きいアクチュエータが得ら
れるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明の第１実施例を示し、第
１図は磁気アクチュエータの全体概略構成を示す断面図
、第２図はその要部の拡大断面図、第３図は第２図にお
ける■−■線視線断平断面図４図は第２図におけるＩＶ
−ＩＶ線視平断面図、第５図（ａ）　、　（ｂ）は駆動
体側の第１の磁石の詳細図、第６図（ａ）　、　（ｂ）
は移動体側の第１の磁石の詳細図である。 また、第７図ないし第１Ｏ図は本発明の第２実施例を示
し、第７図は搬送装置の全体を示す斜視図、第８図はそ
の正面断面図、第９図は側面断面図、第１０図は平面断
面図である。 また、第１Ｉ図は従来の昇降装置の一例を示す断面図で
ある。 Ａ・・・・・・昇降装置、Ｂ・・・・・・基台、１・・
・・・・シリンダ（筒体）、 ５・・・・・・ボールねじ機構（駆動源）、８・・・・
・・駆動体、９．１４・・・・・・第１の磁石、 １０、ｌ　５・・・・・・第２の磁石、Ｉ２・・・・・
・移動体、Ｉ８・・・・・・隙間。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社 第２図 第６図（。） １．４ａ 第６図（１）） 第５図（ａ） 第５図（ｂ） 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 筒体内に配設され駆動源によって筒体の軸線方向に移動
   する駆動体と、上記筒体の外側にその筒体の外面との間
   に隙間を有する状態で配設され、上記駆動体に従動して
   筒体の軸線方向に移動する移動体とを備え、上記駆動体
   および移動体には、互いの反発力により上記移動体を上
   記駆動体に従動させる対の第１の磁石が備えられている
   とともに、互いに反発または吸引しあうことにより移動
   体と筒体との間の上記隙間を確保する対の第２の磁石が
   備えられていることを特徴とする磁気アクチュエータ。