JPH11299211A - 揺動型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 揺動型アクチュエータで、十分なホールディ
ングトルクが得られるようにする。 【解決手段】 対向する一対のヨークの各々に一対のヨ
ーク側永久磁石を互いに対向させて設ける。一対のヨー
ク側永久磁石間の磁気空隙内に、一対のヨーク間に軸受
部材を介して設けたシャフトに連結されたコイルホール
ダ１４を設ける。コイルホールダ１４には、可動コイル
１６を一体に設ける。コイルホルダ１４の端部に一体に
ラッチ用永久磁石１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、郵便物の自動仕分
け処理システムなどで走行路上を送られてきた物品の進
路変更を行うための仕分け板のスィング、磁気ヘッドの
位置決めなど種々の用途で使用される揺動型アクチュエ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】揺動型アクチュエータは、磁気ヘッドに
よるディスクの読み書きに際しての磁気ヘッドの位置決
めに盛んに使用されている。かかる揺動型アクチュエー
タとしては可動磁石型、あるいは可動コイル型の両形式
がよく知られている。

【０００３】可動磁石型の揺動型アクチュエータは、固
定子のコイル側に強磁性体の鉄片などのラッチ部材を設
けておき、駆動磁石の回動を、この固定子側のラッチ部
材を設けた位置で停止させるようにするものである。

【０００４】可動コイル型の揺動型アクチュエータで
は、固定子の磁石側に、可動コイルに設けたラッチ用の
鉄片などの強磁性体を吸着させてラッチする構成のもの
が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】揺動型アクチュエータ
は、磁気記録媒体であるディスクの読み書きの際の磁気
ヘッドの位置決めなどで多用されているが、近年、揺動
型アクチュエータが高速で揺動できる点に着目して、磁
気ヘッド以外の用途での使用が盛んに考えられている。

【０００６】従来の磁気ヘッドの位置決めで使用される
揺動型アクチュエータでは、磁気ヘッドなどの構成部品
自体が元より小型、軽量に構成されているため、磁気ヘ
ッドのラッチゾーン（退避ゾーン）での停止位置におけ
るホールディングトルクや、データゾーン（読み書きゾ
ーン）での起動トルクにはそれ程大きなトルクが要求さ
れてはいない。

【０００７】しかし、かかる磁気ヘッド以外の分野に、
例えば産業用機械の回転角の制御用などにその使用分野
を広げようとすると、往々にしてそのトルクが問題とな
る。従来の軽量、小型化が進んだ磁気記録装置などにお
ける使用とは異なり、大きなトルクが求められる場合が
多い。

【０００８】従来の可動磁石型、可動コイル型のいずれ
の形式の揺動型アクチュエータでも、産業機械で使用で
きる程度の大きなトルクは得られない。モータ回転用の
可動磁石、あるいは固定子側の磁石の漏洩磁束を利用し
て、固定子側のコイルに設けた鉄片などのラッチ部材、
あるいは可動コイル側に設けた鉄片などのラッチ部材を
磁気的に吸引してラッチする構成であるため、十分な起
動トルクやホールディングトルク（最初の位置にロック
しておくためのトルク）が得られないのが現状である。

【０００９】本発明の目的は、揺動型アクチュエータ
で、十分なトルクが得られるようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の揺動型アクチュ
エータは、磁気回路を形成するヨーク、前記ヨークに設
けられ厚さ方向に磁化された一対のヨーク側永久磁石、
および前記ヨークに設けられシャフト保持用の軸受部材
を有する固定子と、被揺動部材に連結される前記シャフ
ト、前記シャフトに連結されラッチ用永久磁石を設ける
コイルホルダ、前記コイルホルダに一体に設けられたボ
ビンレスの可動コイルを有する可動子とを有し、前記可
動コイルが前記一対のヨーク側永久磁石の間に形成され
る磁気空隙内に設けられ、前記ラッチ用永久磁石が前記
コイルホルダの前記可動コイルの揺動方向の両端部にそ
れぞれ設けられていることを特徴とする。

【００１１】ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石
には、Ｒ（希土類元素の１種以上の元素）−Ｆｅ−Ｂ
系、Ｒ（希土類元素の１種以上の元素）−Ｃｏ系のいず
れかの希土類焼結磁石または希土類ボンド磁石が使用さ
れていることを特徴とする。

【００１２】コイルホルダに一体に設けるラッチ用永久
磁石としては、コイルホルダの両端部のうち、可動コイ
ルの揺動範囲の外側に設けることが好ましい。

【００１３】ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石
に使用するＲ（希土類元素の１種以上の元素）−Ｆｅ−
Ｂ系、Ｒ（希土類元素の１種以上の元素）−Ｃｏ系の希
土類永久磁石としては、例えば、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系の希土
類永久磁石としては、ネオジウム−ホウ素系の希土類磁
石などが挙げられ、この場合にはＲとしてＮｄ、Ｐｒな
どの希土類元素の１種以上の元素を選択すればよい。Ｒ
−Ｃｏ系の希土類永久磁石としては、例えば、サマリウ
ム−コバルト系の希土類磁石が挙げられ、この場合に
は、ＲとしてＳｍ、Ｃｅなどの希土類元素の１種以上の
元素を選択すればよい。

【００１４】これらの希土類永久磁石は、焼結磁石でも
ボンド磁石でもいずれの形態でもよい。ヨーク側永久磁
石およびラッチ用永久磁石に、磁力の強い希土類磁石を
使用することにより、磁力の弱いフェライト磁石を使用
する場合に比べて、小型化が図れる。コイルホルダは、
インサート成形（射出成形）により可動コイルおよびシ
ャフトと一体成形されているが、この成形時にフェライ
ト磁石では割れるが、希土類永久磁石ではこの割れの心
配がない。

【００１５】コイルホルダのインサート成形は、例え
ば、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、
ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂などの公知の
樹脂（好ましくは耐熱性を有する樹脂）を使用すること
ができる。

【００１６】上記樹脂の内、縦弾性率（測定法：ＡＳＴ
Ｍ Ｄ−６３８）が１０×１０⁴ ｋｇ／ｃｍ² 以上（好
ましくは１３×１０⁴ ｋｇ／ｃｍ以上）のものが好まし
い。特に熱可塑性樹脂として液晶ポリマー（溶融状態で
液晶性を示す）の一種である液晶性ポリエステル樹脂
（主鎖中に剛直鎖を有するポリエステル）を使用するこ
とが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１８】図１は、揺動型アクチュエータの磁気回路
の様子を示す要部断面図である。図２は、図１のＡの方
向から見た平面図であり、図３は図１のＢの方向から見
た平面図である。

【００１９】固定子Ａ側では、キヤップ状に形成された
ヨーク１０ａが、図１に示すように、板状に形成された
ヨーク１０ｂに被せるようにして設けられてハウジング
が形成されている。ヨーク１０ａの天井面の端部側、お
よびそれと対向したヨーク１０ｂ側にはそれぞれシャフ
ト１２を通す軸受部材１１が設けられている。軸受部材
１１は、焼結含油軸受に構成され、注油を必要としない
メンテナンスフリーになっている。この軸受部材１１
は、ヨーク１０ａ、１０ｂにカシメ固定されている。

【００２０】軸受部材１１には、図１に示すように、シ
ャフト１２が通されている。このシャフト１２を介し
て、高速にスイングさせて開閉や切り換えなどを行うた
めのスイング部材（図示せず）などの被揺動部材が取り
付けられるようになっている。シャフト１２には、その
長手方向を横断するように連結孔１２ａが貫通させら
れ、この連結孔１２ａでスイング部材などの連結が行え
るようになっている。

【００２１】なお、スイング部材は、例えば、揺動する
回動軸に板状部材を設けて構成しておき、仕分け品を流
す走行路の分岐部分で板面を振って、流れてくる品物の
進行方向を変えることができるように構成することが考
えられる。仕分け以外にも、高速で開閉を行わせたりす
ることも考えられる。

【００２２】ヨーク１０ａ側と、ヨーク１０ｂ側との両
軸受部材１１の間には、シャフト１２を一体成形したコ
イルホルダ１４が揺動可能に介在させられて、可動子Ｂ
が構成されている。コイルホルダ１４の揺動により、コ
イルホルダ１４と一体のシャフト１２も回動させられる
こととなる。

【００２３】コイルホルダ１４は、図４（ａ）に示すよ
うに、シャフト１２を有するキャリッジ部１４ａと、略
扇型のボビンレスの可動コイル１６を内側に内包するホ
ルダ本体１４ｂとから構成されている。ホルダ本体１４
ｂの先端側には、図中破線表示するラッチ用永久磁石１
７が埋め込まれている。キャリッジ部１４ａとホルダ本
体１４ｂ、可動コイル１６、および円柱状のラッチ用永
久磁石１７とが樹脂成形により一体に形成されている。

【００２４】ホルダ用インサート金型内に、金属製のキ
ャリッジ部１４ａ、可動コイル１６およびラッチ用永久
磁石１７とを配置して、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルフ
ァイド）樹脂の射出成形により一体に成形されている。
ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）以外に
も、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性樹
脂を使用することができる。

【００２５】ラッチ用永久磁石１７は、図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、軸方向に向けて着磁された小型の
円柱状に形成され、可動コイル１６の揺動範囲の両端の
外側の位置にそれぞれ１個ずつ設けられている。ラッチ
用永久磁石１７には、（ＢＨ）_max （最大エネルギー
積）の大きい永久磁石が使用されている。例えば、Ｎｄ
−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム−鉄−ボロン系）、Ｓｍ−Ｃ
ｏ系（サマリウム−コバルト系）の永久磁石を使用すれ
ばよい。かかる構成の永久磁石は、ボンド磁石でも焼結
磁石でもいずれの形態でもよい。

【００２６】磁気閉回路を構成するヨーク１０ａ、１０
ｂは、図１、５に示すように、ヨーク１０ｂの内面とヨ
ーク１０ａの内面とが対面させられ、この対面させられ
たヨーク１０ａ、１０ｂの内面部分には、平板状に形成
されたヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂが設けられてい
る。ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂは、間に可動コイ
ル１６を挟むことができる程度の間隔の磁気空隙を介在
させて互いに対面させられている。

【００２７】ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂは、図３
に破線表示で示すように、略扇型に形成され、表面にＮ
極、Ｓ極が現れるようにその厚さ方向に着磁された永久
磁石に形成されている。ヨーク側永久磁石２０ａ、２０
ｂは、ラッチ用永久磁石１７と同様に、（ＢＨ）
_max （最大エネルギー積）の大きいＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
（ネオジウム−鉄−ボロン系）、Ｓｍ−Ｃｏ系（サマリ
ウム−コバルト系）の永久磁石が使用されている。かか
る永久磁石は、ボンド磁石でも焼結磁石でもいずれの形
態でもよい。

【００２８】なお、前記構成のラッチ用永久磁石１７
は、ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂよりも若干磁力が
大きく、揺動停止時のロック力が大きく確実に保持され
るように構成されている。

【００２９】略扇型に形成された可動コイル１６は、そ
の巻き始め端と、巻き終わり端とが、図４（ａ）に示す
ように、コイルホルダ１４に一体に成形された端子ピン
１８ａ、１８ｂを介して、リード線１９（１９ａ、１９
ｂ）に接続させられている。

【００３０】このようにして構成された揺動型アクチュ
エータでは、可動コイル１６に電流を流すことにより、
フレミングの左手の法則に従って、可動コイル１６に
は、軸受部材１１の周りに回動する方向の駆動力が働
き、コイルホルダ１４を軸受部材１１の周囲に回動させ
ることとなる。コイル１６に流す電流の方向を変えるこ
とにより、かかる駆動力の方向が左右に変更され、コイ
ルホルダ１４は、図３に示す中央位置から左右に揺動さ
せられることとなる。このコイルホルダ１４の揺動によ
りシャフト１２も揺動され、このシャフト１２に取り付
けた例えばスイング部材もそれに合わせて、例えば高速
に開閉させられることとなる。

【００３１】コイルホルダ１４は、図６に示すように、
可動コイル１６の中央位置（図４参照）から左右に１５
度ずつ、合わせて３０度の揺動範囲を有するように設定
した。かかる揺動範囲の設定は、シャフト１２に連結す
るスイング部材などの方で揺動範囲を規定できるように
構成されている。揺動型アクチュエータの上記揺動範囲
の規制は、シャフト１２を介して揺動型アクチュエータ
に連結される例えばスィング部材側のストッパ部材によ
り規制されるように構成されている。本実施の形態で
は、揺動型アクチュエータの側には揺動範囲を規定する
ストッパ部材は設けられていない。

【００３２】図６（ａ）では、左方向に１５度、図６
（ｂ）では右方向に１５度揺動した状態を示している。
図７には、入力電流を０．５Ａとしたときの、図６
（ａ）から図６（ｂ）まで可動コイル１６が揺動すると
きのトルク分布図を示した。図７の横軸では、可動コイ
ル１６が図６（ａ）の位置にあるときを０度とし、図６
（ｂ）の位置にあるときを３０度として、可動コイル１
６の揺動位置（角度で表示）でのトルク状況を示してい
る。

【００３３】可動コイル１６が発生するトルクとラッチ
用永久磁石１７の発生するトルクは同方向なので、両者
を加え合わせたトルクが示されている。トルクの測定は
０°（ラッチ状態）から３０°（反対側でのラッチ）の
方向で行った。４００ｇ・ｃｍから急激に解除された瞬
間である。

【００３４】１５°（可動子がどちらにも振れていない
状態）では、約２００ｇ・ｃｍ、３０°直前では、可動
コイル１６とラッチ用永久磁石１７の発生するトルクが
キャンセルさるためトルクは０に近づく。

【００３５】図８には、上記構成の揺動型アクチュエー
タで、可動コイル１６に電流を流さない場合、すなわち
ラッチ用永久磁石１７の発生するトルクを示したもの
で、約２００ｇ・ｃｍのホールディングトルクが得られ
る。図９には、ラッチ用永久磁石１７を設けずに、その
他の構成は上記構成と同様にした揺動型アクチュエータ
におけるトルク分布の様子を示した。図８、９の比較か
ら、ラッチ用永久磁石１７を設けない揺動型アクチュエ
ータでは、トルクは略一様に約２００ｇ・ｃｍを示す
が、ラッチ用永久磁石１７を設けた場合にはホールディ
ング位置を過ぎると急激にトルクが小さくなり揺動し易
くなることが分かる。

【００３６】図１０（ａ）に空隙磁束密度の分布の様子
を示したが、これは図１０（ｂ）に示す矢印Ｙの方向に
沿って、２０ｍｍまで測定した値である。同様に図１１
（ａ）に記載の空隙磁束密度の分布の様子も、図１１
（ｂ）に示すＹ’の方向に沿って、２０ｍｍまで測定し
た値である。両Ｙ、Ｙ’の方向は互いに対称な方向で、
矢印方向に向けて各位置での空隙磁束密度を示してい
る。ヨーク側永久磁石２０ａ、２０ｂの矢印Ｙ（Ｙ’）
に沿って手前２ｍｍの位置から測定をしている。

【００３７】

【発明の効果】本発明では、ホールディングトルクを大
きくすることができる。

【００３８】本発明では、起動トルクを大きくすること
ができる。

【００３９】本発明では、ロック力を大きくすることが
できる。

【００４０】本発明では、ホールディングトルク、起動
トルクを大きくすることができるため、それに合わせて
揺動型アクチュエータに連結する被揺動部材の重量を大
きくすることができ、産業用機械への揺動型アクチュエ
ータの用途拡大が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の揺動型アクチュエータ
の要部断面図である。

【図２】図１のＡの側からみた正面図である。

【図３】図１のＢの側からみた背面図である。

【図４】（ａ）は、コイルホルダに設けられた可動コイ
ルを示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）の断面図であ
る。

【図５】揺動型アクチュエータの要部断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、揺動した可動コイルが揺動
範囲端側に位置した状況を示す説明図である。

【図７】トルク分布を示すグラフである。

【図８】ホールディングトルクの分布を示すグラフであ
る。

【図９】ラッチ用永久磁石を設けない場合におけるトル
ク分布を示すグラフである。

【図１０】（ａ）は、矢印方向に沿った空隙磁束密度の
測定方向を示す要部平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の
測定により得られた空隙磁束密度の分布を示すグラフで
ある。

【図１１】（ａ）は、矢印方向に沿った空隙磁束密度の
測定方向を示す要部平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の
測定により得られた空隙磁束密度の分布を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１０ａ ヨーク １０ｂ ヨーク １１ 軸受部材 １２ シャフト １２ａ 貫通孔 １４ コイルホルダ １４ａ キャリッジ部 １４ｂ ホルダ本体 １６ 可動コイル １７ ラッチ用永久磁石 １８ａ 端子ピン １８ｂ 端子ピン １９ リード線 １９ａ リード線 １９ｂ リード線 ２０ａ ヨーク側永久磁石 ２０ｂ ヨーク側永久磁石 Ａ 固定子 Ｂ 可動子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気回路を形成するヨーク、前記ヨーク
   に設けられ厚さ方向に磁化された一対のヨーク側永久磁
   石、および前記ヨークに設けられシャフト保持用の軸受
   部材を有する固定子と、 被揺動部材に連結される前記シャフト、前記シャフトに
   連結されラッチ用永久磁石を設けるコイルホルダ、前記
   コイルホルダに一体に設けられたボビンレスの可動コイ
   ルを有する可動子とを有し、 前記可動コイルが前記一対のヨーク側永久磁石の間に形
   成される磁気空隙内に設けられ、前記ラッチ用永久磁石
   が前記コイルホルダの前記可動コイルの揺動方向の両端
   部にそれぞれ設けられていることを特徴とする揺動型ア
   クチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の揺動型アクチュエータに
   おいて、 前記ヨーク側永久磁石およびラッチ用永久磁石は、Ｒ
   （希土類元素の１種以上の元素）−Ｆｅ−Ｂ系、Ｒ（希
   土類元素の１種以上の元素）−Ｃｏ系のいずれかの希土
   類焼結磁石または希土類ボンド磁石が使用されているこ
   とを特徴とする揺動型アクチュエータ。