本发明涉及用于光学透镜等的定位的可动线圈型线性马达，特别是涉及能够以高响应以及高精度而进行定位的可动线圈型线性马达。
背景技术：
利用音圈马达以良好的响应性使透镜移动而进行对焦等动作的可动线圈型线性马达(线性致动器)得到广泛应用。在专利文献1所公开的线性致动器中，线性引导件、透镜安装用的框架、动子的位置检测用的传感器等部件以沿铅直方向排列的状态而组装于筒状的线圈组件的内侧，并形成为左右对称的构造。由此，使得进行直线往返移动的动子的重心与对该动子进行引导的线性引导件的中心一致而提高定位精度以及耐久性。
在专利文献2所公开的线性马达中，第一端板部分、第二端板部分架设于马达动子的筒状线圈框架的上下边之间，由此提高了筒状线圈框架的刚性。由此，能够提高线性马达的共振频率，从而能够以高速、高精度对搭载于马达动子侧的移动对象物品进行定位。
专利文献
专利文献1：日本特开2008-35645号公报
专利文献1：日本特开2014-117024号公报
技术实现要素：
在专利文献1所记载的线性马达中，如上所述，各部件以沿铅直方向排列的状态而组装于筒状的线圈组件的内侧，并形成为左右对称的构造。由此，使得轴承支承中心(g)和推力中心(f)在动子重心(m)所处的铅直线上一致。
然而，为了使各位置在铅直线上相同(相同的铅直坐标)，需要对构成部件的形状、构造、它们的布置等进行精心设计。例如，在使得线性引导件的轴承支承中心(g)和动子重心(m)在铅直方向上一致的情况下，为了使推力中心(f)的位置沿上下方向移动而与动子重心(m)一致，有时无法利用矩形筒状的驱动线圈的左右垂直边的整体作为推力发生部。另外，在使得轴承支承中心(g)和推力中心(f)一致的情况下，为了使动子重心(m)与上述位置一致，有时需要利用配重件在上下方向上对动子重心(m)进行调整。无论在任何情况下，加速度、即推力/动子质量的比率都会降低，因此，对于高响应要求构成阻碍因素。
另外，动子的透镜等的负荷安装部、以及对动子进行支承的线性引导件的轴承支承中心(g)处于在上下方向上偏离的位置。因此，严格而言，因负荷的质量而在轴承支承中心(g)与动子重心(m)之间产生上下方向的偏差。
并且，在各部件组装于矩形筒状的线圈组件的内侧的情况下，有时线圈组件的尺寸变得较大而无法获得足够的刚性。例如，当利用在线圈组件与定子侧的永磁体之间所产生的推力而使透镜框架、传感器等可动部移动时，有时矩形筒状的线圈组件无法耐受推力而产生变形。若矩形筒状的线圈组件在可动部移动时产生变形，则动子的移动略微产生滞后，响应性有可能会降低。另外，若线圈组件的刚性不足，则线圈组件容易在驱动时产生共振。若线圈组件产生共振，则动子的定位响应性、定位精度有可能会降低。
在专利文献2所记载的线性马达中，透镜安装部件等有限的部件配置于线圈组件的内侧，线性引导件配置于线圈组件的下侧，传感器等部件配置于线圈组件的上侧。由此，能够将加强用的端板安装于筒状的线圈组件。
然而，为了对线圈组件进行加强，使各部件在线圈组件的内外侧排列于在铅直方向上偏离的位置。因此，无法高效地利用线圈组件的内部空间。另外，难以使轴承支承中心(g)以及推力中心(f)与动子重心(m)一致。
鉴于上述问题，本发明的课题在于提供一种可动线圈型线性马达，该可动线圈型线性马达能够以良好的响应性对动子进行定位而不会使推力/动子质量的比率降低。
另外，在上述课题的基础上，本发明的课题还在于提供一种可动线圈型线性马达，该可动线圈型线性马达能够通过确保动子刚性而以高响应以及高精度对动子进行定位。
为了解决上述课题，本发明的可动线圈型线性马达具有：
马达动子，其具备可动线圈、以及供移动对象的负荷部件安装的负荷安装部件；
线性轴承，其在沿着马达中心轴线的方向上对所述马达动子进行引导；
马达定子，其具备固定磁体，该固定磁体与所述可动线圈之间形成磁回路而产生使得所述马达动子沿着所述线性轴承移动的推力；以及
马达框架，其供所述马达定子安装。
所述可动线圈是横长的矩形筒状的线圈，配置为相对于包含所述马达中心轴线的铅直面以及水平面对称，
所述线性轴承具备从所述可动线圈的内侧空间通过、且配置于相对于所述马达中心轴线而左右对称的位置的相同形状的左侧线性轴承以及右侧线性轴承，
所述负荷安装部件是形成为上下以及左右均对称的形状的部件，所述负荷部件安装于其中心部位，该负荷安装部件在所述可动线圈的所述内侧空间配置为相对于所述铅直面以及所述水平面对称，
所述马达定子具备：相同形状的上侧磁轭以及下侧磁轭；以及作为所述固定磁体的相同形状的上侧磁体以及下侧磁体，
所述上侧磁体以相对于作为所述可动线圈的一条长边的线圈上边以一定的间隙对置的方式安装于所述上侧磁轭，所述下侧磁体以相对于作为所述可动线圈的另一条长边的线圈下边以一定的间隙对置的方式安装于所述下侧磁轭，
所述上侧磁轭以及所述上侧磁体、和所述下侧磁轭以及所述下侧磁体，配置为相对于所述铅直面以及所述水平面对称。
在本发明的可动线圈型线性马达中，利用矩形筒状的可动线圈的内侧空间对负荷安装部件以及线性轴承进行配置。由此，能够实现线性马达的紧凑化。
另外，将2组线性轴承配置于相对于马达中心轴线而左右对称的位置，以使得负荷安装部件的中心与马达中心轴线一致、且使得线性轴承的轴承支承中心(g)在铅直方向上与马达中心轴线的位置一致。在此基础上，将推力发生部配置为相对于马达中心轴线而上下对称，使得其推力中心(f)在铅直方向上与马达中心轴线一致。
由此，能够确保马达动子相对于马达中心轴线在上下方向以及左右方向上的对称性。另外，无需附加用于调整重心位置的配重件、且不会导致用于调整推力中心位置的推力发生部的利用率降低等，并能够使马达动子重心(m)、推力中心(f)以及轴承支承中心(g)与马达中心轴线一致。其结果，能够实现如下可动线圈型线性马达：能够以良好的响应性对动子进行定位而不会使推力/动子质量的比率降低。
在本发明的可动线圈型线性马达中，优选地，
所述上侧磁轭具备向作为沿着所述马达中心轴线的方向的一侧的第一侧开口的上侧凹部，所述上侧磁体安装于该上侧凹部的内部，
所述下侧磁轭具备向所述第一侧开口的下侧凹部，所述下侧磁体安装于该下侧凹部的内部，
所述可动线圈的所述线圈上边以相对于所述上侧磁体在上下方向上以一定的间隙对置的方式从所述第一侧插入于所述上侧凹部，所述可动线圈的所述线圈下边以相对于所述下侧磁体在上下方向上以一定的间隙对置的方式插入于所述下侧凹部。
在该情况下，优选地，所述可动线圈的线圈框架具备：矩形筒状的线圈引导部，线圈卷线卷绕于该线圈引导部；以及相同形状的左侧支柱部和右侧支柱部，它们在上述线圈引导部的所述第一侧的部位将该线圈引导部的线圈引导部上边与线圈引导部下边之间连结起来，
所述左侧支柱部以及所述右侧支柱部从所述线圈引导部上边以及所述线圈引导部下边以规定量向所述第一侧伸出，
所述右侧支柱部以及所述左侧支柱部配置为相对于所述铅直面以及所述水平面对称。
这样，固定磁体的磁回路形成为向沿着马达中心轴线的一个方向开口的状态，因此，磁轭、磁体等磁回路构成部件未配置于可动线圈的磁回路的开口侧。因此，为了提高可动线圈的刚性，可以在可动线圈的线圈框架上形成将其线圈上边和线圈下边连结起来的加强用的支柱部。另外，还可以将线圈框架的左侧的垂直边(线圈引导部的左侧的垂直边)与左侧支柱部之间连结起来、且将右侧的垂直边(线圈引导部的右侧的垂直边)与右侧支柱之间连结起来，由此进一步提高可动线圈的刚性。
由于能够提高线圈框架的刚性，因此，能够防止或抑制因马达动子移动时、特别是其加速时的线圈框架变形而引起的动作滞后、负荷部件的位置检测精度的降低等弊端。由此，能够实现如下可动线圈型线性马达：能够以高响应以及高精度来对动子进行定位。
在本发明中，作为所述左侧线性轴承以及所述右侧线性轴承，可以使用圆筒型的线性轴承，该圆筒型的线性轴承具备：线性轴承引导轴，其沿所述马达中心轴线的方向延伸；以及线性轴承外筒，其能够沿所述线性轴承引导轴滑动。
所述线性轴承引导轴分别安装于所述马达框架。可动侧的所述线性轴承外筒分别可以安装于在所述线圈框架的所述左侧支柱部以及所述右侧支柱部分别形成的线性轴承外筒保持部。在该情况下，优选地，在所述线性轴承外筒保持部分别形成有用于供所述线性轴承引导轴分别通过的引导轴孔，另外，在架设于所述线性轴承外筒保持部之间的状态下，所述负荷安装部件安装于所述线圈框架。
这样，为了提高刚性，可以利用在线圈框架上形成的左侧支柱部以及右侧支柱部，由左右的线性轴承对马达动子进行支承。因而，能够紧凑地构成马达动子的线性轴承外筒以及负荷安装部件的安装部分，有利于马达动子的小型化、轻量化、低成本化。
接下来，在本发明中，所述马达框架由第一端板以及第二端板构成，在所述马达中心轴线的方向上可以将所述线圈框架配置于所述第一端板、第二端板之间。在该情况下，所述上侧磁轭以及所述下侧磁轭固定于所述第一端板、第二端板的一方，所述线性轴承引导轴分别在架设于所述第一端板、第二端板之间的状态下由所述第一端板、第二端板进行支承。
另外，对所述马达动子的位置进行检测的位置检测器由可动侧检测部以及固定侧检测部构成。在该情况下，在所述可动线圈的线圈左边以及线圈右边形成有能够供所述可动侧检测部安装的检测部安装部，所述可动侧检测部安装于一方的所述检测部安装部。所述固定侧检测部以与所述可动侧检测部对置的方式安装于所述第一端板、第二端板。
在本发明中，作为线性马达的构造部件的马达框架、与马达定子、即作为磁回路构成部件的磁轭形成为独立的部件。而且，磁回路构成部件以及检测器构成部件分别安装于马达框架。因此，容易确保与上述部件的安装相关的精度，部件组装性得到提高。此外，由于在马达动子的左侧或右侧的部位搭载的可动侧检测部的质量足够小，因此，实质上能够维持马达动子的对称性。
本发明的可动线圈型线性马达可以用作透镜驱动机构。作为安装于所述负荷安装部件的负荷部件，该情况下的可动线圈型线性马达具有以使得透镜光轴与所述马达中心轴线一致的方式而安装的光学透镜。另外，在所述第一端板、第二端板分别形成有以所述马达中心轴线为中心的光线通过用的开口部。
附图说明
图1是示出应用了本发明的可动线圈型线性马达的立体图。
图2是示出图1的可动线圈型线性马达的主视图、俯视图、侧视图、d-d线剖视图、以及e-e线剖视图。
图3是示出图1的可动线圈型线性马达的马达动子的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对应用了本发明的可动线圈型线性马达的实施方式进行说明。本实施方式所涉及的可动线圈型线性马达用作例如用于对透镜进行对焦的透镜驱动用的线性致动器。当然，可以为了使透镜以外的负荷部件(移动对象部件)进行直线往返移动而利用本发明的可动线圈型线性马达。
图1是示出本实施方式所涉及的可动线圈型线性马达的主要部分的立体图。图2(a)是示出可动线圈型线性马达的主视图，图2(b)是其俯视图，图2(c)是其侧视图，图2(d)是示出利用图2(a)中的d-d线进行剖切后的部分的剖视图，图2(e)是示出利用图2(a)中的e-e线进行剖切后的部分的剖视图。另外，图3是示出其马达动子的立体图。
参照这些附图进行说明，可动线圈型线性马达1(以下，简称为“线性马达1”。)具备马达框架，该马达框架构成为包括在马达前后方向上隔开一定间隔而配置的前端板2以及后端板3。前端板2以及后端板3为一定厚度的横长的矩形板。
在后端板3的上端面安装有上侧磁轭4，在该上侧磁轭4上安装有上侧磁体5。还在后端板3的下端面安装有下侧磁轭6，在下侧磁轭6上安装有下侧磁体7。由上侧磁轭4、上侧磁体5、下侧磁轭6以及下侧磁体7构成马达定子。
上侧磁轭4以及下侧磁轭6形成为相同形状，并以相对于包含在马达前后方向上水平地延伸的马达中心轴线1a的铅直面pv以及水平面ph(参照图2(a))对称的方式安装于后端板3。同样地，上侧磁体5以及下侧磁体7形成为相同形状，并以相对于铅直面pv以及水平面ph对称的方式分别安装于上侧磁轭4以及下侧磁轭6。
上侧磁轭4以及下侧磁轭6具备向马达前方开口、且在马达左右方向上水平地延伸的一定宽度且一定深度的凹部4a、6a。凹部4a、6a的左右的端部也开口。一定厚度的矩形板状的上侧磁体5水平地安装于上侧磁轭4的凹部4a的内部的朝下的上端面，一定厚度的矩形板状的下侧磁体7水平地安装于下侧磁轭6的凹部6a的内部的朝上的下端面。
马达动子10配置为相对于上述结构的马达定子而能够沿马达中心轴线1a移动的状态。在马达动子10上搭载有横长的矩形形状的透镜安装板12(负荷安装部件)。作为移动对象的负荷部件的圆形轮廓的光学透镜8安装于透镜安装板12(参照图2(d))。
马达动子10由左右的线性轴承13、14支承。线性轴承13、14是配置为从矩形筒状的可动线圈11的内侧空间通过的相同形状、相同构造的圆筒型的线性轴承。上述线性轴承13、14分别具备：线性轴承引导轴13a、14a，它们沿马达中心轴线1a的方向延伸；以及线性轴承外筒13b、14b，它们能够沿线性轴承引导轴13a、14a滑动。
通过螺栓紧固而将线性轴承引导轴13a、14a以相对于铅直面pv以及水平面ph对称的方式固定于前端板2以及后端板3。线性轴承外筒13b、14b也以相对于铅直面pv以及水平面ph对称的方式安装于可动线圈11。
此外，如图2(a)、图2(e)中双点划线所示，用于对马达动子10的位置、即搭载于此处的光学透镜8的位置进行检测的位置检测器16搭载于线性马达1。位置检测器16例如是光学式的位置检测器，具备：固定侧位置检测部16a，其搭载于马达框架(前端板2以及后端板3)；以及可动侧位置检测部16b，其搭载于马达动子10。
主要参照图3进行说明，马达动子10具备横长的矩形筒状的可动线圈11。在可动线圈11上搭载有透镜安装板12以及线性轴承13、14的线性轴承外筒13b、14b。
可动线圈11具备线圈框架20。在线圈框架20上形成有横长的矩形筒状的线圈引导部21。线圈卷线22被沿着线圈引导部21的外周面而卷绕。
在线圈引导部21的马达中心轴线1a的方向的第一侧的部位、即本例中的马达前侧的部位，一体形成有2个支柱部23、24。2个支柱部23、24形成为相同形状，并配置于相对于线圈框架20的中心而左右对称的位置。
支柱部23形成为具备如下部位的形状：上下的伸出部23a、23b，它们从线圈引导部21的线圈引导部上边21a以及线圈引导部下边21b以一定长度向马达前方水平地伸出；以及连结部23c，其将上下的伸出部23a、23b之间连结起来且沿马达上下方向延伸。另一个支柱部24也同样地形成为具备上下的伸出部24a、24b以及连结部24c的形状。
另外，在线圈引导部21的两侧的线圈引导部垂直边21c、21d上一体形成有检测部安装部25、26。检测部安装部25具备连结部25a，该连结部25a将向马达前方水平地延伸的上下的水平臂部的前端连结起来、且沿上下方向延伸，在连结部25a上形成有在横向上突出的上下一对安装座25b、25c。另外，在线圈引导部21的马达后侧的部位也形成有安装座25d、25e、25f。可以将位置检测器16的可动侧位置检测部16b安装于上述安装座25b～25f。
另一个检测部安装部26也同样地具备：安装座26b、26c，它们设置于将上下的水平臂部的前端连结起来的连结部26a；以及3处部位的安装座，它们设置于线圈引导部21的后侧的部位(图中仅示出了安装座26d)。可以将可动侧位置检测部16b安装于上述安装座。
并且，在马达左右方向上将检测部安装部25的连结部25a和支柱部23的连结部23c连结起来，在该连结部分形成有线性轴承外筒保持部27。在线性轴承外筒保持部27上形成有用于供线性轴承13的线性轴承引导轴13a通过的圆形的引导轴孔27a。通过螺栓紧固从马达后侧将线性轴承13的线性轴承外筒13b以与引导轴孔27a同轴的方式固定于线性轴承外筒保持部27。
在另一个检测部安装部26的连结部26a与支柱部24的连结部24c之间也同样地形成有线性轴承外筒保持部28。在线性轴承外筒保持部28上形成有圆形的引导轴孔28a。另外，通过螺栓紧固从马达后侧将线性轴承14的线性轴承外筒14b以与引导轴孔28a同轴的方式固定于线性轴承外筒保持部28。
这里，透镜安装板12在通过螺栓紧固而固定于线圈框架20的左右的线性轴承外筒13b、14b之间以架设于马达左右方向上的状态而搭载于线圈框架20。
马达动子10由左右的线性轴承13、14支承为：相对于铅直面pv以及水平面ph对称。另外，该可动线圈11相对于马达定子侧的上侧磁体5以及下侧磁体7配置为以一定的间隙对置的状态。即，根据图1、图2(d)可知，形成为如下状态：可动线圈11的线圈上边11a以及线圈下边11b插入于马达定子侧的上侧磁轭4以及下侧磁轭6的凹部4a、6a，且相对于上侧磁体5以及下侧磁体7以一定的间隙而对置。由此，能够产生用于使马达动子10沿着左右的线性轴承13、14而在马达前后方向上移动的推力的磁回路(推力发生部)，形成为相对于铅直面pv以及水平面ph对称的状态。
在马达动子10的可动线圈11的线圈框架20上，在其马达前侧形成有支柱部23、24。支柱部23、24分别形成为从矩形筒状的线圈引导部21向马达前方以一定量而伸出的形状。通过适当地规定该伸出量，能够使马达动子10以一定的行程沿马达前后方向移动而不会对马达定子侧的结构部件造成干扰。此外，如图2(e)所示，在线性轴承13、14的线性轴承引导轴13a、14a的两端部安装有由缓冲材料构成的止动件29a、29b、30a、30b。
接下来，在用作透镜驱动机构的线性马达1中，在透镜安装板12上形成有由圆形贯通孔构成的透镜安装部12a。另外，在前端板2以及后端板3上分别形成有以马达中心轴线1a为中心的圆形贯通孔而作为光线通过用的开口部2a、3a(参照图2(e))。
在上述结构的线性马达1中，利用矩形筒状的可动线圈11的内侧空间配置透镜安装板12以及2个线性轴承13、14。由此，能够实现线性马达1的紧凑化。
另外，以对称的方式将2组线性轴承13、14配置于马达中心轴线1a的两侧，以使得透镜安装板12的中心与马达中心轴线1a一致、且使得马达动子10的轴承支承中心在铅直方向上与马达中心轴线1a一致。并且，推力发生部配置为相对于马达中心轴线1a而上下对称，其推力中心在铅直方向上与马达中心轴线1a一致。
由此，相对于马达中心轴线1a而在上下左右方向上均能够确保马达动子10的对称性。另外，无需附加用于调整重心位置的配重件、且不会导致用于调整推力中心位置的推力发生部的利用率降低等，并能够使马达动子重心、推力中心以及轴承支承中心与马达中心轴线1a一致。其结果，能够实现如下线性马达1：能够以良好的响应性对动子进行定位而不会使推力/动子质量的比率降低。