JP2006340565A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータと可動子を備えた電磁アクチュエータの小型化を図る。
【解決手段】ハウジング１０、ハウジング１０に回動自在に支持された回転子２０、マグネット２３、励磁用のコイル３１、回転子２０の回転によりその回転軸方向Ｘに直線的に移動するべくハウジング１０に支持された可動子４０を備えた電磁アクチュエータにおいて、回転子２０は、雄螺子２２ａが形成されたシャフト部２２、シャフト部２２の外周を覆う円筒部２１を一体的に有し、可動子４０は、雄螺子２２ａに螺合する雌螺子４１ａが形成されかつ円筒部２１に対して少なくとも一部が出没自在なスリーブ部４１、スリーブ部４１の直線移動を外部に伝達する伝達部４２を一体的に有する。これにより、可動子４０は回転子２０に出没自在となるため、全伸〜全縮の移動ストロークを大きく設定しつつ、全縮状態での電磁アクチュエータの全長を短くでき、小型化を達成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子の回転により直線的に移動する可動子を備えた電磁アクチュエータに関し、特に、回転子と可動子とがお互いに螺合により連結されて回転子の回転が可動子の直線移動に変換される電磁アクチュエータに関する。

従来の電磁アクチュエータとしては、円筒状のハウジング（フレーム）、ハウジングの内部において回動自在に支持されて外周にマグネットを有する回転子、回転子の周りでかつハウジングの内壁面に固定された励磁用のコイル、回転子の回転軸線上に一体的に設けられた雄螺子を有するシャフト（リードスクリュー）、シャフトの雄螺子に螺合する雌螺子を有する可動子等を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電磁アクチュエータにおいては、ハウジングの長さにシャフトの長さを加えた寸法が電磁アクチュエータの全長になり、又、可動子はシャフトの長さの範囲内で移動可能に設定されている。
したがって、可動子の移動ストロークを大きくすると、シャフトの長さすなわち電磁アクチュエータの全長を長くする必要があり、大型化を招くことになる。
特開平６−２８４６８３号公報

本発明は、上記従来技術の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、全長の短縮化、小型化等を図りつつ、可動子の移動ストロークをより大きく設定でき、高精度な動作が得られる電磁アクチュエータを提供することにある。

本発明の電磁アクチュエータは、ハウジングと、ハウジングに回動自在に支持された回転子と、マグネットと、励磁用のコイルと、回転子の回転によりその回転軸方向に直線的に移動するべくハウジングに支持された可動子と、を備えた電磁アクチュエータであって、上記回転子には、雄螺子及び雌螺子の一方が形成され、上記可動子には、雄螺子及び雌螺子の他方が形成され、上記回転子と可動子とは、回転軸方向において、少なくとも一部が入れ子状に重なり合うように形成されている、構成となっている。
この構成によれば、回転子が回転すると、雄螺子と雌螺子の螺合を介して、可動子が回転軸方向に移動する。ここで、可動子と回転子とは、回転軸方向において少なくとも一部が入れ子状に重なるようになっている（電磁アクチュエータ全体としての長さが伸縮自在となっている）ため、全伸〜全縮の移動ストロークを大きく設定することができると共に、全縮状態での電磁アクチュエータの全長を短くすることができ、小型化を達成できる。

上記構成において、回転子は、雄螺子が形成されたシャフト部と、シャフト部の外周を覆う円筒部とを一体的に有し、可動子は、雄螺子に螺合する雌螺子が形成されかつ円筒部に対して少なくとも一部が出没自在なスリーブ部と、スリーブ部の直線移動を外部に伝達する伝達部とを一体的に有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、回転子が回転すると、シャフト部の雄螺子とスリーブ部の雌螺子との螺合を介して、可動子が回転軸方向に移動する。ここで、可動子（スリーブ部の一部）は回転子（円筒部）に出没自在（電磁アクチュエータ全体としての長さが伸縮自在）となっているため、全伸〜全縮の移動ストロークを大きく設定することができると共に、全縮状態での電磁アクチュエータの全長を短くすることができ、小型化を達成できる。また、直線的に移動する可動子（スリーブ部）は、雄螺子をもつシャフト部に比べて径が大きくなるため、ガタツキあるいは傾き等を生じることなく、ハウジングで摺動自在に支持することができる。

上記構成において、円筒部は、前記スリーブ部の少なくとも一部が円筒部内に入り込んだ全縮状態で、スリーブ部の先端が当接するストッパ部を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、全縮状態で、可動子（スリーブ部の先端側）は回転子（円筒部）内に入り込んで、ストッパ部に当接して位置決めされる。このように、円筒部の内部にスリーブ部の先端が当接するストッパ部を設けたことにより、ハウジング等の外部に専用のストッパ部材を設ける（あるいはハウジングにストッパ部材を一体的に形成する）場合に比べて、そのストッパ部材の厚さ分だけ、電磁アクチュエータの全長を短くすることができる。

上記構成において、回転子は、樹脂材料により形成され、回転子の円筒部の外周には、樹脂製の上記マグネットが固着されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、回転子の軽量化、さらには電磁アクチュエータの軽量化、製造コストの低減、成型の容易化を達成することができる。

上記構成において、可動子は樹脂材料により形成され、スリーブ部と伝達部とは別体に形成した後に固着されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、可動子の直線移動を伝達する外部の種類（例えば、自動車の無段変速機（ＣＶＴ）等）に応じた各種の伝達部を設けても、スリーブ部を共用化でき、それ故にコストを低減することができる。また、伝達部とは別個にスリーブ部を成型することができるため、その成型が容易になり、生産性及び歩留まりを向上させることができる。

上記構成において、雌螺子は、スリーブ部の内壁面において、その軸線方向の一部の領域に形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、スリーブ部を成型した場合に、雌螺子の寸法のバラツキ（ネジピッチあるいは径寸法等の成型ロット毎のバラツキ等）を軽減でき、それ故に、雄螺子との高精度な螺合状態を得ることができる。

上記構成において、スリーブ部及び伝達部は、レーザー溶着により固着されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、スリーブ部と伝達部とをレーザー溶着により固着するため、カシメ工程等により固着する場合に比べて、製造工程を簡略化できると共に、堅固な可動子を得ることができる。

上記構成において、回転子、コイル、及びマグネットは、ステッピングモータを形成している、構成を採用することができる。
この構成によれば、ステッピングモータの回転により可動子が直線移動させられるため、移動ピッチを高精度に制御する必要のある外部の機器（例えば、自動車の無段変速機（ＣＶＴ）等）に適用することができる。

上記構成をなす電磁アクチュエータによれば、構造の簡素化、全長の短縮化、小型化等を達成しつつ、可動子の移動ストロークをより大きく設定でき、高精度な動作が得られる電磁アクチュエータを提供することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図３は、本発明に係る電磁アクチュエータの一実施形態を示すものであり、図１は電磁アクチュエータの全縮状態を示す断面図、図２は電磁アクチュエータの全伸状態を示す断面図、図３は可動子の組み立てを示す工程図である。

この電磁アクチュエータは、図１及び図２に示すように、ハウジング１０、ハウジング１０に回動自在に支持された回転子２０、回転子２０の周りにおいて回転軸方向Ｘに積層された二つのステータ３０、回転子２０に連結されると共にハウジング１０に対して直線的に移動自在に支持された可動子４０等により形成されている。
ここでは、回転子２０と、後述するマグネット２３、後述する励磁用のコイル３１，ボビン３２，ヨーク３３を含むステータ３０とにより、ステッピングモータが形成されている。

ハウジング１０は、図１及び図２に示すように、樹脂材料により形成されて、ベアリング１１を介して回転子２０を回動自在に支持すると共に、可動子４０を回転軸方向Ｘに移動自在（出没自在）に支持する。また、ハウジング１０の外壁には、通電用のコネクタ１２が一体成型されている。

ステータ３０は、図１及び図２に示すように、励磁用のコイル３１、コイル３１を巻回するボビン３２、及びボビン３２を挟持して接合されると共に回転子２０の外周面と対向する複数の爪状磁極片をもつ一対のヨーク３３により形成されている。

回転子２０は、図１及び図２に示すように、両端が回動自在に支持される円筒部２１、円筒部２１の内部から回転軸方向Ｘに伸長するシャフト部２２、円筒部２１の外周に形成された樹脂製の（プラスチック）マグネット２３等を備えている。

円筒部２１は、後述する可動子４０のスリーブ部４１が入り込める内径寸法に形成されており、図１に示すようにスリーブ部４１が入り込んだ全縮状態で、スリーブ部４１の先端４１ｂが当接するストッパ部２１ａを備えている。
このように、全縮状態で、可動子４０（スリーブ部４１の先端側）は回転子２０（円筒部２１）内に入れ子状に入り込んで、ストッパ部２１ａに当接して位置決めされるため、ハウジング１０等の外部に専用のストッパ部材を設ける（あるいはハウジング１０にストッパ部材を一体的に形成する）場合に比べて、そのストッパ部材の厚さ分だけ、電磁アクチュエータの全長を短くすることができる。

シャフト部２２は、樹脂材料により形成され、円筒部２１の回転軸Ｘ上において円筒部２１に一体的に固着されている。シャフト部２２には、円筒部２１の内部に露出した領域から先端部に向けて雄螺子２２ａが一体的に形成されている。
マグネット２３は、樹脂材料により、円筒部２１の外周に一体的に成型されており、回転方向においてＮ極とＳ極とが交互に配列されて複数着磁されている。

可動子４０は、図１及び図２に示すように、ハウジング１０により回転軸方向Ｘに移動自在に支持され、円筒部２１に入り込むと同時にシャフト部２２（雄螺子２２ａ）と螺合するスリーブ部４１、スリーブ部４１に固着されスリーブ部４１の直線移動を外部に伝達する伝達部４２等を備えている。

スリーブ部４１は、別体として樹脂材料により成型され、図３（ａ），（ｂ）に示すように、内部の所定範囲Ｈ（すなわち、軸線方向Ｘの一部の領域）に亘って形成された雌螺子４１ａ、円筒部２１のストッパ部２１ａに当接し得る先端４１ｂ、伝達部４２と固着される円筒状の嵌合部４１ｃ等を備えている。
このように、雌螺子４１ａは、スリーブ部４１の内壁面においてその軸線方向Ｘの一部の領域Ｈに形成されているため、スリーブ部４１を成型した場合に雌螺子４１ａの寸法のバラツキ（ネジピッチあるいは径寸法等の成型ロット毎のバラツキ等）を防止でき、それ故に、雄螺子２１ａとの高精度な螺合状態を得ることができる。
伝達部４２は、別体として樹脂材料により成型され、直線移動を外部に伝達するべく機器（例えば、自動車の無段変速機（ＣＶＴ））に連結する連結孔４２ａ、スリーブ部４１の嵌合部４１ｃに固着される円筒状の嵌合部４２ｂ等を備えている。

ここで、可動子４０は、図３（ａ）に示すように、スリーブ部４１と伝達部４２とが別体として形成された後に、図３（ｂ）に示すように、嵌合部４１ｃと嵌合部４２ｂとをお互いに嵌合させ、その嵌合界面をレーザー溶着して両者を一体的に固着する。
このように、スリーブ部４１と伝達部４２とをレーザー溶着により固着するため、カシメ工程等により固着する場合に比べて、製造工程を簡略化できると共に、堅固な可動子４０を得ることができる。また、可動子４０の直線移動を伝達する外部の種類（例えば、自動車の無段変速機（ＣＶＴ）等）に応じた各種の伝達部４２を設けても、スリーブ部４１を共用化できるため、コストを低減することができ、又、伝達部４２とは別個にスリーブ部４１を成型することができるため、その成型が容易になり、生産性及び歩留まりを向上させることができる。

上記電磁アクチュエータの動作について説明すると、コイル３１が一方向に通電されると、可動子４０のスリーブ部４１の先端側（内側）が回転子２０の円筒部２１に入り込んでオーバラップした状態すなわち図１に示す全長Ｌの全縮状態から、可動子４０のスリーブ部４１の伝達部４２側が回転子２０の円筒部２１から飛び出た状態すなわち図２示す全長Ｌ＋Ｓの全伸状態に向けて、移動ストロークＳの範囲において高精度なピッチで可動子４０が移動する。このとき、コイル３１への通電を適宜制御することにより、可動子４０を回転軸方向Ｘの所望位置に高精度に停止させることができる。

一方、コイル３１が逆向きに通電されると、図２に示す全長Ｌ＋Ｓの全伸状態から図１示す全長Ｌの全縮状態に向けて、移動ストロークＳの範囲において高精度なピッチで可動子４０が移動する。このとき、コイル３１への通電を適宜制御することにより、可動子４０を回転軸方向Ｘの所望位置に高精度に停止させることができ、全縮状態でスリーブ部４１の先端４１ｂが円筒部２１のストッパ部２１ａに当接して位置決めされる。

上記のように、可動子４０（スリーブ部４１の一部）は回転子２０（円筒部２１）に出没自在、すなわち、電磁アクチュエータ全体としての長さが伸縮自在となっているため、全伸〜全縮の移動ストロークＳを大きく設定することができると共に、全縮状態での電磁アクチュエータの全長Ｌを短くすることができ、小型化を達成できる。
また、直線的に移動する可動子４０（スリーブ部４１）は、雄螺子２２ａをもつシャフト部２２に比べて径が大きくなるため、ガタツキあるいは傾き等を生じることなく、ハウジング１０で摺動自在に支持することができる。

また、回転子２０、ステータ３０（コイル３１等）、マグネット２３等によりステッピングモータが形成されて、高精度なピッチで可動子４０を直線的に移動させることができるため、移動ピッチを高精度に制御する必要のある外部の機器（例えば、自動車の無段変速機（ＣＶＴ）等）の駆動源として好適である。

上記実施形態においては、可動子４０を直線的に移動させる駆動源として、回転子２０、コイル３１、マグネット２３等からなるステッピングモータを示したが、これに限定されるものではなく、可動子４０を直線的に移動させるものであれば、ＤＣモータを採用してもよく、又、その他の駆動源を採用してもよい。
上記実施形態においては、可動子４０に雌螺子４１ａを設けかつ回転子２０に雄螺子２２ａを設ける構成を示したが、逆に可動子に雄螺子を設けかつ回転子に雌螺子を設けてお互いが回転軸方向Ｘに入れ子状に重なり合うように形成してもよい。

以上述べたように、本発明の電磁アクチュエータは、全長の短縮化、小型化等を達成しつつ、可動子の移動ストロークをより大きく設定できるため、小型化が要求される分野であれば、自動車等の無段変速機（ＣＶＴ）は勿論のこと、その他の機械分野あるいは電子機器分野等において、特に狭い設置スペースにおいて、単なる駆動源としてあるいは制御システムにおける位置決め用の駆動源といて使用することができる。

本発明に係る電磁アクチュエータの一実施形態を示すものであり、全縮状態における断面図である。 本発明に係る電磁アクチュエータの一実施形態を示すものであり、全伸状態における断面図である。 本発明に係る電磁アクチュエータの一部をなす可動子を示すものであり、（ａ）は可動子を形成するスリーブ部と伝達部とを別体として形成して未固着の状態を示す断面図、（ｂ）はスリーブ部と伝達部とを固着した状態を示す断面図である。

符号の説明

Ｘ 回転子の回転軸方向（回転軸）
Ｈ 雌螺子が形成される範囲（軸線方向の一部の領域）
Ｌ 全縮状態での電磁アクチュエータの全長
Ｓ 可動子の移動ストローク
１０ ハウジング
１２ コネクタ
２０ 回転子
２１ 円筒部
２１ａ ストッパ部
２２ シャフト部
２２ａ 雄螺子
２３ マグネット
３０ ステータ
３１ 励磁用のコイル
３２ ボビン
３３ ヨーク
４０ 可動子
４１ スリーブ部
４１ａ 雌螺子
４１ｂ 先端
４１ｃ 嵌合部
４２ 伝達部
４２ａ 連結孔
４２ｂ 嵌合部

Claims (8)

1. ハウジングと、前記ハウジングに回動自在に支持された回転子と、マグネットと、励磁用のコイルと、前記回転子の回転によりその回転軸方向に直線的に移動するべく前記ハウジングに支持された可動子と、を備えた電磁アクチュエータであって、
   前記回転子には、雄螺子及び雌螺子の一方が形成され、
   前記可動子には、雄螺子及び雌螺子の他方が形成され、
   前記回転子と前記可動子とは、前記回転軸方向において、少なくとも一部が入れ子状に重なり合うように形成されている、
   ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記回転子は、雄螺子が形成されたシャフト部と、前記シャフト部の外周を覆う円筒部とを一体的に有し、
   前記可動子は、前記雄螺子に螺合する雌螺子が形成されかつ前記円筒部に対して少なくとも一部が出没自在なスリーブ部と、前記スリーブ部の直線移動を外部に伝達する伝達部とを一体的に有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記円筒部は、前記前記スリーブ部の少なくとも一部が前記円筒部内に入り込んだ全縮状態で、前記スリーブ部の先端が当接するストッパ部を有する、
   ことを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記回転子は、樹脂材料により形成され、
   前記回転子の円筒部の外周には、樹脂製の前記マグネットが固着されている、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁アクチュエータ。
5. 前記可動子は、樹脂材料により形成され、
   前記スリーブ部と前記伝達部とは、別体に形成した後に固着されている、
   ことを特徴とする請求項２ないし４いずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
6. 前記雌螺子は、前記スリーブ部の内壁面において、その軸線方向の一部の領域に形成されている、
   ことを特徴とする請求項５記載の電磁アクチュエータ。
7. 前記スリーブ部及び伝達部は、レーザー溶着により固着されている、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の電磁アクチュエータ。
8. 前記回転子、コイル、及びマグネットは、ステッピングモータを形成している、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
   
   

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