JP2010226874A

JP2010226874A - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2010226874A
Application number: JP2009071553A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakagawa; 洋中川; Takayoshi Fujii; 隆良藤井; Takashi Fukunaga; 崇福永; Takashi Onoe; 孝志尾上
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP5360555B2

Abstract

【課題】固定子２及び可動子３が同一の軸心となるように容易に取り付けできるようにする。
【解決手段】板バネ４２（４１）をアウタコア３０に位置決めして取り付けるべく、一対の係合凸部３０３，３０４をアウタコア３０に設けると共に、一対の係合凸部３０３，３０４が係入する一対の係入部４２１ｂ，４２１ｂ（４１１ｂ，４１１ｂ）を板バネ４２（４１）に設け、しかも、係合凸部３０３，３０４及び係入部４２１ｂ，４２１ｂ（４１１ｂ，４１１ｂ）のそれぞれは、磁極部３０１，３０２に対して永久磁石２１，２２の磁力が作用する方向に配置されると共に、係入部４２１ｂ，４２１ｂ（４１１ｂ，４１１ｂ）は、磁極部３０１，３０２に対して永久磁石２１，２２の磁力が作用する方向に向かって切り欠かれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定子及び可動子を同一の軸心となるよう支持し且つ固定子に対して可動子をスラスト方向に往復動可能に弾性支持する板バネを備えたリニアアクチュエータに関し、例えば、固定子側に永久磁石が設けられると共に、ラジアル方向にて隙間を有して永久磁石と対向する磁極部が可動子側に設けられるレシプロモータに適用される。

従来、下記特許文献１に示すリニアアクチュエータが提案されている。このリニアアクチュエータでは、固定子の構成部品であるアウタコアの内面の膨出部分の先端に永久磁石が配設され、該膨出部分にコイルが巻回される。また、可動子の構成部品であるインナコアは、磁極部を有する。そして、この磁極部と永久磁石とは、ラジアル方向にて所定の隙間を有して対向配置される。

さらに、このリニアアクチュエータは、可動子の構成部品であるシャフトをアウタコアと同軸同心に支持し且つアウタコアに対してシャフトをスラスト方向に往復動させるよう弾性支持する一対の板バネを備えている。

板バネは、シャフトの軸方向から見ると、「８」の字形状に形成される。そして、「８」の字状に交差する箇所には、シャフトの挿通孔が形成される。また、「８」の字状の上下の挿通開口部（環状部）は、コイルを内側に通すことができる大きさを有する。さらに、板バネの一端部及び他端部であって、上下方向の中心線上には、固定子に取り付けるための小さな丸孔が形成される。

特開２００６−２２０１９６号公報

しかしながら、上記従来のリニアアクチュエータは、組み立て作業において、シャフトをインナコアの中心に貫通させた状態でアウタコアの内部に位置させると、固定子に設けられた永久磁石に可動子の磁極部が磁着され、上述した所定の隙間、即ち、磁極部と永久磁石とを対向配置させるための隙間が潰れてしまう。

そして、この状態（固定子及び可動子が同一の軸心ではない状態）では、板バネの各丸孔と、これに対応して設けられたアウタコアの貫通孔とに位置ずれが生じているので、アウタコアと板バネとを締結するためのボルトを挿通させにくく、そのため、板バネをアウタコアに取り付けにくいという問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、組み立て作業において、板バネを取り付ける際、永久磁石に磁極部が磁着され、固定子及び可動子が同一の軸心ではない状態になっているとしても、その状態を矯正して固定子及び可動子を同一の軸心とすることが簡単にできるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、ラジアル方向内外に配置される固定子及び可動子と、該固定子及び可動子を同一の軸心となるよう支持し且つ固定子に対して可動子をスラスト方向に往復動可能に弾性支持する板バネとを備え、固定子及び可動子の一方に、永久磁石が設けられると共に、固定子及び可動子の他方に、ラジアル方向にて隙間を有して永久磁石と対向する磁極部が設けられるリニアアクチュエータにおいて、板バネを、ラジアル方向外側に配置される固定子又は可動子に位置決めして取り付けるべく、該固定子又は可動子に、少なくとも一対の係合凸部が設けられると共に、板バネに、それぞれ係合凸部が係入する少なくとも一対の係入部が設けられ、しかも、係合凸部及び係入部のそれぞれは、磁極部に対して永久磁石の磁力が作用する方向に配置されると共に、係入部の少なくとも一部は、磁極部に対して永久磁石の磁力が作用する方向に向かって切り欠かれてなることを特徴とする。

リニアアクチュエータの組み立て作業において、板バネを取り付ける際、通常は、固定子及び可動子の一方の永久磁石に固定子及び可動子の他方が磁着され、固定子及び可動子が同一の軸心ではない状態になっている。これは、ラジアル方向外側に配置される固定子又は可動子の係合凸部と、板バネの係入部とに位置ずれが生じていることを意味する。しかしながら、係入部の少なくとも一部が切り欠かれていることで、位置ずれに関わらず、それぞれ係合凸部を対応する係入部に係入させ、板バネを暫定的に取り付けることができる。また、係合凸部が係入部に係入すると、板バネの弾性力により、固定子と可動子との磁着は強制的に解除され、固定子及び可動子が同一の軸心となるよう矯正される。

また、本発明のリニアアクチュエータでは、前記板バネを、ラジアル方向外側に配置される固定子又は可動子に取り付けられる枠部と、該枠部の内側に設けられる可撓部とで構成し、枠部に前記少なくとも一対の係入部が設けられるようにすることができる。

かかる構成によれば、板バネを、ラジアル方向外側に配置される固定子又は可動子に取り付けられる部分と、可動子の往復動を円滑に行わせる部分とに二分にしたので、板バネの取付剛性を高めることができ、また、これにより、矯正がしやすくなる。

さらに、本発明によれば、前記切欠をＵ字状に形成するような構成を選択することもできる。

かかる構成によれば、切欠がＵ字状に形成されることで、上述した係合凸部が係入しやすくなり、組み立て作業の作業効率をさらに向上することができる。

本発明のリニアアクチュエータでは、磁極部に対して永久磁石の磁力が作用する方向に向かって切り欠かれる切欠を板バネに形成したので、組み立て作業において、板バネを取り付ける際、固定子及び可動子の一方の永久磁石に固定子及び可動子の他方が磁着され、固定子及び可動子が同一の軸心ではない状態になって、係合凸部と係入部とに位置ずれが生じているとしても、板バネを簡単に取り付けることができ、また、その際、板バネのラジアル方向の剛性あるいは弾性力により、磁着が強制的に解除され、固定子及び可動子が同一の軸心となるよう矯正されるため、組み立て作業の作業効率を向上することができる。

本発明の一実施形態を示すリニアアクチュエータの分解斜視図。板バネの正面図。完成したリニアアクチュエータを前方から見た斜視図。完成したリニアアクチュエータを後方から見た斜視図。図３の正面図。板バネの変形例を示した正面図。

以下、本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータを、図面に基づいて説明する。先ず、図１ないし図５に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

図１はリニアアクチュエータの分解斜視図、図２は板バネの正面図、図３は完成したリニアアクチュエータを前方から見た斜視図、図４は完成したリニアアクチュエータを後方から見た斜視図、図５は図３の正面図である。なお、便宜上、図１の左側を前側とし、右側を後側とする。

これらの図に示すように、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、固定子２と、可動子３と、板バネ４１，４２とを備える。固定子２は、可動子３の内側に配置される。また、可動子３は、固定子２に対して前後方向（スラスト方向）に往復動可能に支持される。

固定子２は、インナコア（図示せず）が内挿されたボビン２０と、永久磁石２１，２２と、シャフト２３とを備える。ボビン２０は、インナコアを覆うように、左右に分割されたボビンユニット２００，２００が組み合わされる。また、ボビン２０は、その一端部及び他端部にコイル２０１Ａ，２０１Ｂが巻回されたコイル巻回部を有する。さらに、ボビン２０の両端面は、径外方向に凸となる円弧状に形成される。永久磁石２１，２２は、第一の永久磁石２１と、第二の永久磁石２２とからなり、インナコアの両端面に固着される。また、永久磁石２１，２２の外面及び内面は、径外方向に凸となる円弧状に形成される。

シャフト２３は、その軸心方向途中部分に比べて前部が拡大されて、前部に拡大部２３１が形成されると共に、後部に拡大部２３１よりも小径の雄ねじ部２３２が形成される。そして、シャフト２３は、雄ねじ部２３２からボビン２０の中央部に形成された貫通孔（図示せず）から挿通される。拡大部２３１とボビン２０の前面との間には、拡大部２３１と同径の前部スリーブ２３３が挿通される。一方、雄ねじ部２３２とボビン２０の後面との間には、拡大部２３１と同径の後部スリーブ２３４，２３５が挿通される。そして、シャフト２３の雄ねじ部２３２に後部スリーブ２３４，２３５及びワッシャＷを介してナットＮが螺着される。

可動子３は、角筒状のアウタコア３０とフランジ部材３１，３２とを備える。アウタコア３０は、磁性材料の一例であるケイ素鋼板を前後方向（シャフト２３の軸心方向）で密着するよう積層した積層体とされる。アウタコア３０の内面のうち、その一端側には、他端側に向けて膨出する第一の磁極部３０１が一体的に設けられる。また、アウタコア３０の内面のうち、その他端側には、一端側に向けて膨出する第二の磁極部３０２が一体的に設けられる。

そして、第一の磁極部３０１の対向面は、第一の永久磁石２１の外面と、ラジアル方向において所定の幅δ１の隙間Ｃ１を介して対向配置される（図５を参照）。この場合のラジアル方向は、ボビン２０の中心Ｐ１を始点とする径方向である。一方、第二の磁極部３０２の対向面は、第二の永久磁石２２の外面と、ラジアル方向において所定の幅δ２の隙間Ｃ２を介して対向配置される（図５を参照）。この場合のラジアル方向は、ボビン２０の中心Ｐ１を始点とする径方向である。隙間Ｃ１のラジアル方向での幅δ１及び隙間Ｃ２のラジアル方向での幅δ２は等しく設定される。

アウタコア３０の一端部の前面及び後面と他端部の前面及び後面とには、それぞれ幅方向中心部に、本発明に係る係合凸部としての保持軸体３０３，３０４が前後方向に突設される。より詳しくは、アウタコア３０の一端部及び他端部であって、それぞれ幅方向中心部には、前後方向に沿って貫通孔が形成され、一端部の貫通孔に第一の保持軸体３０３が挿通されると共に、他端部の貫通孔に第二の保持軸体３０４が挿通される。そして、保持軸体３０３，３０４は、アウタコア３０の前後方向における厚さ寸法よりも長く形成されているため、アウタコア３０の一端部の前面及び後面と、他端部の前面及び後面とであって、それぞれ幅方向中心部から、保持軸体３０３，３０４の端部が前後方向に突出する。

また、前側のフランジ部材３１は、アウタコア３０に前方側から板バネ４１を介して重ねられる。一方、後側のフランジ部材３２は、アウタコア３０に後方側から板バネ４２を介して重ねられる。そして、フランジ部材３１，３２に、左右の両側から幅方向中心に向かって突出するようにストッパ３１１，３２１が形成される。このストッパ３１１，３２１は、アウタコア３０が往復動する際に、固定子２（又はインナコア）がアウタコア３０から抜け出ることを防止するためのものである。また、フランジ部材３１，３２は、それぞれ正面視して矩形枠形状に形成され、一端部及び他端部に突出部３１２，３２２が形成される。なお、該突出部３１２，３２２の内面には、保持軸体３０３，３０４の端部を受け入れるための凹部が形成される。

前側の板バネ４１は、アウタコア３０と前側のフランジ部材３１との間に介装される。一方、後側の板バネ４２は、アウタコア３０と後側のフランジ部材３２との間に介装される。また、板バネ４１，４２は、均一な厚さの金属板を打ち抜き加工することで形成される。そして、板バネ４１，４２は、図２に示すように、アウタコア３０に重ねられる枠部４１１，４２１と、枠部４１１，４２１の内側の可撓部４１２，４２２とから一体的に形成される。

板バネ４１，４２の構成部のうち、枠部４１１，４２１がフランジ部材３１，３２とアウタコア３０とで前後方向に挟持される。そして、枠部４１１，４２１の四隅には、ボルト挿通孔４１１ａ，４２１ａが形成される。また、枠部４１１，４２１の上下部の幅方向中心部には、保持軸体３０３，３０４の端部を挿通する、本発明に係る係入部としての切欠４１１ｂ，４２１ｂがＵ字状に形成される。

可撓部４１２，４２２は、正面視して、「８」の字状に形成される。そして、「８」の字の中央の線が交差する部分に相当する中心部４１２１，４２２１には、シャフト２３の途中部分を挿通する挿通孔４１２１ａ，４２２１ａが形成される。また、「８」の字の環状部の内側に相当する箇所には、ボビン２０のコイル巻回部を内側に通すことが充分に可能な大きさの挿通開口部４１２２，４２２２がそれぞれ形成される。

前側の板バネ４１の中心部４１２１は、拡大部２３１と前部スリーブ２３３との間に挟持される。一方、後側の板バネ４２の中心部４２２１は、一対の後部スリーブ２３４，２３５間に挟持される。

そして、可動子３の四隅（に形成された挿通孔）には、ボルトＢが前後方向に挿通され、これらボルトＢの先端にナットＮが締結されて、アウタコア３０、板バネ４１，４２、フランジ部材３１，３２が一体化される。

ここで、可撓部４１２，４２２について図２を参照して詳細に説明する。この可撓部４１２，４２２は、可撓性を確保しつつも、切欠４１１ｂ，４２１ｂ、ボルト挿通孔４１１ａ，４２１ａ、挿通孔４１２１ａ，４２２１ａの部位は強度を確保する必要がある。即ち、板バネ４１，４２は、上述したように、「８」の字状を呈しており、上下にそれぞれ挿通開口部（環状部）４１２２，４２２２を有する。この挿通開口部（環状部）４１２２，４２２２は、板バネ４１，４２全体が撓みやすいように、例えば、上下方向の距離が小さく、左右方向の距離が大きくなっている。正面視すると、丸みを帯びた樽形状に等しい形状を呈している。

また、可撓部４１２，４２２は、その終端部が切欠４１１ｂ，４２１ｂの近傍に位置しており、しかも、この切欠４１１ｂ，４２１ｂの近傍部位は、切欠４１１ｂ，４２１ｂに向かって延びるように幅広に形成される。この理由としては、可撓部４１２，４２２が切欠４１１ｂ，４２１ｂの近傍部位を支点にして前後方向に撓むようになっているので、この部位を補強するためである。

また、シャフト２３が挿通される板バネ４１，４２の挿通孔４１２１ａ，４２２１ａの部位は、可動子３の往復動に伴う変位量が一番大きい部位であるため、左右の両側に、中心に向かって円弧状のくびれ４１２１ｂ，４２２１ｂが形成されるが、例えば、挿通孔４１２１ａ，４２２１ａの周縁部をできる限り表面積を大きくすることにより、往復動に対する強度も確保される。

以上の構成からなるリニアアクチュエータ１は、コイル２０１Ａ，２０１Ｂに通電していない状態では、永久磁石２１，２２から生じる磁力により、シャフト２３が可動子３（アウタコア３０）に対して所定位置に保持される。そして、コイル２０１Ａ，２０１Ｂに通電すると、コイル２０１Ａ，２０１Ｂに流れる電流により生じる磁界と永久磁石２１，２２から生じている磁界の向きとに基づき、可動子３がシャフト２３に沿って前後方向に往復動する。

つぎに、以上の構成からなるリニアアクチュエータ１の組み立て作業について説明する。まず、永久磁石２１，２２が固着したインナコアにボビン２０を取り付け、該ボビン２０にコイル巻線２０１Ａ，２０１Ｂが巻回されたコア完成アッシーＫを準備しておく。

そして、該コア完成アッシーＫの前方に、前部スリーブ２３３と板バネ４１を配置しておく。そして、シャフト２３の雄ねじ部２３２を、板バネ４１、前部スリーブ２３３を介してボビン２０の貫通孔に前方から後方に向かって挿通する。

この状態において、ボビン２０をアウタコアの内部に位置させると、ボビン２０の第一及び第二の永久磁石２１，２２の何れかにアウタコア３０の第一及び第二の磁極部３０１，３０２の何れかが磁着されてしまう。そこで、板バネ４１の切欠４１１ｂ，４１１ｂをアウタコア３０の保持軸体３０３，３０４に係止させた後、フランジ３１内面の両端部に形成された一対の凹部に保持軸体３０３，３０４を挿入させつつ、フランジ３１をアウタコア３０の前側の端面に合わせる。

続いて、ボビン２０の貫通孔に挿通されたシャフト２３に後部スリーブ２３４、板バネ４２、後部スリーブ２３５を配置する。そして、板バネ４２の切欠４２１ｂ，４２１ｂをアウタコア３０の保持軸体３０３，３０４に係止させた後、フランジ３２内面の両端部に形成された一対の凹部に保持軸体３０３，３０４を挿入させつつ、フランジ３２をアウタコア３０の後側の端面に合わせ、前後のフランジ部材３１，３２、板バネ４１，４２のボルト挿通孔４１１ａ，４２１ａにボルトＢを挿通する。そして、最後に、ボルトＢ及びナットＮを緊締すると共に、シャフト２３の雄ねじ部２３２にナットＮを螺着させる。

この際、前後の板バネ４１，４２によって、シャフト２３が水平支持されるようになり、アウタコア３０の磁極部３０１，３０２と、ボビン２０の永久磁石２１，２２との間に所定の間隔Ｃ１，Ｃ２が確実に維持されるようになる。

なお、本発明に係るリニアアクチュエータは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、枠部４１１，４２１と、可撓部４１２，４２２とを有する板バネとしたが、図６に示すように、枠部４１１，４２１がなく、可撓部４１２，４２２のみの板バネ４１'，４２'であってもよい。

また、上記実施形態では、保持軸体３０３，３０４を上下方向の中心線上に位置するように形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、当該中心線からずれた位置に形成してもよく、対角線上に形成してもよい。また、保持軸体３０３，３０４が係入される切欠は、一対である必要はなく、一つを円形（切欠のない係入部）にして、残りを切欠としてもよく、さらには、切欠の形状をＶ字状、楕円としてもよい。

また、上記実施形態では、アウタ可動型のリニアアクチュエータについて説明したが、本発明に係るリニアアクチュエータはインナ可動型であってもよい。その場合、固定子と可動子の構成は入れ替わることとなる。

１…リニアアクチュエータ、２…固定子、３…可動子、２１，２２…永久磁石、３０１，３０２…磁極部、３０３，３０４…保持軸体（係合凸部）、４１，４２…板バネ、４１１，４２１…枠部、４１２，４２２…可撓部、４１１ｂ，４２１ｂ…切欠（係入部）

Claims

ラジアル方向内外に配置される固定子及び可動子と、該固定子及び可動子を同一の軸心となるよう支持し且つ固定子に対して可動子をスラスト方向に往復動可能に弾性支持する板バネとを備え、固定子及び可動子の一方に、永久磁石が設けられると共に、固定子及び可動子の他方に、ラジアル方向にて隙間を有して永久磁石と対向する磁極部が設けられるリニアアクチュエータにおいて、
板バネを、ラジアル方向外側に配置される固定子又は可動子に位置決めして取り付けるべく、該固定子又は可動子に、少なくとも一対の係合凸部が設けられると共に、板バネに、それぞれ係合凸部が係入する少なくとも一対の係入部が設けられ、しかも、係合凸部及び係入部のそれぞれは、磁極部に対して永久磁石の磁力が作用する方向に配置されると共に、係入部の少なくとも一部は、磁極部に対して永久磁石の磁力が作用する方向に向かって切り欠かれてなることを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記板バネは、ラジアル方向外側に配置される固定子又は可動子に取り付けられる枠部と、該枠部の内側に設けられる可撓部とを備え、枠部に前記少なくとも一対の係入部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
前記切欠は、Ｕ字状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアアクチュエータ。