JP4856977B2

JP4856977B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP4856977B2
Application number: JP2006043676A
Authority: JP
Inventors: 直彦牧
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP2007227434A

Description

本発明は、例えば自動車・船等のエンジンの免震構造、重機、家電製品、ＯＡ機器、ＦＡ機器などの装置の免震構造、ポンプやモータなどの免震構造などに用いられるアクチュエータに関する。

アクチュエータの一例であるソレノイドの一般的な構成は、励磁コイルを備えた固定子の中心部に可動子鉄心（プランジャ）が固定鉄心に対して移動可能に設けられている。固定子側の励磁コイルへの通電によりヨークとプランジャとの間で磁気回路が形成されてプランジャに吸引力が作用するようになっている。プランジャはガイドパイプ内に挿入されて軸方向に往復動するようになっている。
ガイドパイプは、プランジャとの間に片側１５μｍ程度の微小なクリアランスを保って組み付けられるため、このクリアランスが大きすぎると、プランジャの正常な上下振動に加えて左右（径方向）の異常振動が発生し、摺動面の磨耗が増大し、耐久性が低下する。また、クリアランスが小さすぎると、プランジャとガイドパイプとの摩擦が大きすぎてプランジャが摺動できない。

固定子側の寸法精度や同心度を向上させるため、例えば固定鉄心に対してヨーク、ガイドパイプがろう材を用いてろう付けすることにより一体に接合される。このとき、ヨークとガイドパイプの倒立姿勢を平行に保つため、ガイドパイプに保持部材（ワッシャー）を嵌め込んで仮組立て姿勢を保持しながら接合が行なわれる（特許文献１）。

ガイドパイプの長さ方向端面は剛性の高い固定鉄心で受けるため、長さ方向における部品間の寸法に±０．３ｍｍ程度の公差が生ずるため、プランジャが往復動する場合のがたつきの要因となる。このため、ガイドパイプをヨークにより挟み込んで固定する必要がある。或いは厚さの異なる調整用ワッシャーを用いてヨークとの公差を調整することも提案されている（特許文献２）。
特開平６−９６９４４号公報特開２００４−３０１２９４号公報

たとえば、図７（ａ）において、ステンレス系のガイドパイプ５１の長さ方向の端面５１ａ、５１ｂを剛性の高い鉄系のヨークで挟み込んで固定する。この場合には、ガイドパイプ５１の長さ方向へ応力が直接作用し外径方向には逃げ場がなくなるため、パイプは内壁面５１ｃが膨出するように変形し内径寸法が変化する。よって、プランジャの摺動抵抗が大きくなり、一定の推力が得られず、偏磨耗が発生するため耐久性が低下する。
また、パイプとヨークとの公差のばらつきによっては、ガイドパイプの両端に隙間が生じるため、当該隙間を埋めるための調整用ワッシャーなどが必要になる。よって、部品点数が増えてコストが増大するうえに、組立性も低下する。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ガイドパイプを長さ方向で挟み込むように組み付けてもパイプの変形を防ぎ、長さ寸法の部品間の公差を吸収してがたつきが発生しないアクチュエータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
励磁コイルと、励磁コイルの一端側に設けられる第１のヨーク部と他端側に設けられる第２のヨーク部とで励磁コイルの周囲を覆う固定子と、励磁コイルの中心部に軸線方向に往復動可能に設けられる可動子とを備え、励磁コイルへの通電により第１、第２のヨーク部と可動子との間で磁気回路が形成されて可動子に磁力が作用するアクチュエータであって、前記可動子の往復動をガイドするガイドパイプが、一端側を前記第１のヨーク部に形成された第１のヨーク段付部に軸方向及び径方向に押し当てられ、他端側をパイプ外周面に形成されたパイプ段付部が当該ガイドパイプより剛性が低いボビンの固定子段付部に軸方向に突き当てられて軸方向に位置決めされ、更に他端側外周を前記第２のヨーク部の第２のヨーク段付部の内周面に押し当てられて径方向に位置決めされて可動子と同芯状に固定子へ組み付けられていることを特徴とする。
また、前記ガイドパイプの他端側と対向する前記第２のヨーク部との間には少なくとも長さ方向の部品間の公差を含む隙間が形成されていることを特徴とする。
また、前記固定子段付部は、コイルが巻き付けられるボビンの巻芯部の軸孔内壁面に一体に形成されていることを特徴とする。

上述したアクチュエータを用いれば、ガイドパイプは、一端側をヨーク段付部に押し当てられパイプ外周面に形成されたパイプ段付部を対向する固定子内周面に設けられた固定子段付部に突き当てられて長さ方向に一端側から他端側へ向かって押し込まれる。しかしながら、パイプ段付部が突き当てられる固定子段付部は当該パイプ段付部より剛性が小さいので弾性変形若しくは塑性変形して押圧量を吸収し、ガイドパイプには長さ方向にヨーク部から応力を受けない。したがって、ガイドパイプの内径寸法は変化せずしかもガイドパイプはヨーク段付部に径方向にガイドされているため可動子と高精度に芯出しされて固定子へ組み付けられる。よって、可動子がガイドパイプと微小なクリアランスを保ったまま摺動させることができるので安定した推力が得られ、偏磨耗が発生しないので可動子の耐久性を向上させることができる。
また、ガイドパイプの他端側と対向する他方のヨーク部との間には少なくとも長さ方向の部品間の公差を含む隙間が形成されていると、ガイドパイプが長さ方向に一端側から他端側へ押し込まれても、ヨーク部との間に僅かな隙間が形成されるか面一に接するだけであるため、ガイドパイプにヨーク部から長さ方向に応力を受けることはない。
また、固定子段付部は、コイルが巻き付けられるボビンの巻芯部の軸孔内壁面に一体に形成されていると、金属製のパイプ段付部が押し当てられる樹脂製の固定子段付部は、ガイドパイプの一端側がヨーク部に押し込まれることにより弾性変形するので、ガイドパイプに長さ方向に作用する応力を確実に吸収することができる。

以下、本発明に係るアクチュエータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態はアクチュエータの一例としてリニアソレノイドについて説明する。

［第１実施例］
図１を参照して、リニアソレノイドの概略構成について説明する。
先ず、固定子１の構成について説明する。励磁コイル２はボビン３に巻き付けられている。ボビン３の巻芯部に設けられた軸孔には、非磁性材料よりなる案内筒（ガイドパイプ）４が嵌め込まれている。励磁コイル２は一端側に設けられる蓋状の第１のヨーク部５と他端側に設けられるカップ状の第２のヨーク部６とで周囲が覆われている。第１のヨーク部５及び第２のヨーク部６は磁性材料により構成されており、励磁コイル２へ通電により発生する固定子１の磁束通路を形成する。ボビン３の第１のヨーク部５及び第２のヨーク部６との対向面にはＯリング（図示せず）が嵌め込まれる凹溝３ａが形成されている。

可動子（プランジャ）７は、励磁コイル２の中心部（ボビン３の巻芯部軸孔）に設けられたガイドパイプ４にガイドされて軸線方向に往復動可能に設けられる。プランジャ７の周囲は、固体潤滑剤（例えばテフロン（登録商標））がコーティングされている。プランジャ７は図示しない連結ロッドに連結されている。このプランジャ７若しくは連結ロッドは、例えばプル型のソレノイドの場合には、コイルバネなどにより固定子１より突出する方向に付勢されていてもよい。励磁コイル２への通電により第１、第２のヨーク部５、６とプランジャ７との間で磁気回路が形成されてプランジャ７に吸引力が作用するようになっている。本実施形態のソレノイドは、プランジャ７の少なくとも一端側の周面に周溝若しくは段付面（本実施例では凹溝１０）が形成されており、第１、第２のヨーク部５、６のプランジャ７に対向する部位に径方向に磁束作用面８、９が各々形成されるようになっている。

図１において、プランジャ７の往復動をガイドするガイドパイプ４が、一端側を第１のヨーク部５に形成された第１のヨーク段付部１１に軸方向及び径方向に押し当てられている。また、パイプ外周面に形成されたパイプ段付部１２は、対向する固定子内周面に設けられた固定子段付部１３に突き当てられている。よって、ガイドパイプ４は第１のヨーク段付部１１と固定子段付部１３に挟み込まれて、固定子１に対して軸方向に位置決めされている。
また、図２において、ガイドパイプ４は、他端側外周を第２のヨーク部６の第２のヨーク段付部１７にガイドされている。よって、ガイドパイプ４は、第１のヨーク段付部１１と第２のヨーク段付部１７に外周面を突き当てられて固定子１に対して径方向に位置決めされている。本実施例では、固定子段付部１３は、励磁コイル２が巻き付けられるボビン３の巻芯部の軸孔内壁面に一体に形成されている。或いは、ボビン３とは材質が異なるリング状部材を別体で取り付けて固定子段付部を形成してもよい。

図７（ｂ）において、ガイドパイプ４は、長さ方向に一端側から他端側へ向かって押し込まれるが、パイプ段付部１２が突き当てられる固定子段付部１３が弾性変形若しくは塑性変形して押圧量を吸収するので、ガイドパイプ４は長さ方向にヨーク部５、６から応力を受けない（図１参照）。したがって、図１において、ガイドパイプ４の内径寸法は変化せずしかもガイドパイプ４はヨーク段付部１１に径方向にガイドされているためプランジャ７とガイドパイプ４が高精度に芯出しされて組み付けられる。よって、プランジャ７がガイドパイプ４と微小なクリアランス（片側１０μｍ〜１５μｍ）を維持したまま摺動させることができるので安定した推力が得られ、偏磨耗が発生しないのでプランジャ７の耐久性を向上させることができる。

また、図２において、ガイドパイプ４の他端側と対向する第２のヨーク部６との間には少なくとも長さ方向の部品間の公差を含む隙間が形成されている。この隙間は、弾性変形若しくは塑性変形する材料にもよるが、例えば０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲で決定される。本実施例では、固定子段付部１３が樹脂材（PBT；ポリブチレンテレフタレート）であり、隙間は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で設定される。これにより、ガイドパイプ４が長さ方向に一端側から他端側へ押し込まれても、第２のヨーク部６との間に僅かな隙間が形成されるか面一に接するだけであるため、ガイドパイプ４に第１、第２のヨーク部５、６から長さ方向に応力を受けることはない。尚、隙間寸法は、固定子側の材質や形状により異なる。

ボビン３の巻芯部軸孔の内壁に形成される固定子段付部１３の形状は、図３（ａ）のように、リング状（鍔状）であってもよいし、図３（ｂ）のようにリングの一部を切り欠いた切欠き形状であってもよいし、図３（ｃ）のように円弧片が複数箇所に分割して設けられていてもよい。
また、図４（ａ）において、ガイドパイプ４のパイプ外周面に形成されるパイプ段付部１２は、パイプ４の端部に形成されていても良いし、ガイドパイプ４の長さが固定子１に比べて長い場合には、図４（ｂ）のようにパイプの長さ方向に中途部にパイプ段付部（凹部）１２が形成されていてもよい。

次に、リニアソレノイドの他例について図５及び図６を参照して説明する。リニアソレノイドの概略構成は、図１と同様であるので同一部材には同一番号を付して説明を援用する。以下、異なる構成を中心に説明する。本実施形態のソレノイドは、第１、第２のヨーク部５、６に形成される磁束作用面がプランジャ７の軸方向へ形成される場合にも、ガイドパイプ４の固定子１への組付けに同様の構成を採用できる。

図５において、第２のヨーク部６の中心孔にはステータコア１４が嵌め込まれている。ステータコア１４のプランジャ７との軸方向に対向する面が磁束作用面１５となる。またプランジャ７の軸方向端面が磁束作用面１６となる。磁束作用面１５、１６はプランジャ７のストロークを考慮して傾斜面に形成されている。尚、第１のヨーク部５は、プランジャ７に対向する径方向端面が磁束作用面８となる。

図５において、プランジャ７の往復動をガイドするガイドパイプ４は、一端側を第１のヨーク部５に形成された第１のヨーク段付部１１に軸方向及び径方向に押し当てられている。また、パイプ外周面に形成されたパイプ段付部１２は、対向する固定子内周面に設けられた固定子段付部１３に突き当てられている。よって、ガイドパイプ４は第１のヨーク段付部１１と固定子段付部１３に挟み込まれて、固定子１に対して軸方向に位置決めされている。
また、図６において、ガイドパイプ４は、他端側外周を第２のヨーク部６の第２のヨーク段付部１７にガイドされている。よって、ガイドパイプ４は、第１のヨーク段付部１１と第２のヨーク段付部１７に外周面を突き当てられて固定子１に対して径方向に位置決めされている。
固定子段付部１３は、励磁コイル２が巻き付けられるボビン３の巻芯部の軸孔内壁面に一体に形成されている。また、ガイドパイプ４の他端側と対向する第２のヨーク部６との間には少なくとも長さ方向の部品間の公差を含む隙間が形成されている。

尚、リニアソレノイドはプル型であってもプッシュ型のいずれであってもよく、磁気回路内に永久磁石を含んでいても良く、更にはＤＣ用若しくはＡＣ用リニアソレノイドのいずれであっても良い。

リニアソレノイドの断面説明図である。図１のＡ部拡大断面図である。ボビンに形成される固定子段付部の形態を示す説明図である。ガイドパイプの形状を示すボビンに形成される固定子段付部の形態を示す説明図である。リニアソレノイドの断面説明図である。図１のＡ部拡大断面図である。従来例と本発明とでガイドパイプに加わる力の作用を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１固定子
２励磁コイル
３ボビン
３ａ、１０凹溝
４ガイドパイプ
５第１のヨーク部
６第２のヨーク部
７プランジャ
８、９、１５、１６磁束作用面
１１第１のヨーク段付部
１２パイプ段付部
１３固定子段付部
１４ステータコア
１７第２のヨーク段付部

Claims

励磁コイルと、励磁コイルの一端側に設けられる第１のヨーク部と他端側に設けられる第２のヨーク部とで励磁コイルの周囲を覆う固定子と、励磁コイルの中心部に軸線方向に往復動可能に設けられる可動子とを備え、励磁コイルへの通電により第１、第２のヨーク部と可動子との間で磁気回路が形成されて可動子に磁力が作用するアクチュエータであって、
前記可動子の往復動をガイドするガイドパイプが、一端側を前記第１のヨーク部に形成された第１のヨーク段付部に軸方向及び径方向に押し当てられ、他端側をパイプ外周面に形成されたパイプ段付部が当該ガイドパイプより剛性が低いボビンの固定子段付部に軸方向に突き当てられて軸方向に位置決めされ、更に他端側外周を前記第２のヨーク部の第２のヨーク段付部の内周面に押し当てられて径方向に位置決めされて可動子と同芯状に固定子へ組み付けられていることを特徴とするアクチュエータ。
前記ガイドパイプの他端側と対向する前記第２のヨーク部との間には少なくとも長さ方向の部品間の公差を含む隙間が形成されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
前記固定子段付部は、コイルが巻き付けられるボビンの巻芯部の軸孔内壁面に一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。