JP4941658B2 - 板バネ、リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエータに設けられる板バネに関するものである。

従来より、固定子と可動子とを備える種々のリニアアクチュエータが利用されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
これらのリニアアクチュエータの中には、固定子と可動子とを往復動可能に弾性支持する８の字状の板バネが設けられたものが知られている。そして、８の字の中央部分で固定子又は可動子のいずれか一方に連結され、８の字の両端部分で固定子又は可動子の他方にネジ止めされるようになっている。
特開２００３−３３９１４７号公報 特開２００４−３４３９６４号公報 特開２００５−１３０６４６号公報

しかしながら、上記従来の板バネの構成では、８の字の両端部分が連結されるため、固定子又は可動子の取り付け部との接触面積が小さく、圧力分布に偏りが生じてしまう。そのため、固定子と可動子とを適正に保持することができないという問題がある。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、長期にわたって良好に可動子を往復動させることができる板バネを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、リニアアクチュエータの固定子と可動子を同軸同芯状でかつ往復動可能に弾性支持する板バネであって、前記固定子に連結される内環状部と、前記内環状部の外周に設けられ且つ全周を前記可動子に固定される外環状部と、前記外環状部の内領域において前記内環状部と前記外環状部とを連結し、前記固定子又は前記可動子が往復動するように弾性変形するアーム部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、前記アーム部が、環状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記アーム部が、複数設けられており、前記内環状部を挟んで対象に配置されていることを特徴とする。

この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。

本発明では、外環状部の全周を固定することができることから、保持面積を広くすることができ、支持による圧力分布を均一にすることができる。
そのため、長期にわたって良好に可動子を往復動させることができる。

以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る板バネが取り付けられるアウタ可動型リニアアクチュエータの一例を示す分解斜視図、図２はアウタ可動型リニアアクチュエータの全体斜視図、図３はアウタ可動型リニアアクチュエータの断面図、図４はアウタ可動型リニアアクチュエータの要部拡大断面図である。ここで、アウタ可動型リニアアクチュエータ１０は、固定子１１と、固定子１１の周囲に配置され、アウタコア１２、スペーサ１３、カバー１４を有する可動子１５と、この固定子１１と可動子１５を同軸同芯でかつ往復動可能に弾性支持する板バネ１６とを備えている。

可動子１５は、アウタコア１２とスペーサ１３とカバー１４とから構成されている。アウタコア１２は、全体が略円筒形をしており鋼板をスラスト方向に積層結合している。アウタコア１２は、固定子１１の外周に固定された永久磁石と対向する部分１２ａの内周面が、所定の間隙を保持し磁束が通り易いように、小さい内径となっている。永久磁石と対向しない部分１２ｂの内径は、磁束の漏れを低減するために大きな内径となっている。また、永久磁石と対向する部分１２ａおよび永久磁石と対向しない部分１２ｂは、円筒の中心に対してそれぞれ点対称に対向配置されている。

可動子１５のスペーサ１３は、スラスト方向に積層された複数の鋼板が使用されている。また、内径は磁束の漏れを低減させるためにアウタコア１２のギャップ面内径より大きく形成されている。更に、スペーサ１３は、アウタコア１２の軸線方向の両端に配設されて、板バネ１６のスラスト方向の取り付け位置の基準とされる。

アウタコア１２とスペーサ１３は、カシメ等によりほぼ円筒状に一体化されて構成される。

カバー１４は、アウタコア１２、スペーサ１３、板バネ１６をスラスト方向の両端から挟み込み固定する。カバー１４は、図２，３に示すように段部１４ａでスペーサ１３と板バネ１６の外円１６ｂを固定し、固定子１１と可動子１５とを同軸同芯状態で保持する。
また、可動子１５の質量分（錘）の役目も果たしている。

図５は、固定子の全体斜視図、図６は固定子の分解斜視図、図７はインシュレータを示す斜視図、図８はインシュレータを示す背面図、図９はインシュレータを示す縦断面図である。固定子１１は、インナコア１７の外側に配設された永久磁石１８と永久磁石１８を固定保持するとともにインナコア１７を囲蔽するインシュレータ１９とインシュレータの外周に巻回されたコイル２０と中心部に貫通して配設されたシャフト２１から構成されている。

インナコア１７はスラスト（往復動）方向に積層された積層鋼板から構成されている。
また、形状は図６等に示すようにアウタコアへ磁束を通す外周部１７ａは円弧状で、コイルを巻回するための凹部１７ｂとシャフト取り付け用の貫通孔１７ｃを有している。更に、外周部１７ａには、永久磁石１８が配設される。外周部１７ａは、シャフト２１の軸芯（貫通孔１７ｃ）に対して点対称に配置されている。

永久磁石１８は、半径方向に着磁され、スラスト方向に表面Ｎ−Ｓ対とした一体型であり、インナコア１７の積層厚さよりも長く形成されている。また、永久磁石１８は、インナコア１７の外周部１７ａと同一の曲率で湾曲している。なお、インナコア１７よりもはみ出した部分の着磁は不要である。

インシュレータ（ボビン）１９は、スラスト方向に２分割されており、インナコア１７、永久磁石１８を挟み込んで取り付ける。また、インシュレータ１９には、永久磁石１８のインナコア１７よりはみ出した部分を差し込むための湾曲した凹溝１９ａを有している。この凹溝１９ａは、永久磁石１８の固定機構である。この凹溝１９ａに永久磁石１８の端部を差し込むことにより、永久磁石の半径方向、スラスト方向のずれを規制できる。このため、インシュレータ１９の凹溝１９ａの形成されたフランジ部２２は、永久磁石の配置される固定子１１の外径より大きく形成されている。更に、インシュレータ１９は、コイル２０を巻回するための凹部１９ｂをシャフト２１の挿通される中心孔１９ｃの上下に有している。

コイル２０は、合成樹脂等から形成されたインシュレータ１９の外周に巻回される。インナコア１７と絶縁するためである。コイルは、上部、下部の同方向に電流が流れるように結線し、電流の流れる方向を切り替えることにより、可動子を往復運動させることができる。

シャフト２１は、図３〜図５に示すように円筒状をしておりインナコア１７、インシュレータ１９の中心部をスラスト方向に貫通して取り付ける。また、シャフト２１の両端部は、板バネ１６のスラスト方向の取り付け位置の基準として用いる。つまり、固定子１１と可動子１５を同軸同芯状に支持する軸受として板バネ１６を使用する。板バネ１６は、図１から明らかなようにバネ押さえ２３とシャフト２１の端部との間で狭持され、固定子１１側に固定される内円（内環状部）１６ａと、カバー１４の段部１４ａとスペーサ１３の端部で狭持される外円（外環状部）１６ｂと、内円１６ａと外円１６ｂとを連結し可動子１５を往復動可能に弾性変形するアーム部１６ｃとから構成されている。リード線２４の引き出しは、シャフト２１、バネ押さえ２３の中空部を利用する。

図１０は、固定子の第２の実施例を示す分解斜視図である。図１１は、同固定子の縦断面図、図１２は、第２の実施例における永久磁石の取り付け手順を示す説明図である。本実施例では、固定子１００は、インナコア１０１の外側に配設された永久磁石１０２と永久磁石１０２を固定保持するとともにインナコア１０１に装着される絶縁性材料から形成されたボビン１０３とボビンに巻回されるコイル１０６と中心部に貫通して配設されるシャフト１０７等から構成されている。インナコア１０１は、短腕と長腕が十字形に形成された鋼板がスラスト方向に積層されており、アウタコアへ磁束を通す長腕の外周部１０１ａは円弧状となっている。ボビン１０３は、インナコア１０１の長腕に装着可能な装着孔１０５を有しており、永久磁石１０２の曲率とほぼ同一に形成されたフランジ部１０４が形成されている。また、ボビン１０３は、装着孔１０５より幅の広い磁石装着孔１０８がフランジ部１０４近傍まで形成されている。

このように構成された固定子１００は、図１２に示すように組み立てられる。先ず、ボビン１０３の磁石装着孔１０８のスラスト方向長さとほぼ等しい永久磁石１０２の一端を斜めにして挿入した後、他端を挿入する。次に、下からインナコア１０１を装着して押圧する。永久磁石１０２は、磁石装着孔１０８とインナコア１０１によって固定保持される。なお、上下のボビン１０３同士あるいは、ボビンとインナコアは周知の固定手段によって固定される。

図１３は、固定子の第３の実施例を示す縦断面図、図１４は、同固定子の分解斜視図である。固定子３００は、インナコア３０１の外側に配設された永久磁石３０２と永久磁石３０２を固定保持するとともにインナコア３０１のスラスト方向の両端に配設された端板３０３と、インナコアを囲蔽するインシュレータ３０４とインシュレータの外周に巻回されたコイル３０５と中心部に貫通して配設されたシャフト３０６等から構成されている。
端板３０３は、インナコア３０１とほぼ同一形状に形成されているが、半径方向に長く永久磁石３０２の端部を固定する長穴３０７が形成されている。長穴３０７は、湾曲した永久磁石３０２の端部が嵌合可能な形状となっている。また、端板３０３は、漏れ磁束を低減するために非磁性体で構成されている。なお、磁性体であってもよい。

このように構成された固定子３００は、インナコア３０１の両端に配設された端板３０３に形成された長穴３０７で永久磁石３０２を固定保持するとともにインシュレータ３０４で周囲を囲蔽する。更に、インシュレータ３０４の上からコイル３０５を巻回する。

以上のように構成された各部品は、以下のようにして組み立てる。先ず、一体化された固定子１１を固定子１２とスペーサ１３の結合体に挿入する。この際、アウタコア１２のギャップ面１２ａの内径は、固定子１１のフランジ部２２の内径よりも小さいので挿入できない。そこで図１５、図１８に示すようにスラスト軸（中心軸）周りに９０度回転させて、固定子１１の永久磁石１８部分とアウタコア１２の永久磁石と対向しない部分１２ｂを一致させてから挿入する。
次にスラスト方向の位置を調整した後、図１６、１７、２０に示すように矢印Ａ方向に９０度回転する。この時、図３、４、２０に示すようにアウタコア１２の永久磁石と対向する部分１２ａは、永久磁石１８と対向するとともに、インシュレータ１９のフランジ部２２、２２の間に位置する。
次に、板バネ１６をバネ押さえ２３を用いて固定子側に取り付け、最後にカバー１４にて一体化されたアウタコア１２、スペーサ１３と板バネ１６をスラスト方向から挟み込んで組み立てる。この時、固定子１１と可動子１５の同軸同芯状が得られる。更に、両端のカバー１４をボルト２５で固定する。

また、図４から明らかな様にインシュレータ１９のフランジ部２２の外径がアウタコアの永久磁石と対向する部分１２ａの内径より大きいので、可動子１５のスラスト方向の移動量が物理的に制限され、ストッパ機能を有する。したがって、可動子１５の抜け止め効果を得ることができる。

また、スペーサ１３とカバー１４とで挟まれることにより、板バネ１６の外円１６ｂが周方向の全周にわたって固定されることから、保持面積を広くすることができ、固定による圧力分布を周方向に均一にすることができる。そのため、長期にわたって良好に可動子を往復動させることができる。また、アーム部１６ｃの自由度を向上させることができ、アーム部１６ｃの全周を容易に弾性変形させることができる。
また、外円１６ｂの面当たりで取り付けることができることから、かたぎの発生を抑制することができる。

また、従来のように、バネに形成された取り付け孔を介してネジ止めする場合、アームの弾性変形の領域を確保するためにスペーサ部品をさらに取り付ける必要があるが、本実施形態における板バネ１６によれば、外円１６ｂで板バネ１６を固定することができることから、スペーサ部品を取り付けることなく外円１６ｂの内領域においてアーム部１６ｃを容易に弾性変形させることができる。そのため、リニアアクチュエータの部品点数を減少させることができ、コストを低減させることができる。
また、従来のように、スペーサ部品をさらに取り付けると、往復動方向に大型化してしまうが、本実施形態における板バネ１６によれば、スペーサ部品を設ける必要がなく、往復動方向のスペースの利用効率を向上させることができる。

また、従来の板バネでは、固定する際に治具を使用しないと精度よく取り付けることができないが、本実施形態における板バネ１６によれば、外円１６ｂの外縁部を利用することにより、治具を使用しなくても、高精度に取り付けることができる。

また、リニアアクチュエータとしては、例えば、ボイスコイル形、ムービングマグネット形、リニアソレノイド形であってもよい。

なお、以上の実施例ではスペーサが積層鋼板である場合について説明したが、中空管であってもよい。その場合、アウタコアとスペーサを結合する別の手段が必要である。結合手段としては、ボルトや他端の結合機構を利用することができる。例えば、最外周を規制する中空管にアウタコア、スペーサを挿入・固定してもよい。更に、中空管に板バネを圧入して嵌め込めば、スペーサを省略することもできる。

図１は、本発明に係るアウタ可動型リニアアクチュエータの一例を示す分解斜視図である。 図２は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの全体斜視図である。 図３は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの断面図である。 図４は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの要部拡大断面図である。 図５は、固定子の全体斜視図である。 図６は、同固定子の分解斜視図である。 図７は、インシュレータを示す斜視図である。 図８は、同インシュレータを示す背面図である。 図９は、同インシュレータを示す縦断面図である。 図１０は、固定子の第２の実施例を示す分解斜視図である。 図１１は、同固定子の縦断面図である。 図１２は、第２の実施例における永久磁石の取り付け手順を示す説明図である。 図１３は、固定子の第３の実施例を示す縦断面図である。 図１４は、同固定子の分解斜視図である。 図１５は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの組み立て手順を示す説明図である。 図１６は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの組み立て手順を示す説明図である。 図１７は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの組み立て手順を示す説明図である。 図１８は、図１６の正面図である。 図１９は、図１８のＢ−Ｂ線断面図である。 図２０は、図１７の正面図である。

符号の説明

１０…アウタ可動型リニアアクチュエータ１１…固定子１２…アウタコア１３…スペーサ１４…カバー１５…可動子１６…板バネ１７…インナコア１８…永久磁石１９…インシュレータ２０…コイル２１…シャフト２２…フランジ部２３…バネ押さえ２４…リード線２５…ボルト

Claims (4)

1. リニアアクチュエータの固定子と可動子を同軸同芯状でかつ往復動可能に弾性支持する板バネであって、
   前記固定子に連結される内環状部と、
   前記内環状部の外周に設けられ且つ全周を前記可動子に固定される外環状部と、
   前記外環状部の内領域において前記内環状部と前記外環状部とを連結し、前記可動子が往復動するように弾性変形するアーム部とを備えることを特徴とする板バネ。
2. 前記アーム部が、環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の板バネ。
3. 前記アーム部が、複数設けられており、前記内環状部を挟んで対象に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の板バネ。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の板バネを備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ。

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