JP5144472B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電磁アクチュエータに関する。

従来から、カメラのシャッタや絞り等で使用する小型の電磁アクチュエータは、コイル、ステータ、回転動作用の永久磁石からなるロータの基本３部品から構成されている。例えば特許文献１に示すように、ロータは、通常、円筒状の永久磁石から構成され、その内穴に軸となるピンを外部から入れて、回転軸としていた。

実開平３−２９８３７号公報

上述した構成において、ロータの回転中心軸のピンが一定のスペースをとり、また磁石を作製できる最小の肉厚を確保するために、これ以上のロータの小型化が困難になっていた。

また、回転軸ピンを永久磁石から構成されたロータに圧入することによる圧入割れの恐れがあり、作業性が悪いという問題があった。

また、回転軸の保持を回転軸ピン１本のみが担っており、回転軸がぶれることがあった。

また、ロータの内穴部分は、磁石がないため、その分磁力が弱くなってしまう。

さらに、ロータに異方性焼結磁石を使用した場合、異方化磁場により内穴が楕円になってしまい、表面磁束密度のピークが弱くなっていた。また、内穴の形状の制御も困難なため、表面磁束密度波形がばらつくといった問題があった。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、小型化が可能であり、製造時の作業性が高く、かつ回転軸の保持が可能な電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る電磁アクチュエータは、
回動可能に設けられたロータと、
前記ロータの外周面に対向する少なくとも一対の磁極部を有するステータと、
前記ステータに巻回されたコイルと、
前記ロータの外周面と当接し、前記ロータの回転軸方向に延在し、前記ロータの位置を規制する位置規制手段と、
を備え、
前記位置規制手段は、複数のピンから構成され、
前記複数のピンは、前記ロータの回転角を制御する回転角制御ピンを兼ねる、ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る電磁アクチュエータは、
回動可能に設けられたロータと、
前記ロータの外周面に対向する少なくとも一対の磁極部を有するステータと、
前記ステータに巻回されたコイルと、
前記ロータの外周面と当接し、前記ロータの回転軸方向に延在し、前記ロータの位置を規制する位置規制手段と、
を備え、
前記位置規制手段は、複数のピンから構成され、
前記ピンが前記ステータと前記ロータの位置決めピンを兼ねること、を特徴とする。

例えば、前記ロータの回転を制限する制限手段を備え、前記ロータの回転中心から外側へ延伸する出力部材と、前記出力部材に立設した出力ピン部と、を備え、前記ロータが停止位置にいるときの前記出力ピン部と前記ロータの回転中心を結んだ線と同じ平面内でかつ直角方向に延びる線上に前記ピンの中心が配置される。

本発明によれば、小型化が可能であり、作業性が高く、かつ回転軸の保持が可能な電磁アクチュエータを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。

図１（ａ）〜図２（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータ１０の正面図と部分断面図である。ここで、図１（ａ）は、電磁アクチュエータ１０から出力部材を外した状態の正面図であり、図１（ｂ）のＡ−Ａ線での矢視図に相当する。また、図２（ａ）は、ピンと出力部との位置関係を示す図であり、（ｂ）は、上基板の構成を示す平面図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、電磁アクチュエータ１０は、ロータ１１と、ステータ１２と、ピン１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）、と、コイル１４と、出力部材１５（１５ａ、１５ｂ）と、出力ピン部１６と、上基板１７と、下基板１８とを備えている。

ロータ１１は、ステータ１２との間の磁力により発生する回転トルクによって、回転運動するものである。ロータ１１は、例えば希土類・鉄系などの磁石材料により形成され、円筒状又は円板状に形成されている。ロータ１１は、回転方向に交互に極性の異なる複数の磁極を有するように着磁されている。

ステータ１２は、励磁されたコイル１４の磁束をロータ１１の着磁された磁極へと導くためのものである。ステータ１２は、磁性材料によりＵ字状に形成されてその両端部である磁極部１２ａは、ロータ１１の外周面と所定の空隙を有するように配置されている。このステータ１２に巻回されたコイル１４に通電することにより、磁極部１２ａのロータ１１の外周面に対向する面に磁極を構成する。

ピン１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）は、ロータ１１の外形部分に当接し、ロータ１１の回転軸を保持するように下基板１８に３本立てられている。ピン１３は、プラスチック材料や磁性のない金属により形成される。

出力部材１５（１５ａ、１５ｂ）は、嵌合等の方法によりロータ１１に固定され、ロータ１１と一体となって回転するものであり、図１（ｂ）、図２（ａ）に示すように、ロータ１１に積層された円板部１５ａと、円板部１５ａから水平方向に突出する突出部１５ｂから構成される。突出部１５ｂの先端部に、出力ピン部１６が配置されている。

上基板１７には、図２（ｂ）に示すように、出力部材１５に設けられた出力ピン部１６の回動を逃がすための逃げ孔２１が形成され、出力ピン部１６は逃げ孔２１に貫通して所定範囲の揺動が許容される。

電磁アクチュエータ１０は、コイル１４を励磁して磁極部１２ａを磁化すると、二つの磁極部１２ａ間の磁力により発生する回転トルクによって、ロータ１１はピン１３を外径ガイドとして回転軸を保持しながら、回転運動する。ただし、ロータ１１の動きは、出力ピン部１６の動きが逃げ孔２１により制限されるため、揺動動作となる。

このように本実施の形態では、ロータ１１の内穴に立てる回転軸ピンの代わりに、ロータ１１の外径部分にガイドとなるピン１３を立てることにより回転軸を保持するため、回転中心軸のピンが不要となり、電磁アクチュエータ１０の小型化が可能である。
また、ロータ１１には内穴がないため、その分磁力があがり、回転速度を増すことができる。または、内穴を開けていたときと同じ磁力を得るのに、ロータ１１を小型化することができる。
また、回転軸ピンとロータを組み立てることが不要となるので、作業性が上がり、圧入割れなどの問題がなくなる。

なお、上述した本実施形態において、３本のピン１３でロータ１１の回転軸を保持しているが、図３（ａ）に示すように４本以上のピン１３で保持してもよい。

また、複数のピン１３でロータ１１の回転軸を保持しているが、図３（ｂ）に示すようにロータ１１の外周面に沿った円弧状の複数の壁２２で保持してもよい。

また、図３（ｃ）に示すようにロータ１１とステータ１２の磁極部１２ａとの間にエアギャップを空け、その部分にピン１３を立ててもよい。

また、図３（ｄ）に示すようにロータ１１とステータ１２の磁極部１２ａを同心円でなくし、その隙間にピン１３を立ててもよい。

また、ピン１３を下基板１８に直接成形してもよい。これにより作業性を上げることができる。

また、ロータ１１とピン１３の当接面の動摩擦力を小さくするための手段を用いることとしてもよい。例えば、当接部材の表面処理により摺動性を向上させたりすることができる。

また、出力部材１５の突出部１５ｂの外径部分で動作ガイドとなるピン１３を受けるようにしてもよい。これにより、ロータ１１のマグネット部分でピン１３を受けるよりも、摩擦を小さくすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態においては、回転軸を保持するピン１３はステータ１２とロータ１１の位置決めピンを兼ねるように配置される。即ち、ロータ１１の位置は３本のピン１３により位置決めされ、ステータ１２の位置も３本のピン１２により位置決めされる。これにより、スペース効率が上がり、ロータ１１とステータ１２の間隔を狭くすることができる。

具体的には、図４に示すように、ピン１３を例えば、３本とし、ステータ１２の開口部の端に２本、ロータ１１の真下に１本配置する構成としてもよい。これにより、プレスの際にステータ１２の開口部分を閉じる方向にかかる応力による変形を防止することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、外径ガイドとなるピン１３の位置を出力部材１５の回動を妨げない位置に配置する。例えば、図５（ａ）に示すように、ピン１３が、出力部材１５とロータ１１の中心と平行に位置しているときは、ロータ１１が動こうとするときの反作用で、ピン１３とピン１３の間にロータ１１が嵌ってしまう。これを防ぐために、図５（ｂ）に示すように、ロータ１１が停止位置にいるとき（出力ピン１６が基板１７に形成された逃げ孔２１の一端に接しているとき）の、出力部材１５とロータ１１の中心を結んだ線から直角方向に動作ガイドとなるピン１３を立てて、出力部材１５の回動を規制する。また、図５（ｃ）に示すように、ロータ１１が停止位置と反対側の停止位置にいるとき（出力ピン１６が基板１７に形成された逃げ孔２１の他端に接しているとき）も同様に、ピン１３を立てて出力部材１５の回動を規制する。

次に本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態においては、図６（ａ）に示すように、ロータ１１を上下方向に伸ばし、上基板１７と下基板１８で直接ロータ１１の外径ガイドをする。これにより、電磁アクチュエータ１０の組み立て効率が高くなる。また、ロータ１１を上下に長くするため、磁石部分を長くすることができ、磁力を大きく、又は従来品と同じ磁力で小型化することができる。

また、本実施形態において、出力部材１５とロータ１１の取り付け方法として、ロータ１１の上に出力部材１５を接着する（図６（ａ）参照）、出力部材１５の下面に凹部を設けてロータ１１を嵌め込む（図６（ｂ）参照）、出力部材１５をインサート成形する（図６（ｃ）参照）、円環状の出力部材１５に円筒状のロータ１１を嵌め込む等の手法により出力部材１５とロータ１１を固定する（図６（ｄ）参照）方法が可能である。

また、本実施形態において、上基板１７又は下基板１８とロータ１１との動摩擦力を小さくするための手段を用いることとしてもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、出力部材１５の上部にロータ１１の外径よりも小さな円筒状の凸部を設け、この凸部と嵌合する凹部を上基板１７のロータ１１側に設けることで、ガイドする部分が細くなり、動摩擦力を小さくすることができる。また、本実施形態に係る電磁アクチュエータを上基板側からみたから見た図７（ｂ）に示すように、上基板１７又は下基板１８のガイド部に複数の半球状の凸部を設け、出力部材１５を数点で指示するような形状にしたり、図７（ｃ）に示すように、出力部材１５の凸部をテーパー状に形成したりすることで、さらに動摩擦力を小さくすることができる。

また、本実施形態において、図７（ｄ）に示すようにロータ１１のガイド部としてロータ１１の上下両方にプラスチック部材をつけ、磁石でガイドを受けないようにすることで、ロータを摩耗しにくくすることができる。

また、本実施形態において、図７（ｅ）に示すように、ロータ１１の下部の回転中心部に凹部を設け、その凹部と嵌合する円錐状の凸部を下基板１８に設けることで、回転軸を保持しつつ、動摩擦力を小さくすることができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータについて出力部材を外した状態の平面図、（ｂ）は部分断面図である。 （ａ）はピンと出力部との関係を示す図、（ｂ）は上基板の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る電磁アクチュエータにおける実施パターンを表す出力部材を外した状態の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電磁アクチュエータにおける実施パターンを表す出力部材を外した状態の平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る電磁アクチュエータの構成を説明するための平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る電磁アクチュエータにおける実施パターンを表す部分断面図である。 （ａ）、及び（ｃ）乃至（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係る電磁アクチュエータにおける実施パターンを表す部分断面図、（ｂ）は上基板側から見た部分断面図である。

符号の説明

１０ 電磁アクチュエータ
１１ ロータ
１２ ステータ
１２ａ 磁極部
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ） ピン
１４ コイル
１５ 出力部材
１５ａ 円板部
１５ｂ 突出部
１６ 出力ピン部
１７ 上基板
１８ 下基板

Claims (3)

1. 回動可能に設けられたロータと、
   前記ロータの外周面に対向する少なくとも一対の磁極部を有するステータと、
   前記ステータに巻回されたコイルと、
   前記ロータの外周面と当接し、前記ロータの回転軸方向に延在し、前記ロータの位置を規制する位置規制手段と、
   を備え、
   前記位置規制手段は、複数のピンから構成され、
   前記複数のピンは、前記ロータの回転角を制御する回転角制御ピンを兼ねる、ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 回動可能に設けられたロータと、
   前記ロータの外周面に対向する少なくとも一対の磁極部を有するステータと、
   前記ステータに巻回されたコイルと、
   前記ロータの外周面と当接し、前記ロータの回転軸方向に延在し、前記ロータの位置を規制する位置規制手段と、
   を備え、
   前記位置規制手段は、複数のピンから構成され、
   前記ピンが前記ステータと前記ロータの位置決めピンを兼ねること、を特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 前記ロータの回転を制限する制限手段を備え、
   前記ロータの回転中心から外側へ延伸する出力部材と、
   前記出力部材に立設した出力ピン部と、を備え、
   前記ロータが停止位置にいるときの前記出力ピン部と前記ロータの回転中心を結んだ線と同じ平面内でかつ直角方向に延びる線上に前記ピンの中心が配置されること、を特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。

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