JP6192923B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータに固定したシャフトを所定の角度範囲で往復回転させるアクチュエータに関する。

ロータに固定したシャフトを所定の角度範囲で往復させるアクチュエータは、電磁弁の駆動や車載用前照灯の照射方向の切り替え等などを行なう用途に使用されている。例えば、車載用前照灯の切り替えを行なう用途にこのアクチュエータを用いる場合、限られた空間に設置しなければならないため、当該アクチュエータをできるだけ小型化することが求められる。例えば、特許文献１には、トルクの低下を生じさせずに、製造時の組み付け性を改善したトルクモータの例が記載されている。

特開２００４−８８９２５号公報

特許文献１のトルクモータでは、ステータ全体を樹脂ハウジングにより被覆している。この方式では外覆の部分の厚さの分だけ、アクチュエータの大きさが大きくなり機器への取り付けに支障が出たり、外径を同じ大きさにした場合に、ステータやロータの径が小さくなり、希望するトルクが得られなくなったりする虞がある。またステータが外覆で覆われているので、発熱による影響が懸念される。このような背景において、本発明は、小型化が可能なアクチュエータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、回転可能なロータと、前記ロータを収めるロータ収容孔と該ロータ収容孔に隣接して設けられたボビン結合部とを有するステータコアと、コイルが巻回されるとともにヨークが挿入され、前記ボビン結合部に結合されるボビンと、前記ステータコアの軸方向の前後から装着され、前記ロータのシャフトを回転自在な状態で保持する一対の側壁部とを備え、前記一対の側壁部の間において前記ステータコアの外側が露出しており、露出する外面は、少なくとも前記ロータ収容孔が設けられた側の外面を含み、その外面は前記ロータ収容孔の内周面に略沿った円筒面に形成されており、前記ボビンは、前記ヨークの両側の縁の部分が前記ステータコアの前記ボビン結合部に設けられた一対の溝に嵌合することで該ボビン結合部に結合されていることを特徴とするアクチュエータである。請求項１に記載の発明によれば、一対の側壁部の間において、ステータコアが外部に露出するので、性能を落とさずにアクチュエータの小型化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記一対の側壁部のそれぞれは、前記シャフトを回転可能な状態で支持する軸受を保持する軸受保持部を備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記一対の側壁部のそれぞれは、係止部を有する突出部を備えることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、突出部で無い部分でステータコアの外側が露出するので、径方法の寸法を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記側壁部のそれぞれは、一対の前記突出部を備え、前記一対の突出部それぞれにおける前記係止部は、一方が爪で他方が孔であることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、一対の側壁部として同じものを使用し、一方の側壁部側の爪を他方の側壁部側の孔に引っ掛けることで、両側壁部の爪と孔を係合させ、一対の側壁部を間にステータコアを挟んだ状態で結合することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、前記突出部は、前記ステータコアの外側に設けられた段部に沿って位置することを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、突出部が段部にガイドされるので、側壁部のステータコアに対する位置合わせの精度と、その際の作業性を改善することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記軸受保持部は、前記ロータ収容孔に嵌合する構造となっていることを特徴とする。請求項６に記載の発明によれば、側壁部とステータコアの中心軸の位置あわせが容易となり、且つ、その際の作業を精度よく行なうことができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記コイルの一部は、前記ステータコアから露出しており、前記側壁部は、前記コイルの前記ステータコアから露出した部分を保護する底部を備えることを特徴とする。請求項７に記載の発明によれば、コイルを保護する構造が得られる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発明において、前記側壁部には機器への取り付け用部材が一体で形成されていることを特徴とする。請求項８に記載の発明によれば、機器へのアクチュエータの取り付け構造が簡素化され、また取付けのための特別な構造を必要としない。

本発明によれば、小型化が可能なアクチュエータが提供される。

実施形態の斜視分解図である。 実施形態の斜視図である。 実施形態の側面図である。 実施形態の正面図である。 実施形態の側面の方向から見た断面図である。 実施形態の正面の方向から見た断面図である。 他の実施形態の側面の方向から見た断面図である。 他の実施形態の側面図である。 他の実施形態の正面図である。 発明を利用した車載用前照灯切り替え装置の斜視図（Ａ）および（Ｂ）である。

（構造）
図１には、実施形態のアクチュエータ１００を分解した状態が示されている。図２には、アクチュエータ１００の外観が示されている。図３には、アクチュエータ１００を側面の方向から見た外観が示されている。図４には、アクチュエータ１００を軸方向から見た外観が示されている。図５には、アクチュエータ１００を側面の方向から見た断面が示されている。図６には、アクチュエータ１００を軸方向から見た断面が示されている。

アクチュエータ１００は、ステータ２００、ステータ２００の内側でステータ２００に対して往復する回転運動が可能なロータ３００を備えている。ロータ３００は、ステータ２００に対して、特定の角度範囲を往復することが可能である。また、ロータ３００は、特定の角度範囲の両端の位置で停止させることができる。

まず、ステータ２００について説明する。ステータ２００は、ステータコア２０１、ボビン２０２、コイル２０３、ヨーク２０４を備えている。ステータコア２０１は、図６に示す断面形状の電磁鋼板を複数枚軸方向で積層した構造を有している。ここで軸方向というのは、ロータ３００の回転軸の方向（シャフト３０３の延在方向）のことをいう。ボビン２０２は、樹脂製の短い筒形状を有し、その外側には、駆動コイル（ステータコイル）となるコイル２０３が巻回されている。また、ボビン２０２の内側には、コイル２０３のコア（鉄心）となる磁性材料により構成されたヨーク２０４が挿入されている。

ステータコア２０１は、軸方向から見て両側にアーム部２０１ａを備えている。アーム部２０１ａの内側には、軸方向に延在する一対の溝２０１ｂが設けられている。ボビン２０２に装着されたヨーク２０４の両側の縁の部分が溝２０１ｂに嵌合することで、ヨーク２０４およびコイル２０３が巻回されたボビン２０２がステータコア２０１に結合している。この例では、ヨーク２０４の両端の縁の部分が軸方向から見て楔形状とされており、溝２０１ｂもこの楔形状に嵌合する断面形状とされている。

ステータコア２０１には、軸方向の前後からステータ側壁部２１０と２２０が装着されている。ステータ側壁部２１０と２２０は、同じ部材である。ステータ側壁部２１０は、軸方向に突出した平底形状の底部２１１を備えている、また、ステータ側壁部２１０は、軸方向から見たその両側から、軸方向に突出した一対のアーム状の突出部２１２および２１３を備えている。突出部２１２の先端の部分には、爪２１２ａが設けられ、突出部２１３の先端の部分には、図では隠れていて見えない孔が設けられている。

ステータ側壁部２２０は、軸方向に突出した平底形状の底部２２１を備えている、また、ステータ側壁部２２０は、軸方向から見たその両側から、軸方向に突出したアーム状の一対の突出部２２２および２２３を備えている。突出部２２２の先端の部分には、孔２２２ａが設けられ、突出部２２３の先端の部分には、爪２２３ａが設けられている。

ステータ側壁部２１０と２２０とをステータコア２０１に装着した状態において、底部２１１と２２１の先端の縁の部分が接触し、また、爪２１２ａが孔２２２ａに嵌り込んで係合し、爪２２３ａが突出部２１３の図示しない孔に嵌り込んで係合する。また、ステータコア２０１の両側には、軸方向に延在する一対の段部２０１ｃが設けられており、この段部２０１ｃに突出部２１２と２２２の下側の縁の部分が接触する。この状態において、突出部２１２と底部２１１との間でステータコア２０１（アーム部２０１ａ）が挟まれ、且つ、突出部２２２と底部２２１との間でステータコア２０１（アーム部２０１ａ）が挟まれる。これは、突出部２１３と２２３の側においても同様である。この構造により、ステータ側壁部２１０と２２０が結合し、さらに両者の間でステータコア２０１が挟まれて保持されている。

ステータコア２０１は、円柱形状の空間である孔部２０１ｄを有している。孔部２０１ｄの内側にロータ３００が回転自在な状態で収められている。ロータ３００は、円筒形状のマグネット３０１を備えている、マグネット３０１は、軸方向から見た周方向に沿って磁極が反転する状態の２極に着磁されている。着磁の状態は、周方向に沿って１８０度の角度範囲でＳ極とＮ極に分割されている場合に限定されず、ロータ３００が回転する範囲に応じて設定されている。また、マグネット３０１の外周とステータコア２０１の内周との間には、ロータ３００の回転が阻害されないように、隙間が設けられている。

マグネット３０１は、円筒形状のスリーブ３０２の外側に固定されている。スリーブ３０２の内側には、回転する軸部材となるシャフト３０３が固定されている。シャフト３０３の一端は、ステータ側壁部２１０に設けられた孔２１０ａを貫通し、軸方向外側に突出し、シャフト３０３の他端は、ステータ側壁部２２０に設けられた孔２２０ａを貫通し、軸方向外側に突出している。

ステータ側壁部２１０は、リング形状の軸受保持部２１０ｂ（図５参照）を備え、ステータ側壁部２２０は、リング形状の軸受保持部２２０ｂを備えている。軸受保持部２１０ｂには、軸受２３１が保持され、軸受保持部２２０ｂには、軸受２３２が保持されている。軸受２３１，２３２としては、転がり軸受またはすべり軸受が用いられる。そして、軸受２３１，２３２により、シャフト３０３が回転自在な状態で保持されている。

（組立工程）
以下、図１を参照してアクチュエータ１００の組み立て方法の一例を説明する。まず、コイル２０３をボビン２０２に巻回する。そして、ボビン２０２の内側にヨーク２０４を挿入し、その状態の中間組み立て体をステータコア２０１のアーム部２０１ａの内側に組み付ける。この際、ヨーク２０４の両側の縁の部分を一対の溝２０１ｂに嵌合させた状態で、ヨーク２０４に対してステータコア２０１を軸方向に相対的にスライドさせる。

次に、マグネット３０１，スリーブ３０２，シャフト３０３により構成されるロータ３００を組み立てる。そして、シャフト３０３に軸受２３１，２３２を取り付け、この状態のロータ３００をステータコア２０１の内側に挿入した状態とする。次に、この状態の組み立中間体にステータ側壁部２１０と２２０を組み付ける。この際、軸受２３１をステータ側壁部２１０に接着剤により固定し、軸受２３２をステータ側壁部２２０に接着剤により固定する。また、シャフト３０３の一端をステータ側壁部２１０の孔２１０ａから突出させ、他端をステータ側壁部２２０の孔２２０ａから突出させる。

また、上記のステータコア２０１へのステータ側壁部２１０および２２０の組み付けにおいて、爪２１２ａを孔２２２ａに係合させ、爪２２３ａを突出部２１３の図示しない孔に係合させる。こうして図２に示すアクチュエータ１００を得る。

（動作の一例）
以下、アクチュエータ１００の動作の一例を説明する。コイル２０３に特定の極性の電圧を加えると、コイル２０３に直流電流が流れ、ステータコア２０１が磁化される。この際、マグネット３０１にステータコア２０１からの磁力が作用し、磁力がバランスする回転位置（第１の角度位置）に向けてロータ３００が回転し、その位置で停止する。ここで、コイル２０３に電流を流し続けることで、ロータ３００は、当該角度位置を保ったまま停止し続ける。そして、コイル２０３に流す電流の極性を反転させると、ステータコア２０１の磁化の状態の極性が反転し、この極性が反転した状態の磁場内でバランスする回転位置（第２の角度位置）に向けてロータ３００が回転し、その位置で停止する。こうして、コイル２０３に加える直流電圧の極性を制御することで、ロータ３００の回転位置、換言すればシャフト３０３の回転位置を第１の角度位置と第２の角度位置のいずれかにすることができる。また、他の例として、スプリング等の原点回帰機能を付加しておくことにより、電流を流した状態でシャフト３０３が回転した状態から、電流を遮断した状態で、原点位置にロータ３００の角度が戻る構造としてもよい。

（優位性）
以上述べたように、アクチュエータ１００は、回転可能なロータ３００、ロータ３００を収める孔部２０１ｄを有するステータコア２０１、ステータコア２０１の軸方向の前後から装着され、ロータ３００のシャフト３０３を回転自在な状態で保持する一対のステータ側壁部２１０，２２０を備え、一対のステータ側壁部２１０，２２０の間においてステータコア２０１の外側が露出している。

この構造によれば、ステータコア２０１が露出し、その部分を覆う部材がないので、アクチュエータ１００を小型化できる。特に、アクチュエータ１００の外径を小さくすることができる。また、アクチュエータ１００は、電流を流した状態での角度位置を維持するためには、電流を流し続けなくてはならず、コイル２０３が発熱する。この熱は、ステータコア２０１に伝導するが、アクチュエータ１００は、ステータコア２０１が露出しているので、この熱を効率良く放熱することができる。

ステータコア２０１を軸方向の両側からステータ側壁部２１０，２２０によって挟みこむだけで、ロータ３００の中心軸とステータ２００の中心軸を一致する。このため、組立が容易であり、且つ、精度の高い組立が行なえる。特に組立時において、ステータ側壁部の突出部をステータコアの段部２０１ｃの部分に沿わせた状態でステータ側壁部２１０と２２０を近づけ、更に爪（例えば符号２１２ａ）と孔（例えば符号２２２ａ）を係合させることで、ステータ２００を間に挟んだ状態でステータ側壁部２１０と２２０を結合させることができる。この作業は簡単であり、また高い精度で行なうことができる。また、ステータ側壁部２１０と２２０を同じ部材とできるので、部品が共通化され、低コスト化を計ることができる。

（変形例）
図７には、アクチュエータ１００を改良したアクチュエータ１００’が示されている。アクチュエータ１００’は、ステータ側壁部２１０，２２０における軸受の保持構造がアクチュエータ１００と異なっている。アクチュエータ１００’のステータ側壁部２１０は、軸受保持部２５０を備えている。軸受保持部２５０は、図１の構造と同様にリング状であるが、下側の部分が肉厚に形成され、嵌合部２５１が設けられている。嵌合部２５１は、軸方向から見て、下部を中心として２１０°程度の角度範囲を有する略半円形を有している。また、アクチュエータ１００’のステータ側壁部２２０は、軸受保持部２６０を備えている。軸受保持部２６０にも嵌合部２５１と同様な構造の嵌合部２６１が設けられている。

この例では、嵌合部２５１と２６１がステータコア２０１の孔部２０１ｄに嵌るようにその形状と寸法が設定されている。この構造によれば、ステータコア２０１にステータ側壁部２１０，２２０を組み付ける際に、軸受２３１，２３２の中心と孔部２０１ｄの中心を合わせる作業が簡素化され、また位置合わせの精度を高めることができる。

（応用例）
図８および図９には、図１のアクチュエータ１００において、ステータ側壁部２１０の底部の外側に取付け用部材２４１を備え、更にステータ側壁部２２０の底部の外側に取付け用部材２４２を備えた構造が示されている。ここで、取付け用部材２４１とステータ側壁部２１０、更に取付け用部材２４２とステータ側壁部２２０は、樹脂を原料とした射出成形法により一体に成形されている。

以下、図８および９に示すアクチュエータ１００を車載用前照灯の照射方向の切り替え（ハイビームとロービームの切り替え）の機構に用いた場合の例を説明する。図１０には、固定シェード４００が示されている。固定シェード４００は、図の向こう側から手前側に照射光のビームが通過する光路上に配置されている。図１０（Ａ）の状態が、ロービームの状態であり、図１０（Ｂ）の状態がハイビームの状態である。

固定シェード４００には、開口４０１が設けられている。開口４０１の上側の縁には、アクチュエータ１００が取付け部材２４１，２４２を利用して取付けられている。アクチュエータ１００のシャフト３０３には、可動シェード５００が固定されている。可動シェード５００には、スリット５０１が設けられ、スリット５０１から光が一部漏れるようにされている。アクチュエータ１００の機能により、ロータ３００の回転位置を図１０（Ａ）の位置（ロービーム）と図１０（Ｂ）の位置（ハイビーム）のいずれかに固定することができ、またその切り替えを行なうことができる。前述したように、この２つの状態の切り替えは、アクチュエータ１００内のコイル２０３に流す電流の向きを反転することで行なわれる。

この態様によれば、機器へのアクチュエータ１００の取り付け構造が簡素化され、また取付けのための特別な構造を必要としない。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、シャフトを一定の角度範囲で往復回転運動させるアクチュエータに利用することができる。

１００…アクチュエータ、２００…ステータ、２０１…ステータコア、２０１ａ…アーム部、２０１ｂ…溝、２０１ｃ…段部、２０１ｄ…孔部、２０２…ボビン、２０３…コイル、２０４…ヨーク、２１０…ステータ側壁部、２１０ａ…孔、２１０ｂ…軸受保持部、２１１…底部、２１２…突出部、２１２ａ…爪、２１３…突出部、２２０…ステータ側壁部、２２０ａ…孔、２２０ｂ…軸受保持部、２２１…底部、２２２…突出部、２２２ａ…孔、２２３…突出部、２２３ａ…爪、２３１…軸受、２３２…軸受、２４１…取付け用部材、２４２…取付け用部材、２５０…軸受保持部、２５１…嵌合部、２６０…軸受保持部、２６１…嵌合部、４００…固定シェード、４０１…開口、５００…可動シェード、５０１…スリット。

Claims (8)

1. 回転可能なロータと、
   前記ロータを収めるロータ収容孔と該ロータ収容孔に隣接して設けられたボビン結合部とを有するステータコアと、
   コイルが巻回されるとともにヨークが挿入され、前記ボビン結合部に結合されるボビンと、
   前記ステータコアの軸方向の前後から装着され、前記ロータのシャフトを回転自在な状態で保持する一対の側壁部と
   を備え、
   前記一対の側壁部の間において前記ステータコアの外側が露出しており、露出する外面は、少なくとも前記ロータ収容孔が設けられた側の外面を含み、その外面は前記ロータ収容孔の内周面に略沿った円筒面に形成されており、
   前記ボビンは、前記ヨークの両側の縁の部分が前記ステータコアの前記ボビン結合部に設けられた一対の溝に嵌合することで該ボビン結合部に結合されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記一対の側壁部のそれぞれは、前記シャフトを回転可能な状態で支持する軸受を保持する軸受保持部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記一対の側壁部のそれぞれは、係止部を有する突出部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記側壁部のそれぞれは、一対の前記突出部を備え、
   前記一対の突出部それぞれにおける前記係止部は、一方が爪で他方が孔であることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記突出部は、前記ステータコアの外側に設けられた段部に沿って位置することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 前記軸受保持部は、前記ロータ収容孔に嵌合する構造となっていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
7. 前記コイルの一部は、前記ステータコアから露出しており、
   前記側壁部は、前記コイルの前記ステータコアから露出した部分を保護する底部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
8. 前記側壁部には機器への取り付け用部材が一体で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のアクチュエータ。

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