JPS6325694Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、自動車のドアを電気的操作スイツチ
により自動的にロツクおよびアンロツクする装置
のアクチユエータに関し、特に可動磁石式の駆動
装置に関する。

電気操作スイツチにより自動的にドアをロツク
およびアンロツクする装置は、高級車を中心に実
用化されている。このドアロツク装置の機種は
種々あるが、一般的なものとしては例えば自動車
工学便覧（自動車技術会編）に記載されているも
のが知られている。すなわちアクチユエータのシ
ヤフトに取り付けられたロツドはドア側のフツク
に固定され、このフツクがボデイ側に取り付けら
れたいわゆるヒンジと係合することによりロツク
およびアンロツクの状態となる。フツクにはトー
シヨンバーやコイルバネが取り付けられており、
ロツクおよびアンロツクの過程において、その動
作には節度がもたせられている。従つてロツクお
よびアンロツクとも、この節度を乗り越してしま
えば逆戻りしないようになつている。通常、この
節度を乗り越えるまでのアクチユエータのシヤフ
トの動作距離は全ストロークの半分以下に設定さ
れており、アクチユエータには上記距離の間に節
度を乗り越えうる推力（一般には2.5Kg．ｆ程度）
が必要とされる。

上記アクチユエータにも種々あるが、例えば上
記自動車工学便覧の図２−３９８に記載されてい
る電磁ソレノイド方式のものが多く使用されてい
る。この電磁ソレノイド方式のアクチユエータは
応答性においてすぐれているが、次のような欠点
がある。この方式では、可動鉄心とこれと軸方向
において相対向するヨーク端面間の電気吸引力に
基いて推力が発生するため、第１図に示す如く動
作終端に行くに従い発生推力が増加し、よつて動
作終端での作動音が大きくしかもそれが衝撃的で
ある。そこでこの作動音を吸収するために、吸音
材をヨーク端面もしくは可動鉄心の端面に装着す
ると、電磁吸引力を発生するギヤツプ長が長くな
つて発生推力が低下してしまう。さらにロツクお
よびアンロツクの動作にそれぞれ別個の電磁コイ
ルを必要とするため、容量および重量が共に大と
なつてしまう。

ところで、電磁式のアクチユエータとしては、
例えば米国特許第3149255号明細書に記載されて
いるような可動磁石式のものも知られている。し
かるにこの電磁モータは商用交流電源を入力と
し、ポンプや振動機器に用いられるものであり、
ドアロツク用アクチユエータの如く直流電源を入
力をするものではない。またこの電磁モータは永
久磁石の磁束を有効に利用するためにエアーギヤ
ツプを磁極片とオーバーラツプさせることを特徴
としており、推力−ストローク特性については特
に考慮がなされていない。

本考案の目的は、上述の従来技術の欠点を解消
し、所望の推力−ストローク特性が得られ、小型
でかつ軽量なドアロツク用アクチユエータを提供
することである。

本考案のドアロツク用アクチユエータは、電気
的操作スイツチにより自動的にドアをロツクおよ
びアンロツクする装置におけるアクチユエータに
おいて、軸を含む平面における縦断面端面を略Ｅ
型に形成したヨーク内に、コイルボビンを介して
２個の電磁コイルを相隣る部分に同極が発生する
ように配設し、ヨーク中央部には軸方向に着磁し
た永久磁石とその両端に装着された一対の磁極片
を有する可動子を軸方向移動自在に配設するとと
もに、ヨークと可動子の寸法関係を下記の如く定
めてなる往復駆動手段をそなえたことを特徴とし
ている。

Ａ≧Ｄ＞Ｃ Ｂ≧Ｃ≦lg 但しＡ：ヨーク端部磁極片間軸方向長さ Ｂ：ヨーク中央磁極片軸方向長さ Ｃ：可動子外周面における端部磁極片間軸
方向長さ Ｄ：可動子軸方向長さ lg：Ｅ型ヨーク内周面と可動子外周面との
間隙 以下本考案の詳細を図面により説明する。

第２図は本考案のドアロツク用アクチユエータ
の駆動装置の一実施例を示す断面図である。

第２図において、軟磁性体からなる筒状ヨーク
１内には、中央部に軟磁性体よりなるセンターヨ
ーク２が固定され、センターヨーク２の両側には
サイドヨーク３および３′をそれぞれ有する。軟
磁性体からなるサイドプレート５および５′が固
定されており、これら各部材により軸を含む平面
における縦断面端面を略Ｅ型に形成した固定ヨー
ク４が形成される。固定ヨーク４内にはコイルボ
ビン６および６′にそれぞれ収納された２個の電
磁コイル７および７′が配設され、これらコイル
７，７′は相隣る部分に同極が発生するように直
列もしくは平列に結線されている。固定ヨーク４
の中央部には可動子８が配置され、可動子８はそ
れに設けられた軸９によりそれぞれ軸受１０およ
び１０′を介してサイドプレート５および５′に支
持されている。可動子８は、軸方向に着磁された
リング状の永久磁石１１の両端にそれぞれ磁極片
１２および１２′を装着して形成されている。こ
こで１３および１３′は磁極片固定用のストツプ
リングである。磁極片１２および１２′はそれぞ
れ環状部１２ａおよび１２′ａならびに円錐台状
部１２ｂおよび１２′ｂからなつている。またサ
イドヨーク３および３′の内周面はそれぞれ円錐
台状部１２ｂおよび１２′ｂと略相似形状に形成
されている。

上記構成による往復駆動装置の動作は次の通り
である。まず電磁コイル７および７′に、センタ
ーヨーク２の磁極部２ａにＳ極がそしてサイドヨ
ーク３，３′の磁極部３ａ，３′ａにＮ極が発生す
るように通電する。よつて可動子８のＮ極から出
た磁束は磁極片１２の中を通りついで磁気空隙１
５を経てコイル７及び７′の中を通りそして磁気
空隙１５′を経てＳ極に戻る。すなわち磁極片１
２は磁極部３ａと磁気的に反発し、一方磁極片１
２′は磁極部３′ａに磁気的に吸引される。このこ
とから、可動子８には図示矢印Ａ方向への推力が
与えられる。また、電磁コイル７および７′への
通電方向を切換えると、上記とは逆の磁気的関係
が生じて可動子８には図示矢印Ｂ方向への推力が
与えられる。

ここで上記推力の大きさは、ヨークの磁極部と
可動子磁極片の相対位置関係によつて変化する。
すなわち、発生推力は永久磁石の磁束量ならびに
電磁コイルに流れる電流の大きさに比例すること
はもちろんであるが、この他にストローク各位置
における推力は上記の相対位置関係の影響を受け
る。すなわち、最大推力が得られるストローク位
置は、磁気回路のパーミアンスの変化分が最大の
位置になるところである。その位置は可動子の磁
極片とヨーク磁極部のエツヂ部が互に異極同志で
対向する位置である。そして上記の往復駆動装置
においては、この位置関係を、ドアのロツクおよ
びアンロツクに必要かつ効果的な最適推力特性と
なるように設定したため、第８図に示すような全
動作距離の前判部に節度を乗り越えるのに必要な
大推力を有し、かつ大推力の不要な後半部におい
ては発生推力が小さいという推力特性が得られ
る。

この場合、第８図に示すような推力特性を得る
ためにはヨークと可動子の寸法関係を次のように
設定する必要がある。第３図はこの寸法関係を説
明するための第２図の要部拡大断面図である。第
３図において、Ａは固定ヨークの端部磁極片間の
軸方向長さ、Ｂは固定ヨークの中央磁極の軸方向
長さ、Ｃは可動子磁極片間の軸方向長さ、Ｄは可
動子磁極片の外側の軸方向長さ、lgはヨークと可
動子磁極間のギヤツプ寸法をそれぞれ示してい
る。これらの寸法要素間において、下記(1)式およ
び(2)式の寸法関係を設定することが、ドアのロツ
クおよびアンロツクに必要かつ効率的な推力特性
を得る上で必要である。

Ａ≧Ｄ＞Ｃ ……(1) Ｂ≧Ｃ≧lg ……(2) さらに、より好適な推力特性としては、例えば
第８図に示す如くストローク（以下Ｌで示す）が
10mmの場合に、推力の第１のピーク値がＬ＝２〜
５mmの範囲内にありかつ推力の第２のピーク値が
Ｌ＝５〜８mmの範囲内にあることが好ましく、そ
のためにはそれぞれ下記(3)式および(4)式の寸法関
係が溝たされることが必要である。

２≦Ｌ／２−Ｂ−Ｃ／２≦５ ……(3) ５≦Ｌ／２＋Ａ−Ｄ／２≦８ ……(4) ただし、上記各式の寸法関係はあくまで固定ヨ
ークの磁極部と可動子の磁極片との磁気的関係を
構成する上で、必要な磁極片に対して設定された
ものである。

次に、第２図においては磁極片としてテーパ付
のものを用いているが、推力パターンおよび大き
さはテーパ角度の大きさによつても影響を受け
る。第４図はテーパ角度と推力パターンおよび大
きさの関係を説明するための第１図の要部拡大断
面図であり、第５図はヨーク磁極片と可動子磁極
片の位置関係を説明するための第１図の要部概略
断面図である。第４図において、lgは前述のギヤ
ツプ長を、l′gは可動子磁極片のエツヂ部Ｃにお
けるギヤツプ長を、そしてθはテーパ角度を示し
ている。可動子の磁極片のエツヂ部ａがヨークの
磁極片のエツヂ部ｘと互に異極同志で対向した時
（第５図イ参照）に発生する推力をFa₁、同様に
エツヂ部ａがエツヂ部x′と互いに異極同志で対向
した時（第５図ロ参照）に発生する推力をFa₂、
エツヂ部ｂがエツヂ部ｙと互に異極同志で対向し
た時（第５図ハ参照）に発生する推力をFb、エ
ツヂ部Ｃがエツヂ部ｙと互に異極同志で対向した
時（第５図ニ参照）に発生する推力をFcとする。
この場合、第８図に示す如き推力特性を効率よく
得るためにはFa₁Fa₂Fc＞Fbなる関係が必要
である。前述したように推力の大きさはパーミン
アンスの変化分の大きさに比例することから、必
然的にギヤツプ長が短い位置で得られる推力はギ
ヤツプ長の長い位置で得られる推力よりも大きく
なる。第４図においてはlg＜l″gであるが、実際
は第２図に示すようにlgl″gであるため、Fa₁
Fa₂は達成できる。次に第４図ではlg＜l′gである
ため、Fa₁Fa₂＞Fcなる条件も達成できる。次
に、ｂ点においては、エツヂ部ｂがエツヂ部ｙと
対向する時は、可動子磁極片がヨーク磁極片と全
んどオーバーラツプしてしまうために、パーミア
ンスの変化分は少くなり、よつてギヤツプ長はlg
であるにもかかわらず得られる推力は小さくなる
ので、Fc＞Fbも達成できる。

そして本考案者が実験により確認した結果、上
記のテーパ角度θを5゜〜25゜の範囲内に収めれば
より好適な推力分布を得ることができた。これは
次の理由による。テーパ角度θが大きすぎると、
lg＜＜l′gとなり、よつてFc＜＜Fa₁、Fa₂および
Fc≒Fbとなつてしまう。逆にテーパ角度θが小
さすぎるとlgl′gとなり、Fa₁、Fa₂≒Fc、Fb≒
Ｏとなつてしまう。

また、より好適な推力パターンおよび大きさを
得るためには、センターヨークおよびサイドヨー
クについて次のような考慮をすることが好まし
い。まずセンターヨークに関して、第５図の破線
で示すような形状とした場合、Ｌ＝４mmの点に推
力のピーク値Fa₁が生ずるように寸法設定する
と、第６図に示すようにストローク前半部での推
力が低下する傾向にあることが確認された。そこ
で第５図の実線で示すような形状すなわちセンタ
ーヨークの両端に段部を設けることにより、第５
図のｘの点で一つの推力ピーク値Fa₁を設けかつ
第５図のX′の点でもう一つの推力ピーク値Fa₂を
設けることができ、よつて第７図に示すようにス
トローク前半部での推力を高めることができる。
なお第７図において、ストローク３mmおよび４mm
の位置がｘおよびx′にそれぞれ対応している。ま
たセンターヨークにおいては、第５図斜線で示す
円環状部の断面積部を磁気的に飽和させるすなわ
ち永久磁石の総磁束量の80〜90％程度が通過する
ように飽和させることが好ましい。さらに、動作
開始時の発生推力は大きい方がよいが、そのため
には第７図に示すように推力パターンの立上りを
ゆるやかにする必要がある。これは、上記の如く
センターヨークに段部を設けるか、あるいは第５
図一点鎖線で示すようにセンターヨークの両端に
テーパを付けることなどによつて達成できる。

次にサイドヨークに関しては、第４図に示すよ
うに斜線部Ｗを磁気的に飽和させるとともに斜線
部ｚを磁気的に未飽和の状態にすることにより、
より好ましい結果が得られる。

また上記の如くの駆動装置においては、永久磁
石は電磁コイルに発生する減磁界の影響を受けて
減磁するので、所定の推力を得るためには減磁を
最小限にとどめることが好ましい。そのためには
例えばBH_Cが78000e以上の希土類磁石を用いる
ことが好ましく、特にRCo₃系の希土類磁石を用
いることが好ましい。この希土類磁石は、他の永
久磁石に比し最大エネルギー積が高くしかも残留
磁束密度も高いため、駆動装置の小型・軽量化に
有効である。

第９図は本考案のドアロツク用アクチユエータ
の駆動装置の他の実施例を示す断面図であり、第
１図と同一機能部分は同一の参照符号で示す。第
９図において、センターヨーク２の外径を小さく
してコイルボビン６，６′に嵌合せしめるように
した点、サイドヨーク３および３′をサイドプレ
ート５および５′にそれぞれ嵌装した点および次
の点を除いては第２図に記載のものとほぼ同様の
構成である。すなわち、コイルボビン６および
６′にはそれぞれ突起６ａおよび６′ａが一体的に
形成され、これらがそれぞれ磁気空隙１５および
１５′に嵌装されている。ここでコイルボビンは
通常絶縁材料を用いて射出成形により形成される
ため、突起６ａおよび６′ａの寸法精度を高める
ことは容易である。したがつて磁気空隙１５およ
び１５′の寸法精度は突起６ａおよび６′ａの寸法
精度に応じて定められるので、装置の高精度化が
可能となり、作動性能のバラツキを解消すること
ができる。さらに、この装置を組立てる場合円筒
ヨーク１の端部１ａを図示の如くカシメている
が、カシメの圧力は突起６ａ，６′ａで受けるこ
とになるので、電磁コイル７および７′の変形が
防止され、よつて電気的信頼性を高めることがで
きる。

なお、本考案のアクチユエータによれば、動作
終端での推力が小さいため作動音の発生は少いが
さらに確実に作動音を防ぐために、第２図および
第９図に示すように可動子８の両端にそれぞれゴ
ム等の吸音材１４および１４′を設けたり、ある
いはこの吸音材をヨーク内に設けることもでき
る。

またドアロツク用アクチユエータにおいては、
可動子は動作終端で固定部と接触するために永久
磁石には多少なりとも衝撃が加わり、一方永久磁
石は機械的に脆い材料であることからその破損が
懸念される。そこで永久磁石の被損や欠け防止の
ために、永久磁石の外周面を合成樹脂や非磁性金
属材料からなる保護部材で被覆してもよい。

以上に記述の如く、本考案によれば次のような
効果が得られる。

(1) ドアロツク用アクチユエータに必要かつ十分
な推力特性が得られ、しかも小型・軽量化を達
成することができる。

(2) 動作終端での推力が小さく設定できるため、
作動音が小さい。

(3) 動作終端での自己保持力を有するため、ドア
ロツク機構の信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電磁ソレノイドの推力特性図、第２図
は本考案のドアロツク用アクチユエータの駆動装
置部の一実施例を示す縦断面図、第３図および第
４図は第２図の要部拡大断面図、第５図は固定ヨ
ークと可動子の位置関係を説明するための第２図
の要部拡大概略図、第６図および第７図は推力特
性の一部を示す図、第８図は本考案により得られ
る推力特性の一例を示す図、第９図は本考案のド
アロツク用アクチユエータの駆動装置部の一実施
例を示す縦断面図である。 １……筒状ヨーク、２……センターヨーク、
３，３′……サイドヨーク、４，４′……固定ヨー
ク、５，５′……サイドプレート、６，６′……コ
イルボビン、７，７′……電磁コイル、８……可
動子、９９……軸、１１……永久磁石、１２，１
２′……磁極片。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 電気的操作スイツチにより自動的にドアをロ
   ツクおよびアンロツクする装置におけるアクチ
   ユエータにおいて、軸を含む平面における縦断
   面端面を略Ｅ型に形成してなるヨーク内に、コ
   イルボビンを介して２個の電磁コイルを相隣る
   部分に同極が発生するように配設し、ヨーク中
   央部には軸方向に着磁した永久磁石とその両端
   に装着された一対の磁極片を有する可動子を軸
   方向移動自在に装着するとともに、ヨークと可
   動子の寸法関係を下記の如く定めてなる往復駆
   動手段をそなえたことを特徴とするドアロツク
   用アクチユエータ。 Ａ≧Ｄ＞Ｃ Ｂ≧Ｃ≧lg 但しＡ：ヨーク端部磁極片間軸方向長さ Ｂ：ヨーク中央磁極片軸方向長さ Ｃ：可動子外周面における端部磁極片間軸
   方向長さ Ｄ：可動子軸方向長さ lg：Ｅ型ヨーク内周面と可動子外周面との間
   隙 ２ ヨーク、可動子およびストロークＬとの寸法
   関係を下記の如く定めたことを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項記載のドアロツク用
   アクチユエータ。 ２≦Ｌ／２−Ｂ−Ｃ／２≦５（mm） ５≦Ｌ／２＋Ａ−Ｄ／２≦８（mm） ３ 軸方向に着磁した円環状永久磁石の両端に、
   該永久磁石の外径より大なる外径を有する環状
   部と円錐台状部からなる磁極片を装着して可動
   子を構成するとともに、ヨークの両側内周面を
   該磁極片の円錐台状部と略相似形状に形成した
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
   項記載のドアロツク用アクチユエータ。 ４ 円錐台状部のテーパ角度を5゜〜25゜の範囲内
   としたことを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第３項記載のドアロツク用アクチユエータ。 ５ ヨークの中央磁極片の両端部に段付部を形成
   したことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載のドアロツク用アクチユエータ。 ６ 永久磁石としてBH_Cが7800以上の希土類コ
   バルト磁石を用いたことを特徴とする実用新案
   登録請求の範囲第１項記載のドアロツク用アク
   チユエータ。 ７ コイルボビンの内周面に一体に突起を形成し
   ヨークの磁極片により形成される磁気空隙内に
   該突起を嵌着したことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第１項記載のドアロツク用アクチ
   ユエータ。 ８ 可動子の両端に吸音材を設けたことを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１項記載のドア
   ロツク用アクチユエータ。