JP5573002B2 - 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関するものである。

従来より、固定部及び可動部を同一軸心上に配置し、可動部を固定部に対して軸方向（スラスト方向）に沿って往復動作可能に構成したリニアアクチュエータが知られている。固定部の周囲（外側）に可動部を配置したタイプはアウタ可動型リニアアクチュエータと称されており、本出願人も、高性能化や小型化を実現できる種々のアウタ可動型リニアアクチュエータを提案している（例えば特願２００９−０７１５５３、特許文献１参照）。

特開２００７−１３５３５０号公報

ところで、この種のリニアアクチュエータは、内部に水や飲料等の液体や埃等の異物が入り込んだ場合には所期の機能を発揮しなかったり、動作不良となる場合がある。そこで、アウタ可動型リニアアクチュエータを専用ケースに収容し、リニアアクチュエータ全体を被覆する態様が考えられる。

しかしながら、このような態様を採用した場合、防滴性や防塵性を得ることができる一方で、大型化及び高価格化を招来するという問題が生じる。さらに、専用ケースの大型化は重量化をも招来し、設置時やメンテナンス時等の取り扱い性に劣るリニアアクチュエータとなってしまう。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、大型化及び大幅なコストアップを回避しつつ、適切な防水機能、防滴機能及び防塵機能を発揮することが可能なリニアアクチュエータを提供することにある。

すなわち本発明のリニアアクチュエータは、同一軸心上に配置された固定部及び固定部に対して軸方向に往復動可能な可動部を備え、可動部を固定部の外側に配置し、軸方向両端面のうち一方を取付対象に取付可能としたアウタ可動型リニアアクチュエータであって、軸方向両端面のうち反取付側の端面を覆うカバーを備え、カバーを可動部に取り付け、軸方向両端面のうち取付側の端面は、カバーで覆われていない端面にして、相互に対向する可動部の内向面と固定部の外向面との間に形成したギャップを、軸方向両端面のうちカバーで覆われていない取付側の端面において外部空間に連通させていることを特徴としている。ここで、「端面を覆う」とは、端面を完全に覆う、端面を略完全に覆う（一部を除いて覆う）、これら何れをも包含する意味である。

このようなリニアアクチュエータであれば、専用のケースによってリニアアクチュエータ全体を覆う態様と比較して、コンパクト化及びコストダウンを図ることができるとともに、反取付側の方向からリニアアクチュエータ内部へ液体や異物が入り込むことを好適に防止することができる。さらに、本発明のリニアアクチュエータは、カバーを可動部に取り付けているため、カバーを固定部に取り付けた場合に生じ得る不具合、つまり固定部及び可動部を覆うカバーによって大型化及び高価格化を招来するという不具合を回避することができる。また、本発明に係るリニアアクチュエータは、上述のカバーを可動部に取り付けたアウタ可動型リニアアクチュエータであるため、可動部の往復動作に従動するカバー自体を可動部の一部とみなすことができ、カバーの重量を調整することにより可動する部分全体の重量を簡単に調整することが可能になる。

本発明によれば、大型化及び大幅なコストアップを回避しつつ、適切な防水機能、防滴機能及び防塵機能を発揮することが可能なリニアアクチュエータを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るリニアアクチュエータの全体斜視図。 同実施形態に係るリニアアクチュエータの分解斜視図。 同実施形態に係るリニアアクチュエータの主要部分解斜視図。 同実施形態に係るリニアアクチュエータの主要部正面図。 同実施形態に係るリニアアクチュエータの模式断面図。 同実施形態に係るリニアアクチュエータの一変形例の全体斜視図。 同変形例に係るリニアアクチュエータの模式断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、図１及び図２等に示すように、固定部２の周囲（外側）に可動部３を配設したアウタ可動型のリニアアクチュエータである。

固定部２は、固定子（インナコア）２１と、固定子２１を被覆し得るボビン２２と、固定子２１のうちボビン２２に被覆されない上端面及び下端面に配設された永久磁石２３と、ボビン２２の外周に巻回されたコイル２４と、中心部に配設されたシャフト２５とを備えたものである。なお、シャフト２５の軸方向と、可動部３が往復動作する方向、すなわちスラスト方向とは同一方向であり、以下の説明で用いるシャフト２５の軸方向とスラスト方向とは同義である。また、以下の説明において「正面」とはシャフト２５の軸方向の反取付側（後述するカバー７側）から見た方向を意味する。

固定子２１は、図２ないし図５に示すように、例えばスラスト方向に積層された薄板状をなす鋼板（例えばケイ素鋼板）から構成されたものであり、中央部に、シャフト２５が挿通可能なシャフト挿通孔２１１を有するものである。本実施形態では、開口形状が四角形状をなすシャフト挿通孔２１１を適用している（図２ないし図４参照）。また、固定子２１は、シャフト挿通孔２１１を挟んで対向する上端面及び下端面に、永久磁石２３を配設可能な永久磁石セット部２１２を形成している。永久磁石セット部２１２はフラットな平坦面により形成されている。

ボビン２２（インシュレータ）は、図２及び図５に示すように（図３及び図４ではボビン２２を省略している）スラスト方向に２分割されたボビンユニット２２Ｕから構成され、これらボビンユニット２２Ｕによってシャフト２５の軸方向両端から固定子２１及び永久磁石２３を挟み込み、固定子２１全体及び永久磁石２３の一部を被覆し得るものである。このボビン２２は、シャフト２５が挿通可能なシャフト挿通孔２２１と、コイル２４が巻回可能な上下一対のコイル巻回用凹部２２２を有するものである。ボビン２２に形成したシャフト挿通孔２２１は、固定子２１に形成したシャフト挿通孔２１１に連通し且つ当該シャフト挿通孔２１１よりも一回り大きい丸孔であり、この丸孔にスペーサＳが嵌り込み得るように設定している。

永久磁石２３は、図２ないし図５に示すように、固定子２１における一対の永久磁石セット部２１２にそれぞれ配設されたものである。各永久磁石セット部２１２にはそれぞれシャフト２５の軸方向に沿って複数（図示例では２枚）の永久磁石２３を並べて配置している。そして、本実施形態では、平板状をなす永久磁石２３を適用している。したがって、フラットな平坦面である各永久磁石セット部２１２に固着された平板状をなす複数の永久磁石２３の表面は面一ないし略面一になる。

シャフト２５は、図２ないし図５に示すように、ボビン２２におけるシャフト挿通孔２２１及び固定子２１におけるシャフト挿通孔２１１に挿し通して取り付けたものである。本実施形態では、固定子２１に形成したシャフト挿通孔２１１の開口形状に対応する外形状をなすシャフト２５、すなわち横断面における外縁形状が四角形状ないし略四角形状であるシャフト２５を適用している。シャフト２５の両端部には軸方向に沿って延びる凹部２５１を形成し、当該凹部２５１の内周面に雌ねじ部を形成している。そして、各雌ねじ部にそれぞれボルトＢ１を螺着可能に構成している（図５参照）。

コイル２４は、図２ないし図５に示すように、ボビン２２における各コイル巻回用凹部２２２にそれぞれ巻き回され、シャフト２５を挟んだ上部、下部に電流が流れるように結線されたものである。そして、電流の流れる方向を切り替えることにより、次に説明する可動部３を往復運動させることができる。

可動部３は、図２及び図５に示すように、可動磁極としての可動子（アウタコア）３１と可動スペーサ３２とをスラスト方向に重ね合わせた概略角筒状ものである。本実施形態では、可動子３１及び可動スペーサ３２をそれぞれ上下に二分割してなる可動部ユニット３Ｕを相互に組み付けることによって概略角筒状となる可動部３を適用しているが、二分割されていない可動子及び可動スペーサを用いてなる可動部を適用しても構わない。

可動子３１は、図２ないし図５に示すように、薄板状をなす鋼板（例えばケイ素鋼板）をスラスト方向に積層して結合したものである。そして、可動子３１のうち、可動スペーサ３２よりも永久磁石２３側に膨出し且つ永久磁石２３と対向する面が磁極面３１１として機能し、この磁極面３１１を永久磁石２３に対して平行となるフラットな平坦面に設定している。これにより、相互に対向する可動子３１の内向面と固定子２１の外向面との間、すなわち磁極面３１１と永久磁石２３との間に、直線状に延びる所定寸法のギャップＧが形成されるようにしている（図４参照）。

このような可動子３１と可動スペーサ３２とを一体的に組み付けてなる可動部３は、上端部及び下端部における幅方向中央部に可動子３１及び可動スペーサ３２をスラスト方向に貫通する上下一対の平行ピン３３を設け、平行ピン３３の両端部をそれぞれ可動スペーサ３２よりもスラスト方向に突出させている。また、正面視矩形状をなす可動部３の四隅には厚み方向に貫通するボルト挿通孔３ａを形成している（図２参照）。

このような構成を有する可動部３を、本実施形態では軸受け４を介して固定部２に連結している。このリニアアクチュエータ１は、軸受け４を介して可動部３を固定部２に連結した状態において、コイル２４に通電していない場合は、永久磁石２３から生じる磁力により、シャフト２５が可動部３（可動子３１）に対して所定位置に保持される。そして、コイル２４に通電した場合には、コイル２４に流れる電流により生じる磁界と永久磁石２３から生じている磁界の向きとに基づき、可動部３がシャフト２５に沿ってスラスト方向に往復動する。

軸受け４は、固定部２と可動部３とを同軸上に連結し、自らが弾性変形することにより可動部３を固定部２に対して往復動可能に支持するものであり、積層された複数枚の板バネ４１によって構成されたものである。板バネ４１は、図２ないし図５に示すように、可動部３のうち可動スペーサ３２に重ね合わされる枠状をなすフレーム部４１１と、フレーム部４１１の内側に設けた可撓部４１２とを一体に備えた薄板状のものである。この板バネ４１は例えば打ち抜き加工により形成されるものである。正面視略矩形状をなすフレーム部４１１の四隅にはそれぞれ厚み方向に貫通するボルト挿通孔４１１ａを形成し、板バネ４１のうち当該フレーム部４１１がフランジ部材５と可動部３との間に挟まれる。また、フレーム部４１１の上下端部における幅方向中央部には、上方または下方に開口する上方開口部４１１ｂ、下方開口部４１１ｃを形成し、可動部３に設けた平行ピン３３の両端部がこれら上方開口部４１１ｂ、下方開口部４１１ｃに嵌り得るように設定している。可撓部４１２は、正面視略８の字状をなし、中央部にシャフト２５が挿通可能なシャフト挿通孔４１２ａを有する。シャフト挿通孔４１２ａは、固定子２１に形成したシャフト挿通孔２１１及びボビン２２に形成したシャフト挿通孔２２１に連通し得るものであり、本実施形態ではシャフト挿通孔４１２ａの開口形状を、固定子２１に形成したシャフト挿通孔２１１の開口形状と同一ないし略同一の形状、つまり四角形状ないし略四角形状に設定している（図２ないし図４参照）。板バネ４１のうち、可撓部４１２における中央部はスペーサＳ同士の間に挟持され、フレーム部４１１は可動部３（具体的には可動スペーサ３２）とフランジ部材５との間に挟持される。

フランジ部材５は、図２及び図５に示すように、板バネ４１のフレーム部４１１と略同一の枠状をなし、四隅に形成した厚み方向に貫通するボルト挿通孔５１と、上下端部における幅方向中央部に設けられ平行ピン３３の端部をスラスト方向に若干のあそびのある状態で収容し得る凹部５２とを有するものである。

そして、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、図１、図２及び図５に示すように、シャフト２５の軸方向両端面のうち一方の端面側に取付対象に取付可能な取付部（ベース）６を設けるとともに、他方の端面（反取付側の端面）には当該他方の端面を被覆するカバー７を配置している。

カバー７は、フランジ部材５及び可動部３（可動子３１）と同一ないし略同一の外形状を有するプレート状のものである。このカバー７は、四隅に形成した厚み方向に貫通するボルト挿通孔７１と、中央部に形成した厚み方向に貫通するシャフト挿通孔７２とを有する。シャフト挿通孔７２は、シャフト２５の頭部に相当する部分（本実施形態ではシャフト２５の端部近傍に位置付けられるスペーサＳ）の外形状よりも一回り大きい開口形状をなすものである。本実施形態では、このシャフト挿通孔７２からシャフト２５の頭部（具体的にはシャフト２５の端部近傍に位置付けられるスペーサＳ）が若干出るように設定しており、これにより、シャフト２５の揺れ範囲を規制している。

このような構成からなるリニアアクチュエータ１は、概略四角柱状をなすシャフト２５を、対応する四角形状に開口した板バネ４１におけるシャフト挿通孔４１２ａに挿し通すことにより、シャフト２５を板バネ４１に対して軸回りに回動不能な状態で支持したものとなる。また、このシャフト２５を、ボビン２２におけるシャフト挿通孔２２１及び固定子２１におけるシャフト挿通孔２１１に挿し通すことにより、固定子２１を含む固定部２全体がシャフト２５の軸回りに傾動しないものとなる。そして、シャフト２５の軸方向に挟み得る位置に配された一対の板バネ４１を基準にして可動部３と固定部２との相対位置を位置決めすることができる。具体的には、上下に二分割した可動部ユニット３Ｕ同士を上下方向から固定部２を挟み込むように近付け、可動部３に設けた上下一対の平行ピン３３のうち、一方の平行ピン３３を、フレーム部４１１における上方開口部４１１ｂに嵌挿するとともに、他方の平行ピン３３を、フレーム部４１１における下方開口部４１１ｃに嵌挿する。これら平行ピン３３の両端部は、固定部２及び一対の板バネ４１をシャフト２５の軸方向に挟み得る位置に配された一対のフランジ部材５における凹部５２に収容される（図２及び図５参照）。引き続いて、スラスト方向に連通するカバー７のボルト挿通孔７１、フランジ部材５のボルト挿通孔５１、板バネ４１のボルト挿通孔４１１ａ、可動部３のボルト挿通孔３ａにボルトＢ２を挿通し、ボルトＢ２の先端部を図示しないナットに締結することにより、カバー７、フランジ部材５及び板バネ４１を一体的に組み付けたリニアアクチュエータ１となる。

このように組み付けられたアウタ可動型のリニアアクチュエータ１は、シャフト２５の軸方向両端面のうち取付部６を設けた端面とは反対側の端面（反取付側端面）をカバー７によって被覆しているため、このカバー７を配置した側からリニアアクチュエータ１内へ液体や異物等が入り込むことを防止することができる。その結果、リニアアクチュエータ１内へ液体や異物等が入り込むことに起因する動作不良の発生を回避することができ、信頼性に優れたリニアアクチュエータ１となる。さらに、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、カバー７を（板バネ４１を介して）可動部２に取り付けているため、カバー７を固定部２に取り付けた場合に生じ得る不具合、つまり固定部２及び可動部３を覆う大型のカバーより大型化及び高価格化を招来するという不具合を解消することができる。また、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、リニアアクチュエータ１内部を遮蔽し且つリニアアクチュエータ１内部へのアクセスを防止し得るカバー７を設けることによって、作業人や使用者の手指がリニアアクチュエータ１内に接触することを防止し、作業人や使用者の怪我を未然に防ぐという効果、及び不注意にリニアアクチュエータ１内にアクセスすることによりリニアアクチュエータ１の内部構成部品の破損を防ぐという効果を奏し、取り扱い性に優れたものである。加えて、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、リニアアクチュエータ全体を専用のケースで被覆する態様と比較して、コンパクト化及びコストダウンを図ることができる。

このような効果を奏するリニアアクチュエータ１は、汎用性及び設置自由度に優れたものとなり、例えば車体の制振機構に適用することも可能である。近時、自動車業界では、環境問題から、車体の軽量化やアイドリングの低回転数化、或いは気筒休止エンジン等の改善策が進めているが、これらの対策は何れも車体振動を増大させ、乗り心地を悪化させ得るものである。そこで、車体の適宜箇所に配置したおもり（ウェイト）を本実施形態に係るリニアアクチュエータ１によって能動的に駆動させて、その反力を利用して車体振動を抑制しようとするアクティブマスダンパ（制振機構）を採用することにより車体の振動を好適に抑制することができる。そして、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、カバー７を可動部２に取り付けているため、カバー７自体がおもり（ウェイト）の一部として機能し、カバー７の重量を調整することによりおもり（ウェイト）全体の重量を簡単に調整することが可能になる。さらには、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、コイル２４から出る電磁波又は外部からリニアアクチュエータ１に作用する電磁波をカバー７によってシールドすることが可能である。すなわち、カバー７によりＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility：電磁環境両立性）を向上させることが可能である。

また、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１は、シャフト２５の頭部に相当する部分、具体的にはシャフト２５の端部近傍に位置付けられるスペーサＳをカバー７のシャフト挿通孔７２内に位置付けることにより、このシャフト挿通孔７を正面視におけるシャフト２５の移動範囲（シャフト２５の径方向への移動範囲）を規制するストッパとして機能させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態において、カバー７に形成したシャフト挿通孔７２を、可動部２の動きを妨げることなく被覆する被覆材（図示省略）で覆っても構わない。被覆材としては、防水性シートや弾性変形可能なシートが挙げられる。被覆材として弾性変形可能なシート（例えばゴムシート）を適用した場合には、被覆材が往復動する可動部２と当接した場合であっても弾性変形により、可動部２の動きを好適に吸収することができ、可動部２の往復動を妨げることがない。

また、上述した実施形態では、カバー７にシャフト２５が挿通可能なシャフト挿通孔７２を形成した態様を例示したが、このようなシャフト挿通孔を有さないカバーを適用してもよい。一例として、図６及び図７に示すように、カバー７’のうちシャフト２５の頭部またはシャフト２５の頭部に相当する部分（図示例では皿ビスＢ１’）と干渉し得る部分に、他の部分よりもシャフト２５の頭部から離間する方向に突出させた突出部７２’を有するカバー７’が挙げられる。また、カバー７’のうち突出部７２’を形成した部分に不可避的に形成される凹部７２１’の縁に、シャフトの頭部２５またはシャフト２５の頭部に対応させて設けた部分（図示例ではスペーサＳ’）が当接又は近接し得るように設定すれば、正面視におけるシャフト２５の移動範囲（シャフト２５の径方向への移動範囲）を規制することができる。なお、図６及び図７において上述した実施形態に対応する部材、部位には同じ符号を付している。

また、シャフト挿通孔を有さないカバーを適用する場合、シャフトの頭部又は頭部に相当する部分と干渉し得る部位に緩衝材を配置してもよい。例えば図６及び図７に示すカバー７’を適用する場合であれば、凹部７２１’に緩衝材を配設すれば、緩衝材の良好な取付状態を維持することができる。緩衝材は、弾性変形可能なもの（例えばゴム製）が好ましい。

また、上述した実施形態では、平板状をなす永久磁石を適用し、この永久磁石と磁極面との間に直線状に延びる平行なギャップが形成される態様を例示したが、弓型の永久磁石を適用し、磁極面を永久磁石に対応させた部分円弧状に設定した態様であっても構わない。もちろん、シャフトとして円柱状ないし略円柱状のものを適用してもよく、この場合、各シャフト挿通孔の開口形状をシャフトの外形状に対応させた円形状とすればよい。

また、上述した実施形態では、リニアアクチュエータの一例として永久磁石式鉄心可動型モータ、いわゆるレシプロモータを例示したが、本発明に係るリニアアクチュエータを、他の小ストロークリニアアクチュエータであるムービングマグネット型に適用しても同様の効果が得られる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…リニアアクチュエータ
２…固定部
３…可動部
７、７’…カバー

Claims (1)

1. 同一軸心上に配置された固定部及び当該固定部に対して軸方向に往復動可能な可動部を備え、前記可動部を前記固定部の外側に配置し、軸方向両端面のうち一方の端面側を取付対象に取付可能としたリニアアクチュエータであって、
   軸方向両端面のうち反取付側の端面を覆うカバーを備え、当該カバーを前記可動部に取り付け、軸方向両端面のうち取付側の端面は、前記カバーで覆われていない端面にして、
   相互に対向する前記可動部の内向面と前記固定部の外向面との間に形成したギャップを、軸方向両端面のうち前記カバーで覆われていない前記取付側の端面において外部空間に連通させ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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