(57)【要約】【課題】径方向の寸法が大きくなることを回避できるリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】リニアアクチュエータ１は、内部に筒状空間１１を有するハウジング１０の内周面に、コイル２１を備えて固定された環状の固定子２０と、固定子２０の軸芯Ｏと同軸上に配置された軸部材３３に取り付けられる永久磁石３１を備え、固定子２０に対して軸芯方向に移動可能な可動子３０と、固定子２０の軸芯方向における端部の一部から軸芯方向に延設され、コイル２１を外部の電力供給源と接続するターミナル部２４と、可動子３０の軸芯方向における両端に配置され、周縁部の少なくとも一部が固定子２０の側に固定されるとともに、中心部が可動子３０の側に固定される板ばね部材４０と、を備え、板ばね部材４０の周縁部にターミナル部２４との干渉を防止する切欠部４０ｂが形成される。【選択図】図１
2012210030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に筒状空間を有するハウジングの内周面に、コイルを備えて固定された環状の固定子と、
前記固定子の軸芯と同軸上に配置された軸部材に取り付けられる永久磁石を備え、前記固定子に対して前記軸芯方向に移動可能な可動子と、
前記固定子の前記軸芯方向における端部の一部から前記軸芯方向に延設され、前記コイルを外部の電力供給源と接続するターミナル部と、
前記可動子の前記軸芯方向における両端に配置され、周縁部の少なくとも一部が前記固定子の側に固定されるとともに、中心部が前記可動子の側に固定される板ばね部材と、を備え、
前記板ばね部材の周縁部に前記ターミナル部との干渉を防止する切欠部が形成されているリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記切欠部に係合部が形成されるとともに、前記固定子、前記ターミナル部及び前記ハウジングのいずれかに前記係合部と係合可能な被係合部が形成され、前記係合部と前記被係合部は前記板ばね部材を所定の向きで配設した場合のみ係合するように構成されている請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記板ばね部材のうちの一方の前記切欠部と他方の前記切欠部とが、周方向において対称となる位置に配置されている請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記板ばね部材には、前記中心部と前記周縁部とを接続する複数の接続部が同形状かつ周方向に均等に形成されており、
前記接続部は、前記中心部の側から順に第１円弧領域と、前記第１円弧領域よりも大きな曲率を有する第２円弧領域と、前記第２円弧領域よりも小さな曲率を有する第３円弧領域とを備え、
前記切欠部に対向する位置には前記第３円弧領域が形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記切欠部が、前記複数の接続部と対応するように周方向に均等に複数形成されている請求項４に記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
コイルを備えて固定された環状の固定子と、永久磁石を備えて固定子の軸芯と同軸上に配置され、固定子に対して軸芯方向に移動可能な可動子と、固定子と可動子との間に亘って配設される板ばね部材と、を備えたリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、内周側に永久磁石を備えた筒状の可動子の内側にコイルを備えた固定子が配設され、これらの間に亘って設けられる板ばねの一端が可動子に固定され、他端が固定子に固定されたリニアアクチュエータが開示されている。このような板ばねは可動子の振動に伴って変形し、板ばねの形状によっては局所的に応力が集中し、ばね特性の劣化やばねが破断するといった課題があった。特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、このような課題を解決するため、板ばねに発生する応力集中を緩和できるように板ばねの形状に改良を施したものである。
【０００３】
また、特許文献２には、永久磁石を備えた可動子の外側にコイルを備えた固定子が配設され、これらの間に亘って設けられる板ばねの中心部が可動子の側に固定され、周縁部が固定子の側に固定されたリニアアクチュエータが開示されている。このリニアアクチュエータにおいては、永久磁石の軸芯方向の長さを、固定子の中央磁極を形成するティースの長さ以下とすることにより、高効率での加振や高周波に対する応答性の優れた振動が可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２８８０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２４０１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２には、コイルの巻き線をどのように取り出して、外部の電力供給源と接続するかについては記載されていない。しかし、軸芯方向の両端にはいずれも板ばねが配設されていることを考慮すると、コイルの巻き線を径方向の外側に取り出し、電力供給源と接続していると考えられる。従って、特許文献１、２に記載のリニアアクチュエータにおいては径方向の寸法が大きくなってしまい、リニアアクチュエータの搭載箇所などの関係から径方向の寸法を小さくせざるを得ない場合に対応できないという問題があった。
【０００６】
上記問題を鑑みて、本発明は、径方向の寸法が大きくなることを回避できるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るリニアアクチュエータの特徴構成は、内部に筒状空間を有するハウジングの内周面に、コイルを備えて固定された環状の固定子と、前記固定子の軸芯と同軸上に配置された軸部材に取り付けられる永久磁石を備え、前記固定子に対して前記軸芯方向に移動可能な可動子と、前記固定子の前記軸芯方向における端部の一部から前記軸芯方向に延設され、前記コイルを外部の電力供給源と接続するターミナル部と、前記可動子の前記軸芯方向における両端に配置され、周縁部の少なくとも一部が前記固定子の側に固定されるとともに、中心部が前記可動子の側に固定される板ばね部材と、を備え、前記板ばね部材の周縁部に前記ターミナル部との干渉を防止する切欠部が形成されている点にある。
【０００８】
本特徴構成によれば、固定子の軸芯方向における端部から軸芯方向にターミナル部が形成され、可動子の軸芯方向における両端に設けられた板ばね部材がターミナル部と干渉することを防止するため、板ばね部材の周縁部に切欠部が形成されているので、板ばね部材をターミナル部と干渉しないように配設することができる。従って、本特徴構成を備えたリニアアクチュエータにおいては、コイルの巻き線を軸芯方向に取り出すことが可能となり、径方向の寸法が大きくなることを回避できる。
【０００９】
ここで、前記切欠部に係合部が形成されるとともに、前記固定子、前記ターミナル部及び前記ハウジングのいずれかに前記係合部と係合可能な被係合部が形成され、前記係合部と前記被係合部は前記板ばね部材を所定の向きで配設した場合のみ係合するように構成されていると好適である。
【００１０】
本特徴構成によれば、板ばね部材の切欠部に形成された係合部と、固定子、ターミナル及びハウジングのいずれかに形成された被係合部とが係合可能な向き以外には、板ばね部材を配設できなくなる。従って、組み付けの際に板ばね部材を確実に所定の向きで配設することができ、板ばね部材を製品によって異なる向きに配設することにより生じる製品間における特性のばらつきを解消することができる。特に、このような係合機構を可動子の両端に設けた板ばね部材の両方に設ければ、両板ばね部材について製品間におけるばらつきを解消することができるので、その効果はより大きなものとなる。
【００１１】
また、前記板ばね部材のうちの一方の前記切欠部と他方の前記切欠部とが、周方向において対称となる位置に配置されていると好適である。
【００１２】
例えば、切欠部が板ばね部材の周方向の１箇所のみに形成されている場合など、切欠部が周方向において非均等に形成されている場合には、板ばね部材の変形特性や強度などが周方向において必ずしも均一でないおそれがある。このため、可動子の運動方向が軸芯方向からずれる問題や、板ばね部材の周方向における強度分布が不均一なために応力集中が発生しやすいといった問題を誘発するおそれがあった。
【００１３】
しかし、本特徴構成のごとく、可動子の軸芯方向における両端に配置されている２枚の板ばね部材のうちの一方の切欠部と他方の切欠部とが、周方向において対称となる位置に配置されていると、２枚の板ばね部材を１つのばね機構として捉えた場合には、ばね機構の特性は周方向において均一となる。従って、可動子の運動方向が軸芯方向からずれることを抑制できるとともに、板ばね部材の周方向における強度が不均一なために発生する応力集中を低減することができる。
【００１４】
また、前記板ばね部材には、前記中心部と前記周縁部とを接続する複数の接続部が同形状かつ周方向に均等に形成されており、前記接続部は、前記中心部の側から順に第１円弧領域と、前記第１円弧領域よりも大きな曲率を有する第２円弧領域と、前記第２円弧領域よりも小さな曲率を有する第３円弧領域とを備え、前記切欠部に対向する位置には前記第３円弧領域が形成されると好適である。
【００１５】
本特徴構成によれば、中心部に接続する第１円弧領域及び周縁部に接続する第３円弧領域の曲率が、これらの領域の間に位置する第２円弧領域の曲率よりも小さい。第１円弧領域の曲率が比較的小さいため、接続部の基端部が集合する板ばね部材の中心部における応力集中を緩和することができる。また、切欠部に対向する位置には比較的小さな曲率を有する第３円弧領域が形成されるので、切欠部を避けて接続部を形成することが容易となる。さらに、第１円弧領域と第３円弧領域との間に曲率が比較的大きな第２円弧領域が存在するため、第１円弧領域及び第３円弧領域の曲率をできるだけ小さくしたとしても、接続部全体に亘る曲率半径を小さくすることができ、板ばね部材の小型化が可能となる。
【００１６】
また、前記切欠部が、前記複数の接続部と対応するように周方向に均等に複数形成されていると好適である。
【００１７】
例えば、板ばね部材に複数の接続部が形成されているのに対し、切欠部が１つのみ形成されている場合は、この１つの切欠部の近傍に存在する接続部の変形特性や強度が、他の接続部の変形特性や強度と異なるおそれがある。そこで、本特徴構成のごとく、切欠部が複数の接続部と対応するように周方向に均等に複数形成されていれば、各接続部の変形特性や強度を同等とすることができる。その結果、板ばね部材の特性を周方向において均一化できるとともに、一部の接続部にのみ異なる負荷が作用することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るリニアアクチュエータの断面図である。
【図２】本発明に係るリニアアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】板ばね部材の形状を示す平面図である。
【図４】別の実施形態に係る板ばね部材の形状を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るリニアアクチュエータの実施形態について図面に基づいて説明する。例えば、このリニアアクチュエータは自動車の振動発生源近傍に設けられ、振動発生源から伝達される振動を相殺するような振動を発生させることにより、車室内における振動や騒音を低減させることができる加振器として用いることができるものである。
【００２０】
図１はリニアアクチュエータ１の全体的な構造を示す断面図であり、図２はリニアアクチュエータ１の分解斜視図である。リニアアクチュエータ１は、鉄や磁性ステンレスなどの磁性金属からなるハウジング１０で覆われている。ハウジング１０は、図１及び図２に示すように、図中上から順に第１段部１０ａ、第２段部１０ｂ及び第３段部１０ｃを備えた３段構成となっている。いずれの段部も円筒状を基本形状としており、その径は第１段部１０ａが最も小さく、第３段部１０ｃが最も大きい。しかし、後述するターミナル部２４を配設する空間を提供するため、第１段部１０ａの周方向の一部は第２段部１０ｂの径と同等の径となるように構成されている。このため、第１段部１０ａの断面は正確な円形とはならない。第１段部１０ａと第２段部１０ｂとの径差によって形成される肩部１０ｄは、後述する固定子２０を係止する部分として機能する。また、第１段部１０ａの上面には、後述するコネクタ５０を接続するための開口部１０ｅが形成されている。
【００２１】
第２段部１０ｂの内側の円筒空間１１は、本発明における「筒状空間」に相当するものである。円筒空間１１の外周面、言い換えると円筒空間１１を画定する第２段部１０ｂの内周面には、コイル２１を備えた環状の固定子２０が固定される。固定子２０は、コイル２１を巻き回すための樹脂製のボビン２２、及びボビン２２を固定する磁性金属からなるティース２３を備えている。ティース２３の周縁部には固定子２０の軸芯Ｏに沿った方向の両側に突出した第１突出部２３ａが形成され、第１突出部２３ａの内周側には第１突出部２３ａよりも突出量の少ない第２突出部２３ｂが形成される。図中上側の第１突出部２３ａがハウジング１０の肩部１０ｄと当接し、図中下側の第１突出部２３ａが後述するリング部材２５とに当接することによって、固定子２０はハウジング１０の第２段部１０ｂの内周面に固定される。
【００２２】
リニアアクチュエータ１は、固定子２０の軸芯Ｏと同軸上に軸部材３３を有する。軸部材３３には、永久磁石３１と、永久磁石３１を軸芯方向で挟み込む一対のヨーク３２とが取り付けられる。永久磁石３１と一対のヨーク３２とを合わせて可動子３０と称する。可動子３０の軸芯方向における両端には、金属製の一対の板ばね部材４０が配設される。以降、一対の板ばね部材４０をそれぞれ別個に示す場合には、軸部材３３の先端側（図１の上側）に配設されたものを先端側板ばね部材４０Ａ、軸部材３３の基端側（図１の下側）に配設されたものを基端側板ばね部材４０Ｂと称する。
【００２３】
永久磁石３１、ヨーク３２及び板ばね部材４０の中心部には、軸部材３３の軸径と同等の径を有する挿入孔３１ａ、３２ａ及び４０ａがそれぞれ形成され、各挿入孔３１ａ、３２ａ、４０ａに軸部材３３が挿通される。また、軸部材３３は、永久磁石３１、ヨーク３２及び板ばね部材４０に挿通される部分の軸径よりも大きな軸径の大径部３３ａを有する。この大径部３３ａのフランジ部に基端側板ばね部材４０Ｂが係止され、軸部材３３の先端部に形成されたねじ部３３ｂにナット３４を螺合することにより、軸部材３３のうち大径部３３ａとねじ部３３ｂとの間の部位に永久磁石３１、ヨーク３２及び板ばね部材４０が固定される。
【００２４】
固定子２０をハウジング１０の第２段部１０ｂの内周面に固定するため、円環状のリング部材２５が用いられる。リング部材２５は金属製であり、軸部材３３の基端側（図１の下側）から第２段部１０ｂの内周面に圧入やかしめなどの方法により固定される。このようなリング部材２５を設けることにより、固定子２０はハウジング１０の肩部１０ｄとリング部材２５との間に固定される。また、先端側板ばね部材４０Ａの周縁部はハウジング１０の肩部１０ｄとティース２３の第２突出部２３ｂとの間に係止され、基端側板ばね部材４０Ｂの周縁部はリング部材２５と第２突出部２３ｂとの間に係止される。
【００２５】
以上の構成により、板ばね部材４０の中心部が可動子３０の側に固定され、周縁部が固定子２０の側に固定されることになる。固定子２０と可動子３０との間には間隙が設けられており、コイル２１に通電が行われると、可動子３０は板ばね部材４０の付勢力を受けながら軸芯方向に振動する。板ばね部材４０は、その共振特性を利用して可動子３０を特定の周波数領域で効率的に振動させたり、非通電時における可動子３０の位置を保持したりする役割を有するものである。
【００２６】
固定子２０の軸芯方向における端部（図１の上側の端部）には、その端部の一部から軸芯Ｏに沿って延設されるターミナル部２４が設けられる。ここでは、ターミナル部２４は樹脂成形により固定子２０のボビン２２と一体的に構成されているが、固定子２０とターミナル部２４とを別体として構成することも可能である。ターミナル部２４がハウジング１０の開口部１０ｅに配設したコネクタ５０と電気的に接続されることにより、コネクタ５０及びターミナル部２４を介して不図示の電力供給源からコイル２１に電力供給が可能となる。
【００２７】
ターミナル部２４との干渉を回避するため、図３に示すように、板ばね部材４０の周縁部の一部には、円形の一部を直線状の弦で切り取って形成される切欠部４０ｂが設けられる。板ばね部材４０は、例えばプレス打ち抜き加工により作製される。本実施形態では、先端側板ばね部材４０Ａと基端側板ばね部材４０Ｂとを同一形状としているので、複数のプレス金型が不要となるとともに、部品の共通化により部品点数を削減することができるので好適である。先端側板ばね部材４０Ａに切欠部４０ｂが形成されていることにより、ターミナル部２４を先端側板ばね部材４０Ａと干渉しないようにコネクタ５０と接続することが可能となる。その結果、コイル２１の巻き線を軸芯方向に延設したターミナル部２４に接続できるので、リニアアクチュエータ１の径方向の寸法が大きくなることを回避できる。また、切欠部４０ｂがターミナル部２４と当接することにより、ナット３４を螺着する際に先端側板ばね部材４０Ａが無暗に回転することを防止でき、速やかな組み付けが可能となる。
【００２８】
先端側板ばね部材４０Ａには切欠部４０ｂの中央線Ｃに関して非対称となる位置に凹状の係合部４０ｃが形成され、ターミナル部２４には係合部４０ｃと係合可能に形成された凸状の被係合部２４ａが形成されている。このような係合機構によれば、先端側板ばね部材４０Ａを図３に示す向きに配設することはできるが、図３と裏表が逆の場合には、係合部４０ｃと被係合部２４ａとが係合できず配設不可能となる。従って、組み付けの際に先端側板ばね部材４０Ａを確実に所定の向きで配設することができ、先端側板ばね部材４０Ａを製品によって異なる向きに配設することにより生じる製品間における特性のばらつきを解消することができる。尚、被係合部２４ａはハウジング１０に形成してもよい。
【００２９】
さらに、基端側板ばね部材４０Ｂについても、上述のような係合機構を設ければ、両板ばね部材４０について製品間におけるばらつきを解消することができるので、その効果はより大きなものとなる。本実施形態においては、図２に示すように、ティース２３から軸芯方向に一部突出したボビン２２の突出部２６に凸状の被係合部２６ａを形成し、これが基端側板ばね部材４０Ｂの係合部４０ｃと係合可能な構成とした。尚、被係合部２６ａはハウジング１０や固定子２０を構成する他の部材に設けるようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態のごとく、切欠部４０ｂが円周上の１箇所のみに形成されている場合など、切欠部４０ｂが周方向において非均等に形成されている場合には、板ばね部材４０の変形特性や強度などが周方向において必ずしも均一でないおそれがある。例えば、板ばね部材４０のうち切欠部４０ｂの近傍では他の部分に比べて強度的に弱い、変形量が大きい、応力集中が大きいなどの問題が発生するおそれがある。そこで、図２に示すように、先端側板ばね部材４０Ａの切欠部４０ｂと基端側板ばね部材４０Ｂの切欠部４０ｂとを周方向において対称となる位置に配置しておけば好適である。そうすると、２枚の板ばね部材４０を１つのばね機構として捉えた場合には、ばね機構の特性を周方向において均一となる。従って、可動子３０の運動方向が軸芯方向からずれることを抑制できるとともに、板ばね部材４０の周方向における強度が不均一なために発生する応力集中を低減することができる。
【００３１】
図３に示すように、板ばね部材４０は中心部と周縁部とを接続する３つの接続部４１を備えて形成される。各接続部４１は中心部から反時計回りに湾曲して周縁部に至る形状となっており、各接続部４１は同形状かつ周方向に均等の間隔で配置されている。接続部４１は、中心部から周縁部に向かって第１円弧領域４１ａ、第２円弧領域４１ｂ、第３円弧領域４１ｃを有して構成される。第２円弧領域４１ｂの曲率は、第１円弧領域４１ａ及び第３円弧領域４１ｃの曲率と比べて大きい。また、切欠部４０ｂに対向する位置に第３円弧領域４１ｃが位置するように接続部４１を形成している。
【００３２】
第１円弧領域４１ａの曲率を比較的小さくしておくと、各接続部４１の基端部が集合する板ばね部材４０の中心部における応力集中を緩和することができる。また、切欠部４０ｂに対向する位置には比較的小さな曲率を有する第３円弧領域４１ｃが形成されるので、切欠部４０ｂを避けて接続部４１を形成することが容易となる。さらに、第１円弧領域４１ａと第３円弧領域４１ｃとの間に曲率が比較的大きな第２円弧領域４１ｂが存在するため、第１円弧領域４１ａ及び第３円弧領域４１ｃの曲率をできるだけ小さくしたとしても、接続部４１全体に亘る曲率半径を小さくすることができ、板ばね部材４０の小型化が可能となる。
【００３３】
［別の実施形態］
本発明に係る別の実施形態について図４に基づいて説明する。図４のａ図は、板ばね部材４０の切欠部４０ｂの形状を上記実施形態と異ならせたものである。上記実施形態においては、円形の一部を直線状の弦で切り取ることにより切欠部４０ｂを形成したが、本実施形態においては、円形の周縁部の一部に凹状の切欠部４０ｂを形成している。切欠部４０ｂを凹状とすることにより、板ばね部材４０の母材の部分をより多く残すことができるので、板ばね部材４０の強度を向上させることができる。また、切欠部４０ｂの中央線Ｃが板ばね部材４０の中心を通らないように左右非対称に形成しておけば、係合機構を設けなくても板ばね部材４０の配設向きを一義的に規定することができる。
【００３４】
図４のｂ図に示す実施形態においては、図３に示した板ばね部材４０と同様の切欠部４０ｂを、周方向において１２０度ごとに１つずつ均等に配置したものである。例えば、図３のように板ばね部材４０に複数の接続部４１が形成されているのに対し、切欠部４０ｂが１つのみ形成されている場合は、この１つの切欠部４０ｂの近傍に存在する接続部４１の変形特性や強度が、他の接続部４１の変形特性や強度と異なるおそれがある。そこで、本実施形態のごとく、切欠部４０ｂが複数の接続部４１と対応するように周方向に均等に複数形成されていれば、各接続部４１の変形特性や強度を同等とすることができる。その結果、板ばね部材４０の特性を周方向において均一化できるとともに、一部の接続部４１にのみ異なる負荷が作用することを回避できる。
【００３５】
尚、板ばね部材４０の形状は以上示したものに限らない。例えば、接続部４１は３つに限らず、２つでもよいし、４つ以上設けることも可能である。また、板ばね部材４０の基本形状を楕円形や多角形とすることも可能であるし、先端側板ばね部材４０Ａと基端側板ばね部材４０Ｂとで形状を異ならせることも可能である。さらに、基端側板ばね部材４０Ｂに切欠部４０ｂを設けることは本発明の必須要件ではない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、コイルを備えて固定された環状の固定子と、永久磁石を備えて固定子の軸芯と同軸上に配置され、固定子に対して軸芯方向に移動可能な可動子と、固定子と可動子との間に亘って配設される板ばね部材と、を備えたリニアアクチュエータに適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      リニアアクチュエータ
１０    ハウジング
１１    円筒空間（筒状空間）
２０    固定子
２１    コイル
２４    ターミナル部
２４ａ  被係合部
３０    可動子
３１    永久磁石
３３    軸部材
４０    板ばね部材
４０ｂ  切欠部
４０ｃ  係合部
４１    接続部
４１ａ  第１円弧領域
４１ｂ  第２円弧領域
４１ｃ  第３円弧領域
Ｏ      軸芯
【図１】
2012210030.tif 000003
【図２】
2012210030.tif 000004
【図３】
2012210030.tif 000005
【図４】
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