(57)【要約】【課題】油中においても長期にわたって良好に使用することができるリニアアクチュエータを提供すること。【解決手段】固定子と、前記固定子に往復動可能に支持された軸部６を有する可動子と、前記可動子に前記往復動方向の推力を発生させる推力発生手段と、前記軸部６の表面に対向して配置された磁石３２とを備えることを特徴とする。このような構成のもと、推力発生手段による推力によって、軸部６が往復動する。また、磁石の磁力によって、油中を流れる磁性粉を吸引することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子に往復動可能に支持された軸部を有する可動子と、
前記可動子に前記往復動方向の推力を発生させる推力発生手段と、
前記軸部の表面に対向して配置された磁石と
を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記磁石の磁極が、前記往復動方向に向けられており、
前記磁石の前記往復動方向の両側に、ヨークが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記磁石及び前記ヨークが環状に形成され、
前記磁石及び前記ヨークの内径寸法が、前記軸部の外径寸法よりも大きくなっており、
前記磁石及び前記ヨークに、前記軸部が挿通されていることを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記磁石及び前記ヨークの外径寸法が同一であり、
前記磁石の内径寸法が、前記ヨークの内径寸法よりも大きくなっていることを特徴とする請求項３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】
本発明は、可動子を往復動させるリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電磁作用により可動子を往復動させるリニアアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。これらリニアアクチュエータは、軸部を有する可動子と、この可動子を往復動可能に支持する固定子とを備えたものが一般的である。このようなリニアアクチュエータでは、磁力によって可動子に推力を与えて、その可動子を往復動させるようになっている。
ここで、近年、例えばトランスミッションやギアボックスの中でリニアアクチュエータを利用して、今まで油圧で行っていたギアチェンジを、リニアアクチュエータによる電磁作用によって行うことが検討されてきている。
リニアアクチュエータをトランスミッション等の中で利用するには、リニアアクチュエータを油（オイル）中に設ける必要がある。
【特許文献１】実開昭５７−５２７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のようにリニアアクチュエータを油中に設けると、ギアなどから発生する微粒子状の磁性粉（磨耗粉）が油の中に流れ込むため、それら磁性粉がリニアアクチュエータの内部に侵入してしまうという問題がある。また、使用している軸受に磁性粉等が入り込んでしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、油中においても長期にわたって良好に使用することが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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、固定子と、前記固定子に往復動可能に支持された軸部を有する可動子と、前記可動子に前記往復動方向の推力を発生させる推力発生手段と、前記軸部の表面に対向して配置された磁石とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この発明においては、推力発生手段からの推力によって、軸部が往復動し、磁石の磁力によって、油中を流れる磁性粉が吸引される。
これにより、磁性粉が内部に侵入することが防止される。
【０００７】
また、本発明は、前記磁石の磁極が、前記往復動方向に向けられており、前記磁石の前記往復動方向の両側に、ヨークが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、磁石からの磁束を簡易かつ確実に案内することができ、磁性粉を効果的に吸着することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記磁石及び前記ヨークが環状に形成され、前記磁石及び前記ヨークの内径寸法が、前記軸部の外径寸法よりも大きくなっており、前記磁石及び前記ヨークに、前記軸部が挿通されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、磁石及びヨークと軸部との間において、磁性粉の侵入を確実に阻止することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記磁石及び前記ヨークの外径寸法が同一であり、前記磁石の内径寸法が、前記ヨークの内径寸法よりも大きくなっていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、磁石及びヨークと軸部との間において、磁石からの磁束ループを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁石の磁力によって、油中の磁性粉を吸引することができるため、油中においても長期にわたって良好に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態におけるリニアアクチュエータについて、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態としてのリニアアクチュエータを示したものである。
リニアアクチュエータ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、直方体形状かつ中空状のケース２を備えている。
ケース２の内側面には、磁性体からなる固定コア（固定子）１０が設けられている。固定コア１０は、環状に形成された第一の環状体１１ａ，１１ｂを備えている。第一の環状体１１ａ，１１ｂは、断面Ｌ字状に形成されており、その底面部分が互いに対向配置されている。これら第一の環状体１１ａ，１１ｂ同士の底面部分の間には、同形状の永久磁石１２が設けられている。
【００１５】
永久磁石１２の磁極は、後述するシャフト６（軸部、可動子）の往復動方向に向けられている。例えば、第一の環状体１１ｂ側がＳ極とされ、第二の環状体１１ａ側がＮ極とされている。なお、往復動方向とは、シャフト６の軸線Ｌ方向である。
また、第一の環状体１１ａ，１１ｂの軸線Ｌ方向の先端には、断面Ｌ字状の第二の環状体１３ａ，１３ｂが設けられている。第二の環状体１３ａ，１３ｂの底面部分は互いに対向配置されている。そして、第一の環状体１１ａ,１１ｂの段差部１６ａ，１６ｂと、第二の環状体１３ａ，１３ｂの底面部とによって、それぞれ凹部１４ａ，１４ｂが形成されている。
凹部１４ａ，１４ｂには、それぞれコイル（推力発生手段）２０ａ，２０ｂが設けられている。
また、第二の環状体１３ａ，１３ｂの底面部に直交する垂直壁部は、軸線Ｌ方向の先端にいくにしたがって、肉厚となるようなテーパー１８ａ，１８ｂが設けられている。
【００１６】
さらに、ケース２の長手方向の両端面２ａ，２ｂの中央には、それぞれ貫通孔３ａ，３ｂが形成されている。これら貫通孔３ａ，３ｂ内には、軸受け７ａ，７ｂがそれぞれ設けられている。また、軸受け７ａ，７ｂには、柱状に延びるシャフト６が挿通されている。シャフト６は、鉄などの金属からなるものである。このような構成のもと、シャフト６は、軸受け７ａ，７ｂによって、軸線Ｌ方向に往復動可能に支持されている。
また、シャフト６には、円筒状の可動コア（可動子）２３が設けられている。すなわち、可動コア２３の筒孔２３ａにシャフト６が圧入されることによって、可動コア２３がシャフト６の長手方向の中央部に固定されている。
【００１７】
可動コア２３は、磁性部材からなっており、その長手方向（軸線Ｌ方向）の中央部には、径方向外方に突出する突出部（推力発生手段）２７が設けられている。突出部２７は、断面矩形状に形成されており、その先端面が永久磁石１２及び固定コア１０の内周面に対向している。また、可動コア２３の長手方向の両端面には、軸線Ｌ方向に直交する方向に延在するフランジ２４ａ，２４ｂが設けられている。フランジ２４ａ，２４ｂは、可動コア２３の両端面の全周にわたって設けられている。そして、フランジ２４ａ,２４ｂの外縁部は、固定コア１０の内縁部よりも径方向外方に延在している。すなわち、フランジ２４ａ,２４ｂの外縁部は、軸線Ｌ方向から見て、固定コア１０に重なっている。これらフランジ２４ａ,２４ｂは、軸線Ｌ方向に可動コア２３を吸引する吸引力発生手段として機能するものである。
また、フランジ２４ａ，２４ｂの縁部の表面側には、径方向外方にいくにしたがって、肉薄となるようなテーパー２５ａ，２５ｂが形成されている。
なお、テーパー２５ａ，２５ｂ，１８ａ，１８ｂが形成されていることから、ギャップが急激に変化することなく、そのため、磁束の急激な変化を防止することができる。
【００１８】
このような構成のもと、コイル２０ａ，２０ｂに通電すると、これらコイル２０ａ，２０ｂからの磁束と永久磁石１２の磁束とにより、可動コア２３及びシャフト６が往復動するようになっている。
【００１９】
さらに、本実施形態においては、ケース２の両端面２ａ，２ｂの中央に、磁性粉を吸着するための吸着部３０が設けられている。
吸着部３０は、図２に示すように、円筒状に形成された環状磁石３２を備えている。環状磁石３２は、永久磁石である。環状磁石３２の磁極は、軸線Ｌ方向に向けられており、ケース２側がＮ極とされ、その反対側（シャフト６の先端側）がＳ極とされている。環状磁石３２の軸線Ｌ方向の両端には、円筒状に形成された環状ヨーク３３ａ，３３ｂが同軸上に設けられている。環状ヨーク３３ａ，３３ｂは、磁性部材からなるものである。
これら環状磁石３２及び環状ヨーク３３ａ，３３ｂに、シャフト６が挿通されている。
【００２０】
なお、環状磁石３２及び環状ヨーク３３ａ，３３ｂのそれぞれの外径寸法ｒ３は、同一になっている。また、環状ヨーク３３ａ，３３ｂのそれぞれの内径寸法ｒ１は、同一になっている。また、内径寸法ｒ１は、シャフト６の外径寸法ｒ４よりも大きくなっている。さらに、環状磁石３２の内径寸法ｒ２は、内径寸法ｒ１よりも大きくなっている。
そのため、環状磁石３２及び環状ヨーク３３ａ，３３ｂにシャフト６を挿通した状態では、シャフト６の外周面と、環状磁石３２及び環状ヨーク３３ａ，３３ｂの内周面との間に、ギャップＧ２，Ｇ１ａ，Ｇ１ｂが形成されるようになっている。
内径寸法ｒ２は内径寸法ｒ１よりも大きくなっていることから、ギャップＧ２におけるシャフト６の外周面と環状磁石３２の内周面との間の間隔寸法ｄ２は、ギャップＧ１ａ，Ｇ１ｂにおけるシャフト６の外周面と環状ヨーク３３ａ，３３ｂの内周面との間の間隔寸法ｄ１よりも大きくなっている。
【００２１】
このような構成のもと、環状磁石３２の磁束は、図３に示すように、Ｎ極から出て、環状ヨーク３３ｂ内を通って、その内周面からギャップＧ１ｂ内に出て行く。そして、その磁束は、ギャップＧ１ｂ内でケース２と反対側に折れて、軸線Ｌに沿って進んで行き、ギャップＧ２を通過して、環状ヨーク３３ａのギャップＧ１ａ内で、環状ヨーク３３ａの内周面から環状ヨーク３３ａ内に入って行き、環状磁石３２のＳ極に戻って行く。これにより、磁束ループＭが形成される。
【００２２】
次に、このように構成された本実施形態におけるリニアアクチュエータ１の作用について説明する。
コイル２０ａ，２０ｂに、互いに逆方向の電流を流すと、コイル２０ａ，２０ｂ及び永久磁石１２からの磁束は、第一の環状体１１ａ、第二の環状体１３ａを通って、フランジ２４ａに到達する。そして、その磁束は、可動コア２３を通って、突出部２７から第一の環状体１１ｂを通って永久磁石１２のＳ極に戻って行く。これにより、突出部２７の先端面と固定コア１０の内周面との間に磁極が形成され、軸線Ｌ方向の推力が働く。そのため、可動コア２３を介してシャフト６が軸線Ｌ方向に移動する。例えば、図１の状態では、フランジ２４ｂが固定コア１０に当接しており、この状態から、シャフト６が右方向（永久磁石１２に対して第一の環状体１１ｂの方向）に移動する。このとき、フランジ２４ａの外縁部が固定コア１０の内縁部よりも径方向外方に延在しているため、固定コア１０とフランジ２４ａとの間に磁極が形成される。そして、フランジ２４ａ及び可動コア２３を介してシャフト６が右方向に吸引される。
そのため、突出部２７の磁極による推力に、フランジ２４ａの磁極による吸引力が加えられて、シャフト６が右方向に移動する。
さらに、コイル２０ａ，２０ｂに流す電流の方向を交互に変えることにより、シャフト６が往復動する。
【００２３】
ここで、従来では、リニアアクチュエータを油中に設けると、油の中を流れる磁性粉がリニアアクチュエータの中に侵入してしまうおそれがあった。
本実施形態におけるリニアアクチュエータ１では、以下のようにして、磁性粉の侵入が阻止される。
すなわち、図３に示すように、油Ａの中を流れる磁性粉Ｆが、ギャップＧ１ａ，Ｇ２，Ｇ１ｂを介して、ケース２の中に侵入しようとする。このとき、ギャップＧ１ａ，Ｇ２，Ｇ１ｂには、環状磁石３２の磁束による磁束ループＭが形成されていることから、図４に示すように、ギャップＧ１ａに侵入した磁性粉Ｆは、磁力によって、環状ヨーク３３ａの内周面に吸着される。また、ギャップＧ１ａを通過できたとしても、ギャップＧ１ｂにおいて環状ヨーク３３ｂの内周面に吸着される。そのため、ギャップＧ２が油に浸された磁性粉により埋められてオイルシールを形成する。このオイルシールが形成されたあとは、ケース内への磁性粉等の侵入を防止することができる。
【００２４】
以上より、本実施形態におけるリニアアクチュエータ１によれば、環状磁石３２の磁力により、環状ヨーク３３ａ，３３ｂの内周面に磁性粉Ｆを吸着させることができることから、ケース２内の磁性粉Ｆの侵入を防止することができる。また、磁性粉Ｆの侵入が阻止されることから、軸受け７ａ，７ｂなどの耐久性を向上させることができる。
そのため、油Ａの中においても長期にわたって良好に使用することができる。
また、従来では回転軸に対してオイルシールを設けることはできたが、往復動する軸にオイルシールを設けることは困難であった。本実施形態におけるリニアアクチュエータ１によれば、油Ａの中に設けられることから、往復動するシャフト６であっても、ギャップＧ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ２におけるオイルシールを容易に設けることができる。
【００２５】
また、間隔寸法ｄ２が間隔寸法ｄ１よりも大きくなっていることから、ギャップＧ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ２内に、軸線Ｌに沿った磁束ループを確実に形成することができる。
また、フランジ２４ａ，２４ｂが設けられていることから、推力を発生させるためのエネルギーを利用して、吸引力をも発生させることができ、そのため、少ないエネルギーでシャフト６を適正に往復動させることができる。そのため、簡易な構成により効率を向上させることができるだけでなく、小型化を容易に図ることができる。
すなわち、シャフト６のストローク端での推力低下を吸引力により補うことができる構成としているため、シャフト６のストローク全域において大きな推力を発生させることができる。また、コイル２０ａ，２０ｂへの通電方向により、容易に推力発生方向を変えることができる。これは、電磁石の中央磁極にＮ極Ｓ極となるようにしたこと、それに対向した磁極（突出部２７）を凸形状にしていることなどによるものである。
さらに、シャフト６のストローク端では、永久磁石１２の磁束によりフランジ２４ａ，２４ｂにおいて吸引力が生じるため、コイル２０ａ，２０ｂへの通電をやめて（電流０で）も、シャフト６のストローク端での位置保持が可能となる。またこの力は通電することでさらに大きくなる。
【００２６】
ここで、自動車などでは油圧アクチュエータから電動アクチュエータへの置き換えなどが検討されているが、当然小形で大きな推力を発生させるアクチュエータが求められる。本実施形態に係るリニアアクチュエータ１のような磁気回路の構成であれば、小形大推力のアクチュエータを提供することが可能となる。ロック機構などでは、一方向へシャフト６を移動させた状態を保持しておく必要があり、リニアアクチュエータ１によれば無通電でもその位置を保持することができ、その保持力を増やしたいときはコイル２０ａ，２０ｂに印加する電流を増大させればよく、ロック機構を低消費電力で実現できる。
また、圧縮機やバルブの開閉などは、シャフト６のストローク端で大きな推力を必要とすることが多く、リニアアクチュエータ１のように、シャフト６のストローク端で大きな推力を発生させることができるアクチュエータを適用することで、これらの機器の効率改善や小型化に大きく貢献できる。
【００２７】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態を示したものである。
図５において、図１から図４に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第１の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは異なる点についてのみ説明する。
【００２８】
本実施形態においては、ケース２の両端面２ａ，２ｂの内周面に（貫通孔３ａ，３ｂ内に）、吸着部３０が設けられている。なお、上記第１実施形態における軸受け７ａ，７ｂは設けられていない。
このような構成のもと、リニアアクチュエータ１ａを油中に設けることにより、シャフト６と吸着部３０とのギャップ内にオイルシールが設けられる。また、シャフト６と環状磁石３２との間のギャップＧ２が油に浸された磁性粉で満たされているため、シャフト６の環状磁石３２側の自由度が拘束され、シャフト６の往復動を支持することが可能となり、別の軸受け（図１に示す７ａ，７ｂ）を設けなくてもよくなる。
以上より、上記第１の実施形態の同様の効果を奏することができるだけでなく、構成を簡易にすることができる。
【００２９】
なお、本発明の技術範囲は上記第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、環状磁石３２が永久磁石であるものとしたが、電磁石であってもよい。これにより、磁性粉Ｆの吸着力を制御することができる。具体的には、磁性粉Ｆの入り口付近に金属センサを設け、この金属センサからの出力を読み出して、磁性粉Ｆが多いと判定した場合に、電磁石による磁力を強めるような制御部を設けることも可能である。
【００３０】
また、コイル２０ａ，２０ｂを可動コア２３に設けてもよい。ただし、固定コア１０側にコイル２０ａ，２０ｂを設けた方が、可動による断線のおそれがない点で好ましい。
また、シャフト６が、軸受け部材により支持されるとしたが、これに限ることはなく、コイルバネや板バネなどの弾性体で支持するようにしてもよい。
また、シャフト６を往復動させる構成としては、適宜変更可能である。例えば、可動鉄心形であってもよいし、ソレノイドなどを設けてもよい。
また、外側を固定コア１０とし、内側を可動コア２３としたが、これに限ることはなく、外側の部材を可動子とし、内側の部材を固定子としてもよい。
また、リニアアクチュエータの推力発生手段の構成は適宜変更可能である。例えば、ボイスコイル形、リニアソレノイドなど往復動を可能とするものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るリニアアクチュエータの第１の実施形態を示す図であって、（ａ）は、側面から見た様子を示す断面図、（ｂ）は、軸線Ｌ方向から見た正面図である。
【図２】図１の吸着部を拡大して示す断面図である。
【図３】図２の吸着部に磁性粉が侵入しようとする様子を示す説明図である。
【図４】図３の吸着部に磁性粉が吸着された様子を示す説明図である。
【図５】本発明に係るリニアアクチュエータの第２の実施形態を側面から示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，１ａ    リニアアクチュエータ
６    シャフト（軸部、可動子）
１０  固定コア（固定子）
２０ａ，２０ｂ  コイル（推力発生手段）
２３  可動コア（可動子）
２７  突出部（推力発生手段）
３２  環状磁石
３３  環状ヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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