リニアアクチュエータ
【課題】インナコアとアウタコアとの位置ズレが生じず安定した特性を有するとともに、組立てが容易なリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】インナコア2と、一対の板バネ41、42によって支持されつつインナコア2の半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、インナコア2およびアウタコアうち一方に永久磁石23、24が設けられ、インナコア2およびアウタコアの他方に永久磁石23、24と所定の間隔で対向する磁極部31a、32aを形成したものであって、インナコア2と各板バネ41、42との間に各々スペーサ71、72を設け、各スペーサ71、72とインナコア2、および各スペーサ71、72とスペーサ71、72に隣接する板バネ41、42の各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、凹部と凸部からなる係合部を当接部に各々複数個設けた。
【解決手段】インナコア2と、一対の板バネ41、42によって支持されつつインナコア2の半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、インナコア2およびアウタコアうち一方に永久磁石23、24が設けられ、インナコア2およびアウタコアの他方に永久磁石23、24と所定の間隔で対向する磁極部31a、32aを形成したものであって、インナコア2と各板バネ41、42との間に各々スペーサ71、72を設け、各スペーサ71、72とインナコア2、および各スペーサ71、72とスペーサ71、72に隣接する板バネ41、42の各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、凹部と凸部からなる係合部を当接部に各々複数個設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、径方向の内外に設けたインナコアとアウタコアとを同一の軸心となるように支持し、かつインナコアに対してアウタコアを軸方向に往復動可能に弾性支持する板バネを備えたリニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、磁気の作用によって固定子に対し可動子を一方向に往復動させるリニアアクチュエータとして数多くのタイプのものが知られている。その中でも、下記特許文献1に示す構成を有するリニアアクチュエータが知られている。
【0003】
このものは、可動子を固定子の外側に配置したアウタ可動型と称されるタイプのものであって、固定子であるインナコアの外側に可動子であるアウタコアを同一の軸心となるように配置するとともに、インナコアの外側には永久磁石を、アウタコアの内側には磁極部を設け、永久磁石と磁極部とを一定の間隔を設けて近接させ、これらの間で形成される磁場を電気的に制御して変化させることによって、アウタコアを上記軸心の方向に往復動させるようにしたものである。
【0004】
当該リニアアクチュエータの構成について具体的に説明すると、インナコアは軸心に設けられた貫通孔を挿通するシャフトによって当該シャフトの半径方向に支持されるとともに、インナコアを前後に挟み込むようにして前記シャフトの外周には一対の板バネが設けられており、アウタコアはそれら一対の板バネによって前面および後面より接続されることによって、シャフトの軸方向に対して弾性的に支持されるようになっている。この板バネはシャフトの軸方向から見て「8」の字形状に形成されるとともに中央の交差部には貫通孔が設けられており、当該貫通孔とインナコアに設けられた貫通孔に同時にシャフトを挿通させることで、インナコアと板バネとが同軸に配置されるとともに、板バネに接続されるアウタコアもインナコアと同軸に配置できるようにされている。
【0005】
また、上記シャフトの片端部側には前記貫通孔を通過できない大径部が形成されているとともに、他端部側には雄ネジが形成されており、上記のようにして板バネおよびインナコアの貫通孔を挿通させた後にナットを螺着させることによって、シャフトに対して板バネやインナコアの位置を固定することができるようにされている。
【0006】
こうしたリニアアクチュエータにおいては永久磁石と磁極部とを適切に対向させつつ、所定の間隙を維持させることがリニアアクチュエータとしての特性を維持させるために重要であり、これを目的としてインナコアとアウタコアとの位置関係を規制するための技術についても様々なものが提案されている。
【0007】
例えば、上述した特許文献1においては、板バネの外周に溝部を設けるとともにアウタコアには軸部を設け、これらの溝部と軸部とが係合することによって板バネとアウタコアとの位置関係を規制し、間接的にアウタコアとインナコアの位置関係を規制している。
【0008】
また、特許文献2においては、シャフトを多角形状に形成するとともに、これと対応させてインナコアと板バネの貫通孔を多角形状に形成することで、シャフトを介してインナコアと板バネの間の円周方向の位置ズレを抑制している。これにより、間接的にインナコアとアウタコアとの間の位置関係も規制される。
【0009】
また、特許文献3においては、インナコアとアウタコアとが半径方向に相対変位した際に、永久磁石と磁極部が当接するよりも先に当接してストッパとして機能するための当接部をインナコアとアウタコアとの間に形成したものである。当該当接部によって、動作中におけるインナコアとアウタコアとの間の位置関係も規制されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2010−226874号公報
【特許文献2】特開2010−279161号公報
【特許文献3】特開2010−104126号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、上記特許文献1や特許文献3のように円柱状に形成したシャフトを用いつつ、当該シャフトを板バネやインナコアの貫通孔に挿通させて先端にナットを螺着しようとすると、ナットに与える回転力が板バネに対して作用し、板バネの位置がインナコアに対して円周方向にズレを生じる可能性がある。
【0012】
上記のようにしてアウタコアとインナコアとの間で位置ズレが生じると、アウタコアに設けた磁極部とインナコアに設けた永久磁石との間の位置関係が変化することによって磁場特性が変化し、リニアアクチュエータとしての動作特性が変化するとの問題がある。
【0013】
こうした位置ズレを防止するために、専用の組立て治具を用いつつ慎重に組立を行うことも考えられるが、治具の製作費がかかる上に組立工数が増加することで、装置費用が増加する恐れがある。
【0014】
さらに、アウタコアとインナコアとの間に周方向の位置ズレが生じないように組立を行うことができたとしても、駆動している際の振動によってナットが弛んだり、外部から円周方向の負荷がかかったりすることによって、徐々に円周方向に位置ズレが生じ、特性が変化していく可能性がある。また、こうした円周方向の位置ズレが著しく生じた場合には、アウタコアとインナコアとが内部で接触することで破損に至る可能性もある。
【0015】
こうした課題を解決するための手段として、特許文献2のようにシャフトを多角形状にすることや、シャフトを円柱形状としたままで部分的にキーや平面部を設けた上で板バネやインナコアをこれらに対応した形状にすることによって、円周方向の位置ズレを抑制することも考えられる。しかしながら、こうした加工も装置の大型化や製作費用の増大につながる恐れがある。
【0016】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的にはインナコアとアウタコアとの円周方向の位置ズレが生じず安定した特性を有するとともに、組立てを行い易く、コンパクトで安価な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】
【0017】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【0018】
すなわち、本発明のリニアアクチュエータは、インナコアと、当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したものであって、前記インナコアと前記各板バネとの間に各々スペーサを設け、前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に各々複数個設けたことを特徴とする。
【0019】
このように構成すると、インナコアとスペーサと板バネとを各対向面に設けた凹部と凸部とを係合させつつ軸方向に組み合わせるだけで、相対位置が決定されて円周方向の位置ズレが生じないようにすることができる。そのため、キー溝や平面部等を形成するための特別な加工を施したシャフトを用いなくても、板バネによって支持されるアウタコアとインナコアの相対位置が組立から使用時に渡って円周方向にずれることがなく、適切に磁極部と永久磁石とを対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じない安定した特性を示すリニアアクチュエータを安価に提供することが可能になる。
【0020】
また、本発明のリニアアクチュエータはインナコアと、当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したものであって、前記インナコアおよび前記一対の板バネが前記同一の軸心の位置に各々貫通孔を形成されており、当該各貫通孔に緊密に挿通されるシャフトと、当該シャフトの外周に緊密に嵌め込まれるとともに前記インナコアと前記各板バネとの間に各々配置されたスペーサとを備え、前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に少なくとも一箇所に設けたことを特徴とする。
【0021】
このように構成すると、インナコアとスペーサと板バネとをシャフトの外周に嵌め込みつつ、それぞれの対向面に設けた凹部と凸部とを係合させていくだけで、相対位置が決定され円周方向の位置ズレが生じない。そのため、上記と同様に、シャフトに特別な加工を行わなくても、板バネによって支持されるアウタコアとインナコアの相対位置が組立から使用時に渡って円周方向にずれることがなく、磁極部と永久磁石とを適切に対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じない安定した特性を示すリニアアクチュエータを安価に提供することが可能になる。
【0022】
さらに、部品点数を減らして部品管理および組立を容易にするためには、前記スペーサのうち少なくともいずれかと前記インナコアとを一体的に構成することが好適である。
【0023】
また、組立をより容易にするとともに、組立後には係合部において強固な締結力を生じさせるためには、前記係合部を構成する凸部および凹部が、カシメ突起とカシメ孔によって構成されており、これらを係合させた状態で軸方向に加圧することによって相互に位置を固定するように構成することが好適である。
【0024】
また、それぞれの係合部を簡単に構成できるとともに、これらの係合部を有する各部品を容易に製造できるようにするためには、前記インナコア、前記板バネおよび前記スペーサがそれぞれ鋼板を積層して形成されており、それぞれの鋼板の一部に前記カシメ突起と前記カシメ孔に対応したプレス痕または打ち抜き孔が形成されるようにして構成することが好適である。
【0025】
さらに、上記の効果を有するリニアアクチュエータの製造コストをさらに削減するためには、前記永久磁石が平板状に形成されるとともに、前記永久磁石と対向する前記磁極部の対向面が平坦に形成されるようにして構成することがなお好適である。
【発明の効果】
【0026】
以上、説明した本発明によれば、組立が容易かつ簡単な構成でありながら部品間の位置ズレが生じないために、内部の永久磁石と磁極部を適切に対向させることができ、効率低下や故障の生じない安定した特性を示すリニアアクチュエータを安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第1実施形態に係るリニアアクチュエータの斜視図。
【図2】同リニアアクチュエータの断面図。
【図3】同リニアアクチュエータの分解斜視図。
【図4】同リニアアクチュエータの主要部の分解斜視図。
【図5】同リニアアクチュエータの要部の組立方法を示す断面図。
【図6】同リニアアクチュエータを構成するアウタコアの分解斜視図。
【図7】同リニアアクチュエータを構成するストッパ部材の分解斜視図。
【図8】同リニアアクチュエータを構成する板バネの分解斜視図。
【図9】同リニアアクチュエータの要部を示す断面図および斜視図。
【図10】同リニアアクチュエータで用いるカシメ部の形態を示す模式図。
【図11】同リニアアクチュエータの部品間の係合関係を示す斜視図。
【図12】本発明の第2実施形態に係るリニアアクチュエータの断面図。
【図13】同リニアアクチュエータの部品間の係合関係を示す要部分解斜視図。
【図14】本発明の第3実施形態に係るリニアアクチュエータの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
【0029】
この実施形態のリニアアクチュエータは、図1に示すように、大きくは内部に設けられているインナコア2と、当該インナコア2の外周に同一の軸心となるように設けられたアウタコア3と、上記の軸心を構成するシャフト6と、当該シャフト6の外周で上記アウタコア3を支持する一対の板バネ41、42と、板バネ41、42の前後方向にそれぞれ設けられたストッパ部材51、52から構成されている。
【0030】
この構成を、図2に示す中心断面図を用いてさらに詳細に説明する。
【0031】
シャフト6は図中右側の後端部63から図中左側の先端部62に向かって延出された円柱状に形成されており、長手方向中央より図中右寄りに大径部61が形成されている。
この大径部61の端面61aから図中左側の先端部62までが、挿通部64としてインナコア2や板バネ41、42の内部に挿通される。この挿通部64と大径部61とは同軸上に形成されている。
【0032】
シャフト6の挿通部64には板バネ42、スペーサ72、インナコア2、スペーサ71、板バネ41が順に嵌合され、さらにシャフト6の先端部62近傍にはバネ部材としての皿バネ73および固定カラー74が嵌合されている。こうすることによって、当該固定カラー74の端面74bと大径部61の端面61aとの間で、板バネ41、42とインナコア2とが皿バネ73によって軸方向に付勢されつつ位置規制されるようになっている。
【0033】
ここで、本実施形態の説明において、軸方向とはシャフト6における軸方向を意味するとともに、半径方向および円周方向とはそれぞれシャフト6における半径方向および円周方向を意味し、インナコア2やアウタコア3の軸心を基準とした方向と同義であって、特に断らない限り以下の説明においてもこの定義を使用する。
【0034】
インナコア2は積層鋼板によって形成されるとともに、当該インナコア2を軸方向の前後より挟み込むようにしてコアカバー21、22が設けられるとともに、当該コアカバー21、22の外側にコイル25、26が設けられている。これらのコイル25、26に電流を印加することによって、図中の上下方向の磁界を発生させることができる。さらに、インナコア2の上下には永久磁石23、24が設けられており、これらの永久磁石23、24はそれぞれ軸方向に異なる磁極が配されるように構成されるとともに、上下の永久磁石23、24で互いに磁極の向きが異なるように配置されている。
【0035】
インナコア2の軸方向の前後には、円筒状のスペーサ71、72がそれぞれ一方の端面を当接させ、当接部を形成するようにして設けられており、当該スペーサ71、72の他方の端面にはそれぞれ板バネ41、42が当接して当接部を形成するようにして設けられている。板バネ71、72はインナコア2の外周にまで延在し、ガイドピン93を介してアウタコア3を支持するように構成されている。
【0036】
アウタコア3は、上側コア31、下側コア32として図中の上下方向に2分割されて構成されており、それぞれガイドピン93、93が挿通されるようにして設けられ、これらを用いて板バネ41、42を介して半径方向に位置決めが行われるようになっている。また、アウタコア3を軸方向前後に挟み込むようにしてストッパ部材51、52が設けられており、これらもアウタコア3と同様にガイドピン93、93によって位置決めが行われる。さらに、このように各部材が配置された状態で、ボルト91、91およびナット92、92によって軸方向に固定が行われるようになっている。
【0037】
以上のような大まかな構成を示す各部品の形状および構成について、以下詳細に説明していく。
【0038】
図3に示す分解斜視図を用いて再度、部品間の構成を説明すると、インナコア2はスペーサ71、72を介して軸方向の前後を板バネ41、42に挟み込まれた状態とされ、これらの貫通孔2a、41a、42aの内部をシャフト6の挿通部64を挿通させた上で、シャフト6の先端部62近傍に皿バネ73と各貫通孔2a、41a、42aよりも大径に構成された固定カラー74が嵌め込まれる。このようにして、インナコア2および板バネ41、42はシャフト6の軸心Xと同一の軸心を有するようにして半径方向に位置決めされるとともに、軸方向に対して位置決めがなされる。
【0039】
上記のようにシャフト6の外周への嵌合を行う前に、インナコア2に対しては、図4のようにして周辺部品の取付けを行っておく。インナコア2はそれぞれ軸方向を厚み方向とする積層鋼板により形成されており、後に詳述するようにそれぞれの鋼板に形成されたカシメ部2jによって相互に連結されることによって一体化されている。軸方向の前面2b、後面2cは平面として構成されるとともに、前面2bには軸方向の凸部としてカシメ部2jが設けられており、後面2cには凹部としてカシメ部(図示せず)が設けられている。そして、前面2bから後面2cに渡って、中心部に貫通孔2aが形成されるとともに、上面2dと下面2eとは円周方向に沿った曲面にほぼ近くなるようにして形成されている。さらに、上面2dの下方および下面2eの上方で貫通孔2a寄りの位置には、コイル25、26を巻くための逃げ部としてそれぞれ段差部2f、2gが形成されている。
【0040】
インナコア2を軸方向前後に挟み込むようにして当接するスペーサ71、72は円筒状に形成されており、これらの端面にもインナコア2と同様にカシメ部71j、72jが設けられている。そのため、インナコア2に設けたカシメ部の一部と、スペーサの71、72のカシメ部71j、72jが係合することによって、軸方向に押圧した際に相互に位置規制がなされるようになっている。
【0041】
また、インナコア2を軸方向前後に挟み込むようにして、コアカバー21、22が設けられており、これらによってインナコア2のほぼ全体を覆うことになる。コアカバー21、22はそれぞれ開口孔21a、22aが設けられており、当該開口孔21a、22aは上記スペーサ71、72の外径よりも大きく形成されているために、スペーサ71、72の端面71b、72cは軸方向に完全に露出するようになっている。このようにコアカバー71、72をインナコア2に取り付けた状態で、上下より永久磁石23、24が取り付けられるようになっている。永久磁石23、24はそれぞれ半径方向外側に向けて凸となる曲面を有する形状に構成されており、内面23b、24bがコアカバー21、22にガイドされつつインナコア2の上面2dまたは下面2eに接するようにして取り付けられる。このようにインナコア2に対して取付けた状態で、外面23a、24aが貫通孔2aの軸を中心とする円筒面の一部を構成する曲面となるようにして形成されている。
【0042】
さらに、インナコア2に対してコアカバー21、22を取り付けた状態で、インナコア2の段差部2f、2gに対応するコアカバー21、22の段差部21b、21c、22b、22cの位置にコイル25、26を形成する。これらのコイル25、26に対して電流を印加することによって、永久磁石23、24が形成する磁場を変化させることができるようになっている。
【0043】
上記のようにインナコア2、コアカバー21、22、スペーサ71、72、永久磁石23、24およびコイル25、26を事前に組み立てた状態とした上で、これらを中心に図3のように他の部品とともにリニアアクチュエータ1として組立てを行っていく。
【0044】
スペーサ71、72と各々隣接するようにして板バネ41、42が設けられている。板バネ41、42は四角形状に形成された枠部41e、42eと、当該枠部41e、42eと図中の上下位置で連結され、「8」の字形状に形成されたバネ部41f、42fと、その中心に設けられたリング状の取付部41h、42hとから構成される。このように構成されることで、取付部41h、42hを固定した状態ではバネ部41f、42fが変形することによって枠部41e、42eが軸方向に弾性的に変位することができるようになっている。取付部41h、42hの端面のうち一方は、スペーサ71、72に当接するようにして軸方向に位置決めがなされる。また、取付部41h、42hの中心に設けられた貫通孔41a、42aはインナコア2の貫通孔2aと同軸上に配置された上で、シャフト6が挿通されるようになっている。板バネ41、42の枠部41e、42eの図中の上下位置には、貫通孔41aの中心と一直線に並ぶようにして切り欠き部41b、41b、42b、42bが形成されている。組立時においては、この切り欠き部41b、41b、42b、42bに沿ってガイドピン93、93が図中の上下より挿入されるようにして、上側コア31および下側コア32の位置決めが行われる。また、枠部41、42の四隅にはボルト孔41g〜41g、42g〜42gが形成されており、当該部分には組立時の最終段階においてはボルト91〜91が挿通されるようになっている。
【0045】
以下、板バネ41、42の詳細な構成について、板バネ42を例にとって説明していく。板バネ42は図8に示すようにして、打ち抜き加工によって形成された板バネ用鋼板42P1〜42P5を積層させ相互に連結することによって構成されている。各板バネ用鋼板42P1〜42P5は全体形状を同一に形成され、各々形成されたボルト孔部42g1〜g5、切り欠き部42b1〜b5、貫通孔部42a1〜a5は積層された後には一体化して図3に示すような一個のボルト孔42g、切り欠き部42b、貫通孔42aを構成する。
【0046】
それぞれの枠部42e1〜e5には周方向に12箇所カシメ部42j1〜42j5を設け、取付部42h1〜h5には各々、図中の左右方向に2箇所のカシメ部42j1〜42j5を設けている。当該カシメ部42j1〜42j5は、プレス加工によって断面が逆V型になるようにして形成されるものであって、図中の左方向に向けて凸になるようにしてある。そのため、凸側の面に対する裏面では同形状の凹型になっている。そのため、こうした形状のカシメ部42j1〜42j5の位置を合わせて重ね合わせることによって、凹部と凸部とを係合させることができる。さらに、このようにして薄板を積層させた状態でプレス機等によって積層方向に押圧力を付与することによって、カシメ部42j1〜42j5を微小に変形させて相互の連結力を強めて一体化することが可能となっている。
【0047】
本実施形態においては、図3に示した板バネ41は、上記のようにして構成する板バネ42とほぼ同じ構成を有しているが、隣接する皿バネ73との当接面に凸部が生じないように当該部分のみ平坦になるようにして構成されている。これを平坦とするための具体的な手法については後述する。
【0048】
上記のように構成した板バネ41、42によって、図3のようにしてスペーサ71、72を介してインナコア2を挟み込むように配置した上で、これらの中心にシャフト6を挿通させることになる。なお、インナコア2に対しては上述したように事前にコアカバー21、22、永久磁石23、24、コイル25、26を取り付けておく。
【0049】
このようにして組み立てた際には、図5に示すような形態になる。インナコア2を中心として、図中の左方向より板バネ41、スペーサ71、インナコア2、スペーサ72、板バネ42の順に配置した状態で、これらの中心に設けた各貫通孔41a、71a、2a、72a、42aの内部にシャフト6の挿通部64を挿通させ、大径部61の端面61aから図中左側の板バネ41までが軸方向に順次当接するようにしている。
【0050】
このようにして組み立てる際の各部材間の当接部における係合部の位置関係を、図11を用いて説明する。
【0051】
シャフト6の挿通部64に嵌め込まれるインナコア2、板バネ41、42、スペーサ71、72の各貫通孔2a、41a、42a、71a、72aの各内径をD1〜D5とするとき、これらの内径D1〜D5は、シャフト挿通部64の外径D0に対して次のような関係になるように設定している。
【0052】
すなわち、D1、D2、D3はD0とほぼ等しく、シャフト6がスムーズかつ緊密に挿通できるような寸法としている。そのため、シャフト6を挿通するのみでインナコア2および板バネ41、42は、半径方向に位置規制されるようになっている。他方、D4、D5はガタが生じない程度に、これらより僅かに大きくなるようにして設定してある。
【0053】
また、インナコア2は前面2bおよび後面2cにそれぞれ6箇所のカシメ部2j〜2jを有しており、前面2bにはカシメ突起としての凸部、後面2cにはカシメ孔としての凹部として形成されている。これらのカシメ部2j〜2jのうち、貫通孔2aの近傍に設けられた2箇所のカシメ部2k1、2k2が隣接するスペーサ71、72との係合部として作用する。
【0054】
また、スペーサ71にも上記インナコア2に設けられたカシメ部2k1、2k2と対応する位置の2箇所に、カシメ部71k1(71j)、71k2(71j)が設けられ、前面71aと後面71bに対してそれぞれカシメ突起としての凸部とカシメ孔としての凹部を形成するようになっている。同様に、スペーサ72にも、インナコア2のカシメ部2k1、2k2と対応する位置の2箇所に、前面72a、後面72bに対してカシメ突起としての凸部とカシメ孔としての凹部を形成するようにしてカシメ部72k1(72j)、72k2(72j)が形成されている。
【0055】
さらに、板バネ41、42もそれぞれ14箇所ずつにカシメ部41j〜41j、42j〜42jを有しており、それらのうち貫通孔41a、42a近傍のカシメ部41k1、41k2、42k1、42k2がそれぞれスペーサ71、72のカシメ部71k1、71k2、72k1、72k2と対応した位置に設けられており、これらと係合することになる。板バネ42のカシメ部42k1、42k2はそれぞれ取付部後面42dに対してカシメ孔としての凹部を形成し、取付部前面42cに対してはカシメ突起としての凸部を形成する。他方、板バネ41のカシメ部41k1、41k2はそれぞれ取付部後面41dに対してカシメ孔としての凹部を形成するとともに、取付部前面41cに対してはカシメ突起としての凸部を構成せず面外に突出しないように形成されている。
【0056】
上記のようにして軸方向に垂直な各面に凹凸を形成しておき、これらが当接する際に凹凸部が係合するようになっている。具体的には、対向するインナコア2の前面2bとスペーサ71の後面71bとは軸方向に当接することによって当接部を形成するとともに、インナコア2の前面2bに設けられたカシメ部2k1、2k2としての凸部と、スペーサ71の後面71bに設けられたカシメ部71k1、71k2としての凹部とが係合することになる。このようにして形成された当接部の中で、2箇所の係合部が存在することによって、円周方向の位置規制が確実に行われるようになっている。
【0057】
同様に、対向するスペーサ71の前面71bと板バネ41の取付部後面41dとで構成される当接部、インナコア2の後面2cとスペーサ72の前面72bとで構成される当接部、およびスペーサ72の後面72cと板バネ42の取付部前面42cとで構成される当接部が、各々その中に凹部と凸部とからなる2箇所の係合部を有するように構成されており、それぞれの箇所で円周方向の位置規制が行われるようになっている。
【0058】
上記のような円周方向位置規制を有するカシメ部を備えた各部材を、シャフト6の挿通部64に挿通させることによって図5の状態となる。なお、スペーサ71、72は内径がシャフト6の挿通部64の外径よりやや大きく形成しているが、上記のように軸方向に係合させていく過程において、自動的に心出しがなされる。
【0059】
このような状態にした上で、バネ部材としての皿バネ73と固定カラー74をシャフト6の挿通部64に嵌め込んでいく。固定カラー74の中心に設けられた貫通孔74aはシャフト6の挿通部64の外径よりもやや小さな内径を有しており、この固定カラー74は油圧シリンダ等を用いてシャフト6の先端部62より図中右方向に圧入されることによって、圧入後は貫通孔74aの内周面が挿通部64の外周面を把持することで強固に位置の固定が行われる。
【0060】
固定カラー74の圧入に際しては、軸方向に押圧するのみであり、ネジを締め込む場合のように円周方向の力を作用させないため、組み込みにあたって各部材の位置を円周方向にずらすことがない。そのため、格別注意を働かせることなく容易に組み込みを行うことができるとともに、組立不良を減らすことができる。
【0061】
この固定カラー74の外径は、インナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42の各貫通孔2a、71a、72a、41a、42aよりも大径に構成されているため、固定カラー74は軸方向の位置規制部材として作用する。すなわち、固定カラー74の端面74bと大径部61の端面61aとの間でインナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42は軸方向に位置規制がなされる。上記のような固定カラー74の圧入に際して、皿バネ73は軸方向に圧縮されるようにして変形されるため、この皿バネ73の復元力が常にインナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42に対して軸方向に作用することになる。このため、シャフト6の熱収縮による固定カラー74の軸方向への位置ズレやシャフト6の熱膨張によって、インナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42と固定カラー74との軸方向への相対位置が変化する場合であっても、隙間が生じないように皿バネ73の形状が復元するとともに、常に変わることなくインナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42に対して軸方向への付勢力を働かせることができる。これにより、シャフト6の外周で軸方向に対して隙間が生じないとともに、板バネ41、42の支持条件を変化させないようにすることが可能となっている。そのため、温度変化の激しい過酷な状況の下で使用しても、リニアアクチュエータ1としての特性の変化が少なくなる。
【0062】
さらには、インナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42に対して軸方向への付勢力を働かせるためのバネ部材として皿バネ73を用いることで、皿バネ73の内周面をシャフト6の外周に嵌め込むだけで位置精度良く容易に支持させることが可能であるとともに、円周方向に均一に付勢力を作用させることができる。このため板バネ41、42を全周に渡って方向性なく均一に支持することができ、よりリニアアクチュエータ1としての特性の安定化に寄与している。
【0063】
また、各当接部に設けられて凹部と凸部とからなる係合部として円周方向の位置規制を行うカシメ部2k1、2k2、71k1、71k2、72k1、71k2、41k1、41k2、42k1、42k2(図11参照)は、それぞれカシメ突起とカシメ孔としての組み合わせとして、固定カラー74をシャフト6に対して圧入する際に微小変形を生じることで強い締結力を発生させる。これにより、インナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42は相互に円周方向の位置ズレを生じることなく一体化される。
【0064】
なお、上記の組立手順では、シャフト6の挿通部64に対してインナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42を嵌合した後に、固定カラー74の圧入の際の押圧力によってインナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42が互いに締結される場合を示したが、シャフト6の挿通部64に嵌合する前の段階において隣接する各部材をカシメ部を利用して一体化しておくことも可能である。例えば、インナコア2に対してスペーサ71、72のいずれか、または双方を、カシメ部を用いて連結させ一体化しておくことも、部品点数が減少させて部品管理および組立てを容易にすることができて好適である。
【0065】
上記のようにして、シャフト6を基準にしてインナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42、皿バネ73および固定カラー74を組み込んだ後は、図3に示す形態で上側コア31と下側コア32がそれぞれ図中の上下より取り付けられ、アウタコア3を構成する。上側コア31および下側コア32によって構成されるアウタコア3は、インナコア2の半径方向外側でインナコア2を囲むようにして設けられており、板バネ41、42の枠部41e、42eによって軸方向に挟まれるようにして設けられる。アウタコア3は、内面に磁極部31a、32aを形成されており、それぞれが永久磁石23、24と適切な隙間を有しつつ対向されるように構成されている。上側コア31および下側コア32には、それぞれ磁極部31a、32aの外側に設けられたピン孔31b、32bに挿通されるようにしてガイドピン93、93が設けられており、当該ガイドピン93を上述した板バネ41、42に形成された切り欠き部41b、42bに挿入することによって位置決めを行いつつ組み込むことができるようになっている。
【0066】
このようなガイドピン93を用いた位置決め機能を有していることから、組立時において正確にアウタコア3とインナコアとが同一の軸心Xを有するように位置決めを行うことができ、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとを衝突させて損傷を生じさせることがないとともに、両者の間で適切な隙間を形成することができるようになっている。また、上側コア31および下側コア32は、それぞれ板バネ41、42に設けたボルト孔41g〜41g、42g〜42gと対応する位置に貫通孔31c、31c、32c、32cが設けられており、組立の最終段階でボルト91〜91を挿通することができるようになっている。
【0067】
上記のような形状を有する上側コア31および下側コア32は、詳細には以下のような構成からなる。以下、代表して上側コア31を用いて説明する。
【0068】
上側コア31は、図6のような構成を有しており、軸方向に配置された5つのコア要素31B1〜B5を一体化したものである。それぞれのコア要素31B1〜B5は、コの字型に形成されるとともに、各々打ち抜きによって形成された薄い鋼板を積層することによって構成されている。これらの薄板を連結させるための方法は、図8を用いて板バネ42を例として説明した薄板42P1〜P5の各部に形成したカシメ部42j1〜42j5を使用した締結方法と同じものである。
【0069】
図6に戻って、コア要素31B1〜B5は、各部にカシメ部31j1〜j5を有しており、当該カシメ部31j1〜j5は図中の左方向に向かって凸部を形成するとともに、右方向に向かって凹部を形成しているため、コア要素31B1〜B5を重ね合わせた際にはカシメ部31j1〜j5が係合して位置規制が行われるようになっている。また、コア要素31B1〜B5は、それぞれがボルト孔部31c1〜31c5とピン孔部31b1〜b5を形成されており、コア要素31B1〜B5が連結されて一体として上側コア31を構成した際には、それぞれボルト孔31cとピン孔31bとを構成することになる。当該ピン孔31bの内部には軸方向にガイドピン93が挿通され、ガイドピン93の両端部が上側コア31より突出するようになる。また、コア要素31B1〜B5のコの字型の両端部にはそれぞれ段差部31d1〜d5、31e1〜e5が形成されており、当該部分が上側コア31として一体化された後には下側コア32(図3参照)の同じ部分と噛み合うように構成されている。
【0070】
本実施形態においては、図3に示した下側コア32として、上記のように構成した上側コア31と同じ形状のものを用いており、上側コア31とは上下を逆にして使用するものである。
【0071】
図3に戻って、上側コア31および下側コア32をガイドピン93、93によって位置決めしつつ板バネ41、42の間に配置した後には、これらをさらに軸方向の外側より挟み込むようにしてストッパ部材51、52を組み込んでいく。ストッパ部材51、52は、それぞれ外形を矩形状に構成され、板バネ41、42やアウタコア3の外形とほぼ同一になるようにされている。各ストッパ部材51、52は、図中の上下にそれぞれ溝部51b、51b、52b、52bを備えており、この部分がアウタコア3より軸方向に突出したガイドピン93、93の両端に嵌め合わされることにより位置決めが行われ、アウタコア3と同様にシャフト6の軸心Xと中心軸が同一になるようにされる。
【0072】
ストッパ部材51、52はそれぞれ「8」の字状に形成されているとともに、その中心部には孔部51a、52aが設けられ、これらの孔部51a、52aの内径は上述した、固定カラー74の外径およびシャフト6の大径部61の外径よりも僅かに大きくなるように設定されている。そのため、固定カラー74や大径部61は当該孔部51a、52aに干渉することはない。また、ストッパ部材51、52にはそれぞれ四隅にボルト孔51c〜51c、52c〜52cが設けられている。
【0073】
このような形状に構成されるストッパ部材51、52は、詳細には以下のような構成からなる。以下、代表して図中左側のストッパ部材51を用いて説明する。
【0074】
ストッパ部材51は、図7のような構成を有しており、2つのストッパ要素51B1、51B2を軸方向に連結することによって構成されるものである。ストッパ要素51B1、51B2は外形がほぼ同一の矩形状に形成されているが、ストッパ要素51B1は「8」の字状に、ストッパ要素51B2は「O」の字状に形成されているものである。これらのストッパ要素51B1、51B2は、各々薄い打ち抜き鋼板を積層することによって構成されている。これらの薄板は、各々に設けられたカシメ部51j1〜51j1、51j2〜51j2を軸方向に係合させることによって連結させていくものであり、図3に示した板バネ41、42、インナコア2およびアウタコア3と同様の方法によって構成するものである。
【0075】
なお、ストッパ部材51はリニアアクチュエータ1として組み立てた際に軸方向に凸部が生じないようにするため、図7におけるカシメ部51j1〜51j1が図中の左方向に突出しないように配慮してある。この手法については後に詳述する。
【0076】
ストッパ部材52(図3参照)も、上記のようにしてストッパ部材51と同様に製作するものではあるが、図3のようにしてリニアアクチュエータ1として組立てた際には、ストッパ部材51とは異なり、軸方向外側に対して凹部が形成される向きにカシメ部材(図7参照)が形成されることになる。
【0077】
それぞれのストッパ部材51、52の中心に設けられた孔部51a、52aの内周面は、それぞれ固定カラー74およびシャフト6の大径部61の各外周面との間で隙間を構成する。さらに孔部51a、52aと対向する位置には、固定カラー74の外周に樹脂製カラー75が嵌め込まれているとともに、大径部61aの外周に樹脂製カラー76が嵌め込まれている。このように樹脂製カラー75、76を嵌め込まれた固定カラー74およびシャフト6の大径部61と、これらと対向するストッパ部材51、52の孔部51a、52aとの隙間を、図2に示すようにそれぞれδ2、δ3として定義する。他方、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとの間の隙間をδ1として定義する。本実施形態においては、δ2とδ3とは同じ大きさになるように設定するとともに、これらがδ1よりも小さくなるように設定している。そのため、インナコア2とアウタコア3とが半径方向に相対変位した場合であっても、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとが接触する前に、樹脂製カラー75、76がストッパ部材51、52の孔部51a、52aの内周面に当接してストッパとして機能するために、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとの接触を防止することができるようになっている。
【0078】
樹脂製カラー75、76は、図9(a)および(b)に示すようにして、固定カラー74およびシャフト6の大径部61に取り付けられる。なお、図9(b)はシャフト6より、インナコア5や板バネ41、42等の部品を取り外した場合を想定して、単純化して示した模式図である。固定カラー74およびシャフト6の大径部61にはそれぞれ段差部74c、61bとして小径部を形成しており、これらの部分に樹脂製カラー75、76が嵌め込まれるようになっている。
【0079】
樹脂製カラー75、76は同一の形状を有し、それぞれ薄い円筒状に形成されており、円周方向の一箇所に、切断部75a、76aが設けられている。そのため、当該部分より拡径するようにして上記段差部74c、74bに嵌め込み、それぞれの復元力によって内周面が密着して位置が固定されるようになっている。切断部75a、75bは軸方向に対して斜めに設けられているとともに、上記段差部74c、74bに取り付けた状態で、円周方向のいずれの箇所においても樹脂製カラー75、76を構成する一部が存在するように寸法を設定している。そのため、インナコア2とアウタコア3とが半径方向のいずれの方向に対して相対変位したとしても、変わらずストッパとしての機能が働くようになっている。
【0080】
上記のようにして、ストッパ部材51、52を形成して組み込んだ状態では、ストッパ部材51、52に設けたボルト孔51c〜51c、52c〜52cは、板バネ41、42に設けたボルト孔41g〜41g、42g〜42gおよびアウタコア3に設けたボルト孔31c、31c、32c、32cと軸方向に連続することになる。そのため、ストッパ部材51、52を組み込み終えた状態でボルト91〜91を挿通させ、その先端にナット92〜92を締め込むことによって、ストッパ部材51、52、板バネ41、42、アウタコア3を軸方向に締結することができる。
【0081】
この際には、ストッパ部材51、52、板バネ41、42、アウタコア3に形成されたカシメ部51j、52j、41j、42j、31j、32jを構成する凸部および凹部はそれぞれ軸方向に係合されることで、円周方向の位置決めを行うための係合部として機能するとともに、凸部はカシメ突起、凹部はカシメ孔として係合された状態において押圧力を付与されることによって微小変形を生じ、より強い締結力が発生することになる。
【0082】
このようにして軸方向への締結を行った後には、アウタコア3は板バネ41、42の枠体41e、42eおよびストッパ部材51、52と一体となって動作することができるようになり、図1に示すリニアアクチュエータ1として構成されることになる。
【0083】
ここで、上述したインナコア2、アウタコア3、バネ部材41、42およびストッパ部材51、52を構成するために用いた、積層鋼板を相互に連結させるための手法について詳述する。図10(a)にカシメ部の構造を模式的に表した例を示す。
【0084】
この例では、5枚の薄い鋼板81a〜eを連結する場合を示している。薄板81c〜eにはそれぞれの一部にカシメ部82c〜eとして上述したような凸部をプレス痕によって形成している。この凸部は、側方すなわち紙面の奥行きと手前との二箇所に平行な切り込みを入れつつ、その切り込みの間を片側(図中左方向)に向けて逆V型に凸となるようにして変形させたものであり、カシメ突起として機能する。当該凸部は、裏面方向(図中右方向)に対してはカシメ孔としての凹部を形成するために、薄板81c〜eを重ね合わせたときには凹凸が重なり合うようにしてカシメ部82c〜eが係合する。また、この例においては薄板82a、82bにはカシメ部82a、82bとして矩形の開口部を打ち抜き孔として形成している。当該部分には、薄板81cに形成したカシメ部82cとしての凸部が挿入されるようにして係合することができる。このようにカシメ部82a〜82eを係合させた状態で、プレス機等によって積層方向に加圧することによって、カシメ部82a〜82eが微小変形して相互に締結力を生じるようになっている。
【0085】
このカシメ部82a〜82eの構成例においては、図中左側の薄板81a、81bのカシメ部82a、82bを矩形の開口部としているために、薄板81a〜eを積層して連結させた状態でも、薄板81aの表面より図中の左側に凸となる部位を生じさせないようにすることができる。ただし、このように一部のカシメ部82a、82bを開口部として構成することは、鋼板同士を締結するために必須ではなく、全てのカシメ部を上記逆V型として同じ形状に形成させることも可能である。上記のうち、一部のカシメ部82a、82bに開口部を設ける手法で構成したものが図3に示すストッパ部材51であり、全てのカシメ部を同じ逆V型として、外方に向かって凸となる部分が生じるようにして形成したものがストッパ部材52、インナコア2、アウタコア3、板バネ42である。板バネ41は上述したように、皿バネ73に当接するカシメ部分のみが凸部を形成しないように構成し、その他の部分は凸となる部分が生じるようにして構成している。
【0086】
このようにして、各部材を、プレス痕または打ち抜き孔としてのカシメ部を形成した鋼板を積層させることによって簡単に形成できるとともに、それらのカシメ部を係合部として各部材の位置決めを行うために用いつつ、さらに積層方向に加圧することで部材間に締結力を働かせることが可能に構成されている。
【0087】
また、図10(b)の例のようにカシメ部を構成することも可能である。この例では、カシメ部182a〜eが軸方向より見て円形に形成されており、図10(a)における逆V型のものとは異なり、側方に切り込みを有していない。そして、図10(b)におけるカシメ部182a〜eは、薄板181b〜181eに形成したものは、図中の左方向に円形の凸部を構成するとともに、裏面である図中の右方向に対しては円形の凹部を構成する。また、薄板181aにおけるカシメ部182aは同じ円形の孔部として構成されている。これらのカシメ部182a〜eは薄板181a〜181eを積層させた際に係合し、さらに軸方向に押圧力を付与することによって相互に締結力を生じさせることができる。
【0088】
上記のようにして、図1および図2のように構成されたリニアアクチュエータ1は、次のようにして動作する。以下、図2を用いて説明を行う。
【0089】
本実施形態におけるリニアアクチュエータ1は、シャフト6を固定して用いるものであるため、シャフト6の外周(挿通部)64に嵌め込まれ、固定カラー74および皿バネ73によって軸方向に位置決めを行われているインナコア2は、いわゆる固定子として機能する。そして、同様にシャフト6によって支持される板バネ41、42によって、インナコア2の半径方向外側に、かつ、同一軸心となるように設けられているアウタコア3は可動子として機能する。アウタコア3は、板バネ41、42によってその板厚方向、すなわちシャフト6の軸方向に変位することが可能に弾性支持された状態となっている。
【0090】
インナコア2に対しては、図中の上下にそれぞれ永久磁石23、24が設けられており、これらの永久磁石23、24と対向するようにして、アウタコア3の内面には磁極部31a、32aが設けられ、両者の間で隙間を形成している。上述したように永久磁石23、24はそれぞれ軸方向に異なる磁極が配されるようにされており、これらの磁極を中心に磁場が発生するようになっている。永久磁石23、24と磁極部31a、32aの位置関係は、リニアアクチュエータ1としての特性が決まる重要な要素であり、板バネ41、42とインナコア2との間で円周方向に位置ズレが生じることは効率の低下に繋がる。
【0091】
本実施形態では、各部材の対向面を軸方向に当接させることによって形成する当接部に、凹部と凸部とからなる係合部を少なくとも2箇所以上設けておくことで円周方向の位置ズレを抑制することができる。さらに、固定カラー74を軸方向に圧入していくのみで円周方向への力を作用させずに組立を行うことのできる構成とすることでより位置ズレを防止することができるため、永久磁石23、24と磁極部31a、32の位置関係を適切に保ち機器としての特性を損なうことがなくなる。また、それらの凹部と凸部とがカシメ孔とカシメ突起として形成されているものであるために、組立時の軸方向への加圧によって、各部材間に締結力を働かせることができるとともに、皿バネ73によって常に軸方向への付勢力が働いている構成とされているために、凹部と凸部からなる係合部はより強く係合状態を維持することができるようになっている。
【0092】
インナコア2に巻き付けるようにして設けたコイル25、26に電流を印加することによって、軸方向に磁場の偏りを生じさせることができる。電流を印加していない状態では、磁極部31a、32aはそれぞれ永久磁石23、24の軸方向中心部に対向するように配置されており、電流を印加して磁場に偏りを生じさせることによって磁極部31a、32aに対して軸方向の推力を作用させることができる。こうすることで、アウタコア3を軸方向に変位させることが可能となるとともに、電流を正逆に正弦波状に変化させることによって、任意の加速度および周波数でもってアウタコア3を振動させることもできる。こうした機能を利用して、アクティブ制振器として使用することも可能である。
【0093】
以上のように、本発明のリニアアクチュエータ1は、インナコア2と、当該インナコア2を軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネ41、42と、当該一対の板バネ41、42によって支持されつつ前記インナコア2と同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコア2の半径方向外側に設けられたアウタコア3とを具備し、前記インナコア2に永久磁石23、24が設けられ、前記アウタコア3に前記永久磁石23、24と所定の間隔で対向する磁極部31a、32aを形成したものであって、前記インナコア2と前記各板バネ41、42との間に各々スペーサ71、72を設け、前記各スペーサ71、72と前記インナコア2、および前記各スペーサ71、72と当該スペーサ71、72に隣接する前記板バネ41、42の各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に各々複数個設けたことを特徴とする。
【0094】
このように構成しているため、インナコア2とスペーサ71、72と板バネ41、42とを対向面に設けた凹部と凸部とを係合させつつ、軸方向に組み合わせるだけで相対位置を決定することができ、円周方向の位置ズレが生じることがない。そのため、キー溝や平面部等を形成するための特別な加工を施したシャフトを用いなくても、板バネ41、42によって支持されるアウタコア3とインナコア2の相対位置が円周方向にずれることがなく、適切に磁極部31a、32aと永久磁石23、24とを対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じないリニアアクチュエータ1を安価に提供することが可能になる。
【0095】
さらに、前記スペーサのうち少なくともいずれかと前記インナコアとを一体的に構成することによって、部品点数を削減することができるため、部品管理および組立てを容易にすることが可能になる。
【0096】
また、前記係合部を構成する凸部および凹部が、カシメ突起とカシメ孔によって構成されており、これらを係合させた状態で軸方向に加圧することによって相互に位置を固定するように構成されているため、インナコア2、板バネ41、42およびスペーサ71、72の位置合わせを一度行うと、組立過程で円周方向に位置ズレを生じさせることなく各部材間の締結を行うことができるため、容易に組立を行うことができる。
【0097】
さらに、前記インナコア2、前記板バネ41、42および前記スペーサ71、72がそれぞれ鋼板を積層して形成されており、それぞれの鋼板の一部に前記カシメ突起と前記カシメ孔に対応したプレス痕または打ち抜き孔が形成されているようにして構成されているため、簡単な加工方法によって各部材を構成することができることになり、さらに製造コストを低減することができる。
<第2実施形態>
【0098】
図12は、本発明の第2実施形態に係るリニアアクチュエータ101の断面図を示すものであり、第1実施形態と共通する部分には同一符号を付している。
【0099】
この実施形態は、第1実施形態の場合と比較して、インナコア102、スペーサ171、172、板バネ141、142、アウタコア103およびストッパ部材151、152に形成する各カシメ部の個数を減らしたものである。そのため加工の際の歩留まりが向上するという利点がある。
【0100】
具体的なカシメ部の位置関係は図13に示すとおりであり、インナコア102、スペーサ171、172、板バネ141、142の間で係合部として働くものは、各々の貫通孔102a、171a、172a、141a、142a近傍に設けた各1箇所のカシメ部102k1、171k1、141k1、142k1である。
【0101】
本実施形態においては、インナコア102、板バネ141、142、スペーサ171、172の各貫通孔102a、141a、142a、171a、172aの内径D6〜D10は全てシャフト6の挿通部64の外径D0とほぼ等しく、シャフト6がスムーズかつ緊密に挿通できるように形成している。そのため、インナコア102、板バネ141、142、スペーサ171、172は、各々シャフト6によって半径方向に位置規制され、同一の軸心となるようにされている。
【0102】
従って、インナコア102、板バネ141、142、スペーサ171、172は、それぞれの対向面によって形成される当接部において、各々1箇所ずつしか係合部を有していないものの、シャフト6による位置規制を合わせることでそれぞれ2箇所によって位置規制されていることになるため、第1実施形態の場合と同様に円周方向に確実に位置規制を行うことができるようになっている。
【0103】
なお、もちろんではあるが、各当接部に複数箇所の係合部を設け、それらが協働して位置規制するように構成することも差し支えない。
【0104】
以上のように、本発明のリニアアクチュエータ101は、インナコア102と、当該インナコア102を軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネ141、142と、当該一対の板バネ141、142によって支持されつつ前記インナコア102と同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコア102の半径方向外側に設けられたアウタコア103とを具備し、前記インナコア102に永久磁石23、24が設けられ、前記アウタコア103に前記永久磁石23、24と所定の間隔で対向する磁極部131a、132aを形成したものであって、前記インナコア102および前記一対の板バネ141、142が前記同一の軸心の位置に各々貫通孔102a、141a、142aを形成されており、当該各貫通孔102a、141a、142aに緊密に挿通されるシャフト6と、当該シャフト6の外周に緊密に嵌め込まれるとともに前記インナコア102と前記各板バネ141、142との間に各々配置されたスペーサ171、172とを備え、前記各スペーサ171、172と前記インナコア102、および前記各スペーサ171、172と当該スペーサ171、172に隣接する前記板バネ141、142の各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に少なくとも一箇所に設けたことを特徴とする。
【0105】
このように構成されているため、インナコア102とスペーサ171、172と板バネ141、142とを対向面に設けた凹部と凸部とを係合させながら、シャフト6の外周に嵌め込んでいくだけで相対的に位置を決定することができ、円周方向の位置ズレを生じさせない。そのため、シャフト6に特別な加工を行わなくても、板バネ141、142によって支持されるアウタコア103とインナコア102の相対位置が円周方向にずれることがなく、磁極部131a、132aと永久磁石23、24とを適切に対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じないリニアアクチュエータ101を安価に提供することが可能になる。
<第3実施形態>
【0106】
図14は、本発明の第3実施形態に係るリニアアクチュエータ201の分解斜視図を示すものであり、第1実施形態および第2実施形態と共通する部分には同一符号を付している。
【0107】
この実施形態は、第1実施形態の構成を基にして、永久磁石223、224を平板状に構成するとともに、当該永久磁石223、224を取り付けるインナコア202、コアカバー221、222を永久磁石223、224に対応した形状に変更したものである。また、永久磁石223、224と対向する磁極部231a、232aも、永久磁石223、224に対応して表面を平坦に形成してある。
【0108】
上記のように永久磁石223、224を平板状に構成することで、永久磁石223、224の加工が容易となるとともに、加工時に除去する部分を減らすことができるために、永久磁石223、224の製作コストを低減することができる。一般に、永久磁石は特殊材料を用いるため高価である上に、加工が困難であるため加工費用が高く、これらに要する費用はリニアアクチュエータ全体の製作コストのうちで大きな割合を占めるものである。そのため、上記のような永久磁石の平板化によるコスト削減効果は非常に大きいものとなる。
【0109】
ただし、一般には永久磁石223、224の平板化は、僅かなインナコア202とアウタコア203の円周方向位置ズレによって、大きく永久磁石223、224と磁極部231a、232aとの隙間が変化するために、特性が変化しやすく組立が困難である。
【0110】
この点、本実施形態では、第1実施形態と同様にインナコア202とスペーサ71、72、板バネ41、42が、それぞれに設けられたカシメ部としての凹部と凸部とが係合し、円周方向の位置ズレを生じさせない構成となっているため、板バネ41、42によって支持されつつ円周方向に位置規制されるアウタコア203とインナコア202との間で円周方向の位置ズレを生じさせないようになっている。そのため、上記永久磁石223、224の平板化が可能となり、上述したコスト削減効果を得ることが可能となっている。
【0111】
なお、各部の具体的な構成は、上述した第1〜第3実施形態のみに限定されるものではない
【0112】
例えば、上記の実施形態においては、インナコア2(102、202)を固定子として、アウタコア3(103、203)を可動子として構成したが、これを逆にすることも差し支えない。
【0113】
さらに、上記の実施形態では、インナコア2(102、202)に永久磁石23(223)、24(224)とコイル25、26を設け、アウタコア3(103、203)に磁極部31a(131a、231a)、32a(132a、232a)を形成していたが、これを逆にすることも可能である。
【0114】
また、上記の実施形態においては、バネ部材としての皿バネ73を固定カラー74(174)と板バネ41(141)の間に取り付ける構成としていたが、軸方向に付勢力を働かせることが可能である限り、シャフト6の大径部61と固定カラー74の間のいずれの位置に設けることも可能である。例えば、シャフト6の大径部61と板バネ42(142)との間に設けることも好適である。さらには、固定カラー74と板バネ41(141)との間および大径部61と板バネ42(142)との間の双方に皿バネ73を取り付ける構成としても良い。
【0115】
その他の構成も、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。
【符号の説明】
【0116】
1…リニアアクチュエータ
2…インナコア
3…アウタコア
6…シャフト
21、22…コアカバー
23、24…永久磁石
25、26…コイル
31、32…分割コア
33、34…磁極部
41、42…板バネ
51、52…ストッパ部材
71、72…スペーサ
73…皿バネ(バネ部材)
74…固定カラー
75、76…樹脂製カラー
91…ボルト
92…ナット
93…ガイドピン
【技術分野】
【0001】
本発明は、径方向の内外に設けたインナコアとアウタコアとを同一の軸心となるように支持し、かつインナコアに対してアウタコアを軸方向に往復動可能に弾性支持する板バネを備えたリニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、磁気の作用によって固定子に対し可動子を一方向に往復動させるリニアアクチュエータとして数多くのタイプのものが知られている。その中でも、下記特許文献1に示す構成を有するリニアアクチュエータが知られている。
【0003】
このものは、可動子を固定子の外側に配置したアウタ可動型と称されるタイプのものであって、固定子であるインナコアの外側に可動子であるアウタコアを同一の軸心となるように配置するとともに、インナコアの外側には永久磁石を、アウタコアの内側には磁極部を設け、永久磁石と磁極部とを一定の間隔を設けて近接させ、これらの間で形成される磁場を電気的に制御して変化させることによって、アウタコアを上記軸心の方向に往復動させるようにしたものである。
【0004】
当該リニアアクチュエータの構成について具体的に説明すると、インナコアは軸心に設けられた貫通孔を挿通するシャフトによって当該シャフトの半径方向に支持されるとともに、インナコアを前後に挟み込むようにして前記シャフトの外周には一対の板バネが設けられており、アウタコアはそれら一対の板バネによって前面および後面より接続されることによって、シャフトの軸方向に対して弾性的に支持されるようになっている。この板バネはシャフトの軸方向から見て「8」の字形状に形成されるとともに中央の交差部には貫通孔が設けられており、当該貫通孔とインナコアに設けられた貫通孔に同時にシャフトを挿通させることで、インナコアと板バネとが同軸に配置されるとともに、板バネに接続されるアウタコアもインナコアと同軸に配置できるようにされている。
【0005】
また、上記シャフトの片端部側には前記貫通孔を通過できない大径部が形成されているとともに、他端部側には雄ネジが形成されており、上記のようにして板バネおよびインナコアの貫通孔を挿通させた後にナットを螺着させることによって、シャフトに対して板バネやインナコアの位置を固定することができるようにされている。
【0006】
こうしたリニアアクチュエータにおいては永久磁石と磁極部とを適切に対向させつつ、所定の間隙を維持させることがリニアアクチュエータとしての特性を維持させるために重要であり、これを目的としてインナコアとアウタコアとの位置関係を規制するための技術についても様々なものが提案されている。
【0007】
例えば、上述した特許文献1においては、板バネの外周に溝部を設けるとともにアウタコアには軸部を設け、これらの溝部と軸部とが係合することによって板バネとアウタコアとの位置関係を規制し、間接的にアウタコアとインナコアの位置関係を規制している。
【0008】
また、特許文献2においては、シャフトを多角形状に形成するとともに、これと対応させてインナコアと板バネの貫通孔を多角形状に形成することで、シャフトを介してインナコアと板バネの間の円周方向の位置ズレを抑制している。これにより、間接的にインナコアとアウタコアとの間の位置関係も規制される。
【0009】
また、特許文献3においては、インナコアとアウタコアとが半径方向に相対変位した際に、永久磁石と磁極部が当接するよりも先に当接してストッパとして機能するための当接部をインナコアとアウタコアとの間に形成したものである。当該当接部によって、動作中におけるインナコアとアウタコアとの間の位置関係も規制されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2010−226874号公報
【特許文献2】特開2010−279161号公報
【特許文献3】特開2010−104126号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、上記特許文献1や特許文献3のように円柱状に形成したシャフトを用いつつ、当該シャフトを板バネやインナコアの貫通孔に挿通させて先端にナットを螺着しようとすると、ナットに与える回転力が板バネに対して作用し、板バネの位置がインナコアに対して円周方向にズレを生じる可能性がある。
【0012】
上記のようにしてアウタコアとインナコアとの間で位置ズレが生じると、アウタコアに設けた磁極部とインナコアに設けた永久磁石との間の位置関係が変化することによって磁場特性が変化し、リニアアクチュエータとしての動作特性が変化するとの問題がある。
【0013】
こうした位置ズレを防止するために、専用の組立て治具を用いつつ慎重に組立を行うことも考えられるが、治具の製作費がかかる上に組立工数が増加することで、装置費用が増加する恐れがある。
【0014】
さらに、アウタコアとインナコアとの間に周方向の位置ズレが生じないように組立を行うことができたとしても、駆動している際の振動によってナットが弛んだり、外部から円周方向の負荷がかかったりすることによって、徐々に円周方向に位置ズレが生じ、特性が変化していく可能性がある。また、こうした円周方向の位置ズレが著しく生じた場合には、アウタコアとインナコアとが内部で接触することで破損に至る可能性もある。
【0015】
こうした課題を解決するための手段として、特許文献2のようにシャフトを多角形状にすることや、シャフトを円柱形状としたままで部分的にキーや平面部を設けた上で板バネやインナコアをこれらに対応した形状にすることによって、円周方向の位置ズレを抑制することも考えられる。しかしながら、こうした加工も装置の大型化や製作費用の増大につながる恐れがある。
【0016】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的にはインナコアとアウタコアとの円周方向の位置ズレが生じず安定した特性を有するとともに、組立てを行い易く、コンパクトで安価な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】
【0017】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【0018】
すなわち、本発明のリニアアクチュエータは、インナコアと、当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したものであって、前記インナコアと前記各板バネとの間に各々スペーサを設け、前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に各々複数個設けたことを特徴とする。
【0019】
このように構成すると、インナコアとスペーサと板バネとを各対向面に設けた凹部と凸部とを係合させつつ軸方向に組み合わせるだけで、相対位置が決定されて円周方向の位置ズレが生じないようにすることができる。そのため、キー溝や平面部等を形成するための特別な加工を施したシャフトを用いなくても、板バネによって支持されるアウタコアとインナコアの相対位置が組立から使用時に渡って円周方向にずれることがなく、適切に磁極部と永久磁石とを対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じない安定した特性を示すリニアアクチュエータを安価に提供することが可能になる。
【0020】
また、本発明のリニアアクチュエータはインナコアと、当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したものであって、前記インナコアおよび前記一対の板バネが前記同一の軸心の位置に各々貫通孔を形成されており、当該各貫通孔に緊密に挿通されるシャフトと、当該シャフトの外周に緊密に嵌め込まれるとともに前記インナコアと前記各板バネとの間に各々配置されたスペーサとを備え、前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に少なくとも一箇所に設けたことを特徴とする。
【0021】
このように構成すると、インナコアとスペーサと板バネとをシャフトの外周に嵌め込みつつ、それぞれの対向面に設けた凹部と凸部とを係合させていくだけで、相対位置が決定され円周方向の位置ズレが生じない。そのため、上記と同様に、シャフトに特別な加工を行わなくても、板バネによって支持されるアウタコアとインナコアの相対位置が組立から使用時に渡って円周方向にずれることがなく、磁極部と永久磁石とを適切に対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じない安定した特性を示すリニアアクチュエータを安価に提供することが可能になる。
【0022】
さらに、部品点数を減らして部品管理および組立を容易にするためには、前記スペーサのうち少なくともいずれかと前記インナコアとを一体的に構成することが好適である。
【0023】
また、組立をより容易にするとともに、組立後には係合部において強固な締結力を生じさせるためには、前記係合部を構成する凸部および凹部が、カシメ突起とカシメ孔によって構成されており、これらを係合させた状態で軸方向に加圧することによって相互に位置を固定するように構成することが好適である。
【0024】
また、それぞれの係合部を簡単に構成できるとともに、これらの係合部を有する各部品を容易に製造できるようにするためには、前記インナコア、前記板バネおよび前記スペーサがそれぞれ鋼板を積層して形成されており、それぞれの鋼板の一部に前記カシメ突起と前記カシメ孔に対応したプレス痕または打ち抜き孔が形成されるようにして構成することが好適である。
【0025】
さらに、上記の効果を有するリニアアクチュエータの製造コストをさらに削減するためには、前記永久磁石が平板状に形成されるとともに、前記永久磁石と対向する前記磁極部の対向面が平坦に形成されるようにして構成することがなお好適である。
【発明の効果】
【0026】
以上、説明した本発明によれば、組立が容易かつ簡単な構成でありながら部品間の位置ズレが生じないために、内部の永久磁石と磁極部を適切に対向させることができ、効率低下や故障の生じない安定した特性を示すリニアアクチュエータを安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第1実施形態に係るリニアアクチュエータの斜視図。
【図2】同リニアアクチュエータの断面図。
【図3】同リニアアクチュエータの分解斜視図。
【図4】同リニアアクチュエータの主要部の分解斜視図。
【図5】同リニアアクチュエータの要部の組立方法を示す断面図。
【図6】同リニアアクチュエータを構成するアウタコアの分解斜視図。
【図7】同リニアアクチュエータを構成するストッパ部材の分解斜視図。
【図8】同リニアアクチュエータを構成する板バネの分解斜視図。
【図9】同リニアアクチュエータの要部を示す断面図および斜視図。
【図10】同リニアアクチュエータで用いるカシメ部の形態を示す模式図。
【図11】同リニアアクチュエータの部品間の係合関係を示す斜視図。
【図12】本発明の第2実施形態に係るリニアアクチュエータの断面図。
【図13】同リニアアクチュエータの部品間の係合関係を示す要部分解斜視図。
【図14】本発明の第3実施形態に係るリニアアクチュエータの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
【0029】
この実施形態のリニアアクチュエータは、図1に示すように、大きくは内部に設けられているインナコア2と、当該インナコア2の外周に同一の軸心となるように設けられたアウタコア3と、上記の軸心を構成するシャフト6と、当該シャフト6の外周で上記アウタコア3を支持する一対の板バネ41、42と、板バネ41、42の前後方向にそれぞれ設けられたストッパ部材51、52から構成されている。
【0030】
この構成を、図2に示す中心断面図を用いてさらに詳細に説明する。
【0031】
シャフト6は図中右側の後端部63から図中左側の先端部62に向かって延出された円柱状に形成されており、長手方向中央より図中右寄りに大径部61が形成されている。
この大径部61の端面61aから図中左側の先端部62までが、挿通部64としてインナコア2や板バネ41、42の内部に挿通される。この挿通部64と大径部61とは同軸上に形成されている。
【0032】
シャフト6の挿通部64には板バネ42、スペーサ72、インナコア2、スペーサ71、板バネ41が順に嵌合され、さらにシャフト6の先端部62近傍にはバネ部材としての皿バネ73および固定カラー74が嵌合されている。こうすることによって、当該固定カラー74の端面74bと大径部61の端面61aとの間で、板バネ41、42とインナコア2とが皿バネ73によって軸方向に付勢されつつ位置規制されるようになっている。
【0033】
ここで、本実施形態の説明において、軸方向とはシャフト6における軸方向を意味するとともに、半径方向および円周方向とはそれぞれシャフト6における半径方向および円周方向を意味し、インナコア2やアウタコア3の軸心を基準とした方向と同義であって、特に断らない限り以下の説明においてもこの定義を使用する。
【0034】
インナコア2は積層鋼板によって形成されるとともに、当該インナコア2を軸方向の前後より挟み込むようにしてコアカバー21、22が設けられるとともに、当該コアカバー21、22の外側にコイル25、26が設けられている。これらのコイル25、26に電流を印加することによって、図中の上下方向の磁界を発生させることができる。さらに、インナコア2の上下には永久磁石23、24が設けられており、これらの永久磁石23、24はそれぞれ軸方向に異なる磁極が配されるように構成されるとともに、上下の永久磁石23、24で互いに磁極の向きが異なるように配置されている。
【0035】
インナコア2の軸方向の前後には、円筒状のスペーサ71、72がそれぞれ一方の端面を当接させ、当接部を形成するようにして設けられており、当該スペーサ71、72の他方の端面にはそれぞれ板バネ41、42が当接して当接部を形成するようにして設けられている。板バネ71、72はインナコア2の外周にまで延在し、ガイドピン93を介してアウタコア3を支持するように構成されている。
【0036】
アウタコア3は、上側コア31、下側コア32として図中の上下方向に2分割されて構成されており、それぞれガイドピン93、93が挿通されるようにして設けられ、これらを用いて板バネ41、42を介して半径方向に位置決めが行われるようになっている。また、アウタコア3を軸方向前後に挟み込むようにしてストッパ部材51、52が設けられており、これらもアウタコア3と同様にガイドピン93、93によって位置決めが行われる。さらに、このように各部材が配置された状態で、ボルト91、91およびナット92、92によって軸方向に固定が行われるようになっている。
【0037】
以上のような大まかな構成を示す各部品の形状および構成について、以下詳細に説明していく。
【0038】
図3に示す分解斜視図を用いて再度、部品間の構成を説明すると、インナコア2はスペーサ71、72を介して軸方向の前後を板バネ41、42に挟み込まれた状態とされ、これらの貫通孔2a、41a、42aの内部をシャフト6の挿通部64を挿通させた上で、シャフト6の先端部62近傍に皿バネ73と各貫通孔2a、41a、42aよりも大径に構成された固定カラー74が嵌め込まれる。このようにして、インナコア2および板バネ41、42はシャフト6の軸心Xと同一の軸心を有するようにして半径方向に位置決めされるとともに、軸方向に対して位置決めがなされる。
【0039】
上記のようにシャフト6の外周への嵌合を行う前に、インナコア2に対しては、図4のようにして周辺部品の取付けを行っておく。インナコア2はそれぞれ軸方向を厚み方向とする積層鋼板により形成されており、後に詳述するようにそれぞれの鋼板に形成されたカシメ部2jによって相互に連結されることによって一体化されている。軸方向の前面2b、後面2cは平面として構成されるとともに、前面2bには軸方向の凸部としてカシメ部2jが設けられており、後面2cには凹部としてカシメ部(図示せず)が設けられている。そして、前面2bから後面2cに渡って、中心部に貫通孔2aが形成されるとともに、上面2dと下面2eとは円周方向に沿った曲面にほぼ近くなるようにして形成されている。さらに、上面2dの下方および下面2eの上方で貫通孔2a寄りの位置には、コイル25、26を巻くための逃げ部としてそれぞれ段差部2f、2gが形成されている。
【0040】
インナコア2を軸方向前後に挟み込むようにして当接するスペーサ71、72は円筒状に形成されており、これらの端面にもインナコア2と同様にカシメ部71j、72jが設けられている。そのため、インナコア2に設けたカシメ部の一部と、スペーサの71、72のカシメ部71j、72jが係合することによって、軸方向に押圧した際に相互に位置規制がなされるようになっている。
【0041】
また、インナコア2を軸方向前後に挟み込むようにして、コアカバー21、22が設けられており、これらによってインナコア2のほぼ全体を覆うことになる。コアカバー21、22はそれぞれ開口孔21a、22aが設けられており、当該開口孔21a、22aは上記スペーサ71、72の外径よりも大きく形成されているために、スペーサ71、72の端面71b、72cは軸方向に完全に露出するようになっている。このようにコアカバー71、72をインナコア2に取り付けた状態で、上下より永久磁石23、24が取り付けられるようになっている。永久磁石23、24はそれぞれ半径方向外側に向けて凸となる曲面を有する形状に構成されており、内面23b、24bがコアカバー21、22にガイドされつつインナコア2の上面2dまたは下面2eに接するようにして取り付けられる。このようにインナコア2に対して取付けた状態で、外面23a、24aが貫通孔2aの軸を中心とする円筒面の一部を構成する曲面となるようにして形成されている。
【0042】
さらに、インナコア2に対してコアカバー21、22を取り付けた状態で、インナコア2の段差部2f、2gに対応するコアカバー21、22の段差部21b、21c、22b、22cの位置にコイル25、26を形成する。これらのコイル25、26に対して電流を印加することによって、永久磁石23、24が形成する磁場を変化させることができるようになっている。
【0043】
上記のようにインナコア2、コアカバー21、22、スペーサ71、72、永久磁石23、24およびコイル25、26を事前に組み立てた状態とした上で、これらを中心に図3のように他の部品とともにリニアアクチュエータ1として組立てを行っていく。
【0044】
スペーサ71、72と各々隣接するようにして板バネ41、42が設けられている。板バネ41、42は四角形状に形成された枠部41e、42eと、当該枠部41e、42eと図中の上下位置で連結され、「8」の字形状に形成されたバネ部41f、42fと、その中心に設けられたリング状の取付部41h、42hとから構成される。このように構成されることで、取付部41h、42hを固定した状態ではバネ部41f、42fが変形することによって枠部41e、42eが軸方向に弾性的に変位することができるようになっている。取付部41h、42hの端面のうち一方は、スペーサ71、72に当接するようにして軸方向に位置決めがなされる。また、取付部41h、42hの中心に設けられた貫通孔41a、42aはインナコア2の貫通孔2aと同軸上に配置された上で、シャフト6が挿通されるようになっている。板バネ41、42の枠部41e、42eの図中の上下位置には、貫通孔41aの中心と一直線に並ぶようにして切り欠き部41b、41b、42b、42bが形成されている。組立時においては、この切り欠き部41b、41b、42b、42bに沿ってガイドピン93、93が図中の上下より挿入されるようにして、上側コア31および下側コア32の位置決めが行われる。また、枠部41、42の四隅にはボルト孔41g〜41g、42g〜42gが形成されており、当該部分には組立時の最終段階においてはボルト91〜91が挿通されるようになっている。
【0045】
以下、板バネ41、42の詳細な構成について、板バネ42を例にとって説明していく。板バネ42は図8に示すようにして、打ち抜き加工によって形成された板バネ用鋼板42P1〜42P5を積層させ相互に連結することによって構成されている。各板バネ用鋼板42P1〜42P5は全体形状を同一に形成され、各々形成されたボルト孔部42g1〜g5、切り欠き部42b1〜b5、貫通孔部42a1〜a5は積層された後には一体化して図3に示すような一個のボルト孔42g、切り欠き部42b、貫通孔42aを構成する。
【0046】
それぞれの枠部42e1〜e5には周方向に12箇所カシメ部42j1〜42j5を設け、取付部42h1〜h5には各々、図中の左右方向に2箇所のカシメ部42j1〜42j5を設けている。当該カシメ部42j1〜42j5は、プレス加工によって断面が逆V型になるようにして形成されるものであって、図中の左方向に向けて凸になるようにしてある。そのため、凸側の面に対する裏面では同形状の凹型になっている。そのため、こうした形状のカシメ部42j1〜42j5の位置を合わせて重ね合わせることによって、凹部と凸部とを係合させることができる。さらに、このようにして薄板を積層させた状態でプレス機等によって積層方向に押圧力を付与することによって、カシメ部42j1〜42j5を微小に変形させて相互の連結力を強めて一体化することが可能となっている。
【0047】
本実施形態においては、図3に示した板バネ41は、上記のようにして構成する板バネ42とほぼ同じ構成を有しているが、隣接する皿バネ73との当接面に凸部が生じないように当該部分のみ平坦になるようにして構成されている。これを平坦とするための具体的な手法については後述する。
【0048】
上記のように構成した板バネ41、42によって、図3のようにしてスペーサ71、72を介してインナコア2を挟み込むように配置した上で、これらの中心にシャフト6を挿通させることになる。なお、インナコア2に対しては上述したように事前にコアカバー21、22、永久磁石23、24、コイル25、26を取り付けておく。
【0049】
このようにして組み立てた際には、図5に示すような形態になる。インナコア2を中心として、図中の左方向より板バネ41、スペーサ71、インナコア2、スペーサ72、板バネ42の順に配置した状態で、これらの中心に設けた各貫通孔41a、71a、2a、72a、42aの内部にシャフト6の挿通部64を挿通させ、大径部61の端面61aから図中左側の板バネ41までが軸方向に順次当接するようにしている。
【0050】
このようにして組み立てる際の各部材間の当接部における係合部の位置関係を、図11を用いて説明する。
【0051】
シャフト6の挿通部64に嵌め込まれるインナコア2、板バネ41、42、スペーサ71、72の各貫通孔2a、41a、42a、71a、72aの各内径をD1〜D5とするとき、これらの内径D1〜D5は、シャフト挿通部64の外径D0に対して次のような関係になるように設定している。
【0052】
すなわち、D1、D2、D3はD0とほぼ等しく、シャフト6がスムーズかつ緊密に挿通できるような寸法としている。そのため、シャフト6を挿通するのみでインナコア2および板バネ41、42は、半径方向に位置規制されるようになっている。他方、D4、D5はガタが生じない程度に、これらより僅かに大きくなるようにして設定してある。
【0053】
また、インナコア2は前面2bおよび後面2cにそれぞれ6箇所のカシメ部2j〜2jを有しており、前面2bにはカシメ突起としての凸部、後面2cにはカシメ孔としての凹部として形成されている。これらのカシメ部2j〜2jのうち、貫通孔2aの近傍に設けられた2箇所のカシメ部2k1、2k2が隣接するスペーサ71、72との係合部として作用する。
【0054】
また、スペーサ71にも上記インナコア2に設けられたカシメ部2k1、2k2と対応する位置の2箇所に、カシメ部71k1(71j)、71k2(71j)が設けられ、前面71aと後面71bに対してそれぞれカシメ突起としての凸部とカシメ孔としての凹部を形成するようになっている。同様に、スペーサ72にも、インナコア2のカシメ部2k1、2k2と対応する位置の2箇所に、前面72a、後面72bに対してカシメ突起としての凸部とカシメ孔としての凹部を形成するようにしてカシメ部72k1(72j)、72k2(72j)が形成されている。
【0055】
さらに、板バネ41、42もそれぞれ14箇所ずつにカシメ部41j〜41j、42j〜42jを有しており、それらのうち貫通孔41a、42a近傍のカシメ部41k1、41k2、42k1、42k2がそれぞれスペーサ71、72のカシメ部71k1、71k2、72k1、72k2と対応した位置に設けられており、これらと係合することになる。板バネ42のカシメ部42k1、42k2はそれぞれ取付部後面42dに対してカシメ孔としての凹部を形成し、取付部前面42cに対してはカシメ突起としての凸部を形成する。他方、板バネ41のカシメ部41k1、41k2はそれぞれ取付部後面41dに対してカシメ孔としての凹部を形成するとともに、取付部前面41cに対してはカシメ突起としての凸部を構成せず面外に突出しないように形成されている。
【0056】
上記のようにして軸方向に垂直な各面に凹凸を形成しておき、これらが当接する際に凹凸部が係合するようになっている。具体的には、対向するインナコア2の前面2bとスペーサ71の後面71bとは軸方向に当接することによって当接部を形成するとともに、インナコア2の前面2bに設けられたカシメ部2k1、2k2としての凸部と、スペーサ71の後面71bに設けられたカシメ部71k1、71k2としての凹部とが係合することになる。このようにして形成された当接部の中で、2箇所の係合部が存在することによって、円周方向の位置規制が確実に行われるようになっている。
【0057】
同様に、対向するスペーサ71の前面71bと板バネ41の取付部後面41dとで構成される当接部、インナコア2の後面2cとスペーサ72の前面72bとで構成される当接部、およびスペーサ72の後面72cと板バネ42の取付部前面42cとで構成される当接部が、各々その中に凹部と凸部とからなる2箇所の係合部を有するように構成されており、それぞれの箇所で円周方向の位置規制が行われるようになっている。
【0058】
上記のような円周方向位置規制を有するカシメ部を備えた各部材を、シャフト6の挿通部64に挿通させることによって図5の状態となる。なお、スペーサ71、72は内径がシャフト6の挿通部64の外径よりやや大きく形成しているが、上記のように軸方向に係合させていく過程において、自動的に心出しがなされる。
【0059】
このような状態にした上で、バネ部材としての皿バネ73と固定カラー74をシャフト6の挿通部64に嵌め込んでいく。固定カラー74の中心に設けられた貫通孔74aはシャフト6の挿通部64の外径よりもやや小さな内径を有しており、この固定カラー74は油圧シリンダ等を用いてシャフト6の先端部62より図中右方向に圧入されることによって、圧入後は貫通孔74aの内周面が挿通部64の外周面を把持することで強固に位置の固定が行われる。
【0060】
固定カラー74の圧入に際しては、軸方向に押圧するのみであり、ネジを締め込む場合のように円周方向の力を作用させないため、組み込みにあたって各部材の位置を円周方向にずらすことがない。そのため、格別注意を働かせることなく容易に組み込みを行うことができるとともに、組立不良を減らすことができる。
【0061】
この固定カラー74の外径は、インナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42の各貫通孔2a、71a、72a、41a、42aよりも大径に構成されているため、固定カラー74は軸方向の位置規制部材として作用する。すなわち、固定カラー74の端面74bと大径部61の端面61aとの間でインナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42は軸方向に位置規制がなされる。上記のような固定カラー74の圧入に際して、皿バネ73は軸方向に圧縮されるようにして変形されるため、この皿バネ73の復元力が常にインナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42に対して軸方向に作用することになる。このため、シャフト6の熱収縮による固定カラー74の軸方向への位置ズレやシャフト6の熱膨張によって、インナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42と固定カラー74との軸方向への相対位置が変化する場合であっても、隙間が生じないように皿バネ73の形状が復元するとともに、常に変わることなくインナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42に対して軸方向への付勢力を働かせることができる。これにより、シャフト6の外周で軸方向に対して隙間が生じないとともに、板バネ41、42の支持条件を変化させないようにすることが可能となっている。そのため、温度変化の激しい過酷な状況の下で使用しても、リニアアクチュエータ1としての特性の変化が少なくなる。
【0062】
さらには、インナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42に対して軸方向への付勢力を働かせるためのバネ部材として皿バネ73を用いることで、皿バネ73の内周面をシャフト6の外周に嵌め込むだけで位置精度良く容易に支持させることが可能であるとともに、円周方向に均一に付勢力を作用させることができる。このため板バネ41、42を全周に渡って方向性なく均一に支持することができ、よりリニアアクチュエータ1としての特性の安定化に寄与している。
【0063】
また、各当接部に設けられて凹部と凸部とからなる係合部として円周方向の位置規制を行うカシメ部2k1、2k2、71k1、71k2、72k1、71k2、41k1、41k2、42k1、42k2(図11参照)は、それぞれカシメ突起とカシメ孔としての組み合わせとして、固定カラー74をシャフト6に対して圧入する際に微小変形を生じることで強い締結力を発生させる。これにより、インナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42は相互に円周方向の位置ズレを生じることなく一体化される。
【0064】
なお、上記の組立手順では、シャフト6の挿通部64に対してインナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42を嵌合した後に、固定カラー74の圧入の際の押圧力によってインナコア2、スペーサ71、72および板バネ41、42が互いに締結される場合を示したが、シャフト6の挿通部64に嵌合する前の段階において隣接する各部材をカシメ部を利用して一体化しておくことも可能である。例えば、インナコア2に対してスペーサ71、72のいずれか、または双方を、カシメ部を用いて連結させ一体化しておくことも、部品点数が減少させて部品管理および組立てを容易にすることができて好適である。
【0065】
上記のようにして、シャフト6を基準にしてインナコア2、スペーサ71、72、板バネ41、42、皿バネ73および固定カラー74を組み込んだ後は、図3に示す形態で上側コア31と下側コア32がそれぞれ図中の上下より取り付けられ、アウタコア3を構成する。上側コア31および下側コア32によって構成されるアウタコア3は、インナコア2の半径方向外側でインナコア2を囲むようにして設けられており、板バネ41、42の枠部41e、42eによって軸方向に挟まれるようにして設けられる。アウタコア3は、内面に磁極部31a、32aを形成されており、それぞれが永久磁石23、24と適切な隙間を有しつつ対向されるように構成されている。上側コア31および下側コア32には、それぞれ磁極部31a、32aの外側に設けられたピン孔31b、32bに挿通されるようにしてガイドピン93、93が設けられており、当該ガイドピン93を上述した板バネ41、42に形成された切り欠き部41b、42bに挿入することによって位置決めを行いつつ組み込むことができるようになっている。
【0066】
このようなガイドピン93を用いた位置決め機能を有していることから、組立時において正確にアウタコア3とインナコアとが同一の軸心Xを有するように位置決めを行うことができ、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとを衝突させて損傷を生じさせることがないとともに、両者の間で適切な隙間を形成することができるようになっている。また、上側コア31および下側コア32は、それぞれ板バネ41、42に設けたボルト孔41g〜41g、42g〜42gと対応する位置に貫通孔31c、31c、32c、32cが設けられており、組立の最終段階でボルト91〜91を挿通することができるようになっている。
【0067】
上記のような形状を有する上側コア31および下側コア32は、詳細には以下のような構成からなる。以下、代表して上側コア31を用いて説明する。
【0068】
上側コア31は、図6のような構成を有しており、軸方向に配置された5つのコア要素31B1〜B5を一体化したものである。それぞれのコア要素31B1〜B5は、コの字型に形成されるとともに、各々打ち抜きによって形成された薄い鋼板を積層することによって構成されている。これらの薄板を連結させるための方法は、図8を用いて板バネ42を例として説明した薄板42P1〜P5の各部に形成したカシメ部42j1〜42j5を使用した締結方法と同じものである。
【0069】
図6に戻って、コア要素31B1〜B5は、各部にカシメ部31j1〜j5を有しており、当該カシメ部31j1〜j5は図中の左方向に向かって凸部を形成するとともに、右方向に向かって凹部を形成しているため、コア要素31B1〜B5を重ね合わせた際にはカシメ部31j1〜j5が係合して位置規制が行われるようになっている。また、コア要素31B1〜B5は、それぞれがボルト孔部31c1〜31c5とピン孔部31b1〜b5を形成されており、コア要素31B1〜B5が連結されて一体として上側コア31を構成した際には、それぞれボルト孔31cとピン孔31bとを構成することになる。当該ピン孔31bの内部には軸方向にガイドピン93が挿通され、ガイドピン93の両端部が上側コア31より突出するようになる。また、コア要素31B1〜B5のコの字型の両端部にはそれぞれ段差部31d1〜d5、31e1〜e5が形成されており、当該部分が上側コア31として一体化された後には下側コア32(図3参照)の同じ部分と噛み合うように構成されている。
【0070】
本実施形態においては、図3に示した下側コア32として、上記のように構成した上側コア31と同じ形状のものを用いており、上側コア31とは上下を逆にして使用するものである。
【0071】
図3に戻って、上側コア31および下側コア32をガイドピン93、93によって位置決めしつつ板バネ41、42の間に配置した後には、これらをさらに軸方向の外側より挟み込むようにしてストッパ部材51、52を組み込んでいく。ストッパ部材51、52は、それぞれ外形を矩形状に構成され、板バネ41、42やアウタコア3の外形とほぼ同一になるようにされている。各ストッパ部材51、52は、図中の上下にそれぞれ溝部51b、51b、52b、52bを備えており、この部分がアウタコア3より軸方向に突出したガイドピン93、93の両端に嵌め合わされることにより位置決めが行われ、アウタコア3と同様にシャフト6の軸心Xと中心軸が同一になるようにされる。
【0072】
ストッパ部材51、52はそれぞれ「8」の字状に形成されているとともに、その中心部には孔部51a、52aが設けられ、これらの孔部51a、52aの内径は上述した、固定カラー74の外径およびシャフト6の大径部61の外径よりも僅かに大きくなるように設定されている。そのため、固定カラー74や大径部61は当該孔部51a、52aに干渉することはない。また、ストッパ部材51、52にはそれぞれ四隅にボルト孔51c〜51c、52c〜52cが設けられている。
【0073】
このような形状に構成されるストッパ部材51、52は、詳細には以下のような構成からなる。以下、代表して図中左側のストッパ部材51を用いて説明する。
【0074】
ストッパ部材51は、図7のような構成を有しており、2つのストッパ要素51B1、51B2を軸方向に連結することによって構成されるものである。ストッパ要素51B1、51B2は外形がほぼ同一の矩形状に形成されているが、ストッパ要素51B1は「8」の字状に、ストッパ要素51B2は「O」の字状に形成されているものである。これらのストッパ要素51B1、51B2は、各々薄い打ち抜き鋼板を積層することによって構成されている。これらの薄板は、各々に設けられたカシメ部51j1〜51j1、51j2〜51j2を軸方向に係合させることによって連結させていくものであり、図3に示した板バネ41、42、インナコア2およびアウタコア3と同様の方法によって構成するものである。
【0075】
なお、ストッパ部材51はリニアアクチュエータ1として組み立てた際に軸方向に凸部が生じないようにするため、図7におけるカシメ部51j1〜51j1が図中の左方向に突出しないように配慮してある。この手法については後に詳述する。
【0076】
ストッパ部材52(図3参照)も、上記のようにしてストッパ部材51と同様に製作するものではあるが、図3のようにしてリニアアクチュエータ1として組立てた際には、ストッパ部材51とは異なり、軸方向外側に対して凹部が形成される向きにカシメ部材(図7参照)が形成されることになる。
【0077】
それぞれのストッパ部材51、52の中心に設けられた孔部51a、52aの内周面は、それぞれ固定カラー74およびシャフト6の大径部61の各外周面との間で隙間を構成する。さらに孔部51a、52aと対向する位置には、固定カラー74の外周に樹脂製カラー75が嵌め込まれているとともに、大径部61aの外周に樹脂製カラー76が嵌め込まれている。このように樹脂製カラー75、76を嵌め込まれた固定カラー74およびシャフト6の大径部61と、これらと対向するストッパ部材51、52の孔部51a、52aとの隙間を、図2に示すようにそれぞれδ2、δ3として定義する。他方、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとの間の隙間をδ1として定義する。本実施形態においては、δ2とδ3とは同じ大きさになるように設定するとともに、これらがδ1よりも小さくなるように設定している。そのため、インナコア2とアウタコア3とが半径方向に相対変位した場合であっても、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとが接触する前に、樹脂製カラー75、76がストッパ部材51、52の孔部51a、52aの内周面に当接してストッパとして機能するために、永久磁石23、24と磁極部31a、32aとの接触を防止することができるようになっている。
【0078】
樹脂製カラー75、76は、図9(a)および(b)に示すようにして、固定カラー74およびシャフト6の大径部61に取り付けられる。なお、図9(b)はシャフト6より、インナコア5や板バネ41、42等の部品を取り外した場合を想定して、単純化して示した模式図である。固定カラー74およびシャフト6の大径部61にはそれぞれ段差部74c、61bとして小径部を形成しており、これらの部分に樹脂製カラー75、76が嵌め込まれるようになっている。
【0079】
樹脂製カラー75、76は同一の形状を有し、それぞれ薄い円筒状に形成されており、円周方向の一箇所に、切断部75a、76aが設けられている。そのため、当該部分より拡径するようにして上記段差部74c、74bに嵌め込み、それぞれの復元力によって内周面が密着して位置が固定されるようになっている。切断部75a、75bは軸方向に対して斜めに設けられているとともに、上記段差部74c、74bに取り付けた状態で、円周方向のいずれの箇所においても樹脂製カラー75、76を構成する一部が存在するように寸法を設定している。そのため、インナコア2とアウタコア3とが半径方向のいずれの方向に対して相対変位したとしても、変わらずストッパとしての機能が働くようになっている。
【0080】
上記のようにして、ストッパ部材51、52を形成して組み込んだ状態では、ストッパ部材51、52に設けたボルト孔51c〜51c、52c〜52cは、板バネ41、42に設けたボルト孔41g〜41g、42g〜42gおよびアウタコア3に設けたボルト孔31c、31c、32c、32cと軸方向に連続することになる。そのため、ストッパ部材51、52を組み込み終えた状態でボルト91〜91を挿通させ、その先端にナット92〜92を締め込むことによって、ストッパ部材51、52、板バネ41、42、アウタコア3を軸方向に締結することができる。
【0081】
この際には、ストッパ部材51、52、板バネ41、42、アウタコア3に形成されたカシメ部51j、52j、41j、42j、31j、32jを構成する凸部および凹部はそれぞれ軸方向に係合されることで、円周方向の位置決めを行うための係合部として機能するとともに、凸部はカシメ突起、凹部はカシメ孔として係合された状態において押圧力を付与されることによって微小変形を生じ、より強い締結力が発生することになる。
【0082】
このようにして軸方向への締結を行った後には、アウタコア3は板バネ41、42の枠体41e、42eおよびストッパ部材51、52と一体となって動作することができるようになり、図1に示すリニアアクチュエータ1として構成されることになる。
【0083】
ここで、上述したインナコア2、アウタコア3、バネ部材41、42およびストッパ部材51、52を構成するために用いた、積層鋼板を相互に連結させるための手法について詳述する。図10(a)にカシメ部の構造を模式的に表した例を示す。
【0084】
この例では、5枚の薄い鋼板81a〜eを連結する場合を示している。薄板81c〜eにはそれぞれの一部にカシメ部82c〜eとして上述したような凸部をプレス痕によって形成している。この凸部は、側方すなわち紙面の奥行きと手前との二箇所に平行な切り込みを入れつつ、その切り込みの間を片側(図中左方向)に向けて逆V型に凸となるようにして変形させたものであり、カシメ突起として機能する。当該凸部は、裏面方向(図中右方向)に対してはカシメ孔としての凹部を形成するために、薄板81c〜eを重ね合わせたときには凹凸が重なり合うようにしてカシメ部82c〜eが係合する。また、この例においては薄板82a、82bにはカシメ部82a、82bとして矩形の開口部を打ち抜き孔として形成している。当該部分には、薄板81cに形成したカシメ部82cとしての凸部が挿入されるようにして係合することができる。このようにカシメ部82a〜82eを係合させた状態で、プレス機等によって積層方向に加圧することによって、カシメ部82a〜82eが微小変形して相互に締結力を生じるようになっている。
【0085】
このカシメ部82a〜82eの構成例においては、図中左側の薄板81a、81bのカシメ部82a、82bを矩形の開口部としているために、薄板81a〜eを積層して連結させた状態でも、薄板81aの表面より図中の左側に凸となる部位を生じさせないようにすることができる。ただし、このように一部のカシメ部82a、82bを開口部として構成することは、鋼板同士を締結するために必須ではなく、全てのカシメ部を上記逆V型として同じ形状に形成させることも可能である。上記のうち、一部のカシメ部82a、82bに開口部を設ける手法で構成したものが図3に示すストッパ部材51であり、全てのカシメ部を同じ逆V型として、外方に向かって凸となる部分が生じるようにして形成したものがストッパ部材52、インナコア2、アウタコア3、板バネ42である。板バネ41は上述したように、皿バネ73に当接するカシメ部分のみが凸部を形成しないように構成し、その他の部分は凸となる部分が生じるようにして構成している。
【0086】
このようにして、各部材を、プレス痕または打ち抜き孔としてのカシメ部を形成した鋼板を積層させることによって簡単に形成できるとともに、それらのカシメ部を係合部として各部材の位置決めを行うために用いつつ、さらに積層方向に加圧することで部材間に締結力を働かせることが可能に構成されている。
【0087】
また、図10(b)の例のようにカシメ部を構成することも可能である。この例では、カシメ部182a〜eが軸方向より見て円形に形成されており、図10(a)における逆V型のものとは異なり、側方に切り込みを有していない。そして、図10(b)におけるカシメ部182a〜eは、薄板181b〜181eに形成したものは、図中の左方向に円形の凸部を構成するとともに、裏面である図中の右方向に対しては円形の凹部を構成する。また、薄板181aにおけるカシメ部182aは同じ円形の孔部として構成されている。これらのカシメ部182a〜eは薄板181a〜181eを積層させた際に係合し、さらに軸方向に押圧力を付与することによって相互に締結力を生じさせることができる。
【0088】
上記のようにして、図1および図2のように構成されたリニアアクチュエータ1は、次のようにして動作する。以下、図2を用いて説明を行う。
【0089】
本実施形態におけるリニアアクチュエータ1は、シャフト6を固定して用いるものであるため、シャフト6の外周(挿通部)64に嵌め込まれ、固定カラー74および皿バネ73によって軸方向に位置決めを行われているインナコア2は、いわゆる固定子として機能する。そして、同様にシャフト6によって支持される板バネ41、42によって、インナコア2の半径方向外側に、かつ、同一軸心となるように設けられているアウタコア3は可動子として機能する。アウタコア3は、板バネ41、42によってその板厚方向、すなわちシャフト6の軸方向に変位することが可能に弾性支持された状態となっている。
【0090】
インナコア2に対しては、図中の上下にそれぞれ永久磁石23、24が設けられており、これらの永久磁石23、24と対向するようにして、アウタコア3の内面には磁極部31a、32aが設けられ、両者の間で隙間を形成している。上述したように永久磁石23、24はそれぞれ軸方向に異なる磁極が配されるようにされており、これらの磁極を中心に磁場が発生するようになっている。永久磁石23、24と磁極部31a、32aの位置関係は、リニアアクチュエータ1としての特性が決まる重要な要素であり、板バネ41、42とインナコア2との間で円周方向に位置ズレが生じることは効率の低下に繋がる。
【0091】
本実施形態では、各部材の対向面を軸方向に当接させることによって形成する当接部に、凹部と凸部とからなる係合部を少なくとも2箇所以上設けておくことで円周方向の位置ズレを抑制することができる。さらに、固定カラー74を軸方向に圧入していくのみで円周方向への力を作用させずに組立を行うことのできる構成とすることでより位置ズレを防止することができるため、永久磁石23、24と磁極部31a、32の位置関係を適切に保ち機器としての特性を損なうことがなくなる。また、それらの凹部と凸部とがカシメ孔とカシメ突起として形成されているものであるために、組立時の軸方向への加圧によって、各部材間に締結力を働かせることができるとともに、皿バネ73によって常に軸方向への付勢力が働いている構成とされているために、凹部と凸部からなる係合部はより強く係合状態を維持することができるようになっている。
【0092】
インナコア2に巻き付けるようにして設けたコイル25、26に電流を印加することによって、軸方向に磁場の偏りを生じさせることができる。電流を印加していない状態では、磁極部31a、32aはそれぞれ永久磁石23、24の軸方向中心部に対向するように配置されており、電流を印加して磁場に偏りを生じさせることによって磁極部31a、32aに対して軸方向の推力を作用させることができる。こうすることで、アウタコア3を軸方向に変位させることが可能となるとともに、電流を正逆に正弦波状に変化させることによって、任意の加速度および周波数でもってアウタコア3を振動させることもできる。こうした機能を利用して、アクティブ制振器として使用することも可能である。
【0093】
以上のように、本発明のリニアアクチュエータ1は、インナコア2と、当該インナコア2を軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネ41、42と、当該一対の板バネ41、42によって支持されつつ前記インナコア2と同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコア2の半径方向外側に設けられたアウタコア3とを具備し、前記インナコア2に永久磁石23、24が設けられ、前記アウタコア3に前記永久磁石23、24と所定の間隔で対向する磁極部31a、32aを形成したものであって、前記インナコア2と前記各板バネ41、42との間に各々スペーサ71、72を設け、前記各スペーサ71、72と前記インナコア2、および前記各スペーサ71、72と当該スペーサ71、72に隣接する前記板バネ41、42の各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に各々複数個設けたことを特徴とする。
【0094】
このように構成しているため、インナコア2とスペーサ71、72と板バネ41、42とを対向面に設けた凹部と凸部とを係合させつつ、軸方向に組み合わせるだけで相対位置を決定することができ、円周方向の位置ズレが生じることがない。そのため、キー溝や平面部等を形成するための特別な加工を施したシャフトを用いなくても、板バネ41、42によって支持されるアウタコア3とインナコア2の相対位置が円周方向にずれることがなく、適切に磁極部31a、32aと永久磁石23、24とを対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じないリニアアクチュエータ1を安価に提供することが可能になる。
【0095】
さらに、前記スペーサのうち少なくともいずれかと前記インナコアとを一体的に構成することによって、部品点数を削減することができるため、部品管理および組立てを容易にすることが可能になる。
【0096】
また、前記係合部を構成する凸部および凹部が、カシメ突起とカシメ孔によって構成されており、これらを係合させた状態で軸方向に加圧することによって相互に位置を固定するように構成されているため、インナコア2、板バネ41、42およびスペーサ71、72の位置合わせを一度行うと、組立過程で円周方向に位置ズレを生じさせることなく各部材間の締結を行うことができるため、容易に組立を行うことができる。
【0097】
さらに、前記インナコア2、前記板バネ41、42および前記スペーサ71、72がそれぞれ鋼板を積層して形成されており、それぞれの鋼板の一部に前記カシメ突起と前記カシメ孔に対応したプレス痕または打ち抜き孔が形成されているようにして構成されているため、簡単な加工方法によって各部材を構成することができることになり、さらに製造コストを低減することができる。
<第2実施形態>
【0098】
図12は、本発明の第2実施形態に係るリニアアクチュエータ101の断面図を示すものであり、第1実施形態と共通する部分には同一符号を付している。
【0099】
この実施形態は、第1実施形態の場合と比較して、インナコア102、スペーサ171、172、板バネ141、142、アウタコア103およびストッパ部材151、152に形成する各カシメ部の個数を減らしたものである。そのため加工の際の歩留まりが向上するという利点がある。
【0100】
具体的なカシメ部の位置関係は図13に示すとおりであり、インナコア102、スペーサ171、172、板バネ141、142の間で係合部として働くものは、各々の貫通孔102a、171a、172a、141a、142a近傍に設けた各1箇所のカシメ部102k1、171k1、141k1、142k1である。
【0101】
本実施形態においては、インナコア102、板バネ141、142、スペーサ171、172の各貫通孔102a、141a、142a、171a、172aの内径D6〜D10は全てシャフト6の挿通部64の外径D0とほぼ等しく、シャフト6がスムーズかつ緊密に挿通できるように形成している。そのため、インナコア102、板バネ141、142、スペーサ171、172は、各々シャフト6によって半径方向に位置規制され、同一の軸心となるようにされている。
【0102】
従って、インナコア102、板バネ141、142、スペーサ171、172は、それぞれの対向面によって形成される当接部において、各々1箇所ずつしか係合部を有していないものの、シャフト6による位置規制を合わせることでそれぞれ2箇所によって位置規制されていることになるため、第1実施形態の場合と同様に円周方向に確実に位置規制を行うことができるようになっている。
【0103】
なお、もちろんではあるが、各当接部に複数箇所の係合部を設け、それらが協働して位置規制するように構成することも差し支えない。
【0104】
以上のように、本発明のリニアアクチュエータ101は、インナコア102と、当該インナコア102を軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネ141、142と、当該一対の板バネ141、142によって支持されつつ前記インナコア102と同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコア102の半径方向外側に設けられたアウタコア103とを具備し、前記インナコア102に永久磁石23、24が設けられ、前記アウタコア103に前記永久磁石23、24と所定の間隔で対向する磁極部131a、132aを形成したものであって、前記インナコア102および前記一対の板バネ141、142が前記同一の軸心の位置に各々貫通孔102a、141a、142aを形成されており、当該各貫通孔102a、141a、142aに緊密に挿通されるシャフト6と、当該シャフト6の外周に緊密に嵌め込まれるとともに前記インナコア102と前記各板バネ141、142との間に各々配置されたスペーサ171、172とを備え、前記各スペーサ171、172と前記インナコア102、および前記各スペーサ171、172と当該スペーサ171、172に隣接する前記板バネ141、142の各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に少なくとも一箇所に設けたことを特徴とする。
【0105】
このように構成されているため、インナコア102とスペーサ171、172と板バネ141、142とを対向面に設けた凹部と凸部とを係合させながら、シャフト6の外周に嵌め込んでいくだけで相対的に位置を決定することができ、円周方向の位置ズレを生じさせない。そのため、シャフト6に特別な加工を行わなくても、板バネ141、142によって支持されるアウタコア103とインナコア102の相対位置が円周方向にずれることがなく、磁極部131a、132aと永久磁石23、24とを適切に対向させることができるとともに、内部での部品間の接触を防止することができる。これにより、効率低下や故障の生じないリニアアクチュエータ101を安価に提供することが可能になる。
<第3実施形態>
【0106】
図14は、本発明の第3実施形態に係るリニアアクチュエータ201の分解斜視図を示すものであり、第1実施形態および第2実施形態と共通する部分には同一符号を付している。
【0107】
この実施形態は、第1実施形態の構成を基にして、永久磁石223、224を平板状に構成するとともに、当該永久磁石223、224を取り付けるインナコア202、コアカバー221、222を永久磁石223、224に対応した形状に変更したものである。また、永久磁石223、224と対向する磁極部231a、232aも、永久磁石223、224に対応して表面を平坦に形成してある。
【0108】
上記のように永久磁石223、224を平板状に構成することで、永久磁石223、224の加工が容易となるとともに、加工時に除去する部分を減らすことができるために、永久磁石223、224の製作コストを低減することができる。一般に、永久磁石は特殊材料を用いるため高価である上に、加工が困難であるため加工費用が高く、これらに要する費用はリニアアクチュエータ全体の製作コストのうちで大きな割合を占めるものである。そのため、上記のような永久磁石の平板化によるコスト削減効果は非常に大きいものとなる。
【0109】
ただし、一般には永久磁石223、224の平板化は、僅かなインナコア202とアウタコア203の円周方向位置ズレによって、大きく永久磁石223、224と磁極部231a、232aとの隙間が変化するために、特性が変化しやすく組立が困難である。
【0110】
この点、本実施形態では、第1実施形態と同様にインナコア202とスペーサ71、72、板バネ41、42が、それぞれに設けられたカシメ部としての凹部と凸部とが係合し、円周方向の位置ズレを生じさせない構成となっているため、板バネ41、42によって支持されつつ円周方向に位置規制されるアウタコア203とインナコア202との間で円周方向の位置ズレを生じさせないようになっている。そのため、上記永久磁石223、224の平板化が可能となり、上述したコスト削減効果を得ることが可能となっている。
【0111】
なお、各部の具体的な構成は、上述した第1〜第3実施形態のみに限定されるものではない
【0112】
例えば、上記の実施形態においては、インナコア2(102、202)を固定子として、アウタコア3(103、203)を可動子として構成したが、これを逆にすることも差し支えない。
【0113】
さらに、上記の実施形態では、インナコア2(102、202)に永久磁石23(223)、24(224)とコイル25、26を設け、アウタコア3(103、203)に磁極部31a(131a、231a)、32a(132a、232a)を形成していたが、これを逆にすることも可能である。
【0114】
また、上記の実施形態においては、バネ部材としての皿バネ73を固定カラー74(174)と板バネ41(141)の間に取り付ける構成としていたが、軸方向に付勢力を働かせることが可能である限り、シャフト6の大径部61と固定カラー74の間のいずれの位置に設けることも可能である。例えば、シャフト6の大径部61と板バネ42(142)との間に設けることも好適である。さらには、固定カラー74と板バネ41(141)との間および大径部61と板バネ42(142)との間の双方に皿バネ73を取り付ける構成としても良い。
【0115】
その他の構成も、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。
【符号の説明】
【0116】
1…リニアアクチュエータ
2…インナコア
3…アウタコア
6…シャフト
21、22…コアカバー
23、24…永久磁石
25、26…コイル
31、32…分割コア
33、34…磁極部
41、42…板バネ
51、52…ストッパ部材
71、72…スペーサ
73…皿バネ(バネ部材)
74…固定カラー
75、76…樹脂製カラー
91…ボルト
92…ナット
93…ガイドピン
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インナコアと、
当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、
当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、
前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したリニアアクチュエータであって、
前記インナコアと前記各板バネとの間に各々スペーサを設け、
前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に各々複数個設けたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項2】
インナコアと、
当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、
当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、
前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したリニアアクチュエータであって、
前記インナコアおよび前記一対の板バネが前記同一の軸心の位置に各々貫通孔を形成されており、当該各貫通孔に緊密に挿通されるシャフトと、
当該シャフトの外周に緊密に嵌め込まれるとともに前記インナコアと前記各板バネとの間に各々配置されたスペーサとを備え、
前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に少なくとも一箇所に設けたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項3】
前記スペーサのうち少なくともいずれかと前記インナコアとを一体的に構成したことを特徴とする請求項1または2に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項4】
前記係合部を構成する凸部および凹部が、カシメ突起とカシメ孔によって構成されており、これらを係合させた状態で軸方向に加圧することによって相互に位置を固定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
【請求項5】
前記インナコア、前記板バネおよび前記スペーサがそれぞれ鋼板を積層して形成されており、それぞれの鋼板の一部に前記カシメ突起と前記カシメ孔に対応したプレス痕または打ち抜き孔が形成されていることを特徴とする請求項4に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項6】
前記永久磁石が平板状に形成されるとともに、前記永久磁石と対向する前記磁極部の対向面が平坦に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
【請求項1】
インナコアと、
当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、
当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、
前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したリニアアクチュエータであって、
前記インナコアと前記各板バネとの間に各々スペーサを設け、
前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に各々複数個設けたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項2】
インナコアと、
当該インナコアを軸方向に前後から挟みこむようにして設けられた一対の板バネと、
当該一対の板バネによって支持されつつ前記インナコアと同一の軸心を有するように、かつ、当該インナコアの半径方向外側に設けられたアウタコアとを具備し、
前記インナコアおよび前記アウタコアのうち一方に永久磁石が設けられ、前記インナコアおよび前記アウタコアのうち他方に前記永久磁石と所定の間隔で対向する磁極部を形成したリニアアクチュエータであって、
前記インナコアおよび前記一対の板バネが前記同一の軸心の位置に各々貫通孔を形成されており、当該各貫通孔に緊密に挿通されるシャフトと、
当該シャフトの外周に緊密に嵌め込まれるとともに前記インナコアと前記各板バネとの間に各々配置されたスペーサとを備え、
前記各スペーサと前記インナコア、および前記各スペーサと当該スペーサに隣接する前記板バネの各対向面を軸方向に当接させて各々当接部を構成するとともに、前記当接部を構成する対向面のうち一方に形成した凹部と、他方に形成した凸部からなる係合部を前記当接部に少なくとも一箇所に設けたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項3】
前記スペーサのうち少なくともいずれかと前記インナコアとを一体的に構成したことを特徴とする請求項1または2に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項4】
前記係合部を構成する凸部および凹部が、カシメ突起とカシメ孔によって構成されており、これらを係合させた状態で軸方向に加圧することによって相互に位置を固定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
【請求項5】
前記インナコア、前記板バネおよび前記スペーサがそれぞれ鋼板を積層して形成されており、それぞれの鋼板の一部に前記カシメ突起と前記カシメ孔に対応したプレス痕または打ち抜き孔が形成されていることを特徴とする請求項4に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項6】
前記永久磁石が平板状に形成されるとともに、前記永久磁石と対向する前記磁極部の対向面が平坦に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2012−249426(P2012−249426A)
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−119331(P2011−119331)
【出願日】平成23年5月27日(2011.5.27)
【出願人】(000002059)シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年5月27日(2011.5.27)
【出願人】(000002059)シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Fターム(参考)】
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