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▶ ジョンソン エレクトリック インターナショナル アクチェンゲゼルシャフトの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6684073
(24)【登録日】2020年3月31日
(45)【発行日】2020年4月22日
(54)【発明の名称】リニアアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
H02K 33/02 20060101AFI20200413BHJP
【ＦＩ】
H02K33/02 A
【請求項の数】15
【外国語出願】
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2015-215593(P2015-215593)
(22)【出願日】2015年11月2日
(65)【公開番号】特開2016-93102(P2016-93102A)
(43)【公開日】2016年5月23日
【審査請求日】2018年8月31日
(31)【優先権主張番号】62/073,140
(32)【優先日】2014年10月31日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518263944
【氏名又は名称】ジョンソン エレクトリック インターナショナル アクチェンゲゼルシャフト
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100088694
【弁理士】
【氏名又は名称】弟子丸 健
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(72)【発明者】
【氏名】ジェイムズ アーウィン
【審査官】
大島 等志
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第０４７１０７３９（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特表平０３−５０２０２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｋ ３３／０２
Ｈ０１Ｈ ５０／３２−５０／４２
Ｈ０１Ｈ ３／２０
Ｈ０１Ｆ ７／０６−７／１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プランジャ受け口の内面によって少なくとも部分的に形成されるキャビティを備えるプランジャ受け口と、
前記キャビティ内に少なくとも部分的に設けられて、プランジャ軸に沿って直線運動する磁性プランジャと、
付勢時に磁界を発生させるためのコイルと、
前記コイルが付勢されていないとき、前記プランジャをプランジャ延出位置に係止するような構成及び向きである係止ばねと、
前記プランジャに対して半径方向に設けられる磁性基体と、を備えるリニアアクチュエータであって、
前記係止ばねは、前記コイルが付勢されると、前記磁性基体に引き付けられて、前記プランジャがプランジャ引込位置に移動することができるような構成及び配置であり、
前記磁性基体は、前記プランジャ受け口の円筒側壁に形成される開口を貫通して設けられることを特徴とするリニアアクチュエータ。
前記キャビティ内に少なくとも部分的に設けられて、プランジャ軸に沿って直線運動する磁性プランジャと、
付勢時に磁界を発生させるためのコイルと、
前記コイルが付勢されていないとき、前記プランジャをプランジャ延出位置に係止するような構成及び向きである係止ばねと、
前記プランジャに対して半径方向に設けられる磁性基体と、を備えるリニアアクチュエータであって、
前記係止ばねは、前記コイルが付勢されると、前記磁性基体に引き付けられて、前記プランジャがプランジャ引込位置に移動することができるような構成及び配置であり、
前記磁性基体は、前記プランジャ受け口の円筒側壁に形成される開口を貫通して設けられることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項2】
前記コイルは、前記プランジャ受け口の外面の少なくとも一部の周りに巻き付けられ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】
前記磁性基体は、前記プランジャ受け口の端壁に形成される開口を貫通して設けられて、前記磁性基体が、前記プランジャ受け口の円筒側壁の凹状内面上に位置するようになっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項4】
更に、アクチュエータフレームを備え、前記アクチュエータフレームは、フレーム開口を備え、前記プランジャが前記プランジャ延出位置にあるとき、プランジャ末端部は、前記フレーム開口を貫通して延出し、前記磁性基体は、前記プランジャ受け口を、前記フレームに対して適当な位置に保持するように働くことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項5】
前記アクチュエータフレームの一部は、前記磁性基体に固定され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】
前記磁性基体は、前記磁性基体と前記係止ばねとの間の残留磁気を低減させる量だけ、前記プランジャ受け口の内周の半径方向外側に設けられることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項7】
前記係止ばねは、前記プランジャに連結される係止ばね第１端部と、係止ばね第２端部とを備え、前記係止ばね第２端部は、前記コイルが付勢されていないとき、前記プランジャを前記プランジャ延出位置に係止するように、また、前記コイルが付勢されると、前記磁性基体に引き付けられることによって、前記プランジャが前記プランジャ引込位置に移動することができるように配置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項8】
更に、前記プランジャを前記プランジャ延出位置に偏らせるように配置される戻しばねを備えることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項9】
戻しばねによって、前記プランジャを前記プランジャ延出位置に偏らせ、前記プランジャ受け口は、プランジャ受け口端壁を備え、前記戻しばねの第１の端部は、前記プランジャ受け口端壁に接触し、前記戻しばねの第２の端部は、前記プランジャに支えられ、前記プランジャ受け口端壁は、前記係止ばね第２端部に係合する掛止構造部を備えることを特徴とする、請求項７に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項10】
前記掛止構造部は、前記係止ばね第２端部に係合するように配置される斜切面を備えることを特徴とする、請求項９に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項11】
前記プランジャ受け口端壁は、開口を備え、前記係止ばね第２端部は、前記プランジャが前記プランジャ引込位置にあるとき、前記開口を貫通することを特徴とする、請求項９又は１０に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項12】
前記係止ばねは、前記プランジャ受け口に連結される係止ばね第１端部と、係止ばね第２端部とを備え、前記係止ばね第２端部は、前記プランジャ延出位置の前記プランジャと係合するように配置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項13】
前記プランジャ受け口は、プランジャ受け口端壁を備え、前記プランジャに、プランジャ係止ばね掛止部が形成され、前記係止ばね第１端部は、前記プランジャ受け口端壁に連結され、前記係止ばね第２端部は、前記プランジャが前記プランジャ延出位置にあるとき、前記プランジャ係止ばね掛止部と係合するように配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項14】
前記プランジャ係止ばね掛止部は、前記プランジャの非磁性部に形成されることを特徴とする、請求項１３に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項15】
前記係止ばね第２端部及び前記プランジャは、前記係止ばね第２端部が、前記磁性基体に引き付けられて、前記プランジャの動きを解放した後、前記係止ばねが前記プランジャに引き付けられるような構成及び位置であることを特徴とする、請求項１２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、リニアアクチュエータに関し、特に、係止ばねを有するリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
リニアアクチュエータは、様々な環境や用途で用いられる。多くの用途において、リニアアクチュエータは、外部からの衝撃に影響されないことが好ましい。リニアアクチュエータに作用する外部からの機械的衝撃の影響を抑えるための一般的な方法は、強力な戻しばねを用いて、アクチュエータのプランジャを、一定の加速レベルまで、適当な位置に保持するという方法である。通常、このような強力な戻しばねは、圧縮ばね又は円錐コイルばねのいずれかである。この強力な戻しばねによる手法の大きな欠点として、強力な戻しばねのため、アクチュエータには、戻しばねを上回るだけの十分な性能が求められる。このようなばねを上回る性能を実現するのに必要な電力は、アクチュエータを動かすのに必要な電力よりも大きくなる場合があり、その結果、大きな電力によって、アクチュエータの熱が上昇するという問題が生じる場合がある。更なる欠点として、戻しばね力及び作動力が大きいこれらの装置によって、望ましくない可聴雑音も著しく大きくなる。
【0003】
図１５のアクチュエータに代表される従来のアクチュエータの中には、戻しばねとは別の内部係止ばねを用いて、ボビンの押縁に当たって停止し、電力供給されるまで、作動ピン（プランジャ）の動きを阻止するものがある。係止ばねのレバーアームが短いので、係止ばねを係止位置に戻すために、ばね速度が高速になる。また、図１５のアクチュエータは、閉エアギャップソレノイド構造であり、この構造では、基体が、作動ピン（プランジャ）と軸方向に位置合わせされている。この構造の場合、係止ばねを作動させて基体に移動させると、摩擦抵抗があり、これを克服しなければならない。電力が大きくなるにつれて、係止ばねが係止位置から遠ざかる前に、プランジャが基体に引き付けられる可能性があり、この場合、装置は作動することができない。したがって、係止ばねが確実に最初に移動するためには、余分な電力が必要となる。この種の設計は、閉エアギャップを利用して、プランジャを基体に接触させるので、雑音及び残留磁気が問題になる。係止ばねを弱め過ぎると、係止ばねが基体に接触するので、この場合も、残留磁気が重大な問題である。更に、残留磁気の問題によって、より大きな戻しばね力も必要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、改良されたリニアアクチュエータが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
したがって、本発明は、その一態様において、リニアアクチュエータを提供するものであり、前記リニアアクチュエータは、プランジャ受け口の内面によって少なくとも部分的に形成されるキャビティを備えるプランジャ受け口と、前記キャビティ内に少なくとも部分的に設けられて、プランジャ軸に沿って直線運動する磁性プランジャと、付勢時に磁界を発生させるためのコイルと、前記コイルが付勢されていないとき、前記プランジャをプランジャ延出位置に係止するような構成及び向きである係止ばねと、前記プランジャに対して半径方向に設けられる磁性基体とを備え、前記係止ばねは、前記コイルが付勢されると、前記磁性基体に引き付けられて、前記プランジャがプランジャ引込位置に移動することができるような構成及び配置である。
【0006】
前記コイルは、前記プランジャ受け口の外面の少なくとも一部の周りに巻き付けられることが好ましい。
【0007】
前記磁性基体は、前記プランジャ受け口の円筒側壁に形成される開口を貫通して設けられることが好ましい。
【0008】
前記磁性基体は、前記プランジャ受け口の端壁に形成される開口を貫通して設けられて、前記磁性基体が、前記プランジャ受け口の円筒側壁の凹状内面上に位置するようになっていることが好ましい。
【0009】
アクチュエータフレームが設けられ、前記アクチュエータフレームは、フレーム開口を有し、前記プランジャが前記プランジャ延出位置にあるとき、プランジャ末端部は、前記フレーム開口を貫通して延出し、前記磁性基体は、前記プランジャ受け口を、前記フレームに対して適当な位置に保持するように働くことが好ましい。
【0010】
前記アクチュエータフレームの一部は、前記磁性基体に固定されることが好ましい。
【0011】
前記磁性基体は、前記磁性基体と前記係止ばねとの間の残留磁気を低減させる量だけ、前記プランジャ受け口の内周の半径方向外側に設けられることが好ましい。
【0012】
前記係止ばねは、前記プランジャに連結される係止ばね第１端部と、係止ばね第２端部とを備え、前記係止ばね第２端部は、前記コイルが付勢されていないとき、前記プランジャを前記プランジャ延出位置に係止するように、また、前記コイルが付勢されると、前記磁性基体に引き付けられることによって、前記プランジャが前記プランジャ引込位置に移動することができるように配置されることが好ましい。
【0013】
戻しばねが、前記プランジャを前記プランジャ延出位置に偏らせるように配置されることが好ましい。
【0014】
戻しばねによって、前記プランジャを前記プランジャ延出位置に偏らせ、前記プランジャ受け口は、プランジャ受け口端壁を備え、前記戻しばねの第１の端部は、前記プランジャ受け口端壁に接触し、前記戻しばねの第２の端部は、前記プランジャに支えられ、前記プランジャ受け口端壁は、前記係止ばね第２端部に係合する掛止構造部を備えることが好ましい。
【0015】
前記掛止構造部は、前記係止ばね第２端部に係合するように配置される斜切面を備えることが好ましい。
【0016】
前記プランジャ受け口端壁は、開口を備え、前記係止ばね第２端部は、前記プランジャが前記プランジャ引込位置にあるとき、前記開口を貫通することが好ましい。
【0017】
前記係止ばねは、前記プランジャ受け口に連結される係止ばね第１端部と、係止ばね第２端部とを備え、前記係止ばね第２端部は、前記プランジャ延出位置の前記プランジャと係合するように配置されることが好ましい。
【0018】
前記プランジャ受け口は、プランジャ受け口端壁を備え、前記プランジャに、プランジャ係止ばね掛止部が形成され、前記係止ばね第１端部は、前記プランジャ受け口端壁に連結され、前記係止ばね第２端部は、前記プランジャが前記プランジャ延出位置にあるとき、前記プランジャ係止ばね掛止部と係合するように配置されることが好ましい。
【0019】
前記プランジャ係止ばね掛止部は、前記プランジャの非磁性部に形成されることが好ましい。
【0020】
前記係止ばね第２端部及び前記プランジャは、前記係止ばね第２端部が、前記磁性基体に引き付けられて、前記プランジャの動きを解放した後、前記係止ばねが前記プランジャに引き付けられるような構成及び位置であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第１の好ましい実施形態によるリニアアクチュエータの側断面図であり、延出位置のプランジャを示す図である。
【図9A】第２の例示的な実施形態によるリニアアクチュエータの側断面図であり、プランジャが延出位置にある状態のリニアアクチュエータを示す図である。
【図12】プランジャ受け口面に対する磁性基体のほぼ同一平面の位置決めを示す部分側断面図である。
【図13】第３の実施形態によるリニアアクチュエータの側断面図であり、延出位置のプランジャを示す図である。
【図15】従来技術のリニアアクチュエータの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
ここで、添付図面の図を参照して、単なる例示として本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、複数の図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、一般に、それらが現れる全ての図において同じ符号で表記される。図内に示される構成部品及び構造部の寸法は、一般に、便宜のため及び提示の明確さのために選択されたものであり、必ずしも縮尺通りではない。
【0023】
図１〜図８は、第１の例示的な実施形態によるリニアアクチュエータ２０を示す。図１は、プランジャ延出動作モード、すなわち、プランジャが延出位置にある状態のリニアアクチュエータ２０を示す。図１及び図８に示すように、リニアアクチュエータ２０は、プランジャ受け口２２と、コイル２４と、プランジャ２６と、磁性基体２８と、戻しばね３０と、係止ばね３２とを備える。プランジャ２６は、コイル２４に電力が印加されていないときのプランジャ延出位置（図１に示す）と、コイル２４に電力が印加されたときのプランジャ引込位置（図３に示す）との間で、プランジャ軸３４に沿って、延出したり、引っ込んだりする。プランジャ２６、磁性基体２８、及び係止ばね３２は、強磁性である。
【0024】
プランジャ受け口２２は、プランジャ軸３４を本質的に中心とする円筒壁３６を備える。円筒壁３６は、外面及び内面を有する。円筒壁３６の内面は、プランジャ２６の一部が設けられるキャビティを形成する。図８に示すように、プランジャ受け口２２は、末端壁すなわち第１の端壁３８と、基端壁部すなわち第２の端壁部３９とを備える。末端壁３８及び基端壁部３９の両方の上部は、円筒壁３６と本質的に同心状に湾曲している。しかしながら、末端壁３８及び基端壁部３９の両方の底部は、フレームの平坦面に位置するように、本質的に矩形状である。このように、末端壁３８及び基端壁部３９は、各々、「Ｄ」字形状で、この「Ｄ」の平坦な脚部に位置すると見ることができる。基端壁部３９は、末端壁３８よりも、軸３４に沿った長さが大きい。基端壁部３９は、基体２８が嵌合することができる矩形状の大きな開口４０を含むように、軸３４に沿った寸法を有する。基端壁部３９は、その上部に、半径方向に延在する複数のフランジを備える。基端壁部の１つのフランジ及び末端壁は、コイル２４が巻き付けられる円筒壁３６の部分を形成する。複数のフランジのうちの他のフランジは、コイル導線保持フランジ４１である。
【0025】
プランジャ受け口２２は、また、プランジャ受け口端壁４２を備える。また、プランジャ受け口端壁４２の内面は、プランジャ２６の各部を収容するキャビティを、少なくとも部分的に形成することができる。プランジャ受け口端壁４２の一部は、半径方向に、且つ、導線保持フランジ４１に平行に延在して、プランジャ受け口端壁４２と導線保持フランジ４１との間に、コイル導線４４が保持されるようになっている。コイル導線４４は、電源（図示せず）に接続され、この電源は、例えば制御装置等によって、選択的に作動されて、コイル２４に電力供給する。
【0026】
プランジャ受け口の円筒壁３６、すなわち、プランジャ受け口の円筒壁３６のコイル２４が巻き付けられた部分は、ボビンと見なすこともできる。いくつかの実施形態では、プランジャ受け口円筒壁３６及びプランジャ受け口端壁４２は、一体化できるので、一体型のプランジャ受け口２２を本質的に形成することができる。しかしながら、他の実施形態では、プランジャ受け口端壁４２は、プランジャ受け口円筒壁３６に連結される同一又は類似の材料の別体のものにすることができる。プランジャ受け口円筒壁３６と、末端壁３８と、基端壁部３９とを備えるプランジャ受け口２２は、ボビンと見なすことができ、これは、プランジャ受け口円筒壁３６の周りに巻き付けられるコイル２４と共に、コイルアセンブリと見なすこともできる。
【0027】
プランジャ受け口２２は、そのプランジャ受け口端壁４２の反対側で、プランジャ受け口キャップ４５によって、部分的に密閉される。プランジャ受け口キャップ４５は、プランジャ軸３４を中心とするプランジャ受け口キャップネック４６によって形成される中心開口を有する。プランジャ受け口キャップ４５の内面とプランジャ２６との間に、Ｏリング４８又は他の弾性緩衝部材が位置する。プランジャ受け口キャップネック４６は、アクチュエータフレーム５０の開口を貫通して嵌合する。図１の実施形態では、アクチュエータフレーム５０は、本質的にＬ字形状に示されているが、所期の使用目的のための周囲構造に対するリニアアクチュエータ２０の使用法及び設置法によっては、他の形状や構成も可能である。好ましい実施形態では、アクチュエータフレーム５０は、効率を向上させるため、強磁性であることが好ましいが、他の実施形態では、非強磁性のフレーム５０を用いることができる。
【0028】
図２で見ると、プランジャ受け口円筒壁３６の下内面には、係止ばね溝５１が形成されている。係止ばね溝５１は、本質的に平坦な底部を備え、プランジャ受け口円筒壁３６の本質的に全長分だけ、軸３４に平行に延在する。係止ばね溝５１は、係止ばね３２を収容し、係止ばね３２が係止ばね溝５１内を摺動できるように構成される。係止ばね３２を係止ばね溝５１に配置及び位置決めすることによって、係止ばね３２は、磁性基体２８及び掛止構造部７６と位置合わせされ（図６参照）、また、プランジャ２６の回転も制限される。
【0029】
プランジャ２６は、プランジャ主部５２及びプランジャ末端部５４を備える。プランジャ２６の少なくとも一部は、強磁性である。例えば、例示的な実施形態では、プランジャ２６の少なくとも一部は、天然磁石（例えば、永久磁石）である。別の例示的な実施形態では、プランジャ２６全体を磁性にすることができる。プランジャ主部５２は、プランジャ受け口円筒壁３６によって形成されるキャビティ内に本質的に閉じ込められ、プランジャ末端部５４よりも大きい直径を有する。プランジャ末端部５４の少なくとも一部は、プランジャ受け口キャップネック４６と、アクチュエータフレーム５０に設けられる開口とを貫通して延出する。アクチュエータフレーム５０からのプランジャ末端部５４の突出の程度は、プランジャ２６が延出位置（図１に示す）にあるか、引込位置（図３に示す）にあるかによって決まる。引込位置では、動作要件にもよるが、プランジャ末端部５４は、まずほとんど、アクチュエータフレーム５０を貫通して延出することはないと考えられる。
【0030】
磁性基体２８は、プランジャ２６に対して半径方向に設けられる。換言すれば、磁性基体２８は、プランジャ２６の周面の外側に位置し、プランジャ２６と軸方向に位置合わせされない。このように、磁性基体２８には、プランジャ軸３４に沿った部分は無い。また、図１に示すように、「プランジャ２６の周面の外側」とは、磁性基体２８が、軸３４に平行な方向において、プランジャ２６の円筒側壁の仮想延長部の半径方向外側にあることを意味する。図示の実施形態では、磁性基体２８は、プランジャ受け口端壁４２付近だが、わずかに離間している円筒壁３６の一部を貫通して、半径方向に設けられる。この実施形態では、磁性基体２８は、本質的に矩形の角柱状であり、矩形状の開口４０に嵌合するような大きさである。矩形状の開口４０は、プランジャ受け口の基端壁部３９の底面に設けられる。
【0031】
磁性基体２８が開口４０に挿入された後、プランジャ受け口の基端壁部３９は、フレーム５０によって下から支えられる。フレーム５０は、磁性基体２８のねじ穴と位置合わせされる穴を有する。フレーム５０は、プランジャ受け口キャップ４５の周りに嵌合し、基端壁部３９の下に位置する。フレームの穴及び磁性基体２８の穴が位置合わせされると、固締ねじ５６のねじ付きシャンクは、ねじ穴に挿入され、締結される。固締ねじ５６が磁性基体２８のねじ穴に挿入されると、プランジャ受け口２２は、キャップネック４６によってフレーム５０内に取り込まれ、フレーム５０と磁性基体２８との間に割り込まされる。例えば、図８に示すように、アクチュエータフレーム５０は、フレーム開口を備え、プランジャ２６が延出位置にあるとき、プランジャ末端部５４は、フレーム開口を貫通して延出し、磁性基体２８は、プランジャ受け口２２を、フレーム５０の適当な位置（例えば、軸３４に沿った軸方向の位置）に保持するように働く。このように、第１の実施形態では、アクチュエータフレームの一部が、固締ねじ５６を介して、磁性基体２８に固定されて、フレームをコイルアセンブリに固定する。
【0032】
戻しばね３０は、プランジャ２６を延出位置に偏らせるように配置される。戻しばね３０は、圧縮コイルばねであることが好ましい。戻しばね３０の第１の端部は、プランジャ受け口端壁４２の内面に接触し、この内面によって保持される（且つ、この内面に連結することができる）。戻しばね３０の第２の端部は、プランジャ２６に支えられる。特に、戻しばね３０の第２の端部は、戻しばね支持部材６０に支えられる。戻しばね支持部材６０は、プランジャ駆動ピン６２の頭部の下に取り込まれる座金型構造である。プランジャ駆動ピン６２は、プランジャ主部５２の中心開口内に延在する軸である。このように、プランジャ駆動ピン６２は、駆動ピンとプランジャの開口との締まり嵌めによって固定される。戻しばね支持部材６０は、また、それ自身とプランジャ主部５２との間に、係止ばね３２の第１の端部すなわち基端、例えば、係止ばね基端６４を固定するように働く。このように、戻しばね３０は、プランジャ２６をそのプランジャ延出位置に偏らせるように働くだけでなく、プランジャアセンブリ全体（プランジャ２６、係止ばね３２、戻しばね支持部材６０、及び駆動ピン６２を備える）に力を加えて、プランジャアセンブリ全体を延出位置に移動させるようにも働く。したがって、戻しばね３０は、コイル２４への電力を解除した後、軸３４の方向に沿って、係止ばね３２を（図１に示すように）左方に移動させるように働くので、係止ばね３２は、位置を回復して、その係止の役割を果たすことができる。
【0033】
係止ばね３２は、コイル２４に電力が印加されていないとき、プランジャ２６をプランジャ延出位置に係止するような構成及び向きである。一方、係止ばね３２は、コイル２４に電力が印加されると、磁性基体２８（例えば、係止ばね溝５１内）に引き付けられることによって、プランジャ２６が引込位置に移動することができるような構成及び向きでもある。本明細書では、係止ばね３２のそれぞれ異なる実施形態及び構成を説明しているが、例えば、係止ばねの第２の端部によって、（コイル２４の作動時に）プランジャ２６が移動することができたり、或いは、（コイル２４の非作動時に）プランジャの移動を制限したり、又は、プランジャの全移動を阻止する位置及び／又は方法において、係止ばね３２の第１の端部が固定又は連結される位置のために、いくつかの実施形態は互いに異なる。
【0034】
図１〜図８に示す第１の実施形態では、係止ばね３２は、プランジャ２６に連結される係止ばね第１端部６４（基端）を有する。係止ばねの第２の端部すなわち末端（係止ばね末端６６）は、コイル２４に電力が印加されていないとき、プランジャ２６を、図１に示すプランジャ延出位置に係止するような向きである。一方、図３に示すように、係止ばね末端６６は、コイル２４に電力が印加されると、磁性基体２８（例えば、係止ばね溝５１内）に引き付けられることによって、プランジャ２６がそのプランジャ引込位置に移動することができるような向き及び構成である。
【0035】
図１で見て、図４で拡大すると、側断面において、係止ばね３２は、２つの直線部分を備えるように見えるが、その一方は、係止ばね基端６４を備え、他方は、係止ばね末端６６を備える。側断面において、係止ばね３２のこれら２つの部分は、ほぼＬ字形状を呈して、係止ばね３２を係止するように見える。係止ばね３２の形状は、２つの部分の間の内角が、８４°＋３°／−０°程度であるという意味で、「ほぼＬ字形状」であると言う。磁界が加えられると、係止ばね３２は、係止ばね末端６６が中心線（例えば、軸３４）と平行になるように偏向する。例えば、係止ばね３２は、末端６６が、プランジャ２６の移動方向に対して本質的に平行になるように、２つの部分の間の内角が、少なくとも実質的に９０°になるように偏向する。係止ばね末端６６は、コイル２４の作動時に係止ばね末端６６が磁性基体２８に引き付けられたとき、係止ばね末端６６が、係止ばね基端６４に対してより大きな内角、例えば、９０度以上を呈することができる程度に弾性である。
【0036】
例示的な実施形態の係止ばね基端６４の構成は、図５に示すように、リニアアクチュエータ２０の右端面図から分かる。図５に示すように、係止ばね基端６４は、円形状の中心部材７０を備え、中心部材７０は、同一平面内において、２つのほぼ半円状のアーム７２によって取り囲まれ、アーム７２を介して、中心部材７０は、係止ばね末端６６で終わる係止ばね３２の部分に引き付けられる。アーム７２の各々は、円弧状の間隙によって分離される２つの半円部分を備え、各アーム７２の２つの部分のうち外側の部分は、内側の部分よりも、係止ばね基端６４の軸方向の中心から更に半径方向の位置にある。中心部材７０は、その周面で、半円アーム７２の両方の内部の末端に連結される。半円アーム７２の両方の内部は、中心部材７０との取り付け部から最も遠くで、１８０度屈曲して、それぞれの半円アーム７２の外部と結合する。各半円アーム７２の外部の基端は、係止ばね末端６６に連結される。
【0037】
一般に、片持ち梁（例えば、梁）のばね速度は、片持ち梁の長さの３乗に反比例する。図５に示すような係止ばね３２の構成は、係止ばね３２の片持ち梁の長さを形成して、半円アーム７２の半円状の内部及び半円状の外部の長さの合計になる。この構成の場合、係止ばね３２のばね速度は、低速である。すなわち、偏向及び係止解除に必要な力は小さい。
【0038】
図１に示し、図６により詳細に示すように、プランジャ受け口端壁４２は、コイル２４に電力が印加されていないとき、係止ばね末端６６に係合する掛止構造部７６を備える。掛止構造部７６は、指片を備え、この指片は、プランジャ軸３４の方向に沿って、プランジャ受け口端壁４２から本質的に垂直に延在し、コイル２４に電力が印加されていないとき、係止ばね末端６６に係合する、すなわち、末端６６に「引っ掛かる」斜切面を備える。掛止構造部７６は、プランジャ受け口端壁４２と一体でもよいし、プランジャ受け口に取り付けるなどして固定される別個の片持ち部材又は他の適当な部材でもよい。端壁４２の開口７４によって、係止ばねは、プランジャが引込位置に移動すると、端壁を自由に貫通して延出することができる。
【0039】
リニアアクチュエータ２０’の第２の例示的な実施形態を、図９Ａ〜図９Ｂ、図１０Ａ〜図１０Ｂ、及び図１１Ａ〜図１１Ｂに示す。リニアアクチュエータ２０’は、図１のアクチュエータ２０と類似し、主に、係止ばね３２’の取り付け及び向きが異なる。例えば、係止ばね３２’は、プランジャ受け口２２に連結される係止ばね第１端部すなわち基端６４’と、係止ばね第２端部すなわち末端６６’とを備える。図９Ａ、図１０Ａ、及び図１１Ａの側断面図から分かるように、係止ばね３２’は、図１の係止ばね３２と類似する、本質的にＬ字形状の構成を有するが、軸３４の方向に対して異なる向きである。係止ばね基端６４’及び係止ばね末端６６’は、両方とも弾性である。
【0040】
係止ばね基端６４’は、軸３４と直交する平面内に延在する。その直交面内において、係止ばね基端６４’は、円形の中心開口を有する円形状を有することができる。係止ばね基端６４’の円形の中心開口は、プランジャ受け口基端側壁２４の内面に形成される又は取り付けられる中心ハブ８０に嵌合される。中心ハブ８０は、プランジャのキャビティ内に突出する。中心ハブ８０は、その末端付近に、ばね取付リム８１を備え、戻しばね３０の一端が、ばね取付リム８１に支えられる。ばね取付リム８１とプランジャ受け口右側壁２４の内面との中間に、中心ハブ８０は、ハブ周溝８２を備える。係止ばね基端６４’の円形中心開口の内面は、中心ハブ８０の周りに嵌合し、ハブ周溝８２に引っ掛かる。
【0041】
第２の実施形態のアクチュエータ２０’のプランジャ２６は、プランジャ非磁性カラー８４を備える。プランジャ非磁性カラー８４は、中空円筒状である。プランジャ非磁性カラー８４の中空中心は、戻しばね３０の一端を収容することにより、プランジャ２６の非作動端部を形成する。図９Ｂ、図１０Ｂ、及び図１１Ｂの拡大図に示すように、プランジャ非磁性カラー８４の外周面には、段差又は切欠きが形成されて、プランジャ係止ばね掛止部８６が設けられる。プランジャ係止ばね掛止部８６は、コイル２４に電力が印加されていないとき、プランジャ２６を、プランジャ延出位置（図９Ａ及び図９Ｂに示す）に係止するような向きである。プランジャ２６が、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、そのプランジャ延出位置にあるとき、係止ばね末端６６’の先端は、係止ばねの弾性によって、偏り、プランジャ係止ばね掛止部８６に係合することによって、プランジャ引込位置に向かうプランジャ２６の軸方向の変位を制限する。
【0042】
コイル２４に電力が印加されると、係止ばね３２’は、磁性基体２８に向かって引き付けられ、係止ばね溝５１内に移動し、これによって、プランジャ２６は、その全延出位置（図９Ａ及び図９Ｂに示す）から、プランジャ半引込位置（図１０Ａに概略的に示し、図１０Ｂにより詳細に示す）に移動し始めることができる。係止ばね３２’が磁性基体２８に引き付けられることによって、係止ばね末端６６’の先端は、半径方向に変位して係止ばね溝５１内に入るので、もはや、プランジャ係止ばね掛止部８６に支えられなくなる。このように、係止ばね末端６６’の構成及び向きは、コイル２４に電力が印加されると、係止ばね末端６６’が、磁性基体２８（例えば、係止ばね溝５１内）に引き付けられることによって、プランジャ２６は、まず最初に、プランジャ半引込位置（図１０Ａに概略的に示し、図１０Ｂにより詳細に示す）に移動することができるようになっている。
【0043】
コイル２４に電力を印加し続けた状態では、プランジャ２６が引っ込み続けて、プランジャ２６の磁性部（プランジャ非磁性カラー８４を除く）は、磁性基体２８に半径方向に近接するようになる。このような連続的な引込状態では、係止ばね末端６６’は、プランジャ２６の磁性部の周面に引き付けられる。係止ばね３２’が平坦で、プランジャ２６が円筒の場合、プランジャ２６と係止ばね３２’との間の線接触しかなく、この線接触により、最小の摩擦しか生じない。しかしながら、位置の変化に伴って、プランジャ２６の磁力は増加しているので、摩擦は、停止動作とは異なり、プランジャ２６の速度を遅くするように作用しているに過ぎない。この現象の利点は、このような摩擦を用いて、保持力を大きくすることにより、全消費電力及び加熱の低減を実現することによって、利用される。
【0044】
プランジャ非磁性カラー８４は、プランジャ係止ばね掛止部８６を設置するように働くだけでなく、プランジャ２６の最内端で磁束を減衰させて、プランジャ２６の係止解除又は移動を行いたいとき、プランジャ２６の磁力が、係止ばね３２’に対する磁性基体２８の引力を上回らないようにも働く。
【0045】
このように、プランジャ受け口２２は、プランジャ受け口端壁４２を備え、係止ばね第１端部６４’は、プランジャ受け口端壁４２に連結され、係止ばね第２端部６６’は、コイル２４に電力が印加されていないとき、プランジャ係止ばね掛止部８６に接触する。プランジャ係止ばね掛止部８６は、プランジャの非磁性部、例えば、プランジャ非磁性カラー８４に形成されることが好ましい。係止ばね第２端部６６’及びプランジャ２６（プランジャ非磁性カラー８４を含む）は、係止ばね第２端部６６’が、基体に引き付けられて、プランジャの動きを解放した後（図１０Ａ及び図１０Ｂに示す）、係止ばね３２’の第２端部６６’がプランジャ２６に再び引き付けられて（図１１Ａ及び図１１Ｂに示す）、引込位置の保持力を低減させるような構成及び位置である。
【0046】
このように、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、及び図１１Ｂの第２の実施形態では、係止ばねの取り付け点及び向きが、図１〜図８の第１の実施形態の本質的に逆である。第２の実施形態では、プランジャ２６から係止ばね３２’への磁気的な引力がある場合でも、磁性基体２８からの力はより大きくなり、係止ばね３２’を係止ばね溝５１内に移動させて、プランジャ２６は引込位置に移動することができる。
【0047】
図１２は、磁性基体２８のプランジャに最も近い面は、プランジャ受け口円筒壁３６の内面よりも、（軸３４に対して）更に半径方向の位置にあることを、拡大して示す。すなわち、磁性基体２８は、係止ばね溝５１に対して本質的に「ほぼ同一平面（subflush）」であるか、又は、係止ばね溝５１から半径方向に離間しており、コイル２４が付勢されると（図１２では、コイル２４が付勢されている）、係止ばね基端６４は、係止ばね溝５１内に引き込まれる。その結果、ばねと基体との境界面（例えば、係止ばね３２と磁性基体２８との境界面）には、残留磁気が存在せず、係止ばね３２は、低摩擦係数材料（例えば、低摩擦係数のプラスチック材料）上に載るので、付勢力の低減に寄与する。すなわち、磁性基体２８は、磁性基体２８と係止ばね３２との間の残留磁気を低減させる量だけ、プランジャ受け口円筒壁３６の内周の半径方向外側に設けられる。また、コイル２４に電力供給せずに、プランジャ２６を移動させようとしても、係止ばね３２の可撓部によって、プランジャ２６は、係止ばね３２にぶつかり、係止ばねの末端には、支柱として負荷がかかる。一方、従来技術が、電力低減を試みるためのばね速度を有していても、従来技術の支柱の強度が損なわれ、永久歪及び作用不良を引き起こす。換言すれば、従来技術が、そのばね速度を低下させても、ばね材料の方がはるかに薄いので、支柱強度の低下により座屈しやすくなる。
【0048】
このように、図１２では、図１の第１の実施形態のリニアアクチュエータ２０の引込状態のプランジャの動作の少なくとも一部と、第２の実施形態のリニアアクチュエータ２０’の少なくとも半引込状態のプランジャの動作（例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂ参照）とを説明している。
【0049】
図１３及び図１４は、リニアアクチュエータ２０”の第３の例示的な実施形態を示す。前述の各実施形態のものと同様の第３の実施形態のリニアアクチュエータ２０”の部材については、同様の符号で示す。図１３及び図１４のリニアアクチュエータ２０”の係止ばね３２は、第２の実施形態と同様の向き及び位置である。但し、第３の実施形態のリニアアクチュエータ２０”の場合、磁性基体２８”が、半径方向ではなく軸方向に挿入される。すなわち、第３の実施形態のリニアアクチュエータ２０”では、磁性基体２８”は、軸３４に平行な方向に挿入されて、端壁開口７４”を貫通する（図１４参照）。挿入後、磁性基体２８”は、プランジャ受け口円筒壁３６”の凹状内面９０上に位置する。凹状内面９０は、軸３４に対して半径方向に位置しており、図１２を参照して上記で説明したのと同様に、第３の例示的な実施形態の磁性基体２８”も、係止ばね溝５１に対して本質的に「ほぼ同一平面（subflush）」であるか、又は、係止ばね溝５１から半径方向に離間している。この点で、一例示的な実施例では、端壁開口７４”は、凹状内面９０と本質的に平行になることができる。別の例示的な実施例では、端壁開口７４”は、軸３４の上方又は軸３４の半径方向近傍に位置して、磁性基体２８”は、半径方向に沈下して、プランジャ受け口円筒壁３６”の凹状内面９０上に位置することができる。他の例示的な各実施形態の場合のように、磁性基体２８”は、プランジャに対して半径方向に設けられる。更に、図１３及び図１４の第３の実施形態では、コイル２４”は、均一な半径方向の厚さを有さない。なぜならば、プランジャ受け口円筒壁３６”の凹状内面９０を形成しているので、磁性基体２８”の近傍の軸３４に沿ったコイルの半径方向の厚さは、軸３４の残りの部分に沿ったコイルの公称厚さよりも小さいからである。
【0050】
本明細書に開示した技術の係止ばね３２によって、戻しばね３０のばね速度の低速化、例えば、約０．２ｌｂ／ｉｎのばね速度の実現が容易になり、これは、図１５の従来技術の例の場合の約０．９ｌｂ／ｉｎのばね速度よりも低速である。このような低速のばね速度により、十分な支柱の剛性（すなわち、プランジャ軸３４に沿った係止ばね３２の末端の剛性）によって、プランジャ２６をその延出位置に維持することができる。低速のばね速度の場合、かなり低い電力レベルで、係止ばね３２が磁性基体２８に引き付けられるので、戻しばね３０は、プランジャ２６を延出位置に戻すのに必要な程度だけ、プランジャ２６を偏らせることができる。本明細書に開示した技術のリニアアクチュエータは、プランジャと基体との間の緩衝材又はダンパを必要としないので、このような緩衝材又はダンパを必要とせずに、低電力要件を実現することができる。
【0051】
いくつかの実施形態では、係止ばね３２は、非磁性ボビン構造部、例えば、掛止構造部７６によって、磁性基体２８から分離されるので、いずれの摩擦抵抗も最小になる。磁性係止ばね３２が磁性基体２８に引き付けられ、また、磁力が指数関数的に大きくなるので、係止ばね３２がプランジャ受け口２２によって磁性基体２８から分離されない場合、係止ばね３２は、磁性基体２８に対して高い法線力を有し、係止ばね３２がプランジャ２６と共に摺動するにつれて、高い摩擦力で、強磁性体同士が接触する。
【0052】
本明細書に開示した技術のリニアアクチュエータ２０は、閉エアギャップ構造を用いない。その代わりに、磁性基体２８が、プランジャ２６に対して半径方向に設けられる。プランジャ２６は、力が低下して動きが停止する点まで、半径方向に設けられた磁性基体２８に磁気的に引き付けられる。したがって、本明細書に開示した技術の利点として、雑音低減があり、例えば、本明細書に開示した技術では、プランジャ２６と磁性基体２８との衝突がないので、衝突による雑音は無い。また、金属同士の接触が無い場合、残留磁気の問題は無い。また、力が低下するにつれて、磁気回路のため、プランジャアセンブリは、これ以外の場合ではバンパ又は緩衝材との衝突に伴う衝撃を最小限に抑えながら、ゆっくり停止される。
【0053】
戻しばね３０はプランジャ２６を戻しさえすればよいので、戻っているプランジャ２６の衝突は最小限に抑えられる。戻しばねの力が小さいことによって、付勢力及び熱放散が低下する。したがって、係止ばね３２を用いることによって、振動に強い係止が可能になり、半径方向に設けられた磁性基体２８によって、必要な力レベルを低減し、金属同士の衝突による雑音を著しく除去することができる。
【0054】
このように、本明細書に開示した技術は、電力を印加せずに移動に抗して係止される、静かで、機械的衝撃に強く、２方向型で、低消費電力である、直線運動アクチュエータを供する。したがって、利点として、静かで、低電力で、熱をほとんど発生せず、機械的衝撃に強く、且つ、停電時に既知の位置に戻るという点でフェールセーフであるリニアアクチュエータである。
【0055】
上記の実施形態は単なる例示であり、請求項に定義する本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
【0056】
例えば、アクチュエータフレーム５０は、本質的に、開口・Ｌ字形状の構成を有するように示したが、フレーム５０の他の構成は可能である。例えば、フレームは、アクチュエータが管状ソレノイドである場合、本質的に円筒状で、コイルアセンブリ（例えば、プランジャ受け口２２）を封入することができる。別の例示的な実施形態では、フレーム５０は、本質的に「Ｄ」字形状であり、フレームが、コイルアセンブリの上部及び底部を越えて延在することができる。
【0057】
少なくともいくつかの例示的な実施形態では、磁性基体２８は、プランジャ２６の周面の外側だけでなく、コイル２４から（軸３４に沿って）軸方向に離間して、プランジャ２６を磁性基体２８に引き付けることができる。他の構成も可能である。例えば、コイルアセンブリに段差を形成して、基体が突出して後端を貫通するためのポケットを設け、基体の少なくとも一部がコイルアセンブリ内部にあるようにすることができる。
【0058】
いくつかの実施形態では、係止ばねは、プランジャ受け口に連結される一端を有するように示した。係止ばねは、他の構造すなわち中間構造を介して、プランジャ受け口に連結することができるので、「連結される」とは、必ずしも、プランジャ受け口に直接取り付けることではない。また、更に他の実施形態では、係止ばねは、プランジャ受け口以外の構造、例えば、フレーム又は磁性基体にも連結することができる。
【0059】
本出願の説明及び請求項において、動詞「備える（comprise）」、「含む（include）」、「含む（contain）」及び「有する（have）」、並びにその変形形態は、説明する要素又は特徴の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素又は特徴の存在を排除するものではない。
【0060】
明確にするために別個の実施形態に関連して説明されている本発明の特定の特徴は、１つの実施形態において組み合わせて提供してもよいものと理解される。逆に、簡潔にするために１つの実施形態に関連して説明されている本発明の種々の特徴を、個別に又はそれらを適当に組み合わせて提供してもよい。
【符号の説明】
【0061】
２０，２０’，２０” リニアアクチュエータ２２ プランジャ受け口
２４，２４” コイル
２６ プランジャ
２８，２８” 磁性基体
３０ 戻しばね
３２，３２’ 係止ばね
３４ プランジャ軸
３６，３６” 円筒壁
３８ 末端壁（第１の端壁）
３９ 基端壁部（第２の端壁部）
４０ 開口
４１ コイル導線保持フランジ
４２ プランジャ受け口端壁
４４ コイル導線
４５ プランジャ受け口キャップ
４６ プランジャ受け口キャップネック
４８ Ｏリング
５０ アクチュエータフレーム
５１ 係止ばね溝
５２ プランジャ主部
５４ プランジャ末端部
５６ 固締ねじ
６０ 戻しばね支持部材
６２ プランジャ駆動ピン
６４，６４’ 係止ばね基端
６６，６６’ 係止ばね末端
７０ 中心部材
７２ アーム
７４，７４” 端壁開口
７６ 掛止構造部
８０ 中心ハブ
８１ ばね取付リム
８２ ハブ周溝
８４ プランジャ非磁性カラー
８６ プランジャ係止ばね掛止部
９０ 凹状内面