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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022045009
(43)【公開日】2022-03-18
(54)【発明の名称】直動アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
H02K 33/16 20060101AFI20220311BHJP
H01F 7/16 20060101ALI20220311BHJP
【ＦＩ】
H02K33/16 A
H01F7/16 N
H01F7/16 D
H01F7/16 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020150464
(22)【出願日】2020-09-08
(71)【出願人】
【識別番号】000000011
【氏名又は名称】株式会社アイシン
(74)【代理人】
【識別番号】100114959
【弁理士】
【氏名又は名称】山▲崎▼ 徹也
(72)【発明者】
【氏名】高橋 健汰
(72)【発明者】
【氏名】小野 壽
(72)【発明者】
【氏名】都築 孝規
【テーマコード（参考）】
5E048
5H633
【Ｆターム（参考）】
5E048AA08
5E048AD02
5H633BB07
5H633BB08
5H633BB10
5H633GG02
5H633GG04
5H633GG06
5H633GG09
5H633GG23
5H633HH03
5H633HH07
5H633HH09
5H633HH13
5H633HH24
5H633JA01
5H633JA02
5H633JA07
(57)【要約】
【課題】往復移動の全般に亘って推力が強くコンパクトな直動アクチュエータを得る。
【解決手段】ハウジングの内部に電磁式のソレノイドＳを有し、ソレノイドＳが、自身の軸心Ｚに沿って往復移動する可動子１と、可動子１を包囲する状態に配置され、軸心Ｚを含む平面による断面視においてコの字状の断面形状を備えつつ、軸心Ｚに対する周方向に巻かれたコイル３を内包し、コの字状の断面の両端部に第１ティースＴ１と第２ティースＴ２が形成された固定子２と、を備え、可動子１の表面に対し、軸心Ｚの延出方向に沿って第１ティースＴ１および第２ティースＴ２の配置順序に従って第１磁石Ｍ１と第２磁石Ｍ２が設けられ、第１磁石Ｍ１が、可動子１の外部から軸心Ｚに向く磁力線を生じさせる状態に着磁され、第２磁石Ｍ２が、軸心Ｚから外部に向く磁力線を生じさせる状態に着磁されている直動アクチュエータＵ。
【選択図】図１
【解決手段】ハウジングの内部に電磁式のソレノイドＳを有し、ソレノイドＳが、自身の軸心Ｚに沿って往復移動する可動子１と、可動子１を包囲する状態に配置され、軸心Ｚを含む平面による断面視においてコの字状の断面形状を備えつつ、軸心Ｚに対する周方向に巻かれたコイル３を内包し、コの字状の断面の両端部に第１ティースＴ１と第２ティースＴ２が形成された固定子２と、を備え、可動子１の表面に対し、軸心Ｚの延出方向に沿って第１ティースＴ１および第２ティースＴ２の配置順序に従って第１磁石Ｍ１と第２磁石Ｍ２が設けられ、第１磁石Ｍ１が、可動子１の外部から軸心Ｚに向く磁力線を生じさせる状態に着磁され、第２磁石Ｍ２が、軸心Ｚから外部に向く磁力線を生じさせる状態に着磁されている直動アクチュエータＵ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジングの内部に電磁式のソレノイドを有し、
前記ソレノイドが、
自身の軸心に沿って往復移動する可動子と、
前記可動子を包囲する状態に配置され、前記軸心を含む平面による断面視においてコの字状の断面形状を備えつつ、前記軸心に対する周方向に巻かれたコイルを内包し、前記コの字状の断面の両端部に第１ティースと第２ティースが形成された固定子と、を備え、
前記可動子の表面に対し、前記軸心の延出方向に沿って前記第１ティースおよび前記第２ティースの配置順序に従って第１磁石と第２磁石が設けられ、
前記第１磁石が、前記可動子の外部から前記軸心に向く磁力線を生じさせる状態に着磁され、前記第２磁石が、前記軸心から前記外部に向く磁力線を生じさせる状態に着磁されている直動アクチュエータ。
前記ソレノイドが、
自身の軸心に沿って往復移動する可動子と、
前記可動子を包囲する状態に配置され、前記軸心を含む平面による断面視においてコの字状の断面形状を備えつつ、前記軸心に対する周方向に巻かれたコイルを内包し、前記コの字状の断面の両端部に第１ティースと第２ティースが形成された固定子と、を備え、
前記可動子の表面に対し、前記軸心の延出方向に沿って前記第１ティースおよび前記第２ティースの配置順序に従って第１磁石と第２磁石が設けられ、
前記第１磁石が、前記可動子の外部から前記軸心に向く磁力線を生じさせる状態に着磁され、前記第２磁石が、前記軸心から前記外部に向く磁力線を生じさせる状態に着磁されている直動アクチュエータ。
【請求項2】
前記可動子が往復移動に係るストロークの何れの位置にあっても、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第１ティースおよび前記第２ティースのうち少なくとも何れか一方に対向するように構成されている請求項１に記載の直動アクチュエータ。
【請求項3】
前記軸心を含む平面による断面視において、前記第１ティースおよび前記第２ティースのうち少なくとも前記第１ティースが、前記可動子に対向する内面部に前記軸心と平行に延出する突出部を備え、
前記突出部の厚みが、前記突出部が延出する方向の縁部に近付くほど薄く形成されている請求項１または２記載の直動アクチュエータ。
前記突出部の厚みが、前記突出部が延出する方向の縁部に近付くほど薄く形成されている請求項１または２記載の直動アクチュエータ。
【請求項4】
前記可動子のストロークの一方端において、前記第１磁石が前記第１ティースと対向せず、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第１ティースに対向し、且つ、前記第２磁石が前記第２ティースに対向しない状態となり、
前記可動子のストロークの他方端において、前記第１磁石の少なくとも一部が前記第１ティースと対向し、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第２ティースと対向する状態となり、
前記可動子が前記ストロークの途中において、前記第１磁石の端部が前記第１ティースの端部と対向し、前記第２磁石が前記第２ティースと対向しない状態が形成される請求項１から３の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
前記可動子のストロークの他方端において、前記第１磁石の少なくとも一部が前記第１ティースと対向し、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第２ティースと対向する状態となり、
前記可動子が前記ストロークの途中において、前記第１磁石の端部が前記第１ティースの端部と対向し、前記第２磁石が前記第２ティースと対向しない状態が形成される請求項１から３の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
【請求項5】
前記可動子のうち、前記第２磁石を挟んで前記第１磁石とは反対側に、前記固定子から生じた磁束を受け止める第３の磁束通過領域を設けてある請求項１から４の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
【請求項6】
前記ハウジングに、前記可動子の往復移動方向に沿う移動が規制され、前記軸心の周りに前記可動子と相対回転する環状部材が設けられ、
前記可動子および前記環状部材のうちの一方にピンが設けられ、他方に、前記ピンが係入するループ状の溝が設けられている請求項１から５の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
前記可動子および前記環状部材のうちの一方にピンが設けられ、他方に、前記ピンが係入するループ状の溝が設けられている請求項１から５の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
【請求項7】
前記溝のうち、前記可動子の前記往復移動の方向に沿った一方方向への移動に係る領域および他方方向への移動に係る領域の夫々において、前記可動子と前記環状部材との前記相対回転の角度θを、前記往復移動の方向に沿う単位移動距離Ｌによって除した値（θ/Ｌ値）を設定するとき、前記（θ/Ｌ値）の絶対値が前記可動子の前記往復移動方向への移動に伴って増大する部位を設けてある請求項６に記載の直動アクチュエータ。
【請求項8】
前記可動子を前記往復移動の方向に沿った一方側に常時付勢する付勢部材を前記ハウジングに備えると共に、前記溝のうち前記往復移動の方向に沿った異なる位置に、両側の前記溝が前記付勢部材の付勢方向に沿って奥側に延出する状態となる第１屈曲部および第２屈曲部を備えている請求項６または７に記載の直動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明に係る直動アクチュエータは、磁界を形成するコイルを有する固定子とその内部で直線往復移動する可動子を備えた電磁式のソレノイドを駆動源とするものに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、このような直動アクチュエータとしては例えば特許文献１に示すものがある（〔０００６〕～〔０００７〕段落および図１，２参照）。
【0003】
この技術は、固定子として、例えば二つのコイルを並設するとともに、これら二つのコイルの外側と二つのコイルの間に合計三つの磁極片を持つヨークを備えている。ヨークの中央部には往復移動する可動子が置かれ、この可動子には、移動方向に沿ってＳ極とＮ極とをもつ磁石が固定されている。
【0004】
磁石は二つのコイルの夫々に対向する位置の間を移動するが、二つの移動端点においては、磁石の両端部と当該両端部に対向する二つのヨークとは移動方向に沿って位置ずれするように構成される。
【0005】
つまり、可動子が一方の端点にある時、コイルの通電方向を制御して、可動子の夫々の端部が対応する磁極片の極性を磁石の対応端点の極性と同じにする。これにより、可動子は、固定子に反発して他方の端点に向けて移動する。このとき、他方の移動端点の側にある磁極片は、磁石の移動方向先端側の極性と反対に設定され、磁石を吸引する。これにより、磁石を備えた可動子は、他方の端点に向けて駆動される。
【0006】
このように構成することで、可動子が固定子に対して往復駆動するものでありながら、双方の端点においてマグネットと磁極片との磁力伝達がスムーズに行われ、可動子が双方の端点において強固に位置保持することができる。また、通電方向を切り替えた場合には、磁石に対する反発磁力が形成されるから、特段に強力な磁気を有する磁石や巻き線数の多いコイルを不要としながら、可動子の駆動が確実な直動アクチュエータが得られるとのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００５－２４５０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、上記従来の直動アクチュエータでは、可動子を往復移動させるために二個のコイルを用いており、その分の体格が大きくなる。
【0009】
また、可動子の推力を高めるには起磁力の主要因となる巻線起磁力を増加させる必要があり、巻線ターン数を増加させる必要があって、これによっても体格が増大する。
【0010】
さらに、可動子の往復移動距離は、軸方向に延出する磁石の長さに依存する。よって、移動距離を延ばすためには磁石の体格が増大し、可動子の質量増大を招く結果、可動子の機敏性が損なわれる。
【0011】
このような実情に鑑み、従来から、コンパクトな構成でありながら往復移動の全般に亘って強い推力が得られる直動アクチュエータが求められている。
【課題を解決するための手段】
【0012】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータは、ハウジングの内部に電磁式のソレノイドを有し、
前記ソレノイドが、
自身の軸心に沿って往復移動する可動子と、
前記可動子を包囲する状態に配置され、前記軸心を含む平面による断面視においてコの字状の断面形状を備えつつ、前記軸心に対する周方向に巻かれたコイルを内包し、前記コの字状の断面の両端部に第１ティースと第２ティースが形成された固定子と、を備え、
前記可動子の表面に対し、前記軸心の延出方向に沿って前記第１ティースおよび前記第２ティースの配置順序に従って第１磁石と第２磁石が設けられ、
前記第１磁石が、前記可動子の外部から前記軸心に向く磁力線を生じさせる状態に着磁され、前記第２磁石が、前記軸心から前記外部に向く磁力線を生じさせる状態に着磁されている直動アクチュエータ。
本発明に係る直動アクチュエータは、ハウジングの内部に電磁式のソレノイドを有し、
前記ソレノイドが、
自身の軸心に沿って往復移動する可動子と、
前記可動子を包囲する状態に配置され、前記軸心を含む平面による断面視においてコの字状の断面形状を備えつつ、前記軸心に対する周方向に巻かれたコイルを内包し、前記コの字状の断面の両端部に第１ティースと第２ティースが形成された固定子と、を備え、
前記可動子の表面に対し、前記軸心の延出方向に沿って前記第１ティースおよび前記第２ティースの配置順序に従って第１磁石と第２磁石が設けられ、
前記第１磁石が、前記可動子の外部から前記軸心に向く磁力線を生じさせる状態に着磁され、前記第２磁石が、前記軸心から前記外部に向く磁力線を生じさせる状態に着磁されている直動アクチュエータ。
【0013】
（効果）
本構成であれば、固定子と可動子との相対位置に応じてコイルへの通電方向を設定することで、コイルが形成する磁束が、第１磁石および第２磁石によって形成される磁束の影響を受けて、固定子と可動子との間の特定部位に集約され易くなる。このため、通電方向に応じて固定子に対する可動子の推力方向が確実に切り替わり、コンパクトな構成でありながら大きな推力を発生させることができる。
本構成であれば、固定子と可動子との相対位置に応じてコイルへの通電方向を設定することで、コイルが形成する磁束が、第１磁石および第２磁石によって形成される磁束の影響を受けて、固定子と可動子との間の特定部位に集約され易くなる。このため、通電方向に応じて固定子に対する可動子の推力方向が確実に切り替わり、コンパクトな構成でありながら大きな推力を発生させることができる。
【0014】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータは、前記可動子が往復移動に係るストロークの何れの位置にあっても、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第１ティースおよび前記第２ティースのうち少なくとも何れか一方に対向するように構成されていると好都合である。
本発明に係る直動アクチュエータは、前記可動子が往復移動に係るストロークの何れの位置にあっても、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第１ティースおよび前記第２ティースのうち少なくとも何れか一方に対向するように構成されていると好都合である。
【0015】
（効果）
コイルへの通電方向を切り替えると、固定子に形成される磁界の方向が反転する。第１ティースに着目した場合、磁界は、第１ティースから可動子に向かうものと、可動子から第１ティースに向かうものとが入れ替わり形成される。一方、第２磁石が形成する磁界は、磁力線が常に可動子から第１ティースに向く方向に形成される。第２磁石の一部は第１ティースと対向している場合が多く、この状態では、固定子に形成される磁界と第２磁石によって形成される磁界とは互いに反発する場合と同調する場合とが生じる。
コイルへの通電方向を切り替えると、固定子に形成される磁界の方向が反転する。第１ティースに着目した場合、磁界は、第１ティースから可動子に向かうものと、可動子から第１ティースに向かうものとが入れ替わり形成される。一方、第２磁石が形成する磁界は、磁力線が常に可動子から第１ティースに向く方向に形成される。第２磁石の一部は第１ティースと対向している場合が多く、この状態では、固定子に形成される磁界と第２磁石によって形成される磁界とは互いに反発する場合と同調する場合とが生じる。
【0016】
このうち、互いの磁界が反発するとき、行き場を失った磁力線は第１ティースから側方に伝わり易くなり、磁界の方向が可動子の外部から軸心に向かう第１磁石の磁界と同調し易くなる。この結果、第１磁石に進入した磁力線は可動子の内部を通じて第２磁石に至り、可動子と固定子との間で磁束のループが完成される。これにより、第１磁石が第１ティースの側に引かれる推力が発生し可動子が移動する。
【0017】
可動子が他方の端点に向けて移動すると、第２磁石が第２ティースに近付き、コイルによる磁界と第２磁石による磁界とが同調し始める。これにより、第２磁石から第２ティースに向かう磁束密度が増加する。そのため、可動子は引き続き他方の端点に向けて推力を得る。
【0018】
一方、可動子が他方の端点に到達し、第２磁石の一部が第２ティースと対向する状態にあるとき、コイルへの通電方向が切り替えられる。これにより、第２ティースから第２磁石に磁界が生じようとするが、この磁界は第２磁石による磁界と反発し、可動子のうち第２磁石を挟んで第１磁石と反対側の部位に到達する。よって、上記説明と同様の効果により可動子が逆方向に移動する。
【0019】
このように、第２磁石の少なくとも一部が第１ティースおよび第２ティースのうち少なくとも何れか一方に対向することで、コイルへの通電方向の切り替え時に形成される磁束ループの位置が第２磁石を挟んで両側に大きく変更される。よって、このループを縮小するべく大きな推力が発生し、可動ストロークの広い直動アクチュエータを得ることができる。
【0020】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記軸心を含む平面による断面視において、前記第１ティースおよび前記第２ティースのうち少なくとも前記第１ティースが、前記可動子に対向する内面部に前記軸心と平行に延出する突出部を備え、前記突出部の厚みが、前記突出部が延出する方向の縁部に近付くほど薄く形成されていると好都合である。
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記軸心を含む平面による断面視において、前記第１ティースおよび前記第２ティースのうち少なくとも前記第１ティースが、前記可動子に対向する内面部に前記軸心と平行に延出する突出部を備え、前記突出部の厚みが、前記突出部が延出する方向の縁部に近付くほど薄く形成されていると好都合である。
【0021】
（効果）
一般にソレノイドにおけるティースと可動子とは、可動子に形成された磁束通過領域がティースに対向する状態にあるとき、両者間の隙間は軸心の延出方向に沿って等間隔に形成される。つまり、可動子の磁束通過領域とティースとは軸心に直交する方向に対向する。この場合、コイルへの通電による磁束は、ティースと磁束通過領域とを最短距離で結ぶ状態に形成されるから磁束の通過方向は軸心に対して直交する。よって、可動子を移動させる方向の磁束成分が減少し可動子の移動推力が減少する。
一般にソレノイドにおけるティースと可動子とは、可動子に形成された磁束通過領域がティースに対向する状態にあるとき、両者間の隙間は軸心の延出方向に沿って等間隔に形成される。つまり、可動子の磁束通過領域とティースとは軸心に直交する方向に対向する。この場合、コイルへの通電による磁束は、ティースと磁束通過領域とを最短距離で結ぶ状態に形成されるから磁束の通過方向は軸心に対して直交する。よって、可動子を移動させる方向の磁束成分が減少し可動子の移動推力が減少する。
【0022】
また、ティースと磁束通過領域との対向面積が最も広くなる状態では、磁束密度が減少して可動子の移動推力が減少する。
【0023】
本構成のソレノイドでは、第１磁石および第２磁石が磁束通過領域となるが、第１ティース等に形成した突出部の厚みを縁部ほど薄く形成することで、磁束が通過する突出部のボリュームが可動子の移動方向に沿って不均一になる。また、突出部のうち、可動子に対向する面に傾斜部を設けた場合には、突出部と第１磁石あるいは第２磁石が対向した状態で両者間の隙間が不均一となる。
【0024】
このような不均一を形成することで、突出部と第１磁石あるいは第２磁石とに亘って通過する磁束の方向が可動子の移動方向に直交する方向に対して傾斜するものとなる。この結果、可動子の移動推力が増大しソレノイドの駆動性能が向上する。
【0025】
さらに、ソレノイドの移動推力の増大に伴ってソレノイドの小型化が可能となり、搭載性の良い直動アクチュエータを得ることができる。
【0026】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータは、前記可動子のストロークの一方端において、前記第１磁石が前記第１ティースと対向せず、前記第２磁石が前記第２ティースに対向しない状態となり、
前記可動子のストロークの他方端において、前記第１磁石の少なくとも一部が前記第１ティースと対向し、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第２ティースと対向する状態となり、
前記可動子が前記ストロークの途中において、前記第１磁石の端部が前記第１ティースの端部と対向し、前記第２磁石が前記第２ティースと対向しない状態が形成される請求項１から３の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
本発明に係る直動アクチュエータは、前記可動子のストロークの一方端において、前記第１磁石が前記第１ティースと対向せず、前記第２磁石が前記第２ティースに対向しない状態となり、
前記可動子のストロークの他方端において、前記第１磁石の少なくとも一部が前記第１ティースと対向し、前記第２磁石の少なくとも一部が前記第２ティースと対向する状態となり、
前記可動子が前記ストロークの途中において、前記第１磁石の端部が前記第１ティースの端部と対向し、前記第２磁石が前記第２ティースと対向しない状態が形成される請求項１から３の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
【0027】
（効果）
可動子に作用する推力が増大するのは、可動子の側の磁石の端部と固定子の側のティースの端部とが軸心に沿う方向で一致する状態である。本構成では、第２磁石の一部が常に第１ティースと対向しているから、上記端部どうしが一致する状態は、第１磁石と第１ティースとの間において、および、第２磁石と第２ティースとの間において発生する。
可動子に作用する推力が増大するのは、可動子の側の磁石の端部と固定子の側のティースの端部とが軸心に沿う方向で一致する状態である。本構成では、第２磁石の一部が常に第１ティースと対向しているから、上記端部どうしが一致する状態は、第１磁石と第１ティースとの間において、および、第２磁石と第２ティースとの間において発生する。
【0028】
本構成では、これら二つの状態が発生するタイミングを異ならせてある。つまり、可動子を一方向に移動させる際に可動子を強く移動させる機会が二回生じる。これにより、移動ストロークの全般に亘って強い推力が得られるものとなり、ソレノイドの駆動性が安定なものとなる。
【0029】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記可動子のうち前記第２磁石を挟んで前記第１磁石とは反対側に、前記固定子から生じた磁束を受け止める第３の磁束通過領域を設けておくことができる。
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記可動子のうち前記第２磁石を挟んで前記第１磁石とは反対側に、前記固定子から生じた磁束を受け止める第３の磁束通過領域を設けておくことができる。
【0030】
（効果）
本構成のように、第２磁石を挟んで第１磁石とは反対側に第３の磁束通過領域を設けることで、例えば、第１磁石が第１ティースに対向し、第２磁石が第２ティースに対向する状態にあるとき、コイルへの一方向への通電によって第２ティースから第３の磁束通過領域に磁束が形成され易くなる。
本構成のように、第２磁石を挟んで第１磁石とは反対側に第３の磁束通過領域を設けることで、例えば、第１磁石が第１ティースに対向し、第２磁石が第２ティースに対向する状態にあるとき、コイルへの一方向への通電によって第２ティースから第３の磁束通過領域に磁束が形成され易くなる。
【0031】
具体的には、コイルに形成される磁束の方向が、第２磁石から第１ティースに至り、コイルの壁部を介して第２ティースに至る場合、第２ティースから可動子に向かう磁束の通過領域が必要となる。この場所は、可動子の表面のうち、第２磁石を挟んで第１磁石とは反対の位置となる。よって、第３の磁束通過領域として、例えば、可動子の表面に凸部を形成して第２ティースに近い部位を形成したり、可動子の表面に第３の磁石を設けたりすることで、磁束の形状を所期のものに設定することができる。その結果、可動子に作用する推力を高めることができ、駆動性能に優れた直動アクチュエータを得ることができる。
【0032】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記ハウジングに、前記可動子の前記軸心に沿う移動が規制され前記軸心の周りに前記可動子と相対回転する環状部材を設け、前記可動子および前記環状部材のうちの一方にピンを設け、他方に、前記ピンが係入するループ状の溝を設ける構成とすることができる。
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記ハウジングに、前記可動子の前記軸心に沿う移動が規制され前記軸心の周りに前記可動子と相対回転する環状部材を設け、前記可動子および前記環状部材のうちの一方にピンを設け、他方に、前記ピンが係入するループ状の溝を設ける構成とすることができる。
【0033】
（効果）
本構成のように、ピンおよびループ状の溝を、可動子と、可動子の周りに設けられた環状部材と、に振り分け設置することで、可動子の往復移動に際してピンが溝に案内される。これにより、可動子および環状部材は軸心の周りに相対回転する。可動子および環状部材は所定の慣性を有するから、可動子の往復移動に係る運動エネルギーの一部が上記相対移動によって吸収され、可動子の往復移動速度を低減することができる。
本構成のように、ピンおよびループ状の溝を、可動子と、可動子の周りに設けられた環状部材と、に振り分け設置することで、可動子の往復移動に際してピンが溝に案内される。これにより、可動子および環状部材は軸心の周りに相対回転する。可動子および環状部材は所定の慣性を有するから、可動子の往復移動に係る運動エネルギーの一部が上記相対移動によって吸収され、可動子の往復移動速度を低減することができる。
【0034】
このような運動エネルギーの移動態様は、溝の形状を工夫することで任意に設定することができる。例えば、可動子の移動方向に対して溝部の交差角度を大きく設定すると、可動子の単位距離に係る移動に対して互いの相対姿勢の変化が大きくなる。よって、可動子の運動エネルギーの吸収程度が増大し可動子の制動効果が高まる。
【0035】
このように、本構成であれば、可動子の移動速度を安定化させ、可動子の移動開始時および移動停止時の速度変化を滑らかに調整して、振動や騒音の少ない直動アクチュエータを得ることができる。また、本構成のように可動子あるいは環状部材の慣性を利用するものでは消耗部品等を用いる必要がなく優れた耐久性を得ることができる。
【0036】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記溝のうち、前記可動子の前記軸心に沿った一方方向への移動に係る領域および他方方向への移動に係る領域の夫々において、前記可動子と前記環状部材との前記相対回転の角度θを、前記軸心に沿う単位移動距離Ｌによって除した値（θ/Ｌ値）を設定するとき、前記（θ/Ｌ値）の絶対値が前記可動子の前記軸心に沿う移動に伴って増大する部位を設けてあると好都合である。
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記溝のうち、前記可動子の前記軸心に沿った一方方向への移動に係る領域および他方方向への移動に係る領域の夫々において、前記可動子と前記環状部材との前記相対回転の角度θを、前記軸心に沿う単位移動距離Ｌによって除した値（θ/Ｌ値）を設定するとき、前記（θ/Ｌ値）の絶対値が前記可動子の前記軸心に沿う移動に伴って増大する部位を設けてあると好都合である。
【0037】
（効果）
本構成であれば、可動子が軸心に沿った何れの方向に移動する際にも、可動子の移動量に対して環状部材の相対回転量が大きくなる部位を設定することができる。よって、この部位に到達した可動子の運動エネルギーが効率的に消費され、可動子の制動効果を高めることができる。よって、例えば可動子の移動終点における直動アクチュエータの振動や騒音が低減される。
本構成であれば、可動子が軸心に沿った何れの方向に移動する際にも、可動子の移動量に対して環状部材の相対回転量が大きくなる部位を設定することができる。よって、この部位に到達した可動子の運動エネルギーが効率的に消費され、可動子の制動効果を高めることができる。よって、例えば可動子の移動終点における直動アクチュエータの振動や騒音が低減される。
【0038】
また、環状部材が可動子に外挿する環状の部材であるから、仮に環状部材を回転可能な構成とした場合には、環状部材はハウジングの内部においては変位しないものとなる。よって、環状部材の保持空間を最小に留めたコンパクトな直動アクチュエータを得ることができる。
【0039】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記可動子を前記軸心に沿った一方側に常時付勢する付勢部材を前記ハウジングに備えると共に、前記溝のうち前記軸心に沿った異なる位置に、両側の前記溝が前記付勢部材の付勢方向に沿って奥側に延出する状態となる第１屈曲部および第２屈曲部を備えた構成とすることができる。
本発明に係る直動アクチュエータにあっては、前記可動子を前記軸心に沿った一方側に常時付勢する付勢部材を前記ハウジングに備えると共に、前記溝のうち前記軸心に沿った異なる位置に、両側の前記溝が前記付勢部材の付勢方向に沿って奥側に延出する状態となる第１屈曲部および第２屈曲部を備えた構成とすることができる。
【0040】
（効果）
このような溝を形状することで、ピンがこれら第１屈曲部あるいは第２屈曲部に位置する場合に可動子の位置をロックすることができる。つまり、これらの位置でソレノイドへの通電を停止すると、可動子は付勢部材に押圧されているため、ピンに対して言わばＶ字状の第１屈曲部あるいは第２屈曲部が押し付けられて固定される。これら第１屈曲部および第２屈曲部を可動子の往復移動のストロークの任意の位置に形成しておくことで、直動動作を行わせる可動子の停止位置を適宜設定することができる。よって、省エネルギーでありながら安定した位置保持機能が発揮される直動アクチュエータを得ることができる。
このような溝を形状することで、ピンがこれら第１屈曲部あるいは第２屈曲部に位置する場合に可動子の位置をロックすることができる。つまり、これらの位置でソレノイドへの通電を停止すると、可動子は付勢部材に押圧されているため、ピンに対して言わばＶ字状の第１屈曲部あるいは第２屈曲部が押し付けられて固定される。これら第１屈曲部および第２屈曲部を可動子の往復移動のストロークの任意の位置に形成しておくことで、直動動作を行わせる可動子の停止位置を適宜設定することができる。よって、省エネルギーでありながら安定した位置保持機能が発揮される直動アクチュエータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】直動アクチュエータの構成を示す説明図
【図2】直動アクチュエータの構成を示す一部断面斜視図
【図3】可動子の動作態様を示す説明図
【図4】磁束の形成態様を示す説明図
【図5】可動子の制動機構の構成を示す斜視図
【図6】可動子に設けた溝の形状を示す説明図
【図7】可動子設けた溝の別実施形態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【0042】
（概要）
本発明に係る直動アクチュエータＵは、往復移動するソレノイドＳを備えて構成される。本発明の直動アクチュエータＵは、可動子１の往復移動ストロークの全般において、強く且つ均等な推力を発生させるものである。本発明の直動アクチュエータＵは、例えばパーキングロック装置のロック機構や、電動ステアリングシステムにおける車軸方向を変更するタイロッドに組み入れて用いることができる。以下、各図を参照しつつ本発明の直動アクチュエータＵについての各実施形態を説明する。
本発明に係る直動アクチュエータＵは、往復移動するソレノイドＳを備えて構成される。本発明の直動アクチュエータＵは、可動子１の往復移動ストロークの全般において、強く且つ均等な推力を発生させるものである。本発明の直動アクチュエータＵは、例えばパーキングロック装置のロック機構や、電動ステアリングシステムにおける車軸方向を変更するタイロッドに組み入れて用いることができる。以下、各図を参照しつつ本発明の直動アクチュエータＵについての各実施形態を説明する。
【0043】
（全体構成）
本発明に係る直動アクチュエータＵの例を図１乃至図４に示す。ここでは、ハウジングＨの内部に電磁式のソレノイドＳを備えている。ソレノイドＳは、ハウジングＨに固定された筒状の固定子２と、この固定子２の内部で軸心Ｚに沿って往復移動する可動子１とを備えている。
本発明に係る直動アクチュエータＵの例を図１乃至図４に示す。ここでは、ハウジングＨの内部に電磁式のソレノイドＳを備えている。ソレノイドＳは、ハウジングＨに固定された筒状の固定子２と、この固定子２の内部で軸心Ｚに沿って往復移動する可動子１とを備えている。
【0044】
固定子２は筒状を呈し、ハウジングＨに固設されている。図１に示すように、軸心Ｚを含む平面での断面視において、固定子２の断面形状はコの字状であり、内部には軸心Ｚの周方向に沿ってコイル３が巻き回してある。コの字状の断面の両端部であって、可動子１に対向する部位には、第１ティースＴ１と第２ティースＴ２が形成されている。
【0045】
固定子２の内部には、軸心Ｚに沿って往復移動する可動子１が設けてある。可動子１の一方側には、移動制御する対象が接続されるロッド４が接続してある。ロッド４の一部はハウジングＨのスライド軸受け５で支持される。他方側には、円筒状のガイド部６が形成してあり、ハウジングＨに設けられたガイド凸部６ａに可動子１のガイド凹部６ｂが外挿して往復移動自在に支持されている。可動子１はハウジングＨに対して往復移動可能であるが、軸心Ｚの周りの回転は規制される。そのために、可動子１の表面の一部には案内溝７ａを形成し、ハウジングＨには当該案内溝７ａに係合する爪部材７ｂが設けてある。
【0046】
可動子１には、軸心Ｚの方向に沿って第１磁石Ｍ１と第２磁石Ｍ２を設けてある。何れも可動子１の表面に軸心Ｚに対する周方向に延出しつつ径方向に突出している。尚、磁石ではないが、同様に突出した部位が第２磁石Ｍ２に対して第１磁石Ｍ１と対称の位置に第３の磁束通過領域Ｍ３を形成してある。これについては後述する。
【0047】
第１磁石Ｍ１および第２磁石Ｍ２には磁束の方向が予め設定してある。図３に示すように、第１磁石Ｍ１には、可動子１の外部から軸心Ｚに向く磁界が形成され、第２磁石Ｍ２には、軸心Ｚから可動子１の外方に向く磁界が形成される。これらの効果については後述する。
【0048】
本実施形態の直動アクチュエータＵは、コイル３に対する通電方向を適宜切り替えることで可動子１を往復移動させる。通電方向の切り替えは、固定子２に近接して設けた制御部８により行う。制御部８は、ハウジングＨに固設された制御基板８ａに設けてある。
【0049】
（可動子の移動態様）
図３には、可動子１の移動態様を示す。図３（ａ）は、可動子１が一方の端点にある状態である。尚、この状態における可動子１の位置は、図１（ｂ）に示した状態とは反対の位置である。例えば、当該直動アクチュエータＵがパーキング装置のロック機構に設けられている場合、図１（ｂ）はロック機構がパーキング状態にあることを示している。よって、図３（ａ）は、可動子１がパーキング解除状態からパーキング状態に向かう初動状態を示している。図３（ｂ）は、ロッド４が縮み移動する際に第１磁石Ｍ１と第１ティースＴ１とによる推力が最大となる状態であり、図３（ｃ）は、続いて第２磁石Ｍ２と第２ティースＴ２とによる推力が最大となる状態である。図３（ｄ）は、可動子１が他方の端点にある状態である。図３（ｅ）は、可動子１の移動方向を反転させるべくコイル３への通電方向を逆にした状態である。
図３には、可動子１の移動態様を示す。図３（ａ）は、可動子１が一方の端点にある状態である。尚、この状態における可動子１の位置は、図１（ｂ）に示した状態とは反対の位置である。例えば、当該直動アクチュエータＵがパーキング装置のロック機構に設けられている場合、図１（ｂ）はロック機構がパーキング状態にあることを示している。よって、図３（ａ）は、可動子１がパーキング解除状態からパーキング状態に向かう初動状態を示している。図３（ｂ）は、ロッド４が縮み移動する際に第１磁石Ｍ１と第１ティースＴ１とによる推力が最大となる状態であり、図３（ｃ）は、続いて第２磁石Ｍ２と第２ティースＴ２とによる推力が最大となる状態である。図３（ｄ）は、可動子１が他方の端点にある状態である。図３（ｅ）は、可動子１の移動方向を反転させるべくコイル３への通電方向を逆にした状態である。
【0050】
図３（ａ）は、ロッド４が最も突出した状態であり、第１磁石Ｍ１は、第１ティースＴ１に対して軸心Ｚに沿って離間した位置にある。第２磁石Ｍ２は、第１ティースＴ１とは重なる位置にあるが、第２ティースＴ２とは重なっていない。この状態で図３（ａ）に示すように、コイル３に対して紙面に直角に手前向きに通電すると、矢印のごとく磁界が発生する。
【0051】
第２磁石Ｍ２の磁界は、軸心Ｚから可動子１の外方に向くから、第１ティースＴ１の位置においてコイル３による磁界と反発する。一方、第１磁石Ｍ１による磁界は、可動子１の外方から軸心Ｚに向いている。その結果、コイル３による磁界は第１磁石Ｍ１に向かう。
【0052】
このような磁界の発生を容易にすべく、本実施形態では、軸心Ｚを含む平面による断面視において、第１ティースＴ１および第２ティースＴ２のうち可動子１に対向する内面部に、軸心Ｚと平行に延出する突出部Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２ａを設けてある。これにより、図３（ａ）に矢印で示すような磁束のループが完成される。この磁界のループを縮めるように推力が発生して可動子１は図３（ａ）の右方向に移動する。
【0053】
図３（ｂ）は、第１磁石Ｍ１の端部と第１ティースＴ１の端部とが軸心Ｚの方向において丁度重なった状態である。尚、他方の第２磁石Ｍ２は、まだ第２ティースＴ２とは対向していない。
【0054】
可動子１に作用する推力が増大するのは、可動子１の側の磁石の端部と、固定子２の側のティースの端部とが軸心Ｚに沿う方向で一致する状態である。図３の右方向に移動を開始した可動子１は、まず、図３（ｂ）の状態で、第１磁石Ｍ１の端部と第１ティースＴ１の突出部Ｔ１ａの先端とが重なった状態となる（黒三角表示）。
【0055】
この状態において、第１磁石Ｍ１と第１ティースＴ１との間において最も強い推力が発生する。尚、可動子１がこの状態の左右に少し位置ずれした状態であっても所定の推力は発生する。つまり、可動子１が図３（ｂ）の位置に対して左右にあるときには比較的強い推力が発生し、可動子１の有効な可動範囲を設定することができる。
【0056】
図３（ｃ）は、第２磁石Ｍ２の端部が第２ティースＴ２の突出部Ｔ２ａの端部と丁度重なった状態である（黒三角表示）。この状態では、第２磁石Ｍ２と第２ティースＴ２との間に生じる推力が最大となる。このとき、第１磁石Ｍ１と第１ティースＴ１との間で発生する推力はやや低下している。しかし、このように、最大推力の発生する位置を変更し、かつ、発生タイミングを異ならせることで、移動ストロークの全般に亘って強い推力が得られ、ソレノイドＳの駆動性が安定なものとなる。
【0057】
尚、第１磁石Ｍ１による推力の発生が弱くなるとはいえ、本実施形態の第１ティースＴ１および第２ティースＴ２には、推力を高く維持する工夫が施してある。例えば、第１磁石Ｍ１と第１ティースＴ１との相対位置に着目する。第１ティースＴ１の突出部Ｔ１ａ，Ｔ１ｂにあっては、その厚みが延出方向の縁部に近付くほど薄く形成されている。
【0058】
特に、突出部Ｔ１ａは、可動子１に対向する側に傾斜面を設けてある。これにより、磁束が通過する突出部Ｔ１ａのボリュームが可動子１の移動方向に沿って不均一になる。さらに、第１ティースＴ１と第１磁石Ｍ１との隙間が不均一となる。
【0059】
このような不均一を形成することで、図４に示すように、第１ティースＴ１と第１磁石Ｍ１とに亘って通過する磁束の方向が可動子１の移動方向に直交する方向に対して傾斜する。この結果、可動子１を軸心Ｚに沿って移動させる推力成分が発生し、ソレノイドＳの駆動性能が向上する。
【0060】
尚、図４には、各ティースの先端形状の工夫によって発生する推力の大きさが平均化される効果を示す。黒丸のプロットがティースを先細形状としたものであり、白丸のプロットは単なる矩形にしたものである。また、実線は、可動子１のストロークに応じて求められる推力を示している。
【0061】
図４（ｂ）は、図３（ｃ）に近似する状態であるが、第１ティースＴ１の突出部Ｔ１ａのうち第１磁石Ｍ１に対向する面が傾斜しているため、第１磁石Ｍ１が第１ティースＴ１の突出部Ｔ１ａに対向する状態では両者の間隔が不均一となる。よって、図４（ａ）の場合に比べて磁力線の方向が図示の如く傾斜する。つまり、可動子１に対する吸引力の作用方向が傾斜して推力成分が発生する。
【0062】
図３（ｄ）は、可動子１がストロークの他方端に達した状態である。第２磁石Ｍ２の一部が第２ティースＴ２と対向している。この状態では、磁束のループがかなり小さくなる。ただし、突出部Ｔ１ｂ，Ｔ２ａの形状の工夫などにより、可動子１を図３中の右方向に移動させようとする推力は依然として大きい。
【0063】
図３（ｅ）は、可動子１を逆方向に移動させるべく、コイル３への通電方向を切り替えた状態を示す。この状態では、コイル３による磁束と第２磁石Ｍ２による磁束とが同調して、第２磁石Ｍ２から第１ティースＴ１に向かう磁力線が増加する。特に、突出部Ｔ１ｂの傾斜面が可動子１に対向する面の裏側に形成されているから、磁束が通過する領域のボリュームが減少する。その結果、磁束密度が高まって強い推力が発生する。このとき、第２ティースＴ２から可動子１へ向かう磁力線は、第２磁石Ｍ２を挟んで第１磁石Ｍ１と反対側の第３の磁束通過領域Ｍ３に伝わり易くなり、この場所に磁束のループが形成される。これにより可動子１が引き戻されるよう推力が発生する。
【0064】
第３の磁束通過領域Ｍ３は、例えば、周方向に連続した凸状に形成しておく。この部位は、可動子１と同じ材料で一体に形成してもよいし、別の環状の磁石を取り付けてもよい。磁石を取り付ける場合には、磁力線が可動子１の外方から軸心Ｚに向けて生じるものが良い。
【0065】
第２磁石Ｍ２による磁束が軸心Ｚから可動子１の外方に向かうものであれば、第２磁石Ｍ２が第１ティースＴ１あるいは第２ティースＴ２に対向した状態でコイル３への通電方向を切り替えると、磁束ループの位置が第２磁石Ｍ２を挟んで両側に広がった状態となる。よって、このループを縮小するべく大きな推力が発生し、可動ストロークの広い直動アクチュエータＵを得ることができる。
【0066】
本構成のように、第１磁石Ｍ１による磁力線の方向を、可動子１の外部から軸心Ｚに向くように設定し、第２磁石Ｍ２による磁力線の方向をその逆向きに設定することで、固定子２と可動子１との相対位置に応じたコイル３への通電方向の切り替えにより、磁束の形成領域を可動子１の移動方向に沿って大きく広げることができる。よって、可動子１には大きな推力が作用し、可動子１の往復移動ストロークを長く確保することがでる。
【0067】
さらに、第１ティースＴ１および第２ティースＴ２の形状を先細状とすることで、可動子１との間に形成する磁力線の方向を軸心Ｚに沿うよう傾けることができ、やはり推力の増大が期待できる。
このように、本実施形態のソレノイドＳによれば、推力の増大に伴って小型化が可能となり、搭載性の良い直動アクチュエータＵを得ることができる。
このように、本実施形態のソレノイドＳによれば、推力の増大に伴って小型化が可能となり、搭載性の良い直動アクチュエータＵを得ることができる。
【0068】
（可動子の制動機構）
図１に示す直動アクチュエータＵには、可動子１の移動速度を制動する機構が設けてある。具体的には、可動子１に外挿された状態で回転のみが許容された状態でハウジングＨに保持された環状部材９を備えている。この環状部材９には、軸心Ｚに向けて突出するピン１０が設けてある。
図１に示す直動アクチュエータＵには、可動子１の移動速度を制動する機構が設けてある。具体的には、可動子１に外挿された状態で回転のみが許容された状態でハウジングＨに保持された環状部材９を備えている。この環状部材９には、軸心Ｚに向けて突出するピン１０が設けてある。
【0069】
一方、可動子１の表面にはループ状の溝１１が形成してあり、ピン１０がこの溝１１に係合する。つまり、可動子１が往復移動する際にピン１０が溝１１に従動することで環状部材９が回転する。環状部材９は所定の慣性を備えているから、環状部材９が早く回転する状態では、可動子１の運動エネルギーが環状部材９によって多く吸収される。これにより、可動子１の往復移動速度が減速される。
【0070】
特に、可動子１が往復移動のストローク端点に到達する直前には、溝１１の延出方向と軸心Ｚの方向との交差角度を大きく設定する。これにより、可動子１の移動距離に対して、ピン１０の周方向への移動角度が増大し、環状部材９の回転速度が大きくなる。これにより、可動子１が適度に制動され、可動子１がストローク端点に到達す際の衝撃や衝突音の発生を低減することができる。
【0071】
また、環状部材９は、固定子２の側面に設けられた当接部１２に当接し、摩擦力を発生させるように構成してある。そのために、複数のばね部材１３によって環状部材９を当接部１２に向けて常時付勢する。このように環状部材９に対して常に摩擦力を発生させることで可動子１の往復移動の制動効果を高めることができる。
【0072】
コイル３への通電方向の切り替えは、可動子１の往復移動位置に基づいて行う。可動子１の位置は、溝１１の移動に伴う環状部材９の回転角度によって知ることができる。そのために、環状部材９には磁性部材１４が設けられ、制御基板８ａのうち、磁性部材１４の移動軌跡の近傍に磁気センサ１５として例えばホールＩＣが設けられている。
【0073】
（制御部）
制御基板８ａは、可動子１の往復方向と平行な状態で、可動子１および環状部材９に近接する状態に設けてある。本構成であれば、磁気センサ１５から制御部８までの配線を別途設ける必要がなく、制御部８の構成が簡略化される。また、制御基板８ａをハウジングＨに取り付けるだけで磁性部材１４との位置取りが可能となり組立工数も削減される。
制御基板８ａは、可動子１の往復方向と平行な状態で、可動子１および環状部材９に近接する状態に設けてある。本構成であれば、磁気センサ１５から制御部８までの配線を別途設ける必要がなく、制御部８の構成が簡略化される。また、制御基板８ａをハウジングＨに取り付けるだけで磁性部材１４との位置取りが可能となり組立工数も削減される。
【0074】
制御部８では、磁気センサ１５に対する磁性部材１４の相対位置を検出することで環状部材９の回転位相を検出する。また、環状部材９の回転位相については、時間当たりの変化量（Δθ/Δｔ）を演算することで環状部材９の回転方向を知ることができる。さらに、コイル３に対する通電方向を検出する。これらのパラメータを検出することで、溝１１におけるピン１０の位置およびピン１０の移動速度等を知ることができ、可動子１のストローク上の位置を知ることができる。この結果、適宜のタイミングでコイル３への通電を切り替えることができ、ソレノイドＳを伸縮制御することができる。
【0075】
また、可動子１のうちロッド４と反対側には、付勢部材１６としてのコイルスプリング１６ａが設けられている。このコイルスプリング１６ａは、可動子１をロッド４の側に常時付勢する。ループ状の溝１１の形状を適切に設定することで、可動子１が往復移動の両端近傍位置にあるとき、コイル３への通電を停止して可動子１を位置固定することができる。これは、一般のボールペンの位置固定構造と同様である。
【0076】
（ピンおよび溝の作用効果）
本実施形態の直動アクチュエータＵは、図５に示したように、可動子１と環状部材９とに振り分け配置したピン１０およびループ状の溝１１の機能によって、特に停止動作を滑らかにすることができる。
本実施形態の直動アクチュエータＵは、図５に示したように、可動子１と環状部材９とに振り分け配置したピン１０およびループ状の溝１１の機能によって、特に停止動作を滑らかにすることができる。
【0077】
溝１１は、例えば可動子１の表面に設けられる。一方のピン１０は可動子１に外挿する環状部材９に対し内側に突出した状態に設けられる。ピン１０は、例えば環状部材９の一部に貫通形成した孔部９ａに嵌入やネジ止めにより固定する。環状部材９は、ハウジングＨによって回転のみ可能な状態に支持されており、可動子１の往復移動に伴って溝１１の内部をピン１０が摺動し、環状部材９が回転する。この回転状態の変化を利用して可動子１の往復移動が制動される。
【0078】
（可動子および環状部材の動作態様）
図６には、溝１１の形状を示す。これは可動子１に形成した溝１１を平面上に展開したものである。溝１１はループ状であり、ピン１０が摺動するよう所定の幅を有する。図６には、ピン１０が溝１１の壁に沿って摺動する際のピン１０の中心部が通過する軌跡を示してある。実線は、ピン１０が溝１１の外側壁１１ａに沿って摺動する場合の軌跡であり、点線は、ピン１０が溝１１の内側壁１１ｂに沿って摺動する場合の軌跡である。
図６には、溝１１の形状を示す。これは可動子１に形成した溝１１を平面上に展開したものである。溝１１はループ状であり、ピン１０が摺動するよう所定の幅を有する。図６には、ピン１０が溝１１の壁に沿って摺動する際のピン１０の中心部が通過する軌跡を示してある。実線は、ピン１０が溝１１の外側壁１１ａに沿って摺動する場合の軌跡であり、点線は、ピン１０が溝１１の内側壁１１ｂに沿って摺動する場合の軌跡である。
【0079】
これら外側壁１１ａおよび内側壁１１ｂには、Ａ点からＤ点までの屈曲点を示している。これらは可動子１が往復移動する際に、ピン１０が安定保持される位置である。この例では、Ａ点およびＢ点、Ｄ点が外側壁１１ａに設けられ、Ｃ点が内側壁１１ｂに設けられる。また、これらＢ点およびＣ点に対しては、可動子１の往復移動方向に沿って対応する位置にＢ’点およびＣ’点を設定してある。Ｂ’点は内側壁１１ｂにあり、Ｃ’点は外側壁１１ａにある。
【0080】
（Ａ点からＢ点に至る態様）
以下には、可動子１の往復動作に伴う環状部材９の姿勢変化の様子を示す。今、ピン１０がＡ点に当接しているとする。このとき可動子１は、例えば図１における左側の移動端点にある。可動子１がＡ点にあるときロック機構は解除されているから、通常、コイル３は通電状態にある。ただし、可動子１はコイルスプリング１６ａによって図１の左方向に押圧されるため、Ａ点の位置では、コイル３への通電を停止してもよい。図６においては、溝１１の全体が右方向に押されようとし、ピン１０がＡ点に嵌まり込んで可動子１の移動が停止固定される。
以下には、可動子１の往復動作に伴う環状部材９の姿勢変化の様子を示す。今、ピン１０がＡ点に当接しているとする。このとき可動子１は、例えば図１における左側の移動端点にある。可動子１がＡ点にあるときロック機構は解除されているから、通常、コイル３は通電状態にある。ただし、可動子１はコイルスプリング１６ａによって図１の左方向に押圧されるため、Ａ点の位置では、コイル３への通電を停止してもよい。図６においては、溝１１の全体が右方向に押されようとし、ピン１０がＡ点に嵌まり込んで可動子１の移動が停止固定される。
【0081】
可動子１が図６中の左方向に移動するようにソレノイドＳに通電されると、ピン１０はＡ点から内側壁１１ｂに当接するまで移動し、内側壁１１ｂの傾斜に案内されてＢ点の側に誘導される。
【0082】
可動子１が引き続き図６中の左方向に移動すると、ピン１０は溝１１の外側壁１１ａに案内され、実線上を移動する。溝１１の接線方向は、Ｂ点に近づくほど往復方向に対する角度が大きくなるように設定してある。つまり、ピン１０がＢ点に近付くほど、環状部材９の回転角度が大きくなる。今、可動子１が往復移動方向に沿って単位移動距離Ｌだけ移動したとき、環状部材９が可動子１に対して相対回転角度θだけ回転したとする。これらの比（θ/Ｌ値）に着目すると、ピン１０がＡ点からＢ点に向けて移動する際に、特に溝１１のうちのＫ１の領域、即ち第１減速領域Ｋ１では（θ/Ｌ値）の絶対値が急激に増大する。
【0083】
このとき、環状部材９の回転速度が加速度的に増大する。環状部材９は所定の質量を有するから、この回転速度の増大に際しては慣性が大きく作用する。つまり、環状部材９の回転速度を高めるためには所定の慣性エネルギーが必要となり、可動子１の往復移動の運動エネルギーの一部が消費されて可動子１が制動される。このような制動手法であれば部材どうしの衝突等は生じないから、可動子１が停止する際の直動アクチュエータＵの振動や騒音が低減化される。
【0084】
第１減速領域Ｋ１で十分に減速したあとも可動子１には磁力が作用している。そこで、第１減速領域Ｋ１の下流側に（θ/Ｌ値）の絶対値が少し小さくなる領域を形成し、図６中において右向きに突出したＢ点を形成しておく。Ｂ点は溝１１の谷状の位置となるから、可動子１が図６中の左方向に推力を得ている限り、ピン１０がＢ点で安定的に停止する。本実施形態ではＢ点がソレノイドＳの一方側における最大移動点となる。
【0085】
（Ｂ点からＣ点に至る態様）
ソレノイドＳに通電され、可動子１が図６中の左向きの推力を得ている間は、ピン１０はＢ点で安定する。しかし、このソレノイドＳでは、無通電で可動子１の位置を固定するためにＣ点を設けてある。そのためにコイル３への通電を停止し、コイルスプリング１６ａの付勢力を利用して可動子１を図６中の右方向に移動させる。Ｂ点にあるピン１０は内側壁１１ｂのＢ’点に当接し、内側壁１１ｂに沿ってＣ点に至る。Ｃ点は、図６に示すように左向きに凸の谷部となっており、この両側の溝１１がコイルスプリング１６ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第１屈曲部Ｐ１となる。コイル３への通電が停止された状態であってもピン１０はＣ点で安定する。
ソレノイドＳに通電され、可動子１が図６中の左向きの推力を得ている間は、ピン１０はＢ点で安定する。しかし、このソレノイドＳでは、無通電で可動子１の位置を固定するためにＣ点を設けてある。そのためにコイル３への通電を停止し、コイルスプリング１６ａの付勢力を利用して可動子１を図６中の右方向に移動させる。Ｂ点にあるピン１０は内側壁１１ｂのＢ’点に当接し、内側壁１１ｂに沿ってＣ点に至る。Ｃ点は、図６に示すように左向きに凸の谷部となっており、この両側の溝１１がコイルスプリング１６ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第１屈曲部Ｐ１となる。コイル３への通電が停止された状態であってもピン１０はＣ点で安定する。
【0086】
（Ｃ点からＤ点に至る態様）
通電を停止していたコイル３に対して先ほどまでと同方向の通電を行うことで、可動子１を、再度、図６中の左側に移動させることができる。この動作は、ピン１０をＡ点に戻すための初期動作である。これにより、ピン１０はＣ点から外側壁１１ａのＣ’点に向かって移動し、そのあと外側壁１１ａに沿ってＤ点まで移動する。
通電を停止していたコイル３に対して先ほどまでと同方向の通電を行うことで、可動子１を、再度、図６中の左側に移動させることができる。この動作は、ピン１０をＡ点に戻すための初期動作である。これにより、ピン１０はＣ点から外側壁１１ａのＣ’点に向かって移動し、そのあと外側壁１１ａに沿ってＤ点まで移動する。
【0087】
（Ｄ点からＡ点に至る態様）
次にコイル３に逆方向の通電を行う。これにより、ピン１０はＤ点から内側壁１１ｂに当接するまで移動し、内側壁１１ｂの傾斜面に誘導されてＡ点に向かう。Ｄ点からＡ点に向けては、コイル３に通電して発生させた推力によって可動子１を移動させてもよいし、通電は行わずコイルスプリング１６ａの付勢力のみによって可動子１を移動させてもよい。尚、可動子１を迅速に移動させるには通電を行うのが良い。これによりピン１０はＡ点に向けて移動し、第２減速領域Ｋ２によって（θ/Ｌ値）の絶対値を大きくして可動子１を一旦減速する。その後、僅かに加速されてＡ点で停止する。Ａ点は、この両側の溝１１がコイルスプリング１６ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第２屈曲部Ｐ２である。ピン１０がＡ点に到着すると通電を止め、コイルスプリング１６ａの付勢力を利用してピン１０をＡ点で固定してもよい。
次にコイル３に逆方向の通電を行う。これにより、ピン１０はＤ点から内側壁１１ｂに当接するまで移動し、内側壁１１ｂの傾斜面に誘導されてＡ点に向かう。Ｄ点からＡ点に向けては、コイル３に通電して発生させた推力によって可動子１を移動させてもよいし、通電は行わずコイルスプリング１６ａの付勢力のみによって可動子１を移動させてもよい。尚、可動子１を迅速に移動させるには通電を行うのが良い。これによりピン１０はＡ点に向けて移動し、第２減速領域Ｋ２によって（θ/Ｌ値）の絶対値を大きくして可動子１を一旦減速する。その後、僅かに加速されてＡ点で停止する。Ａ点は、この両側の溝１１がコイルスプリング１６ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第２屈曲部Ｐ２である。ピン１０がＡ点に到着すると通電を止め、コイルスプリング１６ａの付勢力を利用してピン１０をＡ点で固定してもよい。
【0088】
本実施形態の溝１１においては、減速領域の手前の位置に溝幅を広く形成した領域を設けてある。具体的には、図６中に波線で示した領域１１ｃであって、Ａ点からＢ点に向かう際の、第１減速領域Ｋ１の近傍領域と、Ｄ点からＡ点に向かう際の、第２減速領域Ｋ２の近傍領域である。ここではピン１０が内側の点線上を移動するように、内側壁１１ｂを外側壁１１ａから離してある。これにより、点線部分の（θ/Ｌ値）の絶対値が第１減速領域Ｋ１あるいは第２減速領域Ｋ２における（θ/Ｌ値）の絶対値よりも小さく保持される。
【0089】
つまり、このように構成することで外側壁１１ａに係る実線よりも内側壁１１ｂに係る点線の方がより直線に近くなる。これにより、仮に、可動子１が過度に減速されてピン１０がＡ点からＢ点に、あるいは、Ｄ点からＡ点に到達できずに溝１１の途中で停止した場合に、ピン１０の復帰が容易となる。つまり、ピン１０が第１減速領域Ｋ１で停止した場合、ソレノイドＳの状態をリセットするには、コイル３に逆方向の通電を行い、ピン１０をＡ点まで復帰させる必要がある。その際に、内側壁１１ｂの（θ/Ｌ値）の絶対値を上記の如く小さく形成しておけば、ピン１０が内側壁１１ｂに沿って移動し易くなる。
【0090】
〔溝の別実施形態〕
図７に領域Ｋ３として示すように、溝１１の形状として、可動子１が往復移動方向に沿って一方向に移動する際に（θ/Ｌ値）が少なくとも二回増減するように湾曲形成することができる。
図７に領域Ｋ３として示すように、溝１１の形状として、可動子１が往復移動方向に沿って一方向に移動する際に（θ/Ｌ値）が少なくとも二回増減するように湾曲形成することができる。
【0091】
環状部材９のピン１０が溝１１の湾曲部を通過する際には、可動子１に対する環状部材９の相対回転方向が切り替わる。環状部材９は所定の慣性を有するから、環状部材９の回転方向の切り替わりにより可動子１の運動エネルギーを多く吸収することができる。よって、可動子１が一方向に移動する際の速度超過が防止され、ソレノイドＳの移動態様が安定化される。
【産業上の利用可能性】
【0092】
本発明の直動アクチュエータは、例えば自動車や船舶、航空機、さらには一般の産業機械等の構成部品であって、往復移動の全般に亘って強い推力が得られる駆動部に広く用いることができる。
【符号の説明】
【0093】
１ 可動子
２ 固定子
３ コイル
９ 環状部材
１０ ピン
１１ 溝
１６ 付勢部材
Ｈ ハウジング
Ｍ１ 第１磁石
Ｍ２ 第２磁石
Ｍ３ 第３の磁束通過領域
Ｐ１ 第１屈曲部
Ｐ２ 第２屈曲部
Ｓ ソレノイド
Ｔ１ 第１ティース
Ｔ１ａ 突出部
Ｔ１ｂ 突出部
Ｔ２ 第２ティース
Ｕ 直動アクチュエータ
Ｚ 軸心
２ 固定子
３ コイル
９ 環状部材
１０ ピン
１１ 溝
１６ 付勢部材
Ｈ ハウジング
Ｍ１ 第１磁石
Ｍ２ 第２磁石
Ｍ３ 第３の磁束通過領域
Ｐ１ 第１屈曲部
Ｐ２ 第２屈曲部
Ｓ ソレノイド
Ｔ１ 第１ティース
Ｔ１ａ 突出部
Ｔ１ｂ 突出部
Ｔ２ 第２ティース
Ｕ 直動アクチュエータ
Ｚ 軸心
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】