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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】P2022045010
(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 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020150465
(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】小野 壽
(72)【発明者】
【氏名】高橋 健汰
(72)【発明者】
【氏名】高橋 菜津美
【テーマコード（参考）】
5E048
5H633
【Ｆターム（参考）】
5E048AA04
5E048AD03
5E048BA07
5H633BB07
5H633BB08
5H633BB10
5H633GG02
5H633GG04
5H633GG06
5H633GG09
5H633GG23
5H633HH03
5H633HH07
5H633HH13
5H633JA01
5H633JA02
5H633JA07
(57)【要約】
【課題】振動や騒音が少なく耐久性に優れた直動アクチュエータを提供する。
【解決手段】ハウジングＨの内部に、電磁式のソレノイドＳと、ソレノイドＳに従って往復移動する第１部材１と、第１部材１の往復移動方向に沿う移動が規制される第２部材２と、を備え、第１部材１あるいは第２部材２が、往復移動方向に直交する方向に姿勢変化可能であり、第１部材１および第２部材２のうちの一方にピン２１を設け、他方に、ピン２１が係入するループ状の溝Ｒを設けてあ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Ｈの内部に、電磁式のソレノイドＳと、ソレノイドＳに従って往復移動する第１部材１と、第１部材１の往復移動方向に沿う移動が規制される第２部材２と、を備え、第１部材１あるいは第２部材２が、往復移動方向に直交する方向に姿勢変化可能であり、第１部材１および第２部材２のうちの一方にピン２１を設け、他方に、ピン２１が係入するループ状の溝Ｒを設けてあ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と、
前記ソレノイドに従って往復移動する第１部材と、
前記第１部材の往復移動方向に沿う移動が規制される第２部材と、を備え、
前記第１部材あるいは前記第２部材が、前記往復移動方向に直交する方向に姿勢変化可能であり、
前記第１部材および前記第２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てある直動アクチュエータ。
電磁式のソレノイドと、
前記ソレノイドに従って往復移動する第１部材と、
前記第１部材の往復移動方向に沿う移動が規制される第２部材と、を備え、
前記第１部材あるいは前記第２部材が、前記往復移動方向に直交する方向に姿勢変化可能であり、
前記第１部材および前記第２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てある直動アクチュエータ。
【請求項2】
前記第１部材が円筒状の部材であり、前記第２部材が前記第１部材に外挿する環状の部材であって、
前記溝のうち、前記第１部材の前記往復移動方向に沿った一方方向への移動に係る領域、および、前記往復移動方向に沿った他方方向への移動に係る領域の夫々において、
前記第１部材と前記第２部材との前記直交する方向に沿った相対回転角度θを、前記往復移動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、前記第１部材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１に記載の直動アクチュエータ。
前記溝のうち、前記第１部材の前記往復移動方向に沿った一方方向への移動に係る領域、および、前記往復移動方向に沿った他方方向への移動に係る領域の夫々において、
前記第１部材と前記第２部材との前記直交する方向に沿った相対回転角度θを、前記往復移動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、前記第１部材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１に記載の直動アクチュエータ。
【請求項3】
前記往復移動方向に沿った前記第１部材の一方向移動に際し、前記（θ/Ｌ値）が少なくとも一回増減するように前記溝が湾曲形成してある請求項１または２に記載の直動アクチュエータ。
【請求項4】
前記第２部材が前記ハウジングに回転可能に支持され、前記第２部材の外面の一部に当接して摩擦力を発生させる当接部を前記ハウジングに設けてある請求項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】
前記第１部材を前記往復移動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方向に沿う成分が異なる位置に、両側の部位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１から４の何れか一項に記載の直動アクチュエータ。
前記溝のうち前記往復移動方向に沿う成分が異なる位置に、両側の部位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】
前記第２部材に磁性部材を設けると共に、
前記ハウジングのうち前記磁性部材の移動軌跡に対向する位置に磁気センサを設け、
前記第２部材の回転位相および前記ソレノイドに対する通電方向を検出する制御部を備えた請求項４または５に記載の直動アクチュエータ。
前記ハウジングのうち前記磁性部材の移動軌跡に対向する位置に磁気センサを設け、
前記第２部材の回転位相および前記ソレノイドに対する通電方向を検出する制御部を備えた請求項４または５に記載の直動アクチュエータ。
【請求項7】
前記制御部を備える制御基板が前記ハウジングのうち前記第２部材に対向する位置に設けられ、
前記磁気センサとしてのホールＩＣが、前記制御基板に備えられている請求項６に記載の直動アクチュエータ。
前記磁気センサとしてのホールＩＣが、前記制御基板に備えられている請求項６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】
本発明は、電磁式のソレノイドを有し、ソレノイドの可動子の往復移動を利用して他物の駆動操作を行う直動アクチュエータに関する。
【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（〔0008〕～〔0011〕段落、図１等参照）に示すものがある。この直動アクチュエータは電磁ソレノイドを備えており、ディーゼル内燃機関の燃料レバーを停止させる際や、四輪車両のマニュアルトランスミッションをリバース位置でロックする際に駆動される。特に、この技術においては、電磁ソレノイドのプランジャが移動端点に達した際に生じる衝撃や衝突音を低減し、プランジャを所定の位置に精度良く停止させようとするものである。
【0003】
具体的には、電磁ソレノイドの内部には、円筒状のコイル部と、このコイル部に対して往復移動するプランジャが設けられている。コイル部に通電することで励磁が生じ、プランジャと一体のヨークに磁力が作用してプランジャがコイル部から離間する。一方、コイル部への通電が停止されると、プランジャおよびヨークは、当該プランジャが接続されている他物からの負荷によってコイル部の側に押し戻される。
【0004】
この押し戻しの際に、ヨークと固定部との衝突を緩和するべく、プランジャと固定部との間には、プランジャの端部が当接する受け部材と、当該受け部材と固定部との間に設けられるゴム製の緩衝部材およびスプリングが設けられている。受け部材は、スプリングによってプランジャの側に常時付勢されているが、プランジャと当接しない状態では、固定部に設けられた規制部により、移動ストロークが規制されている。
【0005】
コイル部への通電が停止され、外部からの負荷によって押し戻されたプランジャは、先ず受け部材に当接する。受け部材はスプリングの付勢力に抗いつつ固定部の側に移動し、プランジャの勢いを低下させる。次に、受け部材に取り付けられた緩衝材が固定部に当接する。これにより緩衝材が変形し、プランジャの移動が止められる。
【0006】
このように、当該従来技術は、上記二段階の動作によってプランジャを停止させる際の衝撃および衝突音を低減し、受け部材の静止位置がスプリングと規制部とで規定されることで、プランジャの停止位置が精度よく決定さ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２０１４－３６１８０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、プランジャの質量や励磁による推力が大きくなるほど受け部材の移動ストロークを長くし、緩衝材を大きくする必要がある。よって、電磁ソレノイドの体格に応じて個々の設計が必要となり、製造に際しての部品管理が必要であった。ただし、緩衝効果をいくら向上させたとしても、プランジャが緩衝材と当接する以上、その際の衝撃や衝突音の発生をゼロにすることはできない。
【0009】
また、ゴム材料で構成された緩衝材は材質や形状が経年変化するため耐久性が十分とは言えない。仮に耐久性の高い材料を使用することで耐用年数の延長は可能となるものの、製造コストが増大する。
【0010】
このように、従来の直動アクチュエータでは衝撃および衝突音の低減効果やコストパフォーマンスを高めるにも限界があった。よって従来から、振動や騒音が少なく耐久性に優れた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】
【0011】
（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と、
前記ソレノイドに従って往復移動する第１部材と、
前記第１部材の往復移動方向に沿う移動が規制される第２部材と、を備え、
前記第１部材あるいは前記第２部材が、前記往復移動方向に直交する方向に姿勢変化可能であり、
前記第１部材および前記第２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た点に特徴を有する。
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と、
前記ソレノイドに従って往復移動する第１部材と、
前記第１部材の往復移動方向に沿う移動が規制される第２部材と、を備え、
前記第１部材あるいは前記第２部材が、前記往復移動方向に直交する方向に姿勢変化可能であり、
前記第１部材および前記第２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た点に特徴を有する。
【0012】
（効果）
本構成の直動アクチュエータでは、第１部材および第２部材に、ピンとループ状の溝とが振り分けて設置され、第１部材の往復移動に際してピンが溝に案内されて、第１部材および第２部材は、前記往復移動の方向に沿っておよび当該方向に直交する方向に沿って相対移動する。第１部材および第２部材は所定の慣性を有するから、第１部材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、第１部材の往復移動速度を低減することができる。
本構成の直動アクチュエータでは、第１部材および第２部材に、ピンとループ状の溝とが振り分けて設置され、第１部材の往復移動に際してピンが溝に案内されて、第１部材および第２部材は、前記往復移動の方向に沿っておよび当該方向に直交する方向に沿って相対移動する。第１部材および第２部材は所定の慣性を有するから、第１部材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、第１部材の往復移動速度を低減することができる。
【0013】
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、第１部材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、第１部材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、第１部材の運動エネルギーの吸収程度が増大し、第１部材の制動効果が高まる。
【0014】
このように、本構成であれば、第１部材の移動速度を安定化させ、第１部材の移動開始速度や移動停止速度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、本構成のように第１部材あるいは第２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。
【0015】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにおいては、前記第１部材が円筒状の部材であり、前記第２部材が前記第１部材に外挿する環状の部材であって、前記溝のうち、前記第１部材の前記往復移動方向に沿った一方方向への移動に係る領域、および、前記往復移動方向に沿った他方方向への移動に係る領域の夫々において、前記第１部材と前記第２部材との前記直交する方向に沿った相対回転角度θを、前記往復移動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、前記第１部材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おいては、前記第１部材が円筒状の部材であり、前記第２部材が前記第１部材に外挿する環状の部材であって、前記溝のうち、前記第１部材の前記往復移動方向に沿った一方方向への移動に係る領域、および、前記往復移動方向に沿った他方方向への移動に係る領域の夫々において、前記第１部材と前記第２部材との前記直交する方向に沿った相対回転角度θを、前記往復移動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、前記第１部材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た構成とすることができる。
【0016】
（効果）
本構成であれば、第１部材が往復移動方向に沿った何れの方向に移動する際にも、第１部材の移動量に対して第２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第１部材の運動エネルギーが効率的に消費され、第１部材の制動効果を高めることができる。よって、例えば第１部材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、第１部材が往復移動方向に沿った何れの方向に移動する際にも、第１部材の移動量に対して第２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第１部材の運動エネルギーが効率的に消費され、第１部材の制動効果を高めることができる。よって、例えば第１部材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。
【0017】
また、第２部材が第１部材に外挿する環状の部材であるから、仮に第２部材を回転可能な構成とした場合には、第２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、第２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。
【0018】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにおいては、前記往復移動方向に沿った前記第１部材の一方向移動に際し、前記（θ/Ｌ値）が少なくとも二回増減するように前記溝が湾曲形成し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おいては、前記往復移動方向に沿った前記第１部材の一方向移動に際し、前記（θ/Ｌ値）が少なくとも二回増減するように前記溝が湾曲形成してあると好都合である。
【0019】
（効果）
本構成のように、（θ/Ｌ値）が少なくとも二回増減する湾曲した溝を設けておくことで、第１部剤が一方方向への移動の終点において移動速度を減速させるのとは別に、少なくとも一回、第１部材と第２部材との相対回転方向が切り替わる領域が設けられる。第１部材および第２部材は所定の慣性を有し、両者の相対回転方向の切り替わりにより第１部材の運動エネルギーを第２部材がより多く吸収することができる。よって、第１部材が一方向に移動する際の速度超過を防止しソレノイドの移動態様が安定化される。
本構成のように、（θ/Ｌ値）が少なくとも二回増減する湾曲した溝を設けておくことで、第１部剤が一方方向への移動の終点において移動速度を減速させるのとは別に、少なくとも一回、第１部材と第２部材との相対回転方向が切り替わる領域が設けられる。第１部材および第２部材は所定の慣性を有し、両者の相対回転方向の切り替わりにより第１部材の運動エネルギーを第２部材がより多く吸収することができる。よって、第１部材が一方向に移動する際の速度超過を防止しソレノイドの移動態様が安定化される。
【0020】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにおいては、前記第２部材が前記ハウジングに回転可能に支持され、前記第２部材の外面の一部に当接して摩擦力を発生させる当接部を前記ハウジングに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おいては、前記第２部材が前記ハウジングに回転可能に支持され、前記第２部材の外面の一部に当接して摩擦力を発生させる当接部を前記ハウジングに設けておくことができる。
【0021】
（効果）
本構成のように、第２部材との間に摩擦力を発生させる当接部を設けることで、第２部材の制動効果をさらに高めることができる。
本構成のように、第２部材との間に摩擦力を発生させる当接部を設けることで、第２部材の制動効果をさらに高めることができる。
【0022】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにおいては、前記第１部材を前記往復移動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方向に沿う成分が異なる位置に、両側の部位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と好都合である。
本発明に係る直動アクチュエータにおいては、前記第１部材を前記往復移動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方向に沿う成分が異なる位置に、両側の部位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と好都合である。
【0023】
（効果）
溝を本構成の形状とすることで、第２部材のピンがこれら第１屈曲部あるいは第２屈曲部に位置する場合に第１部材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、第１部材は付勢部材によって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屈曲部を第１部材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部材の停止位置を適宜設定することができる。
溝を本構成の形状とすることで、第２部材のピンがこれら第１屈曲部あるいは第２屈曲部に位置する場合に第１部材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、第１部材は付勢部材によって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屈曲部を第１部材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部材の停止位置を適宜設定することができる。
【0024】
このように本構成であれば、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。
【0025】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにおいては、前記第２部材に磁性部材を設けると共に、前記ハウジングのうち前記磁性部材の移動軌跡に対向する位置に磁気センサを設け、前記第２部材の回転位相および前記ソレノイドに対する通電方向を検出する制御部を備え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おいては、前記第２部材に磁性部材を設けると共に、前記ハウジングのうち前記磁性部材の移動軌跡に対向する位置に磁気センサを設け、前記第２部材の回転位相および前記ソレノイドに対する通電方向を検出する制御部を備えておくことができる。
【0026】
（効果）
本構成のように、第２部材がハウジングに対して回転自在であれば、第２部材の姿勢変化を計測することで、第２部材と相対移動する第１部材の往復位置を特定することが容易となる。つまり、ハウジングに設けた磁気センサで磁性部材の位置を特定することで、溝に対するピンの位置を絞り込むことができる。また、磁性部材の変化量を知ることで第２部材の回転方向を知ることができる。さらに、ソレノイドへの通電方向を検出することで、第１部材が何れの方向に移動しているかが把握でき、第２部材の回転方向を特定することができる。これ等の情報を得ることで、ソレノイドの往復移動の状況が把握でき、直動アクチュエータの正確な動作制御が可能となる。
本構成のように、第２部材がハウジングに対して回転自在であれば、第２部材の姿勢変化を計測することで、第２部材と相対移動する第１部材の往復位置を特定することが容易となる。つまり、ハウジングに設けた磁気センサで磁性部材の位置を特定することで、溝に対するピンの位置を絞り込むことができる。また、磁性部材の変化量を知ることで第２部材の回転方向を知ることができる。さらに、ソレノイドへの通電方向を検出することで、第１部材が何れの方向に移動しているかが把握でき、第２部材の回転方向を特定することができる。これ等の情報を得ることで、ソレノイドの往復移動の状況が把握でき、直動アクチュエータの正確な動作制御が可能となる。
【0027】
（特徴構成）
本発明に係る直動アクチュエータにおいては、前記制御部を備える制御基板が前記ハウジングのうち前記第２部材に対向する位置に設けられ、前記磁気センサとしてのホールＩＣを、前記制御基板に備え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おいては、前記制御部を備える制御基板が前記ハウジングのうち前記第２部材に対向する位置に設けられ、前記磁気センサとしてのホールＩＣを、前記制御基板に備えておくことができる。
【0028】
（効果）
本構成であれば、制御基板と第２部材との間に特段の配線を敷設することなく第２部材の姿勢検出が可能となる。よって、直動アクチュエータの体格をコンパクトに抑えることができる。また、制御基板をハウジングに取り付ける作業がホールＩＣの設置作業を兼ねるから直動アクチュエータの組立工数も削減される。
本構成であれば、制御基板と第２部材との間に特段の配線を敷設することなく第２部材の姿勢検出が可能となる。よって、直動アクチュエータの体格をコンパクトに抑えることができる。また、制御基板をハウジングに取り付ける作業がホールＩＣの設置作業を兼ねるから直動アクチュエータの組立工数も削減される。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】第１実施形態に係る直動アクチュエータの適用例を示す説明図
【図2】第１実施形態に係る直動アクチュエータの概要を示す斜視図
【図3】第１実施形態に係る溝の形状を示す説明図
【図4】第２実施形態に係る溝の形状を示す説明図
【図5】第３実施形態に係る直動アクチュエータの概要を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【0030】
（概要）
本発明に係る直動アクチュエータＵは、例えば往復移動するソレノイドＳと組み合わせて構成することができる。本発明の直動アクチュエータＵは特に停止動作を滑らかにするものである。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、例えば往復移動するソレノイドＳと組み合わせて構成することができる。本発明の直動アクチュエータＵは特に停止動作を滑らかにするものである。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。
【0031】
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る直動アクチュエータＵの例を図１乃至図３に示す。図１（ａ）は、直動アクチュエータＵの外観を示す。図１（ｂ）は、直動アクチュエータＵの内部構成を示す。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、ソレノイドＳに従って往復移動する第１部材１と、この第１部材１に従動して第１部材１の往復移動を制動する第２部材２とを備えている。
第１実施形態に係る直動アクチュエータＵの例を図１乃至図３に示す。図１（ａ）は、直動アクチュエータＵの外観を示す。図１（ｂ）は、直動アクチュエータＵの内部構成を示す。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、ソレノイドＳに従って往復移動する第１部材１と、この第１部材１に従動して第１部材１の往復移動を制動する第２部材２とを備えている。
【0032】
（第１部材）
図１および図２に示すように、ここでの第１部材１は円筒状の可動子７を兼ねて一体に構成される。ハウジングＨにはコイル８ａを有する固定子８が設けられており、この固定子８に対する通電によって磁力が発生する。可動子７は、この磁力に吸引あるいは反発して固定子８に対して移動する。コイル８ａに対する通電方向を変更することで、可動子７は往復移動可能である。
図１および図２に示すように、ここでの第１部材１は円筒状の可動子７を兼ねて一体に構成される。ハウジングＨにはコイル８ａを有する固定子８が設けられており、この固定子８に対する通電によって磁力が発生する。可動子７は、この磁力に吸引あるいは反発して固定子８に対して移動する。コイル８ａに対する通電方向を変更することで、可動子７は往復移動可能である。
【0033】
第１部材１は円筒形状を呈しており、ハウジングＨに対して回転せずに往復移動を行う。回転を規制するために、ハウジングＨに設けた爪部１ａが、第１部材１に設けた直線溝１ｂに係合する。第１部材１の円筒状の外面には、固定子８との間で磁束の受け渡しを行う第１凸部７ａおよび第２凸部７ｂ、第３凸部７ｃを備えている。これら凸部は何れも第１部材１の表面から環状に突出した状態に設ける。このように突出形成することで固定子８との距離が短くなり、第１凸部７ａ乃至第３凸部７ｃにおいて磁束が集中して第１部材１を移動させるための強い磁界を形成することができる。
【0034】
第１部材１の表面には、図２に示すように、ループ状の溝Ｒが形成してある。この溝Ｒには、後述するように、第２部材２に設けたピン２１が係合する。第１部材１の往復移動に伴って溝Ｒの内部をピン２１が摺動し、第２部材２を回転させることで第１部材１の往復移動を制動するものである。
【0035】
第１部材１の一方の端部にはロッド９が接続してある。このロッド９は、さらに、パーキングロック装置のロック機構や、ステアリング装置のうち車輪の操舵を行うタイロッドなどに接続される。
【0036】
また、ロッド９と反対側には、付勢部材３としてのコイルスプリング３ａが設けられている。このコイルスプリング３ａは、第１部材１を例えばロッド９の側に常時付勢する。後述するように、ループ状の溝Ｒの形状を適切に設定することで、コイル８ａへの通電停止状態において第１部材１を少なくとも一つの位置に固定することができる。
【0037】
（第２部材）
第２部材２は、図２に示すように環状の部材である。第２部材２は、第１部材１に外挿した状態に配置され、ハウジングＨによって回転のみ可能な状態に支持される。第２部材２の内面には溝Ｒに向けて突出するピン２１が設けてある。このピン２１は溝Ｒと係合し、第１部材１が往復移動する際に溝Ｒに従動することで第２部材２が回転する。このピン２１は、例えば第２部材２の一部に貫通形成した孔部２１ａに嵌入やネジ止めにより固定する。
第２部材２は、図２に示すように環状の部材である。第２部材２は、第１部材１に外挿した状態に配置され、ハウジングＨによって回転のみ可能な状態に支持される。第２部材２の内面には溝Ｒに向けて突出するピン２１が設けてある。このピン２１は溝Ｒと係合し、第１部材１が往復移動する際に溝Ｒに従動することで第２部材２が回転する。このピン２１は、例えば第２部材２の一部に貫通形成した孔部２１ａに嵌入やネジ止めにより固定する。
【0038】
図１に示すように、第２部材２は、例えば固定子８の側面に設けた当接部材Ｆに当接し、摩擦力を発生させるように構成してある。この当接部材Ｆは、ハウジングＨに設けた当接部２２の一例である。摩擦力の発生は、例えばハウジングＨにおいて軸心Ｚの周方向に沿って複数配置したコイルバネ１０によって第２部材２を当接部材Ｆに向けて常時付勢する。このように第２部材２に対して常に摩擦力を発生させることで第１部材１の往復移動の制動効果を高めることができる。
【0039】
本構成であれば、第２部材２はハウジングＨの内部において変位しないから、直動アクチュエータＵは、第２部材２の保持空間を最小に留めたコンパクトな構成となる。
【0040】
（第１部材および第２部材の動作態様）
図３には、溝Ｒの形状を示す。これは第１部材１に形成した溝Ｒを平面上に展開したものである。溝Ｒはループ状であり、ピン２１が摺動するよう所定の幅を有する。また、図３には、ピン２１が溝Ｒの壁に沿って摺動する際のピン２１の中心部が通過する軌跡を示してある。実線は、ピン２１が溝Ｒの外側壁Ｒ１に沿って摺動する場合の軌跡であり、点線は、ピン２１が溝Ｒの内側壁Ｒ２に沿って摺動する場合の軌跡である。
図３には、溝Ｒの形状を示す。これは第１部材１に形成した溝Ｒを平面上に展開したものである。溝Ｒはループ状であり、ピン２１が摺動するよう所定の幅を有する。また、図３には、ピン２１が溝Ｒの壁に沿って摺動する際のピン２１の中心部が通過する軌跡を示してある。実線は、ピン２１が溝Ｒの外側壁Ｒ１に沿って摺動する場合の軌跡であり、点線は、ピン２１が溝Ｒの内側壁Ｒ２に沿って摺動する場合の軌跡である。
【0041】
これら外側壁Ｒ１および内側壁Ｒ２には、Ａ点からＤ点までの屈曲点を示している。これらは第１部材１が往復移動する際に、ピン２１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Ｒ１に設けられ、Ｃ点が内側壁Ｒ２に設けられる。また、これらＢ点およびＣ点に対しては、第１部材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Ｒ２にあり、Ｃ’点は外側壁Ｒ１にある。
【0042】
（Ａ点からＢ点に至る態様）
以下には、直動アクチュエータＵが、例えばパーキング装置のロック機構に設けられている場合を想定して、第１部材１の往復動作に伴う第２部材２の姿勢変化の様子を示す。今、ピン２１がＡ点に当接しているとする。このときの第１部材１の位置は、図１（ｂ）に示した第１部材１の位置とは反対側となり、図１において第１部材１は右側の移動端点にある。この図１（ｂ）の状態はロック機構がパーキング状態にあること示している。第１部材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８ａは通電状態にある。ただし、第１部材１はコイルスプリング３ａによって図１の右方向に押圧されるため、図３中Ａ点の位置では、コイル８ａへの通電を停止してもよい。図３においては、溝Ｒの全体が右方向に押されようとし、ピン２１がＡ点に嵌まり込んで第１部材１の移動が停止固定される。
以下には、直動アクチュエータＵが、例えばパーキング装置のロック機構に設けられている場合を想定して、第１部材１の往復動作に伴う第２部材２の姿勢変化の様子を示す。今、ピン２１がＡ点に当接しているとする。このときの第１部材１の位置は、図１（ｂ）に示した第１部材１の位置とは反対側となり、図１において第１部材１は右側の移動端点にある。この図１（ｂ）の状態はロック機構がパーキング状態にあること示している。第１部材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８ａは通電状態にある。ただし、第１部材１はコイルスプリング３ａによって図１の右方向に押圧されるため、図３中Ａ点の位置では、コイル８ａへの通電を停止してもよい。図３においては、溝Ｒの全体が右方向に押されようとし、ピン２１がＡ点に嵌まり込んで第１部材１の移動が停止固定される。
【0043】
この状態から第１部材１が図３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２１はＡ点から内側壁Ｒ２に当接するまで移動し、内側壁Ｒ２の傾斜に案内されてＢ点の側に誘導される。
【0044】
第１部材１が引き続き図３中の左方向に移動すると、ピン２１は溝Ｒの外側壁Ｒ１に案内され、実線上を移動する。溝Ｒ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２１がＢ点に近付くほど、第２部材２の回転角度が大きくなる。今、第１部材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、第２部材２が第１部材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２１がＡ点からＢ点に向けて移動する際に、特に溝Ｒ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。
【0045】
このとき、第２部材２の回転速度が急激に増大する。第２部材２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、第２部材２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、第１部材１の往復移動の運動エネルギーの一部が消費されて第１部材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、第１部材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。
【0046】
第１減速領域Ｋ１で十分に減速したあとも第１部材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３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Ｒの谷状の位置となるから、第１部材１が図３中の左方向に推力を得ている限り、ピン２１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。
【0047】
（Ｂ点からＣ点に至る態様）
ソレノイドＳに通電され、第１部材１が図３中の左向きの推力を得ている間は、ピン２１はＢ点で安定する。しかし、このソレノイドＳでは、無通電で第１部材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８ａへの通電を停止し、コイルスプリング３ａの付勢力を利用して第１部材１を図３中の右方向に移動させる。Ｂ点にあるピン２１は内側壁Ｒ２のＢ’点に当接し、内側壁Ｒ２に沿ってＣ点に至る。Ｃ点は、図３に示すように左向きに谷部が形成されており、この両側の溝Ｒがコイルスプリング３ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第１屈曲部１Ｐとなる。コイル８ａへの通電が停止された状態であってもピン２１はＣ点で安定する。
ソレノイドＳに通電され、第１部材１が図３中の左向きの推力を得ている間は、ピン２１はＢ点で安定する。しかし、このソレノイドＳでは、無通電で第１部材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８ａへの通電を停止し、コイルスプリング３ａの付勢力を利用して第１部材１を図３中の右方向に移動させる。Ｂ点にあるピン２１は内側壁Ｒ２のＢ’点に当接し、内側壁Ｒ２に沿ってＣ点に至る。Ｃ点は、図３に示すように左向きに谷部が形成されており、この両側の溝Ｒがコイルスプリング３ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第１屈曲部１Ｐとなる。コイル８ａへの通電が停止された状態であってもピン２１はＣ点で安定する。
【0048】
（Ｃ点からＤ点に至る態様）
通電を停止していたコイル８ａに対して先ほどまでと同方向の通電を行うことで、第１部材１を、再度、図３中の左側に移動させることができる。この動作は、ピン２１をＡ点に戻すための初期動作である。これにより、ピン２１はＣ点から外側壁Ｒ１のＣ’点に向かって移動し、そのあと外側壁Ｒ１に沿ってＤ点まで移動する。
通電を停止していたコイル８ａに対して先ほどまでと同方向の通電を行うことで、第１部材１を、再度、図３中の左側に移動させることができる。この動作は、ピン２１をＡ点に戻すための初期動作である。これにより、ピン２１はＣ点から外側壁Ｒ１のＣ’点に向かって移動し、そのあと外側壁Ｒ１に沿ってＤ点まで移動する。
【0049】
（Ｄ点からＡ点に至る態様）
次にコイル８ａに逆方向の通電を行う。これにより、ピン２１はＤ点から内側壁Ｒ２に当接するまで移動し、内側壁Ｒ２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８ａに通電して発生させた推力によって第１部材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３ａの付勢力のみによって第１部材１を移動させてもよい。尚、第１部材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２１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第１部材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Ｒがコイルスプリング３ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第２屈曲部２Ｐである。ピン２１がＡ点に到着すると通電を止め、コイルスプリング３ａの付勢力を利用してピン２１をＡ点で固定してもよい。
次にコイル８ａに逆方向の通電を行う。これにより、ピン２１はＤ点から内側壁Ｒ２に当接するまで移動し、内側壁Ｒ２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８ａに通電して発生させた推力によって第１部材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３ａの付勢力のみによって第１部材１を移動させてもよい。尚、第１部材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２１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第１部材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Ｒがコイルスプリング３ａの付勢方向に沿って奥側に延出する第２屈曲部２Ｐである。ピン２１がＡ点に到着すると通電を止め、コイルスプリング３ａの付勢力を利用してピン２１をＡ点で固定してもよい。
【0050】
本実施形態の溝Ｒ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３中に波線で示した領域であって、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２１が内側の点線上を移動するように、内側壁Ｒ２を外側壁Ｒ１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。
【0051】
つまり、このように構成することで外側壁Ｒ１に係る実線よりも内側壁Ｒ２に係る点線の方がより直線に近くなる。これにより、仮に、第１部材１が過度に減速されてピン２１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Ｒの途中で停止した場合に、ピン２１の復帰が容易となる。つまり、ピン２１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８ａに逆方向の通電を行い、ピン２１をＡ点まで復帰させる必要がある。その際に、内側壁Ｒ２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２１が内側壁Ｒ２に沿って移動し易くなる。
【0052】
（制御部）
本実施形態の直動アクチュエータＵは、コイル８ａに対する通電方向を適宜切り替えることで第１部材１を往復移動させる。そのために、図１に示すように、第２部材２に磁性部材Ｍが設けられ、ハウジングＨのうち磁性部材Ｍの移動軌跡に対向する位置に磁気センサ４として例えばホールＩＣ４ａを設けてある。このホールＩＣ４ａは、ハウジングＨに取り付けられた制御基板６に設けてある。
本実施形態の直動アクチュエータＵは、コイル８ａに対する通電方向を適宜切り替えることで第１部材１を往復移動させる。そのために、図１に示すように、第２部材２に磁性部材Ｍが設けられ、ハウジングＨのうち磁性部材Ｍの移動軌跡に対向する位置に磁気センサ４として例えばホールＩＣ４ａを設けてある。このホールＩＣ４ａは、ハウジングＨに取り付けられた制御基板６に設けてある。
【0053】
制御基板６は制御部５を備えるものであり、例えば、第１部材１の往復方向と平行な状態で、第１部材１および第２部材２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４から制御部５までの配線を別途設ける必要がなく、制御部５の構成が簡略化される。また、制御基板６をハウジングＨに取り付けるだけで磁性部材Ｍとの位置取りが可能となり組立工数も削減される。
【0054】
制御部５では、磁気センサ４に対する磁性部材Ｍの相対位置を検出することで第２部材２の回転位相を検出する。また、第２部材２の回転位相については、時間当たりの変化量（Δθ/Δｔ）を演算することで第２部材２の回転方向を知ることができる。さらに、コイル８ａ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Ｒにおけるピン２１の位置およびピン２１の移動速度等を知ることができ、ソレノイドＳの伸縮状態を知ることができる。
【0055】
以上の如く、本構成のピン２１および溝Ｒを備えた直動アクチュエータＵは、第１部材１の移動速度が安定化し、第１部材１の移動停止態様が滑らかとなる。さらに、省エネルギーな位置保持機能を得ることができる。
【0056】
〔第２実施形態〕
図４に領域Ｋ３として示すように、溝Ｒの形状として、第１部材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４に領域Ｋ３として示すように、溝Ｒの形状として、第１部材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。
【0057】
第２部材２のピン２１が溝Ｒの湾曲部を通過する際には、第１部材１に対する第２部材２の相対回転方向が切り替わる。第２部材２は所定の慣性を有するから、第２部材２の回転方向の切り替わりにより第１部材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、第１部材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。
【0058】
〔第３実施形態〕
図５には、第１部材１と第２部材２との移動態様を逆にした例を示す。ここでは、表面に溝Ｒを設けた第１部材１を可動子７に対して直列に配置する。第１部材１は、可動子７のうちロッド９と反対側に設けた回転軸７１に挿通する。第１部材１から突出した回転軸７１の雌ネジ部７１ａに対し、抜止めワッシャ７１ｂとボルト７１ｃを装着して第１部材１を取り付ける。これにより、第１部材１は軸心Ｚに沿って可動子７と従動可能であり、第１部材１のみが軸心Ｚの周りに回転可能となる。尚、可動子７の回転を規制する係止部の記載は省略してある。
図５には、第１部材１と第２部材２との移動態様を逆にした例を示す。ここでは、表面に溝Ｒを設けた第１部材１を可動子７に対して直列に配置する。第１部材１は、可動子７のうちロッド９と反対側に設けた回転軸７１に挿通する。第１部材１から突出した回転軸７１の雌ネジ部７１ａに対し、抜止めワッシャ７１ｂとボルト７１ｃを装着して第１部材１を取り付ける。これにより、第１部材１は軸心Ｚに沿って可動子７と従動可能であり、第１部材１のみが軸心Ｚの周りに回転可能となる。尚、可動子７の回転を規制する係止部の記載は省略してある。
【0059】
一方のピン２１の取り付けは、ハウジングＨの一部を第２部材２とし、この一部に貫通形成した孔部２１ａに嵌入やネジ止めにより固定する。例えば、孔部２１ａをネジ孔とし、ピン２１をイモネジで構成すると、第２部材２の内面におけるピン２１の突出長さの調整が容易となる。
【0060】
本実施形態では、コイルスプリング３ａを用いて第１部材１を可動子７の端面に押し付ける。コイルスプリング３ａは、図示は省略するがハウジングＨの一部に反力を取り、皿ワッシャ３ｂを介して第１部材１の端面を付勢する。皿ワッシャ３ｂの中心孔には抜止めワッシャ７１ｂとボルト７１ｃが挿入可能であり、皿ワッシャ３ｂの端面が第１部材１の端面に当接する。皿ワッシャ３ｂは、例えばフッ素樹脂部材等で構成し第１部材１との摩擦が低減される。
【0061】
一方、可動子７の端面には当接部材Ｆが設けられており、第１部材１との間で常に摩擦が発生する。これにより、第１部材１の回転が適度に制動され、可動子７の往復移動速度の過度な高まりが防止される。
【0062】
本構成であれば、コイル８ａへの通電に際して可動子７が移動する際に、第１部材１の溝Ｒが第２部材２のピン２１に案内されることで第１部材１が回転する。第１部材１は細径の回転軸７１によって回転支持されるから、第１部材１の回転が極めて円滑となる。よって、第１部材１の回転慣性を利用し易いものとなる。
【0063】
また、コイルスプリング３ａの機能は、第１実施形態に示したように、コイル８ａへの通電がない状態でも、第１部材１を往復移動方向の少なくとも一箇所の位置で固定するものである。しかし、本構成では、第１部材１を可動子７に押し付けて第１部材１を制動することができる。よって、一つのコイルスプリング３ａが第１部材１の位置固定機能と摩擦制動機能とを発揮するから全体の構成が簡略化される。
【0064】
尚、ピン２１と溝Ｒは、第１部材１および第２部材２の何れに対しても振り分け構成することができる。例えば、ハウジングＨの内面に溝Ｒを形成し、第１部材１の表面にピン２１を突出形成するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0065】
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、振動や騒音の発生を抑え、省電力での動作が求められる駆動部に広く用いることができる。
【符号の説明】
【0066】
１ 第１部材
２ 第２部材
２１ ピン
２２ 当接部
３ 付勢部材
４ 磁気センサ
４ａ ホールＩＣ
５ 制御部
６ 制御基板
Ｈ ハウジング
Ｍ 磁性部材
１Ｐ 第１屈曲部
２Ｐ 第２屈曲部
Ｒ 溝
Ｓ ソレノイド
Ｕ 直動アクチュエータ
２ 第２部材
２１ ピン
２２ 当接部
３ 付勢部材
４ 磁気センサ
４ａ ホールＩＣ
５ 制御部
６ 制御基板
Ｈ ハウジング
Ｍ 磁性部材
１Ｐ 第１屈曲部
２Ｐ 第２屈曲部
Ｒ 溝
Ｓ ソレノイド
Ｕ 直動アクチュエータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】