特開 2024-77813 アクチュエータ

(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】P2024077813

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/16 20060101AFI20240603BHJP

【ＦＩ】

H01F7/16 B

H01F7/16 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022189989

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】入井 俊紀

(72)【発明者】

【氏名】中川 雄介

(72)【発明者】

【氏名】河原 寛之

【テーマコード（参考）】

5E048

【Ｆターム（参考）】

5E048AC05

5E048AC06

5E048AC07

5E048AD02

(57)【要約】

【課題】小型化を図りつつ、シャフトの中間位置の位置決め精度を向上させることができるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ１００は、ハウジング１０８と、ハウジングの内部に収容された円筒状の少なくとも１つのコイル１１０と、コイルの内側に対向配置された２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂと、可動鉄心に挿通されたシャフト１０２と、コイルが励磁されたときに電流の向きに応じて移動する側の可動鉄心とシャフトとを係合する２つのワンウェイ機構１０４ａ、１０４ｂと、２つの可動鉄心を初期位置に付勢するリターンスプリング１１４と、シャフトに形成された複数の溝１３６ａ、１３６ｂと、溝に係合する係合部材１３８とを有するラッチ機構１０６と、を備え、通電時に可動鉄心によってシャフトが送られる毎に、ラッチ機構の係合部材が溝１３６ａを乗り越えて、溝の隣の溝１３６ｂに係合する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
前記ハウジングの内部に収容された円筒状の少なくとも１つのコイルと、
前記コイルの内側に対向配置された２つの可動鉄心と、
前記可動鉄心に挿通されたシャフトと、
前記２つの可動鉄心のうち、前記コイルが励磁されたときに電流の向きに応じて移動する側の可動鉄心と前記シャフトとを係合する２つのワンウェイ機構と、
前記２つの可動鉄心を初期位置に付勢するリターンスプリングと、
前記シャフトに形成された複数の溝と、該溝に係合する係合部材とを有するラッチ機構と、を備え、
通電時に前記可動鉄心によって前記シャフトが送られる毎に、前記ラッチ機構の前記係合部材が前記溝を乗り越えて、該溝の隣の溝に係合することを特徴とするアクチュエータ。

【請求項2】

前記可動鉄心によって前記シャフトを送るワンストロークの送り量は、前記溝の間隔の２つ分よりも小さく、
前記可動鉄心によって送られた前記シャフトのストロークエンドにおいて、前記可動鉄心を吸引する吸引力は、前記ラッチ機構による前記シャフトの保持力よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記２つの可動鉄心のうち前記ハウジングに密着する側のストローク端に切欠きが形成されていて、前記ストローク端における磁路の断面積が狭くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記２つの可動鉄心の対向面には、非磁性スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記２つの可動鉄心の間には、非磁性弾性体が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記リターンスプリングは、圧縮されるほどばね定数が増加する非線形ばねであることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、双方向に能動的にシャフトを移動させることが可能なアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

一例として、コイルと可動鉄心を用いたアクチュエータでは、コイルを励磁すると、可動鉄心が吸引されて移動可能となっている（例えば特許文献１、２）。特許文献１には、往復運動するシャフトを３段階の停止位置で停止させることが可能な電磁ソレノイドが記載されている。

【0003】

この電磁ソレノイドは、２つのコイルと、シャフトに固定された１つの可動鉄心（プランジャ）と、可動鉄心を付勢する２つのスプリングとを備える。２つのコイルは、ケースの軸方向に直列に内蔵されている。可動鉄心は、コイルを通電させると、スプリングの付勢力に抗して吸引されてシャフトとともに移動し、非通電時にはスプリングによって押し戻されて中間位置に復帰する。このようにして電磁ソレノイドは、バルブ制御などに利用可能な中間位置を含む３つの位置でシャフトを停止させることができる。

【0004】

特許文献２には、いわゆるステップ送りの構成を有するアクチュエータが記載されている。このアクチュエータは、１つのコイルと、２つの可動鉄心と、２つのロック機構（ワンウェイ機構）とを備える。ワンウェイ機構は、可動鉄心とシャフトの間に配置されていて、転動体と、可動鉄心に固定された係合部材とを有する。ワンウェイ機構では、コイルの励磁時、非励磁時の可動鉄心の動きに合わせて、転動体が係合部材に当接してシャフトとの間に挟まることで楔として機能して、可動鉄心とシャフトを係合させる。

【0005】

このアクチュエータは、可動鉄心の動きに合わせて可動鉄心とシャフトとの係合と解除を繰り返し、これによってシャフトを少しずつ繰り出すことで大きな移動距離を得ることができ、これによって電磁部の体格を小さくすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４－２５３４１８号公報

【特許文献2】特願２０２０－１６３６６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし特許文献１の電磁ソレノイドでは、２つのコイルを対向配置するため体格が大きくなってしまう。また特許文献２のアクチュエータでは、シャフトをストローク両端以外の中間位置で停止させるソレノイドとして使用する場合、シャフトは移動方向の反対方向には動かないが、移動方向にはロックフリー状態であることから、シャフトのストローク量がばらついてしまう場合がある。例えば、シャフトに送り方向の負荷がかかっている場合や、シャフトに接続された部材の質量が大きくて慣性が付いてしまう場合などに、想定（設計）より送りすぎになってしまう。このため、中間位置の位置決め精度が低下してしまう、という問題があった。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑み、小型化を図りつつ、シャフトの中間位置の位置決め精度を向上させることができるアクチュエータを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明にかかるアクチュエータの代表的な構成は、ハウジングと、ハウジングの内部に収容された円筒状の少なくとも１つのコイルと、コイルの内側に対向配置された２つの可動鉄心と、可動鉄心に挿通されたシャフトと、２つの可動鉄心のうち、コイルが励磁されたときに電流の向きに応じて移動する側の可動鉄心とシャフトとを係合する２つのワンウェイ機構と、２つの可動鉄心を初期位置に付勢するリターンスプリングと、シャフトに形成された複数の溝と、溝に係合する係合部材とを有するラッチ機構と、を備え、通電時に可動鉄心によってシャフトが送られる毎に、ラッチ機構の係合部材が溝を乗り越えて、溝の隣の溝に係合することを特徴とする。

【0010】

上記構成では、ワンウェイ機構によって、２つの可動鉄心のうちコイルが励磁されたときに電流の向きに応じて移動する側の可動鉄心とシャフトとの係合と解除を繰り返して、シャフトを少しずつ繰り出すことで大きな移動距離を得る、ステップ送りを行うことができる。

【0011】

また上記構成のように、通電時にワンウェイ機構によってシャフトがステップ送りされる毎に、ラッチ機構の溝を係合部材が乗り越えて、隣の溝に係合部材が係合することで、シャフトのワンストローク毎の送り量を安定させることができる。すなわち、ラッチ機構の保持力によって、送りすぎを防止することができる。

【0012】

また非通電時には、ラッチ機構の溝が係合部材に係合しているため、シャフトの位置は保持される。したがって上記構成によれば、シャフトの中間位置の位置決め精度を向上させることができる。さらにコイルが１つしかないことから、アクチュエータの小型化を図ることができる。

【0013】

上記の可動鉄心によってシャフトを送るワンストロークの送り量は、溝の間隔の２つ分よりも小さく、可動鉄心によって送られたシャフトのストロークエンドにおいて、可動鉄心を吸引する吸引力は、ラッチ機構によるシャフトの保持力よりも小さい。これにより、シャフトが送られるワンストローク毎に、ラッチ機構の溝に係合部材が確実に係合して、シャフトが溝を越えてストロークしないようにできる。よってラッチ機構は、溝の間隔の１つ分でシャフトを確実に保持することができる。

【0014】

上記の２つの可動鉄心のうちハウジングに密着する側のストローク端に切欠きが形成されていて、ストローク端における磁路の断面積が狭くなっているとよい。これにより、コイルの通電時に可動鉄心に流入する磁束を制限して、コイルの磁束による可動鉄心の吸引力を小さくすることができる。このため、シャフトの推力（すなわち可動鉄心の吸引力からリターンスプリングの付勢力を引いたもの）を、ラッチ機構によるシャフトの保持力よりも小さくなるように設定することができる。これにより、シャフトがステップ送りされると、ワンストローク毎にラッチ機構の溝に係合部材が確実に係合して、シャフトが溝を越えてストロークしないようにできる。

【0015】

上記の２つの可動鉄心の対向面には、非磁性スペーサが配置されているとよい。これにより、２つの可動鉄心の対向面の間に磁気ギャップが形成されるため、２つの可動鉄心同士が密着せず、コイルの磁束による可動鉄心の吸引力を小さくでき、シャフトの推力を、ラッチ機構によるシャフトの保持力よりも小さくすることができる。このため、シャフトの位置は、ワンストローク毎にラッチ機構によって確実に保持される。

【0016】

上記の２つの可動鉄心の間には、非磁性弾性体が配置されているとよい。これにより、２つの可動鉄心同士が近づくほど反発力が高くなり、２つの可動鉄心の間に磁気ギャップが形成される。このため、２つの可動鉄心同士が密着せず、コイルの磁束による可動鉄心の吸引力を小さくでき、シャフトの推力を、ラッチ機構によるシャフトの保持力よりも小さくすることができる。このため、シャフトの位置は、ワンストローク毎にラッチ機構によって確実に保持される。

【0017】

上記のリターンスプリングは、圧縮されるほどばね定数が増加する非線形ばねであるとよい。なお、この非線形ばねとしては、例えば不等ピッチスプリングが挙げられる。これにより、２つの可動鉄心同士が近づくほど反発力（すなわちリターンスプリングの付勢力）が高くなる。このため、コイルの磁束による可動鉄心の吸引力からリターンスプリングの付勢力を引いたものであるシャフトの推力を、ラッチ機構によるシャフトの保持力よりも小さくすることができる。したがって、シャフトがステップ送りされると、ワンストローク毎にラッチ機構の溝に係合部材が確実に係合して、シャフトが溝を越えてストロークしないようにできる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、小型化を図りつつ、シャフトの中間位置の位置決め精度を向上させることができるアクチュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態におけるアクチュエータの全体構成図である。

【図2】図１のアクチュエータの要部を拡大して示す図である。

【図3】図１のアクチュエータの特性を示すグラフである。

【図4】図１のアクチュエータの動作を説明する図である。

【図5】図４（ｂ）に後続するアクチュエータの通電時の動作を説明する図である。

【図6】図５（ｂ）に後続するアクチュエータの非通電時の動作を説明する図である。

【図7】図１のアクチュエータの変形例を示す図である。

【図8】図１のアクチュエータの他の変形例を示す図である。

【図9】図１のアクチュエータのさらに他の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0021】

図１は、本発明の実施形態におけるアクチュエータ１００の全体構成図である。アクチュエータ１００は、シャフト１０２を備え、双方向に能動的にシャフト１０２を移動させることが可能な装置である。シャフト１０２は、送り方向の負荷がかかる場合や、接続された所定部材の質量が大きくて慣性が付いてしまう場合などがあり得る。

【0022】

そこでアクチュエータ１００では、シャフト１０２が想定（設計）よりも送りすぎにならず、シャフト１０２をストローク両端以外の位置（中間位置）で高い精度で停止させることが可能な構成を採用した。

【0023】

すなわちアクチュエータ１００は、シャフト１０２に加え、２つのワンウェイ機構１０４ａ、１０４ｂ（図２（ａ）参照）と、１つのラッチ機構１０６（図２（ｂ）参照）とを備える。ワンウェイ機構１０４ａ、１０４ｂは、シャフト１０２を少しずつ繰り出すことで大きな移動距離を得る、いわゆるステップ送りを可能とする。ラッチ機構１０６は、その保持力によってシャフト１０２の送りすぎを防止する。

【0024】

アクチュエータ１００はさらに、筒状のハウジング１０８と、１つのコイル１１０と、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂと、リターンスプリング１１４と、２つの永久磁石１１６ａ、１１６ｂと、２つの固定鉄心１１８ａ、１１８ｂとを備える。コイル１１０は、ハウジング１０８の内部に収容され、円筒状に巻回されている。

【0025】

可動鉄心１１２ａ、１１２ｂは、コイル１１０の内側に対向配置されていて、コイル１１０の軸方向において双方向に移動する。シャフト１０２は、可動鉄心１１２ａ、１１２ｂに挿通されている。また可動鉄心１１２ａ、１１２ｂはそれぞれ、シャフト１０２に向かって突出した小径部１２０ａ、１２０ｂを有する。小径部１２０ａ、１２０ｂの間には、リターンスプリング１１４が配置されている。

【0026】

可動鉄心１１２ａは、リターンスプリング１１４によって一方側（図中左側。以下左側という）に付勢され、可動鉄心１１２ａの一端１２２ａがハウジング１０８の左側の横板１２４ａに当接した状態となっている。可動鉄心１１２ｂは、リターンスプリング１１４によって他方側（図中右側。以下右側という）に付勢され、可動鉄心１１２ｂの他端１２２ｂがハウジング１０８の右側の横板１２４ｂに当接した状態となっている。

【0027】

このようにリターンスプリング１１４は、可動鉄心１１２ａ、１１２ｂを初期位置に付勢する。また可動鉄心１１２ａの他端１２５ａと可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂとはエアギャップを形成するように対向していて、これらは可動鉄心１１２ａ、１１２ｂの対向面となる。

【0028】

固定鉄心１１８ａ、１１８ｂはそれぞれ、コイル１１０の左側と右側に対向配置され、その内側に可動鉄心１１２ａ、１１２ｂが位置している。永久磁石１１６ａ、１１６ｂは、ハウジング１０８の横板１２４ａ、１２４ｂと固定鉄心１１８ａ、１１８ｂとの間に配置されている。また永久磁石１１６ａ、１１６ｂは、磁束によって可動鉄心１１２ａ、１１２ｂを初期位置に保持する。ハウジング１０８および固定鉄心１１８ａ、１１８ｂは、磁性材料からなり、磁気回路を形成する。

【0029】

図２は、図１のアクチュエータ１００の要部を拡大して示す図である。図２（ａ）は、ワンウェイ機構１０４ａを示している。図２（ｂ）は、ラッチ機構１０６を示している。なおワンウェイ機構１０４ａ、１０４ｂは、左右対称の構造を有しているので、以下ではワンウェイ機構１０４ｂの説明を適宜省略する。

【0030】

ワンウェイ機構１０４ａは、図２（ａ）に示すように可動鉄心１１２ａとシャフト１０２の間に配置されていて、転動体１２６ａと、保持器１２８ａと、テーパ面（傾斜面１３０ａ）と、弾性体１３２ａとを有する。転動体１２６ａは、シャフト１０２の上を転動して楔として機能する。転動体１２６ａは球またはほぼ円筒状のころである。円筒状のころは、その中央部がシャフト１０２の外周面に倣って窪んでいて、両端部は傾斜面１３０ａの内周面に倣って細くなっている。保持器１２８ａは、転動体１２６ａの姿勢を保持する。

【0031】

傾斜面１３０ａは、可動鉄心１１２ａの内側に形成されていて、可動鉄心１１２ａの一端１２２ａに向かうほどシャフト１０２に近づくように傾斜している。弾性体１３２ａは、保持器１２８ａと可動鉄心１１２ａの小径部１２０ａとの間に配置されていて、保持器１２８ａを介して転動体１２６ａを傾斜面１３０ａに付勢する。

【0032】

ワンウェイ機構１０４ａでは、コイル１１０が励磁されていない状態では、弾性体１３２ａで押された保持器１２８ａが横板１２４ａに突き当たることにより、転動体１２６ａが傾斜面１３０ａと接触せず、楔として機能しない。そしてコイル１１０が励磁されて可動鉄心１１２ａが動き始めると、転動体１２６ａが傾斜面１３０ａに当接してシャフト１０２との間に挟まることで楔として機能して、可動鉄心１１２ａとシャフト１０２とを係合する。そしてシャフト１０２は、可動鉄心１１２ａとともに移動する。

【0033】

ラッチ機構１０６は、図１に示すように筒状のケーシング１３４を有する。ケーシング１３４は、ハウジング１０８の外側に位置し右側の横板１２４ｂに取り付けられている。ラッチ機構１０６はさらに、図２（ｂ）に示すように複数の溝１３６と、溝１３６に係合する係合部材１３８とを有する。なお図２（ｂ）では、隣接する溝１３６ａ、１３６ｂに代表的に符号を付している。

【0034】

複数の溝１３６は、シャフト１０２のハウジング１０８の外側に形成されている。また図２（ｂ）には、寸法Ｌａ、Ｌｂが示されている。寸法Ｌａは、複数の溝１３６の間隔である。また寸法Ｌｂは、ワンウェイ機構１０４ａ、１０４ｂおよび可動鉄心１１２ａ、１１２ｂによってシャフト１０２をステップ送りするときのワンストロークの送り量である。このワンストロークの送り量Ｌｂは、溝１３６の間隔Ｌａの２つ分よりも小さくなっている。

【0035】

ケーシング１３４には、径方向に貫通する孔部１４０が設けられている。係合部材１３８は、転動体１４２と、弾性体１４４と、支持部材１４６とを備え、これらはケーシング１３４の孔部１４０に配置されている。支持部材１４６は、ケーシング１３４の孔部１４０に取り付けられている。弾性体１４４は、支持部材１４６と転動体１４２との間に配置され、転動体１４２をシャフト１０２に向かって付勢する。

【0036】

転動体１４２は、弾性体１４４を介して支持部材１４６によって支持されることにより、図２（ｂ）に示すシャフト１０２の例えば溝１３６ａに係合する。転動体１４２は、シャフト１０２が右側にステップ送りされると、係合した溝１３６ａを乗り越えて、隣の溝１３６ｂに係合する。

【0037】

図３は、図１のアクチュエータ１００の特性を示すグラフである。図中では、横軸を可動鉄心１１２ａのストロークとし、縦軸を荷重としている。グラフＡは、可動鉄心１１２ａを右側に吸引する吸引力を示している。グラフＢ（図中、点線）は、ラッチ機構１０６によるシャフト１０２の保持力を示している。グラフＣは、シャフト１０２に作用する推力（シャフト推力）を示している。なおシャフト推力は、可動鉄心１１２ａの吸引力からリターンスプリング１１４の付勢力などの荷重を引いたものである。

【0038】

以下、図３の各グラフＡ、Ｂ、Ｃを参照しつつ、アクチュエータ１００の動作を説明する。図４は、図１のアクチュエータ１００の動作を説明する図である。図４（ａ）は、図１のアクチュエータ１００の非通電時の状態を示している。

【0039】

非通電時において可動鉄心１１２ａ、１１２ｂは、図４（ａ）に示す永久磁石１１６ａ、１１６ｂの磁束Ｒａ、Ｒｂによる保持力とリターンスプリング１１４の付勢力によって初期位置に保持されている。またこのとき、ワンウェイ機構１０４ａ、１０４ｂは機能せず、可動鉄心１１２ａ、１１２ｂとシャフト１０２とは係合していない。

【0040】

このため可動鉄心１１２ａは移動することはなく、グラフＡの点Ｄに示すようにストロークが０となっている。また可動鉄心１１２ａのストロークが０であるとき、ワンウェイ機構１０４ａの弾性体１３２ａ（図２（ａ）参照）が可動鉄心１１２ａの小径部１２０ａを右側に押し付ける。なお点Ｄは、リターンスプリング１１４を圧縮するために必要な吸引力を示している。

【0041】

図４（ｂ）は、図４（ａ）に後続してコイル１１０に電流を流して励磁させた状態を示している。通電時において図４（ｂ）に示すコイル１１０の磁束Ｒｃは、図示左側の永久磁石１１６ａの磁束Ｒａ（図中、点線）による保持力を打ち消し、可動鉄心１１２ａを右側に吸引する吸引力を生じさせる。

【0042】

一方、コイル１１０の磁束Ｒｃは、図示右側の永久磁石１１６ｂの磁束Ｒｂによる保持力を打ち消さない。このため、可動鉄心１１２ｂが初期位置に保持されていて、ワンウェイ機構１０４ｂは機能せず、可動鉄心１１２ｂとシャフト１０２とは係合していない。

【0043】

このため、可動鉄心１１２ａは、コイル１１０の磁束Ｒｃによる吸引力によって、リターンスプリング１１４を圧縮しながら付勢力に抗して右側に移動する（図４（ｂ）の矢印α参照）。その結果、ワンウェイ機構１０４ａが機能して、図２（ａ）に示す転動体１２６ａが傾斜面１３０ａに当接してシャフト１０２との間に挟まることで楔として機能して、可動鉄心１１２ａとシャフト１０２とを係合する。

【0044】

可動鉄心１１２ａは、グラフＣのシャフト推力が生じるタイミング（すなわちグラフＡの点Ｅ）でシャフト１０２と係合している。また点Ｄと点Ｅを比較すると、可動鉄心１１２ａを右側に吸引する吸引力は、可動鉄心１１２ａの他端１２５ａが可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂに近づくにつれて大きくなっている。このように点Ｅで吸引力を大きくすることにより、ワンウェイ機構１０４ａが機能して可動鉄心１１２ａによってシャフト１０２を動かすときに、ラッチ機構１０６の転動体１４２が溝１３６ａを乗り越えることが可能となる（図５（ａ）参照）。

【0045】

図５は、図４（ｂ）に後続するアクチュエータ１００の通電時の動作を説明する図である。シャフト１０２は、ワンウェイ機構１０４ａにより可動鉄心１１２ａと係合しているため、右側に吸引される可動鉄心１１２ａとともに移動する（図５（ａ）の矢印β参照）。そしてグラフＡの点Ｆにおいて、可動鉄心１１２ａは、グラフＢに示すラッチ機構１０６によるシャフト１０２の保持力を上回る吸引力で右側に押し出される。

【0046】

その結果、シャフト１０２は右側に送られて、図２（ｂ）に示すラッチ機構１０６の溝１３６ａに係合していた転動体１４２が溝１３６ａを乗り越えた状態となる（図５（ａ）参照）。そして図５（ｂ）に示すように、可動鉄心１１２ａが右側にさらに移動すると（グラフＡの点Ｇ）、ラッチ機構１０６の転動体１４２は、溝１３６ａの隣の溝１３６ｂに係合する。

【0047】

ここでシャフト１０２のワンストロークの送り量Ｌｂ（図２（ｂ）参照）は、上記したように溝１３６ａ、１３６ｂの間隔Ｌａの２つ分よりも小さい。またグラフＡの点Ｆと点Ｇを比較すると、可動鉄心１１２ａを右側に吸引する吸引力は、転動体１４２が溝１３６ａを乗り越えた後、例えば点Ｇに示すシャフト１０２のストロークエンドにおいて、グラフＢに示すラッチ機構１０６の保持力よりも小さくなっている。

【0048】

このため、シャフト１０２が送られるワンストローク毎に、ラッチ機構１０６の溝１３６に転動体１４２が確実に係合して、シャフト１０２が溝１３６を越えてストロークしないようにできる。すなわちラッチ機構１０６の保持力によって、シャフト１０２の送りすぎを防止し、溝１３６の間隔Ｌａの１つ分でシャフト１０２を確実に保持することができる。

【0049】

したがってアクチュエータ１００では、通電時にワンウェイ機構１０４が機能して可動鉄心１１２ａによってシャフト１０２が送られるワンストローク毎に、ラッチ機構１０６の転動体１４２が溝１３６ａを乗り越えて隣の溝１３６ｂに係合し、これによって、シャフト１０２のワンストローク毎の送り量を安定させることができる。すなわちシャフト１０２は、溝１３６の間隔Ｌａの１つ分だけ確実に右側に送られることになる。

【0050】

図６は、図５（ｂ）に後続するアクチュエータ１００の非通電時の動作を説明する図である。非通電時においては、コイル１１０の磁束Ｒｃによる吸引力が生じないため、可動鉄心１１２ａは、リターンスプリング１１４の付勢力によって左側に移動し（図６（ａ）の矢印γ参照）、ワンウェイ機構１０４ａによるシャフト１０２との係合が解除される。このとき、ラッチ機構１０６は、転動体１４２が溝１３６ｂに係合しているため、シャフト１０２の位置を保持することができる。また可動鉄心１１２ａは、左側に移動することで、図６（ｂ）に示すように再び初期位置に戻る。

【0051】

このようにアクチュエータ１００では、ワンウェイ機構１０４ａによって可動鉄心１１２ａとシャフト１０２との係合と解除を繰り返して、シャフト１０２を少しずつ繰り出すことで大きな移動距離を得る、ステップ送りを行うことができる。一例として、ラッチ機構１０６の溝１３６の間隔Ｌａが２ｍｍであれば、上記動作を１０回繰り返すことでシャフト１０２を２０ｍｍ繰り出すことができる。

【0052】

したがってアクチュエータ１００によれば、シャフト１０２の中間位置の位置決め精度を向上させることができる。さらにコイル１１０が１つしかないことから、アクチュエータ１００の小型化を図ることができる。

【0053】

なお上記アクチュエータ１００では、通電時にコイル１１０の磁束Ｒｃ（図４（ｂ）参照）による吸引力によって可動鉄心１１２ａを移動させ、さらにワンウェイ機構１０４ａによって可動鉄心１１２ａとシャフト１０２との係合と解除を繰り返してシャフト１０２を右側にステップ送りするようにした。ただし、これに限定されず、コイル１１０に流す電流の向きを逆にして、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂのうち、可動鉄心１１２ｂを移動させて、ワンウェイ機構１０４ｂによって可動鉄心１１２ｂとシャフト１０２との係合と解除を繰り返して、シャフト１０２を左側にステップ送りしてもよい。すなわち２つのワンウェイ機構１０４ａ、１０４ｂは、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂのうち、コイル１１０が励磁されたときに電流の向きに応じて移動する側の可動鉄心とシャフト１０２とを係合する。

【0054】

図７は、図１のアクチュエータ１００の変形例を示す図である。図７（ａ）、図７（ｂ）に示すアクチュエータ１００Ａ、１００Ｂはそれぞれ、左側の可動鉄心１１２ｃ、１１２ｄの一端１２２ｃ、１２２ｄ、すなわちハウジング１０８の横板１２４ａに密着する側のストローク端に切欠き１４８、１５０が形成されている点で、上記アクチュエータ１００と異なる。

【0055】

このためアクチュエータ１００Ａでは、通電時に可動鉄心１１２ｃの他端１２５ａが対向する可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂに近づくほど（矢印α）、図７（ａ）に示す可動鉄心１１２ｃの一端１２２ｃが固定鉄心１１８ａと重なるラップ長さＬｃが小さくなり、磁路Ｒｄが絞られる。

【0056】

またアクチュエータ１００Ｂでは、通電時に可動鉄心１１２ｄの他端１２５ａが対向する可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂに近づくほど（矢印α）、図７（ｂ）に示す可動鉄心１１２ｄの一端１２２ｄが固定鉄心１１８ａと重なる断面積の径方向の長さＬｄが小さくなり、磁路Ｒｄが絞られる。

【0057】

したがってアクチュエータ１００Ａ、１００Ｂによれば、ストローク終盤において可動鉄心１１２ｃ、１１２ｄに流入する磁束を制限して、図４（ｂ）に示すコイル１１０の磁束Ｒｃによる可動鉄心１１２ｃ、１１２ｄの吸引力を小さくすることができる。これにより、シャフト１０２が溝１３６を越えてしまうことを防止し、ラッチ機構１０６の溝１３６に係合部材１３８を確実に係合させることができる。

【0058】

図８は、図１のアクチュエータ１００の他の変形例を示す図である。図８（ａ）に示すアクチュエータ１００Ｃは、可動鉄心１１２ａ、１１２ｂの対向面、すなわち可動鉄心１１２ａの他端１２５ａと可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂとの間に非磁性スペーサ１５２が配置されている点で、上記アクチュエータ１００と異なる。

【0059】

図８（ｂ）は、アクチュエータ１００Ｃの特性を示すグラフである。図中では、横軸を可動鉄心１１２ａのストロークとし、縦軸をコイル１１０の磁束Ｒｃによる吸引力としている。グラフＨに示すように、吸引力は、可動鉄心１１２ａの他端１２５ａが可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂに近づいて（矢印α）、さらに両者が密着すると点Ｊに示すように急激に強くなる。

【0060】

そこでアクチュエータ１００Ｃでは、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂの対向面の間に、非磁性スペーサ１５２を配置し、その厚み寸法Ｌｅの分だけ磁気ギャップを形成することで、点Ｋに示すように吸引力を小さくすることができる。

【0061】

したがってアクチュエータ１００Ｃによれば、ストローク終盤におけるシャフト１０２の推力を、ラッチ機構１０６によるシャフト１０２の保持力よりも小さくすることができ、ワンストローク毎にラッチ機構１０６によってシャフト１０２を確実に保持することができる。

【0062】

図９は、図１のアクチュエータ１００のさらに他の変形例を示す図である。図９（ａ）に示すアクチュエータ１００Ｄは、可動鉄心１１２ａ、１１２ｂの対向面の間に非磁性弾性体１５４が配置されている点で、上記アクチュエータ１００と異なる。なお非磁性弾性体１５４は、例えば皿ばね、波ばねなどのセット長さの短い板ばねである。

【0063】

このためアクチュエータ１００Ｄでは、可動鉄心１１２ａの他端１２５ａが可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂに近づいて（矢印α）、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂの対向面同士が近づくほど反発力が高くなり、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂの間に磁気ギャップが形成される。

【0064】

したがってアクチュエータ１００Ｄでは、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂ同士が密着せず、コイル１１０の磁束による可動鉄心１１２ａの吸引力を小さくできる。したがってストローク終盤におけるシャフト１０２の推力を、ラッチ機構１０６によるシャフト１０２の保持力よりも小さくすることができる。このため、シャフト１０２の位置は、ワンストローク毎にラッチ機構１０６によって確実に保持される。

【0065】

図９（ｂ）に示すアクチュエータ１００Ｅは、リターンスプリング１１４ａを、圧縮されるほどばね定数が増加する非線形ばね（例えば、不等ピッチスプリング）としている点で、上記アクチュエータ１００と異なる。リターンスプリング１１４ａは、図９（ｃ）のグラフＬに示すように、スプリング変形量に対して弾性力が非線形特性を有する。つまりリターンスプリング１１４ａは、圧縮されるほど弾性力が急激に高くなる。

【0066】

このためアクチュエータ１００Ｅでは、可動鉄心１１２ａの他端１２５ａが可動鉄心１１２ｂの一端１２５ｂに近づいて（矢印α）、２つの可動鉄心１１２ａ、１１２ｂの対向面同士が近づくほど反発力（すなわちリターンスプリング１１４ａの付勢力）が急激に高くなる。

【0067】

このため、ストローク終盤におけるシャフト１０２の推力をラッチ機構１０６によるシャフト１０２の保持力よりも小さくすることができる。したがってアクチュエータ１００Ｅによれば、シャフト１０２がステップ送りされると、ワンストローク毎にラッチ機構１０６の溝１３６に係合部材１３８が確実に係合して、シャフト１０２が溝１３６を越えてストロークしないようにできる。

【0068】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明は、双方向に能動的にシャフトを移動させることが可能なアクチュエータとして利用することができる。

【符号の説明】

【0070】

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ…アクチュエータ、１０２…シャフト、１０４ａ、１０４ｂ…ワンウェイ機構、１０６…ラッチ機構、１０８…ハウジング、１１０…コイル、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ…可動鉄心、１１４、１１４ａ…リターンスプリング、１１６ａ、１１６ｂ…永久磁石、１１８ａ、１１８ｂ…固定鉄心、１２０ａ、１２０ｂ…小径部、１２２ａ、１２２ｃ、１２２ｄ…左側の可動鉄心の一端、１２２ｂ…右側の可動鉄心の他端、１２４ａ、１２４ｂ…ハウジングの横板、１２５ａ…左側の可動鉄心の他端、１２５ｂ…右側の可動鉄心の一端、１２６ａ…ワンウェイ機構の転動体、１２８ａ…保持器、１３０ａ…傾斜面、１３２ａ…弾性体、１３４…ケーシング、１３６、１３６ａ、１３６ｂ…溝、１３８…係合部材、１４０…孔部、１４２…ラッチ機構の転動体、１４４…ラッチ機構の弾性体、１４６…支持部材、１４８、１５０…切欠き、１５２…非磁性スペーサ、１５４…非磁性弾性体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】