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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】P2025006822
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
   H02K 33/16 20060101AFI20250109BHJP
【FI】
H02K33/16 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023107830
(22)【出願日】2023-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】000002233
【氏名又は名称】ニデックインスツルメンツ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100142619
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100153316
【弁理士】
【氏名又は名称】河口 伸子
(74)【代理人】
【識別番号】100196140
【弁理士】
【氏名又は名称】岩垂 裕司
(72)【発明者】
【氏名】土橋 将生
【テーマコード(参考)】
5H633
【Fターム(参考)】
5H633BB08
5H633GG02
5H633GG09
5H633HH03
5H633HH05
5H633HH09
5H633HH16
5H633JA04
5H633JA10
(57)【要約】
【課題】アクチュエータの小型化を図るとともに、磁気駆動機構の推力向上を図る。
【解決手段】アクチュエータ1は、支軸30を備える可動体3と、可動体3の外周側を囲む筒状のケース20を備える支持体2と、接続体10と、可動体3を支持体2に対して支軸30の軸線方向に相対移動させる磁気駆動機構6を有する。接続体10は、支軸30の第1端部30L1を囲む筒状の第1接続体11と、支軸30の第2端部30L2を囲む筒状の第2接続体12を備える。第1接続体11の内周面および第2接続体12の内周面は可動体3に接続され、第1接続体11の外周面および第2接続体12の外周面は支持体2に接続される。支持体2には、支軸30を軸線方向に摺動可能に保持するとともに支軸30の径方向の移動を規制するガイド部9が設けられている。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支軸を備える可動体と、
前記可動体の外周側を囲む筒状のケースを備える支持体と、
前記支持体および前記可動体に接続され、弾性および粘弾性の少なくとも一方を備える接続体と、
前記可動体と前記支持体の一方に配置される磁石および前記可動体と前記支持体の他方に配置されて前記磁石と径方向で対向するコイルを備え、前記可動体を前記支持体に対して前記支軸の軸線方向に相対移動させる磁気駆動機構と、を有し、
前記接続体は、
前記支軸の前記軸線方向の一方側の端部である第1端部を囲む第1接続体と、
前記支軸の前記軸線方向の他方側の端部である第2端部を囲む第2接続体と、を備え、
前記支持体には、前記支軸を前記軸線方向に摺動可能に保持するとともに前記支軸の径方向の移動を規制するガイド部が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
前記ガイド部は、前記軸線方向に離れた複数位置に設けられている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】
前記支持体は、前記ケースの前記軸線方向の一方側の端部を塞ぐ第1蓋部材と、前記ケースの前記軸線方向の他方側の端部を塞ぐ第2蓋部材と、を備え、
前記ガイド部は、前記第1蓋部材に設けられて前記第1端部を前記軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第1ガイド部、および、前記第2蓋部材に設けられて前記第2端部を前記軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第2ガイド部の少なくとも一方を含む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4】
前記可動体は、
前記第1端部を囲むとともに前記第1接続体の内周面に接合される第1筒部、および前記第1筒部の内周面の前記軸線方向の他方側の端部に設けられた第1環状突部を備える第1内枠部材と、
前記第2端部を囲むとともに前記第2接続体の内周面に接合される第2筒部、および前記第2筒部の内周面の前記軸線方向の一方側の端部に設けられた第2環状突部を備える第2内枠部材と、を備え、
前記支軸は、
前記第1端部が前記第1環状突部の内側に圧入され、前記第1環状突部から前記軸線方向の一方側に突出した前記第1端部の先端が前記第1筒部の内側において前記第1ガイド部に保持され、
前記第2端部が前記第2環状突部の内側に圧入され、前記第2環状突部から前記軸線方向の他方側に突出した前記第2端部の先端が前記第2筒部の内側において前記第2ガイド部に保持されることを特徴とする請求項3に記載のアクチュエータ。
【請求項5】
前記可動体は、前記第1接続体の内周面に接合されるとともに前記第1端部に固定される第1内枠部材と、前記第2接続体の内周面に接合されるとともに前記第2端部に固定される第2内枠部材と、前記磁石に前記軸線方向の一方側から当接する第1ヨークと、前記磁石に前記軸線方向の他方側から当接する第2ヨークと、を備え、
前記支軸は、
前記第1内枠部材と前記第2内枠部材との間を前記軸線方向に延びる部分が前記第1ヨーク、前記磁石、および前記第2ヨークを貫通しており、
前記ガイド部は、前記第1内枠部材と前記第1ヨークとの間を前記軸線方向に延びる前記支軸の第1露出部分、および、前記第2内枠部材と前記第2ヨークとの間を前記軸線方向に延びる前記支軸の第2露出部分の少なくとも一方を前記軸線方向に摺動可能に保持す
る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6】
前記支持体は、前記ケースの内周側に配置されるコイルホルダを備え、前記ケースは、前記コイルホルダを介して前記第1接続体の外周面に接続され、
前記コイルホルダは、前記磁石、前記第1ヨーク、および前記第1露出部分の外周側を囲んでおり、
前記ガイド部は、前記コイルホルダの内周面から突出して前記第1露出部分を前記軸線方向に摺動可能に保持する第1ガイド部、および、前記ケースの内周面から突出して前記第2露出部分を前記軸線方向に摺動可能に保持する第2ガイド部を含むことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。
【請求項7】
前記第1接続体および前記第2接続体は、ゲル状部材であることを特徴とする請求項1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、可動体を支持体に対して相対移動させるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、可動体および支持体に接続される接続体と、支持体に対して可動体を移動させる磁気駆動機構とを備えたアクチュエータが記載される。特許文献1のアクチュエータでは、支持体は、筒状のケースと、ケースの両端を塞ぐ蓋部材と、ケースの内側に配置されるコイルホルダを備える。可動体は、ケースの径方向の中心に配置される支軸と、支軸に固定されるヨークおよび磁石を備える。磁気駆動機構は、磁石と、磁石の外周側に配置されるコイルホルダに巻かれたコイルを備える。
【0003】
特許文献1では、接続体として、支軸の両端を囲む位置に配置される環状の第1接続体および第2接続体を備える。第1接続体および第2接続体は、それぞれ、外周面がケースの内側に設けられた外枠部材に接続され、内周面が支軸の端部に固定された内枠部材に接続される。これにより、可動体がケースの内側で軸線方向に移動可能に支持される。第1接続体および第2接続体は、シリコーンゲルなどのゲル状部材である。可動体が支軸の軸線方向に振動する際、ゲル状部材はせん断方向に変形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2022-065839号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1の構造では、可動体は、径方向の移動が接続体を配置した箇所以外では規制されていない。そのため、接続体として径方向に伸縮可能な弾性体や粘弾性体を用いる場合、接続体が伸縮することによって可動体が径方向に動いてしまう。従って、可動体が径方向に動いて支持体と衝突することを回避するためには、可動体と支持体との間に径方向の隙間を確保しなければならない。しかしながら、可動体と支持体との隙間を大きくすると、アクチュエータの外形が大型化するという問題がある。また、可動体と支持体との隙間を大きくすると、磁気駆動機構の磁石とコイルとのギャップが大きくなるため、磁気駆動機構の推力が減少してしまう。
【0006】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、アクチュエータの小型化を図るとともに、磁気駆動機構の推力向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータは、支軸を備える可動体と、前記可動体の外周側を囲む筒状のケースを備える支持体と、前記支持体および前記可動体に接続され、弾性および粘弾性の少なくとも一方を備える接続体と、前記可動体と前記支持体の一方に配置される磁石および前記可動体と前記支持体の他方に配置されて前記磁石と径方向で対向するコイルを備え、前記可動体を前記支持体に対して前記支軸の軸線方向に相対移動させる磁気駆動機構と、を有し、前記接続体は、前記支軸の前記軸線方向の一方側の端部である第1端部を囲む第1接続体と、前記支軸の前記軸線方向の他方側の端部である第2端部を囲む第2接続体と、を備え、前記支持体には、前記支軸を前記軸線方向に摺動可能に保持するとともに前記支軸の径方向の移動を規制するガイド部が設けられていることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、可動体が支軸を中心として支軸の軸線方向に振動する際、支持体に設けられたガイド部によって支軸の径方向の移動が規制される。このようにすると、可動体の径方向の移動を規制するにあたって、可動体の中心に配置されて組立の基準となっている部材(支軸)が直接ガイド部により保持されるので、可動体の軸線方向の直進運動を最も精度良く行うことができる。これにより、支持体と可動体との衝突を回避するために、支持体と可動体との径方向の隙間を大きく確保する必要がないので、アクチュエータの外形を小型化することができる。また、磁石とコイルの径方向の隙間を狭めることができるので、磁気ギャップを小さくすることができ、磁気駆動機構の推力を向上させることができる。
【0009】
本発明において、前記ガイド部は、前記軸線方向に離れた複数位置に設けられていることが好ましい。このようにすると、支軸が傾くことを規制できる。従って、支持体と可動体との径方向の隙間を狭めることができるので、アクチュエータの外形を小型化することができる。また、磁石とコイルの径方向の隙間を狭めることができるので、磁気ギャップを小さくすることができ、磁気駆動機構の推力を向上させることができる。
【0010】
本発明において、前記支持体は、前記ケースの前記軸線方向の一方側の端部を塞ぐ第1蓋部材と、前記ケースの前記軸線方向の他方側の端部を塞ぐ第2蓋部材と、を備え、前記ガイド部は、前記第1蓋部材に設けられて前記第1端部を前記軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第1ガイド部、および、前記第2蓋部材に設けられて前記第2端部を前記軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第2ガイド部の少なくとも一方を含むことが好ましい。このようにすると、蓋部材にガイド部を一体化させることができるので、ガイド部を設けた場合でも部品点数の増加を抑制でき、組立工数の増加を抑制できる。また、ケースに蓋部材を取り付ける際、支軸の両端を筒状のガイド部に挿入できるため、アクチュエータの組立作業が容易である。
【0011】
本発明において、前記可動体は、前記第1端部を囲むとともに前記第1接続体の内周面に接合される第1筒部、および前記第1筒部の内周面の前記軸線方向の他方側の端部に設けられた第1環状突部を備える第1内枠部材と、前記第2端部を囲むとともに前記第2接続体の内周面に接合される第2筒部、および前記第2筒部の内周面の前記軸線方向の一方側の端部に設けられた第2環状突部を備える第2内枠部材と、を備え、前記支軸は、前記第1端部が前記第1環状突部の内側に圧入され、前記第1環状突部から前記軸線方向の一方側に突出した前記第1端部の先端が前記第1筒部の内側において前記第1ガイド部に保持され、前記第2端部が前記第2環状突部の内側に圧入され、前記第2環状突部から前記軸線方向の他方側に突出した前記第2端部の先端が前記第2筒部の内側において前記第2ガイド部に保持されることが好ましい。このように、接続体および内枠部材の内周側にガイド部の先端部分を配置することにより、蓋部材にガイド部を設けた場合でも、アクチュエータの軸線方向の寸法が大型化することを抑制できる。
【0012】
本発明において、前記第1接続体の内周面に接合されるとともに前記第1端部に固定される第1内枠部材と、前記第2接続体の内周面に接合されるとともに前記第2端部に固定される第2内枠部材と、前記磁石に前記軸線方向の一方側から当接する第1ヨークと、前記磁石に前記軸線方向の他方側から当接する第2ヨークと、を備え、前記支軸は、前記第1内枠部材と前記第2内枠部材との間を前記軸線方向に延びる部分が前記第1ヨーク、前記磁石、および前記第2ヨークを貫通しており、前記ガイド部は、前記第1内枠部材と前記第1ヨークとの間を前記軸線方向に延びる前記支軸の第1露出部分、および、前記第2内枠部材と前記第2ヨークとの間を前記軸線方向に延びる前記支軸の第2露出部分の少なくとも一方を前記軸線方向に摺動可能に保持することが好ましい。このようにすると、磁石が固定されるヨークと、接続体が接続される内枠部材との軸線方向の隙間を利用して、
支軸を直接保持するガイド部を設置することができる。
【0013】
本発明において、前記支持体は、前記ケースの内周側に配置されるコイルホルダを備え、前記ケースは、前記コイルホルダを介して前記第1接続体の外周面に接続され、前記コイルホルダは、前記磁石、前記第1ヨーク、および前記第1露出部分の外周側を囲んでおり、前記ガイド部は、前記コイルホルダの内周面から突出して前記第1露出部分を前記軸線方向に摺動可能に保持する第1ガイド部、および、前記ケースの内周面から突出して前記第2露出部分を前記軸線方向に摺動可能に保持する第2ガイド部を含むことが好ましい。このようにすると、コイルホルダを利用して、支軸を直接保持するガイド部を設置することができる。また、コイルホルダやケースにガイド部を一体化させることができるので、部品点数の削減、および組立工数の削減を図ることができる。
【0014】
本発明において、前記第1接続体および前記第2接続体は、ゲル状部材であることが好ましい。接続体としてゲル状部材を用いる場合、径方向に伸縮可能であるため可動体の径方向の移動を十分に規制できないが、本形態では、ガイド部によって可動体の径方向の移動を規制することができる。従って、ゲル状部材の特性を利用した振動特性を実現しながら、アクチュエータの小型化、および、磁気駆動機構の推力向上を図ることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、可動体が支軸を中心として支軸の軸線方向に振動する際、支持体に設けられたガイド部によって支軸の径方向の移動が規制される。このようにすると、可動体の径方向の移動を規制するにあたって、可動体の中心に配置されて組立の基準となっている部材(支軸)が直接ガイド部により保持されるので、可動体の軸線方向の直進運動を最も精度良く行うことができる。これにより、支持体と可動体との衝突を回避するために、支持体と可動体との径方向の隙間を大きく確保する必要がないので、アクチュエータの外形を小型化することができる。また、磁石とコイルの径方向の隙間を狭めることができるので、磁気ギャップを小さくすることができ、磁気駆動機構の推力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の実施形態1に係るアクチュエータの斜視図である。
図2図1に示すアクチュエータの分解斜視図である。
図3図1に示すアクチュエータの断面図(図1のA-A断面図)である。
図4図1に示すアクチュエータの断面図(図1のB-B断面図)である。
図5】本発明の実施形態2に係るアクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
(実施形態1)
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態1に係るアクチュエータ1の斜視図である。図2は、図1に示すアクチュエータ1の分解斜視図である。図3図4は、図1に示すアクチュエータ1の断面図である。図3は、図1のA-A位置で切断した断面図である。図4は、図1のB-B位置で切断した断面図であり、図3と直交する方向で切断した断面図である。以下の説明において、可動体3の中心軸線Lが延在する方向を軸線方向とし、軸線方向の一方側をL1とし、軸線方向の他方側をL2とする。
【0018】
(全体構成)
図1図4に示すように、アクチュエータ1は、支持体2と、可動体3と、支持体2および可動体3に接続される接続体10と、可動体3を支持体2に対して相対移動させる磁気駆動機構6とを備える。接続体10は、弾性および粘弾性のうちの少なくとも一方を備
える。磁気駆動機構6は、可動体3に配置される磁石61と、支持体2に配置されるコイル62とを備えており、支持体2に対して可動体3を軸線方向に相対移動させる。図3図4に示すように、可動体3は、軸線方向の一方側L1の端部、および軸線方向の他方側L2の端部の各位置において、接続体10を介して支持体2と接続される。
【0019】
(支持体)
図2図4に示すように、支持体2は、筒状のケース20と、ケース20の軸線方向の一方側L1の開口を塞ぐ第1蓋部材21と、ケース20の軸線方向の他方側L2の開口を塞ぐ第2蓋部材22と、ケース20の内周側で第1蓋部材21と第2蓋部材22との間に配置されるコイルホルダ4を有する。本形態では、ケース20、第1蓋部材21、第2蓋部材22、およびコイルホルダ4は樹脂製である。また、支持体2は、コイルホルダ4の内周側に嵌まる第1外枠部材51と、第1外枠部材51に対して軸線方向の他方側L2に離間した位置でケース20の内周側に嵌まる第2外枠部材52を有する。
【0020】
(接続体)
接続体10は、第1外枠部材51の内周面に接合された環状の第1接続体11と、第2外枠部材52の内周面に接合された環状の第2接続体12を備える。本形態では、後述するように、第1接続体11および第2接続体12はゲル材料を成形したゲル状部材であり、ゲル状部材自身の粘着性によって、第1外枠部材51および第2外枠部材52の内周面に接合される。
【0021】
(コイルホルダ)
図2図4に示すように、コイルホルダ4は、環状の第1外枠部材固定部41と、第1外枠部材固定部41から軸線方向の他方側L2へ突出する胴部42とを備えており、胴部42の周りにコイル62が配置される。コイル62から引き出されたコイル線63の端部は、コイルホルダ4の第1外枠部材固定部41から径方向外側へ突出する2本の端子ピン64に絡げられている(図2参照)。図1に示すように、アクチュエータ1を組み立てると、端子ピン64はケース20の外部へ突出し、配線基板7に接続される。
【0022】
図3図4に示すように、第1外枠部材固定部41の内周面には、軸線方向の他方側L2に凹む第1凹部43が設けられている。第1凹部43に第1外枠部材51が圧入されることにより、第1外枠部材51を介して第1接続体11が支持体2に固定される。第1外枠部材51は、外周面に形成された環状段部511が、第1凹部43の軸線方向の他方側L2の端部に設けられた第1段部44に対して軸線方向に当接する。
【0023】
(ケース)
ケース20は、円筒状のケース本体24と、ケース本体24の内周側に配置される環状の第2外枠部材固定部25を備える。図3図4に示すように、第2外枠部材固定部25は、コイルホルダ4に対して軸線方向の他方側L2に離間した位置に配置される。第2外枠部材固定部25は、ケース本体24と一体に成形されており、ケース本体24の内周面から内周側に突出する。
【0024】
図3図4に示すように、第2外枠部材固定部25の内周面には、軸線方向の一方側L1に凹む第2凹部46が設けられている。第2凹部46に第2外枠部材52が圧入されることにより、第2外枠部材52を介して第2接続体12が支持体2に固定される。第2外枠部材52は、外周面に形成された環状段部521が、第2凹部46の軸線方向の一方側L1の端部に設けられた第2段部45に対して軸線方向に当接する。
【0025】
図1図4に示すように、コイルホルダ4が嵌まるケース本体24の内周面には、軸線方向に延びる複数の溝部29が形成されている。図2に示すように、コイルホルダ4は、
第1外枠部材固定部41の外周面から突出する複数の凸部49を備える。支持体2を組み立てる際、コイルホルダ4の各凸部49は、ケース本体24の各溝部29に軸線方向の一方側L1から嵌め込まれる。これにより、コイルホルダ4がケース本体24に圧入されて固定される。
【0026】
(蓋部材)
図1図2に示すように、第1蓋部材21および第2蓋部材22は、それぞれ、軸線方向から見て円形の蓋部26と、蓋部26の外周縁に周方向で等間隔で配置された複数の係止部27を備える。本形態では、第1蓋部材21および第2蓋部材22は、それぞれ、3個所の係止部27を備える。係止部27は、蓋部26から外周側へ拡がる方向に傾斜して延びる爪部である。図1図3に示すように、係止部27は、径方向に弾性変形して蓋部26と共にケース本体24の内周側に押し込まれる。
【0027】
ケース20には、第1蓋部材21および第2蓋部材22の係止部27がケース20の内側から外れることを規制する規制部28が設けられている。図3に示すように、規制部28は、ケース本体24の端部から内周側に突出する凸部であり、係止部27の先端に対して軸線方向に当接する。図1図2に示すように、規制部28は、ケース本体24の軸線方向の一方側L1および他方側L2の端部に、それぞれ、3個所ずつ等間隔で配置される。
【0028】
(配線基板)
図2に示すように、ケース20は、軸線方向の一方側L1の縁を軸線方向の他方側L2に切り欠いた切欠き部65と、切欠き部65の他方側L2に形成された基板固定部69を備える。図1に示すように、配線基板7は、基板固定部69に固定される。基板固定部69には、コイル62に対する給電用のリード線8を保持するリード線保持部80が設けられている。
【0029】
切欠き部65の内周側には、コイルホルダ4の第1外枠部材固定部41が配置される。図2に示すように、第1外枠部材固定部41から突出する2本の端子ピン64の根本には、コイル62から引き出されたコイル線63が絡げられている。2本の端子ピン64は、第1蓋部材21の外周縁の周方向の一部から軸線方向の他方側L2に延びるカバー66と、ケース20の切欠き部65との隙間からケース20の外周側に突出し、配線基板7に設けられた2箇所の穴71(図2参照)に通されて、穴71の縁に設けられたランドと電気的に接続される。
【0030】
(可動体)
図2図3図4に示すように、可動体3は、支持体2の径方向の中心において軸線方向に延びる支軸30を有する。支軸30は金属製の丸棒である。支軸30には、磁石61およびヨーク35が固定される。支軸30は、磁石61およびヨーク35を貫通する。支軸30の軸線方向の一方側L1の端部である第1端部30L1には、金属製の第1内枠部材36が固定される。支軸30の軸線方向の他方側L2の端部である第2端部30L2には、金属製の第2内枠部材37が固定される。磁石61およびヨーク35は、第1内枠部材36および第2内枠部材37によって、支軸30の軸線方向の中央に保持される。
【0031】
第1内枠部材36は、支軸30の第1端部30L1を囲む円筒形の第1筒部360と、第1筒部360の軸線方向の他方側L2の端部から突出した第1環状突部361を備える。支軸30は第1環状突部361に圧入され、第1端部30L1は第1環状突部361から第1筒部360の内側に突出する。第2内枠部材37は、第1内枠部材36と同一形状をしており、軸線方向で逆向きに配置される。第2内枠部材37は、支軸30の第2端部30L2を囲む円筒形の第2筒部370と、第2筒部370の軸線方向の一方側L1の端
部から突出した第2環状突部371を備える。支軸30は第2環状突部371に圧入され、第2端部30L2は第2環状突部371から第2筒部370の内側に突出する。
【0032】
図2に示すように、磁石61は、軸線方向から見て円形である。磁石61の径方向の中央には、支軸30が貫通する軸穴610が設けられており、支軸30の軸線方向の略中央に磁石61が固定される。ヨーク35は、磁石61に軸線方向の一方側L1から当接する第1ヨーク31と、磁石61に軸線方向の他方側L2から当接する第2ヨーク32を備える。
【0033】
第1ヨーク31の中央には、支軸30が貫通する軸穴310が設けられている。図3図4に示すように、第1ヨーク31は、外径寸法が磁石61の外径寸法よりわずかに大きい磁性板であり、第1ヨーク31の外周面は、磁石61の外周面より径方向外側に張り出している。第1ヨーク31は、磁石61の一方側L1の端面に接着等の方法で固定される。
【0034】
第2ヨーク32は、円板状の第1磁性部材33と、カップ状の第2磁性部材34と、円板状の第3磁性部材38の3つの磁性部材からなる(図2参照)。なお、第1磁性部材33と第3磁性部材38の一方もしくは両方を省略することもできる。第1磁性部材33は、支軸30が貫通する軸穴330が設けられており、磁石61の他方側L2の端面に固定される。第2磁性部材34は、支軸30が貫通する軸穴340が設けられた円板部341と、円板部341の外縁に設けられた曲げ部342と、曲げ部342から軸線方向の一方側L1へ延びる円筒部343を備える。第1磁性部材33は、外径寸法が磁石61の外径寸法と略同一であり、円板部341よりも小さい。
【0035】
第3磁性部材38には、支軸30が貫通する軸穴380が設けられており、第2磁性部材34の円板部341に対して軸線方向の他方側L2から固定される。第2ヨーク32を構成する複数の磁性部材のうち、第3磁性部材38は、可動体3の重量を調整する重量調整部材として機能する。第3磁性部材38は、重量調整部39を備える。本形態では、重量調整部39は円形の貫通孔である。本形態では、図2に示すように、4箇所の重量調整部39が90度の角度間隔で周方向に並んでいる。4箇所の重量調整部39は、可動体3の重心を中心として周方向に均等配置される。
【0036】
可動体3を製造する際、磁石61およびヨーク35を構成する各部材の軸穴310、610、330、340、380に支軸30を貫通させる。この状態で、磁石61およびヨーク35の軸線方向の両側で第1内枠部材36および第2内枠部材37を支軸30に固定する。これにより、第1内枠部材36は、軸線方向の一方側L1から磁石61およびヨーク35を支持し、第2内枠部材37が軸線方向の他方側L2から磁石61およびヨーク35を支持する。よって、磁石61およびヨーク35は、支軸30に固定される。
【0037】
図3図4に示すように、コイルホルダ4の胴部42は、第2ヨーク32における第2磁性部材34の円筒部343と、第1ヨーク31および磁石61との径方向の隙間に挿入される。従って、胴部42に巻かれたコイル62は、円筒部343と磁石61の外周面との間、および、円筒部343と第1ヨーク31の外周面との間に配置される。
【0038】
(ガイド部)
支持体2は、可動体3の径方向の中央において軸縁方向に延びる支軸30を軸線方向に摺動可能に保持するとともに支軸30の径方向の移動を規制するガイド部9を備える。本形態では、ガイド部9として、支軸30の第1端部30L1を保持する第1ガイド部91、および、支軸30の第2端部30L2を保持する第2ガイド部92を備える。
【0039】
図3図4に示すように、第1蓋部材21は、蓋部26の径方向の中央から軸線方向の他方側L2へ突出する第1ガイド部91を備える。第1ガイド部91は筒状であり、軸線方向の他方側L2に開口する。第2蓋部材22は、蓋部26の径方向の中央から軸線方向の一方側L1へ突出する第2ガイド部92を備える。第2ガイド部92は筒状であり、軸線方向の一方側L1に開口する。図3図4に示すように、支軸30は、軸線方向の一方側L1の端部である第1端部30L1が第1ガイド部91に嵌合し、軸線方向の他方側L2の端部である第2端部30L2が第2ガイド部92に嵌合する。
【0040】
図3図4に示すように、第1ガイド部91の先端部は、第1内枠部材36における第1筒部360の内側に配置される。支軸30の第1端部30L1の先端は、第1環状突部361から第1筒部360の内側に突出し、第1ガイド部91の内側に挿入される。第1端部30L1の先端は、第1ガイド部91によって軸線方向に摺動可能に保持される。同様に、第2ガイド部92の先端部は、第2内枠部材37における第2筒部370の内側に配置される。支軸30の第2端部30L2の先端は、第2環状突部371から第2筒部370の内側に突出し、第2ガイド部92の内側に挿入される。第2端部30L2の先端は、第2ガイド部92によって軸線方向に摺動可能に保持される。
【0041】
(接続体の製造方法)
第1接続体11および第2接続体12は粘弾性体からなる。例えば、第1接続体11および第2接続体12として、シリコーンゲル等からなるゲル状部材、天然ゴム、ジエン系ゴム(例えば、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等)、非ジエン系ゴム(例えば、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等)、熱可塑性エラストマー等の各種ゴム材料及びそれらの変性材料を用いることができる。また、接続体10は、ゲル状部材、ゴム、あるいはその変性材料と、バネなどの弾性体とを組み合わせた複合部材であってもよい。
【0042】
本形態では、第1接続体11および第2接続体12は、針入度が90度から110度のシリコーンゲルからなる。第1接続体11および第2接続体12は、ゲル材料を型に充填して硬化させる方法(注型)により製造される。例えば、第1接続体11を成形するときは、治具によって第1外枠部材51および第1内枠部材36を同軸に位置決めして第1外枠部材51と第1内枠部材36の第1筒部360との間に環状の隙間を形成し、この隙間にゲル材料を充填して熱硬化させる。これにより、ゲル状部材自身の粘着性によって、第1接続体11が第1外枠部材51の内周面、および、第1内枠部材36における第1筒部360の外周面に接合される。
【0043】
なお、ゲル材料を充填する前に、第1外枠部材51の内周面、および第1内枠部材36における第1筒部360の外周面にプライマー等の接合促進剤を塗布することによってゲル状部材との接合強度を高めることができる。第2接続体12についても、同様に、第2外枠部材52と第2内枠部材37における第2筒部370との間に環状の隙間を形成し、この隙間にゲル材料を充填して熱硬化させることにより成形される。従って、アクチュエータ1を組み立てる際には、ゲル状部材を接着する工程を行わずに、支持体2と可動体3とを接続することができる。
【0044】
(アクチュエータの動作)
アクチュエータ1は、コイル62に通電することにより、磁気駆動機構6が、可動体3を軸線方向に駆動する駆動力を発生させる。コイル62への通電を切ると、可動体3は、接続体10の復帰力によって原点位置へ戻る。従って、コイル62への通電を断続的に行うことにより、可動体3は、軸線方向で振動する。このとき、コイル62に印加する交流波形を調整することで、可動体3が軸線方向の一方側L1に移動する加速度と、可動体3
が軸線方向の他方側L2に移動する加速度を異なるものとすることができる。それ故、アクチュエータ1を触覚デバイスとして取り付けた機器を手にした者は、軸線方向において方向性を有する振動を体感することができる。
【0045】
本形態では、接続体10は、支持体2と可動体3が径方向で対向する位置に配置され、可動体3は径方向に対して交差する軸線方向に振動する。可動体3が支持体2に対して軸線方向に振動する際、第1接続体11および第2接続体12は、可動体3の振動に追従してせん断方向に変形する。シリコーンゲル等のゲル状部材は、その伸縮方向によって、線形あるいは非線形の伸縮特性を備える。ゲル状部材がせん断方向に変形する際は、非線形の成分よりも線形の成分が大きい変形特性を持つ。従って、可動体3が支持体2に対して軸線方向に振動する際、第1接続体11および第2接続体12は、線形性が高い範囲で変形するので、リニアリティが良好な振動特性を得ることができる。
【0046】
アクチュエータ1は、可動体3の軸線方向の振動によって利用者に触覚を与える触覚デバイスとして使用することができる。アクチュエータ1は、例えば、ゲーム機の操作部材や、操作パネルに組み込んで利用することができる。あるいは、アクチュエータ1は、可動体3の振動時に支軸30がガイド部9に摺動して摺動音が発生することを考慮して、摺動音が問題になりにくい用途に使用することもできる。例えば、自動車のハンドルやいす等を含む各種の車載装置や、マッサージ器などの健康器具に用いることができる。
【0047】
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態のアクチュエータ1は、支軸30を備える可動体3と、可動体3の外周側を囲む筒状のケース20を備える支持体2と、支持体2および可動体3に接続され、弾性および粘弾性の少なくとも一方を備える接続体10と、可動体3に配置される磁石61および支持体2に配置されて磁石61と径方向で対向するコイル62を備え、可動体3を支持体2に対して支軸30の軸線方向に相対移動させる磁気駆動機構6と、を有する。接続体10は、支軸30の軸線方向の一方側L1の端部である第1端部30L1を囲む第1接続体11と、支軸30の軸線方向の他方側L2の端部である第2端部30L2を囲む第2接続体12と、を備える。支持体2には、支軸30を軸線方向に摺動可能に保持するとともに支軸30の径方向の移動を規制するガイド部9が設けられている。
【0048】
本形態によれば、可動体3が支軸30を中心として支軸30の軸線方向に振動する際、支持体2に設けられたガイド部9によって支軸30の径方向の移動が規制される。従って、可動体3の径方向の移動を規制するにあたって、可動体3の中心に配置されて組立の基準となっている部材(支軸30)が直接ガイド部9により保持されるので、可動体3の軸線方向の直進運動を最も精度良く行うことができる。これにより、支持体2と可動体3との衝突を回避するために、支持体2と可動体3との径方向の隙間を大きく確保する必要がない。例えば、第2ヨーク32の円筒部343とケース20の内周面との径方向の隙間D1(図3図4参照)、および、第1ヨーク31の外周面とコイルホルダ4の胴部42の内周面との径方向の隙間D2(図3図4参照)をガイド部9を設けていない場合と比較して小さくした場合でも衝突を回避できる。従って、アクチュエータ1の外形を小型化することができる。また、磁石61とコイル62の径方向の隙間を狭めることができるので、磁気ギャップを小さくすることができ、磁気駆動機構6の推力を向上させることができる。
【0049】
本形態では、ガイド部9は、軸線方向に離れた複数位置に設けられている。具体的には、支軸30の両端に第1ガイド部91と第2ガイド部92が設けられている。これにより、支軸30が傾くことを規制できる。従って、支持体2と可動体3との径方向の隙間を狭めることができるので、アクチュエータ1の外形を小型化することができる。また、磁石61とコイル62の径方向の隙間を狭めることができるので、磁気ギャップを小さくする
ことができ、磁気駆動機構6の推力を向上させることができる。
【0050】
本形態では、支持体2は、ケース20の軸線方向の一方側L1の端部を塞ぐ第1蓋部材21と、ケース20の軸線方向の他方側L2の端部を塞ぐ第2蓋部材22と、を備える。ガイド部9は、第1蓋部材21に設けられて第1端部30L1を軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第1ガイド部91、および、第2蓋部材22に設けられて第2端部30L2を軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第2ガイド部92を含む。このように、第1蓋部材21に第1ガイド部91を一体化させ、第2蓋部材22に第2ガイド部92を一体化させることによって、部品点数の増加を抑制でき、組立工数の増加を抑制できる。また、ケース20に第1蓋部材21および第2蓋部材22を取り付ける際、支軸30の両端を筒状の第1ガイド部91および第2ガイド部92に挿入できるため、ガイド部9に支軸30を保持させる作業が容易である。従って、アクチュエータ1の組立作業が容易である。
【0051】
本形態では、可動体3は、第1端部30L1を囲むとともに第1接続体11の内周面に接合される第1筒部360、および第1筒部360の内周面の軸線方向の他方側L2の端部に設けられた第1環状突部361を備える第1内枠部材36と、第2端部30L2を囲むとともに第2接続体12の内周面に接合される第2筒部370、および第2筒部370の内周面の軸線方向の一方側L1の端部に設けられた第2環状突部371を備える第2内枠部材37と、を備える。支軸30の第1端部30L1は、第1環状突部361の内側に圧入され、第1環状突部361から軸線方向の一方側L1に突出した第1端部30L1の先端が第1筒部360の内側において第1ガイド部91に保持される。支軸30の第2端部30L2は、第2環状突部371の内側に圧入され、第2環状突部371から軸線方向の他方側L2に突出した第2端部30L2の先端が第2筒部370の内側において第2ガイド部92に保持される。
【0052】
このように、本形態では、第1接続体11および第1内枠部材36の内周側に第1ガイド部91の先端部分が挿入されており、第1接続体11と第1ガイド部91とが径方向から見て重なるように配置される。また、第2接続体12と第2ガイド部92も同様に配置される。これにより、第1接続体11の軸線方向の一方側L1、および第2接続体12の軸線方向の他方側L2に支軸30を延ばす必要がないので、第1蓋部材21および第2蓋部材22にガイド部9を設けた場合でも、アクチュエータ1の軸線方向の寸法が大型化することを抑制できる。
【0053】
本形態では、第1接続体11および第2接続体12は、ゲル状部材である。接続体10としてゲル状部材を用いる場合、径方向に伸縮可能であるため可動体3の径方向の移動を十分に規制できないが、本形態では、ガイド部9によって可動体3の径方向の移動を規制することができる。従って、ゲル状部材の特性を利用した振動特性を実現しながら、アクチュエータ1の小型化、および、磁気駆動機構6の推力向上を図ることができる。
【0054】
(実施形態2)
図5は、本発明の実施形態2に係るアクチュエータ1Aの斜視図である。実施形態2のアクチュエータ1Aは、支持体2Aと、可動体3Aと、支持体2Aおよび可動体3Aに接続される接続体10と、磁気駆動機構6とを備える。以下、実施形態1と異なる構成を説明し、実施形態1と同一の構成は同一の符号を付して説明を省略する。
【0055】
支持体2Aは、ケース20と、第1蓋部材21Aと、第2蓋部材22Aと、コイルホルダ4を備える。第1蓋部材21Aは、第1ガイド部91が設けられてないことを除き、実施形態1の第1蓋部材21と同一に構成される。第2蓋部材22Aは、第2ガイド部92が設けられてないことを除き、実施形態1の第2蓋部材22と同一に構成される。
【0056】
支持体2Aは、可動体3に設けられた支軸30の径方向の移動を規制するガイド部9Aとして、コイルホルダ4の胴部42の内周面に固定される板状の第1ガイド部91Aと、ケース20の内周面に固定される板状の第2ガイド部92Aを備える。ここで、第1ガイド部91Aは、コイルホルダ4と一体に形成されていてもよいし、図5に示すように別部品をコイルホルダ4の胴部42の内周面に固定したものであってもよい。同様に、第2ガイド部92Aは、ケース20と一体に形成されていてもよいし、図5に示すように別部品をケース20の内周面に固定したものであってもよい。
【0057】
可動体3Aは、支軸30の両端に固定される第1内枠部材36Aおよび第2内枠部材37Aの軸線方向の長さが実施形態1の第1内枠部材36および第2内枠部材37よりも短い点を除き、実施形態1の可動体3と同一に構成される。第1内枠部材36Aは、第1筒部360Aおよび第1環状突部361を備える。第2内枠部材37Aは、第2筒部370Aおよび第2環状突部371を備える。第1内枠部材36Aと第1ヨーク31とは軸線方向に離れており、第2内枠部材37Aと第2ヨーク32とは軸線方向に離れている。
【0058】
図5に示すように、支軸30は、第1内枠部材36Aと第1ヨーク31との間を軸線方向に延びる第1露出部分30S1、および、第2内枠部材37Aと第2ヨーク32との間を軸線方向に延びる第2露出部分30S2を備える。支軸30の第1露出部分30S1は第1ガイド部91Aの貫通孔910に通され、第1ガイド部91Aによって軸線方向に摺動可能に保持される。支軸30の第2露出部分30S2は第2ガイド部92Aの貫通孔920に通され、第2ガイド部92Aによって軸線方向に摺動可能に保持される。
【0059】
(実施形態2の主な作用効果)
以上のように、実施形態2のアクチュエータ1Aは、第1接続体11の内周面に接合されるとともに第1端部30L1に固定される第1内枠部材36Aと、第2接続体12の内周面に接合されるとともに第2端部30L2に固定される第2内枠部材37Aと、磁石61に軸線方向の一方側L1から当接する第1ヨーク31と、磁石61に軸線方向の他方側L2から当接する第2ヨーク32と、を備える。支軸30は、第1内枠部材36Aと第2内枠部材37Aとの間を軸線方向に延びる部分が第1ヨーク31、磁石61、および第2ヨーク32を貫通している。ガイド部9Aは、第1内枠部材36Aと第1ヨーク31との間を軸線方向に延びる支軸30の第1露出部分30S1、および、第2内枠部材37Aと第2ヨーク32との間を軸線方向に延びる支軸30の第2露出部分30S2を軸線方向に摺動可能に保持する。
【0060】
このように、実施形態2では、磁石61が固定されるヨーク35と、接続体10が接続される内枠部材(第1内枠部材36A、第2内枠部材37A)との軸線方向の隙間を利用して、支軸30を直接保持するガイド部9Aを設置することができる。従って、実施形態1と同様に、支軸30の径方向の移動を直接規制することができるので、可動体3Aの軸線方向の直進運動を最も精度良く行うことができる。これにより、アクチュエータ1の外形を小型化することができる。また、磁気ギャップを小さくすることができ、磁気駆動機構6の推力を向上させることができる。
【0061】
実施形態2では、支持体2Aは、ケース20の内周側に配置されるコイルホルダ4を備え、ケース20は、コイルホルダ4を介して第1接続体11の外周面に接続される。コイルホルダ4の胴部42は、磁石61、第1ヨーク31、および第1露出部分30S1の外周側を囲んでいる。ガイド部9は、コイルホルダ4の内周面から突出して第1露出部分30S1を軸線方向に摺動可能に保持する第1ガイド部91A、および、ケース20の内周面から突出して第2露出部分30S2を軸線方向に摺動可能に保持する第2ガイド部92Aを含む。このように、実施形態2では、コイルホルダ4を利用して、支軸30を直接保持する第1ガイド部91Aを設置する。なお、コイルホルダ4に第1ガイド部91Aを一
体化させるとともに、ケース20に第2ガイド部92Aを一体化させることも可能であり、この場合には、部品点数の削減、および組立工数の削減を図ることができる。
【0062】
なお、実施形態2において、第1ガイド部91Aと第2ガイド部92Aの一方を省略してもよい。あるいは、実施形態1、2を組み合わせることもできる。例えば、ガイド部として、実施形態1の第1ガイド部91と第2ガイド部92の一方もしくは両方、および、実施形態2の第1ガイド部91Aと第2ガイド部92Aの一方もしくは両方を備えた構成を採用することもできる。
【0063】
(他の実施形態)
本発明の実施形態としては、以下の形態を採用することができる。
(1)支軸を備える可動体と、
前記可動体の外周側を囲む筒状のケースを備える支持体と、
前記支持体および前記可動体に接続され、弾性および粘弾性の少なくとも一方を備える接続体と、
前記可動体と前記支持体の一方に配置される磁石および前記可動体と前記支持体の他方に配置されて前記磁石と径方向で対向するコイルを備え、前記可動体を前記支持体に対して前記支軸の軸線方向に相対移動させる磁気駆動機構と、を有し、
前記接続体は、
前記支軸の前記軸線方向の一方側の端部である第1端部を囲む第1接続体と、
前記支軸の前記軸線方向の他方側の端部である第2端部を囲む第2接続体と、を備え、
前記支持体には、前記支軸を前記軸線方向に摺動可能に保持するとともに前記支軸の径方向の移動を規制するガイド部が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【0064】
(2)前記ガイド部は、前記軸線方向に離れた複数位置に設けられていることを特徴とする上記(1)のアクチュエータ。
【0065】
(3)前記支持体は、前記ケースの前記軸線方向の一方側の端部を塞ぐ第1蓋部材と、前記ケースの前記軸線方向の他方側の端部を塞ぐ第2蓋部材と、を備え、
前記ガイド部は、前記第1蓋部材に設けられて前記第1端部を前記軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第1ガイド部、および、前記第2蓋部材に設けられて前記第2端部を前記軸線方向に摺動可能に保持する筒状の第2ガイド部の少なくとも一方を含むことを特徴とする上記(1)または(2)のアクチュエータ。
【0066】
(4)前記可動体は、
前記第1端部を囲むとともに前記第1接続体の内周面に接合される第1筒部、および前記第1筒部の内周面の前記軸線方向の他方側の端部に設けられた第1環状突部を備える第1内枠部材と、
前記第2端部を囲むとともに前記第2接続体の内周面に接合される第2筒部、および前記第2筒部の内周面の前記軸線方向の一方側の端部に設けられた第2環状突部を備える第2内枠部材と、を備え、
前記支軸は、
前記第1端部が前記第1環状突部の内側に圧入され、前記第1環状突部から前記軸線方向の一方側に突出した前記第1端部の先端が前記第1筒部の内側において前記第1ガイド部に保持され、
前記第2端部が前記第2環状突部の内側に圧入され、前記第2環状突部から前記軸線方向の他方側に突出した前記第2端部の先端が前記第2筒部の内側において前記第2ガイド部に保持されることを特徴とする上記(3)のアクチュエータ。
【0067】
(5)前記可動体は、前記第1接続体の内周面に接合されるとともに前記第1端部に固定
される第1内枠部材と、前記第2接続体の内周面に接合されるとともに前記第2端部に固定される第2内枠部材と、前記磁石に前記軸線方向の一方側から当接する第1ヨークと、前記磁石に前記軸線方向の他方側から当接する第2ヨークと、を備え、
前記支軸は、
前記第1内枠部材と前記第2内枠部材との間を前記軸線方向に延びる部分が前記第1ヨーク、前記磁石、および前記第2ヨークを貫通しており、
前記ガイド部は、前記第1内枠部材と前記第1ヨークとの間を前記軸線方向に延びる前記支軸の第1露出部分、および、前記第2内枠部材と前記第2ヨークとの間を前記軸線方向に延びる前記支軸の第2露出部分の少なくとも一方を前記軸線方向に摺動可能に保持することを特徴とする上記(1)または(2)のアクチュエータ。
【0068】
(6)前記支持体は、前記ケースの内周側に配置されるコイルホルダを備え、前記ケースは、前記コイルホルダを介して前記第1接続体の外周面に接続され、
前記コイルホルダは、前記磁石、前記第1ヨーク、および前記第1露出部分の外周側を囲んでおり、
前記ガイド部は、前記コイルホルダの内周面から突出して前記第1露出部分を前記軸線方向に摺動可能に保持する第1ガイド部、および、前記ケースの内周面から突出して前記第2露出部分を前記軸線方向に摺動可能に保持する第2ガイド部を含むことを特徴とする上記(5)のアクチュエータ。
【0069】
(7)前記第1接続体および前記第2接続体は、ゲル状部材であることを特徴とする上記(1)から(6)のいずれかのアクチュエータ。
【符号の説明】
【0070】
1、1A…アクチュエータ、2、2A…支持体、3、3A…可動体、4…コイルホルダ、6…磁気駆動機構、7…配線基板、8…リード線、9、9A…ガイド部、10…接続体、11…第1接続体、12…第2接続体、20…ケース、21、21A…第1蓋部材、22、22A…第2蓋部材、24…ケース本体、25…第2外枠部材固定部、26…蓋部、27…係止部、28…規制部、29…溝部、30…支軸、30L1…第1端部、30L2…第2端部、30S1…第1露出部分、30S2…第2露出部分、31…第1ヨーク、32…第2ヨーク、33…第1磁性部材、34…第2磁性部材、35…ヨーク、36、36A…第1内枠部材、37、37A…第2内枠部材、38…第3磁性部材、39…重量調整部、41…第1外枠部材固定部、42…胴部、43…第1凹部、44…第1段部、45…第2段部、46…第2凹部、49…凸部、51…第1外枠部材、52…第2外枠部材、61…磁石、62…コイル、63…コイル線、64…端子ピン、65…切欠き部、66…カバー、69…基板固定部、71…穴、80…リード線保持部、91、91A…第1ガイド部、92、92A…第2ガイド部、310、330、340、380…軸穴、341…円板部、342…曲げ部、343…円筒部、360、360A…第1筒部、361…第1環状突部、370、370A…第2筒部、371…第2環状突部、511…環状段部、521…環状段部、610…軸穴、910…貫通孔、920…貫通孔、D1、D2…隙間、L…中心軸線、L1…軸線方向の一方側、L2…軸線方向の他方側
図1
図2
図3
図4
図5