特許 7583252 電磁アクチュエータ

(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】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】電磁アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/121 20060101AFI20241107BHJP

   H01F 7/16 20060101ALI20241107BHJP

   H01F 7/126 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

H01F7/16 F

H01F7/16 K

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020188647

(22)【出願日】2020-11-12

(65)【公開番号】P2022077695

(43)【公開日】2022-05-24

【審査請求日】2023-10-03

(73)【特許権者】

【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】原 昌之

(72)【発明者】

【氏名】古野 貴広

(72)【発明者】

【氏名】河原 寛之

【審査官】右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０７７８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－１１４５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－０９１９１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０４－１２１５１２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００７－１３２３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３００９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３７７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３３３８６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ７／１２１

Ｈ０１Ｆ ７／１２６

Ｈ０１Ｆ ７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトと、
前記シャフトの周囲に配置されたコイルと、
前記コイルによって作動されるプランジャと、
前記シャフトを巻回し該シャフトとの間に楔空間を形成する楔部材と、
前記楔空間に配置された転動体と、
前記転動体の配置を保持するリテーナと、
前記リテーナを付勢する弾性部材と、
前記リテーナに形成され前記プランジャと係合される係合部とを備え、
前記プランジャによって前記弾性部材とは逆方向に前記リテーナを移動させる電磁アクチュエータにおいて、
前記楔部材にはシャフト軸方向に複数段の楔空間が形成されていて、前記リテーナにはシャフト軸方向に複列の転動体が保持されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項2】

前記リテーナは、
前記シャフトを挿通する略円筒形の第１リテーナと、
前記第１リテーナの側面に嵌合される複数の第２リテーナとを含み、
前記第２リテーナは第１リテーナに対してシャフト軸方向に摺動可能であって、
前記リテーナを付勢する弾性部材は、
前記第１リテーナを付勢する第１弾性部材と、
前記第２リテーナを付勢する第２弾性部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項3】

前記第２弾性部材は、前記第１リテーナに対して前記第２リテーナを突っ張って付勢することを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項4】

前記第２弾性部材は、前記プランジャに対して前記第２リテーナを突っ張って付勢することを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項5】

前記第２リテーナは、前記第１リテーナの対向する２面を連結した枠形状をしていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高耐荷重軸保持機構を備えた電磁アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

電磁アクチュエータはソレノイドを用いて様々な動作を行うものであるが、その一つにシャフトの直線運動の保持（拘束）または開放を行うものがある。特許文献１に記載の拘束機構は、電磁アクチュエータにおいて好適に使用されるものであり、非通電時はシャフトを拘束し、通電時は拘束を解除する。特許文献１の第１図を参照して説明すると、本体１と軸６の間の円錐内面に球３を挿入し、本体１の円錐状穴の表面と軸６との間の狭い箇所（楔空間）に球３を食い込ませることで軸６と本体１の相対運動を拘束する（ワンウェイクラッチ）。球３は玉押しばね４によって狭い箇所に付勢されている。ソレノイド７によって拘束制御用キャップ７を本体側に吸引すると、球３を押して拘束を妨げるか、あるいは解除する。特許文献１に記載の拘束機構によれば、楔機構を利用して、シャフトの拘束と解除を電気的に行うことが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭５１－１１４５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

保持機構（拘束機構）であるからには、耐荷重を高めたいという要請がある。しかしながら、楔機構を採用する上では、玉または軸の降伏点を越える荷重は拘束できないため、全体としての耐荷重は玉数に比例するということができる。そして特許文献１の構造では、シャフトの軸径や玉の寸法により配置できる玉数が制限されるため、耐荷重を向上させることが難しいという問題がある。

【0005】

本発明は、このような課題に鑑み、楔機構を用いた軸保持機構を備え、その耐荷重を高めた電磁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】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明にかかる電磁アクチュエータの代表的な構成は、シャフトと、シャフトの周囲に配置されたコイルと、コイルによって作動されるプランジャと、シャフトを巻回し該シャフトとの間に楔空間を形成する楔部材と、楔空間に配置された転動体と、転動体の配置を保持するリテーナと、リテーナを付勢する弾性部材と、リテーナに形成されプランジャと係合される係合部とを備え、プランジャによって弾性部材とは逆方向にリテーナを移動させる電磁アクチュエータにおいて、楔部材にはシャフト軸方向に複数段の楔空間が形成されていて、リテーナにはシャフト軸方向に複列の転動体が保持されていることを特徴とする。

【0007】

上記構成によれば、楔空間を複数段にし、それに応じて楔である転動体も複列としたことにより、耐荷重を任意に増大させることが可能となる。したがって、楔機構を用いた軸保持機構を備えた電磁アクチュエータにおいて、耐荷重を飛躍的に高めることができる。

【0008】

リテーナは、シャフトを挿通する略円筒形の第１リテーナと、第１リテーナの側面に嵌合される複数の第２リテーナとを含み、第２リテーナは第１リテーナに対してシャフト軸方向に摺動可能であって、リテーナを付勢する弾性部材は、第１リテーナを付勢する第１弾性部材と、第２リテーナを付勢する第２弾性部材とを含んでいてもよい。

【0009】

上記構成によれば、複列の転動体をそれぞれ楔空間の斜面に当接させることができるため、各列の転動体を楔として確実に機能させることができる。

【0010】

第２弾性部材は、第１リテーナに対して第２リテーナを突っ張って付勢していてもよい。また、第２弾性部材は、プランジャに対して第２リテーナを突っ張って付勢していてもよい。いずれの場合も、第１リテーナの転動体が楔空間の斜面に突き当たっているときに第２リテーナの転動体を斜面に突き当てることができると共に、第１リテーナをプランジャで引けば第２リテーナの転動体を斜面から離すことができる。

【0011】

第２リテーナは、第１リテーナの対向する２面を連結した枠形状をしていてもよい。これにより第２リテーナの転びを防止することができ、第２リテーナをシャフト軸方向に確実に摺動させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、楔機構を用いた軸保持機構を備え、その耐荷重を高めた電磁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】

【0013】

【図1】第１実施形態にかかる電磁アクチュエータ１００を説明する図である。

【図2】リテーナと転動体を説明する側面図および断面図である。

【図3】リテーナと転動体を説明する斜視図である。

【図4】楔機構の動作を説明する図である。

【図5】第２実施形態にかかる電磁アクチュエータ３００を説明する図である。

【図6】リテーナと転動体を説明する側面図および断面図である。

【図7】リテーナと転動体を説明する斜視図である。

【図8】楔機構の動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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、本明細書及び図面において、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または説明を省略する。

【0015】

図１は第１実施形態にかかる電磁アクチュエータ１００を説明する図である。電磁アクチュエータ１００は、下記に述べる機構によって、シャフト１１０の直線運動の保持（拘束）または開放を行う機能を有する。

【0016】

概略円筒形のボディ１２０の内部には、シャフト１１０の周囲に配置されたコイル１３０と、コイル１３０とシャフト１１０の間に配置された円筒形のヨーク１４０（固定鉄心）と、コイル１３０によって作動されるプランジャ１５０（可動鉄心）とを備えている。ボディ１２０の後端側（図示下側）の開口（プランジャ１５０の移動方向の端の開口）には、プランジャ１５０の移動を制限するストッパ１６０を備えている。

【0017】

ボディ１２０の先端側（図示上側）の開口には、ガイド部材１７０が取り付けられている。ガイド部材１７０の上端の開口１７２はシャフト１１０の移動をガイドする。ガイド部材１７０の両側の羽根１７４には、不図示の装置本体に締結するためのボルト穴１７４ａが形成されている。

【0018】

ガイド部材１７０の円筒部分は楔部材１７６となっていて、楔部材１７６は内面に多段の円錐台形状が形成されていて、これによりシャフト軸方向に複数段の楔空間１７８が形成されている。すべての楔空間の斜面１７８ａは電磁アクチュエータ１００の先端側に向かって隙間が狭くなる方向に向いている。

【0019】

多段の楔空間１７８の内部には、楔空間１７８の段数に応じた数の複列の転動体１８０がシャフト軸方向に配置されている。転動体１８０は、第１リテーナ２００および複数の第２リテーナ２１０によって配置が保持される。

【0020】

図２はリテーナと転動体を説明する側面図および断面図であり、図３はリテーナと転動体を説明する斜視図である。

【0021】

図２に示す例では、第１リテーナ２００には１列の転動体１８０が保持されていて、第２リテーナ２１０は３列備えられているため、転動体１８０は合計４列になっている。本実施形態において転動体１８０はころ（ほぼ円柱形）であり、中央部はシャフト１１０に沿うようにくびれている。

【0022】

第１リテーナ２００はシャフト１１０を挿通する略円筒形の長い筒（スリーブ）である。図２（ｂ）に示すように、第１リテーナ２００のポケット２０２に１列の転動体１８０（本実施形態では６個）を保持している。

【0023】

また図２（ａ）および図３に示すように、第１リテーナ２００の側面には横穴２０４が形成されていて、複数の第２リテーナ２１０が嵌合される。第２リテーナ２１０の配置（すなわち横穴２０４の配置）は、第１リテーナ２００の対向する２面に取り付けられて転動体１列をなし、これを３列繰り返して、都合６つの第２リテーナ２１０が取り付けられている。

【0024】

図２（ｃ）に示すように、本実施形態では、１つの第２リテーナ２１０には２つのポケット２１２が形成されている。１つの第２リテーナ２１０に保持される転動体１８０は２個である。したがって一列の転動体１８０は４個である。

【0025】

第２リテーナ２１０のシャフト軸方向の側辺にはリブ２１４が形成されている。一方、第１リテーナ２００の横穴２０４の側辺には溝２０４ａが形成されている。そして横穴２０４のシャフト軸方向の幅は、第２リテーナ２１０のそれよりも大きくなっている。これにより、第２リテーナ２１０は第１リテーナ２００に対してシャフト軸方向に摺動可能となっている。

【0026】

図２（ａ）に示すように、第１リテーナ２００の後端側には、プランジャ１５０と係合される係合部としてのフランジ２０６が外側に突出して形成されている。一方、図１に示すように、プランジャ１５０の先端側には内側に突出するフランジ１５２が形成されている。第１リテーナ２００のフランジ２０６とプランジャ１５０のフランジ１５２は通過できない寸法となっている。

【0027】

プランジャ１５０の内部には第１弾性部材としてのコイルスプリング１９０が備えられていて、ストッパ１６０に対して第１リテーナ２００を突っ張って付勢している。これに伴いフランジ２０６，１５２が当接することから、プランジャ１５０も先端側に付勢される。プランジャ１５０による第１リテーナ２００の移動方向は、コイルスプリング１９０による付勢方向に対して逆方向である。コイル１３０が励磁されてプランジャ１５０がストッパ１６０に向かって移動すると（図示下方向に移動すると）、フランジ１５２，２０６が当接することから、第１リテーナ２００が下方向に引かれる。

【0028】

また図２（ａ）に示すように、第１リテーナ２００は、横穴２０４のそれぞれの後端側にフランジ２０８が形成されている。一方、第２リテーナ２１０にも、後端側にフランジ２１６が形成されている。そして図３によく示されるように、フランジ２０８，２１６の間には、各段ごとに、第１リテーナ２００に対して第２リテーナ２１０を突っ張って付勢する第２弾性部材としての皿ばね２２０が備えられている。

【0029】

図４は楔機構の動作を説明する図であって、図４（ａ）はコイルが非励磁のときを示し、図４（ｂ）はコイルが励磁されているときを示している。

【0030】

図４（ａ）に示すように、コイル１３０が非励磁のときには、コイルスプリング１９０によって第１リテーナ２００が先端側（図示上方向）に付勢される。すると第１リテーナ２００に保持された転動体１８０（最下段の列）が楔空間の斜面１７８ａに当接する。このとき各第２リテーナ２１０は皿ばね２２０によって先端側に付勢されているから、第２リテーナ２１０に保持された転動体１８０も楔空間の斜面１７８ａに当接する。

【0031】

この状態においてシャフト１１０が先端側に向かって引き抜かれようとすると、各列の転動体１８０がシャフト１１０と楔空間の斜面１７８ａの狭い箇所に強く食い込み、シャフト１１０の移動を規制する。シャフトが後端側（図示下方向）に向かって押し込まれるときは、転動体１８０が楔空間の斜面１７８ａから浮いてしまうため規制することができず、シャフト１１０は移動する。このようにして、楔機構はワンウェイクラッチとして機能する。

【0032】

図４（ｂ）に示すように、コイル１３０が励磁されると、プランジャ１５０が後端側に移動し、これに伴って第１リテーナ２００も後端側に向かって移動する。すると第１リテーナ２００に保持された転動体１８０が楔空間の斜面１７８ａから離れる。同時に、各第２リテーナ２１０も第１リテーナ２００に引かれて後端側に移動して、第２リテーナ２１０に保持された転動体１８０も楔空間の斜面１７８ａから離れる。するとシャフト１１０は先端側にも後端側にも規制なくフリーに移動することが可能になる。

【0033】

以上説明したように、楔空間１７８を複数段にし、それに応じて楔である転動体１８０も複列としたことにより、耐荷重を任意に増大させることが可能となる。したがって、楔機構を用いた軸保持機構を備えた電磁アクチュエータ１００において、耐荷重を飛躍的に高めることができる。

【0034】

特に、各列の転動体を保持するリテーナを列ごとに分割し（第１リテーナ２００と複数の第２リテーナ２１０）、各リテーナを楔空間の斜面１７８ａに向かって付勢するようにしたことにより、複列の転動体１８０をそれぞれ楔空間の斜面１７８ａに当接させることができるため、各列の転動体を楔として確実に機能させることができる。

【0035】

本発明にかかる電磁アクチュエータの第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

【0036】

図５は第２実施形態にかかる電磁アクチュエータ３００を説明する図である。本実施形態においてガイド部材３１０は、楔部材３２０と別体になっている。ガイド部材３１０の上端の開口３１２はシャフト１１０の移動をガイドする。ガイド部材３１０の両側の羽根３１４には、不図示の装置本体に締結するためのボルト穴３１４ａが形成されている。

【0037】

ガイド部材３１０の内部には概略円筒形の楔部材３２０が取り付けられている。楔部材３２０は内面に多段の円錐台形状が形成されていて、これによりシャフト軸方向に複数段の楔空間３２８が形成されている。すべての楔空間の斜面３２８ａは電磁アクチュエータ３００の先端側に向かって隙間が狭くなる方向に向いている。

【0038】

図６はリテーナと転動体を説明する側面図および断面図であり、図７はリテーナと転動体を説明する斜視図である。図６に示す例では、第１リテーナ３３０には１列の転動体１８０が保持されていて、第２リテーナ３４０は１列備えられているため、転動体１８０は合計２列になっている。

【0039】

第１リテーナ３３０はシャフト１１０を挿通する略円筒形の長い筒（スリーブ）である。図２（６）に示すように、第１リテーナ３３０のポケット３３２に１列の転動体１８０を保持している。本実施形態では第１リテーナ３３０に保持される列の転動体１８０は６個である。

【0040】

また図６（ａ）および図７に示すように、第１リテーナ３３０の側面には横穴３３４が形成されていて、第２リテーナ３４０が嵌合される。ここで図６（ｃ）および図７に示すように、本実施形態にかかる第２リテーナ３４０は、第１リテーナ３３０の対向する２面を連結部３４４で連結した枠形状をしている。第２リテーナ３４０が枠形状をしていることにより、第２リテーナの転び（倒れ）を防止することができ、第２リテーナ３４０をシャフト軸方向に確実に摺動させることができる。第２リテーナ３４０には、片面につき２つのポケット３４２が形成され、２面で４個の転動体１８０が保持されている。したがって一列の転動体１８０は４個である。

【0041】

第２リテーナ３４０の連結部３４４の中央には、シャフト軸方向に延びる係合爪３４６が形成されている。一方、第１リテーナ３３０の内部には、係合爪３４６に対応する係合溝３３６が形成されている。そして横穴３３４のシャフト軸方向の幅は、第２リテーナ３４０のそれよりも大きくなっている。これにより、第２リテーナ３４０を横穴３３４に確実に嵌めることができると共に、第２リテーナ３４０は第１リテーナ３３０に対してシャフト軸方向に摺動可能となっている。

【0042】

図６（ａ）に示すように、第１リテーナ３３０の後端側には、プランジャ１５０と係合される係合部としてのフランジ３３８が外側に突出して形成されている。第１リテーナ３３０のフランジ３３８とプランジャ１５０のフランジ１５２は通過できない寸法となっている。

【0043】

プランジャ１５０の内部には第１弾性部材としてのコイルスプリング１９０が備えられていて、ストッパ１６０に対して第１リテーナ３３０を突っ張って付勢している。これに伴いフランジ３３８，１５２が当接することから、プランジャ１５０も先端側に付勢される。プランジャ１５０による第１リテーナ３３０の移動方向は、コイルスプリング１９０による付勢方向に対して逆方向である。コイル１３０が励磁されてプランジャ１５０がストッパ１６０に向かって移動すると（図示下方向に移動すると）、フランジ１５２，３３８が当接することから、第１リテーナ３３０が下方向に引かれる。

【0044】

また図６（ａ）に示すように、第２リテーナ３４０には、転動体１８０より後端側にフランジ３４８が形成されている。そして図５に示すように、プランジャ１５０に対して第２リテーナ３４０を突っ張って付勢する第２弾性部材としてのコイルスプリング３５０が備えられている。すなわち、第１リテーナ３３０に保持された転動体１８０はコイルスプリング１９０によって、第２リテーナ３４０に保持された転動体１８０はコイルスプリング３５０によって、それぞれ先端側に向かって付勢されている。

【0045】

図８は楔機構の動作を説明する図であって、図８（ａ）はコイルが非励磁のときを示し、図８（ｂ）はコイルが励磁されているときを示している。

【0046】

図８（ａ）に示すように、コイル１３０が非励磁のときには、コイルスプリング１９０によって第１リテーナ３３０が先端側（図示上方向）に付勢される。すると第１リテーナ３３０に保持された転動体１８０（最下段の列）が楔空間の斜面３２８ａに当接する。同様に、コイルスプリング３５０によって第２リテーナ３４０が先端側に付勢される。すると第２リテーナ３４０に保持された転動体１８０も楔空間の斜面３２８ａに当接する。

【0047】

この状態においてシャフト１１０が先端側に向かって引き抜かれようとすると、各列の転動体１８０がシャフト１１０と楔空間の斜面３２８ａの狭い箇所に強く食い込み、シャフト１１０の移動を規制する。シャフトが後端側（図示下方向）に向かって押し込まれるときは、転動体１８０が楔空間の斜面３２８ａから浮いてしまうため規制することができず、シャフト１１０は移動する。このようにして、楔機構はワンウェイクラッチとして機能する。

【0048】

図８（ｂ）に示すように、コイル１３０が励磁されると、プランジャ１５０が後端側に移動し、これに伴って第１リテーナ３３０も後端側に向かって移動する。すると第１リテーナ３３０に保持された転動体１８０が楔空間の斜面３２８ａから離れる。同時に、第２リテーナ３４０も第１リテーナ３３０に引かれて後端側に移動して、第２リテーナ３４０に保持された転動体１８０も楔空間の斜面３２８ａから離れる。するとシャフト１１０は先端側にも後端側にも規制なくフリーに移動することが可能になる。

【0049】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係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】

【0050】

本発明は、高耐荷重軸保持機構を備えた電磁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】

【0051】

１００…電磁アクチュエータ、１１０…シャフト、１２０…ボディ、１３０…コイル、１４０…ヨーク、１５０…プランジャ、１５２…フランジ、１６０…ストッパ、１７０…ガイド部材、１７２…開口、１７４…羽根、１７６…楔部材、１７８…楔空間、１７８ａ…楔空間の斜面、１８０…転動体、１９０…コイルスプリング、２００…第１リテーナ、２０２…ポケット、２０４…横穴、２０４ａ…溝、２０６…フランジ、２０８…フランジ、２１０…第２リテーナ、２１２…ポケット、２１４…リブ、２１６…フランジ、２２０…皿ばね、３００…電磁アクチュエータ、３１０…ガイド部材、３１２…開口、３１４…羽根、３１４ａ…ボルト穴、３２０…楔部材、３２８…楔空間、３２８ａ…楔空間の斜面、３３０…第１リテーナ、３３４…横穴、３３６…係合溝、３３８…フランジ、３４０…第２リテーナ、３４２…ポケット、３４４…連結部、３４６…係合爪、３４８…フランジ、３５０…コイルスプリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】