JP7464847B2

JP7464847B2 - Actuator

Info

Publication number: JP7464847B2
Application number: JP2020165547A
Authority: JP
Inventors: 俊紀入井; 雄介中川; 健志松井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2024-04-10
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP2022057343A

Description

本発明はアクチュエータに関し、特に、非励磁時のシャフトの保持力が高いアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator, and in particular to an actuator that has a high shaft holding force when not excited.

従来のアクチュエータとして、例えば特許文献１および特許文献２には、シャフトのストローク端の状態を内蔵の磁石によって保持することが可能な小型のラッチングソレノイドが開示されている。一方、ハイパワーかつロングストロークのソレノイドとして、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、いわゆるステップ送りの構成も提案されている。 As a conventional actuator, for example, Patent Documents 1 and 2 disclose a small latching solenoid that can hold the state of the stroke end of the shaft with a built-in magnet. On the other hand, a so-called step feed configuration has also been proposed as a high-power, long-stroke solenoid in which the movable core and shaft are repeatedly engaged and disengaged in accordance with the movement of the movable core, thereby advancing the shaft little by little to obtain a large movement distance.

上記ステップ送りのアクチュエータとして、例えば本出願人による特許文献３では、ロック機構を採用したアクチュエータが提案されている。当該アクチュエータのロック機構は、主に転動体と係合部材とを利用した簡潔な構成でありつつも、可動鉄心の位置に合わせてシャフトの規制方向を切り替えることができ、これによって電磁部を含めた全体構成の小型化および低廉化を可能にしている。 As an example of the step feed actuator, the applicant has proposed an actuator that employs a locking mechanism in Patent Document 3. The locking mechanism of this actuator has a simple configuration that mainly uses rolling elements and engaging members, but can switch the restricting direction of the shaft according to the position of the movable iron core, which makes it possible to reduce the size and cost of the entire configuration, including the electromagnetic part.

実開平０２－０８６１０６号公報Japanese Utility Model Application Publication No. 2002-086106 特許３５４２９３３号公報Patent Publication No. 3542933 特願２０２０－０４４３３７号Patent Application No. 2020-044337

しかしながら、ストローク端状態のシャフトの保持力は、部品精度や経年変化、さらには使用状況などによって影響を受ける。例えば、アクチュエータの内部に採用されるコイルばね等の弾性体にも僅かながら寸法のばらつきは存在し、経年によって付勢力にも変化が現れ得る。 However, the holding force of the shaft at the end of the stroke is affected by parts precision, changes over time, and even usage conditions. For example, there is slight dimensional variation in the elastic bodies such as coil springs used inside the actuator, and the biasing force can change over time.

また、当該アクチュエータを自動車に採用した場合、走行中における路面からの振動や他の機械部品の可動時の振動を受けることになる。振動のような動的な荷重がアクチュエータに作用した場合、シャフトが微小な回動運動や往復運動を繰り返し、結果としてシャフトを支える部材の保持力に影響が出ることも考えられる。 Furthermore, if this actuator is used in an automobile, it will be subject to vibrations from the road surface while driving, as well as vibrations when other mechanical parts are in operation. When dynamic loads such as vibrations act on the actuator, the shaft will repeatedly perform minute rotational and reciprocating movements, which may result in an effect on the holding force of the member supporting the shaft.

本発明は、このような課題に鑑み、非励磁時のシャフトの保持力を高めたアクチュエータを提供することを目的としている。 In view of these problems, the present invention aims to provide an actuator that increases the holding force of the shaft when not excited.

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、ハウジングの内側に配置された円筒状のコイルと、コイルの内側に配置された可動鉄心と、可動鉄心に挿通されたシャフトと、コイルが励磁されたときに可動鉄心とシャフトとを係合するロック機構とを備え、ロック機構は、シャフトの外周を転動して楔となる複数の転動体と、可動鉄心に固定され、転動体が接触する二つの内向する傾斜面を含んだ係合部材とを含み、シャフトは、シャフトがストローク端近傍にあるときに転動体がはまる外周溝を有していることを特徴とする。 To solve the above problems, a typical configuration of an actuator according to the present invention includes a housing, a cylindrical coil arranged inside the housing, a movable iron core arranged inside the coil, a shaft inserted into the movable iron core, and a locking mechanism that engages the movable iron core and the shaft when the coil is excited. The locking mechanism includes a plurality of rolling elements that roll on the outer periphery of the shaft to form wedges, and an engaging member that is fixed to the movable iron core and includes two inwardly facing inclined surfaces with which the rolling elements come into contact. The shaft has an outer periphery groove in which the rolling elements fit when the shaft is near the stroke end.

上記構成では、ストローク端状態のシャフトが外力によって押し戻されようとしたとき、シャフトの外周溝にロック機構の転動体が嵌合するため、シャフトとロック機構との係合力が高まり、非励磁時のシャフトの保持力を飛躍的に高めることができる。 In the above configuration, when the shaft in the stroke end state is pushed back by an external force, the rolling elements of the locking mechanism engage with the outer peripheral groove of the shaft, increasing the engagement force between the shaft and the locking mechanism, dramatically increasing the holding force of the shaft when it is not energized.

シャフトはストローク範囲を規制する衝止部を備え、外周溝は、シャフトがストローク端にあるとき、転動体よりもストローク範囲の外側の位置に形成されていてもよい。 The shaft may have an impact stop portion that limits the stroke range, and the outer circumferential groove may be formed at a position outside the stroke range relative to the rolling elements when the shaft is at the stroke end.

上記構成によれば、確実に転動体を外周溝に係止させることができる。外力によってシャフトがストローク範囲の外方向に移動させられようとしたときは、衝止部によってその移動が規制される。一方、外力によってシャフトがストロークの内方向に移動させられようとしたときは、転動体が外周溝に係止して移動が規制される。すなわち、いずれの方向にも確実にシャフトの移動を規制し、その位置を保持することができる。 The above configuration allows the rolling elements to be reliably engaged in the outer peripheral groove. When an external force causes the shaft to move outward in the stroke range, the impact stopper restricts the movement. On the other hand, when an external force causes the shaft to move inward in the stroke, the rolling elements are engaged in the outer peripheral groove and restrict the movement. In other words, the movement of the shaft can be reliably restricted in either direction, and its position can be maintained.

ハウジングの内側に、一対の可動鉄心、ロック機構、および外周溝を対向して備えていて、シャフトを双方向に移動可能であることが好ましい。これにより、双方向に能動的にシャフトを移動させることが可能となる。 It is preferable that the inside of the housing is provided with a pair of movable iron cores, a locking mechanism, and an outer peripheral groove facing each other, so that the shaft can be moved in both directions. This makes it possible to actively move the shaft in both directions.

本発明によれば、非励磁時のシャフトの保持力を高めたアクチュエータを提供することができる。 The present invention provides an actuator that increases the holding force of the shaft when not excited.

本実施形態にかかるアクチュエータの全体構成図である。1 is a diagram showing the overall configuration of an actuator according to an embodiment of the present invention; ロック機構について説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a lock mechanism. ロック機構の動作を説明する図である。11A and 11B are diagrams illustrating the operation of the locking mechanism. ロック機構の動作を説明する図である。11A and 11B are diagrams illustrating the operation of the locking mechanism. シャフトに大きな外力が働いた場合について説明する図である。11A and 11B are diagrams illustrating a case where a large external force acts on the shaft. 転動体と外周溝との嵌合が解除される過程の図である。13A to 13C are diagrams showing the process of the rolling element and the outer peripheral groove being disengaged from each other. 転動体と外周溝との嵌合が解除される過程の図である。13A to 13C are diagrams showing the process of the rolling element and the outer peripheral groove being disengaged from each other.

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。 The preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. The dimensions, materials, and other specific values shown in the embodiment are merely examples to facilitate understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements that have substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to avoid duplicated explanations, and elements that are not directly related to the present invention are not illustrated.

図１は、本実施形態にかかるアクチュエータ１００の全体構成図である。図１では、２つの電磁部（第１電磁部１０６ａ、第２電磁部１０６ｂ）が両方非励磁の状態を示している。本実施形態にかかるアクチュエータ１００には左右の区別はなく、以下に「左右」の言葉を用いて説明するときは単に図面上の左右である。 Figure 1 is an overall configuration diagram of the actuator 100 according to this embodiment. In Figure 1, two electromagnetic parts (first electromagnetic part 106a, second electromagnetic part 106b) are both shown in a non-excited state. There is no distinction between left and right in the actuator 100 according to this embodiment, and in the following description, the terms "left and right" simply refer to left and right on the drawing.

アクチュエータ１００は、第１電磁部１０６ａおよび第２電磁部１０６ｂを利用して、シャフト１０を双方向に能動的に移動させることが可能になっている。詳しくは、アクチュエータ１００は、ハウジング１０２の内部の中央に固定鉄心１０４が配置されていて、固定鉄心１０４の左右にそれぞれ第１電磁部１０６ａおよび第２電磁部１０６ｂが配置されている。このとき、中央の固定鉄心１０４は電磁部１０６ａ、１０６ｂで共有している。電磁部１０６ａ、１０６ｂは対向して配置されていて、後述する可動鉄心２１０やロック機構３００ａ、３００ｂの配置や動作方向も逆向きになっている。 The actuator 100 is capable of actively moving the shaft 10 in both directions by utilizing the first electromagnetic portion 106a and the second electromagnetic portion 106b. In more detail, the actuator 100 has a fixed core 104 arranged in the center inside the housing 102, and the first electromagnetic portion 106a and the second electromagnetic portion 106b arranged on the left and right of the fixed core 104, respectively. In this case, the central fixed core 104 is shared by the electromagnetic portions 106a and 106b. The electromagnetic portions 106a and 106b are arranged opposite each other, and the arrangement and operating directions of the movable core 210 and locking mechanisms 300a and 300b described below are also opposite.

第１電磁部１０６ａおよび第２電磁部１０６ｂは同じ構造をしているため、代表して第１電磁部１０６ａの構造について説明する。なお、以下の説明において各要素を左右で呼び分ける必要がある場合には、第１電磁部１０６ａ側の部材については符号にａの枝番を付し、第２電磁部１０６ｂ側の部材については符号にｂの枝番を付す。 Since the first electromagnetic part 106a and the second electromagnetic part 106b have the same structure, the structure of the first electromagnetic part 106a will be described as a representative. In the following description, when it is necessary to distinguish between left and right elements, the members on the first electromagnetic part 106a side will be designated by a subnumber a, and the members on the second electromagnetic part 106b side will be designated by a subnumber b.

第１電磁部１０６ａは、主な要素として、ハウジング１０２の内側にてシャフト１０を巻回するように配置された円筒状のコイル２００と、コイル２００の内側に配置された可動鉄心２１０とを備えている。可動鉄心２１０は、円筒状の磁性体であって、内側にシャフト１０が挿通されている。可動鉄心２１０は、コイル２００が励磁されると磁束が通り、シャフト１０と共に中央の固定鉄心１０４側に吸引されるように移動する。 The first electromagnetic section 106a mainly comprises a cylindrical coil 200 arranged so as to wind around the shaft 10 inside the housing 102, and a movable iron core 210 arranged inside the coil 200. The movable iron core 210 is a cylindrical magnetic body, and the shaft 10 is inserted inside. When the coil 200 is excited, magnetic flux passes through the movable iron core 210, and the movable iron core 210 moves together with the shaft 10 so as to be attracted toward the central fixed iron core 104.

中央の固定鉄心１０４の内部には、可動鉄心２１０を初期位置へと付勢するリターンスプリング２１２が配置されている。上記コイル２００が励磁されたとき、可動鉄心２１０はリターンスプリング２１２の付勢力に抗して固定鉄心１０４側に移動する。そして、コイル２００が非励磁となると、可動鉄心２１０はリターンスプリング２１２によって初期位置へと押し戻され、ストッパ２１４に当接する。ストッパ２１４の裏側には永久磁石２０４が配置されていて、磁力によって初期位置の可動鉄心２１０をストッパ２１４に密着させた状態に保持することが可能になっている。 Inside the central fixed core 104, a return spring 212 is arranged to bias the movable core 210 to its initial position. When the coil 200 is excited, the movable core 210 moves toward the fixed core 104 against the biasing force of the return spring 212. When the coil 200 is de-excited, the movable core 210 is pushed back to its initial position by the return spring 212 and abuts against the stopper 214. A permanent magnet 204 is arranged behind the stopper 214, and the magnetic force makes it possible to hold the movable core 210 in its initial position in close contact with the stopper 214.

シャフト１０は、長手方向の中央に、固定鉄心１０４の狭隘部１０８を通過可能な小径部１２が設けられている。小径部１２以外の範囲は、狭隘部１０８を通過不能な太さの大径部１４ａ、１４ｂになっている。そして、これら小径部１２と大径部１４ａ、１４ｂの段差の部分が、シャフト１０のストローク範囲を規制する衝止部１６ａ、１６ｂとなっている。衝止部１６ａ、１６ｂが固定鉄心１０４の狭隘部１０８に干渉したとき、シャフト１０は片側に突出してそれ以上移動することのできない状態、いわゆるストローク端の状態となる。 The shaft 10 has a small diameter section 12 in the center of its length that can pass through the narrow section 108 of the fixed core 104. The rest of the shaft 10 is made up of large diameter sections 14a and 14b that are too thick to pass through the narrow section 108. The stepped areas between the small diameter section 12 and the large diameter sections 14a and 14b form impact stop sections 16a and 16b that restrict the stroke range of the shaft 10. When the impact stop sections 16a and 16b interfere with the narrow section 108 of the fixed core 104, the shaft 10 protrudes to one side and cannot move any further, which is known as the end of the stroke state.

図２は、ロック機構３００ａについて説明する図である。上述した可動鉄心２１０とシャフト１０との間には、ロック機構３００ａが備えられている。ロック機構３００ａは、コイル２００が励磁されたときに可動鉄心２１０とシャフト１０とを係合する機構であり、シャフト１０の上を転動して楔となる２以上の転動体３０２（ローラ）と、転動体３０２の姿勢を保持する保持器３０４と、可動鉄心２１０に固定された係合部材３１０とを備えている。 Figure 2 is a diagram explaining the locking mechanism 300a. The locking mechanism 300a is provided between the movable core 210 and the shaft 10 described above. The locking mechanism 300a is a mechanism that engages the movable core 210 and the shaft 10 when the coil 200 is excited, and includes two or more rolling elements 302 (rollers) that roll on the shaft 10 to form wedges, a retainer 304 that holds the position of the rolling elements 302, and an engagement member 310 fixed to the movable core 210.

係合部材３１０は、可動鉄心２１０の内側にはめ込まれたリング状の部材であり、内面に転動体３０２を収容するくぼみが形成されている。このくぼみは、二つの内向する傾斜面を備えている。二つの内向する傾斜面のうち、可動鉄心２１０の初期位置側（移動元側）を元側傾斜面３１４、可動鉄心２１０が励磁されて移動する側（移動先側）を先側傾斜面３１２と称する。転動体３０２は、先側傾斜面３１２または元側傾斜面３１４に当接してシャフト１０との間に挟まることによって楔として機能し、可動鉄心２１０とシャフト１０を係合させる。 The engagement member 310 is a ring-shaped member fitted inside the movable core 210, and has a recess formed on its inner surface to accommodate the rolling element 302. This recess has two inwardly inclined surfaces. Of the two inwardly inclined surfaces, the side of the initial position of the movable core 210 (the side from which it moves) is called the base inclined surface 314, and the side to which the movable core 210 moves when excited (the side to which it moves) is called the tip inclined surface 312. The rolling element 302 functions as a wedge by contacting the tip inclined surface 312 or the base inclined surface 314 and being sandwiched between the shaft 10, engaging the movable core 210 and the shaft 10.

可動鉄心２１０内には、保持器３０４を介して転動体３０２を元側傾斜面３１４に付勢する内部弾性体２１６が備えられている。また可動鉄心２１０の外には、コイル２００が非励磁であって可動鉄心２１０が初期位置にあるときに転動体３０２を先側傾斜面３１２に付勢する外部弾性体２１８が備えられている。一例として、内部弾性体２１６および外部弾性体２１８は、共にコイルスプリングで構成することができる。外部弾性体２１８は必要なストロークが短いため、例えば内部弾性体２１６よりも短い寸法に設定することができる。 Inside the movable core 210, there is an internal elastic body 216 that urges the rolling element 302 against the base inclined surface 314 via the retainer 304. Outside the movable core 210, there is an external elastic body 218 that urges the rolling element 302 against the tip inclined surface 312 when the coil 200 is not excited and the movable core 210 is in the initial position. As an example, both the internal elastic body 216 and the external elastic body 218 can be configured with a coil spring. Since the external elastic body 218 requires a short stroke, it can be set to a shorter dimension than the internal elastic body 216, for example.

外部弾性体２１８の付勢力は、内部弾性体２１６よりも大きく設定されている。この構成によって、可動鉄心２１０がストッパ２１４に接触した初期位置にいるとき、転動体３０２は外部弾性体２１８によって係合部材３１０の先側傾斜面３１２とシャフト１０とに押し付けられる。これにより、シャフト１０が第２電磁部１０６ｂに向かって移動しようとしたときにロックし、シャフト１０の移動を規制することができる。 The biasing force of the external elastic body 218 is set to be greater than that of the internal elastic body 216. With this configuration, when the movable iron core 210 is in the initial position in contact with the stopper 214, the rolling body 302 is pressed by the external elastic body 218 against the tip inclined surface 312 of the engaging member 310 and the shaft 10. This causes the shaft 10 to lock when it attempts to move toward the second electromagnetic part 106b, restricting the movement of the shaft 10.

図２中の白矢印は、ロック機構３００ａに対してシャフト１０が相対的に移動可能であることを示していて、白矢印にバツがついている方向は相対的に移動不可能であることを示している。上記の通り、ロック機構３００ａは、コイル２００が非励磁で可動鉄心２１０が初期位置にいるとき、シャフト１０が第２電磁部１０６ｂに向かって移動する方向に係合する（規制する）ワンウェイクラッチとして機能する。すなわちロック機構３００ａ、３００ｂは、他方の電磁部の可動鉄心２１０が初期位置に戻ろうとするときには、シャフト１０が戻らないようにロックする。特に、外部弾性体２１８が転動体３０２を先側傾斜面３１２に付勢することから、ロック機構３００ａは可動鉄心２１０とシャフト１０とをより確実に係合することが可能になっている。 The white arrow in FIG. 2 indicates that the shaft 10 can move relative to the locking mechanism 300a, and the direction of the white arrow with a cross indicates that the shaft 10 cannot move relative to the locking mechanism 300a. As described above, the locking mechanism 300a functions as a one-way clutch that engages (restricts) the shaft 10 in the direction of movement toward the second electromagnetic part 106b when the coil 200 is not excited and the movable iron core 210 is in the initial position. In other words, the locking mechanisms 300a and 300b lock the shaft 10 so that it does not return when the movable iron core 210 of the other electromagnetic part tries to return to the initial position. In particular, since the external elastic body 218 biases the rolling body 302 toward the leading inclined surface 312, the locking mechanism 300a can more reliably engage the movable iron core 210 and the shaft 10.

図１に示したように、第１電磁部１０６ａと第２電磁部１０６ｂは対向して配置されていることから、ロック機構３００ａ、３００ｂは非励磁のときにはいずれも内側方向（相手方の電磁部に向かう方向）へのシャフト１０の移動を規制する。したがって、当該アクチュエータ１００は、電力や制御を必要とすることなく、何もしていないときはシャフト１０の移動をロックすることが可能になっている。 As shown in FIG. 1, the first electromagnetic part 106a and the second electromagnetic part 106b are arranged opposite each other, and therefore, when not energized, the locking mechanisms 300a and 300b both restrict the movement of the shaft 10 inward (toward the opposing electromagnetic part). Therefore, the actuator 100 is capable of locking the movement of the shaft 10 when not in operation, without requiring power or control.

図３および図４は、ロック機構３００ａの動作を説明する図である。図３（ａ）は、シャフト１０が第１電磁部１０６ａ側にストローク端（初期位置）になった状態を示している。このとき、ストローク端のシャフト１０に外力が作用し、シャフト１０が第２電磁部１０６ｂ側に押し戻されそうになると、上述したロック機構３００ａが作用し、シャフト１０の移動が規制される。 Figures 3 and 4 are diagrams explaining the operation of the locking mechanism 300a. Figure 3(a) shows the state in which the shaft 10 is at the stroke end (initial position) on the first electromagnetic part 106a side. At this time, if an external force acts on the shaft 10 at the stroke end and the shaft 10 is about to be pushed back to the second electromagnetic part 106b side, the above-mentioned locking mechanism 300a comes into action and restricts the movement of the shaft 10.

図３（ｂ）は、ロック機構３００ａの拡大図である。可動鉄心２１０が初期位置にあるとき、上記したようにロック機構３００ａはシャフト１０が移動する方向には係合する。すなわち、白矢印の大きさで示すように、外部弾性体２１８による付勢力のほうが内部弾性体２１６の付勢力よりも大きいため、上記初期位置では転動体３０２が先側傾斜面３１２に押し付けられていて、シャフト１０を第２電磁部１０６ｂ側に送ろうとすると可動鉄心２１０とシャフト１０が係合する。反対に、転動体３０２は、シャフト１０が第２電磁部１０６ｂから第１電磁部１０６ａに向かって移動してくる方向には係合しない。 Figure 3(b) is an enlarged view of the locking mechanism 300a. When the movable core 210 is in the initial position, the locking mechanism 300a engages in the direction in which the shaft 10 moves, as described above. That is, as shown by the size of the white arrow, the biasing force of the external elastic body 218 is greater than the biasing force of the internal elastic body 216, so in the initial position, the rolling body 302 is pressed against the leading inclined surface 312, and when the shaft 10 is moved toward the second electromagnetic part 106b, the movable core 210 and the shaft 10 engage. Conversely, the rolling body 302 does not engage in the direction in which the shaft 10 moves from the second electromagnetic part 106b toward the first electromagnetic part 106a.

しかしながら図３（ｃ）に示すように、コイル２００が励磁されて可動鉄心２１０が図中右側に若干移動すると、外部弾性体２１８のストロークが届かなくなるためその付勢力が弱まり、内部弾性体２１６から受ける付勢力が相対的に大きくなる。すると内部弾性体２１６が保持器３０４を介して転動体３０２を元側傾斜面３１４に付勢する。したがってロック機構３００ａはシャフト１０と係合し、可動鉄心２１０と共にシャフト１０が移動する。 However, as shown in FIG. 3(c), when the coil 200 is excited and the movable core 210 moves slightly to the right in the figure, the stroke of the external elastic body 218 is no longer sufficient, weakening its urging force, and the urging force received from the internal elastic body 216 becomes relatively large. Then, the internal elastic body 216 urges the rolling body 302 toward the base side inclined surface 314 via the retainer 304. Therefore, the locking mechanism 300a engages with the shaft 10, and the shaft 10 moves together with the movable core 210.

すなわち、当該アクチュエータ１００では、可動鉄心２１０の位置によって、ロック機構３００ａの係合方向を切り替えることが可能になっている。このときの切り替わる位置は、内部弾性体２１６と外部弾性体２１８の付勢力が拮抗する位置である。これによって、当該アクチュエータ１００は、より簡潔な構成でシャフト１０の移動規制を達成していて、全体構成の小型化と低廉化を図ることが可能になっている。 In other words, in the actuator 100, the engagement direction of the locking mechanism 300a can be switched depending on the position of the movable iron core 210. The switching position is where the biasing forces of the internal elastic body 216 and the external elastic body 218 are in opposition. This allows the actuator 100 to restrict the movement of the shaft 10 with a simpler configuration, making it possible to reduce the size and cost of the entire configuration.

そして、図４（ａ）に示すように、コイル２００を励磁させて可動鉄心２１０を移動させると、第１電磁部１０６ａのロック機構３００ａはシャフト１０と係合する一方（実線の白矢印にバツをつけて示している）、第２電磁部１０６ｂのロック機構３００ｂはシャフト１０と係合しない（破線の白矢印にバツをつけて示している）。これにより、可動鉄心２１０が第２電磁部１０６ｂに向かって移動するにしたがってシャフト１０を送ることができる。 As shown in FIG. 4(a), when the coil 200 is excited to move the movable iron core 210, the locking mechanism 300a of the first electromagnetic part 106a engages with the shaft 10 (indicated by a solid white arrow with a cross), while the locking mechanism 300b of the second electromagnetic part 106b does not engage with the shaft 10 (indicated by a dashed white arrow with a cross). This allows the shaft 10 to be advanced as the movable iron core 210 moves toward the second electromagnetic part 106b.

図４（ｂ）に示すようにコイル２００を非励磁とすると、第１電磁部１０６ａの可動鉄心２１０の初期位置への戻り方向に対して、ロック機構３００ａはシャフト１０と係合しない（破線の白矢印にバツをつけて示している）。一方、第２電磁部１０６ｂのロック機構３００ｂは、コイル２００が非励磁であって可動鉄心２１０が初期位置にあるため、第１電磁部１０６ａの可動鉄心２１０が戻る方向にシャフト１０と係合する（実線の白矢印にバツをつけて示している）。これによって、可動鉄心２１０は、シャフト１０を送った位置に残したまま、初期位置まで戻ることができる。したがって第１電磁部１０６ａのコイル２００の励磁と非励磁を繰り返すことによって、シャフト１０を図示右方向に徐々に送る、ステップ送りをすることが可能となる。 When the coil 200 is de-energized as shown in FIG. 4B, the locking mechanism 300a does not engage with the shaft 10 in the direction in which the movable core 210 of the first electromagnetic part 106a returns to its initial position (shown by a dashed white arrow with a cross). On the other hand, the locking mechanism 300b of the second electromagnetic part 106b engages with the shaft 10 in the direction in which the movable core 210 of the first electromagnetic part 106a returns, because the coil 200 is de-energized and the movable core 210 is in its initial position (shown by a solid white arrow with a cross). This allows the movable core 210 to return to its initial position while leaving the shaft 10 in the position where it was sent. Therefore, by repeatedly energizing and de-energizing the coil 200 of the first electromagnetic part 106a, it is possible to gradually send the shaft 10 in the illustrated rightward direction, in a step-by-step manner.

当該アクチュエータ１００の重要な動作として、対向配置された２つの電磁部１０６ａ、１０６ｂのうち、励磁／非励磁を繰り返した方はシャフト１０を送り出し、非励磁を維持した方はシャフト１０の戻りを規制する。これによって、双方向に能動的にシャフト１０を移動させることが可能となっている。したがって、当該アクチュエータ１０であれば、従来のアクチュエータにあったシャフト１０が初期位置まで一度に戻る動作が生じないため、衝撃緩和の構成が必要なく、シャフト１０のストロークに応じてサイズアップすることもなく、全体構成の小型化と低廉化を図ることができる。 An important operation of the actuator 100 is that of the two opposing electromagnetic parts 106a, 106b, the one that is repeatedly energized and de-energized sends out the shaft 10, while the other that remains de-energized restricts the return of the shaft 10. This makes it possible to actively move the shaft 10 in both directions. Therefore, with the actuator 10, there is no action of the shaft 10 returning all at once to its initial position, as occurs with conventional actuators, so there is no need for a shock absorbing structure, and there is no need to increase the size in accordance with the stroke of the shaft 10, making it possible to make the overall structure smaller and less expensive.

図５は、シャフト１０に外力Ｆが働いた場合について説明する図である。図５（ａ）は、ストローク端状態のシャフト１０に外力が働いたときの概要を示している。上記したように、ロック機構３００ａ、３００ｂは非励磁のときにはいずれも内側方向へのシャフト１０の移動を規制する。したがってシャフト１０の移動がロックされるのであるが、シャフト１０に回動運動や往復運動のような振動が働いたとき、ロック機構３００ａの転動体３０２に滑りが生じて、外力Ｆによって動いてしまう可能性がある。 Figure 5 is a diagram explaining the case where an external force F acts on the shaft 10. Figure 5 (a) shows an overview when an external force acts on the shaft 10 in the stroke end state. As described above, both locking mechanisms 300a and 300b restrict the movement of the shaft 10 in the inward direction when not excited. Therefore, the movement of the shaft 10 is locked, but when vibrations such as rotational or reciprocating motion act on the shaft 10, slippage occurs in the rolling element 302 of the locking mechanism 300a, and it may move due to the external force F.

そこで本実施形態では、シャフト１０に、ストローク端近傍にあるときに転動体３０２がはまる外周溝１８ａ、１８ｂを設けている。図３（ａ）に示したように、外周溝１８ａは、シャフト１０がストローク端にあるとき、転動体３０２よりもストローク範囲の外側に位置するよう形成されている。 Therefore, in this embodiment, the shaft 10 is provided with outer circumferential grooves 18a and 18b into which the rolling elements 302 fit when the shaft 10 is near the stroke end. As shown in FIG. 3(a), the outer circumferential groove 18a is formed so as to be located outside the stroke range of the rolling elements 302 when the shaft 10 is at the stroke end.

図５（ｂ）は、外周溝１８ａの付近の拡大図である。転動体３０２と外周溝１８ａが嵌合したとき、転動体３０２には、外部弾性体２１８からの付勢力と、先側傾斜面３１２からのラジアルおよびアキシャル方向の反力、および外周溝１８ａからの反力が生じる。このように、当該アクチュエータ１００では、ストローク端状態のシャフト１０が外力Ｆによって戻り方向に滑ったとき、シャフト１０の外周溝１８にロック機構３００ａの転動体３０２が嵌合することで、シャフト１０とロック機構３００ａとの係合力、すなわち非励磁時のシャフト１０の保持力を飛躍的に高めることが可能になっている。 Figure 5(b) is an enlarged view of the vicinity of the outer circumferential groove 18a. When the rolling element 302 and the outer circumferential groove 18a are engaged, the rolling element 302 is subjected to a biasing force from the external elastic body 218, radial and axial reaction forces from the leading inclined surface 312, and a reaction force from the outer circumferential groove 18a. In this way, in the actuator 100, when the shaft 10 at the stroke end state slides in the return direction due to an external force F, the rolling element 302 of the locking mechanism 300a is engaged with the outer circumferential groove 18 of the shaft 10, making it possible to dramatically increase the engagement force between the shaft 10 and the locking mechanism 300a, i.e., the holding force of the shaft 10 when not excited.

上述したように、外周溝１８ａは、シャフト１０がストローク端にあるとき、転動体３０２よりもストローク範囲の外側に位置するよう形成されている（図３（ａ）参照）。この構成によって、外力Ｆが作用したときに、確実に転動体３０２を外周溝１８ａに係止させることが可能になっている。特に、外周溝１８ａが転動体３０２と嵌合するまで、シャフト１０はわずかに滑る程度の遊びがあるため、ロック機構３００ａの構成部材等の寸法のばらつきを許容でき、これら構成部材に過度な精度を求めることなく機能できる。 As described above, the outer circumferential groove 18a is formed so as to be located outside the stroke range of the rolling element 302 when the shaft 10 is at the stroke end (see FIG. 3(a)). This configuration makes it possible to reliably lock the rolling element 302 into the outer circumferential groove 18a when an external force F is applied. In particular, because the shaft 10 has some play to allow it to slip slightly until the outer circumferential groove 18a engages with the rolling element 302, dimensional variations in the components of the locking mechanism 300a can be tolerated, and these components can function without requiring excessive precision.

当該アクチュエータでは、外力Ｆによってシャフト１０がストロークの内方向に移動させられようとしたときは、転動体３０２が外周溝１８ａに係止して移動が規制される。一方、反対方向の外力によってシャフト１０がストローク範囲の外方向に移動させられようとしたときは、衝止部１６ｂによってその移動が規制される。すなわち、当該アクチュエータ１００の構成であれば、いずれの方向にも確実にシャフト１０の移動を規制し、その位置を保持することができる。 In this actuator, when an external force F attempts to move the shaft 10 inward in the stroke, the rolling elements 302 engage with the outer circumferential groove 18a, restricting the movement. On the other hand, when an external force in the opposite direction attempts to move the shaft 10 outward in the stroke range, the movement is restricted by the impact stopper 16b. In other words, with the configuration of the actuator 100, the movement of the shaft 10 can be reliably restricted in either direction and its position can be maintained.

図６および図７は、転動体３０２と外周溝１８ａとの嵌合が解除される過程の図である。図６（ａ）は、第１電磁部１６ａのコイル２００が励磁した状態を示している。コイル２００が励磁すると、ロック機構３００ａの転動体３０２とシャフト１０の外周溝１８ａが嵌合したまま、可動鉄心２１０はシャフト１０と共に右の固定鉄心１０４側へ移動する。 Figures 6 and 7 show the process of disengaging the rolling element 302 from the outer circumferential groove 18a. Figure 6(a) shows the state in which the coil 200 of the first electromagnetic part 16a is excited. When the coil 200 is excited, the moving core 210 moves together with the shaft 10 to the right fixed core 104 side while the rolling element 302 of the locking mechanism 300a remains engaged with the outer circumferential groove 18a of the shaft 10.

図６（ｂ）は、外周溝１８ａの付近の拡大図である。可動鉄心２１０が図中右側に移動する場合、転動体３０２には、内部弾性体２１６からの付勢力と、元側傾斜面３１４からのラジアルおよびアキシャル方向の反力、および外周溝１８ａからの反力が生じる。 Figure 6(b) is an enlarged view of the vicinity of the outer circumferential groove 18a. When the movable core 210 moves to the right in the figure, the rolling element 302 is subjected to a biasing force from the internal elastic body 216, radial and axial reaction forces from the base inclined surface 314, and a reaction force from the outer circumferential groove 18a.

図６（ｃ）は、コイル２００が非励磁になった状態を示している。コイル２００が非励磁になると、可動鉄心２１０はリターンスプリング２１２の付勢力によって、初期位置に戻ろうとする。 Figure 6 (c) shows the state in which the coil 200 is de-energized. When the coil 200 is de-energized, the movable iron core 210 attempts to return to its initial position due to the biasing force of the return spring 212.

図７（ａ）は図６（ｃ）の外周溝１８ａの付近の拡大図である。可動鉄心２１０が図中左側に移動しようとするとき、係合部材３１０にも左側へ向かう力が作用しているため、転動体３０２には元側傾斜面３１４からの反力は作用しない。図７（ｂ）は、第１電磁部１６ａの可動鉄心２１０が左に動き始めた状態を示している。可動鉄心２１０がリターンスプリング２１２の付勢力によって左に動くことで、転動体３０２と係合部材３１０の接触が外れ、転動体３０２の上方に空間が生じる。このとき、保持器３０４を介して内部弾性体２１６からの付勢力が転動体３０２に対してアキシャル方向に加えられることで、転動体３０２には外周溝１８ａからラジアル方向の反力が生まれる。 Figure 7(a) is an enlarged view of the vicinity of the outer circumferential groove 18a in Figure 6(c). When the movable core 210 tries to move to the left in the figure, a force toward the left also acts on the engaging member 310, so that the rolling element 302 does not receive a reaction force from the base side inclined surface 314. Figure 7(b) shows the state in which the movable core 210 of the first electromagnetic part 16a starts to move to the left. When the movable core 210 moves to the left due to the biasing force of the return spring 212, the contact between the rolling element 302 and the engaging member 310 is released, and a space is created above the rolling element 302. At this time, the biasing force from the internal elastic body 216 is applied to the rolling element 302 in the axial direction via the cage 304, and a radial reaction force is generated on the rolling element 302 from the outer circumferential groove 18a.

図７（ｃ）は、図７（ｂ）の係合部材３１０がさらに左に動いた状態を示している。このとき、転動体３０２と係合部材３１０との間に空間が生まれたことと、保持器３０４を介しての内部弾性体２１６からのアキシャル方向の力によって、破線の矢印に示すように転動体３０２は外周溝１８ａの肩を乗り越えることが可能になる。 Figure 7(c) shows the state in which the engaging member 310 in Figure 7(b) has moved further to the left. At this time, a space is created between the rolling element 302 and the engaging member 310, and the axial force from the internal elastic body 216 via the retainer 304 allows the rolling element 302 to overcome the shoulder of the outer circumferential groove 18a, as indicated by the dashed arrow.

図７（ｄ）は、係合部材３１０がさらに左に動いた状態を示している。転動体３０２が外周溝１８ａから外れた後は、転動体３０２が内部弾性体２１６からの付勢力によって係合部材の元側傾斜面３１４に接触しつつ、ロック機構３００ａおよび可動鉄心２１０は初期位置へと戻る。 Figure 7(d) shows the state in which the engaging member 310 has moved further to the left. After the rolling element 302 is released from the outer circumferential groove 18a, the rolling element 302 comes into contact with the base side inclined surface 314 of the engaging member due to the biasing force from the internal elastic body 216, while the locking mechanism 300a and the movable iron core 210 return to their initial positions.

これらのように、当該アクチュエータ１００であれば、部品点数の増加を抑えつつ、ロック機構によっていずれの方向にもシャフト１０の移動を規制してその位置を保持しつつ、さらに外周溝１８ａ、１８ｂによってストローク端近傍にある非励磁時のシャフト１０をより確実に保持することができる。 As described above, the actuator 100 can suppress an increase in the number of parts, while restricting the movement of the shaft 10 in either direction with the locking mechanism to hold its position, and furthermore, the outer circumferential grooves 18a, 18b can more reliably hold the shaft 10 near the stroke end when it is not excited.

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。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the attached drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such an example. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

本発明は、アクチュエータに関し、特に、非励磁時のシャフトの保持力が高いアクチュエータに利用することができる。 The present invention relates to actuators, and can be used in particular in actuators that have a high shaft holding force when not excited.

１０…シャフト、１２…小径部、１４ａ、１４ｂ…大径部、１６ａ、１６ｂ…衝止部、１８ａ、１８ｂ…外周溝、１００…アクチュエータ、１０２…ハウジング、１０４…固定鉄心、１０６ａ…第１電磁部、１０６ｂ…第２電磁部、１０８…狭隘部、２００…コイル、２０４…永久磁石、２１０…可動鉄心、２１２…リターンスプリング、２１４…ストッパ、２１６…内部弾性体、２１８…外部弾性体、３００ａ、３００ｂ…ロック機構、３０２…転動体、３０４…保持器、３１０…係合部材、３１２…先側傾斜面、３１４…元側傾斜面、Ｆ…外力 10...shaft, 12...small diameter portion, 14a, 14b...large diameter portion, 16a, 16b...impact stop portion, 18a, 18b...peripheral groove, 100...actuator, 102...housing, 104...fixed core, 106a...first electromagnetic portion, 106b...second electromagnetic portion, 108...narrow portion, 200...coil, 204...permanent magnet, 210...movable core, 212...return spring, 214...stopper, 216...internal elastic body, 218...external elastic body, 300a, 300b...lock mechanism, 302...rolling body, 304...retainer, 310...engagement member, 312...tip side inclined surface, 314...base side inclined surface, F...external force

Claims

ハウジングと、
前記ハウジングの内側に配置された円筒状のコイルと、
前記コイルの内側に配置された可動鉄心と、
前記可動鉄心に挿通されたシャフトと、
前記コイルが励磁されたときに該可動鉄心と前記シャフトとを係合するロック機構とを備え、
前記ロック機構は、
前記シャフトの外周を転動して楔となる複数の転動体と、
前記可動鉄心に固定され、前記転動体が接触する二つの内向する傾斜面を含んだ係合部材とを含み、
前記シャフトは、該シャフトがストローク端近傍にあるときに前記転動体がはまる外周溝を有していることを特徴とするアクチュエータ。 Housing and
A cylindrical coil disposed inside the housing;
a movable core disposed inside the coil;
A shaft inserted through the movable core;
a lock mechanism that engages the movable core with the shaft when the coil is excited,
The locking mechanism includes:
A plurality of rolling elements that roll on the outer periphery of the shaft to form wedges;
an engaging member fixed to the movable core and including two inwardly inclined surfaces with which the rolling elements come into contact;
The actuator, wherein the shaft has an outer circumferential groove into which the rolling elements are fitted when the shaft is in the vicinity of a stroke end.

前記シャフトはストローク範囲を規制する衝止部を備え、
前記外周溝は、前記シャフトがストローク端にあるとき、前記転動体よりもストローク範囲の外側の位置に形成さ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。 The shaft has an impact stop portion that limits the stroke range,
2. The actuator according to claim 1, wherein the outer circumferential groove is formed at a position outside the stroke range of the rolling elements when the shaft is at a stroke end.

前記ハウジングの内側に、一対の前記可動鉄心、ロック機構、および外周溝を対向して備えていて、前記シャフトを双方向に移動可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1 or 2, characterized in that a pair of movable iron cores, a locking mechanism, and an outer peripheral groove are provided facing each other inside the housing, and the shaft can be moved in both directions.