专利名称：执行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种例如线性螺线管等执行器。
背景技术：
过去，在一般产业设备中采用各种各样的执行器，作为自动控制使用。例如，作为将电磁能转换成机械能的电磁零部件最好使用线性螺线管。螺线管的一般结构是在具有励磁线圈的定子的中心部位设置能够与固定铁心进行接近和分离动作的可动件铁心(柱塞)。通过向定子侧的励磁线圈通电，从而在第1、第2磁轭部与柱塞之间形成磁路，并且向柱塞作用吸引力。
一般在柱塞的轴向端面具有磁通作用面的螺线管的情况下，对于可动件相对于磁轭的相对轴向的移动量即行程量，输出(推力)容易呈指数函数下降(参照图16)。针对这点，为了改进可动件推力下降的问题，提出一种在可动件周面与对向的磁轭部之间沿径向设置磁通作用面的线形螺线管(专利文献1)。
这里，参照图13和图14来说明线形螺线管的一般结构。首先，如果要说明定子51的结构，则设置卷绕在绕线管52上的励磁线圈53和覆盖该励磁线圈53周围的第1、第2磁轭部54、55。第1磁轭部54是盖板形的，覆盖了励磁线圈53轴向的一端。第2磁轭部55是帽形的，从励磁线圈53的轴向另一端侧起覆盖筒部外周面。这些第1、第2磁轭部54、55形成在励磁线圈53通电时产生的定子51侧的磁路。绕线管52的轴孔中嵌入由非磁性材料构成的引导筒(guard pipe)56。可动件(柱塞)57嵌入到引导筒56的轴孔中，能够滑动，柱塞57的轴孔58与未图示的连接杆连结，向柱塞57的轴向传递驱动力。在图14中，线性螺线管在柱塞57的至少一端侧的周面上形成周面槽或者阶梯面(在本实施例中为凹槽59)，沿径向形成磁通作用面。即，在柱塞57的周面P1、P2与第1、第2磁轭部54、55的对向面Y1、Y2之间沿径向形成各自的磁通作用面，因为形成该磁通作用面的对向面之间的磁阻小，所以在控制范围内能够得到较大的输出(推力)。
专利文献1特开2004-153063号公报但是，在图14的线形螺线管的情况下，如果向励磁线圈53通电的话，则在柱塞57的周面P1、P2与第1、第2磁轭部54、55的对向面Y1、Y2之间，遍及全周长作用很强的磁引力。因为在柱塞57的外径和引导筒56的内径之间设置包含公差的间隙，所以在图15中，有可能柱塞57的姿势保持相对于轴向稍偏的状态，并在引导筒56内移动。这时，因为在柱塞57的轴向截面的对角位置上，柱塞57和引导筒56保持点接触(角接触)的状态，并进行滑动，所以促使在柱塞表面涂覆的覆膜造成偏磨损(参照图15的滑动接触部Q、R部)，寿命可能会变短。
另外，因为根据柱塞57和第1、第2磁轭部54、55之间的位置关系，有时磁阻容易急剧变化，当向励磁线圈53通电时推力会突然增大，所以还有的问题是，能够在一定的推力下控制行程量的范围是有限的，控制性不好。
本发明正是为了解决上述问题而设计的，其目的在于提供一种执行器，它通过降低可动件和引导面之间的接触部分的表面压力，能够防止偏磨损，能够扩大得到一定输出的可动范围。
发明内容
本发明为了达成上述目的，具有下面的结构。
执行器具有励磁线圈；用设置在励磁线圈一端侧上的第1磁轭部与设置在另一端侧上的第2磁轭部来覆盖励磁线圈周围的定子；以及设置在励磁线圈中心部位上的能够沿轴线方向自由往复运动的可动件，通过向励磁线圈通电，在第1、第2磁轭部与可动件之间形成磁路，并对可动件产生磁力作用，在该执行器中，通过通电形成磁通作用面的可动件的周面与第1、第2磁轭部分别对向的对向面中，在圆周方向上至少使一方的磁阻不均匀，从而使得沿可动件径向作用的磁力的合力向径向一端侧偏移起作用。
具体来说，特点在于在与通过通电形成磁通作用面的可动件的周面分别对向的第1、第2磁轭部的对向面之中，至少一方形成对向面积从该可动件的径向一端侧到另一端侧逐渐减小的形状。
更具体来说，特点在于在成为磁通作用面的可动件的周面上，形成具有与该可动件的周面分别对向的第1、第2磁轭部之中至少一方的对向面积从可动件径向一端侧向另一端侧逐渐减小的倾斜形状的槽或者阶梯形状的切口部。
或者，特点在于在成为磁通作用面的第1、第2磁轭部之中至少一方，具有对向面积从可动件径向一端侧向另一端侧逐渐减小的倾斜形状或者阶梯形状。
如果采用上述的执行器，则通过通电形成磁通作用面的可动件的周面与第1、第2磁轭部分别对向的对向面之中，在圆周方向上至少使一方的磁阻不均匀，使得沿可动件径向起作用的磁力的合力向径向一端侧偏移起作用。通过这样，因为向励磁线圈通电后马上使通过可动件的磁通平衡向磁阻小的径向一端侧偏移，所以对可动件作用的磁力在径向一端侧比较强。因此，由于可动件保持拉向径向一端侧的状态，沿着引导筒滑动，所以能够降低可动件和引导筒的接触部分的表面压力，缓和了涂覆在可动件表面上的覆膜的偏磨损，从而能够延长使用寿命。
另外，因为通过通电形成磁通作用面的可动件的周面与第1、第2磁轭部对向面之中的一方或者双方形成其对向面积从可动件径向一端侧到另一端侧逐渐减少的形状，所以在可动件和第1、第2磁轭部之间，由于通电从磁阻小的径向一端侧有很强的吸引力，因为随着可动件被吸引到定子侧，对向面积向着径向另一端侧慢慢地增大，吸引力增强，所以在整个长行程中能够得到一定的推力。因此，由于因推力差而使可动件的可动范围的变化减小，扩大能够得到一定推力的可动件的可动范围，所以能够提高可动件的实际可动范围中的控制性。
图1是与第1实施例相关的线形螺线管的截面说明图。
图2是与第2实施例相关的线形螺线管的截面说明图。
图3是表示本发明的柱塞和引导筒的滑动部分的部分放大图。
图4是表示线形螺线管的位移与推力之间关系的曲线图。
图5是与第3实施例相关的线形螺线管的俯视图。
图6是图5的线形螺线管的箭头C-C方向的截面说明图。
图7是与第4实施例相关的线形螺线管的俯视图。
图8是图7的线形螺线管的箭头C-C方向的截面说明图。
图9是与第5实施例相关的线形螺线管的俯视图。
图10是图9的线形螺线管的箭头C-C方向的截面说明图。
图11是与第6实施例相关的线形螺线管的俯视图。
图12是图11的线形螺线管的箭头C-C方向的截面说明图。
图13是与过去例相关的线形螺线管的俯视图。
图14是图13的线形螺线管的箭头C-C方向的截面说明图。
图15是表示过去的柱塞和引导筒的滑动部分的部分放大图。
图16是表示过去的螺线管的位移和推力之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
下面，参照附图来说明与本发明相关的执行器的最佳实施形态。本实施形态说明线形螺线管，作为执行器的一个例子。
(第1实施例)参照图1来说明线形螺线管的大概结构。
首先来说明定子1的结构。励磁线圈2卷绕在绕线管3上。在绕线管3的卷心部设置的轴孔中，嵌入由非磁性材料构成的引导筒(guard pipe)4。励磁线圈由设置在一端侧上的盖板形的第1磁轭部5和设置在另一端侧上的帽形的第2磁轭部6覆盖其周围。第1磁轭部5和第2磁轭部6是由磁性材料构成的，形成利用向励磁线圈2通电而产生的定子1的磁通通路。
可动件(柱塞)7这样设置，它利用设置在励磁线圈2的中心部位(绕线管3的轴孔)的引导筒4进行导向，能够沿着轴线方向往复运动。另外，也可以代替引导筒4，用绕线管的卷心部来作为柱塞7的引导面。柱塞7与未图示的连接杆连接。例如当为拉伸型的螺线管时，该柱塞7或连接杆也可以通过螺旋弹簧等紧靠向从定子1突出的方向。通过向励磁线圈2通电，在第1、第2磁轭部5、6与柱塞7之间形成磁路，并对柱塞7作用吸引力。
本实施形态的螺线管，在柱塞7的至少一端侧的周面上形成周面槽或者阶梯面(在本实施例中为凹槽8)，沿径向形成磁通作用面。即，在柱塞7的一端侧周面P1和与其对向的第1磁轭部5的对向面Y1、以及柱塞7的另一端侧周面P2和与其对向的第2磁轭部6的对向面Y2上，沿径向形成磁通作用面。在分别与通过通电形成磁通作用面的柱塞7的周面对向的第1磁轭部5和第2磁轭部6的对向面之中，至少有一方形成对向面积(在本实施例中，柱塞7的周面P1、P2与第1、第2磁轭部5、6的对向面Y1、Y2的对向面积)从柱塞7的径向的一端侧E1向另一端侧E2逐渐减小的形状。具体来说，在柱塞7的一端侧周面P1上，形成具有与第1磁轭部5的对向面Y1的对向面积从径向一端侧E1向另一端侧E2逐渐减小的倾斜(在图1中为向左上倾斜)形状的凹槽8。另外，在柱塞7的另一端侧周面P2上，形成具有与第2磁轭部6的对向面Y2的对向面积从径向一端侧E1向另一端侧E2逐渐减小的阶梯形状的切口部9。形成上述凹槽8和切口部9的倾斜面8a、9a的倾斜可以是相同的，或者也可以是不同的。另外，倾斜面8a、9a的形状不限于平面，也可以是弯曲面、阶梯面、锥面等各种各样的形状。
当向励磁线圈2通电时，在柱塞7的一端侧周面(磁通作用面)P1和第1磁轭部5的对向面(磁通作用面)Y1、以及柱塞7的另一端侧周面(磁通作用面)P2和第2磁轭部6的对向面(磁通作用面)Y2之间，分别遍及全周长作用吸引力F(水平分力F1、垂直分力F2)。柱塞7被吸引力F的水平分力F1的合力牵引向径向方向上，被垂直分力F2的合力沿轴向拉入定子1侧。因为刚通电后，通过柱塞的磁通平衡马上偏向磁阻小的径向一端E1侧，所以向柱塞7作用的水平分力F1的合力在径向一端E1侧比较强。因此，在图3中，柱塞7在引导筒4内被牵引向径向一端侧E1，在减小与引导筒4的接触部分的表面压力的状态下进行滑动(参照图3的滑动部S)。通过这样，能够缓和涂覆在柱塞7的表面上的覆膜的偏磨损，延长其使用寿命。
另外，线形螺线管的能量存储在定子1和可动件(柱塞)7的间隙中。在图4中，与沿轴向具有磁通作用面的螺线管相比，沿径向具有磁通作用面的螺线管预计可以提高在实际可动范围中的推力。但是，因为取决于柱塞的位置而容易使磁阻急剧地变化，所以柱塞7在实际可动范围中能够得到一定推力的范围容易变小(参照图4的曲线A)。针对这个情况，因为柱塞7的一端侧周面P1上形成具有与第1磁轭部5的对向面Y1的对向面积从径向一端侧E1向另一端侧E2逐渐减小的倾斜的凹槽8，并且柱塞7的另一端侧周面P2上形成具有与第2磁轭部6的对向面Y2的对向面积从径向一端侧E1向另一端侧E2逐渐减小的倾斜的切口部9(参照图1)，所以在刚通电后，在柱塞7和第1、第2的磁轭部5、6之间磁阻小的径向一端侧E1上吸引力较强。因为随着柱塞7被吸入定子1侧，则向着径向另一端侧E2磁阻慢慢减小，吸引力F较强，所以在整个长行程中能够得到一定的推力(参照图4曲线B)。因此，由于因推力差而使柱塞7的可移动范围的变化将减小，能够得到一定推力的柱塞7的可移动范围扩大，所以能够提高柱塞7在实际可移动范围中的控制性。
(第2实施例)然后，参照图2来说明线形螺线管的其它例子。因为线形螺线管的大概结构与图1相同，所以在同一部件上标同一编号并延用其说明。下面，主要说明不同的结构。
在图2中，在柱塞7的一端侧周面P1上，以均匀的宽度和深度来形成周面槽或阶梯面(在本实施例中为凹槽10)，沿径向形成磁通作用面。另外，柱塞7的另一端侧周面P2形成为均匀的圆筒面。在与柱塞7的一端侧周面P1对向的第1磁轭部5的对向面Y1上，形成与该周面P1的对向面积从径向一端侧H1向径向的另一端侧H2逐渐减小的倾斜形状(或者阶梯形状)。即，在图2中，在第1磁轭部5的对向面Y1上，形成具有从径向一端侧H1向另一端侧H2磁阻增大的倾斜(或阶梯)的倾斜面(阶梯面)11。
另外，在与柱塞7的另一端侧周面P2对向的第2磁轭部6的对向面Y2上，形成与该周面P2的对向面积从径向一端侧H1向另一端侧H2逐渐减小的倾斜形状(或者阶梯形状)。即，在第2磁轭部6的对向面Y2上，形成具有从径向一端侧H1向另一端侧H2磁阻增大的倾斜(或者阶梯)的倾斜面(阶梯面)12。
即使根据上述结构，由于在向励磁线圈2刚通电后，对柱塞7作用的吸引力F在磁阻小的径向一端侧H1处较强，所以在引导筒4内柱塞7被拉向径向一端侧H1，在降低与引导筒4的接触部分的表面压力的状态下进行滑动(参照图3的滑动部S)。通过这样，能够缓和涂覆在柱塞7的表面上的覆膜的偏磨损，延长使用寿命。
另外，在刚通电后，在柱塞7和第1、第2的磁轭部5、6之间磁阻小的径向一端侧H1处吸引力较强，由于随着柱塞7被吸入定子1侧，则向着径向另一端侧H2对向面积慢慢变大，吸引力F变强，所以一定推力能够得到很长的行程(参照图4曲线B)。因此，由于因推力差而使柱塞7的可移动范围的变化减小，能够得到一定推力的柱塞7的可移动范围扩大，所以能够提高柱塞7的实际可移动范围中的控制性。
(第3实施例)下面参照图5和图6来说明线形螺线管的其它例子。因为线形螺线管的大概结构与第1实施例(图1)相同，所以在同一部件上标同一编号并延用其说明。下面，主要说明不同的结构。
在图6中，在柱塞7的至少一端侧的周面上形成周面槽或者阶梯面(在本实施例中为凹槽18)，并沿径向形成磁通作用面。在图5中，本实施例在通过通电形成磁通作用面的柱塞7的周面上，形成倒角了的部分(形成截面D形状的面；D切割面13)。利用该D切割面13使柱塞7的周面和第1磁轭部5及第2磁轭部6分别对向的对向面的磁阻在圆周方向上不均匀。
在图6中，当向励磁线圈2通了电时，在柱塞7的一端侧周面P1与对向的第1磁轭部5的对向面Y1之间、以及柱塞7的另一端侧周面P2与对向的第2磁轭部6的对向面Y2之间，分别遍及整个周长作用吸引力F(水平分力F1、垂直分力F2)。柱塞7由于吸引力F的水平分力F1的合力而沿径向被吸引，并且由于垂直分力F2的合力而沿轴向被吸入定子1侧。在刚通电后，因为通过柱塞7的磁通平衡马上偏向磁阻小的径向一端侧H1，所以对柱塞7起作用的水平分力F1的合力在径向一端侧H1较强。因此，柱塞7在引导面4内被径向一端侧H1吸引，并在这种情况下进行滑动。
(第4实施例)下面参照图7和图8来说明线形螺线管的其它例子。因为线形螺线管的大概结构与第1实施例(图1)相同，所以在同一部件上标同一编号并延用其说明。下面，主要说明不同的结构。
在图8中，在柱塞7的至少一端侧的周面上形成周面槽或者阶梯面(在本实施例中为凹槽18)，沿径向形成磁通作用面。在图7中，本实施例在柱塞7的轴向上下端面上分别形成孔14、15。在图8中，孔14、15在柱塞7的径向上偏向箭头H2侧形成。利用该孔14、15，使在通过通电而通过柱塞7的磁通通路中部份地产生偏向。因此，柱塞7的周面与第1磁轭部5和第2磁轭部6分别对向的对向面的磁阻在圆周方向上不均匀。而且，孔14、15的孔径以及由圆周方向和径向来规定的孔位置也可以不一定要一致。另外，只要至少在柱塞7的轴向一端面上形成孔即可，可以是穿通孔，也可以是有底孔。
在图8中，当向励磁线圈2通了电时，在柱塞7的一端侧周面P1与对向的第1磁轭部5的对向面Y1之间、以及柱塞7的另一端侧周面P2与对向的第2磁轭部6的对向面Y2之间，分别遍及整个周长作用吸引力F(水平分力F1、垂直分力F2)。柱塞7由于吸引力F的水平分力F1的合力而沿径向被吸引，并且由于垂直分力F2的合力而沿轴向被吸入定子1侧。在刚通电后，因为通过柱塞7的磁通平衡马上偏向磁通密度高的径向一端侧H1，所以对柱塞7起作用的水平分力F1的合力在径向一端侧H1较强。因此，柱塞7在引导面4内被径向一端侧H1吸引，并在这种情况下进行滑动。
(第5实施例)下面参照图9和图10来说明线形螺线管的其它例子。因为线形螺线管的大概结构与第1实施例(图1)相同，所以在同一部件上标同一编号并延用其说明。下面，主要说明不同的结构。
在图10中，在柱塞7的至少一端侧的周面上形成周面槽或者阶梯面(在本实施例中为凹槽18)，沿径向形成磁通作用面。在图9中，本实施例在与构成磁通作用面的柱塞7的周面对向的第1磁轭部5的对向面Y1上，沿圆周方向形成切口部16。利用该切口部16，使柱塞7的周面与第1磁轭部5以及第2磁轭部6分别对向的对向面的磁阻在圆周方向上不均匀。而且，切口部16也可以形成在第2磁轭部6的对向面Y6上，也可以形成在第1、第2磁轭部5、6的对向面Y1、Y2的两者的对向面上。
在图10中，当向励磁线圈2通了电时，在柱塞7的一端侧周面P1与对向的第1磁轭部5的对向面Y1之间、以及柱塞7的另一端侧周面P2与对向的第2磁轭部6的对向面Y2之间，分别遍及整个周长作用吸引力F(水平分力F1、垂直分力F2)。柱塞7由于吸引力F的水平分力F1的合力而沿径向被吸引，并且由于垂直分力F2的合力而沿轴向被吸入定子1侧。在刚通电后，因为通过柱塞7的磁通平衡马上偏向磁阻小的径向一端侧H1，所以对柱塞7起作用的水平分力F1的合力在径向一端侧H1较强。因此，柱塞7在引导面4内被径向一端侧H1吸引，并在这种情况下进行滑动。
(第6实施例)下面参照图11和图12来说明线形螺线管的其它例子。因为线形螺线管的大概结构与第1实施例(图1)相同，所以在同一部件上标同一编号并延用其说明。下面，主要说明不同的结构。
在图12中，在柱塞7的至少一端侧的周面上形成周面槽或者阶梯面(在本实施例中为凹槽18)，沿径向形成磁通作用面。在图11中，本实施例将设置在柱塞7的中心部位的输出轴连接用的轴孔17设置在偏心位置处。在图12中，沿着柱塞7的径向在偏向箭头H2侧形成轴孔17。利用该轴孔17的偏心，在由通电而通过柱塞7内的磁通通路中部份地产生偏移。因此，使柱塞7的周面与第1磁轭部5和第2磁轭部6分别对向的对向面的磁阻在圆周方向上不均匀。
在图12中，当向励磁线圈2通了电时，在柱塞7的一端侧周面P1与对向的第1磁轭部5的对向面Y1之间、以及柱塞7的另一端侧周面P2与对向的第2磁轭部6的对向面Y2之间，分别遍及整个周长作用吸引力F(水平分力F1、垂直分力F2)。柱塞7由于吸引力F的水平分力F1的合力而沿径向被吸引，并且由于垂直分力F2的合力而沿轴向被吸入定子1侧。在刚通电后，因为通过柱塞7的磁通平衡马上偏向磁通密度高的径向一端侧H1，所以对柱塞7起作用的水平分力F1的合力在径向一端侧H1较强。因此，柱塞7在引导面4内被径向一端侧H1吸引，并在这种情况下进行滑动。
另外，柱塞7和第1、第2的磁轭部5、6的磁通作用面的形状不仅限于槽和切口部、切口部和阶梯部、槽和阶梯部的组合，也可以是根据槽和槽、切口部和切口部、阶梯部和阶梯部等任一形状的组合。另外，也可以在柱塞7和第1、第2磁轭部5、6的对向面上沿着轴向形成多个齿部(凹凸部)。而且，间隔也不仅是指可动件侧、第1、第2磁轭部侧的任一方形成，也可以在双方形成。线形螺线管可以是拉伸型、或推压型的任一种，也可以在磁路中包含永磁体，也可以是DC用或者AC用的线形螺线管的任一种。
权利要求
1.一种执行器，其特征在于，具有励磁线圈；用设置在励磁线圈一端侧上的第1磁轭部和设置在另一端侧上的第2磁轭部来覆盖励磁线圈的周围的定子；以及设置在励磁线圈的中心部位上且能够沿着轴线方向往复运动的可动件，通过向励磁线圈通电，在第1、第2磁轭部和可动件之间形成磁路，并且对可动件产生磁力作用，在该执行器中，在通过通电而形成磁通作用面的可动件的周面和第1、第2磁轭部分别对向的对向面之中，使至少一方的磁阻在圆周方向上不均匀，使得沿可动件径向作用的磁力的合力偏向径向一端侧起作用。
2.如权利要求1中所述的执行器，其特征在于，在与通过通电而形成磁通作用面的可动件的周面分别对向的第1、第2磁轭部的对向面之中，至少一方形成对向面积从该可动件的径向一端侧向另一端侧逐渐减小的形状。
3.如权利要求1中所述的执行器，其特征在于，在成为磁通作用面的可动件的周面上，形成具有与该可动件的周面分别对向的第1、第2磁轭部中的至少一方的对向面积从可动件径向一端侧向另一端侧逐渐减小的倾斜形状的槽或阶梯形状的切口部。
4.如权利要求1中所述的执行器，其特征在于，在成为磁通作用面的第1、第2磁轭部中的至少一方，具有对向面积从可动件径向一端侧向另一端侧逐渐减小的倾斜形状或阶梯形状。
全文摘要
提供一种通过减小可动件和引导面之间的接触部分的表面压力来防止偏磨损、并且扩大能够得到一定输出的可移动范围的执行器。在与通过通电而形成磁通作用面的柱塞7的周面P1、P2对向的第1、第2磁轭部5、6的对向面Y1、Y2之中，使至少一方的磁阻在圆周方向上不均匀，并使沿可动件径向作用的磁力的合力偏向径向一端E1侧作用。
文档编号H01F7/16GK101057303SQ200580038408
公开日2007年10月17日 申请日期2005年11月10日 优先权日2004年11月11日
发明者宇仁真彦 申请人:信浓绢糸株式会社