JP2010104089A

JP2010104089A - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2010104089A
Application number: JP2008271173A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Sato; 浩介佐藤
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP5329910B2

Abstract

【課題】永久磁石およびコイルの剥離や損傷を防止することができるリニアアクチュエータを提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、ロッド２と、複数の永久磁石４を備えてロッド２に保持される界磁３と、界磁３に対向するように配置されるコイル保持部材５に保持される複数のコイル６とを備え、ロッド２とコイル保持部材５を軸方向に相対変位させる推力を発生するリニアアクチュエータ１において、底部７ａがロッド２の一端２ａに連結されるとともにコイル保持部材５を内部に収容する有底筒状のアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に摺動自在に挿入されるとともにアウターチューブ側の端部８ａがコイル保持部材５に連結されるインナーチューブ８を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関する。

従来、この種のリニアアクチュエータとしては、たとえば、有底筒状のアウターヨークと、アウターヨーク内に移動自在に挿入される有底筒状のインナーヨークと、アウターヨークの底部から立ち上がりインナーヨーク内に軸受を介して摺動自在に挿入されるガイドロッドと、アウターヨークの内周に設けた複数のコイルを備えるコアと、インナーヨークの外周に軸方向に並べて配置される複数の永久磁石とを備えて構成されているものがある（特許文献１参照）。

このリニアアクチュエータにあっては、アウターヨークとインナーヨークの軸方向の相対移動をガイドロッドによって案内して、円滑な伸縮を実現しようとしている。
特開２００７−２７４８２０号公報（図１）

従来のリニアアクチュエータでは、上記の如く、ガイドロッドを備えているので、アウターヨークとインナーヨークのそれぞれの底部に設けた取付部に軸方向の外力のみが作用するのであれば問題は無いのであるが、各取付部を介してリニアアクチュエータに曲げモーメントが作用した場合、ガイドロッドをインナーヨークの内周に摺接させる構造を採用しているため、インナーヨークにも上記の曲げモーメントが作用することになる。

このように曲げモーメントがインナーヨークに作用する場合、インナーヨークに歪が生じることになるが、インナーヨークは外周に永久磁石を接着によって装着しており、上記歪によって永久磁石がインナーヨークから剥離したり、永久磁石にクラックが生じたりする危惧がある。

さらに、上述のリニアアクチュエータにあっては、内部保護のためにインナーヨークの端部にアウターヨークの外周を覆う筒状のカバーを設けるとともに、カバーの内周にアウターヨークの外周に摺接するシール部材を設けており、アウターヨークの径方向の移動がカバーによって拘束される構造となっているため、上記モーメントは、アウターヨーク内のコアにも作用してコアを歪ませ、コアに装着されるコイルの剥離や断線を招く危惧もある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、永久磁石およびコイルの剥離や損傷を防止することができるリニアアクチュエータを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、ロッドと、複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、界磁に対向するように配置されるコイル保持部材に保持される複数のコイルとを備え、ロッドとコイル保持部材を軸方向に相対変位させる推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、底部がロッドの一端に連結されるとともにコイル保持部材を内部に収容する有底筒状のアウターチューブと、アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるとともにアウターチューブ側の端部がコイル保持部材に連結されるインナーチューブを備えたことを特徴とする。

本発明のリニアアクチュエータによれば、アウターチューブ内に摺動自在にインナーチューブが挿入されており、曲げモーメントが作用しても曲げモーメントはアウターチューブとインナーチューブには作用するものの、ロッドがアウターチューブの底部に連結されるとともに、コイル保持部材がインナーチューブのアウターチューブ側の端部に連結されているので、ロッドとコイル保持部材には曲げモーメントが作用せず、歪むことが無い。

それゆえ、ロッドに固定した永久磁石が剥離したり損傷したりすることが阻止され、また、コイル保持部材からコイルが剥離したりコイルが断線したりすることも阻止されることになる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの横断面図である。

一実施の形態におけるにリニアアクチュエータ１は、図１に示すように、ロッド２と、複数の永久磁石４を備えてロッド２に保持される界磁３と、界磁３に対向するように配置されるコイル保持部材たるコア５に保持される複数のコイル６と、底部７ａがロッド２の一端２ａに連結されるとともにコア５を内部に収容する有底筒状のアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に摺動自在に挿入されるとともにアウターチューブ側の端部８ａがコア５に連結されるインナーチューブ８とを備えて構成され、コイル６を励磁することによってロッド２に連結されるアウターチューブ７とコア５に連結されるインナーチューブ８を軸方向に相対変位させる推力を発生することができるようになっている。

以下、リニアアクチュエータ１の各部について詳しく説明する。ロッド２は、この実施の形態の場合、円柱状とされており、外周に軸方向に並べて配置される複数の環状の永久磁石４を保持している。永久磁石４は、この場合、内周と外周とで極が異なるように着磁され、ロッド２上に所定間隔を空けて軸方向に並べて配置されており、隣り合う永久磁石４同士の外周に異なる極が現れるようにロッド２の外周に接着等によって固定的に装着されている。

したがって、ロッド２の外周にこれらの永久磁石４によって、コイル６へ作用させる磁界が発生されており、これらの永久磁石４でリニアアクチュエータ１における界磁３を構成している。図示するところでは、永久磁石４は、ロッド２に九個設けられているが、リニアアクチュエータ１の駆動ができる限りにおいて、設置数は複数であればよく、これに限られない。

なお、ロッド２は、強磁性体材料で形成されるとロッド２内に磁束が集中して永久磁石４の外周周りにおける磁束に影響を与えるので、非磁性体材料によって形成されるとよい。

また、この実施の形態にあっては、ロッド２を円柱としているが、筒状としてもよく、筒状とされる場合には、円盤状の永久磁石を内部にＳ極とＮ極が外周の軸方向に沿って交互に現れるように積層するなどして挿入し、ロッド内に挿入される複数の永久磁石で界磁を構成するようにしてもよい。このようにロッドを筒状とする場合にあっては、永久磁石の磁束の透過を妨げないようにロッドは非磁性体材料で形成することが望ましい。

そして、上記のように永久磁石４を保持したロッド２は、その一端２ａを有底筒状のアウターチューブ７の底部７ａに連結している。このロッド２のアウターチューブ７への連結に際しては、嵌合、螺子締結、その他種々の連結方法を採用することができる。アウターチューブ７は、底部７ａと筒部７ｂとを備えて上述の如く有底筒状とされ、筒部７ｂの開口端となる図１中左端には、内方へ突出する環状のフランジ７ｃが設けられるとともに、筒部７ｂの中間部からフランジ７ｃまでにかけて内径が大径に設定されて大径部７ｄが設けられるとともに大径部７ｄの終端に段部７ｅが形成されている。

また、アウターチューブ７の底部７ａの外端には、リニアアクチュエータ１の機器への取付を可能とする取付孔を備えた取付部９が取付けられ、フランジ７ｃの内周で環状のアウター側ベアリング１０を保持している。

このアウターチューブ７とロッド２との間には、移動自在に筒状のコア５が挿入されており、コア５は、コイル６を収容する複数のスロット５ａと、両端およびスロット５ａ，５ａ間に設けた複数の極歯５ｂとを備えて構成されている。

このように構成されたコア５は、この場合、筒状とされて内周をロッド２の界磁３に対向させており、コイル６を励磁して極歯５ｂを磁化することで、ロッド２の界磁３の永久磁石４と吸引、反発させることでロッド２とコア５に軸方向に相対変位させる推力を発生させるようになっている。なお、コア５は、必ずしも筒状とされずともよく、ロッド２に保持される界磁３もロッド２の外周の全周に亘って磁界を形成せずにコア５に対向する方向へ磁界を発生するようにしてもよいが、永久磁石４を円筒あるいは円盤状としてロッド２の外周に磁界を発生させるとともにコア５を円筒状に形成してロッド２の外周を囲むようにしておくことで、コア５に対してロッド２が円周方向に回転しても推力が変化しないという利点がある。また、本実施の形態では、コイル保持部材をコア５として、このコア５にコイル６を装着するようにしているが、コイル保持部材を筒等として、この筒等に直接コイル６を装着することも可能である。

より詳しくは、コイル６は、ロッド２の外周を取り巻くようにスロット５ａ内に装着されており、図示するところでは、コア５にＵ相、Ｖ相、Ｗ相を二つずつの合計６個設けられて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配置されている。そして、たとえば、コア５のロッド２に対する電気角に基づいて通電位相切換を行うとともに、ＰＷＭ制御により、各コイル６の電流量を制御してリニアアクチュエータ１の推力と推力の発生方向を制御することができるようになっている。なお、リニアアクチュエータ１の制御にあたっては、コア５に対する永久磁石４の相対位置を把握できればよいので、磁気センサその他の上記相対位置を把握することができる手段を設けておけばよい。また、コイル６の数は、このリニアアクチュエータ１によって発生する推力や通電方式に適した数に設定されればよい。

このコア５は、インナーチューブ８のアウターチューブ側の端部８ａに連結されており、インナーチューブ８は、有底筒状とされてアウターチューブ側の端部８ａの外周に鍔８ｂを備えており、鍔８ｂの外周で環状のインナー側ベアリング１１を保持している。また、インナーチューブ８の底部の外端には、インナーチューブ８の機器への取付を可能とする取付孔を備えた取付部１２が取付けられている。

このように構成されたインナーチューブ８は、アウターチューブ７内に挿入されており、外周がアウターチューブ７に保持されたアウター側ベアリング１０によって摺動自在に軸支され、また、自身が保持するインナー側ベアリング１１の外周をアウターチューブ７の大径部７ｄの内周に摺接させている。したがって、インナーチューブ８はアウターチューブ７内に摺動自在に挿入されている。

そして、インナーチューブ８がアウターチューブ７内から退出する方向に相対変位してフランジ７ｃの図１中右端と鍔８ｂの図１中左端が衝合するとそれ以上のリニアアクチュエータ１の伸長が規制され、反対に、インナーチューブ８がアウターチューブ７内へ侵入する方向に相対変位して鍔８ｂの図１中右端と段部７ｅの図１中左端が衝合するとそれ以上のリニアアクチュエータ１の収縮が規制されるようになっている。

このようにアウターチューブ７に対するインナーチューブ８のストローク範囲が、上記した鍔８ｂ、フランジ７ｃおよび段部７ｅによって規定されるが、このストローク範囲内では、コア５が必ずロッド２の界磁３の軸方向長さ範囲内に位置して界磁３に対向するようになっており、リニアアクチュエータ１が推力を発生不能となることを防止している。

なお、コイル６を図外の外部電源へと接続するケーブル１３は、コア５がインナーチューブ８に連結されているため、図示するように、インナーチューブ８に保持させることで、リニアアクチュエータ１の伸縮時においてケーブル１３に曲げを生じさせずケーブル１３の断線を防止でき、コア５に対するロッド２の回転を許容することができるという利点があるが、これをアウターチューブ７に保持させることもできる。

さて、リニアアクチュエータ１は以上のように構成され、コイル６へ通電することによって、ロッド２とコア５を相対変位させる推力を発生し、これらに連結されるインナーチューブ８とアウターチューブ７を相対変位させて、伸縮することができる。

また、インナーチューブ８とアウターチューブ７とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、コイル６への通電、あるいは、コイル６に発生する誘導起電力によって、上記相対変位を抑制する推力を発生させてリニアアクチュエータ１に上記外力による機器の振動や運動をダンピングさせることもできる。

そして、このリニアアクチュエータ１にあっては、取付部９，１２から曲げモーメントが作用する場合、アウターチューブ７に摺動自在にインナーチューブ８が挿入されており、上記曲げモーメントはアウターチューブ７とインナーチューブ８には作用するものの、ロッド２がアウターチューブ７の底部７ａに連結されるとともに、コイル保持部材たるコア５がインナーチューブ８のアウターチューブ側の端部８ａに連結されているので、ロッド２とコイル保持部材たるコア５には曲げモーメントが作用せず、歪むことが無い。

それゆえ、ロッド２に固定した永久磁石４が剥離したり損傷したりすることが阻止され、また、コイル保持部材たるコア５からコイル６が剥離したりコイル６が断線したりすることも阻止されることになる。

なお、本発明では、インナーチューブ８とアウターチューブ７で曲げモーメントを受けて、これをロッド２とコイル保持部材たるコア５へ伝達しなければよいので、インナーチューブ８をアウターチューブ７へ摺動自在に挿入するに際して、フランジ７ｃ、鍔８ｂおよび段部７ｅを廃して、インナーチューブ８の外周をアウターチューブ７の外周へ直接摺接させることも可能であるが、ベアリング１０，１１を用いることで、インナーチューブ８とアウターチューブ７の磨耗を抑制してこれらを円滑に相対変位させることができる。

また、アウターチューブ７の外周に筒状のカバーを設けることなく、アウターチューブ７とインナーチューブ８との間に形成される空間内に界磁３およびコイル保持部材たるコア５を収容することができ、外部の干渉からリニアアクチュエータ１の駆動部を保護することができる利点もある。なお、アウターチューブ７のアウター側ベアリング１０とインナーチューブ８の外周との間への埃や塵等の侵入を防止したい場合には、アウターチューブ７の筒部７ｂの開口端内周に、図示するところではフランジ７ｃの内周に、シール部材を設けるようにしてもよい。

さらに、インナーチューブ８における鍔８ｂの左端とアウターチューブ７におけるフランジ７ｃの右端の一方、インナーチューブ８における鍔８ｂの右端とアウターチューブ７におけるフランジ７ｃの右端の一方に、それぞれ、クッションを設けてリニアアクチュエータ１の最伸長時および最収縮時の衝撃を緩和するようにしてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの横断面図である。

符号の説明

１リニアアクチュエータ
２ロッド
２ａロッドの一端
３界磁
４永久磁石
５コイル保持部材たるコア
５ａコアにおけるスロット
５ｂコアにおける極歯
６コイル
７アウターチューブ
７ａアウターチューブにおける底部
７ｂアウターチューブにおける筒部
７ｃアウターチューブにおけるフランジ
７ｄアウターチューブにおける大径部
７ｅアウターチューブにおける段部
８インナーチューブ
８ａインナーチューブにおけるアウターチューブ側の端部
８ｂインナーチューブにおける鍔
９，１２取付部
１０アウター側ベアリング
１１インナー側ベアリング
１３ケーブル

Claims

ロッドと、複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、界磁に対向するように配置されるコイル保持部材に保持される複数のコイルとを備え、ロッドとコイル保持部材を軸方向に相対変位させる推力を発生するリニアアクチュエータにおいて、底部がロッドの一端に連結されるとともにコイル保持部材を内部に収容する有底筒状のアウターチューブと、アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるとともにアウターチューブ側の端部がコイル保持部材に連結されるインナーチューブを備えたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
アウターチューブの開口端内周に装着されてインナーチューブの外周に摺接する環状のアウター側ベアリングと、インナーチューブのアウターチューブ側の端部の外周に装着されてアウターチューブの内周に摺接する環状のインナー側ベアリングとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
アウターチューブの開口端に内方へ突出するとともに内周でアウター側ベアリングを保持するフランジを設け、インナーチューブのアウターチューブ側の端部に外方へ突出するとともにインナー側ベアリングを保持する鍔を設け、アウターチューブのインナー側ベアリングが摺接する部位の内径を他部より大径に設定してアウターチューブの内周に段部を形成し、フランジと鍔との衝合時に伸長が規制され、段部と鍔との衝合時に収縮が規制されることを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
コイルを外部電源へ接続するケーブルがインナーチューブに保持されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。