JP2010104090A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドに曲げ荷重が作用しても永久磁石を保護できるともに、発生推力にムラを生じない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、アウターチューブ２と、アウターチューブ２内に移動自在に挿入されるロッド３と、複数の永久磁石５を備えてロッド３に保持される界磁４と、界磁４に対向するようにアウターチューブ２に保持される複数のコイル７とを備え、アウターチューブ２とロッド３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、ロッド３は、インナーロッド３ａと、インナーロッド３ａの外周を覆ってインナーロッド３ａとの間に環状の空隙を形成するパイプ３ｆとを備え、各永久磁石５は、環状であって内径をインナーロッド３ａの外径より大径に設定されて外周をパイプ３ｆの内周に当接させつつ上記空隙内に軸方向に並べて収容されてなり、ロッド撓み時に永久磁石５の端部外周に荷重が作用することを防止する磁石保護手段５ａを設けた。
【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、アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるロッドと、複数の永久磁石を備えてロッド内に保持される界磁と、界磁に対向するようにアウターチューブに軸方向に並べて保持される複数のコイルとを備えて構成され、アウターチューブとロッドとの間に軸方向の推力を発生するようになっている。

このようなリニアアクチュエータにあっては、磁石保護のために、ロッドの外殻を中空パイプとして、当該パイプ内に永久磁石を軸方向に積層して収容する構造を採用しているものがある（たとえば、特許文献１，２参照）。
特開２００７−１７４８０３号公報（図１、図７） 特開２００７−４３７６８号公報（図３）

従来のリニアアクチュエータにあっては、上記の如く、ロッドの外殻をなすパイプ内に永久磁石を収容しているが、ロッドに曲げ荷重が作用して撓む場合、特開２００７−１７４８０３号公報に開示されたリニアアクチュエータにあっては、隣り合う永久磁石の端面同士を密着させて積層するようにしているので、隣り合う永久磁石の端部外周であってロッドの曲率中心側が互いに押し合うことになって、当該部位に圧縮荷重が作用することになる。永久磁石は一般的に脆弱であるので、永久磁石にこのような圧縮荷重が作用する環境は好ましくない。

他方、特開２００７−４３７６８号公報に開示されたリニアアクチュエータにあっては、隣り合う永久磁石の間に弾性を備えた減衰ゴムを介装しているので、ロッドに曲げ荷重が作用して撓む場合にあっても、永久磁石に上記の如くの圧縮荷重が作用することを多少抑制でき磁石保護面の性能は向上するものの、永久磁石がロッドに移動不能に固定されずにロッドに対して軸方向に振動可能となっているために、ロッドに対して永久磁石の位置がずれるので、永久磁石の正確な位置を特定できず、コイルを正確に印加できず、リニアアクチュエータの発生推力にムラが生じて、駆動面の性能が犠牲となる。

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、ロッドに曲げ荷重が作用しても永久磁石を保護できるともに、発生推力にムラを生じない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、アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるロッドと、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アウターチューブに保持される複数のコイルとを備え、アウターチューブとロッド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、ロッドは、インナーロッドと、インナーロッドの外周を覆ってインナーロッドとの間に環状の空隙を形成するパイプとを備え、各永久磁石は、環状であって内径をインナーロッドの外径より大径に設定されて外周をパイプの内周に当接させつつ上記空隙内に軸方向に並べて収容されてなり、ロッド撓み時に永久磁石の端部外周に荷重が作用することを防止する磁石保護手段を設け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、ロッドが撓んでも、永久磁石の端部外周同士が磁石保護手段によって接触することが無いので、永久磁石の端部外周に大きな圧縮力が作用することが無いので、上記圧縮力から永久磁石が確実に保護される。

また、ロッドは、インナーロッドを備えており、ロッドの曲げ剛性が高く、ロッドに曲げ荷重が作用してもパイプおよびインナーロッドの撓み量を小さくできるので、永久磁石がパイプの曲率中心の反対側から受ける圧縮力を小さくでき、この点でも永久磁石の保護面の性能が向上される。

加えて、永久磁石の内径がインナーロッドの外径より大きく設定されているので、ロッドの撓み時に、インナーロッドが永久磁石の内周へ干渉することも防止でき、ロッドの曲げ剛性の向上と引き換えに永久磁石の保護の程度が悪化することも無い。

さらに、永久磁石は、ロッド内で位置決められて軸方向へ移動することがないので、駆動の際に永久磁石の正確な位置を把握できなくなって発生推力にムラが生じてしまうといった不具合もない。

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縦断面図である。図２は、本発明の一実施の形態の一変形例におけるリニアアクチュエータの一部拡大断面図である。図３は、本発明の一実施の形態の他の変形例におけるリニアアクチュエータの一部拡大断面図である。図４は、本発明の一実施の形態の別の変形例におけるリニアアクチュエータの一部拡大断面図である。

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、アウターチューブ２と、アウターチューブ２内に移動自在に挿入されるロッド３と、複数の永久磁石５を備えてロッド３に保持される界磁４と、界磁４に対向するように軸方向に並べてコア６を介してアウターチューブ２に保持される複数のコイル７と、ロッド撓み時に永久磁石５の端部外周に荷重が作用することを防止する磁石保護手段とを備えて構成されており、上記各コイル７を適宜励磁することによって、界磁４を保持するロッド３と、コイル７を保持するアウターチューブ２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３は、インナーロッド３ａと、インナーロッド３ａの外周を覆ってインナーロッド３ａとの間に環状の空隙を形成するパイプ３ｆとを備えて構成されている。

インナーロッド３ａは、両端に設けた大径部３ｂ，３ｃと、先端の大径部３ｂに連なる大径部３ｂよりも大径のスライドリング保持部３ｄと、基端の大径部３ｃに連なるとともに取付孔を備えた取付部３ｅとを備えており、パイプ３ｆが上記大径部３ｂ，３ｃの外周に装着されてインナーロッド３ａの大径部３ｂ，３ｃ間に環状の空隙を形成し、当該空隙内には軸方向に並べて配置される複数の環状の永久磁石５が収容されている。

そして、上記スライドリング保持部３ｄの外周には、インナーチューブ２の内周に摺接する筒状のスライドリング９が装着されている。このスライドリング９は、合成樹脂製とされており、アウターチューブ２の内周を摺動する際に、両端の外周縁でアウターチューブ２の内周をかじることがないようになっている。したがって、スライドリング９とアウターチューブ２の摺動の際にスティックスリップを生じにくくなっている。

また、永久磁石５は、上記環状隙間内に収容されることでロッド３に保持されており、この場合、軸方向にＮ極とＳ極が現れるように着磁されており、隣り合う永久磁石５は同極同士を対向させてロッド３に軸方向に並べて保持されている。したがって、ロッド３の外周にこれらの永久磁石５によって、コイル７へ作用させる磁界が発生されており、これらの永久磁石５でリニアアクチュエータ１における界磁４を構成している。なお、ロッド３は、強磁性体材料で形成されるとロッド３内に磁束が集中して永久磁石５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。

より詳細には、各永久磁石５は、環状とされて内径がインナーロッド３ａの大径部３ｂ，３ｃ間の外径より大径に設定されており、端部同士が互いに接触するように軸方向に並べて積層されてインナーロッド３ａとパイプ３ｆとの間の空隙内に収容されると、インナーロッド３ａとの間に環状の隙間Ｗが形成されるとともに、外周がパイプ３ｆの内周に当接するようになっている。

したがって、各永久磁石５は、パイプ３ｆによって径方向に位置決められるとともに、互いに端部を接触させつつ上記空隙内に収容されるのでインナーロッド３ａの大径部３ｂ，３ｃによって挟持され、軸方向の移動も規制されて軸方向についても位置決められている。

そして、ロッド３に曲げ荷重が作用してインナーロッド３ａが撓んでも永久磁石５の内周は環状の隙間Ｗを空けてインナーロッド３ａの外周に臨んでおり、インナーロッド３ａが永久磁石５に干渉することが無いようになっている。すなわち、隙間Ｗの図１中上下方向幅の設定は、インナーロッド３ａが撓んでも永久磁石５の内周に干渉しないように設定される。

また、各永久磁石５の両端部外周には面取５ａが設けてあり、この実施の形態の場合、面取５ａの形状が断面円弧状とされることによって、各永久磁石５の端部外周は彎曲面とされている。そして、ロッド３に曲げ荷重が作用してパイプ３ｆが撓んで永久磁石５がそれにならって隣り合う永久磁石５の端部外周のロッド３の曲率中心側が互い接近するような状況になっても、上記のように面取５ａを設けることによって、永久磁石５の端部外周同士が接触することがなく、永久磁石５の端部外周のロッド３の曲率中心側の一部に大きな圧縮荷重が作用することが阻止され、永久磁石５が保護されることになる。

上記した面取５ａの形状は、ロッド撓み時に永久磁石５の外周端同士の接触を防止できればどのような形状であってもよいが、面取５ａが断面円弧状とされることによって、パイプ３ｆとの接触面と面取５ａとの境にエッジが生じないようになっている。ここで、パイプ３ｆが撓んだ際には、パイプ３ｆの曲率中心側とは反対側は、永久磁石５の端部外周を永久磁石５の中心側へ圧縮するように変形するが、上述のように面取５ａが断面円弧状とされることによって永久磁石５の外周周りにエッジを生じさせないので、パイプ３ｆから上記の如くの圧縮力が作用しても永久磁石５の破損を防止することができる。

このように、本実施の形態にあっては、磁石保護手段は、各永久磁石の両端部外周に設けた面取５ａとされており、この面取５ａによって、ロッド撓み時に永久磁石５の外周端同士の接触が防止されるのである。

なお、永久磁石５は、内周と外周で極が異なるように着磁されていてもよく、いずれにしても、ロッド３の軸方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に現れるようになっていればよい。また、図示するところでは、永久磁石５は、ロッド３に六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。

つづいて、アウターチューブ２は、この実施の形態では、有底筒状とされて、内周に筒状のコア６が装着されている。そして、アウターチューブ２およびコア６内には上記したロッド３が移動自在に挿入されており、ロッド３の外周はアウターチューブ２の開口端に設けた筒状のスライドリング８に摺動自在に軸支されている。

スライドリング８は、合成樹脂製とされており、ロッド３の外周となるパイプ３ｆの外周に摺接し、パイプ３ｆの外周を摺動する際に、両端の外周縁でパイプ３ｆの外周をかじることがないようになっている。したがって、スライドリング８とアウターチューブ２の摺動の際にスティックスリップを生じにくくなっている。

また、上述したロッド３に保持されるスライドリング９は、アウターチューブ２の内周であってコア６に干渉しない部位に摺接しており、ロッド３は、アウターチューブ２に対してスライドリング８，９によって支持されており、アウターチューブ２に対して軸ぶれが阻止され、アウターチューブ２とロッド３は円滑に軸方向の相対変位することができるようになっている。

さらに、アウターチューブ２の内周であってコア６より内側となる図１中左方側には、小径部２ｂが設けられており、ロッド３がアウターチューブ２内から退出する方向に相対変位する際には、ロッド３のスライドリング保持部３ｄの図１中右端と小径部２ｂ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、ロッド３がアウターチューブ２内へ侵入する方向に相対変位してスライドリング保持部３ｄの図１中左端と底部２ａの内面と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２に対するロッド３のストローク範囲が、上記の構造によって規定されるが、このストローク範囲内では、コア６が必ずロッド３の界磁４の軸方向長さ範囲内に位置して界磁４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。

また、アウターチューブ２の底部２ａの外端には、取付孔を備えた取付部１０が設けられており、この取付部１０とロッド３の取付部３ｅとを介してリニアアクチュエータ１を外部機器へ取付ることが可能となっている。

コア６は、コイル７を収容する複数のスロット６ａと、両端およびスロット６ａ，６ａ間に設けた複数の極歯６ｂとを備えて構成されている。このように構成されたコア６は、この場合、筒状とされて内周をロッド３の界磁４に対向させており、コイル７を励磁して極歯６ｂを磁化することで、ロッド３の界磁４における永久磁石５と吸引、反発させることでアウターチューブ２とロッド３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６は、必ずしも筒状とされずともよく、ロッド３に保持される界磁４もロッド３の外周の全周に亘って磁界を形成せずにコア６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５を円筒あるいは円盤状としてロッド３の外周に磁界を発生させるとともにコア６を円筒状に形成してロッド３の外周を囲むようにしておくことで、コア６に対してロッド３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７をコア６に装着するようにしているが、コア６を省略してアウターチューブ２に直接コイル７を装着することも可能である。

より詳しくは、各コイル７は、ロッド３の外周を取り巻くようにスロット６ａ内に装着されることによって、アウターチューブ２に軸方向に並べて配置されつつ保持され、図示するところでは、コア６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６のロッド３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７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６に対する永久磁石５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７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。

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７へ通電することによって、アウターチューブ２とロッド３を相対変位させる推力を発生し、これらアウターチューブ２とロッド３を相対変位させて、伸縮することができる。

また、アウターチューブ２とロッド３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７への通電、あるいは、コイル７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、ロッド３が撓んでも、永久磁石５の端部外周同士が磁石保護手段である面取５ａによって接触することが無いので、永久磁石５の端部外周に大きな圧縮力が作用することが無いので、上記圧縮力から永久磁石５が確実に保護される。

また、ロッド３は、インナーロッド３ａを備えており、ロッド３の曲げ剛性が高く、ロッド３に曲げ荷重が作用してもパイプ３ｆおよびインナーロッド３ａの撓み量を小さくできるので、永久磁石５がパイプ３ｆの曲率中心の反対側から受ける圧縮力を小さくでき、この点でも永久磁石５の保護面の性能が向上される。

さらに、ロッド３に曲げ荷重が作用してもパイプ３ｆおよびインナーロッド３ａの撓み量を小さくできるので、永久磁石５の面取５ａの軸方向長さを大きく設定せずとも上記接触を防止でき、永久磁石５の外周における非面取部の軸方向長さの確保が容易となって、ロッド３周りへ均一な磁界の発生に寄与できる。

加えて、永久磁石５の内径がインナーロッド３ａの大径部３ｂ，３ｃ間の外径より大きく設定されているので、ロッド３の撓み時に、インナーロッド３ａが永久磁石５の内周へ干渉することも防止でき、ロッド３の曲げ剛性の向上と引き換えに永久磁石５の保護の程度が悪化することも無い。

さらに、隣り合う永久磁石５は、端面であって面取５ａ部位を除く部位同士を当接させており、ロッド３内で永久磁石５が位置決められて軸方向へ移動することがないので、駆動の際に永久磁石５の正確な位置を把握できなくなって発生推力にムラが生じてしまうといった不具合もない。

なお、上述したところでは、磁石保護手段が永久磁石５の両端外周に設けられた面取５ａとされていたが、永久磁石保護手段は、たとえば、図２に示すように、各永久磁石５の間に介装されるとともに両端外周に面取１１ａを備えた環状のスペーサ１１とされもよく、スペーサ１１の面取１１ａが面取りのない永久磁石５の端部外周に臨んでおり、ロッド３に曲げ荷重が作用して撓んでも、永久磁石５の端部外周がスペーサ１１に接触しないので、この場合にも永久磁石５の端部外周に圧縮力が作用せず、上記圧縮力から永久磁石５を確実に保護することができるほか上記種々の利点を享受することができる。

また、スペーサ１１は、永久磁石５の間に介装され、特に、弾性を備えずともよいので、ロッド３内で永久磁石５を位置決めることができ軸方向へ移動を抑制できるので、駆動の際に永久磁石５の正確な位置を把握できなくなって発生推力にムラが生じてしまうといった不具合もない。

また、永久磁石保護手段は、図３に示すように、各永久磁石５の間に介装されるとともに環状であって永久磁石５より外径が小径のワッシャ１２とされもよく、ワッシャ１２の介装によって隣り合う永久磁石５の隙間が形成され、永久磁石５の端部外周同士が当該隙間を介して臨むようになり、ロッド３に曲げ荷重が作用して撓んでも、永久磁石５の端部外周が直接接触しないので、この場合にも永久磁石５の端部外周に圧縮力が作用せず、上記圧縮力から永久磁石５を確実に保護することができるほか上記種々の利点を享受することができる。

また、ワッシャ１２は、永久磁石５の間に介装され、特に、弾性を備えずともよいので、ロッド３内で永久磁石５を位置決めることができ軸方向へ移動を抑制できるので、駆動の際に永久磁石５の正確な位置を把握できなくなって発生推力にムラが生じてしまうといった不具合もない。

さらに、永久磁石保護手段は、たとえば、図４に示すように、各永久磁石５の両端に当接されるとともに反永久磁石側端部の外周に面取１４ａ，１５ａを備えた環状の保護リング１４，１５とされもよく、一の永久磁石５の一端側に設けた保護リング１４と隣り合う永久磁石５の他端側に設けた保護リング１５が互いに面取１４ａ，１５ａを対向させて向き合っているので、ロッド３に曲げ荷重が作用して撓んでも、保護リング１４，１５の端部同士が干渉しないので、この場合にも永久磁石５の端部外周に圧縮力が作用せず、上記圧縮力から永久磁石５を確実に保護することができるほか上記種々の利点を享受することができる。

また、保護リング１４，１５は、永久磁石５の間に介装され、特に、弾性を備えずともよいので、ロッド３内で永久磁石５を位置決めることができ軸方向へ移動を抑制できるので、駆動の際に永久磁石５の正確な位置を把握できなくなって発生推力にムラが生じてしまうといった不具合もない。

なお、スペーサ１１、ワッシャ１２、および保護リング１４，１５は、インナーロッド３ａとの間に環状の隙間を形成してもよいし、しなくともどちらでもよい。

さらに、永久磁石５が焼結で成形される磁石（たとえば、フェライト磁石や希土類磁石）や鋳造で成形される磁石（たとえば、アルニコ磁石）である場合には、切削が難しいので、焼結や鋳造の際に面取５ａが形成されるような型で成形するとよく、面取５ａを切削以外の加工法によって設けることができる。同様に、スペーサ１１や保護リング１４，１５に面取１１ａ，１４ａ，１５ａを設けるに際しても切削に限らず、プレス加工やその他の加工法を用いることができる。

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縦断面図である。 本発明の一実施の形態の一変形例におけるリニアアクチュエータの一部拡大断面図である。 本発明の一実施の形態の他の変形例におけるリニアアクチュエータの一部拡大断面図である。 本発明の一実施の形態の別の変形例におけるリニアアクチュエータの一部拡大断面図である。

符号の説明

１ リニアアクチュエータ
２ アウターチューブ
２ａ アウターチューブにおける底部
２ｂ アウターチューブにおける小径部
３ ロッド
３ａ ロッドにおけるインナーロッド
３ｂ，３ｃ インナーロッドにおける大径部
３ｄ インナーロッドにおけるスライドリング保持部
３ｅ インナーロッドにおける取付部
３ｆ ロッドにおけるパイプ
４ 界磁
５ 永久磁石
５ａ 磁石保護手段としての面取
６ コア
６ａ コアにおけるスロット
６ｂ コアにおける極歯
７ コイル
８ スライドリング
９ スライドリング
１０ 取付部
１１ スペーサ
１１ａ スペーサにおける面取
１２ ワッシャ
１４，１５ 保護リング
１４ａ，１５ａ 保護リングにおける面取

Claims (6)

1. アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるロッドと、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アウターチューブに保持される複数のコイルとを備え、アウターチューブとロッド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、ロッドは、インナーロッドと、インナーロッドの外周を覆ってインナーロッドとの間に環状の空隙を形成するパイプとを備え、各永久磁石は、環状であって内径をインナーロッドの外径より大径に設定されて外周をパイプの内周に当接させつつ上記空隙内に軸方向に並べて収容されてなり、ロッド撓み時に永久磁石の端部外周に荷重が作用することを防止する磁石保護手段を設けたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 各永久磁石は、互いに接触するように軸方向に並べて積層されて上記空隙内に収容され、磁石保護手段は、各永久磁石の両端部外周に設けた面取である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。
3. 面取は、断面円弧状であ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。
4. 磁石保護手段は、各永久磁石の間に介装されるとともに両端外周に面取を備えた環状のスペーサ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。
5. 磁石保護手段は、各永久磁石の間に介装されるとともに環状であって永久磁石より外径が小径のワッシャ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。
6. 磁石保護手段は、各永久磁石の両端に当接されるとともに反永久磁石側端部の外周に面取を備えた環状の保護リング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。

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