JP2010104091A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドやアウターチューブの磨耗を抑制できるとともに、円滑な伸縮を実現可能な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を備えてアウターチューブ２とロッド３の一方に保持される界磁４と、界磁４に対向するようにアウターチューブ２とロッド３の他方に軸方向に並べて保持される複数のコイル６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、アウターチューブ２とロッド３のいずれか一方に保持されて他方に摺接する合成樹脂製の第一スライドリング８と、アウターチューブ２とロッド３のいずれか一方に保持されて他方に摺接する合成樹脂製の第二スライドリング９とを備え、これらスライドリング８，９にてアウターチューブ２とロッド３の相対移動を案内することを特徴とする。
【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、アウターチューブの両端内周に弾性体を介して装着されるともにロッドの外周に摺接する摺動部材と備えて構成され、アウターチューブとロッドの相対移動をこれら摺動部材で案内するようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００７−１９５３４９号公報（図１、図２）

従来のリニアアクチュエータでは、上記の如く、摺動部材でアウターチューブに対するロッドの軸方向の移動を案内し、また、摺動部材とアウターチューブとの間に弾性体が介装しているので、ロッド或いはアウターチューブに撓みを生じても弾性体の変形によって摺動抵抗を低減できるようになっているものの、摺動部材が剛体であり、この摺動部材と、摺動部材内に摺動自在に挿入されるロッドの界磁を収容する外殻との間でスティックスリップが生じる可能性があり、また、このスティックスリップによってロッドの外殻が薄肉円筒であるために塑性変形してしまう虞がある。

そして、ロッドの外殻の塑性変形は、摺動部材との間に生じる摺動抵抗を大きくし、ロッドの外殻や摺動部材の磨耗を促進したり、リニアアクチュエータの円滑な伸縮を阻害したり、種々の不具合を引起す原因となる。

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、ロッドやアウターチューブの磨耗を抑制できるとともに、円滑な伸縮を実現可能な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アウターチューブとロッドの一方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とロッドの他方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、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する合成樹脂製の第一スライドリングと、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する合成樹脂製の第二スライドリングとを備え、これらスライドリングにてアウターチューブとロッドの相対移動を案内することを特徴とする。

本発明のリニアアクチュエータによれば、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されてアウターチューブとロッドの他方に摺接する合成樹脂製の第一スライドリングと、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されてアウターチューブとロッドの他方に摺接する合成樹脂製の第二スライドリングとを備えて、こられスライドリングによってアウターチューブとロッドの相対移動を案内するようにしているので、第一スライドリングとこれが摺接するアウターチューブ或いはロッドとの間、および、第二スライドリングとこれが摺接するアウターチューブ或いはロッドとの間で、スティックスリップが生じることが防止され、アウターチューブやロッドが塑性変形したり、摺動面が傷ついたりすることが抑制される。

したがって、アウターチューブ、ロッド、第一スライドリングおよび第二スライドリングの磨耗が抑制され、リニアアクチュエータは円滑に伸縮することができ、また、伸縮の円滑は長期間に亘って維持されることになる。

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、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、アウターチューブ２の内周に保持されてロッド３の外周に摺接する第一スライドリング８と、ロッド３の外周に保持されてアウターチューブ２の内周に摺接する第二スライドリング９とを備えて構成され、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、また、このアウターチューブ２とロッド３の相対移動を上記の各スライドリング８，９にて案内す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、この実施の形態の場合、インナーロッド３ａと、インナーロッド３ａのとの間に環状隙間を形成するパイプ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間に環状隙間を形成し、当該環状隙間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第二スライドリング９が装着されている。この第二スライドリング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、第二スライドリング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。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。

さらに、この実施の形態にあっては、ロッド３は、インナーロッド３ａとパイプ３ｆとで構成されているが、これを単なる円柱として外周に永久磁石５を装着するようにしてもよい。また、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。さらに、インナーロッド３ａの大径部３ｂ，３ｃ間を分断して、パイプ３ｆで大径部３ｂ，３ｃを接続して、ロッド３を中空構造とし、パイプ３ｆ内に永久磁石を積層するなどして収容する構成を採用してもよい。

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第一スライドリング８に摺動自在に軸支されている。

第一スライドリング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、第一スライドリング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に保持される第二スライドリング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に対して第一スライドリング８および第二スライドリング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移動することができるようになっている。

さらに、インナーチューブ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（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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、アウターチューブ２に保持されてロッド３に摺接する合成樹脂製の第一スライドリング８と、ロッド３に保持されてアウターチューブ２に摺接する合成樹脂製の第二スライドリング９とを備えて、こられスライドリング８，９によってアウターチューブ２とロッド３の相対移動を案内するようにしているので、第一スライドリング８とこれが摺接するロッド３との間、および、第二スライドリング９とこれが摺接するアウターチューブ２との間で、スティックスリップが生じることが防止され、アウターチューブ２やロッド３が塑性変形したり、摺動面が傷ついたりすることが抑制される。

したがって、アウターチューブ２、ロッド３、第一スライドリング８および第二スライドリング９の磨耗が抑制され、リニアアクチュエータ１は円滑に伸縮することができ、また、伸縮の円滑は長期間に亘って維持されることになる。

さらに、アウターチューブ２、ロッド３、第一スライドリング８および第二スライドリング９の磨耗が抑制されるので、径方向のガタつきを防止でき、リニアアクチュエータ１の発生推力にムラが生じることも防止できる。

なお、上記したところでは、アウターチューブ２に第一スライドリング８を装着し、ロッド３に第二スライドリング９を装着しているが、第一スライドリング８と第二スライドリング９は、それぞれアウターチューブ２とロッド３のどちらに装着しても、上記した各利点は失われない。ただし、上述したように、アウターチューブ２が有底筒状に設定される場合、その開口端の内周でロッド３の外周に摺接する第一スライドリング８を保持し、ロッド３のアウターチューブ２内に挿入される先端となるスライドリング保持部３ｄの外周でアウターチューブ２の内周に摺接する第二スライドリング９を保持するようにすることで、第一スライドリング８と第二スライドリング９との間の軸方向距離を他に比較して長くすることができるので、リニアアクチュエータ１に入力される曲げモーメントに対する強度を大きくできる利点がある。

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横断面図である。

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
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 第一スライドリング
９ 第二スライドリング
１０ 取付部

Claims (2)

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アウターチューブとロッドの一方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とロッドの他方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、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する合成樹脂製の第一スライドリングと、アウターチューブとロッドのいずれか一方に保持されて他方に摺接する合成樹脂製の第二スライドリングとを備え、これらスライドリングにてアウターチューブとロッドの相対移動を案内することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. アウターチューブは有底筒状であって、開口端の内周でロッドの外周に摺接する第一スライドリングを保持するとともに、ロッドのアウターチューブ内に挿入される先端の外周でアウターチューブの内周に摺接する第二スライドリングを保持す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。

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