JP2014173697A - Linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気粘性流体を用いたリニアアクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator using a magnetorheological fluid.
例えば、特許文献1には、送りねじ式リニアアクチュエータが開示されている。このリニアアクチュエータは、雄ねじが形成されたシャフトと、該シャフトに螺合されて、シャフトの正逆回転によって軸線方向に進退する直動体(ナット)とで構成されており、電動モータによりシャフトを回転させて、直動体およびこれに付随するものを動作させるものである。 For example, Patent Literature 1 discloses a feed screw type linear actuator. This linear actuator is composed of a shaft on which a male screw is formed, and a linear motion body (nut) that is screwed onto the shaft and moves forward and backward in the axial direction by forward and reverse rotation of the shaft. The shaft is rotated by an electric motor. In this way, the linear motion body and the accompanying body are operated.
しかしながら、この種のリニアアクチュエータでは、シャフトの回転と、直動体の動作が常に連動しており、シャフトを回転させたまま、直動体の動作を停止することはできない。このため、例えば、1本のシャフトに2つの直動体を取付けた場合に、一方の直動体を移動させながら、他方の直動体を停止させるようなことができない。 However, in this type of linear actuator, the rotation of the shaft and the operation of the linear moving body are always linked, and the operation of the linear moving body cannot be stopped while the shaft is rotated. For this reason, for example, when two linear moving bodies are attached to one shaft, it is impossible to stop the other linear moving body while moving one linear moving body.
また、シャフトの回転と、直動体の動作が常に連動することから、シャフト、電動モータおよびこれらの間に介在する減速機構等の慣性が大きい場合には、直動体を機敏に動作させることが困難となる。 In addition, since the rotation of the shaft and the operation of the linear motion body are always linked, it is difficult to operate the linear motion body quickly when the inertia of the shaft, the electric motor, and the speed reduction mechanism interposed between them is large. It becomes.
本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、雄ねじが形成されたシャフトの回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・遮断させることが可能なリニアアクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of such problems, and provides a linear actuator capable of freely interlocking / blocking the rotation operation of a shaft formed with a male screw and the linear motion operation of a linear motion body. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明のリニアアクチュエータは、雄ねじが形成されたシャフトと、前記シャフトの雄ねじに螺合された雌ねじを有し、前記シャフトの正逆回転で軸線方向に進退する直動体と、を備えるものを前提としており、前記直動体が、前記雌ねじを有するインナー部材と、前記インナー部材の外周に相対回転自在に設けられたアウター部材と、前記インナー部材と前記アウター部材との隙間に封入された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体を通過する磁場を発生させるための磁場発生手段と、を含むことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a linear actuator according to the present invention includes a shaft on which a male screw is formed, and a female screw that is screwed to the male screw of the shaft. A moving body, and the linear moving body includes an inner member having the female screw, an outer member provided on the outer periphery of the inner member so as to be relatively rotatable, and the inner member and the outer member. It includes a magnetorheological fluid sealed in the gap and a magnetic field generating means for generating a magnetic field passing through the magnetorheological fluid.
かかる構成を備えるリニアアクチュエータによれば、磁気粘性流体を通過する磁場を発生させるか否かにより、シャフトの回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・非連動とすることができる。 According to the linear actuator having such a configuration, the rotation operation of the shaft and the linear motion operation of the linear motion body can be freely linked / non-linked depending on whether or not a magnetic field passing through the magnetorheological fluid is generated. .
本発明のリニアアクチュエータは、例えば、上記構成を備えるものにおいて、前記インナー部材および前記アウター部材は、軸線方向に直交しかつ互いに対向した環状面をそれぞれ有し、前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在しており、前記磁場発生手段は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものとしてもよい。 The linear actuator of the present invention has the above-described configuration, for example. In the inner actuator and the outer member, the inner member and the outer member have annular surfaces that are orthogonal to each other in the axial direction and are opposed to each other. Between the annular surface of the outer member and the annular surface of the outer member, and the magnetic field generating means axially transmits the magnetorheological fluid interposed in the clearance between the annular surface of the inner member and the annular surface of the outer member. It is good also as what generates the magnetic field which passes through.
かかる構成を備えるリニアアクチュエータによれば、インナー部材およびアウター部材が、軸線方向に直交しかつ互いに対向した環状面をそれぞれ有し、磁場発生手段が、その環状面間の隙間に介在する磁気粘性流体に軸線方向に通過する磁場を発生するようになっている。つまり、2つの環状面間で磁気粘性流体にせん断力が作用するようになっているので、インナー部材とアウター部材との間での伝達トルク容量(両部材間での回転抵抗)を容易に高めることができる。 According to the linear actuator having such a configuration, the inner member and the outer member each have an annular surface that is orthogonal to the axial direction and opposed to each other, and the magnetic field generating means is interposed in the gap between the annular surfaces. A magnetic field that passes in the axial direction is generated. That is, since a shearing force acts on the magnetorheological fluid between the two annular surfaces, the transmission torque capacity between the inner member and the outer member (rotational resistance between both members) can be easily increased. be able to.
また、本発明のリニアアクチュエータは、例えば、既述の構成を備えるものにおいて、前記インナー部材の外周部に、周方向の凹状および凸条が形成され、前記アウター部材の内周部に、前記インナー部材の前記凹条に入り込んだ凸条と、前記インナー部材の前記凸条が入り込んだ凹条とが形成され、前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在しており、前記磁場発生手段は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものとしてもよい。 Further, the linear actuator of the present invention has, for example, the above-described configuration, and the inner member has an outer peripheral portion in which a circumferential concave shape and ridges are formed, and the outer member has an inner peripheral portion with the inner inner portion. A convex line that enters the concave line of the member and a concave line that includes the convex line of the inner member are formed, and the magnetorheological fluid is formed between the uneven line of the inner member and the uneven line of the outer member. The magnetic field generating means may be interposed in a gap, and may generate a magnetic field that passes in an axial direction a magnetorheological fluid interposed in a gap between the ridges of the inner member and the ridges of the outer member.
かかる構成を備えるリニアアクチュエータによれば、インナー部材およびアウター部材が、互いに噛み合った周方向の凹凸条を有し、磁場発生手段が、それらの凹凸条同士の隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生するようになっている。つまり、凸条の側面と凹条の側面との間で磁気粘性流体にせん断力が作用するようになっているので、インナー部材とアウター部材との間での伝達トルク容量(両部材間での回転抵抗)を容易に高めることができる。 According to the linear actuator having such a configuration, the inner member and the outer member have circumferential concavo-convex ridges that are meshed with each other, and the magnetic field generating means transmits the magnetorheological fluid interposed between the concavo-convex ridges in the axial direction. A magnetic field that passes through is generated. That is, since a shear force acts on the magnetorheological fluid between the side surface of the ridge and the side surface of the ridge, the transmission torque capacity between the inner member and the outer member (between the two members) (Rotational resistance) can be easily increased.
本発明によれば、雄ねじが形成されたシャフトの回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・遮断させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to freely interlock and block the rotation operation of the shaft on which the male screw is formed and the linear motion operation of the linear motion body.
以下、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータについて図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ1は、シャフト2と、このシャフト2の軸線N方向に進退する直動体を構成するインナー部材3、アウター部材4、磁気粘性流体6、磁場発生手段7等を備えている。
Hereinafter, a linear actuator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a linear actuator 1 according to an embodiment of the present invention includes a
シャフト2は、雄ねじ21が形成された軸材からなり、例えば図示しないモータ等の駆動源から図示しない減速歯車等の減速機構を介して回転動力が伝達されて、軸線N回りに正逆方向に回転可能となっている。
The
インナー部材3は、シャフト2の雄ねじ21に螺合された雌ねじ31を有しており、図1に示すインナー部材3は、内周部に雌ねじ31が形成された略円筒状の部材からなり、その外周部には、周方向に凹条32および凸条33が軸線N方向に交互に形成されている。インナー部材3に形成された凸条33は鉄等の磁性体で構成されており、インナー部材3の凸条33以外の部分はステンレス等の非磁性体で構成されていることが望ましい。
The
アウター部材4は、インナー部材3に対して軸線N回りに相対回転自在に設けられている。そのために、アウター部材4とインナー部材3との間にベアリング81、82が介設されている。アウター部材4の内周部の所定範囲には、インナー部材3の凸条33が入り込んだ凹条41と、インナー部材3の凹条32に入り込んだ凸条42とが軸線N方向に交互に形成されている。このため、インナー部材3の凸条33とアウター部材4の凸条42とは、軸線N方向に直交しかつ互いに対向した環状面33a,42aを有することとなる。なお、インナー部材3とアウター部材4とは、軸線N方向へは相対変位不能に構成されており、インナー部材3の軸線N方向への推力がアンギュラベアリング82等を介してアウター部材4に伝達されるようになっている。
The
アウター部材4には、上記構成のほか、コイル71、ヨーク72、ボビン73等の磁場発生手段7が備わっている。コイル71は、ボビン73の外周部に巻き付けられており、該コイル71には、図示しない電流供給装置により任意の電流が供給可能とされている。電流供給装置は直動体に搭載してもよいし、直動体と別個に設けてもよい。ヨーク72は、コイル71の外周側および軸線N方向両側を覆い、その両端部72a,72bがコイル71よりも軸線N側へ張り出している。本実施形態では、図1に示すように、既述のアウター部材4の凹凸条41,42は、ボビン73の内周部と、ヨーク72の両端部72a,72bにて構成されている。なお、ヨーク72と、ボビン73に形成された凸条42とは磁性体で構成され、ボビン73の凸条42以外の部分は非磁性体で構成されていることが望ましい。
In addition to the above configuration, the
磁気粘性流体6は、インナー部材3とアウター部材4との隙間にオイルシール82によって封入されている。この磁気粘性流体6の大部分は、既述したアウター部材4の凹凸条41,42とインナー部材の凹凸条32,33との隙間に介在している。磁気粘性流体6は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子(金属ナノ粒子)からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば3〜40vol%とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。
The
図2および図3に示すように、リニアアクチュエータ1は、アウター部材4が軸線N回りに自転することを規制するために、自転規制手段を備えている。この自転規制手段は、例えば、図2および図3に示すように、シャフト2に平行に設置されたガイド軸91と、ガイド軸91に沿ってスライド自在に設けられたスライド部材92と、アウター部材4とスライド部材92とを連結する連結部材93とで構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the linear actuator 1 includes a rotation restricting means for restricting the
上記構成を備えるリニアアクチュエータ1では、電流供給装置により、コイル71に電流が印加されると、矢印Pに示すようにヨーク72に沿って磁路が形成されるとともに、ヨーク72の両端部72a,72b間にも磁路が形成される。この磁路は、インナー部材3の凹凸条32,33と、アウター部材4の凹凸条41,42との隙間に介在する磁気粘性流体6を軸線N方向に通過する。
In the linear actuator 1 having the above configuration, when a current is applied to the
このように、コイル71に電流が印加され、かつ、シャフト2がモータ等によって回転されている場合は、インナー部材3の凹凸条32,33と、アウター部材4の凹凸条41,42との隙間に介在する磁気粘性流体6が磁場の強さに応じた高い粘度(ずり応力)を発現するため、インナー部材3とアウター部材4とは、相対回転することなく一体の状態になる。また、アウター部材4は、自転規制手段により軸線N回りの回転を規制されていることから、インナー部材3も回転せず、シャフト2のみが回転する。このため、ねじ作用により、インナー部材3に軸線N方向への推力が働き、このインナー部材3とともに、アウター部材4、磁気粘性流体6等からなるリニアアクチュエータ1の直動体部分が軸線N方向に移動する。つまり、シャフト2の回転動作と、直動体の直動動作とが連動状態となる。
As described above, when a current is applied to the
一方、シャフト2がモータ等によって回転されていているにもかかわらず、コイル71に電流が印加されていない場合は、磁気粘性流体5が最低粘度の状態になることから、インナー部材3とアウター部材4とは互いに殆どトルク伝達することなく、自由に相対回転する一方で、インナー部材3とシャフト2とは互いの摩擦抵抗によって一体に回転する。その結果、インナー部材3、アウター部材4、磁気粘性流体6等からなるリニアアクチュエータ1の直動体部分は、軸線N方向に移動することなくその場に停止した状態を維持する。つまり、シャフト2の回転動作と、直動体の直動動作とが非連動状態となる。
On the other hand, when the
以上に説明したように本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ1によれば、コイル71に電流を印加するか否か(磁気粘性流体6に磁場を付与するか否か)により、シャフト2の回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・非連動させることが可能となる。このようなリニアアクチュエータ1によれば、例えば、1本のシャフト2に2つの直動体を螺着して取付け、一方の直動体を移動させながら、他方の直動体を停止させるようなことも可能となる。また、シャフト2を回転させたまま、コイル71への電流供給をオンオフするだけで、直動体の移動動作を制御できることから、電動モータ、減速機構等の慣性が大きくても、直動体を機敏に走行・停止させることが可能となる。
As described above, according to the linear actuator 1 according to the embodiment of the present invention, depending on whether or not an electric current is applied to the coil 71 (whether or not a magnetic field is applied to the magnetorheological fluid 6), the
本発明は、例えば、送りねじ式リニアアクチュエータに適用することが可能である。 The present invention can be applied to, for example, a feed screw type linear actuator.
1 リニアアクチュエータ
2 シャフト
3 インナー部材
4 アウター部材
6 磁気粘性流体
7 磁場発生手段
21 雄ねじ
31 雌ねじ
32 インナー部材の凹条
33 インナー部材の凸条
33a インナー部材の環状面
41 アウター部材の凹条
42 アウター部材の凸条
42a アウター部材の環状面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記シャフトの雄ねじに螺合された雌ねじを有し、前記シャフトの正逆回転で軸線方向に進退する直動体と、
を備えるリニアアクチュエータにおいて、
前記直動体は、
前記雌ねじを有するインナー部材と、
前記インナー部材の外周に相対回転自在に設けられたアウター部材と、
前記インナー部材と前記アウター部材との隙間に封入された磁気粘性流体と、
前記磁気粘性流体を通過する磁場を発生させるための磁場発生手段と、
を含むことを特徴とするリニアアクチュエータ。 A shaft formed with a male thread;
A linear moving body having a female screw threadedly engaged with the male screw of the shaft, and moving forward and backward in the axial direction by forward and reverse rotation of the shaft;
In a linear actuator comprising:
The linear motion body is:
An inner member having the female screw;
An outer member provided on the outer periphery of the inner member so as to be relatively rotatable;
A magnetorheological fluid enclosed in a gap between the inner member and the outer member;
Magnetic field generating means for generating a magnetic field passing through the magnetorheological fluid;
The linear actuator characterized by including.
前記インナー部材および前記アウター部材は、軸線方向に直交しかつ互いに対向した環状面をそれぞれ有し、
前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在しており、
前記磁場発生手段は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものである、ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 The linear actuator according to claim 1,
The inner member and the outer member each have an annular surface orthogonal to the axial direction and facing each other,
The magnetorheological fluid is interposed in a gap between the annular surface of the inner member and the annular surface of the outer member,
The linear actuator according to claim 1, wherein the magnetic field generating means generates a magnetic field that passes in an axial direction a magnetorheological fluid interposed in a gap between the annular surface of the inner member and the annular surface of the outer member.
前記インナー部材の外周部に、周方向の凹状および凸条が形成され、
前記アウター部材の内周部に、前記インナー部材の前記凹条に入り込んだ凸条と、前記インナー部材の前記凸条が入り込んだ凹条とが形成され、
前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在しており、
前記磁場発生手段は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものである、ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
The linear actuator according to claim 1,
On the outer periphery of the inner member, a circumferential concave shape and ridges are formed,
On the inner peripheral part of the outer member, a ridge that enters the recess of the inner member and a ridge that enters the protrusion of the inner member are formed,
The magnetorheological fluid is interposed in the gap between the ridges of the inner member and the ridges of the outer member,
The linear actuator according to claim 1, wherein the magnetic field generating means generates a magnetic field that passes through the magnetorheological fluid interposed in the gap between the concave and convex portions of the inner member and the concave and convex portions of the outer member in the axial direction.
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