JP2015507152A - リニアベアリング及びそれを備えたソレノイド - Google Patents

Abstract

同心上に配置された複数のバネを備えるリニアベアリングであって、固定部分と、中心Ｚに配置されたボア部を有する皿バネから構成され、更に、固定部分から、それに対して同心状に配置されたボア部を有する終端部まで延びるアーム部を備えるバネが、固定部分に対して垂直方向に移動する移動方向において、互いに重なるように配置されるように形成されたリニアベアリングにおいて、アーム部は、ボア部に対して同心状に走るアーム部分を備え、アーム部分は、中心角１００?から２７０?までの範囲に亘って延びるように形成され、好ましくは中心角１８０?から３００?までを範囲とし、固定部分は、少なくとも部分的にリング形から形成され、かつボア部に対して径方向において、アーム部の厚さより少なくとも５倍大きい幅を有し、その幅は、リンク形状の固定部分及び終端部に対して横方向に延び、それらの間に隙間を形成するように設定される。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載のリニアベアリングに関する。更に、本発明は、請求項１１の前提部に記載のリニアベアリングを備えたソレノイドに関する。

特許文献１及び特許文献２のそれぞれには同心状に配置された複数のバネを備えたリニアベアリングが開示されている。各バネは皿バネより構成され、かつ螺旋状に延びるアーム部から形成されている。

米国特許第５，８９５，０３３号明細書 米国特許第５，５２２，２１４号明細書

しかしながら、先行文献１及び先行文献２に記載されたリニアベアリングにはリニアガイドの特性を満足できない欠点がある。

本発明の目的は改良されたリニアベアリング及びそれを備えたソレノイドを提供することである。
上記目的は請求項１の技術的特徴を有するリニアベアリングによって実現することができる。従属請求項２〜１０は更なる有利な実施形態に関する。更に、上記目的は請求項１１の技術的特徴を有するソレノイドによって実現することができる。従属請求項１２〜１４は更なる有利な実施形態に関する。

特に、上記目的は、以下の構成を備えたリニアベアリングによって実現することができる。
即ち、リニアベアリングは、同心上に配置された複数のバネを備える。各バネは、固定部分と、中央に配置されたボア部を有する皿バネから構成される。更に、各バネは、固定部分から、それに対して同心状に配置されたボア部を有する終端部まで延びるアーム部を備え、固定部分に対して垂直方向に移動する移動方向において、互いに重なるように配置されるように形成される。アーム部は、ボア部に対して同心状に走るアーム部分を備え、アーム部分は、中心角１００°から２７０°までの範囲に亘って延びるように形成され、好ましくは中心角１８０°から３００°までに亘って延びるように形成される。固定部分は、少なくとも部分的にリング状に形成され、アーム部分は、ボア部に対して径方向において、アーム部の厚さより少なくとも５倍大きい幅を有し、その幅は、リンク形状の固定部分及び終端部に対して横方向に延び、それらの間に隙間を形成するように設定される。

特に、上記目的も、以下の構成を備えたリニアベアリングによって実現することができる。
即ち、リニアベアリングは、同心上に配置された複数のバネを備える。各バネは、固定部分と、中央に配置されたボア部を有する皿バネより構成される。更に、各バネは、特に螺旋状に、固定部分から終端部まで延びるように形成されるアーム部を有する。終端部は、固定部分に対して同心状に配置されたボア部を有する。各バネは、固定部分に対して垂直方向に移動する移動方向を有する。複数のバネは移動方向において、互いに重なるように配置される。アーム部は、中心角１８０°から３００°までの範囲に亘って延びるように形成される。アーム部は、ボア部２ｃに対して同心状に走るアーム部分２ｂａを有する。アーム部分は、中心角１００°から２７０°までの範囲に亘って延びるように形成される。固定部分は、少なくとも部分的にリング状に形成される。アーム部分は、ボア部に対して径方向において、アーム部の厚さより少なくとも５倍大きい幅を有する。その幅は、リンク形状の固定部分及び終端部に対して横方向に延び、それらの間に隙間を形成するように設定される。

本発明におけるリニアベアリングには以下の作用効果がある。
即ち、リニアベアリングは、径方向において相当硬く、かつ移動方向及び／若しくはリフト進行方向において相当大きな変位特性を有するリニアベアリングに対して、径方向においては微小変位特性を有する。従って、そのリニアベアリングを備えたソレノイドは、精密で、安全に内蔵されたソレノイドプランジャを具備する利点がある。

リニアベアリングのバネは、中央のボア部に対して同心状に延びるアーム部分から形成される。アーム部分は、中心角１００°から２７０°までの範囲に亘って延びるように形成される。好ましくは中心角１８０°から３００°までを範囲とする。好ましくはアーム部分の幅は一定である。本発明考案は以下の作用効果がある。移動方向及び／若しくはリフト進行方向においてリニアベアリングの撓みが増加するとともに、アーム部分は、傾斜の増加を受けるため、バネにより、好ましくはリニアに増加する反力が生じる。

更に、撓みの時、径方向において、まったくないもしくは無視できる程度の微小な動きしか生じない。よって、撓みの時、終端部もしくは、部品として終端部に接続されたプランジャについては、バネにより回転が生じないもしくは無視できる程度の微小な回転しか生じない。リニアベアリングのバネ定数は、更なる領域において、バネのアーム部分の設計に応じて変更さることができる。もちろん、非常に滑らかに動くリニアベアリングを設計することは不可能である。リニアベアリングのバネ定数は、広い範囲にわたって影響を受けるものと思われる。例えば、バネ定数が、アーム部分の長さ、幅及び／もしくは厚さ、及び／もしくはバネの材料、及び／もしくはリニアベアリングに使われるばねの数により影響を受けることは可能である。更に、予め設定された電磁力の作用により生じる可能な最大リフト量は、バネ定数にて決定される。

以下、本発明の実施形態について、実施例に基づいて説明する。

ソレノイドを示す縦断面図。 図１に示されたソレノイドを示す上面図。 図１に示されたソレノイドを示す側面図。 バネ要素を示す上面図。 リニアベアリングを示す斜視図。 リニアベアリングを示す縦断面図。 バネ要素が撓み位置にある状態を示す側面図。 更なる実施形態におけるバネ要素を示す上面図。 更なる実施形態におけるバネ要素を示す上面図。

図１の断面図を参照すると、ソレノイド１は、ハウジング５と、バネ２及び縦方向Ｌに延びるソレノイドのプランジャ４とを備え、互いに離間して配置された二つのリニアベアリング３と、プランジャ４に接続されたアンカー８と、ハウジング５に接続された電磁石７とを備える。プランジャ４は、ハウジング５に対して移動方向Ｂにおいて、変位可能にリニアベアリング３に格納される。ハウジング５は、スクリュ５ｃ及びスレッド５ｄを介して上部ハウジング部５ｂと下部ハウジング部５ａとを接続するように形成される。アンカー８は、プランジャ４に固定的に接続される。これに対して、スリット１１ａを有する固定鉄芯１１は、ハウジング５に対して固定された状態でハウジング内に配置される。プランジャ４は、二つの固定部材９ａ，９ｂを用いる接続手段と同じように、ナット６、固定部材１０を用いて下側及び／もしくは上側のリニアベアリング３に接続される。電磁石７は絶縁手段１２で覆われる。ソレノイド１は、電磁石７に流れる電流によりアンカー８及びプランジャ４を下方へ押すように構成される。リニアベアリング３には応力が蓄えられたため、電磁石７に電流を流すための電源を切った後、プランジャ４が図示された位置に再び戻ることが可能である。

図２は、図１に示されたソレノイド１の上面図である。終端部２ｇと同様に、リング形状の固定部分２ａと、アーム部２ｂとを備えるバネ２は可視である。終端部２ｇは、固定部材９ａを介してソレノイドのプランジャ４が接続される。固定部分２ａは、固定手段１３を介してハウジング５に固定される。さらに、図２に示されたように、スリット８ａを有するアンカー８と同様に、上部ハウジング部５ｂは部分的に可視である。

図３は、図１及び図２に示されたソレノイド１の側面図である。
図４は、バネ２の単品の設計を示す上面図である。バネ２は、固定部分２ａと、中心Ｚに配置されたボア部２ｃを有する皿バネより構成される。バネ２は、固定部分２ａから終端部２ｇまで延びるように形成されるアーム部２ｂを有する。終端部２ｇは、固定部分２ａに対して同心状に配置されたボア部２ｃを有する。固定部分２ａは、リング形状のように、中心角３６０度に亘って延びるように形成される。更に、固定部分２ａは、周方向に離間して配置された複数のボア２ｅを備える。好ましくはボア２ｅが、例えば、同様の角度αで均等的に離間される。そのため、隣接して配置されたバネ２は、角度αもしくは角度αの倍数で互いに回転できるように配置される。固定部分２ａは、例えば、部分的な角度に亘って延びるように形成されてもよいし、部分的にリング状に形成されてもよいし、中心角２０°から３５０°までの範囲に亘って延びるように形成されてもよい。アーム部２ｂは、中心角１８０°から３００°までの範囲に亘って延びるように形成される。アーム部２ｂは、ボア部２ｃに対して径方向において、螺旋状に延びるアーム部２ｂの厚さ２ｉより少なくとも５倍大きい幅２ｋを有する。アーム部２ｂの幅２ｋは、リンク状の固定部分２ａ及び終端部２ｇに対して横方向に延び、それらの間に隙間２ｄを形成するように設定される。隙間２ｄは十分広いため、アーム部分２ｂａが、終端部２ｇ及び固定部分２ａの外側に接触しない。好ましくは隙間２ｄの幅を０．５ｍｍとする。アーム部２ｂは、中心角の範囲２ｆに渡るようにリンク状の固定部分２ａに接続される。

アーム部２ｂは、ボア部２ｃに対して同心状に延びるアーム部分２ｂａから形成される。アーム部分２ｂａは、中心角γが１００°から２７０°までの範囲に亘って延びるように形成される。実施例に示されたように、外側境界部２ｂｂ及び内側境界部２ｂｃと同じように、アーム部分２ｂａのセンターライン２ｂｄも、中心Ｚ及び／もしくはボア部２ｃに対して同心状に走るように形成される。アーム部分２ｂａは、中心Ｚに対して径方向において、一定の幅２ｋを有する。好ましくは、終端部２ｇは、中心Ｚに対して径方向に走るによう形成され、かつアーム部分２ｂａに接続された連結部分２ｈを備える。バネ２は、一枚から形成される。又、更なる有利な実施形態においては、アーム部分２ｂａは、中心角γが１８０°から３００°までの範囲に亘って延びるように形成されてもよい。

バネ２は、固定部分２ａに対して垂直方向に移動する移動方向Ｂを有する。複数のバネ２は、本発明によるリニアベアリング３に対応する移動方向Ｂにおいて、互いに重なるように配置される。それぞれのバネ２は、リング状に形成された固定部分２ａの周方向において、互いに重なって配置されることが望ましい。更に、それぞれのバネ２は、周方向に互いに同様の角度をずらして配置されることが望ましい。又、バネ２は金属材料から形成されることが望ましい。バネ２の厚さは、移動方向Ｂにおいて０．１ｍｍから５ｍｍまでの範囲に設定されることが望ましい。

リニアベアリングは、少なくとも四つのバネ２、好ましくは十のバネ２から形成される。
図５に示されたように、リニアベアリング３は、四つのバネ２を備え、それぞれのバネは、互いに周方向において９０度ずらして回転するように配置される。リニアベアリング３は、上部ハウジング部５ｂに接続される。ソレノイドのプランジャ４が、バネ２の終端部２ｇに接続されているため、ソレノイドのプランジャ４は、移動方向Ｂにおいて変位可能に格納されている。

図６は、図２のＡ−Ａ線における断面図を示す。図６は、それぞれのリング形から形成されたバネ２の固定部分２ａの間に配置されたスペーサリング１４を示す。
図７は、ソレノイドのプランジャ４が縦方向Ｌにおいて距離Ｌ１で離間された位置にあるバネ２の状態を示す。この側面図は、コイルと同様に、撓み状態にあるバネ２も示されている。バネ２の一端は、リング状に形成された固定部分２ａを介してハウジング５に接続される。一方、バネ２の他端は、ソレノイドのプランジャ４を有する終端部２ｇに接続される。図７に示されたように、固定部分２ａ及び終端部２ｇは、互いに平行に走るように形成される。アーム部分２ｂａは、縦方向Ｌに対して垂直方向に延びる垂直線Ｒに対して、傾斜角が角度βをなすように形成される。アーム部分２ｂａは、一定の勾配を有することが望ましい。

ソレノイド１は、最小０．４ｍｍから最大５ｍｍまでの範囲のリフト量Ｂを有することが望ましい。アーム部分２ｂａは、ソレノイドのプランジャ４の縦方向Ｌに対して垂直方向に延びる垂直線Ｒに対して最大なリフト量Ｂを得るように15度より小さい勾配角度βをなすように形成されることが望ましい。

図８の上面図は、更なる実施形態におけるバネ２のバネ要素を示す。図４に示された実施形態と比較して、その区別が、固定部分２ａが部分的にリング形から形成されるため、固定部分２ａがただ約９０度に亘って延びるように形成されることにある。固定部分２ａは、周方向において、中心角２０°から３５０°までの範囲に亘って延びるように形成されてもよい。又、図４に示されたように、固定部分２ａが中心角３６０°に亘って延びるように形成されるため、固定部分２ａは、リング状に構成されている。

図９の上面図は、更なる実施形態におけるバネ２のバネ要素を示す。アーム部２ｂは、中心Ｚ及び／もしくはボア部２ｃに対して同心状に配置されたアーム部分２ｂａを備える。ここでは、”同心状に伸びる”は「少なくともアーム部分２ｂａの中央線２ｂｄが、中心Ｚ及び／もしくはボア部２ｃに対して同心状に走るように形成される」を意味することと理解される。図４及び図８の実施形態では、中心Ｚに対して同心状に走る外側境界部２ｂｂ及び内側境界部２ｂｃを備えるため、アーム部分２ｂａは、径方向において中心Ｚに対して一定の幅２ｋを有する。図８の実施形態に対して、外側境界部２ｂｂ及び内側境界部２ｂｃは、図９に示されたように、バネのアーム部分２ｂａの幅２ｋが、終端部２ｇ及び／もしくは連結部分２ｈに向かって減少するように延びるように形成されるのに対して、図９の実施形態におけるアーム部分２ｂａは、そのセンターライン２ｂｄが中心Ｚに対して同心状に走るように形成される。バネのアーム部分２ｂａの幅２ｋが、線形的に減少することが望ましい。バネのアーム部分２ｂａは、その幅２ｋが連結部分２ｈに向かって増加するように形成されてもよい。又、バネのアーム部分２ｂａは、その幅２ｋが連結部分２ｈに向かって変化し、部分的に増加したり、部分的に減少したりするように形成されてもよい。本発明考案は、バネのアーム部分２ｂａに沿って可変なバネ定数を有するバネのアーム部分２ｂａから構成されてもよい。特に、バネのアーム部分２ｂａに沿って増加もしくは減少するバネ定数を有するものとする。

Claims (14)

1. 同心上に配置された複数のバネ（２）を備えるリニアベアリングであって、
   固定部分（２ａ）と、中心（Ｚ）に配置されたボア部（２ｃ）を有する皿バネから構成され、更に、前記固定部分（２ａ）から、前記固定部分（２ａ）に対して同心状に配置されたボア部（２ｃ）を有する終端部（２ｇ）まで延びるアーム部（２ｂ）を備えるバネ（２）が、前記固定部分（２ａ）に対して垂直方向に移動する移動方向（Ｂ）において、互いに重なるように配置されるように形成されたリニアベアリングにおいて、
   前記アーム部（２ｂ）は、前記ボア部（２ｃ）に対して同心状に走るアーム部分（２ｂａ）を備え、前記アーム部分（２ｂａ）は、中心角１００°から２７０°までの範囲に亘って延びるように形成され、好ましくは中心角１８０°から３００°までの範囲に亘って延びるように形成され、
   前記固定部分（２ａ）は、少なくとも部分的にリング状に形成され、
   前記アーム部分（２ｂａ）は、前記ボア部（２ｃ）に対して径方向において、前記アーム部（２ｂ）の厚さ（２ｉ）より少なくとも５倍大きい幅（２ｋ）を有し、
   前記アーム部分（２ｂａ）の幅（２ｋ）は、前記リンク状の固定部分（２ａ）及び終端部（２ｇ）に対して横方向に延び、それらの間に隙間を形成するように設定されることを特徴とするリニアベアリング。
2. 請求項１に記載のリニアベアリングにおいて、前記アーム部分（２ｂａ）の幅（２ｋ）は、一定であることを特徴とするリニアベアリング。
3. 請求項１に記載のリニアベアリングにおいて、前記アーム部分（２ｂａ）の幅（２ｋ）は、中心角γにそって減少することを特徴とするリニアベアリング。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニアベアリングにおいて、前記終端部（２ｇ）は、前記アーム部（２ｂ）及びボア部（２ｃ）の間における中心Ｚに対して径方向に走る連結部（２ｈ）を備えることを特徴とするリニアベアリング。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアベアリングにおいて、前記移動方向（Ｂ）において、互いに隣接配置された前記二つのバネ２のリンク状の固定部分（２ａ）の間に配置されたスペーサリング（１４）を備えることを特徴とするリニアベアリング。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニアベアリングにおいて、前記各バネ（２）は、前記リンク状の固定部分（２ａ）の周方向において、互いに変位可能に配置されたことを特徴とするリニアベアリング。
7. 請求項６に記載のリニアベアリングにおいて、前記各バネ（２）は、前記周方向に同じ角度をずらし互いに変位可能に配置されたことを特徴とするリニアベアリング。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のリニアベアリングにおいて、前記各バネ（２）は、金属材料から形成され、かつ前記移動方向（Ｂ）において、０．１ｍｍから５ｍｍまでの範囲の厚さを有することを特徴とするリニアベアリング。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のリニアベアリングにおいて、前記少なくとも四つのバネ（２）、好ましくは前記十のバネ（２）を有することを特徴とするリニアベアリング。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のリニアベアリングにおいて、前記固定部分（２ａ）は、リンク状に構成され、かつ中心角３６０度に亘って延びるように形成されることを特徴とするリニアベアリング。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のリニアベアリング（３）を備えたソレノイド。
12. 請求項１１に記載のソレノイド（１）において、
    前記移動方向Ｂにおいて、ハウジング（５）と、前記ハウジング（５）に接続され、かつ互いに離間して配置された二つのリニアベアリング（３）と、前記二つのリニアベアリング（３）に接続され、かつ前記ボア部（２ｃ）を貫通して延びるように形成されたプランジャ（４）と、前記プランジャ（４）に接続されたアンカー（８）と、前記アンカー（８）に対して、前記ハウジング（５）に配置された電磁石（７）とを備えるソレノイド（１）であって、
    前記電磁石（７）は、それが励磁化された時に、前記アンカー（８）を吸着するように構成されることを特徴とするソレノイド。
13. 請求項１１または請求項１２に記載のソレノイドにおいて、
    最小０．４ｍｍから最大５ｍｍまでを範囲とするリフト量Ｂを有し、
    アーム部分２ｂａは、ソレノイドのプランジャ４の移動方向（Ｌ）に対して垂直方向に延びる垂直線Ｒに対して最大リフト量Ｂを得るように１５度より小さい勾配角度βをなすように形成されることを特徴とするソレノイド。
14. 請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のソレノイドにおいて、
    少なくとも一つのリニアベアリング（３）は、前記移動方向（Ｂ）に対して、斜めに配置されることを特徴とするソレノイド。

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