JP4551623B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は、従来のリニアアクチュエータを示す断面図である。
このリニアアクチュエータは、ステータアセンブリ10と、ロータ20と、エンドプレート30と、出力軸40と、ハウジング50とを備えている。
ステータアセンブリ10では、巻線11が巻回されたボビン12を挟んで対向するステータヨーク13a,13bにより、1つのステータが構成され、巻線14が巻回されたボビン15を挟んで対向するステータヨーク16a,16bにより、1つのステータか構成されている。
【0003】
各ステータヨーク13a,13bには、櫛歯状の極歯が形成され、極歯が互い違いになるように、ステータヨーク13a,13bが合掌している。同様に、各ステータヨーク16a,16bにも、極歯が形成され、極歯が互い違いになるように、ステータヨーク16a,16bが合掌している。
【0004】
巻線11,14は、各極歯を励磁するものである。2つのステータが背中合わせに合わされてステータアセンブリ10が構成されている。ステータヨーク13a,13b,16a,16b及びボビン12,15が樹脂で固定され、ステータアセンブリ10が概ね円筒状になっている。ステータアセンブリ10の内周面に、ステータヨーク13a,13b,16a,16bの極歯群が配列されている。
【0005】
ロータ20は、ステータアセンブリ10の中心孔に収納されている。ロータ20も円筒状をなし、複数の磁極を有するロータマグネット21と樹脂22とで構成されている。ロータマグネット21の外周面にある複数の磁極は、ステータアセンブリ10の極歯と対向している。ロータ20の中心孔の内周面には、雌ねじ23が取付けられている。
【0006】
筒状のステータアセンブリ10の後端側には、ステータアセンブリ10の中心孔を封止する樹脂製のエンドプレート30が配置されている。エンドプレート30のロータ20側の面には凹部31が形成され、玉軸受32が取付けられている。玉軸受32はロータ20を回転自在に支持している。
【0007】
ロータ20の中心孔に棒状の出力軸40の後端側が挿入されている。出力軸40の後端側には、雄ねじ部41が形成され、ロータ20に取付けられた雌ねじ23と螺合している。これにより、ロータ20が回転すると、出力軸40が軸方向に移動する。出力軸40の先端側の外周面には、ストップピン24が突設されている。ストップピン24は、出力軸40の回転を防止するものである。
【0008】
円筒状のステータアセンブリ10の先端側には、ハウジング50が取付けられている。ハウジング50には、孔51が形成され、孔51から出力軸40の先端側が突出している。ハウジング50には、孔51に同軸の段差52が形成されると共に、出力軸40に沿った溝53が形成されている。段差52には、玉軸受54が嵌め込まれている。玉軸受54は、ロータ20の先端側を回転自在に支持している。溝53は、ストップピン24が回転しないように規制すると同時に、出力軸40の移動の移動形態と移動量を、出力軸40の長手方向に制限する。
【0009】
このような構成のリニアアクチュエータは、巻線11,14に電流を流すことにより、極歯が励磁され、その極歯と磁力で結合したロータマグネット21がロータ20を回転させる。雌ねじ23と雄ねじ部41は、ロータ20の回転運動を出力軸40の直線運動に変換し、ストップピン24が出力軸40の移動形態と移動量を、出力軸40の長手方向に制限する。ロータ20の回転方向により、出力軸40は、例えば先端方向に直線的にまたは一回転以内でひねられて移動する。リニアアクチュエータの出力軸40は、距離が有限なストローク内で往復運動をする。出力軸40は、所定の距離だけ先端側に移動して一旦停止し、ロータ20の回転方向が変われば、後端側へ移動する。
【0010】
しかしながら、このリニアアクチュエータでは、停止時に不具合が生じることがある。出力軸40の雄ねじ41は、出力軸40の移動量を規制するために、出力軸40の後端側に適当な長さだけ形成されている。
出力軸40が移動してロータ20の雌ねじ23が雄ねじ41の端部41aのところにくると、ロータ20の回転が止まり、出力軸40の移動も止まる。このように、雌ねじ23が雄ねじ41の端部41aのところにきて出力軸40が停止する場合、その停止直前の慣性力の大きさによっては、雌ねじ23が出力軸40に噛み込むことがある。噛み込みの程度により、次に再び出力軸40を動かすことができないという致命的な不具合になる。
【0011】
これに対し、雄ねじ41の長さを長くすると、ストップピン24がロータ20或いは玉軸受54に当たって、出力軸40の移動が停止することになる。この場合には、ストップピン24の当接位置が、雄ねじ41及び雌ねじ23の有効径よりも、ロータ20の回転中心から径方向に離れた場所になるので、次に出力軸40を再び動かすときに、ロータ20に大きな力がかかった状態でロータ20を再度回転させることになる。よって、接触位置の径が大きくなった分、多大なトルクが必要になるという問題があり、出力軸40の負荷が大きいときには、移動しないということもあった。
【0012】
一方、次の特許文献1に示されたリニアアクチュエータも知られている。
【0013】
【特許文献1】
特開平6−335228号公報
【0014】
特許文献1のリニアアクチュエータを図3の記号を用いて説明すると、特許文献1のリニアアクチュエータでは、ポイントストッパをエンドプレート31に取付けている。ポイントストッパの先端は尖っており、出力軸40の後端の中心を点で押さえて出力軸40の後端側への移動を止めている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
従来の図3のリニアアクチュエータは、雌ねじ23の噛み込みが発生する危険性があった。これに対し、特許文献1のリニアアクチュエータでは、雌ねじ23の噛み込みは発生しない。ところが、ポイントストッパの先端が尖っているために、何度も出力軸40の後端が当接すると、摩耗したり損傷するおそれがあった。ポイントストッパが摩耗或いは損傷すると、出力軸40の停止位置が変化し、リニアアクチュエータの出力軸40の移動位置を正確に制御できなかった。
【0016】
本発明は、出力軸の後退を安全に止めることができるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の観点に係るリニアアクチュエータは、巻線によって励磁される極歯群を持つステータヨークを有し、中心孔を持つ筒状をなし、該極歯群が中心孔の内周面に配列されたステータアセンブリと、円筒状をなし、外周面には前記極歯群に所定の隙間を持って対向する複数の磁極を持つマグネットが配置され、内周面には螺旋状の雌ねじが配置され、前記ステータアセンブリの中心孔に回転自在に収容されたロータと、棒状をなし、後端側の外周面には雄ねじが形成され、該後端側が前記ロータの中心孔に収納され、該雄ねじが前記雌ねじと螺合した出力軸と、前記出力軸の先端側の外周面に突出して設けられ、前記出力軸の回転を防止し前記出力軸と共に移動するストップピンと、前記ステータアセンブリの先端に配設され、前記出力軸の方向に沿って前記ストップピンをガイドする溝を内側に設けたハウジングと、前記ステータアセンブリの先端に装着されたストッパと、を備え、前記ストッパが、樹脂の射出成形により前記ステータアセンブリの先端に配設したフロント部の先端に装着され、かつ、前記ストッパが、前記フロント部に嵌入して前記ロータを支持する玉軸受の内輪との間に隙間を設けた円盤状の形状からなり、前記ストップピンが前記溝をガイドとして移動し、前記溝の端部に前記ストッパが位置して前記ストップピンの移動を止めてなることを特徴とする。
又、本発明の別の観点に係るリニアアクチュエータは、巻線によって励磁される極歯群を持つステータヨークを有し、中心孔を持つ筒状をなし、該極歯群が中心孔の内周面に配列されたステータアセンブリと、円筒状をなし、外周面には前記極歯群に所定の隙間を持って対向する複数の磁極を持つマグネットが配置され、内周面には螺旋状の雌ねじが配置され、前記ステータアセンブリの中心孔に回転自在に収容されたロータと、棒状をなし、後端側の外周面には雄ねじが形成され、該後端側が前記ロータの中心孔に収納され、該雄ねじが前記雌ねじと螺合した出力軸と、前記出力軸の先端側の外周面に突出して設けられ、前記出力軸の回転を防止し前記出力軸と共に移動するストップピンと、前記ステータアセンブリの先端に配設されたハウジングと、前記ハウジングの内側に装着されて前記ロータを内周面で回転可能に支持するとともに該内周面には前記出力軸の方向に沿って前記ストップピンをガイドする溝が設けられ、該溝の前記ロータ側の端部がストッパとなる滑り軸受と、を備え、前記ストップピンが前記溝をガイドとして移動し、該溝の前記ロータ側の端部が前記ストッパとなり、前記ストップピンの移動を止めてなることを特徴とする。
【0018】
このような構成を採用したことにより、巻線により極歯を励磁すると、ロータが回転する。ロータが回転すると、螺合する雄ねじ及び雌ねじにより、出力軸が長手方向に移動する。ストップピンは、出力軸の回転を規制する。
ここで、出力軸がその後端の方向に移動しても、ステータアセンブリに取付けられたストッパは、ストップピンがロータに接触することを防止する。ストップピンは、ロータに当接しないので、ロータの回転運動の障害にはならない。
【0019】
【発明の実施の形態】
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図である。
【0020】
このリニアアクチュエータは、ステータアセンブリ60と、ステータアセンブリ60に対して回転運動するロータ70と、ロータ70の回転運動が変換された直線運動をする出力軸80とを備えている。
【0021】
ステータアセンブリ60では、巻線61が巻回されたボビン62を挟んで対向する一対のステータヨークにより、1つのステータ63が構成され、巻線64が巻回されたボビン65を挟んで対向する一対のステータヨークにより、1つのステータ66が構成されている。各ステータヨークには、櫛歯状の極歯が形成され、極歯が互い違いになるように、対をなすステータヨークが合掌している。巻線61,64は、各ステータ63,66の極歯を励磁するものである。
【0022】
2つのステータ63,66が背中合わせに合わされてステータアセンブリ60が構成されている。各ステータヨーク及びボビン62,65が、ヨーク支持部材67によって不可分一体に支持され、ステータアセンブリ60は、概ね円筒状をなしている。ヨーク支持部材67は、樹脂の射出成形により、ステータアセンブリ60と一体に形成されている。
ステータアセンブリ60の中心孔に面する内周面に、極歯群が配列されている。ステータ63の極歯は、ステータ66の極歯に対して、2相駆動ができるように、適宜に位相がずらされている。
【0023】
ロータ70は、ステータアセンブリ60の中心孔に収納されている。ロータ70も円筒状をなし、複数の磁極を持つロータマグネット71と、樹脂72と、雌ねじ73とで構成されている。ロータ70の外周面に、複数の磁極を持つロータマグネット71が配置され、これらの磁極がステータアセンブリ60の極歯と対向している。ロータ70の中心孔の内周面に、雌ねじ73が樹脂の射出成形により取付けられている。
【0024】
円筒状のステータアセンブリ60の後端60b側には、ステータアセンブリ60の中心孔を封止するエンドプレート90が配置されている。エンドプレート90は、ステータアセンブリ60のヨーク支持部材67を形成した樹脂で構成され、ステータアセンブリ60と一体になっている。
【0025】
エンドプレート90のロータ70側の面には、凹部91が形成されている。凹部91は、滑り軸受となり、凹部91がロータ70を回転自在に支持している。なお、エンドプレート90の形状は変更可能である。エンドプレート90の形状を、ボールベアリングが取付可能な形状とし、ボールベアリングをエンドプレート90に取付け、そのボールベアリングでロータ70を回転自在に支持するようにしてもよい。
ロータ70の中心孔に、棒状の出力軸80の後端80b側が挿入されている。
出力軸80の後端80b側には、雄ねじ81が形成され、雄ねじ81がロータ70に取付けられた雌ねじ73と螺合している。出力軸80の先端80a側には、ストップピン82が突出して形成されている。これらにより、ロータ70が回転すると、出力軸80が軸方向、つまり、長手方向に直線的に、又は、一回転以内でひねられて運動する。
【0026】
ステータアセンブリ60の先端60a側には、ステータアセンブリ60に固定された円筒状のフロント部100が設けられている。フロント部100は、ヨーク支持部材67と同じ射出成形工程で形成され、樹脂で構成されている。フロント部100の内径は、円筒状のステータアセンブリ60の内径よりも大きく、フロント部100の内周面には、玉軸受101が嵌入されている。玉軸受101の内輪には、ロータ70を支える樹脂72が嵌合し、その中心孔には、出力軸80が移動自在に挿通されている。出力軸80の先端80a側が、フロント部100から突出している。
【0027】
フロント部100の先端には、円盤状のストッパ103が取付けられている。
ストッパ103は、ストップピン82がロータ70に接触するのを止めるものである。ストッパ103と玉軸受101の内輪との間には、隙間が設けられ、ロータ70の回転運動を妨げないようになっている。
【0028】
ステータアセンブリ60の先端60a側には、ハウジング110が被せられている。ハウジング110には、中心孔111が形成されており、その中心孔111から出力軸80の先端80aが突出し、ハウジング110が、フロント部100の外周面とストッパ103の先端側、つまり、出力軸80の先端80aを向く面とを、封止している。ハウジング110の内周面には、出力軸80の長手方向に沿う溝112が形成され、ストップピン82が溝112をガイドとして移動する。ハウジング110は、取付金具114等でステータアセンブリ60に係止されている。
【0029】
次に、図1のリニアアクチュエータの動作を説明する。
巻線61,64に電流を流し、ステータヨークのもつ極歯を励磁すると、極歯とロータマグネット71との間の磁力によって、ロータ70が回転する。ロータ70が回転すると、雌ねじ73に螺合した雄ねじ81により、出力軸80が長手方向に移動する。ここで、ストップピン82は、溝112に沿って動き、出力軸80の回転を規制する。
【0030】
ロータ70の回転方向によっては、ストップピン82がロータ70側に移動する。ストップピン82は、ストッパ103に当接すると止まり、出力軸80の移動が停止する。
【0031】
以上のように、本実施形態のリニアアクチュエータでは、ストッパ103を設け、ロータ70側へ移動するストップピン82を、ストッパ103により止めるようにしている。そのため、出力軸80の移動を確実に止めることができ、雌ねじ73が出力軸80に噛み込むことがない。また、ストッパ103は、ストップピン82と直線的に当たるだけなので、先端が尖っている必要がなく、摩耗しにくく、損傷する可能性も少ない。よって、リニアアクチュエータの出力軸の位置を安定して制御できる。さらに、ロータ70に余分な力がかかったまま停止しないので、次にロータ70を回転させるときにも、トルクが重くなることがない。又、ハウジング110の溝112をひねらせれば、出力軸80に、ひねりが加わった直線運動をさせることができる。
【0032】
[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図であり、図1中の要素と共通する要素には、共通の符号を付している。
前記第1の実施形態では、ロータ70の後端70bを滑り軸受で支持し、ロータ70の先端70a側を玉軸受101で支持していたが、本実施形態のリニアアクチュエータは、玉軸受と滑り軸受の場所を入れ替えている。
【0033】
図2のリニアアクチュエータは、第1の実施形態と同様のステータアセンブリ60及びロータ70を備えている。
ステータアセンブリ60の後端60b側には、ステータアセンブリ60の中心孔を封止する樹脂製のエンドプレート120が形成されている。エンドプレート120は、ヨーク支持部材67になっている。
【0034】
エンドプレート120のロータ70側の面には、凹部121が形成されている。凹部121には、玉軸受122が取付けられている。玉軸受122は、ロータ70の後端70bを回転自在に支持している。
ロータ70の中心孔には、第1の実施形態と同様の出力軸80が挿入されている。
【0035】
ステータアセンブリ60の先端60aには、ステータアセンブリ60の先端60a及びロータ70の先端70a側を封止するハウジング130が取付けられている。ハウジング130には、中心孔が形成され、出力軸80の先端80a側がその中心孔から突出している。ハウジング130には、筒状の滑り軸受140が組込まれ、滑り軸受140がロータ70の先端70aを回転自在に支持している。
【0036】
滑り軸受140の中心孔を出力軸80が移動自在に挿通されている。滑り軸受140の内周面には、出力軸80の軸方向に沿う溝141が形成されている。溝141をガイドとしてストップピン82が移動する。溝141の端部が、ストップピン82の移動を止めるストッパ142となる。
【0037】
出力軸80が挿入され、ハウジング130が取付けられているリニアアクチュエータに、フロントプレート150等が取付けられている。
このリニアアクチュエータの基本的動作は、第1の実施形態と同様であり、ロータ70を回転させることにより、出力軸80がストップピン82と共に移動する。
【0038】
ここで、ストップピン82は、溝141に沿って動き、出力軸80が回転するのを規制する。ロータ70の回転方向によっては、ストップピン82がロータ70側に移動する。ストップピン82は、ストッパ142に当接すると止まり、出力軸80の移動が停止する。
【0039】
以上のように、本実施形態のリニアアクチュエータでは、滑り軸受140にストッパ142を設け、ロータ70側へ移動するストップピン82を、ストッパ142で止めるようにしている。そのため、出力軸80の移動を確実に止めることができ、雌ねじ73が出力軸80に噛み込むことがない。また、ストッパ142は、ストップピン82と直線的に当たるだけなので、先端が尖っている必要がなく、摩耗しにくく、損傷する可能性も少ない。よって、リニアアクチュエータの出力軸の位置を安定して制御できる。さらに、ロータ70に余分な力がかかったまま停止しないので、次にロータ70を回転させるときにも、トルクが重くなることがない。
【0040】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ステータアセンブリに固定され、ストップピンがロータに接触しないように止めるストッパを設けたので、ねじの噛み込みはなく、出力軸の移動を止めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図である。
【図3】従来のリニアアクチュエータを示す断面図である。
【符号の説明】
60 ステータアセンブリ
61,64 巻線
63,66 ステータ
67 ヨーク支持部材
70 ロータ
71 ロータマグネット
73 雌ねじ
80 出力軸
81 雄ねじ
82 ストップピン
101 玉軸受
110,130 ハウジング
103,142 ストッパ
140 滑り軸受
Claims (2)
- 巻線によって励磁される極歯群を持つステータヨークを有し、中心孔を持つ筒状をなし、該極歯群が中心孔の内周面に配列されたステータアセンブリと、
円筒状をなし、外周面には前記極歯群に所定の隙間を持って対向する複数の磁極を持つマグネットが配置され、内周面には螺旋状の雌ねじが配置され、前記ステータアセンブリの中心孔に回転自在に収容されたロータと、
棒状をなし、後端側の外周面には雄ねじが形成され、該後端側が前記ロータの中心孔に収納され、該雄ねじが前記雌ねじと螺合した出力軸と、
前記出力軸の先端側の外周面に突出して設けられ、前記出力軸の回転を防止し前記出力軸と共に移動するストップピンと、
前記ステータアセンブリの先端に配設され、前記出力軸の方向に沿って前記ストップピンをガイドする溝を内側に設けたハウジングと、
前記ステータアセンブリの先端に装着されたストッパと、を備え、
前記ストッパが、樹脂の射出成形により前記ステータアセンブリの先端に配設したフロント部の先端に装着され、かつ、前記ストッパが、前記フロント部に嵌入して前記ロータを支持する玉軸受の内輪との間に隙間を設けた円盤状の形状からなり、
前記ストップピンが前記溝をガイドとして移動し、前記溝の端部に前記ストッパが位置して前記ストップピンの移動を止めてなることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 巻線によって励磁される極歯群を持つステータヨークを有し、中心孔を持つ筒状をなし、該極歯群が中心孔の内周面に配列されたステータアセンブリと、
円筒状をなし、外周面には前記極歯群に所定の隙間を持って対向する複数の磁極を持つマグネットが配置され、内周面には螺旋状の雌ねじが配置され、前記ステータアセンブリの中心孔に回転自在に収容されたロータと、
棒状をなし、後端側の外周面には雄ねじが形成され、該後端側が前記ロータの中心孔に収納され、該雄ねじが前記雌ねじと螺合した出力軸と、
前記出力軸の先端側の外周面に突出して設けられ、前記出力軸の回転を防止し前記出力軸と共に移動するストップピンと、
前記ステータアセンブリの先端に配設されたハウジングと、
前記ハウジングの内側に装着されて前記ロータを内周面で回転可能に支持するとともに該内周面には前記出力軸の方向に沿って前記ストップピンをガイドする溝が設けられ、該溝の前記ロータ側の端部がストッパとなる滑り軸受と、を備え、
前記ストップピンが前記溝をガイドとして移動し、該溝の前記ロータ側の端部が前記ストッパとなり、前記ストップピンの移動を止めてなることを特徴とするリニアアクチュエータ。
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Publications (2)
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