JP4692710B2 - Linear actuator - Google Patents
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Description
この発明は、リニアアクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator.
リニアアクチュエータは、バネを併用し共振させることによって少ない損失で駆動できることから、コンプレッサモータ等とし利用されている。そして、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは高効率である等優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫や、冷凍庫、あるいはエアコンディショナ用として様々な利用が期待されている。 Linear actuators are used as compressor motors and the like because they can be driven with little loss by resonating together with a spring. And since the compressor using this linear actuator can exhibit excellent performance such as high efficiency, it is expected to be used in various applications for refrigerators, freezers, and air conditioners.
リニアアクチュエータとしては、永久磁石により作られた磁界の中でコイルに電流を流すことによりコイルに生じる力で駆動を行う可動コイル型や、可動コイル型の永久磁石とコイルとを入れ替えた構造であって、永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型と呼ばれるものがあり、例えばヨークにコイルを設けたタイプのアクチュエータが提案されている(例えば、特許文献1参照。)
リニアアクチュエータの従来技術を図7に示す。
同図(a)及び(b)において、符号10は、リニアアクチュエータ10で、11は、そのアクチュエータ部である。アクチュエータ部11には、図7(a)に示すように、ヨーク(固定子)12と、ヨーク12の内側に往復動可能に設けられた可動子13と、ヨーク12に軸方向に固定された一対の永久磁石14、15と、ヨーク12に前記永久磁石14、15に対応させて固定された一対の永久磁石16、17と、ヨーク12に固定された二つのコイル(図示せず)とを備えている。
一対の永久磁石14、15は、軸方向に隣り合った状態で可動子13の周面において互いに対向して設けられ、可動子3の移動方向に直交して磁極が並べられてあって、しかも互いの磁極の並びを逆にした状態でヨーク12に設けられている。
The prior art of the linear actuator is shown in FIG.
In FIGS. 1A and 1B,
The pair of
一対の永久磁石16、17は、上記一対の永久磁石14、15に対し、可動子13の移動方向における位置を合わせると共に、互いに移動方向に隣り合った状態で可動子13の周面に対向し、かつ可動子13の移動方向に直交して磁極が並べられてあって、しかも互いの磁極の並びを逆にした状態でヨーク12に設けられている。
これら一対の永久磁石14、15及び一対の永久磁石16、17は、可動子の移動方向に位置が合う永久磁石同士で可動子13に対向させる磁極が逆となっている。
The pair of
The pair of
このリニアアクチュエータ10は、図示しないコイルに交流電流(正弦波電流、矩形波電流)を印加してヨーク12に起磁力を発生させると共に、その起磁力の方向に応じた向きで磁束を発生させることで、可動子13がヨーク12内で軸方向に沿い右方向に移動したり、左方向に移動するようになっている。
即ち、ヨーク12と、一対の永久磁石14、15と、一対の永久磁石16、17と、可動子13との間で発生する磁束の向きが、可動子13を左方向に移動させるように生成されたり、可動子13を右方向に移動させるように磁束の向きがそれとは逆向きとなるように生成される。
The
That is, the direction of the magnetic flux generated between the
そして、交流電流によって両コイルへの電流の流れの方向が交互に変化することにより、上記の作動を繰り返し、可動子3はヨーク2に対して貫通穴21の貫通方向に所定のストロークで往復動することになる。
このように、従来のリニアアクチュエータは、コイルが可動子ではなくヨークに設けられるため、可動子側に給電する必要がなくなって、移動する可動子がコイルへの給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。
Then, by alternating the direction of the current flow to both coils due to the alternating current, the above operation is repeated, and the mover 3 reciprocates with a predetermined stroke in the through direction of the through
As described above, in the conventional linear actuator, since the coil is provided not on the mover but on the yoke, it is not necessary to supply power to the mover side, and the moving mover causes a break in the power supply line to the coil. Nothing will happen.
また、このアクチュエータ部11には、図7(a)に示すように、ヨーク12の一端に延在する先端軸部13aが、直動ベアリング28を介して軸受保持部29に支承され、その軸受保持部29の先端面にレバー30を介して位置決めセンサ31が設けられている。この位置決めセンサ31は、可動子13の一端に延在する先端軸部13aに被検知部が32が設けられ、可動子13が軸方向に移動したとき、これと共に移動する被検知部32を位置決めセンサ31が検出することで可動子13の移動位置を検出できるようになっている。
また、ヨーク12の他端に延在する先端軸部13bが、直動ベアリング33を介して軸受保持部34に支承され、これによって、可動子13が固定子12に対し軸方向に往復動可能に支承されている。
Further, as shown in FIG. 7A, the
Further, the
ところで、リニアアクチュエータ10は、電子部品実装機をはじめとする回転と直動がともに必要とされる設備のヘッドとして組み込まれる場合がある。そのようなヘッドとしては、リニアアクチュエータ10によって独自に直進することができるものの、自身で回転できないことから、タイミングベルト等の動力伝達機構を介して連結されることで、リニアアクアクチュエータ10が全体的に回転されるように構成されている。
しかしながら、リニアアクチュエータ10が回転された場合、位置決めセンサ31の本来の設定された位置が狂ってしまうことから、可動子13の先端軸部13aに設けられた被検知部32を検出することができず、位置検出を行うことができなくなるという問題があった。
By the way, the
However, when the
また、リニアアクチュエータ10を組み込んだヘッドが、タイミングベルト等の動力伝達機構を介して回転駆動されるようにするため、リニアアクチュエータ全体を収納するハウジングや、タイミングベルトと連結するためのプーリは勿論、そのプーリの回転力を可動子13に伝達するための機構が必要となるので、機構が複雑となってしまうばかりでなく、リニアアクチュエータの外形が全体的に大型となってしまうという問題があった。
In addition, in order for the head incorporating the
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、直動機能と回転機能との双方を持つことができ、また、可動子が往復動しても可動子を位置決めセンサによって確実に検出することができ、しかも簡単な構成でかつ大型化するのを回避することも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。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and can have both a linear motion function and a rotation function. In addition, even if the mover reciprocates, the mover can be reliably secured by a positioning sensor. An object of the present invention is to provide a linear actuator that can be detected and that can be prevented from becoming large in size with a simple configuration.
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項1に係る発明は、固定子と、該固定子の内周側に配置され前記固定子に対して軸方向に往復動可能に設けられた可動子と、可動子の往復動の位置を検出する位置決めセンサとを備えたリニアアクチュエータにおいて、回転軸と、前記回転軸と直動ベアリングを介して連結されるモータ用ロータとを有する回転ユニットを備え、前記可動子は、前記軸方向の回転ユニット側の先端軸部が、前記回転軸に保持された軸受の内輪に圧入されて前記回転軸と同一軸線上に相対回転可能に連結されて、前記回転軸の回転が前記可動子に伝達されないように構成されるとともに、先端軸部に位置決めセンサによって検出される被検知部が設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention proposes the following means.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a stator, a mover disposed on an inner peripheral side of the stator and provided so as to be capable of reciprocating in the axial direction with respect to the stator, and a reciprocating position of the mover. A linear actuator including a positioning sensor for detection includes a rotation unit having a rotation shaft and a motor rotor connected to the rotation shaft via a linear motion bearing, and the mover rotates in the axial direction. A tip shaft portion on the unit side is press-fitted into an inner ring of a bearing held by the rotating shaft and is connected so as to be relatively rotatable on the same axis as the rotating shaft, and rotation of the rotating shaft is not transmitted to the mover wherein the structured Rutotomoni, the detected part is detected by the position sensor to the tip shaft portion is provided so as.
請求項1に係る発明によれば、回転ユニットが回転したとき、それに拘わらず可動子及び位置決めセンサが何等回転しないので、位置決めセンサが被検知部を常時検出することができる結果、可動子の位置を確実に検出することができ、可動子に対する制御を良好に行うことができる。 According to the first aspect of the invention, when the rotary unit rotates, the mover and the positioning sensor do not rotate at all, so that the positioning sensor can always detect the detected portion, and as a result, the position of the mover Can be reliably detected, and the control of the mover can be performed satisfactorily.
請求項2に係る発明は、請求項1記載のリニアアクチュエータにおいて、前記回転ユニットは、前記可動子に軸受を介して連結された回転軸と、該回転軸に直動ベアリングを介して連結されたモータ用ロータとを備えることを特徴とする。
請求項2に係る発明によれば、モータ用ロータが回転すると、回転軸は回転するが、回転ユニットの回転軸は可動子に対して回転するため、可動子は回転することがない。
According to a second aspect of the present invention, in the linear actuator according to the first aspect, the rotary unit is connected to a rotary shaft connected to the mover via a bearing, and connected to the rotary shaft via a linear motion bearing. And a motor rotor.
According to the second aspect of the present invention, when the motor rotor rotates, the rotating shaft rotates. However, the rotating shaft of the rotating unit rotates with respect to the mover, so the mover does not rotate.
この発明に係るリニアアクチュエータによれば、直動機能と回転機能との双方を備えているので、可動子が回転運動と往復動をしても可動子の位置を位置決めセンサによって確実に検出することができ、しかも簡単な構成でかつ大型化するのを回避することができる。 According to the linear actuator of the present invention, since both the linear motion function and the rotation function are provided, the position of the mover can be reliably detected by the positioning sensor even if the mover rotates and reciprocates. In addition, it is possible to avoid an increase in size with a simple configuration.
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図1及び図2はこの発明の第1の実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す図であって、図1はリニアアクチュエータを示す正面図、図2は図1の平面図である。
この実施形態のリニアアクチュエータ10は、図1に示すように、ヨーク12と、可動子13と、一対の永久磁石16、17と、二つのコイル(図示せず)と、可動子13の応動の位置を検出する位置決めセンサ31とを備えてアクチュエータ部11が構成されている。また、可動子13の両端の先端軸部13a、13bが直動ベアリング28、33を介して軸受保持部29、34に支承されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing a linear actuator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view showing the linear actuator, and FIG. 2 is a plan view of FIG.
As shown in FIG. 1, the
詳細に図示していないが、ヨーク12は、その中心位置に貫通穴21が形成されることにより全体として角筒形状をなし、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成すると共に、この基部材を貫通穴21の貫通方向に複数、位置を合わせながら積層しつつ接合させた積層鋼板からなっている。
Although not shown in detail, the
可動子13は、その外径が後述する永久磁石14〜17の内径よりも若干小径とされている。この可動子13は、永久磁石14〜17の内径側に、これらと対向しつつ同軸をなすように挿入されることによって、ヨーク12に対して貫通穴21の貫通方向に往復動可能に設けられる。なお、この可動子13は、薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて円環状の基部材を形成し、この基部材を複数、位置を合わせながら積層させて接合させた積層鋼板からなっている。これにより可動子13は全体が鉄部材からなっている。
The outer diameter of the
永久磁石14,15は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅のフェライト磁石からなるもので、例えば互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて一方の円筒面部22に接合固定されている。これら永久磁石14,15は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。
The
永久磁石16,17は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅をなすフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて、永久磁石14,15に対向するよう円周方向の逆側に離間し貫通穴21の軸線方向における位置を合わせて接合固定されている。これら永久磁石16,17は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。
The
この実施形態では、可動子13に対し、該可動子と同軸上に軸線回りに回転自在な回転ユニット40が連結されている。
この回転ユニット40は、図1に示すように、回転軸42と、モータ60とを備えており、回転軸42は、ボールベアリング(軸受)41を介してリニアアクチュエータ10の可動子13の端部13bに連結されている。
In this embodiment, a
As shown in FIG. 1, the rotating
この回転軸42は、断面視逆コ字状をなす軸受保持部43が可動子13の先端軸部13b側に延在して設けられ、該軸受保持部43内に保持されたボールベアリング(軸受)41の内輪に、可動子13の先端軸部13bが圧入されることで可動子13と同一軸線上に連結されている。
モータ用ロータ45は中央部が軸方向に中空とされており、その中空部に直動ベアリング44が嵌挿され、直動ベアリング44の内輪に回転軸42が挿入されている。
モータ用ロータ45と、直動ベアリング44と、回転軸42は回転方向に対して相互に固定されており、モータ60に電源が投入されることによって直動ベアリング44と回転軸42は、モータ用ロータ45と共に回転するようになっている。また、回転軸42は直動ベアリング44に対して軸方向に摺動可能とされている。
The
The
The
従って、回転ユニット40は、可動子13にこれと同一軸線回りに回転自在に連結された回転軸42と、回転軸42を軸方向に摺動自在に支持すると共に、駆動されることで軸線回りに回転するモータ用ロータ45とを備えて構成されている。
なお、直動ベアリング44としては、直動ベアリング28及び33と同様、例えばボールスプラインタイプで構成されている。
Therefore, the
In addition, as the
この実施形態のリニアアクチュエータは、上記のように構成されているので、いま、図示しないコイルに交流電流(正弦波電流、矩形波電流)を印加してヨーク12に起磁力を発生させると共に、その起磁力の方向に基づいた向きで磁束を発生させることで、可動子13がヨーク12内の貫通穴で軸方向に沿い、例えば右方向に移動し、また、上記交流電流を印加してヨーク12に上記の起磁力と反対向きの起磁力を発生させると共に、その起磁力の方向に基づき上記磁束の向きと逆向きとなる磁束が発生することで、可動子13がヨーク12内の貫通穴21で軸方向に沿い反対方向(左方向)に移動する。
Since the linear actuator of this embodiment is configured as described above, an AC current (sine wave current, rectangular wave current) is applied to a coil (not shown) to generate a magnetomotive force in the
上記移動時、交流電流によって両コイルへの電流の流れの方向が交互に変化することにより、可動子3はヨーク2に対して貫通穴の貫通方向に所定のストロークで往復動することになる。
その際、可動子13の先端軸部13bは、ボールベアリング41を介して回転軸42に連結され、回転軸42が直動ベアリング44に支承されているので、可動子13の移動に伴って回転軸42も同様に移動することとなる。
また、可動子13の移動時、それに伴って先端軸部13aに設けられ被検知部32も移動すると、その位置が位置決めセンサ11によって検出されるので、可動子13の位置を正確に把握することができ、可動子13を良好に制御することが可能となる。
At the time of the movement, the direction of the current flow to the two coils is alternately changed by the alternating current, whereby the mover 3 reciprocates with a predetermined stroke in the through direction of the through hole with respect to the yoke 2.
At this time, the
Further, when the
一方、モータ60が駆動されモータ用ロータ45が回転されると、その回転力が直動ベアリング44を介して回転軸42に伝達されるので、回転軸42が回転する。
しかしながら、回転軸42の一端には、上述したように、回転ユニット40の可動子13がボールベアリング41を介して同軸上に連結されていることから、回転軸42が回転しても可動子13は回転しない。
On the other hand, when the
However, since the
従って、この実施形態によれば、モータ60が駆動されることによって、直動ベアリング44と回転軸42がモータ用ロータ45と共に回転し、回転軸42は直動ベアリング44に対して軸方向に摺動可能とされている。
そのため、回転軸42が回転したとき、それに拘わらず可動子13及び位置決めセンサ31が何等回転しないので、位置決めセンサ31が被検知部32を常時検出することができる結果、可動子13の位置を確実に検出することができ、可動子13に対する制御を良好に行うことができる。
Therefore, according to this embodiment, when the
For this reason, when the
また、回転ユニット40は、回転軸42がモータ用ロータ45に挿入され、回転軸42と可動子13がボールベアリング41を介して同心円状に連結されているので、タイミングベルト等の動力伝達機構を用いる従来技術に比較して簡単な構造となり、リニアアクチュエータの外径が大きくなるのを回避することができ、構成の簡素化を図ることができると共に、大型化を抑制することができる。
Further, in the rotating
そして、このリニアアクチュエータ10を部品実装機に搭載されたヘッドに採用された場合、可動子13と同一軸線上にある回転軸42がモータ用ロータ45によって直接回転駆動されるので、タイミングベルト等の動力伝達機構を用いる従来技術に比べ、動力伝達のロスがなくなり、タクトタイムを上げることができ、応答性に優れた部品実装機を実現することができる。
When this
図3及び図4は、この発明の第1の参考例に係るアクチュエータを示している。
この場合は、アクチュエータ部11の可動子13に、前記第1の実施形態と同様に回転ユニット40の回転軸42が連結されている。
第1の参考例において、前記第1の実施形態と異なるのは、位置決めセンサ31の位置を違えた点にある。
3 and 4 show an actuator according to a first reference example of the present invention.
In this case, the rotating
The first reference example is different from the first embodiment in that the position of the
即ち、位置決めセンサ31は、図3に示すように、アクチュエータ部11のヨーク12の外部に固定されている。
一方、位置決めセンサ31によって検出される被検知部32は、可動子13の先端軸部13aに設けられた連結金具47に装着されている。連結金具47は、図3に示すように、L字状をなしており、その短部47aの先端が可動子13の先端部軸部13aに連結されると共に、その長部47bの先端側にボルト等によって被検知部32が装着されることで、位置決めセンサ31と対応する位置関係に設けられている。位置決めセンサ31は、詳細に図示していないが、図4に示すように、L形状のブラケット46を介してアクチュエータ部11に取り付けられている。ブラケット46は、一端がアクチュエータ部11の外部に取り付けられ、その他端において、上記被検知部32の摺動軌跡上に位置決めセンサ31を取り付けている。
That is, the
On the other hand, the detected
そして、可動子13aが往復動したとき、それに伴って被検知部32が移動することで、その移動を位置決めセンサ31によって検出できるようになっている。
また、被検知部32は、固定子12の外部に敷設されたガイドレール48によってガイドされる。このガイドレール48は、固定子12の外部において可動子13の移動方向に沿って敷設されており、その上を被検知部32が摺動可能に設けられている。
なお、図3及び図4において、図1及び図2と同一部分には同一符号を付している。
And when the needle |
Further, the detected
3 and 4, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
従って、第1の参考例によれば、回転ユニット40が備えられているので、位置決めセンサ31がアクチュエータ部11の外部に固定されている以外は、第1の実施形態と同様である。それに加え、位置決めセンサ31の被検知部13が固定子12の外部において、ガイドレール48により可動子13と同様に往復動自在に設けられているので、第1の実施形態より可動子13の長さを短くすることができ、これにより、リニアアクチュエータ全体を小型化することができる。
Therefore, according to the first reference example , since the
図5及び図6は、この発明の第2の参考例に係るリニアアクチュエータを示している。
この場合は、リニアアクチュエータ部11の可動子13の先端軸部13bは直動ベアリング44を介してモータ用ロータ45に連結され、また可動子13は直動自在でかつ回転自在な軸受手段49を介して軸受保持部29、34に支承されている。軸受手段49は、可動子13をその軸線方向に移動自在で、かつ軸線回りに回転自在に支承するものであり、いわゆる直動/回転ベアリングを構成している。
5 and 6 show a linear actuator according to a second reference example of the present invention.
In this case, the
このような可動子13の先端軸部13aには、ボールベアリング(軸受)51を介して連結金具47の短部47aが連結されている。この連結金具47は、長部47bの先端側に、位置決めセンサ31の被検知部32が取り付けられ、その被検知部32がガイドレール48上を摺動するようになっている。
A
つまり、第2の参考例は、可動子13を固定子12に対して軸方向に移動自在でかつ軸線回りに回転自在に支承する軸受手段49と、可動子13の先端軸部13bに直動ベアリング44を介して連結されるモータ用ロータ45とを備えて回転直動ユニット50を備えている。
なお、図5及び図6において、図1〜図4と同一部分には同一符号を付している。
That is, in the second reference example , the moving
5 and 6, the same parts as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
第2の参考例は、リニアアクチュエータ部11の駆動によって可動子13が軸方向に移動したとき、可動子13が固定子12内の貫通穴21に対し軸方向に往復動自在でかつ軸線回りに回転自在な軸受手段49が設けられているので、位置決めセンサ31自体が何等回転することがなく、そのため、可動子13と共に移動する被検知部32が、固定子12の外部において位置決めセンサ31によって検出され、可動子13の移動を的確に検出することができ、従って、位置を検出できなくなるというおそれがない。
In the second reference example , when the
しかも、回転直動ユニット50が上述した軸受手段49と、モータ用ロータ45とを備えており、モータ用ロータ45が駆動されると、可動子13を全体的に軸回りに回転することができるので、リニアアクチュエータ10の可動子13に対し直動機能と回転機能との双方を付与することができる。
その結果、第2の実施形態と同様、可動子13の長さを短くでき、また第1の実施形態に比較すると、回転軸42及び軸受保持部43などを設けることが不要になり、構成をより簡素化することができる。
Moreover, the rotary
As a result, similarly to the second embodiment, the length of the
そして、上記各実施の形態のリニアアクチュエータ10が、例えば、半導体製造設備において、部品実装機のマウンタに適用されると、チップ等のような小物を軸方向に移動させたり回転させたりすることができると共に、往復動作時の位置決めを的確に行えることから、部品実装機としての信頼を高めることができ、実用上極めて有益となる。
また、上記各実施の形態において、回転ユニット、直動回転ユニットを備えた例を示したが、それら各ユニットの具体的構成例は図示例に限定されるものではなく、要は、所期の機能が得られればよい。
Then, when the
Further, in each of the above embodiments, an example in which a rotation unit and a linear motion rotation unit are provided has been described. However, a specific configuration example of each unit is not limited to the illustrated example. What is necessary is just to obtain a function.
10 リニアアクチュエータ
12 ヨーク(固定子)
13 可動子
31 位置決めセンサ
32 被検知部
40 回転ユニット
41、51 ボールベアリング(軸受)
42 軸受保持部
44 直動ベアリング
45 モータ用ロータ
47 連結金具
48 ガイドレール
49 軸受手段
50 直動回転ユニット
10
13
42
Claims (2)
回転軸と、前記回転軸と直動ベアリングを介して連結されるモータ用ロータとを有する回転ユニットを備え、
前記可動子は、前記軸方向の回転ユニット側の先端軸部が、前記回転軸に保持された軸受の内輪に圧入されて前記回転軸と同一軸線上に相対回転可能に連結されて、前記回転軸の回転が前記可動子に伝達されないように構成されるとともに、先端軸部に位置決めセンサによって検出される被検知部が設けられていることを特徴とするリニアアクチュエータ。 A stator, a mover disposed on the inner peripheral side of the stator and provided so as to be capable of reciprocating in the axial direction with respect to the stator, and a positioning sensor for detecting a position of the reciprocating movement of the mover. For linear actuators,
A rotating unit having a rotating shaft and a motor rotor connected to the rotating shaft via a linear motion bearing;
The movable element is configured such that a tip shaft portion on the rotary unit side in the axial direction is press-fitted into an inner ring of a bearing held by the rotary shaft, and is coupled so as to be relatively rotatable on the same axis as the rotary shaft. linear actuator rotation of the shaft is characterized in that Rutotomoni is configured not to be transmitted, the detected portion is detected by the position sensor to the tip shaft portion is provided on the movable element.
前記回転ユニットは、前記可動子に軸受を介して連結された回転軸と、該回転軸に直動ベアリングを介して連結されたモータ用ロータとを備え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 rotary unit includes a rotary shaft connected to the mover via a bearing, and a motor rotor connected to the rotary shaft via a linear motion bearing.
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Patent Citations (3)
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