JP4728108B2 - 直動アクチュエータ - Google Patents
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Description
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る直動アクチュエータの概略縦断面図である。図1において、本形態の直動アクチュエータ1は、円筒状のステータ10を備えた固定側部材5と、ステータ10の内側中央に同軸状に配置された円筒状のロータ20と、このロータ20の内側に同軸状に配置された出力シャフトとしての可動体30とを有している。本形態において、固定側部材5は、ステータ10と、ステータ10の出力側に配置された樹脂の第1のホルダ50と、ステータ10の反出力側に配置された樹脂製の第2のホルダ60とを備えている。
このように構成した直動アクチュエータ1において、図1に示す状態でステータ10の駆動コイル13、14に所定の信号を印加すると、ロータ20が軸線周りに回転し、その回転力は、雄ねじ33および雌ねじ23からなるねじ機構7(伝達機構)を介して、可動体30に伝達される。ここで、ロータ20は軸線方向の移動が阻止され、かつ、可動体30は軸線周りの回転が阻止されているため、ロータ20の回転は、可動体30を軸線方向に沿って直動させる力に変換され、可動体30は、支軸40および軸穴31からなる軸受6に支持されたまま、矢印L2で示すように、反出力側に向けて直線的に移動する。また、反出力側に移動した状態でステータ10の駆動コイル13、14に所定の信号を印加すると、上記動作とは逆に、可動体30は、矢印L1に示すように、出力側に向けて直線的に移動する。このような動作を行う際、コイルばね70は、可動体30の変位に応じて伸縮する。また、可動体30の移動に伴い、Dカット部34の位置も変化するが、Dカット部34は、可動体30の可動距離に相当する長さ範囲にわたって形成されているので、可動体30はいずれの位置にあっても軸線周りの回転は阻止される。
以上説明したように、本形態の直動アクチュエータ1では、固定側部材5から支軸40を起立させる一方、可動体30の側に、支軸40が嵌る軸穴31を形成することにより、可動体30を軸線方向に移動可能に支持する軸受6を構成している。このため、軸線方向で離間する2箇所に軸受を配置する必要がないので、2つの軸受間の同軸度のズレを吸収するために可動体30と軸受との間にクリアランスを設ける必要がなく、このクリアランスに起因する可動体30のがたつきや振れを防止することができる。従って、本形態の直動アクチュエータ1は、光学装置など、可動体30のがたつきや振れが問題となる用途にも適用することができる。
上記実施の形態1においては、軸受6を構成するにあたって、支軸40を第2のホルダ60の固定穴67で固定した構成を採用したが、図2に示すように、固定側部材5において反出力側の端面を構成する第2のホルダ60と支軸40とを樹脂成形により一体に形成してもよい。
(全体構成)
図3(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態2に係る直動アクチュエータの概略縦断面図、およびこの直動アクチュエータから出力側からみたときの平面図である。図3(a)において、上半部は可動体が出力側に前進した状態を示し、下半部は可動体が反出力側に後退した状態を示してある。図4(a)、(b)は、本形態の直動アクチュエータから可動体を取り外した状態の固定側部材を出力側からみた平面図、および底面図である。なお、本形態の直動アクチュエータの基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細な説明を省略する。
このように構成した直動アクチュエータ1においても、ステータ10の駆動コイル13、14に所定の信号を印加すると、ロータ20が軸線周りに回転し、その回転力は、雄ねじ33および雌ねじ23からなるねじ機構7(伝達機構)を介して、可動体30に伝達される。ここで、ロータ20は軸線方向の移動が阻止され、かつ、可動体30は軸線周りの回転が阻止されているため、ロータ20の回転は、可動体30を軸線方向に沿って直動させる力に変換され、可動体30は、支軸40および軸穴31からなる軸受6に支持されたまま、出力側および反出力側に向けて直線的に移動する。このような動作を行う際、フランジ部35の移動に伴い、線ばね75および切り欠き36、37の位置も変化するが、ストパ56、57は、可動体30の可動距離に相当する高さ寸法をもって起立しているので、可動体30はいずれの位置にあっても軸線周りの回転は阻止される。また、可動体30の軸穴31の出力側部分、および第2のホルダ60の円筒部65の内部は、略密閉空間になっているが、可動体30および円筒部65には空気穴301、650が形成されているので、可動体30の移動に伴って軸穴31および円筒部65の内容積が変化しても可動体30の移動を妨げることがない。
図4から図13を参照して、本形態の直動アクチュエータ1の製造方法を説明しながら、直動アクチュエータに用いた各部材の構成を詳述する。図5は、本形態の直動アクチュエータの製造工程の一部を示す工程図である。図6(a)、(b)は、本形態の直動アクチュエータに用いた2枚の第1のプレートを出力側からみた平面図、および断面図である。図7は、本形態の直動アクチュエータに用いた第1のホルダを出力側からみた平面図、底面図、および断面図である。図8(a)、(b)、(c)は、本形態の直動アクチュエータに用いた外ステータコアを極歯の屈曲方向と反対側からみたときの平面図、底面図、および断面図である。図9(a)、(b)は、本形態の直動アクチュエータに用いた内ステータコアを極歯の屈曲側からみたときの平面図および断面図である。図10(a)、(b)、(c)は、本形態の直動アクチュエータに用いた第2のホルダを反出力側からみた平面図、底面図、および断面図である。図11(a)、(b)は、本形態の直動アクチュエータに用いた第2のプレートを反出力側からみた平面図および断面図である。
このように構成した直動アクチュエータ1でも、固定側部材5から起立する支軸40と、可動体30の軸穴31とにより軸受6を構成しているため、軸線方向で離間する2箇所に軸受を配置する必要がないので、2つの軸受間の同軸度のズレを吸収するために可動体30と軸受との間にクリアランスを設ける必要がなく、このクリアランスに起因する可動体30のがたつきや振れを防止することができるなど、実施の形態1と同様な効果を奏する。
図12(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態3に係る直動アクチュエータの概略縦断面図、およびこの直動アクチュエータから出力側からみたときの平面図である。図12(a)において、上半部は可動体が出力側に前進した状態を示し、下半部は可動体が反出力側に後退した状態を示してある。なお、本形態の直動アクチュエータの基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細な説明を省略する。
図13(a)、(b)、(c)は各々、本発明の実施の形態4に係る直動アクチュエータの概略縦断面図、この直動アクチュエータから出力側からみたときの平面図、および側面図である。図14(a)、(b)は、本形態の直動アクチュエータから可動体を取り外した状態の固定側部材を出力側からみた平面図、および底面図である。図13(a)において、上半部は可動体が出力側に前進した状態を示し、下半部は可動体が反出力側に後退した状態を示してある。なお、本形態の直動アクチュエータの基本的な構成は、実施の形態2、3と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細な説明を省略する。
図15(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態5に係る直動アクチュエータの概略縦断面図、およびこの直動アクチュエータから出力側からみたときの平面図である。図15(a)において、上半部は可動体が出力側に前進した状態を示し、下半部は可動体が反出力側に後退した状態を示してある。なお、本形態の直動アクチュエータの基本的な構成は、実施の形態2と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細な説明を省略する。
図16(a)、(b)は各々、本発明の実施の形態6に係る直動アクチュエータの概略縦断面図、およびこの直動アクチュエータから出力側からみたときの平面図である。なお、本形態の直動アクチュエータの基本的な構成は、実施の形態2と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細な説明を省略する。
上記形態において、ロータ20は、円筒状のロータマグネット21の内周側のみにスリーブ状樹脂部22を有する構成であったが、円筒状のロータマグネット21とスリーブ状樹脂部22とを一体成形する場合には、スリーブ状樹脂部22は、円筒状のロータマグネット21の出力側端面および反出力側端面のうちの少なくとも一方の端面に被さるように形成することが好ましい。さらには、図17(a)、(b)に示すように、ロータマグネット21の出力側端面および反出力側端面の少なくとも一方側の端面には、軸線方向に突出する凸部211を形成しておき、スリーブ状樹脂部22においてこの端面に被さる樹脂部分が凸部211あるいは凹部212に食い込ませることが好ましい。このように構成すると、凸部211あるいは凹部212は、スリーブ状樹脂部22とロータマグネット21との固着強度を高める補強部として機能する。すなわち、本形態において、ロータ20では、外周面を構成するロータマグネット21が回転力を発生させ、ロータ20の内周面を構成するスリーブ状樹脂部22が可動体30を直動させる力を発生させるので、ロータマグネット21とスリーブ状樹脂部22との間には大きな力が加わるが、ロータマグネット21に凸部211あるいは凹部212からなる補強部を形成しておくと、ロータマグネット21とスリーブ状樹脂部22との間に位置ずれや剥離などの不具合が発生しない。
5 固定側部材
6 軸受
7 ねじ機構
10 ステータ
20 ロータ
21 ロータマグネット
22 スリーブ状樹脂部
23 雌ねじ
30 可動体
31 軸穴
33 雄ねじ
35 フランジ部
40 支軸
50 第1のホルダ
55、64 筒部
60 第2のホルダ
70 バックラッシュ防止用のコイルばね
75 線ばね(付勢部)
76 渦巻きばね(付勢部)
Claims (16)
- ステータを備えた固定側部材と、前記固定側部材に対して軸線周りに回転可能に支持された円筒状のロータと、該ロータの内側で前記固定側部材に対して軸受により軸線方向に移動可能に支持された可動体と、前記ロータの回転を前記可動体の軸線方向への直進に変換する回転直進変換機構とを有する直動アクチュエータにおいて、
前記軸受は、前記ロータの内側で前記固定側部材から出力側に向けて起立する支軸と、前記可動体の反出力側で開口して前記支軸が嵌った軸穴とを備え、
前記固定側部材は、前記可動体と前記ロータとの間で断面円形の外周面をもって軸線方向に延在して当該外周面により前記ロータを回転可能に支持する筒部を備え、
前記支軸、前記可動体において前記支軸を囲む部分、前記筒部、および前記ロータは、この順に半径方向内側から半径方向外側に向かって配置され、
前記ロータは、前記筒部に対して軸線方向で隣り合う箇所で前記可動体側に向けて回転出力することを特徴とする直動アクチュエータ。 - 請求項1において、前記支軸は、前記固定側部材のうち、反出力側に位置する部分と一体に構成されていることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項1または2において、前記ステータは、円環状の駆動コイルと、該駆動コイルを軸線方向の両側から挟む円環状のステータコアを備え、
前記ステータコアは、前記ロータが配置されたロータ配置穴の内周面に沿って周方向に並ぶ複数の極歯を備え、
前記ロータは、外周面でS極とN極とが周方向で交互に並ぶロータマグネットを備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 請求項3において、前記固定側部材は、前記ステータの出力側端面に固着された第1のホルダと、前記ステータの反出力側端面に固着された第2のホルダとを備え、
前記支軸は、前記第2のホルダから起立していることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 請求項3または4において、前記ロータは、内周側に前記ロータマグネットと一体成形されたスリーブ状樹脂部を備え、
前記ロータマグネットの軸線方向の少なくとも一方側の端面には、軸線方向に突出する凸部および軸線方向に凹む凹部のうちの少なくとも一方から構成されて前記スリーブ状樹脂部の食い込みにより当該スリーブ状樹脂部と前記ロータマグネットとの固着強度を高める補強部が形成されていることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記軸穴は、前記可動体の出力側で閉塞しており、
前記可動体には、前記軸穴の出力側部分に連通する空気穴が形成されていることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 請求項1ないし6のいずれかにおいて、前記回転直進変換機構は、前記ロータの軸線方向の移動を阻止するロータ支持機構と、前記ロータに対する前記可動体の供回りを阻止する供回り阻止機構と、前記ロータの回転を前記可動体に伝達して当該可動体を直動させる伝達機構とを備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項7において、前記伝達機構は、前記可動体の外周面に形成された雄ねじと、前記ロータの内周面に形成された雌ねじとを備えたねじ機構からなることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項8において、前記固定側部材と前記可動体との間には、前記ねじ機構のバックラッシュを防止するばねを備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項7ないし9のいずれかにおいて、前記供回り防止機構は、前記可動体の一方側および他方側への回転を当該可動体と前記固定側部材との間の干渉により阻止する干渉部を備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項7ないし9のいずれかにおいて、前記供回り防止機構は、前記可動体の一方側の回転を当該可動体と前記固定側部材との干渉により阻止する干渉部と、前記可動体と前記固定側部材との間で前記可動体の他方側への回転に抗力を発生させる付勢部とを備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項7ないし9のいずれかにおいて、前記供回り防止機構は、前記可動体と前記固定側部材との間で前記可動体の一方側および他方側への回転に抗力を発生させる付勢部を備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項11または12において、前記付勢部は、前記可動体を軸線方向に直交する方向の付勢力を当該可動体に印加していることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項1ないし6のいずれかにおいて、前記可動体と前記固定側部材との間で軸線方向と直交する方向の付勢力を前記可動体に印加する前記付勢部を備えていることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項11ないし14のいずれかにおいて、前記付勢部は、前記可動体と前記固定側部材との間に配置されたばねであることを特徴とする直動アクチュエータ。
- 請求項11ないし14のいずれかにおいて、前記付勢部は、前記可動体あるいは前記固定側部材の一部により構成されたばねであることを特徴とする直動アクチュエータ。
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