JP5603724B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関する。

従来、この種のリニアアクチュエータとしては、たとえば、有底筒状のチューブと、軸方向に並べて設けられる永久磁石を外周で保持する筒状のヨークと、チューブの内周に設けた複数のコイルとを備えて、チューブに対してヨークを軸方向に駆動するものがある（特許文献１参照）。

そして、このリニアアクチュエータにあっては、チューブの底部にヨーク内に進退するロッドを設けており、このロッドの先端にヨークの内周に摺接する軸受を設けるとともに、ヨークの内周に当該ロッドの外周に摺接する軸受を設けて、ヨークの移動を案内して円滑な伸縮を実現しようとしている。

また、ヨークの他端には、チューブの開口端を覆う筒状の保護カバーが設けられており、この保護カバーは、開口端内周にチューブの外周に摺接するダストシールを備えていて、このシールによって、リニアアクチュエータ内への塵や埃、水滴などと言ったコンタミの侵入を防いでいる。

特開２００７−２７４８２０号公報（図１）

しかしながら、従来のリニアアクチュエータでは、シールによってリニアアクチュエータ内が密閉状態とされていて、コイルへ通電するとコイルが発熱しても外部へ熱が逃げにくくリニアアクチュエータ内に熱が籠って、永久磁石が熱減磁して、リニアアクチュエータの推力が低下してしまう可能性がある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、効率よく放熱して推力低下を招かないリニアアクチュエータを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の第１の課題解決手段は、アウターチューブと、有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルとを備えたリニアアクチュエータにおいて、内部に冷却液を充填し、上記インナーチューブの外周形状における横断面積と上記アウターチューブのロッドガイド摺接可能範囲の内周形状における横断面積とを等しく設定したことを特徴とする。
同じく、本発明の第２の課題解決手段は、アウターチューブと、有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルとを備えたリニアアクチュエータにおいて、内部に冷却液を充填し、上記インナーチューブの外周形状が円形であり、上記アウターチューブのロッドガイド摺接可能範囲の内周形状が円形であって、上記インナーチューブの外径と上記アウターチューブのロッドガイド摺接可能範囲の内径とを等しく設定したことを特徴とする。
同じく、本発明の第３の課題解決手段は、アウターチューブと、有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルと、を備えたリニアアクチュエータにおいて、
内部に冷却液を充填し、冷却液の温度変化による体積変化を補償する体積補償手段を備え、上記体積補償手段は、上記インナーチューブと上記ロッドとの間の環状隙間に設けられて上記インナーチューブと上記ロッドの両者に摺動自在に挿入される環状のフリーピストンと、このフリーピストンで上記インナーチューブ内に設けた気室とで構成したことを特徴とする。
同じく、本発明の第４の課題解決手段は、アウターチューブと、有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルとを備えたリニアアクチュエータにおいて、内部に冷却液を充填し、冷却液の温度変化による体積変化を補償する体積補償手段を備え、上記体積補償手段は、上記ロッドの外周に摺動自在に装着したロッドガイドと、上記ロッドの他端に設けたばね受けと、上記ばね受けと上記ロッドガイドとの間に介装したばねとで構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。

本発明のリニアアクチュエータによれば、内部に冷却液を充填しているので、冷却液を介してコイルへの通電によって発生した熱をアウターチューブおよびインナーチューブへ速やかに伝達することで、コイルが発生した熱を外部へ放熱することができ、これによって、永久磁石の熱減磁を防止することができ、リニアアクチュエータの推力低下を防止することができる。

本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの横断面図である。 （Ａ）本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータの最収縮状態を示す図である。（Ｂ）本実施の形態におけるリニアアクチュエータの最伸長状態を示す図である。 本発明の一実施の形態の一変形例におけるリニアアクチュエータの横断面図である。 本発明の一実施の形態の他の変形例におけるリニアアクチュエータの横断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。一実施の形態におけるにリニアアクチュエータ１は、図１に示すように、アウターチューブ２と、有底筒状とされて開口側をアウターチューブ２側へ向けて当該アウターチューブ２に摺動自在に挿入されるインナーチューブ３と、インナーチューブ３の底部３ａに一端が連結されるとともに他端がインナーチューブ３から突出するロッド４と、アウターチューブ２の内周に摺接するとともにロッド４を軸方向に案内するロッドガイド５と、複数の永久磁石６ａを備えてロッド４に保持される界磁６と、アウターチューブ２に保持されて界磁６に対向するように配置されるコイル７とを備えて構成されており、コイル７を励磁することによってアウターチューブ２とインナーチューブ３とを軸方向に相対変位させる推力を発生することができるようになっている。

以下、リニアアクチュエータ１の各部について詳しく説明する。アウターチューブ２は、この実施の形態では、筒状であって、その内方には、インナーチューブ３が挿入されている。詳しくは、アウターチューブ２は、ベース部１１と、ベース部１１に連結されるインナー側部１２とを備えて構成されている。

ベース部１１は、筒状であって、インナーチューブ側である図１中上端側より反インナーチューブ側である図１中下端側の方が小径に設定されて上記ロッドガイド５が摺動自在に挿入されるガイド摺接部１１ａとされ、ガイド摺接部１１ａより上方側の大径の部位を嵌合部１１ｂとされている。そして、嵌合部１１ｂの図１中上端開口端内周には螺子部１１ｃが形成されており、この螺子部１１ｃには、筒状のインナー側部１２が螺着される。

インナー側部１２は、ベース部１１と同様に筒状とされており、インナーチューブ側となる図１中上端の内周に設けた軸受装着部１２ｂには、インナーチューブ３の外周に摺接する環状の軸受１３が装着されており、また、同じく上端内周であって当該軸受１３の装着部位より外方側にはインナーチューブ３の外周に摺接する環状のダイナミックシール１４が装着されている。また、インナー側部１２のインナーチューブ側端となる図１中下端の外周には、上記したベース部１１の内周に形成の螺子部１１ｃに螺合する螺子部１２ａが設けられていて、インナー側部１２をベース部１１に螺着することでこれらインナー側部１２とベース部１１とが一体化されるようになっている。

コイル７は、複数が軸方向に並べられて配置されるとともに、筒状のコイルホルダ１５に保持されている。コイル７は、ロッド４の外周を取り巻くようにコイルホルダ１５に保持されて、ロッド４の外周に設けた界磁６に対向しており、図示するところでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を二つずつの合計６個設けられて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配置されている。そして、たとえば、コイル７の界磁６に対する電気角に基づいて通電位相切換を行うとともに、ＰＷＭ制御により、各コイル７の電流量を制御してリニアアクチュエータ１の推力と推力の発生方向を制御することができるようになっている。また、アウターチューブ２とインナーチューブ３とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、コイル７への通電、あるいは、コイル７に発生する誘導起電力によって、上記相対変位を抑制する推力を発生させてリニアアクチュエータ１に上記外力による機器の振動や運動をダンピングさせることもできる。

コイルホルダ１５は、コイル７を保持する筒状の保持部１５ａと、保持部１５ａの反インナーチューブ側となる図１中下端に設けたフランジ１５ｂと、フランジ１５ｂを軸方向に貫く透孔１５ｃとを備えて構成されている。また、リニアアクチュエータ１の制御にあたっては、コイル７に対する界磁６の相対位置を把握できればよいので、磁気センサその他の上記相対位置を把握することができる位置センサを設けておけばよいが、この実施の形態では、永久磁石６ａの磁気を検知する磁気センサ１６を位置センサとして使用しており、当該磁気センサ１６がコイルホルダ１５のフランジ１５ｂに埋設されている。なお、コイル７の数は、このリニアアクチュエータ１によって発生する推力や通電方式に適した数に設定されればよい。

そして、上述のように構成されたコイルホルダ１５のフランジ１５ｂをアウターチューブ２のベース部１１における嵌合部１１ｂに嵌合させるとともに、この状態のベース部１１の嵌合部１１ｂに形成した螺子部１１ｃにインナー側部１２の螺子部１２ａを螺合すると、上記フランジ１５ｂは、ベース部１１の嵌合部１１ｂとガイド摺接部１１ａとの境に形成される段部１１ｄとインナー側部１２の反インナーチューブ側端１２ｃとで挟持され、コイルホルダ１５はアウターチューブ２に固定される。このように、界磁６の位置を検知する位置センサ、この場合、磁気センサ１６と、コイル７とがコイルホルダ１５に組み込まれてカートリッジ化されているため、アウターチューブ２へのコイル７と磁気センサ１６の組み込みが簡単となっている。

インナーチューブ３は、有底筒状とされていて、開口側をアウターチューブ２側へ向けて、アウターチューブ２内に挿入されている。詳しくは、インナーチューブ３は、アウターチューブ２のインナー側部１２とコイルホルダ１５との間に環状の隙間に挿入されている。また、インナーチューブ３の開口側端の外周に設けた軸受装着部３ｃには、アウターチューブ２におけるインナー側部１２の内周に摺接する環状の軸受１７が装着されている。すなわち、インナーチューブ３は、上記した軸受１３および軸受１７を介して摺動自在にアウターチューブ２内に挿入されていて、リニアアクチュエータ１に作用する横力による曲げモーメントをアウターチューブ２とインナーチューブ３とで受ける構造となっている。

また、インナーチューブ３の側部であって、軸受１７の至近には、インナーチューブ３とアウターチューブ２との間に形成される環状の空隙Ａをインナーチューブ３内へ連通する連通孔３ｂを備えており、当該空隙Ａが密閉されないようになっていて、リニアアクチュエータ１の伸縮時に当該空隙Ａの圧力変動によってリニアアクチュエータ１の円滑な伸縮作動を阻害しないようになっている。

そして、インナーチューブ３の底部３ａには、ロッド４の一端が連結されていて、ロッド４の他端はインナーチューブ３の開口端から外方となるアウターチューブ側へ向けて突出していてアウターチューブ２のベース部１１におけるガイド摺接部１１ａに臨んでいる。このロッド４は、この実施の形態の場合、永久磁石６ａを内部に収容する筒部４ａと、筒部４ａの一方の開口端を閉塞するとともに上記インナーチューブ３の底部３ａに連結されるロッド４の一端としてのプラグ４ｂと、筒部４ａの他方の開口端を閉塞するとともにロッドガイド５に連結されるロッド４の他端としてのプラグ４ｃとを備えて構成されている。

そして、上述したように、ロッド４の筒部４ａ内には、軸方向に並べて配置される複数の環状の永久磁石６ａが収容されていて、この永久磁石６ａは、上記筒部４ａ内に収容されることでロッド４に保持されている。この場合、永久磁石６ａは、軸方向にＮ極とＳ極が現れるように着磁されており、隣り合う永久磁石６ａは同極同士を対向させてロッド４に軸方向に並べて保持されている。また、このロッド４は、上記したコイルホルダ１５の内周側に挿通されており、永久磁石６ａは、コイルホルダ１５に保持されたコイル７に対向している。つまり、コイル７を保持しているコイルホルダ１５は、インナーチューブ３とロッド４との間に形成される環状隙間Ｂ内に挿入されていて、永久磁石６ａとコイル７が対向している。したがって、ロッド４の外周にこれらの永久磁石６ａによって、コイル７へ作用させる磁界が発生されており、これらの永久磁石６ａでリニアアクチュエータ１における界磁６を構成している。

なお、ロッド４における筒部４ａは、強磁性体材料で形成されると筒部４ａ内に磁束が集中して永久磁石６ａの外周周りにおける磁束に影響を与えるので、非磁性体材料によって形成されるとよい。また、図示するところでは、永久磁石６ａは、ロッド４に六個設けられているが、リニアアクチュエータ１の駆動ができる限りにおいて、設置数は複数であればよく、これに限られない。

さらに、この実施の形態にあっては、ロッド４は、内部が中空とされて、当該内部に永久磁石６ａを収容する構造となっているが、ロッド４を単なる円柱として外周に永久磁石６ａを装着するようにしてもよい。また、永久磁石６ａは、内周と外周で極が異なるように着磁されていてもよく、いずれにしても、ロッド４の軸方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に現れるようになっていればよい。なお、この実施の形態では、永久磁石６ａ間にそれぞれ円盤状のヨーク１８を介装するようにしており、これによって、ロッド４の外周に効率よく磁界を生じさせることができるようになっている。

また、ロッド４の他端となるプラグ４ｃに固定されるロッドガイド５は、円板状とされており、外周にアウターチューブ２のベース部１１におけるガイド摺接部１１ａの内周に摺接するダイナミックシール１９が装着されている。つまり、ロッド４の他端に設けたロッドガイド５は、ダイナミックシール１９を介してアウターチューブ２のガイド摺接部１１ａに摺動自在に挿入されている。そして、リニアアクチュエータ１の伸縮の際に、ロッドガイド５は、ロッド４を軸方向に案内してアウターチューブ２に対して軸振れしないようになっている。そして、ロッド４の一端としてのプラグ４ｂは、インナーチューブ３の底部３ａに連結されており、インナーチューブ３はアウターチューブ２に軸受１３，１７を介して径方向に位置決めされて軸振れしないようになっているので、ロッド４は、アウターチューブ２およびインナーチューブ３に径方向に位置決めされて両者に対して軸振れしないようになっている。

また、コイル７は、アウターチューブ２に保持されて径方向に位置決めされているので、コイル７と界磁６を保持するロッド４も互いに軸振れしないので、このリニアアクチュエータ１は、円滑な作動を行うことができる。

そして、アウターチューブ２とインナーチューブ３との間は、ダイナミックシール１４によってシールされ、アウターチューブ２とロッドガイド５との間はダイナミックシール１９によってシールされているので、リニアアクチュエータ１の内部はこれらダイナミックシール１４，１９によって密閉状態に保持されていて、リニアアクチュエータ１の内部には、気体に比較して熱伝導率が高い冷却液が充填される。

また、このリニアアクチュエータ１は、インナーチューブ３が図１中下方へ移動してアウターチューブ２内へ侵入する収縮行程においては、図２（Ａ）に示すように、インナーチューブ３の開口端となる図１中下端がコイルホルダ１５におけるフランジ１５ｂに当接するまでストロークすることができ、反対に、インナーチューブ３が図１中上方へ移動してアウターチューブ２内から退出する伸長行程においては、図２（Ｂ）に示すように、インナーチューブ３の軸受装着部３ｃとアウターチューブ２の軸受装着部１２ｂとの衝合するまで、ストロークすることができ、コイルホルダ１５におけるフランジ１５ｂは、リニアアクチュエータ１のストロークを規制するストッパとしても機能している。なお、伸長時のストローク規制をロッドガイド５の図１中上端をコイルホルダ１５におけるフランジ１５ｂの図１中下端に衝合させることで行うようにしてもよく、ストローク規制時に衝合しあう部材同士の間にクッションを設けたりして、ストローク規制時における衝撃を緩和するようにしてもよい。このように、リニアアクチュエータ１は、ストロークすることができ、ロッドガイド５は、図２に示すように、アウターチューブ２のガイド摺接部１１ａの内周を摺動範囲Ｌとしている。

そして、アウターチューブ２とインナーチューブ３との間の空隙Ａは、連通孔３ｂを介してインナーチューブ３内に連通されるとともに、アウターチューブ２とコイルホルダ１５との間に形成される空間Ｃ、インナーチューブ３とロッド４との間の環状隙間Ｂおよびアウターチューブ２とロッドガイド５とで形成される空間Ｄにも連通されている。

つまり、リニアアクチュエータ１内に形成される空隙Ａ、環状隙間Ｂおよび空間Ｃ，Ｄは、互いに連通されている。そして、リニアアクチュエータ１がストロークすると、これら空隙Ａ、環状隙間Ｂおよび空間Ｃ，Ｄのそれぞれ内部容積は変化する。ここで、インナーチューブ３の外周形状における横断面積と、アウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの内周形状における横断面積とを等しくしている。インナーチューブ３の外周形状における横断面積は、インナーチューブ３の図１中水平切断面の外周形状で囲われた面積を示しており、アウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの内周形状における横断面積は、アウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの図１中水平切断面の外周形状で囲われた面積を示している。なお、この実施の形態の場合、アウターチューブ２の全長に無駄な長さが生じないように、ガイド摺接部１１ａの全長に亘ってロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌとしているが、リニアアクチュエータ１がストロークしてもロッドガイド５が摺接しない範囲を設ける場合、当該摺接しない範囲における内周形状の横断面積をインナーチューブ３の外周形状における横断面積と等しく設定する必要はない。

このように、インナーチューブ３の外周形状における横断面積と、アウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの内周形状における横断面積とを等しくすると、図２のように、リニアアクチュエータ１が図２（Ａ）に示す最収縮状態からストロークして、図２（Ｂ）に示す最伸長状態へ変位すると、空隙Ａの容積と空間Ｄの容積がストロークに伴って減少し、代わりに当該ストロークに伴って、環状隙間Ｂと空間Ｃの容積が増大する。

最伸長状態へストロークすることで空隙Ａが容積減少するが、この空隙Ａにおける容積減少分ｘを図２（Ａ）に示すと図中で大網掛部分となるが、この減少分ｘは、ストローク後の状態を示す図２（Ｂ）において空間Ｃの容積増大分のうち網掛部分で示す容積増大分ｘ’（大網掛部分）と等しくなる。また、最伸長状態へストロークすることで空間Ｄが容積減少するが、この空間Ｄにおける容積減少分ｙを図２（Ａ）に示すと図中で小網掛部分となるが、この減少分ｙは、ストローク後の状態を示す図２（Ｂ）において環状空間Ｂの小網掛部分で示す容積増大分ｙ１’と図２（Ｂ）において空間Ｃの小網掛け部分で示す容積増大分ｙ２’を合算したものに等しくなる。

このように、インナーチューブ３の外周形状における横断面積と、アウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの内周形状における横断面積とを等しく設定すると、リニアアクチュエータ１がストロークして、空隙Ａと空間Ｄの容積が減少する場合には、この減少分だけ環状隙間Ｂと空間Ｃの容積が増大し、反対に、環状隙間Ｂと空間Ｃの容積が減少する場合には、この減少分だけ空隙Ａと空間Ｄの容積が増大することになり、リニアアクチュエータ１の内部容積に変化がなくなる。

したがって、リニアアクチュエータ１が伸縮しても、内部容積に変化がなく、内部圧力によってアウターチューブ２とインナーチューブ３を相対移動させる力が働かず、リニアアクチュエータ１に電磁力による推力以外の推力を発生させずに済むとともに、リニアアクチュエータ１の伸縮に伴って内部容積が変化することがないので、リニアアクチュエータ１の外部から内部へ冷却液を補充したり内部から外部へと冷却液を排出させたりするリザーバを設けずに済む。

そして、このリニアアクチュエータ１にあっては、内部に冷却液を充填しているので、冷却液を介してコイル７への通電によって発生した熱をアウターチューブ２およびインナーチューブ３へ速やかに伝達することで、コイル７が発生した熱を外部へ放熱することができ、これによって、永久磁石６ａの熱減磁を防止することができ、リニアアクチュエータ１の推力低下を防止することができる。

さらに、リニアアクチュエータ１が伸縮しても、内部容積に変化がないので、内部圧力が然程変動することがなく、リニアアクチュエータ１の内部へのコンタミの吸い込みをも防止することができる。

また、上記したところでは、インナーチューブ３の外周形状とアウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの内周形状を円形としているので、直径を等しくすることによって、上記各横断面積を等しくすることができるが、インナーチューブ３の外周形状とアウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの内周形状の各横断面積が等しければよいので、これら形状は円形に限定されるものではない。

ここで、冷却液は、温度変化によって体積変化するので、体積補償手段を設けるとよい。体積補償手段としては、たとえば、図３に示すように、インナーチューブ３とロッド４との間の環状隙間にインナーチューブ３とロッド４の両者に摺動自在に挿入される環状のフリーピストン２０と、このフリーピストン２０でインナーチューブ３内に設けた気室Ｇとで構成したことにより、冷却液の体積変化を気室Ｇの体積変化で補償することができる。

また、体積補償手段としては、図４に示すように、上記ロッド４の外周に摺動自在に装着した環状のロッドガイド２１と、ロッド４の他端としてのプラグ４ｃに設けたばね受け２２と、ばね受け２２とロッドガイド２１との間に介装したばね２３とで構成するようにしてもよい。この場合、ロッドガイド２１は、環状であって、外周にはアウターチューブ２のガイド摺接部１１ａの内周に摺接するダイナミックシール２４が装着され、内周にはロッド４の外周に摺接するダイナミックシール２５が装着され、ロッド４の軸方向移動を案内して、ロッド４のアウターチューブ２に対する軸振れを防止することができるようになっている。そして、このようにロッドガイド２１は、ロッド４に対してはダイナミックシール２５を介して、アウターチューブ２のガイド摺接部１１ａに対してはダイナミックシール２４を介して摺接していて、リニアアクチュエータ１内を密封している。

このリニアアクチュエータ１が伸長する場合、ロッド４の先端に取り付けたばね受け２２が図４中上方へ移動しようして、ばね２３を介してロッドガイド２１が上方へ押圧されるので、ロッドガイド２１はロッド４に追随して動作し、ロッドガイド５がロッド４に固定されている場合と同様に、リニアアクチュエータ１の内部容積を変化させない。反対に、このリニアアクチュエータ１が収縮する場合、ロッドガイド２１には、増大する空間Ｄ内に流れ込んでくる冷却液によって押圧されるので、ロッド４の動きに追随してロッドガイド２１も空間Ｄを増大させるので、収縮行程にあっても、ロッドガイド５がロッド４に固定されている場合と同様に、リニアアクチュエータ１の内部容積を変化させない。なお、ばね２３を省略しても、リニアアクチュエータ１が伸長する場合、リニアアクチュエータ１内の圧力が減少して外気圧によってロッドガイド２１が押圧されてアウターチューブ２の奥側へ移動することができるので、そのようにしてもよい。しかし、その場合、リニアアクチュエータ１の伸長時にロッドガイド２１がダイナミックシール２４の摩擦抵抗によってリニアアクチュエータ１の内部圧力が低下するため、リニアアクチュエータ１がその分伸長しにくくなるので、ばね２３を設ける方が効率よくリニアアクチュエータ１を伸長させることができる。

そして、冷却液が温度変化して体積が減少する場合には、ロッドガイド２１がアウターチューブ２の奥側へ移動してリニアアクチュエータ１の内部容積を冷却液の体積減少見合いで減少させ、反対に、冷却液の体積が増大する場合には、ロッドガイド２１がばね２３を押し縮めてアウターチューブ２の図４中下端側へ移動してリニアアクチュエータ１の内部容積を冷却液の体積増大見合いで増大させ、冷却液の体積変化を補償する。

この図４に示したリニアアクチュエータ１にあっては、ロッドガイド２１がアウターチューブ２対して軸方向へ移動することで冷却液の体積変化を補償するようになっており、フリーピストンやリザーバを設けて体積補償する場合に比べ、部品の増加を最小限にとどめることができ、製造コストを低減することができ、重量も低減することができる。

なお、上記したところでは、リニアアクチュエータ１が伸縮しても、内部容積に変化がないようにしているが、体積補償手段を設ける場合、リニアアクチュエータ１の伸縮に伴って内部容積が変化しても、これを体積補償手段によって補償することも可能であるから、インナーチューブ３の外周形状における横断面積と、アウターチューブ２におけるロッドガイド５の摺接可能範囲Ｌの内周形状における横断面積とを等しく設定しなくともよい。また、体積補償手段は、図３および図４に示したものに限定されるものではなく、たとえば、図示はしないが、リニアアクチュエータ１の外方にリニアアクチュエータ１の内部に連通されるリザーバを設けるようにしてもよく、その場合、リザーバに冷却装置を設けてリザーバ内の冷却液を冷却するとともに、周知の油圧シリンダのユニフロー構造を採用してリニアアクチュエータ１の伸縮に伴ってリニアアクチュエータ１の内部とリザーバとで冷却液を循環させるか、或いは、ポンプを用いて冷却液を循環させることでコイル７を冷却するようにしてもよい。さらに、より放熱を促進するべく、アウターチューブ２の外周に放熱用のフィンを設けるようにしてもよい。

環状隙間Ｂと空間Ｄとは、ロッド４とコイルホルダ１５との間の隙間を介して連通されるが、この隙間の断面積を極力小さくする方がリニアアクチュエータ１の推力を向上のためには有利であり、この隙間を小さくするとリニアアクチュエータ１のストロークの際に内部の冷却液が環状隙間Ｂと空間Ｄとを行き来する際に冷却液の流れに抵抗を与えてしまい、リニアアクチュエータ１のストロークに抗する減衰力が発生してしまうことになるが、本実施の形態では、コイルホルダ１５のフランジ１５ｂに冷却液の流れを阻害しない程度の断面積を持つ透孔１５ｃを設けていて、環状隙間Ｂと空間Ｄとを連通させているので、リニアアクチュエータ１のストロークに抗する減衰力の発生を抑制している。つまり、換言すれば、透孔１５ｃを設けることで、ロッド４とコイルホルダ１５との間の隙間を小さくすることができ、上記減衰力の発生を抑制しつつリニアアクチュエータ１の最大推力を向上させることができるのである。なお、上記透孔１５ｃの途中に流路面積を可変にするか、透孔１５ｃを遮断することが可能なバルブを設けておけば、リニアアクチュエータ１に外力が作用する場合にバルブで適宜冷却液の流れに抵抗を与えたり透孔１５ｃを遮断したりして、当該外力に抗する減衰力を発生させてコイル７への通電による推力に減衰力を加算して当該外力に対向する力を発生させることもでき、その場合には、コイル７への通電量を低減することができ発熱量を低減することも可能であり、また、バルブを用いて冷却液の流れに抵抗を与えて減衰力を発生させることができるから、リニアアクチュエータ１の失陥時には、アクチュエータとして機能できなくともダンパとして機能させることができる利点もある。

また、本実施の形態のリニアアクチュエータ１によれば、リニアアクチュエータ１に作用する横力による曲げモーメントをアウターチューブ２とインナーチューブ３とで受ける構造となっているので、ロッド４には過大な曲げモーメントが作用することがなく、ロッド４に保持される永久磁石６ａへ過大な応力が作用することを防止することができる。また、この実施の形態の場合、コイル７がアウターチューブ２にフランジ１５ｂを介して固定される筒状のコイルホルダ１５に設けられているので、当該コイル７にも過大な曲げモーメントが作用しないのでコイルホルダ１５からコイル７が剥離したりコイル７が断線したりすることも阻止されることになる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明は、リニアアクチュエータに利用可能である。

１ リニアアクチュエータ
２ アウターチューブ
３ インナーチューブ
３ａ インナーチューブにおける底部
３ｂ インナーチューブにおける連通孔
３ｃ インナーチューブにおける軸受装着部
４ ロッド
４ａ ロッドにおける筒部
４ｂ，４ｃ ロッドにおけるプラグ
５ ロッドガイド
６ 界磁
６ａ 永久磁石
７ コイル
１１ アウターチューブにおけるベース部
１１ａ ベース部におけるガイド摺接部
１１ｂ ベース部における嵌合部
１１ｃ ベース部における螺子部
１１ｄ ベース部における段部
１２ アウターチューブにおけるインナー側部
１２ａ インナー側部における螺子部
１２ｂ インナー側部における軸受装着部
１２ｃ インナー側部における反インナーチューブ側端
１３，１７ 軸受
１４，１９，２４，２５ ダイナミックシール
１５ コイルホルダ
１５ａ コイルホルダにおける保持部
１５ｂ コイルホルダにおけるフランジ
１５ｃ コイルホルダにおける透孔
１６ 磁気センサ
２０ フリーピストン
２１ ロッドガイド
２２ ばね受け
２３ ばね
Ａ 空隙
Ｂ 環状隙間
Ｃ，Ｄ 空間
Ｇ 気室
Ｌ アウターチューブにおけるロッドガイドの摺接可能範囲

Claims (9)

1. アウターチューブと、
   有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、
   インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、
   アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、
   複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、
   アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルと、
   を備えたリニアアクチュエータにおいて、
   内部に冷却液を充填し、
   上記インナーチューブの外周形状における横断面積と上記アウターチューブのロッドガイド摺接可能範囲の内周形状における横断面積とを等しく設定したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. アウターチューブと、
   有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、
   インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、
   アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、
   複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、
   アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルと、
   を備えたリニアアクチュエータにおいて、
   内部に冷却液を充填し、
   上記インナーチューブの外周形状が円形であり、上記アウターチューブのロッドガイド摺接可能範囲の内周形状が円形であって、上記インナーチューブの外径と上記アウターチューブのロッドガイド摺接可能範囲の内径とを等しく設定したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
3. アウターチューブと、
   有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、
   インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、
   アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、
   複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、
   アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルと、
   を備えたリニアアクチュエータにおいて、
   内部に冷却液を充填し、
   冷却液の温度変化による体積変化を補償する体積補償手段を備え、
   上記体積補償手段は、上記インナーチューブと上記ロッドとの間の環状隙間に設けられて上記インナーチューブと上記ロッドの両者に摺動自在に挿入される環状のフリーピストンと、
   このフリーピストンで上記インナーチューブ内に設けた気室とで構成した
   ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
4. アウターチューブと、
   有底筒状とされて開口側をアウターチューブ側へ向けて当該アウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブと、
   インナーチューブの底部に一端が連結されるとともに他端がインナーチューブから突出するロッドと、
   アウターチューブの内周に摺接してロッドを軸方向に案内するロッドガイドと、
   複数の永久磁石を備えてロッドに保持される界磁と、
   アウターチューブに保持されて界磁に対向するように配置されるコイルと、
   を備えたリニアアクチュエータにおいて、
   内部に冷却液を充填し、
   冷却液の温度変化による体積変化を補償する体積補償手段を備え、
   上記体積補償手段は、上記ロッドの外周に摺動自在に装着したロッドガイドと、
   上記ロッドの他端に設けたばね受けと、
   上記ばね受けと上記ロッドガイドとの間に介装したばねとで構成した
   ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
5. 上記ロッドガイドが上記ロッドの他端に固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
6. 上記コイルは、上記ロッドと上記インナーチューブとの間に形成される環状隙間内に挿入される筒状のコイルホルダに保持されるとともに、当該コイルホルダは反インナーチューブ側端にフランジを備え、当該フランジを上記アウターチューブへ固定したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。
7. 上記アウターチューブは、上記ロッドガイドが摺接自在に挿入されるガイド摺接部とガイド摺接部のインナーチューブ側端に連なり上記コイルホルダのフランジが嵌合されるとともにガイド摺接部より内径が大径な嵌合部とを備えた筒状のベース部と、
   上記インナーチューブが挿入されるとともに上記嵌合部の端部に螺着される筒状のインナー側部とを備え、
   上記ベース部における嵌合部と上記ガイド摺接部との境に形成される段部と上記インナー側部の端部とで上記フランジを挟持して、
   上記コイルホルダを上記アウターチューブに固定することを特徴とする請求項６に記載のリニアアクチュエータ。
8. 上記コイルホルダのフランジに軸方向に貫く透孔を設けたことを特徴とする請求項６または７に記載のリニアアクチュエータ。
9. 上記コイルホルダのフランジに上記ロッドの位置を検出する位置センサを埋設したことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のアクチュエータ。

Images