JP5612397B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はロータの回転運動を出力軸の軸方向の直線運動に変換して出力するリニアアクチュエータに関し、特にねじ部の螺合箇所に塗布したグリースの飛散を防止したリニアアクチュエータに関する。

従来、ステッピングモータは制御性の良さから各種ＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器や各種ＯＡ（オフィス・オートメーション）機器等に用いられているが、特にＰＭ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）型ステッピングモータは低価格なことから、近年、その構造を部分的に用いて、ロータの回転運動を出力軸の軸方向の直線運動に変換したアクチュエータとしても利用されている。

このアクチュエータは、例えば、ガス流量制御弁の制御や車輌用ヘッドライトの光軸制御等に使用されている。このようなアクチュエータの一例として、図６に示す構造のリニアアクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載のリニアアクチュエータを示した図である。なお、図６において参照番号を付した構成であっても、本発明との対比における主要部ではないものについては説明を省略する。

このリニアアクチュエータ１００は、ステッピングモータを応用した構造を有しており、ステータ２と、ステータ２に対して回転運動するロータユニット１０と、ロータユニット１０の回転運動が直線運動に変換されて直線運動する出力軸１３とを備えている。

ステータ２は、ステータユニット３ａとステータユニット３ｂから構成され、ステータユニット３ａは内周に複数の櫛歯状の極歯が交互に噛み合わされた一対のステータヨーク４ａ、５ａの中にコイル６ａを装着して構成され、ステータユニット３ｂは内周に複数の櫛歯状の極歯が交互に噛み合わされた一対のステータヨーク４ｂ、５ｂの中にコイル６ｂを装着して構成されており、ステータユニット３ａ、３ｂは樹脂モールドにて背中合わせで一体に構成されている。

ロータユニット１０は、表面に多極着磁されたロータマグネット１１と、樹脂部２７と、雌ねじ部を有するナット部１２とで構成され、ステータ２の内側に配置され、軸受１５、１６にて回転可能に支持されている。出力軸１３はその後端側の外周面にはナット部１２の雌ねじ部と螺合する雄ねじ部１４が形成され、出力軸１３の先端側には軸方向と直交する方向に回転防止用ピン２４が突設されている。

ステータ２の先端側にはハウジング２１が取付けられており、ハウジング２１の中心孔から出力軸１３の先端が突出している。そして、ハウジング２１の内周面には出力軸１３の軸方向に沿う溝４０が形成され、その溝４０に回転防止用ピン２４が収納されている。従って、ロータユニット１０が回転すると、溝４０によって回転防止用ピン２４の回転が規制されるため、雌ねじ部であるナット部１２と雄ねじ部１４とが摺動し、回転防止用ピン２４が溝４０をガイドとして軸方向に移動する結果、出力軸１３が直線運動する。

摺動部である出力軸１３の雄ねじ部１４にはグリースを塗付することによって、接触部分の摩擦力を低減し、耐久性の確保を図っているが、リニアアクチュエ−タの動作が繰り返されると、塗付されたグリースが時間の経過とともに飛散して、摩擦力が増大し，リニアアクチュエ−タの動作不良などが生じる可能性がある。

これに対して、グリース溜り部を形成してグリースの飛散を防止したリニアアクチュエータがある（例えば、特許文献２参照）。

図７は、特許文献２に記載のリニアアクチュエータにおけるナットを示す縦断面図であり、図８は、図７に示すロックナットを除いた状態におけるナットの縦断面図である。なお、図７および図８において参照番号を付した構成であっても、本発明との対比における主要部ではないものについては説明を省略する。

ナット４１の内周面には台形ネジ（ねじ山が台形状のもの）４１ａが形成してあり、この台形ネジ４１ａがアクチュエ−タ軸に形成した台形ネジ（不図示）と噛み合っている。ナット４１が回転すると台形ネジ４１ａのねじ山が軸方向に移動し、それと噛み合っているアクチュエ−タ軸の台形ネジが軸方向に移動するので、アクチュエ−タ軸が軸方向に移動する。

ナット４１の軸方向の中央部には、その内周面に沿う位置に形成した環状の溝部４１ｅと、外周面に沿う位置に形成した環状の溝部４１ｃと、連通孔４１ｄが形成されている。連通孔４１ｄは、溝部４１ｅと４１ｃとを連通する。

図７および８に示すように、ねじ４４ａ、４１ｆで固定される円筒形状のロックナット４４が、ナット４１の外周を覆うので、溝部４１ｃは閉塞された環状の空間、即ちグリース溜りを形成する。また、溝部４１ｅも閉塞された環状の空間、即ちグリース溜りを形成する。従って、溝部４１ｅ、４１ｃ及び連通孔４１ｄにグリースが溜っている。そして、ナット４１が回転し、台形ネジ４１ａが動くと、それに伴って溝部４１ｅ内のグリースが、自然に少しずつ台形ネジ４１ａの接触部分に塗付される。

グリース溜りは閉塞された空間であるため、アクチュエ−タの動作に伴って、その空間内のグリースが飛散することはない。溝部４１ｅ内のグリース量が減少すると、連通孔４１ｄを介して、溝部４１ｃ内のグリースが溝部４１ｅ内に移動し、補給される。また、連通孔４１ｄの空間は溝部４１ｅ及び４１ｃの大きさに比べて小さいので、溝部４１ｃ内のグリースが短時間で溝部４１ｅ内に一気に移動することはなく、時間の経過に伴ってグリースは徐々に移動する。従って、長期間に亘ってグリースがグリース溜り内に保持される。

特開２００５−３５４８５８号公報 特開平０７−２８５４４６号公報

しかしながら、特許文献２に記載の発明では、特許文献２に記載のように、ナット４１は溝部４１ｅ、４１ｃ及び連通孔４１ｄを設ける必要があり、製造上、加工工数が増えて部品のコスト増を招き、コストダウンできないという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、簡易な構成でグリースの飛散を防止して接触部分の摩擦力を低減し、耐久性が向上するリニアアクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステータユニットと、該ステータユニットの内側に配置されて回転可能に支持されたロータマグネットを有するロータユニットと、該ロータユニットの回転運動が直線運動に変換されて直線運動する出力軸と、前記ロータユニットの内側に設けられ前記出力軸に形成したねじ部と螺合してなるナット部とを備えたリニアアクチュエータにおいて、前記ナット部の軸方向両側のうち少なくとも一方の端面にグリース溜り部を設けたキャップを装着した状態で前記ロータマグネットとともにインサートモールドで一体に形成したことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、前記ナット部の軸方向両側の端面に前記グリース溜り部を設けたキャップを備えたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のリニアアクチュエータにおいて、前記キャップ部は前記ナット部を装着するための凹部を備え、該凹部の底面に放射状に配置された壁で分けられた複数の凹部を形成し、該複数の凹部が前記グリース溜り部を構成してなることを特徴とする。

本願請求項１に係る発明によれば、ナット部の軸方向両側のうち少なくとも一方の端面にグリース溜り部を設けたキャップを装着した状態で前記ロータマグネットとともにインサートモールドで一体に形成した構成であるので、簡易な構成の摺動部である出力軸のねじ部に塗布したグリースの飛散を防止でき、ナット部のねじ部と回転軸のねじ部との接触部分の摩擦力を低減し、耐久性が向上すると共に、コストの増加を抑制することができる。

本願請求項２に係る発明によれば、ナット部の軸方向両側の端面にグリース溜り部を設けたキャップを装着した構成であるので、摺動部である出力軸のねじ部に塗布したグリースの飛散を更に防止できるので、ナット部のねじ部と回転軸のねじ部での接触部分の摩擦力を低減し、耐久性が大幅に向上する。

本願請求項３に係る発明によれば、キャップ部はナット部を装着するための凹部を備え、該凹部の底面に放射状に配置された壁で分けられた複数の凹部を形成し、該複数の凹部がグリース溜り部を構成したので、凹部の底面がナット部の受け面として機能するとともに、複数の凹部がグリースの溜り部となり、出力軸のねじ部に塗布したグリースを溜めて保持する結果、グリースの飛散を更に防止できるので、ナット部のねじ部と回転軸のねじ部での接触部分の摩擦力を低減し、耐久性が大幅に向上する。

本願請求項４に係る発明によれば、ナット部のねじ部の内周面に出力軸と平行な溝を設けた構成であるので、該溝もグリース溜りとして機能するためより効果的にグリースを保持する結果、グリースの飛散を更に防止できるので、ナット部のねじ部と回転軸のねじ部での接触部分の摩擦力が低減し、耐久性が大幅に向上する。

本発明の一実施の形態に係るリニアクチュエータの構造を示した図である。 図１に示したキャップ５０を示す斜視図である。 図２に示したキャップ５０の平面図である。 図３に示したキャップ５０の側断面図である。 （ａ）は図１に示したナット部１２の平面図であり、（ｂ）は（ａ）とは別の例のナット部の平面図である。 従来のリニアクチュエータの構造を示した図である。 他の従来のリニアアクチュエータにおけるナットを示す縦断面図である。 図７に示したナットのロックナットを除いた状態におけるナットの縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るリニアアクチュエータの構造を示した図である。

本発明のリニアアクチュエータ１の構造は、図６に示した特許文献１のリニアアクチュエータ１００と基本構造は同じであるため、共通の部材には共通の引用符号を付して説明し、詳細な説明は省略する。

ステータ２は、ステータユニット３ａとステータユニット３ｂから構成され、ステータユニット３ａは内周に複数の櫛歯状の極歯が交互に噛み合わされた一対のステータヨーク４ａ、５ａの内側にコイル６ａを装着して構成され、ステータユニット３ｂは内周に複数の櫛歯状の極歯が交互に噛み合わされた一対のステータヨーク４ｂ、５ｂの内側にコイル６ｂを装着して構成されており、ステータユニット３ａ、３ｂはＰＢＴなどの樹脂材料による樹脂モールドにて背中合わせで一体に構成されている。

さらに、ステータユニット３ａ、３ｂの樹脂モールド時に同時に、ステータユニット３ｂの底面側にはエンドプレート１７、ステータユニット３ａの上面側にはボス部１９がそれぞれ一体成形にて形成されている。そして、エンドプレート１７の内周面には軸受１５が嵌着され、ステータユニット３ａの上面にはボス部１９を用いてフロントプレート２０が嵌着される。コイル６ａ、６ｂは、端子２８ａ、２８ｂに絡げられて中継基板（不図示）に接続しており、中継基板に接続したコネクタ２９を介して励磁電流がコイル６ａ、６ｂに印加される。

ロータユニット１０は、ロータマグネット１１の両端面にロータマグネット１１の欠け防止と、ロータユニット１０との保持力向上ならびに寸法安定性とを兼ねた金属板のマグネットストッパー８ａ、８ｂを配し、中心に回転運動を直線運動に変換する変換部を構成するナット部１２を配してインサートモールドにて一体に構成している。ナット部１２には、摩擦係数が小さく耐摩耗性がある樹脂材料、例えばフッ素入りＰＰＳ樹脂でモールドしたものを使用する。ナット部１２の内周面にはネジ部１２ａを形成してある。また、ナット部１２の両端にはグリース溜りを有するキャップ５０が装着されている。

図２は図１に示したキャップ５０を示す斜視図であり、図３は図２に示したキャップ５０の平面図、図４は図３に示したキャップ５０の側断面図、図５（ａ）は図１に示したナット部を示す平面図である。

キャップ５０は、樹脂製で外形形状は略円形であって、外周面は周方向に凹部５４を形成している。

また、キャップ５０は中央に出力軸１３を挿通するための開口５１を有し、一方の端面にはキャップ５０の外形と略同一形状でナット部１２を嵌め込むための凹部５２を備え、凹部５２の底面５２ａには更に複数の凹部５３が形成されている。この凹部５３はグリース溜り部として機能する。

なお、ナット部１２を嵌め込むための凹部５２の底面５２ａは、ナット部１２が装着された際、ナット部１２の受け面として機能する。ナット部１２の両端に装着されるキャップ５０は同一形状であり、ナット部１２の両端にキャップ５０を装着した状態でロータマグネット１１と一緒にインサートモールドを行い、ロータユニット１０を構成している。インサートモールドの際、キャップ５０の外周面に形成した凹部５４は、モールド樹脂が入り込むことによってキャップ５０の回転防止となる。

２７はスリーブであり、例えばＰＢＴ樹脂からなり、両端にキャップ５０を装着したナット部１２とマグネットストッパー８ａ、８ｂとロータマグネット１１をインサートモールドした際に形成される。そして、スリーブ２７の両端には、ロータユニット１０を回転自在に保持する軸受１５、１６を備え、軸受１５はエンドプレート１７の内周面に嵌着され、軸受１６はハウジング２１の内周面に嵌着されている。

ロータユニット１０の中心には出力軸１３が取り付けられている。出力軸１３の一方側の外周面にはナット部１２のネジ部１２ａと噛み合うネジ部１４が形成されており、他方側には回転防止用ピン２４が嵌合保持され、他方側の先端にはヘッド２５が取り付けられている。

回転防止用ピン２４は、その両端が出力軸１３の外周面より突出するように嵌合保持され、回転防止用ピン２４の両端は、後述するハウジング２１の内周面に形成された溝４０の中に収納される。

フロントプレート２０は、外周に複数の爪２０ａを備え、溶接にてステータユニット３ａの上面側（回転軸１３が突出する側）に取り付けられている。フロントプレート２０の上面には中空のハウジング２１が装着されている。

ハウジング２１は小径円筒部と大径円筒部とからなり、その中央にある中空部分は出力軸１３を挿通するために機能する。小径円筒部の内周面には軸方向に伸長する溝４０が形成されており、この溝４０の中に回転防止用ピン２４の両端が収納される。フロントプレート２０の爪２０ａをハウジング２１の大径円筒部の外周面に形成した凹部の箇所で加締めて固定している。

次に、この実施例のリニアアクチュエータ１の動作について述べる。

コネクタ２９のピン２９ａを介して励磁電流がコイル６ａ、６ｂに印加されると、コイル６ａ、６ｂとロータマグネット１１の磁束の相互作用によりロータユニット１０が回転する。

ロータユニット１０の回転により出力軸１３も回転しようとするが、出力軸１３に嵌合保持された回転防止用ピン２４の両端部がハウジング２１の内周面に形成した溝４０の中に収納されているため、出力軸１３の回転が阻止される。

ロータユニット１０は回転し続け、ナット部１２のネジ部１２ａ（例えば雌ねじ）と出力軸１３のネジ部１４（例えば雄ねじ）との螺合によって、回転防止用ピン２４は溝４０に案内されて移動することになる。この結果、出力軸１３は軸方向に直線的に移動する。

ナット部１２のネジ部１２ａと出力軸１３のネジ部１４とが螺合する接触部分の摩擦力を低減し、両ネジ部１２ａ、１４の耐久性の確保を図るために出力軸１３のネジ部１４にはグリースを塗付する。

出力軸１３の移動動作が繰り返されると、塗付されたグリースは出力軸１３の移動動作に伴い、軸方向に引き延ばされるが、ナット部１２の両端に装着したキャップ５０によって密閉空間が形成されるため、引き伸ばされたグリースはキャップ５０のグリース溜り部として機能する凹部５３に溜まって保留される。

また、キャップ５０の凹部５３に溜まったグリースは出力軸１３の動作に伴い、適宜、キャップ５０の凹部５３から出力軸１３に供給される。このため、グリースがキャップ５０の凹部５３に保持されてグリースの飛散が防止できるので、ナット部１２のねじ部１２ａと出力軸１３のねじ部１４での接触部分の摩擦力を低減し、耐久性が大幅に向上する。

なお、上記実施形態の各構成の形状はあくまでも一例であり、本発明は、これに限定されるものではないことは勿論である。

例えば、本実施形態では、ナット部１２の両端にキャップ５０を装着しているが、少なくともナット部１２の一方端にキャップ５０を装着した場合であっても、引き伸ばされたグリースがキャップ５０の凹部５３に溜まって保留されるので、グリースの飛散を防止することができる。

また、ナット部１２の代わりに図５（ｂ）に示すナット部１２’のように、ねじ部１２ａ’の内周面に出力軸１３に平行で出力軸方向に伸長する複数の溝１２ｂ’を形成した構成であってもよい。そしてキャップ５０を設置することにより溝１２ｂ’もグリース溜りとして機能するため、より効果的にグリースを保持できる。

また、キャップ５０の外形は略円形にて形成されているが、ナット部１２と同様、六角形で形成しても良く、さらにその外周面にモールド樹脂が入り込むための凹部を形成しても勿論よい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および組み合わせが可能である。

１ リニアアクチュエータ
２ ステータ
３ａ、３ｂ ステータユニット
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ ステータヨーク
６ａ、６ｂ コイル
１０ ロータユニット
１３ 出力軸

Claims (4)

1. ステータユニットと、該ステータユニットの内側に配置されて回転可能に支持されたロータマグネットを有するロータユニットと、該ロータユニットの回転運動が直線運動に変換されて直線運動する出力軸と、前記ロータユニットの内側に設けられ前記出力軸に形成したねじ部と螺合してなるナット部とを備えたリニアアクチュエータにおいて、
   前記ナット部の軸方向両側のうち少なくとも一方の端面にグリース溜り部を設けたキャップを装着した状態で前記ロータマグネットとともにインサートモールドで一体に形成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記ナット部の軸方向両側の端面に前記グリース溜り部を設けたキャップを備えたことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記キャップ部は前記ナット部を装着するための凹部を備え、該凹部の底面に放射状に配置された壁で分けられた複数の凹部を形成し、該複数の凹部が前記グリース溜り部を構成してなることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記ナット部のねじ部の内周面に前記出力軸と平行な溝を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。

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