JP5927058B2 - リニアアクチュエータ及び溝加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、軸方向に伸縮するリニアアクチュエータ及び溝加工方法に関する。
特許文献１には、第１チューブに設けられる永久磁石と第２チューブに設けられるコイルとの間に生じる電磁力に基づいて、第１チューブ及び第２チューブを軸方向に相対変位させるリニアアクチュエータが開示されている。
特開２００４−３５７４６４号公報
特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、第１チューブの端部側に画成される空間と、第２チューブの端部側に画成される空間とが、軸方向に並設された永久磁石とコイルの間の微小隙間のみによって連通するように構成されている。そのため、リニアアクチュエータ伸縮時における当該隙間での空気抵抗が比較的大きく、リニアアクチュエータのスムーズな伸縮動作の妨げとなっている。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、伸縮時における空気抵抗を低減す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。
本発明は、第１チューブと、前記第１チューブ内に摺動自在に挿入される第２チューブとが軸方向に相対変位するリニアアクチュエータであって、前記第１チューブの端部に一端が固定されるロッドと、前記ロッドの他端に設けられ、前記第２チューブに対して摺動するロッドガイドと、前記ロッドに軸方向に並んで保持される複数の永久磁石と、前記第２チューブ内に嵌合するとともに、前記永久磁石に対向する複数のコイルを保持するホルダと、前記ホルダの一端と前記第１チューブの端部の間に画成される第１室と、前記ホルダの他端と前記ロッドガイドの間に画成される第２室と、を備え、前記ホルダには、前記第１室と前記第２室を連通するとともに、前記ロッドを挿通させる挿通孔が形成され、前記第２チューブには、前記第１室と前記第２室を連通する連通溝が軸方向に沿って形成されることを特徴とする。
本発明によれば、ロッドを挿通させるホルダの挿通孔及び第２チューブに形成された連通溝によって第１室と第２室とを連通させるので、第１室及び第２室の空気が相互に移動しやすくなり、リニアアクチュエータ伸縮時における空気抵抗を低減することができる。これにより、リニアアクチュエータをスムーズに伸縮動作させることが可能となる。
本発明の実施形態によるリニアアクチュエータの軸方向断面図であって、最大収縮状態におけるリニアアクチュエータを示す図である。 本発明の実施形態によるリニアアクチュエータの軸方向断面図であって、最大伸長状態におけるリニアアクチュエータを示す図である。 リニアアクチュエータの第２チューブを構成するインナーチューブの径方向断面図である。
図１及び図２を参照して、本発明の実施形態によるリニアアクチュエータ１００について説明する。
リニアアクチュエータ１００は、自動車や鉄道車両、建築物等における振動を抑制する制振用アクチュエータとして使用される。
リニアアクチュエータ１００は、第１チューブ１０と、第１チューブ１０内に摺動自在に挿入される第２チューブ２０と、第１チューブ１０の端部に固定され、永久磁石３１を保持するロッド３０と、第２チューブ２０内に嵌合するように設けられ、永久磁石３１と対向するコイル４１を保持するコイルホルダ４０と、を備える。リニアアクチュエータ１００は、第１チューブ１０に設けられた連結部１及び第２チューブ２０に設けられた連結軸２を介して、相対移動する２つの部材間に配設される。
リニアアクチュエータ１００では、コイル４１に流れる電流に応じてロッド３０を軸方向に駆動する推力（電磁力）が発生し、この推力に基づいて第１チューブ１０及び第２チューブ２０が相対変位する。これにより、リニアアクチュエータ１００は、図１に示す最大収縮位置と図２に示す最大伸長位置との間で伸縮する。
第１チューブ１０は、両端が開口する円筒状のアウターチューブ１１と、アウターチューブ１１の一端に取り付けられるキャップ１２と、を備える。第１チューブ１０の一端はキャップ１２により閉塞され、第１チューブ１０の他端は開口端として形成される。キャップ１２の外側面には、連結部１が固定されている。
第２チューブ２０は、円筒状のベース部２１と、ベース部２１の一端側に固定されるインナーチューブ２２と、ベース部２１の他端側に固定されるガイドチューブ２３と、を備える。
ベース部２１は、両端が開口する筒状部材である。ベース部２１の外周には、径方向に突出する一対の連結軸２が固定されている。これら連結軸２は、相対向する位置に設けられる。第２チューブ２０は連結軸２を介して相対移動する２つの部材の一方に連結され、第１チューブ１０は連結部１を介して相対移動する２つの部材の他方に連結される。
インナーチューブ２２は、両端が開口する筒状部材である。インナーチューブ２２は、ベース部２１に設置された状態で、第１チューブ１０のアウターチューブ１１内に挿入される。インナーチューブ２２の自由端の外周には、アウターチューブ１１の内周に摺接する環状の軸受２４が設けられる。なお、インナーチューブ２２挿入側のアウターチューブ１１の開口端の内周には、インナーチューブ２２の外周に摺接する環状の軸受１３が設けられる。第１チューブ１０のアウターチューブ１１及び第２チューブ２０のインナーチューブ２２は、これら軸受１３，２４を介して滑らかに摺動するように構成されている。
ガイドチューブ２３は、両端が開口する筒状部材である。ガイドチューブ２３内には、ロッド３０の先端に固定されるロッドガイド５０が摺動自在に設けられる。
ロッド３０は、中空部３０Ａを有する棒状部材である。ロッド３０の一端は、第１チューブ１０の端部を構成するキャップ１２に固定される。また、ロッド３０の他端には、前述したロッドガイド５０が固定されている。ロッド３０の先端にロッドガイド５０を設けることで、リニアアクチュエータ１００伸縮時にロッド３０の先端部分が径方向に振れることを防止することができる。
ロッド３０の中空部３０Ａには、複数の永久磁石３１が軸方向に並んで保持される。永久磁石３１は、円柱状に形成されており、軸方向にＮ極とＳ極が現れるように着磁されている。隣り合う永久磁石３１は、同極同士が対向するように配置される。また、隣り合う永久磁石３１の間には継鉄３２が設けられる。なお、継鉄３２は必ずしも設ける必要はなく、各永久磁石３１を直接隣接するようにしてもよい。
コイルホルダ４０は、筒状部材であって、第２チューブ２０のベース部２１及びインナーチューブ２２の内周に嵌合して設けられる。ベース部２１の内径はインナーチューブ２２の内径よりも大きく形成されており、コイルホルダ４０は、ベース部２１の内周に嵌合する大径部４２と、インナーチューブ２２の内周に嵌合する小径部４３とを備えている。
また、コイルホルダ４０は、ロッド３０を軸方向に挿通させる挿通孔４４を有している。挿通孔４４を構成する小径部４３の内周面には環状凹部４３Ａが形成されており、この環状凹部４３Ａ内には複数のコイル４１が固定されている。複数のコイル４１は、永久磁石３１に対向するように、軸方向に沿って並設されている。
コイル４１に通電される電流は、リニアアクチュエータ１００の外部等に設置されるコントローラによって制御される。コントローラは、図示しない位置センサにより検出されるコイル４１と永久磁石３１との相対位置情報に基づいて、コイル４１に通電する電流の大きさと方向を制御する。これにより、リニアアクチュエータ１００が発生する推力と推力発生方向（伸縮方向）が調整される。
なお、位置センサは、磁界の強度に応じたホール電圧を発生するホール素子であって、コイルホルダ４０の大径部４２内に埋め込まれている。
リニアアクチュエータ１００では、コイル４１に所定方向の電流が通電されると、ロッド３０を図１において右方向に駆動する推力が発生する。ロッド３０が右方向に駆動されると、第１チューブ１０のアウターチューブ１１が第２チューブ２０のインナーチューブ２２に対して摺動しながら右方向に移動して、リニアアクチュエータ１００が伸長する。
ガイドチューブ２３の固定端には内側に突出する突出部２３Ａが形成されており、リニアアクチュエータ１００が最大伸長位置（図２参照）まで伸長すると、ロッドガイド５０が突出部２３Ａの左側面に当接し、それ以上のロッド３０の移動が規制される。このように、ロッドガイド５０はストッパとして機能する。
一方、コイル４１に伸長時とは逆方向の電流が通電されると、ロッド３０を図２において左方向に駆動する推力が発生する。ロッド３０が左方向に駆動されると、第１チューブ１０のアウターチューブ１１が第２チューブ２０のインナーチューブ２２に対して摺動しながら左方向に移動して、リニアアクチュエータ１００が収縮する。
リニアアクチュエータ１００が最大収縮位置（図１参照）まで収縮すると、アウターチューブ１１の開口端がベース部２１の右端部に当接し、それ以上のロッド３０の移動が規制される。このように、アウターチューブ１１の開口端はストッパとして機能する。
上記のように構成されるリニアアクチュエータ１００には、図１に示すように、コイルホルダ４０の一端と第１チューブ１０のキャップ１２の間の空間として第１室６１が画成されており、コイルホルダ４０の他端とガイドチューブ２３内に配設されるロッドガイド５０の間の空間として第２室６２が画成されている。
第１室６１と第２室６２とは、コイルホルダ４０の挿通孔４４を介して連通している。つまり、第１室６１と第２室６２とは、挿通孔４４を構成するコイルホルダ４０の内周とロッド３０の外周との間に形成される環状隙間６３を通じて連通している。
また、第２チューブ２０を構成するインナーチューブ２２の内周面には、図１及び図３に示すように、第１室６１と第２室６２を連通するための連通溝２２Ａが凹設されている。連通溝２２Ａは周方向に等しい間隔をあけて４つ形成されており、これら連通溝２２Ａは軸方向に沿って延設されている。連通溝２２Ａの径方向断面は、円弧状断面として形成されている。
連通溝２２Ａは、インナーチューブ２２内にバイトが挿入されるようにインナーチューブ２２を旋盤にセットし（取付工程）、その後バイトを回転させてインナーチューブ２２の内周面を切削することで、図３に示すように円弧状に形成される（切削工程）。図３の破線は、バイトの刃先の軌跡を示している。インナーチューブ２２のような円筒状部材の内周面に断面矩形状の溝加工等を行うことは比較的困難であるが、連通溝２２Ａは断面形状が円弧状であるので、上述のように切削することで容易に溝加工を行うことができる。
図１に示すように、連通溝２２Ａは、第１室６１に臨む位置からインナーチューブ２２の端部にわたって延設されている。インナーチューブ２２の端部における連通溝２２Ａは、コイルホルダ４０の大径部４２及びガイドチューブ２３の突出部２３Ａを軸方向に貫通する貫通孔４２Ａ，２３Ｂを介して、第２室６２に通じている。貫通孔４２Ａ，２３Ｂは、連通溝２２Ａが形成される位置に対応して設けられる。
リニアアクチュエータ１００が伸長すると、第１室６１の容積が拡大するとともに第２室６２の容積が縮小するので、第２室６２の空気が環状隙間６３、貫通孔４２Ａ，２３Ｂ、及び連通溝２２Ａを介して第１室６１に移動する。
一方、リニアアクチュエータ１００が収縮すると、第１室６１の容積が縮小するとともに第２室６２の容積が拡大するので、第１室６１の空気が環状隙間６３、連通溝２２Ａ、及び貫通孔４２Ａ，２３Ｂを介して第２室６２に移動する。
なお、リニアアクチュエータ１００では、コイルホルダ４０の大径部４２を省略し、インナーチューブ２２の連通溝２２Ａのみにより第１室６１及び第２室６２を連通するようにしてもよい。この場合には、ガイドチューブ２３の突出部２３Ａに貫通孔２３Ｂを形成する必要はない。
また、リニアアクチュエータ１００では、ガイドチューブ２３の突出部２３Ａを省略し、最大伸長時にロッドガイド５０がコイルホルダ４０の大径部４２の左端面に当接するようにしてもよい。この場合には、第１室６１と第２室６２とは、インナーチューブ２２の連通溝２２Ａ及び大径部４２の貫通孔４２Ａを通じて連通することとなる。
上記した本実施形態によるリニアアクチュエータ１００によれば、以下の効果を得ることができる。
リニアアクチュエータ１００では、ロッド３０を挿通させるコイルホルダ４０の挿通孔４４及びインナーチューブ２２に形成された連通溝２２Ａにより第１室６１と第２室６２とを連通させるので、第１室６１及び第２室６２の空気が相互に移動しやすくなり、リニアアクチュエータ１００伸縮時における空気抵抗を低減することができる。これにより、リニアアクチュエータ１００の伸縮動作が円滑に行われる。
また、リニアアクチュエータ１００では、インナーチューブ２２の連通溝２２Ａの径方向断面は円弧状に形成される。このように円弧状断面とすることで、インナーチューブ２２に対して容易に溝加工を行うことができ、溝加工時における工数等を低減することが可能となる。
さらに、リニアアクチュエータ１００では、コイルホルダ４０は、インナーチューブ２２に嵌合する小径部４３と、ベース部２１に嵌合する大径部４２とを備えており、インナーチューブ２２の連通溝２２Ａは、大径部４２の貫通孔４２Ａを介して第１室６１と第２室６２を連通するように構成されている。このようにコイルホルダ４０の挿通孔４４、連通溝２２Ａ、及び貫通孔４２Ａにより第１室６１と第２室６２とを連通させることで、リニアアクチュエータ１００伸縮時における空気抵抗を低減することができる。また、コイルホルダ４０に大径部４２に、コイル４１と永久磁石３１との相対位置を検出する位置センサ等を設置することが可能となる。
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
本実施形態によるリニアアクチュエータ１００では、ロッド３０の中空部３０Ａ内に複数の永久磁石３１を軸方向に並べて固定したが、永久磁石３１の固定位置はこれに限られるものではない。例えば、リング状に形成した永久磁石３１をロッド３０の外周に外嵌めし、複数の永久磁石３１を軸方向に並べて固定してもよい。この場合には、第１室６１と第２室６２とを連通する環状隙間６３は、コイルホルダ４０の挿通孔４４と永久磁石３１の外周との間に形成されることとなる。
また、リニアアクチュエータ１００では、第２室６２を外部に連通させるための貫通孔をガイドロッド５０に形成したり、第１室６１を外部に連通させるための貫通孔をキャップ１２に形成したりしてもよい。貫通孔には、塵や埃等の侵入を防止するため、メッシュ等のフィルタを設けることが好ましい。
１００ リニアアクチュエータ
１０ 第１チューブ
１１ アウターチューブ
１２ キャップ
２０ 第２チューブ
２１ ベース部
２２ インナーチューブ
２２Ａ 連通溝
２３ ガイドチューブ
３０ ロッド
３０Ａ 中空部
３１ 永久磁石
４０ コイルホルダ
４１ コイル
４２ 大径部
４２Ａ 貫通孔
４３ 小径部
４３Ａ 環状凹部
４４ 挿通孔
５０ ロッドガイド
６１ 第１室
６２ 第２室
６３ 環状隙間

Claims (5)

  1. 第１チューブと、前記第１チューブ内に摺動自在に挿入される第２チューブとが軸方向に相対変位するリニアアクチュエータであって、
    前記第１チューブの端部に一端が固定されるロッドと、
    前記ロッドの他端に設けられ、前記第２チューブに対して摺動するロッドガイドと、
    前記ロッドに軸方向に並んで保持される複数の永久磁石と、
    前記第２チューブ内に嵌合するとともに、前記永久磁石に対向する複数のコイルを保持するホルダと、
    前記ホルダの一端と前記第１チューブの端部の間に画成される第１室と、
    前記ホルダの他端と前記ロッドガイドの間に画成される第２室と、を備え、
    前記ホルダには、前記第１室と前記第２室を連通するとともに、前記ロッドを挿通させる挿通孔が形成され、
    前記第２チューブには、前記第１室と前記第２室を連通する連通溝が軸方向に沿って形成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
  2. 前記連通溝は、前記第２チューブの内周面に設けられており、軸方向に直交する方向の断面が円弧状に形成されている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. 前記第２チューブは、前記第１チューブ内に挿入されるインナーチューブと、前記インナーチューブが取り付けられるベース部と、を備え、
    前記ベース部の内径は、前記インナーチューブの内径よりも大きく形成されており、
    前記ホルダは、前記インナーチューブに嵌合する小径部と、前記ベース部に嵌合する大径部と、を備え、
    前記大径部は、軸方向に貫通する貫通孔を有しており、
    前記連通溝は、前記インナーチューブの内周面に形成され、前記貫通孔を介して前記第１室と前記第２室を連通することを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
  4. 複数の前記永久磁石は、前記ロッド内の中空部に軸方向に並んで設けられ、
    複数の前記コイルは、前記挿通孔を構成するホルダ内周面に形成された凹部に軸方向に沿って設けられることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のリニアアクチュエータ。
  5. 請求項２から請求項４のいずれかに記載のリニアアクチュエータの第２チューブに連通溝を形成する溝加工方法において、
    前記第２チューブ内にバイトが挿入されるように前記第２チューブを旋盤にセットする取付工程と、
    軸方向に直交する方向の断面が円弧状となる前記連通溝が形成されるように、前記バイトを回転させて前記第２チューブの内周面を切削する切削工程と、を備えることを特徴とする溝加工方法。
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