JP5927063B2 - リニアアクチュエータ及びリニアアクチュエータのチューブ組立方法 - 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、及びリニアアクチュエータのチューブ組立方法に関する。
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。
特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、第２チューブのガイドロッドが第１チューブのセンターヨーク内に摺動自在に挿入されるように構成されている。そして、センターヨークの先端内周には、ガイドロッドの外周に摺接する軸受（摺接部材）が設けられており、ガイドロッドの先端外周には、センターヨークの内周に摺接する軸受（摺接部材）が設けられている。
このようなリニアアクチュエータでは、センターヨーク及びガイドロッドに軸受を取り付けた状態でガイドロッドをセンターヨーク内に挿入しようとすると、センターヨークの軸受とガイドロッドの軸受とが干渉してしまい、センターヨーク内にガイドロッドを挿入することができず、第１チューブ及び第２チューブを容易に組み立てることができないという問題がある。
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、第１チューブと第２チューブとを容易に組み立てることができるリニアアクチュエータ、及びそれらチューブの組立方法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チューブとが電磁力に基づいて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チューブは、アウターチューブと、前記アウターチューブの端部を閉塞するように当該端部に着脱自在に設けられるキャップと、を備え、前記第２チューブは、ベース部と、前記ベース部に着脱自在に設けられるとともに前記アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるインナーチューブと、を備え、前記アウターチューブの一端の内周には、前記インナーチューブの外周に対して摺接する第１摺接部材が設けられ、前記アウターチューブの他端に対応する前記インナーチューブの端部の外周には、前記アウターチューブの内周に対して摺接する第２摺接部材が設けられることを特徴とする。
本発明によれば、キャップと、第１摺接部材が設けられるアウターチューブとが着脱自在に構成されており、ベース部と、第２軸受部材が設けられるインナーチューブとが着脱自在に構成されているので、第１摺接部材が配置される端部とは反対側のアウターチューブの端部から、第２摺接部材が配置される端部とは反対側のインナーチューブの端部を挿入することで、インナーチューブ挿入時における第１摺接部材と第２摺接部材との干渉を回避することができ、第１チューブ及び第２チューブを容易に組み立てることが可能となる。
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の一端に着脱自在に設けられるキャップ１２と、を備える。アウターチューブ１１とキャップ１２は、アウターチューブ１１の端部の外周に形成されたねじ部１１Ａと、キャップ１２の端部の内周に形成されたねじ部１２Ａとが螺合することで結合される。このように第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の一端側に着脱自在に設けられるインナーチューブ２２と、ベース部２１の他端側に着脱自在に設けら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、第１チューブ１０のアウターチューブ１１内に摺動自在に設けられる。
ベース部２１に固定される側のインナーチューブ２２の端部は、他の部分よりも外径が小さい縮径部２２Ａとして形成されている。インナーチューブ２２とベース部２１は、インナーチューブ２２の縮径部２２Ａの外周に形成されたねじ部２２Ｂと、ベース部２１の端部の内周に形成されたねじ部２１Ａとが螺合することで結合される。
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の内周に摺接する軸受（第２摺接部材）２４が設けられる。また、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の外周に摺接する軸受（第１摺接部材）１３が設けられる。軸受１３，２４は、環状のスライドメタルである。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。
なお、軸受１３よりも開口端寄りのアウターチューブ１１の内周には図示しないダストリップが設けられており、リニアアクチュエータ１００内への塵や埃等の進入が防止される。アウターチューブ１１のダストリップもインナーチューブ２２の外周に摺接する摺接部材となる。
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とベース部２１は、ガイドチューブ２３の端部の外周に形成されたねじ部２３Ｂと、ベース部２１の端部の内周に形成されたねじ部２１Ｂとが螺合することで結合される。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。
リニアアクチュエータ１００には、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。
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。
次に、図３を参照して、リニアアクチュエータ１００の第１チューブ１０及び第２チューブ２０の組立方法について説明する。
まず、アウターチューブ１１において、キャップ１２が設けられる端部とは反対側の端部内周に軸受１３を取り付け（第１摺接部材取付工程）、インナーチューブ２２において、縮径部２２Ａが形成される端部とは反対側の端部外周に軸受２４を取り付ける（第２摺接部材取付工程）。
次に、キャップ１２が設けられるアウターチューブ１１の端部と、縮径部２２Ａが形成されるインナーチューブ２２の端部とを向かい合わせ、アウターチューブ１１内にインナーチューブ２２を挿入する（挿入工程）。このように挿入することで、軸受１３が設けられたアウターチューブ１１内に軸受２４が設けられたインナーチューブ２２を挿入しても、軸受１３と軸受２４とが干渉することがない。
続いて、インナーチューブ２２は、アウターチューブ１１内に挿入された状態で、ベース部２１に取り付けられる（チューブ取付工程）。インナーチューブ２２の縮径部２２Ａのねじ部２２Ｂを、ベース部２１のねじ部２１Ａに螺合させることで、インナーチューブ２２がベース部２１に結合される。
その後、アウターチューブ１１の端部にキャップ１２を取り付ける（キャップ取付工程）。キャップ１２の端部内周のねじ部１２Ａを、アウターチューブ１１の端部外周のねじ部１１Ａに螺合させることで、キャップ１２がアウターチューブ１１に結合される。
そして、ベース部２１及びインナーチューブ２２内に嵌合するようにコイルホルダ４０が挿入された後、ベース部２１にガイドチューブ２３が取り付けられる。
本実施形態のリニアアクチュエータ１００では、上記した各工程を経て、第１チューブ１０及び第２チューブ２０が容易に組み立てられる。その後、ロッド３０等の各種部材が取り付けられて、リニアアクチュエータ１００が完成する。
なお、上記した組立工程では、インナーチューブ２２をベース部２１に取り付けた後にアウターチューブ１１にキャップ１２を取り付けるようにしたが、これに限られるものではない。例えば、アウターチューブ１１内にインナーチューブ２２を挿入した後にアウターチューブ１１にキャップ１２を取り付け、その後にインナーチューブ２２をベース部２１に取り付けるようにしてもよい。
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、キャップ１２と、軸受１３が設けられるアウターチューブ１１とが着脱自在に構成されており、ベース部２１と、軸受２４が設けられるインナーチューブ２２とが着脱自在に構成されているので、軸受１３が設置される端部とは反対側のアウターチューブ１１の端部から、軸受２４が設置される端部とは反対側のインナーチューブ２２の端部を挿入することで、挿入工程でのアウターチューブ１１の軸受１３とインナーチューブ２２の軸受２４との干渉を回避でき、第１チューブ１０及び第２チューブ２０を容易に組み立てることができる。
また、アウターチューブ１１とキャップ１２は、アウターチューブ１１の端部外周に形成されたねじ部１１Ａと、キャップ１２の端部内周に形成されたねじ部１２Ａとが螺合することで結合され、インナーチューブ２２とベース部２１は、インナーチューブ２２の端部外周に形成されたねじ部２２Ｂと、ベース部２１の端部内周に形成されたねじ部２１Ａとが螺合することで結合される。このようにアウターチューブ１１とキャップ１２との連結部分、及びインナーチューブ２２とベース部２１との連結部分を比較的簡素な構成とすることで、着脱作業を容易なものとすることができる。
リニアアクチュエータ１００の第１チューブ１０及び第２チューブ２０は、第１摺接部材取付工程、第２摺接部材取付工程、挿入工程、及びチューブ取付工程を順番に経て組み立てられるが、キャップ１２のアウターチューブ１１への取り付けはチューブ取付工程後、又は挿入工程後であってチューブ取付工程前に行われる。いずれの順番でキャップ取付工程を行っても、第１チューブ１０及び第２チューブ２０をスムーズに組み立てることができる。
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。
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。
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
１１Ａ ねじ部
１２ キャップ
１２Ａ ねじ部
１３ 軸受（第１摺接部材）
２０ 第２チューブ
２１ ベース部
２１Ａ ねじ部
２２ インナーチューブ
２２Ａ 縮径部
２２Ｂ ねじ部
２３ ガイドチューブ
２４ 軸受（第２摺接部材）
３０ ロッド
３１ 永久磁石
４０ コイルホルダ
４１ コイル
５０ ロッドガイド
１０ 第１チューブ
１１ アウターチューブ
１１Ａ ねじ部
１２ キャップ
１２Ａ ねじ部
１３ 軸受（第１摺接部材）
２０ 第２チューブ
２１ ベース部
２１Ａ ねじ部
２２ インナーチューブ
２２Ａ 縮径部
２２Ｂ ねじ部
２３ ガイドチューブ
２４ 軸受（第２摺接部材）
３０ ロッド
３１ 永久磁石
４０ コイルホルダ
４１ コイル
５０ ロッドガイド
Claims (5)
- 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チューブとが電磁力に基づいて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チューブは、アウターチューブと、前記アウターチューブの端部を閉塞するように当該端部に着脱自在に設けられるキャップと、を備え、
前記第２チューブは、ベース部と、前記ベース部に着脱自在に設けられるとともに前記アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるインナーチューブと、を備え、
前記アウターチューブの一端の内周には、前記インナーチューブの外周に対して摺接する第１摺接部材が設けられ、
前記アウターチューブの他端に対応する前記インナーチューブの端部の外周には、前記アウターチューブの内周に対して摺接する第２摺接部材が設けられることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 前記アウターチューブと前記キャップは、前記アウターチューブの端部外周に形成されたねじ部と、前記キャップの端部内周に形成されたねじ部とが螺合することで結合され、
前記インナーチューブと前記ベース部は、前記インナーチューブの端部外周に形成されたねじ部と、前記ベース部の端部内周に形成されたねじ部とが螺合することで結合され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。 - 請求項１又は請求項２に記載のリニアアクチュエータの第１チューブ及び第２チューブを組み立てるチューブ組立方法であって、
前記第１摺接部材を、前記アウターチューブの一端に取り付ける第１摺接部材取付工程と、
前記第２摺接部材を、前記インナーチューブの一端に取り付ける第２摺接部材取付工程と、
前記アウターチューブの他端側と前記インナーチューブの他端側とを向かい合わせ、前記アウターチューブ内に前記インナーチューブを挿入する挿入工程と、
前記アウターチューブ内に挿入された状態の前記インナーチューブを前記ベース部に取り付けるチューブ取付工程と、を備えることを特徴とするチューブ組立方法。 - 前記チューブ取付工程後に、前記アウターチューブの端部に前記キャップを取り付けるキャップ取付工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のチューブ組立方法。
- 前記挿入工程後であって前記チューブ取付工程前に、前記アウターチューブの端部に前記キャップを取り付けるキャップ取付工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のチューブ組立方法。
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