JP5933379B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電磁力によって軸方向に伸縮するリニアアクチュエータに関するものである。

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よって、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２００５−１０６２４２号公報

特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、永久磁石（２３）が固定されたシャフト（２２）を備え、最大伸長状態において、自己推力によりシャフト（２２）に圧縮荷重が働く。そのため、シャフト（２２）の歪みが永久磁石（２２）に伝わりやすく、永久磁石（２３）が損傷する可能性があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、リニアアクチュエータの最大伸長状態において、自己推力による永久磁石の損傷を防止することを目的とする。

本発明は、第１チューブと第２チューブとが軸方向に相対変位して伸縮するリニアアクチュエータであって、第１チューブの内側に設けられるロッドと、ロッドに軸方向に並んで保持される複数の永久磁石と、ロッドの先端部に設けられるストッパと、第２チューブの内側に設けられ、永久磁石に対向するコイルと、第２チューブに設けられ、ストッパに対峙するストッパ受け部と、を備え、最大伸長位置でストッパの伸長方向側の端面がストッパ受け部に当接することによって第１チューブと第２チューブとの相対変位が止められることを特徴とする。

本発明では、リニアアクチュエータの最大伸長状態において、自己推力によりロッドに引張荷重が働くため、座屈等の変形が生じるものに比べて、ロッドに生じる歪みが抑えられ、永久磁石が損傷することを防止できる。

本発明の実施形態に係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係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。

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、例えば、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の内側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。

アウターチューブ１１及びインナーチューブ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、アウターチューブ１１の内側に摺動自在に挿入される。インナーチューブ２２は、その一端がベース部２１の内周面２１Ａに嵌合して固定され、ベース部２１に片持ち支持される。

リニアアクチュエータ１００は、アウターチューブ１１の内周にインナーチューブ２２の外周が摺動自在に嵌合することによって、両者が相対変位可能に支持される。

インナーチューブ２２が挿入される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の外周面２２Ａに摺接する第１軸受１３が設けられる。また、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の内周面１１Ａに摺接する第２軸受２４が設けられる。第１軸受１３、第２軸受２４は、環状のスライド材である。

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の内周には、ロッド３０の先端部３０Ｃに固定されるストッパ５０が摺動自在に嵌合され、ロッド３０の先端部３０Ｃが径方向に振れることが防止される。

ロッド３０は、中空部３０Ａを有する棒状部材である。ロッド３０の基端部３０Ｂ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の先端部３０Ｃには、前述したストッパ５０が固定されている。

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、大径部４２と小径部４３を有する筒状部材である。大径部４２の外径は、小径部４３の外径より大きく形成される。大径部４２の外周面４２Ａがベース部２１の内周面２１Ｂに嵌合して固定されることにより、コイルホルダ４０がベース部２１に片持ち支持される。ベース部２１の内周面２１Ｂの内径は、ベース部２１の内周面２１Ａの内径より大きく形成される。

コイルホルダ４０のまわりに環状隙間８が設けられる。環状隙間８は、インナーチューブ２２の内周面２２Ｂとコイルホルダ４０の小径部４３の外周面４３Ｂの間に設けられる。こうして、コイルホルダ４０の外周とインナーチューブ２２の内周とが互いに離して設けられることにより、リニアアクチュエータ１００に横荷重を受けてアウターチューブ１１及びインナーチューブ２２が撓んでも、コイルホルダ４０に応力が生じることを抑えられる。

なお、上述した構成に限らず、環状隙間８を廃止し、インナーチューブ２２の内周面２２Ｂとコイルホルダ４０の小径部４３の外周面４３Ｂが隙間なく嵌合して設けられる構成としてもよい。

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（図示省略）によって制御される。コントローラは、位置検知器９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、位置検知器９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の内側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２において左方向に駆動する推力が発生し、アウターチューブ１１がインナーチューブ２２に摺接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の開口端はリニアアクチュエータ１００の収縮量を規制する規制部として機能する。

一方、コイル４１に収縮時とは逆方向の電流が通電されると、アウターチューブ１１がインナーチューブ２２に摺接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。

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３０の先端部３０Ｃに固定されるストッパ５０がガイドチューブ２３の固定端に設けられるストッパ受け部２３Ｂに当接し、それ以上のロッド３０の移動が規制される。

ガイドチューブ２３の固定端には、その内側に突出する突出部２３Ａが形成され、突出部２３Ａの左側面がストッパ５０に対峙するストッパ受け部２３Ｂとして設けられる。

ストッパ５０は、円盤状のガイド部５１と、ガイド部５１から軸方向に延びる円筒状のストローク規定部５２と、を有する。

円盤状のガイド部５１の中央部がロッド３０の先端部３０Ｃに固定される。ガイド部５１の外周がガイドチューブ２３の内周に摺動自在に嵌合される。

リニアアクチュエータ１００の伸縮時に、ガイド部５１の外周がガイドチューブ２３の内周に摺接することにより、ロッド３０の先端部３０Ｃが径方向に振れることが防止される。

ガイド部５１には、これを貫通する複数の貫通孔５３が形成される。貫通孔５３は、ガイド部５１によって仕切られるガイドチューブ２３内の第２室６２と第３室６３とを連通する。

リニアアクチュエータ１００の伸縮時には、リニアアクチュエータ１００内の空気が第１室６１と第２室６２の間でコイルホルダ４０の挿通孔４４を通って移動する。この伸縮時に、外部の空気が第３室６３からガイド部５１の貫通孔５３を通って第２室６２に出入りすることにより、ストッパ５０に付与される空気抵抗が低減される。

ストローク規定部５２は、ロッド３０に沿って軸方向に延びる円筒状に形成され、その先端に伸長方向側の端面５２Ａを有する。伸長方向側の端面５２Ａは、ロッド３０の先端部３０Ｂ側に向き、ストッパ受け部２３Ｂに対峙する。ストローク規定部５２の軸方向の長さが任意に設定され、ストローク規定部５２の伸長方向側の端面５２Ａは、左端の永久磁石３１Ａの側方に位置するように配置される。

なお、ストッパ５０の形状は、上述した構成に限らず、例えばストローク規定部５２をガイド部５１から軸方向に延びる円柱状のピンによって構成してもよい。

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、ストローク規定部５２の伸長方向側の端面５２Ａがストッパ受け部２３Ｂに当接し、ロッド３０の先端部３０Ｃがストッパ受け部２３Ｂに対して所定長さだけ突出した位置でロッド３０の移動が規制され、最大伸長位置における永久磁石３１とコイル４１の位置が規定される。

上記の最大伸長状態を示す図２において、ロッド３０の軸方向に並ぶ複数の永久磁石３１のうちで左端に位置する永久磁石３１Ａがストッパ受け部２３Ｂよりコイル４１が設けられる側と反対方向（図２にて左方向）に突出する。こうして、最大伸長位置でコイル４１の電磁力がおよぶ領域に左端の永久磁石３１Ａが配置されるため、最大伸長位置付近でリニアアクチュエータ１００に生じる推力が十分に確保される。また、最大伸長位置付近で左端の永久磁石３１Ａが位置検知器９に対向する位置を移動するため、左端の永久磁石３１Ａに生じる磁界によって位置検知器９がロッド３０の相対位置を的確に検知できる。

最大収縮位置で、前述したようにコイル４１に所定方向の電流が通電されると、ロッド３０を図２において右方向に駆動する推力が発生する。この推力によってストッパ受け部２３Ｂに当接するストッパ５０に反力が生じ、ロッド３０がストッパ５０によって軸方向に引っ張られる。こうして最大伸長状態において、リニアアクチュエータ１００の自己推力によりロッド３０に引張荷重が働くため、座屈等の変形が生じるものに比べてロッド３０に生じる歪みが抑えられ、ロッド３０に保持される永久磁石３１が損傷することを防止できる。

上記のように最大伸長状態でロッド３０に座屈が生じないため、ロッド３０の肉厚を薄く形成することが可能となり、永久磁石３１とコイル４１の間に設けられる磁気ギャップを小さく形成でき、リニアアクチュエータ１００の推力を高められる。

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、最大伸長位置でストッパ５０の伸長方向側の端面５２Ａがストッパ受け部２３Ｂに当接し、ロッド３０が軸方向に引っ張られることによって第１チューブ１０と第２チューブ２０との相対変位が止められるため、最大伸長状態における自己推力によりロッド３０に引張荷重が働き、座屈等の変形が生じる従来の構造に比べてロッド３０に生じる歪みが抑えられ、永久磁石３１が損傷することを防止できる。

また、リニアアクチュエータ１００では、ストッパ５０は、ロッド３０の先端部３０Ｃからロッド３０の基端部３０Ｂに向けて延びるストローク規定部５２を有し、最大伸長位置でストローク規定部５２の伸長方向側の端面５２Ａがストッパ受け部２３Ｂに当接することで、最大伸長位置における永久磁石３１とコイル４１の位置を規定するため、永久磁石３１が適正に配置され、最大伸長位置付近で生じる推力が十分に確保される。

また、リニアアクチュエータ１００では、第２チューブ２０は、その内周にストッパ５０のガイド部５１の外周を摺動自在に嵌合させるガイドチューブ２３を備えるため、伸縮時にストッパ５０が第２チューブ２０の内周に摺接することにより、ロッド３０の先端部３０Ｃが径方向に振れることが防止される。

また、リニアアクチュエータ１００では、ストッパ５０に貫通孔５３が設けられ、ガイドチューブ２３の内側にストッパ５０によって仕切られる２つの空間（第２室６２と第３室６３）を貫通孔５３が連通するため、伸縮時に空気が貫通孔５３を通って２つの空間を移動することにより、ストッパ５０に付与される空気抵抗が低減される。

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うることは明白である。

前記実施形態では、ロッド３０が連結される第１チューブ１０（アウターチューブ１１）の内周に、コイルホルダ４０が連結される第２チューブ２０（インナーチューブ２２）の外周が摺動自在に嵌合する構成としたが、逆に、第２チューブ２０の内周に、第１チューブ１０の外周が摺動自在に嵌合する構成としてもよい。

２０ 第２チューブ
２３ ガイドチューブ
２３Ｂ ストッパ受け部
３０ ロッド
３０Ｂ 基端部
３０Ｃ 先端部
３１ 永久磁石
５０ ストッパ
５１ ガイド部
５２ ストローク規定部
５２Ａ 伸長方向側の端面
５３ 貫通孔
１００ リニアアクチュエータ

Claims (4)

1. 第１チューブと第２チューブとが軸方向に相対変位して伸縮するリニアアクチュエータであって、
   前記第１チューブの内側に設けられるロッドと、
   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、
   前記ロッドの先端部に設けられるストッパと、
   前記第２チューブの内側に設けられ、前記永久磁石に対向するコイルと、
   前記第２チューブに設けられ、前記ストッパに対峙するストッパ受け部と、を備え、
   最大伸長位置で前記ストッパの伸長方向側の端面が前記ストッパ受け部に当接することによって前記第１チューブと前記第２チューブとの相対変位が止められることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記ストッパは、前記ロッドに沿って延びるストローク規定部を有し、
   最大伸長位置で前記ストローク規定部の伸長方向側の端面が前記ストッパ受け部に当接することで、最大伸長位置における前記永久磁石と前記コイルの位置を規定す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、その内周に前記ストッパの外周を摺動自在に嵌合させるガイドチューブを備え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. 前記ストッパに貫通孔が設けられ、
   前記貫通孔が前記ガイドチューブの内側に前記ストッパによって仕切られる２つの空間を連通することを特徴とする請求項３に記載のリニアアクチュエータ。

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