JP5965963B2 - 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、複数の鉄心及び電機子コイルを備えた固定子が、固定側本体の内部に設けられた電動アクチュエータが開示されている。

特開２００８−２５３００９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のリニアアクチュエータでは、振動などにより、固定子が固定側本体の内部で回転してしまうことがあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、振動などが作用した場合にも複数のコイルが設けられるヨークが回転することを防止可能な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、内側に円筒状のヨークによって保持される複数のコイルが設けられた本体部と、前記ヨーク内を軸方向に移動可能なロッドと、前記ロッドに軸方向に並んで保持され、前記複数のコイルと対向するように配設された複数の永久磁石と、前記本体部と前記ヨークとの相対回転を防止する回り止め部材と、を備え、前記ヨークの外周面には、前記回り止め部材が挿入される溝が軸線方向に設けられ、前記溝には、前記複数のコイルに接続される配線が収容されることを特徴とする。

本発明では、本体部とヨークとの相対回転を防止する回り止め部材が設けられる。したがって、ヨークが回転することが防止される。

本発明の第１実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図である。 （Ａ）は、図１の要部拡大図であり、（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、（Ｃ）は、図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図の要部拡大図であり、（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、（Ｃ）は、図３（Ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。 （Ａ）は、本発明の第３実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図の要部拡大図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係るリニアアクチュエータ１００について説明する。図１は、リニアアクチュエータ１００の収縮状態における軸方向断面図であり、図２（Ａ）は、図１の要部拡大図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

リニアアクチュエータ１００は、本体部としての第１チューブ１０と、第１チューブ１０の外周に摺動自在に設けられる第２チューブ２０と、第２チューブ２０の端部に固定され、永久磁石３１を保持するロッド３０と、第１チューブ１０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を保持するヨーク４０と、を備える。

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と第２チューブ２０とが相対変位する。これにより、リニアアクチュエータ１００は、図１に示す最収縮位置から、図示しない最伸長位置との間で伸縮する。

第１チューブ１０は、円筒状のベース部１１と、ベース部１１の一端に固定されるインナーチューブ１２と、ベース部１１の他端に固定されるガイドチューブ１３と、を備える。

ベース部１１は、両端が開口する筒状部材である。ベース部１１の外周には、径方向に突出する一対のトラニオン軸１が固定される。リニアアクチュエータ１００は、一対のトラニオン軸１が図示しない外部部材に回動可能に軸支されることで、外部部材に対して回動可能に保持される。

第２チューブ２０は、両端が開口する円筒状のアウターチューブ２１と、アウターチューブ２１の一端に取り付けられるキャップ２２と、を備える。第２チューブ２０の一端は、キャップ２２により閉塞される。第２チューブ２０の他端は、第１チューブ１０のインナーチューブ１２が挿入される開口端である。キャップ２２の外側面には、図示しない外部部材と連結される連結部材２が固定される。

インナーチューブ１２は、ベース部１１に設置された状態で、アウターチューブ２１の内側に摺動自在に挿入される。インナーチューブ１２は、その一端がベース部１１の内周面１１Ａに嵌合して固定され、ベース部１１に片持ち支持される。

リニアアクチュエータ１００は、第１チューブ１０と第２チューブ２０とを軸方向に相対変位可能に支持する第１リニアガイド部１５と第２リニアガイド部２５とを備える。

インナーチューブ１２の自由端の外周には、環状の第１軸受１４が設けられる。第１軸受１４の軸受面（外周面）１４Ａは、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと摺接する。第１リニアガイド部１５は、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと、第１軸受１４の軸受面１４Ａとから構成される。

アウターチューブ２１の開口端側の内周には、環状の第２軸受２３が設けられる。第２軸受２３の軸受面（内周面）２３Ａは、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと摺接する。第２リニアガイド部２５は、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと、第２軸受２３の軸受面２３Ａとから構成される。

リニアアクチュエータ１００が伸縮する際には、第１リニアガイド部１５では、第１軸受１４の軸受面１４Ａがアウターチューブ２１の内周面２１Ａに摺接する。また、第２リニアガイド部２５では、第２軸受２３の軸受面２３Ａがインナーチューブ１２の外周面１２Ａに摺接する。これにより、インナーチューブ１２とアウターチューブ２１とは、滑らかに摺動する。インナーチューブ１２の外周面１２Ａとアウターチューブ２１の内周面２１Ａとは、第１軸受１４及び第２軸受２３を介して互いに隙間なく対峙する。

ガイドチューブ１３は、両端が開口する筒状部材である。ガイドチューブ１３のベース部１１側の端部には、内側に突出する環状の突出部１３Ａが形成される。ガイドチューブ１３内には、ロッド３０の端部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２チューブ２０の端部を構成するキャップ２２の内側に固定される。また、ロッド３０の他端は、前述したロッドガイド５０に固定される。ロッド３０の他端にロッドガイド５０が設けられることで、ガイドチューブ１３とロッド３０との同軸度が確保される。よって、リニアアクチュエータ１００の伸縮時にロッド３０の端部が径方向に振れることが防止される。

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極が位置するように着磁される。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を必ずしも設ける必要はなく、隣り合う永久磁石３１が当接するようにしてもよい。

インナーチューブ１２の内周面１２Ｂには、円筒状のヨーク４０が設けられる。ヨーク４０は、ロッド３０が軸方向に挿通する挿通孔４５を有する。ヨーク４０には、複数のコイル４１が内蔵される。なお、ヨーク４０は、隣り合う環状部材の接触面に形成される空間内にコイル４１を巻き付け、これらの環状部材を軸方向に積層し一体化したものである。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る。

インナーチューブ１２には、内側に突出する環状の突出部１２Ｃが形成される。ヨーク４０は、突出部１２Ｃに当接するようにインナーチューブ１２に挿入される。

図２（Ａ）に示すように、インナーチューブ１２の突出部１２Ｃには、貫通孔１２Ｄが設けられる。また、ヨーク４０の突出部１２Ｃ側の端面には、貫通孔１２Ｄに臨んだ位置に凹部４０Ａが設けられる。

図２（Ａ），（Ｃ）に示すように、回り止め部材６０は、ピン６１と、フランジ状の取付部６２と、を備える。ピン６１は、突出部１２Ｃに設けられた貫通孔１２Ｄを挿通し、ヨーク４０に設けられた凹部４０Ａに挿入される。回り止め部材６０は、取付部６２が突出部１２Ｃに図示しないねじによって取り付けられる。これにより、インナーチューブ１２とヨーク４０との相対回転が回り止め部材６０によって防止される。

なお、回り止め部材６０は、ねじによって突出部１２Ｃに取り付けられるが、これに限らず、接着や溶接、あるいは圧入などによって突出部１２Ｃに取り付けてもよい。また、回り止め部材６０は、取付部６２を設けずにピン６１を突出部１２Ｃに直接取り付けるものであってもよい。さらに、ピン６１は、円柱状に限らず、角柱形状、中空形状であってもよい。回り止め部材６０は、突出部１２Ｃに取り付けられるが、ベース部１１やベース部１１側のインナーチューブ１２の端部に取り付けてもよい。あるいは、回り止め部材６０をこれら両方に取り付けてもよい。

図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ヨーク４０の外周面には、軸線方向に複数の溝４２が設けられる。溝４２には、複数のコイル４１からの配線４４が収容される。なお、溝４２は、三か所に設けられているが、これに限らず四か所など任意の数設けることができる。また、溝４２の断面形状は、円弧形状に限らず、三角形状や四角形状であってもよい。さらに、溝４２をヨーク４０の外周面に設けるのに代えて、インナーチューブ１２の内周面１２Ｂに設けてもよい。溝４２をヨーク４０の外周面とインナーチューブ１２の内周面１２Ｂとの両方に設けてもよい。

図１に示すように、複数のコイル４１からの配線４４は、溝４２と、ベース部１１に設けられた開口１１Ｂと、を通って外部に引き出される。外部に引き出された配線４４は、図示しないコントローラに接続される。コントローラはコイル４１に供給される電流の大きさや位相を制御することにより、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）とを制御する。

次に、リニアアクチュエータ１００の動作について説明する。

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供給されると、ロッド３０を一方向（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が一方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、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が最伸長位置まで伸長すると、ロッドガイド５０が突出部１３Ａの側面に当接し、それ以上のロッド３０の移動が規制される。このように、突出部１３Ａは、ストッパ部として機能する。

一方、コイル４１に伸長時とは逆位相の電流が供給されると、ロッド３０を他方向（図１において左方向）に駆動する推力が発生する。ロッド３０が他方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、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が最収縮位置まで収縮すると、アウターチューブ２１の開口端がベース部１１の端部に当接し、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２１の開口端は、ストッパ部として機能する。

このとき、インナーチューブ１２に回り止め部材６０が取り付けられ、回り止め部材６０のピン６１がヨーク４０に設けられた凹部４０Ａに挿入されることにより、リニアアクチュエータ１００が動作することによって振動が発生しても、ヨーク４０が第１チューブ１０に対して回転することはない。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

インナーチューブ１２に回り止め部材６０が取り付けられ、回り止め部材６０のピン６１が、ヨーク４０に設けられた凹部４０Ａに挿入される。これにより、第１チューブ１０とヨーク４０との相対回転が防止できる。

＜第２実施形態＞
図３を参照して、本発明の第２実施形態に係るリニアアクチュエータ２００について説明する。図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図の要部拡大図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。

以下に示す第２実施形態では、上述した第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態のリニアアクチュエータ１００と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態は、ピン１６１が凹部４０Ａに代えて、溝４２に挿入される点で、第１実施形態と相違する。

回り止め部材１６０は、ピン１６１と、フランジ状の取付部１６２と、を備える。回り止め部材１６０のピン１６１は、突出部１２Ｃに設けられた貫通孔１２Ｄを挿通し、ヨーク４０の外周に設けられた溝４２に挿入される。回り止め部材１６０は、取付部１６２が突出部１２Ｃに図示しないねじによって取り付けられる。これにより、インナーチューブ１２とヨーク４０との相対回転が回り止め部材１６０によって防止される。

なお、回り止め部材１６０は、取付部１６２を設けず、ピン１６１を突出部１２Ｃに直接取り付けるものであってもよい。また、回り止め部材１６０は、ねじによって突出部１２Ｃに取り付けられるが、これに限らず、接着や溶接、あるいは圧入などによって突出部１２Ｃに取り付けてもよい。

さらに、ピン１６１は、円柱形状に限らず、角柱形状、中空形状、あるいは、溝４２の断面と同一の形状であってもよい。

以上の第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。

コイル４１からの配線４４が収容される溝４２をピン１６１が挿入される凹部として共用するため、ヨーク４０にピン１６１が挿入される凹部を設ける必要がない。よって、凹部を加工するための工数を削減できる。また、ヨーク４０に新たな凹部が形成されないので、ヨーク４０の磁気特性に与える影響が少なくなる。

＜第３実施形態＞
図４を参照して、本発明の第３実施形態に係るリニアアクチュエータ３００について説明する。図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図の要部拡大図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。

以下に示す第３実施形態では、上述した第２実施形態と異なる点を中心に説明し、第２実施形態のリニアアクチュエータ２００と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

第３実施形態は、溝２１３をインナーチューブ１２の内周面１２Ｂに設け、ヨーク４０に設けられた溝４２とインナーチューブ１２に設けられた溝２１３とで形成される空間２７０にピン１６１が挿入される点で、第２実施形態と相違する。

インナーチューブ１２の内周面１２Ｂには、軸線方向の複数の溝２１３が設けられる。溝２１３は、ヨーク４０に設けられた溝４２に臨んだ位置に設けられる。 回り止め部材２６０は、ピン２６１と、フランジ状の取付部２６２と、を備える。回り止め部材２６０のピン２６１は、突出部１２Ｃに設けられた貫通孔１２Ｄを挿通し、ヨーク４０に設けられた溝４２とインナーチューブ１２に設けられた溝２１３とで形成される空間２７０に挿入される。回り止め部材２６０は、取付部２６２が突出部１２Ｃに図示しないねじによって取り付けられる。これにより、インナーチューブ１２とヨーク４０との相対回転が回り止め部材２６０によって防止される。

溝２１３は、突出部１２Ｃを貫通して、インナーチューブ１２とアウターチューブ２１とによって形成される空間２８０と、ベース部１１の内部空間１１Ｃと、を連通させるように形成される。

以上のように構成されたリニアアクチュエータ３００は、リニアアクチュエータ３００が伸長すると、空間２８０には、溝２１３を介してベース部１１の内部空間１１Ｃの空気が吸入される。また、リニアアクチュエータ３００が収縮すると、空間２８０から溝２１３を介してベース部１１の内部空間１１Ｃへ空気が排出される。よって、溝２１３は、呼吸通路として機能する。

なお、溝４２と溝２１３とは、三か所に設けられているが、これに限らず四か所など任意の数設けることができる。また、溝４２と溝２１３との断面形状は、円弧状に限らず、三角形状や四角形状であってもよい。

さらに、ピン２６１は、円柱形状に限らず、角柱形状、中空形状、あるいは、空間２７０の断面と同一の形状であってもよい。

以上の第３実施形態によれば、第２実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。

ピン２６１が、ヨーク４０に設けられた溝４２とインナーチューブ１２に設けられた溝２１３とで形成される空間２７０に挿入されるので、ピン１６１が溝４２のみで形成された空間に挿入されるものに比べ、ピン２６１を太くすることができる。これにより、ピン２６１の強度が向上するので、回り止め部材２６０の信頼性が向上する。

また、ヨーク４０をインナーチューブ１２に挿入する際に、溝４２と溝２１３で構成される空間２７０に配線４４が位置するので、配線４４がインナーチューブ１２の内周面において引っかかることがなく、滑らかに挿入できる。さらに、溝２１３が呼吸通路として機能するので、リニアアクチュエータ３００の動作の信頼性がより一層向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００，２００，３００ リニアアクチュエータ
１０ 第１チューブ
１１ ベース部
１２ インナーチューブ
１２Ｃ 突出部
１２Ｄ 貫通孔
２０ 第２チューブ
２１ アウターチューブ
３０ ロッド
４０ ヨーク
４０Ａ 凹部
４２ 溝
４４ 配線
６０，１６０，２６０ 回り止め部材
６１，１６１，２６１ ピン
６２，１６２，２６２ 取付部
２１３ 溝

Claims (3)

1. リニアアクチュエータにおいて、
   内側に円筒状のヨークによって保持される複数のコイルが設けられる本体部と、
   前記ヨーク内を軸方向に移動自在なロッドと、
   前記ロッドに軸方向に並んで保持され、前記複数のコイルと対向するように配設される複数の永久磁石と、
   前記本体部と前記ヨークとの相対回転を防止する回り止め部材と、を備え、
   前記ヨークの外周面には、前記回り止め部材が挿入される溝が軸線方向に設けられ、
   前記溝には、前記複数のコイルに接続される配線が収容されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記回り止め部材は、前記ヨークの少なくともいずれか一方の端面に臨んで設けら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。
3. 前記本体部は、内周に突出する突出部を有し、
   前記回り止め部材は、前記突出部に取り付けられ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。

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