JP6106835B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、磁気粘性流体を用いたリニアアクチュエータに関する。

例えば、特許文献１には、送りねじ式リニアアクチュエータが開示されている。このリニアアクチュエータは、雄ねじが形成されたシャフトと、該シャフトに螺合されて、シャフトの正逆回転によって軸線方向に進退する直動体（ナット）とで構成されており、電動モータによりシャフトを回転させて、直動体およびこれに付随するものを動作させるものである。

特開２０１０−６５７７１号公報

しかしながら、この種のリニアアクチュエータでは、シャフトの回転と、直動体の動作が常に連動しており、シャフトを回転させたまま、直動体の動作を停止することはできない。このため、例えば、１本のシャフトに２つの直動体を取付けた場合に、一方の直動体を移動させながら、他方の直動体を停止させるようなことができない。

また、シャフトの回転と、直動体の動作が常に連動することから、シャフト、電動モータおよびこれらの間に介在する減速機構等の慣性が大きい場合には、直動体を機敏に動作させることが困難となる。

本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、雄ねじが形成されたシャフトの回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・遮断させることが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。

上記課題を解決するために、本発明のリニアアクチュエータは、雄ねじが形成されたシャフトと、前記シャフトの雄ねじに螺合された雌ねじを有し、前記シャフトの正逆回転で軸線方向に進退する直動体と、を備えるものを前提としており、前記直動体が、前記雌ねじを有するインナー部材と、前記インナー部材の外周に相対回転自在に設けられたアウター部材と、前記インナー部材と前記アウター部材との隙間に封入された磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体を通過する磁場を発生させるための磁場発生手段と、を含むことを特徴としている。

かかる構成を備えるリニアアクチュエータによれば、磁気粘性流体を通過する磁場を発生させるか否かにより、シャフトの回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・非連動とすることができる。

本発明のリニアアクチュエータは、例えば、上記構成を備えるものにおいて、前記インナー部材および前記アウター部材は、軸線方向に直交しかつ互いに対向した環状面をそれぞれ有し、前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在しており、前記磁場発生手段は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものとしてもよい。

かかる構成を備えるリニアアクチュエータによれば、インナー部材およびアウター部材が、軸線方向に直交しかつ互いに対向した環状面をそれぞれ有し、磁場発生手段が、その環状面間の隙間に介在する磁気粘性流体に軸線方向に通過する磁場を発生するようになっている。つまり、２つの環状面間で磁気粘性流体にせん断力が作用するようになっているので、インナー部材とアウター部材との間での伝達トルク容量（両部材間での回転抵抗）を容易に高めることができる。

また、本発明のリニアアクチュエータは、例えば、既述の構成を備えるものにおいて、前記インナー部材の外周部に、周方向の凹状および凸条が形成され、前記アウター部材の内周部に、前記インナー部材の前記凹条に入り込んだ凸条と、前記インナー部材の前記凸条が入り込んだ凹条とが形成され、前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在しており、前記磁場発生手段は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものとしてもよい。

かかる構成を備えるリニアアクチュエータによれば、インナー部材およびアウター部材が、互いに噛み合った周方向の凹凸条を有し、磁場発生手段が、それらの凹凸条同士の隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生するようになっている。つまり、凸条の側面と凹条の側面との間で磁気粘性流体にせん断力が作用するようになっているので、インナー部材とアウター部材との間での伝達トルク容量（両部材間での回転抵抗）を容易に高めることができる。

本発明によれば、雄ねじが形成されたシャフトの回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・遮断させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータの要部を軸線を含む平面で切断して表した断面図である。 本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ全体を軸線方向から視た側面図である。 本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ全体の平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータについて図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、シャフト２と、このシャフト２の軸線Ｎ方向に進退する直動体を構成するインナー部材３、アウター部材４、磁気粘性流体６、磁場発生手段７等を備えている。

シャフト２は、雄ねじ２１が形成された軸材からなり、例えば図示しないモータ等の駆動源から図示しない減速歯車等の減速機構を介して回転動力が伝達されて、軸線Ｎ回りに正逆方向に回転可能となっている。

インナー部材３は、シャフト２の雄ねじ２１に螺合された雌ねじ３１を有しており、図１に示すインナー部材３は、内周部に雌ねじ３１が形成された略円筒状の部材からなり、その外周部には、周方向に凹条３２および凸条３３が軸線Ｎ方向に交互に形成されている。インナー部材３に形成された凸条３３は鉄等の磁性体で構成されており、インナー部材３の凸条３３以外の部分はステンレス等の非磁性体で構成されていることが望ましい。

アウター部材４は、インナー部材３に対して軸線Ｎ回りに相対回転自在に設けられている。そのために、アウター部材４とインナー部材３との間にベアリング８１、８２が介設されている。アウター部材４の内周部の所定範囲には、インナー部材３の凸条３３が入り込んだ凹条４１と、インナー部材３の凹条３２に入り込んだ凸条４２とが軸線Ｎ方向に交互に形成されている。このため、インナー部材３の凸条３３とアウター部材４の凸条４２とは、軸線Ｎ方向に直交しかつ互いに対向した環状面３３ａ，４２ａを有することとなる。なお、インナー部材３とアウター部材４とは、軸線Ｎ方向へは相対変位不能に構成されており、インナー部材３の軸線Ｎ方向への推力がアンギュラベアリング８２等を介してアウター部材４に伝達されるようになっている。

アウター部材４には、上記構成のほか、コイル７１、ヨーク７２、ボビン７３等の磁場発生手段７が備わっている。コイル７１は、ボビン７３の外周部に巻き付けられており、該コイル７１には、図示しない電流供給装置により任意の電流が供給可能とされている。電流供給装置は直動体に搭載してもよいし、直動体と別個に設けてもよい。ヨーク７２は、コイル７１の外周側および軸線Ｎ方向両側を覆い、その両端部７２ａ，７２ｂがコイル７１よりも軸線Ｎ側へ張り出している。本実施形態では、図１に示すように、既述のアウター部材４の凹凸条４１，４２は、ボビン７３の内周部と、ヨーク７２の両端部７２ａ，７２ｂにて構成されている。なお、ヨーク７２と、ボビン７３に形成された凸条４２とは磁性体で構成され、ボビン７３の凸条４２以外の部分は非磁性体で構成されていることが望ましい。

磁気粘性流体６は、インナー部材３とアウター部材４との隙間にオイルシール８２によって封入されている。この磁気粘性流体６の大部分は、既述したアウター部材４の凹凸条４１，４２とインナー部材の凹凸条３２，３３との隙間に介在している。磁気粘性流体６は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０ｖｏｌ％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。

図２および図３に示すように、リニアアクチュエータ１は、アウター部材４が軸線Ｎ回りに自転することを規制するために、自転規制手段を備えている。この自転規制手段は、例えば、図２および図３に示すように、シャフト２に平行に設置されたガイド軸９１と、ガイド軸９１に沿ってスライド自在に設けられたスライド部材９２と、アウター部材４とスライド部材９２とを連結する連結部材９３とで構成されている。

上記構成を備えるリニアアクチュエータ１では、電流供給装置により、コイル７１に電流が印加されると、矢印Ｐに示すようにヨーク７２に沿って磁路が形成されるとともに、ヨーク７２の両端部７２ａ，７２ｂ間にも磁路が形成される。この磁路は、インナー部材３の凹凸条３２，３３と、アウター部材４の凹凸条４１，４２との隙間に介在する磁気粘性流体６を軸線Ｎ方向に通過する。

このように、コイル７１に電流が印加され、かつ、シャフト２がモータ等によって回転されている場合は、インナー部材３の凹凸条３２，３３と、アウター部材４の凹凸条４１，４２との隙間に介在する磁気粘性流体６が磁場の強さに応じた高い粘度（ずり応力）を発現するため、インナー部材３とアウター部材４とは、相対回転することなく一体の状態になる。また、アウター部材４は、自転規制手段により軸線Ｎ回りの回転を規制されていることから、インナー部材３も回転せず、シャフト２のみが回転する。このため、ねじ作用により、インナー部材３に軸線Ｎ方向への推力が働き、このインナー部材３とともに、アウター部材４、磁気粘性流体６等からなるリニアアクチュエータ１の直動体部分が軸線Ｎ方向に移動する。つまり、シャフト２の回転動作と、直動体の直動動作とが連動状態となる。

一方、シャフト２がモータ等によって回転されていているにもかかわらず、コイル７１に電流が印加されていない場合は、磁気粘性流体５が最低粘度の状態になることから、インナー部材３とアウター部材４とは互いに殆どトルク伝達することなく、自由に相対回転する一方で、インナー部材３とシャフト２とは互いの摩擦抵抗によって一体に回転する。その結果、インナー部材３、アウター部材４、磁気粘性流体６等からなるリニアアクチュエータ１の直動体部分は、軸線Ｎ方向に移動することなくその場に停止した状態を維持する。つまり、シャフト２の回転動作と、直動体の直動動作とが非連動状態となる。

以上に説明したように本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１によれば、コイル７１に電流を印加するか否か（磁気粘性流体６に磁場を付与するか否か）により、シャフト２の回転動作と、直動体の直動動作とを自在に連動・非連動させることが可能となる。このようなリニアアクチュエータ１によれば、例えば、１本のシャフト２に２つの直動体を螺着して取付け、一方の直動体を移動させながら、他方の直動体を停止させるようなことも可能となる。また、シャフト２を回転させたまま、コイル７１への電流供給をオンオフするだけで、直動体の移動動作を制御できることから、電動モータ、減速機構等の慣性が大きくても、直動体を機敏に走行・停止させることが可能となる。

本発明は、例えば、送りねじ式リニアアクチュエータに適用することが可能である。

１ リニアアクチュエータ
２ シャフト
３ インナー部材
４ アウター部材
６ 磁気粘性流体
７ 磁場発生手段
２１ 雄ねじ
３１ 雌ねじ
３２ インナー部材の凹条
３３ インナー部材の凸条
３３ａ インナー部材の環状面
４１ アウター部材の凹条
４２ アウター部材の凸条
４２ａ アウター部材の環状面

Claims (3)

1. 雄ねじが形成されたシャフトと、
   前記シャフトの雄ねじに螺合された雌ねじを有し、前記シャフトの正逆回転で軸線方向に進退する直動体と、
   を備えるリニアアクチュエータにおいて、
   前記直動体は、
   前記雌ねじを有するインナー部材と、
   前記インナー部材の外周に相対回転自在に設けられたアウター部材と、
   前記インナー部材と前記アウター部材との隙間に封入された磁気粘性流体と、
   前記磁気粘性流体を通過する磁場を発生させるための磁場発生手段と、
   を含むことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記インナー部材および前記アウター部材は、軸線方向に直交しかつ互いに対向した環状面をそれぞれ有し、
   前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在しており、
   前記磁場発生手段は、前記インナー部材の環状面と前記アウター部材の環状面との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものである、ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
3. 請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記インナー部材の外周部に、周方向の凹状および凸条が形成され、
   前記アウター部材の内周部に、前記インナー部材の前記凹条に入り込んだ凸条と、前記インナー部材の前記凸条が入り込んだ凹条とが形成され、
   前記磁気粘性流体は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在しており、
   前記磁場発生手段は、前記インナー部材の凹凸条と前記アウター部材の凹凸条との隙間に介在する磁気粘性流体を軸線方向に通過する磁場を発生させるものである、ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
   

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