JP6364317B2 - 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、界磁と電機子を備え、界磁を可動子とし、電機子を固定子として、可動子を固定子に対し往復移動可能な構成としたロッド型のリニアモータが開示されている。このロッド型のリニアモータでは、電機子に接続されるケーブルが開口部を通じて外部へ導かれている。

特開２０１２−１５７１８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロッド型のリニアモータでは、ケーブルが何らかの理由でたるんでしまうと可動子に接触してしまい、ケーブルが接触したまま可動子が固定子に対して往復移動する恐れがあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コイルからの配線がたるんでも可動部と接触することがない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、リニアアクチュエータにおいて、内側に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、前記複数のコイルに接続され、前記本体部に設けられた開口を介して前記リニアアクチュエータの外部に引き出される配線と、前記本体部に設けられ、前記配線と前記ロッドとの間に介在するガード部材と、を備え、本体部は、円筒状のベース部と、ベース部の一端に固定され複数のコイルが設けられるインナーチューブと、ベース部の他端に固定されロッドの端部に設けられるロッドガイドが内部を摺動するガイドチューブと、を備え、ガード部材は、ベース部またはガイドチューブに設けられることを特徴とする。

本発明では、複数のコイルに接続され外部に引き出される配線とロッドとの間にガード部材が設けられる。したがって、配線がたるんでも、配線とロッドとが接触することを防止できる。

（Ａ）は、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り、（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 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である。 図３におけるＣ−Ｃ断面図である。 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である。 本発明の第４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。 本発明の第５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。 本発明の第６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。

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、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（Ａ）は、リニアアクチュエータ１００の軸線方向における断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図２は、図１（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。

ヨーク４０の外周には、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が挿入される。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。また、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。

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。

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。突出部１３Ａには、ねじ６３によってガード部材６０が取り付けられる。ガード部材６０は、配線４４のヨーク４０と開口１１Ｂとの間の領域において、配線４４とロッド３０の間に介在するように設けられる円筒形状のガード部６１と、突出部１３Ａに取り付けられるフランジ状の取付部６２と、を備える。配線４４とロッド３０の間に介在するように円筒形状のガード部６１が設けられることにより、配線４４がたるんでも配線４４とロッド３０とが接触することが防止される。なお、ガード部材６０のガード部６１は円筒形状に限らず、多角形形状の筒体であってもよい。また、ガード部材６０の突出部１３Ａへの取り付けもねじ６３に限らず、接着や溶接などであってもよい。

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。

なお、本実施形態では、ガード部材６０を突出部１３Ａのベース部１１側の面に取り付けたが、これに代えて、突出部１３Ａのロッドガイド５０が摺動する側の面に取付部６２を取り付けてもよい。この場合、ガード部６１は、突出部１３Ａとロッド３０の間の開口部を通って配線４４とロッド３０の間に介在するように設けられる。また、取付部６２は、ロッドガイド５０と当接し、ロッド３０の伸長方向への移動を規制するストッパ部として機能する。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

第１チューブ１０には、複数のコイル４１に接続される配線４４とロッドとの間に介在するガード部材６０が設けられる。これにより、配線４４がたるんでも、配線４４とロッド３０とが接触することを防止できる。

＜第２実施形態＞
図３、図４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は、リニアアクチュエータ２００の軸線方向における断面図であり、図４は、図３におけるＣ−Ｃ断面図である。以下に示す実施形態では、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、ストロークセンサ７０が設けられ、ストロークセンサ７０がロッド３０と対向するようにガード部材１６０が半円筒形状に形成される点で、第１実施形態と相違する。

ストロークセンサ７０は、ベース部１１の内側に位置するロッド３０の側面の一部と対向するようにして突出部１３Ａに取り付けられる。ストロークセンサ７０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を用いたものである。ストロークセンサ７０は、ホール素子のホール電圧に基づいて、コイル４１と永久磁石３１との相対位置を検出する。ストロークセンサ７０の配線７１は、ベース部１１に設けられた開口１１Ｂを通って外部に引き出される。

ストロークセンサ７０によって検出された信号は、配線７１を介して外部のコントローラに入力される。コントローラは、ストロークセンサ７０により検出されたコイル４１と永久磁石３１との相対位置情報に基づいて、第１チューブ１０に対する第２チューブ２０のストロークを演算する。コントローラは、第１チューブ１０に対する第２チューブ２０のストロークをフィードバックしながらコイル４１に通電する電流の大きさと位相を制御する。これにより、リニアアクチュエータ２００をより正確に制御できる。

ガード部材１６０は、配線４４のヨーク４０と開口１１Ｂとの間の領域において配線４４とロッド３０の間に介在し、ロッド３０の周方向の一部を覆うように形成される半円筒形状のガード部１６１と、突出部１３Ａに取り付けられるフランジ状の取付部１６２と、を備える。ガード部１６１がロッド３０の周方向の一部を覆うように形成されることで、ストロークセンサ７０をロッド３０と対向させて設置することができる。

なお、ガード部１６１は、配線４４のヨーク４０と開口１１Ｂとの間の領域において配線４４とロッド３０の間に介在し、配線４４とロッド３０との接触を防止できるものであれば、半円筒形状に限らず、どのような角度の円弧を形成する形状であってもよい。また、ガード部１６１は多角形形状であってもよく、円筒形状の部材の一部を切り欠いてストロークセンサ７０がロッド３０と対向するようにしたものであってもよい。さらに、ストロークセンサ７０に代えて、温度センサ等のリニアアクチュエータ２００の動作状態を検出するためのセンサを設けてもよい。

以上の第２実施形態によれば、以下の効果を奏する。

ガード部材１６０がロッド３０の周方向の一部を覆うように形成されたことで、第１チューブ１０に対する第２チューブ２０のストロークを検出するためのストロークセンサ７０を配置することができるので、配線４４とロッド３０とが接触することを防止しつつ、リニアアクチュエータ２００の動作を正確に制御できる。

＜第３実施形態＞
図５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５は、リニアアクチュエータ３００の軸線方向における断面図である。

第３実施形態は、ガード部材２６０が、ストッパ部として機能する突出部２１３Ａと一体に形成される点で、第１実施形態と相違する。

ガード部材２６０は、内側に突出する環状の突出部２１３Ａと、突出部２１３Ａから軸方向に延びロッド３０の外周を覆う円筒形状のガード部２１３Ｂと、を備える。突出部２１３Ａとガード部２１３Ｂとは、ガイドチューブ２１３のベース部１１側の端部に位置するようにガイドチューブ２１３と一体に形成される。ガード部２１３Ｂは、配線４４のヨーク４０と開口１１Ｂとの間の領域において、配線４４とロッド３０の間に介在するように設けられる。

リニアアクチュエータ３００が最伸長位置まで伸長すると、ロッドガイド５０が突出部２１３Ａ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２１３Ａはストッパ部として機能する。

なお、本実施形態では、突出部２１３Ａとガード部２１３Ｂとが、ガイドチューブ２１３と一体に形成されているが、これに代えて、突出部２１３Ａとガード部２１３Ｂとを一体に形成したものをガイドチューブ２１３に取り付けてもよい。

以上の第３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。

半径方向に延びロッドガイド５０が当接して最伸長位置を規定する突出部２１３Ａと、軸方向に延びロッド３０の外周を覆うガード部２１３Ｂとを一体に形成したことで、ガード部材２６０が取り付け用のフランジなどを設ける必要がなく、軽量化を図ることができる。さらに、突出部２１３Ａとガード部２１３Ｂをガイドチューブ２１３と一体に形成することでガード部材２６０の取り付けが不要となり、組立の工数を削減することができる。

＜第４実施形態＞
図６を参照して、本発明の第４実施形態に係るリニアアクチュエータ４００について説明する。図６は、リニアアクチュエータ４００の軸線方向における断面図である。

第４実施形態は、ガード部材３６０がベース部３１１に取り付けられる点で、第１実施形態と相違する。

ベース部３１１とインナーチューブ１２との間には、アダプタ３１６が設けられる。インナーチューブ１２は、その一端がアダプタ３１６の内周面３１６Ａに嵌合して固定され、アダプタ３１６はベース部３１１の内周面に嵌合して固定される。

ガード部材３６０は、内側に突出する環状の突出部３１１Ａと、突出部３１１Ａから軸方向に延びロッド３０の外周を覆う円筒形状のガード部３１１Ｂと、を備える。突出部３１１Ａとガード部３１１Ｂとは、ベース部３１１と一体に形成される。ガード部３１１Ｂは、配線４４のヨーク４０と開口１１Ｂとの間の領域において、配線４４とロッド３０の間に介在するように設けられる。

リニアアクチュエータ４００が最伸長位置まで伸長すると、ロッドガイド５０が突出部３１１Ａ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３１１Ａはストッパ部として機能する。

なお、本実施形態では、突出部３１１Ａとガード部３１１Ｂとが、ベース部３１１と一体に形成されているが、これに代えて、突出部３１１Ａとガード部３１１Ｂとを一体に形成したものをベース部３１１に取り付けてもよい。

以上の第４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。

半径方向に延びロッドガイド５０が当接して最伸長位置を規定する突出部３１１Ａと、軸方向に延びロッド３０の外周を覆うガード部３１１Ｂとを一体に形成したことで、ガード部材３６０が取り付け用のフランジなどを設ける必要がなく、軽量化を図ることができる。さらに、突出部３１１Ａとガード部３１１Ｂをベース部３１１と一体に形成することでガード部材３６０の取り付けが不要となり、組立の工数を削減することができる。

＜第５実施形態＞
図７を参照して、本発明の第５実施形態に係るリニアアクチュエータ５００について説明する。図７は、リニアアクチュエータ５００の軸線方向における断面図である。

第５実施形態は、ガード部材４６０のガード部４６１の外周面が先端に向かうにつれてロッド３０に近づくように傾斜している点で、第１実施形態と相違する。

ガード部材４６０は、突出部１３Ａに取り付けられるフランジ状の取付部４６２と、取付部４６２から軸方向に延びロッド３０の外周を覆う円筒形状のガード部４６１と、を備える。ガード部４６１の外周面は、取付部４６２側から先端に向かうにつれてロッド３０に近づくように傾斜するように形成される。なお、ガード部４６１の外周面全体を傾斜させる必要はなく、先端側の一部のみを傾斜させる形状でもよい。

以上の第５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。

ガード部材４６０のガード部４６１の外周面が先端に向かうにつれてロッド３０に近づくように傾斜しているので、第１チューブ１０の組立の際にガード部４６１が配線４４とロッド３０との間に挿入される確実性が向上する。このように、配線４４が傾斜によってガイドされるので、第１チューブ１０の組立性が向上する。

＜第６実施形態＞
図８を参照して、本発明の第６実施形態に係るリニアアクチュエータ６００について説明する。図８は、リニアアクチュエータ６００の軸線方向における断面図である。以下では、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６実施形態は、ベース部１１の開口１１Ｂに代えて、一対のトラニオン軸５０１に貫通孔５０１Ａが設けられ、複数のコイル４１からの配線４４とストロークセンサ７０からの配線７１とが、トラニオン軸５０１に設けられた貫通孔５０１Ａを通って外部に引き出される点で、第２実施形態と相違する。

リニアアクチュエータ６００では、一対のトラニオン軸５０１のうち一方のトラニオン軸５０１の貫通孔５０１Ａから複数のコイル４１からの配線４４が引き出され、他方のトラニオン軸５０１の貫通孔５０１Ａから、ストロークセンサ７０の配線７１が引き出される。

なお、ストロークセンサ７０を設けない場合には、一対のトラニオン軸５０１の一方にのみ貫通孔１Ａを設けてもよい。

以上の第６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。

配線４４と配線７１とを外部に引き出すための貫通孔５０１Ａをトラニオン軸５０１に設けたことにより、ベース部１１に開口１１Ｂを設けたものに比べ、ベース部１１の長さを短くすることができる。よって、リニアアクチュエータ６００の全長を短くすることができる。

また、一方のトラニオン軸５０１の貫通孔５０１Ａから、複数のコイル４１からの配線４４が引き出され、他方のトラニオン軸５０１の貫通孔５０１Ａから、ストロークセンサ７０の配線７１が引き出される。これにより、ストロークセンサ７０によって検出された信号が、コイル４１の配線４４を流れる大きな電流によって影響を受けることがない。よって、ストロークセンサ７０によって検出された信号が外乱の影響を受けることなく正確にコントローラに入力されるので、リニアアクチュエータ６００の動作をより正確に制御できる。

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。

ガード部材６０，１６０，２６０，３６０，４６０を非磁性体で形成し、ヨーク４０に当接するようにしてもよい。これにより、配線４４がたるんでも、配線４４とロッド３０とが接触することを確実に防止できる。また、ガード部材が非磁性体で形成されているため、ヨーク４０に形成される磁路に影響を与えることもない。

１００，２００，３００，４００，５００，６００ リニアアクチュエータ
１，５０１ トラニオン軸
１０ 第１チューブ
１１，３１１ ベース部
１２ インナーチューブ
１３，２１３ ガイドチューブ
２０ 第２チューブ
２１ アウターチューブ
３０ ロッド
４０ ヨーク
４１ コイル
４４，７１ 配線
５０ ロッドガイド
６０，１６０，２６０，３６０，４６０ ガード部材
６１，１６１，２１３Ｂ，３１１Ｂ，４６１ ガード部
７０ ストロークセンサ

Claims (5)

1. リニアアクチュエータにおいて、
   内側に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、
   前記複数のコイルに接続され、前記本体部に設けられた開口を介して前記リニアアクチュエータの外部に引き出される配線と、
   前記本体部に設けられ、前記配線と前記ロッドとの間に介在するガード部材と、を備え、
   前記本体部は、円筒状のベース部と、前記ベース部の一端に固定され前記複数のコイルが設けられるインナーチューブと、前記ベース部の他端に固定され前記ロッドの端部に設けられるロッドガイドが内部を摺動するガイドチューブと、を備え、
   前記ガード部材は、前記ベース部または前記ガイドチューブに設けられることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記ガード部材は、半径方向に延び前記ロッドガイドが当接して最伸長位置を規定するストッパ部と、前記ストッパ部から軸方向に延び前記ロッドの外周を覆うガード部と、を備え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. 前記ガード部材は、前記ロッドの周方向の一部を覆うように形成さ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。
4. 前記ガード部材は、前記配線と前記ロッドとの間の外周面が先端に向かうにつれて前記ロッドに近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
5. 前記ガード部材は、非磁性体によって形成され、前記ヨークと当接することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。

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