JP6654928B2 - リニアアクチュエータユニット - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエータユニットに関する。

電動リニアアクチュエータは、たとえば、荷重試験機等に使用される。荷重試験機では、電動リニアアクチュエータは、一端が固定されたテストピースの他端に連結されて、駆動によって前記テストピースに引張荷重を付加できる。

具体的にはたとえば、従来の荷重試験機では、電動リニアアクチュエータの出力軸が貫通するテーブルに支柱を設けてあり、この支柱の上端にクロスヘッドにテストピースの上端を把持する上つかみ具が取り付けられている。また、テーブル下に設けられた電動リニアアクチュエータの先端にも下つかみ具が設けられている。そして、テストピースの下端を電動リニアアクチュエータに連結し、テストピースの上端をクロスヘッドに連結した状態で、電動リニアアクチュエータを駆動させてテストピースに引張荷重を付加させるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

このような荷重試験機では、電動リニアアクチュエータの駆動によってテストピースにどの程度の荷重が作用しているのかを検出するために、一般的にロードセル等の荷重センサを設けている。より詳細には、荷重センサは、クロスヘッドとつかみ具との間に設けられており、電動リニアアクチュエータから入力される荷重を検出する。

特開２００９−０１４５４２号公報

上記特許文献１に開示された荷重試験機にあっては、電動リニアアクチュエータでテストピースへ高周波で振動を与えると、電動リニアアクチュエータから発せられる電磁ノイズが荷重センサの出力に重畳されて正しい荷重の検出が難しくなる問題がある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、荷重センサの出力への電磁ノイズの重畳を防止可能なリニアアクチュエータユニットの提供である。

上記した目的を達成するため、請求項１のリニアアクチュエータユニットは、電動リニアアクチュエータと、電動リニアアクチュエータに連結されて電動リニアアクチュエータの軸方向の荷重を検出する荷重センサと、荷重センサを介して電動リニアアクチュエータを外部部材へ連結する連結部材と、電動リニアアクチュエータの先端に連結されて電動リニアアクチュエータから荷重センサを電磁的に絶縁するとともに弾性を有する第一絶縁体と、連結部材に連結されて連結部材から荷重センサを電磁的に絶縁する第二絶縁体とを備え、荷重センサは、第一絶縁体の外周に装着される外環を有し、第一絶縁体の弾性変形量を検出して電動リニアアクチュエータの軸方向の荷重を検出し、第二絶縁体は、外環と連結部材との間に配置されている。このようにリニアアクチュエータユニットを構成すると、荷重センサが第一絶縁体によって電動リニアアクチュエータから電磁的に絶縁されるため、荷重センサが出力する信号に電動リニアアクチュエータの通電によって生じる電磁ノイズが重畳されずに済む。また、荷重センサが第二絶縁体によって連結部材から電磁的に絶縁されるため、連結部材に連結される外部部材側からも荷重センサを電磁的に絶縁できより正確な荷重を検知できる。これにより、電動リニアアクチュエータ側からも連結部材側からも電磁的に荷重センサが絶縁されるので、より正確な荷重を検知できる。

さらに、請求項２のリニアアクチュエータユニットのように、第一絶縁体と第二絶縁体の少なくとも一方を合成樹脂とすると、電磁的絶縁を可能としつつ、リニアアクチュエータユニットを軽量化できる。

本発明のリニアアクチュエータユニットによれば、荷重センサの出力への電磁ノイズの重畳の防止が可能となる。

本発明の一実施の形態におけるリニアアクチュエータユニットの縦断面図である。 本発明の一実施の形態の一変形例におけるリニアアクチュエータユニットの縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態におけるリニアアクチュエータユニット１を振動試験機Ｋに適用した例に基づき説明する。一実施の形態におけるリニアアクチュエータユニットＵは、図１に示すように、電動リニアアクチュエータＡと、電動リニアアクチュエータＡに連結されて電動リニアアクチュエータＡの軸方向の荷重を検出する荷重センサＬと、電動リニアアクチュエータＡから荷重センサＬを電磁的に絶縁する絶縁部材Ｉと、連結部材３０を備えて構成されている。

以下、リニアアクチュエータユニット１の各部について詳しく説明する。まず、電動リニアアクチュエータＡは、本例では、筒状のベース２と、ベース２の図１中右端に連結されるガイドチューブ３と、ガイドチューブ３の内周に取り付けられる筒状のコア４とコア４の内周に設けた複数のスロット４ａに装着される複数のコイル５と有するステータＳと、ベース２の図１中左端に連結される有底筒状のボトムガイド６と、コア４内に軸方向に相対移動可能に挿入されて軸方向に並べて配置される複数の永久磁石９でなる界磁を収容して保持する可動子としてのインナーロッド８と、インナーロッド８の図１中左端に装着されるとともにボトムガイド６の内周に摺接するスライダ１０と、ガイドチューブ３の外周に軸方向へ摺動可能に装着される筒状のアウターロッド１１と、インナーロッド８の図１中右端をアウターロッド１１の図１中右端に連結するカバー１２と、カバー１２の先端に設けた取付軸１３とを備えて構成されている。

インナーロッド８は、この実施の形態の場合、筒状とされており、内部に軸方向に並べた複数の永久磁石９を収容して保持しており、これら永久磁石９で界磁が形成されている。なお、インナーロッド８は、強磁性体材料で形成されると磁束が集中して永久磁石９の外周周りにおける磁束に影響を与えるので、非磁性体材料によって形成されるとよい。また、永久磁石９は、インナーロッド８への設置数は、任意に決定できる。この場合、永久磁石９は、軸方向にＮ極とＳ極が現れるように着磁されており、隣り合う永久磁石９は同極同士を対向させてインナーロッド８に軸方向に並べて保持されているが、内周と外周で極が異なるように着磁されていてもよく、いずれにしても、インナーロッド８の軸方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に現れるようになっていればよい。なお、この実施の形態では、永久磁石９間にそれぞれ円盤状の継鉄７を介装するようにしており、これによって、インナーロッド８の外周に効率よく磁界を生じさせ得る。さらに、この実施の形態にあっては、インナーロッド８は、筒状とされて内部が中空とされて、当該内部に永久磁石９を収容する構造となっているが、インナーロッド８を単なる円柱として外周に永久磁石９を装着するようにしてもよい。

インナーロッド８の右端には、カバー１２が装着されている。カバー１２は、インナーロッド８の右端を保持する小径部１２ａと、小径部１２ａの左端に設けられたフランジ１２ｂと、フランジ１２ｂの外周に設けられた大径部１２ｃとを備えている。そして、アウターロッド１１の右端が大径部１２ｃの内周に装着されていて、アウターロッド１１とインナーロッド８がカバー１２を介して連結される。また、カバー１２の右端には、取付軸１３が右方へ突出するように設けられていて、取付軸１３の外周に内環１７が圧入により装着されている。

つづいて、コア４は、筒状であって、内周には、コイル５を保持する環状凹部でなるスロット４ａをコイル５の設置数と同数を軸方向に並べて設けてある。そして、スロット４ａの軸方向両側には、環状の磁歯４ｂが設けてあって、環状のコイル５をスロット４ａに装着すると、コイル５の軸方向の両端に磁歯４ｂが配置される。

コイル５は、インナーロッド８の外周を取り巻くようにコア４に保持されていて、インナーロッド８に設けた複数の永久磁石９でなる界磁に対向しており、通電時に磁力を発揮して永久磁石９を吸引し、インナーロッド８をステータＳに対して図１中左右方向となる軸方向へ駆動できる。

また、このインナーロッド８の軸方向への駆動に際して、インナーロッド８の左端に連結されるスライダ１０がボトムガイド６に案内されるとともに、インナーロッド８の右端に連結されるアウターロッド１１がガイドチューブ３に案内される。よって、インナーロッド８は、ステータＳに対して軸ぶれせずに円滑に軸方向へ駆動され、安定した推力を発揮できる。

なお、ベース２の外周には、トラニオンピン２ａ，２ｂが設けられている。トラニオンピン２ａ，２ｂは、矩形のフレーム１５に設けた孔１５ａ，１５ｂ内に挿入されており、電動リニアアクチュエータＡは、トラニオンピン２ａ，２ｂの軸周りに回転可能とされつつ、フレーム１５内に収容されている。また、フレーム１５の右辺の内周側には、テストピースＴの図１中右端を把持可能なチャック金具１６が設けられている。

荷重センサＬは、内環１７の外周に装着した筒状の弾性を備えた第一絶縁体１８の弾性変形量を検出して電動リニアアクチュエータＡの軸方向の荷重を検知するようになっている。荷重センサＬは、本例では、第一絶縁体１８の外周に装着された外環１９と、第一絶縁体１８の右端に貼付されてブリッジ回路を構成する図外の歪ゲージでなる検知部２０と、歪ゲージのブリッジ電圧を検出する電圧検出部２１とを備えている。電圧検出部２１は、前記ブリッジ回路へ電圧を印加するとともに、検出したブリッジ電圧に応じた信号を外部へ送信するために信号線２２を備えており、外環１９の外周に装着されている。外環１９は、周上に等間隔に複数の取付孔１９ａが設けられており、この取付孔１９ａを利用してテストピースＴの図１中左端を保持する連結部材３０にボルトＢとナットＮによって連結できるようになっている。

第一絶縁体１８は、本例では、硬質ゴムで形成されており、これに貼られる検知部２０および外環１９の外周に装着される電圧検出部２１を電動リニアアクチュエータＡから電磁的に絶縁している。よって、電動リニアアクチュエータＡのコイル５への通電によって生じる電磁ノイズがインナーロッド８、カバー１２、取付軸１３および内環１７を介して荷重センサＬへ伝達されないようになっている。この場合、第一絶縁体１８は、荷重センサＬの検知部２０が荷重を検知するための弾性変形部品としても機能するほか、荷重センサＬに対して電動リニアアクチュエータＡ側からの電磁ノイズの入力を絶つ絶縁部材としても機能している。なお、第一絶縁体１８の材料及び厚みは、荷重センサＬを電磁的に絶縁できることを前提に任意に設定できる。なお、歪ゲージは、一般的に、薄い電気絶縁物のベース上に抵抗線またはフォトエッチング加工した抵抗箔を装着して形成されるが、歪ゲージを構成するベースでは磁気ノイズを絶縁できず、ベースは本発明に言う絶縁部材Ｉに含まれない。

連結部材３０は、フランジ部３０ａと、フランジ部３０ａの図１中右方に設けられて外部部材としてのテストピースＴの左端を把持するチャック部３０ｂとを備えている。そして、フランジ部３０ａには、外環１９の取付孔１９ａと同数の取付孔３０ｃが前記取付孔１９ａと符合する位置に設けられている。

連結部材３０と外環１９との間には、絶縁プレート３１が介装されており、また、取付孔３０ｃ内には絶縁体で形成されるブッシュ３２が挿入されている。絶縁プレート３１は、円盤状であって、外環１９の取付孔１９ａと同数の取付孔３１ａが前記取付孔１９ａと符合する位置に設けられている。ブッシュ３２は、取付孔３０ｃ内に挿入される筒部３２ａと、筒部３２ａの図１中右端外周に設けたフランジ部３２ｂとを備えている。ブッシュ３２の筒部３２ａの先端からフランジ部３２ｂまでの長さは、連結部材３０のフランジ部３０ａの厚みである図１中左右方向長さと同じか或いは若干短くなっている。

電動リニアアクチュエータＡに連結部材３０を取り付けるには、外環１９に絶縁プレート３１を積層し、さらに、ブッシュ３２を図１中右方から取付孔３０ｃ内に挿入した連結部材３０を積層した状態とする。そして、取付孔１９ａ、３０ｃ、３１ａにボルトＢを挿通して、ボルトＢの螺子部の外周にナットＮを装着すると、外環１９と連結部材３０とがボルトＢとナットＮによって締め付けられて両者が絶縁プレート３１およびブッシュ３２とともに一体化される。このように外環１９と連結部材３０とが一体化されると荷重センサＬが連結部材３０とが連結され、荷重センサＬが前述のように電動リニアアクチュエータＡに連結されているので、連結部材３０が荷重センサＬを介して電動リニアアクチュエータＡに連結される。

絶縁プレート３１およびブッシュ３２は、本例では、ＭＣナイロン（登録商標）等の非導電性かつ磁化されない非磁性の合成樹脂等で構成されており、部品間に介装されると、部品間同士を電気的に絶縁するとともに、磁気的には部品間に磁気ギャップを形成する。

連結部材３０と荷重センサＬとの間には、絶縁プレート３１が介装されており、ブッシュ３２を設けてボルトＢと連結部材３０との間も電磁的に絶縁されるので、連結部材３０から荷重センサＬは電磁的に絶縁される。よって、本例では、絶縁プレート３１およびブッシュ３２で第二絶縁体３３を形成している。絶縁プレート３１の厚み、ブッシュ３２の各部の材料及び厚みについては、荷重センサＬを電磁的に絶縁できることを前提に任意に設定できる。

このように、荷重センサＬは、電動リニアアクチュエータＡに第一絶縁体１８を介して連結され、連結部材３０に第二絶縁体３３を介して連結されており、第一絶縁体１８および第二絶縁体３３とで絶縁部材Ｉを構成している。

このように構成されたリニアアクチュエータユニット１では、コイル５に通電しインナーロッド８を軸方向へ駆動して電動リニアアクチュエータＡを伸縮させるとテストピースＴに引張荷重を負荷して振動試験を行える。そして、振動試験中にテストピースＴに与えられている荷重を荷重センサＬで検知できる。

絶縁部材Ｉによって電動リニアアクチュエータＡのインナーロッド８側から荷重センサＬに対して電磁ノイズが入力されずに済む。また、本例では、絶縁部材Ｉによって電動リニアアクチュエータＡからフレーム１５、チャック金具１６、テストピースＴおよび連結部材３０を介して荷重センサＬに対し電磁ノイズが入力されずに済む。

このように、荷重センサＬは、絶縁部材Ｉによって電動リニアアクチュエータＡから電磁的に絶縁されるため、荷重センサＬが出力する信号に電動リニアアクチュエータＡの通電によって生じる電磁ノイズが重畳されない。よって、リニアアクチュエータユニット１によれば、荷重センサＬの出力への電磁ノイズの重畳を防止が可能であり、正確な荷重を検知できる。

なお、電動リニアアクチュエータＡから直接ではなく、電動リニアアクチュエータＡを保持するフレーム１５、チャック金具１６および外部部材としてのテストピースＴまでの途中或いは外部部材そのものが電磁的な絶縁を可能とする材料にて形成されている場合、第二絶縁体３３を省略できる。つまり、電動リニアアクチュエータＡ或いは図外の外部機器から外部部材を介して間接的に荷重センサＬへ電磁ノイズが入力される経路上に電磁的に絶縁する部材があれば、電動リニアアクチュエータＡから直接に荷重センサＬへ電磁ノイズが入力される経路上に絶縁部材Ｉを設けるだけで足りる。なお、本例のように、絶縁部材Ｉが荷重センサＬを電動リニアアクチュエータＡおよび連結部材３０の双方から電磁的に絶縁する場合、電動リニアアクチュエータＡからだけではなく、連結部材３０に連結される外部部材側からも電磁的に絶縁でき、より正確な荷重を検知できる利点がある。

なお、絶縁部材Ｉを合成樹脂とすると、電磁的絶縁を可能としつつ、リニアアクチュエータユニット１を軽量とできる利点がある。第一絶縁体１８と第二絶縁体３３の一方のみを合成樹脂で形成してもよい。

また、本例では、荷重センサＬが第一絶縁体１８の弾性変形量を検出するようになっていた。これに対して、図２に示したリニアアクチュエータユニット４０のように、荷重センサＬの検知部２０が内環４１と、外環４２と、内環４１と外環４２との間に設けられて内環４１と外環４２の軸方向の相対変位によって撓む導電体或いは磁性体の弾性変形部４３の弾性変形量を検出するような場合、内環４１と取付軸１３との間に筒状の第一絶縁体４４を介装するようにしてもよい。この例では、第一絶縁体４４および第二絶縁体３３で絶縁部材Ｉ’を構成している。このようにすれば、荷重センサＬが電動リニアアクチュエータＡから電磁的に絶縁されるので、荷重センサＬの出力への電磁ノイズの重畳を防止が可能であり、正確な荷重を検知できる。なお、図２に示したリニアアクチュエータユニット４０を構成する各部品のうち、図１に示したリニアアクチュエータユニット１と同じ符号が付された部品は、リニアアクチュエータユニット１と同じ部品で構成されているので詳しい説明は省略する。図１に示した例では、第一絶縁体１８が荷重センサＬの検知部２０が荷重を検知するための弾性変形部としても機能するほか、荷重センサＬに対して電動リニアアクチュエータＡ側からの電磁ノイズの入力を絶つ絶縁部材としても機能しているので、図２に示した例のように、弾性変形部の他に第一絶縁体を設けなくともよく、コストを低減できる。

また、荷重センサＬを絶縁部材で外部から電磁ノイズの影響を受けないように絶縁される例について説明したが、検知部２０および電圧検出部２１を被覆する絶縁材で形成された被覆部材を備えていて、荷重センサＬ自体が外部から電磁的に絶縁されてもよい。

リニアアクチュエータユニット１は、たとえば、連結部材３０にチャック部３０ｂの代わりにブラケットを設けて外部機器との連結を可能とすれば、振動試験機Ｋだけではなく、種々の機械、装置に利用できる。したがって、リニアアクチュエータユニット１の用途は振動試験機Ｋに限られない。また、リニアアクチュエータユニット１は、トラニオンピン２ａ，２ｂを利用した取付以外にも、ボトムガイド６の端部にブラケットを設けて外部機器との連結を可能としてもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１・・・リニアアクチュエータユニット、１８・・・第一絶縁体、３０・・・連結部材、３３・・・第二絶縁体、Ａ・・・電動リニアアクチュエータ、Ｉ，Ｉ’・・・絶縁部材、Ｌ・・・荷重センサ、Ｔ・・・テストピース（外部部材）

Claims (2)

1. 電動リニアアクチュエータと、
   前記電動リニアアクチュエータに連結されて前記電動リニアアクチュエータの軸方向の荷重を検出する荷重センサと、
   前記荷重センサを介して前記電動リニアアクチュエータを外部部材へ連結する連結部材と、
   前記電動リニアアクチュエータの先端に連結されて前記電動リニアアクチュエータから前記荷重センサを電磁的に絶縁するとともに弾性を有する第一絶縁体と、
   前記連結部材に連結されて前記連結部材から前記荷重センサを電磁的に絶縁する第二絶縁体とを備え、
   前記荷重センサは、前記第一絶縁体の外周に装着される外環を有し、前記第一絶縁体の弾性変形量を検出して前記電動リニアアクチュエータの軸方向の荷重を検知し、
   前記第二絶縁体は、前記外環と前記連結部材との間に配置される
   ことを特徴とするリニアアクチュエータユニット。
2. 前記第一絶縁体と前記第二絶縁体の少なくとも一方は、合成樹脂である
   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ユニット。

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