JP7358283B2 - リニア駆動装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、リニア駆動装置に関する。

一般に、モータによる回転力により、軸を直線運動させるリニア駆動装置が知られている。例えば、アメリカン・ワインディング・ストップ機構を用いて、可動軸の直線移動ストロークを規制するリニア駆動装置が開示されている（特許文献１参照）。

特許第４１３６３３３号公報

しかしながら、リニア駆動装置において、軸の直線動作を制限する構造を設ける場合、軸が制限された状態から通常の直線動作に復帰させることについては充分に考慮されない。

本発明の実施形態の目的は、軸の直線動作を制限し、軸が制限された状態から通常の直線動作に復帰させ易いリニア駆動装置を提供することにある。

本発明の実施形態によれば、軸の直線動作を制限し、軸が制限された状態から通常の直線動作に復帰させ易いリニア駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るリニア駆動装置は、モータと、前記モータのロータの回転力により回転し、前記ロータの回転中心部分を貫通し、前記ロータに対してスラスト方向に動作する軸と、前記軸を中心部分に固定した板形状のフランジと、前記軸が所定範囲の最上点又は最下点を超える方向への前記フランジの回転は停止させ、前記フランジの前記回転と逆の回転は停止させない一方向回転手段と、前記軸が前記所定範囲の最上点又は最下点で、前記一方向回転手段を介して、前記フランジと接触する接触部品とを備える。

本発明の第１実施形態に係るリニア駆動装置の構成を垂直方向に切断した断面図。 第１実施形態に係る軸の構成を示す斜視図。 第１実施形態に係る軸動作制限部を水平方向に切断した断面図。 第１実施形態に係るフランジの上面を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係るリニア駆動装置のワンウェイクラッチが効いている状態の構成を垂直方向に切断した断面図。 第２実施形態に係るリニア駆動装置のワンウェイクラッチが効いていない状態の構成を垂直方向に切断した断面図。 第２実施形態に係る軸動作制限部を水平方向に切断して、ロック状態のワンウェイクラッチの構成を示す断面図。 第２実施形態に係る軸動作制限部を水平方向に切断して、ロック解除状態のワンウェイクラッチの構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係るリニア駆動装置のワンウェイクラッチが効いている状態の構成を垂直方向に切断した断面図。 第３実施形態に係るリニア駆動装置のワンウェイクラッチが効いていない状態の構成を垂直方向に切断した断面図。 第３実施形態に係る軸動作制限部におけるワンウェイクラッチの内部を上から図示した平面図。 第３実施形態に係るワンウェイクラッチのロック状態の構成の側面を示す断面図。 第３実施形態に係るワンウェイクラッチのロック解除状態の構成の側面を示す断面図。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るリニア駆動装置１０の構成を垂直方向に切断した断面図である。図２は、本実施形態に係る軸１の構成を示す斜視図である。図面において、同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
リニア駆動装置１０は、軸１、ロータ２、コイル３、ヨーク４、取付板５、ナット６、２つの軸受７，８、及び、軸動作制限部２０を備える。なお、リニア駆動装置１０は、電源の供給又は電気信号の送受信等のための配線を電気接続するコネクタ部を備えてもよい。ここでは、軸動作制限部２０側を上とし、ナット６側を下として、説明する。

軸１は、スラスト方向に動作することにより、下側の先端に設けられたボール１１で、リニア駆動装置１０の操作対象物を押圧する。軸１は、上側部分１ａ及び下側部分１ｂが一体に結合された形状である。軸１は、リニア駆動装置１０の全体を垂直方向に貫いてはみ出る長さの棒形状である。上側部分１ａの断面は、円形の両端をそれぞれＤカットしたような小判形状である。下側部分１ｂの断面は、円形である。下側部分１ｂの先端にボール１１が設けられる。下側部分１ｂの先端部分の側面には、雄ねじ１２が形成される。下側部分１ｂの側面の全てに、雄ねじ１２が形成されてもよい。

ロータ２、コイル３、及び、ヨーク４は、モータを構成する。ヨーク４の内部には、ロータ２の外周面に対向するように複数のコイル３が配置される。コイル３を通電することで、ロータ２が回転し、軸１に回転力を加える。例えば、モータは、クローポール型ＰＭ(permanent magnet)モータである。

ロータ２の外周面には、コイル３と対向するように、マグネットが設けられる。ロータ２は、円柱形状の回転中心部分に、軸１が貫通する穴が設けられる。ロータ２の上側に設けられる穴は、軸１の上側部分１ａがスラスト方向に移動でき、かつ、ロータ２の回転力を軸１に伝えられるように、軸１の上側部分１ａの断面よりも一回り大きい小判形状に形成される。ロータ２の下側に設けられる穴は、軸１の下側部分１ｂがスラスト方向に移動できるように、軸１の下側部分１ｂの断面よりも一回り大きい円形に形成される。

取付板５は、板形状であり、ヨーク４の下面に取り付けられる。取付板５の中心部分には、軸１が貫通する穴及びナット６を取り付けるための穴が設けられる。取付板５は、外周から径方向に延びるように、リニア駆動装置１０を他の機器に実装するための形状が設けられてもよい。

ナット６は、取付板５を介して、ヨーク４の下面に取り付けられる。ナット６は、中心に貫通した穴が設けられた円柱形状であり、下面の外周はテーパー形状である。ナット６の穴の下側部分の内周面には、軸１の下側先端部分に設けられた雄ねじ１２と噛み合うように雌ねじ６１が形成される。ナット６の穴の上側部分は、空間が形成されるように、下側部分よりも径が広い。ナット６の上側部分に形成される空間に、軸受７が設けられる。

軸受７，８は、軸１のラジアル方向の変動を抑制する軸受である。なお、軸受７，８は、どのような構成でもよい。

軸動作制限部２０は、軸１が予め決められた所定範囲を超えてスラスト方向に動作しないように制限する機構を備える。軸動作制限部２０は、軸１が作用する側（ボール１１側）と反対側に設けられる。

軸動作制限部２０は、ケース２１、カバー２２、フランジ２３、及び、摩擦異方性物質２４を備える。

図３は、第１実施形態に係る軸動作制限部２０を水平方向に切断した断面図であり、カバー２２の裏面側（内側）を示す。図４は、第１実施形態に係るフランジ２３の上面を示す平面図である。

ケース２１は、軸動作制限部２０の側面及び底面を覆う。ケース２１は、ヨーク４の上面に取り付けられる。ケース２１は、円筒形状で、軸１がスラスト方向に動作するように貫通する穴が中心部分に設けられた底面で塞がれる。ケース２１の上面の外周部分には、カバー２２を嵌め込むための溝等の形状が設けられる。ケース２１には、軸受８などを取り付けるための穴又は形状が設けられてもよい。

カバー２２は、ケース２１の上面を塞ぐように取り付けられる。カバー２２は、円板形状であり、軸１がスラスト方向に動作するように貫通する穴Ｈ１が中心部分に設けられる。カバー２２は、ケース２１と一体に形成されてもよいし、ケース２１の底面を塞ぐように取り付けられる構成でもよい。

フランジ２３は、円板形状であり、軸１が貫通する穴Ｈ２が中心部分に設けられる。なお、フランジ２３は、板状であれば、外形は円形に限らず、どのような形状でもよい。フランジ２３は、軸１に固定して取り付けられる。

摩擦異方性物質２４は、カバー２２の裏面に穴Ｈ１の外周を囲むようにリング状に設けられる。摩擦異方性物質２４は、フランジ２３の回転方向により、フランジ２３との摩擦係数が異なる材料で作られる。具体的には、軸１が上に移動する方向にフランジ２３が回転する場合、摩擦異方性物質２４とフランジ２３の間の摩擦は大きい。一方、軸１が下に移動する方向にフランジ２３が回転する場合、摩擦異方性物質２４とフランジ２３の間の摩擦は小さい。

摩擦異方性物質２４は、固形物でもよいし、グリース又はオイル等の流動性の物質でもよい。例えば、摩擦異方性物質２４が流動性の物質の場合、摩擦異方性物質２４をカバー２２に塗布する。なお、摩擦異方性物質２４は、フランジ２３とカバー２２の間に設けられれば、どのような形状でもよいし、どのように設けてもよい。

次に、軸動作制限部２０の機能について説明する。
フランジ２３は、軸１と共に、回転しながら上下に移動する。軸１がスラスト方向の所定範囲の最上点に位置すると、フランジ２３が摩擦異方性物質２４を介して、カバー２２の裏面に接触する。さらに、軸１が上に動く方向にフランジ２３が回転しようとすると、摩擦異方性物質２４により、カバー２２とフランジ２３との間の摩擦力が増大する。これにより、フランジ２３は、回転を継続できなくなり停止する。したがって、軸１は、これ以上、上に移動しなくなる。

フランジ２３が摩擦異方性物質２４を介してカバー２２に密着した状態から、軸１が下に移動する場合、フランジ２３は、軸１が上に移動するときと逆回転する。このとき、摩擦異方性物質２４の特性により、カバー２２とフランジ２３との間の摩擦力は減少する。これにより、フランジ２３は、回転を継続し、カバー２２と密着した状態から滑らかに離れる。したがって、軸１は、所定範囲の最上点の状態からでも、速やかに下に移動する。

ここでは、摩擦異方性物質２４をカバー２２の裏面に設け、軸１の所定範囲の最上点を超える動作を制限したが、同様に、ケース２１の底面に摩擦異方性物質２４を設け、軸１の所定範囲の最下点を超える動作を制限するようにしてもよい。また、摩擦異方性物質２４は、カバー２２の裏面の代わりにフランジ２３の上面に設けてもよいし、ケース２１の底面の代わりにフランジ２３の下面に設けてもよい。さらに、フランジ２３は、軸１の所定範囲の最上点又は最下点で、ケース２１又はカバー２２に限らず、どのような部品と摩擦異方性物質２４を介して接触するようにしてもよい。

本実施形態によれば、軸１の所定範囲の最上点で、フランジ２３がカバー２２と摩擦異方性物質２４を介して接触することで、軸１の最上点を超える動作を制限することができる。また、フランジ２３が回転しながら摩擦異方性物質２４を介してカバー２２に密着しても、摩擦異方性物質２４の特性により、フランジ２３が逆回転することで、フランジ２３がカバー２２から滑らかに離れることができる。したがって、軸動作制限部２０による軸１の停止状態から通常の直線動作に復帰させ易くすることができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るリニア駆動装置１０Ａのワンウェイクラッチ２５が効いている状態の構成を垂直方向に切断した断面図である。図６は、本実施形態に係るリニア駆動装置１０Ａのワンウェイクラッチ２５が効いていない状態の構成を垂直方向に切断した断面図である。

リニア駆動装置１０Ａは、図１に示す第１実施形態に係るリニア駆動装置１０において、軸動作制限部２０を軸動作制限部２０Ａに代えたものである。軸動作制限部２０Ａは、第１実施形態に係る軸動作制限部２０において、摩擦異方性物質２４をワンウェイクラッチ２５に代え、フランジ２３をフランジ２３Ａに代えたものである。その他の点については、リニア駆動装置１０Ａは、第１実施形態と同様である。

フランジ２３Ａは、第１実施形態に係るフランジ２３において、ワンウェイクラッチ２５の中央部に嵌合する凸形状部２３１が設けられたものである。凸形状部２３１は、軸１よりも一回り大きい円柱形状であり、軸１を中心として、フランジ２３Ａの表面に設けられる。軸１が上に移動して、凸形状部２３１がワンウェイクラッチ２５の中央部に嵌合することで、ワンウェイクラッチ２５が効くようになる。

図７は、本実施形態に係る軸動作制限部２０Ａを水平方向に切断して、ロック状態のワンウェイクラッチ２５の構成を示す断面図である。図７は、軸１が所定範囲の最上点に位置し、さらに軸１が回転して上に移動しようとしている状態を示している。図８は、本実施形態に係る軸動作制限部２０Ａを水平方向に切断して、ロック解除状態のワンウェイクラッチ２５の構成を示す断面図である。図８は、軸１が所定範囲の最上点から下に移動している状態を示している。

ワンウェイクラッチ２５は、軸動作制限部２０Ａのカバー２２の裏面に設けられる。なお、ワンウェイクラッチ２５は、ここで説明するものに限らず、どのような方式又は構造のものでもよい。ワンウェイクラッチ２５は、内輪２５１、外輪２５２、３つのローラ２５３、及び、３つのスプリング２５４を備える。

内輪２５１は、外輪２５２に対して相対的に一方向にのみ回転し、逆方向には回転しない。内輪２５１の中心部分に、フランジ２３Ａの凸形状部２３１が嵌合すると、軸１が内輪２５１に接続される。これにより、軸１の回転力が内輪２５１に伝達される。

外輪２５２は、カバー２２に固定される。外輪２５２の内周側には、周方向で等間隔に３つのポケットＰＴが形成される。ポケットＰＴは、内輪２５１の外周にほぼ直方形状が少し斜めに接するような形状で凹むように形成される。

各ポケットＰＴには、１つのスプリング２５４の一端に１つのローラ２５３が取り付けられた構成が収納される。各ポケットＰＴの長手方向の一端の内側には、ローラ２５３が付けられていないスプリング２５４の一端が固定される。各ローラ２５３は、内輪２５１に接触するように取り付けられる。

図７に示すように、軸１が左回り（反時計回り）に回転しようとすると、各ポケットＰＴのローラ２５３が内輪２５１の外周に接触し、スプリング２５４の弾性力により、ローラ２５３がスプリング２５４と反対側のポケットＰＴの角に押し込まれて固定される。この状態で、各ローラ２５３が内輪２５１と接触することで、内輪２５１は、これ以上回転できなくなる。このようにして、軸１の回転力がロックされる。

図７に示す状態から軸１が右回り（時計回り）に回転すると、図８に示すように、内輪２５１も右回りに回転し、各ローラ２５３が内輪２５１との摩擦力により各ポケットＰＴの中央に移動する。ポケットＰＴの中央に位置するローラ２５３と内輪２５１との間の摩擦力は小さい。したがって、軸１の回転力がロックされた状態からでも、容易にロックが解除され、軸１は、抵抗なく逆回転して、下に移動することができる。

ここでは、ワンウェイクラッチ２５をカバー２２の裏面に設け、軸１の所定範囲の最上点を超える動作を制限したが、同様に、ケース２１の底面にワンウェイクラッチ２５を設け、軸１の所定範囲の最下点を超える動作を制限するようにしてもよい。また、ワンウェイクラッチ２５は、カバー２２の裏面の代わりにフランジ２３Ａの上面に設けてもよいし、ケース２１の底面の代わりにフランジ２３Ａの下面に設けてもよい。

本実施形態によれば、内輪２５１と外輪２５２が相対的に一方向に回転するワンウェイクラッチ２５を用いることで、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係るリニア駆動装置１０Ｂのワンウェイクラッチ２６が効いている状態の構成を垂直方向に切断した断面図である。図１０は、本実施形態に係るリニア駆動装置１０Ｂのワンウェイクラッチ２６が効いていない状態の構成を垂直方向に切断した断面図である。

リニア駆動装置１０Ｂは、図１に示す第１実施形態に係るリニア駆動装置１０において、軸動作制限部２０を軸動作制限部２０Ｂに代えたものである。軸動作制限部２０Ｂは、第１実施形態に係る軸動作制限部２０において、摩擦異方性物質２４をワンウェイクラッチ２６に代えたものである。その他の点については、リニア駆動装置１０Ｂは、第１実施形態と同様である。

図１１は、本実施形態に係る軸動作制限部２０Ｂにおけるワンウェイクラッチ２６の内部を上から図示した平面図である。図１２は、本実施形態に係るワンウェイクラッチ２６のロック状態の構成の側面を示す断面図である。図１２は、軸１が所定範囲の最上点に位置し、さらに軸１が回転して上に移動しようとしている状態を示している。図１３は、本実施形態に係るワンウェイクラッチ２６のロック解除状態の構成の側面を示す断面図である。図１３は、軸１が所定範囲の最上点から下に移動しようとしている状態を示している。

ワンウェイクラッチ２６は、軸動作制限部２０Ｂのカバー２２の裏面に設けられる。軸１が上に移動して、フランジ２３の上面がワンウェイクラッチ２６の下面に接触することで、ワンウェイクラッチ２６が効くようになる。なお、ワンウェイクラッチ２６は、ここで説明するものに限らず、どのような方式又は構造のものでもよい。ワンウェイクラッチ２６は、上側円板部２６１、下側円板部２６２、２つの係止部２６３、及び、２つのスプリング２６４を備える。

下側円板部２６２は、上側円板部２６１に対して相対的に一方向にのみ回転し、逆方向には回転しない。下側円板部２６２の下面（クラッチ端面）にフランジ２３が接触すると、フランジ２３が下側円板部２６２に接続される。これにより、軸１の回転力が下側円板部２６２に伝達される。

上側円板部２６１は、下側円板部２６２の上に積み重ねられるように取り付けられる。上側円板部２６１の下面側（内側）には、係止部２６３及びスプリング２６４を取り付けるための窪みが設けられる。

係止部２６３は、根本部分を支点として薄板上の先端が上下に動くように、上側円板部２６１の窪みに取り付けられる。各係止部２６３は、ワンウェイクラッチ２６がロック状態となる回転方向と逆方向側に先端が位置するように、下側円板部２６２の径方向と垂直に配置される。

スプリング２６４は、係止部２６３の先端と上側円板部２６１の窪みを接続するように取り付けられる。スプリング２６４は、係止部２６３の先端を下側円板部２６２側に押し付ける方向に、弾性力による圧力を加える。

下側円板部２６２の上面側（内側）には、係止部２６３の先端が嵌まる形状の窪みが設けられる。この窪みの係止部２６３の先端側は、係止部２６３の先端の厚みと同程度の深さで、係止部２６３の先端が嵌まるように直角に近い段差に形成される。この窪みの係止部２６３の根本側は、傾斜角度の低いなだらかな斜面に形成される。

図１２に示すように、フランジ２３と共に下側円板部２６２が右方向に回転しようとすると、係止部２６３の先端が下側円板部２６２の段差に引っ掛かり、下側円板部２６２は、これ以上回転できなくなる。これにより、フランジ２３も回転できなくなり、軸１の回転力がロックされる。

図１２に示す状態から下側円板部２６２が左方向に回転すると、図１３に示すように、係止部２６３は、下側円板部２６２に形成されたなだらかな斜面を根本側から登り、先端が上に跳ね上がる。したがって、軸１の回転力がロックされた状態からでも、容易にロックが解除され、軸１は、抵抗なく逆回転して、下に移動することができる。

ここでは、ワンウェイクラッチ２６をカバー２２の裏面に設け、軸１の所定範囲の最上点を超える動作を制限したが、同様に、ケース２１の底面にワンウェイクラッチ２６を設け、軸１の所定範囲の最下点を超える動作を制限するようにしてもよい。また、ワンウェイクラッチ２６は、カバー２２の裏面の代わりにフランジ２３の上面に設けてもよいし、ケース２１の底面の代わりにフランジ２３の下面に設けてもよい。

本実施形態によれば、上側円板部２６１と下側円板部２６２が相対的に一方向に回転するワンウェイクラッチ２６を用いることで、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。

１…軸、２…ロータ、３…コイル、４…ヨーク、５…取付板、６…ナット、７，８…軸受、１０…リニア駆動装置、２０…軸動作制限部、２１…ケース、２２…カバー、２３…フランジ、２４…摩擦異方性物質。

Claims (5)

1. モータと、
   前記モータのロータの回転力により回転し、前記ロータの回転中心部分を貫通し、前記ロータに対してスラスト方向に動作する軸と、
   前記軸を中心部分に固定した板形状のフランジと、
   前記軸が所定範囲の最上点又は最下点を超える方向への前記フランジの回転は停止させ、前記フランジの前記回転と逆の回転は停止させない一方向回転手段と、
   前記軸が前記所定範囲の最上点又は最下点で、前記一方向回転手段を介して、前記フランジと接触する接触部品と
   を備えることを特徴とするリニア駆動装置。
2. 前記一方向回転手段は、前記フランジの回転方向により、前記フランジとの摩擦係数が異なる摩擦異方性物質を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
3. 前記一方向回転手段は、一方向に回転し、前記一方向と逆方向に回転しないワンウェイクラッチを含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
4. 前記ワンウェイクラッチは、前記軸と共に回転する内輪と、前記内輪の外周に位置する外輪とを含み、前記内輪は、前記外輪と相対的に、一方向に回転し、前記一方向と逆方向に回転しないこと
   を特徴とする請求項３に記載のリニア駆動装置。
5. 前記ワンウェイクラッチは、前記軸と共に回転する下側部品と、前記下側部品の上に位置する上側部品とを含み、前記下側部品は、前記上側部品と相対的に、一方向に回転し、前記一方向と逆方向に回転しないこと
   を特徴とする請求項３に記載のリニア駆動装置。

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