KR20110085867A

KR20110085867A - 리니어 액츄에이터

Info

Publication number: KR20110085867A
Application number: KR1020100132195A
Authority: KR
Inventors: 다테히코 야자와; 다츠히코 하라; 유이치 하야시
Original assignee: 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-07-27
Also published as: CN102128296B; JP2011151921A; CN102128296A; JP5484091B2; KR101740054B1

Abstract

과제
회전체와 그것을 지지하는 부재의 슬라이딩 저항을 억제하여, 베어링 등의 부품의 삭감이나 부품의 가공성 향상 등에 의해 제조 비용을 억제한 리니어 액츄에이터를 제공하는 것.
해결 수단
케이스 (52) 내에, 구동원으로서의 모터 (10) 와, 그 모터 (10) 의 회전 동력을 직선 동력으로 변환시켜 피구동체에 전달하는 직동 변환 기구를 구비하는 리니어 액츄액츄터 (1) 에 있어서, 상기 직동 변환 기구는, 상기 모터 (10) 의 로터 (14) 에 의해 회전되는 리드 스크류 (18) 와, 그 리드 스크류 (18) 에 나사 결합되어 상기 피구동체와 연계된 캐리지 (20) 와, 그 캐리지 (20) 의 회전을 저지하는 회전 저지 부재 (30, 40) 를 갖고, 상기 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 는, 일체적으로 형성됨과 함께 상기 케이스 (52) 에 고정된 고정축 (16) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다.

Description

리니어 액츄에이터{LINEAR ACTUATOR}

본 발명은, 리니어 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모터의 회전 동력을 직선 동력으로 변환시키는 기구를 구비하고, 피구동체를 모터의 축선 방향으로 진퇴 이동시키는 리니어 액츄에이터에 관한 것이다.

종래 일반적으로, 모터 (스테핑 모터) 의 회전 동력에 기초하여 피구동체를 진퇴 이동시키는 리니어 액츄에이터가 알려져 있다. 이와 같은 리니어 액츄에이터는, 각종 기체나 액체 등의 유로를 개폐하는 밸브체의 구동 장치로서 바람직하게 사용되고, 예를 들어, 연료용 가스의 개폐 밸브나 가스 유량 조정 밸브로서, 가스 급탕기 등의 가스 연소 기기에 많이 사용되고 있다.

이 종류의 리니어 액츄에이터로서, 예를 들어 특허문헌 1 에는, 구동원인 모터와, 이 모터의 로터와 일체적으로 형성된 회전축을 갖는 리니어 액츄에이터가 기재되어 있다. 회전축에는 리드 스크류가 형성되고, 리드 스크류에는, 회전 방향의 움직임이 규제된 캐리지가 나사 결합되어 있다. 이 캐리지는, 피구동체와 연결되어 있다. 이러한 구성에 의해, 모터가 회전하면, 회전이 규제된 캐리지와 함께 피구동체가 직선 동작된다. 요컨대, 모터의 회전 동력이 직선 동력으로 변환되어 피구동체에 출력된다.

일본 공개특허공보 2005-172154호

그러나, 로터와 일체적으로 회전하는 회전축을 갖고, 그 회전축에 리드 스크류가 형성되어 있는 특허문헌 1 의 구성은, 다음과 같은 문제가 있었다.

제 1 문제점은, 로터를 지지하는 축이 회전하는 것이기 때문에, 베어링을 별도로 형성하거나, 케이스로 회전축을 지지하는 구성을 채용해야만 하는 점이다. 요컨대, 회전축을 지지하는 베어링이 필요해지기 때문에, 부품 비용이 증대되므로 문제가 된다. 또, 특허문헌 1 의 구성과 같이, 회전축의 일단 (一端) 이 케이스에 의해 지지되는 구성으로 하면, 그 지점에 대해서는 별도로 베어링을 형성할 필요는 없지만, 이러한 구성은, 회전축의 회전을 케이스 (일반적으로는 프레스 가공품이며, 베어링 부분의 치수 정밀도가 그만큼 높지 않다) 에 의해 지지하는 구성이므로, 회전축과 케이스의 슬라이딩 저항이 커진다. 이와 같은 회전체와 그것을 지지하는 부재의 슬라이딩 저항의 증대는, 에너지 손실의 증대, 부재의 심한 마모에 의한 장치 수명의 저하와 같은 다양한 문제를 초래한다.

제 2 문제점은, 로터의 회전을 지지하는 회전축에 리드 스크류가 형성되어 있는 점이다. 요컨대, 로터의 회전을 지지하는 회전축은, 충분한 기계적 강도를 갖는 재료 (예를 들어 스테인리스 등) 로 형성할 필요가 있다. 그러나, 이와 같은 강도를 갖는 재료에 대한 리드 스크류의 형성은, 가공이 곤란하기 때문에, 가공 비용이 늘어난다.

상기 실정을 감안하여, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 회전체와 그것을 지지하는 부재의 슬라이딩 저항을 억제하여, 베어링 등의 부품의 삭감이나 부품의 가공성 향상 등에 의해 제조 비용을 억제한 리니어 액츄에이터를 제공하는 것에 있다.

본원 발명자들은, 상기 문제점에 입각하여 다음과 같은 리니어 액츄에이터의 구성을 생각하였다. 즉, 로터를 지지하는 축 자체는 회전하지 않는 고정축으로 한 후, 로터와 리드 스크류를 따로 구성하고, 이들이 각각 고정축에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되고, 로터가 회전하면 그 회전 동력이 리드 스크류에 전달되는 구성 (후술하는 검토예 1 (각 비교예) 에 관련된 구성) 을 생각하였다. 이와 같이 로터와 리드 스크류가 따로 고정축에 지지되는 구성으로 한 것은, 1) 고정축이 삽입 통과되는 관통공을 용이하게 형성할 수 있도록 하고, 2) 금속 재료로 형성되는 리드 스크류의 크기를 가능한 한 작게 하여, 고가인 금속 재료의 사용량을 최대한 억제하고, 3) 로터나 리드 스크류를 따로 형성하여, 다른 제품에도 전개할 수 있도록 하거나 (부품의 공통화) 하기 위해서이다.

이러한 구성으로 하면, 회전축을 지지하는 베어링을 사용할 필요는 없으며, 회전축을 케이스로 지지할 필요도 없다. 또, 리드 스크류의 가공성이 나쁘다는 문제도 없다.

그런데, 이러한 구성을 채용한 경우, 액츄에이터 구동 중의 소음이 크다는 새로운 문제가 발생하였다. 발명자들이 예의 연구한 결과, 그 소음은, 모터에 의해 리드 스크류를 캐리지 (피구동체) 가 인입되는 방향 (하방향으로 이동시키는 방향) 으로 회전시켜, 하한 한도 (더 이상 캐리지가 내려갈 수 없는 상태) 까지 캐리지가 내려가 모터가 탈조 상태가 되었을 때, 로터와 리드 스크류가 충돌함으로써 발생하였음을 지견하였다.

본 발명은, 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 케이스 내에, 구동원으로서의 모터와, 그 모터의 회전 동력을 직선 동력으로 변환시켜 피구동체에 전달하는 직동 (直動) 변환 기구를 구비하는 리니어 액츄에이터에 있어서, 상기 직동 변환 기구는, 상기 모터의 로터에 의해 회전되는 리드 스크류와, 그 리드 스크류에 나사 결합되어 상기 피구동체와 연계된 캐리지와, 그 캐리지의 회전을 저지하는 회전 저지 부재를 갖고, 상기 로터와 리드 스크류는, 일체적으로 형성됨과 함께 상기 케이스에 고정된 고정축에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있는 것을 요지로 하는 것이다. 구체적으로는, 상기 모터는, 상기 로터와, 스테이터 코어에 구동 코일이 감겨 구성되어 이루어지는 스테이터를 구비하는 스테핑 모터이며, 상기 로터는, 외주에 영구 자석이 고정된 홀더를 가짐과 함께, 그 홀더의 중앙에는 관통 구멍이 형성되고, 상기 리드 스크류는, 지지부 및 그 지지부의 일방측의 단면 (端面) 으로부터 일체로 돌출 형성된 스크류부를 가짐과 함께, 상기 지지부 및 상기 스크류부의 중앙에는 상기 고정축이 삽입 통과되는 관통공이 형성되어 있고, 상기 홀더의 상기 관통 구멍에 상기 리드 스크류의 상기 지지부가 고정되어 있음으로써, 상기 리드 스크류의 상기 지지부를 통하여 상기 로터의 상기 홀더와 상기 영구 자석은 상기 고정축에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되도록 구성할 수 있다.

본 발명에 관련된 리니어 액츄에이터에 의하면, 로터의 회전을 지지하는 축을 회전하지 않는 고정축으로 하였기 때문에, 종래형의 리니어 액츄에이터와 같이, 회전체와 그것을 지지하는 부재 사이의 슬라이딩 저항에 의한 에너지 손실의 발생이나 장치 수명의 저하와 같은 문제는 없다. 또, 회전축을 지지하는 베어링을 형성할 필요도 없다. 나아가서는, 로터의 회전을 지지하는 축에 리드 스크류를 형성하는 구성이 아니기 때문에, 리드 스크류를 예를 들어 놋쇠와 같은 유연한 금속 재료로 형성할 수 있어, 리드 스크류의 가공성이 향상된다.

게다가, 고정축에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된 로터와 리드 스크류가 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 캐리지를 하한까지 인입시켜 모터가 탈조 상태가 되었을 때에 발생하는, 로터와 리드 스크류의 충돌에 의한 소음의 발생을 방지할 수 있다.

이 경우, 상기 로터와 상기 리드 스크류를 상이한 재질로 형성할 수 있다. 바람직한 예로는, 상기 로터가 수지에 의해 형성되고, 상기 리드 스크류가 금속 재료에 의해 형성된 구성을 들 수 있다.

로터와 리드 스크류는, 인서트 성형이나, 접착제에 의한 고정에 의해 일체화시킬 수 있다. 따라서, 양자를 다른 재료로 형성할 수 있다. 로터를 가벼운 수지 재료로 형성하면, 모터의 에너지 손실을 작게 할 수 있다. 피구동체와 연계된 캐리지와 나사 결합되는 리드 스크류는, 금속 재료로 형성함으로써, 그 두께를 얇게 하면서 필요한 강도를 확보할 수 있다.

또, 상기 리드 스크류가 상기 로터와 인서트 성형에 의해 일체적으로 형성되어 있는 경우에 있어서, 상기 리드 스크류는, 적어도 일부가 상기 로터에 매설된 지지부와, 그 지지부의 일방측의 단면으로부터 돌출된 스크류부를 가짐과 함께, 그 중앙에는 상기 고정축이 삽입 통과되는 관통공이 형성되어 있고, 상기 지지부의 타방측의 단면에 있어서의 적어도 상기 관통공의 둘레 가장자리 부분이, 외부로 노출되어 있으면 된다. 예를 들어, 상기 지지부가 원통 형상으로 형성됨과 함께, 상기 지지부의 타방측의 단면에 있어서의 노출 부분이 원형으로 형성되어 있는 경우에는, 그 노출 부분의 외측 가장자리에서 상기 관통공의 외측 가장자리까지의 길이는, 상기 지지부의 외측 가장자리에서 상기 관통공의 외측 가장자리까지의 길이의 1/2 이상이면 바람직하다. 또, 상기 리드 스크류를 구성하는 상기 지지부에 형성되는 상기 관통공의 구멍 직경에 대하여 상기 스크류부에 형성되는 상기 관통공의 구멍 직경을 크게 설정하면, 리드 스크류의 가공이 용이해진다.

이와 같이, 지지부의 타방측의 단면에 있어서의 관통공의 둘레 가장자리 부분이 노출되는 구성이면, 로터와 리드 스크류를 인서트 성형에 의해 일체화시킬 때, 상기 관통공의 둘레 가장자리 부분에 금형이 맞닿은 상태가 되기 때문에, 고정축이 삽입 통과되는 관통공에 대한 용융 수지의 유입이 방지된다. 용융 수지의 유입을 확실하게 방지하기 위해서는, 인서트 성형용 금형과 지지부의 맞닿음 면적을 크게 하기 위해, 상기와 같은 관계가 성립되도록 노출 부분의 크기를 설정하면 된다.

그리고 이 경우, 상기 로터의 바닥면에는, 상기 지지부의 타방측의 단면에 있어서의 노출 부분이 바닥면이 되는 오목부가 형성되고, 그 오목부의 개구 둘레 가장자리에 상기 고정축의 축선 방향으로 돌출된 슬라이딩부가 형성되어 있으면 된다.

이와 같이, 상기 노출 부분이 바닥면이 되도록 오목부를 형성, 즉, 상기 지지부의 타방측의 단면이 로터로부터 외측으로 돌출되지 않도록 한 후, 그 오목부의 개구 둘레 가장자리에 슬라이딩부를 형성하면, 회전하는 로터의 슬라이딩 부분 (케이스와의 슬라이딩 면적) 이 작아지기 때문에, 슬라이딩 저항에 의한 에너지 손실을 작게 억제할 수 있다. 이 경우, 상기 홀더의 상기 스크류부가 돌출된 측과는 반대측의 단면인 상기 홀더의 바닥면과 상기 케이스 사이에는 스러스트 베어링이 개재되도록 하고, 상기 홀더의 상기 바닥면으로부터 상기 고정축의 축선 방향으로 돌출된 슬라이딩부가 상기 스러스트 베어링에 맞닿을 수 있도록 형성해 두면, 로터와 케이스 사이의 슬라이딩 저항을 더욱 저감시킬 수 있다.

상기 고정축은, 그 일단이 상기 케이스에 고정됨과 함께, 상기 스크류부측의 단부 (端部) 는, 상기 회전 저지 부재에 형성됨과 함께 상기 캐리지가 이동 가능해지도록 형성된 통 형상부의 천판부에 고정되고, 상기 캐리지는, 상기 스크류부에 형성된 수나사와 나사 결합되는 암나사부가 관통하여 형성된 본체부와, 그 본체부의 출력측 단면으로부터 돌출된 출력 축부로 이루어지고, 그 출력 축부는 상기 통 형상부의 상기 천판부에 형성된 가이드 구멍에 삽입 통과되어 있음으로써, 상기 캐리지는 회전이 저지된 상태에서 상기 리드 스크류에 의해 상기 고정축의 축선 방향으로 이동되도록 구성할 수 있다.

본 발명에 관련된 리니어 액츄에이터에 의하면, 로터와 리드 스크류의 충돌에 의한 소음의 발생을 방지한 후, 회전체의 회전에 의한 슬라이딩 저항의 저감, 장치를 구성하는 부품 점수의 삭감, 리드 스크류 등의 부품 가공의 용이화를 달성할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터의 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도 3 은 리드 스크류를 인서트 성형에 의해 로터와 일체화시키는 경우의 인서트 성형 금형의 개략도이다.
도 4 는 도 1 및 도 2 에 나타낸 리니어 액츄에이터를 상방에서 본 평면도이다.
도 5 는 각 검토예에 관련된 리니어 액츄에이터의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 6 은 로터와 리드 스크류가 각각 따로 고정축에 지지된 구성을 갖는 리니어 액츄에이터에 있어서의 소음의 발생 메커니즘을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7 은 실시예에 관련된 리니어 액츄에이터로부터 발생하는 소리의 가청역에 있어서의 주파수 특성의 측정 결과이다.
도 8 은 비교예 1 에 관련된 리니어 액츄에이터로부터 발생하는 소리의 가청역에 있어서의 주파수 특성의 측정 결과이다.
도 9 는 비교예 2 에 관련된 리니어 액츄에이터로부터 발생하는 소리의 가청역에 있어서의 주파수 특성의 측정 결과이다.

발명을 실시하기 위한 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터 (1) 의 단면도, 도 2 는 그 분해 사시도 (스테이터 (12) 를 제외한다) 이다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 상하 방향이란, 도 1 에 있어서의 상하 방향을 말하는 것으로 한다.

본 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터 (1) 는, 가스 급탕기 등의 가스 연소 기기가 구비하는 가스관의 유로를 개폐하는 밸브체의 구동 장치로서 사용된다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 리니어 액츄에이터 (1) 는, 패킹 (92) 등을 통하여 가스관 등의 밀폐 공간 (90) 에 장착된다. 즉, 밀폐 공간 (90) 은, 통과하는 가스가 누출되지 않도록, 리니어 액츄에이터 (1) 자체에 의해 밀폐되어 있다.

리니어 액츄에이터 (1) 는, 케이스 내 (본체 케이스 (52) 및 스테이터 케이스 (50) 내) 에, 구동원인 모터 (10) 와, 이 모터 (10) 의 회전 동력을 직선 동력으로 변환시켜, 피구동체인 밸브체 (도시 생략) 에 전달하는 직동 변환 기구를 구비한다.

모터 (10) 는, 공지된 스테핑 모터이며, 스테이터 (12) 및 로터 (14) 를 구비한다. 스테이터 (12) 는, 스테이터 코어 (121) 에 구동 코일 (122) 이 감겨 구성되고, 본체 케이스 (52) 의 외측에 피착되는 스테이터 케이스 (50) 에 수납되어 있다. 로터 (14) 는, 수지제의 홀더 (143) 의 외주에 영구 자석 (142) 이 고정되어 이루어진다. 또한, 본원에 있어서, 로터 (14) 의 재질이란, 영구 자석 (142) 을 제외한 홀더 (143) 의 재질 (즉, 수지) 을 말하는 것으로 한다. 이 홀더 (143) 의 중앙에는, 관통 구멍 (143a) 이 형성되고, 이 관통 구멍 (143a) 에 후술하는 리드 스크류 (18) 가 고정되어 있다.

직동 변환 기구는, 리드 스크류 (18) 와, 이 리드 스크류 (18) 에 나사 결합되는 캐리지 (20) 와, 이 캐리지 (20) 의 회전을 저지하는 제 1 회전 저지 부재 (30) 및 제 2 회전 저지 부재 (40) (양자가 본 발명에 관련된 회전 저지 부재에 상당한다) 를 갖는다.

리드 스크류 (18) 는, 로터 (14) 를 구성하는 홀더 (143) 의 내주에 고정되는 지지부 (181) 및 그 지지부 (181) 에 일체로 형성된 스크류부 (182) 를 갖고, 중앙에는 관통공 (18a) 이 형성된 부재이다. 중앙에 관통공 (18a) 이 형성되어 있기 때문에, 두께를 얇게 해도 충분한 강도를 확보할 수 있도록 재질은 금속인 것이 바람직하다. 가공성을 고려하면 놋쇠가 바람직하다. 도 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, 지지부 (181) 는 원기둥 형상의 부분이다. 스크류부 (182) 는, 지지부 (181) 의 일방측 (선단측) 단면으로부터 수직으로 세워 형성된 축에, 소정 직경·피치의 수나사 (스크류) 가 형성된 부분이다.

본 실시형태에서는, 이러한 구성을 갖는 리드 스크류 (18) 는, 인서트 성형에 의해 로터 (14) 와 일체화되어 있다. 또한, 그 밖의 일체화 방법으로는, 홀더 (143) 에 형성된 관통 구멍 (143a) 으로의 압입 고정이나 접착제 (또는 이들의 병용) 에 의한 일체화 등을 예시할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 인서트 성형이나 접착제에 의한 고정 등에 의해 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 를 일체화시키면 되기 때문에, 양자를 상이한 재질로 성형할 수 있다. 구체적으로는, 두께를 얇게 하면서도 충분한 강도가 필요한 리드 스크류 (18) 는 금속 재료로 성형하고, 경량일 필요가 있는 로터 (14) 의 홀더 (143) 는 수지 재료로 성형하는 등, 액츄에이터에 요구되는 특성에 따라 적절히 선택할 수 있다.

일체화된 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 는, 리드 스크류 (18) 의 관통공 (18a) 에 삽입 통과된 고정축 (16) (고정축 (16) 자체가 회전하지는 않는다) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 고정축 (16) 은, 그 일단이 본체 케이스 (52) 에 고정됨과 함께, 스크류부 (182) 측의 단부는 제 1 회전 저지 부재 (30) 에 있어서의 통 형상부 (32) 의 천판부 중앙에 고정되어 있다. 또한, 관통공 (18a) 은, 지지부 (181) 에서 스크류부 (182) 에 걸쳐 형성된 매우 긴 것으로, 가공이 곤란 (절삭 가공시에 드릴 (바이트) 이 구부러질 우려가 있다) 하다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이 로터 (14) (홀더 (143)) 내에 매설되는 지지부 (181) 에 형성되는 관통공 (18a) 의 구멍 직경을 작게 (예를 들어 1.2 ㎜) 하고, 로터 (14) (홀더 (143)) 로부터 돌출된 스크류부 (182) 에 형성되는 관통공 (18a) 의 구멍 직경을 크게 (예를 들어 1.3 ㎜) 하고 있다. 이와 같이 함으로써, 2 단계로 관통공 (18a) 을 형성할 수 있어, 가공이 용이해진다. 로터 (14) (홀더 (143)) 내에 매설되는 지지부 (181) 에 형성되는 관통공 (18a) 의 구멍 직경을 작게 하는 것은, 당해 부분에 있어서의 고정축 (16) 과 관통공 (18a) 의 클리어런스를 작게 하여, 스테이터 (12) 로부터 발생하는 자계에 의해 회전하는 로터 (14) 가 덜거덕거리지 않도록 하기 위해서이다.

본 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터 (1) 는, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 가 각각 따로 고정축 (16) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 이루어지는 리니어 액츄에이터 (후술하는 검토예 1 이나 각 비교예에 상당한다) 의 소음 발생의 메커니즘을 해명한 후, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 를 일체화시킴으로써, 액츄에이터 구동 중의 소음 저감을 도모한 것이다.

자유롭게 회전할 수 있도록 고정축 (16) 에 지지된 로터 (14) (홀더 (143)) 의 하면 (스크류부 (182) 가 돌출된 측과는 반대측의 홀더 (143) 의 단면) 과 본체 케이스 (52) 사이에는, 수지 (폴리에틸렌테레프탈레이트) 제의 스러스트 베어링 (워셔) (17) 이 개재되어 있다. 이것은, 회전하는 로터 (14) 와 본체 케이스 (52) 사이의 슬라이딩 저항을 저감시키기 위해서이다.

또, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 가 인서트 성형에 의해 일체화되는 경우, 리니어 액츄에이터 (1) 는, 로터 (14) 와 본체 케이스 (52) 사이의 슬라이딩 저항을 저감시키기 위한 구성을 추가로 갖는다. 구체적으로는, 로터 (14) (홀더 (143)) 의 바닥면 (144) 에는, 본체 케이스 (52) 와 바람직하게는 선 접촉하는 고리형으로 돌출된 슬라이딩부 (15) 가 형성되어 있다.

이와 같은 슬라이딩부 (15) 가 로터 (14) (홀더 (143)) 에 형성되는 이유는 다음과 같다. 예를 들어, 리드 스크류 (18) 의 바닥면 (18b) (지지부 (181) 에 있어서의 스크류부 (182) 가 돌출된 단면과는 반대 (타방측) 의 단면) 을 홀더 (143) 의 바닥면 (144) 으로부터 돌출시킨 구조로 하고, 리드 스크류 (18) 에 의해 로터 (14) 의 회전이 지지되는 구성으로 하면, 본체 케이스 (52) 의 내 (內) 바닥면과 리드 스크류 (18) 의 바닥면 (18b) 의 면 접촉에 의해 슬라이딩 손실이 커져 문제가 된다. 한편, 리드 스크류 (18) 에, 그 바닥면 (18b) 으로부터 돌출된 돌출부 (슬라이딩부 (15) 와 같은 고리형의 돌출부) 를 형성하고 본체 케이스 (52) 의 내바닥면과 선 접촉하도록 해도 되지만, 금속제 리드 스크류 (18) 의 바닥면 (18b) 에 이와 같은 돌출부를 형성하는 것은 가공성이 저하되기 때문에 문제가 된다. 요컨대, 리드 스크류 (18) 에 의해 로터 (14) 의 회전을 지지하는 구성은 적당하지 않다.

따라서, 리드 스크류 (18) 는, 그 바닥면 (18b) 이 홀더 (143) 의 외측으로 돌출되지 않도록 홀더 (143) 와 일체화되어 있다. 그리고 나서 리드 스크류 (18) 의 바닥면 (18b) 에 있어서의 관통공 (18a) 의 둘레 가장자리 부분 (직경 방향의 치수 (L1) 의 부분) 은, 외부로 노출된 상태에 있다 (이하, 이 부분을 간단히 노출 부분이라고 하는 경우도 있다). 이와 같이 관통공 (18a) 의 둘레 가장자리 부분이 노출된 상태에 있는 것은, 인서트 성형시에 리드 스크류 (18) 의 관통공 (18a) 에 용융 수지가 유입되지 않도록 하기 위해서이다.

도 3 은 리드 스크류 (18) 를 로터 (14) 와 일체화시키기 위한 인서트 성형 금형 (19) 의 개략을 나타낸 것이다. 도시되는 바와 같이, 금형 (19) 은 1 쌍의 고정형 (191) 및 가동형 (192) 으로 이루어지고, 고정형 (191) 에는 봉지 핀 (193) 이 형성되어 있다. 봉지 핀 (193) 은, 상대적으로 작은 직경의 소직경부 (193a) 와 상대적으로 큰 직경의 대직경부 (193b) 를 갖고, 소직경부 (193a) 가 리드 스크류 (18) 의 관통공 (18a) 에 삽입 통과됨과 함께 대직경부 (193b) 가 홀더 (143) 의 내측에 위치하는 리드 스크류 (18) 의 바닥면 (18b) 에 있어서의 관통공 (18a) 의 둘레 가장자리 부분에 밀착된다. 이로써, 성형시에 게이트 (191a) 로부터 주입되는 용융 수지가, 리드 스크류 (18) 의 관통공 (18a) 에 유입되지 않는다.

단, 이와 같은 관통공 (18a) 으로의 용융 수지의 유입을 확실하게 방지하기 위해서는, 봉지 핀 (193) 과 밀착되는 노출 부분의 충분한 크기를 확보해야 한다. 바람직하게는, 노출 부분의 외측 가장자리에서 관통공 (18a) 의 외측 가장자리까지의 길이 (L1) 가, 지지부 (181) 의 외측 가장자리에서 관통공 (18a) 의 외측 가장자리까지의 길이 (L2) 의 1/2 이상이면 된다. 즉, (L1)

(L2)/2 의 관계가 성립되는 크기이면 된다.

이와 같이, 봉지 핀 (193) 의 존재에 의해, 로터 (14) 에는, 그 바닥면 (144) 측에 봉지 핀 (193) 을 빼낸 자국인 오목부 (143b) (오목부 (143b) 의 바닥면은 리드 스크류 (18) 의 노출 부분이 된다) 가 형성된다. 그리고, 이 오목부 (143b) 의 개구단 (端) 가장자리를 따르도록 하여 고리형의 슬라이딩부 (15) 를 형성하고, 본체 케이스 (52) (스러스트 베어링 (17)) 와의 슬라이딩 면적을 최대한 작게 한 구조로 하고 있다. 즉, 고리형의 슬라이딩부 (15) 는 고정축 (16) 에 대해서는, 반경 방향으로 이간된 위치에 형성되게 된다. 이로써, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 가 인서트 성형에 의해 일체화되는 경우에도, 상기 슬라이딩 저항에 의한 에너지 손실이 종래에 비해 커지지 않는다. 또한, 상기 슬라이딩부 (15) 의 형상은 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 오목부 (143b) 의 개구단 가장자리를 따라, 둘레 방향으로 점재시킨 구성이어도 된다.

캐리지 (20) 는, 본체부 (22) 와 출력 축부 (24) 가 일체 성형된 수지제의 부재이다. 원기둥 형상의 본체부 (22) 의 중앙에는, 스크류부 (182) 에 형성된 수나사와 나사 결합되는 암나사부 (201) 가 관통하여 형성되어 있다. 출력 축부 (24) 는, 본체부 (22) 의 출력측 단면으로부터 돌출된 단면이 대략 반원 형상인 축이며, 반원 형상의 직선 부분 (대향면 (241a)) 이 대향하도록 2 개 (2 갈래 형상으로) 형성되어 있다. 2 개의 출력 축부 (24) 각각에는, 축 방향과 직교하는 방향으로 관통한 장착 구멍 (241b) 이 형성되어 있다. 이 장착 구멍 (241b) 에는, 캐리지 (20) 와 피구동체인 밸브체을 연계하기 위한 연계축 (도시 생략) 이 지지된다. 이와 같은 구성을 갖는 캐리지 (20) 는, 스크류부 (182) 에 암나사부 (201) 를 나사 결합시킴으로써, 리드 스크류 (18) 에 장착되어 있다.

제 1 회전 저지 부재 (30) 는, 합성 수지 재료로 일체 성형된 부재이며, 통 형상부 (32) 와 플랜지부 (34) 를 갖는다. 캐리지 (20) 가 이동 가능해지도록 통 형상으로 형성된 통 형상부 (32) 의 천판부에는, 고정축 (16) 이 고정되는 중앙부를 사이에 두도록 대략 반원 형상의 2 개의 가이드 구멍 (321) 이, 반원 형상의 직선 부분이 대향하도록 형성되어 있다. 이 가이드 구멍 (321) 에, 상기 서술한 캐리지 (20) 의 2 개의 출력 축부 (24) 가 각각 삽입 통과되어 있다. 이러한 제 1 회전 저지 부재 (30) 는, 본체 케이스 (52) 의 단차 부분에 플랜지부 (34) 가 끼워 넣어져 장착되어 있다. 또한, 출력 축부 (24) 는 고정축 (16) 을 사이에 두도록 2 지점에 형성하는 것이 안정적으로 동작시키기 위해서는 바람직하지만, 용도에 따라서는, 편측의 1 지점이어도 되고, 또 그 단면 형상도 대략 반원 형상에 한정되지 않으며, 캐리지 (20) 의 회전을 저지할 수 있으면 된다.

이와 같이 장착되어 있는 제 1 회전 저지 부재 (30) 는, 리드 스크류 (18) 와 함께 회전하려고 하는 캐리지 (20) 의 회전을 저지하는 부재이다. 따라서, 캐리지 (20) 와 함께 제 1 회전 저지 부재 (30) 자체가 회전하지 않도록, 제 1 회전 저지 부재 (30) 의 회전이 제 2 회전 저지 부재 (40) 에 의해 규제되고 있다. 이 제 2 회전 저지 부재 (40) 는, 금속판의 프레스 가공 등에 의해 형성된 판 형상의 부재이며, 본체 케이스 (52) 의 개구부를 덮도록 피착되어 있다. 이와 같이, 제 2 회전 저지 부재 (40) 를 금속으로 구성하는 것은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가스관 등에 의해 구성되는 밀폐 공간 (90) 의 밀폐 상태를, 제 2 회전 저지 부재 (40) 에 의해 유지해야 하기 때문이다. 요컨대, 예를 들어 화재시 등에 회전 저지 부재 (40) 가 열에 의해 손상되고, 밀폐 공간 (90) 내의 가연성 가스가 누출되어, 피해가 확대되는 것을 방지하기 위해, 회전 저지 부재 (40) 를 금속 재료로 구성할 필요가 있다.

제 2 회전 저지 부재 (40) 의 중앙에는, 소정 크기의 패임부 (42) 가 형성되어 있고, 이 패임부 (42) 의 중앙에, 제 1 회전 저지 부재 (30) 가 삽입 통과되는 대략 직사각형 형상 (4 귀퉁이의 모서리는 둥글게 되어 있다) 의 걸어맞춤 구멍 (44) 이 형성되어 있다. 이 걸어맞춤 구멍 (44) 에 제 1 회전 저지 부재 (30) 의 통 형상부 (32) 가 삽입 통과됨으로써, 제 1 회전 저지 부재 (30) 의 회전이 규제되고 있다.

이 점에 대해, 도 1 및 도 2 에 추가하여 도 4 를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 4 는 본 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터 (1) 를 상방에서 본 평면도이다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, 제 1 회전 저지 부재 (30) 에는, 그 통 형상부 (32) 의 외주면을 평면으로 잘라낸 D 커트부 (322) 가 대향하도록 형성되어 있다. 또한, 이 D 커트부 (322) 의 중앙에는, 외측을 향하여 돌출된 돌출부 (321a) 가 형성되어 있다.

한편, 도 4 로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 2 회전 저지 부재 (40) 의 걸어맞춤 구멍 (44) 에는, 상방에서 본 형상이 직선 형상인 직선부 (441) 가 형성되고, 이 직선부 (441) 의 중앙에는, 외측을 향하여 움푹 패인 걸어맞춤 오목부 (441a) 가 형성되어 있다. 제 1 회전 저지 부재 (30) 는, D 커트부 (322) 를 직선부 (441) 에 맞닿게 하고, 돌출부 (321a) 를 걸어맞춤 오목부 (441a) 에 걸어 맞춘 상태에서, 회전 저지 부재 (40) 의 걸어맞춤 구멍 (44) 에 삽입 통과되어 있다.

이와 같이, 제 1 회전 저지 부재 (30) 는, 통 형상부 (32) 의 외주면에 형성된 D 커트부 (322) 가, 걸어맞춤 구멍 (44) 의 직선부 (441) 에 맞닿은 상태에서 배치 형성된다. 추가하여, D 커트부 (322) 로부터 돌출되어 형성된 돌출부 (321a) 가, 걸어맞춤 구멍 (44) 의 직선부 (441) 로부터 외측을 향하여 움푹 패인 걸어맞춤 오목부 (441a) 에 걸어 맞춰져 있다. 이 D 커트부 (322) 와 직선부 (441) 의 걸어맞춤, 및 돌출부 (321a) 와 걸어맞춤 오목부 (441a) 의 걸어맞춤에 의해, 제 1 회전 저지 부재 (30) 의 회전이 규제되고 있다.

이와 같이, 제 2 회전 저지 부재 (40) 에 의해 회전이 규제된 제 1 회전 저지 부재 (30) 는, 출력 축부 (24) 의 회전 제지 부재로서 기능한다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 출력 축부 (24) 는, 단면이 대략 반원 형상으로 형성되어 있고, 각각이 동일하게 대략 반원 형상으로 형성된 가이드 구멍 (321) 에 삽입 통과됨으로써 회전이 규제되고 있다. 구체적으로는, 2 개의 출력 축부 (24) 의 서로 대향하는 대향면 (241a) 을 가이드 구멍 (321) 의 내측의 면에 맞닿게 한 상태로 함으로써, 출력 축부 (24) 의 회전이 규제되고 있다.

이와 같이 구성되는 리니어 액츄에이터 (1) 는, 다음과 같이 동작된다. 구동원인 모터 (10) 가 구동되면, 로터 (14) 가 회전한다. 로터 (14) 가 회전하면, 로터 (14) 와 일체화된 리드 스크류 (18) 도 회전한다. 리드 스크류 (18) 가 회전하면, 본체부 (22) 가 리드 스크류 (18) 의 스크류부 (182) 에 나사 결합되는 캐리지 (20) 도 리드 스크류 (18) 와 함께 회전하려고 한다. 그러나, 캐리지 (20) 의 출력 축부 (24) 는, 제 2 회전 저지 부재 (40) 에 의해 회전이 규제된 제 1 회전 저지 부재 (30) 의 가이드 구멍 (321) 에 삽입 통과되어 있기 때문에, 캐리지 (20) 가 회전하지는 않는다. 따라서, 캐리지 (20) 는, 리드 스크류 (18) 의 회전에 수반하여, 고정축 (16) 의 축선 방향으로 이동, 즉 전진 동작된다. 캐리지 (20) 가 전진하면, 출력 축부 (24) 의 장착 구멍 (241b) 을 이용하여 캐리지 (20) 와 연결된 피구동체인 밸브체가 전진하여, 가스 유로가 차단된다.

캐리지 (20) 를 후퇴시키는 경우에는, 캐리지 (20) 를 전진시킨 경우와는 반대 방향으로 리드 스크류 (18) 를 회전시킨다. 이로써, 제 1 회전 저지 부재 (30) 에 의해 회전이 규제되고 있는 캐리지 (20) 는, 고정축 (16) 의 축선 방향으로 이동, 즉 후퇴하여, 가스 유로가 개방된다.

실시예

이하, 본 발명에 대해 실시예를 사용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

상기 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터 (1) 와 동일한 구조를 갖는 리니어 액츄에이터를 실시예로서 제조하였다. 본 실시예는, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 를 일체적으로 구성한 점에 특징을 갖는다. 또한, 리드 스크류 (18) 는 로터 (14) (홀더 (143)) 와 인서트 성형에 의해 일체화되어 있다. 또, 로터 (14) 와 본체 케이스 (52) 사이에 개재되는 스러스트 베어링 (17) 에는, 수지제의 워셔를 사용하고 있다.

1) 사전 검토

먼저, 이 실시예에 관련된 리니어 액츄에이터를 얻기에 이른 검토에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 관련된 리니어 액츄에이터는, 로터 (14) (홀더 (143)) 와 리드 스크류 (18) 를 따로 구성하고 (일체화되어 있지 않다), 각각을 고정축 (16) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지 (로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 는 이간시킬 수 있다) 시킨 도 5(a) 에 기재된 구성 (검토예 1) 을 기초로 하여 얻어진 것이다. 이러한 구성에 있어서, 리드 스크류 (18) 는, 스크류부 (182) 의 하부에 원판의 일부를 똑바로 잘라내어 이루어지는 D 커트 걸어맞춤부 (181a) 를 갖는다. 로터 (14) (홀더 (143)) 는, 이것과 걸어 맞춰지는 D 커트 오목부 (143b) 를 갖는다. 요컨대, D 커트 걸어맞춤부 (181a) 와 D 커트 오목부 (143b) 의 걸어맞춤에 의해, 로터 (14) 의 회전이 리드 스크류 (18) 에 전달되는 구성이다. 또한, 그 밖의 구성은, 상기 실시형태에 관련된 리니어 액츄에이터 (1) 와 동일하다.

이 검토예 1 에 관련된 리니어 액츄에이터는, 액츄에이터 구동시에 소음이 크다는 문제가 있었다. 그 때문에, 상기 검토예 1 을 변형한 다음의 검토예 2 ∼ 5 에 관련된 리니어 액츄에이터를 제조하고, 이들 액츄에이터의 정온 (靜穩) 특성을 평가함으로써, 그 소음 원인을 밝혀냈다.

검토예 2 는, 로터 (14) 와 본체 케이스 (52) 사이에 개재시키고 있는 슬라이딩 저항 저감을 위한 스러스트 베어링 (워셔) (17) 대신에, 탄성 (쿠션성) 이 있는 판 형상의 탄성 부재 (171) 를 배치한 것이다 (도 5(b) 참조). 또한, 탄성 부재 (171) 는, 중앙에 고정축 (16) 이 삽입 통과되는 관통공을 갖는 원반부 (171a) 와, 이 원반부 (171a) 의 외주로부터 둘레 방향 120 도마다 연장 형성된 설편 (舌片) 형상의 탄성편 (171b) 으로 구성되어 있다.

검토예 3 은, 로터 (14) 와 본체 케이스 (52) 사이에, 비교예 2 에 비해 탄성력이 큰 탄성 부재 (171) 를 배치한 것이다.

검토예 4 는, 리드 스크류 (18) 의 D 커트 걸어맞춤부 (181a) 의 상면 (리드 스크류 (18) 와 캐리지 (20) 사이) 에, 완충 부재로서 탄성체로 형성된 O 링 (172) 을 배치한 것이다 (도 5(c) 참조).

검토예 5 는, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 사이에 완충 부재로서 탄성체로 형성된 O 링 (172) 을 배치한 것이다. 또한, 이러한 O 링 (172) 은 상기 검토예 4 와 동일한 것이다 (도 5(d) 참조).

또한, 이들 검토예 2 ∼ 5 가 갖는 그 밖의 구성은, 상기 검토예 1 에 관련된 리니어 액츄에이터와 동일하다.

이상의 검토예 1 ∼ 5 에 관련된 리니어 액츄에이터의 정온 특성 (소음의 유무) 에 대해 검토하였다. 각 검토예 모두 전원 전압 2 V, 회전 속도 333 pps 로 모터 (10) 를 구동시켜, 액츄에이터 동작 중의 음압 (㏈A) 을 측정하였다. 또한, 액츄에이터와 집음(集音) 마이크의 거리는 30 ㎝ 이다. 그리고, 각 검토예 1 ∼ 5 모두, 1) 캐리지 (20) 를 내리는 방향으로 모터 (10) 를 회전시켜, 하한 한도 (더 이상 캐리지 (20) 가 내려갈 수 없는 상태) 까지 캐리지 (20) 가 내려가 모터 (10) 가 탈조 상태가 되었을 때 (이하, 인입 탈조 상태라고 한다) 의 음압, 및 2) 캐리지 (20) 를 올리는 방향으로 모터 (10) 를 회전시켜, 상한 한도 (더 이상 캐리지 (20) 가 올라갈 수 없는 상태) 까지 캐리지 (20) 가 올라가 모터 (10) 가 탈조 상태가 되었을 때 (이하, 압출 탈조 상태라고 한다) 의 음압을 측정하였다. 표 1 에 그 측정 결과를 나타낸다.

먼저, 검토예 1 에 대한 결과를 보면, 압출 탈조 상태에 있을 때에 비해 인입 탈조 상태에 있을 때에 음압이 큰 것을 알 수 있다. 또한, 제품에 요구되는 정온 특성을 고려하면, 압출 탈조 상태의 음압 레벨은 소음으로서 느껴지는 것은 아니지만, 인입 탈조 상태의 음압 레벨은 소음으로서 느껴질 가능성이 있다.

검토예 2, 3 은, 검토예 1 의 구성에 추가하여, 로터 (14) 와 본체 케이스 (52) 의 바닥면 사이에 스러스트 베어링 (워셔) (17) 대신에 탄성 부재 (171) 를 배치한 것인데, 검토예 1 과의 비교에서, 이러한 탄성 부재 (171) 의 존재에 의한 소음 저감 효과가 없는 것을 알 수 있다. 요컨대, 로터 (14) 의 바닥면측에서 큰 소음이 발생하였을 가능성이 낮은 (스러스트 베어링 (워셔) (17) 등이 소음의 주된 원인이 아닌) 것을 알 수 있다.

또한 검토예 4 는, 검토예 1 의 구성에 대하여, 리드 스크류 (18) 와 캐리지 (20) 사이에 O 링 (172) 을 배치한 점이 상이한 뿐, 다른 구성은 동일한데, 이것에 따른 소음 저감 효과도 없다. 요컨대, 리드 스크류 (18) (D 커트 걸어맞춤부 (181a)) 와 캐리지 (20) 의 충돌이 소음의 주된 원인이 아닌 것을 알 수 있다.

이들 검토예 2 ∼ 4 에 대하여, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 사이에 완충재인 O 링 (172) 을 배치한 검토예 5 는, 검토예 1 과 비교하여, 인입 탈조 상태에 있을 때에 있어서의 음압이 크게 저하되었다. 구체적으로는, 압출 탈조 상태에 있을 때에 있어서의 음압과 동일한 정도까지 저하되어, 제품에 요구되는 정온 특성을 충분히 만족시키는 것이 얻어졌다.

이들 측정 결과에 입각하여 검토하면, 검토예 1 에 관련된 리니어 액츄에이터에서 발생하는 소음은, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 의 충돌에 의해 발생한 것으로 추측된다. 구체적으로는, 다음과 같은 메커니즘으로 발생한 것으로 생각된다. 도 6(a) 에 나타내는 바와 같이, 캐리지 (20) 를 압출하는 방향으로 리드 스크류 (18) 가 회전하고 있을 때 (회전하려고 할 때) 에는, 상방향으로 이동하는 (이동하려고 하는) 캐리지 (20) 의 반작용에 의해, 리드 스크류 (18) 에 하방향의 힘이 가해진다. 그러면, 로터 (14) 는 하방향으로 힘을 받은 리드 스크류 (18) 와 본체 케이스 (52) 의 바닥면 사이에 끼워진 상태가 되므로, 탈조 상태여도 로터 (14) 가 덜거덕거리지는 않는다. 한편, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 캐리지 (20) 를 인입하는 방향으로 리드 스크류 (18) 가 회전하고 있을 때 (회전하려고 할 때) 에는, 하방향으로 이동하는 (이동하려고 하는) 캐리지 (20) 의 반작용에 의해, 리드 스크류 (18) 에 상방향의 힘이 가해진다. 그 결과, 리드 스크류 (18) 와 로터 (14) 사이에 클리어런스가 발생하고, 탈조 상태에 있는 로터 (14) 가 상하 방향으로 진동하여 소음이 발생하는 것으로 생각된다.

이와 같은 소음 원인의 특정을 거쳐, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 를 일체화시킨 상기 실시예 (본 발명) 를 얻기에 이르렀다.

2) 실시예의 정온 특성에 대한 평가

상기 실시예에 관련된 리니어 액츄에이터의 정온 특성 (소음의 유무) 을 평가하였다. 또한, 완전히 동일한 구성을 갖는 실시예의 샘플을 2 개 제조 (실시예 A 및 실시예 B) 하고, 각각에 대해 정온 특성을 평가하였다. 또한, 이하에 나타내는 바와 같이, 비교예는 2 종류 제조하였다. 이러한 비교예는, 로터 (14) 의 바닥면을 지지하는 스러스트 베어링 (17) 의 변경에 따라, 정온 특성이 변화하는지의 여부를 검토한 것이다. 참고를 위해, 비교예 1, 비교예 2 로서 2 종류 모두 게재한다.

비교예 1 은, 상기 검토예 1 과 동일한 구조를 갖는 리니어 액츄에이터, 즉 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 가 따로 고정축 (16) 에 지지된 리니어 액츄에이터이다. 또한, 비교예 1 의 리니어 액츄에이터에서는, 로터 (14) 의 바닥면을 지지하는 스러스트 베어링 (17) 을 금속제 (인청동) 로 하고 있는 점에서 실시예와 상이하다.

비교예 2 는, 비교예 1 와 동일하게, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 가 따로 고정축 (16) 에 지지된 리니어 액츄에이터이다. 비교예 1 과의 차이는, 스러스트 베어링 (17) 을 실시예와 동일하게 수지 (폴리에틸렌테레프탈레이트) 제의 것으로 하고 있는 점이다. 또한, 완전히 동일한 구성을 갖는 비교예 2 의 샘플을 2 개 제조 (비교예 2A 및 비교예 2B) 하고, 각각에 대해 정온 특성을 평가하였다.

정온 특성 평가는, 상기 검토예에 대해 실시한 평가와 동일하게, 전원 전압 2 V, 회전 속도 333 pps 로 모터 (10) 를 구동시킨 경우의 음압을 측정함으로써 실시하였다. 또한, 액츄에이터와 집음 마이크의 거리가 10 ㎝ 인 점이, 상기 검토예에 대해 실시한 측정과 조건이 상이하다. 이러한 조건하에서, 실시예, 각 비교예 각각에 대해, 1) 인입 탈조 상태, 2) 압출 탈조 상태, 3) 통상 상태 (모터 (10) 가 탈조 상태에 없고, 캐리지 (20) 가 진퇴 이동하고 있는 상태) 에 있어서의 음압 (㏈A) 을 측정하였다. 그 결과를 표 2 에 나타낸다. 또, 발생하는 소리의 가청역에 있어서의 주파수 특성을 측정하였다. 그 결과를 도 7 ∼ 도 9 에 나타낸다. 또한, 실시예의 결과를 도 7 에, 비교예 1 의 결과를 도 8 에, 비교예 2 의 결과를 도 9 에 나타냈다.

표 2 및 도 7 ∼ 도 9 로부터, 비교예 1 및 비교예 2 에 관련된 리니어 액츄에이터는, 압출 탈조 상태 및 통상 상태에서는 문제가 없지만, 인입 탈조 상태에서는 가청역에서 큰 소리 (소음) 가 발생한다. 상기 서술한 검토 결과로부터, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 의 충돌에 의해 소음이 발생한 것으로 생각된다. 한편, 실시예에 관련된 리니어 액츄에이터에서는, 인입 탈조 상태에 있어서도, 압출 탈조 상태 및 통상 상태와 음압 레벨이 거의 다름 없이, 큰 소리 (소음) 는 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예 1 및 비교예 2 의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 스러스트 베어링 (17) 의 재질 변경에 따른 정온 특성의 향상은 없다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 로터 (14) 와 리드 스크류 (18) 가 일체화됨으로써, 양자의 충돌에 의한 소음의 발생이 방지되기 때문에, 액츄에이터 구동시 (특히 모터 (10) 가 인입 탈조 상태에 있을 때) 에 있어서의 소음이 작은 정온성이 우수한 리니어 액츄에이터 (1) 로 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명하였는데, 본 발명은 상기 실시형태에 조금도 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 개변이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시형태에서는, 로터 (14) (홀더 (143)) 가 수지 재료로, 리드 스크류 (18) 가 금속 재료로 형성되어 있는 것을 설명하였지만, 리드 스크류 부분의 기계적 강도를 확보할 수 있는 것이면, 양자를 동일한 수지 재료에 의해 일체로 형성할 수도 있다.

1 : 리니어 액츄에이터
10 : 모터
14 : 로터
15 : 슬라이딩부
16 : 고정축
18 : 리드 스크류
18a : 관통공
20 : 캐리지
30 : 제 1 회전 저지 부재
40 : 제 2 회전 저지 부재

Claims

케이스 내에, 구동원으로서의 모터와, 그 모터의 회전 동력을 직선 동력으로 변환시켜 피구동체에 전달하는 직동 (直動) 변환 기구를 구비하는 리니어 액츄에이터에 있어서,
상기 직동 변환 기구는, 상기 모터의 로터에 의해 회전되는 리드 스크류와, 그 리드 스크류에 나사 결합되어 상기 피구동체와 연계된 캐리지와, 그 캐리지의 회전을 저지하는 회전 저지 부재를 갖고, 상기 로터와 리드 스크류는, 일체적으로 형성됨과 함께 상기 케이스에 고정된 고정축에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 1 항에 있어서,
상기 로터와 상기 리드 스크류가 상이한 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 2 항에 있어서,
상기 로터가 수지에 의해 형성되고, 상기 리드 스크류가 금속 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 3 항에 있어서,
상기 리드 스크류가 상기 로터와 인서트 성형에 의해 일체 형성되고,
상기 리드 스크류는, 적어도 일부가 상기 로터에 매설된 지지부와, 그 지지부의 일방측의 단면 (端面) 으로부터 돌출된 스크류부를 가짐과 함께, 그 중앙에는 상기 고정축이 삽입 통과되는 관통공이 형성되어 있고, 상기 지지부의 타방측의 단면에 있어서의 적어도 상기 관통공의 둘레 가장자리 부분은, 외부로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 4 항에 있어서,
상기 지지부가 원통 형상으로 형성됨과 함께, 상기 지지부의 타방측의 단면에 있어서의 노출 부분이 원형으로 형성되고, 그 노출 부분의 외측 가장자리에서 상기 관통공의 외측 가장자리까지의 길이는, 상기 지지부의 외측 가장자리에서 상기 관통공의 외측 가장자리까지의 길이의 1/2 이상인 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 로터의 바닥면에는, 상기 지지부의 타방측의 단면에 있어서의 노출 부분이 바닥면이 되는 오목부가 형성되고, 그 오목부의 개구 둘레 가장자리에 상기 고정축의 축선 방향으로 돌출된 슬라이딩부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 1 항에 있어서,
상기 모터는, 상기 로터와, 스테이터 코어에 구동 코일이 감겨 구성되어 이루어지는 스테이터를 구비하는 스테핑 모터이며,
상기 로터는, 외주에 영구 자석이 고정된 홀더를 가짐과 함께, 그 홀더의 중앙에는 관통 구멍이 형성되고,
상기 리드 스크류는, 지지부 및 그 지지부의 일방측의 단면으로부터 일체로 돌출 형성된 스크류부를 가짐과 함께, 상기 지지부 및 상기 스크류부의 중앙에는 상기 고정축이 삽입 통과되는 관통공이 형성되어 있고,
상기 홀더의 상기 관통 구멍에 상기 리드 스크류의 상기 지지부가 고정되어 있음으로써, 상기 리드 스크류의 상기 지지부를 통하여 상기 로터의 상기 홀더와 상기 영구 자석은 상기 고정축에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 7 항에 있어서,
상기 로터를 구성하는 상기 홀더는 수지에 의해 형성됨과 함께, 상기 리드 스크류를 구성하는 상기 지지부 및 상기 스크류부는 금속 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 8 항에 있어서,
상기 리드 스크류를 구성하는 상기 지지부에 형성되는 상기 관통공의 구멍 직경에 대하여 상기 스크류부에 형성되는 상기 관통공의 구멍 직경을 크게 한 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 8 항에 있어서,
상기 홀더의 상기 스크류부가 돌출된 측과는 반대측의 단면인 상기 홀더의 바닥면과 상기 케이스 사이에는 스러스트 베어링이 개재되고, 상기 홀더의 상기 바닥면으로부터 상기 고정축의 축선 방향으로 돌출된 슬라이딩부가 상기 스러스트 베어링에 맞닿을 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.
제 7 항에 있어서,
상기 고정축은, 그 일단 (一端) 이 상기 케이스에 고정됨과 함께, 상기 스크류부측의 단부 (端部) 는, 상기 회전 저지 부재에 형성됨과 함께 상기 캐리지가 이동 가능해지도록 형성된 통 형상부의 천판부에 고정되고,
상기 캐리지는, 상기 스크류부에 형성된 수나사와 나사 결합되는 암나사부가 관통하여 형성된 본체부와, 그 본체부의 출력측 단면으로부터 돌출된 출력 축부로 이루어지고, 그 출력 축부는 상기 통 형상부의 상기 천판부에 형성된 가이드 구멍에 삽입 통과되어 있음으로써, 상기 캐리지는 회전이 저지된 상태에서 상기 리드 스크류에 의해 상기 고정축의 축선 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터.