JP5997960B2 - 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、２には、第１チューブに設けられる永久磁石と第２チューブに設けられるコイルとの間に生じる電磁力によって、第１チューブ及び第２チューブを軸方向に相対変位させるリニアアクチュエータが開示されている。

特開２００５−１０６２４２号公報 特開２００４−３５７４６４号公報

特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、横荷重を支持するシャフト（２２）、ケース（３）に永久磁石（２３）、コイル（１１）がそれぞれ固定されているため、シャフト（２２）、ケース（３）の歪みが永久磁石（２３）、コイル（１１）に伝わりやすく、永久磁石（２３）、コイル（１１）が損傷する可能性があった。

特許文献２に記載のリニアアクチュエータは、横荷重を支持する筒状ロッド（３）と外側ヨーク（５）の間に空隙が設けられているため、コイル（１１）に発生する熱が空隙によって筒状ロッド（３）から外側ヨーク（５）へと伝わりにくく、コイル（１１）の放熱が十分に行われない可能性があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、横荷重によるコイル及び永久磁石の損傷を防止するとともに、コイルの放熱が十分に行われる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、アウターチューブと当該アウターチューブの内側に設けられるインナーチューブとが軸方向に相対変位するリニアアクチュエータであって、アウターチューブの内側に設けられ、アウターチューブの端部に一端が固定されるロッドと、ロッド内に軸方向に並んで保持される複数の永久磁石と、インナーチューブの内側に設けられて当該インナーチューブと共にアウターチューブに対して相対変位し、永久磁石に対向するコイルを保持する筒状のコイルホルダと、を備え、アウターチューブは、コイルホルダのまわりで軸方向に延びる円筒面状の第１リニアガイド部を有し、インナーチューブは、第１リニアガイド部に隙間なく対峙して摺動自在に嵌合する円筒面状の第２リニアガイド部を有し、第１リニアガイド部は、インナーチューブの外周面に隙間なく対峙して摺動する第１軸受の軸受面と、アウターチューブの内周面と、によって構成され、第２リニアガイド部は、アウターチューブの内周面に隙間なく対峙して摺動する第２軸受の軸受面と、インナーチューブの外周面と、によって構成され、アウターチューブは、第２軸受が摺動する内周面に形成され第１軸受を収容する溝を有し、インナーチューブは、第１軸受が摺動する外周面に形成され第２軸受を収容する溝を有することを特徴とする。

本発明では、リニアアクチュエータの伸縮時に、第１チューブと第２チューブに働く横荷重を第１、第２リニアガイド部の摺接部が支持することより、第１チューブの内側に設けられるロッドと第２チューブの内側に設けられるコイルホルダに応力が生じることを抑えられ、コイル及び永久磁石が損傷することを防止できる。

コイルホルダのまわりにおいて、第１チューブの第１リニアガイド部と第２チューブの第２リニアガイド部が隙間なく摺動自在に嵌合するため、コイルの熱がコイルホルダ、第１チューブ、第２チューブを伝わる伝熱経路が構成され、コイルの放熱が十分に行われる。

本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータの軸方向断面図であって、最大収縮状態におけるリニアアクチュエータを示す図である。 本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータの軸方向断面図であって、最大伸長状態におけるリニアアクチュエータを示す図である。

図１及び図２を参照して、本発明の実施形態によるリニアアクチュエータ１００について説明する。

リニアアクチュエータ１００は、例えば、自動車や鉄道車両、建築物等における振動を抑制する制振用アクチュエータとして使用される。

リニアアクチュエータ１００は、第１チューブ１０と、第１チューブ１０の内側に摺動自在に挿入される第２チューブ２０と、第１チューブ１０の端部に固定され、永久磁石３１を保持するロッド３０と、第２チューブ２０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を保持するコイルホルダ４０と、を備える。リニアアクチュエータ１００は、第１チューブ１０に設けられた連結部１及び第２チューブ２０に設けられた連結軸２を介して、相対移動する２つの部材間に配設される。

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及び第２チューブ２０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に示す最大収縮位置と図２に示す最大伸長位置との間で伸縮する。

第１チューブ１０は、両端が開口する円筒状のアウターチューブ１１と、アウターチューブ１１の一端に取り付けられるキャップ１２と、を備える。第１チューブ１０の一端はキャップ１２により閉塞され、第１チューブ１０の他端は開口端として形成される。キャップ１２の外側面には、連結部１が固定されている。

第２チューブ２０は、円筒状のベース部２１と、ベース部２１の一端側に固定されるインナーチューブ２２と、ベース部２１の他端側に固定されるガイドチューブ２３と、を備える。

ベース部２１は、両端が開口する筒状部材である。ベース部２１の外周には、径方向に突出する一対の連結軸２が固定されている。これら連結軸２は、相対向する位置に設けられる。第２チューブ２０は連結軸２を介して相対移動する２つの部材の一方に連結され、第１チューブ１０は連結部１を介して相対移動する２つの部材の他方に連結される。

アウターチューブ１１及びインナーチューブ２２は、両端が開口する筒状部材である。インナーチューブ２２は、ベース部２１に設置された状態で、アウターチューブ１１の内側に摺動自在に挿入される。インナーチューブ２２は、その一端がベース部２１の内周面２１Ａに嵌合して固定され、ベース部２１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を軸方向について相対変位可能に支持する第１、第２リニアガイド部１９、２９を備える。

インナーチューブ２２挿入側のアウターチューブ１１の開口端の内周には、第１軸受１３が設けられる。第１軸受１３の軸受面（内周面）１３Ａがインナーチューブ２２の外周面２２Ａに摺接する。第１リニアガイド部１９は、アウターチューブ１１の内周面１１Ａと、第１軸受１３の軸受面１３Ａとから構成される。

インナーチューブ２２の自由端の外周には、第２軸受２４が設けられる。第２軸受２４の軸受面（外周面）２４Ａがアウターチューブ１１の内周面１１Ａに摺接する。第２リニアガイド部２９は、インナーチューブ２２の外周面２２Ａと、第２軸受２４の軸受面２４Ａとから構成される。

リニアアクチュエータ１００の伸縮時に、第１、第２リニアガイド部１９、２９において、第１軸受１３の軸受面１３Ａがインナーチューブ２２の外周面２２Ａに摺接するとともに、第２軸受２４の軸受面２４Ａがアウターチューブ１１の内周面１１Ａに摺接することにより、アウターチューブ１１とインナーチューブ２２が滑らかに摺動する。アウターチューブ１１の内周面１１Ａとインナーチューブ２２の外周面２２Ａは、第１軸受１３及び第２軸受２４を介して互いに隙間なく対峙する。第１軸受１３、第２軸受２４は、環状のスライド材である。

なお、上述した構成に限らず、第１軸受１３がアウターチューブ１１の内周の全域に延びるように設けられ、第２軸受２４を廃止する構成としてもよい。また、第２軸受２４がインナーチューブ２２の外周面の全域に延びるように設けられ、第１軸受１３を廃止する構成としてもよい。

コイルホルダ４０のまわりにインナーチューブ２２が設けられ、インナーチューブ２２に対してアウターチューブ１１が軸方向に移動する。アウターチューブ１１の第１リニアガイド部１９とインナーチューブ２２の第２リニアガイド部２９がコイルホルダ４０のまわりにて互いに隙間なく対峙して摺動自在に嵌合することにより、コイルホルダ４０とインナーチューブ２２及びアウターチューブ１１がコイル４１の熱をリニアアクチュエータ１００の外部へと伝える伝熱経路を構成する。

ガイドチューブ２３は、両端が開口する筒状部材である。ガイドチューブ２３内には、ロッド３０の先端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１チューブ１０の端部を構成するキャップ１２に固定される。また、ロッド３０の他端には、前述したロッドガイド５０が固定されている。ロッド３０の先端にロッドガイド５０を設けることで、リニアアクチュエータ１００の伸縮時にロッド３０の先端部分が径方向に振れることを防止することができる。

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極が現れるように着磁されている。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は必ずしも設ける必要はなく、各永久磁石３１を直接隣接するようにしてもよい。

コイルホルダ４０は、大径部４２と小径部４３を有する筒状部材である。大径部４２の外径は、小径部４３の外径より大きく形成される。大径部４２の外周面４２Ａがベース部２１の内周面２１Ｂに嵌合して固定されることにより、コイルホルダ４０がベース部２１に片持ち支持される。ベース部２１の内周面２１Ｂの内径は、ベース部２１の内周面２１Ａの内径より大きく形成される。

コイルホルダ４０のまわりに環状隙間８が設けられる。環状隙間８は、インナーチューブ２２の内周面２２Ｂとコイルホルダ４０の小径部４３の外周面４３Ｂの間に設けられる。こうして、コイルホルダ４０の外周とインナーチューブ２２の内周とが互いに離して設けられることにより、リニアアクチュエータ１００に横荷重を受けてアウターチューブ１１及びインナーチューブ２２が撓んでも、コイルホルダ４０に応力が生じることを抑えられる。

コイルホルダ４０は、ロッド３０を軸方向に挿通させる挿通孔４４を有している。挿通孔４４を構成する小径部４３の内周面には環状凹部４３Ａが形成されており、この環状凹部４３Ａ内には複数のコイル４１が固定されている。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ている。

コイル４１に通電される電流は、リニアアクチュエータ１００の外部等に設置されるコントローラによって制御される。コントローラは、図示しない位置センサにより検出されるコイル４１と永久磁石３１との相対位置情報に基づいて、コイル４１に通電する電流の大きさと方向を制御する。これにより、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）が調整される。

なお、位置センサは、磁界の強度に応じたホール電圧を発生するホール素子であって、コイルホルダ４０の大径部４２内に埋め込まれている。

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通電されると、ロッド３０を図１において右方向に駆動する推力が発生する。ロッド３０が右方向に駆動されると、第１チューブ１０のアウターチューブ１１が第２チューブ２０のインナーチューブ２２に対して摺動しながら右方向に移動して、リニアアクチュエータ１００が伸長する。

ガイドチューブ２３の固定端には内側に突出する突出部２３Ａが形成されており、リニアアクチュエータ１００が最大伸長位置（図２参照）まで伸長すると、ロッドガイド５０が突出部２３Ａの左側面に当接し、それ以上のロッド３０の移動が規制される。このように、ロッドガイド５０はストッパとして機能する。

一方、コイル４１に伸長時とは逆方向の電流が通電されると、ロッド３０を図２において左方向に駆動する推力が発生する。ロッド３０が左方向に駆動されると、第１チューブ１０のアウターチューブ１１が第２チューブ２０のインナーチューブ２２に対して摺動しながら左方向に移動して、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が最大収縮位置（図１参照）まで収縮すると、アウターチューブ１１の開口端がベース部２１の右端部に当接し、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１１の開口端はストッパとして機能する。

リニアアクチュエータ１００には、図１に示すように、コイルホルダ４０の一端と第１チューブ１０のキャップ１２の間の空間として第１室６１が画成されており、コイルホルダ４０の他端とガイドチューブ２３内に配設されるロッドガイド５０の間の空間として第２室６２が画成されている。

第１室６１と第２室６２とは、コイルホルダ４０の挿通孔４４を介して連通している。つまり、第１室６１と第２室６２とは、挿通孔４４を構成するコイルホルダ４０の内周とロッド３０の外周面３０Ｂとの間に形成される環状隙間６３を通じて連通している。

リニアアクチュエータ１００の伸縮時に、第１、第２リニアガイド部１９、２９が互いに摺接することによって、第１チューブ１０と第２チューブ２０が軸方向に相対変位可能に支持される。第１チューブ１０と第２チューブ２０に働く横荷重が第１、第２リニアガイド部１９、２９の摺接部によって支持されることにより、第１チューブ１０の内側に別部材として設けられるロッド３０に応力が生じることを抑えられるとともに、第２チューブ２０の内側に別部材として設けられるコイルホルダ４０に応力が生じることを抑えられる。

コイルホルダ４０の大径部４２がベース部２１を介してインナーチューブ２２に連結され、コイルホルダ４０の小径部４３とインナーチューブ２２の間に環状隙間８が設けられるため、横荷重によってアウターチューブ１１及びインナーチューブ２２が撓んでも、これらの歪みがコイルホルダ４０に伝わることを抑えられる。これにより、コイルホルダ４０に保持されるコイル４１が損傷することを防止できる。

ロッド３０の一端がキャップ１２を介してアウターチューブ１１の端部に連結され、ロッド３０の外周面３０Ｂとコイルホルダ４０の内周（挿通孔４４）の間に環状隙間６３が設けられるため、横荷重によってアウターチューブ１１及びインナーチューブ２２が撓んでも、これらの歪みがロッド３０に伝わることを抑えられる。これにより、ロッド３０に保持される永久磁石３１が損傷することを防止できる。

リニアアクチュエータ１００の伸縮時に、コイル４１に生じる熱は、コイルホルダ４０、インナーチューブ２２、アウターチューブ１１へと伝わり、インナーチューブ２２及びアウターチューブ１１から外気へと逃がされる。

上記の伝熱経路において、環状隙間８がコイルホルダ４０とインナーチューブ２２の間に設けられる空隙となるものの、環状隙間８の開口幅を小さく形成することにより、金属製のコイルホルダ４０から金属製のインナーチューブ２２への伝熱が十分に行われる。

上記の伝熱経路において、アウターチューブ１１の内周面１１Ａにインナーチューブ２２の外周面２２Ａが互いに隙間なく対峙して摺動自在に嵌合し、アウターチューブ１１とインナーチューブ２２の間に空隙（環状隙間）が設けられないため、コイル４１に生じる熱が、金属製のインナーチューブ２２から金属製のアウターチューブ１１へと直接伝わり、コイル４１の放熱が促される。

コイルホルダ４０が連結されるインナーチューブ２２の外側に、ロッド３０が連結されるアウターチューブ１１が配置されるため、リニアアクチュエータ１００が伸長するのに伴ってインナーチューブ２２の一部がアウターチューブ１１の開口端からリニアアクチュエータ１００の外部に露出し、外気への放熱が促される。

なお、これに対して、コイルホルダが連結される第２筒状部材（インナーチューブ２２に相当する）の内側に、ロッドが連結される第１筒状部材（アウターチューブ１１に相当する）が配置される構造とした場合には、リニアアクチュエータが伸長するのに伴ってコイルホルダと第２筒状部材の間に空隙が設けられ、コイルの放熱性が損なわれる。

上記した本実施形態によるリニアアクチュエータ１００によれば、以下の効果を得ることができる。

リニアアクチュエータ１００では、第２チューブ２０は、コイルホルダ４０のまわりで軸方向に延びる円筒面状の第２リニアガイド部２９を有し、第１チューブ１０は、第２リニアガイド部２９に隙間なく対峙して摺動自在に嵌合する円筒面状の第１リニアガイド部１９を有するため、リニアアクチュエータ１００に働く横荷重を第１、第２リニアガイド部１９、２９の摺接部が支持することより、第１チューブ１０、第２チューブ２０の内側にそれぞれ別部材として設けられるロッド３０及びコイルホルダ４０に応力が生じることを抑えられ、コイル４１及び永久磁石３１が損傷することを防止できる。そして、コイル４１の熱がコイルホルダ４０、第１チューブ１０、第２チューブ２０を介して伝わる伝熱経路が構成され、コイル４１の放熱が十分に行われる。

また、インナーチューブ２２（第２チューブ２０）の外側にアウターチューブ１１（第１チューブ１０）が配置され、第１リニアガイド部１９は、アウターチューブ１１の内周面１１Ａにより構成され、第２リニアガイド部２９は、インナーチューブ２２の外周面２２Ａにより構成されるため、リニアアクチュエータ１００が伸長するのに伴ってインナーチューブ２２の外周面２２Ａの一部がアウターチューブ１１の開口端からリニアアクチュエータ１００の外部に露出し、外気への放熱が促され、コイル４１の放熱が十分に行われる。

また、リニアアクチュエータ１００では、第１リニアガイド部１９は、インナーチューブ２２の外周面２２Ａに摺接する第１軸受１３の軸受面１３Ａを含み、第２リニアガイド部２９は、アウターチューブ１１の内周面１１Ａに摺接する第２軸受２４の軸受面２４Ａを含むため、インナーチューブ２２とアウターチューブ１１とが滑らかに摺動する。

また、リニアアクチュエータ１００では、インナーチューブ２２の内周とコイルホルダ４０の外周の間に環状隙間８が設けられるため、アウターチューブ１１及びインナーチューブ２２が横荷重を受けて撓んでも、コイルホルダ４０に応力が生じることを抑えられ、コイルホルダ４０に保持されるコイル４１が損傷することを防止できる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

なお、上述した構成に限らず、リニアアクチュエータ１００では、インナーチューブ２２の内周とコイルホルダ４０の外周の間に設けられる環状隙間８を廃止し、インナーチューブ２２の内周とコイルホルダ４０の外周とが隙間なく嵌合する構造としてもよい。

この場合には、コイル４１の熱がコイルホルダ４０から空隙（環状隙間８）を介さずにインナーチューブ２２へと直接伝わるため、コイル４１の放熱が促される。また、アウターチューブ１１及びインナーチューブ２２が横荷重を受けて撓んでも、アウターチューブ１１及びインナーチューブ２２の剛性によってコイルホルダ４０に応力が生じることを抑えられ、コイルホルダ４０に保持されるコイル４１が損傷することを防止できる。

また、前記実施形態では、ロッド３０が連結される第１チューブ１０（アウターチューブ１１）の内周に、コイルホルダ４０が連結される第２チューブ２０（インナーチューブ２２）の内周が摺動自在に嵌合する構成としたが、逆に、第２チューブ２０の外周に、第１チューブ１０の外周が摺動自在に嵌合する構成としてもよい。

８ 環状隙間
１０ 第１チューブ
１１ アウターチューブ
１１Ａ 内周面
１３ 第１軸受
１９ 第１リニアガイド部
２０ 第２チューブ
２２ インナーチューブ
２２Ａ 外周面
２４ 第２軸受
２９ 第２リニアガイド部
３０ ロッド
３１ 永久磁石
４０ コイルホルダ
４１ コイル
１００ リニアアクチュエータ

Claims (2)

1. アウターチューブと当該アウターチューブの内側に設けられるインナーチューブとが軸方向に相対変位するリニアアクチュエータであって、
   前記アウターチューブの内側に設けられ、前記アウターチューブの端部に一端が固定されるロッドと、
   前記ロッド内に軸方向に並んで保持される複数の永久磁石と、
   前記インナーチューブの内側に設けられて当該インナーチューブと共に前記アウターチューブに対して相対変位し、前記永久磁石に対向するコイルを保持する筒状のコイルホルダと、を備え、
   前記アウターチューブは、前記コイルホルダのまわりで軸方向に延びる円筒面状の第１リニアガイド部を有し、
   前記インナーチューブは、前記第１リニアガイド部に隙間なく対峙して摺動自在に嵌合する円筒面状の第２リニアガイド部を有し、
   前記第１リニアガイド部は、前記インナーチューブの外周面に隙間なく対峙して摺動する第１軸受の軸受面と、前記アウターチューブの内周面と、によって構成され、
   前記第２リニアガイド部は、前記アウターチューブの前記内周面に隙間なく対峙して摺動する第２軸受の軸受面と、前記インナーチューブの前記外周面と、によって構成され、
   前記アウターチューブは、前記第２軸受が摺動する前記内周面に形成され前記第１軸受を収容する溝を有し、
   前記インナーチューブは、前記第１軸受が摺動する前記外周面に形成され前記第２軸受を収容する溝を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記インナーチューブの内周と前記コイルホルダの外周との間に環状隙間が設けられ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。

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