(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に、駆動源としてのモータと、該モータの回転動力を直線動力に変換し被駆動体に伝達する直動変換機構とを備えるリニアアクチュエータにおいて、
前記直動変換機構は、前記モータのロータによって回転されるリードスクリューと、該リードスクリューに螺合し前記被駆動体と連繋されたキャリッジと、該キャリッジの回転を阻止する回転阻止部材とを有し、
前記ロータが樹脂により形成され、前記リードスクリューが金属材料により形成されて、前記ロータとリードスクリューは、前記ケースに固定された固定軸に回転自在に支持され、
前記リードスクリューが前記ロータとインサート成形により一体形成され、前記リードスクリューは、少なくとも一部が前記ロータに埋設された支持部と、該支持部の一方側の端面から突出したスクリュー部とを有するとともに、その中央には前記固定軸が挿通される貫通孔が形成されており、前記支持部の他方側の端面における少なくとも前記貫通孔の周縁部分は、外部に露出していることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記支持部が円筒状に形成されるとともに、前記支持部の他方側の端面における露出部分が円形に形成され、該露出部分の外縁から前記貫通孔の外縁までの長さは、前記支持部の外縁から前記貫通孔の外縁までの長さの１／２以上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。
【請求項３】
前記ロータの底面には、前記支持部の他方側の端面における露出部分が底面となる凹部が形成され、該凹部の開口周縁に前記固定軸の軸線方向に突出した摺動部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
ケース内に、駆動源としてのモータと、該モータの回転動力を直線動力に変換し被駆動体に伝達する直動変換機構とを備えるリニアアクチュエータにおいて、
前記直動変換機構は、前記モータのロータによって回転されるリードスクリューと、該リードスクリューに螺合し前記被駆動体と連繋されたキャリッジと、該キャリッジの回転を阻止する回転阻止部材とを有し、前記ロータとリードスクリューは、一体的に形成されるとともに前記ケースに固定された固定軸に回転自在に支持されており、
前記モータは、前記ロータと、ステータコアに駆動コイルが巻回されて構成されてなるステータとを備えるステッピングモータであり、
前記ロータは、外周に永久磁石が固定されたホルダを有するとともに、該ホルダの中央には貫通穴が設けられ、
前記リードスクリューは、支持部および該支持部の一方側の端面から一体に突出形成されたスクリュー部を有するとともに、前記支持部および前記スクリュー部の中央には前記固定軸が挿通される貫通孔が形成されており、
前記ホルダの前記貫通穴に前記リードスクリューの前記支持部が固定されていることにより、前記リードスクリューの前記支持部を介して前記ロータの前記ホルダと前記永久磁石とは前記固定軸に回転自在に支持されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記ロータと前記リードスクリューとが異なる材質で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記ロータが樹脂により形成され、前記リードスクリューが金属材料により形成されていることを特徴とする請求項５に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記リードスクリューを構成する前記支持部に形成される前記貫通孔の孔径に対して前記スクリュー部に形成される前記貫通孔の孔径を大きくしたことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記ホルダの前記スクリュー部が突出した側とは反対側の端面である前記ホルダの底面と前記ケースとの間にはスラストベアリングが介在され、前記ホルダの前記底面から前記固定軸の軸線方向に突出した摺動部が前記スラストベアリングに当接可能に形成されていることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記固定軸は、その一端が前記ケースに固定されるとともに、前記スクリュー部側の端部は、前記回転阻止部材に形成されるとともに前記キャリッジが移動可能となるように形成された筒状部の天板部に固定され、
前記キャリッジは、前記スクリュー部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじ部が貫通して形成された本体部と、該本体部の出力側端面から突出した出力軸部とからなり、該出力軸部は前記筒状部の前記天板部に形成されたガイド穴に挿通されていることにより、前記キャリッジは回転を阻止された状態で前記リードスクリューにより前記固定軸の軸線方向に移動されることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記ロータには、出力側端面から反出力側に向かって窪んだ部分が形成され、前記スクリュー部の一部がこの窪んだ部分の内側に位置していることを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアアクチュエータに関し、更に詳しくは、モータの回転動力を直線動力に変換する機構を備え、被駆動体をモータの軸線方向に進退移動させるリニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来一般に、モータ（ステッピングモータ）の回転動力に基づき被駆動体を進退移動させるリニアアクチュエータが知られている。このようなリニアアクチュエータは、各種気体や液体などの流路を開閉する弁体の駆動装置として好適に用いられ、例えば、燃料用ガスの開閉バルブやガス流量調整バルブとして、ガス給湯器などのガス燃焼機器に多く使用されている。
【０００３】
この種のリニアアクチュエータとして、例えば特許文献１には、駆動源であるモータと、このモータのロータと一体的に設けられた回転軸を有するリニアアクチュエータが記載されている。回転軸にはリードスクリューが形成され、リードスクリューには、回転方向の動きが規制されたキャリッジが螺合されている。このキャリッジは、被駆動体と連結されている。かかる構成により、モータが回転すると、回転が規制されたキャリッジとともに被駆動体が直線動作する。つまり、モータの回転動力が、直線動力に変換されて被駆動体に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７２１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ロータと一体的に回転する回転軸を有し、その回転軸にリードスクリューが形成されている特許文献１の構成は、次のような問題があった。
【０００６】
第一の問題点は、ロータを支持する軸が回転するものであるため、軸受を別途設けたり、ケースで回転軸を支持する構成を採用しなければならない点である。つまり、回転軸を支持する軸受が必要になるため、部品コストが増大してしまうため問題となる。また、特許文献１の構成のように、回転軸の一端がケースによって支持される構成とすれば、その箇所については別途軸受を設ける必要はないが、かかる構成は、回転軸の回転をケース（一般的にはプレス加工品であり、軸受部分の寸法精度がそれほど高くない）によって支持する構成であるから、回転軸とケースとの摺動抵抗が大きくなってしまう。このような回転体とそれを支持する部材との摺動抵抗の増大は、エネルギロスの増大、部材の激しい摩耗による装置寿命の低下といった種々の問題を招く。
【０００７】
第二の問題点は、ロータの回転を支える回転軸にリードスクリューが形成されている点である。つまり、ロータの回転を支える回転軸は、十分な機械的強度を有する材料（例えばステンレスなど）で形成することが必要である。しかし、このような強度を有する材料に対するリードスクリューの形成は、加工が困難であるため、加工コストが嵩んでしまう。
【０００８】
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、回転体とそれを支持する部材との摺動抵抗を抑え、軸受等の部品の削減や部品の加工性向上などにより製造コストを抑えたリニアアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者らは、上記問題点を踏まえ、次のようなリニアアクチュエータの構成を考えた。すなわち、ロータを支える軸自体は回転しない固定軸とした上で、ロータとリードスクリューを別々に構成し、これらがそれぞれ固定軸に回転自在に支持され、ロータが回転するとその回転動力がリードスクリューに伝達される構成（後述する検討例１（各比較例）にかかる構成）を考えた。このようにロータとリードスクリューが別々に固定軸に支持される構成としたのは、１）固定軸が挿通される貫通孔が容易に形成できるようにする、２）金属材料で形成されるリードスクリューの大きさをできるだけ小さくし、高価である金属材料の使用量を極力抑える、３）ロータやリードスクリューを別々に形成し、他の製品にも展開可能とする（部品の共通化）、などのためである。
【００１０】
かかる構成とすれば、回転軸を支持する軸受を用いる必要はないし、回転軸をケースで支持する必要もない。また、リードスクリューの加工性が悪いという問題もない。
【００１１】
ところが、かかる構成を採用した場合、アクチュエータ駆動中の騒音が大きいという新たな問題が発生した。発明者らが鋭意研究した結果、その騒音は、モータによりリードスクリューをキャリッジ（被駆動体）が引き込まれる方向（下方向に移動させる方向）に回転させ、下限いっぱい（これ以上キャリッジが下がることができない状態）までキャリッジが下がりモータが脱調状態になったとき、ロータとリードスクリューとが衝突することによって発生していることを知見した。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、ケース内に、駆動源としてのモータと、該モータの回転動力を直線動力に変換し被駆動体に伝達する直動変換機構とを備えるリニアアクチュエータにおいて、前記直動変換機構は、前記モータのロータによって回転されるリードスクリューと、該リードスクリューに螺合し前記被駆動体と連繋されたキャリッジと、該キャリッジの回転を阻止する回転阻止部材とを有し、前記ロータが樹脂により形成され、前記リードスクリューが金属材料により形成されて、前記ロータとリードスクリューは、前記ケースに固定された固定軸に回転自在に支持され、前記リードスクリューが前記ロータとインサート成形により一体形成され、前記リードスクリューは、少なくとも一部が前記ロータに埋設された支持部と、該支持部の一方側の端面から突出したスクリュー部とを有するとともに、その中央には前記固定軸が挿通される貫通孔が形成されており、前記支持部の他方側の端面における少なくとも前記貫通孔の周縁部分は、外部に露出していることを要旨とするものである。
【００１３】
本発明にかかるリニアアクチュエータによれば、ロータの回転を支える軸を回転することがない固定軸としたため、従来型のリニアアクチュエータのように、回転体とそれを支える部材との間の摺動抵抗によるエネルギロスの発生や装置寿命の低下といった問題はない。また、回転軸を支持する軸受を設ける必要もない。さらには、ロータの回転を支える軸にリードスクリューを形成する構成ではないため、リードスクリューを例えば真鍮のような軟らかい金属材料で形成することができ、リードスクリューの加工性が向上する。
【００１４】
しかも、固定軸に回転自在に支持されたロータとリードスクリューとが一体的に形成されているため、キャリッジを下限まで引き込みモータが脱調状態となったときに発生する、ロータとリードスクリューの衝突による騒音の発生を防止することができる。
【００１６】
ロータとリードスクリューは、インサート成形や、接着剤による固定により一体化することができる。したがって、両者を別々の材料で形成することができる。ロータを軽い樹脂材料で形成すれば、モータのエネルギロスを小さくできる。被駆動体と連繋されたキャリッジと螺合するリードスクリューは、金属材料で形成することにより、その肉厚を薄くしつつ、必要な強度を確保することができる。
【００１７】
例えば、前記支持部が円筒状に形成されるとともに、前記支持部の他方側の端面における露出部分が円形に形成され、該露出部分の外縁から前記貫通孔の外縁までの長さは、前記支持部の外縁から前記貫通孔の外縁までの長さの１／２以上であれば好適である。
【００１８】
支持部の他方側の端面における貫通孔の周縁部分が露出するので、ロータとリードスクリューをインサート成形により一体化する際、上記貫通孔の周縁部分に金型が当接した状態となるため、固定軸が挿通される貫通孔への溶融樹脂の流れ込みが防止される。溶融樹脂の流れ込みを確実に防止するためには、インサート成形用の金型と支持部との当接面積を大きくするため、上記のような関係が成り立つように露出部分の大きさを設定すればよい。
【００１９】
そしてこの場合、前記ロータの底面には、前記支持部の他方側の端面における露出部分が底面となる凹部が形成され、該凹部の開口周縁に前記固定軸の軸線方向に突出した摺動部が形成されていればよい。
【００２０】
このように、前記露出部分が底面となるように凹部を形成、すなわち、前記支持部の他方側の端面がロータから外側に突出しないようにした上で、その凹部の開口周縁に摺動部を形成すれば、回転するロータの摺動部分（ケースとの摺動面積）が小さくなるため、摺動抵抗によるエネルギロスを小さく抑えることができる。
また、別の本発明は、ケース内に、駆動源としてのモータと、該モータの回転動力を直線動力に変換し被駆動体に伝達する直動変換機構とを備えるリニアアクチュエータにおいて、前記直動変換機構は、前記モータのロータによって回転されるリードスクリューと、該リードスクリューに螺合し前記被駆動体と連繋されたキャリッジと、該キャリッジの回転を阻止する回転阻止部材とを有し、前記ロータとリードスクリューは、一体的に形成されるとともに前記ケースに固定された固定軸に回転自在に支持されており、前記モータは、前記ロータと、ステータコアに駆動コイルが巻回されて構成されてなるステータとを備えるステッピングモータであり、前記ロータは、外周に永久磁石が固定されたホルダを有するとともに、該ホルダの中央には貫通穴が設けられ、前記リードスクリューは、支持部および該支持部の一方側の端面から一体に突出形成されたスクリュー部を有するとともに、前記支持部および前記スクリュー部の中央には前記固定軸が挿通される貫通孔が形成されており、前記ホルダの前記貫通穴に前記リードスクリューの前記支持部が固定されていることにより、前記リードスクリューの前記支持部を介して前記ロータの前記ホルダと前記永久磁石とは前記固定軸に回転自在に支持されていることを要旨とするものである。
前記ロータと前記リードスクリューとが異なる材質で形成されているとよい。具体的には、前記ロータが樹脂により形成され、前記リードスクリューが金属材料により形成されているとよい。
前記リードスクリューを構成する前記支持部に形成される前記貫通孔の孔径に対して前記スクリュー部に形成される前記貫通孔の孔径を大きくするようにするとよい。
前記ホルダの前記スクリュー部が突出した側とは反対側の端面である前記ホルダの底面と前記ケースとの間にはスラストベアリングが介在され、前記ホルダの前記底面から前記固定軸の軸線方向に突出した摺動部が前記スラストベアリングに当接可能に形成されていればよい。
前記固定軸は、その一端が前記ケースに固定されるとともに、前記スクリュー部側の端部は、前記回転阻止部材に形成されるとともに前記キャリッジが移動可能となるように形成された筒状部の天板部に固定され、前記キャリッジは、前記スクリュー部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじ部が貫通して形成された本体部と、該本体部の出力側端面から突出した出力軸部とからなり、該出力軸部は前記筒状部の前記天板部に形成されたガイド穴に挿通されていることにより、前記キャリッジは回転を阻止された状態で前記リードスクリューにより前記固定軸の軸線方向に移動されるようにするとよい。
前記ロータには、出力側端面から反出力側に向かって窪んだ部分が形成され、前記スクリュー部の一部がこの窪んだ部分の内側に位置していればよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかるリニアアクチュエータによれば、ロータとリードスクリューの衝突による騒音の発生を防止した上で、回転体の回転による摺動抵抗の低減、装置を構成する部品点数の削減、リードスクリュー等の部品加工の容易化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるリニアアクチュエータの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるリニアアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】リードスクリューをインサート成形によりロータと一体化する場合のインサート成形金型の概略図である。
【図４】図１および図２に示したリニアアクチュエータを上方から見た正面図である。
【図５】各検討例にかかるリニアアクチュエータの構成を示した概略図ある。
【図６】ロータとリードスクリューとがそれぞれ別々に固定軸に支持された構成を有するリニアアクチュエータにおける騒音の発生メカニズムを説明するための概略図である。
【図７】実施例にかかるリニアアクチュエータから発生する音の可聴域における周波数特性の測定結果である。
【図８】比較例１にかかるリニアアクチュエータから発生する音の可聴域における周波数特性の測定結果である。
【図９】比較例２にかかるリニアアクチュエータから発生する音の可聴域における周波数特性の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかるリニアアクチュエータ１の断面図、図２はその分解斜視図（ステータ１２を除く）である。なお、以下の説明における上下方向とは、図１における上下方向をいうものとする。
【００２４】
本実施形態にかかるリニアアクチュエータ１は、ガス給湯器などのガス燃焼機器が備えるガス管の流路を開閉する弁体の駆動装置として使用される。図１に示されるように、リニアアクチュエータ１は、パッキン９２などを介してガス管などの密閉空間９０に取り付けられる。すなわち、密閉空間９０は、通過するガスが漏れないよう、リニアアクチュエータ１自体によって密閉されている。
【００２５】
リニアアクチュエータ１は、ケース内（本体ケース５２およびステータケース５０内）に、駆動源であるモータ１０と、このモータ１０の回転動力を直線動力に変換し、被駆動体である弁体（図示せず）に伝達する直動変換機構とを備える。
【００２６】
モータ１０は、公知のステッピングモータであり、ステータ１２およびロータ１４を備える。ステータ１２は、ステータコア１２１に駆動コイル１２２が巻回されて構成され、本体ケース５２の外側に被着されるステータケース５０に収納されている。ロータ１４は、樹脂製のホルダ１４３に永久磁石１４２が固定されてなる。なお、本願において、ロータ１４の材質とは、永久磁石１４２を除いたホルダ１４３の材質（すなわち樹脂）をいうものとする。このホルダ１４３の中央には、貫通穴１４３ａが設けられ、この貫通穴１４３ａに後述するリードスクリュー１８が固定されている。
【００２７】
直動変換機構は、リードスクリュー１８と、このリードスクリュー１８に螺合するキャリッジ２０と、このキャリッジ２０の回転を阻止する第一の回転阻止部材３０および第二の回転阻止部材４０（両者が本発明にかかる回転阻止部材に相当する）を有する。
【００２８】
リードスクリュー１８は、支持部１８１およびスクリュー部１８２を有し、中央には貫通孔１８ａが形成された部材である。中央に貫通孔１８ａが形成されているため、肉厚を薄くしても十分な強度を確保することができるように材質は金属であることが好ましい。加工性を考慮すれば真鍮が好適である。図２から分かるように、支持部１８１は、円柱形状の部分である。スクリュー部１８２は、支持部１８１の一方側（先端側）端面から垂直に立設された軸に、所定の径・ピッチの雄ねじ（スクリュー）が形成された部分である。
【００２９】
本実施形態では、かかる構成を有するリードスクリュー１８は、インサート成形によりロータ１４と一体化されている。なお、その他の一体化方法としては、ホルダ１４３に形成された貫通穴１４３ａへの圧入固定や接着剤（またはこれらの併用）による一体化などが例示できる。このように、本実施形態では、インサート成形や接着剤による固定などによりロータ１４とリードスクリュー１８を一体化すればよいため、両者を異なる材質で成形することができる。具体的には、肉厚を薄くしつつも十分な強度が必要なリードスクリュー１８は金属材料で成形し、軽量であることが必要なロータ１４のホルダ１４３は樹脂材料で成形するなど、アクチュエータに求められる特性に応じて適宜選択することができる。
【００３０】
一体化されたロータ１４とリードスクリュー１８は、リードスクリュー１８の貫通孔１８ａに挿通された固定軸１６（固定軸１６自体が回転することはない）に回転自在に支持されている。なお、貫通孔１８ａは、支持部１８１からスクリュー部１８２にかけて形成された非常に長いものであり、加工が困難（切削加工時にドリル（バイト）が折れてしまうといったおそれがある）である。そのため、本実施形態では、後述のようにロータ１４（ホルダ１４３）内に埋設される支持部１８１に形成される貫通孔１８ａの孔径を小さく（例えば１．２ｍｍ）し、ロータ１４（ホルダ１４３）から突出したスクリュー部１８２に形成される貫通孔１８ａの孔径を大きく（例えば１．３ｍｍ）している。このようにすることにより、２段階で貫通孔１８ａを形成することができ、加工が容易となる。ロータ１４（ホルダ１４３）内に埋設される支持部１８１に形成される貫通孔１８ａの孔径を小さくするのは、当該部分における固定軸１６と貫通孔１８ａのクリアランスを小さくして、ステータ１２から発生する磁界によって回転するロータ１４ががたつかないようにするためである。
【００３１】
本実施形態にかかるリニアアクチュエータ１は、ロータ１４とリードスクリュー１８とが、それぞれ別々に固定軸１６に回転自在に支持されてなるリニアアクチュエータ（後述する検討例１や各比較例に相当する）の騒音発生のメカニズムを解明した上で、ロータ１４とリードスクリュー１８とを一体化することにより、アクチュエータ駆動中の騒音低減を図ったものである。
【００３２】
回転自在に固定軸１６に支持されたロータ１４（ホルダ１４３）の下面と、本体ケース５２の間には、樹脂（ポリエチレンテレフタラート）製のスラストベアリング（ワッシャ）１７が介在されている。これは、回転するロータ１４と本体ケース５２との間の摺動抵抗を低減するためである。
【００３３】
また、ロータ１４とリードスクリュー１８とがインサート成形により一体化される場合、リニアアクチュエータ１は、ロータ１４と本体ケース５２との間の摺動抵抗を低減するための構成をさらに有する。具体的には、ロータ１４（ホルダ１４３）の底面１４４には、環状に突出した摺動部１５が形成されている。
【００３４】
このような摺動部１５がロータ１４（ホルダ１４３）に形成される理由は次の通りである。例えば、リードスクリュー１８の底面１８ｂ（支持部１８１におけるスクリュー部１８２が突出した端面とは反対（他方側）の端面）をホルダ１４３の底面１４４から突出させた構造とし、リードスクリュー１８によりロータ１４の回転が支持される構成とすると、本体ケース５２の内底面とリードスクリュー１８の底面１８ｂの面接触により摺動ロスが大きくなり問題となる。一方、リードスクリュー１８に、その底面１８ｂから突出した突出部（摺動部１５のような環状の突出部）を形成して本体ケース５２の内底面と線接触するようにしてもよいが、金属製のリードスクリュー１８の底面１８ｂにこのような突出部を形成するのは加工性が低下するため問題となる。つまり、リードスクリュー１８により、ロータ１４の回転を支持する構成は適当ではない。
【００３５】
したがって、リードスクリュー１８は、その底面１８ｂがホルダ１４３の外側に突出しないようにホルダ１４３と一体化されている。その上で、リードスクリュー１８の底面１８ｂにおける貫通孔１８ａの周縁部分（径方向の寸法Ｌ１の部分）は、外部に露出した状態にある（以下、この部分を単に露出部分と称することもある）。このように貫通孔１８ａの周縁部分が露出した状態にあるのは、インサート成形時に、リードスクリュー１８の貫通孔１８ａに溶融樹脂が流れ込まないようにするためである。
【００３６】
図３は、リードスクリュー１８をロータ１４と一体化するためのインサート成形金型１９の概略を示したものである。図示されるように、金型１９は一対の固定型１９１および可動型１９２からなり、固定型１９１には、封止ピン１９３が設けられている。封止ピン１９３は、相対的に小径の小径部１９３ａと、相対的に大径の大径部１９３ｂとを有し、小径部１９３ａがリードスクリュー１８の貫通孔１８ａに挿通されるとともに大径部１９３ｂがホルダ１４３の内側に位置するリードスクリュー１８の底面１８ｂにおける貫通孔１８ａの周縁部分に密着させられる。これにより、成形時にゲート１９１ａから注入される溶融樹脂が、リードスクリュー１８の貫通孔１８ａへ流れ込むことはない。
【００３７】
ただし、このような貫通孔１８ａへの溶融樹脂の流れ込みを確実に防止するためには、封止ピン１９３と密着する露出部分の十分な大きさを確保すべきである。望ましくは、露出部分の外縁から貫通孔１８ａの外縁までの長さ（Ｌ１）が、支持部１８１の外縁から貫通孔１８ａの外縁までの長さ（Ｌ２）の１／２以上であればよい。すなわち、（Ｌ１）≧（Ｌ２）／２の関係が成り立つ大きさであればよい。
【００３８】
このように、封止ピン１９３の存在により、ロータ１４には、その底面１４４側に封止ピン１９３が引き抜かれた跡である凹部１４３ｂ（凹部１４３ｂの底面はリードスクリュー１８の露出部分となる）が形成される。そして、この凹部１４３ｂの開口端縁に沿うようにして環状の摺動部１５を形成し、本体ケース５２（スラストベアリング１７）との摺動面積を極力小さくした構造としている。これにより、ロータ１４とリードスクリュー１８とがインサート成形により一体化される場合であっても、上記摺動抵抗によるエネルギロスが従来と比べて大きくなってしまうことはない。なお、上記摺動部１５の形状は特に限定されるものではない。例えば、凹部１４３ｂの開口端縁に沿って、周方向に点在させたような構成であってもよい。
【００３９】
キャリッジ２０は、本体部２２と出力軸部２４が一体成形された樹脂製の部材である。円柱状の本体部２２の中央には、スクリュー部１８２に形成された雄ねじと螺合する雌ねじ部２０１が貫通して形成されている。出力軸部２４は、本体部２２の出力側端面から突出した断面略半円形状の軸であり、半円形状の直線部分（対向面２４１ａ）が対向するように二つ（二股状に）形成されている。二つの出力軸部２４のそれぞれには、軸方向と直交する方向に貫通した取付穴２４１ｂが形成されている。この取付穴２４１ｂには、キャリッジ２０と被駆動体である弁体とを連繋するための連繋軸（図示せず）が支持される。このような構成を有するキャリッジ２０は、スクリュー部１８２に雌ねじ部２０１を螺合させることによって、リードスクリュー１８に取り付けられている。
【００４０】
第一の回転阻止部材３０は、合成樹脂材料で一体成形された部材であり、筒状部３２とフランジ部３４とを有する。筒状部３２の天板部には、略半円形状の二つのガイド穴３２１が、半円形状の直線部分が対向するように形成されている。このガイド穴３２１に、上述したキャリッジ２０の二つの出力軸部２４がそれぞれ挿通されている。かかる第一の回転阻止部材３０は、本体ケース５２の段差部分にフランジ部３４が嵌め込まれて取り付けられている。
【００４１】
このように取り付けられている第一の回転阻止部材３０は、リードスクリュー１８とともに回転しようとするキャリッジ２０の回転を阻止する部材である。したがって、キャリッジ２０とともに第一の回転阻止部材３０自体が回転してしまうことのないよう、第一の回転阻止部材３０の回転が、第二の回転阻止部材４０によって規制されている。この第二の回転阻止部材４０は、金属板のプレス加工などによって形成された板状の部材であり、本体ケース５２の開口部を覆うように被着されている。このように、第二の回転阻止部材４０を金属で構成するのは、図２に示すように、ガス管などによって構成される密閉空間９０の密閉状態を、第二の回転阻止部材４０によって維持しなければならないからである。つまり、例えば火災時などに回転阻止部材４０が熱によって損傷し、密閉空間９０内の可燃性ガスが漏れ、被害が拡大してしまうことを防止するため、回転阻止部材４０を金属材料で構成する必要がある。
【００４２】
第二の回転阻止部材４０の中央には、所定の大きさの窪み部４２が形成されており、この窪み部４２の中央に、第一の回転阻止部材３０が挿通される略矩形状（四隅の角は丸められている）の係合穴４４が形成されている。この係合穴４４に第一の回転阻止部材３０の筒状部３２が挿通されることにより、第一の回転阻止部材３０の回転が規制されている。
【００４３】
この点について、図１および図２に加え、図４を参照して具体的に説明する。図４は、本実施形態にかかるリニアアクチュエータ１を上方から見た平面図である。これらの図に示されるように、第一の回転阻止部材３０には、その筒状部３２の外周面が平面で切り欠かれたＤカット部３２２が対向するように形成されている。さらに、このＤカット部３２２の中央には、外側に向かって突出した突出部３２１ａが形成されている。
【００４４】
一方、図４から分かるように、第二の回転阻止部材４０の係合穴４４には、上方から見た形状が直線形状である直線部４４１が形成され、この直線部４４１の中央には、外側に向かって凹んだ係合凹部４４１ａが形成されている。第一の回転阻止部材３０は、Ｄカット部３２２を直線部４４１に当接させ、突出部３２１ａを係合凹部４４１ａに係合させた状態で、回転阻止部材４０の係合穴４４に挿通されている。
【００４５】
このように、第一の回転阻止部材３０は、筒状部３２の外周面に形成されたＤカット部３２２が、係合穴４４の直線部４４１に当接された状態で配設される。加えて、Ｄカット部３２２から突出して設けられた突出部３２１ａが、係合穴４４の直線部４４１から外側に向かって凹んだ係合凹部４４１ａに係合されている。このＤカット部３２２と直線部４４１との係合、および突出部３２１ａと係合凹部４４１ａとの係合により、第一の回転阻止部材３０の回転が規制されている。
【００４６】
このように、第二の回転阻止部材４０によって回転が規制された第一の回転阻止部材３０は、出力軸部２４の回り止め部材として機能する。図４に示すように、二つの出力軸部２４は、断面略半円形状に形成されており、それぞれが同じく略半円形状に形成されたガイド穴３２１に挿通されることによって回転が規制されている。具体的には、二つの出力軸部２４の互いに対向する対向面２４１ａをガイド穴３２１の内側の面に当接させた状態とすることにより、出力軸部２４の回転が規制されている。
【００４７】
このように構成されるリニアアクチュエータ１は、次のように動作する。駆動源であるモータ１０が駆動すると、ロータ１４が回転する。ロータ１４が回転すると、ロータ１４と一体化されたリードスクリュー１８も回転する。リードスクリュー１８が回転すると、本体部２２がリードスクリュー１８のスクリュー部１８２に螺合するキャリッジ２０もリードスクリュー１８とともに回転しようとする。しかし、キャリッジ２０の出力軸部２４は、第二の回転阻止部材４０によって回転が規制された第一の回転阻止部材３０のガイド穴３２１に挿通されているため、キャリッジ２０が回転することはない。したがって、キャリッジ２０は、リードスクリュー１８の回転に伴い、固定軸１６の軸線方向に前進動作する。キャリッジ２０が前進すると、出力軸部２４の取付穴２４１ｂを利用してキャリッジ２０と連結された被駆動体である弁体が前進し、ガス流路が遮断される。
【００４８】
キャリッジ２０を後退させる場合には、キャリッジ２０を前進させた場合とは反対方向にリードスクリュー１８を回転させる。これにより、第一の回転阻止部材３０によって回転が規制されているキャリッジ２０は、固定軸１６の軸線方向に後退し、ガス流路が開放される。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例）
上記実施形態にかかるリニアアクチュエータ１と同様の構造を有するリニアアクチュエータを実施例として作成した。本実施例は、ロータ１４とリードスクリュー１８とを一体的に構成した点に特徴を有する。なお、リードスクリュー１８は、ロータ１４（ホルダ１４３）とインサート成形により一体化されている。また、ロータ１４と本体ケース５２の間に介在されるスラストベアリング１７には、樹脂製のワッシャを用いている。
【００５１】
１）事前検討
まず、この実施例にかかるリニアアクチュエータを得るに至った検討について説明する。本発明の実施例にかかるリニアアクチュエータは、ロータ１４（ホルダ１４３）とリードスクリュー１８とを別々に構成し（一体化されていない）、それぞれを固定軸１６に回転自在に支持（ロータ１４とリードスクリュー１８とは離間可能である）させた図５（ａ）に記載された構成（検討例１）を基礎として得られたものである。かかる構成において、リードスクリュー１８は、スクリュー部１８２の下部に円板の一部が真っ直ぐに切り欠かれてなるＤカット係合部１８１ａを有する。ロータ１４（ホルダ１４３）は、これと係合するＤカット凹部１４３ｂを有する。つまり、Ｄカット係合部１８１ａとＤカット凹部１４３ｂとの係合により、ロータ１４の回転がリードスクリュー１８に伝達される構成である。なお、その他の構成は、上記実施形態にかかるリニアアクチュエータ１と同一である。
【００５２】
この検討例１にかかるリニアアクチュエータは、アクチュエータ駆動時に騒音が大きいという問題があった。そのため、上記検討例１を変形した次の検討例２〜５にかかるリニアアクチュエータを作成し、これらのアクチュエータの静穏特性を評価することにより、その騒音原因を突き止めた。
【００５３】
検討例２は、ロータ１４と本体ケース５２の間に介在させている摺動抵抗低減のためのスラストベアリング（ワッシャ）１７に換え、弾性（クッション性）のある板状の弾性部材１７１を配置したものである（図５（ｂ）参照）。なお、弾性部材１７１は、中央に固定軸１６が挿通する貫通孔を有する円盤部１７１ａと、この円盤部１７１ａの外周から周方向１２０度毎に延設された舌片状の弾性片１７１ｂとから構成されている。
【００５４】
検討例３は、ロータ１４と本体ケース５２との間に、比較例２に比べて弾性力が大きい弾性部材１７１を配置したものである。
【００５５】
検討例４は、リードスクリュー１８のＤカット係合部１８１ａの上面（リードスクリュー１８とキャリッジ２０との間）に、緩衝部材として弾性体で形成されたＯリング１７２を配置したものである（図５（ｃ）参照）。
【００５６】
検討例５は、ロータ１４とリードスクリュー１８の間に緩衝部材として弾性体で形成されたＯリング１７２を配置したものである。なお、かかるＯリング１７２は、上記検討例４と同一のものである（図５（ｄ）参照）。
【００５７】
なお、これら検討例２〜５が有するその他の構成は、上記検討例１にかかるリニアアクチュエータと同一である。
【００５８】
以上の検討例１〜５にかかるリニアアクチュエータの静穏特性（騒音の有無）ついて検討した。各検討例とも、電源電圧２Ｖ、回転速度３３３ｐｐｓでモータ１０を駆動させ、アクチュエータ動作中の音圧（ｄＢＡ）を測定した。なお、アクチュエータと集音マイクとの距離は３０ｃｍである。そして、各検討例１〜５とも、１）キャリッジ２０を下げる方向にモータ１０を回転させ、下限いっぱい（これ以上キャリッジ２０が下がることができない状態）までキャリッジ２０が下がりモータ１０が脱調状態になったとき（以下、引き込み脱調状態と称する）の音圧、および２）キャリッジ２０を上げる方向にモータ１０を回転させ、上限いっぱい（これ以上キャリッジ２０が上がることができない状態）までキャリッジ２０が上がりモータ１０が脱調状態になったとき（以下、押し出し脱調状態と称する）の音圧の測定を行った。表１にその測定結果を示す。
【００５９】
【表１】
0005484091.tif 000002
【００６０】
まず、検討例１についての結果を見ると、押し出し脱調状態にあるときに比べ、引き込み脱調状態にあるときに音圧が大きいことが分かる。なお、製品に求められる静穏特性を考慮すると、押し出し脱調状態の音圧レベルは騒音として感じられるものではないが、引き込み脱調状態の音圧レベルは騒音として感じられる可能性がある。
【００６１】
検討例２、３は、検討例１の構成に加えて、ロータ１４と本体ケース５２の底面との間に、スラストベアリング（ワッシャ）１７の換わりに弾性部材１７１を配置したものであるが、検討例１との比較から、かかる弾性部材１７１の存在による騒音低減効果がないことが分かる。つまり、ロータ１４の底面側で大きな騒音が発生している可能性が低いこと（スラストベアリング（ワッシャ）１７などが騒音の主たる原因でない）ことが分かる。
【００６２】
さらに、検討例４は、検討例１の構成に対して、リードスクリュー１８とキャリッジ２０との間にＯリング１７２を配置した点が異なるだけであり、他の構成は同一であるが、これによる騒音低減効果もない。つまり、リードスクリュー１８（Ｄカット係合部１８１ａ）とキャリッジ２０の衝突が騒音の主たる原因でないことが分かる。
【００６３】
これらの検討例２〜４に対し、ロータ１４とリードスクリュー１８の間に緩衝材であるＯリング１７２を配置した検討例５は、検討例１と比較して、引き込み脱調状態にあるときにおける音圧が大きく低下した。具体的には、押し出し脱調状態にあるときにおける音圧と同程度まで低下し、製品に求められる静穏特性を十分に満たすものが得られた。
【００６４】
これらの測定結果を踏まえて検討すると、検討例１にかかるリニアアクチュエータで発生する騒音は、ロータ１４とリードスクリュー１８の衝突により発生していることが推測される。具体的には、次のようなメカニズムで発生していると考えられる。図６（ａ）に示すように、キャリッジ２０を押し出す方向にリードスクリュー１８が回転しているとき（回転しようとしているとき）には、上方向に移動する（移動しようとする）キャリッジ２０の反作用により、リードスクリュー１８に下方向の力がかかる。そうすると、ロータ１４は、下方向に力を受けたリードスクリュー１８と本体ケース５２の底面との間に挟まれた状態となるから、脱調状態であってもロータ１４ががたつくことはない。一方、図６（ｂ）に示すように、キャリッジ２０を引き込む方向にリードスクリュー１８が回転しているとき（回転しようとしているとき）には、下方向に移動する（移動しようとする）キャリッジ２０の反作用により、リードスクリュー１８に上方向の力がかかる。その結果、リードスクリュー１８とロータ１４との間にクリアランス生じ、脱調状態にあるロータ１４が上下方向に振動して騒音が発生するものと思われる。
【００６５】
このような騒音原因の特定を経て、ロータ１４とリードスクリュー１８を一体化した上記実施例（本発明）を得るに至った。
【００６６】
２）実施例の静穏特性についての評価
上記実施例にかかるリニアアクチュエータの静穏特性（騒音の有無）を評価した。なお、全く同じ構成を有する実施例のサンプルを二つ作成（実施例Ａおよび実施例Ｂ）し、それぞれについて静穏特性を評価した。なお、以下に示すように、比較例は二種類作成した。かかる比較例は、ロータ１４の底面を支持するスラストベアリング１７の変更により、静穏特性が変化するかどうかの検討を行ったものである。参考のため、比較例１、比較例２として二種類とも掲載する。
【００６７】
比較例１は、上記検討例１と同様の構造を有するリニアアクチュエータ、すなわちロータ１４とリードスクリュー１８とが別々に固定軸１６に支持されたリニアアクチュエータである。なお、比較例１のリニアアクチュエータでは、ロータ１４の底面を支持するスラストベアリング１７を金属製（リン青銅）としている点で実施例と異なる。
【００６８】
比較例２は、比較例１と同様に、ロータ１４とリードスクリュー１８とが別々に固定軸１６に支持されたリニアアクチュエータである。比較例１との違いは、スラストベアリング１７を実施例と同様に樹脂（ポリエチレンテレフタラート）製のものとしている点である。なお、全く同じ構成を有する比較例２のサンプルを二つ作成（比較例２Ａおよび比較例２Ｂ）し、それぞれについて静穏特性を評価した。
【００６９】
静穏特性評価は、上記検討例について行った評価と同様に、電源電圧２Ｖ、回転速度３３３ｐｐｓでモータ１０を駆動させた場合の音圧を測定することにより行った。なお、アクチュエータと集音マイクとの距離が１０ｃｍである点が、上記検討例について行った測定と条件が異なる。かかる条件の下、実施例、各比較例のそれぞれについて、１）引き込み脱調状態、２）押し込み脱調状態、３）通常状態（モータ１０が脱調状態になく、キャリッジ２０が進退動している状態）における音圧（ｄＢＡ）を測定した。その結果を表２に示す。また、発生する音の可聴域における周波数特性を測定した。その結果を図７〜図９に示す。なお、実施例の結果を図７に、比較例１の結果を図８に、比較例２の結果を図９に示した。
【００７０】
【表２】
0005484091.tif 000003
【００７１】
表２および図７〜図９より、比較例１および比較例２にかかるリニアアクチュエータは、押し出し脱調状態および通常状態では問題がないものの、引き込み脱調状態では可聴域で大きな音（騒音）が発生する。上述の検討結果より、ロータ１４とリードスクリュー１８の衝突により騒音が発生していると思われる。一方、実施例にかかるリニアアクチュエータでは、引き込み脱調状態においても、押し出し脱調状態および通常状態と音圧レベルがほとんど変わらず、大きな音（騒音）は発生しないことが分かる。
【００７２】
なお、比較例１および比較例２の結果から分かるように、スラストベアリング１７の材質の変更による静穏特性の向上はない。
【００７３】
このように、本発明によれば、ロータ１４とリードスクリュー１８が一体化されることにより、両者の衝突による騒音の発生が防止されるため、アクチュエータ駆動時（特にモータ１０が引き込み脱調状態にある時）における騒音が小さい静穏性に優れたリニアアクチュエータ１とすることができる。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、ロータ１４（ホルダ１４３）が樹脂材料で、リードスクリュー１８が金属材料で形成されていることを説明したが、リードスクリュー部分の機械的強度が確保できるのであれば、両者を同一の樹脂材料により一体に形成することもできる。
【符号の説明】
【００７６】
１                  リニアアクチュエータ
１０                モータ
１４                ロータ
１５                摺動部
１６                固定軸
１８                リードスクリュー
１８ａ              貫通孔
２０                キャリッジ
３０                第一の回転阻止部材
４０                第二の回転阻止部材
【図１】
0005484091.tif 000004
【図２】
0005484091.tif 000005
【図３】
0005484091.tif 000006
【図４】
0005484091.tif 000007
【図５】
0005484091.tif 000008
【図６】
0005484091.tif 000009
【図７】
0005484091.tif 000010
【図８】
0005484091.tif 000011
【図９】
0005484091.tif 000012