(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアアクチュエータにおいて、
内側に筒状のヨークによって保持される複数のコイルが設けられる第１チューブと、
前記第１チューブの外周に軸方向に相対変位自在に設けられる第２チューブと、
前記第２チューブの端部に一端が固定され、前記ヨーク内を軸方向に移動自在なロッドと、
前記ロッドに軸方向に並んで保持され、前記複数のコイルと対向するように配設される複数の永久磁石と、を備え、
前記第２チューブは、一端側から前記第１チューブが挿入される外筒部を有し、
前記第１チューブは、前記外筒部に挿入される内筒部と、前記内筒部に軸方向に連続して設けられ、前記内筒部よりも外径が大きく、前記外筒部の一端側と軸方向において対向する大径部と、を有し、
前記第１チューブと前記第２チューブとが最収縮位置にあるときに、前記外筒部の一端側と前記大径部との間には隙間が形成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記第２チューブは、前記外筒部の他端側を閉塞する閉塞部を有し、
前記第１チューブは、前記閉塞部と軸方向において対向する対向部を有し、
前記第１チューブと前記第２チューブとが最収縮位置にあるときに、前記閉塞部と前記対向部とが当接することによって前記第１チューブと前記第２チューブとの相対変位が規制さ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。
【請求項３】
前記閉塞部と前記対向部との何れか一方には、他方に向けて突出する突出部が形成されることを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記突出部は、前記閉塞部または前記対向部の外周縁に形成されることを特徴とする請求項３に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記閉塞部の外周側には、前記対向部に向けて突出する突出部が形成され、
前記閉塞部と前記筒部とは、前記突出部により結合されることを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記第１チューブと前記第２チューブとが最収縮位置にあるときに、前記コイルよりも前記第２チューブの他端側に前記永久磁石の一部が突出していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記大径部には、外部部材に軸支される連結軸が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つ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、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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一方のチューブに設けられるコイルと他方のチューブに設けられる永久磁石との間に生じる電磁力によって、これらの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。このリニアアクチュエータの最収縮位置は、連結軸が設けられるベース部と他方のチューブの開口端とが当接することにより規制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２７７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されるリニアアクチュエータでは、ベース部と他方のチューブとが当接する部分が外部に露出しているため、ここに異物等が堆積すると、ベース部と他方のチューブとが当接できず、リニアアクチュエータの最収縮位置が変化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、リニアアクチュエータの最収縮位置を安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、リニアアクチュエータにおいて、内側に筒状のヨークによって保持される複数のコイルが設けられる第１チューブと、前記第１チューブの外周に軸方向に相対変位自在に設けられる第２チューブと、前記第２チューブの端部に一端が固定され、前記ヨーク内を軸方向に移動自在なロッドと、前記ロッドに軸方向に並んで保持され、前記複数のコイルと対向するように配設される複数の永久磁石と、を備え、前記第２チューブは、一端側から前記第１チューブが挿入される外筒部を有し、前記第１チューブは、前記外筒部に挿入される内筒部と、前記内筒部に軸方向に連続して設けられ、前記内筒部よりも外径が大きく、前記外筒部の一端側と軸方向において対向する大径部と、を有し、前記第１チューブと前記第２チューブとが最収縮位置にあるときに、前記外筒部の一端側と前記大径部との間には隙間が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、外部に露出し相対変位する部材間には、リニアアクチュエータが最収縮位置にあるときであっても軸方向において隙間が確保される。このため、リニアアクチュエータの最収縮位置を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータの収縮状態における軸方向断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータの伸長状態における軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータ１００について説明する。
【００１０】
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の外周に摺動自在に設けられる第２チューブ２０と、第２チューブ２０の端部に固定され、永久磁石３１を保持するロッド３０と、第１チューブ１０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を保持するヨーク４０と、を備える。
【００１１】
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と第２チューブ２０とが相対変位する。これにより、リニアアクチュエータ１００は、図１に示す最収縮位置から、図２に示す最伸長位置との間で伸縮する。
【００１２】
第１チューブ１０は、大径部としてのベース部１１と、ベース部１１の一端側に固定される内筒部としてのインナーチューブ１２と、ベース部１１の他端側に固定されるガイドチューブ１３と、を備える。
【００１３】
ベース部１１は、両端が開口する筒状部材である。ベース部１１の外周には、径方向に突出する連結軸としての一対のトラニオン軸１が固定される。リニアアクチュエータ１００は、一対のトラニオン軸１が図示しない外部部材に回動可能に軸支されることで、外部部材に対して回動可能に保持される。トラニオン軸１には、貫通孔１Ａが設けられる。貫通孔１Ａは一方のトラニオン軸１だけではなく両方に設けてもよい。このように、貫通孔１Ａは、一対のトラニオン軸１の少なくともいずれか一方に設けられる。
【００１４】
インナーチューブ１２は、ベース部１１の外径よりも小さい外径を有し、その一端がベース部１１の第一内周面１１Ａに嵌合して固定され、ベース部１１に片持ち支持される。インナーチューブ１２とベース部１１との結合構造は嵌合結合に限定されず、例えば、ねじ結合であってもよい。同様に、ガイドチューブ１３は、その一端がベース部１１の第二内周面１１Ｂに嵌合して固定され、ベース部１１に片持ち支持される。ガイドチューブ１３のベース部１１への固定端には、内側に突出する環状の突出部１３Ａが形成される。ガイドチューブ１３とベース部１１との結合構造は嵌合結合に限定されず、例えば、ねじ結合であってもよい。
【００１５】
第２チューブ２０は、両端が開口し一端側から第１チューブ１０のインナーチューブ１２が摺動自在に挿入される円筒状の外筒部としてのアウターチューブ２１と、アウターチューブ２１の他端側に取り付けられる閉塞部としてのキャップ２２と、を備える。
【００１６】
キャップ２２は、キャップ本体２２Ａと、キャップ本体２２Ａからアウターチューブ２１の内周に沿って突出する円筒状の突出部２２Ｂと、を有する。キャップ本体２２Ａの外側面には、図示しない外部機器が連結される連結部材２が固定される。突出部２２Ｂの外周には、図示しない雄ねじ部が設けられ、これに対応してアウターチューブ２１の他端側の内周には、図示しない雌ねじ部が設けられる。アウターチューブ２１とキャップ２２とは、これらの雄ねじ部と雌ねじ部とを介してねじ結合される。この結果、第２チューブ２０の他端は、キャップ２２により閉塞される。アウターチューブ２１とキャップ２２との結合構造はネジ結合に限定されず、例えば、嵌合結合であってもよい。
【００１７】
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とを軸方向に相対変位可能に支持する第１リニアガイド部１５と第２リニアガイド部２５とを備える。
【００１８】
インナーチューブ１２の自由端側の外周には、環状の第１軸受１４が設けられる。第１軸受１４の軸受面（外周面）１４Ａは、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと摺接する。第１リニアガイド部１５は、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと、第１軸受１４の軸受面１４Ａとから構成される。
【００１９】
アウターチューブ２１の開口端側の内周には、環状の第２軸受２３が設けられる。第２軸受２３の軸受面（内周面）２３Ａは、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと摺接する。第２リニアガイド部２５は、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと、第２軸受２３の軸受面２３Ａとから構成される。
【００２０】
リニアアクチュエータ１００が伸縮する際には、第１リニアガイド部１５では、第１軸受１４の軸受面１４Ａがアウターチューブ２１の内周面２１Ａに摺接する。また、第２リニアガイド部２５では、第２軸受２３の軸受面２３Ａがインナーチューブ１２の外周面１２Ａに摺接する。これにより、インナーチューブ１２とアウターチューブ２１とは、滑らかに摺動する。インナーチューブ１２の外周面１２Ａとアウターチューブ２１の内周面２１Ａとは、第１軸受１４及び第２軸受２３を介して互いに隙間なく対峙する。
【００２１】
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２チューブ２０の他端を閉塞するキャップ２２の内側に固定される。また、ロッド３０の他端は、ガイドチューブ１３内に摺動自在に配設されるロッドガイド５０に固定される。ロッド３０の他端にロッドガイド５０が設けられることで、ガイドチューブ１３とロッド３０との同軸度が確保される。このため、リニアアクチュエータ１００の伸縮時にロッド３０の端部が径方向に振れることが防止される。
【００２２】
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極が位置するように着磁される。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を必ずしも設ける必要はなく、隣り合う永久磁石３１が当接するようにしてもよい。また、中空部３０Ａ内の両端には非磁性部としての非磁性体３３が配置される。つまり、中空部３０Ａは、非磁性体３３を介してキャップ２２及びロッドガイド５０に固定される。
【００２３】
ロッド３０は、その端面３０Ｂがキャップ本体２２Ａの内側面に密に面接触した状態で連結部材２のねじ部２Ａによってキャップ２２に固定される。また、ロッド３０の非磁性体３３が配置される部分の外周面は、キャップ２２と接することなく、所定の隙間を介して離間している。このように、ロッド３０の位置は、ロッド３０の端面３０Ｂとキャップ本体２２Ａとの面接触のみで決定されるため、ロッド３０の芯出しは容易に行われる。ロッド３０は、連結部材２のねじ部２Ａによって固定されているが、連結部材２とは別の部材からなる結合部材によってキャップ２２に固定される構成としてもよい。また、この場合、連結部材２は、キャップ２２と一体的に形成されてもよい。
【００２４】
インナーチューブ１２の内周面１２Ｂには、円筒状のヨーク４０が設けられる。インナーチューブ１２の内周面１２Ｂの自由端側には、内周側に突出する円環状の規制部１２Ｃが設けられており、ヨーク４０は、規制部１２Ｃに当接するまでインナーチューブ１２内に挿入される。この規制部１２Ｃは、図１に示されるように、キャップ本体２２Ａと軸方向において対向して位置している。このため、第１チューブ１０と第２チューブ２０とが最収縮位置にあるとき、規制部１２Ｃのヨーク４０が当接する面と反対側の面には、キャップ本体２２Ａから突出する突出部２２Ｂの先端が当接する。ここで、キャップ本体２２Ａと軸方向において対向する規制部１２Ｃが対向部に該当する。
【００２５】
ヨーク４０は、ロッド３０が軸方向に挿通する挿通孔４５を有する。ヨーク４０の内周面には、外周に向かって環状凹部４３が形成される。環状凹部４３内には、複数のコイル４１が固定される。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る。
【００２６】
ヨーク４０の外周には、軸線方向に溝４２が設けられる。溝４２には、複数のコイル４１からの配線４４が挿入される。溝４２は、図示しないが周方向に間隔をあけて少なくとも３カ所設けられる。溝４２をヨーク４０の外周面に設けるのに代えて、インナーチューブ１２の内周面１２Ｂに設けてもよい。また、溝４２をヨーク４０の外周面とインナーチューブ１２の内周面１２Ｂとの両方に設けてもよい。
【００２７】
複数のコイル４１からの配線４４は、溝４２と、トラニオン軸１に設けられた貫通孔１Ａとを通って外部に引き出される。外部に引き出された配線４４は、図示しないコントローラに接続される。コントローラはコイル４１に供給される電流の大きさや位相を制御することにより、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）とを制御する。
【００２８】
次に、リニアアクチュエータ１００の動作について説明する。
【００２９】
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供給されると、ロッド３０を一方向（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が一方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、リニアアクチュエータ１００が伸長する。
【００３０】
図２に示すように、リニアアクチュエータ１００が最伸長位置まで伸長すると、ロッドガイド５０がガイドチューブ１３の突出部１３Ａの側面に当接し、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。
【００３１】
一方、コイル４１に伸長時とは逆位相の電流が供給されると、ロッド３０を他方向（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が他方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、リニアアクチュエータ１００が収縮する。
【００３２】
図１に示すように、リニアアクチュエータ１００が最収縮位置まで収縮すると、キャップ本体２２Ａから突出する突出部２２Ｂの先端がインナーチューブ１２の規制部１２Ｃ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、キャップ本体２２Ａと規制部１２Ｃとは、ストッパとして機能する。ストッパの具体的構成としては、キャップ本体２２Ａから突出する突出部２２Ｂに代えて規制部１２Ｃからキャップ本体２２Ａに向けて突出する突出部を設けてもよいし、キャップ本体２２Ａと規制部１２Ｃとの両方に突出部を設けてもよく、キャップ本体２２Ａと規制部１２Ｃとによりロッド３０の移動が規制されればどのような構成であってもよい。また、突出部は、キャップ本体２２Ａまたは規制部１２Ｃの外周縁に設けられてもよいし、ロッド３０寄りに設けられてもよい。突出部の当接面積を確保するためには、突出部を外周縁に設けることが好ましい。また、当接したときの衝撃を緩和するために、キャップ本体２２Ａまたは規制部１２Ｃの表面に緩衝部材等を設けてもよい。
【００３３】
また、リニアアクチュエータ１００が最収縮位置となったとき、アウターチューブ２１の一端側の端面２１Ｂと、この端面２１Ｂと軸方向において対向するベース部１１の対向面１１Ｃと、の間には、図１に示されるように、隙間Ｓが形成される。このように、リニアアクチュエータ１００が最収縮位置となったときに、第１チューブ１０と第２チューブ２０とが最も接近する部分であって、外部に露出している部分を当接させることなく、隙間Ｓを設けて離間させている。このため、この部分に異物等が堆積したとしても、十分な隙間Ｓがあることにより、リニアアクチュエータの最収縮位置が変化することを防止することができる。隙間Ｓの大きさは、ある程度の異物等の堆積を許容するために、４〜６ｍｍ程度とすることが好ましい。なお、アウターチューブ２１の端面２１Ｂと対向する面は、ベース部１１の対向面１１Ｃに限定されず、第１チューブ１０を構成する他の部材に形成される面であってもよい。
【００３４】
また、リニアアクチュエータ１００が最収縮位置となったとき、ロッド３０の永久磁石３１の一部は、図１に示すように、ヨーク４０に固定されるコイル４１よりもキャップ２２側に突出した状態となる。このように、最収縮位置において、永久磁石３１の一部が、コイル４１よりもリニアアクチュエータ１００が伸長する側に存在するため、最収縮位置からリニアアクチュエータ１００を伸長させる際、ロッド３０を駆動する推力（電磁力）が発生し易くなる。
【００３５】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００３６】
本実施形態では、第１チューブ１０と第２チューブ２０とが最収縮位置にあるときに、キャップ２２のキャップ本体２２Ａとインナーチューブ１２の規制部１２Ｃとが当接することによって第１チューブ１０と第２チューブ２０との相対変位が規制され、アウターチューブ２１の一端側の端面２１Ｂとベース部１１の対向面１１Ｃとの間には隙間Ｓが形成される。このように、最収縮位置を規制する部材は外部に露出しない箇所に形成されているとともに、外部に露出し軸方向において対向し相対変位する部材間には、リニアアクチュエータが最収縮位置にあるときであっても隙間が形成される。このため、異物等の堆積の影響を受けにくくなり、リニアアクチュエータ１００の最収縮位置を安定させることができる。
【００３７】
また、従来、第１チューブ１０と第２チューブ２０とが最収縮位置にあるときに、ベース部１１に当接していたアウターチューブ２１は、強度を確保するために十分な厚さを有する形状に形成されていた。しかし、本実施形態では、アウターチューブ２１は、ベース部１１に当接することがなくなるので、その厚さを薄くすることが可能となり、リニアアクチュエータ１００の外径を小さくすることができるとともにその重量を低減することができる。
【００３８】
また、キャップ２２のキャップ本体２２Ａとインナーチューブ１２の規制部１２Ｃとの何れか一方には、他方に向けて突出する突出部が形成される。キャップ本体２２Ａと規制部１２Ｃとの何れかから突出する突出部がストッパとして機能するので、設計の自由度を向上させることができる。また、突出部の長さを調整することにより、最収縮位置を自由に設定することができる。
【００３９】
また、突出部は、キャップ２２のキャップ本体２２Ａまたはインナーチューブ１２の規制部１２Ｃの外周縁に形成される。突出部は、内周側に形成されるよりも外周側に形成された方が当接面積を確保することができる。このため、突出部を外周縁に形成することによって当接部の面積が広くなり、当接部の強度を確保することが可能となる。この結果、リニアアクチュエータ１００の最収縮位置を安定させることができる。
【００４０】
また、キャップ２２とアウターチューブ２１とは、キャップ本体２２Ａの外周側に形成された突出部２２Ｂにより結合される。つまり、突出部２２Ｂは、ストッパとして機能するとともに、結合部としても機能する。このように、突出部２２Ｂは、２つの機能を兼ねているため、リニアアクチュエータ１００の構造を簡素化することができる。
【００４１】
また、第１チューブ１０と第２チューブ２０とが最収縮位置にあるときに、コイル４１よりもキャップ２２側に永久磁石３１の一部が突出している。つまり、リニアアクチュエータ１００が最収縮位置となったとき、ロッド３０の永久磁石３１の一部は、ヨーク４０に固定されるコイル４１よりもリニアアクチュエータ１００が伸長する側に存在する。このため、最収縮位置からリニアアクチュエータ１００を伸長する際、ロッド３０を駆動する推力（電磁力）が発生し易くなり、応答性を向上させることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００４３】
１００  リニアアクチュエータ
１      トラニオン軸（連結軸）
１Ａ    貫通孔
２      連結部材
１０    第１チューブ
１１    ベース部（大径部）
１２    インナーチューブ（内筒部）
１２Ｃ  規制部（対向部）
１３    ガイドチューブ
２０    第２チューブ
２１    アウターチューブ（外筒部）
２２    キャップ（閉塞部）
２２Ａ  キャップ本体（閉塞部）
２２Ｂ  突出部
３０    ロッド
３１    永久磁石
４０    ヨーク
４１    コイル
５０    ロッドガイド
【図１】
0005948390.tif 000002
【図２】
0005948390.tif 000003