(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングおよび出力シャフトを有するリニアアクチュエータと、バッファキャリッジとを備えるリニアアクチュエータアセンブリであって、
前記出力シャフトは、アクチュエータ軸を規定し、かつ、該アクチュエータ軸に沿い、前記ハウジングに対して伸張位置と格納位置との間で動作可能であり、
前記バッファキャリッジは、前記ハウジングおよび前記出力シャフトの一方に取り付けられる能動形態に配置され、かつ、回転部を有し、
前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの他の一方は、前記アクチュエータ軸を中心とする前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記他の一方の回転が、対応する前記回転部の回転を必要とするように前記バッファキャリッジの回転部に回転結合され、
前記回転部は、前記バッファキャリッジが前記能動形態を有するときに前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記一方に対して回転抑制され、
前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記他の一方の構成要素は、第１当接面を有し、
前記第１当接面は、前記出力シャフトが前記伸張位置および前記格納位置の一方の位置に到達したときに前記バッファキャリッジに作用するとともに、それにより、前記一方の位置を越えた前記出力シャフトの継続的な動作が前記バッファキャリッジを前記能動形態から第１の受動形態へと動作させるように配置され、
前記回転部は、前記バッファキャリッジが前記第１の受動形態を有するときに、前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記一方に対して前記アクチュエータ軸を中心として回転可能であり、
前記回転部は、前記バッファキャリッジが前記能動形態を有するときに、前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記一方の構成要素に対して、軸線方向に抑制され、
前記バッファキャリッジは、前記能動形態を有するときに抑制される動作範囲を越えて、前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記一方の構成要素に対して、前記アクチュエータ軸に沿って少なくとも前記回転部を動作させることにより、前記能動形態から前記第１受動形態へと動作可能であり、
前記リニアアクチュエータアセンブリは、前記アクチュエータ軸に沿う前記バッファキャリッジの前記動作を制限するように配置された少なくとも１つの制限面を更に備える、
リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、
前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記他の一方の構成要素は、第２当接面を有し、
前記第２当接面は、前記出力シャフトが前記伸張位置および前記格納位置の他の一方の位置に到達したときに前記バッファキャリッジに作用するとともに、それにより、前記位置を越えた前記出力シャフトの継続的な動作が前記バッファキャリッジを前記能動形態から第２の受動形態へと動作させるように配置される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、前記バッファキャリッジが前記第２の受動形態を有するときに、前記回転部が前記ハウジングおよび前記出力シャフトのうちの前記一方に対して前記アクチュエータ軸を中心として回転可能である、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、前記バッファキャリッジの前記能動形態から前記第１受動形態への動作中に変形するように構成される少なくとも１つの形状可変部材を更に備える、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、複数の形状可変部材を備え、少なくとも２つの前記形状可変要素は、前記バッファキャリッジの前記能動形態から前記第１受動形態への動作中の異なる時点において変形し始めるように構成される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項６】
請求項４または５に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つの前記形状可変部材が、前記バッファキャリッジの動作中に塑性変形するよう構成される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つの前記形状可変部材が、前記バッファキャリッジの動作中に剪断変形するよう構成される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つの前記形状可変部材が、前記バッファキャリッジの動作中に破砕されるよう構成される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、前記バッファキャリッジが前記能動形態に向けて偏寄される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、前記バッファキャリッジが前記能動形態から離れる向きに偏寄される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、
少なくとも前記バッファキャリッジにおける回転部が、支持構体またはその内部に取り付けられ、
前記支持構体が、前記ハウジングおよび前記出力シャフトの前記一方に対して、軸線方向および回転方向に抑制されており、
前記バッファキャリッジを前記支持構体に対して動かすことで、前記能動形態から前記第１受動形態へと動作可能となる、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１２】
請求項４または５を引用する場合の請求項１１に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つの前記形状可変部材が、部分的に前記支持構体内のボイドまたは前記バッファキャリッジ内のボイドに収容される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つの前記形状可変部材がリング形状を有し、前記支持構体内および前記バッファキャリッジ内の実質的に環状であるボイドに収容される、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、少なくとも１つの前記形状可変部材が、実質的に角柱状または円柱状のロッド形状である、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、
前記回転部および前記支持構体のうちの一方の構成要素が第１嵌合部を有し、他方の構成要素が第２嵌合部を有し、
前記バッファキャリッジが前記能動形態を有するときに前記第１嵌合部および前記第２嵌合部が嵌合して前記回転部と前記支持構体とが回転結合されることにより、前記回転部が回転抑制され、
前記バッファキャリッジが前記第１受動形態を有するときに前記第１嵌合部および前記第２嵌合部が嵌合しないことにより、前記回転部が、前記支持構体と回転結合されることなく、前記アクチュエータ軸を中心として回転可能である、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、
前記第１嵌合部が突出部を備え、
前記第２嵌合部が実質的に前記アクチュエータ軸周りで円周方向に配置される環状ボイドに隣接する開口部を備え、
前記突出部が嵌合する前記第１嵌合部および前記第２嵌合部が、前記開口部内に収容され、前記開口部の壁が前記突出部の角運動を制限することで、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とが回転結合されることにより前記回転部が回転抑制され、
前記バッファキャリッジが前記第１受動形態を有するときに前記突出部が前記環状ボイド内に収容され、前記環状ボイドが前記突出部用の周方向通路として機能することにより前記回転部が前記アクチュエータ軸を中心として回転可能である、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリであって、前記支持構体は、前記ハウジングおよび前記出力シャフトの前記一方から独立した構成要素であり、相互補完係合手段を通して、前記ハウジングおよび前記出力シャフトの前記一方に着脱可能に取り付けることができる、リニアアクチュエータアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の支持構体およびバッファキャリッジを備える、リニアアクチュエータアセンブリ用のストローク制限アセンブリ。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリ用のバッファキャリッジ。
【請求項２０】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータアセンブリを備えるスポット接合装置であって、前記リニアアクチュエータの前記出力シャフトが、留め具またはダイを動かし、あるいは、クリンチングまたは摩擦攪拌スポット接合操作に作用するパンチに連結される、スポット接合装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置を使用して加工物の２つ以上の層を留め合わせる製品の製造方法。
【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アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
自己穿孔リベット、いわゆるＳＰＲは、スポット接合技術である。この場合、自己穿孔リベットは、ダイ上に設置される層を有する加工物にパンチで打ち込まれる。ダイは、ダイに向かってリベットを加工物に打ち込めば加工物の材料が塑性変形するように形成されている。加工物材料をこのように処理すれば、リベットの環状先端部が外向きに裾状に拡がり、加工物材料のアップセット環状部に包み込まれた状態に保たれる。リベットの裾状に広がる先端が加工物のアップセット環状部と噛み合った状態で結合することにより、リベットの外れや加工物の層の分離を防ぐ。
【０００３】
加工物へのリベットの挿入は、リニアアクチュエータを用いて行う。その際には、パンチおよびリベットを静止状態の加工物およびダイに向けて打ち込み、あるいは、ダイおよび加工物を静止状態のリベットおよびパンチに向けて打ち付ける。なお、前者の打ち込みがより一般的である。ＳＰＲには、多様な形式のリニアアクチュエータを用いることができるが、最も一般的なタイプは、油圧シリンダまたはモータ駆動アクチュエータであり、より具体的にはモータ駆動の電気アクチュエータである。モータ駆動アクチュエータは、ソレノイドなどの電気アクチュエータとは異なり、従来の電動モータを使用する。モータは、ボールスクリュー機構、リードスクリュー機構またはローラースクリュー機構を操作することにより、アクチュエータ出力シャフトの直線運動を発生させる。これら３種類の機構は、全て、モータが第１ねじ部材を回転させ、第１ねじ部材を出力シャフトに連結する第２ねじ部材と直接または間接的に連動させるという、同様の基本的な方式に従っている。第１ねじ部材と第２ねじ部材が一致して回転すれば、直線運動は発生しない。第１ねじ部材が第２ねじ部材に対して回転する場合、例えば第２ねじ部材の回転が妨げられている場合には、第１ねじ部材の回転が第２ねじ部材の直線運動に変換される。
【０００４】
例えば、リードスクリュー機構は、雌ねじナットと直接連動する雄ねじスクリューシャフトを備える。スクリューシャフトがモータに連結され、ナットが出力シャフトに連結されている場合、スクリューシャフトは第１ねじ部材を、ナットは第２ねじ部材をそれぞれ構成する。モータを用いてスクリューシャフトを回転させれば、ナットがスクリューシャフトに沿って動き、出力シャフトは直線的に動く。同様に、ナットがモータに連結され、スクリューシャフトが出力シャフトに連結されている場合、ナットは第１ねじ部材を、そしてスクリューシャフトは第２ねじ部材を構成する。ナットを回転させると、スクリューシャフトはナット内で軸線方向に動き、出力シャフトは直線沿いに伸張され、あるいは引き込まれる。上述のことは、ボールスクリュー機構においても同様であるが、ナットとスクリューシャフトが直接連動しない点のみが異なる。ボールスクリュー機構においては、ナットとスクリューシャフトの間に設けられた一組のボールベアリングを通じて間接的に連動する。同様にローラースクリュー機構も上述の原則に従うが、スクリューシャフトとナットは一組のねじローラーを通じて間接的に連動する。
【０００５】
ＳＰＲなどのリニアアクチュエータ用の多くの用途においては、例えばアクチュエータの出力シャフトの自由な動きを制限することにより、リニアアクチュエータのストローク長を制限することが望ましい。アクチュエータ出力シャフトの動きが制御アルゴリズムのみによって制御される機器である場合、システムの不備により深刻な結果をもたらす出力シャフトのオーバートラベルを生じさせかねない。例えば、電気アクチュエータがパンチを打ち込むＳＰＲツールにおいては、ツールへ供給する電源内での阻害によって、制御ユニットが適時「停止」信号をアクチュエータに送ることが妨げられる。その結果、アクチュエータは、意図していた最終位置を越えて加工物自体にパンチを打ち込み、加工物に損傷を与えてしまう。
【０００６】
オーバートラベルを防ぐためにアクチュエータの出力シャフトの経路に配置する停止面を用いることはよく知られている。このような停止面は、アクチュエータ出力シャフトの動作を停止させるためには効果的であるが、停止面に対するシャフトの衝撃力は、アクチュエータに著しい損傷を与えかねない。例えば、停止面に対する衝撃力は、アクチュエータの出力シャフトに変形を生じさせ、該シャフトの許容半径公差から外れてしまう。停止面との衝突が生じることによる問題は、アクチュエータからの力だけではなく、アクチュエータ内で動く構成要素の運動エネルギを利用する用途において、特に深刻である。例えば、いくつかのＳＰＲツールにおいてパンチの直線動作を生じさせるフライホイールの回転慣性により、部分的にリベット挿入力が提供される場合が挙げられる。このような用途においては、比較的速い速度で動く、比較的重い構成要素を用いることを要するため停止面との衝突により生じる損傷は、特に深刻である。
【０００７】
アクチュエータの出力シャフトと停止面との衝突により生じる損傷を制限するよう、いくつかのアクチュエータにおいては、停止面上に配置する弾性の衝撃パッドを用いる。該出力シャフトと停止面とが衝突する間、衝撃パッドは弾性変形することで衝突により生じるエネルギの放散を促し、損傷が生じさせかねない構成要素にかかる力を低減する。しかしながら、このような衝撃パッドは、摩損および／または変質しやすいことから、小さな破片を放散し、それらの破片がツール内に移動し、損傷を生じさせかねない。例えば、それらの破片は、油圧もしくは空圧シリンダのシールを磨耗させ、またはモータ駆動リニアアクチュエータのねじ部材の正常な機能を妨害する。加えて、衝突の際に衝撃パッドが一定限度変形してしまうと、更にエネルギを吸収することは不可能となる。この時点では、アクチュエータ出力シャフトは、引き続き「ハードストップ」下で損傷を受けている状態である。衝撃パッドを交換するためには、アクチュエータの内部機関を開けなければいけない。
【０００８】
シャフトの移動が終了するときにおいても、アクチュエータが出力シャフトを変位させ続ける場合、追加的な損傷のリスクが生じる。例えば、パンチを打ち込むよう電気リードスクリューアクチュエータを用いるＳＰＲツールにおいて、衝撃パッドが「ハードストップ」した後においても、リードスクリュー機構の構成要素内の回転慣性は、停止面とパンチとの衝突中に軸線方向および／またはねじれ方向への力を継続的に与え続ける。これは、急減速による高トルクにより、リードスクリューのねじに過大な負荷がかかり、ねじ部材に損傷を与える。これらのねじ部材は、耐久性を得るために非常に硬い材料から製造されるため、特に高いコストのかかる部材であることが多い。
【０００９】
モータ駆動の電気アクチュエータのねじへの過大な負荷がかかるという特定の問題の解決方法として、アクチュエータ出力シャフトの先端に取り付けられる破壊可能なキーアセンブリが検討されてきた。破壊可能なキーアセンブリを有するアクチュエータは、そのハウジングに取り付けられた回転防止チューブを有し、アクチュエータ出力シャフトの動作方向に突き出る。 キーアセンブリは、中央ハブから回転防止チューブ内の対応するキー溝へと突き出る一組のキーを有する。キーは、シャーピンによりそれぞれハブに連結される。通常の使用においては、キーアセンブリのキーは、回転防止チューブ内のキー溝に収容され、キーアセンブリ、すなわち出力シャフトの回転を防止する。上述したように、これは出力シャフトの直線動作をもたらす。出力シャフトが動くと共に、キーアセンブリが動き、キーはキー溝沿いに動く。出力シャフトの動きに対して過大な抗力がもたらされた場合においても、第１ねじ部材と共に回転する第２ねじ部材を変位させる力は増加する。そのため、キーアセンブリへのねじり負荷は増加し、キーを適切な位置で保持するシャーピンは破砕される。この時点では、キーを除外したキーアセンブリは、回転防止チューブ内で回転することができるため、出力シャフトも回転でき、直線運動およびそれによる損傷は、もはや生じなくなる。
【００１０】
上述の解決方法の問題として、シャーピンの寸法および硬さに関して、非常に緊密な耐久性が要求される点が挙げられる。通常の使用において、第１ねじ部材は、第２ねじ部材に対して著しい力を加え、第２ねじ部材が回転するように変位させるため、シャーピンは、破砕され、あるいは、疲労することなくこの負荷に耐え得る十分なサイズおよび強度を有さなければならない。同時に、シャーピンは、結果としてねじ部材に損傷を与える程にアクチュエータのねじの負荷が増加する前に確実に破砕されるよう、小さく、かつ軟質でなければならない。具体例として、特定のアクチュエータにおいて、シャーピンにより抗すべき出力シャフトに用いられる作動トルクは、８０Ｎｍである。損傷が生じる前において、アクチュエータのねじ部材は、１４０Ｎｍのトルクまであるいは、軸線方向力に対して１４０ｋＮまで抗することができる。そのためシャーピンは、出力シャフトに用いられるトルクが１４０Ｎｍ未満であるときに、確実に破砕されるように構成され、かつ、疲労のリスクを避けるために８０Ｎｍのトルクに抗することができるように構成されなければならない。シャーピンの剪断面は２ｃｍ半径方向に外側に拡がるため、ピンは、７ｋＮの剪断荷重下にて確実に破砕され、かつ、疲労のリスクを避けるため４ｋＮの剪断荷重に抗することができるように構成されなければならない。３ｋＮレンジ内で、ピンは全く影響を受けない状態から、絶対的機能不全状態に移行しなければならないものであるが、これは緊密な操作ウィンドウに等化させるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した不利な点を軽減もしくは除去することおよび／または改善されたもしくは代替のリニアアクチュエータアセンブリ、ストローク制限アセンブリまたはバッファキャリッジを提供することは、本発明の目的の１つである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１態様において、本発明は、ハウジングと、出力シャフトと、バッファキャリッジとを備えるリニアアクチュエータアセンブリを提供する。このリニアアクチュエータアセンブリにおいて、
出力シャフトは、アクチュエータ軸を規定し、かつ、該アクチュエータ軸に沿い、ハウジングに対して伸張位置と格納位置との間で可動であり、
バッファキャリッジは、ハウジングまたは出力シャフトに取り付けられる能動形態に配置され、かつ、回転部を有し、
出力シャフトは、アクチュエータ軸を中心とする出力シャフトの回転が、対応する回転部の回転を必要とするようにバッファキャリッジの回転部に回転結合され、
回転部は、バッファキャリッジが能動形態を有するときに回転抑制され、
ハウジングおよび出力シャフトのうちの一方の構成要素であって、前記バッファキャリッジが取り付けられていない方の構成要素が第１当接面を有し、
出力シャフトが伸張位置および格納位置の一方の位置に到達したときに、第１当接面がバッファキャリッジに作用するように配置することで、一方の位置を越えた出力シャフトの継続的な動作が、バッファキャリッジを能動形態から第１の受動形態へと動かし、
回転部は、バッファキャリッジが第１の受動形態を有するときに、アクチュエータ軸を中心として回転可能である。
【００１３】
バッファキャリッジを受動形態へと動かす当接面を使用することで、出力シャフトが回転可能であるときに、有利に改善した制御力を提供することができる。これにより、出力シャフトの回転可能なポイントをより正確に制御することができる。例えば、後述するように第１態様係るアクチュエータは、上述した態様と比較してより広い操作ウィンドウを設けることができる。
【００１４】
好適な実施形態において、回転抑制されているときに、回転部は実質的に回転静止状態である。
【００１５】
出力シャフトが伸張位置にあるときに、第１当接面がバッファキャリッジに接触するように構成することができる。代替的に、出力シャフトが格納位置にあるときに、当接面がバッファキャリッジに接触するように構成してもよい。
【００１６】
バッファキャリッジをハウジングに取り付け、かつ当接面を出力シャフトに設けてもよい。他の実施形態においては、バッファキャリッジを出力シャフトに取り付け、かつ当接面をハウジングに設けてもよい。
【００１７】
念のため、バッファキャリッジ全体は、回転「部」を構成することができる。
【００１８】
バッファキャリッジは第１の受動形態を有するときに、ハウジングおよび出力シャフトのうちの一方に取り付けられたままの状態であってもよい。
【００１９】
第１当接面は、ハウジングまたは出力シャフトの表面、あるいはそれらに取り付けられた構成要素に設けられてもよい。
【００２０】
出力シャフトおよび回転部は、キーおよびキー溝を通じて回転結合することができる。代替的に、これらは他の適切な機構を通じて回転結合することもできる。例えば、出力シャフトは多角形断面を有し、回転部は補完的な多角形穿孔を有してもよい。
【００２１】
本発明の第１態様に係る実施形態において、
ハウジングおよび出力シャフトのうちの一方の構成要素、すなわちバッファキャリッジが取り付けられていない方の構成要素は第２当接面を有し、
出力シャフトが伸張位置および格納位置の他の一方の位置であって、第１当接面がバッファキャリッジに作用する位置に到達したときに、第２当接面がバッファキャリッジに作用するように配置することで、位置を越えた出力シャフトの継続的な動作が、バッファキャリッジを能動形態から第２の受動形態へと動かす。
【００２２】
これによりバッファアセンブリは、出力シャフトの双方向へのオーバートラベルからアクチュエータアセンブリを保護することができる。念のため、これは他の実施例においても可能である。例えば、出力シャフトが伸張位置または格納位置のうちの一方を越えて動く場合に、アクチュエータアセンブリは、第１離脱形態へと動くように構成されてもよい。
【００２３】
第２当接面は、ハウジングまたは出力シャフトの表面、あるいはそれらに取り付けられた構成要素に設けられてもよい。
【００２４】
バッファキャリッジは第２の受動形態を有するときに、ハウジングおよび出力シャフトのうちの一方に取り付けられたままの状態であってもよい。 
【００２５】
上述した実施形態において、バッファキャリッジが第２の受動形態を有するときに、回転部はアクチュエータ軸を中心として回転する。
【００２６】
代替的に、回転部は、当該構成を有するときに、回転抑制状態のままであってもよい。
【００２７】
本発明の第１態様に係る実施形態において、
回転部は、バッファキャリッジが能動形態を有するときに取り付けられる、ハウジングおよび出力シャフトのうちの一方の構成要素に対して、軸線方向に抑制され、
バッファキャリッジが、能動形態を有するときに抑制される動作範囲を越えて、能動形態を有するときに取り付けられる、ハウジングおよび出力シャフトのうちの一方の構成要素に対して、アクチュエータ軸に沿って少なくとも回転部を動かすことで能動形態から受動形態または更なる受動形態へと可動となる。
【００２８】
バッファキャリッジが係合形態を有する場合、回転部は、実質的に軸線方向に静止状態であってもよい。この場合、限定的な回転部の遊びの範囲を超えた、あらゆる軸線方向への動きは、バッファキャリッジを離脱構成または更なる離脱構成へと動かす。
【００２９】
アクチュエータ軸に沿って動く回転部についての記載は、アクチュエータ軸と平行な方向に向かって動く回転部に制限することを意図しておらず、軸線方向のベクトル構成要素を有する、あらゆる方向への回転部の動きを含むことを意図するものである。例えば、回転部は、軸線方向および半径方向の外側に向けて、あるいは軸線方向および接続方向に動くことができる。バッファキャリッジは、少なくとも回転部を実質的にアクチュエータ軸に平行な方向へ動かすことで、能動形態から受動形態または更なる受動形態へ可動とすることができる。
【００３０】
リニアアクチュエータアセンブリは、バッファキャリッジが少なくとも回転部を実質的にアクチュエータ軸に平行な方向へ動かすことで、能動形態から受動形態または更なる受動形態へ可動である場合、少なくとも１つの制限面を更に備え、該制限面は、アクチュエータ軸に沿うバッファキャリッジの動作を制限するように配置されている。リニアアクチュエータアセンブリは、第２制限面を備えることもできる。
【００３１】
制限面を使用することで、バッファキャリッジまたはその一部をアクチュエータアセンブリから射出するのではなく、アクチュエータアセンブリ内に留め置くことができるようになるため有益である。
【００３２】
一実施形態において、リニアアクチュエータアセンブリは、バッファキャリッジの能動形態から受動形態または更なる受動形態への動作中に変形するように構成される少なくとも１つの形状可変部材を更に備える。
【００３３】
バッファキャリッジの動作中に変形する要素は、アクチュエータアセンブリまたは加工物に損傷を与えかねないエネルギを放出するために有益である。
【００３４】
リニアアクチュエータアセンブリは、複数の形状可変部材を備えることができる。
【００３５】
リニアアクチュエータアセンブリは、複数の形状可変部材と、バッファキャリッジの能動形態から受動形態または更なる受動形態への動作中の異なる時点において変形し始めるように構成される少なくとも２つの形状可変部材を更に備える。代替的または追加的に、少なくとも２つの形状可変部材は、バッファキャリッジの動作中の異なる時点において、例えば破砕されることで、変形が完了する。
【００３６】
形状可変部材または少なくとも１つの形状可変部材は、バッファキャリッジの動作中に塑性変形するよう構成される。代替的または追加的に、少なくとも１つの形状可変部材は、弾性変形するよう構成されてもよい。
【００３７】
代替的または追加的に、形状可変部材または少なくとも１つの形状可変部材が、バッファキャリッジの動作中に剪断変形するよう構成される。代替的または追加的に、少なくとも１つの形状可変部材を、圧縮、伸張、ねじり、歪曲および／または湾曲するよう、あるいは他の任意のタイプの変形をするように構成することもできる。
【００３８】
追加的または代替的に、形状可変部材（複数の場合には少なくとも１つの形状可変部材）は、バッファキャリッジの動作中に破砕されるよう構成される。
【００３９】
いずれの形状可変部材も上述した少なくとも１つの方法によって変形および／または変形を開始／完了するように構成することができる。具体例として、リニアアクチュエータアセンブリは、塑性変形するよう構成された２つの形状可変部材、および剪断変形するよう構成された２つの形状可変部材を備えることができる。このようなアセンブリは、それぞれが塑性剪断変形するよう構成された２つの形状可変部材を備えることができる。または、２つの形状可変部材が塑性変形し、他の２つが塑性変形をするよう構成された合計４つの形状可変部材を備えてもよい。あるいは、１つが剪断変形ではなく塑性変形を、もう１つが塑性変形ではなく剪断変形を、残りの１つが塑性剪断変形をするよう構成された合計３つの形状可変部材を備えてもよい。
【００４０】
バッファキャリッジは、能動形態に向けて偏寄させることができる。バッファキャリッジは、／更なる／各受動形態から係合形態に向けて、または能動形態と受動形態との間の中間形態から係合形態に向けて、偏寄されてもよい。バッファキャリッジは、スプリングもしくは弾性部品のような弾性素子、磁気引力もしくは斥力、あるいは、他の任意の適切な手段により偏寄させることができる。
【００４１】
代替的に、バッファキャリッジを係合形態から離れる向きに偏寄させることもできる。バッファキャリッジは、係合形態から／更なる／各受動形態へ向けて、あるいは能動形態と受動形態との間の中間形態へ向けて係合形態から離れる向きに偏寄することもできる。バッファキャリッジは、スプリングもしくは弾性部品のような弾性素子、磁気的な引力もしくは斥力、あるいは、他の任意の適切な方法により偏寄することができる。
【００４２】
少なくともバッファキャリッジにおける回転部が、支持構体またはその内部に取り付けられ、支持構体が、バッファキャリッジが取り付けられているハウジングおよび出力シャフトの一方に対して、軸線方向および回転方向に抑制されており、バッファキャリッジを支持構体に対して動かすことで、能動形態から受動形態または更なる受動形態へと可動となる。
【００４３】
実質的に全てのバッファキャリッジは、支持構体またはその内部に取り付けられることもできる。
【００４４】
支持構体は、バッファキャリッジが取り付けられたハウジングおよび出力シャフトの一方に対して、実質的に軸線方向に静止状態および／または実質的に回転方向に静止状態であってもよい。
【００４５】
支持構体は、実質的に円柱状または管状、あるいは他の任意の適切な形状であってもよい。
【００４６】
アクチュエータアセンブリは、支持構体に取り付けられた少なくとも１つの平面ベアリングを備え、かつバッファキャリッジが取り付けられていない、ハウジングおよび出力シャフトのうちの一方に摺動可能に連結されることができる。
【００４７】
リニアアクチュエータアセンブリは、支持構体および少なくとも１つの形状可変部材を有し、形状可変部材（複数の場合には少なくとも１つの形状可変部材）は、部分的に支持構体内のボイドまたはバッファキャリッジ内のボイドに収容される。
【００４８】
「ボイド」とは、材料が存在しない状態を指す。例えば、ボイドには、開口部、穿孔および溝を含む。「ボイド」には、手段の端部および構成要素を越えたスペースも含む。例えば、バッファキャリッジの構成要素内のボイドは、その縦方向の端部の一端を越えたスペースであってもよい。
【００４９】
形状可変部材（複数の場合には少なくとも１つの形状可変部材）が収容される場合に、該部材は、支持構体内およびバッファキャリッジ内の実質的に環状であるボイドに収容されるリング形状を有する。
【００５０】
リングおよび／または、一方もしくは双方の該ボイドは、セグメント化されまたは、例えば、サークリップ状等の不完全形状であってもよい。
【００５１】
代替的または追加的に、形状可変部材（複数の場合には少なくとも１つの形状可変部材）が、実質的に角柱状または円柱状のロッド形状である。
【００５２】
念のため「角柱状」には、斜角柱、反角柱および直角柱を含むことを意図する。そのような角柱は、少なくとも１つの弓形面を有することができる。
【００５３】
ロッドは、アクチュエータ軸に対して実質的に垂直に配列してもよい。例えば、ロッドは、実質的に半径方向に向けて配列してもよい。
【００５４】
リニアアクチュエータアセンブリが支持構体を有する場合、回転部および支持構体の一方が第１嵌合部を有し、他の一方が第２嵌合部を有し、バッファキャリッジが能動形態を有する場合に第１嵌合部および第２嵌合部が嵌合することで、回転部と支持構体とが回転結合されるため、回転部が回転抑制され、バッファキャリッジが受動形態または更なる受動形態を有する場合に第１嵌合部および第２嵌合部が嵌合しないことで、回転部と支持構体とが回転結合されないため、回転部がアクチュエータ軸を中心として回転可能である。
【００５５】
任意的な構成として、
第１嵌合部が突出部を備え、
第２嵌合部が実質的にアクチュエータ軸周りで円周方向に配置される環状ボイドに隣接する開口部を備え、
突出部が嵌合する第１嵌合部および第２嵌合部が、開口部内に収容され、開口部の壁が突出部の角運動を制限することで、第１嵌合部と第２嵌合部とが回転結合されることにより回転部が回転抑制され、
バッファキャリッジが受動形態または更なる受動形態を有するときに突出部が環状ボイド内に収容され、環状ボイドが突出部用の周方向通路として機能することにより回転部がアクチュエータ軸を中心として回転可能であってもよい。
【００５６】
代替的に、嵌合部は、異なる形状であってもよい。例えば、嵌合部は、補完的な多角形穿孔内に収容される多角形ボスを備えてもよい。
【００５７】
支持構体は、バッファキャリッジが取り付けられるハウジングおよび出力シャフトの一方から独立した構成要素であり、相互補完係合手段を通して、ハウジングまたは出力シャフトの一方に着脱可能に取り付けることができる。
【００５８】
相互補完係合手段は、任意の適切な構成を有することができる。例えば、相互補完係合手段は、ねじ山、圧縮ケージの一部を形成するフランジ、および／または少なくとも１つの摩擦嵌合またはねじ込まれた結合ピンを収容するよう整列可能な開口部を備えることができる。例えば、支持構体またはハウジングおよび出力シャフトは、直接または継手ナットを通じて螺合されてもよい。任意の適切な構成により配置された、適切な数の開口部を備えていてもよい。例えば、支持構体およびハウジングまたは出力シャフトは、それぞれ、単一の開口部または複数の開口部を備えることができる。支持構体および／または出力シャフトのハウジングが少なくとも１つの開口部を有する場合、開口部は実質的に円周方向に配列されてもよい。開口部は、例えば、均等な間隔、または繰り返しのパターンで配置するなどの均等な間隔を有する配列、または不均等な間隔を有する配列、あるいは、当該配列において互いに軸線方向に間隔を置く、またはそのような間隔を置かないように配置することができる。
【００５９】
第２態様において、本発明は、第１態様に係る支持構体およびバッファキャリッジを備える、リニアアクチュエータアセンブリ用のストローク制限アセンブリを提供する。
【００６０】
第２態様に係るストローク制限アセンブリは、第１態様に係るアクチュエータアセンブリを製造するよう、実存するアクチュエータに応用できるため有益である。
【００６１】
第３態様において、本発明は、第１態様に係るアクチュエータアセンブリ用のバッファキャリッジを提供する。
【００６２】
第３態様に係るバッファキャリッジは、第１態様に係るアクチュエータアセンブリを製造するよう、実存するアクチュエータに応用できるため有益である。
【００６３】
第４態様において、本発明は、第１態様に係るリニアアクチュエータアセンブリを備えるスポット接合装置であって、リニアアクチュエータの出力シャフトが、留め具またはダイを動かし、あるいは、クリンチングまたは摩擦攪拌スポット接合操作に作用するパンチに連結される、スポット接合装置を提供する。
【００６４】
第４態様に係るスポット接合操作は、本発明の第１態様に関して前述した有益な点に基づく改善した耐久性を可能にすることができる。
【００６５】
第５態様において、本発明は、製品を製造する方法、特に第４態様に係る装置を使用して、加工物の２つ以上の層を留め合わせる方法を提供する。
【００６６】
第５態様に係る方法は、上述した装置の耐久性により装置の休止時間を減少させることができる。
【００６７】
第６態様において、本発明は、第４態様に係る装置および／または第５態様に係る方法を使用して２つ以上の層を留め合わせることにより形成された加工物を備える製品を提供する。
【００６８】
このような製品は、上述した休止時間の減少により有利に安価に製造することができる。
【００６９】
第５態様および第６態様に関連して形成される製品は、オートバイ、自動車、バン、トラックまたは航空機などの車両であってもよい。加工物の層の例には、車両の車台、熱絶縁／防音材パネルおよび車体構造パネルを含む。
【００７０】
本明細書で用いる「回転結合」とは、一方の構成要素の回転が他方の構成要素の回転を生じさせ、逆に一方の構成要素の回転が妨げられると他方の構成要素も回転不可能になるという関係を有する、２つの構成要素間の結合を指す。回転結合された２つの部材は、両者間で回転方向でのわずかな「遊び」を生じさせると考えられる。
【００７１】
構成要素についての「回転抑制」とは、アクチュエータ全体に対して、構成要素の回転の自由が制限されることを指す。例えば、一実施形態においては、回転部は回転抑制されると、３６０度未満の角度で回転することができる。同様に「軸線方向に抑制」されるとは、対象の構成要素が軸線方向への制限された自由度を有することを指す。第１構成要素が、第２構成要素に対して、回転方向または軸線方向に抑制される場合、第２構成要素に対する第１構成要素の動作は、上述のように制限される。
【００７２】
「回転静止状態」とは、アクチュエータ全体への言及の枠内おいてアクチュエータ軸を中心として回転することができない構成要素を指す。回転静止部材は、回転のわずかな「遊び」を生じさせると考えられる。念のため、例えば、アクチュエータ全体がロボットアームによって回転される場合、回転静止部材は、アクチュエータ全体と共にアクチュエータ軸を中心に回転する。「軸線方向に静止」とは、軸線方向へのわずかな「遊び」を除き、構成要素がアクチュエータ全体への言及の枠内において軸線方向に動くことができない状態を指す。一方の構成要素が、他方の構成要素に対して、軸線方向または回転方向に静止状態であるということは、アクチュエータ全体への言及の枠内ではなく、軸線方向または回転方向へのわずかな「遊び」を除き、該２つの構成要素が互いに軸線方向または回転方向に動くことができない状態を指す。
【００７３】
念のため、「受動形態または更なる受動形態」に向かって動くバッファキャリッジは、第１の受動形態および／または第２の受動形態に向かって動くバッファキャリッジを指す。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、第１実施形態に係るリニアアクチュエータの側面断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態の一部の拡大側面断面図である。
【図３】図３は、能動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第１実施形態に係るストローク制限アセンブリの側面断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るストローク制限アセンブリの端部断面図である。
【図５】図５は、第１の受動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第１実施形態に係るストローク制限アセンブリの側面断面図である。
【図６】図６は、第２の受動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第１実施形態に係るストローク制限アセンブリの側面断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係るリニアアクチュエータアセンブリの一部の側面断面図である。
【図８】図８は、受動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第２の実施形態に係るストローク制限アセンブリの破断斜視図である。
【図９】図９は、第１の受動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第２の実施形態に係るストローク制限アセンブリの破断斜視図である。
【図１０】図１０は、能動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第３の実施形態に係るストローク制限アセンブリの側面断面図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態に係るストローク制限アセンブリの拡大側面断面図である。
【図１２】図１２は、第１の受動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第３の実施形態に係るストローク制限アセンブリの側面断面図である。
【図１３】図１３は、第２の受動形態で配置されたバッファキャリッジを備える、第３の実施形態に係るストローク制限アセンブリの側面断面図である。
【図１４】図１４は、バッファキャリッジの回転部の本体の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の本体の開口部に収容されるキーの斜視図である。
【図１６】図１６は、図１４の本体および図１５に示す２つのキーを備える回転部の斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６の回転部の端部断面図である。
【図１８】図１８は、更なる回転部の側面断面図である。
【図１９】図１９は、第４の実施形態に係るリニアアクチュエータアセンブリの一部の側面断面図である。
【図２０】図２０は、第４の実施形態に係るストローク制限アセンブリの端部断面図である。
【図２１】図２１は、第４の実施形態に係る回転部の一部の斜視図である。
【図２２】図２２は、第５の実施形態に係るリニアアクチュエータアセンブリの一部の側面断面図である。
【図２３】図２３は、第６の実施形態に係るリニアアクチュエータアセンブリの一部の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
本発明の特定の実施形態を実施例のみによって、添付の図面を参照しながら以下に述べる。
【００７６】
図１は、本発明の第１実施形態に係るリニアアクチュエータアセンブリを示す。アクチュエータアセンブリは、アクチュエータ１、より具体的にはモータ駆動の電気アクチュエータ、リベット処理部材３およびストローク制限アセンブリ２２を備える。アクチュエータ１は、回転静止状態のハウジング２およびモータ（図面では見えていない）により駆動するドライブシャフト４を有する。本実施形態は、ローラースクリュー機構６を用いる。ドライブシャフト４は、第１ねじ部材の一例であるローラーナットチューブ８に連結されるため、モータによりドライブシャフトが回転されるとローラーナットチューブがドライブシャフトと共に回転するようになる。ローラーナットチューブ８は、ローラースクリューシャフト１０の形状の第２ねじ部材と連動する。この場合、第１ねじ部材８および第２ねじ部材１０は、ローラー１２の形状の複数の中間ねじ部材を通して、間接的に連動する。ローラー１２は、実質的にローラースクリューシャフト１０周りで円周方向に配列される。
【００７７】
ローラースクリューシャフト１０は、本実施形態においては、外管１６およびプランジャ１８が同軸上に収容される、アクチュエータ１の出力シャフト１４に連結される。外管１６とプランジャ１８とは互いに固定され、それらはスクリューシャフト１０に固定されることで、単一ユニットを形成する。出力シャフト１４は、図１において垂直方向にある縦軸を規定する。出力シャフト１４は、遠心端ナット２０にて終結する。上述したように通常の使用において出力シャフト１４の回転は妨げられる。このようにローラーナットチューブ８を一方方向に回転させることで、アクチュエータ１全体の縦軸でもある出力シャフト１４の縦軸に沿って、ハウジング２対する伸張位置に向けて動かすことができる。ローラーナットチューブを他の方向に回転させる場合、出力シャフト１４はその縦軸に沿って、ハウジング２に対する格納位置に向けて動くことができる。この場合、出力シャフト１４は、ハウジング２内に伸縮自在に取り付けられる。このように、出力シャフト１４は格納位置にあるとき、少なくともその一部がハウジング２に収容され、伸張位置にあるとき、ハウジング２より突き出る。図１に示すように本実施形態においては、出力シャフト１４は格納位置にあるとき、ハウジング２内にほぼ完全に収容される。
【００７８】
出力シャフトが伸張できる位置の端から見て前方にある、ハウジング２の前方端おいて、アクチュエータアセンブリは、出力シャフト１４の軸線方向の動きを制限するためにストローク制限アセンブリ２２を有する。ストローク制限アセンブリ２２は、実質的に円柱状であり、実質的に出力シャフトの縦軸周りで円周方向に配置されるケース２４の形状の支持構体を有する。ケース２４は、一組のねじピン（図示せず）によりハウジングに取り付けられる。ハウジング２は一組のねじ穿孔（図面では見えていない）を有し、ケース２４は一組の非ねじ穿孔（図面では見えていない）を有する。本実施形態においては、穿孔は実質的に半径方向に向けられており、各組の穿孔は、実質的に直径的に互いに対向する位置にある。ハウジング２とケース２４とを留め合せる場合、ハウジングの先端部がケース２４の穿孔内に突き出てハウジングとケースを留め合わせるまで、各ピンをハウジング２内の各穿孔にねじ込むことができるように穿孔を配列する。ピン（図面では見えていない）は、ハウジング２にケース２４を回転結合することで、ケース２４を回転抑制する。ハウジング２が回転静止状態となるにつれて、ケースも回転静止状態となる。ピンは、ケースを軸線方向に抑制し、かつハウジング２に対して軸線方向に固定した状態、すなわちアクチュエータ全体に対して軸線方向に固定した状態を維持する。回転部２６は、ケース２４内に配置される。回転部２６は、直径的に対向する一組のキー（図１では見えていない）を有し、キーは出力シャフト１４の外管１６内の補完的なキー溝（図１では見えていない）に突き出る。そのため拘束部２６と出力シャフト１４は、回転結合される。後に詳述するように、通常の使用においては、回転部２６は回転静止状態である。より具体的には、この場合、回転部２６は、上述したように回転静止状態であるケース２４に回転結合される。
【００７９】
アクチュエータアセンブリは、アクチュエータ１に取り付けられるリベット処理部材３を有する。本実施形態において、リベット処理部材は、自己穿孔リベットを打ち込むためのパンチ２８、および自己穿孔リベットをパンチに供給し、かつリベット中に固定位置にて加工物をクランプするためのツールノーズ（図面では見えていない）を取り付けることができるクランプチューブ３０から構成される。これらの構成要素の構成および機能は、ＳＰＲに精通している当業者にとって、既に理解されていることであるから本明細書では詳述しない。
【００８０】
図２は、ハウジング２の前方端をより詳細に示す。図３および図４は、ストローク制限アセンブリ２２を個別に示す。これらの図面は、出力シャフトの外管１６内のキー溝３４に収容される回転部２６のキー３２を示す。各キー３２は、実質的に立方状であり、その半径方向外面にフランジ３３を備える。各キー３２は、フランジ３３が開口部のショルダ部３７に当接することで、キーが半径方向の内側に向けて動くことを防ぐ状態で、回転部２６の補完的な形状の開口部３５内に収容される。後に詳述するように、キーは、セットねじ３９により半径方向の外側に向けて動くことを妨げられる。
【００８１】
図２に示す構成において、回転部２６は回転抑制される。より具体的には、本実施形態においては、キー３２、すなわち、ストローク制限アセンブリ２２の回転部２６全体は、ケース２４に続いて、回転静止状態のハウジング２に回転結合される。回転部２６は、シャーピン３６形状の形状可変部材によりケース２４に回転結合される。シャーピン３６は、回転部２６を軸線方向に抑制する。この場合、シャーピン３６は、回転部２６をケース２４およびハウジング２に対して軸線方向に静止状態にて保持する。本実施形態において、シャーピンは、実質的にアクチュエータ１の出力シャフトの縦軸を中心として配列される。各シャーピン３６は、キー３２の開口部およびケース２４の開口部に部分的に収容され、それらの各開口部に螺合する。本実施形態において、ケース２４は、シャーピン３６を内部に収容するためにキーに隣接して配置されるリテーナ３８を有する。
【００８２】
リテーナ３８は、セットねじ４０によりケース２４の適切な位置にて着脱可能に固定される。これにより、リテーナ３８をケース２４の残部から取り除くことができるため、より簡単に組み立てまたは再度の組み立てをすることが可能となる。例えば、ピンを適切な位置に打ち込む前にケースおよびキー内に正確に開口部を配列するのではなく、頂部にリテーナ３８を配置する前にピン３６をキー３２に挿入することができる。
【００８３】
図２において左方向にある回転部２６の後側は、後側停止リング４２を備え、後側停止リング４２を越えた位置に後側平面ベアリング４４を備える。後側停止リング４２は、後述するように出力シャフト１４に作用できる接触面として機能する。後側平面ベアリング４４は、出力シャフト１４に側方のサポートを提供しながら、伸張位置と格納位置との間を動くことで最小限の摩擦を生じさせる。後側平面ベアリング４４は、ケース２４の内面の環状の溝内に配置された後側サークリップ４６によりケース内に拘束される。後側停止リング４２および回転部は協働して、潤滑パッド４８を収容する環状キャビティを規定する。潤滑パッド４８は、オイルなどの潤滑油を染み込ませたフェルトの詰め物により構成され、潤滑油の層がキー溝３４を含む外管１６の円周上に確実に保持されるよう作用する。
【００８４】
図２において右方向にある回転部２６の前方は、スラスト座金５０を備え、スラスト座金５０の更に前方には、前側平面ベアリング５２を備える。前側平面ベアリング５２は、後側平面ベアリング４４と同様の方法で機能する。スラスト座金５０は、回転部２６と前側平面ベアリング５２との間の軸線方向力を伝達するよう配置される。スラスト座金５０および回転部２６は協働して、追加的な潤滑パッド４８を収容する更なる環状キャビティを形成する。前側平面ベアリング５２の更に前方には、ワイパーシール５４を備える。ワイパーシール５４は、弾性材料から構成されるリングであって、出力シャフト１４の外管１８の実質的に全ての円周周りに接触する。ワイパーシール５４は、潤滑パッドから供給される潤滑油の漏出および／または、ハウジングの外側からの汚れ、もしくは異物の侵入を防止するように作用する。ワイパーシール５４の更に前方には、前側停止リング５６を備え、これは、ケース２４の内径よりも直径的に小さい。前側停止リング５６は、スペーサリング５８によりケースと同軸上に保たれ、同様に後側停止リングは、出力シャフト１４とのインターフェイス用の接触面として作用する。前側停止リング５６およびスペーサリング５８は、前側座金６０により保持され、続いて前側サークリップ６２によりケース内に保持される。前側平面ベアリング５２の前方部においては、４つの縦チャンネル６４が実質的に円周上に整列し、各チャンネルは力伝達用のピン６６を収容する。力伝達用のピンは、実質的に出力シャフト軸に沿って動き、ワイパーシール５４の開口部を通じて、前側停止リング５６に当接する。力伝達用のピン６６は、比較的軟質なワイパーシール５４の鼻梁として作用し、出力シャフト１４が伸張位置と格納位置との間を動く間に前側停止リング５６がわずかに軸線方向に動き、ワイパーシールを変形させ、その機能を阻害することを防止する。ケース２４は、前側平面ベアリング５２の領域内に縮径させた内径部６８を有する。縮径させた内径部６８は、ショルダ７０を規定する。
【００８５】
図２〜４により明らかなように後側平面ベアリング４４および前側平面ベアリング５２、後側サークリップ４６および前側サークリップ６２、スラスト座金５０、スペーサリング５８、並びに前側座金６０は、それぞれ実質的に環状の形状を有し、実質的に出力シャフト１４の縦軸周りで円周方向に配置される。つまり、それらは、実質的に互いに同軸上にあり、ケース２４とも同軸上にある。前側スラスト座金および後側スラスト座金、潤滑パッド４８、回転部２６並びにワイパーシール５４も実質的に環状の形状を有し、実質的に出力シャフトの縦軸周りで円周方向に配置される。これらの構成要素は外管１６のキー溝に突き出る突出部を備える。回転部２６の場合、これらの突出部は、キー３２の半径内部である。
【００８６】
回転部２６、後側平面ベアリング４４および前側平面ベアリング５２、後側停止リング４２および前側停止リング５６、力伝達用のピン６６、潤滑パッド４８、スラスト座金５０、並びに前側座金６０は、共にバッファキャリッジ７２を形成する。図２〜４は、能動形態にあるバッファキャリッジ７２を示す。シャーピン３６は、回転部２６の回転を防止する。回転部２６の回転が防止されている状態において、バッファキャリッジ７２は、出力シャフト１４の回転を防止するため「能動」的な状態にある。バッファキャリッジ７２は、能動形態から、図５に関して後述する第１の受動形態、および図６に関連して後述する第２の受動形態へと可動である。第１の受動形態および第２の受動形態のそれぞれにおいて、シャーピン３６は、回転部２６の軸線方向への動きにより破砕されているため、もはや回転部の回転を防止することはできない。そのため、回転部２６、すなわち出力シャフト１４は、回転することができる。いずれかの構成を有するバッファキャリッジ７２において、バッファキャリッジは、出力シャフト１４の回転を防止しない「受動」形態を有する。
【００８７】
本実施形態において、バッファキャリッジ７２を第１の受動形態へと動かすことで、回転部２６、前側平面ベアリング５２、停止リング４２および５６、力伝達用のピン６６、潤滑パッド４８、並びにスラスト座金５０の全ては、ケース２４、すなわちアクチュエータハウジング２に対して、出力シャフト１４の縦軸であるアクチュエータ軸に沿って、前方に動かされる。前方向とは、図２および図３において右方向を指す。バッファキャリッジ７２を第２の受動形態へと動かすことで、回転部２６、前側平面ベアリング５２および後側平面ベアリング４４、停止リング４２および５６、力伝達用のピン６６、潤滑パッド４８、並びにスラスト座金５０の全ては、出力シャフトの縦軸に沿い、ケース２４、すなわちアクチュエータハウジング２に対して後側、すなわち図２および図３における左方向に動かされる。
【００８８】
本実施形態に係るバッファキャリッジ７２は、上述の特定の構成要素を、実質的に出力シャフトの縦軸と同軸上で、ケース２４に対して前進させることで、能動形態から第１の受動形態へと可動となる。この場合、バッファキャリッジ７２は第１の受動形態にあるときには、能動形態にあるときよりもケース内にてさらに前進した位置に到達する。同様にバッファキャリッジ７２は、上述の特定の構成要素を、実質的に出力シャフトの縦軸と同軸上で、ケース２４に対して後退させることで、能動形態から第２の受動形態へと可動である。そのため、バッファキャリッジ７２が第２の受動形態にあるときには、能動形態にあるときよりもケース内にてさらに後退した位置に到達する。
【００８９】
アクチュエータアセンブリの通常の操作中に、出力シャフト１４が伸張位置と格納位置との間を動いている状態であるとき、バッファキャリッジ７２は、能動形態を保持している。本構成においては、ケース２４から回転部２６へと突き出る（この場合、ケースのリテーナ３８から拘束部のキー３２へと突き出る）シャーピン３６は、ケース２４と回転部２６とを回転結合する。そのため、本構成において、回転部２６は回転静止状態であり、回転部２６に回転結合される出力シャフト１４も回転静止状態である。図１においてローラーナットチューブ８として図示されるローラーナットチューブがモータ（図面では見えていない）によって回転されるときに、シャーピン３６は、図１においてローラースクリューシャフト１０として図示されるローラースクリューシャフトを通じて出力シャフトに適用されるトルクに抗する。すなわち、出力シャフトは直線的に動かされる。
【００９０】
以下、図２と図５とを共に参照すると、出力シャフト１４が伸張位置にあるとき、外管１８のキー溝３４の端にあり、第１当接面の具体例である当接面７４は、後側停止リング４２と接触する。出力シャフト１４が、例えば、アクチュエータ制御アルゴリズムの誤作動によるモータや外部の工具の不具合によるシャフト自体の推進力下でオーバートラベルすることにより、伸張位置を越えて、図２および図５における右方向に前進した場合、当接面７４は、後側停止リング４２に軸線方向への力を働かせ、前方向に変位させる。後側停止リング４２が、この軸線方向への力を回転軸２６に伝達することにより、シャーピン３６の剪断応力へと伝達される。出力シャフト１４を前方に変位させる力が比較的弱い場合、シャーピン３６は、シャーピンにかかる剪断応力に抗してしまう。そのため後側停止リング４２は、シャーピン３６により軸線方向に静止状態に保たれ、出力シャフト１４が更に動くことを防ぐ回転部２６を補強しなければならない。
【００９１】
他方で、出力シャフト１４を前方に変位させる力が比較的強い場合、シャーピン３６にかかる剪断応力は、ピンを塑性変形させるのに十分である。シャーピン３６の塑性変形は、出力シャフト１４の当接面７４によって、後側停止リング４２および回転部２６が前方向に動くことを可能にする。これにより、静止状態の後側平面ベアリング４４と後側停止リング４２との間のギャップ７５が生じる。回転部２６が前進することにより、スラスト座金５０が前進し、続いて、前側平面ベアリング５２および力伝達用のピン６６が前進する。前側平面ベアリング５２が前進することで、スペーサリング５８により軸線方向に静止状態に保たれる半径方向外面部にあるワイパーシール５４が変形し、力がピン６６を前進させることで、ピンは、前側座金６０を変形させる前側停止リング５６を前方に押す。回転部２６、後側停止リング４２およびスラスト座金５０の全てが前進すると、潤滑パッド４８も同様に動く。シャーピン３６の変形によりバッファキャリッジ７２は、第１の受動形態に向かって動くことが可能となる。
【００９２】
バッファキャリッジ７２の動作中、シャーピン３６の変形によって、衝突により生じるエネルギが放散されるため、アクチュエータアセンブリまたは加工物への損傷が低減される。追加的に、ワイパーシール５４および前側座金６０の変形により更なるエネルギが放散される。本実施形態において、前側平面ベアリング５２および後側平面ベアリング４４は、ケース２４との締まりばめを有する。そのため出力シャフト１４は、それらをケース内で前進させ、更なるエネルギを摩擦により放散させる。衝撃力が十分に強い場合、シャーピン３６が経る剪断変形の範囲内でキー３２とケース２４との間の境界に沿って、２つの断片３６ａおよび３６ｂをそれぞれ破砕することができる。ひとたび、シャーピン３６が破砕されると、バッファキャリッジ７２は第１の受動形態へと到る。図５は、第１の受動形態を有するバッファキャリッジ７２を示す。
【００９３】
シャーピン３６が破砕され、すなわちバッファキャリッジ７２が第１の受動形態にある場合、回転部２６は、もはやケース２４およびハウジング２に回転結合されない。そのため、回転部２６、すなわち出力シャフト１４は、もはや回転静止状態ではなく、出力シャフトの縦軸を中心として回転可能である。ひとたび、出力シャフト１４が自由回転可能になると、図１に参照するローラースクリュー機構６のねじが、回転を生じさせる。この場合、出力シャフト１４は軸線方向に動くことを止め、アクチュエータアセンブリに損傷を生じさせかねないローラースクリュー機構に残留するエネルギは、回転運動を生じさせるよう変換される。例えば、図１および図２に参照するパンチ２８が加工物に接触し、図１に参照するローラースクリュー機構６に損傷を与えるのに十分な負荷を生じさせる場合、回転可能な出力シャフト１４は停止するまで「自由回転」しながら、損傷を与えかねないエネルギを、摩擦を通じて放散させることができる。出力シャフト１４が回転すると、力伝達用のピン６６によりワイパーシール５４の回転は妨げられる。ワイパーシール５４の一部はキー溝３４内に収容されるため、ワイパーシールは切り離され、出力シャフト１４に沿って回転する、あるいは、変形し、キー溝３４から外される。いずれの場合であっても、出力シャフト１４の回転によるエネルギを放散するための一助となる。
【００９４】
追加的な特徴として、本実施形態において、第１の受動形態を越えたバッファキャリッジ７２の前方向への動きは、ケース２４のショルダ７０に接触するスラスト座金５０により制限される。言い換えると、ショルダ７０は制限面を提供する。スラスト座金５０、回転部２６および後側停止リング４２の更なる軸線方向への動きが妨げられると、出力シャフト１４も停止させられる。これは、上述したエネルギの放散および転向後に残留する出力シャフト１４の直線的な慣性力により、ローラーナットチューブ８からローラー１２を部分的に離脱させるのに十分な程度にまで、出力シャフトが回転に伴って前進することを防ぐ。ローラー１２が部分的に離脱した場合、例えば、本実施形態において生じ得るようにローラー１２がローラーナットチューブ８の端を越えて前方向に突き出ると、ローラーナットチューブ８とローラー１２のインターフェイス面積は減少する。これらの構成要素へのあらゆる負荷がより小さな面積内にかかることで、ねじへの圧力が上昇し、ねじに損傷を及ぼしかねない。本実施形態においては、ショルダ７０は、ローラー１２とローラーナットチューブ８との離脱を防止するように配置される。他の実施形態においては、ねじ部材８、１０、１２のねじは部分的な離脱に耐えるのに十分な程度に強固であるため、この場合、ねじの耐え得る範囲を越えた離脱を防止するようにショルダを配置する。
【００９５】
以下、図２および図６を参照すると、バッファキャリッジ７２が能動形態を有し、出力シャフト１４が格納位置にある場合、出力シャフト１４の遠心端ナット２０に設けられている「第２当接面」としての環状当接面７６は、前側停止リング５６と接触する。出力シャフト１４が、格納位置を越えて、図２および図６における左方向に後退した場合、当接面７６は、前側停止リング５６に軸線方向への力を働かせ、後方に変位させる。この軸線方向への力は、停止リングから力伝達用のピン６６および前側平面ベアリング５２、続いて、スラスト座金５０から回転部２６を通じて伝達される。上述したように格納位置を越えて、出力シャフト１４を変位させる力が比較的弱い場合、シャーピン２６がバッファキャリッジ７２を静止状態に保ち、出力シャフト１４は停止させられる。同様に、出力シャフト１４を変位させる力が比較的強い場合、シャーピン３６が変形することで、回転部２６の軸線方向への動作が可能となる。シャーピン３６の変形は、出力シャフト１４の当接面７６によって、前側停止リング５６、前側平面ベアリング５２、力伝達用のピン６６、スラスト座金５０、および回転部２６の全てが後方に動くことを可能にする。回転部２６が後退すると、それにより後側停止リング４２および後側平面ベアリング４４も後退させられる。前側停止リング５６が後退すると、それによりケース２４の縮径させた内径部６８により軸線方向に静止状態に保たれる半径方向外面部であるワイパーシール５４が変形し、後側平面ベアリング４４が後退すると、それにより後側サークリップ４６が変形する。回転部２６、後側停止リング４２およびスラスト座金５０の全てが後退するため、潤滑パッド４８も同様に動く。従って、バッファキャリッジ７２は、第２の受動形態に向かって動く。
【００９６】
バッファキャリッジ７２の第１の受動形態への動きに関して、バッファキャリッジの第２の受動形態への動作中にシャーピン３６および（前側座金６０ではなく）ワイパーシール５７の変形、並びに平面ベアリング４４、５２の動作を通じて、エネルギは放散される。追加的に、後側サークリップ４６の変形によってもエネルギは放散される。衝撃力が十分に強い場合、シャーピン３６が経る変形の範囲内でキー３２とケース２４との間の境界に沿って、２つの断片３６ａおよび３６ｂをそれぞれ破砕することができる。図６に示すようにひとたび、シャーピン３６が破砕されると、バッファキャリッジ７２は第２の受動形態へと到る。
【００９７】
第１の受動形態において、バッファキャリッジ７２が第２の受動形態を有し、シャーピン３６が破砕された状態とは、回転部２６が、もはやケース２４またはハウジング２に回転結合されていない状態を指す。そのため回転部２６、従って出力シャフト１４は、出力シャフトの縦軸を中心として回転可能となり、図１においてローラースクリュー機構６として図示されるローラースクリュー機構に残留するエネルギを放散し、出力シャフトの更なる後退を防止する。
【００９８】
ひとたび、バッファキャリッジ７２が第１の受動形態または第２の受動形態へと動いたならば、アクチュエータアセンブリおよび／または加工物を点検および必要に応じて修理することが通常は、望ましい。バッファキャリッジ７２が第１の受動形態または第２の受動形態を有するときに、出力シャフト１４が直線的に動くのではなく、回転することで、ひとたび、出力シャフト１４が誤作動により伸張位置または格納位置を越えて移動してしまった場合に、アクチュエータ１が作動する前に少なくともシャーピン３６を置き換えられるという追加的な利点をもたらす。これにより、点検前にアクチュエータアセンブリが誤って稼動状態に復帰するリスクを最小化することができる。
【００９９】
第１実施形態において、上述したように可動ピンを通じてハウジング２に取り付けられたケース２４は、ケース２４をハウジングから取り除き、再びハウジング２に容易に取り付けることを可能にする。ピン（図面では見えていない）がケース２４の穿孔に突き出なくなるまで、すなわちケースを取り除くことができる時点において、ピンをハウジング２内の各穿孔から外すことができる。その後、ストローク制限アセンブリ２２を稼動させることができる。例えば、平面ベアリング４４および５２、回転部２６、停止リング４２および５６、スラスト座金５０および潤滑パッド４８を再配置し、シャーピン３６、ワイパーシール５４および前側座金６０を置き換えることができる。リニアアクチュエータアセンブリ１のアイドリング中にストローク制限アセンブリ２２を、取り除き、稼動させ、置き換えてもよい。代替的に、ストローク制限アセンブリ２２を取り除き、交換部品と置き換えることで、当初のストローク制限アセンブリが稼動している間にリニアアクチュエータアセンブリ１を稼動状態に復帰させることができる。
【０１００】
上述したように回転部の軸線方向への動きを通じて、第１の受動形態および第２の受動形態へと可動であるバッファキャリッジは、離脱構成または更なる離脱構成に動かすか否かを決定する軸線方向への力をバッファキャリッジに適用することを可能にするため、特に有益である。これにより、出力シャフトの回転可能なポイントをより正確に制御することができるようになる。例えば、１４０Ｎｍまたは１４０ｋＮに抗することができるねじ部材およびアクチュエータ軸から２ｃｍ半径方向に外側に拡がるシャーピンの剪断面を備える、本明細書の冒頭部分に記載した形式のリニアアクチュエータアセンブリに本発明を適用すれば、シャーピン用の操作ウィンドウは、著しく拡大する。ピンが、トルクではなく、軸線方向力によって剪断される場合、４ｋＮの剪断荷重が用いられ、ピンが確実に破砕されるまで、ねじ部材は損傷を受けないままで保たれる。上述したようにシャーピンは、通常の操作中に出力シャフトに用いるトルクによる疲労を生じさせることなく、４ｋＮの剪断荷重に抗することができるように構成されなければならない。これは３ｋＮではなく、１３６ｋＮの操作ウィンドウに等化させるものである。このことにより、シャーピンに要する寸法および硬さは、劇的に減少する。
【０１０１】
図７〜９は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、第１実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に詳述する。第２実施形態は、可変形シャーピンを用いない。代わりに、ケース２４は、出力シャフトが伸張位置または格納位置を越えて動くときを含む、あらゆる通常の状況下でも変形しないよう設計された単一ピン７８を有する。ピン７８は、突出部を形成し、突出部は、回転部２６の外面にて短いキー溝８０の形状を有する開口部に収容される。回転部２６は、環状ボイドの外面を周回し、それぞれが実質的に出力シャフトの縦軸周りで円周方向に配置され、それぞれが短いキー溝８０に隣接する、溝８２ａおよび８２ｂの形状を有する一組の環状ボイドを備える。第２実施形態に係るバッファキャリッジ７２は、後側サークリップ４６により適切位置に保たれる後側座金８３を有する。
【０１０２】
ピン７８を含むケース２４の軸部は第１嵌合部８４を形成し、短いキー溝８０を含む回転部２６の軸部は、第２嵌合部８６を形成する。図７および図８に図示するようにバッファキャリッジ７２が能動形態を有するとき、ピン７８は短いキー溝８０内に収容される。言い換えると、第１嵌合部８４および第２嵌合部８６は、嵌合している。短いキー溝８０の側壁は、回転部２６がハウジングに対して回転することを防止し、それにより、上述したように出力シャフト１４の直線動作が可能となる。
【０１０３】
出力シャフト１４が、比較的少ない力により伸張位置を越えて、図７〜図９における右方向に前進した場合、この動きに対する平面ベアリング４４、５２および前側座金６０の抗力は、出力シャフトを停止させるのに十分な値である。一方で、第１実施形態に関して上述したように、出力シャフト１４が、十分な力により前進した場合、回転部２６、前側平面ベアリング５２、停止リング４２および５６、力伝達用のピン６６、潤滑パッド４８、並びにスラスト座金５０は、図５で第１当接面７４として図示される第１当接面の作用下にて、ケース２４に対して軸線方向に前進し、前側座金６０は変形される。この軸線方向への動きは、回転部２６をピン７８に対して動かすため、ピンは、短いキー溝８０ではなく、後側溝８２ａへと突き出る。第１嵌合部８４および第１嵌合部８６は、もはや嵌合せず、回転部２６は、ピン７８用の周方向通路として機能する後側溝８２ａと共に回転することができる。この時点では、図９に示すようにバッファキャリッジ７２は第１の受動形態を有する。上述したように、回転部２６が出力シャフトの縦軸を中心として回転可能である場合、さまなければ損傷を生じさせかねない余剰エネルギを用いて、出力シャフト１４の回転運動を生じさせることができる。
【０１０４】
同様に、バッファキャリッジ７２が能動形態を有するときに、出力シャフト１４が十分な力により格納位置を越えて、後退した場合、回転部２６、前側平面ベアリング５２、停止リング４２および５６、力伝達用のピン６６、潤滑パッド４８、並びにスラスト座金５０は、第２当接面７６の作用下にて、ケース２４に対して軸線方向に後退し、後側座金８３は変形される。この軸線方向への動きは、回転部２６をピン７８に対して動かすため、ピンは、短いキー溝８０ではなく、前側溝８２ｂへと突き出る。第１嵌合部８４および第１嵌合部８６は、もはや嵌合せず、回転部２６は自由回転することができ、その場合、前側溝８２ｂはピン７８用の周方向通路として機能する。この時点では、バッファキャリッジ７２は第２の受動形態を有し、損傷を生じさせかねない余剰エネルギを出力シャフト１４の回転運動を生じさせるために用いることができる。
【０１０５】
第２実施形態において、能動形態から第１の受動形態または第２の受動形態へのバッファキャリッジ７２の動作中に生じる力の放散は、平面ベアリング４４および５２の動き、並びに前側座金６０または後側座金８３の変形に制限される。置き換えが必要とされるシャーピンの欠如は、バッファキャリッジ７２が能動形態から動いた後にアクチュエータアセンブリをリセットすることを容易にする。
【０１０６】
図１０〜図１３は、本発明の第３実施形態を示す。第３実施形態は、第１実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に詳述する。第３実施形態においては、後側平面ベアリング４４と後側停止リング４２との間に軸線方向ギャップ８８が存在する。後側平面ベアリング４４は、周方向に間隔を置いた４つのコイルスプリング９０を有する。コイルスプリング９０は、盲孔９２に収容され、各盲孔は、ギャップ８８を横切って延在し、後側停止リング４２に当接する。コイルスプリング９０は、盲孔９２の端と後側停止リング４２との間に圧縮された状態で保持される。ギャップ８８の存在により、バッファキャリッジ７２の部品の軸線方向長さに関するさほど厳密でない公差が許容されるバッファキャリッジ部品の長さの変動をギャップにより吸収することができる。スプリング９０は、後側平面ベアリング４４と残留するバッファキャリッジ７２の構成要素を離すように変位させ、バッファキャリッジが能動形態を有する際に、ギャップ８８の存在により、バッファキャリッジ７２の構成要素が緩み、または軸線方向に遊走することを確実に生じさせないようにする。第３実施形態は、力伝達用のピン６６が前側平面ベアリング５２の全長に亘って通過する点、およびスラスト座金５０と当接する点において、第１実施形態と異なる。
【０１０７】
第３実施形態において、ケース２４はリテーナを有さない。代わりに、ピンは、ケース２４の本体の開口部９４、９６に直接収容される。図１１は、図１０においてケース２４の上部にある開口部９４、９６の拡大図を示す。図１１は、一方の開口部９６が円孔形状であり、そこに収容されるシャーピン３６と摩擦嵌合することができる寸法を有し、他方の開口部９４が、出力シャフトの縦軸に整列される短いスロット形状を有することを明示している。このように配置された開口部は、バッファキャリッジ７２の能動形態から第１の受動形態または第２の受動形態への動作中に剪断すべきシャーピン３６を変形可能とする。回転部２６がいずれかの軸線方向に動き始めると、開口部９６内のシャーピン３６が変形し始める。しかしながら、この初期段階においては、スロット９４内のシャーピン３６は、変形せずにスロットの長さに沿って単純に移動するのみである。ピン３６がスロット９４の端に到達するのに十分な程度にまで回転部が移動した場合のみ、ピン９４は変形し始める。同様に、開口部９６内のシャーピン３６が完全に粉砕されるのに十分な程度にまで回転部２６が移動した場合においても、開口部内のシャーピンと同一であると推定されるスロット９４内のシャーピンは、未だ変形の工程にある。この剪断変形は、より長い移動距離に亘る衝撃エネルギおよびアクチュエータアセンブリが受ける衝撃力を吸収し、ねじに損傷を及ぼすリスクを減少させる。
【０１０８】
図１２は、第１の受動形態を有するバッファキャリッジ７２を備える第３実施形態に係るストローク制限アセンブリ２２を示す。図１２に示すように、バッファキャリッジ７２の第１の受動形態への動きは、第１実施形態に関して上述した工程と同じ工程を要する。第１実施形態においては、該動作により後側平面ベアリングと後側停止リングとの間に図５でギャップ７５として図示されるギャップが生じるが、第３実施形態においては、ギャップ８８は既に存在している。そのため、バッファキャリッジ７２の第１の受動形態への動きは、ギャップ８８の軸長を増加させ、スプリング９０を伸張可能とする。更に、本実施形態においては、前側平面ベアリング５２を通じた、いかなる軸線方向力をも伝達しない。スラスト座金５０と前側停止リング５６との間の全ての軸線方向力は、力伝達用のピン６６を通じて伝達される。バッファキャリッジ７２の第１の受動形態への動作中においても、前側平面ベアリング５２は、第１実施形態に関して上述したように回転部２６によって動かされるスラスト座金５０と当接しているため、前側平面ベアリング５２は動き続け、ワイパーシール５４を変形させるように作用する。
【０１０９】
図１３は、第２の受動形態を有するバッファキャリッジ７２を備えるストローク制限アセンブリ２２を示す。バッファキャリッジ７２の第２の受動形態への動きは、第１実施形態に関して上述した工程と同じ工程を要する。しかしながら、第３実施形態においては、後側平面ベアリング４４は軸線方向へ動かず、後側サークリップ４６も変形しない。代わりに、ギャップ８８は減少し、スプリング９０は更に圧縮され、このスプリングの変形により出力シャフトのいくらかのエネルギが放散される。ひとたび、後側停止リング４２が後側平面ベアリングに当接するに十分に移動すると、出力シャフト（図面では見えていない）は、更に後退することができなくなり、後側サークリップ４６および後側平面ベアリング４４とケース２４との間の摩擦係合は、十分な強度を有する。第３実施形態において、前側停止リング５６の後退動作は、力伝達用のピン６６によりスラスト座金５０に伝達され、続いて、ワイパーシール５４により前側平面ベアリング５２に伝達される。バッファキャリッジ７２の第２の受動形態への動作中に力伝達用のピン６６が変形することはないが、ワイパーシール５４が軸線方向に圧縮されるため、ギャップ８８がスラスト座金５０と前側平面ベアリング５２との間に生じる。
【０１１０】
図１４〜１７は、回転部２６の残部に取り付け可能なキー３２の機構を示す。回転部２６へのねじり負荷がかかっている間に開口部３５内にて擦過を引き起こし得るキー３２の振動を最小化するため、回転部２６内のキー３２を確実に取り付けることが特に重要である。図１４〜１７に示すキー保持機構は、加工平面１００にそれぞれ設けられるショルダ部３７を除き、第１実施形態〜第３実施形態にて用いられるキー保持機構に対応する。
【０１１１】
各開口部３５は、この場合、それぞれ半円形の形状を有する複数の弧状デテント１０２を有する。各デテント１０２は、ねじ山を有する。開口部は、ねじ山のない追加的な弧状デテント１０４を有する。これらは、開口部３５の遠心端面１０５を加工する際の副産物として、製造中に形成されるが、キー３２の取り付けになんら関与しない。
【０１１２】
本構成におけるキー３２は、第１実施形態および第３実施形態におけるキーと同一のものである。上述したように各キー３２は、フランジ３３を有し、第１実施形態〜第３実施形態に関する図面では見えていなかった一組の弧状デテント１０６を有する。各デテント１０６は、盲孔のセグメントの形状を有し、端面１０８を規定する。
【０１１３】
上述したように、キー３２が開口部３５に挿入されるとき、フランジ３３は開口部のショルダ部３７に当接し、キーが半径方向の内側に向けて動くことを防止する。キー３２が開口部３５内にある場合、その弧状デテント１０６は、開口部の弧状デテント１０２と共に整列され、セットねじ３９を挿入することができる円柱状の穿孔を協働して形成する。デテント１０２にねじ山がつけられると、各セットねじ３９は、各穿孔にねじ込まれ、ねじ係合１１０により適切な位置にて拘束され、その場合に、対応するデテント１０２のねじは開口部３５内にある。キー３２は、セットねじ３９に接触するデテントの端面１０８により半径方向に外側に動くことを妨げられる。
【０１１４】
上述した機構は、リテーナをケースに取り付けるために第１実施形態においても用いられる。図２〜図６について、再び簡単に述べると、ねじ山のついた弧状デテント（図面では見えていない）は、ケース２４の本体に設けられ、それぞれ盲孔のセグメントの形状を有する弧状デテント（図面では見えていない）は、リテーナ３８に設けられる。セットねじ４０は、協働して形成された弧状デテントにより円柱状の穿孔に収容され、リテーナ３８の半径方向に外側への動きを防止する。キー３２と異なり、リテーナ３８はフランジを有さない。代わりに、回転部２６と接触することによりキー３２の半径方向の内側への動きが妨げられる。実際にいくつかの実施形態において、キー３２は、セットねじ４０によって回転部２６に対してクランプされることで、回転部が軸線方向および／または回転方向に動く場合に摩擦抵抗を通じてエネルギを放散することができる。
【０１１５】
図１８は、回転部２６内でキー３２を拘束するための更なる機構を示す。本構成では、各キー３２は、単一セットねじ３９を有し、該ねじは、キーにおいて、中央に位置決めされ、半径方向に整列したねじ穿孔１１２内に配置される。ねじ穿孔１１２は、２つの保持ピン１１６がその内部に収容される縦方向に配列された穿孔１１４と交差する。傾斜面１１８は、各開口部３５の縦方向の遠心端に設けられる。
【０１１６】
開口部３５内のキー３２を拘束するよう、セットねじ３９を締めることで、ねじ穿孔１１２により深くねじ込むことができる。セットねじ３９が、縦方向に配列された穿孔１１４内に突き出るのに連れて、２つの保持ピン１１６が分離することで、該ピンはキーから突き出て、傾斜面１１８と接触する。セットねじ３９を締め続けることで、傾斜面に対して保持ピン１１６がキー３２から更に突き出されるため、傾斜面は保持ピン、すなわちキー全体を半径方向の内側に向けて動かす。上述したようにフランジ（図面では見えていない）がショルダ部に当接する位置まで、キー３２が、半径方向の内側に向けて動いくと、キー３２は固定される。
【０１１７】
図１９〜２１は、本発明の第４実施形態を示す。バッファキャリッジ７２が能動形態を有するとき、ケース２４に回転結合される第４実施形態に係る回転部２６は、キー３２を備えないという点で、本機構は第１実施形態〜第３実施形態と異なる。本実施形態において、回転部は、補完的な形状の凹部１２２内に収容される側面が平滑な楕円形プラグ１２０を備える。凹部１２２は、プラグ１２０に対して補完的な形状を有するが、プラグよりもわずかに軸線方向に長いため、プラグのいずれか一端に軸線方向クリアランス１２４を提供する。
【０１１８】
プラグ１２０は、第１実施形態〜第３実施形態のシャーピンと同様に機能するシャーピン３６’により、ケース２４、この場合はケース２４のリテーナ３８に連結される。要するに、シャーピン３６’は、バッファキャリッジ７２が能動形態にあるとき、回転部２６とケース２４とを回転結合させるが、出力シャフト１４によりバッファキャリッジ７２に十分な軸線方向力が加わると、変形および粉砕し、回転部の回転を許容する。本実施形態に係るシャーピン３６’は、通し穿孔１２６であって、それを通じて潤滑油をストローク制限アセンブリ２２に流入させることのできる、通し孔１２６を有する。通し穿孔１２６は、潤滑油の漏出および／または、汚れの侵入を防止するようセットねじ１２８によりシール可能である。
【０１１９】
第１実施形態〜第３実施形態とは異なり、第４実施形態に係るバッファキャリッジ７２は、第２の受動形態へと動かすことができない。第４実施形態に係るバッファキャリッジ７２は、図１９〜図２１に示すように能動形態から第１の受動形態へ、この場合、出力シャフト１４により伸張位置を越えて動かすことができるのみである。このような構成は、出力シャフト１４の一方向におけるオーバートラベルから生じる損傷からアクチュエータアセンブリを保護するのみであるが、これによりストローク制限アセンブリをより単純な構成とすることができる。例えば、本実施形態は、前側停止リングまたは力伝達用のピンを備えない。更に、出力シャフト１４からの後向き衝撃力を伝達することを要しないため、前側平面ベアリングは、弾性材料から構成されるエネルギ吸収バッファ５２の形状を有する。これにより、バッファキャリッジを後側サークリップ４６により適切な位置に固定する前に、わずかにバッファ５２’を圧縮し、バッファキャリッジを軸線方向に前向きに変位させることで、バッファキャリッジに予荷重を加えることができる。プラグ１２０と凹部１２２との間の軸線方向クリアランス１２４は、予荷重が確実に生じるように作用する。これは、プラグと凹部とが精密嵌合する場合に、後側サークリップ４６の軸線方向位置ではなく、プラグの軸線方向位置が、ケース２４内の回転部２６の軸線方向位置を決定するためである。このようにしてバッファキャリッジ７２に予荷重をかけることで、出力シャフト１４の通常の相互運動中にバッファキャリッジにかかるサイクル荷重を分散することができ、擦過および／または疲労荷重の拡散を防ぐため有益である。更に、擦過を生じさせかねない相対的な軸線方向動作は、シャーピン３６’ではなく、プラグ１２０と凹部１２２との間で生じるため、プラグ１２０を用いることでシャーピン３６’にて生じる擦過を防止することができる。シャーピン３６’にて生じる擦過を防止することで、ピンの正確な寸法およびピンを変形させる力、すなわち、バッファキャリッジ７２を第１の受動形態へと動かす力を、稼働寿命を通して一定量に保つことができる。
【０１２０】
上述したようにひとたび、ストローク制限アセンブリのバッファキャリッジが、受動形態へと動いたならば、アクチュエータアセンブリおよび／または加工物を点検および必要に応じて修理することが望ましい。そのため、バッファキャリッジのリセット工程に複雑性を加えるようにストローク制限アセンブリを構成することは有益である。これにより、点検前にストローク制限アセンブリが誤って稼動状態に復帰するリスクを最小化することができる。図２２は、バッファキャリッジを能動形態から離れる向きに偏寄させるよう構成された本発明の第５実施形態に係るストローク制限アセンブリ２２を示す。第５実施形態は、第２実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に詳述する。
【０１２１】
上述したように、第２実施形態において、後側停止リング４２は後側平面ベアリング４４と接触するため、停止リングの後方への動きは後側平面ベアリングを後方に変位させる。しかしながら、第５実施形態においては、後側停止リング４２と後側平面ベアリング４４との間に軸線方向ギャップ８８が存在する。後側平面ベアリング４４は、周方向に間隔を置いた４つのコイルスプリング９０を有する。コイルスプリング９０は、盲孔９２に収容され、各盲孔は、ギャップ８８を横切って延在し、後側停止リング４２に当接する。コイルスプリング９０は、盲孔９２の端と後側停止リング４２との間に圧縮された状態で保持される。この構成は、本発明の第３実施形態に関して上述した構成と同様である。第３実施形態に関して上述したように、ギャップ８８の存在により、バッファキャリッジ７２の部品の軸線方向長さに関するさほど精密でない公差が許容されるバッファキャリッジ部品の長さの変動をギャップにより吸収することができる。
【０１２２】
バッファキャリッジ７２の第１の受動位置への動き、すなわち、図２２における右方向への前進動作は、第２実施形態に関して上述した動きと同様に生じる。バッファキャリッジ７２の第２の受動位置への動きは、後側平面ベアリング４４が変位されない点を除き、第２実施形態に関して上述した手段と同様である。代わりに、バッファキャリッジ７２は、後側平面ベアリング４４に向かって後退し、第３実施形態に関して上述したように、軸線方向ギャップ８８の寸法は縮小し、スプリング９０は圧縮される。
【０１２３】
第３実施形態に関して上述したように、スプリング９０は、後側平面ベアリング４４と残留するバッファキャリッジ７２の構成要素とを離すように変位させ、バッファキャリッジが能動形態を有する際に、ギャップ８８の存在により、バッファキャリッジ７２の構成要素が緩み、または軸線方向に遊走することを確実に生じさせないようにする。本実施形態においては、スプリング９０は、バッファキャリッジ７２を能動形態から、この場合は第１の受動形態へと離れる向きに変位させるという追加的な機能を発揮する。第１嵌合部と第２嵌合部とを再度、嵌合させることにより、バッファキャリッジ７２のリセットが困難となる。この場合、例えば、休止時間を削ることを望み、点検が終了していないストローク制限アセンブリ２２のリスクを理解していない操縦者によっても、ストローク制限アセンブリ２２が早まって稼動状態に復帰することはほとんどない。
【０１２４】
いくつかの条件下では、ストローク制限アセンブリのバッファキャリッジのリセットをより難しく設定することが好ましいが、他の状況下では、できる限り迅速かつ簡単にリセット可能であることが好ましい。例えば、操縦者が十分な訓練を受けており、必要な点検を操縦者自身で行うことができる場合、ストローク制限アセンブリが早まって稼働状態に復帰するというリスクを除去するために、機械の休止時間を減少させることによりリセット操作をできる限り単純にすることは、有益である。図２３は、リセット工程にて部材を協働させるための手段を備える本発明の第６実施形態に係るストローク制限アセンブリ２２を示す。より具体的には、バッファキャリッジ７２は、能動形態に向けて偏寄される。第６実施形態は、第５実施形態と同様であるため、相違点のみを以下に詳述する。
【０１２５】
本実施形態は、後側停止リング４２と後側平面ベアリング４４との間の軸線方向ギャップ８８に加え、スラスト座金５０と前側平面ベアリング５２との間に追加的な軸線方向ギャップ８８’を備える。更に、前側平面ベアリング５２は、周方向に間隔を置いた４つのコイルスプリング９０’を有する。コイルスプリング９０’は、盲孔（図面では見えていない）に収容され、各盲孔は、ギャップ８８’を横切って延在し、スラスト座金５０に当接する。追加的に、第６実施形態において、力伝達用のピン６６は前側平面ベアリング５２の全長に亘って通過する。力伝達用のピン６６は、前側停止リング５６から前側平面ベアリング５２を通過し、ギャップ８８’を横切り、スラスト座金５０と当接する。
【０１２６】
バッファキャリッジ７２の第２の受動位置への動き、すなわち、図２３における左方向への後退動作は、第５実施形態に関して上述した動きと同様に生じる。バッファキャリッジ７２の第１の受動位置への動きは、前側平面ベアリング５２が移動しない点を除き、第５実施形態、そして実質的に第２実施形態に関して上述した手段と同様である。代わりに、スラスト座金５０の前進動作は、力伝達用のピン６６を通じて伝達される。これにより、前側平面ベアリング５２を静止状態に保ち、かつギャップ８８’の寸法を縮小させながら、前側停止リング４２を押し出し、前側座金６０を変形させることができる。
【０１２７】
上述したように、スプリング９０は、後側平面ベアリング４４とバッファキャリッジ７２の残余の構成要素とを離すように変位させ、バッファキャリッジが能動形態を有する際に、ギャップ８８の存在により、バッファキャリッジ７２の構成要素が緩み、または軸線方向に遊走することを確実に生じさせないようにする。同様にスプリング９０’は、ギャップ８８’の存在により、バッファキャリッジ７２の構成要素が緩み、または前方向に遊走することを確実に生じさせないようにする。
【０１２８】
第５実施形態において、スプリング９０は、バッファキャリッジ７２を能動形態から離れる向きに変位させるため、バッファキャリッジを能動形態へと戻すリセットが困難となるが、第６実施形態においては、スプリング９０およびスプリング９０’がバッファキャリッジ７２を能動形態に向けて偏寄させるように作用する。この場合、バッファキャリッジ７２は、スプリング９０’により第１の受動形態から能動形態に向けて偏寄され、スプリング９０により第２の受動形態から能動形態に向けて偏寄される。後側停止リング４２が、出力シャフト（図面では見えていない）により、図２３における右方向に前進した場合、バッファキャリッジ７２は、第１の受動形態に向けて動き、ギャップ８８の長さは増加し、ギャップ８８’の長さは減少する。結果的に、スプリング９０’は圧縮され、スラスト座金５０を後方に変位させることで、バッファキャリッジ７２を能動形態に引き戻すよう作用する復元力を提供する。同様に、出力シャフト（図面では見えていない）により前側停止リング５６が引き戻されると、バッファキャリッジ７２は第２の受動形態に向けて動き、ギャップ８８’の長さは増加し、ギャップ８８の長さは減少する。結果的に、スプリング９０は圧縮され、後側停止リング４２を前方に変位させることで、バッファキャリッジ７２を能動形態に引き戻すよう作用する復元力を提供する。このような方法で、バッファキャリッジを能動形態に向けて偏寄させることにより、当該工程をより迅速かつ短い時間で処理できるようにすることで、バッファキャリッジ７２をリセットする際の使用者の負担を軽減する。
【０１２９】
本実施形態において、出力シャフト（図面では見えていない）が前側停止リング５６に接触し、後退し始めると、バッファキャリッジ７２は第２の受動形態に向かって動くが、前側平面ベアリング５２は動かない。代わりに、前側停止リング５６は、前側平面ベアリング５２に向かって動き、ワイパーシール５４を圧縮し、力伝達用のピン６６は、スラスト座金５０を前側平面ベアリング５２から離れる向きに引き戻す。ワイパーシール５４を圧縮することは、半径方向最内部が平滑化されるに連れて、更に半径方向の内側に向けて動かされるため有益である。これにより、出力シャフト（図面では見えていない）に対するワイパーシール５４が圧縮され、出力シャフトとワイパーシールとの間の摩擦が増加する。これは、結果的にエネルギの放散を補助する。更に、増加した摩擦抵抗は、出力シャフト（図面では見えていない）のオーバートラベルの発生を警告するものとしてコントローラにより検知することができる。
【０１３０】
本実施形態においては、バッファキャリッジ７２が能動形態を有するとき、スプリング９０および９０’は、それぞれ自然長を有する。スプリング９０は、後側停止リング４２に固定されるが、スプリング９０’はスラスト座金５０に固定されない。この場合、ギャップ８８の長さが増加すると、スプリング９０はもはや後側停止リング４２と接触せず、ギャップ８８’の長さが増加すると、後側停止リング４２はもはや接触スラスト座金５０と接触しなくなる。第５実施形態の変形実施形態において、各スプリング９０は、その後方端にて後側平面ベアリング４４に固定され、その前方端にて後側停止リング４２に固定される。各スプリング９０’は、その後方端にて後側平面ベアリング４４に固定され、その前方端にて後側停止リング４２に固定される。前述の実施形態におけるバッファキャリッジ７２の第１の受動形態への動きは、スプリング９０’を圧縮するだけでなく、スプリング９０を伸張させる。同様に、バッファキャリッジ７２の第２の受動形態への動きは、スプリング９０を圧縮するだけでなく、スプリング９０’を伸張させる。そのため、バッファキャリッジ７２を能動形態に偏寄させる復元力は、増加する。
【０１３１】
第５実施形態の変形実施形態において、バッファキャリッジ７２が能動形態を有するとき、スプリング９０および／またはスプリング９０’は、自然長状態ではない場合がある。例えば、バッファキャリッジ７２が能動形態を有するとき、スプリング９０およびスプリング９０’はそれぞれ圧縮された状態にある。バッファキャリッジ７２の受動形態への動きは、一方の一組のスプリング９０またはスプリング９０’を圧縮し、他方のスプリングが自然長に戻り、または自然長に近い長さへと動くことを可能にする。バッファキャリッジ７２が能動形態を有する位置にあるとき、スプリング９０およびスプリング９０’からの復元力は、互いに等しい逆向きの力、または互いに異なる力のいずれでもよい。その位置において、バッファキャリッジは、ピン７８および短いキー溝８０間の摩擦等の追加的な手段によりバッファキャリッジが能動形態を保持している。
【０１３２】
上述したデザインへの数多くの変形は、添付の特許請求の範囲から逸脱するものではないことを理解されたい。例えば、本明細書にて述べたＳＰＲ用のアクチュエータアセンブリに関しては、クリンチングなど他のタイプの接合装置、あるいは、ロボットアームに使用する負荷を用いるアクチュエータといった他の適切な用途にて本発明と同様に利用し得る。加えて、上述した実施形態は、アクチュエータのハウジングに取り付けられたストローク制限アセンブリについて詳述しているが、他の実施形態においては、出力シャフトに取り付けられていてもよい。そのようなアセンブリにおいて、例えば、ハウジングの半径方向最内部と構成部材の半径位置が反転する、すなわち、「裏返し」になるとき、バッファキャリッジは、同軸的に外向きに移動し、キーは、アクチュエータハウジング内のキー溝に半径方向に外向きに突き出る。
【０１３３】
上述した実施形態において、シャーピンのみが「形状可変部材」として明示されているが、能動形態からバッファキャリッジが動く間に変形される任意の部材も形状可変部材の一例に含まれることを理解されたい。例えば、第１実施形態の前側座金は、ワイパーシールとして形状可変部材を構成し、各構成要素は、支持構体およびバッファキャリッジ内の環状ボイドに収容される形状可変部材の一例である。他の例として、第３実施形態、第５実施形態および第６実施形態のスプリングも形状可変部材、この場合は弾性形状可変部材を構成する。
【０１３４】
上述の実施形態にて述べられた本発明は、電気モータがローラースクリュー機構を操作するモータ駆動アクチュエータに関して述べているが、他の適切なタイプのアクチュエータにおいても本発明を同様に利用し得る。例えば、本発明は、油圧または空圧モータを使用するアクチュエータ、リードスクリュー機構またはボールスクリュー機構を使用するアクチュエータに利用されてもよい。
【０１３５】
上述の実施形態は、出力シャフトが伸張位置を越えたときにバッファキャリッジが到達する第１の受動形態に関して述べているが、この構成に制限されるべきではないことを理解されたい。同様に、出力シャフトが格納位置を越えたときにバッファキャリッジが到達する構成も第１の受動形態を構成する。同様に、出力シャフトが格納位置を越えたときにバッファキャリッジが到達する構成も第２の受動形態を構成する。
【０１３６】
上述の実施形態において、平面ベアリングは締まりばめを形成する。他の実施形態においては、少なくとも１つの公差リングを平面ベアリングまたはその他の適切な部材とハウジングとの間に配置することができる。公差リングを使用することにより、ハウジングの内径およびベアリングの外径においてより厳密でない製造公差を用いること、およびハウジング内でのベアリングの軸線動作により生じる摺動摩擦を増加させることができる。これにより、ベアリングの軸線動作により生じるエネルギを増加させ、損傷を生じさせかねない衝突エネルギを更に減少させることができる。
【０１３７】
代替的に、少なくとも１つの平面ベアリングをハウジングに連結することができる。例えば、第３実施形態を変形することで、前側平面ベアリングを力伝達用のピン６６が突き出るハウジングの狭い部分より形成することができる。このような実施形態においては、平面ベアリングを軸線方向に固定することができる。そのため、バッファキャリッジが第１の受動形態へと動いた場合であっても、スラスト座金は前進することができる。前側平面ベアリングの軸長が減少することでスラスト座金の前方にギャップを生じさせ、スラスト座金は該ギャップの内部に向けて移動することができる。
【０１３８】
本発明の第２実施形態において、第１嵌合部の突出部は、半径方向に突き出るが、他の実施形態においては、他の適切な方向に突き出てもよい。例えば、第１嵌合部および第２嵌合部が一組の冠歯車として機能する場合、突出部は縦方向に突き出ることができる。
【０１３９】
キーを回転部に取り付け可能である機構について、いくつかの実施例を上述したが、他の適切な機構を用いてもよい。例えば、上述の機構の追加的または代替的手段として、キーを適切な位置に接着、接合、ロー付け、または溶接してもよい。更に、異なる機構によって、異なるキーを回転部に取り付けることができる。
【０１４０】
上述の実施形態において、バッファキャリッジの受動形態または更なる受動形態への動作中または動作後に生じるエネルギの放散は、ストローク制限アセンブリの外部手段により補助される。例えば、出力シャフトの軸線位置は、少なくとも１つの位置エンコーダ用いる制御システムにより検知する事ができる。出力シャフトのオーバートラベルが生じた場合、制御システムは、緊急処置を適用する。この緊急処置は、出力シャフトもしくは第１ねじ部材などに作用するように配置された制動システムを係合すること、および／または、出力シャフトに存在する望ましくない動きに対抗するよう第１ねじ部材を反対方向に回転させることを含む。
【０１４１】
上述した実施形態では、嵌合部またはシャーピンのいずれかを用いるが、他の実施形態においては、これらを組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態の変形実施形態において、ケースからスラスト座金の前方のスペースに形成されたボイドへと突き出るシャーピン、および／またはケースから後側停止リングの後方のスペースに形成されたボイドへと突き出るシャーピンを備えてもよい。前者のピンは、バッファキャリッジの第１の受動形態への動きにより変形され、後者のピンは、バッファキャリッジの第２の受動形態への動きにより変形される。更に、バッファキャリッジを能動形態に向けて、または能動形態から離れる向きに偏寄させることが、バッファキャリッジのリセットの容易性に作用することを、第１嵌合部および第２嵌合部を用いる実施形態に関して記載したが、この構成は、例えば、シャーピンを用いる他の実施形態に適用することもできる。
【０１４２】
上述した実施形態は、単に具体例を例示するに過ぎず、本発明をその具体例の特徴に限定するものではない。本明細書においては、好適な実施形態のみが例示および説明されているが、特許請求の範囲にて規定した本発明の請求の範囲内でのあらゆる変更および変形をも保護対象となることを理解されたい。特許請求の範囲に関し「１つの」、「少なくとも１つの」または「少なくとも一部の」という用語は、特徴を説明する際の冒頭に用いるが、本発明の請求の範囲内にて特に明記しない限り、特許請求の範囲を１つに限定するような意図はない。本発明において、特に明記しない限り「少なくとも一部の」および／または「一部の」という用語は、対象物の一部および／または全部を含む意味で使用する。
【０１４３】
本明細書に記載する任意および／または好適な特徴は、個別または互いに組み合わせて使用することができ、組み合わせの適切性および具体的な組み合わせは、添付の特許請求の範囲の記載に従う。例えば、形状可変部材の剪断変形ついて、第３実施形態に関してのみ記載されているが、他の実施形態においてもシャーピンまたは他の部材に関して用いてもよい。本発明の各態様に係る任意および／または好適な特徴は、適切である限り本発明の他の態様に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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