(57)【要約】【課題】コストを低減し、軽量化する。【解決手段】ピストン３とシリンダ２とを備えたアクチュエータ１において、ピストン３及びシリンダ２のうち、いずれか一方にコア部３３が設けられ、他方にコア部３３の位置に応じて出力するコイル部３２が設けられる。また、コア部３３はピストン３に設けられるとともに、コイル部３２はシリンダ２に設けられる。また、コア部３３は、シリンダ２の内周面に接近した状態でピストン３に設けられる。場合に応じて、コア部３３は、ピストンリングに挟まれた部分に設けられる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとシリンダとを備えたアクチュエータにおいて、
前記ピストン及び前記シリンダのうち、いずれか一方にコア部が設けられ、他方に前記コア部の位置に応じて出力するコイル部が設けられることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータにおいて、
前記コア部は前記ピストンに設けられるとともに、前記コイル部は前記シリンダに設けられることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２記載のアクチュエータにおいて、
前記コア部は、前記シリンダの内周面に接近した状態で前記ピストンに設けられることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３記載のアクチュエータにおいて、
前記コア部は、ピストンリングに挟まれた部分に設けられることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アクチュエータに関し、特に小型化を容易にし、コストを抑えることを可能とするアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、航空機用ジェットエンジンの燃料制御等に用いられるアクチュエータとしては、種々のタイプのものが知られているが、例えば油圧又は空気圧を直線運動に変換するものが知られている。こういったアクチュエータは、取り付けられる機器の変位量を精度よく測定する必要があるものであり、そのために、ピストンの位置を正確に検知することが行われている。
【０００３】
従来、このようなアクチュエータのピストン位置を検知するためのものとしては、ＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）をピストンのロッドの部分に組み込んだものが提案されている。また、ＬＶＤＴをロッドの先端、すなわちアクチュエータの外部に取り付けたものも提案されている。ここで、ＬＶＤＴとは、差動変圧器と呼ばれる、機械的直線変位量を電気信号に変換するセンサのことであり、ロッドに組み込む、或いはロッドの先端に取り付けることによってピストンの直線変位量を検知することができるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のアクチュエータにおいては、ＬＶＤＴをピストンのロッドの部分に組み込む場合、ＬＶＤＴが必要とする大きさの制約からピストンのロッド径が必然的に決まってしまうので、ダウンサイジング、すなわち小型化が困難であるという問題があった。また、ＬＶＤＴをアクチュエータの外部に取り付ける場合、耐環境性を考慮する必要があるので、その対策を講じるために部品点数が増加し、管理コスト、組立コスト、廃棄コスト、その他ライフサイクルコストが増加するという問題があった。また、外付けでは部品点数が増加するので、各部品同士の相対位置や熱膨張率の違い等が累積し、ピストン位置の信頼性が低下するという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、小型化することを可能とするアクチュエータを提供することにある。また、管理、組立等のコストを低減することを可能とするアクチュエータを提供することにある。また、ピストン位置の信頼性を向上させることを可能とするアクチュエータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、ピストンとシリンダとを備えたアクチュエータにおいて、前記ピストン及び前記シリンダのうち、いずれか一方にコア部が設けられ、他方に前記コア部の位置に応じて出力するコイル部が設けられることを特徴とする。
この発明に係るアクチュエータによれば、ピストンがシリンダのある基準位置に対して相対的に変位すると、その変位がコイル部に出力される。したがって、ピストンとシリンダとの相対位置を検知することができる。この際、ＬＶＤＴを組み込む必要がないので、部品点数が抑えられ、コストを抑えることができる。また、軽量化することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記コア部は前記ピストンに設けられるとともに、前記コイル部は前記シリンダに設けられることを特徴とする。
この発明に係るアクチュエータによれば、ピストンのストローク範囲、すなわちコア部の移動範囲にコイルを配置することが可能となる。したがって、ピストンとシリンダとの相対位置を精度良く検知することができる。つまり、ピストン位置の信頼性を向上させることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のアクチュエータにおいて、前記コア部は、前記シリンダの内周面に接近した状態で前記ピストンに設けられることを特徴とする。
この発明に係るアクチュエータによれば、シリンダの長手方向に直交するコア部の面積を増やすことが容易となる。コア部の面積が増えると磁束の数も増えるので、ピストンとシリンダとの相対位置を精度良く確実に検知することができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項３記載のアクチュエータにおいて、前記コア部は、ピストンリングに挟まれた部分に設けられることを特徴とする。
この発明に係るアクチュエータによれば、作動流体の性状や圧力によるコア部の損傷が防止される。したがって、ピストンの耐久性を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す概略断面図である。
図１において、アクチュエータ１は、油又は空気（作動流体）が内部に導かれるシリンダ２と、油圧又は空気圧によりシリンダ２内を摺動するピストン３と、シリンダ２の端部をカバーするカバー４とを備える。
【００１１】
シリンダ２の側周部における内面側には、一端部から他端部へ向けて順次２次コイル３２ａと、１次コイル３２ｃと、２次コイル３２ｂとが設けられており、これらがコイル部３２を構成する。２次コイル３２ａと１次コイル３２ｃと２次コイル３２ｂとは、それぞれの軸がシリンダ２の軸と同一となるように導線が巻かれており、２次コイル３２ａと２次コイル３２ｂとは、シリンダ２の軸方向に沿って見たときに、その軸の回りに同一の方向へ回転しながら一端部から他端部へ向けて進むように巻かれている。
【００１２】
１次コイル３２ｃは交流電源２１へと接続されており、２次コイル３２ａ、３２ｂはデジタルコンバータ２２へと接続されている。この際、２次コイル３２ａの他端部側と２次コイル３２ｂの他端部側とが接続されている。この様子を模式的に示したものが図２に示されている。交流電源２１は１次コイル３２ｃに電流を出力するものであり、デジタルコンバータ２２は２次コイル３２ａ、３２ｂから入力される電位差をデジタル信号に変換するものである。１次コイル３２ｃは、交流電源２１によって電流が印加されることで、内部に磁界を発生させるものであり、２次コイル３２ａ、３２ｂは、内部を貫く磁束密度が変化することで、両端に電圧ＶＡ、ＶＢをそれぞれ発生させるものである。
【００１３】
ピストン３には、その軸部分にロッド５が一体に取り付けられている。ピストン３の外径は、シリンダ２の内径より僅かに小さくなるよう形成されており、その側周部には、周方向に沿って形成された凹部３ａとＬ字状に形成された段部３ｂとが設けられている。凹部３ａには、トーラス状に形成されたＯリング（ピストンリング）３ｃが設けられており、段部３ｂには、環状に形成されたコア部３３が取り付けられている。
【００１４】
Ｏリング３ｃは、例えば弾性部材や金属部材からなるものであって、その外周部がシリンダ２の内周面に当接することで、シリンダ２内におけるピストン３の両側の空間を隔てている。コア部３３は、強磁性体からなるものであって、その外周部は、シリンダ２の内周部との間に間隙を有するようシリンダ２に接近して形成されている。コア部３３は、１次コイル３２ｃで発生した磁界に基づいて、高い磁束密度を生じさせるものである。
【００１５】
カバー４は、肉厚の板状の部材からなるものであって、シリンダ２の一方の端部をカバーするヘッドカバー４ａと、他方の端部をカバーすると共にロッド５を移動可能に保持するロッドカバー４ｂとからなる。ヘッドカバー４ａとロッドカバー４ｂとには、その中心部分にシリンダ２と嵌合する肉厚円筒状の凸部６ａと凸部６ｂとがそれぞれ設けられており、凸部６ａ、６ｂの外周側の４隅には、支持棒８が挿通可能な挿通孔７が形成されている。カバー４（４ａ、４ｂ）は、シリンダ２内にピストン３が収容された状態で、シリンダ２の端部に嵌合されており、カバー４とシリンダ２とは、挿通孔７に挿通された雄ネジ部を有する支持棒８がナット９で緊締されることで一体化されている。
【００１６】
ヘッドカバー４ａには、外部からシリンダ２内へ油又は空気が供給されるよう供給口１０ａが形成されている。ロッドカバー４ｂには、ロッド５の外径より大きな径を有し内部におけるロッド５の移動を可能とする孔１１が形成されており、外部から孔１１を介してシリンダ２内へ油又は空気が供給されるよう供給口１０ｂが形成されている。ロッドカバー４ｂのシリンダ２と反対側の端部には、孔１１と連通してロッド５の摺動を案内するメタルガイド１２と、外部とシリンダ２との間をシールするシール部材１３とが設けられている。
【００１７】
上記の構成からなるアクチュエータ１においては、供給口１０ａ、１０ｂから油又は空気を供給すると、ピストン３の両端面に導かれる油又は空気の圧力差に応じて、圧力の高いほうから低い方へと向けてピストン３が移動する。このとき、１次コイル３２ｃに交流電源２１により電流を供給しておくと、１次コイル３２ｃの内部に、電磁誘導により磁界が発生した状態となる。そして、この磁界を介してコア部３３に高い磁束密度が生じ、コア部３３に生じた磁束密度の変化に応じて、相互誘導により２次コイル３２ａ、３２ｂの両端に誘導電圧ＶＡ、ＶＢがそれぞれ発生する。
【００１８】
発生した誘導電圧ＶＡ、ＶＢは、両２次コイル３２ａ、３２ｂの誘導電圧の差ＶＡ−ＶＢとしてデジタルコンバータ２２に入力され、そこでデジタル信号に変換され、例えばコンピュータなどに取り込まれてプログラム等を介して電圧の値がピストン３の変位として変換される。この際、誘導電圧の差ＶＡ−ＶＢとピストン３の変位とは、図３に示すような関係となっている。図３において、横軸はコア部３３の変位、縦軸は誘導電圧の差ＶＡ−ＶＢ（及び電圧ＶＡ、ＶＢ）を表す。図からわかるように、誘導電圧の差ＶＡ−ＶＢとコア部３３の変位とは原点（図において０で示した点であり、基準位置を表す）付近で比例関係となっている。（ただし、コア変位が大きくなるに従ってこの比例関係から次第に外れていく傾向にある。）
【００１９】
ここで、両者の関係が比例関係とされているのは、そうなるようにコイル３２ａ、３２ｂが巻かれているからであり、両者の関係が比例関係となることで、コア部３３の変位への変換が容易となっている。また、コア部３３の位置に応じて誘導電圧ＶＡ、ＶＢが変化する理由は、コア部３３の有する透磁率とコア部３３以外の部分が有する透磁率とに差があるからであり、２次コイル３２ａ、３２ｂの内部に位置するコア部３３の磁束密度が変化したときに、コア部３３の位置に応じて２次コイル３２ａ、３２ｂで発生する電圧の振幅の大きさに差が生じるからである。
【００２０】
上記の構成によれば、ＬＶＤＴの構成要素であるコイル部がアクチュエータ１の構成要素であるシリンダ２に、ＬＶＤＴの構成要素であるコア部３３がアクチュエータ１の構成要素であるピストン３に設けられているので、ピストン２のロッド５径を大きくする必要がなく、ダウンサイジング、すなわち小型化することができる。また、ＬＶＤＴを外付けしていないので、部品点数を抑えることができ、その結果管理コスト、組立コスト、廃棄コスト、その他ライフサイクルコストを抑えることができる。また、余計な部品が付けられていないので、それによる各部品同士の相対位置や熱膨張率の違いによるピストン位置の誤差が減少し、ピストン位置の信頼性を向上させることができる。また、シリンダの長手方向に直交するコア部３３の面積を増やすことが容易となる。コア部３３の面積が増えると磁束の数も増えるので、ピストン３とシリンダ２との相対位置を精度良く確実に検知することができる。
【００２１】
なお、上記の実施の形態では、２次コイル３２ａと１次コイル３２ｃと２次コイル３２ｂとをこの順にシリンダ２の一端部から他端部へ向けて配置したが、これらコイル３２ａ〜３２ｃの巻線構造（コイルの巻き方及び配置の仕方）は、周知のＬＶＤＴと同様、変位の検出が可能なように多様に組み合わせてよい。
【００２２】
また、上記の実施の形態では、２次コイル３２ａと２次コイル３２ｂとを互いに逆位相に接続して誘導電圧の差ＶＡ−ＶＢとしてデジタルコンバータ２２に入力されるよう構成されていたが、これらのコイル３２ａ、３２ｂは、正位相に接続して誘導電圧ＶＡ、ＶＢがそれぞれ個別にデジタルコンバータ２２に入力されるようにし、後処理で減算するような構成としてもよい。
【００２３】
また、上記の実施の形態では、コア部３３をピストン３の外周部におけるロッド５側に設けたが、このコア部３３を、図４に示すように、ピストン３の外周部における長手方向中央部に設け、コア部３３の両側にＯリング３ｃを設けてもよい。図４において、コア部３３とＯリング３ｃの位置関係及び数のみが上記の実施の形態と異なる。他の部分については、同様の構成とされ、同一の符号が付されている。この構成においては、シリンダ２内に導かれる油又は空気がコア部３３に接触しないので、コア部３３は油又は空気から圧力を受けず、また作動流体の性状による影響も少ない。したがって、コア部３３の損傷を抑制することができ、ピストン２の耐久性を向上させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、ピストンがシリンダのある基準位置に対して相対的に変位すると、その変位がコイル部に出力される。したがって、ピストンとシリンダとの相対位置を検知することができる。この際、ＬＶＤＴを組み込む必要がないので、管理、組立等のコストを抑えることができるとともに、小型化することができる。
また、請求項２に係る発明によれば、ピストンのストローク範囲、すなわちコア部の移動範囲にコイルを配置することが可能となる。したがって、ピストンとシリンダとの相対位置を精度良く検知することができる。つまり、ピストン位置の信頼性を向上させることができる。
また、請求項３に係る発明によれば、シリンダの長手方向に直交するコア部の面積を増やすことが容易となる。コア部の面積が増えると磁束の数も増えるので、ピストンとシリンダとの相対位置を精度良く確実に検知することができる。
また、請求項４に係る発明によれば、作動流体がコア部に接触しないので、コア部は作動流体から圧力を受けず、作動流体の性状による影響が少ない。したがって、ピストンとシリンダとの相対位置をより精度良く検知することができ、ピストンの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るアクチュエータを示す概略断面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るアクチュエータのコイル部とコア部の関係を示す模式図である。
【図３】この発明の一実施形態に係るアクチュエータを用いたピストン変位とコイル部に発生する誘導電圧の関係を示すグラフである。
【図４】この発明の他の実施形態に係るアクチュエータを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１      アクチュエータ
２      シリンダ
３      ピストン
３２      コイル部
３３      コア部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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