(57)【要約】【課題】出力軸を安全に停止できるリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】極歯群が中心孔の内周面に配列された筒状のステータアセンブリ６０と、外周面には極歯群に対向するマグネット７１が配置され、内周面には雌ねじ７３が配置され、ステータアセンブリ６０の中心孔に回転自在に収容されたロータ７０と、雄ねじ８１が形成された出力軸と、出力軸８０の移動方向を出力軸の長手方向に規制するストップピン８２と、ステータアセンブリ６０に固定され、ストップピン８２がロータ７０に接触しないように止めるストッパ１０３とを備える。【選択図】  図１
2004257497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線によって励磁される極歯群を持つステータヨークを有し、中心孔を持つ筒状をなし、該極歯群が中心孔の内周面に配列されたステータアセンブリと、
円筒状をなし、外周面には前記極歯群に所定の隙間を持って対向する複数の磁極を持つマグネットが配置され、内周面には螺旋状の雌ねじが配置され、前記ステータアセンブリの中心孔に回転自在に収容されたロータと、
棒状をなし、後端側の外周面には雄ねじが形成され、該後端側が前記ロータの中心孔に収納され、該雄ねじが前記雌ねじと螺合した出力軸と、
前記出力軸の先端側の外周面に突出して設けられ、前記ロータが回転することにより運動する該出力軸の移動形態と移動量を該出力軸の長手方向に規制するストップピンと、
前記ステータアセンブリに固定され、前記出力軸と共に移動する前記ストップピンが前記ロータに接触しないように止めるストッパと、
を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来のリニアアクチュエータを示す断面図である。
このリニアアクチュエータは、ステータアセンブリ１０と、ロータ２０と、エンドプレート３０と、出力軸４０と、ハウジング５０とを備えている。
ステータアセンブリ１０では、巻線１１が巻回されたボビン１２を挟んで対向するステータヨーク１３ａ，１３ｂにより、１つのステータが構成され、巻線１４が巻回されたボビン１５を挟んで対向するステータヨーク１６ａ，１６ｂにより、１つのステータか構成されている。
【０００３】
各ステータヨーク１３ａ，１３ｂには、櫛歯状の極歯が形成され、極歯が互い違いになるように、ステータヨーク１３ａ，１３ｂが合掌している。同様に、各ステータヨーク１６ａ，１６ｂにも、極歯が形成され、極歯が互い違いになるように、ステータヨーク１６ａ，１６ｂが合掌している。
【０００４】
巻線１１，１４は、各極歯を励磁するものである。２つのステータが背中合わせに合わされてステータアセンブリ１０が構成されている。ステータヨーク１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ及びボビン１２，１５が樹脂で固定され、ステータアセンブリ１０が概ね円筒状になっている。ステータアセンブリ１０の内周面に、ステータヨーク１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂの極歯群が配列されている。
【０００５】
ロータ２０は、ステータアセンブリ１０の中心孔に収納されている。ロータ２０も円筒状をなし、複数の磁極を有するロータマグネット２１と樹脂２２とで構成されている。ロータマグネット２１の外周面にある複数の磁極は、ステータアセンブリ１０の極歯と対向している。ロータ２０の中心孔の内周面には、雌ねじ２３が取付けられている。
【０００６】
筒状のステータアセンブリ１０の後端側には、ステータアセンブリ１０の中心孔を封止する樹脂製のエンドプレート３０が配置されている。エンドプレート３０のロータ２０側の面には凹部３１が形成され、玉軸受３２が取付けられている。玉軸受３２はロータ２０を回転自在に支持している。
【０００７】
ロータ２０の中心孔に棒状の出力軸４０の後端側が挿入されている。出力軸４０の後端側には、雄ねじ部４１が形成され、ロータ２０に取付けられた雌ねじ２３と螺合している。これにより、ロータ２０が回転すると、出力軸４０が軸方向に移動する。出力軸４０の先端側の外周面には、ストップピン２４が突設されている。ストップピン２４は、出力軸４０の回転を防止するものである。
【０００８】
円筒状のステータアセンブリ１０の先端側には、ハウジング５０が取付けられている。ハウジング５０には、孔５１が形成され、孔５１から出力軸４０の先端側が突出している。ハウジング５０には、孔５１に同軸の段差５２が形成されると共に、出力軸４０に沿った溝５３が形成されている。段差５２には、玉軸受５４が嵌め込まれている。玉軸受５４は、ロータ２０の先端側を回転自在に支持している。溝５３は、ストップピン２４が回転しないように規制すると同時に、出力軸４０の移動の移動形態と移動量を、出力軸４０の長手方向に制限する。
【０００９】
このような構成のリニアアクチュエータは、巻線１１，１４に電流を流すことにより、極歯が励磁され、その極歯と磁力で結合したロータマグネット２１がロータ２０を回転させる。雌ねじ２３と雄ねじ部４１は、ロータ２０の回転運動を出力軸４０の直線運動に変換し、ストップピン２４が出力軸４０の移動形態と移動量を、出力軸４０の長手方向に制限する。ロータ２０の回転方向により、出力軸４０は、例えば先端方向に直線的にまたは一回転以内でひねられて移動する。
リニアアクチュエータの出力軸４０は、距離が有限なストローク内で往復運動をする。出力軸４０は、所定の距離だけ先端側に移動して一旦停止し、ロータ２０の回転方向が変われば、後端側へ移動する。
【００１０】
しかしながら、このリニアアクチュエータでは、停止時に不具合が生じることがある。出力軸４０の雄ねじ４１は、出力軸４０の移動量を規制するために、出力軸４０の後端側に適当な長さだけ形成されている。
出力軸４０が移動してロータ２０の雌ねじ２３が雄ねじ４１の端部４１ａのところにくると、ロータ２０の回転が止まり、出力軸４０の移動も止まる。雌ねじ２３が雄ねじ４１の端部４１ａのところにきて出力軸４０が停止する場合には、その停止時の加速度によっては、雌ねじ２３が出力軸４０に噛み込むことがある。噛み込みの程度により、次に再び出力軸４０を動かすことができないという致命的な不具合になる。
【００１１】
これに対し、雄ねじ４１の長さを長くすると、ストップピン２４がロータ２０或いは玉軸受５４に当たって、出力軸４０の移動が停止することになる。この場合には、ストップピン２４の当接位置が、雄ねじ４１及び雌ねじ２３の有効径よりも、ロータ２０の回転中心から径方向に離れた場所になるので、次に出力軸４０を再び動かすときに、ロータ２０に大きな力がかかった状態でロータ２０を再度回転させることになる。よって、接触位置の径が大きくなった分、多大なトルクが必要になるという問題があり、出力軸４０の負荷が大きいときには、移動しないということもあった。
【００１２】
一方、次の特許文献１に示されたリニアアクチュエータも知られている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−３３５２２８号公報
【００１４】
特許文献１のリニアアクチュエータを図３の記号を用いて説明すると、特許文献１のリニアアクチュエータでは、ポイントストッパをエンドプレート３１に取付けている。ポイントストッパの先端は尖っており、出力軸４０の後端の中心を点で押さえて出力軸４０の後端側への移動を止めている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の図３のリニアアクチュエータは、雌ねじ２３の噛み込みが発生する危険性があった。これに対し、特許文献１のリニアアクチュエータでは、雌ねじ２３の噛み込みは発生しない。ところが、ポイントストッパの先端が尖っているために、何度も出力軸４０の後端が当接すると、摩耗したり損傷するおそれがあった。ポイントストッパが摩耗或いは損傷すると、出力軸４０の停止位置が変化し、リニアアクチュエータの出力軸４０の移動位置を正確に制御できなかった。
【００１６】
本発明は、出力軸の後退を安全に止めることができるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の観点に係るリニアアクチュエータは、巻線によって励磁される極歯群を持つステータヨークを有し、中心孔を持つ筒状をなし、該極歯群が中心孔の内周面に配列されたステータアセンブリと、円筒状をなし、外周面には前記極歯群に所定の隙間を持って対向する複数の磁極を持つマグネットが配置され、内周面には螺旋状の雌ねじが配置され、前記ステータアセンブリの中心孔に回転自在に収容されたロータと、棒状をなし、後端側の外周面には雄ねじが形成され、該後端側が前記ロータの中心孔に収納され、該雄ねじが前記雌ねじと螺合した出力軸と、前記出力軸の先端側の外周面に突出して設けられ、前記ロータが回転することにより運動する該出力軸の移動形態と移動量を該出力軸の長手方向に規制するストップピンと、前記ステータアセンブリに固定され、前記出力軸と共に移動する前記ストップピンが前記ロータに接触しないように止めるストッパと、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このような構成を採用したことにより、巻線により極歯を励磁すると、ロータが回転する。ロータが回転すると、螺合する雄ねじ及び雌ねじにより、出力軸が長手方向に移動する。ストップピンは、出力軸の回転を規制する。
ここで、出力軸がその後端の方向に移動しても、ステータアセンブリに取付けられたストッパは、ストップピンがロータに接触することを防止する。ストップピンは、ロータに当接しないので、ロータの回転運動の障害にはならない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図である。
【００２０】
このリニアアクチュエータは、ステータアセンブリ６０と、ステータアセンブリ６０に対して回転運動するロータ７０と、ロータ７０の回転運動が変換された直線運動をする出力軸８０とを備えている。
【００２１】
ステータアセンブリ６０では、巻線６１が巻回されたボビン６２を挟んで対向する一対のステータヨークにより、１つのステータ６３が構成され、巻線６４が巻回されたボビン６５を挟んで対向する一対のステータヨークにより、１つのステータ６６が構成されている。各ステータヨークには、櫛歯状の極歯が形成され、極歯が互い違いになるように、対をなすステータヨークが合掌している。巻線６１，６４は、各ステータ６３，６６の極歯を励磁するものである。
【００２２】
２つのステータ６３，６６が背中合わせに合わされてステータアセンブリ６０が構成されている。各ステータヨーク及びボビン６２，６５が、ヨーク支持部材６７によって不可分一体に支持され、ステータアセンブリ６０は、概ね円筒状をなしている。ヨーク支持部材６７は、樹脂の射出成形により、ステータアセンブリ６０と一体に形成されている。
ステータアセンブリ６０の中心孔に面する内周面に、極歯群が配列されている。ステータ６３の極歯は、ステータ６６の極歯に対して、２相駆動ができるように、適宜に位相がずらされている。
【００２３】
ロータ７０は、ステータアセンブリ６０の中心孔に収納されている。ロータ７０も円筒状をなし、複数の磁極を持つロータマグネット７１と、樹脂７２と、雌ねじ７３とで構成されている。ロータ７０の外周面に、複数の磁極を持つロータマグネット７１が配置され、これらの磁極がステータアセンブリ６０の極歯と対向している。ロータ７０の中心孔の内周面に、雌ねじ７３が樹脂の射出成形により取付けられている。
【００２４】
円筒状のステータアセンブリ６０の後端６０ｂ側には、ステータアセンブリ６０の中心孔を封止するエンドプレート９０が配置されている。エンドプレート９０は、ステータアセンブリ６０のヨーク支持部材６７を形成した樹脂で構成され、ステータアセンブリ６０と一体になっている。
【００２５】
エンドプレート９０のロータ７０側の面には、凹部９１が形成されている。凹部９１は、滑り軸受となり、凹部９１がロータ７０を回転自在に支持している。なお、エンドプレート９０の形状は変更可能である。エンドプレート９０の形状を、ボールベアリングが取付可能な形状とし、ボールベアリングをエンドプレート９０に取付け、そのボールベアリングでロータ７０を回転自在に支持するようにしてもよい。
ロータ７０の中心孔に、棒状の出力軸８０の後端８０ｂ側が挿入されている。出力軸８０の後端８０ｂ側には、雄ねじ８１が形成され、雄ねじ８１がロータ７０に取付けられた雌ねじ７３と螺合している。出力軸８０の先端８０ａ側には、ストップピン８２が突出して形成されている。これらにより、ロータ７０が回転すると、出力軸８０が軸方向、つまり、長手方向に直線的に、又は、一回転以内でひねられて運動する。
【００２６】
ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側には、ステータアセンブリ６０に固定された円筒状のフロント部１００が設けられている。フロント部１００は、ヨーク支持部材６７と同じ射出成形工程で形成され、樹脂で構成されている。フロント部１００の内径は、円筒状のステータアセンブリ６０の内径よりも大きく、フロント部１００の内周面には、玉軸受１０１が嵌入されている。玉軸受１０１の内輪には、ロータ７０を支える樹脂７２が嵌合し、その中心孔には、出力軸８０が移動自在に挿通されている。出力軸８０の先端８０ａ側が、フロント部１００から突出している。
【００２７】
フロント部１００の先端には、円盤状のストッパ１０３が取付けられている。ストッパ１０３は、ストップピン８２がロータ７０に接触するのを止めるものである。ストッパ１０３と玉軸受１０１の内輪との間には、隙間が設けられ、ロータ７０の回転運動を妨げないようになっている。
【００２８】
ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側には、ハウジング１１０が被せられている。ハウジング１１０には、中心孔１１１が形成されており、その中心孔１１１から出力軸８０の先端８０ａが突出し、ハウジング１１０が、フロント部１００の外周面とストッパ１０３の先端側、つまり、出力軸８０の先端８０ａを向く面とを、封止している。ハウジング１１０の内周面には、出力軸８０の長手方向に沿う溝１１２が形成され、ストップピン８２が溝１１２をガイドとして移動する。ハウジング１１０は、取付金具１１４等でステータアセンブリ６０に係止されている。
【００２９】
次に、図１のリニアアクチュエータの動作を説明する。
巻線６１，６４に電流を流し、ステータヨークのもつ極歯を励磁すると、極歯とロータマグネット７１との間の磁力によって、ロータ７０が回転する。ロータ７０が回転すると、雌ねじ７３に螺合した雄ねじ８１により、出力軸８０が長手方向に移動する。ここで、ストップピン８２は、溝１１２に沿って動き、出力軸８０の回転を規制する。
【００３０】
ロータ７０の回転方向によっては、ストップピン８２がロータ７０側に移動する。ストップピン８２は、ストッパ１０３に当接すると止まり、出力軸８０の移動が停止する。
【００３１】
以上のように、本実施形態のリニアアクチュエータでは、ストッパ１０３を設け、ロータ７０側へ移動するストップピン８２を、ストッパ１０３により止めるようにしている。そのため、出力軸８０の移動を確実に止めることができ、雌ねじ７３が出力軸８０に噛み込むことがない。また、ストッパ１０３は、ストップピン８２と直線的に当たるだけなので、先端が尖っている必要がなく、摩耗しにくく、損傷する可能性も少ない。よって、リニアアクチュエータの出力軸の位置を安定して制御できる。さらに、ロータ７０に余分な力がかかったまま停止しないので、次にロータ７０を回転させるときにも、トルクが重くなることがない。又、ハウジング１１０の溝１１２をひねらせれば、出力軸８０に、ひねりが加わった直線運動をさせることができる。
【００３２】
［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図であり、図１中の要素と共通する要素には、共通の符号を付している。
前記第１の実施形態では、ロータ７０の後端７０ｂを滑り軸受で支持し、ロータ７０の先端７０ａ側を玉軸受１０１で支持していたが、本実施形態のリニアアクチュエータは、玉軸受と滑り軸受の場所を入れ替えている。
【００３３】
図２のリニアアクチュエータは、第１の実施形態と同様のステータアセンブリ６０及びロータ７０を備えている。
ステータアセンブリ６０の後端６０ｂ側には、ステータアセンブリ６０の中心孔を封止する樹脂製のエンドプレート１２０が形成されている。エンドプレート１２０は、ヨーク支持部材６７になっている。
【００３４】
エンドプレート１２０のロータ７０側の面には、凹部１２１が形成されている。凹部１２１には、玉軸受１２２が取付けられている。玉軸受１２２は、ロータ７０の後端７０ｂを回転自在に支持している。
ロータ７０の中心孔には、第１の実施形態と同様の出力軸８０が挿入されている。
【００３５】
ステータアセンブリ６０の先端６０ａには、ステータアセンブリ６０の先端６０ａ及びロータ７０の先端７０ａ側を封止するハウジング１３０が取付けられている。ハウジング１３０には、中心孔が形成され、出力軸８０の先端８０ａ側がその中心孔から突出している。ハウジング１３０には、筒状の滑り軸受１４０が組込まれ、滑り軸受１４０がロータ７０の先端７０ａを回転自在に支持している。
【００３６】
滑り軸受１４０の中心孔を出力軸８０が移動自在に挿通されている。滑り軸受１４０の内周面には、出力軸８０の軸方向に沿う溝１４１が形成されている。溝１４１をガイドとしてストップピン８２が移動する。溝１４１の端部が、ストップピン８２の移動を止めるストッパ１４２となる。
【００３７】
出力軸８０が挿入され、ハウジング１３０が取付けられているリニアアクチュエータに、フロントプレート１５０等が取付けられている。
このリニアアクチュエータの基本的動作は、第１の実施形態と同様であり、ロータ７０を回転させることにより、出力軸８０がストップピン８２と共に移動する。
【００３８】
ここで、ストップピン８２は、溝１４１に沿って動き、出力軸８０が回転するのを規制する。ロータ７０の回転方向によっては、ストップピン８２がロータ７０側に移動する。ストップピン８２は、ストッパ１４２に当接すると止まり、出力軸８０の移動が停止する。
【００３９】
以上のように、本実施形態のリニアアクチュエータでは、滑り軸受１４０にストッパ１４２を設け、ロータ７０側へ移動するストップピン８２を、ストッパ１４２で止めるようにしている。そのため、出力軸８０の移動を確実に止めることができ、雌ねじ７３が出力軸８０に噛み込むことがない。また、ストッパ１４２は、ストップピン８２と直線的に当たるだけなので、先端が尖っている必要がなく、摩耗しにくく、損傷する可能性も少ない。よって、リニアアクチュエータの出力軸の位置を安定して制御できる。さらに、ロータ７０に余分な力がかかったまま停止しないので、次にロータ７０を回転させるときにも、トルクが重くなることがない。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ステータアセンブリに固定され、ストップピンがロータに接触しないように止めるストッパを設けたので、ねじの噛み込みはなく、出力軸の移動を止めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す断面図である。
【図３】従来のリニアアクチュエータを示す断面図である。
【符号の説明】
６０            ステータアセンブリ
６１，６４      巻線
６３，６６      ステータ
６７            ヨーク支持部材
７０            ロータ
７１            ロータマグネット
７３            雌ねじ
８０            出力軸
８１            雄ねじ
８２            ストップピン
１０１          玉軸受
１１０，１３０  ハウジング
１０３，１４２  ストッパ
１４０          滑り軸受
【図１】
2004257497.tif 000003
【図２】
2004257497.tif 000004
【図３】
2004257497.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月29日(2003.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
しかしながら、このリニアアクチュエータでは、停止時に不具合が生じることがある。出力軸４０の雄ねじ４１は、出力軸４０の移動量を規制するために、出力軸４０の後端側に適当な長さだけ形成されている。
出力軸４０が移動してロータ２０の雌ねじ２３が雄ねじ４１の端部４１ａのところにくると、ロータ２０の回転が止まり、出力軸４０の移動も止まる。このように、雌ねじ２３が雄ねじ４１の端部４１ａのところにきて出力軸４０が停止する場合、その停止直前の慣性力の大きさによっては、雌ねじ２３が出力軸４０に噛み込むことがある。噛み込みの程度により、次に再び出力軸４０を動かすことができないという致命的な不具合になる。


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004257497.tif 000006