(57)【要約】【課題】往復駆動源による往復運動の一方向運動を累積させて直動運動を作り出す従来のリニアアクチュェータでは、外力が作用する方向に駆動しようとした時に外力によって勝手に出力軸が動いてしまい、正確な位置決めをすることが困難であった。また、その楔契合部は、点接触により接触面圧が大きく耐久上のネックになり易く、線接触により面圧低減を図ると部品形状が複雑になり低コスト化を阻害するという問題があった。【解決手段】中間出力軸とこれによって駆動される最終出力軸とを設け、往復駆動源によって楔契合を介して中間出力軸を直動駆動し、その直動運動によって最終出力軸をロックしていた別の楔係合を解除したのちに中間出力軸で最終出力軸を駆動する構成とする。また、楔契合を構成する部品の形状を工夫して、全て回転体形状としながら互いに線接触を可能としたり、線接触の長さを大きくしたりした。【選択図】図１
2009118710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復駆動源と、これにより往復運動を行う往復運動部材と、該往復運動部材から駆動力を与えられて軸方向に移動する中間出力軸と、前記往復運動部材及び前記中間出力軸の間に構成された第一楔結合機構部と、前記中間出力軸を介して駆動力を与えられ軸方向に移動する最終出力軸と、該最終出力軸及び固定部材の間に構成された第二楔係合機構部とを有し、前記第二楔係合機構部は、前記最終出力軸に対する前記中間出力軸の相対的な微少変位を許容し、該最終出力軸に対する中間出力軸の相対的な微少変位によって前記最終出力軸が前記固定部材に対して前記相対的微少変位方向に移動可能となる構成であることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記中間出力軸と前記最終出力軸は、軸方向に所定のガタを有して連結され、前記中間出力軸が前記最終出力軸に対して前記所定のガタの範囲で微少な相対変位をしている間に、前記最終出力軸が前記固定部材に対して前記相対変位方向に移動可能となる構成であることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１及び請求項２に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記第一楔結合機構部は前記中間出力軸と共に軸方向に移動せず、前記第二楔係合機構部は前記最終出力軸と共に軸方向に移動することを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記第一楔結合機構部及び前記第二楔係合機構部は、いずれも、２部品間の一方向への相対運動をロックする楔係合と、前記一方向とは逆向きの他方向への２部品間の相対運動をロックする楔係合とを有し、それら２方向の楔係合のいずれか一方を阻止することで前記２部品間の片方の軸方向への相対運動のみを許容するワンウェイ機能を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項５】
請求項４に記載のリニアアクチュエータにおいて、
外部からの指令によって動作し、前記第一楔結合機構部の楔係合の一方を阻止する楔係合阻止アクチュエータ部を有することを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記楔係合阻止アクチュエータ部は、前記第一楔結合機構部における一方の楔係合を阻止し、他方の楔係合を許容する状態と、前記一方の楔係合を許容し、前記他方の楔係合を阻止する状態と、両方の楔結合を許容する状態の３つの状態を選択できる構成であり、外部からの動力供給を遮断した時に両方の楔結合を許容する状態となることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記第一楔結合機構部及び第２楔係合機構部以外の楔係合機構部を有しないことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項８】
請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記中間出力軸と前記固定部材との間に構成された第三楔係合機構部を有し、該第三楔係合機構部は、前記中間出力軸と前記固定部材の一方向への相対運動をロックする楔係合と、前記一方向とは逆向きの他方向への前記中間出力軸と前記固定部材の相対運動をロックする楔係合とを有し、それらの楔係合の一方は、外部からの指令によって動作する楔係合阻止アクチュエータ部にて阻止されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項９】
請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記第二楔結合機構部は、前記固定部材に形成された内周円筒面と前記最終出力軸に形成された軸方向傾斜面との間に、輪郭線に前記内周円筒面の半径と略同一の曲率半径を有する部分をもつ回転体の楔部材を配置し、前記軸方向傾斜面にもその傾斜方向に直角な断面の輪郭線として前記内周円筒面の半径と略同一の曲率半径を有する部分をもつことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記第二楔係合機構部は、前記固定部材に形成された内周円筒面と前記最終出力軸に形成された外周球面との間に、輪郭線に前記内周円筒面の半径と略同一の曲率半径を有する部分と前記外周球面の球半径と略同一の曲率半径を有する部分の両方をもつ回転体の楔部分を配置したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１に記載のリニアアクチュェータにおいて、
前記第一楔結合機構部は、前記往復動部材に形成された内周球面と前記最終出力軸に形成された外周円筒面との間に、輪郭線に前記内周球面の球半径と略同一の曲率半径を有する部分と前記外周円筒面の円筒半径と略同一の曲率半径を有する部分の両方をもつ回転体の楔部分を配置した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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用を初めとする各種機器の駆動源として活用されるリニアアクチュエータに係り、特に、軸方向の前後に駆動力を発生する往復駆動源で発生させた微小振幅の往復運動の一方向運動を累積させて直動運動を作り出すリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の変速ギアの組み合わせを切換えるためのシフトレバーを人手に代わって電動で駆動する自動変速装置（自動ＭＴ）や、エンジンのバルブのリフト量や開口期間を運転状態に応じて最適な状態にコントロールする可変動弁装置などの機器は、自動車の快適性向上と燃費改善の両立を実現するものであり、今後利用の拡大が期待されている。モータなどの回転駆動源により連続的に所定の動作を繰り返す他の一般的な機械とは異なり、それらの機器は周囲の状況に応じて最適位置に直接制御されるものであり、回転アクチュエータに代わって直動運動を出力とするリニアアクチュエータによって間欠的に駆動される場合が多い。
【０００３】
したがって、前述の機器全体の性能がそれを駆動するリニアアクチュエータに支配されることになる。例えば、高速で応答するリニアアクチュエータがあればこれを用いた機器も高速で機能することが出来、小型高推力のリニアアクチュエータがあればこれを組み込んだ機器全体もコンパクトにまとめることが出来る。自動車において刻々変化する車速やエンジン負荷などの運転状況の急変に対して、変速比やバルブ動作などの制御対象の制御遅れを最小にして常に最適な状態に維持するには、特に前記の高速応答という特性が重要である。
【０００４】
リニアアクチュエータとしては、従来、モータの回転運動からボールねじやウォームギアによって直動運動を作り出す構成のものが用いられてきたが、限られたモータトルクで直動の大推力を発生させるためには、モータを高速で回して出力を確保し、これを直動運動に変換する段階で減速して大推力を発生させるという考え方がとられている。したがって、直動の高速化を図るにはモータの高速回転化が必至となる。一方、リニアアクチュエータの高速性は、静止状態から所定のストロークだけ動くのに要する時間の短さで評価される。これは、従来のモータ駆動によるリニアアクチュエータでは、回転系を短時間で高速回転状態にする必要があるため、モータの出力が回転系の運動エネルギを増大させるのに消費されてしまうことを示している。言い換えると、リニアアクチュエータの始動時に大きな慣性抵抗が作用していると言える。従来タイプのリニアアクチュエータではこの慣性抵抗が高速化の障壁になると考えられる。
【０００５】
この高速化の障壁を回避する手段としては、磁歪素子や電磁石を用いて軸方向の前後に駆動力を発生する往復駆動源によって発生させた微小振幅の往復運動から一方向運動のみを累積させて直動運動を作り出すリニアアクチュエータが従来知られている。一般に、往復駆動源は微小な振幅しか得られないものの大きな推力を発生させることが出来るので、高速で往復運動させた後に減速して推力を拡大させる必要がなく、慣性抵抗が小さくなることが期待できる。
【０００６】
それらの事例として、特許文献１に記載されているように、一方の軸方向相対運動のみを許容する楔機構を用いて直動運動を発生させるものがある。これは、磁歪素子による微小な振幅の往復運動を行う往復運動部材を有し、これと直動運動を行う出力部材との間に一方の軸方向相対運動のみを許容する第１の楔機構を配し、更に前記出力部材と固定されたフレーム部材との間に一方の軸方向相対運動のみを許容する第２の楔機構を配し、その楔機構の組み合わせで往復運動の一方向運動を累積させて直動運動を発生させるものとして開示されている。この構成における楔機構は、駆動したい方向への出力部材の直動を許容し、駆動したい方向と逆方向への直動を阻止するものであり、出力部材を外力に抗して駆動する場合には、往復運動部材の微小振幅に対応した刻みの微小ストロークを累積させて直動運動を作り出すことが出来る。
【０００７】
一方、特許文献２には、モータの回転運動からボールねじによって直動運動を作り出す構成の従来のリニアアクチュエータ本体部に、リニアクラッチと称される機構を組み合わせたものが開示されている。リニアクラッチは、出力部材に作用する外力で出力部材が勝手に直動運動してしまうのを防止する機能を持っているものである。特許文献２では、外力の作用している出力部材をある制卸位置に静止させておくために前記の機能を活用し、その間のモータ負荷を緩和しモータ発熱や消費電力増大を回避することを目的としている。このリニアクラッチは、出力部材を外力の作用する方向に駆動する場合に外力によって出力部材が勝手に直動運動してしまうのを防止する機能も有していると推定される。
【特許文献１】特開２００５−３３９７８号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術によっては、リニアアクチュエータにより外力の作用している方向に出力軸を駆動する際に、外力の大きさによっては出力軸が勝手に直動運動してしまい、正確な位置制御ができない。また、特許文献２に記載の技術によっても、次に説明する理由でアクチュェータ本体部自体の正確な位置制御が困難となり、やはり外力の作用している方向に出力軸を駆動する際の正確な位置制御ができない。
【０００９】
即ち、特許文献２に記載の構成において、外力の作用している方向に出力軸の駆動を開始する際には、アクチュエータ本体部の直動の駆動力によって、まずリニアクラッチ部の楔係合を解除する必要がある。出力軸には楔部材との接触部より外力をロックするためにその外力に見合った大きな摩擦力が作用していなければならず、楔部材は出力軸と外側の固定部材であるガイド管に大きな接触力で挟まれている筈である。したがって、最初にリニアクラッチ部の楔係合を解除するには、前記の大きな接触力で挟まれた楔部材を摩擦抵抗に逆らって押し出してやらねばならず、アクチュエータ本体部のモータは大きなトルクを発生して大きな直動運動の駆動力を発生させなければならない。ところが、これによって楔係合が解除されると同時に出力軸を外力の作用している方向に駆動するための駆動力は必要なくなり、次の瞬間にはアクチュエータ本体部の駆動力が過大となって大きな速度で直動運動を開始する。そのため、小さな距離だけ直動運動させたくても、モータトルクを減少させて再びリニアクラッチで静止させるまでの間に、大きな距離を直動運動してしまうことが避けられない。すなわち、制御位置の分解能が粗くなってしまい、アクチュエータ本体部自体の正確な位置制御が困難となることで、やはり外力の作用している方向への出力軸の正確な位置制御ができなくなる。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、まず、これ等の従来のリニアアクチュエータ構成に共通している外力が作用する方向へ出力軸を駆動して正確な位置決めを行うことが困難であるという点であり、本発明はその正確な位置決めを実現できる構成を提供することを目的としている。
【００１１】
次に、特許文献２の「磁歪式アクチュエータ」に用いられている第１の楔機構や第２の楔機構、及び、特許文献１の「電動リニアアクチュエータ」に用いられているリニアクラッチは、楔部材として球体を用いている場合には楔係合時の部品間の接触形態が点接触となって大きなヘルツ応力が発生する構成となっており、楔部材としてローラを用いた場合には楔部材を介して楔契合する内外周の部品は多角柱や多角錐形状となって製造しにくい形状となっている。
【００１２】
本発明が解決しようとする次の課題は、前記の従来の楔機構においてはヘルツ応力の増大による耐久性低下と部品形状の制約による製造コストの上昇のいずれかが避けられないという点であり、本発明はヘルツ応力の低減と部品形状の単純化により耐久性向上と製造コストの低減を同時に実現できる楔機構を提供することを目的としている。
【００１３】
つまり本発明は、その楔機構を用いてリニアアクチュエータを構成し、外力が作用する方向へ出力軸を駆動しても正確な位置決めを実現できると同時に、耐久性に優れ低コストでもあるリニアアクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記課題を解決するため、第１に、往復駆動源と、これにより往復運動を行う往復運動部材と、該往復運動部材から駆動力を与えられて軸方向に移動する中間出力軸と、前記往復運動部材及び前記中間出力軸の間に構成された第一楔結合機構部と、前記中間出力軸を介して駆動力を与えられ軸方向に移動する最終出力軸と、該最終出力軸及び固定部材の間に構成された第二楔係合機構部とを有し、前記第二楔係合機構部は、前記最終出力軸に対する前記中間出力軸の相対的な微少変位を許容し、該最終出力軸に対する中間出力軸の相対的な微少変位によって前記最終出力軸が前記固定部材に対して前記相対的微少変位方向に移動可能となる構成であることを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によると、最終出力軸に対する中間出力軸の軸方向相対変位によって第二楔係合機構における一方の楔係合が阻止されてその楔係合が解除される。中間出力軸の相対変位で解除する構成例としては、中間出力軸で直接楔部材を楔係合状態から押し出す構成が考えられる。その場合、中間出力軸の変位によって楔部材が押し出されて解除される楔係合は、その時の中間出力軸の変位方向に向かって楔部材周囲の空間の半径方向寸法が大きくなる楔係合である。したがって、その楔係合は、最終出力軸が直動部材の変位方向に移動するのをロックしていた楔係合でもある。すなわち、請求項１の発明によれば、第一楔係合機構を介して中間出力軸を駆動すると、その方向のロックが解除されて最終出力軸が同方向に移動できる状態となる。ここまでは、最終出力軸に作用している外力の方向が前記中間出力軸の駆動方向と同じ方向であっても反対方向であっても共通である。この先の動作を異なる外力の方向毎に説明する。
【００１６】
まず、最終出力軸に作用している外力の方向が中間出力軸の駆動方向と反対の方向の場合を考える。この場合、ロックが解除されて最終出力軸が移動出来るようになった方向と逆方向に外力が作用しており、ロック解除直後の最終出力軸は第二楔係合機構における他の一方の楔係合によって外力方向の変位を阻止されて動かない。その後に中間出力軸が第一楔係合機構部を介して更に駆動されて最終出力軸に接触すると、中間出力軸が最終出力軸を押し、外力に逆らってこれを駆動する。両者は一体で事前にロックが解除されている方向に変位し、中間出力軸の位置決め精度と同じ精度で出力軸を位置決めすることが出来る。
【００１７】
次に、出力軸に作用している外力の方向が中間出力軸の駆動方向と同じ方向の場合を考える。この場合、最終出力軸の移動に対するロックが解除された方向に外力が作用しているので、最終出力軸は中間出力軸に駆動されなくても外力によってその方向に移動する。しかし、この最終出力軸の移動によって中間出力軸はロックを解除した時と逆方向に相対変位することになるので、一度解除されたロックが再び作用するようになる。この結果、最終出力軸はロックを解除する際の中間出力軸変位量に対応した微少量だけ外力方向に移動し、再びロックされて静止する。すなわち、最終出力軸は中間出力軸を介して往復駆動源に駆動されるのではないが、その変位は中間出力軸の変位に連動し、これと無関係に勝手に変位することは乃至たがつて、往復駆動源によって駆動される中間出力軸の位置決め精度で最終出力軸の位置決めを行うことができる。本発明における中間出力軸は、往復駆動源の振幅に応じた微小軸方向変位を累積させて直動運動を作るので、前記微小軸方向変位を分解能とした位置決めを行うことができる。したがって、往復駆動源の振幅を十分小さくすることで外力が作用する方向に出力軸を高精度で位置決めすることが出来る。
【００１８】
結局、請求項１の発明によれば、往復駆動装置と楔係合機構を用いて一方の軸方向変位のみを累積させて直動運動を作り出すリニアアクチュエータにおいて、外力に逆らう方向だけでなく外力の方向にも高精度の位置決めが可能となる。
【００１９】
本発明は、第２に、前記第１のリニアアクチュエータにおいて、前記中間出力軸と前記最終出力軸は、軸方向に所定のガタを有して連結され、前記中間出力軸が前記最終出力軸に対して前記所定のガタの範囲で微少な相対変位をしている間に、前記最終出力軸が前記固定部材に対して前記相対変位方向に移動可能となる構成であることを特徴とする。
【００２０】
この請求項２に記載の発明によれば、必ず中間出力軸によって駆動したい方向への最終出力軸ロックを解除してから中間出力軸が最終出力軸に接触してこれを駆動するようになる。この順序が逆になるとロック状態の最終出力軸によって中間出力軸の移動が阻止されてしまい、中間出力軸によって最終出力軸のロック解除が出来なくなる。請求項２に記載の発明は、これを回避して直動運動を確実に作り出すために機能する。
【００２１】
本発明は、第３に、前記第１及び第２のリニアアクチュエータにおいて、前記第一楔結合機構部は前記中間出力軸と共に軸方向に移動せず、前記第二楔係合機構部は前記最終出力軸と共に軸方向に移動することを特徴とする。
【００２２】
この請求項３に記載の発明によれば、第一楔係合機構部を中間出力軸と共に軸方向に移動しない楔係合機構とすることで、往復駆動源を固定部材とすることが可能になり、これへ電力などの動力を供給することが容易になる。また、第二楔係合機構部を最終出力軸と共に軸方向に移動する楔係合機構とすることで、直動運動を行う中間出力軸によって最終出力軸のロック解除を行わせることが常に可能になる。
【００２３】
本発明は、第４に、前記第１乃至第３のリニアアクチュエータにおいて、前記第一楔結合機構部及び前記第二楔係合機構部は、いずれも、２部品間の一方向への相対運動をロックする楔係合と、前記一方向とは逆向きの他方向への２部品間の相対運動をロックする楔係合とを有し、それら２方向の楔係合のいずれか一方を阻止することで前記２部品間の片方の軸方向への相対運動のみを許容するワンウェイ機能を有することを特徴とする。
【００２４】
この請求項４に記載の発明によれば、リニアアクチュエータを軸方向の前後両方向に駆動することが可能になる。
【００２５】
本発明は、第５に、前記第４のリニアアクチュエータにおいて、外部からの指令によって動作し、前記第一楔結合機構部の楔係合の一方を阻止する楔係合阻止アクチュエータ部を有することを特徴とする。
【００２６】
この請求項５に記載の発明によれば、リニアアクチュエータの駆動方向を選択して切換えることが可能になる。
【００２７】
本発明は、第６に、前記第５のリニアアクチュエータにおいて、前記楔係合阻止アクチュエータ部は、前記第一楔結合機構部における一方の楔係合を阻止し、他方の楔係合を許容する状態と、前記一方の楔係合を許容し、前記他方の楔係合を阻止する状態と、両方の楔結合を許容する状態の３つの状態を選択できる構成であり、外部からの動力供給を遮断した時に両方の楔結合を許容する状態となることを特徴とする。
【００２８】
この請求項６に記載の発明によれば、例えば動力源としての電源を切断しても中間出力軸を第一楔係合機構部によって両軸方向にロックして固定できる。第二楔係合機構部による最終出力軸の両軸方向のロックは、中間出力軸が相対的に移動して来ない限り解除されない。この結果、リニアアクチュエータを所定の位置に維持するための動力が不要になる。またその際の各楔係合部のガタが無くなり、振動などによって楔係合部に衝撃力が作用することも回避できる。
【００２９】
本発明は、第７に、前記第１のリニアアクチュエータにおいて、前記第一楔結合機構部及び第２楔係合機構部以外の楔係合機構部を有しないことを特徴とする。
【００３０】
この請求項７に記載の発明によれば、楔係合機構部として、第一及び第二の楔係合機構部のみを備えるので、外力が作用した場合にも、その方向に拘わらず高精度の位置決めが可能なリニアアクチュエータを必要最小限の楔係合機構部で構成することができ、低コスト化が図れる。
【００３１】
本発明は、第８に、前記第１のリニアアクチュエータにおいて、前記中間出力軸と前記固定部材との間に構成された第三楔係合機構部を有し、該第三楔係合機構部は、前記中間出力軸と前記固定部材の一方向への相対運動をロックする楔係合と、前記一方向とは逆向きの他方向への前記中間出力軸と前記固定部材の相対運動をロックする楔係合とを有し、それらの楔係合の一方は、外部からの指令によって動作する楔係合阻止アクチュエータ部にて阻止されることを特徴とする。
【００３２】
この請求項８に記載の発明によれば、往復運動部材から第一楔係合機構部を介して中間出力軸に作用する反駆動方向の摩擦力などによって中間出力軸が反駆動方向へ戻る可能性を第三楔係合機構部が完全に排除する。第三楔係合機構部を利用して中間出力軸の移動方向を一方向のみ許容することが出来るためである。請求項８に記載の発明により、リニアアクチュエータとしての応答速度低下要因を確実に排除出来る。
【００３３】
本発明は、第９に、前記第１のリニアアクチュエータにおいて、前記第二楔結合機構部は、前記固定部材に形成された内周円筒面と前記最終出力軸に形成された軸方向傾斜面との間に、輪郭線に前記内周円筒面の半径と略同一の曲率半径を有する部分をもつ回転体の楔部材を配置し、前記軸方向傾斜面にもその傾斜方向に直角な断面の輪郭線として前記内周円筒面の半径と略同一の曲率半径を有する部分をもつことを特徴とする。
【００３４】
この請求項９に記載の発明によれば、第二楔係合機構部における部品間の接触形態を点接触でなく全て線接触にすることが出来、耐久性を向上させることが出来る。
【００３５】
本発明は、第１０に、前記第１のリニアアクチュエータにおいて、前記第二楔係合機構部は、前記固定部材に形成された内周円筒面と前記最終出力軸に形成された外周球面との間に、輪郭線に前記内周円筒面の半径と略同一の曲率半径を有する部分と前記外周球面の球半径と略同一の曲率半径を有する部分の両方をもつ回転体の楔部分を配置したことを特徴とする。
【００３６】
この請求項１０に記載の発明によれば、第二楔係合機構部における部品間の接触形態を全て線接触として、点接触をなくすることが出来ると同時に、第二楔係合機構部の主要構成部品の形状を全て加工の容易な回転体形状とすることが可能になり、耐久性向上と低コスト化とを同時に実現することが出来る。
【００３７】
本発明は、第１１に、前記第１のリニアアクチュェータにおいて、前記第一楔結合機構部は、前記往復動部材に形成された内周球面と前記最終出力軸に形成された外周円筒面との間に、輪郭線に前記内周球面の球半径と略同一の曲率半径を有する部分と前記外周円筒面の円筒半径と略同一の曲率半径を有する部分の両方をもつ回転体の楔部分を配置したことを特徴とする。
【００３８】
この請求項１１に記載の発明によれば、第一楔係合機構部における部品間の接触形態を全て線接触として、点接触をなくすることが出来ると同時に、第一楔係合機構部の主要構成部品の形状を全て加工の容易な回転体形状とすることが可能になり、耐久性向上と低コスト化を同時に実現することが出来る。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、往復駆動装置と楔係合機構を用いて一方の軸方向変位のみを累積させて直動運動を作り出すリニアアクチュエータにおいて、外力に逆らう方向だけでなく外力の方向にもアクチュエータ自身の動作で最終出力軸の変位を指定することが可能となるので、外力の方向にも高精度の位置決めが出来るリニアアクチュエータを提供することができる。また、そのリニアアクチュエータを構成する直動の一方向クラッチ機構における接触面圧の低減と構成部品形状の単純化を同時に実現できるので、機器の高耐久化、小型化、低コスト化を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
〈実施例１〉
以下、本発明の実施例１に係るるリニアアクチュエータを図１乃至図１２により説明する。
【００４１】
図１は実施例１に係るリニアアクチュエータの側断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面、図４は図１のＣ−Ｃ断面、図４は図１のＤ−Ｄ断面である。図６乃至図８はいずれも実施例１において円周方向に配置された保持部材と駆動ローラの展開図であり、図６は出力軸を停止させた状態で保持する場合の保持部材位置を示す図、図７は出力軸を図１の右方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図、図８は出力軸を図１の左方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図である。図９は最終出力軸が外力に逆らって外力と反対方向に中間出力軸によって駆動されるメカニズムを説明する図であり、図１０は最終出力軸が中間出力軸の動きに連動しながら外力によって外力と同方向に駆動されるメカニズムを説明する図である。
【００４２】
図１において、往復駆動装置１は、磁歪素子２、コイル３などで構成されている。磁歪素子２の軸方向の一端（図の右側）は固定部材であるケーシング４に当接しており、他の一端は第１バネホルダ５、往復動部材６、第２バネホルダ７が皿バネ８により付勢されて当接している。皿バネ８は、第２バネホルダ７と固定部材であるリアエンド９の間に配置されて前記の付勢力を発生している。往復動部材６は、第１バネホルダ５と第２バネホルダ７によって軸方向に挟まれているが、半径方向には滑って移動することが可能である。この結果、往復動部材６は、コイル３への通電の断続に伴う磁歪素子２の伸縮によって軸方向に往復運動を行う。
【００４３】
固定部材であるリアエンド９とフロントエンド１０には、それぞれ内周円筒面を有する軸支持部９Ａ、１０Ａが形成されており、それらによって中間出力軸１１の外周円筒面１１Ａと最終出力軸１２の外周円筒面１２ａがそれぞれ軸方向に滑動可能な状態で半径方向に支持されている。中間出力軸１１は、中心部に穴部１１ｂが形成された中空軸であり、これに最終出力軸１２の一部が挿入されて十分スパンの長い第１嵌入部１２ｂと第２嵌入部１２ｃとで穴部１１ｂと嵌合している。また、第２嵌入部１２ｃには、スラスト伝達ピン１３が貫通して固定されており、その両端部は中間出力袖１１のスラスト伝達穴１１ｃの内部に所定の軸方向ガタを持って突出している。これらの構成により、中間出力軸１１と最終出力軸１２とは、前記の軸方向ガタだけ軸方向に相対変位する以外はほぼ一体の軸部材として振るまい、それぞれは軸支持部９ａ、１０ａにおいてそれぞれの一箇所が支持されているだけであるが全体として２箇所で半径方向に安定に支持されている。
【００４４】
往復動部材６に形成された内周球面６ａと外周円筒面１１ａの間には、図２及び図３に輪郭形状を示す駆動ローラ１４、１５が楔部材として組み込まれて第一楔係合機構部を形成している。駆動ローラ１４、１５は、図１に示される断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃの位置で内周球面６ａと外周円筒面１１ａの両方に較触するが、断面Ｂ−Ｂ、断面Ｃ−Ｃの位置が内周球面６ａの球心に対して軸方向に変位した位置であることにより楔係合を行う。内周球面６ａにおける駆動ローラ１４との接触位置と、駆動ローラ１５との接触位置はいずれも軸方向に傾斜しており、その傾斜方向は互いに逆方向である。一方、外周円筒面１１ａは、どこにおいても軸方向に傾斜のない非傾斜面である。駆動ローラ１４、１５は、軸方向に向かって半径方向隙間の変化する傾斜面と、非傾斜面に挟まれてそれぞれ楔係合し、中間出力軸１１が往復動部材６に対して一方の軸方向に相対変位するのをロックするが、そのロックする軸方向は互い逆である。すなわち、第一楔係合機構部は、両方の軸方向にロックできる楔係合構造を有している。駆動ローラ１４、１５の外周面の輪郭線は、それぞれ図２及び図３に示すように、内周球面６ａの大円半径と略同一の曲率半径を有する輪郭部分１４ａ、１５ａと、外周円筒面１１ａの軸直角断面半径と略同一の曲率半径を有する輪郭部分１４t、１５ｂとを有しており、それぞれの曲率半径部分が各々、略同一曲率の内周球面６ａと外周円筒面１１ａに実質的に線接触の形態で接触する。
【００４５】
図２及び図３に示すように、駆動ローラ１４、１５は、図１のＢ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面の各断面において、円周方向に３個ずつ配置されて組み込まれている。これらの駆動ローラ１４、１５は、保持部材１６によって、それらの所定の位置に配置される。図２及び図３に示す保持部材１６の円周方向規制部１６ａが３個のローラ１４と３個のローラ１５を円周方向に所定の間隔で配置する役目を果たしている。保持部材１６は、筒状の部材の軸方向一端からローラ１４を挿入する切欠部を三箇所形成し、それらの切欠部の間に軸方向他端からローラ１５を挿入する別の切欠部を三箇所形成したものである。各保持部材１６の６箇所の円周方向規制部１６ａの隣り合った２つは、図１に示される両側の軸方向規制部１６ｂによって連結され、全体として一体化されている。
【００４６】
保持部材１６の左側の軸方向規制部１６ｂには、連結ピン１７を介して磁性体で形成されたディスク１８が連結されている。ディスク１８のフロント側面に対向してコイルとコの字形状の磁性体より構成されるコイル部組１９がブラケット２０を介してリアエンド９に固定されており、ディスク１８のリア側面に対向して同様のコイル部組２１がやはりブラケット２０を介してリアエンド９に固定されている。またディスク１８はバネ２２によりストッパ部材２３を介してリア側に付勢され、バネ２４により直接フロント側にも付勢されている。ストッパ部材２３はディスク１８と共にバネ２２によってリア側に付勢されるが、その変位はストッパ部材２３がコイル部組１９に当接することで制限される。また、バネ２２はバネ２４に比べてより大きな付勢力を発生する仕様となっている。連結ピン１７とディスク１８とコイル部組１９、２１とストッパ部材２３とバネ２２，２４により楔係合阻止アクチュエータ部が形成され、後述するように保持部材１６を駆動して第一楔係合機構部における両方向の楔係合の一方を外部からの指令によって選択的に阻止する機能を果たす。駆動ローラ１４と第１バネホルダ５との間及び駆動ローラ１５と第２バネホルダ７との間には、ロックバネ２５が組み込まれており、各駆動ローラを楔係合させる方向に常に付勢している。
【００４７】
前記の楔係合阻止アクチュエータ部は、コイル部組１９にもコイル部組２１にも通電しない状態では、バネ２２の付勢力がバネ２４の付勢力よりも大きいため、ディスク１８は図１の左方向に移動しようとするが、ストッパ部材２３がコイル部組１９に当接するためその所定位置で静止する。この時、連結ピン１７を介してディスク１８と一体で連動する保持部材１６もそれ自身の所定の位置で静止する。図６においては、保持部材１６における左右の軸方向規制部１６ｂ間の軸方向距離Ｌを十分大きく設定し、各部品の軸方向位置精度を管理することで楔係合状態にある駆動ローラ１４，１５が、いずれも隣接する軸方向規制部１６ｂに接触せず、若干の間隔を有して左右の軸方向規制部１６ｂ間に収まっている。この時、駆動ローラ１４、１５はいずれも軸方向規制部１６ｂに阻止されずにロックバネ２５の付勢力により内周球面６ａと外周円筒面１１ａの間で楔係合状態となり、往復動部材６に対する中間出力軸１１の軸方向相対移動を両方向でロックする。
【００４８】
図７はコイル部組１９のみに通電してディスク１８を吸引し保持部材１６をフロント側に移動させた場合を示している。ここでは、コイル部組１９方向への磁気吸引力とバネ２４の付勢力の合計がバネ２２の付勢力よりも大きくなることで、ディスク１８がコイル部組１９の方向に吸引される。保持部材１６のフロント側への移動によって軸方向規制部１６ｂが駆動ローラ１４と接触して楔係合状態から押し出している（白矢印）。この状態では、軸方向規制部１６ｂと接触した駆動ローラ１４は、内周球面６ａと外周円筒面１１ａの間での楔係合を阻止され、軸方向規制部１６ｂとの間隔が図８の状態より更に大きくなった駆動ローラ１５は、内周球面６ａと外周円筒面１１ａの間で確実に楔係合を行える。この時、往復動部材６に対する中間出力軸１１の軸方向相対移動は、図１における右方向をロックされ、左方向への移動のみが許容されたワンウェイ状態となる。
【００４９】
図８はコイル部組２１のみに通電してディスク１８を吸引し保持部材１６をリア側に移動させた場合を示している。ここでは、コイル部組２１方向への磁気吸引力がバネ２２の付勢力に勝ることでディスク１８がコイル部組２１の方向に吸引される。保持部材１６のリア側移動によって軸方向規制部１６ｂが駆動ローラ１５と接触して楔係合状態から押し出している（白矢印）。この状態では、軸方向規制部１６ｂと接触した駆動ローラ１５は、内周球面６ａと外周円筒面１１ａの間での楔係合を阻止され、軸方向規制部１６ｂとの間隔が図８の状態より更に大きくなった駆動ローラ１４は、内周球面６ａと外周円筒面１１ａの間で確実に楔係合を行える。この時、往復働部材６に対する中間出力軸１１の軸方向相対移動は図１における左方向をロックされ、右方向への移動が許容されて、図９の場合と逆のワンウェイ状態となる。
【００５０】
最終出力軸１２に形成された外周球面１２ｄと軸方向固定部材２６に形成された内周円筒面２６ａとの間には、図４及び図５に輪郭形状を示す整流ローラ２７，２８が楔部材として組み込まれて第二楔係合機構部を形成している。軸方向固定部材２６は、そのフランジ部分２６ａが、ケーシング４とフロントエンド１０によって微小な隙間を有して挟まれており、軸方向には実質的に固定されているが、半径方向には動きを拘束されていない。整流ローラ２７，２８は、図１に示される断面Ｄ−Ｄの位置で外周球面１２ｄと内周円筒面２６ｂの両方に接触するが、断面Ｄ−Ｄの位置が外周球面１２ｄの球心に対して軸方向に変位した位置であることにより楔係合を行う。外周球面１２ｄにおける整流ローラ２７との接触位置と整流ローラ２８との接触位置は、いずれも軸方向に傾斜しており、その傾斜方向は互いに逆方向である。一方、内周円筒面２６ｂは、どこにおいても軸方向に傾斜していない非傾斜面である。
【００５１】
整流ローラ２７，２８は、軸方向に向かって半径方向隙間の変化する傾斜面と非傾斜面に挟まれてそれぞれ楔係合して最終出力軸１２が軸方向固定部材２６に対して一方の軸方向に相対変位するのをロックするが、そのロックする軸方向は互い逆である。すなわち第二楔係合機構部は両方の軸方向にロックできる楔係合を有している。整流ローラ２７，２８の外周面の輪郭線は、それぞれ図４及び図５に示すように、外周球面１２ｄの大円半径と略同一の曲率半径を有する輪郭部分２７ａ，２８ａと、内周円筒面２６ｂの軸直角断面半径と略同一の曲率半径を有する輪郭部分２７ｂ、２８ｂとを有しており、それぞれの曲率半径部分が各々、略同一曲率の外周球面１２ｄと内周円筒面２６ｂに実質的に線接触の形態で接触する。
【００５２】
整流ローラ２７，２８は、図１のＤ−Ｄ断面において、図４及び図５に示すように、円周方向に３個ずつ配置されて組み込まれている。これらの整流ローラ２７，２８は、中間出力軸１１に一体に形成されたローラ保持部によって、それらの所定の位置に配置される。ローラ保持部は図４及び図５に示に示される円周方向規制部１１ｄと、図１に示される軸方向規制部１１ｅとから形成されており、円周方向規制部１１ｄが３個の整流ローラ２７と３個の整流ローラ２８を円周方向に所定の間隔で配置する役目を果たしている。ローラ保持部は、中間出力軸１１端部の２重円筒部分に円周方向に配置された６個のポケットを加工することにより形成されている。軸方向現制部１１ｅは、整流ローラ２７，２８の軸方向に隣接した部分であり、図１のように最終出力軸１２に固定されたスラスト伝達ピン１３が中間出力軸１１のスラスト伝達穴１１ｃの中央位置近傍にある時、整流ローラ２７，２８のいずれとも隙間を有して接触せず、整流ローラ２７，２８がロックバネ２９によって軸方向に付勢され、外周球面１２ｄと内周円筒面２６ａの間で楔係合することを阻止しないように構成されている。この時、最終出力軸１２は、軸方向固定部材２６に対して左右の軸方向にロックされて動けない。また、この時の軸方向規制部１１ｅと整流ローラ２７との軸方向隙間及び軸方向規制部１１ｅと整流ローラ２８との軸方向隙間は、いずれもその時のスラスト伝達ピン１３とスラスト伝達穴１１ｃとの軸方向隙間より小さく設定してある。この結果、中間出力軸１１が最終出力軸１２に対して軸方向に相対変位すると、スラスト伝達穴１１ｃの側面がスラスト伝達ピン１３に接触して軸方向駆動力を伝達する前に、必ず軸方向規制部１１ｅが整流ローラ２７、２８の一方に接触してこれを押し出し、その楔係合を阻止するようになる。本実施例においては、中間出力軸１１が最終出力軸１２に対して図１の右方向に相対変位すると、まず軸方向規制部１１ｅが整流ローラ２８を押し出してその楔係合を解除する。整流ローラ２８による楔係合は、外周球面１２ｄと内周円筒面２６ａとの間の中間出力軸１１の相対変位方向である右方向に向かって半径方向隙間が増大する部分における楔係合であるので、中間出力軸１１の相対変位によって解除が可能である。また、その楔係合は最終出力軸１２が軸方向固定部材２６に対して中間出力軸１１の相対変位方向と同じ右方向に変位するのをロックしていた楔係合であるので、これが解除されることで最終出刀軸１２も中間出力軸１１の相対変位方向と同じ右方向に変位することが可能になる。同様にして、中間出力軸１１が最終出力軸１２に対して図１の左方向に相対変位すると、中間出力軸１１と最終出力軸１２とが直接接触する前にその方向のロックが解除され、最終出力軸１２も中間出力軸１１の相対変位方向と同じ左方向に変位することが可能になる。
【００５３】
以上の構成のリニアアクチュエータにおいて、まず中間出力軸１１が直動運動を発生し、これによって最終出力軸が直動運動を行うメカニズムを以下に説明する。
【００５４】
まず、中間出力軸１１が直動運動を行うメカニズムは次の通りである。コイル３の通電を断続せず、コイル部組１９にもコイル部組２１にも通電しない状態では、往復動部材６は静止した状態であり、これに対して両方向にロックされている中間出力軸１１は静止したままである。最終出力軸１２に外部から軸方向力が作用しても第二楔係合機構部によって遮断されて中間出力軸１１を動かすことはない。次に、コイル３の通電を断続しコイル部組２１のみに通電した状態では、往復動部材６が往復運動を行い、これに対する中間出力軸１１の軸方向相対移動は、図１における左方向をロックされ、右方向を許容された状態となる。このため、中間出力軸１１は往復動部材６が往路において右方向に移動している間は、これと共に右方向に移動し、往復動部材６が復路において左方向に移動している間は、相対運動が可能なために慣性力で右方向への移動を継続しようとする。その間、駆動ローラ１４との相対運動によって中間出力軸１１には、図の左方向の摩擦力が作用するが、最終出力軸１２に外部から作用する軸方向力は第二楔係合機構部によって遮断されて、中間出力軸１１には伝わらない。前記の摩擦力が慣性力に対して十分小さければ、中間出力軸１１は復路においても実際に右方向への移動を継続するか、左方向に方向転換したとしても、その左方向移動距離は往路における右方向移動距離に比べて小さくなる。この結果、往路と復路の合計により必ず右方向への移動を行う。最後に、コイル３の通電を断続しコイル部組１９のみに通電した状態では、前記において左右を交換した同様のメカニズムにより中間出力軸１１は必ず左方向への移動を行う。つまり、中間出力軸１１は外部からの指令により静止状態に保つことも、図１の右方向に駆動することも、図１の左方向に駆動することも出来る。
【００５５】
次に、中間出力軸１１の直動運動によって最終出力軸１２が直動運動を行うメカニズムは次の通りである。
【００５６】
コイル３の通電を断続せず、コイル部組１９にもコイル部組２１にも通電しない状態では、中間出力軸１１が静止したままであり、最終出力軸１２は第二楔係合機構部によって両方向にロックされて静止状態を維持する。
【００５７】
コイル３の通電を断続し、コイル部組２１のみに通電した状態での動作状況を、最終出力軸１２に作用している外力の方向が異なる２つのケースに分け、図９と図１０を用いて説明する。
【００５８】
図９はコイル３の通電断続とコイル部組２１のみへの通電によって中間出力軸１１が移動する右方向と逆の左方向に外力が作用している場合を示している。中間出力軸１１が右方向に移動することで、第二掛係合機構部の楔係合は、両方向ロックを示す図９（ａ）の状態から、一部の楔係合が解除されて最終出力軸１２の右方向移動が可能となった図９（ｂ）の状態にまず変化する。この時、外力が左方向に作用しているが、最終出力軸１２は第二楔係合機構部の解除されていない楔係合のおかげで左方向に動かされることはない。その後、中間出力軸１１のスラスト伝達穴１１ｃの内周面が最終出力軸１２に固定されたスラスト伝達ピン１３に接触し、外力に逆らって最終出力軸１２を駆動する図９（ｃ）の状態となる。これ以降、中間出力軸１１と最終出力軸１２は実質的に一体で右方向に駆動されるため、最終出力軸１２は微小振幅の累積により直動する中間出力軸１１と同じ位置決め精度で位置決めすることが出来る。
【００５９】
中間出力軸１１の位置決め精度は、往復駆動装置１の往復振幅を小さくすることで高精度にすることが出来るので、最終出力軸１２の位置決め精度も高精度にすることが可能である。
【００６０】
図１０はコイル３の通電断続とコイル部組２１のみへの通電によって中間出力軸１１が移動する右方向と同方向に外力が作用している場合を示している。中間出力軸１１が右方向に移動することで第二楔係台機構部の楔係合は両方向ロックを示す図１０（ａ）の状態から、一部の楔係合が解除されて最終出力軸１２の右方向移動が可能となった図１０（ｂ）の状態に変化するが、この部分は図９の場合と同じである。しかし、図１０では中間出力軸１１のスラスト伝達穴１１ｃの内周面が最終出力軸１２に固定されたスラスト伝達ピン１３に接触しなくても、図１０（ｂ）の状態から最終出力軸１２は外力によって右方向への移動を開始して図１０（ｃ）の状態となる。その結果、中間出力軸１１と最終出力軸１２の軸方向の相対的な位置関係は、第二楔係合機構部の楔係合が両方向ロックとなる図１０（ａ）の状態に戻り、最終出力軸１２は停止してそれ以上外力によって勝手に右方向に移動することはない。その間に最終出力軸１２が移動する距離は、図１０（ａ）の状態から図１０（ｂ）にかけて整流ローラ２８が楔係合状態から押し出された距離に等しく、中間出力１１の右方向移動量に等しい。すなわち、図１０のように外力の方向に最終出力軸を動かして位置決めする場合にも、その位置決め精度は中間出力１１の位置決め精度と同等になり、やはり高精度にすることが可能である。
【００６１】
図９と図１０から、外力の方向に無関係に最終出力軸を右方向に駆動して高精度な位置決めが可能であることが分かる。
【００６２】
コイル３の通電を断続しコイル部組１９のみに通電した状態では、コイル３の通電を断続しコイル部組２１のみに通電した場合のメカニズムの左右を交換した同様のメカニズムにより、外力の方向に無関係に最終出力軸を左方向に駆動しても高精度な位置決めが可能であることが容易に類推出来る。
【００６３】
結局、本実施例によれば、往復駆動源を用いて出力軸を直動駆動するリニアアクチュエータであって、外力に逆らって駆動する場合も外力の方向に駆動する場合も高精度の位置決めができるリニアアクチュエータが得られる。また、その重要な構成要素である楔係合機構における構成部品間の接触形態を面圧増大の抑制のため線接触として耐久性を確保し、前記構成部品形状を加工性に優れた回転体形状として低コスト化を実現できる。
【００６４】
〈実施例２〉
本発明の実施例２に係るリニアアクチュエータを、図１１乃至図１６により説明する。図１１は実施例２に係るリニアアクチュエータの側断面図、図１２は図１１における最終出力軸の外周凹面傾斜溝３２ｄの形状を説明するための外観図、図１３乃至図１６はそれぞれ図１１のＥ−Ｅ断面、Ｆ−Ｆ断面、Ｇ−Ｇ断面、Ｈ−Ｈ断面である。
【００６５】
実施例２は、実施例１における第一楔係合機構部と第二楔係合機構部の構成部品の形状だけを変更したものあり、その他の構成や機能は実施例１と共通である。以下、前記の変更点とその効果についてのみ説明する。
【００６６】
駆動ローラ３３、３４の外周輪郭は、実施例１では２種類の曲率半径の部分で構成されていたのに対して、往復動部材６の内周球面６ａの大円半径と略同一の曲率半径を有する単一の曲率半径部分で形成され、より単純な形状になっている。これに伴い中間出力軸３１の外周には、図１３及び図１４に示されるように、駆動ローラ３３，３４の各々が当接する各位置に中心軸と平行に伸びる外周凹面溝３１ａが形成してある。そして、その部分の図１３及び図１４に示された軸直角断面における曲率半径は、駆動ローラ３３，３４の外周輪郭の曲率半径と略同一にしてある。この結果、駆動ローラ３３，３４は、それぞれ、内周球面６ａとも外周凹面溝３１ａともローラの全幅に亘って実質的に線接触で接触することになり、実施例１の場合より更に第一楔係合機構部の接触面圧を抑制し、耐久性が向上する。
【００６７】
整流ローラ３６，３７の外周輪郭も、実施例１では２種類の曲率半径の部分で構成されていたのに対して、軸方向固定部材２６の内周円筒面２６ａの半径と略同一の曲率半径を有する単一の曲率半径部分で形成され、より単純な形状になっている。これに伴い、最終出力軸３２の外周には、図１５及び図１６に示されるように整流ローラ３６，３７の各々が当接する各位置に軸方向に傾斜した外周凹面傾斜溝３２ｄが形成してある。そして、その部分の図１５及び図１６に示された傾斜方向に直角な断面における曲率半径は、整流ローラ３６，３７の外周輪郭の曲率半径と略同一にしてある。この結果、駆動ローラ３６，３７は、それぞれ、内周円筒面２６ａとも外周凹面傾斜溝３２ｄともローラの全幅に亘って実質的に線接触で接触することになり、実施例１の場合より更に第二楔係合機構部の接触面圧を抑制し、耐久性が向上する。
【００６８】
このように実施例２によれば、各楔契合部の部品間接触面圧を更に低減して耐久性を向上させることができる。
【００６９】
〈実施例３〉
以下、本発明の実施例３に係るリニアアクチュエータを、図１７乃至図２０により説明する。
【００７０】
図１７は実施例３に係るリニアアクチュエータの側断面図で、図１８乃至図２０はいずれも実施例３において円周方向に配置された保持部材と駆動ローラの展開図で、保持器の位置の制御による出力軸の駆動方向切掛えを比較説明する図であり、図１８は出力軸を停止させた状態で保持する場合の保持部材位置を示す図、図１９は出力軸を図１７の右方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図、図２０は出力軸を図１７の左方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図である。
【００７１】
実施例３は実施例１及び実施例２に対して、第一楔係合機構部と第二楔係合機構部の他に第三楔係合機構部を設け、往復駆動装置としての磁歪素子２の代わりに電磁ソレノイドを用いていることが主な特徴である。以下、前記２つの実施例との相違点とその効果についてのみ説明する。
【００７２】
図１７において、往復駆動装置３８は、固定鉄心３９、フレーム４０、コイル４１、可動鉄心４２及び板バネ４３などで構成されている。可動鉄心４２には、板バネ４３と往復動部材４４とがナット４５により共締で固定されている。コイル４１への通電を断続することで、可動鉄心４２が固定鉄心３９との間の磁気吸引力と板バネ４３による復元力によって往復駆動され、往復動部材４４に往復動を与える。なお、実施例１や実施例２における往復駆動装置１のように、磁歪素子を用いた往復駆動装置と実施例３における往復駆動装置３８のように電磁ソレノイドを用いた往復駆動装置とを互いに入れ替えても、それぞれの実施例はほぼ同様の機能を発揮することができる。本発明においては、往復駆動装置を有することが必要であるが、その形式については拘らない。
【００７３】
中間出力軸４９の外周凹面溝４９ａと往復動部材４４の内周球面４４ｂの間には、駆動ローラ５０，５１や保持部材５４の円周方向規制部５４ａ、軸方向規制部５４ｂなどで第１楔係合機構部が構成されており、最終出力軸６８の外周球面６８ａと固定部材４８の内周円筒面４８ｅの間には整流ローラ６９，７０や中間出力軸４９の円周方向規制部（図示せず）や軸方向規制部４９ｃなどで第２楔係合機構部が構成されている。この第２楔係合機構部を中心とした中間出力軸４９と最終出力軸６８との連結構成は、実施例１や実施例２の場合と同様であり、外力が作用する方向の如何に関わらず中間出力軸４９の直動に連動して最終出力軸６８が直動するメカニズムも、実施例１や実施例２の場合と同様である。
【００７４】
実施例３においては、更に、中間出力軸４９の外周凹面溝４９ａと固定部材４８の内周球面４８ｂの間に、駆動ローラ５２，５３や保持部材５４の円周方向規制部５４ｃ、軸方向規制部５４ｄなどで第３楔係合機構部が構成されており、ここが実施例１や実施例２の場合と異なる点である。
【００７５】
実施例３における保持部材５４は、前記の円周方向規制部５４ａ，５４ｃ及び軸方向規制部５４ｂ，５４ｄが形成されていて、第１楔係合機構部の保持部材と第３楔係合機構部の保持部材を兼ねている。保持部材５４は、連結ピン５８によってスライド部材５９に固定されている。更に、スライド部材５９の右方向端部付近には磁性体で作られたディスク６０が固定されている。スライド部材５９は、また、付勢バネ６１により図中右方向に付勢されている。ディスク６０の左側には「コ」の字形の磁性体ケース６２のなかに収められたコイル６３が固定部材４８のノーズ部４８ｄに固定されており、コイル６３に通電することでディスク６０と磁性体ケース６２で磁気回路を形成し、ディスク６０を左方向に吸引することができる。
【００７６】
スライド部材５９の右方向には、スライド部材６４が配置されており、ディスク６０の右側には、「コ」の字形の磁性体ケース６５のなかに収められたコイル６６がノーズ部４８ｄに固定されている。スライド部材６４は、付勢バネ６１よりも大きな付勢力を持つ付勢バネ６７によって図中の左方向に付勢されているが、ノーズ部４８ｄに固定された磁性体ケース６５に当接して左方向への移動を制限される。コイル６６に通電することでディスク６６と磁性体ケース６５で磁気回路を形成し、ディスク６６を右方向に吸引することができる。
【００７７】
図１７は、前記のコイル６３にもコイル６６にも通電されていない状態を示している。この時、ディスク６０には磁気吸引力がどちらの軸方向にも作用しないので、スライド部材５９とスライド部材６４はそれらの付勢バネの力関係によって、その軸方位置が定められる。スライド部材５９とスライド部材６４は付勢バネ６１と付勢バネ６７によって反対方向から付勢され、互いに押付け合うが、付勢バネ６７の付勢力のほうが大きいため全体として左方向に移動し、スライド部材６４が磁性体ケース６５に当接して止まる。ディスク６０は、この時に磁性体ケース６２と磁性体ケース６５のほぼ中間位置に来るようにスライド部材５９に固定されている。
【００７８】
図１８はその時の保持部材５４と各駆動ローラ５０〜５３の位置関係を示している。図１８においては、第１楔係合機構部の駆動ローラ５０，５１と、これに隣接する軸方向規制部５４ｂとの間には、いずれも隙間が形成されており、駆動ローラ５０と駆動ローラ５１がいずれも外周凹面溝４９ａと内周球面４４ｂに接触して楔係合出来ることを示している。第３楔係合機構部の駆動ローラ５２，５３も、軸方向規制部５４ｄとの間に隙間が形成されており、外周凹面溝４９ａと内周球面４８ｂに接触して楔係合が出来る状態となっている。
【００７９】
コイル４１への通電の断続をしなければ、往復動部材４４は静止状態となる。更に、コイル６３にもコイル６６にも通電しなければ、中間出力軸４９はその静止状態の往復動部材４４に対して第１楔係合掛構部により両方向ロック状態となり、固定部材４８に対しても第３楔係合機構部により両方向ロック状態となる。この結果、中間出力軸４９は静止状態に保持される。
【００８０】
なお、中間出力軸４９を静止状態に保持するためには、図１８のように駆動ローラ５０〜５２の全てが隣接する軸方向規制部５４ｂあるいは軸方向規制部５４ｄとの間に隙間１６を有する必要は無く、中間出力軸４９の左方向の移動をロックする駆動ローラ５０，５２の少なくとも１つと、右方向の移動をロックする駆動ローラ５１，５３の少なくとも１つにおいて、軸方向規制部との間に隙間を有すれば良い。
【００８１】
コイル６３に通電すると、ディスク６０が磁性体ケース６２に接触するまで吸引されて左方向に移動し、保持部材５４と各駆動ローラ５０〜５３の位置関係は図１９のようになる。第１楔係合機構部においては、駆動ローラ５１が軸方向規制部５４ｂに接触して押し出され、楔係合が出来なくなって、中間出力軸４９が往復動部材４４に対して右方向にのみ相対移動出来る状態となる。第３楔係合機構部においても、駆動ローラ５３が軸方向規制部５４ｄに接触して押し出され、楔係合が出来なくなって、中間出力軸４９が固定部材４８に対して右方向にのみ相対移動が出来る状態となる。この状態でコイル４１への通電の断続すると、往復動部材４４が第１楔係合機構部を介して中間出力軸４９を間欠的に右方向へ駆動する。
【００８２】
その際に、第３楔係合機構部は、中間出力軸４９が往復動部材４４といっしょに左方向に戻るのを確実に阻止し、駆動したい右方向への移動量の一部が失われるのを防止する。
【００８３】
コイル６６に通電すると、保持部材５４と各駆動ローラ５０〜５３の位置関係は図２０のようになる。第１楔係合機構部においては、駆動ローラ５０が軸方向規制部５４ｂに接触して押し出され、楔係合が出来なくなって、中間出力軸４９が往復動部材４４に対して左方向にのみ相対移動出来る状態となる。第３楔係合機構部においても、駆動ローラ５２が軸方向規制部５４ｄに接触して押し出され、楔係合が出来なくなって、中間出力軸４９が固定部材４８に対して左方向にのみ相対移動が出来る状態となる。この状態でコイル４１への通電の断続すると、往復動部材４４が第１楔係合機構部を介して中間出力軸４９を間欠的に左方向へ駆動する。その際に、第３楔係合機構部は中間出力軸４９が往復動部材４４といっしょに右方向に戻るのを確実に阻止し、駆動したい左方向への移動量の一部が失われるのを防止する。
【００８４】
実施例１や実施例２においては、往復駆動装置の駆動周波数が小さく中間出力軸が直動し続けようとする慣性力が小さい場合や、直動方向が鉛直方向であり中間出力軸に大きな重力が作用する場合には、中間出力軸が逆戻りして駆動量の一部が失われる可能性を完全には排除できないが、実施例３では、第３楔除合機構部を有していることによって前記の中間出力軸４９の逆戻りをほぼ完全に排除できる。これに伴い、中間出力軸４９によって最終出力軸６８を効率的に駆動することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施例１に係るリニアアクチュエータの側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面である。
【図５】図１のＤ−Ｄ断面である。
【図６】実施例１に係るリニアアクチュエータの出力軸を停止させた状態で保持する場合の保持部材位置を示す図である。
【図７】実施例１に係るリニアアクチュエータの出力軸を図１の右方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図である。
【図８】実施例１に係るリニアアクチュエータの出力軸を図１の左方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図である。
【図９】最終出力軸が外力に逆らって外力と反対方向に中間出力軸によって駆動されるメカニズムの説明図である。
【図１０】最終出力軸が中間出力軸の動きに連動しながら外力によって外力と同方向に駆動されるメカニズムの説明図である。
【図１１】実施例２に係るリニアアクチュエータの側断面図である。
【図１２】実施例２に係るリニアアクチュエータの外周凹面傾斜溝の形状を示す説明図である。
【図１３】図１１のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】図１１のＦ−Ｆ断面図である。
【図１５】図１１のＧ−Ｇ断面図である。
【図１６】図１１のＨ−Ｈ断面図である。
【図１７】実施例３に係るリニアアクチュエータの側断面図である。
【図１８】実施例３に係るリニアアクチュエータの出力軸を停止させた状態で保持する場合の保持部材位置を示す図である。
【図１９】実施例３に係るリニアアクチュエータの出力軸を図１７の右方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図である。
【図２０】実施例３に係るリニアアクチュエータの出力軸を図１７の左方向に駆動する場合の保持部材位置を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…往復駆動装置、２…磁歪素子、３…コイル、４…ケーシング、５…第１バネホルダ、６…往復動部材、６ａ…内周球面、７…第２バネホルダ、８…皿バネ、９‥・リアエンド、９ａ…軸支持部、１０…フロントエンド、１０ａ…軸支持部、１１‥中間出力軸、１１ａ…外周円筒面、１１ｂ…穴部、１１ｃ…スラスト伝達穴、１１ｄ‥・円周方向規制部、１１ｅ…軸方向規制部、１２…最終出力軸、１２ａ…外周円筒面、１２ｂ…第１嵌入部、１２ｃ…第２嵌入部、１２ｄ‥・外周球面、１３…スラスト伝達ピン、１４・‥駆動ローラ、１４ａ…輪郭部分、１４ｂ…輪郭部分、１５…駆動ローラ、１５ａ…輪郭部分、１５ｂ…輪郭部分、１６…保持部材、１６ａ・‥円周方向規制部、１６ｂ…軸方向規制部、１７‥連結ピン、１８…ディスク、１９…コイル部組、２０…ブラケット、２１‥・コイル部組、２２‥・バネ、２３…ストッパ部材、２４…バネ、２５…ロックバネ、２６…軸方向固定部材、２６ａ…内周円筒面、２７…整流ローラ、２７ａ…輪郭部分、２７ｂ…輪郭部分、２８…整流ローラ、２８ａ…輪郭部分、２８ｂ…輪郭部分、２９…ロックバネ、３０…リアエンド、３０ａ…軸支持部、３１…中間出力軸、３１ａ…外周凹面溝、３１ｂ・‥穴部、３１ｃ…スラスト伝達穴、３１ｄ・‥円周方向規制部、３１ｅ…軸方向規制部、３２…最終出力軸、３２ａ・‥外周円筒面、３２ｂ…第１嵌入部、３２ｃ…第２嵌入部、３２ｄ…外周凹面傾斜溝、３３…駆動ローラ、３３ａ…輪郭部分、３４…駆動ローラ、３４ａ…輪郭部分、３５…保持部材、３５ａ…円周方向規制部、３５ｂ‥・軸方向規制部、３６…整流ローラ、３６ａ‥・輪郭部分、３７…整流ローラ、３７ａ…輪郭部分、３８…往復駆動装置、３９…固定鉄心、４０…フレーム、４１…コイル、４２…可動鉄心、４３…イタバネ、４４…往復動部材、４４ａ…リング部、４４ｂ…内周球面、４５…ナット、４６…ケーシング、４７…外周ナット、４８…固定部材、４８ａ…リング部、４８ｂ…内周球面、４８ｃ…穴部、４８ｄ…ノーズ部、４８ｅ…内周円筒面、４９…中間出力軸、４９ａ…外周凹面溝、４９ｂ…スラスト伝達穴、４９ｃ…軸方向規制部、５０…駆動ローラ、５１…駆動ローラ、５２…駆動ローラ、５３…駆動ローラ、５４…保持部材、５４ａ…円周方向規制部、５４ｂ…軸方向規制部、５４ｃ…円周方向規制部、５４＝ｄ…軸方向規制部、５５…ロックバネ、５６…ロックバネ、５７…ロックバネ、５８…連結ピン、５９…スライド部材、６０…ディスク、６１…付勢バネ、６２…磁性体ケース、６３…コイル、６４…スライド部材、６５…磁性体ケース、６６…コイル、６７…付勢レヾネ、６８…最終出力軸、６８ａ…外周球面、６９…整流ローラ、７０…整流ローラ、７１…スララスト伝達ピン、７２…ロックバネ
【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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