JP2021085467A - Linear motion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直動装置に関する。 The present invention relates to a linear motion device.
例えば、下記特許文献１には、直動装置が記載されている。直動装置は、直線運動及び回転運動の一方の運動を他方の運動に変換する機能を備える。
For example,
また、下記特許文献２には、制振装置が記載されている。この制振装置は、直動装置及びダンパーを備える。この制振装置において、例えば、建物の上下方向の直線運動（つまり、縦振動）を、回転運動に変換するための装置として、直動装置が用いられている。この直動装置は、雄ネジ部を有するシャフト、及び前記雄ネジ部に螺合した雌ネジ部を有するナットから構成されている。前記シャフトの一端が建物に接続される。また、前記ナットが、上下方向に移動不能であり、且つその中心軸のまわりに回転可能なように支持されている。建物が振動（縦振動）すると、シャフトがナットに対して上下方向に移動する。このシャフトの上下運動が、ナットの回転運動に変換される。 Further, the following Patent Document 2 describes a vibration damping device. This vibration damping device includes a linear motion device and a damper. In this vibration damping device, for example, a linear motion device is used as a device for converting a linear motion (that is, longitudinal vibration) in the vertical direction of a building into a rotary motion. This linear motion device is composed of a shaft having a male screw portion and a nut having a female screw portion screwed into the male screw portion. One end of the shaft is connected to the building. Further, the nut is supported so as to be immovable in the vertical direction and rotatable around its central axis. When the building vibrates (longitudinal vibration), the shaft moves up and down with respect to the nut. The vertical movement of this shaft is converted into the rotational movement of the nut.
ダンパーは、ナットの回転に連動して回転する複数の円板と、前記複数の円板を収容する筒状のケースを備える。ケース内には、磁気粘性流体が充填されている。ケースの外周に、電線（マグネットワイヤ）が巻きまわされて、コイルが形成されている。コイルに電力が供給されていない状態では、磁気粘性流体の見かけの粘度が比較的低い。そのため、磁気粘性流体は、前記複数の円板の回転運動に対してあまり影響を与えない。つまり、この状態では、前記複数の円板の回転運動に対する抵抗力（減衰力）が比較的低い。一方、コイルに電力が供給されている状態では、ケース内を通る磁界が形成され、磁気粘性流体の見かけの粘度が比較的高い。そのため、前記複数の円板の回転運動に対する抵抗力（減衰力）が比較的高い。すなわち、シャフトの上下運動を抑制する力が生じている。これにより、建物の振動（振幅）が減衰される。 The damper includes a plurality of disks that rotate in conjunction with the rotation of the nut, and a tubular case that accommodates the plurality of disks. The case is filled with ferrofluid. An electric wire (magnet wire) is wound around the outer circumference of the case to form a coil. When no power is supplied to the coil, the apparent viscosity of the ferrofluid is relatively low. Therefore, the ferrofluid does not have much influence on the rotational motion of the plurality of disks. That is, in this state, the resistance force (damping force) to the rotational movement of the plurality of disks is relatively low. On the other hand, when power is supplied to the coil, a magnetic field is formed in the case, and the apparent viscosity of the ferrofluid is relatively high. Therefore, the resistance force (damping force) to the rotational movement of the plurality of disks is relatively high. That is, a force for suppressing the vertical movement of the shaft is generated. As a result, the vibration (amplitude) of the building is attenuated.
（発明が解決しようとする課題）
上記のように、特許文献２では、前記ナットに対する前記シャフトの直線運動を抑制する機構（ナットの回転運動に抵抗力を付与するダンパー）が直動装置の外部に設けられている。したがって、特許文献２の制振装置の部品点数が多く、制振装置全体としての寸法（製品サイズ）が大きい。
(Problems to be solved by the invention)
As described above, in Patent Document 2, a mechanism for suppressing the linear motion of the shaft with respect to the nut (a damper for imparting a resistance force to the rotational motion of the nut) is provided outside the linear motion device. Therefore, the number of parts of the vibration damping device of Patent Document 2 is large, and the size (product size) of the vibration damping device as a whole is large.
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、シャフト及びナットを備えた直動装置であって、前記ナットに対する前記シャフトの直線運動を抑制する機能を備えた直動装置を提供することにある。 The present invention has been made to address the above problems, and an object of the present invention is a linear motion device including a shaft and a nut, which has a function of suppressing a linear motion of the shaft with respect to the nut. Is to provide.
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明に係る直動装置は、雄ネジ部を有するシャフトと、前記シャフトの雄ネジ部に螺合された雌ネジ部を有するナットと、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部との螺合部に充填された磁気粘性流体と、前記シャフトと前記ナットの螺合部に磁界を印加する磁界印加装置と、を備える。
(Means to solve problems)
In order to achieve the above object, the linear motion device according to the present invention includes a shaft having a male screw portion, a nut having a female screw portion screwed into the male screw portion of the shaft, the male screw portion and the above. A magnetic viscous fluid filled in a screwed portion with a female screw portion and a magnetic field applying device for applying a magnetic field to the screwed portion between the shaft and the nut are provided.
本発明の一態様において、前記磁界印加装置は、電磁石を備える。 In one aspect of the present invention, the magnetic field applying device includes an electromagnet.
上記のように構成された直動装置において、磁界印加装置による磁界が螺合部に印加されていない状態では、磁気粘性流体の粘度は比較的低く、ナットに対するシャフトの直線運動が許容される。その際、磁気粘性流体は、潤滑材として機能する。 In the linear motion device configured as described above, when the magnetic field by the magnetic field applying device is not applied to the screwed portion, the viscosity of the ferrofluid is relatively low, and the linear motion of the shaft with respect to the nut is allowed. At that time, the ferrofluid functions as a lubricant.
一方、磁界印加装置により，螺合部に磁界が印加されている状態では、螺合部に充填された磁気粘性流体の見かけの粘度が高められている。ここで、螺合部において、雄ネジ部のネジ山の表面と、雌ネジ部のネジ山の表面とが対向している。これらのネジ山は、らせん状を呈するため、前記対向しているネジ山の表面積が比較的大きい。このような対向面積の大きな部位の間に充填された磁気粘性流体の粘度が高められることにより、雄ネジ部のネジ山の表面に対し、雌ネジ部のネジ山の表面をずらすように移動させる力（つまり、ナットを回転させる力）に対する抵抗力（ずり応力）が高められる。よって、シャフトに対してナットが回転し難くなる。言い換えれば、ナットに対するシャフトの直線運動が抑制される。 On the other hand, when a magnetic field is applied to the screwed portion by the magnetic field applying device, the apparent viscosity of the ferrofluid filled in the screwed portion is increased. Here, in the screwed portion, the surface of the thread of the male threaded portion and the surface of the threaded thread of the female threaded portion face each other. Since these threads have a spiral shape, the surface area of the opposing threads is relatively large. By increasing the viscosity of the magnetically viscous fluid filled between the portions having such a large facing area, the surface of the thread of the female thread is moved so as to be displaced from the surface of the thread of the male thread. The resistance (screw stress) to the force (that is, the force to rotate the nut) is increased. Therefore, it becomes difficult for the nut to rotate with respect to the shaft. In other words, the linear motion of the shaft with respect to the nut is suppressed.
上記のように、従来の直動装置は、ナットに対するシャフトの直線運動を抑制する機能を備えていない。したがって、製品（例えば、ブレーキ装置）の構成部品として前記従来の直動装置を採用した場合には、直動装置のナットに対するシャフトの直線運動を抑制する抑制装置が別途必要になる場合がある。その場合、前記製品全体としての部品点数が多く、前記製品の小型化を実現することが困難である。これに対し、本発明に係る直動装置自体が、ナットに対するシャフトの直線運動を抑制する機能を備えている。よって、前記製品において、前記従来の直動装置に代えて本発明に係る直動装置を採用すれば、部品点数が少なく、小型な製品を実現し易い。 As described above, the conventional linear motion device does not have a function of suppressing the linear motion of the shaft with respect to the nut. Therefore, when the conventional linear motion device is adopted as a component of a product (for example, a brake device), a suppressor device for suppressing the linear motion of the shaft with respect to the nut of the linear motion device may be required separately. In that case, the number of parts of the product as a whole is large, and it is difficult to realize miniaturization of the product. On the other hand, the linear motion device itself according to the present invention has a function of suppressing the linear motion of the shaft with respect to the nut. Therefore, if the linear motion device according to the present invention is adopted in the product instead of the conventional linear motion device, the number of parts is small and it is easy to realize a small product.
また、本発明の他の態様において、前記磁界印加装置は、永久磁石を備え、前記電磁石は、前記永久磁石によって形成される磁界を構成する磁力線とは反対方向の磁力線からなる磁界を形成する。 Further, in another aspect of the present invention, the magnetic field applying device includes a permanent magnet, and the electromagnet forms a magnetic field composed of magnetic lines of force in a direction opposite to the magnetic field lines forming the magnetic field formed by the permanent magnet.
この構成において、ナットに対するシャフトの直線運動を許容する際、永久磁石によって形成された磁界を打ち消すような磁界が発生されるように、電磁石への電力供給を制御すればよい。この状態では、磁気粘性流体の見かけの粘度が低く、ナットに対するシャフトの直線運動が許容される。 In this configuration, when allowing linear motion of the shaft with respect to the nut, the power supply to the electromagnet may be controlled so that a magnetic field that cancels the magnetic field formed by the permanent magnet is generated. In this state, the apparent viscosity of the ferrofluid is low and linear motion of the shaft with respect to the nut is allowed.
一方、ナットに対するシャフトの直線運動を抑制する際、電磁石への電力供給を遮断（又は減少）すればよい。これにより、主に、永久磁石の磁界が螺合部に印加されて、磁気粘性流体の見かけの粘度が高められ、ナットに対するシャフトの直線運動が抑制される。これによれば、ナットに対するシャフトの直線運動を抑制した状態において、電磁石への電力供給を遮断（又は低減）することができるので、直動装置の消費電力を低減できる。 On the other hand, when suppressing the linear motion of the shaft with respect to the nut, the power supply to the electromagnet may be cut off (or reduced). As a result, the magnetic field of the permanent magnet is mainly applied to the screwed portion, the apparent viscosity of the ferrofluid is increased, and the linear motion of the shaft with respect to the nut is suppressed. According to this, the power supply to the electromagnet can be cut off (or reduced) in a state where the linear motion of the shaft with respect to the nut is suppressed, so that the power consumption of the linear motion device can be reduced.
以下、本発明の一実施形態に係る直動装置１を、ブレーキ装置ＢＡに適用した例について説明する。ブレーキ装置ＢＡは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、回動軸ＤＳのまわりに回転するディスクＤの盤面に、パッドＰの盤面を押し当てて、ディスクＤの回転速度を減少させる。また、ブレーキ装置ＢＡは、静止している盤面に、パッドＰの盤面を押し当てて、ディスクＤの静止状態を維持する。
Hereinafter, an example in which the
ブレーキ装置ＢＡは、フレームＦＲ、直動装置１、パッドＰ、サーボモーターＳＭ、制御装置ＣＴ及び電力供給装置ＰＧを備える（図１Ａ、図１Ｂ及び図２参照）。
The brake device BA includes a frame FR, a
フレームＦＲは、支持板ＳＢを有する。支持板ＳＢは、長方形の板状部材である。以下の説明において、支持板ＳＢの長辺の延設方向を前後方向と呼び、短辺の延設方向を左右方向と呼ぶ。また、支持板ＳＢの板厚方向を上下方向と呼ぶ。なお、図１Ａ，図１Ｂ及び図２において、「＋Ｘ」が「前方」を表し、「−Ｘ」が「後方」を表す。また、同図において、「＋Ｙ」が「左方」を表し、「―Ｙ」が「右方」を表す。また、同図において、「＋Ｚ」が「上方」を表し、「―Ｚ」が「下方」を表す。また、フレームＦＲは、後述する直動装置１及びサーボモーターＳＭを支持板ＳＢに固定するためのブラケットＢ１,Ｂ１、支持台ＳＴ,ＳＴ、及びブラケットＢ２を含む。
The frame FR has a support plate SB. The support plate SB is a rectangular plate-shaped member. In the following description, the extending direction of the long side of the support plate SB is referred to as the front-rear direction, and the extending direction of the short side is referred to as the left-right direction. Further, the plate thickness direction of the support plate SB is referred to as a vertical direction. In FIGS. 1A, 1B and 2, "+ X" represents "front" and "-X" represents "rear". Further, in the figure, "+ Y" represents "left" and "-Y" represents "right". Further, in the figure, "+ Z" represents "upper" and "-Z" represents "lower". Further, the frame FR includes brackets B1 and B1 for fixing the
直動装置１は、サーボモーターＳＭの出力軸の回転運動を、ディスクＤに対するパッドＰの進退運動（直線運動）に変換する。
The
直動装置１は、シャフト１０、ナット２０、シール３０、電磁石４０及び歯車５０を備える（図２参照）。シャフト１０は、前後方向に延設されている（図３参照）。シャフト１０の延設方向に垂直な断面は円形を呈する。シャフト１０の延設方向における前部１０ａ及び後部１０ｂを除く中間部１０ｃの外周面に、前後方向に延びる雄ネジ部ＭＳが形成されている。雄ネジ部ＭＳは、多条ネジである。すなわち、雄ネジ部ＭＳは、シャフト１０の周方向にずれた複数（例えば、８条）の螺旋状のネジ山から構成されている。
The
前部１０ａ及び後部１０ｂには、中間部１０ｃに設けられているようなネジ山は設けられていない。前部１０ａ及び後部１０ｂの外周面に、前後方向に延びるキー溝Ｇａ,Ｇｂが設けられている。後述するように、キー溝Ｇａ,Ｇｂに、前後方向に延びるキーＫａ,Ｋｂが取り付けられる（図２参照）。
The
ナット２０は、本体部２１及びフランジ部２２を有する(図４Ａ及び図４Ｂ参照)。本体部２１は、前後方向に延びる円筒状の部位である。本体部２１の内周部に、シャフト１０の雄ネジ部ＭＳに螺合する雌ネジ部ＦＳが設けられている。すなわち、雌ネジ部ＦＳは、雄ネジ部ＭＳを構成する複数のネジ山にそれぞれ螺合する複数の螺旋状のネジ山から構成されている。本体部２１の全長（前後方向の寸法）は、雄ネジ部ＭＳの全長より小さい。雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとが螺合した状態で、本体部２１の内部（つまり、雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとの螺合部）に、磁気粘性流体ＭＲＦが充填されている（図８参照）。また、本体部２１の前端面及び後端面の中央部に、円形の凹部Ｒａ,Ｒｂが設けられている(図４Ａ及び図４Ｂ参照)。ナット２０を前方又は後方から見て、本体部２１の中心と凹部Ｒａ,Ｒｂの中心が一致している。
The
また、フランジ部２２は、本体部２１の前端部の外周面から外側へ迫り出した鍔状部である。
Further, the
シール３０は、円環状部材である(図２参照)。シール３０,３０は、凹部Ｒａ,Ｒｂに嵌め込まれて（図７参照）、磁気粘性流体ＭＲＦがナット２０から漏れ出ることを防止する。
The
電磁石４０（磁界印加装置）は、コイルボビン４１及びコイル４２を備える（図５参照）。コイルボビン４１は、本体部４１１及びフランジ部４１２ａ，４１２ｂを備える（図６参照）。本体部４１１は、前後方向に延びる円筒状の部位である。本体部４１１の内径は、ナット２０の本体部２１の外径より僅かに大きい。本体部４１１の外径は、ナット２０のフランジ部２２の外径より少し小さい。フランジ部４１２a，４１２ｂは、本体部４１１の前端部及び後端部における外周面から外側へ迫り出した出した鍔状部である。
The electromagnet 40 (magnetic field applying device) includes a
本体部４１１の外周面（フランジ部４１２ａとフランジ部４１２ｂとの間の部分）に、電線（マグネットワイヤー）が巻き回されてコイル４２が形成されている（図５参照）。
A
歯車５０は、平歯車である（図１Ａ、図１Ｂ及び図２参照）。歯車５０は、ナット２０の後端面に固定される。歯車５０の外径は、ナット２０の本体部２１の外径より大きい。また、歯車５０の内径は、本体部２１の内径より大きい。
The
パッドＰは、円板状部材である。パッドＰの外径は、ディスクＤの外径と同等である。 The pad P is a disk-shaped member. The outer diameter of the pad P is equivalent to the outer diameter of the disc D.
サーボモーターＳＭは、電動モーターＳＭａ及び減速装置ＳＭｂを備える。また、サーボモーターＳＭは、図示しない位置検出装置、速度検出装置、トルク検出装置などを備える。さらに、サーボモーターＳＭは、その出力軸（減速装置ＳＭｂの出力軸）に取り付けられた歯車ＳＭｃを含む。 The servo motor SM includes an electric motor SMa and a speed reducer SMb. Further, the servomotor SM includes a position detection device, a speed detection device, a torque detection device, and the like (not shown). Further, the servomotor SM includes a gear SMc attached to its output shaft (output shaft of the speed reducer SMb).
制御装置ＣＴは、演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置などを備えたコンピュータ装置を備える。制御装置ＣＴは、図示しない操作子（例えば、ブレーキペダル）、所定のコンピュータプログラムなどに従って、サーボモーターＳＭ及び電力供給装置ＰＧを制御する。 The control device CT includes a computer device including an arithmetic unit (CPU), a storage device, and the like. The control device CT controls the servomotor SM and the power supply device PG according to an operator (for example, a brake pedal), a predetermined computer program, or the like (not shown).
電力供給装置ＰＧは、コイル４２及びサーボモーターＳＭへ電力を供給する。それらの電力量が、制御装置ＣＴによって制御される。
The power supply device PG supplies power to the
上記のような、直動装置１の構成部品及びサーボモーターＳＭが、次のように、フレームＦＲに固定される。まず、シャフト１０がナット２０に挿入されて、雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとが螺合される。つぎに、ナット２０の内部に磁気粘性流体ＭＲＦが充填される。そして、シール３０,３０が、シャフト１０の前端及び後端から、凹部Ｒａ,Ｒｂに嵌め込まれて固定される（図７及び図８参照）。
The components of the
つぎに、コイルボビン４１の前端部及び後端部が、Ｌ字型のブラケットＢ１，Ｂ１を介して、フレームＦＲに固定される。なお、ブラケットＢ１には、貫通孔ＴＨＢ１が設けられている（図７参照）。貫通孔ＴＨＢ１の内径は、コイルボビン４１の内径と同一である。貫通孔ＴＨＢ１とコイルボビン４１とが同軸配置される。つぎに、コイルボビン４１の前方から、上記のように組み付けられたシャフト１０及びナット２０が、コイルボビン４１に挿入され、ナット２０の本体部２１がコイルボビン４１に収容される。なお、ナット２０のフランジ部２２が前側のブラケットＢ１の前面に当接して、コイルボビン４１に対する、ナット２０の後方への移動が規制される（図８参照）。また、ナット２０の後端面は、後側のブラケットＢ１の後面と略同一平面内に位置している。
Next, the front end portion and the rear end portion of the
つぎに、シャフト１０の後端から歯車５０が嵌め込まれ、歯車５０とナット２０とが同軸配置された状態で、ナット２０の後端面に歯車５０が締結される（図２参照）。歯車５０の外径は、ブラケットＢ１の貫通孔ＴＨＢ１の内径より大きい。したがって、歯車５０が、フランジ部２２と同様に作用し、コイルボビン４１に対する、ナット２０の前方への移動が規制される。
Next, the
つぎに、シャフト１０のキー溝Ｇａ，Ｇｂに、キーＫａ，Ｋｂが取り付けられる。シャフト１０の前部１０ａ及び後部１０ｂのうち、キーＫａ，Ｋｂが取り付けられて構成された部分（以下の説明において、被支持部Ｓａ及び被支持部Ｓｂと呼ぶ）が、支持台ＳＴ，ＳＴを介して支持板ＳＢに支持される。
Next, the keys Ka and Kb are attached to the key grooves Ga and Gb of the
支持台ＳＴは、上下方向に延びる直方体状（ブロック状）の部材である。支持台ＳＴには、前後方向（厚さ方向）に貫通する貫通孔ＴＨＳＴが形成されている。貫通孔ＴＨＳＴの形状（図９参照）は、被支持部Ｓａ，Ｓｂの断面形状と同一である。なお、支持台ＳＴの前後方向の寸法が、被支持部Ｓａ（Ｓｂ）の前後方向の寸法より小さい。シャフト１０の前端及び後端から、支持台ＳＴ，ＳＴが被支持部Ｓａ，Ｓｂに嵌め込まれる。被支持部Ｓａ，Ｓｂの一部が、支持台ＳＴ，ＳＴの貫通孔ＴＨＳＴ内に位置する状態で、支持台ＳＴ，ＳＴが支持板ＳＢに固定される。キーＫａ及びキーＫｂにより、シャフト１０の前後方向への移動が許容され、且つ中心軸Ｃのまわりの回転が規制される。
The support base ST is a rectangular parallelepiped (block-shaped) member extending in the vertical direction. The support base ST is formed with a through hole TH ST that penetrates in the front-rear direction (thickness direction). The shape of the through hole TH ST (see FIG. 9) is the same as the cross-sectional shape of the supported portions Sa and Sb. The dimension of the support base ST in the front-rear direction is smaller than the dimension of the supported portion Sa (Sb) in the front-rear direction. The support bases ST and ST are fitted into the supported portions Sa and Sb from the front end and the rear end of the
つぎに、シャフト１０とパッドＰとが同軸配置され、シャフト１０の前端に、パッドＰが固定される。
Next, the
つぎに、歯車ＳＭｃが歯車５０に噛み合うように、サーボモーターＳＭが、直動装置１の左方に配置される。そして、ブラケットＢ２，Ｂ２を介して、サーボモーターＳＭが支持板ＳＢに固定される。最後に、コイル４２及びサーボモーターＳＭと、電力供給装置ＰＧとが、電力供給用のワイヤーハーネスでそれぞれ接続される。また、サーボモーターＳＭと制御装置ＣＴとが、制御信号送受信用のワイヤーハーネスで接続される。
Next, the servomotor SM is arranged on the left side of the
上記のように構成されたブレーキ装置ＢＡが、ディスクＤの後方に配置される。ディスクＤと直動装置１（中心軸Ｃ）とが同軸配置され、支持板ＳＢが図示しない骨格部材に固定される。通常状態（ディスクＤを自由に回転させる状態）において、パッドＰはディスクＤから離間している。ブレーキ装置ＢＡは、次のように動作して、回転しているディスクＤの回転速度を減少させる。 The brake device BA configured as described above is arranged behind the disc D. The disk D and the linear motion device 1 (central axis C) are coaxially arranged, and the support plate SB is fixed to a skeleton member (not shown). In the normal state (the state in which the disc D is freely rotated), the pad P is separated from the disc D. The brake device BA operates as follows to reduce the rotational speed of the rotating disc D.
コイル４２に電力が供給されない状態で、ブレーキ装置ＢＡの後方から見て、歯車ＳＭｃが時計回りに回転するように、電動モーターＳＭａが駆動される（図１Ｂ参照）。これにより、同図において、歯車５０及びナット２０が反時計回りに回転する。なお、上記のように、ナット２０の前後方向への移動が規制されている。さらに、シャフト１０の回転が規制されている。したがって、ナット２０は、前後方向へ移動することなく、コイルボビン４１内にて、中心軸Ｃのまわりに回転し、そのナット２０に螺合しているシャフト１０は、中心軸Ｃのまわりに回転することなく、前方へ直進する。なお、この過程では、コイル４２には電力が供給されていないので、雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとの螺合部に磁界が印加されない。したがって、磁気粘性流体ＭＲＦの粘度は比較的低く、磁気粘性流体ＭＲＦは、潤滑材として機能する。
The electric motor SMa is driven so that the gear SMc rotates clockwise when viewed from the rear of the brake device BA without power being supplied to the coil 42 (see FIG. 1B). As a result, in the figure, the
上記のようにして、パッドＰがディスクＤに近づき、パッドＰの盤面がディスクＤの盤面に当接する。これにより、パッドＰとディスクＤとの間に摩擦が生じて、ディスクＤの回転速度が減少する。 As described above, the pad P approaches the disc D, and the board surface of the pad P comes into contact with the board surface of the disc D. As a result, friction is generated between the pad P and the disc D, and the rotation speed of the disc D is reduced.
なお、制御装置ＣＴは、サーボモーターＳＭの通常状態からの回転量、出力トルクなどに基づいて、逐次、シャフト１０の推力（ディスクＤに印加される押圧力〔制動力〕）を検出（計算）している。 The control device CT sequentially detects (calculates) the thrust of the shaft 10 (pressing pressure [braking force] applied to the disk D) based on the amount of rotation of the servomotor SM from the normal state, output torque, and the like. doing.
ディスクＤの回転速度を大きく（急激に）減少させる際には、制御装置ＣＴは、パッドＰがディスクＤに当接した状態から、さらに、シャフト１０を前進させる方向への回転力がナット２０に印加されるように、サーボモーターＳＭを制御する。つまり、サーボモーターＳＭへの電力供給量が増大される。これにより、ディスクＤに印加される押圧力（制動力）が増大する。よって、パッドＰとディスクＤとの間の摩擦が増大し、ディスクＤの回転速度が大きく減少する。なお、この状態では、パッドＰ及びシャフト１０に、前記押圧力（制動力）の反力が作用している。
When the rotational speed of the disc D is greatly (rapidly) reduced, the control device CT causes the
制御装置ＣＴは、シャフト１０の推力が所定値より高い状態が所定時間より長く継続したとき、コイル４２への電力供給（直流電流の供給）を開始する。これにより、雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとの螺合部に磁界が印加される。すなわち、コイル４２の周囲に形成される磁界を構成する磁力線のうちの一部が、螺合部を通る。螺合部を通る各磁力線が前方へ向かうように、コイル４２へ供給される電流の向きが設定される。なお、各磁力線が後方へ向かうように、コイル４２へ供給される電流の向きが設定されてもよい。これにより、磁気粘性流体ＭＲＦの見かけの粘度が高められる。
The control device CT starts supplying electric power (supply of direct current) to the
螺合部において、雄ネジ部ＭＳのネジ山の表面と、雌ネジ部ＦＳのネジ山の表面とが対向している。これらのネジ山は、らせん状を呈するため、前記対向しているネジ山の表面積が比較的大きい。このような対向面積の大きな部位の間に充填された磁気粘性流体ＭＲＦの粘度が高められることにより、雄ネジ部ＭＳのネジ山の表面に対し、雌ネジ部ＦＳのネジ山の表面をずらすように移動させる力（つまり、ナット２０を回転させる力（サーボモーターＳＭの出力トルク））に対する抵抗力（ずり応力）が高められる。よって、シャフト１０に対してナット２０が回転し難くなる。言い換えれば、シャフト１０が前後方向に移動し難くなる。すなわち、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動が抑制される。制御装置ＣＴは、上記のように、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動を抑制した状態で、サーボモーターＳＭへの電力供給を遮断（又は減少）させる。サーボモーターＳＭへの電力供給を遮断（又は、減少）させたとしても、磁気粘性流体ＭＲＦの見かけの粘度が高められているので、ディスクＤからパッドＰ及びシャフト１０に印加されている反力によってシャフト１０が後方へ押し返されてしまうことを抑制できる。これによれば、押圧力（制動力）を所定値に維持するための大きな電力を、サーボモーターＳＭに供給し続ける必要が無い。
In the screwed portion, the surface of the thread of the male threaded portion MS and the surface of the threaded thread of the female threaded portion FS face each other. Since these threads have a spiral shape, the surface area of the opposing threads is relatively large. By increasing the viscosity of the magnetic viscous fluid MRF filled between the portions having such a large facing area, the surface of the thread of the female thread FS is shifted from the surface of the thread of the male thread MS. The resistance force (screw stress) to the force (that is, the force to rotate the nut 20 (output torque of the servo motor SM)) is increased. Therefore, it becomes difficult for the
上記のようにして、ディスクＤの回転速度を減少させ、ディスクＤを静止させた後、コイル４２への電力供給を維持することにより、ディスクＤの静止状態を維持することができる。
As described above, the rotational speed of the disc D is reduced, the disc D is stopped, and then the power supply to the
上記のように、従来（特許文献１及び特許文献２）の直動装置は、ナットに対するシャフトの直線運動を抑制する機能を備えていない。したがって、ブレーキ装置の構成部品として従来の直動装置を採用した場合、その直動装置のナットに対するシャフトの直線運動を抑制する装置が別途必要であり、ブレーキ装置の部品点数が多く、小型なブレーキ装置を実現することが困難である。これに対し、本実施形態に係る直動装置１が、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動を抑制する機能を備えている。よって、ブレーキ装置ＢＡは、前記従来の直動装置を採用したブレーキ装置に比べて、部品点数が少なく、小型なブレーキ装置ＢＡを実現できる。
As described above, the conventional linear motion devices (
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Furthermore, the practice of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made as long as the object of the present invention is not deviated.
上記実施形態では、雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとの螺合部に印加される磁界を構成する磁力線が前方（又は後方）へ向けられているが、当該磁力線の方向は、いずれの方向であっても良い。例えば、上方（又は下方）へ向かう磁力線からなる磁界が螺合部に印加されてもよい。この場合、コイル４２に代えて、図１０に示すように、ナット２０の上方及び下方に、コイルＬ１，Ｌ２を配置するとよい。なお、コイルＬ１，Ｌ２は、それらの中心軸が上下方向に一致するように配置される。
In the above embodiment, the magnetic field lines forming the magnetic field applied to the screwed portion between the male screw portion MS and the female screw portion FS are directed forward (or backward), but the direction of the magnetic field lines is any direction. It may be. For example, a magnetic field consisting of lines of magnetic force going upward (or downward) may be applied to the screwed portion. In this case, instead of the
また、例えば、図１１に示すように、上記実施形態の電磁石４０の周囲に永久磁石ＰＭが配置されていてもよい。図１１の例では、円筒状の永久磁石ＰＭの内部に、ナット２０及び電磁石４０が挿入されている。例えば、永久磁石ＰＭの前半部がＮ極であり、後半部がＳ極である。この例において、永久磁石ＰＭの形成する磁界が雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとの螺合部に印加される。その磁界を構成する各磁力線は、後方へ向かう。この構成において、上記実施形態とは異なり、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動を許容する際、制御装置ＣＴは、永久磁石ＰＭによって形成された磁界を打ち消すような磁界が発生されるように、コイル４２への電力供給を制御する。すなわち、電磁石４０によって形成される磁界を構成する磁力線のうち、雄ネジ部ＭＳと雌ネジ部ＦＳとの螺合部を通る磁力線は、前方へ向かう。この状態では、磁気粘性流体ＭＲＦの見かけの粘度が低く、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動が許容される。
Further, for example, as shown in FIG. 11, a permanent magnet PM may be arranged around the
一方、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動を抑制する際、制御装置ＣＴは、コイル４２への電力供給を遮断（又は減少）させる。これにより、主に、永久磁石ＰＭの磁界が螺合部に印加されて、磁気粘性流体ＭＲＦの見かけの粘度が高められ、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動が抑制される。図１乃至図９を用いて説明した例では、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動を抑制した状態を維持するために、コイル４２に電力を供給し続ける必要がある。これに対し、図１１の例では、ナット２０に対するシャフト１０の直線運動を抑制した状態において、サーボモーターＳＭ及びコイル４２への電力供給を遮断（又は低減）することができるので、ブレーキ装置ＢＡ（直動装置１）の消費電力を低減できる。
On the other hand, when suppressing the linear motion of the
また、上記実施形態では、雄ネジ部ＭＳ及び雌ネジ部ＦＳは、多条ネジであるが、これらのネジ部は、単条ネジであってもよい。 Further, in the above embodiment, the male screw portion MS and the female screw portion FS are multi-threaded screws, but these threaded portions may be single-threaded screws.
また、上記実施形態は、直動装置１をブレーキ装置ＢＡに適用した例であるが、直動装置１は、他の用途にも適用可能である。例えば、直動装置１は、油圧装置のピストンを往復運動させる装置として利用可能である。
Further, the above embodiment is an example in which the
１…直動装置、１０…シャフト、２０…ナット、３０…シール、４０…電磁石、４２…コイル、５０…歯車、ＢＡ…ブレーキ装置、Ｃ…中心軸、ＣＴ…制御装置、Ｄ…ディスク、ＤＳ…回動軸、ＦＲ…フレーム、ＦＳ…雌ネジ部、Ｇａ，Ｇｂ…キー溝、Ｋａ，Ｋｂ…キー、ＭＲＦ…磁気粘性流体、ＭＳ…雄ネジ部、Ｐ…パッド、ＰＧ…電力供給装置、ＰＭ…永久磁石、Ｒａ，Ｒｂ…凹部、Ｓａ，Ｓｂ…被支持部、ＳＢ…支持板、ＳＭ…サーボモーター、ＳＴ…支持台 1 ... Linear device, 10 ... Shaft, 20 ... Nut, 30 ... Seal, 40 ... Electromagnet, 42 ... Coil, 50 ... Gear, BA ... Brake device, C ... Central axis, CT ... Control device, D ... Disc, DS ... Rotating shaft, FR ... Frame, FS ... Female screw part, Ga, Gb ... Key groove, Ka, Kb ... Key, MRF ... Ferrofluid, MS ... Male screw part, P ... Pad, PG ... Power supply device, PM ... Permanent magnet, Ra, Rb ... Recess, Sa, Sb ... Supported part, SB ... Support plate, SM ... Servo motor, ST ... Support base
Claims (3)
前記シャフトの雄ネジ部に螺合された雌ネジ部を有するナットと、
前記雄ネジ部と前記雌ネジ部との螺合部に充填された磁気粘性流体と、
前記シャフトと前記ナットの螺合部に磁界を印加する磁界印加装置と、
備えた、直動装置。 A shaft with a male thread and
A nut having a female threaded portion screwed into the male threaded portion of the shaft,
The ferrofluid filled in the threaded portion between the male threaded portion and the female threaded portion,
A magnetic field application device that applies a magnetic field to the threaded portion of the shaft and the nut,
Equipped with a linear motion device.
前記磁界印加装置は、電磁石を備える、直動装置。 In the linear motion device according to claim 1,
The magnetic field application device is a linear motion device including an electromagnet.
前記磁界印加装置は、永久磁石を備え、
前記電磁石は、前記永久磁石によって形成される磁界を構成する磁力線とは反対方向の磁力線からなる磁界を形成する、直動装置。 In the linear motion device according to claim 2,
The magnetic field application device includes a permanent magnet and has a permanent magnet.
The electromagnet is a linear motion device that forms a magnetic field composed of magnetic lines of force in a direction opposite to the lines of magnetic force forming the magnetic field formed by the permanent magnet.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2019215157A JP2021085467A (en) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | Linear motion device |
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| JP2019215157A JP2021085467A (en) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | Linear motion device |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP (1) | JP2021085467A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115095626A (en) * | 2022-08-03 | 2022-09-23 | 南京信息工程大学 | Rotary magnetorheological fluid damper working in valve mode |
| JP7439646B2 (en) | 2020-05-29 | 2024-02-28 | 株式会社アイシン | linear motion device |
-
2019
- 2019-11-28 JP JP2019215157A patent/JP2021085467A/en active Pending
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