專利名稱：微型促動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)置有驅(qū)動機(jī)構(gòu)、可根據(jù)輸入信號相對移動花鍵軸和
花鍵螺母的促動器，特別涉及小型化成直徑10mm左右的、可用于各 種產(chǎn)業(yè)機(jī)器的微型促動器。
背景技術(shù)：
已往，把電氣輸入信號變換為移動部件的直線移動輸出的線性促 動器，大體上由一邊承受外力一邊直線地導(dǎo)引移動部件的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)、 和使上述移動部件沿上述導(dǎo)引機(jī)構(gòu)進(jìn)退的驅(qū)動機(jī)構(gòu)構(gòu)成。上述驅(qū)動機(jī) 構(gòu)有各種，例如有把液壓缸或氣缸作為驅(qū)動源、把活塞的直線往復(fù)運(yùn) 動直接傳遞給上述移動部件的線性促動器，以及把馬達(dá)作為驅(qū)動源、 用滾珠絲杠將上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動的促動器。另外，
還有把由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的線性馬達(dá)作為驅(qū)動源、把線性馬達(dá)的直線 往復(fù)運(yùn)動直接傳遞給上述移動部件的線性促動器。
根據(jù)所需的移動部件的推力、荷載承受能力、移動速度、精度等， 上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)和導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的組合有各種形式，但是，如果僅僅單純地 將任意驅(qū)動機(jī)構(gòu)和導(dǎo)引機(jī)構(gòu)組合，則線性促動器的尺寸大型化，使用 不方便。
在日本特開2003-278873中，公開了把上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)內(nèi)置在導(dǎo)引 機(jī)構(gòu)內(nèi)的比較小型結(jié)構(gòu)的線性促動器。該線性促動器，在具有中空部 的圓筒狀殼體內(nèi)收容著由螺旋軸和滾珠螺母構(gòu)成的滾珠絲杠，上述螺 旋軸可旋轉(zhuǎn)地支承在該中空部內(nèi)。在上述圓筒狀殼體的一端固定著馬 達(dá)，由該馬達(dá)使上述螺旋軸任意旋轉(zhuǎn)。另外，在上述殼體的外周面， 沿軸方向形成了花鍵槽，并且，在該殼體的外側(cè)，通過上述花鍵槽嵌 合著筒狀移動部件，該筒狀移動部件在相對于殼體的旋轉(zhuǎn)被阻止的狀 態(tài)下可在該殼體的軸方向自由移動。另外，在上述殼體上，沿軸方向形成了縫隙狀開口部，通過該開口部，上述滾珠絲杠的滾珠螺母與上 述移動部件結(jié)合著。
該構(gòu)造的線性促動器，當(dāng)借助上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而使收容在殼體中 空部內(nèi)的螺旋軸任意旋轉(zhuǎn)時，滾珠螺母與該螺旋軸的旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地在中 空部內(nèi)移動，在殼體的外側(cè)，筒狀移動部件與滾珠螺母一起朝軸方向 移動。因此，與上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)量相應(yīng)地，可以使筒狀移 動部件沿殼體的軸方向朝任意方向移動任意量。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-27887
發(fā)明內(nèi)容
但是，把滾珠絲杠收容在殼體內(nèi)時，由于與上述螺旋軸螺紋接合 的滾珠螺母具有滾珠的環(huán)形循環(huán)路徑，所以，其直徑不能做得很小， 從而把滾珠螺母收容在中空部內(nèi)的殼體的直徑也不得不增大。另外， 由于驅(qū)動上述螺旋軸的馬達(dá)通過托座固定在上述殼體的長度方向一 端，所以，不得不增大筒狀移動部件的行程距離與線性促動器全長的 差，即使是用途所需的移動部件行程距離短時，線性促動器的全長也 不能相應(yīng)地縮短。另外，由于必須用軸承支承上述螺旋軸的兩端，必 須將該軸承固定收容在殼體的中空部內(nèi)，所以，螺旋軸往殼體上組裝 的作業(yè)麻煩，而且零件數(shù)目多，成本提高。
本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的是提供一種能減小移動 部件的行程距離與全長的差、并且減小與行程方向正交的截面積、整 體小型化、直徑為10mm左右的微型促動器。
本發(fā)明的另一目的是提供零件數(shù)目少、容易組裝的微型促動器。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的微型促動器，由花鍵軸、花鍵螺母、 一對端蓋、磁桿、和壓力器構(gòu)成。上述花鍵軸是筒狀，具有中空部， 并且沿軸方向形成了縫隙開口。上述花鍵螺母嵌合在該花鍵軸上，并 且，在軸方向?qū)б摶ㄦI軸。上述一對端蓋固定在上述花鍵軸的兩端 開口。上述磁桿，在上述花鍵軸的中空部內(nèi)由端蓋支承著兩端。上述 壓力器，在上述花鍵軸的中空部內(nèi)，間隙配合在上述磁桿的周圍，與 該磁桿共同構(gòu)成線性馬達(dá)，并且通過上述縫隙開口與上述花鍵螺母結(jié)合。
上述磁桿的兩端與上述端蓋嵌合，將上述端蓋固定在花鍵軸的兩 端開口，從而該磁桿支承在花鍵軸的中空部內(nèi)。上述壓力器內(nèi)置著線 圏部件，當(dāng)把電信號加到該線圏部件上時，壓力器在間隙配合在磁桿 上的狀態(tài)下、在花鍵軸的中空部內(nèi)被朝著軸方向推進(jìn)。結(jié)果，通過花 鍵軸的縫隙開口與上述壓力器結(jié)合著的花鍵螺母，在花鍵軸的外側(cè)被 朝著軸方向推進(jìn)。
在本發(fā)明的微型促動器中，用 一對端蓋將花鍵軸的兩端開口閉塞， 這樣，上述磁桿支承在花鍵軸的中空部內(nèi)，把作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)的線性馬 達(dá)完全收容在作為導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的花鍵軸的內(nèi)部，所以，可減小移動部件、 即上述花鍵螺母的行程長度與促動器全長的差。另外，由于采用使壓 力器間隙配合在磁桿周圍的所謂桿式線性馬達(dá)，所以，即使壓力器小 型化也能得到足夠的推力，可以減小將該壓力器收容在中空部內(nèi)的花 鍵軸的直徑。這樣，根據(jù)本發(fā)明，可得到極小型化的線性促動器、即 微型促動器。
另外，如前所述，在本發(fā)明的微型促動器中，用一對端蓋把構(gòu)成 線性馬達(dá)的磁桿固定在花鍵軸上，另一方面，只要將壓力器結(jié)合在花 鍵螺母上，就可以完成組裝，所以，零件數(shù)目少，可容易地組裝，從 而可降低生產(chǎn)成本。


圖l是表示本發(fā)明微型促動器的第1實(shí)施方式的整體立體圖。
圖2是沿長度方向?qū)D1所示微型促動器縱切的立體圖。 圖3是沿長度方向?qū)D1所示微型促動器橫切的立體圖。 圖4是在花鍵螺母的中心、沿垂直于長度方向地將圖l所示微型
促動器剖切的立體圖。
圖5是表示本發(fā)明微型促動器的第2實(shí)施方式的整體立體圖。
圖6是從后側(cè)觀察圖5所示微型促動器的整體立體圖。
圖7是表示本發(fā)明微型促動器的第3實(shí)施方式的整體立體圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的微型促動器。
圖1至圖4表示本發(fā)明微型促動器的第1實(shí)施方式。圖l是整體 立體圖，圖2是沿長度方向縱切的立體圖，圖3是沿長度方向橫切的 立體圖，圖4是在后述花鍵螺母的中心、沿垂直于長度方向地剖切的 立體圖。該微型促動器備有花鍵軸1和花鍵螺母2。花鍵軸l是大致 圓筒狀，具有中空部IO。花鍵螺母2通過多個滾珠嵌合在該花鍵軸1 的外側(cè)。利用收容在上述花鍵軸1的中空部10內(nèi)的線性馬達(dá)3產(chǎn)生的 推力，使上述花鍵螺母2在花鍵軸1的軸方向往復(fù)運(yùn)動。
上述花鍵軸l是圓筒狀并具有中空部10，在其外周面，錯開180° 相位地形成了 2條滾珠滾道槽11。另外，在該花鍵軸l上，在與上述 滾珠滾道槽11錯開90°相位的位置，設(shè)有沿軸方向的一對縫隙開口 12、 13。這些開口 12、 13夾著上述中空部IO彼此相向，將花鍵軸l的內(nèi) 外連通。實(shí)際的制作時，上述花鍵軸1的外徑約為7mm、內(nèi)徑約為 5mm。
另 一方面，上述花鍵螺母2是其內(nèi)徑比上述花鍵軸1稍大的大致 圓筒狀，通過在上述花鍵軸1的滾珠滾道槽11內(nèi)滾動的多個滾珠4， 嵌合在花鍵軸1的外側(cè)。該花鍵螺母2由螺母本體20和固定在該螺母 本體20的軸方向兩端面的一對端板21構(gòu)成。
在螺母本體20的內(nèi)周面，形成了與上述花鍵軸1的滾珠滾道槽 11相向的承載滾道槽22，上述滾珠4在滾珠滾道槽11與承載滾道槽 22之間， 一邊承受荷載一邊滾動。另外，在螺母本體20上，形成了 與上述承載滾道槽22平行的滾珠返回通路23，這些滾珠返回通路23 位于在半徑方向與上述承載滾道槽22重合的位置。另一方面，在上述 端板21上，形成了使?jié)L珠3在螺母本體20的承栽滾道槽22與上述滾 珠返回通路23之間往返的方向轉(zhuǎn)換路徑24，當(dāng)把一對端板21固定在 螺母本體20的軸方向兩端面上而組裝成花鍵螺母2時，該花鍵螺母2 上備有滾珠4的環(huán)形循環(huán)路25。另外，圖2中，在夾著花鍵軸l相向 的位置形成有2個環(huán)形循環(huán)路25，在這2個環(huán)形循環(huán)路25之中，只 在一方的環(huán)形循環(huán)路25中排列著滾珠4，但實(shí)際上在未畫出滾珠4的環(huán)形循環(huán)路25中，也在其整周上設(shè)置了滾珠4。
因此，在使上述花鍵螺母2沿花鍵軸1移動時，滾珠4在螺母本 體20與花鍵軸1之間 一邊承受荷載一邊在上述環(huán)形循環(huán)路25內(nèi)循環(huán)， 可以使花鍵螺母2沿著花鍵軸1連續(xù)地移動。另夕卜，在花鍵螺母2上， 在圖1中里側(cè)的位置，設(shè)有螺紋孔，通過將固定螺釘螺紋接合在螺紋 孔中，可以把上述花鍵螺母2固定在其它的機(jī)械裝置等上。因此，該 微型促動器可以固定花鍵螺母2,使支承在該花鍵螺母2上的花鍵軸1 在軸方向進(jìn)退地使用。另外，實(shí)際制作時，上述滾珠4采用直徑為 0.4mm的鋼珠。
另一方面，在上述花鍵軸l的中空部10內(nèi)，收容著作為線性馬達(dá) 3的定子的磁桿30。該磁桿30沿著軸方向交替排列著永磁鐵的N極 和S極，該磁桿30可以是把多個永/f茲鐵塞入鋼管內(nèi)部地制成，也可以 磁化成形后的圓棒而形成磁極。
在上述花鍵軸1的軸方向兩端的開口部，嵌合著一對端蓋5，從 軸方向?qū)⒒ㄦI軸1的中空部10閉塞。在這些端蓋的中心，分別形成了 供磁桿30的端部嵌合的保持孔50。通過將一對端蓋5固定在花鍵軸1 上，上述磁桿30像兩端支撐梁那樣地保持在花鍵軸1的中空部10內(nèi)， 與花鍵軸l的軸方向、即花鍵螺母2的移動方向平行地定位。另外， 圖中的標(biāo)記51是把上述端蓋5固定到花鍵軸1上用的固定螺釘。
在上述磁桿30的周圍，隔開微小間隙地間隙配合著構(gòu)成線性馬達(dá) 3的壓力器31。該壓力器用熱傳導(dǎo)性好的鋁形成，并且，具有上述磁 桿貫通的中空部，在該中空部的內(nèi)周面，收納著作為定子的勵磁線圏 (圖未示)。勵磁線圈具有以U、 V、 W相的3個線圏為一組的線圈組。 無論哪相的勵磁線圏都是環(huán)狀，隔開微小間隙與磁桿30的外周面相 向。另外，各相勵磁線圏的排列間隔比磁桿中的永磁鐵的排列間隔短。 在磁桿30上，從S極的磁極朝著N極的磁極形成磁通，線圏部件內(nèi) 置著檢測該磁通密度的磁極傳感器(圖未示)。因此，根據(jù)該磁極傳感 器輸出的檢測信號，可以掌握磁桿的各磁極(N極和S極)相對于勵 磁線圈的位置關(guān)系?？刂茖畲啪€圏通電的控制器接受上述磁極傳感器的檢測信號后，計(jì)算與勵磁線圏和磁桿的各磁極的位置關(guān)系相應(yīng)的 最適當(dāng)電流，將該電流通到各勵磁線圏。結(jié)果，流經(jīng)各勵磁線圈的電 流和永磁鐵形成的磁通相互作用，在勵磁線圏與永磁鐵的各磁極之間
產(chǎn)生吸引力和相斥力，壓力器31被朝著磁桿30的軸方向推進(jìn)。
如圖3所示，上述壓力器31的一部分插入花鍵軸1的一方縫隙開 口12內(nèi)，用固定螺釘32與花鍵螺母2結(jié)合著。這樣，當(dāng)壓力器31 被朝著磁桿30的軸方向推進(jìn)時，花鍵螺母2被朝著花鍵軸1的軸方向 推進(jìn)。
另外，如圖1和圖3所示，在花鍵軸1的另一個縫隙開口 13內(nèi)， 與花鍵軸1的軸方向平行地配置著直線標(biāo)尺33。該直線標(biāo)尺33是磁 性標(biāo)尺，在圓形斷面的金屬線上，N極和S極的磁極以預(yù)定間隔交替 排列著。該直線標(biāo)尺用臺座34固定在縫隙開口 13內(nèi)。
另外，如圖4所示，檢測上述直線標(biāo)尺33的磁極的讀取頭35， 從花鍵軸1的外側(cè)插入上述縫隙開口 13內(nèi)，該讀取頭35通過托座36 固定在花鍵螺母2上。這樣，當(dāng)花鍵螺母2沿花鍵軸1移動時，該讀 取頭35 —邊沿著直線標(biāo)尺33移動一邊輸出與磁極的變化對應(yīng)的脈沖 信號，通過監(jiān)視該脈沖信號，可以檢測出花鍵螺母2相對于花鍵軸1 的移動量。另外，上述直線標(biāo)尺33不必是磁性標(biāo)尺，例如，也可以繪 制梯表狀的圖案、用光學(xué)的方法讀取。
在上述構(gòu)造的微型促動器中，可以把作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)的線性馬達(dá)3 完全內(nèi)置在花鍵軸1的中空部10內(nèi)，既可以將驅(qū)動機(jī)構(gòu)和導(dǎo)引機(jī)構(gòu)融 為一體，也可得到非常小型的促動器。尤其是，在花鍵軸l的軸方向 全長，用一對端蓋5支承著構(gòu)成線性馬達(dá)3的磁桿30的兩端，所以， 花鍵螺母2的行程長度與花鍵軸1的全長間沒有大的差，可以將促動 器的軸方向全長極為縮短。另外，零件數(shù)目也少，組裝極容易，可以 低成本地生產(chǎn)。
實(shí)際制作的促動器，其全長是35mm，包含托座36在內(nèi)的花鍵螺 母2的最大直徑是12.2mm，花鍵螺母2的行程長度是17mm。另夕卜， 花鍵螺母2的最大移動速度是762 ( mm/s )。在圖l至圖4所示的例子中，在花鍵軸1上形成一對縫隙開口 12、 13，但是，通過對直線標(biāo)尺33配設(shè)位置的研究，形成在上述花鍵軸l 上的縫隙開口也可以是一個，這樣，可更加降低生產(chǎn)成本。
圖5和圖6表示本發(fā)明微型促動器的第2實(shí)施方式。如前所述， 是在花鍵軸1上只形成一個縫隙開口 14的例子。圖5是整體立體圖， 圖6是從圖5相反側(cè)看的整體立體圖。
圖5中，在花鍵軸1外周面的一個部位，設(shè)置了沿軸方向的縫隙 開口 14，花鍵螺母2通過該縫隙開口 14與構(gòu)成線性馬達(dá)3的壓力器 31結(jié)合著。
如圖6所示，在上述花鍵軸的外周面，在與上述縫隙開口錯開180。 相位的位置形成平坦面60，在該平坦面60上粘貼著帶狀的直線標(biāo)尺 61。該直線標(biāo)尺61與第1實(shí)施方式同樣地，是》茲性標(biāo)尺。另一方面， 在花鍵螺母2上，在與該直線標(biāo)尺61相向的位置固定著讀取頭(圖未 示)，當(dāng)花鍵螺母2沿著花鍵軸1移動時，該讀取頭一邊沿著直線標(biāo)尺 61移動一邊輸出與磁極變化對應(yīng)的脈沖信號。
其它的構(gòu)造與第1實(shí)施方式相同，所以，在圖5和圖6中標(biāo)注與 第1實(shí)施方式同樣的標(biāo)記，其說明從略。
在該構(gòu)造的第2實(shí)施方式的微型促動器中，由于在花鍵軸l上只 在一個部位形成縫隙開口 14，所以，與第l實(shí)施方式相比，除了可提 高花鍵軸1的剛性、提高花鍵螺母2的移動精度外，花鍵軸1的加工 也容易，并且能降低成本。另外，由于直線標(biāo)尺61是帶狀地粘貼在花 鍵軸1上的平坦面60上，所以，與第1實(shí)施方式所示的線狀直線標(biāo)尺 33相比，可容易地配設(shè)，可提高測定花鍵軸1的移動的精度。
圖7表示本發(fā)明微型促動器的第3實(shí)施方式。
在該第3實(shí)施方式的微型促動器中，為了提高線性馬達(dá)3發(fā)揮的 推力，對間隙配合在磁桿30上的壓力器37，裝載了若干組三相一組 的勵磁線圏組。這樣，壓力器37與第2實(shí)施方式的壓力器31相比， 在磁桿30長度方向的長度加長。另外，為了切實(shí)地支承該加長了的壓 力器37，在花鍵軸l上，沿軸方向隔開間隔地嵌合了一對花鍵螺母2，各花鍵螺母2結(jié)合在壓力器37長度方向的兩端。即， 一對花鍵螺母2 通過壓力器37相互結(jié)合著。當(dāng)驅(qū)動線性馬達(dá)3時，這些花鍵螺母2 的間隔不改變，保持著磁桿30的花鍵軸1相對于花鍵螺母2移動。
其它的構(gòu)造與第2實(shí)施方式相同，所以，圖7中標(biāo)注與第2實(shí)施 方式相同的標(biāo)記，其說明從略。
根據(jù)該構(gòu)造的第3實(shí)施方式的微型促動器，通過任意選擇裝在壓 力器上的線圏組的組數(shù)，可以任意調(diào)節(jié)使花鍵軸相對于花鍵螺母移動 的推力，從而該促動器可用于各種用途。另外，只要根據(jù)所需的推力 和花鍵軸的行程長度來選擇花鍵軸和壓力器的軸方向長度即可，對花 鍵螺母的基本構(gòu)造不必作任何變更，所以，成本低，能對應(yīng)于各種用 途。即，本發(fā)明的微型促動器，即使所需的行程長度是50cm或者是 lm，也能發(fā)揮零件數(shù)目少、組裝容易、生產(chǎn)成本低的效果。
權(quán)利要求
1.一種微型促動器，其特征在于，由花鍵軸、花鍵螺母、一對端蓋、磁桿、和壓力器構(gòu)成；上述花鍵軸是筒狀，具有中空部，并且沿軸方向形成了縫隙開口；上述花鍵螺母嵌合在該花鍵軸上，并且，在軸方向?qū)б摶ㄦI軸；上述一對端蓋固定在上述花鍵軸的兩端開口；上述磁桿，在上述花鍵軸的中空部內(nèi)由端蓋支承著兩端；上述壓力器，在上述花鍵軸的中空部內(nèi)間隙配合在上述磁桿的周圍，與該磁桿共同構(gòu)成線性馬達(dá)，并且通過上述縫隙開口與上述花鍵螺母結(jié)合。
2. 如權(quán)利要求l所述的微型促動器，其特征在于，在上述縫隙開 口內(nèi)，沿其長度方向固定著直線標(biāo)尺，另一方面，在上述花鍵螺母上， 固定著插入上述縫隙開口來讀取直線標(biāo)尺的讀取頭。
3. 如權(quán)利要求2所述的微型促動器，其特征在于，上述縫隙開口 在夾著花鍵軸的中空部的相對位置形成有一對， 一方的縫隙開口用于 上述壓力器和花鍵螺母的結(jié)合，另一方縫隙開口用于配設(shè)上述直線標(biāo) 尺。
4. 如權(quán)利要求1所述的微型促動器，其特征在于，在上述花鍵軸 的外周面形成了滾珠滾道槽，上述螺母部件通過在該滾珠滾道槽內(nèi)滾 動的多個滾珠而組裝在上述花鍵軸上。
5. 如權(quán)利要求1所述的微型促動器，其特征在于，在上述花鍵軸 的外周面的一部分上形成沿軸方向的平坦面，在該平坦面上固定著直 線標(biāo)尺，另一方面，在上述花鍵螺母上固定著讀取該直線標(biāo)尺的讀取 頭。
6. 如權(quán)利要求1所述的微型促動器，其特征在于，在上述花鍵軸 上，沿軸方向隔開間隔地嵌合著一對花鍵螺母，這些花鍵螺母結(jié)合在 上述壓力器的長度方向兩端。
全文摘要
本發(fā)明提供能減小移動部件的行程距離與全長的差、也減小與行程方向正交的截面積、整體小型化的直徑約10mm左右的微型促動器。該微型促動器由花鍵軸、花鍵螺母、一對端蓋、磁桿、和壓力器構(gòu)成。上述花鍵軸是筒狀，具有中空部，并且沿軸方向形成了縫隙開口。上述花鍵螺母嵌合在該花鍵軸上，并且，在軸方向?qū)б摶ㄦI軸。上述一對端蓋固定在上述花鍵軸的兩端開口。上述磁桿在上述花鍵軸的中空部內(nèi)由端蓋支承著兩端。上述壓力器，在上述花鍵軸的中空部內(nèi)間隙配合在上述磁桿的周圍，與該磁桿共同構(gòu)成線性馬達(dá)，并且通過上述縫隙開口與上述花鍵螺母結(jié)合。
文檔編號H02K41/03GK101283501SQ200680031870
公開日2008年10月8日 申請日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者木村吉宏, 淺生利之, 田中嘉信, 道岡英一, 飯泉誠 申請人:Thk株式會社