專利名稱：線性驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可將驅動源的旋轉運動轉換為可動軸的直線運動的線性驅動裝置如可用作給水裝置閥的開關及浴缸排水塞的開關傳動裝置等的線性驅動裝置。
背景技術：
目前已有各種可用作給水裝置閥開關及浴缸排水塞開關傳動裝置等的線性傳動裝置方案。日本專利實開昭57-127567號公報所記載的發明就是一種。上述公報所述發明的線性傳動裝置設有限制旋轉方向的動作、可在推進方向移動的、設有外螺紋構成的輸出軸；設于電動機的轉子上的、與輸出軸的外螺紋嚙合的內螺紋；設于電動機轉子一端的小齒輪；與小齒輪嚙合的齒輪；設于該齒輪上的限制旋轉的凸部；設于支持臺上的、通過干涉上述凸部來限制上述齒輪旋轉區域的凸部；通過限制上述齒輪的旋轉區域來限制上述輸出軸直線移動行程。與上述齒輪平行配置的支持臺上固定有位置傳感器，可檢測出齒輪在旋轉區域內的原點位置。并且，構成使中心孔的一部設有大于上述內螺紋及輸出軸外螺紋直徑的貫通孔的轉子旋轉，在推力方向驅動輸出軸，轉子貫通孔的筒管部的端面承受輸出軸所受推力。
上述日本專利實開昭57-127567號公報所述發明存在以下問題①由于與設于轉子上的小齒輪嚙合的齒輪設有限制旋轉區域部，所以，只能獲得齒輪旋轉一周范圍內的動作區域。
②利用固定在與轉子嚙合的齒輪上的軸來間接檢測輸出軸的位置，在輸出軸與傳感器間設有轉子及齒輪等多個構件，由于零件精度及裝配精度等的影響，位置檢測難以正確。
③在轉子的中心孔形成內螺紋，輸出軸的外螺紋與該內螺紋螺合，輸出軸在轉子的中心孔內推力移動的場合，由于轉子端面為內徑大于螺紋徑的管狀，并由該大直徑轉子端面承受輸出軸，所以在轉子的端面會產生很大的滑動損耗，結果難以獲得大的推力。并且，如上所述，由于是由大直徑的轉子端面承受推力，所以存在承受推力面的轉子端面的圓周速度變大，PV值變大，耐磨損性及耐久性差的問題。
特別是，要想足夠大的驅動軸直線移動行程，上述②與③的問題就越顯著。
本發明的目的是提供一種可全面解決上述問題的線性驅動裝置，即解決上述①的問題、同時也可解決上述②及③的問題的可將電動機轉子的旋轉運動轉換成軸的直線運動的轉換裝置的線性驅動裝置，其中①可獲得足夠大的驅動軸直線移動行程，②可直接檢測出作為輸出軸的驅動軸的位置，可進行正確的位置檢測，③通過認真研究推力擋蓋部的構成，可減輕滑動力，獲得大的推力，并減小推力擋蓋部的圓周速度，具有很好的耐磨耗性及耐久性。
為解決上述課題，技術方案1所述發明為一種線性驅動裝置，設有將電動機轉子的旋轉運動轉換為驅動軸的直線運動的轉換裝置，其特征在于，還設有隨著轉子旋轉而旋轉的第1齒輪；與第1齒輪的齒數不同的、與第1齒輪嚙合的第2齒輪；裝有阻止部的美式卷繞制動裝置，該阻止部設于所述第1齒輪及第2齒輪上、在允許兩個齒輪旋轉多周的同時使二者相互干擾而阻止所述轉子旋轉，通過美式卷繞制動裝置來限制上述可動軸的可動范圍。
根據本發明，構成美式卷繞制動裝置的第1齒輪與第2齒輪在旋轉元件部驅動開始旋轉至旋轉結束的轉數增多，由此可充分增加可動軸直線移動行程。
技術方案2的發明的特征是，在技術方案1所述發明的基礎上，第1齒輪為安裝在作為驅動源的電動機輸出軸上的小齒輪。
根據本發明，將安裝在電動機輸出軸上的小齒輪用作構成美式卷繞制動裝置的第1齒輪，可簡化設有美式卷繞制動裝置的線性驅動裝置的構成。
技術方案3所述發明的特征是，在技術方案1的基礎上，第1齒輪安裝在電動機的小齒輪的后段。
根據本發明，由于將構成美式卷繞制動裝置的第1齒輪設于電動機小齒輪的后段，所以可進一步增加第1齒輪與第2齒輪的轉數，從而進一步增加可動軸的移動行程與力量。
技術方案4所述發明的特征是，在技術方案3的基礎上，在電動機的小齒輪與第1齒輪之間安裝有其他齒輪。
根據本發明，可進一步增加相對第1齒輪與第2齒輪轉數的電動機的轉數，從而進一步增加可動軸的移動行程及力量。
技術方案5所述發明的特征在于，在技術方案1的基礎上，在第1齒輪與第2齒輪一側設有多個阻止部。
技術方案6所述發明的特征在于，在設有將電動機轉子的旋轉運動轉換為驅動軸的直線運動的轉換裝置的線性驅動裝置中，為直接檢測出可動軸的位置，在上述可動軸上設有位置檢測裝置。
根據本發明，可正確檢測可動軸的位置。
技術方案7所述發明的特征是，在技術方案6的基礎上，轉換裝置設有安裝在可動軸及轉子上的、相互嚙合的內螺紋與外螺紋及阻止可動軸旋轉的止轉裝置。止轉裝置設有設于貯存外殼內的導向部；與可動軸同時直線運動的、與可動軸連接在一起的、在上述導向部引導下阻止可動軸旋轉的止轉構件，上述位置檢測裝置安裝在該止轉構件上。
根據本發明，可實現將轉子的旋轉運動轉換為直線運動的轉換裝置及位置檢測裝置的簡潔化。
技術方案8所述發明的特征是，在技術方案7所述發明的基礎上，設有相對上述位置檢測裝置移動軌跡配置的第1檢測裝置，該第1檢測裝置能與設于可動軸上的位置檢測裝置組成一對檢測可動軸的位置，該第1檢測裝置通過與上述位置檢測裝置相對時與不相對時檢測信號差來檢測可動軸的位置，同時直接或間接安裝在設有導向部的構件上。
根據本發明，可易于確保位置檢測裝置與第1檢測裝置的位置精度。
技術方案9所述發明的特征是，在技術方案8的基礎上，第1檢測裝置安裝在底板上，該底板固定在設有導向部的構件上，所以，易于確保位置檢測裝置與第1檢測裝置的位置精度。
技術方案10所述發明的特征是，在設有將電動機的轉子旋轉運動轉換為可動軸的直線運動的轉換裝置的線性驅動裝置中，設有承受可動軸前進時作用于可動軸的推力方向的反作用力的推力擋蓋構造，該推力擋蓋構造為點接觸式推力承受結構，可抑制可動軸前進時由于作用于可動軸的推力方向的反作用力導致的轉子旋轉摩擦的增加。
根據本發明，可得到一種能最小化摩擦阻力及滑動阻力、減小推力損耗、大推力的線性驅動裝置。
技術方案11所述發明的特征是在技術方案10所述發明的基礎上，推力擋蓋采用承受轉子后端的旋轉中心點的構造。
根據本發明，可得到一種能進一步減小滑動阻力、減少推力損耗、大推力的線性驅動裝置。由于滑動聲音小，所以可減小作業時的噪音。
技術方案12所述發明的特征是在技術方案11所述發明的基礎上，通過可動軸前進將轉子按壓推力擋蓋構造方向的負荷大于通過可動軸后退將轉子拉離推力擋蓋構造側方向的負荷。
根據技術方案1所述發明，在線性驅動裝置中，由于是利用美式卷繞制動裝置限制可動軸直線移動行程，所以可增加構成美式卷繞制動裝置的第1齒輪、第2齒輪從一個旋轉極限至另一個旋轉極限的轉數，在延長可動軸直線移動行程的同時，也可得到足夠大的推力。
附圖的簡單說明圖1為本發明的線性驅動裝置實施形態的縱剖視圖；圖2為去掉上述實施形態中的蓋的部分美式卷繞制動裝置的正視圖；圖3示出上述美式卷繞制動裝置的動作，(a)為一方旋轉極限的正面圖，(b)為另一方旋轉極限的正面圖。
發明的實施形態下面參照
本發明線性驅動裝置的實施形態。本實施為開關浴缸排水塞開關的線性驅動裝置，通過可動軸前進而打開排水塞，可動軸后退，關閉排水塞。
在圖1、圖2中，13為有底的圓筒狀外殼，4為固定在外殼13開口端的蓋。在外殼13內裝有作為驅動源的電動機。電動機設有由繞線管19、驅動線圈20、定子鐵心21、電動機外殼18等構成的定子和由轉子16、轉子磁鐵17等構成的轉子。
上述定子鐵心21內圓周側設有以圓周方向等間隔呈圓筒形配置有多個極齒。定子鐵心21以2個為一組，各極齒相互對向配置于圓周方向。在這些極齒的外圓周側嵌有卷繞有驅動線圈20的繞線管19。2組上述2個一組的定子鐵心21、繞線管19、驅動線圈20構成的定子組沿軸方向重疊結合構成定子。這樣構成的定子裝在有底圓筒狀電動機外殼18內并固定。
上述轉子16設有作為電動機的輸出軸的中心圓筒部25和通過一體成形設于該中心圓筒部25的軸方向約一半處的大徑圓筒部26。圓筒形的轉子磁體17嵌于大徑圓筒部26的外圓周并固定。轉子磁體17在圓周方向設有等距的磁極。在外殼13內，地板22與上述定子的端面相對并固定在上述電動機外殼18的開放端。地板22的中心孔嵌有向心軸承23，通過向心軸承23對轉子16的上述中心圓筒部25可轉動地進行支持。
轉子16的中心圓筒部25的內圓周側由前端側的小徑部27a及其以外的大徑部27b構成。因此，大徑部27b到達中心圓筒部25的后端。在上述轉子16的后端嵌有用與轉子16材質不同的低摩擦構件構成的帽蓋15。帽蓋15設有球面，該球面與配置于電動機機外殼18的內底部中心的推力擋蓋14抵接，承受作用于轉子的推力方向的負荷。帽蓋15與推力擋蓋14構成推力擋蓋構造。在電動機外殼18的內底部中心設有包圍推力擋蓋14及轉子16的中心圓筒部25端部的圓筒部。
在轉子16的中心圓筒部25前端部內圓周側即上述小徑部27a上形成內絲桿。上述中心圓筒部25在作為軸方向中間方向即上述向心軸承23的附近形成有小齒輪28。可動軸24的后端部插入上述中心圓筒部25。在可動軸24的后端部外周中央形成外絲桿。外絲桿與上述轉子16的內絲桿嚙合。可動軸24的前端部從上述蓋4的前端面突出。在可動軸24縱向中央部固定有在上述蓋內從可動軸24向半徑方向延伸的止轉部6。在蓋4內固定有與可動軸24平行的導向軸5。可沿導向軸5滑動的上述止轉部6嵌入導向軸5內。
上述設有定子與轉子的電動機為步進電動機，通過驅動線圈20連接脈沖狀電源，轉子以規定的角度旋轉。如果構成轉子的上述中心圓筒部25同向旋轉，則設于中心圓筒部25的小徑部27a上的內絲桿與可動軸24的外絲桿嚙合，并通過止轉部6限制可動軸24旋轉，由此，可動軸24在導向軸5的引導下沿軸方向直線移動。如果中心圓筒部25反轉，則可動軸24反向直線移動。因此，中心圓筒部25的內絲桿與可動軸24的外絲桿、止轉部6等構成將電動機轉子的旋轉運動轉換為可動軸24的直線運動的裝置。
上述止轉部6裝有磁鐵片7。并且，由于止轉部6是與可動軸24一體的構件，所以磁鐵片7可直接裝在可動軸24上，也可間接裝在可動軸24上。磁鐵片7與下面將要說明的磁傳感器構成位置檢測裝置。
與上述磁鐵片7的移動軌跡相對，配置有檢測可動軸24的直線移動極限的磁傳感器2、3。磁傳感器2、3與上述磁鐵片7搭配構成位置檢測裝置。磁傳感器2檢測可動軸24的前進極限，磁傳感器3檢測可動軸24后退極限。磁傳感器2、3配置于基板8上，基板8固定在設有作為導向部的導向軸5的構件即蓋4上。更具體地說，基板8插入設于蓋4上的插入槽等內，基板8的一端固定在蓋4的內底面，另一端與上述地板22抵接并固定在蓋4內。
可動軸24前進，傳感器2檢測出磁鐵片7，停止電動機驅動，使可動軸24停止前進。電動機反轉，可動軸24后退，傳感器3檢測出磁鐵片7，停止電動機的驅動，使可動軸24停止后退。
如以位置檢測裝置的磁傳感器2為第1檢測裝置，以磁傳感器3為第2檢測裝置，根據作為第1檢測裝置的磁傳感器2與作為位置檢測裝置的磁鐵片7相對時以及不相對時上述磁傳感器2與第2檢測裝置即磁傳感器3的檢測信號差，可檢測出可動軸24的位置。以磁傳感器3作為第1檢測裝置，以磁傳感器2作為第2檢測裝置，根據二者的檢測信號差，同樣也可檢測出可動軸24的位置。
如果要增加可動軸從前進極限至后退極限的移動行程，并得到足夠的力量，必須增加電動機的轉數。為此，在圖示的實施形態中，設置了美式卷繞制動裝置。圖2、圖3為裝入上述直線移動裝置中的美式卷繞制動裝置的結構圖。
在圖2、圖3中，在設于上述中心圓筒部25上的小齒輪28的外圓周側配置有與小齒輪嚙合的第1齒輪29以及與第1齒輪29嚙合的第2齒輪31。第1齒輪29與第2齒輪31均由上述地板22保持，且可分別以軸30、軸32為中心旋轉。第1齒輪29與第2齒輪31的齒數不同。
圖1、圖2所示實施形態為自動開關浴缸排水塞的線性驅動裝置，可動軸24的全行程約為18mm，上述兩個傳感器2、3間的行程為15.2mm。設于電動機的輸出軸上的小齒輪28的齒數為16，第1齒輪29的齒數為24，第2齒輪31的齒數為25。第1齒輪29上一體地設有突起33，突起33的厚度為2個齒厚。與此相對，第2齒輪31上一體地設有突起34，突起34的厚度為1個齒溝厚。上述突起33與突起34從齒輪29、31的同一面側突出，這樣，如果這些突起33、34的前端相對，則會相互干擾。在突起33、34不相互干擾的范圍內，第1齒輪29、第2齒輪31雙方均可旋轉。因此，突起33、34構成阻止部，在不相互干擾的范圍內，第1齒輪29、第2齒輪31雙方均可旋轉多周，在相互干擾時，阻止電動機旋轉。
如上所述，第1齒輪29的齒數為24，第2齒輪31的齒數為25，二者齒數相差為1時，如圖3(a)所示，突起33與突起34相互干擾阻止旋轉。在此狀態下，齒輪反轉，如圖(b)所示，突起33與突起34再次逆向相互干擾阻止旋轉的狀態為第1齒輪29在第2齒輪31旋轉容許齒數后的狀態。并且，在上述實施形態中，從一個止轉位置至另一個止轉位置的可動軸24的行程L通過第1齒輪29的轉數N1、第1齒輪29的齒數Z1、小齒輪28轉數為Np和小齒輪28的齒數Zp求得。
N1＝25-1＝24。
(如果第1齒輪29的阻止部33為1齒，則第1齒輪29的轉數為25，而在圖示的實施形態中，阻止部33為2齒，所以，為-1。)Np＝N1×Z1/Zp＝24×24/16＝36如果上述絲桿27的螺矩為0.5mm，則行程L為L＝36×0.5＝18(mm)實際上，突起33與突起34相互干擾的位置僅距齒輪29、31的中心軸約1.5個齒距，所以精確計算為L＝17.9(mm)。
這樣，將齒數不同的齒輪嚙合的同時在部分齒輪上設有相互干擾的阻止部的裝置稱為美式卷繞制動裝置，其特征是，與上述的馬氏間歇機構等相比，從一個方向的旋轉極限至另一方向的旋轉極限的齒輪的轉數更多。采用使用具有此種特征的美式卷繞制動裝置的圖示實施形態，可延長可動軸24的直線移動行程，同時可得到足夠大的力量。
在上面所述的實施形態中，由2個磁傳感器2、3檢測、限制的可動軸24的行程稍小于美式卷繞制動機構限制的可動軸24的行程。這是由于通常由2個磁傳感器2、3限制行程，即使由于失控等磁傳感器2、3無法限制時，也可由美式卷繞制動機構強行限制可動軸24的直線移動。這樣可保護線性驅動裝置以及由線性驅動裝置所驅動的裝置。
在圖示實施形態中，由與電動機的轉子一體的小齒輪28驅動第1齒輪29旋轉，使第2齒輪31與第1齒輪29嚙合，也可不采用小齒輪，而在電動機的輸出軸上設置第1齒輪，使第2齒輪與第1齒輪嚙合。
在安裝于電動機輸出軸上的小齒輪的后面設有第1齒輪的情況下，也可在小齒輪與第1齒輪間安裝一個或多個齒輪。
上述阻止部也可不僅為1個，而設多個。由于這樣可通過1個旋轉單位調整第1、第2齒輪的轉數，所以，即使是相同齒輪列構造，也可通過僅將單側的齒輪偏向對可動軸的行程進行微調。
作為圖示實施形態中的磁傳感器2、3，可為霍爾集成電路，也可為磁阻元件，也可為可檢測其他磁氣的裝置。檢測裝置不限于磁傳感器，也可為利用光學或靜電容量變化、根據其他適合原理進行檢測的裝置。
在圖示的實施形態中，將被檢測體磁鐵片7直接或間接裝在可動軸24上，將作為檢測裝置的磁傳感器2、3固定在外殼4側，可直接檢測出可動軸的位置。也可將作為檢測裝置的傳感器設在可動軸24側，將作為被檢測體的磁鐵片等設在外殼4側。
在圖示的實施形態中，通過設于外殼4上的插入槽、外殼4的內底面及地板22進行基板8的定位及固定，但也可通過螺紋固定、焊接、粘接等進行基板8的定位及固定。也可通過突起及肋進行基板的定位及固定以代替上述槽。
如上所述，上面所述線性驅動裝置可用于自動開關浴缸排水塞。驅動軸24前進時，其推力推壓排水塞，從而打開排水塞。如果可動軸24后退，其推力牽拉排水塞，從而關閉排水塞。驅動軸24前進時，在作用于可動軸24上的推力方向的反作用力的作用下，與轉子16為一體的帽蓋15強烈撞擊推力擋蓋14。推力承受結構如果采用現有構造，由于轉子與推力擋蓋間的摩擦阻力大，且與推力擋蓋抵接的轉子部分的圓周速度大，所以推力擋蓋部的機械損耗大，難以獲得大的推力。
根據圖示實施形態，與轉子16一體的帽蓋15設有球面，該球面與推力擋蓋14為點接觸，所以摩擦阻力小，并且，球面與推力擋蓋14的接觸點為轉子16的后端的旋轉中心點，該旋轉中心點與推力擋蓋14接觸，所以，該接觸點的圓周速度理論上為零，故滑動阻力非常小。由于帽蓋15用不與轉子16一體的構件構成，所以可采用摩擦阻力小的材料，可減小滑動阻力。根據圖示實施形態，由于采用推力擋蓋構造，可以抑制在可動軸24前進時作用于可動軸24的推力方向的反作用力引起的轉子16的旋轉摩擦的增加，故可減小推力擋蓋部的機械損耗，獲得大的推力。
上述浴缸的排水塞關閉時所需推力小于打開時所需推力。因此，因可動軸24前進將轉子16按壓在推力承受結構側的負荷大于因可動軸24后退將轉子16拉離推力擋蓋構造側的負荷。在圖示實施形態中，在可動軸24后退時推力方向反作用力的作用下，轉子16的一部與向心軸承23的軸向端面抵接。這種相互抵接關系為面接觸，同時，由于以一定圓周速度滑動接觸，所以產生大的滑動摩擦阻力。但是，由于可動軸24后退，將轉子16拉離推力承受結構側方向的負荷小，所以，即使產生一定的滑動摩擦阻力，也不會產生驅動排水塞等被驅動體的推力不足的問題。
在圖示實施形態中，與推力擋蓋14抵接的轉子16側的構件可利用帽蓋15，也可使用鋼球等代替帽蓋15。也可不僅限于球面而將圓錐形構件或樞軸狀構件的前端推力擋蓋抵接。與推力擋蓋14抵接的構件最好采用摩擦阻力小的構件，但并不僅限于此。也可采用與轉子16材質相同的材質。
權利要求
1.一種線性驅動裝置，設有將電動機轉子旋轉運動轉換為驅動軸直線運動的轉換裝置，其特征在于，還包括隨著轉子的旋轉而旋轉的第1齒輪；與第1齒輪齒數不同的、并與第1齒輪嚙合的第2齒輪；裝有阻止部的美式卷繞制動裝置，該阻止部設于所述第1齒輪及第2齒輪上、在允許兩個齒輪旋轉多周的同時使二者相互干擾而阻止所述轉子旋轉，通過上述美式卷繞制動裝置限制上述驅動軸的可動范圍。
2.如權利要求1所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述第1齒輪為安裝在作為驅動源的電動機的輸出軸上的小齒輪。
3.如權利要求1所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述第1齒輪裝在電動機的小齒輪的后段。
4.如權利要求3所述的線性驅動裝置，其特征在于，在所述電動機的小齒輪與所述第1齒輪間裝有其他齒輪。
5.如權利要求1所述的線性驅動裝置，其特征在于，在所述第1齒輪與所述第2齒輪的一方設有多個阻止部。
6.一種線性驅動裝置，設有將電動機的轉子旋轉運動轉換為驅動軸的直線運動的轉換裝置，其特征在于，為直接檢測所述可動軸的位置而在所述可動軸上設有位置檢測裝置。
7.如權利要求6所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述轉換裝置設有設于可動軸及轉子上的、相互嚙合的外螺紋及內螺紋以及阻止上述可動軸旋轉的止轉裝置；所述止轉裝置設有設于容納外殼內的導向部，以及與可動軸同時直線運動的、并與上述可動軸結合的、在導向部引導下阻止可動軸旋轉的止轉構件；所述位置檢測裝置設于所述止轉構件上。
8.如權利要求7所述的線性驅動裝置，其特征在于，還設有第1檢測裝置，該第1檢測裝置相對上述位置檢測裝置的移動軌跡配置并可與設于可動軸上的位置檢測裝置搭配檢測可動軸的位置；所述第1檢測裝置在構成根據與上述位置檢測裝置相對時和不相對時的檢測信號差來檢測可動軸的位置的同時，直接或間接安裝在設有導向部的構件上。
9.如權利要求8所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述第1檢測裝置配置于基板上，該基板固定在設有導向部的構件上。
10.一種線性驅動裝置，設有將電動機轉子的旋轉運動轉換成可動軸直線運動的轉換裝置，其特征在于，設有承受所述可動軸前進時作用于可動軸的推力方向的反作用力的推力承受結構，所述推力承受結構為點接觸式推力承受結構，抑制可動軸前進時作用于可動軸的推力方向的反作用力引起的轉子旋轉摩擦的增加。
11.如權利要求10所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述推力承受結構為承受轉子后端旋轉中心點的結構。
12.如權利要求11所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述可動軸前進時將轉子推向推力承受結構側方向的負荷大于可動軸后退時將轉子拉離推力承受結構側方向的負荷。
全文摘要
一種設有將電動機轉子(16)旋轉運動轉換為驅動軸(24)直線運動的轉換裝置的線性驅動裝置，設有承受可動軸(24)前進時作用于可動軸的推力方向的反作用力的推力承受結構。該推力承受結構為一種點接觸式推力承受結構，可抑制可動軸(24)前進時作用于可動軸的推力方向的反作用力所導致的轉子旋轉摩擦的增加。推力承受結構為承受轉子后端放置中心點的構造。
文檔編號H02K41/02GK1391332SQ0212432
公開日2003年1月15日 申請日期2002年6月11日 優先權日2001年6月13日
發明者西川和憲, 武藏正幸 申請人:株式會社三協精機制作所