直線步進馬達的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種直線步進馬達，其即使是減小了馬達的軸向尺寸的構造，也能夠盡量大地確保主軸的行程。其具備以能夠旋轉的狀態保持于定子總成（130、140）的內側的轉子單元（150），轉子單元（150）在向前側偏置的位置具備螺桿螺母（154），螺桿螺母（154）與主軸（170）的外螺紋構造旋合。轉子（150）通過以轉子磁鐵（152、153）以及螺桿螺母（154）為嵌入材料、以樹脂為原料的注射成型來制造。
【專利說明】直線步進馬達
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及直線步進馬達。
【背景技術】
[0002]公知有如下直線步進馬達，S卩、利用步進馬達來進行主軸(輸出軸)的沿軸向的移動。作為直線步進馬達，例如，公知有專利文獻1、2所記載的構造。
[0003]專利文獻1:日本特開2005-354858號公報
[0004]專利文獻2:日本特開平10-322963號公報
[0005]在直線步進馬達中，主軸的軸向的移動量(行程)成為重要的因素。因此，也存在不將機械擋塊設置于馬達內部而將其設置在馬達的外部的裝置。但是在該情況下，由于在馬達內部沒有停止位置，所以存在無法以馬達單體來規定主軸的絕對位置、而無法確保位置精度的再現性的問題。例如，存在出廠試驗數據與在實機裝置中的位置精度不一致等問題。
[0006]另外，為了實現長行程，也有在定子的后部開設供主軸端能夠突出的貫通孔的裝置。在該情況下，雖然主軸行程的擴大的自由度增加，但是塵埃從該孔進入等故障發生的風險會增大。雖然能夠通過封閉定子的后部的構造來避免該問題，但是若這樣做，則無法確保較大的行程。
[0007]如上所述，在后部被密閉的定子構造中，主軸行程必然被限定，最大也只能是小于或等于馬達長度的行程。其理由是因為，若主軸移動超過馬達長度就會從馬達脫落。嚴謹而言，無法取得從螺桿螺母的位置到定子后部的壁的距離以上的行程。其理由是因為，主軸最深入的狀態是主軸末端面與上述定子的壁抵接之時，主軸伸出最多之時是主軸末端面到達螺桿螺母的位置。
實用新型內容
[0008]在這樣的背景下，本實用新型的目的在于提供一種直線步進馬達，其即使是減小馬達的軸向的尺寸的構造，也能夠盡量大地確保主軸的行程。
[0009]本實用新型的技術方案I是直線步進馬達，其特征在于，具備:定子單元；轉子單元，其以能夠旋轉的狀態配置于該定子單元的內側；輸出軸，該轉子單元的旋轉運動被變換為輸出軸的直線運動；以及螺母部，其設置于上述轉子單元的內側，并與形成于上述輸出軸的螺紋部旋合，上述螺母部在向上述轉子單元的軸向的一端側或者另一端側中的一方偏置的位置配置，上述轉子單元具有將上述螺母部及磁鐵作為嵌入材料的、利用樹脂的一體成型構造。根據技術方案1，通過在軸向偏置配置螺母，能夠使主軸行程變長。
[0010]技術方案2是根據技術方案1，上述轉子單元通過一對相同構造的軸承而以能夠自由旋轉的狀態保持于上述定子單元。根據技術方案2，能夠實現部件的通用化，并對低成本化有利。
[0011]技術方案3是根據技術方案I或者2，上述轉子單元具有:在軸向具有間隔地配置的一對上述磁鐵；以及上述一對磁鐵之間的、外徑比上述一對磁鐵的外徑小的中間部分。根據技術方案3，能夠抑制由于樹脂的毛邊等引起的轉子的一部分與定子接觸的事故的發生。還能夠抑制由于溫度上升所引起的轉子磁鐵與樹脂的熱膨脹系數的不同，樹脂的外徑尺寸變大的情況導致的與定子接觸的事故的發生(不良情況)。
[0012]技術方案4是根據技術方案I~3中任一項，上述定子單元具有利用樹脂模壓成型的一體構造。根據技術方案4，能夠簡化定子單元的制造，并且由于內部的間隙被樹脂填充，所以防塵性高并能夠得到高可靠性。另外，利用樹脂模壓成型而使線圈繞線管一體化，從而降低由線圈勵磁引起的振動和由馬達旋轉引起的振動，從而有助于低噪音化。
[0013]根據本實用新型，能夠得到即使是減小馬達的軸向的尺寸的構造、也能夠盡量大地確保主軸的行程的直線步進馬達。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1A是實施方式的俯視圖。
[0015]圖1B是實施方式的主視圖。
[0016]圖2是實施方式的側剖視圖。
[0017]圖3是轉子的側剖視圖。
[0018]圖4A是表示實施方式的組裝的過程的立體圖(轉子單元的組裝)。
[0019]圖4B是表示實施方式的組裝的過程的立體圖(轉子單元與定子單元的結合)。
[0020]圖4C是表示實施方式的組裝的過程的立體圖(前側殼體的安裝)。
[0021]附圖標記的說明:
[0022]100…直線步進馬達；101…前側殼體；102…末端側殼體；130…定子總成；131...外側定子；132…內側定子；133…繞線管；134…定子線圈；135…前板；135a...螺紋孔；135b…螺紋孔；136…填充的樹脂；137…端子引腳；138…基板；139…端子部；140…定子總
成；150…轉子單元；150a----對轉子磁鐵之間的中間部分；151…轉子部件；152…轉子磁
鐵；153…轉子磁鐵；154…螺桿螺母；156…凸臺；157…凸臺；161…滾動軸承；162…滾動軸承；170…主軸；170a...外螺紋部；171…擋塊。
【具體實施方式】
[0023](構造)
[0024]圖1A、圖1B及圖2中示出了實施方式的直線步進馬達100。直線步進馬達100具有前側殼體101和末端側殼體102。在前側殼體101和末端側殼體102之間，配置有定子總成130和定子總成140。定子總成130及定子總成140具有基本相同的構造，并沿軸向背靠背地配置。由定子總成130及定子總成140構成爪極式步進馬達的定子。
[0025]以下，代表性地對定子總成130進行說明。定子總成130具有外側定子131及內側定子132。外側定子131和內側定子132由電磁鋼板等磁性材料構成。外側定子131和內側定子132具有與普通的爪極式步進馬達中的外側定子和內側定子相同的構造。在外側定子131的內側，配置有定子線圈134，該定子線圈134通過將磁線卷繞于樹脂制的繞線管133而構成。在繞線管133埋入有端子引腳137。此處，雖然對定子總成130進行了說明，但是定子總成140也具有相同的構造。
[0026]在定子總成130和140暫時組合的狀態下，將樹脂注入它們內部的間隙，通過樹脂模壓成型構造而使它們形成為一體。符號136是指填充的樹脂材料。由于該樹脂模壓成型構造，定子總成130和140以沿軸向背靠背地接觸的狀態而形成為一體。并且，此時利用樹脂材料136也同時地一體形成末端側殼體102。末端側殼體102是封閉定子內側的空間的部件，對配置于定子內側的后述的主軸而言，其移動被末端側殼體102限制。
[0027]在定子總成130，以與其接觸的狀態固定有前板135。前板135具有設置有兩個螺紋孔135a的凸緣部。利用螺紋孔135a而將直線步進馬達100固定于固定對象物。在前板135上固定有前側殼體101。上述固定利用設置于前板135的爪部(卡止部)135b來進行。此外，前板135的凸緣的形狀不限定于圖示的形狀。
[0028]如圖所示，在定子總成130上設置有端子引腳137，定子線圈134的繞線的端部以卷繞于端子引腳137的方式與其連接。端子引腳137從形成有配線圖案的基板138的接觸孔穿過，其端部貫穿基板138。基板138與端子部139形成為一體，端子部139固定于定子總成130及140。此外，在定子總成140側也設置有相同構造的端子引腳，但對此省略說明。
[0029]在定子總成130及140的內側，以自由旋轉的狀態收納有轉子單元150。圖3中示出了轉子的剖視圖。轉子單元150具有轉子部件151、轉子磁鐵152、153、以及螺桿螺母154 (螺母部)。轉子部件151是通過將轉子磁鐵152、153及螺桿螺母154作為嵌入材料的樹脂的注射成型而形成的大致呈筒狀的部件。在轉子部件151的兩端設置有用于安裝滾動軸承161、162的凸臺156、157。在構成轉子部件151的樹脂中，也可以包含10重量％?50重量％的玻璃絲等。轉子磁鐵152、153是以樹脂和磁粉為原料的粘結磁鐵，并大致具有圓筒形狀。轉子磁鐵152、153沿周向交替地被磁化為NSNS。螺桿螺母154在內側形成有內螺紋構造，該內螺紋構造與后述的主軸170的外螺紋嚙合。
[0030]圖3中，Lrot是轉子單元150的軸向的長度(與定子對置的轉子長)，Lmag是轉子磁鐵152、153的軸向的長度(磁鐵長)，Lnut是螺桿螺母154的軸向的長度(螺母長)。此處，設定為 Lnut < Lmag。
[0031]如圖3所示，Lrot的中心部分Pl成為轉子單元150的軸向的中心的位置。Pl基本上也是由定子總成130和定子總成140構成的定子(定子單元)的軸向的中心的位置。另夕卜，P2是螺桿螺母154的軸向的中心的位置。此處，使Pl與P2的位置不一致，并使軸向上的兩者的位置錯開，從而得到偏置狀態。即，通過錯開Pl與P2的位置來實現將螺母部的位置偏置配置于轉子單元的軸向的一端側或者另一端側中的一方的狀態。
[0032]此外，在本實施方式中，作為轉子磁鐵，說明了使用兩塊轉子磁鐵152、153的情況，但是也可以有使用一塊轉子磁鐵的情況。在該情況下也是Lnut < Lmag，并處于Pl與P2的位置錯開的偏置狀態。
[0033]在設置于轉子單元150的兩端的部分的凸臺156、157上，通過壓入而安裝有滾動軸承161、162。滾動軸承161、162是相同的部件，轉子單元150通過滾動軸承161、162而以自由旋轉的狀態保持于前側殼體101及末端側殼體102。在轉子單元150的內側，固定有金屬制的主軸170。主軸170作為在軸向可動的輸出軸而發揮功能。在主軸170的外周，刻有與螺桿螺母154的內螺紋構造嚙合的外螺紋構造。并且，在主軸170上，設置有防止旋轉用的擋塊171。前側殼體101具有沿軸向延伸的空間，在該空間內，擋塊171能夠沿軸向移動，并且擋塊171被限制為無法旋轉。在該空間內，擋塊171處于能夠沿其內壁在軸向移動，并無法相對于前側殼體101旋轉(若旋轉，則與前側殼體101的內壁接觸)的狀態。[0034](動作)
[0035]若在定子總成130及140的定子線圈流動極性周期性反轉的驅動電流，則根據爪極式步進馬達的工作原理，作用欲使轉子磁鐵152、153旋轉的驅動力，從而轉子單元150旋轉。此時，與主軸170的外周的外螺紋構造嚙合的螺桿螺母154也旋轉，但是由于擋塊171的作用，主軸170無法旋轉，另一方面，由于主軸170能夠在軸向移動，所以根據螺旋的原理，主軸170隨著螺桿螺母154的旋轉而在軸向移動。此時，根據驅動信號的脈沖數來控制轉子單元150的旋轉量，由此，進行主軸170的直線移動量的控制。
[0036](組裝工序)
[0037]最先對得到圖3的轉子單元150的工序進行說明。首先，在未圖示的金屬模的模腔內，配置轉子磁鐵152及153、螺桿螺母154來作為嵌入材料。然后，將加熱而流動化的樹脂注入該金屬模的模腔內部，進行注射成型。通過該注射成型，得到圖3所示的轉子單元150。
[0038]接下來，如圖4A所示，準備主軸170，使主軸170與轉子單元150結合。在主軸170上設置有外螺紋部170a，通過使轉子單元150的螺桿螺母154與該外螺紋部170a旋合，來得到圖4A所示的狀態。
[0039]接下來，使定子總成130和140暫時組合，將該狀態下的部件配置于未圖示的金屬模內，并將樹脂注入該金屬模內。在該工序中，樹脂如圖2的符號136所示地填充于間隙的部分，從而定子總成130、140通過樹脂而形成為一體。
[0040]接下來，通過將滾動軸承162壓入(也可以通過粘著劑來固定)末端側殼體102的內側而將其固定，并且通過等離子焊接等方法將前板135固定于定子總成130。這樣，在圖4B所示的狀態下，得到未安裝圖4A所示的主軸170與轉子單元150結合而成的部件的狀態。接下來，在安裝于末端側殼體102內部的滾動軸承162的內圈固定圖4A所示的部件的轉子單元150固定。該固定同樣通過壓入(也可以通過粘著劑來固定)來進行。這樣，得到圖4B所示的狀態。
[0041]如圖4B所示，前板135具有四個爪部135a。得到圖4B的狀態后，將前側殼體101固定于前板135。此時，通過對爪部135b進行斂縫來將前側殼體101固定于前板135。這樣，得到圖4C所示的直線步進馬達100。此外，雖未圖示，但是得到圖4C所示的狀態后，對具備基板138的端子部139進行安裝，從而得到圖1A、圖1B以及圖2所示的狀態。
[0042](特征)
[0043]在本實施方式中，在將螺桿螺母裝入轉子時，使用相對于磁鐵長度盡量短的螺桿螺母長，從而在軸向觀察時，該螺桿螺母位置相對于轉子磁鐵而盡量位于前側。這樣，確保從螺桿螺母到定子后壁的距離較長，從而使主軸的行程長度變長。另外，通過使螺桿螺母向前側偏置，能夠使馬達全長變短。另外，由于通過模具一體成型，所以通過改變金屬模的一部分部件，能夠自由配置螺桿螺母的位置，進而能夠提供可與需要的行程對應的直線馬達。
[0044]以下,列舉直線步進馬達100的特征。
[0045](I)作為兩個滾動軸承161及162，使用相同的部件，從而實現部件的通用化。
[0046](2)轉子單元150具有如下構造，即，轉子磁鐵152、153、以及具有螺紋部的螺桿螺母154通過樹脂模壓成型而一體成型。根據該構造，能簡化組裝，并且能提高部件精度。并且，能夠簡單地進行螺桿螺母154的位置的變更。[0047](3)通過利用樹脂而使定子總成130、140形成為一體，從而能夠簡化制造工序，并能夠提高基于利用樹脂來密封間隙的防塵性以及可靠性。
[0048](4)將螺桿螺母154配置于向前側偏置的位置。S卩，轉子單元150的中心的位置位于比前側定子單元(定子總成130)的中心的位置更靠近前側的位置。根據該構造，能夠確保主軸170的行程(向圖2中的左方的移動量)，并且能夠使直線步進馬達100主體的軸向的尺寸變短。
[0049](5)內置有如下機構，即，利用擋塊171的主軸170的旋轉防止機構、利用前側殼體101的制約主軸170的前進的機械式擋塊機構、以及利用末端側殼體102的以后退端制約主軸170的移動的機械式擋塊機構。另外，也能夠將擋塊171作為如下機械式擋塊機構來使用，即，通過與殼體101的內表面接觸來制約前進以及通過與滾動軸承的內圈的端面接觸來制約后退。
[0050](6)在轉子單元150中，兩個轉子磁鐵152、153之間的中間部分150a的外徑比磁鐵的外徑小，中間部分150a位于比轉子磁鐵152、153的外周面低的位置。根據該構造，能夠抑制由于構成轉子單元150的樹脂的毛邊等而引起的阻礙轉子單元150的旋轉的可能性。
[0051](7)螺桿螺母154的軸向的長度Lnut相對于轉子磁鐵152、153的軸向的長度Lmag,有 Lnut < Lmag 的關系。
[0052](8)螺桿螺母154的外形形狀呈多邊形或者具有止轉功能的某個形狀，并且，螺桿螺母154構成為相對于轉子單元150不產生相對的空轉的構造。
[0053](9)末端側殼體102具備保持滾動軸承162的座部，并具有與定子一體成型的構造。
[0054](10)前側殼體101具有如下一體構造,該一體構造具有保持滾動軸承161的座部、以及主軸170的止轉槽。
[0055](11)直線步進馬達100的構造特別適合于轉子磁鐵152、153的外徑在9mm以下的情況。
[0056](12)作為轉子磁鐵152、153，能夠使用鐵氧體磁鐵、稀土類磁鐵等的燒結磁鐵、粘
結磁鐵。
[0057](13)能夠使構成轉子單元150的樹脂的徑向的厚度極大限度地變薄，并能夠使馬達外徑變小。另外，螺桿螺母154的前側端面位于比滾動軸承161的端面更靠近后方的位置。
[0058](其他方式)
[0059]本實用新型的方式并不限定于上述各個實施方式，也包含所屬【技術領域】的技術人員能夠想到的各種變形，本實用新型的效果也不限定于上述內容。即，在不脫離權利要求書所規定的內容及從其等效物得出的本實用新型的概括思想和主旨的范圍內，能夠進行各種增加、變更以及部分的刪除。
[0060]工業上的應用可行性
[0061]本實用新型能夠用于直線步進馬達。
【權利要求】
1.一種直線步進馬達，其特征在于，具備: 定子單元； 轉子單元，其以能夠旋轉的狀態配置于所述定子單元的內側； 輸出軸，所述轉子單元的旋轉運動被變換為所述輸出軸的直線運動；以及 螺母部，其設置于所述轉子單元的內側，并與形成于所述輸出軸的螺紋部旋合， 所述螺母部在向所述轉子單元的軸向的一端側或者另一端側中的一方偏置的位置配置， 所述轉子單元具有將所述螺母部及磁鐵作為嵌入材料的、利用樹脂的一體成型構造。
2.根據權利要求1所述的直線步進馬達，其特征在于， 所述轉子單元通過一對相同構造的軸承而以能夠自由旋轉的狀態保持于所述定子單J Li ο
3.根據權利要求1或2所述的直線步進馬達，其特征在于， 所述轉子單元具有: 在軸向具有間隔地配置的一對的所述磁鐵；以及 所述一對磁鐵之間的、外徑比所述一對磁鐵的外徑小的中間部分。
4.根據權利要求1或2所述的直線步進馬達，其特征在于， 所述定子單元具有利用樹脂模壓成型的一體構造。
【文檔編號】H02K37/10GK203491872SQ201320591349
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】藤谷榮, 加藤晃, 村松和夫, 小槙正朋 申請人:美蓓亞株式會社