リニアアクチュエータ
【課題】作動精度の高いリニアアクチュエータを得ると共に、その小型化を促進する。
【解決手段】ロータ３の両端にステータユニット２Ａ、２Ｂが各々配設され、ロータ３の直径を略ステータアセンブリ２の径まで拡大することができ、モータトルクを低下させることなくリニアアクチュエータ１の小型化を図ることができる。ピン１１及び溝１８ｄがステータユニット２Ａと一体で構成することから、ステータユニット２Ａと出力軸４との中心が確実に一致する。よって、出力軸４の直線運動方向に対する出力軸の傾きが生じることを回避し、作動精度を高めることができる。しかも、ステータユニット２Ａとロータ３とが有底筒状のケース５に収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることから、出力軸４が組み込まれていない状態で、ロータ３の回転特性を評価することができる。
【解決手段】ロータ３の両端にステータユニット２Ａ、２Ｂが各々配設され、ロータ３の直径を略ステータアセンブリ２の径まで拡大することができ、モータトルクを低下させることなくリニアアクチュエータ１の小型化を図ることができる。ピン１１及び溝１８ｄがステータユニット２Ａと一体で構成することから、ステータユニット２Ａと出力軸４との中心が確実に一致する。よって、出力軸４の直線運動方向に対する出力軸の傾きが生じることを回避し、作動精度を高めることができる。しかも、ステータユニット２Ａとロータ３とが有底筒状のケース５に収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることから、出力軸４が組み込まれていない状態で、ロータ３の回転特性を評価することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータによりロータの回転運動を出力軸の軸方向の直線運動に変換して出力する、リニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステッピングモータは制御性の良さから各種ＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器や各種ＯＡ（オフィス・オートメーション）機器等に用いられているが、特にＰＭ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）型ステッピングモータは低価格なことから、近年、その構造を部分的に用いて、ロータの回転運動を出力軸の軸方向の直線運動に変換したアクチュエータとしても利用されている。このアクチュエータは、例えば、車輌用ヘッドライトの光軸調整装置やガス流量制御弁等に使用されている。このようなアクチュエータの一例として、図６に示される構造のリニアアクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このリニアアクチュエータは、図６に断面図で示されるように、ステッピングモータを応用した構造を有しており、ステータアセンブリ６０と、ステータアセンブリ６０に対して回転運動するロータ７０と、ロータ７０の回転運動が直線運動に変換されて直線運動する出力軸８０とを備えている。
ステータアセンブリ６０の内部には、巻線６１が巻回されたボビン６２を挟んで対向するステータヨーク６３ａ、６３ｂにより、１つのステータ６３が構成されている。又、巻線６４が巻回されたボビン６５を挟んで対向するステータヨーク６６ａ、６６ｂにより、もう１つのステータ６６が構成されている。そして、各ステータヨーク６３ａ、６３ｂには、複数の櫛歯状の極歯が形成され、交互に極歯が噛み合わされている。同様に、各ステータヨーク６６ａ、６６ｂにも、複数の櫛歯状の極歯が形成され、交互に極歯が噛み合わされている。そして、２つのステータ６３、６６が背中合わせに密着することで、２相のステータアセンブリ６０が構成されている。
又、ロータ７０は、表面に多極着磁されたロータマグネット７１と、樹脂製のロータ芯材７２と、雌ねじ７３とで構成され、ステータアセンブリ６０の内側に回転可能に収納されている。そして、ロータマグネット７１の外周には、所定のギャップを介して、２つのステータ６３、６６の極歯が対向配置されている。
【０００４】
ステータアセンブリ６０の後端６０ｂ側には、エンドプレート９０が配置されている。エンドプレート９０は、ステータアセンブリ６０のヨーク支持部材６７を、樹脂６８によって射出成形する際に、ヨーク支持部材６７と同時に成形されるものである。又、エンドプレート９０のロータ７０側の面には、凹部９１が形成され、凹部９１には、玉軸受９２が取付けられている。玉軸受９２は、ロータ７０が回転可能となるように、ロータ芯材７２を軸支している。そして、ロータ７０の中心孔に、出力軸８０の後端８０ｂ側が挿入され、出力軸８０の後端８０ｂ側に形成された雄ねじ８１が、ロータ７０に取付けられた雌ねじ７３と螺合している。一方、出力軸８０の先端８０ａ側には、ストップピン８２が、軸方向と直交する方向に突設されている。
【０００５】
更に、ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側には、ステータアセンブリ６０に固定された円筒状のフロント部１００が設けられている。フロント部１００は、ステータアセンブリ６０のヨーク支持部材６７を樹脂６８によって射出成形する際に、ヨーク支持部材６７と同時に成形されるものである。そして、フロント部１００の内周面には、玉軸受１０１が嵌入され、ロータ７０が回転可能となるように、ロータ芯材７２は玉軸受１０１によっても軸支されている。
【０００６】
又、ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側には、ハウジング１１０が取付けられており、ハウジング１１０の中心孔１１１から、出力軸８０の先端８０ａが突出している。そして、ハウジング１１０の内周面には、出力軸８０の長手方向に沿う溝１１２が形成され、溝１１２にストップピン８２が収納されている。従って、ロータ７０が回転すると、溝１１２によってストップピン８２の回転が規制されるため、出力軸８０が溝１１２をガイドとして軸方向に直線運動する。
なお、以上の構造において、玉軸受１０１は出力軸８０をロータに通さない状態で、フロント部１００に取付けることができることから、出力軸８０の未装着状態で、ロータ７０の回転特性を評価することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２６０９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、図６に示される従来のアクチュエータにおいては、ハウジング１１０の中心孔１１１において、出力軸８０が移動自在に支持される構成のため、ハウジング１１０の中心孔１１１の中心位置を、ステータアセンブリ６０の中心に一致させる必要がある。この際、互いに別部品であるハウジング１１０と、ステータアセンブリ６０とが、ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側で固定される構成のため、ハウジング１１０の中心孔１１１の中心位置を、ステータアセンブリ６０の中心に一致させることが難しく、ハウジング１１０の中心と、ステータアセンブリ６０の中心が一致しない場合、出力軸８０が本来の直線運動方向に対して傾いた状態で、直線運動してしまうという問題が生じる。
【０００９】
又、アクチュエータの小型化の要求に対して、従来のアクチュエータ構造では、ステータアセンブリ６０の外径が小径化すると、ロータ７０（ロータマグネット７１）の外径も小径となり、ロータマグネット７１の外径が小径化するとモータのトルクが著しく低下してしまうことから、アクチュエータの小型化が難しいという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力軸の傾きが生じることなく、作動精度の高いリニアアクチュエータを得ると共に、その小型化を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のリニアアクチュエータは、ロータの回転運動が直線運動に変換されて軸方向に駆動される出力軸を備えるリニアアクチュエータであって、ステータユニットと前記ロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることで、出力軸がない状態でロータの回転特性を評価することができ、リニアアクチュエータの作動精度を安定させるものである。
又、前記ステータユニットの貫通孔の壁面には、軸方向へと延びて少なくともその一端が前記貫通孔の端部に開放された溝が形成され、前記出力軸の前記溝と重合する位置には、軸方向と直交するようにピンが突設され、該ピンが、一方のステータユニットの貫通孔の溝に収容された状態で、前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれる。従って、ステータユニットと出力軸との中心が確実に一致し、出力軸の直線運動方向に対する出力軸の傾きが生じることを回避し、作動精度の高いリニアアクチュエータを構成することができる。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。なお、各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。よって、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１１】
（１）ロータの回転運動が直線運動に変換されて軸方向に駆動される出力軸を備えるリニアアクチュエータであって、
前記ロータは、外周にロータマグネットが配されると共に、中心部には該ロータの回転運動を前記出力軸の直線運動に変換する変換部を備え、
前記ロータの両端には、コイルを巻回したボビンの収容部と、該ボビンの収容部の中央を軸方向に貫通する貫通孔と、前記収容部と軸方向に隣接する位置に円筒状に配置された複数の極歯によって形成される円筒状の空間とを含み、該円筒状の空間に前記ロータが回転自在に収容される一対のステータユニットが配置され、
前記ステータユニットと前記ロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成され、
なおかつ、前記ステータユニットの貫通孔の壁面には、軸方向へと延びて少なくともその一端が前記貫通孔の端部に開放された溝が形成され、前記出力軸の前記溝と重合する位置には、軸方向と直交するようにピンが突設され、
該ピンが、一方のステータユニットの貫通孔の溝に収容された状態で、前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれてなるリニアアクチュエータ（請求項１）。
【００１２】
本項に記載のリニアアクチュエータは、ロータの両端にステータユニットが各々配設された構成のため、ロータ径を略ステータ径まで拡大することができ、その結果として、モータトルクを低下させることなくアクチュエータの小型化を図ることができる。又、ピン及びステータユニットの貫通孔の壁面に形成された溝は、出力軸の回転止めとして機能するものであるが、かかるピン及び溝がステータユニットの内部（貫通孔）と一体的に構成することから、ステータユニットと出力軸との中心が確実に一致する。よって、出力軸の直線運動方向に対する出力軸の傾きが生じることを回避し、作動精度の高いリニアアクチュエータを構成することができる。
しかも、ステータユニットとロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることから、出力軸が組み込まれていない状態でロータの回転特性を評価することができ、リニアアクチュエータの作動精度を安定させることができる。
【００１３】
（２）前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれ、前記ピンが前記ステータユニットの貫通孔に形成された溝に収容された状態で、前記貫通孔の先端に装着され、前記出力軸を軸方向に摺動案内する円筒状の軸受を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ（請求項２）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、出力軸がロータの中心部に組み込まれ、ピンが、ステータユニットの貫通孔に形成された溝に収容された状態で、円筒状の軸受によってステータユニットの貫通孔に形成された溝の先端が閉じられる。そして、溝からのピンの脱落が阻止されると共に、出力軸が円筒状の軸受によって確実に摺動案内される。
【００１４】
（３）前記有底筒状のケースの開放端が、前記出力軸の貫通孔を備える蓋によって塞がれてなるリニアアクチュエータ（請求項３）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、有底筒状のケースの開放端が、出力軸の貫通孔を備える蓋によって塞がれることで、出力軸の直線運動が阻害されること無く、有底筒状のケース内部にステータユニットとロータとが密閉される。
【００１５】
（４）前記ステータユニットは内ヨークと、外ヨークと、前記内ヨーク及び前記外ヨークの間に収容されたコイルとを含み、前記内ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、前記外ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯が交互に噛み合うことにより、前記円筒状の空間が形成され、かつ、前記内ヨークの円筒突起部及び前記外ヨークの円筒突起部が、互いに機械的及び磁気的に結合されてなるリニアアクチュエータ（請求項４）。
【００１６】
本項に記載のリニアアクチュエータは、内ヨークと、外ヨークとが組み合わされて構成されるものであることから、ステータユニットへのコイルの装着が容易となる。又、内ヨークの極歯と外ヨークの極歯が交互に噛み合うことにより、ロータを回転自在に収容する円筒状の空間が形成され、コイルが発生する磁束が極歯を介してロータに作用し、ロータが回転駆動される。しかも、内ヨークと外ヨークとが、各々の円筒突起部によって、互いに機械的及び磁気的に結合されることにより、内ヨークと外ヨークを結合する別部品が不要となり、部品点数の増加を回避することができる。
【００１７】
（５）前記（４）項において、前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯とが樹脂で覆われ、かつ、該樹脂によって前記貫通孔を備えるボス部が形成されてなるリニアアクチュエータ（請求項５）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、内ヨークの極歯と外ヨークの極歯とが樹脂で覆われ、かつ、該樹脂によって前記貫通孔を備えるボス部が形成されてなるものであり、樹脂モールドによって、内ヨークの極歯と外ヨークの極歯とボス部とを一体成形することで、必要な形状を容易に得ることが可能となる。
【００１８】
（６）前記ロータユニットの両端に配設された一対のステータユニットが、同一構造であるリニアアクチュエータ（請求項６）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、一対のステータユニットは同一構造となっていることから、部品の共通化が図られ、部品点数の増加を回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明はこのように構成したので、出力軸の傾きが生じることなく、作動精度の高いリニアアクチュエータを得ると共に、その小型化を促進することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係るの断面図、図２は図１の平面図であり、図３は図１におけるステータの平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は図４の底面図である。
本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、図１に示されるように、ステータアセンブリ２と、ステータアセンブリ２に対して回転運動するロータ３と、ロータ３の回転運動が直線運動に変換されることにより、軸方向へと移動する棒状の出力軸４と、ステータアセンブリ２及びロータ３を収容するケース５とを備えている。
又、ステータアセンブリ２は、ロータ３の軸方向の一方側に配置されたステータユニット２Ａと、ロータ３の軸方向の他方側に配置されたステータユニット２Ｂとからなるものであり、すなわち、ステータユニット２Ａ、２Ｂがロータ３の両端に各々配設された構造となっている。そして、ステータユニット２Ａ、２Ｂは、全くの同一構造である。
【００２２】
ロータ３は、多極着磁された円筒状のロータマグネット６が、樹脂製のロータ芯材８の外周に固定され、かつ、ロータ芯材８の中心部に、回転運動を直線運動に変換する変換部を構成する雌ねじ部７が設けられている。更に、ロータマグネット６の軸方向の両端面には、ロータマグネット６の欠け防止とバックヨークを兼ねたマグネットストッパー９が設けられている。又、ロータ芯材８の両端面には、ロータ３を回転自在に保持するための軸受１０、１０が装着されている。
ロータ芯材８はロータマグネット６とのインサートモールド時に形成され、インサートモールドに用いられる樹脂材料としては、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂が挙げられる。なお、雌ねじ部７はインサートモールド時にロータ芯材８の内周面に直接形成した構成であっても良く、あるいは、市販のナットを、インサートモールドによってロータ芯材８と一体成形したものであっても良い。
【００２３】
又、出力軸４の一方側端部から所定の範囲の外周面には、雄ねじ４ａが形成されている。そして、出力軸４の雄ねじ４ａとロータ３の雌ねじ部７とで、ロータ３の回転運動を直線運動に変換する変換部が構成されている。従って、出力軸４の雄ねじ４ａの設置範囲は、出力軸４に求められる直線運動のストロークに基づき定められる。
更に出力軸４の中間部には、軸方向と直交するピン１１が突設されている。ピン１１は、出力軸４に形成された穴に圧入されることによって、出力軸４を貫通した状態で（すなわち、ピン１１はその両側が出力軸４の外周から突出するように）固定されている。なお、ピン１１は、後述するステータユニット２Ａの溝１８ｄと重合する位置に設けられている。
【００２４】
ステータユニット２Ａは、図４に示されるように、ボビン１２に所定のターン数を巻回したコイル１３と、コイル１３の外周を覆うカバーリング１４と、内ヨーク１５と、外ヨーク１６とから構成されており、図４に示されるように、ボビン１２の収容部Ｓｂと、ボビン１２の収容部Ｓｂの中央を軸方向に貫通する貫通孔１８ｅと、収容部Ｓｂと軸方向に隣接する位置に円筒状に配置された複数の極歯１５ｂ、１６ｂ（図１参照）によって形成される円筒状の空間Ｓｒとを含むものである。
【００２５】
ボビン１２はコイル１３が巻回される巻芯部の両端にフランジが一体に形成され、一方のフランジには端子１２ａが一体に形成され、端子１２ａには端子ピン１７が植設されている。端子ピン１７は略Ｈ字の形状を有しており、端子ピン１７の一方側が端子１２ａに植設され、他方側が長短の端子ピン１７ａ、１７ｂとなっている。ここで、短い端子ピン１７ａは、コイル１３のリード部を絡げる端子ピンであり、長い端子ピン１７ｂは、給電用の端子ピンとして機能するものである。そして、短い端子ピン１７ａへとコイル１３のリード部が絡げられた後、プラズマ溶接にて接合されている。
なお、ボビン１２及びカバーリング１４は、例えば、液晶ポリマー等の樹脂材料にて形成される。
【００２６】
コイル１３の外周を覆うカバーリング１４は、外周に端子カバー部１４ａが一体に形成されており、コイル１３の外周にカバーリング１４が装着された状態で、カバーリング１４の端子カバー部１４ａによって、ボビン１２の端子１２ａの上面及び両側面が覆われ、給電用の長い端子ピン１７ｂはカバーリング１４の端子カバー部１４ａの端部から突出する。一方、コイル１３のリード部を絡げた短い端子ピン１７ａは端子カバー部１４ａから突出しない構成となっている。端子カバー部１４ａの内周面に形成された溝１４ｂは、コイル１３のリード部を端子ピン１７ａに絡げる時の案内溝として機能すると共に、カバーリング１４装着時の損傷を防止するための逃げ溝として機能する。
【００２７】
内ヨーク１５は、円板部１５ａの外周縁から軸方向に伸長する複数の櫛歯状の極歯１５ｂを備え、円板部１５ａの中央には極歯１５ｂと反対方向に伸びる円筒突起部１５ｃが形成されている。又、外ヨーク１６は、円板部１６ａの外周縁から軸方向に伸長する複数の櫛歯状の極歯１６ｂを備え、円板部１６ａの中央には極歯１６ｂと同じ方向に伸びる円筒突起部１６ｃが形成されている。そして、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂが交互に噛み合うことにより、円筒状の空間Ｓｒ（図４参照）が形成される。又、コイル１３が巻回されたボビン１２は、内ヨーク１５と外ヨーク１６との間に形成された円環状の空間である、収容部Ｓｂ（図４参照）に収容されている。
なお、内ヨーク１５及び外ヨーク１６は、例えば、電気亜鉛めっき鋼板、珪素鋼板、電磁軟鉄等の軟磁性板により形成されるものである。
【００２８】
さて、上記ステータユニット２Ａは、次のような手順で作製されるものである。
まず、内ヨーク１５と外ヨーク１６との間に、コイル１３の外周にカバーリング１４を装着したボビン１２を収容する。そして、外ヨーク１６の円筒突起部１６ｃを、内ヨーク１５の円筒突起部１５ｃの内周に圧入して、内ヨーク１５と外ヨーク１６を機械的及び磁気的に結合したステータユニットサブアッセンブリを作製する。
このとき、外ヨーク１６の極歯１６ｂと、内ヨーク１５の極歯１５ｂとを交互に噛み合わせ、外ヨーク１６の極歯１６ｂと内ヨーク１５の極歯１５ｂとが、電気角で１８０度のずれが生じるように、外ヨーク１６と内ヨーク１５とを配置する。
【００２９】
次に、ステータユニットサブアッセンブリを、図示しない金型内の所定の位置にセットし、樹脂モールドによって一体成形する。樹脂モールドに用いる樹脂材料としては、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂が挙げられる。この樹脂モールド工程において、図４に示されるように、外ヨーク１６の極歯１６ｂと内ヨーク１５の極歯１５ｂは樹脂で覆われる。又、極歯１５ｂ、１６ｂの間にも樹脂が充填され、それと共に、端面に配置された位置決め手段２０の凸部２０ａと凹部２０ｂとが、各々複数、同時に成形される。又、これと同時に、ステータユニットサブアッセンブリの軸方向中央には、極歯１５ｂ、１６ｂとは軸方向の反対側へと突出するように、円筒状のボス部１８が成形されている。更に、ボス部１８の一方端には凹部１８ｃが形成され、ボス部１８の内周面には、先端が凹部１８ｃに開放され、基端がボス部１８の他方端１８ｂの手前まで軸方向に伸長する、一対の溝１８ｄも同時に形成される。
【００３０】
又、外ヨーク１６の円板部１６ａの上面には樹脂モールド時に複数のリブ１９が形成され、このリブ１９は、外ヨーク１６の極歯１６ｂと内ヨーク１５の極歯１５ｂの間に充填される樹脂と、ボス部１８とに対し、連続的に一体成形されている。そして、リブ１９によってステータユニットの強度を向上できると共に、外ヨーク１６の円板部１６ａの上面を、隣接するリブ１９の間から部分的に露出させることとなり、コイル１３による発熱を効率よく放熱することが可能となる。
なお、前述のごとく、ステータユニット２Ｂの構成は、ステータユニット２Ａの構成と同じ形状、構成のため、その説明は省略する。
【００３１】
又、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、次の手順によって作製されるものである。
まず、ステータユニット２Ｂのボス部１８の他方端１８ｂに、一方の軸受１０（図１）の内輪を嵌合させ、ロータ３を軸受１０の外輪に嵌合させる。そして、アルミ合金により構成され、一方の端面が開放された有底筒状のケース５の、外周に形成された切欠部５ａ（図１）に、ステータユニット２Ｂの端子１２ａを挿通させ、ケース５の底部の凹部５ｂ（図１）にステータユニット２Ｂのボス部１８の一方端１８ａを嵌め込んで、ステータユニット２Ｂとロータ３とを、ケース５内に収容する。
【００３２】
次に、ステータユニット２Ａのボス部１８の他方端１８ｂに、他方の軸受１０（図１）の内輪を嵌合させ、ケース５の切欠部５ａ（図１）に、ステータユニット２Ａの端子１２ａを挿通させてステータユニット２Ａをケース５内に収容する。そして、ロータ３のロータ芯材８を軸受１０の外輪に嵌合させると共に、ステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂの対向面に形成された凸部２０ａ及び凹部２０ｂ（図４、図５）同士を嵌合させることで、ステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂとの位置合わせが行われると共に、両者が接合される。この位置合わせはステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂが９０度の位相差となるように設定されている。
さらに、ロータ３の両端にステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂが配置された状態で、ケース５内に収容される。このとき、ステータユニット２Ａの端子１２ａとステータユニット２Ｂの端子１２ａは、ケース５の切欠部５ａ内において、カバーリング１４の端子カバー部１４ａに覆われていない面同士が、互いに対向して配置される。
【００３３】
ここで、樹脂モールドしたステータユニット２Ａ、ステータユニット２Ｂ各々の外径は、ケース５の内径に略等しいため、ステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂは、ケース５内に嵌合した状態で収容される。これにより、出力軸４は未だ組み込まれていないが、ロータ３が軸受１０、１０により回転自在に支持され、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が形成されることになる。
そこで、リニアアクチュエータ１に出力軸４が組み込まれていない状態で、端子ピン１７ｂからコイル１３に電流を流し、ステータユニット２Ａ、ステータユニット２Ｂを各々励磁してロータ３を回転させ、ロータ３が回転することにより発生する音から、ロータ３の回転特性を評価することができる。そして、異常音が発生するような個体は不良品と評価され、例えば、ケース５からロータ３を取り出し、別のロータ３と交換する等の作業が施されることにより、モータ部は良品として再生処理される。
【００３４】
以上のごとく、リニアアクチュエータ１に出力軸４が組み込まれていない状態で、ロータ３の回転特性評価を終了した後、出力軸４の雄ねじ４ａが形成された一端部側を、ステータユニット２Ａ、ロータ３、ステータユニット２Ｂへと挿通させる。そして、出力軸４に挿入したピン１１が、ステータユニット２Ａの溝１８ｄと重合して溝１８ｄに収納されるようにして、ロータ３の中心部に出力軸４を組み込む。
【００３５】
更に、ステータユニット２Ａのボス部１８の一方端１８ａに形成された凹部１８ｃに、ストッパ機能を兼ねた円筒状の軸受２２を装着して、溝１８ｄの先端を閉じ、ピン１１の溝１８ｄからの脱落を阻止する。その後、鉄系の金属材からなる蓋２１を、出力軸の貫通孔２１ｄに出力軸４を挿通しつつケース５の開口に取付け、円筒状の軸受２２を押圧する。そして、ケース５の端面５ｃを、蓋２１の外周縁に形成された複数の凹部２１ａに加締めて、蓋２１をケース５に固定することにより、ケース５の開放端が塞がれ、ステータユニット２Ａ、２Ｂ及びロータ３がケース５内に密閉される。
図２に示されるように、蓋２１には、ステー２１ｃが一体に形成され、ステー２１ｃには、リニアアクチュエータ１を筐体に取付けるための、ねじ等の固定手段を挿通する孔２１ｂが形成されている。以上により、出力軸４が組み込まれたリニアアクチュエータ１が完成する。
【００３６】
なお、円筒状の軸受２２は、出力軸４と接触するため摺動性の良い材料にて形成することが好ましく、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂等が好適である。
又、本発明の実施の形態では、ケース５はアルミ合金であるが、これに限定されるものではなく、非磁性材であれば勿論良い。又、耐食性を必要とする環境下で使用する場合には、蓋２１及びケース５には、非磁性のステンレス鋼（例えば、オーステナイト系のステンレス鋼）が用いられることが望ましい。
【００３７】
以上の構造を有するリニアアクチュエータ１は、ピンと１１ステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅの壁面に形成された溝１８ｄとが、出力軸４の回転止めとして機能する。そして、ロータ３が回転することで雌ねじ部７も回転し、雌ねじ７の回転運動は、出力軸４の雄ねじ部４ａを介して出力軸４の直線運動に変換される。そして、出力軸４の引き込み限度位置は、ボス部１８の貫通孔１８ｅに形成された一対の溝１８ｄの基端位置によって定められ、出力軸４突出限度位置は、溝１８ｄの先端を塞ぐ円筒状の軸受２２によって定められるものである。
【００３８】
上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、ロータ３の両端にステータユニット２Ａ、２Ｂが各々配設された構成のため、ロータ３の直径を略ステータアセンブリ２の径まで拡大することができ、その結果として、モータトルクを低下させることなくリニアアクチュエータ１の小型化を図ることができる。又、ピン１１及びステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅの壁面に形成された溝１８ｄは、出力軸４の回転止めとして機能するものであるが、かかるピン１１及び溝１８ｄがステータユニット２Ａと一体的に構成することから、ステータユニット２Ａと出力軸４との中心が確実に一致する。よって、出力軸４の直線運動方向に対する出力軸４の傾きが生じることを回避し、作動精度の高いリニアアクチュエータ１を構成することができる。
しかも、ステータユニット２Ａとロータ３とが有底筒状のケース５に収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることから、出力軸４が組み込まれていない状態で、ロータ３の回転特性を評価することができ、リニアアクチュエータ１の作動精度を安定させることができる。
【００３９】
又、出力軸４がロータ３の中心部に組み込まれ、ピン１１が、ステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅに形成された溝１８ｄに収容された状態で、円筒状の軸受２２によってステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅに形成された溝１８ｄの先端が閉じられる。そして、溝１８ｄからのピン１１の脱落が、円筒状の軸受２２によって阻止されると共に、出力軸４が円筒状の軸受２２によって確実に摺動案内される。
又、有底筒状のケース５の開放端が、出力軸４の貫通孔２１ｄを備える蓋２１によって塞がれることで、出力軸４の直線運動が阻害されること無く、有底筒状のケース５の内部にステータユニット２Ａ、２Ｂとロータ３とが密閉される。
【００４０】
又、内ヨーク１５と、外ヨーク１６とが組み合わされて構成されるものであることから、ステータユニット２Ａ、２Ｂへのコイルの装着が容易となる。又、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂが交互に噛み合うことにより、ロータ２を回転自在に収容する円筒状の空間Ｓｒが形成され、コイル１３が発生する磁束が極歯１５ｂ、１６ｂを介してロータ３のロータマグネット６に作用し、ロータ３が回転駆動される。しかも、内ヨーク１５と外ヨーク１６とが、各々の円筒突起部１５ｃ、１６ｃによって、互いに機械的及び磁気的に結合されることにより、内ヨーク１５と外ヨーク１６を結合する別部品が不要となり、部品点数の増加を回避することができる。
【００４１】
しかも、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂとが樹脂で覆われ、かつ、樹脂によって貫通孔１８ｅを備えるボス部１８が形成されてなるものであり、樹脂モールドによって、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂとボス部１８とを一体成形することで、必要な形状を容易に得ることが可能となる。
更には、一対のステータユニット２Ａ、２Ｂは同一構造となっていることから、部品の共通化が図られ、部品点数の増加を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータの断面図である。
【図２】図１に示されるリニアアクチュエータの平面図である。
【図３】図１に示されるリニアアクチュエータの、ステータの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】図３、図４に示されたステータの底面図である。
【図６】従来のリニアアクチュエータの断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：リニアアクチュエータ、２：ステータアッセンブリ、 ２Ａ、２Ｂ：ステータユニット、３：ロータ、４：出力軸、４ａ：雄ねじ、５：ケース、６：ロータマグネット、７：雌ねじ部、１１：ピン、１２：ボビン、１３：コイル、１５：内ヨーク、１５ａ：円板部、１５ｂ：極歯、１５ｃ：円筒突起部、１６：外ヨーク、１６ａ：円板部、１６ｂ：極歯、１６ｃ：円筒突起部、１８：ボス部、１８ｄ：溝、１８ｅ：貫通孔、２１：蓋、２１ｄ：出力軸の貫通孔、２２：円筒状の軸受
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータによりロータの回転運動を出力軸の軸方向の直線運動に変換して出力する、リニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステッピングモータは制御性の良さから各種ＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器や各種ＯＡ（オフィス・オートメーション）機器等に用いられているが、特にＰＭ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ）型ステッピングモータは低価格なことから、近年、その構造を部分的に用いて、ロータの回転運動を出力軸の軸方向の直線運動に変換したアクチュエータとしても利用されている。このアクチュエータは、例えば、車輌用ヘッドライトの光軸調整装置やガス流量制御弁等に使用されている。このようなアクチュエータの一例として、図６に示される構造のリニアアクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このリニアアクチュエータは、図６に断面図で示されるように、ステッピングモータを応用した構造を有しており、ステータアセンブリ６０と、ステータアセンブリ６０に対して回転運動するロータ７０と、ロータ７０の回転運動が直線運動に変換されて直線運動する出力軸８０とを備えている。
ステータアセンブリ６０の内部には、巻線６１が巻回されたボビン６２を挟んで対向するステータヨーク６３ａ、６３ｂにより、１つのステータ６３が構成されている。又、巻線６４が巻回されたボビン６５を挟んで対向するステータヨーク６６ａ、６６ｂにより、もう１つのステータ６６が構成されている。そして、各ステータヨーク６３ａ、６３ｂには、複数の櫛歯状の極歯が形成され、交互に極歯が噛み合わされている。同様に、各ステータヨーク６６ａ、６６ｂにも、複数の櫛歯状の極歯が形成され、交互に極歯が噛み合わされている。そして、２つのステータ６３、６６が背中合わせに密着することで、２相のステータアセンブリ６０が構成されている。
又、ロータ７０は、表面に多極着磁されたロータマグネット７１と、樹脂製のロータ芯材７２と、雌ねじ７３とで構成され、ステータアセンブリ６０の内側に回転可能に収納されている。そして、ロータマグネット７１の外周には、所定のギャップを介して、２つのステータ６３、６６の極歯が対向配置されている。
【０００４】
ステータアセンブリ６０の後端６０ｂ側には、エンドプレート９０が配置されている。エンドプレート９０は、ステータアセンブリ６０のヨーク支持部材６７を、樹脂６８によって射出成形する際に、ヨーク支持部材６７と同時に成形されるものである。又、エンドプレート９０のロータ７０側の面には、凹部９１が形成され、凹部９１には、玉軸受９２が取付けられている。玉軸受９２は、ロータ７０が回転可能となるように、ロータ芯材７２を軸支している。そして、ロータ７０の中心孔に、出力軸８０の後端８０ｂ側が挿入され、出力軸８０の後端８０ｂ側に形成された雄ねじ８１が、ロータ７０に取付けられた雌ねじ７３と螺合している。一方、出力軸８０の先端８０ａ側には、ストップピン８２が、軸方向と直交する方向に突設されている。
【０００５】
更に、ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側には、ステータアセンブリ６０に固定された円筒状のフロント部１００が設けられている。フロント部１００は、ステータアセンブリ６０のヨーク支持部材６７を樹脂６８によって射出成形する際に、ヨーク支持部材６７と同時に成形されるものである。そして、フロント部１００の内周面には、玉軸受１０１が嵌入され、ロータ７０が回転可能となるように、ロータ芯材７２は玉軸受１０１によっても軸支されている。
【０００６】
又、ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側には、ハウジング１１０が取付けられており、ハウジング１１０の中心孔１１１から、出力軸８０の先端８０ａが突出している。そして、ハウジング１１０の内周面には、出力軸８０の長手方向に沿う溝１１２が形成され、溝１１２にストップピン８２が収納されている。従って、ロータ７０が回転すると、溝１１２によってストップピン８２の回転が規制されるため、出力軸８０が溝１１２をガイドとして軸方向に直線運動する。
なお、以上の構造において、玉軸受１０１は出力軸８０をロータに通さない状態で、フロント部１００に取付けることができることから、出力軸８０の未装着状態で、ロータ７０の回転特性を評価することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２６０９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、図６に示される従来のアクチュエータにおいては、ハウジング１１０の中心孔１１１において、出力軸８０が移動自在に支持される構成のため、ハウジング１１０の中心孔１１１の中心位置を、ステータアセンブリ６０の中心に一致させる必要がある。この際、互いに別部品であるハウジング１１０と、ステータアセンブリ６０とが、ステータアセンブリ６０の先端６０ａ側で固定される構成のため、ハウジング１１０の中心孔１１１の中心位置を、ステータアセンブリ６０の中心に一致させることが難しく、ハウジング１１０の中心と、ステータアセンブリ６０の中心が一致しない場合、出力軸８０が本来の直線運動方向に対して傾いた状態で、直線運動してしまうという問題が生じる。
【０００９】
又、アクチュエータの小型化の要求に対して、従来のアクチュエータ構造では、ステータアセンブリ６０の外径が小径化すると、ロータ７０（ロータマグネット７１）の外径も小径となり、ロータマグネット７１の外径が小径化するとモータのトルクが著しく低下してしまうことから、アクチュエータの小型化が難しいという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力軸の傾きが生じることなく、作動精度の高いリニアアクチュエータを得ると共に、その小型化を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のリニアアクチュエータは、ロータの回転運動が直線運動に変換されて軸方向に駆動される出力軸を備えるリニアアクチュエータであって、ステータユニットと前記ロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることで、出力軸がない状態でロータの回転特性を評価することができ、リニアアクチュエータの作動精度を安定させるものである。
又、前記ステータユニットの貫通孔の壁面には、軸方向へと延びて少なくともその一端が前記貫通孔の端部に開放された溝が形成され、前記出力軸の前記溝と重合する位置には、軸方向と直交するようにピンが突設され、該ピンが、一方のステータユニットの貫通孔の溝に収容された状態で、前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれる。従って、ステータユニットと出力軸との中心が確実に一致し、出力軸の直線運動方向に対する出力軸の傾きが生じることを回避し、作動精度の高いリニアアクチュエータを構成することができる。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。なお、各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。よって、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１１】
（１）ロータの回転運動が直線運動に変換されて軸方向に駆動される出力軸を備えるリニアアクチュエータであって、
前記ロータは、外周にロータマグネットが配されると共に、中心部には該ロータの回転運動を前記出力軸の直線運動に変換する変換部を備え、
前記ロータの両端には、コイルを巻回したボビンの収容部と、該ボビンの収容部の中央を軸方向に貫通する貫通孔と、前記収容部と軸方向に隣接する位置に円筒状に配置された複数の極歯によって形成される円筒状の空間とを含み、該円筒状の空間に前記ロータが回転自在に収容される一対のステータユニットが配置され、
前記ステータユニットと前記ロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成され、
なおかつ、前記ステータユニットの貫通孔の壁面には、軸方向へと延びて少なくともその一端が前記貫通孔の端部に開放された溝が形成され、前記出力軸の前記溝と重合する位置には、軸方向と直交するようにピンが突設され、
該ピンが、一方のステータユニットの貫通孔の溝に収容された状態で、前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれてなるリニアアクチュエータ（請求項１）。
【００１２】
本項に記載のリニアアクチュエータは、ロータの両端にステータユニットが各々配設された構成のため、ロータ径を略ステータ径まで拡大することができ、その結果として、モータトルクを低下させることなくアクチュエータの小型化を図ることができる。又、ピン及びステータユニットの貫通孔の壁面に形成された溝は、出力軸の回転止めとして機能するものであるが、かかるピン及び溝がステータユニットの内部（貫通孔）と一体的に構成することから、ステータユニットと出力軸との中心が確実に一致する。よって、出力軸の直線運動方向に対する出力軸の傾きが生じることを回避し、作動精度の高いリニアアクチュエータを構成することができる。
しかも、ステータユニットとロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることから、出力軸が組み込まれていない状態でロータの回転特性を評価することができ、リニアアクチュエータの作動精度を安定させることができる。
【００１３】
（２）前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれ、前記ピンが前記ステータユニットの貫通孔に形成された溝に収容された状態で、前記貫通孔の先端に装着され、前記出力軸を軸方向に摺動案内する円筒状の軸受を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ（請求項２）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、出力軸がロータの中心部に組み込まれ、ピンが、ステータユニットの貫通孔に形成された溝に収容された状態で、円筒状の軸受によってステータユニットの貫通孔に形成された溝の先端が閉じられる。そして、溝からのピンの脱落が阻止されると共に、出力軸が円筒状の軸受によって確実に摺動案内される。
【００１４】
（３）前記有底筒状のケースの開放端が、前記出力軸の貫通孔を備える蓋によって塞がれてなるリニアアクチュエータ（請求項３）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、有底筒状のケースの開放端が、出力軸の貫通孔を備える蓋によって塞がれることで、出力軸の直線運動が阻害されること無く、有底筒状のケース内部にステータユニットとロータとが密閉される。
【００１５】
（４）前記ステータユニットは内ヨークと、外ヨークと、前記内ヨーク及び前記外ヨークの間に収容されたコイルとを含み、前記内ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、前記外ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯が交互に噛み合うことにより、前記円筒状の空間が形成され、かつ、前記内ヨークの円筒突起部及び前記外ヨークの円筒突起部が、互いに機械的及び磁気的に結合されてなるリニアアクチュエータ（請求項４）。
【００１６】
本項に記載のリニアアクチュエータは、内ヨークと、外ヨークとが組み合わされて構成されるものであることから、ステータユニットへのコイルの装着が容易となる。又、内ヨークの極歯と外ヨークの極歯が交互に噛み合うことにより、ロータを回転自在に収容する円筒状の空間が形成され、コイルが発生する磁束が極歯を介してロータに作用し、ロータが回転駆動される。しかも、内ヨークと外ヨークとが、各々の円筒突起部によって、互いに機械的及び磁気的に結合されることにより、内ヨークと外ヨークを結合する別部品が不要となり、部品点数の増加を回避することができる。
【００１７】
（５）前記（４）項において、前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯とが樹脂で覆われ、かつ、該樹脂によって前記貫通孔を備えるボス部が形成されてなるリニアアクチュエータ（請求項５）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、内ヨークの極歯と外ヨークの極歯とが樹脂で覆われ、かつ、該樹脂によって前記貫通孔を備えるボス部が形成されてなるものであり、樹脂モールドによって、内ヨークの極歯と外ヨークの極歯とボス部とを一体成形することで、必要な形状を容易に得ることが可能となる。
【００１８】
（６）前記ロータユニットの両端に配設された一対のステータユニットが、同一構造であるリニアアクチュエータ（請求項６）。
本項に記載のリニアアクチュエータは、一対のステータユニットは同一構造となっていることから、部品の共通化が図られ、部品点数の増加を回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明はこのように構成したので、出力軸の傾きが生じることなく、作動精度の高いリニアアクチュエータを得ると共に、その小型化を促進することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係るの断面図、図２は図１の平面図であり、図３は図１におけるステータの平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は図４の底面図である。
本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、図１に示されるように、ステータアセンブリ２と、ステータアセンブリ２に対して回転運動するロータ３と、ロータ３の回転運動が直線運動に変換されることにより、軸方向へと移動する棒状の出力軸４と、ステータアセンブリ２及びロータ３を収容するケース５とを備えている。
又、ステータアセンブリ２は、ロータ３の軸方向の一方側に配置されたステータユニット２Ａと、ロータ３の軸方向の他方側に配置されたステータユニット２Ｂとからなるものであり、すなわち、ステータユニット２Ａ、２Ｂがロータ３の両端に各々配設された構造となっている。そして、ステータユニット２Ａ、２Ｂは、全くの同一構造である。
【００２２】
ロータ３は、多極着磁された円筒状のロータマグネット６が、樹脂製のロータ芯材８の外周に固定され、かつ、ロータ芯材８の中心部に、回転運動を直線運動に変換する変換部を構成する雌ねじ部７が設けられている。更に、ロータマグネット６の軸方向の両端面には、ロータマグネット６の欠け防止とバックヨークを兼ねたマグネットストッパー９が設けられている。又、ロータ芯材８の両端面には、ロータ３を回転自在に保持するための軸受１０、１０が装着されている。
ロータ芯材８はロータマグネット６とのインサートモールド時に形成され、インサートモールドに用いられる樹脂材料としては、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂が挙げられる。なお、雌ねじ部７はインサートモールド時にロータ芯材８の内周面に直接形成した構成であっても良く、あるいは、市販のナットを、インサートモールドによってロータ芯材８と一体成形したものであっても良い。
【００２３】
又、出力軸４の一方側端部から所定の範囲の外周面には、雄ねじ４ａが形成されている。そして、出力軸４の雄ねじ４ａとロータ３の雌ねじ部７とで、ロータ３の回転運動を直線運動に変換する変換部が構成されている。従って、出力軸４の雄ねじ４ａの設置範囲は、出力軸４に求められる直線運動のストロークに基づき定められる。
更に出力軸４の中間部には、軸方向と直交するピン１１が突設されている。ピン１１は、出力軸４に形成された穴に圧入されることによって、出力軸４を貫通した状態で（すなわち、ピン１１はその両側が出力軸４の外周から突出するように）固定されている。なお、ピン１１は、後述するステータユニット２Ａの溝１８ｄと重合する位置に設けられている。
【００２４】
ステータユニット２Ａは、図４に示されるように、ボビン１２に所定のターン数を巻回したコイル１３と、コイル１３の外周を覆うカバーリング１４と、内ヨーク１５と、外ヨーク１６とから構成されており、図４に示されるように、ボビン１２の収容部Ｓｂと、ボビン１２の収容部Ｓｂの中央を軸方向に貫通する貫通孔１８ｅと、収容部Ｓｂと軸方向に隣接する位置に円筒状に配置された複数の極歯１５ｂ、１６ｂ（図１参照）によって形成される円筒状の空間Ｓｒとを含むものである。
【００２５】
ボビン１２はコイル１３が巻回される巻芯部の両端にフランジが一体に形成され、一方のフランジには端子１２ａが一体に形成され、端子１２ａには端子ピン１７が植設されている。端子ピン１７は略Ｈ字の形状を有しており、端子ピン１７の一方側が端子１２ａに植設され、他方側が長短の端子ピン１７ａ、１７ｂとなっている。ここで、短い端子ピン１７ａは、コイル１３のリード部を絡げる端子ピンであり、長い端子ピン１７ｂは、給電用の端子ピンとして機能するものである。そして、短い端子ピン１７ａへとコイル１３のリード部が絡げられた後、プラズマ溶接にて接合されている。
なお、ボビン１２及びカバーリング１４は、例えば、液晶ポリマー等の樹脂材料にて形成される。
【００２６】
コイル１３の外周を覆うカバーリング１４は、外周に端子カバー部１４ａが一体に形成されており、コイル１３の外周にカバーリング１４が装着された状態で、カバーリング１４の端子カバー部１４ａによって、ボビン１２の端子１２ａの上面及び両側面が覆われ、給電用の長い端子ピン１７ｂはカバーリング１４の端子カバー部１４ａの端部から突出する。一方、コイル１３のリード部を絡げた短い端子ピン１７ａは端子カバー部１４ａから突出しない構成となっている。端子カバー部１４ａの内周面に形成された溝１４ｂは、コイル１３のリード部を端子ピン１７ａに絡げる時の案内溝として機能すると共に、カバーリング１４装着時の損傷を防止するための逃げ溝として機能する。
【００２７】
内ヨーク１５は、円板部１５ａの外周縁から軸方向に伸長する複数の櫛歯状の極歯１５ｂを備え、円板部１５ａの中央には極歯１５ｂと反対方向に伸びる円筒突起部１５ｃが形成されている。又、外ヨーク１６は、円板部１６ａの外周縁から軸方向に伸長する複数の櫛歯状の極歯１６ｂを備え、円板部１６ａの中央には極歯１６ｂと同じ方向に伸びる円筒突起部１６ｃが形成されている。そして、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂが交互に噛み合うことにより、円筒状の空間Ｓｒ（図４参照）が形成される。又、コイル１３が巻回されたボビン１２は、内ヨーク１５と外ヨーク１６との間に形成された円環状の空間である、収容部Ｓｂ（図４参照）に収容されている。
なお、内ヨーク１５及び外ヨーク１６は、例えば、電気亜鉛めっき鋼板、珪素鋼板、電磁軟鉄等の軟磁性板により形成されるものである。
【００２８】
さて、上記ステータユニット２Ａは、次のような手順で作製されるものである。
まず、内ヨーク１５と外ヨーク１６との間に、コイル１３の外周にカバーリング１４を装着したボビン１２を収容する。そして、外ヨーク１６の円筒突起部１６ｃを、内ヨーク１５の円筒突起部１５ｃの内周に圧入して、内ヨーク１５と外ヨーク１６を機械的及び磁気的に結合したステータユニットサブアッセンブリを作製する。
このとき、外ヨーク１６の極歯１６ｂと、内ヨーク１５の極歯１５ｂとを交互に噛み合わせ、外ヨーク１６の極歯１６ｂと内ヨーク１５の極歯１５ｂとが、電気角で１８０度のずれが生じるように、外ヨーク１６と内ヨーク１５とを配置する。
【００２９】
次に、ステータユニットサブアッセンブリを、図示しない金型内の所定の位置にセットし、樹脂モールドによって一体成形する。樹脂モールドに用いる樹脂材料としては、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂が挙げられる。この樹脂モールド工程において、図４に示されるように、外ヨーク１６の極歯１６ｂと内ヨーク１５の極歯１５ｂは樹脂で覆われる。又、極歯１５ｂ、１６ｂの間にも樹脂が充填され、それと共に、端面に配置された位置決め手段２０の凸部２０ａと凹部２０ｂとが、各々複数、同時に成形される。又、これと同時に、ステータユニットサブアッセンブリの軸方向中央には、極歯１５ｂ、１６ｂとは軸方向の反対側へと突出するように、円筒状のボス部１８が成形されている。更に、ボス部１８の一方端には凹部１８ｃが形成され、ボス部１８の内周面には、先端が凹部１８ｃに開放され、基端がボス部１８の他方端１８ｂの手前まで軸方向に伸長する、一対の溝１８ｄも同時に形成される。
【００３０】
又、外ヨーク１６の円板部１６ａの上面には樹脂モールド時に複数のリブ１９が形成され、このリブ１９は、外ヨーク１６の極歯１６ｂと内ヨーク１５の極歯１５ｂの間に充填される樹脂と、ボス部１８とに対し、連続的に一体成形されている。そして、リブ１９によってステータユニットの強度を向上できると共に、外ヨーク１６の円板部１６ａの上面を、隣接するリブ１９の間から部分的に露出させることとなり、コイル１３による発熱を効率よく放熱することが可能となる。
なお、前述のごとく、ステータユニット２Ｂの構成は、ステータユニット２Ａの構成と同じ形状、構成のため、その説明は省略する。
【００３１】
又、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、次の手順によって作製されるものである。
まず、ステータユニット２Ｂのボス部１８の他方端１８ｂに、一方の軸受１０（図１）の内輪を嵌合させ、ロータ３を軸受１０の外輪に嵌合させる。そして、アルミ合金により構成され、一方の端面が開放された有底筒状のケース５の、外周に形成された切欠部５ａ（図１）に、ステータユニット２Ｂの端子１２ａを挿通させ、ケース５の底部の凹部５ｂ（図１）にステータユニット２Ｂのボス部１８の一方端１８ａを嵌め込んで、ステータユニット２Ｂとロータ３とを、ケース５内に収容する。
【００３２】
次に、ステータユニット２Ａのボス部１８の他方端１８ｂに、他方の軸受１０（図１）の内輪を嵌合させ、ケース５の切欠部５ａ（図１）に、ステータユニット２Ａの端子１２ａを挿通させてステータユニット２Ａをケース５内に収容する。そして、ロータ３のロータ芯材８を軸受１０の外輪に嵌合させると共に、ステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂの対向面に形成された凸部２０ａ及び凹部２０ｂ（図４、図５）同士を嵌合させることで、ステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂとの位置合わせが行われると共に、両者が接合される。この位置合わせはステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂが９０度の位相差となるように設定されている。
さらに、ロータ３の両端にステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂが配置された状態で、ケース５内に収容される。このとき、ステータユニット２Ａの端子１２ａとステータユニット２Ｂの端子１２ａは、ケース５の切欠部５ａ内において、カバーリング１４の端子カバー部１４ａに覆われていない面同士が、互いに対向して配置される。
【００３３】
ここで、樹脂モールドしたステータユニット２Ａ、ステータユニット２Ｂ各々の外径は、ケース５の内径に略等しいため、ステータユニット２Ａとステータユニット２Ｂは、ケース５内に嵌合した状態で収容される。これにより、出力軸４は未だ組み込まれていないが、ロータ３が軸受１０、１０により回転自在に支持され、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が形成されることになる。
そこで、リニアアクチュエータ１に出力軸４が組み込まれていない状態で、端子ピン１７ｂからコイル１３に電流を流し、ステータユニット２Ａ、ステータユニット２Ｂを各々励磁してロータ３を回転させ、ロータ３が回転することにより発生する音から、ロータ３の回転特性を評価することができる。そして、異常音が発生するような個体は不良品と評価され、例えば、ケース５からロータ３を取り出し、別のロータ３と交換する等の作業が施されることにより、モータ部は良品として再生処理される。
【００３４】
以上のごとく、リニアアクチュエータ１に出力軸４が組み込まれていない状態で、ロータ３の回転特性評価を終了した後、出力軸４の雄ねじ４ａが形成された一端部側を、ステータユニット２Ａ、ロータ３、ステータユニット２Ｂへと挿通させる。そして、出力軸４に挿入したピン１１が、ステータユニット２Ａの溝１８ｄと重合して溝１８ｄに収納されるようにして、ロータ３の中心部に出力軸４を組み込む。
【００３５】
更に、ステータユニット２Ａのボス部１８の一方端１８ａに形成された凹部１８ｃに、ストッパ機能を兼ねた円筒状の軸受２２を装着して、溝１８ｄの先端を閉じ、ピン１１の溝１８ｄからの脱落を阻止する。その後、鉄系の金属材からなる蓋２１を、出力軸の貫通孔２１ｄに出力軸４を挿通しつつケース５の開口に取付け、円筒状の軸受２２を押圧する。そして、ケース５の端面５ｃを、蓋２１の外周縁に形成された複数の凹部２１ａに加締めて、蓋２１をケース５に固定することにより、ケース５の開放端が塞がれ、ステータユニット２Ａ、２Ｂ及びロータ３がケース５内に密閉される。
図２に示されるように、蓋２１には、ステー２１ｃが一体に形成され、ステー２１ｃには、リニアアクチュエータ１を筐体に取付けるための、ねじ等の固定手段を挿通する孔２１ｂが形成されている。以上により、出力軸４が組み込まれたリニアアクチュエータ１が完成する。
【００３６】
なお、円筒状の軸受２２は、出力軸４と接触するため摺動性の良い材料にて形成することが好ましく、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂等が好適である。
又、本発明の実施の形態では、ケース５はアルミ合金であるが、これに限定されるものではなく、非磁性材であれば勿論良い。又、耐食性を必要とする環境下で使用する場合には、蓋２１及びケース５には、非磁性のステンレス鋼（例えば、オーステナイト系のステンレス鋼）が用いられることが望ましい。
【００３７】
以上の構造を有するリニアアクチュエータ１は、ピンと１１ステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅの壁面に形成された溝１８ｄとが、出力軸４の回転止めとして機能する。そして、ロータ３が回転することで雌ねじ部７も回転し、雌ねじ７の回転運動は、出力軸４の雄ねじ部４ａを介して出力軸４の直線運動に変換される。そして、出力軸４の引き込み限度位置は、ボス部１８の貫通孔１８ｅに形成された一対の溝１８ｄの基端位置によって定められ、出力軸４突出限度位置は、溝１８ｄの先端を塞ぐ円筒状の軸受２２によって定められるものである。
【００３８】
上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、ロータ３の両端にステータユニット２Ａ、２Ｂが各々配設された構成のため、ロータ３の直径を略ステータアセンブリ２の径まで拡大することができ、その結果として、モータトルクを低下させることなくリニアアクチュエータ１の小型化を図ることができる。又、ピン１１及びステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅの壁面に形成された溝１８ｄは、出力軸４の回転止めとして機能するものであるが、かかるピン１１及び溝１８ｄがステータユニット２Ａと一体的に構成することから、ステータユニット２Ａと出力軸４との中心が確実に一致する。よって、出力軸４の直線運動方向に対する出力軸４の傾きが生じることを回避し、作動精度の高いリニアアクチュエータ１を構成することができる。
しかも、ステータユニット２Ａとロータ３とが有底筒状のケース５に収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成されることから、出力軸４が組み込まれていない状態で、ロータ３の回転特性を評価することができ、リニアアクチュエータ１の作動精度を安定させることができる。
【００３９】
又、出力軸４がロータ３の中心部に組み込まれ、ピン１１が、ステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅに形成された溝１８ｄに収容された状態で、円筒状の軸受２２によってステータユニット２Ａの貫通孔１８ｅに形成された溝１８ｄの先端が閉じられる。そして、溝１８ｄからのピン１１の脱落が、円筒状の軸受２２によって阻止されると共に、出力軸４が円筒状の軸受２２によって確実に摺動案内される。
又、有底筒状のケース５の開放端が、出力軸４の貫通孔２１ｄを備える蓋２１によって塞がれることで、出力軸４の直線運動が阻害されること無く、有底筒状のケース５の内部にステータユニット２Ａ、２Ｂとロータ３とが密閉される。
【００４０】
又、内ヨーク１５と、外ヨーク１６とが組み合わされて構成されるものであることから、ステータユニット２Ａ、２Ｂへのコイルの装着が容易となる。又、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂが交互に噛み合うことにより、ロータ２を回転自在に収容する円筒状の空間Ｓｒが形成され、コイル１３が発生する磁束が極歯１５ｂ、１６ｂを介してロータ３のロータマグネット６に作用し、ロータ３が回転駆動される。しかも、内ヨーク１５と外ヨーク１６とが、各々の円筒突起部１５ｃ、１６ｃによって、互いに機械的及び磁気的に結合されることにより、内ヨーク１５と外ヨーク１６を結合する別部品が不要となり、部品点数の増加を回避することができる。
【００４１】
しかも、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂとが樹脂で覆われ、かつ、樹脂によって貫通孔１８ｅを備えるボス部１８が形成されてなるものであり、樹脂モールドによって、内ヨーク１５の極歯１５ｂと外ヨーク１６の極歯１６ｂとボス部１８とを一体成形することで、必要な形状を容易に得ることが可能となる。
更には、一対のステータユニット２Ａ、２Ｂは同一構造となっていることから、部品の共通化が図られ、部品点数の増加を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータの断面図である。
【図２】図１に示されるリニアアクチュエータの平面図である。
【図３】図１に示されるリニアアクチュエータの、ステータの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】図３、図４に示されたステータの底面図である。
【図６】従来のリニアアクチュエータの断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：リニアアクチュエータ、２：ステータアッセンブリ、 ２Ａ、２Ｂ：ステータユニット、３：ロータ、４：出力軸、４ａ：雄ねじ、５：ケース、６：ロータマグネット、７：雌ねじ部、１１：ピン、１２：ボビン、１３：コイル、１５：内ヨーク、１５ａ：円板部、１５ｂ：極歯、１５ｃ：円筒突起部、１６：外ヨーク、１６ａ：円板部、１６ｂ：極歯、１６ｃ：円筒突起部、１８：ボス部、１８ｄ：溝、１８ｅ：貫通孔、２１：蓋、２１ｄ：出力軸の貫通孔、２２：円筒状の軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの回転運動が直線運動に変換されて軸方向に駆動される出力軸を備えるリニアアクチュエータであって、
前記ロータは、外周にロータマグネットが配されると共に、中心部には該ロータの回転運動を前記出力軸の直線運動に変換する変換部を備え、
前記ロータの両端には、コイルを巻回したボビンの収容部と、該ボビンの収容部の中央を軸方向に貫通する貫通孔と、前記収容部と軸方向に隣接する位置に円筒状に配置された複数の極歯によって形成される円筒状の空間とを含み、該円筒状の空間に前記ロータが回転自在に収容される一対のステータユニットが配置され、
前記ステータユニットと前記ロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成され、
なおかつ、前記ステータユニットの貫通孔の壁面には、軸方向へと延びて少なくともその一端が前記貫通孔の端部に開放された溝が形成され、前記出力軸の前記溝と重合する位置には、軸方向と直交するようにピンが突設され、
該ピンが、一方のステータユニットの貫通孔の溝に収容された状態で、前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれてなることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれ、前記ピンが前記ステータユニットの貫通孔に形成された溝に収容された状態で、前記貫通孔の先端に装着され、前記出力軸を軸方向に摺動案内する円筒状の軸受を備えることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記有底筒状のケースの開放端が、前記出力軸の貫通孔を備える蓋によって塞がれてなることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記ステータユニットは内ヨークと、外ヨークと、前記内ヨーク及び前記外ヨークの間に収容されたコイルとを含み、
前記内ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、
前記外ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、
前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯が交互に噛み合うことにより、前記円筒状の空間が形成され、かつ、前記内ヨークの円筒突起部及び前記外ヨークの円筒突起部が、互いに機械的及び磁気的に結合されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯とが樹脂で覆われ、かつ、該樹脂によって前記貫通孔を備えるボス部が形成されてなることを特徴とする請求項４記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記ロータユニットの両端に配設された一対のステータユニットが、同一構造であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１】
ロータの回転運動が直線運動に変換されて軸方向に駆動される出力軸を備えるリニアアクチュエータであって、
前記ロータは、外周にロータマグネットが配されると共に、中心部には該ロータの回転運動を前記出力軸の直線運動に変換する変換部を備え、
前記ロータの両端には、コイルを巻回したボビンの収容部と、該ボビンの収容部の中央を軸方向に貫通する貫通孔と、前記収容部と軸方向に隣接する位置に円筒状に配置された複数の極歯によって形成される円筒状の空間とを含み、該円筒状の空間に前記ロータが回転自在に収容される一対のステータユニットが配置され、
前記ステータユニットと前記ロータとが有底筒状のケースに収容された状態で、モータとしての主要構成を全て具備するモータ部が構成され、
なおかつ、前記ステータユニットの貫通孔の壁面には、軸方向へと延びて少なくともその一端が前記貫通孔の端部に開放された溝が形成され、前記出力軸の前記溝と重合する位置には、軸方向と直交するようにピンが突設され、
該ピンが、一方のステータユニットの貫通孔の溝に収容された状態で、前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれてなることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記出力軸が前記ロータの中心部に組み込まれ、前記ピンが前記ステータユニットの貫通孔に形成された溝に収容された状態で、前記貫通孔の先端に装着され、前記出力軸を軸方向に摺動案内する円筒状の軸受を備えることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記有底筒状のケースの開放端が、前記出力軸の貫通孔を備える蓋によって塞がれてなることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記ステータユニットは内ヨークと、外ヨークと、前記内ヨーク及び前記外ヨークの間に収容されたコイルとを含み、
前記内ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、
前記外ヨークは、円板部と、該円板部の外周縁から軸方向に伸長する複数の極歯と、前記円板部の中央に形成された円筒突起部とを備え、
前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯が交互に噛み合うことにより、前記円筒状の空間が形成され、かつ、前記内ヨークの円筒突起部及び前記外ヨークの円筒突起部が、互いに機械的及び磁気的に結合されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記内ヨークの極歯と前記外ヨークの極歯とが樹脂で覆われ、かつ、該樹脂によって前記貫通孔を備えるボス部が形成されてなることを特徴とする請求項４記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記ロータユニットの両端に配設された一対のステータユニットが、同一構造であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のリニアアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１７２９２１（Ｐ２００８−１７２９２１Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３７８（Ｐ２００７−３３７８）
【出願日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５０４２５７３０２）ミネベアモータ株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５０４２５７３０２）ミネベアモータ株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]