直线步进马达的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种直线步进马达，其即使是减小了马达的轴向尺寸的构造，也能够尽量大地确保主轴的行程。其具备以能够旋转的状态保持于定子总成（130、140）的内侧的转子单元（150），转子单元（150）在向前侧偏置的位置具备螺杆螺母（154），螺杆螺母（154）与主轴（170）的外螺纹构造旋合。转子（150）通过以转子磁铁（152、153）以及螺杆螺母（154）为嵌入材料、以树脂为原料的注射成型来制造。
【专利说明】直线步进马达
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及直线步进马达。
【背景技术】
[0002]公知有如下直线步进马达，S卩、利用步进马达来进行主轴(输出轴)的沿轴向的移动。作为直线步进马达，例如，公知有专利文献1、2所记载的构造。
[0003]专利文献1:日本特开2005-354858号公报
[0004]专利文献2:日本特开平10-322963号公报
[0005]在直线步进马达中，主轴的轴向的移动量(行程)成为重要的因素。因此，也存在不将机械挡块设置于马达内部而将其设置在马达的外部的装置。但是在该情况下，由于在马达内部没有停止位置，所以存在无法以马达单体来规定主轴的绝对位置、而无法确保位置精度的再现性的问题。例如，存在出厂试验数据与在实机装置中的位置精度不一致等问题。
[0006]另外，为了实现长行程，也有在定子的后部开设供主轴端能够突出的贯通孔的装置。在该情况下，虽然主轴行程的扩大的自由度增加，但是尘埃从该孔进入等故障发生的风险会增大。虽然能够通过封闭定子的后部的构造来避免该问题，但是若这样做，则无法确保较大的行程。
[0007]如上所述，在后部被密闭的定子构造中，主轴行程必然被限定，最大也只能是小于或等于马达长度的行程。其理由是因为，若主轴移动超过马达长度就会从马达脱落。严谨而言，无法取得从螺杆螺母的位置到定子后部的壁的距离以上的行程。其理由是因为，主轴最深入的状态是主轴末端面与上述定子的壁抵接之时，主轴伸出最多之时是主轴末端面到达螺杆螺母的位置。
实用新型内容
[0008]在这样的背景下，本实用新型的目的在于提供一种直线步进马达，其即使是减小马达的轴向的尺寸的构造，也能够尽量大地确保主轴的行程。
[0009]本实用新型的技术方案I是直线步进马达，其特征在于，具备:定子单元；转子单元，其以能够旋转的状态配置于该定子单元的内侧；输出轴，该转子单元的旋转运动被变换为输出轴的直线运动；以及螺母部，其设置于上述转子单元的内侧，并与形成于上述输出轴的螺纹部旋合，上述螺母部在向上述转子单元的轴向的一端侧或者另一端侧中的一方偏置的位置配置，上述转子单元具有将上述螺母部及磁铁作为嵌入材料的、利用树脂的一体成型构造。根据技术方案1，通过在轴向偏置配置螺母，能够使主轴行程变长。
[0010]技术方案2是根据技术方案1，上述转子单元通过一对相同构造的轴承而以能够自由旋转的状态保持于上述定子单元。根据技术方案2，能够实现部件的通用化，并对低成本化有利。
[0011]技术方案3是根据技术方案I或者2，上述转子单元具有:在轴向具有间隔地配置的一对上述磁铁；以及上述一对磁铁之间的、外径比上述一对磁铁的外径小的中间部分。根据技术方案3，能够抑制由于树脂的毛边等引起的转子的一部分与定子接触的事故的发生。还能够抑制由于温度上升所引起的转子磁铁与树脂的热膨胀系数的不同，树脂的外径尺寸变大的情况导致的与定子接触的事故的发生(不良情况)。
[0012]技术方案4是根据技术方案I~3中任一项，上述定子单元具有利用树脂模压成型的一体构造。根据技术方案4，能够简化定子单元的制造，并且由于内部的间隙被树脂填充，所以防尘性高并能够得到高可靠性。另外，利用树脂模压成型而使线圈绕线管一体化，从而降低由线圈励磁引起的振动和由马达旋转引起的振动，从而有助于低噪音化。
[0013]根据本实用新型，能够得到即使是减小马达的轴向的尺寸的构造、也能够尽量大地确保主轴的行程的直线步进马达。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1A是实施方式的俯视图。
[0015]图1B是实施方式的主视图。
[0016]图2是实施方式的侧剖视图。
[0017]图3是转子的侧剖视图。
[0018]图4A是表示实施方式的组装的过程的立体图(转子单元的组装)。
[0019]图4B是表示实施方式的组装的过程的立体图(转子单元与定子单元的结合)。
[0020]图4C是表示实施方式的组装的过程的立体图(前侧壳体的安装)。
[0021]附图标记的说明:
[0022]100…直线步进马达；101…前侧壳体；102…末端侧壳体；130…定子总成；131...外侧定子；132…内侧定子；133…绕线管；134…定子线圈；135…前板；135a...螺纹孔；135b…螺纹孔；136…填充的树脂；137…端子引脚；138…基板；139…端子部；140…定子总
成；150…转子单元；150a----对转子磁铁之间的中间部分；151…转子部件；152…转子磁
铁；153…转子磁铁；154…螺杆螺母；156…凸台；157…凸台；161…滚动轴承；162…滚动轴承；170…主轴；170a...外螺纹部；171…挡块。
【具体实施方式】
[0023](构造)
[0024]图1A、图1B及图2中示出了实施方式的直线步进马达100。直线步进马达100具有前侧壳体101和末端侧壳体102。在前侧壳体101和末端侧壳体102之间，配置有定子总成130和定子总成140。定子总成130及定子总成140具有基本相同的构造，并沿轴向背靠背地配置。由定子总成130及定子总成140构成爪极式步进马达的定子。
[0025]以下，代表性地对定子总成130进行说明。定子总成130具有外侧定子131及内侧定子132。外侧定子131和内侧定子132由电磁钢板等磁性材料构成。外侧定子131和内侧定子132具有与普通的爪极式步进马达中的外侧定子和内侧定子相同的构造。在外侧定子131的内侧，配置有定子线圈134，该定子线圈134通过将磁线卷绕于树脂制的绕线管133而构成。在绕线管133埋入有端子引脚137。此处，虽然对定子总成130进行了说明，但是定子总成140也具有相同的构造。
[0026]在定子总成130和140暂时组合的状态下，将树脂注入它们内部的间隙，通过树脂模压成型构造而使它们形成为一体。符号136是指填充的树脂材料。由于该树脂模压成型构造，定子总成130和140以沿轴向背靠背地接触的状态而形成为一体。并且，此时利用树脂材料136也同时地一体形成末端侧壳体102。末端侧壳体102是封闭定子内侧的空间的部件，对配置于定子内侧的后述的主轴而言，其移动被末端侧壳体102限制。
[0027]在定子总成130，以与其接触的状态固定有前板135。前板135具有设置有两个螺纹孔135a的凸缘部。利用螺纹孔135a而将直线步进马达100固定于固定对象物。在前板135上固定有前侧壳体101。上述固定利用设置于前板135的爪部(卡止部)135b来进行。此外，前板135的凸缘的形状不限定于图示的形状。
[0028]如图所示，在定子总成130上设置有端子引脚137，定子线圈134的绕线的端部以卷绕于端子引脚137的方式与其连接。端子引脚137从形成有配线图案的基板138的接触孔穿过，其端部贯穿基板138。基板138与端子部139形成为一体，端子部139固定于定子总成130及140。此外，在定子总成140侧也设置有相同构造的端子引脚，但对此省略说明。
[0029]在定子总成130及140的内侧，以自由旋转的状态收纳有转子单元150。图3中示出了转子的剖视图。转子单元150具有转子部件151、转子磁铁152、153、以及螺杆螺母154 (螺母部)。转子部件151是通过将转子磁铁152、153及螺杆螺母154作为嵌入材料的树脂的注射成型而形成的大致呈筒状的部件。在转子部件151的两端设置有用于安装滚动轴承161、162的凸台156、157。在构成转子部件151的树脂中，也可以包含10重量％?50重量％的玻璃丝等。转子磁铁152、153是以树脂和磁粉为原料的粘结磁铁，并大致具有圆筒形状。转子磁铁152、153沿周向交替地被磁化为NSNS。螺杆螺母154在内侧形成有内螺纹构造，该内螺纹构造与后述的主轴170的外螺纹啮合。
[0030]图3中，Lrot是转子单元150的轴向的长度(与定子对置的转子长)，Lmag是转子磁铁152、153的轴向的长度(磁铁长)，Lnut是螺杆螺母154的轴向的长度(螺母长)。此处，设定为 Lnut < Lmag。
[0031]如图3所示，Lrot的中心部分Pl成为转子单元150的轴向的中心的位置。Pl基本上也是由定子总成130和定子总成140构成的定子(定子单元)的轴向的中心的位置。另夕卜，P2是螺杆螺母154的轴向的中心的位置。此处，使Pl与P2的位置不一致，并使轴向上的两者的位置错开，从而得到偏置状态。即，通过错开Pl与P2的位置来实现将螺母部的位置偏置配置于转子单元的轴向的一端侧或者另一端侧中的一方的状态。
[0032]此外，在本实施方式中，作为转子磁铁，说明了使用两块转子磁铁152、153的情况，但是也可以有使用一块转子磁铁的情况。在该情况下也是Lnut < Lmag，并处于Pl与P2的位置错开的偏置状态。
[0033]在设置于转子单元150的两端的部分的凸台156、157上，通过压入而安装有滚动轴承161、162。滚动轴承161、162是相同的部件，转子单元150通过滚动轴承161、162而以自由旋转的状态保持于前侧壳体101及末端侧壳体102。在转子单元150的内侧，固定有金属制的主轴170。主轴170作为在轴向可动的输出轴而发挥功能。在主轴170的外周，刻有与螺杆螺母154的内螺纹构造啮合的外螺纹构造。并且，在主轴170上，设置有防止旋转用的挡块171。前侧壳体101具有沿轴向延伸的空间，在该空间内，挡块171能够沿轴向移动，并且挡块171被限制为无法旋转。在该空间内，挡块171处于能够沿其内壁在轴向移动，并无法相对于前侧壳体101旋转(若旋转，则与前侧壳体101的内壁接触)的状态。[0034](动作)
[0035]若在定子总成130及140的定子线圈流动极性周期性反转的驱动电流，则根据爪极式步进马达的工作原理，作用欲使转子磁铁152、153旋转的驱动力，从而转子单元150旋转。此时，与主轴170的外周的外螺纹构造啮合的螺杆螺母154也旋转，但是由于挡块171的作用，主轴170无法旋转，另一方面，由于主轴170能够在轴向移动，所以根据螺旋的原理，主轴170随着螺杆螺母154的旋转而在轴向移动。此时，根据驱动信号的脉冲数来控制转子单元150的旋转量，由此，进行主轴170的直线移动量的控制。
[0036](组装工序)
[0037]最先对得到图3的转子单元150的工序进行说明。首先，在未图示的金属模的模腔内，配置转子磁铁152及153、螺杆螺母154来作为嵌入材料。然后，将加热而流动化的树脂注入该金属模的模腔内部，进行注射成型。通过该注射成型，得到图3所示的转子单元150。
[0038]接下来，如图4A所示，准备主轴170，使主轴170与转子单元150结合。在主轴170上设置有外螺纹部170a，通过使转子单元150的螺杆螺母154与该外螺纹部170a旋合，来得到图4A所示的状态。
[0039]接下来，使定子总成130和140暂时组合，将该状态下的部件配置于未图示的金属模内，并将树脂注入该金属模内。在该工序中，树脂如图2的符号136所示地填充于间隙的部分，从而定子总成130、140通过树脂而形成为一体。
[0040]接下来，通过将滚动轴承162压入(也可以通过粘着剂来固定)末端侧壳体102的内侧而将其固定，并且通过等离子焊接等方法将前板135固定于定子总成130。这样，在图4B所示的状态下，得到未安装图4A所示的主轴170与转子单元150结合而成的部件的状态。接下来，在安装于末端侧壳体102内部的滚动轴承162的内圈固定图4A所示的部件的转子单元150固定。该固定同样通过压入(也可以通过粘着剂来固定)来进行。这样，得到图4B所示的状态。
[0041]如图4B所示，前板135具有四个爪部135a。得到图4B的状态后，将前侧壳体101固定于前板135。此时，通过对爪部135b进行敛缝来将前侧壳体101固定于前板135。这样，得到图4C所示的直线步进马达100。此外，虽未图示，但是得到图4C所示的状态后，对具备基板138的端子部139进行安装，从而得到图1A、图1B以及图2所示的状态。
[0042](特征)
[0043]在本实施方式中，在将螺杆螺母装入转子时，使用相对于磁铁长度尽量短的螺杆螺母长，从而在轴向观察时，该螺杆螺母位置相对于转子磁铁而尽量位于前侧。这样，确保从螺杆螺母到定子后壁的距离较长，从而使主轴的行程长度变长。另外，通过使螺杆螺母向前侧偏置，能够使马达全长变短。另外，由于通过模具一体成型，所以通过改变金属模的一部分部件，能够自由配置螺杆螺母的位置，进而能够提供可与需要的行程对应的直线马达。
[0044]以下,列举直线步进马达100的特征。
[0045](I)作为两个滚动轴承161及162，使用相同的部件，从而实现部件的通用化。
[0046](2)转子单元150具有如下构造，即，转子磁铁152、153、以及具有螺纹部的螺杆螺母154通过树脂模压成型而一体成型。根据该构造，能简化组装，并且能提高部件精度。并且，能够简单地进行螺杆螺母154的位置的变更。[0047](3)通过利用树脂而使定子总成130、140形成为一体，从而能够简化制造工序，并能够提高基于利用树脂来密封间隙的防尘性以及可靠性。
[0048](4)将螺杆螺母154配置于向前侧偏置的位置。S卩，转子单元150的中心的位置位于比前侧定子单元(定子总成130)的中心的位置更靠近前侧的位置。根据该构造，能够确保主轴170的行程(向图2中的左方的移动量)，并且能够使直线步进马达100主体的轴向的尺寸变短。
[0049](5)内置有如下机构，即，利用挡块171的主轴170的旋转防止机构、利用前侧壳体101的制约主轴170的前进的机械式挡块机构、以及利用末端侧壳体102的以后退端制约主轴170的移动的机械式挡块机构。另外，也能够将挡块171作为如下机械式挡块机构来使用，即，通过与壳体101的内表面接触来制约前进以及通过与滚动轴承的内圈的端面接触来制约后退。
[0050](6)在转子单元150中，两个转子磁铁152、153之间的中间部分150a的外径比磁铁的外径小，中间部分150a位于比转子磁铁152、153的外周面低的位置。根据该构造，能够抑制由于构成转子单元150的树脂的毛边等而引起的阻碍转子单元150的旋转的可能性。
[0051](7)螺杆螺母154的轴向的长度Lnut相对于转子磁铁152、153的轴向的长度Lmag,有 Lnut < Lmag 的关系。
[0052](8)螺杆螺母154的外形形状呈多边形或者具有止转功能的某个形状，并且，螺杆螺母154构成为相对于转子单元150不产生相对的空转的构造。
[0053](9)末端侧壳体102具备保持滚动轴承162的座部，并具有与定子一体成型的构造。
[0054](10)前侧壳体101具有如下一体构造,该一体构造具有保持滚动轴承161的座部、以及主轴170的止转槽。
[0055](11)直线步进马达100的构造特别适合于转子磁铁152、153的外径在9mm以下的情况。
[0056](12)作为转子磁铁152、153，能够使用铁氧体磁铁、稀土类磁铁等的烧结磁铁、粘
结磁铁。
[0057](13)能够使构成转子单元150的树脂的径向的厚度极大限度地变薄，并能够使马达外径变小。另外，螺杆螺母154的前侧端面位于比滚动轴承161的端面更靠近后方的位置。
[0058](其他方式)
[0059]本实用新型的方式并不限定于上述各个实施方式，也包含所属【技术领域】的技术人员能够想到的各种变形，本实用新型的效果也不限定于上述内容。即，在不脱离权利要求书所规定的内容及从其等效物得出的本实用新型的概括思想和主旨的范围内，能够进行各种增加、变更以及部分的删除。
[0060]工业上的应用可行性
[0061]本实用新型能够用于直线步进马达。
【权利要求】
1.一种直线步进马达，其特征在于，具备: 定子单元； 转子单元，其以能够旋转的状态配置于所述定子单元的内侧； 输出轴，所述转子单元的旋转运动被变换为所述输出轴的直线运动；以及 螺母部，其设置于所述转子单元的内侧，并与形成于所述输出轴的螺纹部旋合， 所述螺母部在向所述转子单元的轴向的一端侧或者另一端侧中的一方偏置的位置配置， 所述转子单元具有将所述螺母部及磁铁作为嵌入材料的、利用树脂的一体成型构造。
2.根据权利要求1所述的直线步进马达，其特征在于， 所述转子单元通过一对相同构造的轴承而以能够自由旋转的状态保持于所述定子单J Li ο
3.根据权利要求1或2所述的直线步进马达，其特征在于， 所述转子单元具有: 在轴向具有间隔地配置的一对的所述磁铁；以及 所述一对磁铁之间的、外径比所述一对磁铁的外径小的中间部分。
4.根据权利要求1或2所述的直线步进马达，其特征在于， 所述定子单元具有利用树脂模压成型的一体构造。
【文档编号】H02K37/10GK203491872SQ201320591349
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】藤谷荣, 加藤晃, 村松和夫, 小槙正朋 申请人:美蓓亚株式会社