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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied mit einer eingebauten
Antriebsvorrichtung, bei welcher sich eine Keilwelle und eine Keilnut
relativ zueinander in Reaktion auf ein Eingangssignal bewegen können.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Mikrostellglied,
das auf Abmessungen von etwa 10 mm im Durchmesser verkleinert werden kann,
und für verschiedene Industriegeräte eingesetzt
werden kann.
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STAND DER TECHNIK
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Bislang
weist ein lineares Stellglied, das ein elektrisches Eingangssignal
in eine Linearbewegung eines Bewegungsteils umwandelt, und dieses
ausgibt, hauptsächlich einen Führungsmechanismus zum
linearen Führen des Bewegungsteils auf, während
eine äußere Kraft abgefangen wird, sowie einen Antriebsmechanismus
dazu, das Bewegungsteil dazu zu veranlassen, sich entlang dem Führungsmechanismus
vorzustellen und zurückzuziehen. Es gibt verschiedene bekannte
Beispiele für den Antriebsmechanismus, einschließlich
eines linearen Stellgliedes, welches einen Hydraulikzylinder oder
einen Luftzylinder als Antriebsquelle einsetzt, und welches eine
lineare Hin- und Herbewegung eines Kolbens unverändert
an das Bewegungsteil überträgt, und eines Stellgliedes,
welches einen Motor als die Antriebsquelle einsetzt, und eine Drehbewegung
des Motors in eine lineare Bewegung durch Einsatz einer Kugelumlaufspindel
umwandelt. Weiterhin ist auch ein lineares Stellglied bekannt, welches
als Antriebsquelle einen Linearmotor einsetzt, der einen Stator und
ein Bewegungselement aufweist, und welches eine lineare Hin- und
Herbewegung des Linearmotors unverändert auf das Bewegungsteil überträgt.
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Zwar
gibt es verschiedene Kombinationen des Antriebsmechanismus und des
Führungsmechanismus entsprechend dem erforderlichen Axialdruck für
das Bewegungsteil, der Lasttragkapazität, der Bewegungsgeschwindigkeit,
der Präzision, usw., jedoch führt die einfache
Kombination eines beliebigen Antriebsmechanismus und eines Führungsmechanismus
zu einem linearen Stellglied mit relativ großen Abmessungen,
was zu einer relativ schlechten Nutzbarkeit führt.
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Die
JP 2003-278873 A beschreibt
ein lineares Stellglied mit einem relativ kompakten Aufbau, bei
welchem der Antriebsmechanismus in dem Führungsmechanismus
enthalten ist. Bei diesem linearen Stellglied ist eine Kugelumlaufspindel,
die aus einer Spindelwelle und einer Kugelmutter besteht, in einem
zylindrischen Gehäuse aufgenommen, das ein hohles Teil
aufweist, und ist die Spindelwelle drehbar in dem hohlen Teil gehaltert.
Ein Motor ist an einem Ende des zylindrischen Gehäuses
befestigt, und es wird ermöglicht, eine frei wählbare
Drehung auf die Spindelwelle durch diesen Motor zu übertragen.
Weiterhin ist eine in Axialrichtung verlaufende Keilnut in der Außenumfangsoberfläche
des Gehäuses vorgesehen; steht ein zylindrisches Bewegungsteil
in Passeingriff mit der äußeren Seite des Gehäuses über die
Keilnut, und kann sich das zylindrische Bewegungsteil frei in Axialrichtung
des Gehäuses bewegen, während es an einer Drehung
in Bezug auf das Gehäuse gesperrt ist. Weiterhin weist
das Gehäuse eine schlitzartige Öffnung auf, die
in Axialrichtung verläuft, und ist die Kugelmutter der
Kugelumlaufspindel mit dem Bewegungsteil über diese Öffnung verbunden.
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Bei
dem Stellglied mit der voranstehend geschilderten Konstruktion bewegt
sich dann, wenn sich der Motor dreht, um eine frei wählbare
Drehung auf die Spindelwelle zu übertragen, die in dem
hohlen Teil des Gehäuses aufgenommen ist, die Kugelmutter
innerhalb des hohlen Teils bei Drehung der Spindelwelle, und bewegt
sich an der äußeren Seite des Gehäuses
das zylindrische Bewegungsteil in Axialrichtung zusammen mit der
Kugelmutter. Daher wird ermöglicht, das zylindrische Bewegungsteil
entlang der Achse des Gehäuses in einer frei wählbaren Richtung
zu bewegen, und um einen frei wählbaren Betrag entsprechend
der Drehrichtung bzw. dem Ausmaß der Drehung des Motors.
- Patentdokument 1: JP
2003 278873 A
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE
PROBLEME
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Die
Aufnahme der Kugelumlaufspindel in dem Gehäuse führt
allerdings zu folgenden Problemen: da die Kugelmutter, die im Gewindeeingriff
mit der Spindelwelle steht, mit einem Endloskugelumlaufweg versehen
ist, kann ihr Durchmesser nicht extrem verringert werden, und ist
der Durchmesser des Gehäuses, welches die Kugelmutter in
dem hohlen Teil aufnimmt, unvermeidlich groß. Weiterhin
ist der Motor zum Antrieb der Spindelwelle an einem Ende in Längsrichtung
des Gehäuses über eine Stütze befestigt,
so dass die Differenz zwischen der Hubentfernung des zylindrischen
Bewegungsteils und der Gesamtlänge des linearen Stellgliedes
unvermeidlich relativ groß ist, und selbst dann, wenn die
erforderliche Hubentfernung entsprechend dem gedachten Einsatzzweck
des Bewegungsteils klein ist, kann die Gesamtlänge des
linearen Stellgliedes nicht erheblich verringert werden. Weiterhin
muss die Spindelwelle an ihren beiden Enden durch Lager gehaltert werden,
die an einem Ort befestigt werden müssen, während
sie in dem hohlen Teil des Gehäuses aufgenommen ist, so
dass der Vorgang des Zusammenbaus der Spindelwelle mit dem Gehäuse
erhebliche Anstrengungen und viel Zeit erfordert, und darüber hinaus
ist die Anzahl an beteiligten Bauelementen groß, was zu
relativ hohen Kosten führt.
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MASSNAHMEN ZUR LÖSUNG
DER PROBLEME
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehend geschilderten
Probleme entwickelt, und hat daher das Ziel, ein Mikrostellglied
zur Verfügung zu stellen, das insgesamt kompakt ausgebildet werden
kann, beispielsweise mit einem Durchmesser von 10 mm, durch Verringerung
einer Differenz zwischen einer Hubentfernung eines Bewegungsteils und
einer Gesamtlänge, und durch Verringerung einer Schnittfläche,
die in Richtung orthogonal zu einer Hubrichtung verläuft.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Mikrostellgliedes, welches eine kleinere Anzahl an Bauelementen
aufweist, und einfach zusammengebaut werden kann.
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Um
die voranstehend geschilderten Vorteile zu erreichen, weist ein
Mikrostellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
auf: eine Keilwelle, die als ein Zylinder ausgebildet ist, mit einem
hohlen Teil, und eine in Axialrichtung verlaufende Schlitzöffnung
aufweist; eine Keilnut, die im Passeingriff mit der Keilwelle steht,
und die Keilwelle in Axialrichtung führt; zwei Endkappen,
die an Öffnungen an beiden Enden der Keilwelle befestigt
sind; eine Magnetstange, die an beiden Enden innerhalb des hohlen
Teils der Keilwelle durch die Endkappen gehaltert ist; und einen Stempel,
der lose im Passeingriff mit dem Umfang der Magnetstange innerhalb
des hohlen Teils der Keilwelle steht, damit zusammen ein Linearmotor
mit der Magnetstange ausgebildet, und verbunden mit der Keilnut über
die Schlitzöffnung.
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Beide
Enden der Magnetstange stehen im Passeingriff mit den Endkappen,
die an den Endöffnungen der Keilwelle befestigt sind, wodurch
die Magnetstange in dem hohlen Teil der Keilwelle gehaltert ist.
Der Stempel weist ein Spulenteil auf; wenn ein elektrisches Signal
an das Spulenteil angelegt wird, wirkt auf den Stempel eine Axialdruckbelastung
in dem hohlen Teil der Keilwelle ein, während ein loser Passeingriff
mit der Magnetstange vorhanden ist. Daher wird die Keilnut, die
mit dem Stempel über eine Schlitzöffnung der Keilwelle
verbunden ist, in Axialrichtung mit Druck an der Außenseite
der Keilwelle beaufschlagt.
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Bei
dem Mikrostellglied gemäß der vorliegenden Erfindung
mit der voranstehend geschilderten Konstruktion werden die Endöffnungen
der Keilwelle durch die beiden Endkappen abgesperrt, wodurch die
Magnetstange in dem hohlen Teil der Keilwelle gehaltert ist, und
ist der Linearmotor als der Antriebsmechanismus vollständig
in der Keilwelle als Führungsmechanismus aufgenommen. Dies
führt dazu, dass ermöglicht wird, die Differenz
zwischen der Hublänge der Keilnut und der Gesamtlänge
des Stellgliedes zu verringern. Weiterhin kann infolge des Einsatzes
eines so genannten Stangentyp-Linearmotors, bei welchem der Stempel
in loser Passeingriff mit dem Umfang der Magnetstange steht, eine
ausreichende Axialdruckbelastung erhalten werden, selbst wenn der
Stempel verkleinert wird, wodurch ermöglicht wird, den
Durchmesser der Keilwelle, welche den Stempel in ihrem hohlen Teil
aufnimmt, klein zu wählen. Dies führt dazu, dass
gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht
wird, ein lineares Stellglied zu erhalten, das deutlich verkleinert
ist, also ein Mikrostellglied.
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Weiterhin
ist, wie voranstehend beschrieben, bei dem Mikrostellglied gemäß der
vorliegenden Erfindung die Magnetstange, welche den Linearmotor bildet,
an der Keilwelle durch zwei Endkappen befestigt, und wird der Zusammenbauvorgang
im Wesentlichen nur durch Verbinden des Stempels mit der Keilnut
fertig gestellt, so dass die Anzahl an Bauelementen relativ gering
ist, und der Zusammenbau einfach durchgeführt werden kann,
was es ermöglicht, unter geringerem Kostenaufwand die Herstellung durchzuführen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine allgemeine Perspektivansicht eines Mikrostellgliedes gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine in Vertikalrichtung geschnittene, Längs-Perspektivansicht
des in 1 dargestellten Mikrostellgliedes.
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3 ist
eine in Horizontalrichtung weggeschnittene Längs-Perspektivansicht
des in 2 gezeigten Mikrostellgliedes.
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4 ist
eine Perspektivansicht des in 1 dargestellten
Mikrostellgliedes, weggeschnitten in Richtung senkrecht zur Längsrichtung
am Zentrum der Keilnut.
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5 ist
eine Perspektivansicht eines Mikrostellgliedes gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Perspektivansicht gesehen von der Rückseite aus des
in 5 dargestellten Mikrostellgliedes.
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7 ist
eine Perspektivansicht eines Mikrostellgliedes gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Nachstehend
wird das Mikrostellglied gemäß der vorliegenden
Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 bis 4 zeigen
ein Mikrostellglied gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine
Perspektivansicht, 2 ist eine in Vertikalrichtung
geschnittene Längs-Perspektivansicht, 3 ist
eine in Horizontalrichtung geschnittene Längs-Perspektivansicht, und 4 ist
eine Perspektivansicht, die senkrecht zur Längsrichtung
im Zentrum einer Keilmutter geschnitten ist, die nachstehend genauer
erläutert wird. Dieses Mikrostellglied ist mit einer Keilwelle 1 versehen,
die ein hohles Teil 10 aufweist, und im Wesentlichen zylinderförmig
ausgebildet ist, und mit einer Keilmutter 2, die im Passeingriff
mit der Außenseite der Keilwelle 1 über
eine große Anzahl an Kugeln steht, und kann die Keilmutter 2 in
Axialrichtung der Keilwelle 1 hin- und herbewegen, unter
Verwendung des Axialdrucks, der durch einen Linearmotor 3 erzeugt
wird, der in dem hohlen Teil 10 der Keilwelle 1 aufgenommen
ist.
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Die
Keilwelle 1 weist das hohle Teil 10 auf, und ist
zylinderförmig ausgebildet, wobei die Außenumfangsoberfläche
zwei Kugelabwälzrillen 11 aufweist, die gegeneinander
um 180° versetzt sind. Weiterhin weist die Keilwelle 1 zwei
in Axialrichtung verlaufende Schlitzöffnungen 12, 13 auf,
die in Bezug auf die Kugelabwälzrillen 11 um 90° versetzt
sind. Die Schlitzöffnungen 12, 13 sind
einander zugewandt angeordnet, wobei sich das hohle Teil 10 dazwischen befindet,
und sorgen für eine Verbindung zwischen dem Inneren und
dem Äußeren der Keilwelle 1. Bei einem
tatsächlichen Prototyp beträgt der Außendurchmesser
der Keilwelle 1 etwa 7 mm, und beträgt deren Innendurchmesser
etwa 5 mm.
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Die
Keilmutter ist im Wesentlichen als ein Zylinder ausgebildet, dessen
Innendurchmesser etwas größer ist als jener der
Keilwelle 1; sie steht im Passeingriff mit der Außenseite
der Keilwelle 1 über eine große Anzahl
an Kugeln 4, die sich in den Kugelabwälzrillen 11 der
Keilwelle 1 abwälzen. Die Keilmutter 2 weist
einen Mutternhauptkörper 20 und zwei Endplatten 21 auf,
die an beiden axialen Endoberflächen des Mutternhauptkörpers 20 befestigt
sind.
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In
der inneren Umfangsoberfläche des Mutternhauptkörpers 20 befinden
sich Belastungsabwälzrillen 22 gegenüberliegend
den Kugelabwälzrillen 11 der Keilwelle 1,
und die Kugeln 4 wälzen sich zwischen den Kugelabwälzrillen 11 und
den Kugelabwälzrillen 22 ab, während
sie die Belastung abfangen. Weiterhin weist der Mutternhauptkörper 20 Kugelrückführwege 23 parallel
zu den Belastungsabwälzrillen 22 auf, wobei die
Kugelrückführungswege 23 so angeordnet
sind, dass sie in Radialrichtung die Belastungsabwälzrillen 22 überlappen.
Die Endplatten 21 weisen Richtungsänderungswege 24 auf,
die es ermöglichen, dass die Kugeln zwischen den Belastungsabwälzrillen 22 und
den Kugelrückführwegen 23 des Mutternhauptkörpers 21 ankommen
und von dort verschwinden; wenn die Keilmutter 2 zusammengebaut
ist, ist dann, wenn die beiden Endplatten 21 an den Endoberflächen
in Axialrichtung des Mutternhauptkörpers 20 befestigt
sind, die Keilmutter 2 mit Endlosumwälzwegen 25 für
die Kugeln 4 versehen. Zwar sind in 2 die Kugeln 4 nur
in einem der beiden Endlosumwälzwege 25 angeordnet,
die so ausgebildet sind, dass sie an Positionen angeordnet sind,
die einander zugewandt sind, mit der Keilwelle 1 dazwischen,
jedoch sind tatsächlich die Kugeln 4 tatsächlich
so ausgebildet, dass sie den gesamten Umfang des Endlosumwälzweges
einnehmen, in welchem keine Kugeln 4 dargestellt sind.
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Wenn
daher die Keilmutter 2 entlang der Keilwelle 1 bewegt
wird, laufen die Kugeln 4 durch die Endlosumlaufwege 25
um, während sie die Belastung zwischen dem Mutternhauptkörper 20 und der
Keilwelle 1 abfangen, wodurch ermöglicht wird, dass
sich die Keilmutter 2 durchgehend entlang der Keilwelle 1 bewegt.
Die Keilmutter 2 ist mit einem Schraubenloch an einem Ort
an der Rückseite versehen, wie in 1 gezeigt
ist, und dieses Schraubenloch steht im Schraubeneingriff mit einer
Befestigungsschraube, wodurch ermöglicht wird, die Keilmutter 2 an
einer anderen Maschine, Einrichtung oder dergleichen zu befestigen.
Bei diesem Mikrostellglied wird daher die Keilmutter 2 an
ihrem Ort befestigt, und wird die Keilwelle 1, die durch
die Keilmutter 2 gehaltert ist, dazu veranlasst, in Axialrichtung
eine Vorstellbewegung bzw. eine Rückstellbewegung durchzuführen.
Bei einem tatsächlichen Prototyp werden Stahlkugeln mit
einem Durchmesser von 0,4 mm als die Kugeln 4 eingesetzt.
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Innerhalb
des hohlen Teils 10 der Keilwelle 1 ist eine Magnetstange 30 aufgenommen,
die als der Stator des Linearmotors 3 dient. Bei der Magnetstange 30 sind
die N-Pole und die S-Pole von Permanentmagneten abwechselnd in Axialrichtung
angeordnet; es kann so vorgegangen werden, dass in das Innere eines
Stahlrohrs eine große Anzahl an Permanentmagneten eingebracht
wird, oder es kann eine runde Stange ausgebildet werden, und können
Magnetpole danach durch Magnetisierung erzeugt werden.
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Zwei
Endkappen 5 stehen im Passeingriff mit Öffnungen
an beiden Enden in Axialrichtung der Keilwelle 1, wodurch
das hohle Teil 10 der Keilwelle 1 in Axialrichtung
verschlossen wird. Jede dieser Endkappen 5 weist in ihrem
Zentrum ein Halteloch 50 auf, für den Passeingriff
mit dem Endabschnitt der Magnetstange 30; durch Befestigung
der beiden Endkappen 5 an der Keilwelle 1 wird
die Magnetstange 30 nach Art einer zentralen Kurbel in
dem hohlen Teil 10 der Keilwelle 1 gehaltert,
und wird an ihrem Ort parallel zur Axialrichtung der Keilwelle 1 eingestellt,
also in Bewegungsrichtung der Keilmutter 2. In den Zeichnungen
sind mit dem Bezugszeichen 51 Befestigungsschrauben zur
Befestigung der Endkappen an der Keilwelle 1 bezeichnet.
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Weiterhin
steht ein Stempel 31, der den Linearmotor 3 bildet,
im losen Passeingriff mit dem Umfang der Magnetstange 30,
mit einem kleinen Spalt dazwischen. Dieser Stempel besteht aus Aluminium, das
eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweist, und weist
ein hohles Teil auf, durch welches die Magnetstange hindurchgeht,
wobei die Innenumfangsoberfläche des hohlen Teils Erregerspulen
(nicht gezeigt) als Stator aufnimmt. Die Erregerspulen weisen eine Spulengruppe
auf, bei welcher drei Spulen einer U-, einer V- und einer W-Phase
eine Gruppe bilden. Die Erregerspulen sämtlicher Phasen
weisen eine ringförmige Konfiguration auf, und liegen der
Außenumfangsoberfläche der Magnetstange 3 über
dem kleinen Zwischenraum gegenüber. Der Anordnungsteilungsabstand
der Erregerspulen der unterschiedlichen Phasen ist kleiner gewählt
als der Anordnungsteilungsabstand der Permanentmagneten der Magnetstange.
In der Magnetstange 30 ist ein Magnetfluss vorhanden, der
sich von dem S-Pol zu dem N-Pol erstreckt, und das Spulenteil weist
einen Magnetpolsensor (nicht dargestellt) auf, zur Erfassung der
Magnetflussdichte. Daher kann die Positionsbeziehung der Magnetpole
(der N- und der S-Pole) der Magnetstange in Bezug auf die Erregerspule
anhand eines Erfassungsausgangssignals von diesem Magnetpolsensor
festgestellt werden. Eine Steuerung, welche die Energieversorgung
der Erregerspulen steuert, empfängt das Erfassungssignal
von dem Magnetpolsensor, und berechnet einen optimalen elektrischen
Strom entsprechend der Positionsbeziehung zwischen den Erregerspulen
und den Magnetpolen der Magnetstange, wobei dieser Strom den Erregerspulen
zugeführt wird. Dies führt dazu, dass infolge
der synergetischen Auswirkung des elektrischen Stroms, der durch
die Erregerspulen fließt, und des Magnetflusses, der durch
die Permanentmagneten erzeugt wird, eine anziehende Kraft und eine
abstoßende Kraft zwischen den Erregerspulen und den magnetischen
Polen der Permanentmagneten erzeugt werden, was dazu führt,
dass der Stempel 31 in Axialrichtung der Magnetstange 30 vorgestellt wird.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist ein Teil des Stempels 31 in
eine Schlitzöffnung 12 der Keilwelle 1 eingeführt,
und ist mit der Keilmutter 2 durch Befestigungsschrauben 32 verbunden.
Dies führt dazu, dass dann, wenn der Stempel 31 in
Axialrichtung der Magnetstange 30 vorgeschoben wird, die
Keilmutter 2 in Axialrichtung der Keilwelle 1 vorgestellt
wird.
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Weiterhin
ist, wie in den 1 und 3 gezeigt,
eine lineare Skala 33 parallel zur Axialrichtung der Keilwelle 1 in
der anderen Öffnung 13 der Keilwelle 1 angeordnet.
Die lineare Skala 33 ist als eine magnetische Skala ausgebildet,
bei welcher N- und S-Magnetpole abwechselnd in einem Metalldraht
mit Kreisform im Querschnitt angeordnet sind. Diese lineare Skala
ist an einem Ort innerhalb der Schlitzöffnung 13 unter
Verwendung eines Fundaments 34 befestigt.
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Weiterhin
ist, wie in 4 gezeigt, ein Lesekopf 35 zur
Erfassung der Magnetpole der linearen Skala 33 in die Schlitzöffnung 13 von
der Außenseite der Keilwelle 1 aus eingeführt,
und ist der Lesekopf 35 an der Keilmutter 2 über
eine Stütze 36 befestigt. Dies führt
dazu, dass dann, wenn sich die Keilmutter 2 entlang der
Keilwelle 1 bewegt, der Lesekopf 35 Impulssignale
entsprechend Änderungen der Magnetpole ausgibt, wenn er
sich entlang der linearen Skala 33 bewegt, und dass ermöglicht
wird, durch Überwachung der Impulssignale, das Ausmaß der
Bewegung der Keilmutter 2 in Bezug auf die Keilwelle 1 zu erfassen.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die lineare Skala 33 als
Magnetskala ausgebildet ist; sie kann auch beispielsweise mit einem leiterartigen Muster
versehen sein, das durch ein optisches Verfahren erfasst wird.
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Bei
diesem Mikrostellglied mit der voranstehend geschilderten Konstruktion
kann der Linearmotor 3 als der Antriebsmechanismus vollständig
in das hohle Teil der Keilwelle 1 eingebaut werden, wodurch ermöglicht
wird, ein sehr kompaktes Stellglied zu erhalten, während
der Antriebsmechanismus und der Führungsmechanismus miteinander
vereinigt werden. Insbesondere ist in Bezug auf die gesamte Länge
in Axialrichtung der Keilwelle 1 die Magnetstange 30,
welche den Linearmotor 3 bildet, an beiden Enden durch
die beiden Endkappen 5 gehaltert, so dass kein großer
Unterschied zwischen der Hubentfernung der Keilmutter 2 und
der Gesamtlänge der Keilwelle 1 besteht, wodurch
ermöglicht wird, die Gesamtlänge in Axialrichtung
des Stellgliedes wesentlich zu verringern. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass
die Anzahl an Bauelementen klein ist, und dass der Zusammenbau sehr
einfach durchgeführt werden kann, wodurch eine Herstellung
mit niedrigen Kosten ermöglicht wird.
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Bei
einem tatsächlichen Prototyp des Stellgliedes beträgt
die Gesamtlänge 35 mm, beträgt der Maximaldurchmesser
der Keilmutter 2 einschließlich der Stütze 36 12,2
mm, und beträgt die Hubentfernung der Keilmutter 2 17
mm. Die maximale Bewegungsgeschwindigkeit der Keilmutter 2 beträgt
762 (mm/s).
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Während
bei dem in den 1 bis 4 dargestellten
Beispiel zwei Schlitzöffnungen 12, 13 in der
Keilwelle 1 vorgesehen sind, ist es ebenfalls möglich,
eine einzelne Schlitzöffnung in der Keilwelle 1 vorzusehen,
durch geeignete Abänderung der Position der Anordnung der
linearen Skala 33, wodurch ermöglicht wird, eine
weitere Verringerung der Herstellungskosten zu erzielen.
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Die 5 und 6 zeigen
ein Mikrostellglied gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei welcher, wie voranstehend geschildert,
nur eine Schlitzöffnung 14 für die Keilwelle 1 vorgesehen
ist. 5 ist eine Perspektivansicht, und 6 ist
eine Perspektivansicht bei Betrachtung von der entgegengesetzten
Seite.
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In 5 ist
die Schlitzöffnung 14, die sich in Axialrichtung
erstreckt, an einer Position in der Außenumfangsoberfläche
der Keilwelle 1 vorgesehen, und ist die Keilmutter 2 mit
dem Stempel 31, welcher den Linearmotor 3 bildet, über
die Schlitzöffnung 14 verbunden.
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Weiterhin
ist, wie in 6 gezeigt, eine flache Oberfläche 60 auf
der Außenumfangsoberfläche der Keilwelle an einem
Ort phasenversetzt gegenüber der Schlitzöffnung
um 180° vorhanden, und ist eine bandförmige, lineare
Skala 61 an der flachen Oberfläche 60 angebracht.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist die lineare Skala 61 als
eine magnetische Skala ausgebildet. Ein Lesekopf (nicht gezeigt)
ist an der Keilmutter 2 an einem Ort gegenüberliegend
der linearen Skala 61 befestigt; wenn sich die Keilmutter 2 entlang
der Keilwelle 1 bewegt, gibt der Lesekopf Impulssignale
entsprechend Änderungen der Magnetpole aus, wenn er sich
entlang der linearen Skala 6 bewegt.
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Im Übrigen
ist diese Ausführungsform mit einer gleichen Konstruktion
wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass
in den 5 und 6 jene Bauteile, die ebenso
wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet sind, mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und auf deren Beschreibung
verzichtet wird.
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Bei
dem Mikrostellglied gemäß der zweiten Ausführungsform
mit der voranstehend geschilderten Konstruktion ist nur eine Schlitzöffnung 14 für
die Keilwelle 1 vorgesehen. Dies führt dazu, dass
im Vergleich zur ersten Ausführungsform die Steifigkeit
der Keilwelle 1 verbessert wird, und ermöglicht
wird, die Genauigkeit in Bezug auf die Bewegung der Keilmutter 2 zu
erhöhen; darüber hinaus wird die Bearbeitung der
Keilwelle 1 erleichtert, was es ermöglicht, sie mit
geringeren Kosten herzustellen. Da die lineare Skala 61 als
bandartiges Bauelement ausgebildet ist, das an der flachen Oberfläche 60 angebracht
ist, die bei der Keilwelle 1 vorgesehen ist, kann darüber
hinaus die lineare Skala einfacher angeordnet werden, im Vergleich
zur drahtförmigen linearen Skala 33 gemäß der
ersten Ausführungsform, wodurch ermöglicht wird,
die Messgenauigkeit in Bezug auf die Bewegung der Keilwelle 1 zu
erhöhen.
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Als
nächstes zeigt 7 ein Mikrostellglied gemäß der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bei
dem Mikrostellglied gemäß der dritten Ausführungsform
sind zur Erhöhung der Axialdruckbelastung, die von dem
Linearmotor 3 ausgeübt wird, mehrere Gruppen von
Erregerspulen, bei welchen jeweils drei Erregerspulen der drei Phasen
eine Gruppe bilden, auf einem Stempel 37 angebracht, der
im losen Passeingriff mit der Magnetstange 30 steht. Daher
ist der Stempel 37 länger in Axialrichtung der Magnetstange 30 ausgebildet
als der Stempel 31 gemäß der zweiten
Ausführungsform. Weiterhin sind zum verlässlichen
Haltern des verlängerten Stempels 37 zwei Keilmuttern 2 in
Passeingriff mit der Keilwelle 1 in einem Abstand in Axialrichtung
vorgesehen, wobei die Keilmuttern 2 jeweils mit einem der Enden
in Längsrichtung des Stempels 37 verbunden sind.
Die beiden Keilmuttern 2 sind daher miteinander über
den Stempel 37 verbunden; wenn der Linearmotor 3 in
Betrieb ist, bewegt sich die Keilwelle 1, welche die Magnetstange 30 haltert,
relativ zu den Keilmuttern 2, wobei die Entfernung zwischen
den Keilmuttern 2 gleich bleibt.
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Im Übrigen
ist diese Ausführungsform ebenso ausgebildet wie die zweite
Ausführungsform, so dass in 7 derartige
Bauelemente, die ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform
sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und auf deren
Beschreibung verzichtet wird.
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Bei
dem Mikrostellglied gemäß der dritten Ausführungsform
mit der voranstehend geschilderten Konstruktion wird die Anzahl
an Gruppen von Spulengruppen, die auf dem Stempel angeordnet sind, frei
wählbar ausgewählt. Dies führt dazu,
dass ermöglicht wird, frei wählbar den Axialdruck
für die Hubbewegung der Keilwelle in Bezug auf die Keilmuttern
einzustellen, wodurch das Stellglied bei verschiedenen Einsatzzwecken
verwendet werden kann. Darüber hinaus ist es nur erforderlich,
die Axiallänge der Keilwelle und des Stempels auszuwählen,
in Abhängigkeit von der erforderlichen Axialdruckbelastung
und der Hubentfernung der Keilwelle, und ist es nicht erforderlich,
eine Änderung des grundlegenden Aufbaus der Keilmutter
hervorzurufen, so dass das Stellglied kostengünstig hergestellt werden
kann, und bei verschiedenen Einsätzen verwendet werden
kann. Ob die erforderliche Hubentfernung gleich 50 cm oder gleich
1 m ist, stellt daher das Mikrostellglied gemäß der
vorliegenden Erfindung die Vorteile einer Verringerung der Anzahl
an Bauelementen zur Verfügung, eine Erleichterung des Zusammenbaus,
und einer Verringerung der Herstellungskosten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird ein Mikrostellglied beschrieben, das insgesamt kompakt ausgebildet
werden kann, beispielsweise mit einem Durchmesser von 10 mm, durch
Verringerung einer Differenz zwischen einer Hubentfernung eines
Bewegungsteils und einer Gesamtlänge, und durch Verringerung
einer Schnittfläche in Richtung orthogonal zu einer Hubrichtung.
Das Mikrostellglied weist auf: eine Keilwelle, die als ein Zylinder
mit einem hohlen Teil ausgebildet ist, und eine sich in Axialrichtung
erstreckende Schlitzöffnung aufweist; eine Keilmutter,
die im Passeingriff mit der Keilwelle steht, und die Keilwelle in
Axialrichtung führt; zwei Endkappen, die an Öffnungen
an beiden Enden der Keilwelle befestigt sind; eine Magnetstange,
die an beiden Enden innerhalb des hohlen Teils der Keilwelle durch
die Endkappen gehaltert ist; und einen Stempel, der in loser Passeingriff
mit einem Umfang der Magnetstange in dem hohlen Teil der Keilwelle
steht, so dass er einen Linearmotor zusammen mit der Magnetstange
bildet, und mit der Keilmutter durch die Schlitzöffnung
verbunden ist.
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BESCHREIBUNG VON BEZUGSZEICHEN
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- 1 ... Keilwelle, 2 ... Keilmutter, 3 ...
Linearmotor, 5 ... Endkappe, 12, 13 ...
Schlitzöffnung, 30 ... Magnetstange, 31 ...
Stempel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2003-278873
A [0004]
- - JP 2003278873 A [0005]