JP5042116B2

JP5042116B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP5042116B2
Application number: JP2008123575A
Authority: JP
Inventors: 尚志川本
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP2009273310A

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

特許文献１に開示されている装置は、マグネットロータの軸部を所定の磁極に着磁して、この軸部とステータヨークとの間に作用する磁力によって、ロータに軸方向の力を作用させ、これにより軸方向のガタつきを無くした装置が開示されている。

特開平８−２８９５２９号公報

特許文献１に開示されている装置では、軸部へ着磁する必要があるので、ロータの着磁工程の複雑化してコストが上昇する恐れがある。

上記問題点を解消すべく、ロータに軸方向の力を作用させるために、バネなどの弾性部材を用いてロータを付勢することが考えられる。しかしながら、バネなどを採用した場合には、装置自体が軸方向へ大型化する恐れがある。

そこで本発明は、ロータの軸方向のガタつきを抑制しつつ、軸方向での大型化、製造コストの増大も抑制されたアクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的は、回転軸を有したロータと、前記ロータを回転可能に収納するケースとを有したアクチュエータにおいて、前記ケースは、前記回転軸と回転可能に係合する軸受部と、前記軸受部周囲に形成された複数の肉抜き孔と、前記複数の肉抜き孔周囲に形成された外周部と、前記複数の肉抜き孔の間にあって前記軸受部と前記外周部とを繋ぐように連続した腕部と、を有している、ことを特徴とするアクチュエータによって達成できる。

軸受部周囲に複数の肉抜き孔が形成されているので、軸受部周辺の剛性が低下し、軸受部周辺の軸方向で撓みやすくなり、軸受部の軸方向での移動が容易となる。これにより、回転軸の軸方向のガタつきを抑制できる。ガタつきが抑制されるので、静音化が達成される。また、このような回転軸の軸方向のガタつきを抑制する構造が、ケースに形成されているので、軸方向の大型化を防止でき、かつ部品点数の増大を抑制できる。部品点数の増大が抑制されることにより、低コストを維持できる。

本発明によれば、軸方向での大型化が抑制され、低コストであって、ロータの径方向でのガタつきが抑制されて静音化を図ることができるアクチュエータを提供できる。

以下、図面を参照して複数の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係るアクチュエータ１の断面図、図２は、アクチュエータ１の上面図である。アクチュエータ１は、上面側に配置されたケース１０、底面側に配置されたケース２０、回転可能に支持され周方向に複数の磁極に着磁されたロータ３０、ロータ３０との間で磁力が作用するステータ４０、ステータ４０を励磁するためのコイル５０、コイル５０と電気的に接続されるプリント基板６０を含む。ロータ３０、ステータ４０、コイル５０は、ケース１０とケース２０との間に配置されている。ステータ４０は、Ｕ字状に形成されロータ３０の外周面と対向する３つの磁極部４１を有している。磁極部４１は、コイル５０への通電状態に応じて異なる極性に励磁され、ロータ３０と磁極部との間に生じる磁気的吸着力、反発力の作用によってロータ３０が所定の作動角を回転する。アクチュエータ１は、ロータ３０を所定の作動角で停止可能な、所謂ステッピングモータである。

ロータ３０は、磁性樹脂によって回転軸３１と一体に形成されている。ロータ３０は、ケース１０、ケース２０によって回転可能に収納されている。

ケース１０、２０は、コイル５０の厚みを逃すための逃げ孔１１、２１が形成されている。また、ケース２０には２箇所に係合ピン２２が形成されている。係合ピン２２は、アクチュエータ１が固定される部材と係合して、アクチュエータ１を他の部材へ固定する機能を有している。

ケース１０の外面には、プリント基板６０が貼り付けられている。プリント基板６０は、可撓性を有したフレキシブルプリント基板である。図２に示すように、コイル５０の端部は、半田部６５によってプリント基板６０と電気的に接続されている。

図３は、プリント基板６０をケース１０に貼り付ける前のアクチュエータ１の上面図である。ケース１０には、回転軸３１と回転可能に係合する軸受部１４と、軸受部１４周囲に形成された複数の肉抜き孔１７と、複数の肉抜き孔１７周囲に形成された外周部１８と、複数の肉抜き孔１７の間にあって軸受部１４と外周部１８とを繋ぐように連続した複数の腕部１６と、を有している。軸受部１４、腕部１６、外周部１８は、ケース１０に一体に形成されている。ケース１０は、合成樹脂により形成されている。具体的には、ケース１０は、ポリアセタールや、ポリカーボネートなどのエンジニアプラスチックにより、射出成形によって形成されている。

次に、軸受部１４について詳細に説明する。図４は、軸受部１４の説明図である。図４Ａは、図１に示した軸受部１４周辺の拡大断面図である。図４Ａに示すように、軸受部１４は、回転軸３１に向けて突出した係合凸部１４１が形成されている。回転軸３１の上端部には、係合凸部１４１と摺動回転可能に係合する係合凹部３１１が形成されている。これにより回転軸３１は回転可能に支持される。また、軸受部１４、腕部１６と、プリント基板６０との間には、所定のギャップＧが形成されている。このＧが形成されるのは、軸受部１４及び腕部１６が、外周部１８のプリント基板６０が固定される面よりロータ３０側に形成されているからである。プリント基板６０は、外周部１８のロータ３０と対向する面とは反対側の面に両面テープなどで貼り付けられている。このため、軸受部１４及び腕部１６と、プリント基板６０との間に所定のギャップＧが形成される。

図４Ｂは、回転軸３１に軸方向の力が作用して、軸受部１４が上方へ移動した状態を示した図である。尚、図４Ａは、回転軸３１に軸方向の力が作用していない状態を示している。図４Ｂに示すように、回転軸３１に軸方向の力が作用すると、軸受部１４がプリント基板６０の裏面に当接する程度にまで、腕部１６が上方斜めに撓む。このように腕部１６が軸方向に撓むのは、図３に示したように、複数の腕部１６の間に肉抜き孔１７が形成されているからである。肉抜き孔１７が形成されると、肉抜き孔１７周囲の剛性が低下し、軸方向に撓みやすくなるからである。これにより、軸受部１４の軸方向での移動が容易となる。また、肉抜き孔１７が形成されていることにより、腕部１６は、所定の撓み量の範囲内においては弾性変形する。従って、図４Ｂに示したように軸受部１４が軸方向上方へ移動すると、腕部１６の弾性力によって、再び回転軸３１を下方へ押す力が作用する。これにより、再び回転軸３１は下方へ押戻されることになる。

これにより、回転軸３１の軸方向のガタつきを抑制され、アクチュエータ１の静音化が達成される。また、このような回転軸３１の軸方向のガタつきを抑制する構造が、ケース１０に一体に形成されているので、軸方向の大型化を防止でき、かつ部品点数の増大を抑制できる。部品点数の増大が抑制されることにより、低コストを維持できる。

尚、図４Ａに示した状態においては、軸受部１４は回転軸３１に対して常時下方へと付勢する。即ち、アクチュエータ１が組み立てられた状態においては、軸受部１４が回転軸３１により若干上方へ押された状態となっている。

また、図４Ａ，図４Ｂに示したように、軸受部１４、腕部１６と、プリント基板６０との間には、所定のギャップＧが形成されているので、軸受部１４の軸方向の移動が許容される。また、軸受部１４の軸方向の移動量が大きすぎると、軸受部１４の上面がプリント基板６０の裏面に接触するので、軸受部１４の移動量が制限される。これにより、軸方向に大きな力が回転軸３１に作用した場合に、軸受部１４が大きく移動し、腕部１６が破損する恐れが防止される。これにより、軸受部１４や腕部１６の耐久性の低下が抑制される。

また、図１、図２に示したように、肉抜き孔１７はプリント基板６０によって塞がれる。これにより、肉抜き孔１７を介してアクチュエータ１内にゴミが浸入することが防止されている。

また、図４Ａ，図４Ｂに示すように、腕部１６は、外周部１８よりも肉薄に形成されている。これにより、腕部１６の軸方向での撓みが容易となっている。

次に、軸受部１４、回転軸３１について説明する。図４Ａ，図４Ｂに示すように、係合凸部１４１は、回転軸３１に向かうに従って径が小さくなったテーパー面１４２を有している。また、係合凹部３１１は、テーパー面１４２と対応するように、軸受部１４に向かって径が大きくなったテーパー面１３２を有している。このように、アクチュエータ１が作動するときはテーパー面１４２、１３２が摺接する。また、テーパー面１４２とテーパー面１３２とが接触した際には、係合凸部１４１の下端面と係合凹部３１１の底面との間に所定の隙間が形成されている。これは、係合凸部１４１の下端面と係合凹部３１１の底面とが接触しないように、係合凸部１４１の長さ、係合凹部３１１の深さが設定されているからである。係合凸部１４１の下端面と係合凹部３１１の底面とが接触せずテーパー面１４２とテーパー面１３２とが摺接するので、摺接面積を減らし、これにより、摺動抵抗が大きくなりすぎることを防止している。

また、前述したように、軸受部１４は常に回転軸３１を下方向へと押し付けているので、テーパー面１４２とテーパー面１３２との摺接により、回転軸３１の径方向のガタつきも抑制されている。以上のように、ケース１０は回転軸３１の軸方向及び径方向のガタつきを抑制する機能を有している。これにより、部品点数の増大が抑制されている。

次に、ケース１０の変形例について説明する。図５は、ケース１０の変形例の説明図である。図５Ａ，図５Ｂは、それぞれ軸受部１４周辺を上面から見た図である。図５Ａは、回転軸３１に軸方向の力が作用していない状態での上面図である。図５Ｂは、回転軸３１に軸方向上方への力が作用して軸受部１４が上方に移動した状態での上面図である。図５Ａは、図４Ａに示した状態に対応し、図５Ｂは、図４Ｂに示した状態に対応している。

図５Ａに示すように、腕部１６ａは、軸受部１４近傍で幅が狭い幅狭部１６４を有している。また、腕部１６ａは、外周部１８近傍で幅が狭い幅狭部１６８を有している。幅狭部１６４、１６８は、腕部１６ａの中腹での幅よりも狭い。図５Ａに示すように、腕部１６ａの中心線１６ｃは、軸受部１４の中心Ｃを通過しない。換言すれば、腕部１６ａの長さは、軸受部１４と外周部１８との間をつなぐ最短の長さには設定されていない。図５Ｂに示した状態、即ち、軸受部１４が軸方向上方へ移動した場合には、中心線１６ｃは、軸受部１４の中心Ｃ付近を通過する。

図６は、定常状態と軸受部１４が上方へ移動した状態とで、腕部１６ａの変形を示した図である。図６に示すように、定常状態から軸受部１４が軸方向上方に移動した際には、腕部１６ａは、それぞれ幅狭部１６８付近を支点として反時計方向に回転するように変形する。換言すれば軸受部１４は、時計方向に回転するように変形する。即ち、軸受部１４が時計方向に回転しながら軸方向上方へと移動する。また、移動前後で軸受部１４の中心Ｃの位置は略変化しない。

この理由について説明する。図７は、腕部１６ａの変形の説明図である。図７Ａは、腕部１６ａを上面から見た際の、見かけ上の長さの変化を示した図である。図７Ｂは、腕部１６ａを側面から見た際の見かけ上の長さの変化を示した図である。尚、図７は、誇張して示してある。

図７Ａに示すように、腕部１６ａを上面から見た場合での、幅狭部１６８から幅狭部１６４までの見た目の長さをＬ、Ｌ１とする。腕部１６ａは、図６に示したように、幅狭部１６４を支点として反時計方向に回転するように変形する。変形前の腕部１６ａの見た目の長さをＬとし、変形後の腕部１６ａの見た目の長さをＬ１とする。長さＬは、変形前の腕部１６ａの長さであるため、腕部１６ａの真の長さに相当する。図７Ａに示すように、変形後の長さＬ１は、変形前の長さＬよりも、Ｌ−Ｌ１だけ短い。即ち、腕部１６ａを上面から見た場合、変形前後では見た目の長さＬ−Ｌ１だけ縮んだように見える。

図７Ｂに示すように、腕部１６ａを側面から見た場合での、幅狭部１６８から幅狭部１６４までの見た目の長さをＬ２、Ｌとする。腕部１６ａは、図４に示したように、幅狭部１６８（外周部１８側）を支点として幅狭部１６４（軸受部１４側）が軸方向上方に撓む。変形前の腕部１６ａの見た目の長さをＬ２とし、変形後の見た目の長さをＬとする。側面から腕部１６ａを見た場合での変形後の長さＬを腕部１６ａの真の長さとする。図７Ｂに示すように、変形後の長さＬは、変形前の長さＬ２よりも、Ｌ−Ｌ２だけ短い。即ち、腕部１６ａを側面から見た場合、変形前後では見た目の長さＬ−Ｌ２だけ伸びたように見える。また、側面から見た場合、幅狭部１６４は軸線方向ＡＤに沿って移動する。

上面から見た際の変形前の見かけの長さＬと、側面から見た際の変形後の見た目の長さＬとが一致する。この理由は、腕部１６ａの真の長さは変形前後で略変形していないからである。これは、腕部１６ａは幅狭部１６８を支点として回転しながら、幅狭部１６４が軸方向の上方に移動するためである。

これにより、腕部１６ａに変形による過度な負荷を与えずに、軸受部１４は軸方向への移動が可能となる。従って、軸受部１４が上方に移動する際に腕部１６ａへの負荷が低減される。換言すれば、軸受部１４の上方への移動が容易となる。

仮に、腕部の長さを軸受部１４と腕部１６ａとをつなぐ最短の距離に設定し場合、軸受部１４の軸方向への移動のためには、腕部が伸縮する必要がある。腕部の伸縮は、回転軸３１に対して軸方向への大きな力が作用した場合にのみ起こり、軸受部１４の移動が困難となる。しかしながら、腕部１６ａは、幅狭部１６８を支点として反時計方向に回転しつつ幅狭部１６４が上方へと移動するので、回転軸３１に対して弱い力が作用した場合であっても、軸受部１４は軸方向上方へと移動することが可能となる。これにより、軸方向のガタつきを抑制できる。また、腕部１６ａの破損を防止できる。

また、このように軸受部１４が時計方向に回転し、腕部１６ａが反時計方向に回転するのが容易な理由は、幅狭部１６４、幅狭部１６８の幅が他の部分よりも狭く形成されているからである。これにより、腕部１６ａの剛性が低下してこのような変形が容易となる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

アクチュエータ１の断面図である。アクチュエータ１の上面図である。プリント基板をケースに貼り付ける前のアクチュエータの上面図である。軸受部の説明図である。ケースの変形例の説明図である。ケースの変形状態の説明図である。腕部の変形の説明図である。

符号の説明

１０、２０ケース
１４軸受部
１６、１６ａ腕部
１７肉抜き孔
１８外周部
３０ロータ
３１回転軸

Claims

回転軸を有したロータと、前記ロータを回転可能に収納するケースとを有したアクチュエータにおいて、
前記ケースは、前記回転軸と回転可能に係合する軸受部と、前記軸受部周囲に形成された複数の肉抜き孔と、前記複数の肉抜き孔周囲に形成された外周部と、前記複数の肉抜き孔の間にあって前記軸受部と前記外周部とを繋ぐように連続した腕部と、を有し、
前記腕部は、前記回転軸の軸方向での変形を容易にするために前記外周部よりも薄肉に形成されている、ことを特徴とするアクチュエータ。
回転軸を有したロータと、前記ロータを回転可能に収納するケースとを有したアクチュエータにおいて、
前記ケースは、前記回転軸と回転可能に係合する軸受部と、前記軸受部周囲に形成された複数の肉抜き孔と、前記複数の肉抜き孔周囲に形成された外周部と、前記複数の肉抜き孔の間にあって前記軸受部と前記外周部とを繋ぐように連続した腕部と、を有し、
前記複数の肉抜き孔を塞ぐプリント基板を備えている、ことを特徴とするアクチュエータ。
前記プリント基板は、前記外周部の前記ロータと対向する面とは反対側の面に固定され、
前記軸受部及び腕部は、前記外周部の前記プリント基板が固定される面より前記ロータ側に形成される、ことを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
前記軸受部及び回転軸は、互いに摺動回転可能に係合する係合部をそれぞれ有し、
前記係合部は、互いに摺動するテーパー面を有している、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のアクチュエータ。
前記腕部の中心線は、前記軸受部の中心を通過しない、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のアクチュエータ。
前記腕部は、前記軸受部近傍で幅が狭くなっている、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のアクチュエータ。
前記腕部は、前記外周部近傍で幅が狭くなっている、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のアクチュエータ。
前記ケースは、樹脂により形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のアクチュエータ。