专利名称：直线驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对气体流量控制装置的针阀等进行驱动用的直线驱动装置。
背景技术：
对气体流量控制装置的针阀等进行直线驱动，通过在步进电动机的电动机输出轴与滑块之间所构成的螺纹机构对滑块进行直线驱动，来驱动针阀(参照例如日本专利文献1特开2002-310424号公报)。
但是，在利用螺纹机构将电动机输出轴的旋转变换成滑块的直线移动的结构中，由于螺纹的升角小，因此，即使使滑块移动较短距离也必须设定较大转速，反应性慢。另外，由于升角较小，故在停电时，利用弹簧等将滑块推回，将阀关闭是困难的。
另一方面，也可考虑用螺线管驱动针阀的结构。在该场合，若使用常闭的螺线管，则在停电时可将阀关闭。但是，在使用螺线管时，不能对气体流量进行细致的控制。
另外，如上所述，在利用螺纹机构将电动机输出轴的旋转变换成滑块的直线移动的结构中，存在着滑块位置精度较低的问题。
对此，可以考虑通过减速机构对电动机的旋转进行传递。但是，在构成如此结构的场合，当停电时使末级齿轮体逆向旋转欲使可动体后退时，该旋转在使减速轮组逆向增速的状态下被传递，转子高速旋转。因此，当使末级齿轮体的逆旋转急速停止时，减速轮组停止旋转，但转子以惯性力而欲继续旋转，因此，存在着在构成减速齿轮的齿轮上发生缺齿等不良情况的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可精度良好地控制可动体位置、停电时也可使可动体容易后退的直线驱动装置。
另外，本发明另一目的在于，提供这样一种直线驱动装置在用减速轮组将电动机的旋转予以减速并对可动体进行驱动的结构中，当停电时可动体后退后，减速轮组上不会发生缺齿等的不良情况。
为实现上述目的，本发明的直线驱动装置，使可动体沿轴线方向直线运动，其特点是，直线驱动装置具有电动机；对该电动机的旋转进行减速传递的减速轮组；通过对该减速轮组的末级齿轮体的正旋转动作进行变换传递给所述可动体而使所述可动体沿轴线方向前进的变换机构；以及当所述电动机通电被停止时，使所述末级齿轮体向逆向旋转的复位机构，所述变换机构具有形成在所述末级齿轮体与所述可动体之间的斜面凸轮机构。
在本发明中，由于斜面凸轮机构用作为对电动机的正旋转动作进行变换、使可动体沿轴线方向前进的变换机构，故与螺纹机构相比，可增大升角。因此，当使滑块移动时，能以末级齿轮体的1转以下的旋转动作使可动体的移动结束。另外，若采用斜面凸轮机构，在停电时，能用弹簧的弹力等这种较小的力使末级齿轮体逆旋转，并使可动体后退。另外，由于用电动机及减速机构来驱动可动体，故可精度良好地控制可动体的位置。
在上述发明中，所述电动机例如是步进电动机。若采用步进电动机，能进一步精度良好地控制可动体的位置。
在上述发明中，用于所述斜面凸轮机构的倾斜凸轮面最好是以所述末级齿轮体的1转以下的动作使所述可动体的前进动作结束。采用这种结构，可应答性良好地驱动可动体。另外，由于将倾斜凸轮面形成单面，故可使结构简单化。采用单面的倾斜凸轮面，则当组装直线驱动装置时，能用从同一方向依次将末级齿轮体和可动体装入的方法来装配凸轮机构。
在上述发明中，用于所述斜面凸轮机构的倾斜凸轮面，例如在所述末级齿轮体的一侧朝向所述可动体的前进方向。采用这种结构，则当组装直线驱动装置时，能用从同一方向依次将末级齿轮体和可动体装入的方法来装配凸轮机构。
在上述发明中，所述复位机构可使用对所述末级齿轮体向逆旋转方向施力的复位动作用弹簧。此时，所述复位动作用弹簧，可使用两端分别保持在所述末级齿轮体和固定构件上的复位动作用螺旋弹簧。另外，所述复位动作用弹簧最好在向对所述末级齿轮体向逆旋转方向施力的方向变形后的状态下被装入。采用这种结构，即使末级齿轮体处于任何旋转位置，都可在停电时使末级齿轮体逆旋转并使可动体后退。
在上述发明中，在所述转子与所述减速轮组之间，最好构成有单向超越离合器，其在所述末级齿轮体向逆向旋转后、在急停时阻止所述电动机转子惯性所产生的旋转向所述减速轮组的传递。当末级齿轮体逆旋转时，该旋转增速并传递给转子，转子高速旋转。因此，当末级齿轮体急停时，电动机转子惯性所产生的旋转被传递到减速轮组，使构成减速齿轮的齿轮上发生缺齿等的不良情况，若构成单向超越离合器，则这种不良情况不会发生。
在上述发明中，所述单向超越离合器可使用离合器用螺旋弹簧，该离合器用螺旋弹簧在所述转子与所述减速轮组之间配置成在使所述末级齿轮体正旋转时卷紧。
在上述发明中，最好构成有挡块，其在所述末级齿轮体向逆向旋转时，可将该末级齿轮体停止。在本发明中，即使所述末级齿轮体向逆向旋转后发生急停，在构成减速齿轮的齿轮上也不会发生缺齿等的不良情况，因此，最好是当末级齿轮体向逆向旋转时用挡块使末级齿轮体停止。
这种结构，对于在所述电动机中分隔壁形成于定子和转子之间的场合是有效的。即，在所述电动机中，在分隔壁形成于定子与转子之间的场合，即使使用步进电动机，由于作用于定子与转子之间的保持力较小，故末级齿轮体逆向旋转时，转子就高速旋转，而采用本发明，即使是这种场合，能可靠地防止构成减速齿轮的齿轮上发生缺齿等的不良情况。
另外，本发明的直线驱动装置，使可动体沿轴线方向直线运动，其特点是，具有电动机；对该电动机的旋转进行减速传递的减速轮组；通过对该减速轮组的末级齿轮体的正旋转动作进行变换传递给所述可动体而使所述可动体沿轴线方向前进的变换机构；以及当所述电动机通电被停止时，使所述末级齿轮体向逆向旋转的复位机构，在所述电动机的转子与所述减速轮组之间构成有单向超越离合器，其在所述末级齿轮体向逆向旋转后发生急停时，阻止所述电动机转子惯性所产生的旋转向所述减速轮组的传递。
在本发明中，当电动机通电被停止时复位机构进行动作使末级齿轮逆向旋转时，该旋转通过减速轮组而增速并被传递给转子，转子高速旋转，而在末级齿轮体急停后，电动机转子惯性所产生的旋转被单向超越离合器阻断，不传递给减速轮组。因此，构成减速齿轮的齿轮上不会发生缺齿等的不良情况。
在上述发明中，所述单向超越离合器最好具有离合器用螺旋弹簧，该离合器用螺旋弹簧在所述转子与所述减速轮组之间配置成在使所述末级齿轮体正旋转时卷紧。
上述发明的这种结构，对于所述电动机中在定子和转子之间形成有分隔壁的场合是有效的。即，在所述电动机中，在分隔壁形成于定子与转子之间的场合，即使使用步进电动机，由于作用于定子与转子之间的保持力较小，故末级齿轮体逆向旋转时，转子就高速旋转，而采用本发明，即使是这种场合，能可靠地防止构成减速齿轮的齿轮上发生缺齿等的不良情况。
在本发明的直线驱动装置中，由于斜面凸轮机构用作为对电动机的正旋转动作进行变换并使可动体沿轴线方向前进的变换机构，故与螺纹机构相比，可增大升角。因此，在使滑块移动时，能以末级齿轮体的1转以下的旋转动作来结束可动体的移动。另外，采用斜面凸轮机构，可用弹簧弹力这种较小的力使末级齿轮体逆旋转，并可使可动体后退。
在本发明的直线驱动装置中，当末级齿轮体逆旋转时，该旋转通过减速轮组而增速并被传递给转子，转子高速旋转，而当末级齿轮体急停后，电动机转子惯性所产生的旋转被单向超越离合器阻断，不向减速轮组传递。因此，构成减速齿轮的齿轮上不会发生缺齿等的不良情况。
图1是本发明的直线驱动装置的外观图。
图2是本发明的直线驱动装置的剖视图。
图3是表示本发明的直线驱动装置所使用的减速轮组、斜面凸轮机构和可动体的立体图。
图4是表示本发明的直线驱动装置所使用的减速轮组、斜面凸轮机构和可动体的立体图。
图5是本发明的直线驱动装置所使用的挡块机构的立体图。
图6(a)、(b)是本发明的直线驱动装置中在末级齿轮体上装入复位机构后状态的立体图、和构成复位机构的螺旋弹簧的立体图。
图7(a)、(b)是本发明的直线驱动装置中在转子上装入单向超越离合器后状态的立体图、和构成单向超越离合器的螺旋弹簧的立体图。
具体实施例方式
下面，根据附图对实施本发明用的最佳形态进行说明。
(整体结构)图1和图2分别是本发明的直线驱动装置的外观图及其剖视图。
在图1和图2中，本实施形态的直线驱动装置1是通过可动体40向轴线方向L的移动而对气体流量控制装置的针阀(未图示)等进行直线驱动用的装置。该直线驱动装置1具有首先收纳有作为驱动源的步进电动机的下壳体11；收纳有可动体40等的上壳体13；以及使下壳体11和上壳体13连接起来的中壳体15(图1中图示省略)。另外，在中壳体15的内侧固定有套筒17。下壳体11上形成有向步进电动机20通电用的端子座28，在固定其上的端子281上连接有挠性配线基板280(图1中图示省略)。
下壳体11的内部，由杯状的密闭壳体14分隔成2个空间，在将下壳体11的凸缘部和中壳体15的凸缘部连接后的状态下，该密闭壳体14的凸缘部分被保持在这些凸缘部之间，且密闭壳体14的内侧由O型圈16密封。
这里，在上壳体13的上端部形成有跨越其圆形开口中央的支承部130，另一方面，在密闭壳体14的底部形成有小凹部140，通过支承部130的孔135和密闭壳体14的凹部140固定支轴19的两端。
(减速轮组、斜面凸轮机构的结构)图3和图4都表示本发明的直线驱动装置所使用的减速轮组、斜面凸轮机构和可动体的立体图。图5是本发明的直线驱动装置所使用的挡块机构的立体图。
在本实施形态的直线驱动装置1中，如下详述，从下层侧向上层侧配置有作为驱动源的步进电动机20、减速轮组30和可动体40。
首先，在密闭壳体14的外周侧配置有具有驱动线圈21的环状的定子23，在其内侧形成有具有转子磁铁26的转子27。这里，在定子23的内周面沿周向配置有轭铁22的极齿，转子磁铁26的外周面沿周向被分极磁化。
另外，如图3和图4所示，在转子27的上方位置，在底板18上构成有减速轮组30，其具有第1齿轮体31、第2齿轮体32、第3齿轮体33和末级齿轮体34。这里，末级齿轮体34的外周侧下半部具有外齿340，以可旋转的状态支承在支轴19上。
末级齿轮体34的上部为向上方开口的圆筒部348，在该圆筒部348的内部嵌有配置于其上方位置的圆棒状的可动体40下端部。该可动体40也以可旋转的状态支承在支轴19上，且可动体40和末级齿轮体34可独立旋转。
在末级齿轮体34的上端缘形成有单面的向上的倾斜凸轮面345，而在可动体40的外周面形成有单面的向下的倾斜凸轮面445，由这些倾斜凸轮面345、445构成倾斜凸轮机构50。另外，可动体40的上半部被沿轴线方向延伸的槽43分隔成2个横截面为半圆形的柱状部41、42，且2个柱状部41、42的各上端部分别嵌在在上壳体13上端部被支承部130分割的半圆形的开口131、132中，构成可动体40的共转(供回り)防止机构51。因此，在本实施形态中，由斜面凸轮机构50和共转防止机构51构成变换机构55，该变换机构55通过对末级齿轮体34向箭头CCW(参照图3、图4)所示的正旋转动作进行变换并传递给可动体40而使可动体40向轴线方向上侧前进。
在这种结构的直线驱动装置1中，向步进电动机20通电使转子27旋转、该旋转通过减速轮组30减速后，通过变换机构55而将末级齿轮体34的旋转传递给可动体40。此时，当末级齿轮体34向正方向(图3、图4中以箭头CCW所示的方向)旋转时，该旋转通过变换机构55传递给可动体40，可动体40在轴线方向向箭头A所示的方向前进，使气体流量控制装置的针阀(未图示)向开方向移动。
这里，末级齿轮体34和可动体40的倾斜凸轮面345、445形成单面，可动体40的动作以末级齿轮体34的1转以下的动作而结束可动体40的前进动作。因此，在本实施形态中，如图5所示，在末级齿轮体34的凸缘部底面上形成突起349，另一方面在套筒17的上端面形成突起149，通过这些突起149、349每次碰撞，形成了阻止末级齿轮体34的1转以上旋转的挡块80。这里，挡块80也起到在下面说明的停电的动作中末级齿轮体34逆向旋转时使末级齿轮体34停止的挡块作用。
(停电对策)图6(a)、(b)是本发明的直线驱动装置中在末级齿轮体上装入复位机构后状态的立体图和构成复位机构的螺旋弹簧的立体图。图7(a)、(b)是本发明的直线驱动装置中在转子上装入单向超越离合器后状态的立体图和构成单向超越离合器的螺旋弹簧的立体图。
当本实施形态的直线驱动装置1发生停电时，在气体流量控制装置中，必须在1秒内使针阀移动到完全关闭位置。在进行这种复位动作时，在本实施形态中，利用将斜面凸轮机构50用作为变换机构55，和向从气体流量控制装置一侧后退的方向对可动体40施力，而构成下面的复位机构等。
首先，在本实施形态中，在可动体40前进后的状态下，作为当向步进电动机20供电停止时使可动体40后退用的复位机构，而搭载了图6(a)、(b)所示的复位动作用螺旋弹簧60。即，复位动作用弹簧60的一端61挂在上壳体13(固定构件)内侧的钩部137上，复位动作用弹簧60的另一端挂在末级齿轮体34的钩部347上。这里，复位动作用螺旋弹簧60以朝对末级齿轮体34向逆旋转方向施力的方向产生一定程度变形后的状态装入。
即使在配置了这种复位动作用弹簧60的场合，在通常时、当向步进电动机20供电使转子27旋转并使末级齿轮体34向正方向(图3、图4中箭头CCW所示的方向)旋转时，其驱动力也大于复位动作用螺旋弹簧60的形状复位力，故可使末级齿轮体34向正方向旋转，使可动体40前进。
但是，复位动作用螺旋弹簧60的形状复位力大于因步进电动机20的齿槽转矩而欲使末级齿轮体34停止的力。因此，当向步进电动机20供电停止时，复位动作用螺旋弹簧60利用其形状复位力使末级齿轮体34向逆方向(图3、图4中箭头CW所示的方向)旋转。其结果，由于可动体40因来自气体流量控制装置的弹力而向图1～图4中箭头B所示的方向后退，故气体流量控制装置使针阀在1秒内移动到完全关闭位置。
在进行这种复位动作时，一旦末级齿轮体34向逆向旋转，则该旋转以使减速轮组30向逆向增速的状态被传递，转子27就高速旋转。而且，在本实施形态的步进电动机20中，在定子23与转子27之间设有密闭壳体14(分隔壁)，作用于定子23与转子27之间的齿槽转矩较小。而且，末级齿轮体34的逆向旋转被挡块80的动作而急停止。此外，减速轮组30停止旋转时，由于转子27因惯性力而继续旋转，故在此状态下，有可能在构成减速齿轮的齿轮上发生缺齿等的不良情况。
因此，如本实施形态的图2和图7(a)所示，利用图7(b)所示的离合器用螺旋弹簧70，构成阻止转子27惯性所产生的旋转向减速轮组30的传递的单向超越离合器。即，在本实施形态中，分别独立构成转子27和减速轮组30的第1齿轮体31，且将图7(b)所示的离合器用螺旋弹簧70的一端71挂在转子27内的槽等之内，而将离合器用螺旋弹簧70的一端挂在第1齿轮体31的槽等上。因此，离合器用螺旋弹簧70在转子27与减速轮组30之间使末级齿轮体34正旋转时卷紧而传递旋转，而转子27惯性所产生的旋转，只要放松离合器用螺旋弹簧70就不会传递给减速轮组30的第1齿轮体。
(本实施形态的主要效果)如上所述，在本实施形态中，由于将斜面凸轮机构50用作为对步进电动机20的正旋转动作进行变换使可动体40沿轴线方向前进的变换机构55，故与螺纹机构相比，可增大升角。因此，在使可动体40移动时，可以末级齿轮体34的1转以下的旋转动作结束可动体40的移动。另外，采用斜面凸轮机构50，在停电时能以复位动作用螺旋弹簧60的弹力这种较小的力使末级齿轮体34逆旋转，并使可动体40后退。另外，由于步进电动机20用作为驱动源，故能高精度控制可动体40的位置。
此外，由于斜面凸轮机构50所使用的倾斜凸轮面以末级齿轮体34的1转以下的动作使可动体40的前进动作结束，故可应答性良好地驱动可动体40。另外，由于也可将倾斜凸轮面形成单面，故可将结构简单化。因单面的倾斜凸轮面且形成于末级齿轮体34的倾斜凸轮面朝向可动体40的前进方向，因此在组装直线驱动装置1时，可用从同一方向依次装入末级齿轮体34和可动体40的方法组装凸轮机构。
另外，由于将用于复位机构的复位动作用螺旋弹簧在向对末级齿轮体34向逆旋转方向施力的方向变形后的状态下被装入，故即使末级齿轮体34处于任何旋转位置，都可在停电时使末级齿轮体34逆旋转，并使可动体40后退。
此外，由于利用离合器用螺旋弹簧70，在转子27与减速轮组30之间构成单向超越离合器，该单向超越离合器在末级齿轮体34向逆方向旋转后，在急停时阻止转子27惯性所产生的旋转向减速轮组30的传递，因此，即使末级齿轮体34急速停止，由于电动机转子27惯性所产生的旋转不传递给减速轮组30，故构成减速齿轮的齿轮上不会发生缺齿等的不良情况。尤其是在本实施形态中，由于在定子23与转子27之间夹装有密闭壳体14，作用于定子23与转子27之间的齿槽转矩较小，因此，在末级齿轮体34产生逆旋转时，转子27就高速旋转，采用本实施形态，即使是这种场合，也能可靠地防止在构成减速齿轮的齿轮上发生缺齿等的不良情况。
上述的实施形态是本发明的较佳实施形态的一个例子，但并不限定于此，在不变更本发明宗旨的范围内可作种种变形。例如，作为单向超越离合器，也可使用棘轮机构等来代替离合器用螺旋弹簧70。另外，复位机构也可使用盘簧等来代替复位用螺旋弹簧60。此外，作为斜面凸轮机构50，也可将末级齿轮体34与可动体40在与轴线正交的方向局部重合，在该重合部分构成斜面凸轮机构50。
权利要求
1.一种直线驱动装置，使可动体沿轴线方向直线运动，其特征在于，具有电动机；对该电动机的旋转进行减速传递的减速轮组；通过对该减速轮组的末级齿轮体的正旋转动作进行变换后传递给所述可动体而使所述可动体沿轴线方向前进的变换机构；以及当所述电动机的通电被停止时，使所述末级齿轮体向逆向旋转的复位机构，所述变换机构具有在所述末级齿轮体与所述可动体之间形成的斜面凸轮机构。
2.如权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述电动机是步进电动机。
3.如权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，用于所述斜面凸轮机构的倾斜凸轮面以所述末级齿轮体小于等于1转的动作使所述可动体的前进动作结束。
4.如权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，用于所述斜面凸轮机构的倾斜凸轮面，在所述末级齿轮体的一侧朝着所述可动体的前进方向。
5.如权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，所述复位机构具有对所述末级齿轮体向逆旋转方向施力的复位动作用弹簧。
6.如权利要求5所述的直线驱动装置，其特征在于，所述复位动作用弹簧是两端分别保持在所述末级齿轮体和固定构件上的复位动作用螺旋弹簧。
7.如权利要求6所述的直线驱动装置，其特征在于，所述复位动作用弹簧以向对所述末级齿轮体向逆旋转方向施力的方向变形后的状态被装入。
8.如权利要求1所述的直线驱动装置，其特征在于，在所述电动机的转子与所述减速轮组之间构成单向超越离合器，在所述末级齿轮体向逆向旋转后紧急停时该单向超越离合器阻止所述电动机转子的惯性所产生的旋转向所述减速轮组传递。
9.如权利要求8所述的直线驱动装置，其特征在于，所述单向超越离合器具有离合器用螺旋弹簧，该离合器用螺旋弹簧配置在所述转子与所述减速轮组之间，且在使所述末级齿轮体正旋转时卷紧。
10.如权利要求8所述的直线驱动装置，其特征在于，设有挡块，在所述末级齿轮体向逆向旋转时，该挡块可将该末级齿轮体停止。
11.如权利要求8所述的直线驱动装置，其特征在于，所述电动机中在定子和转子之间形成有分隔壁。
12.一种直线驱动装置，使可动体沿轴线方向直线运动，其特征在于，具有电动机；对该电动机的旋转进行减速传递的减速轮组；通过对该减速轮组的末级齿轮体的正旋转动作进行变换后传递给所述可动体而使所述可动体沿轴线方向前进的变换机构；以及当所述电动机通电被停止时，使所述末级齿轮体向逆向旋转的复位机构，在所述电动机的转子与所述减速轮组之间构成有单向超越离合器，该单向超越离合器在所述末级齿轮体向逆向旋转后紧急停止时，阻止所述电动机转子的惯性所产生的旋转向所述减速轮组传递。
13.如权利要求12所述的直线驱动装置，其特征在于，所述电动机是步进电动机。
14.如权利要求12所述的直线驱动装置，其特征在于，所述单向超越离合器具有离合器用螺旋弹簧，该离合器用螺旋弹簧配置在所述转子与所述减速轮组之间，且在使所述末级齿轮体正旋转时卷紧。
15.如权利要求12所述的直线驱动装置，其特征在于，设有挡块，在所述末级齿轮体向逆向旋转时，所述挡块可将该末级齿轮体停止。
16.如权利要求12至15中任一项所述的直线驱动装置，其特征在于，所述电动机中在定子和转子之间形成有分隔壁。
全文摘要
一种直线驱动装置(1)，停止向步进电动机(20)通电时，复位动作用螺旋弹簧(60)产生动作，末级齿轮体(34)逆旋转时，该旋转在由减速机构(30)增速后的状态下被传递给转子(26)，转子(26)高速旋转。但是，即使末级齿轮体(34)急速停止，转子(26)的惯性所产生的旋转被使用了离合器用螺旋弹簧(70)的单向超越离合器阻断，不向减速轮组(30)传递。因此，不会在构成减速齿轮(30)的齿轮上发生缺齿等的不良情况。采用本发明，即使是构成用减速轮组将电动机的旋转减速来驱动可动体的场合，在停电时使可动体后退后，在减速轮组上也不发生缺齿等的不良情况。
文档编号F16K31/44GK1782477SQ20051012875
公开日2006年6月7日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年11月30日
发明者原哲彦, 林胜彦 申请人:日本电产三协株式会社