JP2015521840A - 低コスト、薄型化を実現したリニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

ベースハウジング、トップハウジングおよびピストンアセンブリから成るリニアアクチュエータである。このベースハウジングは３次元で少なくとも一つのマグネットを装着する少なくとも一つの凹部、およびリニアガイドを受け取るように構成されたチャネルを持つ。トップハウジングはベースハウジングに固定して取り付けられ、少なくとももう一つ別なマグネットを三次元で装着する少なくとも一つの凹部を持つ。ピストンアセンブリは少なくとも一つのコイルボビン、シャフト、リニアエンコーダスケール、フレックスケーブルを持ち、ここでピストンアセンブリはベースハウジングおよびトップハウジングの間に収められる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年６月２５日に出願された“ＬＯＷ−ＣＯＳＴ， ＲＥＤＵＣＥＤ ＤＩＡＭＥＴＥＲ ＬＩＮＥＡＲ ＡＣＴＵＡＴＯＲ”と題する米国仮特許出願第６１／６６４，１１１号の出願であり、米国特許法第１１９（ｅ）の下でこの仮出願に基づく優先権を主張する。なお本主張の内容はいかなる目的においても参照により本明細書に組み入れられるものとする。

分野
本発明は概してリニアアクチュエータに関連するもので、特に、薄型化および生産コストの低減を実現するリニアアクチュエータに関するものである。

背景
リニアアクチュエータとは、直線運動を要する反復運動の実行に用いられる機械装置である。例えば、瓶にキャップを載せる、封筒に自動的にスタンプを押す又はラベルを貼る、ガラスを切断する、プリント基板に電子部品を載せる、電子装置の様々なボタンやタッチパネルを試験する、自動化するなど、幅広い目的においてリニアアクチュエータはアセンブリ工場で用いられている。

電子機器のアセンブリ工場では、アクチュエータは例えばパーツフィーダやパーツフィーダと同類の装置から出される部品を拾い上げ移動させるなどの役割に用いられる。今日のプリント基板のアセンブリラインでは、最も小さいパーツフィーダステーションは中心点が８ｍｍ以下の間隔で並べることができる。よって、８ｍｍの間隔で隣接する２つのパーツフィーダステーションにアクチュエータを取付け、隣接するパーツフィーダから部品を拾い上げて、基板上に適切に配置させるためには、アクチュエータの直径は８ｍｍ以下でなければならない。

一般的に、小さな部品で構成される装置の電子組立てに携わる企業では、そうした部品の取扱いに空気圧アクチュエータ、または空気圧スライドが用いられている。空気圧スライドは概して費用は安いが、例えば様々な電子または工業用装置で用いられる部品は小型で壊れやすく、典型的な圧縮空気圧スライドで部品を基板上に配置する際、完全に無くすことが出来ない始動時の摩擦力が原因で部品を破損させてしまう恐れがある。さらに、空気圧スライドの寿命は短いということが良く知られており、１０Ｍサイクルまでしか持ちこたえられないものもある。

それとは対照的に、磁気アクチュエータは空気圧スライドよりも寿命が長い場合が多い。さらに、磁気アクチュエータは“軟らかい着地”を目的に設計され、付加される力をコントロールできるため、部品の破損リスクを抑えることができる。そのようなアクチュエータの例は、米国特許第５，９５２，５８９号の“Ｓｏｆｔ Ｌａｎｄｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｐｒｏｂｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ”にて参照することができ、現在の出願の出願者に与えられ、参照することにより本書に組み込まれる。しかし、磁気アクチュエータはその製造に多額の費用がかかる。

米国特許第５，９５２，５８９号明細書

概要
開示の低コスト、薄型化を実現したリニアアクチュエータの模範的な実施例の概要を図で示し下記で説明する。これらおよびその他の実施例は詳細説明のセクションでより詳しく説明する。しかし、本開示は本概要および詳細説明セクションで説明する形状だけに限定されるものではない。本請求で定義する方法および装置の意図および範囲内にある数々の修正物、同等物および代替構造物があることを当業者は理解するものとする。

一つのバリエーションとして、リニアアクチュエータはベースハウジング、トップハウジングおよびピストンアセンブリで構成される。ベースハウジングは、少なくとも一つのマグネットを三次元で装着する少なくとも一つの凹部およびリニアガイドを配置するチャネルを持つ。トップハウジングはベースハウジングに固定できる構造で、このトップハウジングには少なくとももう一つのマグネットを三次元で装着する少なくとも一つの凹部がある。ピストンアセンブリは少なくとも一つまたは最大６またはそれ以上のコイルボビン、シャフト一つ、リニアエンコーダスケール一つ、フレックスケーブル一つで構成され、ベースハウジングとトップハウジングの間に位置している。シャフトはピストンアセンブリにねじ込まれるよう穴が空いたフラットエンドを持つ形にすることができる。

一形態において、リニアアクチュエータのベースハウジングは、少なくとも最初のマグネットを装着する少なくとも一つの凹部とリニアガイドを配置するチャネルを持つ。トップハウジングはベースハウジングに固定する構造で、少なくとも２つ目のマグネットを装着する少なくとも一つの凹部を持つ。リニアアクチュエータはさらに、少なくとも一つのピストンおよび少なくとも一つのコイルボビンを含む可動式アセンブリを含み、ここで可動式アセンブリはリニアガイドに取り付けられベースハウジングおよびトップハウジングの間に配置され、ここで少なくとも一つのコイルボビンの一つまたは複数のワイヤーコイルは可動式アセンブリの動線と平行した一つまたは複数の平面上に置かれる。

更に他の形態として、リニアアクチュエータの製造方法には、ベースハウジングに少なくとも一つの凹部を作りそこに少なくとも一つのマグネットを装着することも考えられ、この場合、少なくとも一つの凹部および一つのチャネルをベースハウジングの内面に作る。この方法では、リニアガイドをベースハウジングに取り付けるがその際はチャネルに配置する。さらにこの方法では、可動式アセンブリをリニアガイドに取り付けるが、この可動式アセンブリはピストンおよび少なくとも一つのコイルボビンから成るものである。トップハウジングをベースハウジングへ取り付けるが、この場合、このトップハウジングは少なくとも一つの凹部に装着された少なくとももう一つの別のマグネットを持ち、それらのマグネット、可動式アセンブリおよびリニアガイドがベースハウジングとトップハウジングの間に配置されように取り付ける。

更にリニアアクチュエータの他の形態として考えられるのは、ベースハウジングおよびベースハウジングに取り付けられたリニアガイドで構成する場合である。このリニアアクチュエータはさらに、ベースハウジングに固定されて取り付けられたトップハウジングを持ち、そこでトップハウジングおよびベースハウジングは少なくとも最初のマグネットそして２つ目のマグネットを装着できるように構成される。このリニアアクチュエータはまた、可動式アセンブリを持つが、これはリニアガイドに取り付けられベースハウジングとトップハウジングの間に配置される。この可動式アセンブリは少なくとも一つのコイルボビンと一つまたは複数のワイヤーコイルを持ち、可動式アセンブリの動線と平行した一つまたは複数の平面上に置かれる。

更に別なバージョンとして、リニアアクチュエータの製造方法には、ベースハウジング、トップハウジング、およびピストンアセンブリを組み立てる構成もある。この際のベースハウジングには、少なくとも一つのマグネット（例：正方形マグネット）およびマグネットを三次元で装着するための接着剤を挿入する少なくとも一つの凹部（例：円形、正方形または長方形）、およびリニアガイドを受け取るチャネルを持たせることができ、この凹部やチャネルを持たせるようにした型を用いて鋼鋳物としてこのベースハウジングを製造することができる。トップハウジングには、少なくとももう一つの別なマグネットおよびマグネットを三次元で装着するための接着剤を挿入する少なくとも一つの凹部（円形、正方形または長方形）を持たせ、この場合のトップハウジングも鋼鋳物として製造される。ピストンアセンブリはプラスチック鋳物で製造され、一つおよび最大６もしくはそれ以上のコイルボビン、シャフト、リニアエンコーダスケールおよびフレキシブルケーブルを受け取るようにすることもできる。ここでのシャフトは、シャフトをピストンアセンブリにねじ込めるよう穴を一つ空けたフラットエンドを持つ構造にもできる。

前述の概要説明および後述の詳細説明は両方とも、主題についての説明を更に進める意図で行うものであるが、一例に過ぎないという理解の上で進めるものである。

図の簡単な説明
現行の発明段階でのリニアアクチュエータの様々な目的や利点およびより詳細な説明については、添付図面と併せ、後に続く詳細説明および添付の申請書にて示す。

図１：開示に従うリニアアクチュエータの分解立体図 図２：開示に従うリニアアクチュエータの制御部品のブロック図 図３：開示に従うリニアアクチュエータの製造工程例 図４：４Ａ−４Ｆ： 開示に従うリニアアクチュエータの製造方法における様々な段階の略図 図５：５Ａ−５Ｃ：図１のリニアアクチュエータに類似した構造のリニアアクチュエータを様々な角度から見た図

添付の図において、類似した構成要素および／または機構に対し同じ参照ラベルを用いる。さらに、同じタイプの物で構成要素が異なる場合は、類似した構成要素に区別をつけるダッシュや二次ラベルを用いて参照ラベルに従って区別をつける。スペックに一次参照ラベルのみが用いられる場合、その説明に関しては、二次参照ラベルに関係なく、同じ一次参照ラベルを持つ同様の構成要素を参照できる。

詳細説明
主題であるリニアアクチュエータおよび関連する方法の参照を詳細に渡って説明する。本件の例を添付の図を用いて図解し、参照番号は要素を示す。

ここに開示する内容は、薄型化を実現するリニアアクチュエータとそのアクチュエータを低コストで製造する方法である。ここで開示する本リニアアクチュエータは、例えば必要な部品数の削減、部品の機械加工のコスト削減、および部品組み立てコストの削減などから全体としての製造コストを削減することができる。

図１：開示に従うリニアアクチュエータ１００の分解立体図である。リニアアクチュエータ１００はトップマグネットハウジング１０２およびベースハウジング１０３を持つ。トップマグネットハウジング１０２は少なくとも一つのマグネット１０４を受けるための凹部（非表示）を内面１０３に持つ。図１では、少なくとも一つあるマグネット１０４を表示するため、トップマグネットハウジング１０２を部分的にカットしている。この凹部は、少なくとも一つのマグネット１０４が定位置にはめ込まれるよう内面１０３内に曲線を付けて作られ、一旦リニアアクチュエータ１００が組み立てられると少なくとも一つのマグネット１０４は物理的に三次元で装着される。よって、配置器具を必要とすること無くこの少なくとも一つのマグネット１０４を容易にトップハウジング１０２に組み込むことができる。また、マグネット１０４を定位置に固着させるエポキシを受け取るための溝をトップマグネットハウジング１０２に入れることもできる。

トップマグネットハウジング１０２は型を用いた鋼鋳物として製造することができる。完成品には０．１ｍｍ程度の簡単な表面処理を施すことができる。

ベースハウジング１３０は型を用いた鋼鋳物として製造することができる。ベースハウジング１３０の製造に用いられるこの型は、様々な長さのベースハウジングの製造用に伸縮機能を持つ調整可能な構造を持つことができる。一つの具現化の例として、一つの型で５つ以上の異なる長さのハウジングを製造することができる。ベースハウジング１３０もまた、少なくとも一つのマグネット１３２を受けるための凹部（非表示）を内面１３６に持つ。この凹部は、少なくとも一つのマグネット１３２が定位置にはめ込まれるよう曲線を付けて作られ、一旦リニアアクチュエータ１００が組み立てられると少なくとも一つのマグネット１３２が物理的に三次元で装着される。よって、配置器具を必要とすること無くこの少なくとも一つのマグネット１３２を容易にベースハウジング１３０に組み込むことができる。また、マグネットを定位置に固着させるエポキシを受け取るための溝１３４をベースマグネットハウジング１３０に入れることもできる。ベースハウジング１３０は、そのようなマグネット１３２、接着剤、レール１４２にスライド可能なようにして取り付けられたリニアガイド１４０、およびケーブルアセンブリを上から下へ垂直に設置して組み立てられる構成となる。ベースハウジング１３０には、吸引ポンプ用のケーブル等のインターフェース・ケーブルを受け入れるための開口部１３８を持たせることもできる。

マグネット１０４および１３２を定位置へはめ込込めるよう設けられる凹部の代替案として、この凹部をマグネット１０４および１３２よりも大きくする、かつ／あるいはマグネット１０４および１３２の形状と異なる形状にすることもできる。この代替案としての構成では、１００ミクロンの深さ程の凹部に接着剤を充填し、マグネット１０４および１３２を定位置に接着することができる。例えば、この凹部は円形で、四角形のマグネット１０４および１３２がその円形凹部にはまる寸法であってもよい。四角形や長方形の凹部よりも円形の凹部を作成する方が容易である。

トップハウジング１０２、ベースハウジング１３０およびマグネット１０４および１３２が結合して磁気回路と呼ばれるものになる。トップハウジング１０２およびベースハウジング１３０は、総称して磁気回路スチールと呼ばれ、磁気回路のマグネット１０４および１３２を相互に連結させて磁場の形成する役割を持つ。従来のアクチュエータの設計には、磁場の形成に独立した内部ハウジングが用いられてきた。加えて、従来のアクチュエータの設計には内部ハウジングを仕切る別々のエンドプレートおよび／またはサイドプレートが用いられてきた。それとは対照的に、リニアアクチュエータ１００では、トップハウジング１０２およびベースハウジング１３０のみが用いられ、ベースハウジング１３０の側面と終端によって定められた位置にマグネットが装着される。この一つのハウジング設計により、少なくともある程度は、リニアアクチュエータ１００の可動部品の軽量化およびマグネット１０４および１３２の小型化を実現した。

ベースハウジング１３０は、例えば、ピストン１１０、一つまたは複数のコイルボビン１１２、２つのシャフト１１４および１１８、フレキシブルケーブル１２０およびリニアエンコーダスケール１１６を持つような可動アセンブリ１０５を支える部分と磁気回路スチールとを兼ね備える。可動アセンブリ１０５は、そこで用いる部品数を減らし生産コストを抑えることもできる。具現化の例として、コイルボビン１１２はプラスチック成型でもよい。コイルボビン１１２および２つのシャフト１１４と１１８を組立て前にピストン１１０に結合し、可動アセンブリ１０５のピストン１１０およびボビン１１２から成る結合ユニットを、ねじを用いてリニアガイド１４０へ設置する。この設置はベースハウジング１３０の内側１３６へ下向きの垂直運動で行える。コイルボビン１１２は、リニアガイド１４０上のピストン１１０の運動に対し平行したコイル巻線を持つフラットコイルである。従来のアクチュエータでは、巻きが移動の方向と直角方向になるコイルが用いられてきた。フラットコイルを用いることで、アクチュエータ１００は薄型化を実現した。例えば、一つの具現化の例として、フラットコイルを用いたリニアアクチュエータ１００は８ｍｍ以下の薄さであり、電子部品間のピッチが８ｍｍという電子部品にも収容できる程の小型化を実現している。ピストン１１０はその構成要素としてコイルボビン１１２を３つ組み込むことができる。２コイル用または３コイル用のオプションを持たせることで、下記で説明する単極あるいは多極のコントローラのどちらかを用いてリニアアクチュエータ１００をコントロールすることができる。

可動アセンブリ１０５はトップダウン形式で組立て可能である。具現化の一例として、可動アセンブリの組立ての最中に、コイルボビン１１２を上方から下方へ向かって巻く。この具現化において、ボトムプレートは２つのポストを持つが、この上でコイルボビン１１２が上方から巻かれる。その後トッププレートを両方のポストに結合し、可動アセンブリ１０５でコイルボビン１１２をしっかり固定する。

ベースハウジング１３０にはまた、レール１４２を受け取るためのチャネルが切削されており、リニアガイド１４０はスライド可能な状態でそこへ取り付けられる。このチャネルは基準位置を持ち、レール１４２はこの基準位置との関連で配置される。具現化の一例としてリニアガイド１４０は、１００Ｍサイクルの範囲での寿命が期待されているＩＫＯ(R)製作のＬＷＬのように市販されたリニアガイドで構成することもできる。よって、リニアアクチュエータ１００は、従来型の空気圧スライドの寿命よりも長く続く有用な寿命が期待される。

ベースハウジング１３０にはリニアエンコーダリーダヘッド１２４を取付ける場所があり、リニアエンコーダリーダヘッド１２４を基準位置に関連付けて配置することができる。このリニアエンコーダリーダヘッド１２４は、基準位置からの正確な距離に配置されるように組み立てられる。このようにして、可動式アセンブリ１０５も基準位置に関連付けられて組み立てられる場合、このリニアエンコーダリーダヘッド１２４は、可動式アセンブリ１０５に付けられたリニアエンコーダスケール１１６からの正確な距離（例：結合許容誤差＋／− ０．１ ｍｍ内で０．５ｍｍ）に配置される。リニアエンコーダリーダヘッド１２４は可動式アセンブリ１０５に付けられたリニアエンコーダスケール１１６を読み取る。

例えば、凹部、溝、開口部、チャネルおよびリニアエンコーダリーダヘッド用の配置場所等、ベースハウジング１３０の一部またはすべての機構を同時に機械で製造することができる。具現化の一例として、このような機構を機械製造するのに横フライス盤が用いられる。組立て時にベースハウジング１３０を固定する手段として、ベースハウジング１３０を横フライス盤の表面にねじで固定する方法がある。このシンプルな固定法により、これらの重要な機構の製造時にベースハウジングが動いたり回転したりすることがなくなるため、許容誤差の制御がしやすくなるのである。ベースハウジング１３０の成形に用いられる型に、様々な凹部や接着剤用の溝（ある場合）を鋳造法で形成できるような構成を持たせることができる。このようにして、凹部、溝およびねじ穴の位置や寸法について、機械加工が少なくても、許容誤差を非常に厳しくすることができるのである。例えば、具現化の一例として、ベースハウジング１３０の大きさを＋／−１０−２０ミクロン以内で機械製造することができる。加えて、鋳造の型は、約２００−３００ミクロンあるいはそれ以下の材料を除去することで非常に厳密な許容誤差で凹部や溝を形成できるよう製造することができる。厳密な許容誤差を実現した鋳造の型を用いることで、簡単な投下・配置のテクニックを使うだけでリニアアクチュエータ１００の様々な内部部品を配置することができ、これが製造の時間と費用を抑えることに繋がるのである。

ピストン１１０は、鋳型の利用または押出し法のいずれかにより、機械加工可能なプラスチックの射出成形またはアルミニウムから作成することができる。ピストン１１０をリニアガイド１４０上へ、レール１４２を基準位置に対して取り付けると、ピストン１１０の先端および末端は、これら２つの表面が基準位置に対してピストン１１０の位置を制御するため、正確に機械加工される。リーダーヘッド１２４が取り付けられたベースハウジング１３０の端もまた正確に機械加工され、機械加工されたピストン１１０の２面およびベースハウジング１３０の縁の結合許容誤差が０．５ ｍｍ ＋／− ０．１ ｍｍ程の差に収まる。ピストン１１０に１つ、２つ、３つあるいはそれ以上のコイルボビン１１２を取り付け収容する場所を持たせることができる。ピストン１１０はプラスチックの射出成形で製造ことができる。ピストン１１０にねじ穴をつけることで、リニアガイド１４０へのねじを用いた取り付けが容易になる。リニアガイド１４０の上面に一致させるようにして、ピストン１１０のプラスチックを機械加工することができる。プラスチックではなく、アルミニウムのピストンの場合も考えられるが、この場合リニアガイドの摩擦が増しそのリニアガイドの壁面が曲がるまたは変形し、期待される寿命よりも短くなることが考えられる。よって、プラスチック成型のピストン１１０を用いた方が、リニアアクチュエータ１１０の耐用年数も長くなる。図１に示したように、ピストン１１０にはシャフト１１４のための穴があり、リニアエンコーダスケール１１６のためのエリアを側面に持つ。

小型のディスクドライブのようなアクチュエータでよく用いられるような独立型コイルの代わりに少なくとも一つのコイルボビン１１２を採用することで、製造時間を有利に削減することができ、コイルを所定位置に接着する必要も無くなる。コイルが自動的にボビン１１２に巻かれる点も好都合である。

また、図１にあるように、シャフト１１４はピストン１１０に取り付けられる。図１の具現化において、シャフト１１４はバキュームシャフトとして描写されているが、別の具現化ではシャフト１１４は中空でない場合もあり得る。シャフトがバキュームシャフトの場合、吸引での拾い上げ用にシャフトの中心に穴が空けられる。シャフトバキューム１１８により、吸引での拾い上げが容易になる。圧縮バネ（非表示）をピストン１１０とベースハウジング１３０の前面１３１の間に取り付けることもできるが、これは例えば、電力が一旦中断されピストンを奥に戻す、またはこのユニットが垂直に取り付けられたときに重力と反対の動きを生じさせる用途に使われる。

ピストン１１０はまた、リニアアクチュエータ１００の様々な機能を制御するフレックスケーブル１２０を持つ。例えば、フレックスケーブル１２０はコイルボビン１１２のコイルに電力を供給したり、外部コントローラがシャフトの速度や位置を制御できるようケーブルアセンブリ１５０とコイルの間で行われる通信を容易にしたりする。ケーブルアセンブリ１５０には、外部ケーブルに連結するよう構成された約１６の回線をケーブル内に収容するコネクタボードを持つ。ケーブルアセンブリ１５０は、電子コネクタ１５２を介してフレックスケーブル１２０に通信可能に接続されるよう、キャビティ１１５に取り付けられる。また、ベースハウジング１３０の内面１３６に対し下向きの垂直運動によって、ケーブルアセンブリ１５０をベースハウジング１３０に取り付けることが可能である。

このようにリニアアクチュエータ１００は様々な構成要素を持つため、ねじ等を使って他の部品と連結し柔軟に対応するための開口部および凹部がある。

リニアアクチュエータ１００の個々の部品のデザインはシンプルであるため、本装置の部品製造にかかる総時間は１５分以下である。組立て総時間は、手動で行った場合、５分以下である。リニアアクチュエータの組み立ては、下向きに垂直に行われるため、オートメーション化が容易である。そのため、製造コストは、手動での組み立てに比べて７５％も削減できる。

こうした製造および組立てに必要な時間は、従来のリニアサーボモータアクチュエータと比較して７５％削減できると考えられる。結果として、リニアアクチュエータ１００の製造コストは従来の空気圧スライドのコストの二倍以下である。

それに加え、デザインがシンプルであり、サイクル寿命が１０倍優れていると見込まれるので、製造コストが空気圧スライドの２倍以下であっても相殺できるため、このアクチュエータは空気圧スライドの実行可能な代替品になり得る。

空気圧スライドは現在のところ、空気圧アクチュエータの年間総売り上げの約２０％を占めている。低価格で寿命が長いという利点を活かし、顧客は成果物の質の面においても平均故障間隔の面においても、その顧客の機器の品質を向上させることができるのである。

図２はリニアアクチュエータ１００の制御部のブロック図を示す。制御部は、外部中央処理装置２１０、コイルボビン１１２、およびリニアエンコーダリーダヘッド１２４およびリニアエンコーダスケール１１６を含むリニアエンコーダ部を持つ。外部中央処理装置２１０は、コントローラ２０５を具現化するコンピュータ可読の命令を実行する。

リニアアクチュエータ１００の動作中、コントローラ２０５および外部中央処理装置２１０はコイルボビン２１０に供給される電流を制御する働きを持つ。起電力は、マグネット１３２と１０４およびコイルボビン１１２へのこの電流の供給に反応して生じる電磁場の間の相互作用により、ピストン１１０へ供給される。この起電力により、ピストン１１０、ボビンコイル１３２、シャフト１１４および１１８、フレキシブルケーブル１２０、およびリニアガイド１４０を持つ可動アセンブリ１０５全体が直線往復運動を行う。ベースハウジング１３０に設置されたリニアエンコーダリードヘッド１２４と、ピストン１１０に設置されたリニアエンコーダスケール１１６が相互に作用し、外部中央処理装置２１０およびコントローラ２０５にフィードバックシグナルを送る。このフィードバックシグナルは可動アセンブリ１０５、つまりシャフト１１４および１１８、の直線運動の跡をたどる。よって、コントローラ２０５は、リニアガイド１４０が示すパス全体に沿って場所を選択してピストン１１０を配置することができる。

このコントローラ２０５を、リニアアクチュエータがボビンコイルを２つ持つ単極制御システム（ブラシモータのリニア版）を用いるように構成することができる。２つのコイルを持つこのバージョンの制御システムでは、磁石回路は１つだけであるため、起電力は長めのストロークで低下する。このコントローラ２０５はまた、リニアアクチュエータがボビンコイルを３つ持つ多極制御システム（ブラシ無しモータのリニア版）を用いるように構成させることもできる。この多極制御システムでは、概して起電力はストローク全体を通し同じ状態を保つ。例えば、単極回路は１０ｍｍから１５ｍｍの範囲でのストロークに用いられるが、多極回路は１５ｍｍ以上のストロークに用いられる。

図３は、本開示に従うリニアアクチュエータ製造のための典型的なプロセス３００を説明するフローチャートの例を示したものである。このプロセス３００は図１のリニアアクチュエータ１００を製造する際に利用するものである。このプロセス３００は、ベースハウジングを作るステージ３１０から始まる。このベースハウジングは鋳鋼型を使って製造することができ、この鋳鋼型は、この鋳鋼工程の最中に少なくとも部分的に他の内部部品を取り付けるための凹部や溝、チャネルを持つような構造にすることができる。この凹部や溝、チャネルは、その構成および／または目的とする耐性によって、機械工程が更に必要になる場合もある。このベースハウジングは、上記で説明した垂直運動といった一方向の直線運動で内部部品の取り付けが完了できるよう構成される。

図４Ａは、リニアアクチュエータ４００の製造時での、ステージ３１０の段階で製造されるベースハウジング４３０を説明するものである。このベースハウジング４３０は３つのマグネットを受け取るための凹部４３６を３つ持つ。各凹部４３６は、エポキシ等の接着剤をマグネット装着前に塗布できるようにする目的で、接着剤用の溝４３８を持つよう成形される。このベースハウジング４３０はまた、リニアガイドレールを受け取るためのチャネル４４０およびケーブルアセンブリを受け取るためのチャネル４５５を持つ。図４Ａには長方形の凹部４３６が描かれているが、この凹部４３６は正方形や円形等、別の形でも良い。

図３に戻り、プロセス３００は次にトップハウジングの製作であるステージ３１５に進む。このトップハウジングも鋳鋼型を用いて作られる。トップハウジングは、ステージ３１５の段階でトップハウジングに装着する他の３つのマグネットを受け取る凹部を持つよう鋳造される。

ステージ３２０において、可動アセンブリが作られる。この可動アセンブリは、ピストン、少なくとも一つのボビンコイル、少なくとも一つのシャフト、フレキシブルケーブル、およびリニアエンコーダスケールを持つ構成である。具現化の一例として、ステージ３２０で作られるこの可動アセンブリは上記で説明した可動アセンブリ１０５である。

ステージ３２５およびその後に参照する図４Ｂにおいて、３つのマグネット４３２は凹部４３６にて３次元で装着されるよう、ベースハウジング４３０に取り付けられる。凹部４３６の構造によって、マグネット４３２をはめ込むまたは接着材で接着することができる。部品を採取・配置する手動または自動化どちらかの手段により、マグネット４３２および必要な場合の接着剤を凹部４３６および溝４３８に配置することができる。ベースハウジング４３０の設計によって、マグネットおよび他の全ての内部部品を、ベースハウジング４３０の底面に向かって単一方向の動きで配置することができる。

ステージ３３０、およびその後の図４Ｃで示す段階において、レール４４２にスライド可能なように結合されたリニアガイド４４４を、チャネル４４０でねじを２つ用いてベースハウジング４３０に取り付ける。具現化のその他の例として、リニアガイド４４４およびレール４４２をチャネル４４０に接着剤で接着させることもできる。

ステージ３３５、およびその後の図４Ｄで示す段階において、ねじを２つ用いてリニアエンコーダヘッド４２４をベースハウジング４３０の壁面に取り付ける。接着剤または接着性のある他の物を用いてこのリニアエンコーダヘッド４２４を接着させることもできる。

ステージ３４０、およびその後の図４Ｅで示す段階において、可動アセンブリ４０５（ステージ３２０で作成済み）を、ねじを２つ用いてリニアガイド４４４に取り付ける。この可動アセンブリは、ピストン４１０、ボビンコイル４１２が２つ、シャフト４１４、リニアスケール４１６およびフレキシブルケーブル４２０を持つ。リニアエンコーダリードヘッド４２４がレール４４２に沿って移動するピストン４１０の動きを読み込めるよう、リニアスケール４１６を配置する。図４Ｅではまた、ケーブルアセンブリ４５０がフレキシブルケーブル４２０の電気コネクタ４５２に電気的に接続されるようねじ４５３でベースハウジングに取り付けられている様子を示している。ケーブルアセンブリ４５０は、ステージ３４０での可動要素４０５と同時でも同時でなくても取り付け可能である。ケーブルアセンブリ４５０はまた、切り出し口を通じてベースハウジングから出された２本のワイヤに電気的に結合し、上記で図２を参照しながら説明したようにコントローラを持つ外部中央処理装置に繋がる。

ステージ３４５、およびその後の図４Ｆで示す段階において、ステージ３１５で作られたトップハウジング４０２は、この例においては７つのねじを用いてベースハウジングに取り付ける。トップハウジングとベースハウジングに装着されたマグネットがベースハウジング４３０とトップハウジング４０２の間で閉まるように、このトップハウジング４０２をベースハウジング４３０に取り付ける。加えて、ステージ３２５、３３０、３３５および３４０で取り付けられる他の全ての部品はベースハウジング４３０およびトップハウジング４０２の間に収められる。

プロセス３００で組み立てられたリニアアクチュエータ４００の製造は、ベースハウジング４３０およびトップハウジング４０２の設計、およびそのハウジング内での部品のレイアウトにより、速くなりコストが抑えられる。ベースハウジング４３０の底面に対し垂直で一方向の直線動作で、手動または自動の手段のどちらによってでも、全ての部品をベースハウジングに取り付けることができる。さらに、リニアアクチュエータ４００は、８ｍｍまたはそれ以下の非常に薄型な形状にすることもでき、それにより、（電子、空気圧またはその他の）大きなアクチュエータを用いては達成できない巧みな操作を要する小部品の製造に用いることができるのである。

次に、図５Ａ−５Ｃに移るが、これはリニアアクチュエータ１００と類似した構造を持つリニアアクチュエータ５００を示すものである。図５Ａ−５Ｃで用いられる参照番号は、図１の要素に対応している。例えば、図５Ａで用いられる参照番号１３０’は、図１のベースハウジング１３０に対応したベースハウジングを示す。

図５Ａに戻るが、これはリニアアクチュエータ５００の分解図を示すものである。ダッシュ記号のついた参照番号が図１の参照番号に対応する要素を示すことに加え、図５Ａの具現化では更に、ベースハウジング１３０’に挿入可能なブッシング５１０およびピストン１１０’が持つバキュームポート５２０が含まれている。

図５Ｂは、リニアアクチュエータ５００のためのベースハウジング１３０’の上面図である。図５Ａで示したベースハウジング１３０’の要素に加え、具現化の一例においては、ベースハウジング１３０’は永久マグネット１３２’を固定するための複数のエポキシポケット５３０を更に持つ。

図５Ｃでは、リニアアクチュエータ５００のトップマグネットハウジング１０２’の内面を示す。図が示すように、具現化の一例として、トップマグネットハウジング１０２’は更に永久マグネット１０４’を固定するための複数のエポキシポケット５４０を持つ。

当業界関係者のそれぞれにおいて、現行の開示へ変更や修正が様々に行われることは明らかである。そうした変更や修正は現開示の範囲内にあるということ、また、本発明の様々な具現化において、そうした具現化はこれに限られたものではなく、例として示したものであることを理解願いたい。同様に、様々な図表を用いて本発明の構造やその他の構成の例を示したが、これは本発明に含まれる性質や機能を理解してもらうための補助として出したものである。本発明はここで図解した例の中での構造や構成に限られるものではなく、他の構造や構成を様々に用いて実現することが可能である。加えて、上記において本発明を典型的な具現化例や実装例として様々な形で説明したが、個々の具現化において説明した様々な性能および機能は説明された通りの具現化においてのみ適用されるような制限はないことを理解願いたい。具現化や性能および機能の説明が本説明の一部として表現されているかどうかに関わらず、これらは、単独でも他との組み合わせにおいても適用され、本発明の他の具現化にも適用され得る。よって、本発明の広がりおよび範囲は、典型例として上記で説明した具現化の例に限定されないものとする。

本文書で用いられる用語および語句、および多様性は、別段の明示が無い限り、制限が無いものと解釈される。前述のものの例として、“含む、持つ”という用語は“制限なく含む、制限なく持つ”また同様に、“例”という用語は、説明の中での典型例を挙げるために用いられ、網羅的なリストまたは限定するリストではない。また、“従来の”“これまでの”“通常の”“標準的な”“として知られた”などの形容詞、およびそれに似た意味を持つ用語は、限られた一定期間で説明した品目、または一定期間に入手可能な品目に限定されるように解釈されないものとする。しかし、その代わり、こうした品目は現在知られているまたは将来知られるようになる、従来の、これまでの、通常のまたは標準的な入手可能な技術を包含するように理解されるものとする。同様に、“および、と”の接続詞で結びつけられる用語のグループは、その品目のそれぞれ全てがグループ内に存在することが要求されるように理解されるものではないが、別段の明示が無い限り、“および／または”として理解されるものとする。同様に、“または、あるいは”の接続詞で結びつけられる用語のグループは、そのグループ内で相互排他性を求める品目として理解されないものとするが、これもまた別段の明示が無い限り、“および／または”として理解されるものとする。さらに、本発明の品目、要素または部品が単数で示されていたとしても、単数であることを特段に明示している場合を除き、それに関する範囲内で複数だと解釈される。例えば、“少なくとも一つの”は単数または複数を指し、どちらかに限定されるものではない。“一つまたは複数の” “少なくとも一つの”“しかしこれに限定されない”等の範囲を広める用語や語句、またはいくつかの例で用いられるその他の語句は、範囲を広める用語や語句が無いからといって、事例を狭義にする意図があるわけではない。

“模範的な、典型的な”という用語は、“例または描写として機能する”意味を持たせるために用いられている。ここで“模範的な、典型的な”として描写されるいかなる特徴や設計も、他の特徴または設計よりも好ましいまたは有利であるとして必ずしも解釈されない。

ここで開示される段階の特定の順序および階層は模範的なアプロ−チの例であると解釈されるものとする。設計の嗜好に基づいて、現開示の範囲内にとどまる限り、工程の段階の特定の順序および階層は再度調整することが可能である。付随する方法において、例としての順序で様々な段階の現要素を求めるが、これは現在示される特定の順序や階層に限定する意図はない。上記で説明した技術、ブロック、段階および方法の実現は様々考えられる。例えば、これらの技術、ブロック、段階および方法はハードウェア、ソフトウェア、またはその組み合わせにおいて実現されと考えられる。ハードウェアでの実現として、処理装置は一つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号プロセッサ装置（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または上記で説明した機能を実行するよう設計されたその他の電子ユニット、および／またはその組み合わせで実現される。

また、具現化を、フローチャート、フローダイヤグラム、データフローダイヤグラム、構造線図、またはブロック図として示される工程として説明していることにも注意願いたい。フローチャートはオペレーションを逐次プロセスとして表現するが、オペレーションの多くを平行してまたは同時に行うことが可能である。さらに、オペレーションの順序は再調整できる。工程は、オペレーションが完了した時に終了するが、本図式に含まれない段階を付加することもできる。プロセスは、方法、機能、過程、サブルーチン、サブプログラムなどに対応する。プロセスが機能に対応する場合、その終了はその機能が要求する機能または主要な機能へ戻るのに対応する。

さらに、具現化は、ハードウェア、ソフトウェア、スクリプト言語、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語および／またはそれらの組み合わせによって実現される。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、スクリプト言語および／またはマイクロコードでの実現の場合、必要なタスクを行うそのプログラムコードまたはコードセグメントは記憶媒体等の機械可読媒体に保存される。コードセグメントまたは機械で実行可能な命令は、手順、機能、サブプログラム、プログラム、ルーチン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、スクリプト、クラスまたは命令の組み合わせ、データ構造、および／またはプログラム文を表す。情報、データ、引数、パラメータおよび／またはメモリーコンテンツを渡したり受け取ったりすることで、コードセグメントを他のコードセグメントまたはハードウェア回路に結び付けることもできる。メモリの共有、メッセージ受渡し、トークンパッシング、ネットワーク伝送などの適切な手段を介して情報、引数、パラメータ、データ等を渡したり、転送したり、送信することもできる。

結論として、現在の発明は、他のものと比較して、リニアアクチュエータの薄型化およびそうしたアクチュエータの製造方法の低コスト化を実現するものである。本発明、本利用および本構造において、ここで説明した具現化により達成されるのと同様の結果を十分に達成できるよう多くのバリエーションおよび代替品が作られるだろうと当該技術に精通した方なら容易に理解できるだろう。本発明を開示した典型的様式に限定する意図はない。多くのバリエーション、修正および代替品の構造は、本請求で表現される開示の範囲内および真意の中に含まれるものとする。

Claims (20)

1. リニアアクチュエータ、 以下から成る：
   ベースハウジング−チャネルおよび少なくとも一つの第一マグネットを装着するよう設けられた少なくとも一つの凹部を持つ。
   リニアガイド−ベースハウジングに取り付けチャネルに配置する。
   トップハウジング−ベースハウジングに固定して取り付けられ、そこでトップハウジングは少なくとも一つの第二マグネットを装着するよう設けられた少なくとも一つの凹部を持つ。
   可動式アセンブリ−少なくとも一つのピストンおよび少なくとも一つのコイルボビンを持ち、そこで可動式アセンブリはリニアガイドに取り付けられ、ベースハウジングおよびトップハウジングの間に収められる。またそこで、少なくとも一つのコイルボビンの一つまたは複数のワイヤーコイルが可動式アセンブリの動線と平行な一つまたは複数の面に置かれる。
2. 請求項１のリニアアクチュエータにおいて、ベースハウジングは、少なくとも一つのマグネット、リニアガイド、可動式アセンブリおよびトップハウジングが一方向の直線運動でベースハウジングに取り付けられる。
3. 請求項１のリニアアクチュエータにおいて、可動式アセンブリは更にシャフト、リニアエンコーダスケールおよびフレックスケーブルを持つ。
4. 請求項３のリニアアクチュエータはさらに、ベースハウジングに取り付けられたケーブルアセンブリを持ち、このケーブルアセンブリはフレックスケーブルを介し一つまたは複数のワイヤーコイルに電気的に結合され、外部コントローラに電気的に結合される。
5. 請求項４のリニアアクチュエータにおいて、可動式アセンブリは二つのコイルボビンを持ち、外部コントローラは単極コントローラを用いて可動式アセンブリの動きを制御できる。
6. 請求項４のリニアアクチュエータにおいて、可動式アセンブリは三つまたはそれ以上のコイルボビンを持ち、外部コントローラは多極コントローラを用いて可動式アセンブリの動きを制御できる。
7. 請求項４のリニアアクチュエータはさらに、ベースハウジングに取り付けられ中央処理装置に通信可能な状態で接続されたリニアエンコーダリードヘッドを持ち、このリニアエンコーダリードヘッドはリニアエンコーダスケールの位置を示すデータを、ケーブルアセンブリを介して外部コントローラに伝える。
8. 請求項１のリニアアクチュエータにおいて、少なくとも一つの第一マグネットおよび第二マグネットは定位置にはめ込まれることによって装着される。
9. 請求項１のリニアアクチュエータにおいて、少なくとも一つの第一マグネットおよび第二マグネットは接着剤で装着される。
10. 請求項９のリニアアクチュエータにおいて、トップハウジングおよびベースハウジングのうち少なくとも一つは溝を持ち、第一または第二マグネットの装着前にそこへ接着剤が充填される。
11. リニアアクチュエータの製造方法。この方法は以下で構成される：
    ベースハウジングに形成された少なくとも一つの凹部に少なくとも一つのマグネットを装着する。この部分のベースハウジングの内面には少なくとも一つの凹部およびチャネルがある。
    ベースハウジングにリニアガイドを取り付ける。このリニアガイドはチャネルに配置される。
    可動式アセンブリをリニアガイドに取り付ける。この可動式アセンブリはピストンおよび少なくとも一つのコイルボビンを持つ。
    トップハウジングをこのベースハウジングに取り付ける。このベースハウジングはトップハウジングが持つ少なくとも一つの凹部に装着された少なくとも他のもう一つのマグネットを含む。このトップハウジングを、そのマグネット、可動式アセンブリおよびリニアガイドがベースハウジングとトップハウジングの間に収まるように取り付ける。
12. 請求項１１の方法ではさらに、少なくとも一つのマグネット、リニアガイド、可動式アセンブリおよびトップハウジングを一方向の直線運動を用いてベースハウジングに取り付ける工程も含まれる。
13. 請求項１１の方法において、ベースハウジングおよびトップハウジングは鋳鋼物であり、この方法は以下から成る：
    第一型を使ってベースハウジングを製造する。ここで少なくとも一つの凹部およびチャネルがこの型によって少なくとも部分的に形成される。
    第二型を使ってトップハウジングを製造する。
    可動式アセンブリを製造する。
14. 請求項１３の方法において、この可動式アセンブリはプラスチック型で製造され、ここでこの可動式アセンブリはさらにシャフト、リニアエンコーダスケールおよびフレックスケーブルを持つ。
15. 請求項１３の方法において、第一型は少なくとも一つの凹部に接着剤用の溝を持つ。
16. 請求項１１の方法において、この一方向とは、ベースハウジングの内面に対し垂直な方向である。
17. リニアアクチュエータは以下から成る：
    ベースハウジング
    ベースハウジングに取り付けられたリニアガイド
    ベースハウジングに固定して取り付けられたトップハウジング。ここでこのトップハウジングおよびベースハウジングは少なくとも第一マグネットおよび第二マグネットを装着する。
    リニアガイドに取り付けられベースハウジングおよびトップハウジングの間に収められた可動式アセンブリ。ここでこの可動式アセンブリは少なくとも一つのコイルボビンを持ち、この少なくとも一つのコイルボビンの一つまたは複数のコイルは可動式アセンブリの直線運動と平行した一つまたは複数の平面内にある。
18. 請求項１７のリニアアクチュエータにおいて、ベースハウジングは少なくとも第一マグネットを装着するチャネルおよび少なくとも一つの凹部を持つ。
19. 請求項１７のリニアアクチュエータにおいて、リニアガイドはベースハウジングに取り付けられチャネルに配置される。
20. 請求項のリニアガイドにおいて、可動式アセンブリは少なくとも一つのピストン、リニアエンコーダスケールおよびフレックスケーブルを持つ。

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