JP2005253272A

JP2005253272A - 出力軸体の支持構造および電動機

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Publication number: JP2005253272A
Application number: JP2004064515A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Aono; 裕介青野; Tomohiro Sugiyama; 友博杉山
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: JP4473605B2

Abstract

【課題】自動車用計器など各種用途の計器の指針を回転させるステッパモータにおいて、経時的なへたりに起因する出力軸体の微振れの増大を避ける。
【解決手段】ケース２内に、平板状の金属からなるスラスト板ばね９が湾曲自在に載置され、出力軸体６がスラスト板ばね９を押圧して湾曲させるように組み付けられている。スラスト板ばね９は金属製であるため、へたりを半永久的に回避できる。そのため、ステッパモータ１を長期間使用しても、出力軸体６の微振れが大きくならない。スラスト板ばね９は、曲面加工の必要がなく、平板状のままケース２に組み込まれる。よって、スラスト板ばね９が均質化され、出力軸体６の微振れが確実に抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用計器や船舶用計器、航空機用計器など各種用途の計器において、その指針を回転させるために用いられるステッパモータその他の電動機に適用するに好適な出力軸体の支持構造と、この出力軸体の支持構造を備えた電動機に関するものである。

従来、この種の電動機としては、金属製の指針軸に樹脂製の段歯車が嵌着された出力軸体をケースに回転駆動自在に支持したものが多用されている。この電動機では、出力軸体の回転中の微振れを抑制するため、段歯車に樹脂ばねが一体に形成されている。そして、ケースに出力軸体を軸方向前向きに組み付けると、この樹脂ばねがケースの内面に当接して撓むことにより、出力軸体が軸方向後ろ向きに付勢される。その結果、出力軸体は軸方向に押さえ込まれた状態となり、回転しても微振れを抑えることが可能となる。

ところが、樹脂ばねは、その材質が樹脂であるが故に、経時変化によるへたり、すなわち永久変形を生じやすい。そのため、この電動機を長期にわたって使っていると、出力軸体を軸方向に押さえ込む力が弱まり、出力軸体の微振れが大きくなってしまう。

そこで、段歯車に樹脂ばねを形成する手法に代え、各種の曲面形状（湾曲状、皿状、断面略コ字状など）を有する金属製のスラスト板ばねをケースに組み込む手法が考えられる（例えば、特許文献１参照）。この金属製のスラスト板ばねを用いた電動機では、ケースに出力軸体を軸方向前向きに組み付けたときに、スラスト板ばねが出力軸体に押圧されて撓み、出力軸体が軸方向後ろ向きに付勢される。その結果、出力軸体は軸方向に押さえ込まれ、回転しても微振れを抑えることができるのである。
特開２００２−３４０６３１号公報（段落〔００３６〕〔００４７〕の欄、図５）

しかし、各種の曲面形状を有する金属製のスラスト板ばねは、通常、平板状の金属板を所定の曲面形状に加工して製造しなければならず、その品質（ばね定数）にばらつきが発生する恐れがある。したがって、このスラスト板ばねを用いた電動機にも、出力軸体の微振れ抑制効果に個体差が現れる危険性がある。

本発明は、このような事情に鑑み、経時的なへたりに起因する出力軸体の微振れの増大を回避することができるばかりか、スラスト板ばねを均質化することにより、出力軸体の微振れを確実に抑制することが可能な、出力軸体の支持構造および電動機を提供することを目的とする。

まず、請求項１に係る発明は、ケース内に、平板状の金属からなるスラスト板ばねが湾曲自在に載置され、出力軸体が前記スラスト板ばねを押圧して湾曲させるように組み付けられていることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、前記出力軸体が、指針軸に段歯車を嵌着したものであることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、前記段歯車に、前記出力軸体が前記ケースに組み込まれた状態における前記スラスト板ばねの曲率半径に合致する曲率半径をもつ曲面状の主当接面が形成されていることを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、前記主当接面の両側に、前記出力軸体が最大限突出した状態における前記スラスト板ばねの曲率半径に合致する曲率半径をもつ曲面状の副当接面が形成されていることを特徴とする。
また、請求項５に係る発明は、前記主当接面が、球面状であることを特徴とする。
また、請求項６に係る発明は、前記スラスト板ばねに、当該スラスト板ばねの長さ方向に長い長円形の貫通孔が形成されていることを特徴とする。
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の出力軸体の支持構造を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、経時的なへたりに起因する出力軸体の微振れの増大を回避することができるばかりか、スラスト板ばねを均質化することにより、出力軸体の微振れを確実に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る出力軸体の支持構造の第１の実施形態を備えたステッパモータを示す正断面図である。

このステッパモータ１は、図１に示すように、主に樹脂製のケース２、金属製のスラスト板ばね９および出力軸体６から構成されており、ケース２は一対のケース片３、５を組み合わせたものである。一方のケース片３はシャーレ状の本体３ａを有しており、本体３ａのほぼ中央部には筒部３ｂが形成されている。また、本体３ａの両端部には一対の係合爪３ｃが他方のケース片５側に突設されており、これらの係合爪３ｃにより、ステッパモータ１を配線板４に取り付けることができる。さらに、本体３ａには複数個のねじ止め雄部３ｄが形成されている。また、他方のケース片５は、シャーレ状の本体５ａを有しており、本体５ａのほぼ中央部にはボス部５ｂが、ケース片３の筒部３ｂに対向して形成されている。ボス部５ｂ近傍の本体５ａ内面には凹部５ｃが形成されている。さらに、本体５ａには複数個のねじ止め雌部５ｄが、ケース片３のねじ止め雄部３ｄに対向して形成されており、ねじ止め雄部３ｄがねじ止め雌部５ｄに嵌合した状態でケース片３、５がねじ（図示せず）で互いに止め付けられている。

また、スラスト板ばね９は、図５に示すように、長方形平板状の基板９ａを有しており、基板９ａのほぼ中央部には、基板９ａの長さ方向にやや長い長円形の貫通孔９ｂが形成されている。また、基板９ａの両端部には一対の半円形の切り欠き溝９ｃが形成されている。そして、このスラスト板ばね９は、図１に示すように、ケース片５の凹部５ｃの上側に両端支持で載置され、中央部が段歯車８のボス部８ｂに押圧されて凹部５ｃ側に少し撓んだ湾曲状態となっている。

さらに、出力軸体６は、金属製の指針軸７を有しており、指針軸７には樹脂製の段歯車８が嵌着されている。ここで、指針軸７は、その後端部７ｂがケース片３の筒部３ｂに回転自在に嵌入されているとともに、先端部７ａがケース片５のボス部５ｂに回転自在に嵌入されている。また、段歯車８の後端部８ｄはケース片３の筒部３ｂに当接している。ここで、段歯車８の前端部には、図２に示すように、特定の曲率半径Ｒ１をもつ曲面状（例えば、球面状）の主当接面８ｃが形成されている。この曲率半径Ｒ１は、出力軸体６がケース２に組み込まれた状態におけるスラスト板ばね９の中央部の曲率半径に合致している。

ステッパモータ１は以上のような構成を有するので、このステッパモータ１を組み立てる際には次の手順による。

まず、図４に示すように、ケース片５の凹部５ｃの上側にスラスト板ばね９を両端支持で載置する。それには、ピンセットなどの把持具（図示せず）でスラスト板ばね９の一対の切り欠き溝９ｃを把持し、ケース片５の凹部５ｃを覆うようにスラスト板ばね９を搭載する。すると、スラスト板ばね９は、図３および図４に示すように、その両端がケース片５の内面に当接して支持され、貫通孔９ｂがケース片５のボス部５ｂの直上に位置決めされた状態となる。

次いで、図３に示すように、ケース片５にその内側（図３上方）から出力軸体６を組み付ける。それには、ケース片５にスラスト板ばね９が載置された状態で、出力軸体６の指針軸７の先端部７ａをスラスト板ばね９の貫通孔９ｂに挿通した後、ケース片５のボス部５ｂに嵌入する。すると、出力軸体６は、段歯車８の主当接面８ｃがスラスト板ばね９の上面に当接した状態となる。このとき、スラスト板ばね９は、その中央部に出力軸体６の重量を下向きに受けているとはいえ、ほぼ平板状のままとなっている。

次いで、図１に示すように、ケース片５にケース片３を組み合わせる。それには、出力軸体６の指針軸７の後端部７ｂにケース片３の筒部３ｂを嵌合させるとともに、ケース片５の各ねじ止め雌部５ｄにケース片３の各ねじ止め雄部３ｄを嵌合させるようにして、両方のケース片３、５を互いに組み合わせた後、ねじ止め雄部３ｄおよびねじ止め雌部５ｄにねじ（図示せず）を挿通してケース片３、５を止め付ける。すると、出力軸体６は、段歯車８のボス部８ｂがケース片３の筒部３ｂに押圧される形でケース片５側（図１下方）に移動する。その結果、スラスト板ばね９は、中央部が段歯車８のボス部８ｂに押圧されて凹部５ｃ側（図１下方）に少し撓んだ状態となる。このとき、基板９ａの貫通孔９ｂは、基板９ａの長さ方向に長い長円形に形成されているので、スラスト板ばね９が撓んでも出力軸体６の指針軸７と干渉する恐れはない。

ここで、ステッパモータ１の組立が終了する。

このようにして組み立てられたステッパモータ１においては、回転動力源（図示せず）からの回転力が出力軸体６に伝わると、出力軸体６が回転する。このとき、出力軸体６の段歯車８がケース片３の筒部３ｂとスラスト板ばね９とで軸方向（図１上下方向）に挟み込まれているので、出力軸体６が回転しても微振れを抑えることができる。

また、スラスト板ばね９は、その材質が金属であるため、へたりを半永久的に回避することができる。その結果、ステッパモータ１を長期にわたって使用しても、出力軸体６の微振れが大きくなる事態を未然に防ぐことが可能となる。

しかも、スラスト板ばね９は、曲面加工の必要がなく、平板状のままケース２に組み込まれる。したがって、スラスト板ばね９の均質化により、出力軸体６の微振れを確実に抑制することができる。

さらに、段歯車８の主当接面８ｃは、特定の曲率半径Ｒ１をもつ曲面状となっているので、スラスト板ばね９は常に段歯車８と線接触している。この点からも、スラスト板ばね９のへたりを防止することができる。

また、出力軸体６の指針軸７はスラスト板ばね９と干渉しないので、出力軸体６の回転は円滑に行われる。

なお、図６に示すように、段歯車８の主当接面８ｃの両側に、特定の曲率半径Ｒ２をもつ曲面状（例えば、球面状）の副当接面８ｄを形成し、この曲率半径Ｒ２が、出力軸体６が最大限突出した状態におけるスラスト板ばね９の中央部の曲率半径に合致するようにしてもよい。この場合、出力軸体６が突出しても、スラスト板ばね９が段歯車８と点接触することはないので、スラスト板ばね９の寿命を延ばすことができる。

また、スラスト板ばね９としては、長方形平板状の基板９ａを有するものに限らず、正方形平板状や六角形平板状の基板９ａを有するものを使用することも可能である。

また、ケース２の材質は必ずしも樹脂である必要はなく、樹脂以外の材質（例えば、金属など）を採用してもよい。

また、出力軸体６の指針軸７の材質は必ずしも金属である必要はなく、金属以外の材質（例えば、樹脂など）を採用しても構わない。

また、出力軸体６の段歯車８の材質は必ずしも樹脂である必要はなく、樹脂以外の材質（例えば、金属など）を採用してもよい。

さらに、上述した実施形態ではステッパモータ１について説明したが、ステッパモータ１以外の電動機（例えば、ＤＣモータ、ＡＣモータ、超音波モータなど）に本発明を適用することもできる。

本発明に係る出力軸体の支持構造の第１の実施形態を備えたステッパモータを示す正断面図である。図１のステッパモータの要部を示す拡大正面図である。図１のステッパモータの組み付け前の状態を示す正断面図である。図１のステッパモータの組み付け前の状態を示す平面図である。スラスト板ばねの斜視図である。本発明に係る出力軸体の支持構造の第２の実施形態を備えたステッパモータの要部を示す正面図である。

符号の説明

１……ステッパモータ（電動機）
２……ケース
６……出力軸体
７……指針軸
８……段歯車
８ｃ……主当接面
８ｄ……副当接面
９……スラスト板ばね
９ｂ……貫通孔
Ｒ１……主当接面の曲率半径
Ｒ２……副当接面の曲率半径

Claims

ケース内に、平板状の金属からなるスラスト板ばねが湾曲自在に載置され、
出力軸体が前記スラスト板ばねを押圧して湾曲させるように組み付けられていることを特徴とする、出力軸体の支持構造。
前記出力軸体が、指針軸に段歯車を嵌着したものであることを特徴とする、請求項１に記載の出力軸体の支持構造。
前記段歯車に、前記出力軸体が前記ケースに組み込まれた状態における前記スラスト板ばねの曲率半径に合致する曲率半径をもつ曲面状の主当接面が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の出力軸体の支持構造。
前記主当接面の両側に、前記出力軸体が最大限突出した状態における前記スラスト板ばねの曲率半径に合致する曲率半径をもつ曲面状の副当接面が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の出力軸体の支持構造。
前記主当接面が、球面状であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の出力軸体の支持構造。
前記スラスト板ばねに、当該スラスト板ばねの長さ方向に長い長円形の貫通孔が形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の出力軸体の支持構造。
請求項１乃至６のいずれかに記載の出力軸体の支持構造を備えたことを特徴とする電動機。