JP2012189099A - 電動機の送りねじ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】油の粘性に起因したステッピングモータの位置制御の特性低下を解消しつつ、回転軸の支持点数の少なさに起因した軸ブレの低減を図ることができる電動機の送りねじ機構を提供する。
【解決手段】金属製の軸部３２に雄ねじ４２を切削加工し、樹脂製の外嵌部１４に雌ねじ４３を形成する。軸部３２の雄ねじ４２と外嵌部１４の雌ねじ４３間に間隙８１を確保し、熱膨張差を吸収可能とする。外嵌部１４の雌ねじ谷７１の一部に、深さの異なる段差部９１を設け、雄ねじ４２と雌ねじ４３間に間隙寸法の狭いガイド領域１１１を軸方向の一部に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステッピングモータに内蔵された電動機の送りねじ機構に関する。

従来、ステッピングモータには、ロータでの回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

この送りねじ機構では、金属製の雄ねじと樹脂製の雌ねじとによって構成されており、両者には、温度による線膨張係数差が生じ得る。

このため、これを吸収する為に前記雄ねじと前記雌ねじ間には、所定のクリアランスが確保されている。

特開２００７−０２８８６１公報

しかしながら、前記雄ねじ及び前記雌ねじ間のクリアランスには、ねじ端部より引き込まれた油が貯留する。

このため、低温環境時に始動する際には、内部の油の粘性抵抗が増大し、回転制御特性が低下してしまう。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、油の粘性に起因したステッピングモータの位置制御の特性低下を解消しつつ、回転軸の支持点数の少なさに起因した軸ブレの低減を図ることができる電動機の送りねじ機構を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明の請求項１の電動機の送りねじ機構にあっては、周面に雄ねじが形成された軸部と、該軸部に外嵌した状態で前記雄ねじと螺合する雌ねじを備えた外嵌部とで構成され、回転運動を直線運動に変換する電動機の送りねじ機構において、前記雄ねじ及び前記雌ねじ間に形成された間隙において間隙寸法の狭いガイド領域を軸方向の一部に設定した。

すなわち、雄ねじ及び雌ねじ間に形成された間隙には、間隙寸法の狭いガイド領域が軸方向の一部に設定されており、クリアランスの広い部分と狭い部分とが形成されている。

このため、軸方向全域に渡って間隙寸法が広く設定された箇所に油が貯留される場合と比較して、油の粘性抵抗の増大に伴う低温始動時での回転制御特性の低下が防止される。

また、間隙寸法の狭いガイド領域を軸方向の一部に設定することで、軸部と外嵌部との支点が確保され、軸ブレが低減される。

さらに、請求項２の電動機の送りねじ機構においては、前記軸部及び前記外嵌部のいずれか一方を樹脂で構成するとともに、他方を金属で構成した。

これにより、樹脂部材及び金属部材間で生じ得る線膨張係数差は、クリアランスの広い部分にて吸収される。

また、請求項３の電動機の送りねじ機構では、前記軸部の前記雄ねじを切削加工された金属で構成するとともに、前記外嵌部の前記雌ねじを樹脂で構成し、該雌ねじの谷の一部に深さの異なる段差部を設けて前記ガイド領域を構成した。

これにより、雌ねじの谷の一部に深さの異なる段差部を設けることで、雄ねじ及び雌ねじ間に形成された間隙に間隙寸法の狭いガイド領域が軸方向の一部に設定され、クリアランスの広い部分と狭い部分とが形成される。

そして、雌ねじの材料強度によっては、雌ねじ谷部をガイド領域とした方が摺動径が小さくなる分フリクションロスが低減される。

さらに、請求項４の電動機の送りねじ機構では、前記軸部の前記雄ねじを転造加工された金属で構成するとともに、前記外嵌部の前記雌ねじを樹脂で構成し、該雌ねじのねじ山の一部に高さの異なる段差部を設けて前記ガイド領域を構成した。

すなわち、転造加工される雄ねじは、ねじ山側が滑らかに仕上がらない。このため、外嵌部を構成する雌ねじのねじ山に段差部を設けてガイド領域を構成することで、転造加工によるバラツキがカバーされる。

これにより、転造後の後加工が不要となり、加工コストが低減される。

さらに、転造加工に限らず、雌ねじの材料強度によっては、雄ねじの谷部をガイド領域とした方が摺動径が小さくなる分フリクションロスが抑えられる。

加えて、請求項５の電動機の送りねじ機構では、前記軸部の前記雄ねじを切削加工された金属で構成するとともに、前記外嵌部の前記雌ねじを樹脂で構成し、前記雄ねじのねじ山の一部に高さの異なる段差部を設けて前記ガイド領域を構成した。

これにより、雌ねじの谷径を拡大する一方、材料強度の高い雄ねじ側の歯高を高く設定できる。

以上説明したように本発明の請求項１の電動機の送りねじ機構にあっては、軸方向全域に渡って間隙寸法が広く設定され、この間隙の全域に油が貯留される従来と比較して、油の粘性抵抗の増大に伴う低温始動時での回転制御特性の低下を防止することができる。

また、間隙寸法の狭いガイド領域を軸方向の一部に設定することで、軸部と外嵌部との支点を確保でき、軸ブレを低減することができる。

これにより、軸部と外嵌部との同軸度を確保できるので、雄ねじ及び雌ねじのせりを防止することができる。

したがって、油の粘性に起因したステッピングモータの位置制御の特性低下を解消しつつ、軸部の支持点数の少なさに起因した軸ブレの低減を図ることができる。

さらに、請求項２の電動機の送りねじ機構においては、樹脂部材と金属部材間で生じ得る線膨張係数差をクリアランスの広い部分で吸収することができる。

また、請求項３の電動機の送りねじ機構では、雌ねじの谷の一部に深さの異なる段差部を設けることで、雄ねじ及び雌ねじ間に形成された間隙に間隙寸法の狭いガイド領域を軸方向の一部に設定でき、クリアランスの広い部分と狭い部分とを形成することができる。

そして、雌ねじの材料強度によっては、雌ねじ谷部をガイド領域とした方が摺動径が小さくなる分フリクションロスを低減することができる。

さらに、請求項４の電動機の送りねじ機構では、外嵌部を構成する雌ねじのねじ山に段差部を設けてガイド領域を構成することで、転造加工により生じ得るねじ山側のバラツキをカバーすることができる。これにより、転造後の後加工が不要となり、加工コストを抑えることができる。

そして、転造加工に限らず、雌ねじの材料強度によっては、雄ねじの谷部をガイド領域とした方が摺動径が小さくなる分フリクションロスを抑えることができる。

加えて、請求項５の電動機の送りねじ機構では、雌ねじの谷径を拡大する一方、材料強度の高い雄ねじ側の歯高を高く設定できる。

本発明の第１の実施の形態を示す説明図である。 同実施の形態の要部を示す拡大図であり、（ａ）は第１の実施の形態を示す拡大図、（ｂ）は第２の実施の形態を示す拡大図、（ｃ）は第３の実施の形態を示す拡大図である。

（第１の実施の形態）

以下、本発明の第１の実施の形態を図に従って説明する。

図１は、本実施の形態にかかる電動機の送りねじ機構１を備えたステッピングモータ２を示す断面図であり、該ステッピングモータ２は、例えば自動車の自動変速機の内部に配設され、自動変速機内の油圧の制御に利用される。

このステッピングモータ２のケーシング１１内には、回転駆動部１２が設けられており、該回転駆動部１２は、コイル１３と該コイル１３の内側に配設されたローターを構成する外嵌部１４とにより構成されている。前記ケーシング１１の側部には、コネクタ接続部１５が設けられており、前記コイル１３は、このコネクタ接続部１５の電極１６に接続されている。

前記外嵌部１４は、前部ベアリング２１及び後部ベアリング２２を介して前記ケーシング１１に回動自在に支持されており、その中間部には、永久磁石２３が外嵌した状態で設けられている。これにより、前記コネクタ接続部１５の電極１６に供給される信号を制御することで、前記コイル１３から発生する磁力を可変して、前記永久磁石２３を備えた前記外嵌部１４の回転を制御できるように構成されている。

この外嵌部１４には、中空部３１が形成されており、該中空部３１には、作動軸を構成する軸部３２が挿通されている。前記ケーシング１１の前端及び後端には、前記軸部３２が挿通する前部挿通孔３３が設けられており、前記軸部３２は、前部挿通孔３３を介して前端部をケーシング１１から突出できるように構成されている。これにより、当該ステッピングモータ２は、前記軸部３２のケーシング１１からの前端部の突出量を可変できるように構成されている。

前記軸部３２の後部側の周面には、雄ねじ４２が形成されており、前記外嵌部１４の後端部の内側面には、前記雄ねじ４２と螺合する雌ねじ４３が形成されている。また、前記軸部３２の前部側の周面には、円柱の一部が欠損されてなる平面部４４が形成されており、軸部３２前部には、断面Ｄ字状の回転規制部４５が形成されている。

この軸部３２の前端部が挿通する前記前部挿通孔３３は、前記軸部３２の前記平面部４４に摺接する直線状の弦部５１が形成されており、前記回転規制部４５に適合した断面Ｄ字状に形成されている。

これにより、前記軸部３２の回転規制部４５は、前記平面部４４が前記前部挿通孔３３の弦部５１に摺動自在に係合することで、当該軸部３２の中心軸４６の延在方向への移動を許容しつつ回転を規制できるように構成されており、前記外嵌部１４からの回転運動を前記軸部３２の軸方向への直線運動に変換する前記電動機の送りねじ機構１が構成されている。

また、前記軸部３２の前部側には、ストッパ６２が設けられており、該ストッパ６２は側方へ向けて突出している。これにより、前記外嵌部１４を回転制御して前記軸部３２を図１中左側へ移動する際に、前記ストッパ６２が前記ケーシング１１前端部分に当接するまで、当該軸部３２をを移動できるように構成されている。

図２の（ａ）は、前記電動機の送りねじ機構１を構成する前記軸部３２と前記外嵌部１４との螺合部分を示す拡大図であり、前記軸部３２の雄ねじ山７２が前記外嵌部１４の雌ねじ谷７１内に配置されるとともに、前記外嵌部１４の前記雌ねじ山７３が前記軸部３２の雄ねじ谷７４内に配置されるように構成されている。

すなわち、前記軸部３２は、ＳＵＳ等の金属で形成されており、当該軸部３２の周面には、前記雄ねじ４２が切削加工により形成されている。一方、前記外嵌部１４は、樹脂製であり、前記雌ねじ４３も樹脂で形成されている。これにより、前記軸部３２及び前記外嵌部１４のいずれか一方が樹脂で構成されており、他方が金属で構成されている。

前記軸部３２の前記雄ねじ４２と前記外嵌部１４の前記雌ねじ４３との間には、所定の間隙寸法に設定された間隙８１が確保されており、金属製の前記雄ねじ４２と樹脂製の前記雌ねじ４３との線膨張係数差によって膨張差が生じた場合であっても、これを吸収できるように構成されている。

前記外嵌部１４の前記雌ねじ谷７１の一部には、深さを変更する為の段差部９１が設けられている。

具体的に説明すると、図２の（ａ）における右端の雌ねじ谷７１ａ及び右端から二番目の雌ねじ谷７１ｂの底面１０１には、前記軸部３２側へ向けて突出した前記段差部９１が形成されている。この段差部９１は、右端から二番目の雌ねじ谷７１ｂの底面１０１の中途部より右方へ向け前記雌ねじ谷７１の底面１０１に沿って延設されており、当該雌ねじ４３の少なくとも一周分は形成されている。

これにより、前記軸部３２の前記雄ねじ４２と前記外嵌部１４の前記雌ねじ４３との間に形成された前記間隙８１には、間隙寸法の狭いガイド領域１１１が前記軸部３２の軸方向の一部に設定されており、当該ガイド領域１１１以外の一般領域では、前述した間隙寸法が確保されている。

以上の構成にかかる本実施の形態において、このステッピングモータ２は、例えば自動車の自動変速機内の油中で使用されており、前記電動機の送りねじ機構１には、油が進入する。

このとき、この電動機の送りねじ機構１を構成する雄ねじ４２及び雌ねじ４３間に形成された間隙８１には、間隙寸法の狭いガイド領域１１１が軸方向の一部に設定されており、クリアランスの広い部分と狭い部分とが形成されている。

このため、軸方向全域に渡って間隙寸法が広く設定され、この間隙の全域に油が貯留される従来と比較して、油の粘性抵抗の増大に伴う低温始動時での回転制御特性の低下を防止することができる。

また、間隙寸法の狭い前記ガイド領域１１１を軸方向の一部に設定することで、前記軸部３２と前記外嵌部１４との支点を、当該ガイド領域１１１の前記段差部９１で構成することができ、軸ブレを低減することができる。

これにより、前記軸部３２と前記外嵌部１４との同軸度を確保できるので、前記雄ねじ４２及び前記雌ねじ４３のせりを防止することができる。

したがって、油の粘性に起因したステッピングモータ２の位置制御の特性低下を解消しつつ、前記軸部３２の支持点数の少なさに起因した軸ブレの低減を図ることができる。

このとき、前記軸部３２は金属で形成されており、前記外嵌部１４は樹脂で形成されており、金属製の軸部３２と樹脂性の外嵌部１４間で生じ得る線膨張係数差をクリアランスの広い部位で吸収することができる。

また、本実施の形態では、前記雌ねじ谷７１の一部に深さの異なる段差部９１を設けることで、前記雄ねじ４２及び前記雌ねじ４３間に形成された間隙８１に間隙寸法の狭い前記ガイド領域１１１を軸方向の一部に設定することができ、これによりクリアランスの広い部分と狭い部分とを形成することができる。

そして、前記雌ねじ４３の材料強度によっては、前記雌ねじ谷７１をガイド領域１１１とした方が摺動径が小さくなる分フリクションロスを低減することができる。

（第２の実施の形態）

図２の（ｂ）は第２の実施の形態を示すものであり、第１の実施の形態と同一又は同等部分に付いては同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分に付いてのみ説明する。

すなわち、ＳＵＳ等の金属からなる前記軸部３２の前記雄ねじ４２は転造加工で形成されており、前記外嵌部１４の前記雌ねじ４３は樹脂で形成されている。

この雌ねじ４３の雌ねじ山７３の一部には、高さの異なる段差部２０１が形成されており、これにより前記ガイド領域１１１が形成されている。

具体的に説明すると、図２の（ｂ）における右端の雌ねじ山７３ａ及び右端から二番目の雌ねじ山７３ｂ並びに右端から三番目の雌ねじ山７３ｃの天面２１１には、前記軸部３２側へ向けて突出した前記段差部２０１が形成されている。この段差部２０１は、右端から三番目の雌ねじ山７３ｃの天面２１１の中途部より右方へ向け前記雌ねじ山７３の天面２１１に沿って延設されており、当該雌ねじ４３の少なくとも一周分は形成されている。

以上の構成にかかる本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。

加えて、本実施の形態では、前記軸部３２の前記雄ねじ４２が雄ねじ形成に適した転造加工で形成されており、雄ねじ山７２が滑らかに仕上がらない。このため、前記外嵌部１４を構成する前記雌ねじ山７３に前記段差部２０１を設けて前記ガイド領域１１１を構成することで、転造加工によるバラツキをカバーすることができる。これにより、転造加工後の後加工が不要となり、加工コストを抑えることができる。

そして、転造加工に限らず、前記雌ねじ４３の材料強度によっては、前記雄ねじ４２の雄ねじ谷７４を前記ガイド領域１１１とした方が摺動径が小さくなる分フリクションロスを抑えることができる。

（第３の実施の形態）

図２の（ｃ）は第３の実施の形態を示すものであり、第１の実施の形態と同一又は同等部分に付いては同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分に付いてのみ説明する。

すなわち、ＳＵＳ等の金属からなる前記軸部３２の前記雄ねじ４２は切削加工で形成されており、前記外嵌部１４の前記雌ねじ４３は樹脂で形成されている。

この雄ねじ４２の雄ねじ山７２の一部には、高さの異なる段差部３０１が形成されており、これにより前記ガイド領域１１１が形成されている。

具体的に説明すると、図２の（ｃ）における右端の雄ねじ山７２ａ及び右端から二番目の雄ねじ山７２ｂの天面３１１には、前記外嵌部１４側へ向けて突出した前記段差部３０１が形成されている。この段差部３０１は、右端から二番目の雄ねじ山７２ｂの前記天面３１１の中途部より右方へ向け前記雄ねじ山７２の天面３１１に沿って延設されており、当該雄ねじ４２の少なくとも一周分は形成されている。

以上の構成にかかる本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。

加えて、本実施の形態では、前記雌ねじ４３の雌ねじ谷７１の谷径を拡大する一方、材料強度の高い前記雄ねじ４２の雄ねじ山７２を構成する歯高を高く設定することで前記ガイド領域１１１を形成することができる。

これにより、突出した前記段差部３０１の不用意な欠け等を確実に防止することができる。

なお、本実施の形態では、前記段差部９１，２０１，３０１の境界が段差で構成されたものを一例として挙げたが、これに限定されるものではなく、例えばスパイラル方向の滑らかな変化としても良い。

１ 電動機の送りねじ機構
２ ステッピングモータ
１４ 外嵌部
３２ 軸部
４２ 雄ねじ
４３ 雌ねじ
７１ 雌ねじ谷
７２ 雄ねじ山
７３ 雌ねじ山
８１ 間隙
９１ 段差部
１１１ ガイド領域
２０１ 段差部
３０１ 段差部

Claims (5)

1. 周面に雄ねじが形成された軸部と、該軸部に外嵌した状態で前記雄ねじと螺合する雌ねじを備えた外嵌部とで構成され、回転運動を直線運動に変換する電動機の送りねじ機構において、
   前記雄ねじ及び前記雌ねじ間に形成された間隙において間隙寸法の狭いガイド領域を軸方向の一部に設定したことを特徴とする電動機の送りねじ機構。
2. 前記軸部及び前記外嵌部のいずれか一方を樹脂で構成するとともに、他方を金属で構成したことを特徴とする請求項１記載の電動機の送りねじ機構。
3. 前記軸部の前記雄ねじを切削加工された金属で構成するとともに、前記外嵌部の前記雌ねじを樹脂で構成し、
   該雌ねじの谷の一部に深さの異なる段差部を設けて前記ガイド領域を構成したことを特徴とする請求項２記載の電動機の送りねじ機構。
4. 前記軸部の前記雄ねじを転造加工された金属で構成するとともに、前記外嵌部の前記雌ねじを樹脂で構成し、
   該雌ねじのねじ山の一部に高さの異なる段差部を設けて前記ガイド領域を構成したことを特徴とする請求項２記載の電動機の送りねじ機構。
5. 前記軸部の前記雄ねじを切削加工された金属で構成するとともに、前記外嵌部の前記雌ねじを樹脂で構成し、
   前記雄ねじのねじ山の一部に高さの異なる段差部を設けて前記ガイド領域を構成したことを特徴とする請求項２記載の電動機の送りねじ機構。

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