JP3877990B2

JP3877990B2 - ステップモータ

Info

Publication number: JP3877990B2
Application number: JP2001291305A
Authority: JP
Inventors: 健英中村
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP2003102142A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気還流制御弁など温度変化の激しい環境下に置かれる装置用として好適なステップモータであり、詳しくは、ステップモータにおけるロータ保持部のベアリングガイドの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排気還流制御弁におけるモータのロータ保持部は、図６に示すように、ロータシャフト６を保持するベアリング８と、ベアリング８を保持するベアリングガイド１０と、ベアリングガイド１０を保持するガイド保持カラー１３とを備え、インサート成形によりガイド保持カラー１３をハウジング４内に収容保持して構成される。ここで、ガイド保持カラー１３としては、通常、ロータの軸出し（芯出し）精度を高めるために金属製のものが用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成のロータ保持部において、ベアリングガイド１０及びガイド保持カラー１３の各材料の違いから両者の線膨張係数が大きく異なるものであると、高温時（エンジン運転時）又は低温時（エンジン暖気前）にベアリングガイド１０とガイド保持カラー１３との間に隙間が生じ、ベアリングガイド１０ががたついてロータシャフト６がステータ３と干渉する不具合が発生するおそれがある。例えば、ベアリングガイド１０にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ガイド保持カラー１３にＳＰＣ（冷間圧延鋼板材）を用いた場合、ＳＰＣの線膨張係数がＰＰＳの線膨張係数よりも十分に小さいため、図７に示すように、低温時にベアリングガイド１０とガイド保持カラー１３との間に隙間５０が生じてベアリングガイド１０にがたつきが発生し、また、ベアリングガイド１０にポリエーテルニトリル樹脂、ガイド保持カラー１３にアルミニウムを用いた場合、アルミニウムの線膨張係数がポリエーテルニトリル樹脂の線膨張係数よりも十分に大きいため、高温時に、図７に示すように隙間５０が生じてベアリングガイド１０にがたつきが発生するおそれがある。そのため、上記のような低温時及び高温時のベアリングガイド１０のがたつきを防止するためには、ベアリングガイド１０として、線膨張係数がガイド保持カラー１３の線膨張係数に近似した材料を用いる必要が生じる。
【０００４】
しかしながら、コスト低減などの要請からベアリングガイド１０の樹脂化が求められているが、一般に金属と比べ樹脂の線膨張係数は大きいことから、ベアリングガイド１０を樹脂化することは困難になる。
【０００５】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決し、ベアリングガイドを樹脂化しても高温時及び低温時にベアリングガイドのがたつきが発生しないステップモータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のステップモータは、ロータシャフトを保持するベアリングと、該ベアリングを保持するベアリングガイドと、ステータとハウジングとによって保持される金属製ガイド保持カラーであって、前記ベアリングガイドの線膨張係数とは十分に異なる線膨張係数を有し、該ベアリングガイドを保持する金属製ガイド保持カラーとを備え、前記ベアリングガイドは、前記ガイド保持カラーが圧入される円周溝を有し、前記円周溝には、円周方向に等間隔で複数の凸部が形成されており、これらの凸部に前記ガイド保持カラーが圧接することを特徴とする。
【０００７】
前記円周溝には、円周方向に等間隔で複数の凸部が形成されており、これらの凸部に前記ガイド保持カラーが圧接する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、一実施形態に係るステップモータの断面図、図２は、ベアリングガイドとガイド保持カラーの分解断面図、図３は、ベアリングガイドの平面図、図４は、ベアリングガイドとガイド保持カラーとの結合状態を示す断面図であって図３図示IV部分の断面図、図５は、温度変化に対するベアリングガイドとガイド保持カラーとの結合状態の変化を説明するための断面図をそれぞれ示す。
【００１０】
図１〜図５において、コイル１、ヨーク２等からなるステータ３は、樹脂製ハウジング４内に収容保持されている。ロータ５はロータシャフト６に圧入またはインサート成形され、ロータシャフト６は図１の上下二箇所でベアリング７、８の内輪７ａ、８ａに挿入され、一方のベアリング７の外輪７ｂは、ハウジング４に保持されたベアリング保持カラー９に圧入されており、他方のベアリング８の外輪８ｂはベアリングガイド１０の上部円筒部１１に挿入されている。上記他方のベアリング８の外輪８ｂと上部円筒部１１の底面との間には、耐震用のスプリング１２が挿入されている。
【００１１】
ベアリングガイド１０は、後述するガイド保持カラー１３が金属例えばＳＰＣ（冷間圧延鋼板材）を材料としているのに対し、樹脂例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を材料として一体成形されており、上部円筒部１１の下方に下部円筒部１４を有するとともに下部円筒部１４の外方にフランジ部１５を有する。下部円筒部１４には、平面視略十文字状に配される切欠１６（図３にその一部が表されている。）が形成されており、この切欠１６に平面視略十文字状のプレート１７（図１参照）がロータシャフト６の回転方向への回動を規制されながらロータシャフト６の軸方向のみへ移動できるよう収容されている。このプレート１７の上部の雌ねじ１７ａは、ロータシャフト６の下部（先端部）の雄ねじ６ａと噛み合っており、ロータシャフト６が回転すると、雄ねじ６ａ及び雌ねじ１７ａを介してプレート１７は軸方向へ移動する。
【００１２】
フランジ部１５は、ガイド保持カラー１３の円筒部１３ａが圧入される円周溝１５ａを有する。円周溝１５ａの複数箇所は、円筒部１３ａから下方へ伸びたカシメアーム部１３ｂをフランジ部１５の下方へガイドするための貫通孔１５ｂになっており、これらの貫通孔１５ｂは円周方向に等間隔で形成されている。各カシメアーム部１３ｂは、フランジ部１５の下面１５ｆにおいて内側へカシメられベアリングガイド１０の脱落を防止する。また、円周溝１５ａを形成する外側の周面１５ｇには、円周方向に等間隔で複数の凸部１５ｃが形成されており、常温時、ガイド保持カラー１３は、これらの凸部１５ｃと、円周溝１５ａを形成する内側の周面１５ｄとで挟持されている。フランジ部１５の上面１５ｅには、ガイド保持カラー１３の円環状のフランジ部１３ｃが圧接している。
【００１３】
ガイド保持カラー１３は、金属例えばＳＰＣ（冷間圧延鋼板材）を材料としており、上述したように、フランジ部１５の円周溝１５ａに圧入される円筒部１３ａと、円筒部１３ａの下端から下方へ伸び、貫通孔１５ｂを通ってフランジ部１５の下面１５ｆで内側へカシメられる複数のカシメアーム部１３ｂと、円筒部１３ａの上端から半径外方向へ伸び、フランジ部１５の上面１５ｅに圧接される円板状のフランジ部１３ｃとからなる。円板状フランジ部１３ｃは、図１に示すように、ステータ３とハウジング４とによって保持されており、ガイド保持カラー１３及びベアリングガイド１０はステータ３とともにハウジング４に固定されている。
【００１４】
上記のように構成されるステップモータにおいて、ベアリングガイド１０とガイド保持カラー１３は、常温時、図５（Ａ）に示すような状態にあり、ガイド保持カラー１３の円筒部１３ａは、フランジ部１５の円周溝１５ａの凸部１５ｃと円周溝１５ａの内側周面１５ｄとの間で挟持され、ベアリングガイド１０にがたつきは生じない。
【００１５】
また、ベアリングガイド１０とガイド保持カラー１３は、高温時、図５（Ｂ）に示すような状態になる。つまり、ベアリングガイド１０の材料であるＰＰＳとガイド保持カラー１３の材料であるＳＰＣとでは、ＰＰＳの方が線膨張係数が十分に大きいため、ベアリングガイド１０の円周溝１５ａの外側周面１５ｇの径と内側周面１５ｄの径がともにガイド保持カラー１３の円筒部１３ａの径と比べ十分に拡大することになり、したがってガイド保持カラー１３はベアリングガイド１０の円周溝１５ａの内側周面１５ｄと圧接状態となる。このため、常温時と同様、高温時にもベアリングガイド１０にがたつきは生じない。
【００１６】
また、ベアリングガイド１０とガイド保持カラー１３は、低温時例えばエンジン暖気前、図５（Ｃ）に示すような状態になる。つまり、上述したようなＰＰＳとＳＰＣの線膨張係数の十分な差により、ベアリングガイド１０の円周溝１５ａの外側周面１５ｇの径と内側周面１５ｄの径がともにガイド保持カラー１３の円筒部１３ａの径と比べ十分に縮小することになり、したがってガイド保持カラー１３はベアリングガイド１０の円周溝１５ａの凸部１５ｃと圧接状態となる。このため、常温時及び高温時と同様、低温時にもベアリングガイド１０にがたつきは生じない。
【００１７】
なお、ベアリングガイド１０の材料はＰＰＳに限定されるものではなく、金属製のガイド保持カラー１３の線膨張係数に対して十分に異なる線膨張係数を有する樹脂又は金属であってもよい。
【００１８】
上記のように構成されるステップモータは、その製造時、図示しないが、ステータ３とガイド保持カラー１３を金型にセットし、ステータ３の内周面に挿入される小径円柱部と、この小径円柱部から下方に伸びガイド保持カラー１３の内周面に挿入される大径円柱部とからなる入れ子を用い、ハウジング４を成形することで、ステータ３の軸とガイド保持カラー１３の軸つまりロータ５の軸との軸合わせ（軸出しもしくは芯出し）を精度よく行うことができる。
【００１９】
そして、ベアリングガイド１０は、上記のようにガイド保持カラー１３がハウジング４に収容保持された後、図２に示すように、ガイド保持カラー１３の下方から、ガイド保持カラー１３の円筒部１３ａをベアリングガイド１０の円周溝１５ａに圧入させ、最後にガイド保持カラー１３のカシメアーム部１３ｂをカシメることによってガイド保持カラー１３に固定される。ここで、円筒部１３ａを円周溝１５ａへ圧入する際、円筒部１３ａは円周溝１５ａの凸部１５ｃと内側周面１５ｄとの間に圧入されるため、凸部１５ｃを設けないで圧入する場合と比べ、圧入荷重が低減し、円筒部１３ａの変形を防止することができる。
【００２０】
本実施形態に係るステップモータの効果を確認するために、本ステップモータを１５０℃の高温下で２７００時間放置し、その後常温（２０℃）に戻したところ、ベアリングガイド１０にがたつきは発生しなかった。また、本ステップモータを１２０℃の高温下で１時間作動させ、その後−３０℃の低温下で作動させるという操作を５００回繰り返すヒートショックテストを行ったところ、その間ベアリングガイド１０にがたつきは発生しなかった。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態に係るステップモータは、ロータシャフト６を保持するベアリング８と、ベアリング８を保持するベアリングガイド１０と、ベアリングガイド１０の線膨張係数とは十分に異なる線膨張係数を有し、ベアリングガイド１０を保持する金属製ガイド保持カラー１３とを備え、ベアリングガイド１０は、ガイド保持カラー１３が圧入される円周溝１５ａを有するため、ガイド保持カラー１３は、ガイド保持カラー１３とベアリングガイド１０との線膨張係数の大きさの差に基づいて、高温時にはベアリングガイド１０の円周溝１５ａの内側周面１５ｄと圧接し、低温時には円周溝１５ａの外側周面１５ｇの凸部１５ｃと圧接するようになり、ベアリングガイド１０にがたつきが発生しなくなる。また、ベアリングガイド１０の材料として、金属製ガイド保持カラー１３の線膨張係数と十分に異なる線膨張係数をもつものを選択可能になるため、ベアリングガイド１０の樹脂化が可能となる。
【００２２】
また、円周溝１５ａには、円周方向に等間隔で複数の凸部１５ｃが形成されており、これらの凸部１５ｃにガイド保持カラー１３が圧接するため、ガイド保持カラー１３を円周溝１５ａへ圧入する際の圧入荷重を低減でき、ガイド保持カラー１３の変形を防止することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によると、ベアリングガイドを樹脂化しても高温時及び低温時にベアリングガイドのがたつきを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るステップモータの断面図である。
【図２】ベアリングガイドとガイド保持カラーの分解断面図である。
【図３】ベアリングガイドの平面図である。
【図４】ベアリングガイドとガイド保持カラーとの結合状態を示す断面図であって図３図示IV部分の断面図である。
【図５】温度変化に対するベアリングガイドとガイド保持カラーとの結合状態の変化を説明するための断面図であり、（Ａ）は常温時、（Ｂ）は高温時、（Ｃ）は低温時にそれぞれ対応する。
【図６】従来のモータのロータ保持部の断面図である。
【図７】同ロータ保持部の問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
６ロータシャフト
８ベアリング
１０ベアリングガイド
１３金属製ガイド保持カラー
１５ａ円周溝
１５ｃ凸部

Claims

ロータシャフトを保持するベアリングと、
該ベアリングを保持するベアリングガイドと、
ステータとハウジングとによって保持される金属製ガイド保持カラーであって、前記ベアリングガイドの線膨張係数とは十分に異なる線膨張係数を有し、該ベアリングガイドを保持する金属製ガイド保持カラーとを備え、
前記ベアリングガイドは、前記ガイド保持カラーが圧入される円周溝を有し、
前記円周溝には、円周方向に等間隔で複数の凸部が形成されており、これらの凸部に前記ガイド保持カラーが圧接することを特徴とするステップモータ。