JP4761991B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明はステッピングモータに係り、特に、モータのシャフトを支持するボールの受け構造の改良に関するものである。

従来一般のステッピングモータのシャフト支持構造としては、例えば図４に示す如く、リードスクリュウシャフト１は、一端が第１のボール２を介してピボット軸受３に支持されており、他端はマグネット４が固定され、このリードスクリュウシャフト１とマグネット４でロータ部を構成している。マグネット４には第２のボール５が接触しており、第２のボール５を介してリードスラストスプリング６によって回転自在にスラスト方向に支持されており、軸方向の移動を規制されている。

一方、マグネット４の外周に対向する位置には、巻線７が巻回された上下一対のボビン８と、このボビン８を収納したヨーク９によってステータ部が構成されており、このステータ部に形成された中空部１５にマグネット４（ロータ部）が非接触で収納されている。また、ステータ部はケース１０に収められている。なお、このケース１０から伸びたフレーム（図示せず）によって、ピボット軸受３を支持している。

巻線７は、それぞれ端子台１１の端子基板１２に設けられた端子ピン１３に接続されており、この端子ピン１３を外部電源と接続して巻線７に通電させることで、ロータ部を回転させ、ステッピングモータを駆動させている。

なお、ケース１０にはセンター軸受１４が圧入固定され、リードスクリュウシャフト１をラジアル方向に支持している。

このようなステッピングモータの構造は、例えば特開平５−１７６５２０等に示されている。

上記の様な従来の構成においては、ロータ部を第２のボール５を介して支持するリードスラストスプリング６は、ロータ部をスラスト方向にのみ支持しているだけであるので、ラジアル方向の規制支持の為にセンター軸受１４が必要となっていた。

この対策としては、例えば特開平９−１５４２７１の構成があり、ボールを、ガイド板によってラジアル方向の動きが規制された外軸受体に収納し、外軸受体ごとスラスト方向に支持移動させることによって、スラスト方向の規制と共に、ラジアル方向の移動の規制も可能にしている。しかしながら、このような構成においても、ボールを収納した外軸受体自体をスラスト方向に移動する為、外軸受体が常に不安定な状態であり、その為ボールに対するラジアル方向の保持力が十分ではないという問題があった。

また従来の構成では、ヨーク９等からなるステータ部はケース１０に収納されているだけであったので、特にケース１０を加締め等によって固定する際に、加締めの力によってステータ部の内周面の内径寸法が不安定になり易く、ステータ部の内周面とマグネット４の外周面が接触してステッピングモータの回転駆動に不具合が出る可能性があった。さらにステータ部のスラスト方向の固定位置精度も不安定になる可能性もあった。

本発明は、これらの問題点を解決する為の構成であり、ラジアル方向の移動規制と共にその保持力も十分に得られるステッピングモータであり、合わせて、ステータ部の内周面の内径寸法及び固定位置精度も安定させる構成を持つものである。

特開平５−１７６５２０ 特開平９−１５４２７１

上記課題を解決する為、本発明によるステッピングモータは、ロータ部とロータ部を支持するリードスラストスプリングの間に位置するボールを、ボール受け面によってラジアル方向の位置を規制する、センターボールガイドを具備することを特徴としている。このセンターボールガイドは、ステータ部の内周面に嵌合する円筒状のラジアル受け面部及び、ステータ部の下端にスラスト方向から接触するスラスト受け面を持つ鍔部、リードスラストスプリングが挿入される空間を有している。

なお、ロータ部とロータ部を支持するリードスラストスプリングの間に位置するボールがスラスト方向の力を受けている時のボールの中心点の高さが、ボール受け面の上端部かそれよりも下側に位置していることが好ましい。

また、センターボールガイドの中央孔のボール受け面を含む部分の水平断面形状は、正多角形状になっていることが好ましい。

本発明に係るステッピングモータでは、ロータ部とロータ部を支持するリードスラストスプリングの間に位置するボールを、ボール受け面によってラジアル方向に規制する、センターボールガイドを具備しているので、ボールのスラスト方向の位置規制のみならずラジアル方向の位置も規制でき、従来必要であったリードスクリュウシャフトのラジアル方向支持の為のセンター軸受が不要となり、また、センターボールガイドに成形されている鍔部及びラジアル受け面部の側方から中央孔に抜けた開口部であるリードスラストスプリングが挿入される空間により、リードスラストスプリングはセンターボールガイドに接触することなくボールを支持できるので、従来例の特開平９−１５４２７１のように、外軸受体ごとボールを支持しなくてもボールのラジアル方向の規制が可能で、ボールのラジアル方向の保持力が安定する。

さらに、このセンターボールガイドは、ステータ部の内周面に嵌合する円筒状のラジアル受け面部を有するので、ステータ部の内周面の内径をこのラジアル受け面部にて規制することが可能となり、内径寸法が安定し、ステータ部の内周面とマグネットの外周面が接触してステッピングモータの回転駆動に不具合が出る恐れも無くなる。

さらに、このセンターボールガイドは、ステータ部の下端にスラスト方向から接触するスラスト受け面を持つ鍔部を有しているので、この鍔部がスペーサの役目をして、ステータ部のスラスト方向の固定位置精度も安定する。

なお、ロータ部とロータ部を支持するリードスラストスプリングの間に位置するボールがスラスト方向の力を受けている時のボールの中心点の高さを、ボール受け面の上端部かそれよりも下側に位置させることによって、ボールがセンターボールガイド内に確実に保持されるので、ボールのラジアル方向の保持力を十分に得ることが出来る。

さらに、センターボールガイドの中央孔のボール受け面を含む部分の水平断面形状を正多角形状にすると、円形状の場合のボール受け面に比べ、ボールとボール受け面との接触面積が減少するため、ロータ回転時の摩擦力を減少させることが可能となる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るステッピングモータを示す断面図、図２（ａ）は同ステッピングモータに使用されるセンターボールガイドを示す拡大断面図で、図２（ｂ）は同センターボールガイドを上面から見た図である。なお、従来例と同一の構造部分には同一番号を付与し、その詳細な説明は省略する。

本例のステッピングモータは、図１に示す如く、リードスクリュウシャフト１は、一端が第１のボール２を介してピボット軸受３に支持されており、他端はマグネット４が固定され、このリードスクリュウシャフト１とマグネット４でロータ部を構成している。リードスクリュウシャフト１の他端には第２のボール５が接触しており、第２のボール５を介してリードスラストスプリング６によって回転自在にスラスト方向に支持されており、軸方向の移動を規制されている。
マグネット４の外周に対応する位置には、巻線７が巻回された上下一対のボビン８と、このボビン８を収納したヨーク９によってステータ部が構成されており、このステータ部に形成された中空部１５にマグネット４（ロータ部）が非接触で収納されている。また、ステータ部はケース１０に収められている。なお、このケース１０から伸びたフレーム（図示せず）によって、ピボット軸受３を支持している。なお符号１８は、ステッピングモータを外部機器に取り付けるための取付板である。

また、第２のボール５は、センターボールガイド１６によって、ラジアル方向にも支持されている。センターボールガイド１６は図２（ａ）、（ｂ）に示す通り、ガイド本体１６ａの中央孔に設けられた、円筒状のボール受け面１６ｂを持ち、ガイド本体１６ａの外周部は、ステータ部の内周面に嵌合する円筒状のラジアル受け面部１６ｃとなっている。また、ガイド本体１６ａからは、ステータ部の下端にスラスト方向から接触するスラスト受け面１６ｄを持つ鍔部１６ｅも成形されている。なお、１６ｆはガイド本体１６ａに設けられた、鍔部１６ｅ及びラジアル受け面部１６ｃの側方から中央孔に抜けた開口部となっている空間であり、リードスラストスプリング６をセンターボールガイド１６に接触させることなく挿入する為のスペースとなっている。

センターボールガイド１６は、ガイド本体１６ａを、ステータ部の下端からラジアル受け面部１６ｃをステータ部の内周面に嵌合させながら、スラスト受け面１６ｄがステータ部の下端に接触するまで中空部１５に挿入して固定される。その後、ケース１０の開口部を蓋板１７で加締め固定する際に、ガイド本体１６ａから成形された鍔部１６ｅが、ステータ部と蓋板１７の間でスペーサの代わりとなる。また、ラジアル受け面部１６ｃがステータ部の内周面と嵌合し、鍔部１６ｅがステータ部と蓋板１７の間で挟み込まれるように固定されるので、センターボールガイド１６そのものも強固に固定される。

本例においては、センターボールガイド１６の円筒状のボール受け面１６ｂ内にて第２のボール５を受けてラジアル方向に支持しているので、リードスクリュウシャフト１をラジアル方向に支持する為の軸受を必要としない。また、センターボールガイド１６は、ステータ部の内周部と下端、蓋板１７にて強固に固定され、安定しているので、第２のボール５のラジアル方向の保持力が十分安定しており、ラジアル方向の支持が安定する。

また、センターボールガイド１６は、ラジアル受け面部１６ｃをステータ部の内周面に嵌合させているので、内周面の内径をこのラジアル受け面部１６ｃにて規制することによって内周面の内径寸法が安定する。その為、ステータ部の内周面とマグネットの外周面が接触してステッピングモータの回転駆動に不具合が出る恐れも無くなる。

また、センターボールガイド１６は、ステータ部と蓋板１７との間でスペーサの役割をする鍔部１６ｅを有しているので、蓋板１７をケース１０に加締め固定すると、鍔部１６ｅによってステータ部のスラスト方向の固定位置精度も安定する。

なお、空間１６ｆにより、リードスラストスプリング６は、センターボールガイド１６に接触することなく第２のボール５を支持できるので、センターボールガイド１６による第２のボール５のラジアル方向の規制に影響を与えることなく、スラスト方向の支持が可能となる。なお、空間１６ｆは、リードスラストスプリング６がセンターボールガイド１６に接触しなければその開口形状は任意であるが、開口部がボール受け面１６ｂにかかると、第２のボール５のラジアル方向の規制に影響が出る可能性があり、またリードスラストスプリング６の組み付けの容易性を考慮すると、ボール受け面１６ｂにかからない範囲で、ボール受け面１６ｂ側とは反対の側が開放された溝状になっていることが好ましい。

なお、センターボールガイド１６のボール受け面１６ｂ内に第２のボール５を受ける際に、第２のボールがスラスト方向の力を受けている時のボールの中心点の高さを、ボール受け面１６ｂの上端部かそれよりも下側に位置させると、第２のボール５がセンターボールガイド１６内に確実に保持されるので、第２のボール５のラジアル方向の保持力をより一層十分に得ることが出来る。

図３（ａ）は、本発明の実施例２に係るセンターボールガイドを示す拡大断面図で、図３（ｂ）は同センターボールガイドを上面から見た図である。

実施例２のセンターボールガイド１６’では、センターボールガイド１６’の中央孔のボール受け面１６ｂ’を含む部分の水平断面形状が、円筒状ではなく八角形の正多面体となっている。

実施例２のボール受け面１６ｂ’では、円形状のボール受け面に比べ、ボールとボール受け面との接触面積が減少するため、ロータ部回転時の摩擦力を減少させることが可能となる。なお、本実施例では八角形の形状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の正多角形状にて可能とする。しかしながら、面数が多すぎると摩擦力が円筒形状の場合と比べて差異が少なくなり、また、面数が少ないと、逆にボールにかかる回転時の負荷が大きくなるので、本実施例の効果を十分に得る為には、６〜１０角形程度の正多面体とすることが好ましい。

本発明の実施例１に係るステッピングモータを示す断面図である。 （ａ）は同ステッピングモータに使用されるセンターボールガイドを示す拡大断面図で、（ｂ）は同センターボールガイドを上面から見た図である。 （ａ）は、本発明の実施例２に係るセンターボールガイドを示す拡大断面図で、（ｂ）は同センターボールガイドを上面から見た図である。 従来一般のステッピングモータを示す断面図である。

符号の説明

１…リードスクリュウシャフト
２…第１のボール
３…ピボット軸受
４…マグネット
５…第２のボール
６…リードスラストスプリング
７…巻線
８…ボビン
９…ヨーク
１０…ケース
１１…端子台
１２…端子基板
１３…端子ピン
１４…センター軸受
１５…中空部
１６，１６’…センターボールガイド
１６ａ…ガイド本体
１６ｂ，１６ｂ’…ボール受け面
１６ｃ…ラジアル受け面部
１６ｄ…スラスト受け面
１６ｅ…鍔部
１６ｆ…空間
１７…蓋板
１８…取付板

Claims (5)

1. 第１のボールを介してシャフトの一端を支持するピボット軸受と、
   前記シャフト及び該シャフトの他端に固定されたマグネットからなるロータ部と、
   前記ロータ部が挿入される中空部を有するステータ部と、
   第２のボールを介して前記シャフトの他端を支持するリードスラストスプリングと、
   前記第２のボールが入る中央孔及びラジアル受け面部と鍔部を有するセンターボールガイドとを備えるステッピングモータであって、
   前記センターボールガイドは、前記中央孔のボール受け面により前記第２のボールのラジアル方向位置を規制し、前記鍔部及び前記ラジアル受け面部の側方から前記中央孔に抜ける開口部からなる前記リードスラストスプリングが挿入される空間を有することを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記ラジアル受け面部は、前記中空部に挿入されて前記ステータ部と嵌合することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
3. 前記鍔部は、前記ステータ部の下端にスラスト方向から接触するスラスト受け面を持つことを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ。
4. 前記第２のボールがスラスト方向の力を受けている時の該第２のボールの中心点の高さは、前記ボール受け面の上端と同じか、それよりも下側に位置していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のステッピングモータ。
5. 前記中央孔の前記ボール受け面を含む部分の水平断面形状は、正多角形からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のステッピングモータ。