JPH08163856A - ステッピングモータを用いた駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータ出力軸１７に加わるスラスト荷重を、
ボールベアリングを使用せずに、簡単で、安価な軸受構
造で支持する。 【構成】 弁体２７が結合された弁体軸２８に設けたリ
テーナ２９に、コイルスプリング３１のスプリング力を
作用させるとともに、このスプリング３１のスプリング
力作用方向をモータケース１０の側板部１０ａ側（反弁
体側）に設定する。ロータ出力軸１７の一端部と、モー
タケース１０の側板部１０ａとの間にボール１８と金属
製平板２０とからなる軸受構造を設け、この軸受構造に
より、スプリング３１のスプリング力によるスラスト荷
重を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータを用
いた駆動装置の軸支持構造に関するもので、例えば流量
制御弁の弁体駆動装置に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、流量制御弁の弁体駆動装置として
は、実開平４−２７１４８号公報、実開平４−１０８３
６７号公報、特開平５−１０６５２０号公報等にて提案
されたものが知られており、これらの駆動装置はいずれ
もステッピングモータを用いて弁体の開度を制御するよ
うにしている。

【０００３】上記従来装置をより具体的に述べると、ス
テッピングモータのロータの出力軸に、回転運動を直線
運動に変換する機構を介して被駆動軸を結合し、この被
駆動軸の先端に弁体を結合している。また、この弁体
は、前記被駆動軸の前進により流体通路の弁座に対し
て、閉弁方向に移動するように配置されている。また、
弁体を閉弁方向に付勢するスプリングの力が前記被駆動
軸に作用するようになっているので、ステッピングモー
タのロータおよび出力軸には前記スプリングにより弁体
側への押圧力、即ちスラスト荷重が常に付与されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来装置
では、ステッピングモータのロータおよび出力軸には前
記スプリングにより弁体側へのスラスト荷重が加わるの
で、このスラスト荷重はロータの側端部にて受け止める
必要がある。そのため、ロータの側端部にボールベアリ
ングを配設し、このボールベアリングにて上記スラスト
荷重を支持しているが、ボールベアリングの使用により
軸受部分のコストが高くなってしまうという問題があっ
た。

【０００５】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
ステッピングモータのロータおよび出力軸に加わる、ス
プリングによるスラスト荷重を、ボールベアリングを使
用しない簡潔な軸受構造で支持できるようにすることを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１記載
の発明では、ステッピングモータを用いた駆動装置にお
いて、円板状の側板部（１０ａ）を有する円筒状のモー
タケース（１０）と、このモータケース（１０）内に配
設され、磁界を発生する環状のステータ（１４）と、こ
の環状ステータ（１４）の内周側に小空隙を介して回転
自在に配設され、前記磁界を受けて回転するロータ（１
６）と、このロータ（１６）と一体に回転するととも
に、その一端が前記モータケース（１０）の前記側板部
（１０ａ）に対向するロータ出力軸（１７）と、このロ
ータ出力軸（１７）の他端側に、回転運動を直線運動に
変換する機構（１７ａ、２２ａ）を介して結合され、直
線運動をする被駆動軸（２８）と、この被駆動軸（２
８）に結合され、この被駆動軸（２８）の直線運動によ
り作動する被駆動対象物（２７）と、前記被駆動対象物
（２７）を前記モータケース（１０）の前記側板部（１
０ａ）側へ付勢するスプリング（３１）とを備え、前記
ロータ出力軸（１７）の一端部と前記モータケース（１
０）の前記側板部（１０ａ）との間に、前記スプリング
（３１）のスプリング力によるスラスト荷重を受ける軸
受機構（１９、２０）が配設されていることを特徴とし
ている。

【０００７】請求項２記載の発明では、請求項１に記載
のステッピングモータを用いた駆動装置において、前記
軸受機構は、前記ロータ出力軸（１７）の一端部と前記
モータケース（１０）の前記側板部（１０ａ）との間に
回転可能に保持されたボール（１９）とこのボールが当
接する金属製平板（２０）とから構成されていることを
特徴とする。

【０００８】請求項３記載の発明では、請求項１または
２に記載のステッピングモータを用いた駆動装置におい
て、前記軸受機構は、前記モータケース（１０）の前記
側板部（１０ａ）の中心部に形成された円形凹部（１０
ｃ）内に収納されていることを特徴とする。請求項４記
載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載
のステッピングモータを用いた駆動装置において、前記
被駆動対象物は、流体通路内に設置され、流体流量を制
御する弁体（２７）であり、前記スプリング（３１）は
この弁体（２７）を閉弁方向に付勢するように構成され
ていることを特徴とする。

【０００９】請求項５記載の発明では、請求項１ないし
４のいずれか１つに記載のステッピングモータを用いた
駆動装置において、前記ロータ出力軸（１７）の半径方
向への荷重を受けるラジアル軸受が円筒状メタル軸受
（１８、２１）で構成されていることを特徴とする。な
お、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例記載
の具体的手段との対応関係を示すものである。

【００１０】

【発明の作用効果】請求項１〜５記載の発明によれば、
上記技術的手段を有しているため、コイルスプリングの
スプリング力によりロータ出力軸には、モータケースの
側板部方向への押圧力が作用することになるが、このス
プリング押圧力に起因するスラスト荷重を、ロータ出力
軸の一端部とモータケースの側板部との間で受け止める
ことができるので、このロータ出力軸の一端部に配設す
る軸受機構はボールベアリングを使用しない極めて簡潔
な軸受構造にすることができる。

【００１１】具体的には、請求項２記載のごとく、ロー
タ出力軸の一端部とモータケースの側板部との間に回転
可能に保持されたボールとこのボールが当接する金属製
平板とから軸受機構を構成することができ、ボールベア
リングに比して著しく安価に製作できる。さらに、スラ
スト軸受を上記のごとくロータ出力軸の一端部とモータ
ケースの側板部との間に構成しているので、このスラス
ト軸受の摺動半径を殆ど零とすることができ、そのため
従来のロータ側端部をボールベアリングにて支持して、
スラスト荷重を受け止める構造（摺動半径がロータの外
径と同一大きさとなる）に比して、スラスト荷重軸受部
における摺動摩擦損失を大幅に低減できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図１、２において、Ｍはステッピングモータを示
し、ＶはこのステッピングモータＭにより弁開度が制御
される流量制御弁を示す。本例では、流量制御弁Ｖは自
動車用エンジンの排気ガス再循環装置における排気ガス
流量の制御弁として構成されている例を示す。

【００１３】ステッピングモータＭにおいて、１０は円
筒状のモータケースで、磁性体である鉄系金属から一体
形成された側板部１０ａと円筒状部１０ｂとを有してい
る。１１はステータコアで、磁性体である鉄系金属から
形成された２組のステータコア１１ａ、１１ｂと１１
ｃ、１１ｄで構成されている。このステータコア１１
ａ、１１ｂと１１ｃ、１１ｄは、それぞれの内周部に櫛
歯状の磁極歯を交互に形成している。１２ａ、１２ｂは
磁界を発生する励磁コイルで、ステータコア１１ａ、１
１ｂと１１ｃ、１１ｄの内側に樹脂製巻枠１３ａ、１３
ｂを介して巻装されている。励磁コイル１２ａ、１２ｂ
の発生する磁界によりステータコア１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ、１１ｄの内周部の磁極歯には円周方向にＮ極とＳ
極が交互に形成されるようになっている。

【００１４】上記ステータコア１１および励磁コイル１
２ａ、１２ｂにより、モータケース１０の円筒状部１０
ｂの内周面に沿った環状のステータ１４を構成してい
る。このステータ１４部分は、後述する樹脂製カバー１
５をモータケース１０の円筒状部１０ｂの開口端側に取
り付けることにより、この樹脂製カバー１５とモータケ
ース１０の側板部１０ａとの間に挟持されてモータケー
ス１０内に固定されている。

【００１５】上記環状ステータ１４の内周側には、小空
隙を介してロータ１６が回転自在に配設されている。こ
のロータ１６は略円筒状のものであって、フェライトと
熱可塑性樹脂とを混合して磁化したプラスティクマグネ
ットで構成されており、このプラスティクマグネットは
ロータ円周方向にＮ極とＳ極が交互に形成されている。
このプラスティクマグネットにおけるＮ極とＳ極の間隔
は、前記ステータコア１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ
の磁極歯のＮ極とＳ極の間隔と同一に設定されている。

【００１６】このロータ１６の内周部は金属製のロータ
出力軸１７に結合され、この両者１６、１７は一体に回
転するようになっている。ロータ出力軸１７の一端部
は、モータケース１０の側板部１０ａに対向するように
配設されており、より具体的に述べると、側板部１０ａ
の中心部には円形凹部１０ｃが形成されており、この円
形凹部１０ｃ内にロータ出力軸１７の一端部が挿入さ
れ、円形凹部１０ｃの底壁面にロータ出力軸１７の一端
部が対向している。

【００１７】ロータ出力軸１７の一端部外周面と円形凹
部１０ｃの内周壁面との間には、円筒状のメタル軸受１
８が配設され、このメタル軸受１８によりロータ出力軸
１７の半径方向への荷重を受け止め、ロータ出力軸１７
の一端部を回転自在に支持している。また、ロータ出力
軸１７の一端部の側面には半球面状の凹部が形成されて
おり、この凹部内にボール１９を回転自在に保持してい
る。このボール１９は、前記円形凹部１０ｃの底壁面に
配設された円形の金属製平板２０にころがり接触となる
ように当接している。このボール１９および金属製平板
２０はともに耐磨耗性に優れた鉄系金属から形成されて
おり、具体的にはボール１９は高炭素クロム軸受鋼で形
成され、金属製平板２０は工具鋼で形成されている。

【００１８】このボール１９および金属製平板２０によ
り、ロータ出力軸１７に加わる側板部１０ａ側へのスラ
スト荷重を受ける軸受機構を構成しており、この軸受機
構は前記メタル軸受１８の内周側に配設されている。ロ
ータ出力軸１７の軸方向中間部位と、樹脂製カバー１５
に一体成形された円筒状部１５ａとの間に、円筒状のメ
タル軸受２１が配設されており、このメタル軸受２１に
よりロータ出力軸１７の中間部位を回転自在に支持して
いる。

【００１９】ロータ出力軸１７の他端部側には雄ねじ部
１７ａが形成されており、この雄ねじ部１７ａは、樹脂
にて略円筒状（図２参照）に成形されたカラム２２の雌
ねじ部２２ａに噛み合っている。カラム２２の雌ねじ部
２２ａの外周側は、非円形形状の断面形状、図２の例で
は円筒外周面に４本の軸方向突部２２ｂを有する筒状部
２２ｃを形成している。

【００２０】この非円形形状の筒状部２２ｃに対応し
て、樹脂製カバー１５に一体成形された筒状部１５ｂ
は、非円形形状の断面形状（本例では円形内周面に前記
４本の軸方向突部２２ｂが嵌合する軸方向凹部１５ｃを
有する形状）に形成されており、この筒状部１５ｂにカ
ラム２２の筒状部２２ｃが回転方向の運動を規制されな
がら軸方向には摺動可能に嵌合している。

【００２１】この２つの非円形形状の筒状部１５ｂ、２
２ｃの嵌合により、カラム２２の回転運動が阻止される
ので、ロータ出力軸１７とカラム２２とのねじ噛み合い
構造により、カラム２２は軸方向への直線運動のみを行
う。従って、上記ねじ噛み合い構造によりロータ１６の
回転運動を直線運動に変換する機構が構成されることに
なる。

【００２２】２３はアルミニュウム等の金属製の弁ハウ
ジングで、排気ガスの入口２４と出口２５を有し、この
出口２５の直ぐ上流に弁座２６が形成されている。この
弁座２６に対して金属製の弁体２７は排気ガス流れの下
流側に配設されている。この弁体２７は金属製の弁体軸
２８の一端部に一体結合されており、この弁体軸２８の
他端部はカップ状の金属製リテーナ２９の底壁面２９ｂ
の中心部に一体結合されている。また、弁体軸２８は、
樹脂製カバー１５に固定された金属製ストッパプレート
３０の中心穴３０ａに対しては遊嵌合している。

【００２３】前記カップ状のリテーナ２９のフランジ部
２９ａとストッパプレート３０との間にはコイルスプリ
ング３１が圧縮して組付られている。従って、このコイ
ルスプリング３１の力は弁体軸２８に対して閉弁方向
（図１の左方向）の力として作用することになる。換言
すると、コイルスプリング３１のスプリング力の作用方
向は、弁体２７、弁体軸２８、さらにリテーナ２９およ
びカラム２２を介して、ロータ出力軸１７をモータケー
ス１０の側板部１０ａ側へ押圧するように設定されてい
る。

【００２４】カラム２２には、その先端部の対称位置に
突出片２２ｄが一体成形されており、この突出片２２ｄ
はカップ状のリテーナ２９の底壁面２９ｂに開けられた
穴２９ｃに緩い嵌合でもって、この穴２９ｃを貫通して
いる。カラム２２はその突出片２９ｄの先端がストッパ
プレート３０に当接することにより、最大前進位置（弁
体２７の全開位置）が規制される。

【００２５】次に、上記構成において本実施例の作動を
説明する。励磁コイル１２ａ、１２ｂへの通電を制御す
ることにより、ステータコア１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、
１１ｄの内周部の磁極歯の磁化が制御され、ロータ１６
およびロータ出力軸１７の回転量および回転方向が制御
される。このロータ出力軸１７が回転すると、雄ねじ部
１７ａと雌ねじ部２２ａとの噛み合いによりカラム２２
が軸方向への直線運動を行う。

【００２６】カラム２２が図１右方向へ前進するとき
は、コイルスプリング３１を圧縮しながらリテーナ２
９、弁体軸２８を介して弁体２７を図１右方向に変位さ
せて、弁体２７を開弁方向へ移動させる。一方、カラム
２２が図１左方向へ後退するときは、コイルスプリング
３１のスプリング力によりリテーナ２９、弁体軸２８を
介して弁体２７を図１左方向に変位させて、弁体２７を
閉弁方向へ移動させる。

【００２７】弁体２７が弁座２６に当接（着座）すると
きにも、カラム２２の変位が直接弁体軸２８に伝達され
ずに、カラム２２に対して軸方向に移動可能なリテーナ
２９およびスプリング３１を介して弁体軸２８に伝達さ
れるので、弁体２７が衝撃的に当接することがない。す
なわち、カラム２２、リテーナ２９、スプリング３１お
よびストッパープレート３０により、弁体２７が弁座３
１に衝撃的に着座するのを防止する緩衝機構を構成して
いる。

【００２８】以上のように、ロータ出力軸１７の回転量
および回転方向を制御することにより、弁体２７の開閉
が制御されて、自動車エンジンへの排気ガス再循環量が
調整される。ところで、コイルスプリング３１のスプリ
ング力によりロータ出力軸１７には、モータケース１０
の側板部１０ａ方向への押圧力が作用することになる
が、このスプリング押圧力に起因するスラスト荷重はボ
ール１９と金属製平板２０とにより受け止めることがで
きる。

【００２９】このとき、ボール１９は、ロータ出力軸１
７の一端部の中心部に配設されて、金属製平板２０とこ
ろがり接触にて当接しているので、その摺動半径は殆ど
零である。従って、従来のロータ側端部をボールベアリ
ングにて支持して、スラスト荷重を受け止める構造（摺
動半径がロータの外径と同一大きさとなる）に比して、
スラスト荷重軸受部における摺動摩擦損失を大幅に低減
できる。

【００３０】なお、上記実施例では、ロータ出力軸１７
のラジアル軸受として２個のメタル軸受１８、２１を配
設しているが、カラム２２とハウジング１５の筒状部１
５ｂ、２２ｃの嵌合部の寸法精度を高めて、この両筒状
部１５ｂ、２２ｃの嵌合隙間を十分小さな値に設定すれ
ば、この嵌合構造にてメタル軸受２１の役割を果たすこ
とができるので、メタル軸受２１を廃止することも可能
である。

【００３１】また、上記実施例では、ステッピングモー
タＭにより流量制御弁Ｖの弁体２７を開閉駆動する場合
について述べたが、本発明は弁体駆動以外の他の用途の
駆動装置にも適用できることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１の一部の分解斜視図である。

【符号の説明】

１０……モータケース、１０ａ……側板部、１０ｂ……
円筒状部、１０ｃ……円形凹部、１４……ステータ、１
５……カバー、１６……ロータ、１７……ロータ出力
軸、１８、２１……メタル軸受、１９……ボール、２０
……金属製平板、２７……弁体（被駆動対象物）、２８
……弁体軸（被駆動軸）、３１……スプリング。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状の側板部を有する円筒状のモータ
   ケースと、 このモータケース内に配設され、磁界を発生する環状の
   ステータと、 この環状ステータの内周側に小空隙を介して回転自在に
   配設され、前記磁界を受けて回転するロータと、 このロータと一体に回転するとともに、その一端が前記
   モータケースの前記側板部に対向するロータ出力軸と、 このロータ出力軸の他端側に、回転運動を直線運動に変
   換する機構を介して結合され、直線運動をする被駆動軸
   と、 この被駆動軸に結合され、この被駆動軸の直線運動によ
   り作動する被駆動対象物と、 前記被駆動対象物を前記モータケースの前記側板部側へ
   付勢するスプリングとを備え、 前記ロータ出力軸の一端部と前記モータケースの前記側
   板部との間に、前記スプリングのスプリング力によるス
   ラスト荷重を受ける軸受機構が配設されていることを特
   徴とするステッピングモータを用いた駆動装置。
2. 【請求項２】 前記軸受機構は、前記ロータ出力軸の一
   端部と前記モータケースの前記側板部との間に回転可能
   に保持されたボールとこのボールが当接する金属製平板
   とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載
   のステッピングモータを用いた駆動装置。
3. 【請求項３】 前記軸受機構は、前記モータケースの前
   記側板部の中心部に形成された円形凹部内に収納されて
   いることを特徴とする請求項１または２に記載のステッ
   ピングモータを用いた駆動装置。
4. 【請求項４】 前記被駆動対象物は、流体通路内に設置
   され、流体流量を制御する弁体であり、前記スプリング
   はこの弁体を閉弁方向に付勢するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記
   載のステッピングモータを用いた駆動装置。
5. 【請求項５】 前記ロータ出力軸の半径方向への荷重を
   受けるラジアル軸受が円筒状メタル軸受で構成されてい
   ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに
   記載のステッピングモータを用いた駆動装置。