JPH08266034A - 直動形ステッピングモーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、ホームポジション設定の位置決めを
正確にできるようにした直動形ステッピングモーターの
提供を目的とする。 【構成】本体ケース４に回転自在に設けらた回転子２０
の中心部に一端側を開口し他端側に底部２５（当接部）
を有し内周面にねじ２３ａが形成された軸孔２３を設
け、この軸孔２３内を軸方向に移動可能とするように一
端側に前記ねじ２３ａと螺合する雄ねじ３１（ねじ軸
部）を有する出力軸３０を設け、この雄ねじ３１の終端
部３１ａ（被当接部）を前記底部２５に当接させるよう
し、前記３１ａ（被当接部）が前記底部２５に当接した
状態をホームポジションとするようにした直動形ステッ
ピングモーター。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車のエン
ジンのアイドリング回転数をコントロールするための空
気量を調節する調節弁の駆動用として、また、エンジン
の排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減するための
排気ガス再燃焼システムにおける排気通路から吸気通路
への再循環通路に、この再循環通路に流す排気ガスの流
量をコントロールする制御弁の駆動用等として用いられ
る直動形ステッピングモーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述のような用途として用いられる従来
の直動形ステッピングモーターの構造を図５を参照して
説明する。図に示すように直動形ステッピングモーター
（以下単にモーターという）１００は、構成樹脂からな
り固定子１１０を一体成型により収納した主ケース１０
２と軸受１０４を取着した副ケース１０３とから構成さ
れる本体ケース１０１、前記固定子１１０の内側に回転
自在に設けられた回転子１２０、この回転子１２０の回
転に伴って軸方向に摺動自在に設けられた出力軸１３０
から構成されている。

【０００３】そして、前記固定子１１０は、一対のヨー
ク１１１と１１２およびこの各ヨーク内に収納された巻
枠１１３、１１４に巻回された界磁コイル１１３ａ、１
１４ａとからなっており、この界磁コイル１１３ａ、１
１４ａには図示しないが接続端子が接続され、この接続
端子を介して制御信号つまり制御電流が供給されるよう
になっている。なお、前記ヨーク１１１と１１２とは溶
接により固着されている。また、前記一対のヨーク１１
１および１１２にはそれぞれ溶接等により取付部材１１
５および１１６が固着され、この取付部材１１５および
１１６にはそれぞれ後述のボールベアリングが圧入され
る圧入部１１５ａおよび１１６ａが設けられている。そ
して、界磁コイル１１３ａ、１１４ａを巻回した巻枠１
１３、１１４を収納し互いに固着された前記一対のヨー
ク１１１、１１２およびこれらヨーク１１１、１１２に
一体に固着された取付部材１１５および１１６を合成樹
脂からなる主ケース１０２に一体成型して、この主ケー
ス１０２内に一対のヨーク１１１、１１２および取付部
材１１５、１１６を収納している。

【０００４】つぎに、前記回転子１２０は、合成樹脂か
らなる芯体１２１とこの芯体１２１の外周にこの芯体１
２１と一体成型により取り付けられた円筒状の永久磁石
１２２とから構成されている。そして、この芯体１２１
の中心部には内周面に雌ねじ１２３ａを形成した貫通孔
１２３が設けられ、また、この芯体１２１の両端部には
内径を前記貫通孔１２３の外径より径大とした環状壁１
２４ａおよび１２４ｂが形成され、この環状壁１２４
ａ、１２４ｂのそれぞれの外周壁は圧入軸１２４ｃおよ
び１２４ｄとなっている。そして、環状壁１２４ｂの内
側に位置した前記貫通孔１２３の端縁部はストッパー１
２５となっている。そして、前記回転子１２０の前記圧
入軸１２４ｃおよび１２４ｄに、それぞれボールベアリ
ング１２６ａおよび１２６ｂの内輪を圧入して取り付
け、この圧入軸１２４ｃおよび１２４ｄに取り付けたボ
ールベアリング１２６ａ、１２６ｂの外輪を前記取付部
材１１５および１１６のそれぞれの圧入部１１５ａおよ
び１１６ａに圧入することにより、回転子１２０は前記
主ケース１０２内に回転自在に取り付けられる。

【０００５】つぎに、副ケース１０３は中央部に軸受嵌
合孔１０５ａを有する筒状の軸受嵌合部１０５を有する
とともに外周部に環状鍔部１０６を有している。そし
て、前記軸受嵌合孔１０５ａには、中央部にＤ字状に形
成された軸孔１０４ａが形成された摺動軸受１０４が圧
入して固着されている。なお、軸受嵌合部１０５の外周
部には後述するコイルばねが嵌合されるようになってい
る。そして、この副ケース１０３は前記環状鍔部１０６
を前記主ケース１０２に接着等により固着して取り付け
られている。また、前記軸孔１０４ａの軸心は前記回転
子１２０の芯体１２１に形成した貫通孔１２３の軸心と
一致している。

【０００６】つぎに、出力軸１３０は、一端側には前記
回転子１２０の芯体１２１に設けられた雌ねじ１２３ａ
に螺合する雄ねじ１３１が形成され、また、他端側には
前記軸受１０４の軸孔１０４ａと同形状の断面Ｄ字状に
形成されるとともにこの軸孔１０４ａ内を摺動できる摺
動軸部１３３が形成されている。また、摺動軸部１３３
の先端部には取付用ねじ１３４が形成されている。ま
た、この出力軸１３０にはそのに軸心と直交する方向に
設けた挿入孔１３５が設けられ、この挿入孔１３５には
前記回転子１２０の芯体１２１のストッパー１２５に当
接して、出力軸１３０の移動を阻止する阻止ピン１３６
が圧入して取り付けられている。

【０００７】そして、前記取付用ねじ１３４にはバルブ
ヘッドつまり弁体１４０が取り付けられており、この弁
体１４０は図示しない排気ガス等の流路口の開口量を調
節するものである。なお、前記弁体１４０と前記副ケー
ス１０３との間には前記軸受嵌合部１０５の外周部に一
端側を嵌め込まれ常時弁体１４０を副ケース１０３から
離反する方向に付勢するコイルばね１４１が設けられて
いる。

【０００８】そして、前記界磁コイル１１３ａ、１１４
ａに制御電流が供給されるとこの供給電流の供給のされ
方つまり回転界磁の発生の方向の変化に応じて、前記回
転子１２０はその回転方向を変えながら回転する。この
回転子１２０の回転に伴って前記出力軸１３０は、前記
摺動軸受１０４の軸孔１０４ａ内を閉弁方向つまり矢印
Ａ方向と開弁方向つまり矢印Ｂ方向に摺動し、前記図示
しない排気ガス等の流路口の開口量が調節つまり制御さ
れるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種モー
ターはいわゆるオープンループ制御方式によって制御さ
れる場合が多く、このようなオープンループ制御のもと
では上記の従来のものは前記阻止ピン１３６が前記回転
子１２０のストッパー１２５に当接した状態を基準位置
つまりホームポジションとして設定して制御するように
している。したがって、出力軸１３０を所定の摺動量つ
まり移動量だけ移動させる場合は、前記阻止ピン１３６
が前記回転子１２０のストッパー１２５に当接した状態
をホームポジションとして、このホームポジションを基
準として所定の移動量に相当するステップ数だけ前記回
転子１２０を回転させるように制御して行うものであ
る。一方前記阻止ピン１３６と出力軸１３０の制御対象
に対する基準位置、すなわち前記流路口の開口量を制御
するための基準位置またはこの出力軸１３０に取り付け
た弁体１３７の基準位置との寸法が定められていること
から、ホームポジションが決定される前記阻止ピン１３
６を取り付ける挿入孔１３５の位置は正確に定められな
ければならないため、この挿入孔１３５の形成つまり孔
開加工は精密加工を必要とするため生産性が悪く、ま
た、寸法精度を要することからいわゆる歩留まりが悪く
なり、また、出力軸１３０の加工工程とは別に阻止ピン
１３６の加工およびこの阻止ピン１３６を出力軸１３０
の挿入孔１３５に圧入する圧入工程を要することにな
り、結果としてコストアップを招くという問題あった。
また、出力軸１３０と阻止ピン１３６とは別部品で構成
されることから、両者の寸法誤差に起因して寸法誤差が
生じるという問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記従来の
問題を解決するものであり、本体ケースに取り付けられ
界磁コイルが装着された固定子と、前記本体ケースに軸
受を介して回転自在に設けられ中心部に一端側を開口し
他端側に当接部を有し内周面にねじ部が形成された軸孔
を設けるとともに外周部に永久磁石を有し前記固定子の
内周面と所定間隙を介して設け設けられ回転子と、非円
形の軸受孔を有しこの軸孔の軸心を前記回転子の軸孔の
軸心と一致させて前記本体ケースに取り付けられた摺動
軸受と、一端側に前記回転子に設けたねじ部と螺合する
ねじ軸部を設け他端側にその断面形状を前記軸受の軸孔
形状と略同形状としこの軸孔を摺動する摺動軸部を設け
るとともに前記ねじ軸部の終端部近傍に前記当接部に当
接する被当接部を設けた出力軸とを備えた直動形ステッ
ピングモーターとしたものである。

【００１１】

【作用】この発明は上記のように、回転子に形成した軸
孔の他端側に当接部を設け、この当接部に当接する被当
接部を出力軸の他端側に設けたねじ部の終端部近傍に設
ける構成としたので、被当接部およびこの被当接部を基
準として出力軸の一端側に設けられる制御対象に対応す
る基準位置とを精密加工を要するなく容易に形成でき
る。

【００１２】

【実施例】つぎに、この発明の実施例を図１ないし図３
に基づいて説明する。

【００１３】図１に示すように直動形ステッピングモー
ター（以下単にモーターという）１は、例えばポリブチ
レンテレフタレートあるいはポリエチレンテレフタレー
ト等の合成樹脂からなる主ケース２と鉄板等の金属から
なる副ケース３とから構成される本体ケース４、前記主
ケース２内に一体成型により収納して取り付けられた固
定子１０、この固定子１０の内側に回転自在に設けられ
た回転子２０、この回転子２０の回転動作に応じて軸方
向に摺動自在に設けられた出力軸３０から構成されてい
る。

【００１４】そして、前記固定子１０は、一対のヨーク
１１と１２とこの各ヨーク内に収納された巻枠１３、１
４に巻回された界磁コイル１３ａ、１４ａとからなって
おり、この界磁コイル１３ａ、１４ａには接続端子１７
ａ、１７ｂが接続くされ、この接続端子１７ａ、１７ｂ
を介して制御信号つまり制御電流が供給されるようにな
っている。なお、前記ヨーク１１と１２とは図３に示す
ように外周部を溶接Ｓにより一体的に固着されている。
また、前記一対のヨーク１１および１２にはそれぞれ取
付部材１５および１６が両者の接合面を図示しないがス
ポット溶接により固着され、この取付部材１５およ１６
にはそれぞれ後述のボールベアリングが圧入される圧入
部１５ａおよび１６ａが設けられている。そして、界磁
コイル１３ａ、１４ａを巻回した巻枠１３、１４を収納
し状態で互いに固着された前記一対のヨーク１１、１２
およびこれらヨーク１１および１２に固着された取付部
材１５および１６を合成樹脂からなる主ケース２に一体
成型して、主ケース２内に一対のヨーク１１、１２およ
び取付部材１５、１６収納して取り付ける。

【００１５】上記固定子１０のより具体的な構成および
組み立てを図２および図３に基づいて説明する。まず、
一対のヨーク１１および１２の構成について説明する。
前記ヨーク１１は、図２に示すように環状壁１１ａとこ
の環状壁１１ａの内側に互いに所定間隔をおいて環状壁
１１ａと平行となるように折曲して形成された複数の磁
極１１ｂとによって、一側つまり図において上側を開口
した環状溝１１ｃが形成されたフレームつまり環状ヨー
ク１１ｄと、この環状ヨーク１１ｄの前記環状溝１１ｃ
の開口を閉蓋するように取着されるとともに互いに所定
間隔離間して形成され、前記磁極１１ｂと互いに組合わ
される磁極１１ｅが形成された板状ヨーク１１ｆから構
成されてる。なお、前記環状ヨーク１１ｄの下面には前
記取付部材１５がスポット溶接によって固着さていれ
る。また、前記界磁コイル１３ａはコイル巻線を所定の
巻数だけ巻枠１３に巻回し、その端部を接続端子１７ａ
に接続した後合成樹脂１３ｂによって被覆して形成され
ている。このヨーク１１の組立は前記環状ヨーク１１ｄ
の環状溝１１ｃ内に前記合成樹脂で被覆した界磁コイル
１３ａを収納し、ついで板状ヨーク１１ｆを前記開口を
閉蓋するように取り付けた後、開口縁を内側に突き出し
てカシメて固定する。なお、前記ヨーク１２もヨーク１
１と同様の構成であるのでヨーク１１との構成に相当す
る部分にそれぞれ相当する符号を付すのみとしてその説
明は省略する。

【００１６】そして、上記のように巻枠１３、１４を収
納して組み立てられたそれぞれのヨーク１１および１２
は図３に示すように互いに板状ヨーク１１ｆと１２ｆと
を合わせて接合し、両環状ヨーク１１および１２の環状
溝１１ｃおよび１２ｃの開口縁の外周部を上述したよう
に溶接Ｓして固着して一体化され、固定子１０は組み立
られる。そして、このようにして組み立てられた固定子
１０の周囲を図３に二点鎖線で示すように前記主ケース
２を形成するように合成樹脂で一体成型して被覆するも
のである。また、主ケース２には、コネクター部１８が
一体に形成され、このコネクター部１８内に前記接続端
子１７ａ、１７ｂが配設されている。また、この主ケー
ス２の図１において左側側縁には取付孔２ａを有する取
付用ボス２ｂが複数個（図１においては１個のみ図示）
設けられ、また、左側側壁２ｃには環状凹部２ｄが形成
されている。

【００１７】つぎに、前記回転子２０は、合成樹脂から
なる芯体２１とこの芯体２１の外周にこの芯体２１と一
体成型により取り付けられた円筒状の永久磁石２２とか
ら構成されている。そして、この芯体２１の中心部には
一端側を開口し、内周面にねじ部としての雌ねじ２３ａ
を形成した軸穴２３が設けられ、また、この軸穴２３の
他端部つまり軸穴２３の底部２５は当接部を構成してい
る。また、この芯体２１の一端側つまり軸穴２３の開口
側にはこの軸穴２３よりも径大とした環状壁２４ｃが形
成され、この環状壁２４ｃの外周部は圧入軸２４ｂとな
っている。また、他端側つまり軸穴２３の底部側には外
方に突出させて圧入軸２４ａが一体的に形成されてい
る。

【００１８】そして、前記回転子２０の前記圧入軸２４
ａおよび２４ｂに、それぞれ軸受としのボールベアリン
グ２６ａおよび２６ｂの内輪を圧入して取り付け、この
圧入軸２４ａおよび２４ｂに取り付けたボールベアリン
グ２６ａ、２６ｂの外輪を前記取付部材１５および１６
の圧入部１５ａおよび１６ａにそれぞれ圧入することに
より、回転子２０は前記主ケース２内に回転自在に取り
付けられている。

【００１９】つぎに、副ケース３は鉄板等の金属からな
り一方側を開口し底部に軸受嵌合部３ａが設けられた有
底筒状に形成され、前記開口の口縁に前記主ケース２に
設けた環状凹部２ｄに嵌合する環状鍔３ｂが設けられて
いる。そして、前記軸受嵌合部３ａにはＤ字状に形成さ
れた摺動軸孔５ａが形成された軸受５が取り付けられて
いる。なお、前記副ケース３が主ケース２に取り付けら
れた状態では前記軸孔５ａの軸心は前記回転子２０の芯
体２１に形成したねじ穴２３の軸心と一致している。

【００２０】つぎに、出力軸３０は、一端側には前記回
転子２０の芯体２１に設けられた雌ねじ２３ａに螺合す
るねじ軸部としての雄ねじ３１が形成され、また、他端
側には前記摺動軸受５のＤ字状の軸孔５ａと同一形状と
した断面Ｄ字状に形成されるとともにこの軸孔５ａ内を
摺動できる摺動軸部３３が形成されている。そして、前
記雄ねじ３１が形成された出力軸３０の端面３１ａは前
記軸穴２３に形成した当接部としての底部２５に当接す
る被当接部を構成している。また、摺動軸部３３の先端
部には取付用ねじ３４が形成されている。

【００２１】つぎに、モーター１の組立について説明す
る。まず、固定子１０が一体成型により収納して取り付
けられた主ケース２、圧入軸２４ａおよび２４ｂにそれ
ぞれボールベアリング２６ａおよび２６ｂが圧入された
回転子２０、出力軸３０および摺動軸受５が取り付けら
れた副ケース３を準備する。そして、前記前記回転子２
０に取り付けられたボールベアリング２６ａおよび２６
ｂを固定子１０に固着された取付部材１５および１６の
圧入部１５ａおよび１６ａに圧入することにより、回転
子２０は固定子１０に対して所定の位置に位置決めされ
るとともに回転自在に取り付けられる。つぎに、前記出
力軸３０の雄ねじ３１を前記回転子２０の雌ねじ２３ａ
に螺合して取り付ける。ついで出力軸３０の摺動軸部３
３を摺動軸受５の軸孔５ａに挿入して前記副ケース３の
前記環状鍔部３ｂを前記主ケース２の環状凹部２ｄに嵌
合した後、超音波溶着あるいは接着剤等により接着して
副ケース３を主ケース２に固着することによりモーター
は組み立てられる。

【００２２】そして、このモーター１を前述した従来の
ものと同様に、例えば自動車のエンジンのアイドリング
回転数をコントロールするための空気量を調節する調節
弁の駆動用として、また、エンジンの排気ガスに含まれ
ている窒素酸化物を低減するための排気ガス再燃焼シス
テムにおける排気通路から吸気通路への再循環通路にこ
の再循環通路に流す排気ガスの流量をコントロールする
制御弁の駆動用として用いる場合は、上記のようにし
て、組み立てられたモーターの前記出力軸３０の先端部
の取付用ねじ３４に弁体４０をこの弁体４０を常時モー
ター１から離反する方向に付勢するコイルばね４１を介
在させて取り付ける。そして、この弁体４０が燃焼用空
気または排気ガス等の流路口の開口量を調節可能つまり
制御可能に対応位置させて前記取付ボス２ｂの取付用孔
２ａを介して図示しないエンジンの所定の場所に取り付
ける。

【００２３】そして、前記固定子１０の界磁コイル１３
ａ、１４ａに前記流路口を流れる空気あるいは還流させ
る排気ガスを所定流量とするように開口量を制御する制
御電流が供給されると、この供給電流の供給のされ方つ
まり回転界磁の発生の方向の変化に応じて、前記回転子
２０はその回転方向を変えながら回転する。この回転子
２０の回転に伴って前記出力軸３０は、前記摺動軸受５
の軸孔５ａ内を閉弁方向つまり図１において矢印Ａ方向
と開弁方向つまり矢印Ｂ方向に摺動し、前記流路口の開
口量が調節つまり制御されるものである。

【００２４】そして、上記のように構成したモーター１
は、前記軸穴２３の底部２５つまり当接部は成型時に型
により正確に形成され、また、この当接部と当接する被
当接部つまり出力軸３０の端面を基準として前記出力軸
３０の制御対象である流路口と対応する基準位置例えば
段部を形成するように加工するだけでよく、従来のよう
に孔開加工を要しないことから精度よくしかも容易に加
工できるものである。また、出力軸３０と別部品の阻止
ピンを用いることなく出力軸３０のみの単一部品に被当
接部を形成できることから、二つの部品から生じる寸法
誤差の発生を防止できる。したがって、従来のように生
産性が悪いという問題、また、歩留まりが悪いという問
題を解消できるとともに、低コスト化を図ることができ
るものである。

【００２５】なお、上記実施例では、回転子２０の芯体
に形成した軸穴２３の底部２５を当接部とし、出力軸３
０の一端側の端面３１ａを被当接部とする構成とした
が、これは図４に示すように軸孔２３の底部側に段部５
５を形成して当接部とし、出力軸３０のこの段部５５と
当接する段部５６を形成して被当接部とする構成として
もよい。このように構成した場合においても出力軸３０
に孔開加工を形成することなく、したがって、上記実施
例と同様に従来の問題を解決できるものである。なお、
前記軸受５の軸孔５ａは上記実施例のようにＤ字状に限
定されるものではなく、出力軸３０が回り止めされつつ
軸方向に移動可能とする形状であればその形状どのよう
なものであってもよく、つまり非円形状であればよい
い。

【００２６】また、上記実施例ではモーター１を自動車
のエンジンのアイドリング回転数のコントロール、排気
ガス再燃焼システムに用いる場合について説明したが、
モーター１の用途はこれに限定さけるものでないことは
いうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】上記のように構成したこの発明は、回転
子に形成した軸孔の他端側に当接部を設け、この当接部
に当接する被当接部を出力軸の他端側に設けたねじ軸部
の終端部近傍に設ける構成として、従来のような出力軸
への孔開加工を不要とし、孔開加工のための精密加工を
不要としたので、被当接部およびこの被当接部を基準と
して出力軸の一端側に設けられる制御対象に対応する基
準位置とを正確かつ容易に加工でき、ホームポジション
の設定が正確にできるという効果を奏することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の直動形ステッピングモーター
の断面図。

【図２】上記実施例の固定子の分解図。

【図３】上記実施例の固定子の組立図。

【図４】上記実施例の回転子に設けた当接部と出力軸の
被当接部の他の実施例を示す断面図。

【図５】従来の直動形ステッピングモーターの断面図。

【符号の説明】

１ 直動形ステッピングモータステーター ５ 摺動軸受 １０ 固定子 １３ａ 界磁コイル １４ａ 界磁コイル ２０ 回転子 ２２ 永久磁石 ２３ 軸孔 ２３ａ 雌ねじ（ねじ部） ２５ 底部（当接部） ３０ 出力軸 ３１ 出力軸の雄ねじ（ねじ軸部） ３１ａ 端面（被当接部） ３３ 出力軸の摺動軸部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体ケースに取り付けられ界磁コイルが装
   着された固定子と、前記本体ケースに軸受を介して回転
   自在に設けられ中心部に一端側を開口し他端側に当接部
   を有し内周面にねじ部が形成された軸孔を設けるととも
   に外周部に永久磁石を有し前記固定子の内周面と所定間
   隙を介して設け設けられ回転子と、非円形の軸受孔を有
   しこの軸孔の軸心を前記回転子の軸孔の軸心と一致させ
   て前記本体ケースに取り付けられた摺動軸受と、一端側
   に前記回転子に設けたねじ部と螺合するねじ軸部を設け
   他端側にその断面形状を前記軸受の軸孔形状と略同形状
   としこの軸孔を摺動する摺動軸部を設けるとともに前記
   ねじ軸部の終端部近傍に前記当接部に当接する被当接部
   を設けた出力軸とを備えたことを特徴とする直動形ステ
   ッピングモーター。