JPH10131967A - 軸受けおよびモータ - Google Patents

軸受けおよびモータ

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JPH10131967A
JPH10131967A JP8284481A JP28448196A JPH10131967A JP H10131967 A JPH10131967 A JP H10131967A JP 8284481 A JP8284481 A JP 8284481A JP 28448196 A JP28448196 A JP 28448196A JP H10131967 A JPH10131967 A JP H10131967A
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bearing
rotating shaft
rotor
lubricating oil
shaft
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JP8284481A
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Yasuhiro Taguchi
康弘 田口
Eiichi Miyashita
栄一 宮下
Tadashi Komatsu
忠 小松
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】回転軸の摩擦抵抗を増大させることなく、潤滑
油の消耗を抑制することができ、これにより軸受けの耐
久性を向上することが可能な軸受けおよびこのような軸
受けを有するモータを提供する。 【解決手段】ステッピングモータは、主に、固定子と、
回転子と、底板と、取付板と、一対の軸受けと、ホルダ
ーと、回転子の回転軸に設置されたリードスクリューと
で構成されている。軸受け9aは、焼結体で構成され、
潤滑油を含浸させて使用される滑り軸受けであり、回転
子の回転軸を支持する内周面911を備えた軸支持部9
1と、軸受け9aをホルダーの支持部に固定する軸受け
固定部92とを有している。内周面911の径は、軸方
向に沿ってほぼ一定であり、かつ軸受け9aの内径の中
で最小の大きさになっている。軸受け固定部92は、テ
ーパ面931が内周側に形成されているテーパ部分93
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸受けおよびそれ
を備えるモータに関し、特に、DVD等の記憶媒体のピ
ックアップレンズの駆動や、カメラやビデオカメラ等の
光学機器におけるフォーカシングやズーミングのための
レンズ駆動等に用いられるステッピングモータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】カメラやビデオカメラ用ステッピングモ
ータを例にとって述べると、フォーカシングやズーミン
グのためのレンズ駆動には、その回転軸にリードスクリ
ューが設置された小型のステッピングモータが用いられ
ている。この種のステッピングモータには、その用途に
関連した理由から、低消費電力、高寿命、低騒音、低振
動であること等の特性や、優れた応答性、自起動特性等
が要求される。
【0003】図8は、従来のステッピングモータの軸受
けを示す断面図、図9は、図8に示す軸受けの拡大図で
ある。なお、以下の説明では、図8および図9中の右側
を「先端」、左側を「基端」と言う。
【0004】これらの図に示す従来の軸受け100は、
焼結体で構成され、潤滑油を含浸(吸蔵)させて使用さ
れる滑り軸受け(焼結含油軸受け)である。
【0005】軸受け100は、ステッピングモータの回
転軸200を支持する回転軸支持部101を有してい
る。
【0006】この回転軸支持部101の先端側には、回
転軸支持部101の内径L14よりも内径が拡径した拡径
部102が形成されており、この拡径部102により、
回転軸200と、拡径部102の内面との接触が防止さ
れる。拡径部102の内径L15は、その先端から基端ま
で一定の大きさになっている。
【0007】ステッピングモータの駆動時は、軸受け1
00に含浸されている潤滑油が、回転軸200の回転に
基づくポンプ作用によって、回転軸支持部101から吸
い出され、また、摩擦熱に基づく潤滑油の粘度の低下
や、熱膨張のために、回転軸支持部101からにじみ出
る。これにより、油膜が、軸受摺動面(軸受け100と
回転軸200との接合面)、すなわち回転軸支持部10
1の内面に形成され、この油膜により、回転軸支持部1
01と、回転軸200との摩擦が低減され、回転軸20
0が円滑に回転する。
【0008】しかしながら、従来の軸受け100の拡径
部102は、軸受製造時における金型の加工し易さによ
り本形状が一般的になっているが、ステッピングモータ
の駆動時に、潤滑油が、回転軸支持部101の先端部か
ら拡径部102の方向へ過剰に流出し、これにより潤滑
油が消耗し、軸受け100の寿命が低下してしまうとい
う問題がある。
【0009】例えば、軸受け100中の含油量が不足す
ると十分な油膜を形成することが困難となり、これによ
り摩擦熱が増大し、温度が上昇して焼き付きが生じる。
また、摩擦により、軸受け100や回転軸200が削
れ、その摩耗粉が詰まり、モータが回転しなくなること
がある。
【0010】また、摩擦熱により、潤滑油の温度が上昇
し、潤滑油が酸化(劣化)する。これにより、摩擦が増
大し、軸受け100や回転軸200が削れ、その摩耗粉
が詰まり、モータが回転しなくなることがある。
【0011】従来では、前述した潤滑油の消耗を抑制
し、軸受け100の耐久性を向上するために、回転軸支
持部101の内径L14や、回転軸支持部101(摺動部
分)の長さL12を大きくすること、すなわち、軸受け1
00と回転軸200との接合面積を大きくし、これによ
り回転軸支持部101の面圧を低下させ、潤滑油の流出
量を減少させることが提案されている。
【0012】しかしなから、前記接合面積を増大させる
と、軸受け100と、回転軸200との摩擦による負荷
が増加し、これにより、モータの応答性、自起動特性が
劣化するという問題がある。
【0013】特に、前述した用途のモータは、低トルク
であるため、このような摩擦力の増大は避けなければな
らない。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、回転
軸の摩擦抵抗を増大することなく、潤滑油の消耗を抑制
することができ、これにより軸受けの耐久性を向上する
ことが可能な軸受けおよびこのような軸受けを有するモ
ータを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(11)の本発明により達成される。
【0016】(1) 焼結体で構成され、潤滑油を含浸
させて使用される滑り軸受けであって、回転軸を支持
し、その内径が軸方向に沿って同一かつ最小の軸支持部
と、該軸支持部の一端側に軸支持部と一体的に形成さ
れ、軸受けを嵌入して固定する軸受け固定部とを有し、
前記軸受け固定部は、前記軸支持部から離間する方向に
その内径が漸増するテーパ部分を有することを特徴とす
る軸受け。
【0017】(2) 焼結体で構成され、潤滑油を含浸
させて使用される滑り軸受けであって、回転軸を支持
し、その内径が軸方向に沿って同一かつ最小の軸支持部
と、該軸支持部の一端側に軸支持部と一体的に形成さ
れ、軸受けを嵌入して固定する軸受け固定部とを有し、
前記軸受け固定部は、前記軸支持部から離間する方向に
その内径が漸増し、かつ、前記軸支持部側の端部に前記
潤滑油の油溜りを形成し得るようなテーパ角度のテーパ
部分を有することを特徴とする軸受け。
【0018】(3) 前記テーパ部分のテーパ角度θ
が、0.5〜30°である上記(1)または(2)に記
載の軸受け。
【0019】(4) 前記テーパ部分は、前記軸支持部
の一端から連続して形成されている上記(1)ないし
(3)のいずれかに記載の軸受け。
【0020】(5) 前記テーパ部分と前記軸支持部と
の間に段差が形成されている上記(1)ないし(3)の
いずれかに記載の軸受け。
【0021】(6) 前記焼結体の空孔率が、15〜2
5vol %である上記(1)ないし(5)のいずれかに記
載の軸受け。
【0022】(7) 前記回転軸に加えられるトルク
が、15gf・cm 以下である上記(1)ないし(6)のい
ずれかに記載の軸受け。
【0023】(8) 固定子と、回転子とを備え、前記
回転子の回転軸を上記(1)ないし(7)のいずれかに
記載の軸受けにより支持してなることを特徴とするモー
タ。
【0024】(9) 少なくとも1組の内ヨーク、外ヨ
ークおよびそれらの間に設置されるコイルを有する固定
子と、該固定子の内側に回転可能に挿入された回転子
と、該回転子の回転軸を支持する上記(1)ないし
(7)のいずれかに記載の軸受けとを有し、前記内ヨー
クに形成された複数の磁極と、前記外ヨークに形成され
た複数の磁極とが、前記回転子の外周面に沿って交互に
配置されていることを特徴とするモータ。
【0025】(10) 少なくとも1組の内ヨーク、外ヨ
ークおよびそれらの間に設置されるコイルを有する固定
子と、該固定子の内側に回転可能に挿入された回転子
と、該回転子の回転軸を支持する上記(1)ないし
(7)のいずれかに記載の軸受けと、前記固定子を支持
するとともに前記軸受けが嵌入される支持部材とを有
し、前記内ヨークに形成された複数の磁極と、前記外ヨ
ークに形成された複数の磁極とが、前記回転子の外周面
に沿って交互に配置されていることを特徴とするモー
タ。
【0026】(11) 前記回転子の回転軸にリードスク
リューが設置されている上記(9)または(10)に記載
のモータ。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の軸受けおよびモー
タを添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明す
る。
【0028】図1は、本発明のモータをステッピングモ
ータに適用した場合の実施例を示す平面図、図2は、図
1中のII−II線断面図、図3は、図1に示すモータの軸
受け(本発明の軸受けの実施例)を示す断面図、図4
は、図3に示す軸受けの拡大図である。なお、以下の説
明では、図1および図2中の右側を「基端」、左側を
「先端」と言い、図3および図4中の右側を「先端」、
左側を「基端」と言う。
【0029】図1および図2に示すように、本実施例の
ステッピングモータ(モータ)1は、PM型のステッピ
ングモータであり、主に、固定子2と、この固定子2の
内側に回転可能に挿入された回転子6と、固定子2の基
端に固着された底板(カバー)7と、固定子2の先端に
固着された取付板8と、軸受け9a、9bと、取付板8
に固着されたホルダー10と、回転子6の回転軸61に
設置されたリードスクリュー14とで構成されている。
なお、軸受け9aが、本発明の軸受け、すなわち、焼結
体で構成され、潤滑油を含浸(吸蔵)させて使用される
滑り軸受け(焼結含油軸受け)であるが、この軸受け9
aについては、後に詳述する。
【0030】固定子2は、1組の内ヨーク3、外ヨーク
4およびそれらの間に設置されるコイル5で構成される
単位体を2組用意し、これらを両内ヨーク3の基部31
同士が接合されるように固着してなるものである。両単
位体は、ほぼ同様の構造であるため、以下、一方(基端
側)の単位体について代表的に説明する。
【0031】外ヨーク4は、軟磁性材料で構成された有
底筒状の部材であって、底部41と、底部41より立設
された円筒状の外周部42と、底部41の中心部に形成
された開口43の縁部より外周部42と同方向に向けて
立設された複数の磁極44とで構成されている。
【0032】また、外周部42には、開口43を介して
互いに対向する位置に、切欠き45および46が形成さ
れている。切欠き45には、後述するボビン51に形成
された端子部53が挿通されて外方へ突出し、切欠き4
6には、ボビン51に形成された位置決め用突部54が
嵌合され、これらによりボビン51の外ヨーク4に対す
る位置決めがなされる。
【0033】本実施例において、磁極44の数は5つで
あり、各磁極44は、回転子6の回転中心(軸線60)
から等距離に、すなわち、同心円上に等角度間隔で配置
されている。また、各磁極44の幅は、底部41から遠
ざかる方向に向かって漸減している。
【0034】隣接する磁極44同士の間には、後述する
内ヨーク3の磁極34が非接触で挿入される。この場
合、磁極34と磁極44とは、互いに反対方向を向いて
いる。
【0035】内ヨーク3は、軟磁性材料で構成された部
材であって、円盤状(円環板状)の基部31と、基部3
1の中心部に形成された開口33の縁部より立設された
複数の磁極34とで構成されている。
【0036】基部31の外径は、外ヨーク4の外径(よ
り詳細には、外周部42の端部421付近の外径)とほ
ぼ同一である。
【0037】また、基部31の外周部には、開口33を
介して互いに対向する位置に、切欠き35および36が
形成されている。切欠き35には、ボビン51に形成さ
れた端子部53が挿通されて外方へ突出し、切欠き36
には、ボビン51に形成された位置決め用突部54が嵌
合され、これらによりボビン51の内ヨーク3に対する
位置決めがなされる。
【0038】本実施例において、磁極34の数は、前記
磁極44と同数の5つであり、各磁極34は、前記磁極
44と同様、軸線60から等距離に、すなわち、同心円
上に等角度間隔で配置されている。また、各磁極34の
幅は、基部31から遠ざかる方向に向かって漸減してい
る。
【0039】外ヨーク4と内ヨーク3とを組み合わせた
状態においては、5つの磁極44と、5つの磁極34と
が、同心円上に交互に、かつ互いに非接触で配置され、
合計10極の磁極が形成される。また、この状態では、
内ヨーク3の基部31が外周部42の端部421に当接
し、基部31の外周縁部32は、外ヨーク4の外周面付
近に露出する。
【0040】また、外ヨーク4と内ヨーク3とを組み合
わせた状態において、外周部42と各磁極34、44と
の間に形成される環状の空間には、コイル5が挿入され
る。コイル5は、合成樹脂のような絶縁性材料で構成さ
れるボビン51に巻線52を施してなるものである。ボ
ビン51に形成された端子部53は、ボビン51の構成
材料(合成樹脂)中に、一対の端子531、532を互
いに非接触で埋設してなるものである。そして、巻線5
2の両端は、端子部53の端子531、532にそれぞ
れ電気的に接続される。
【0041】ステッピングモータ1の駆動回路(図示せ
ず)により、この端子531、532を介して巻線52
にパルス信号を通電すると、コイル5が励磁され、回転
子6を回転駆動するトルクが発生する。そして、回転子
6は、入力されたパルス信号のパルス数に応じて、所定
のステップ数、すなわち所定の角度回転する。
【0042】以上のような単位体は、内ヨーク3、3’
の基部31、31’同士が接合されるように、例えば溶
接により固着される。基部31、31’同士のつき合わ
せ面39は、可能な限り隙間なく、すなわち密着して接
合されるのが好ましい。
【0043】この場合、両単位体は、一方の単位体にお
ける各磁極34、44と、他方の単位体における各磁極
34、44とが、周方向に半極分ずれるような位置関係
で固着される。このような構成により、ステッピングモ
ータ1のステップ数は、合計20ステップとなる。な
お、ステッピングモータ1の前記駆動回路により、さら
にマイクロステップ駆動を行ってもよい。
【0044】なお、本発明において、磁極数やステップ
数は、本実施例で挙げたものに限定されないことは、言
うまでもない。
【0045】回転子6は、回転軸61と、回転軸61の
外周に設置された円筒状の永久磁石62とで構成されて
いる。この場合、回転軸61と永久磁石62とは、永久
磁石62の内腔(軸孔)に回転軸61を圧入すること、
あるいは永久磁石62の内腔に回転軸61を挿入(嵌
入)し、これらを接着剤で接着すること、またはカシメ
ることにより固定されている。
【0046】永久磁石62は、ラジアル方向に多極着磁
(10極)されている。また、永久磁石62の長手方向
のほぼ中央部、すなわち内ヨーク3の基部31付近に
は、その外周に沿って溝63が形成され、永久磁石62
の外径が他所に比べ減少している。このような構成とす
ることにより、自起動電流を改善することができ、ステ
ッピングモータの諸特性の向上効果がより顕著となる。
【0047】なお、永久磁石62としては、磁気特性に
優れたものが用いられ、例えば、希土類元素と遷移金属
とを基本成分とする希土類磁石、あるいは希土類元素と
遷移金属とボロンとを基本成分とする希土類磁石が好適
に使用される。また、永久磁石62の形態(種類)は、
例えばボンド磁石、焼結磁石等、いずれのものでもよ
い。
【0048】回転子6を固定子2の内腔(内側の孔)に
挿入した状態では、永久磁石62の溝63を除く部分の
外周面に、前記各磁極34、44が非接触で対面する。
この場合、永久磁石62の外周面と各磁極34、44と
の間には、好ましくは0.05〜0.25mm程度、より
好ましくは0.10〜0.20mm程度の間隙(ギャッ
プ)15が形成される。
【0049】固定子2の基端には、固定子2の内腔を遮
蔽するように、リードスラストスプリング71を介して
底板7が固着されている。リードスラストスプリング7
1は、薄板リング状の部材の中央部に板バネ72を有
し、該板バネ72により回転軸61を先端方向に付勢
(予圧)している。
【0050】また、固定子2の先端には、取付板8が固
着され、さらにその先端には、ホルダー10がその支持
部11において固着されている。固定子2と取付板8の
固着は、例えばプラズマ溶接のような溶接によりなされ
ているのが好ましい。また、ホルダー10の支持部11
と取付板8の固着は、例えばプラズマ溶接のような溶接
かまたはねじ締めによりなされているのが好ましい。
【0051】ホルダー10は、板状の部材であって、そ
の基端側および先端側に、それぞれ、直角方向に曲げて
形成された支持部11および12を有している。支持部
11および取付板8には、それぞれ、円形開口111お
よび81が形成され、円形開口111には、軸受け9a
が圧入されている。また、支持部12には、円形開口1
21が形成され、この円形開口121には、軸受け9b
が圧入されている。
【0052】また、ホルダー10には、ホルダー10を
所定部位に取り付けるための取付孔13が形成されてい
る。
【0053】なお、前記支持部11により、固定子2を
支持するとともに軸受け9aが嵌入される支持部材が構
成される。
【0054】回転軸61は、先端方向に支持部12付近
まで延長され、軸受け9aおよび9bにより回転可能に
支持されている。この場合、回転軸61の途中の部位
が、軸受け9aにより支持され、回転軸61の先端部
が、軸受け9bにより支持されている。なお、本実施例
において、軸受け9bは、合成樹脂によりなる滑り軸受
けを用いているが、これに限定されない。
【0055】回転軸61の軸受け9a、9b間の位置に
は、リードスクリュー14が設置されている。回転子6
の回転によりリードスクリュー14が回転すると、リー
ドスクリュー14の螺子に係合する係合部を有する移動
体(図示せず)が、回転軸61の長手方向にリードスク
リュー14の回転量に応じた距離移動する。この移動体
の移動は、例えばカメラ、ビデオカメラ、コピー機等の
各種光学機器における光学系のフォーカシングやズーミ
ングのためのレンズ駆動に利用することができる。
【0056】なお、内ヨーク3および外ヨーク4は、純
鉄のような軟磁性材料の他、亜鉛メッキ鋼板、Fe−C
r合金等の金属材料で構成されたものであってもよい。
【0057】ところで、モータホールディングトルクが
30gf・cm 以下、特に、使用スピードでのプルイントル
クが5gf・cm 以下の低トルクのステッピングモータの場
合には、回転軸の摩擦抵抗(回転軸にかかる摩擦による
負荷)を小さくする必要があるが、摩擦抵抗を減少させ
るために、例えば、回転軸61と軸受け9aとの接合面
積を小さくしても、本発明では、後述するように、潤滑
油の流出による消耗を抑制することができる。
【0058】次に、軸受け9aについて説明する。
【0059】図3および図4に示す軸受け9aは、焼結
体で構成され、潤滑油を含浸(吸蔵)させて使用される
滑り軸受け(焼結含油軸受け)である。
【0060】これらの図に示すように、軸受け9aは、
回転軸61を支持する内周面911を備えた軸支持部9
1と、この軸受け9aを支持部11の円形開口111に
嵌入して固定する軸受け固定部92とを有している。
【0061】内周面911の径は、軸方向に沿ってほぼ
同一、すなわち内周面911の先端から基端まで一定で
あり、かつ、軸受け9aの内径の中で、最小の大きさに
なっている。
【0062】ここで、内周面911(軸受け9aの摺動
部分)の軸方向の長さL3 が大きい程、内周面911の
面圧が低下し、このため潤滑油の保持性が良いが、L3
が大きいと、回転軸61との摩擦抵抗が増大する。
【0063】よって、これらの事情を考慮すると、内周
面911の軸方向の長さL3 は、0.5〜1mm程度とす
るのが好ましい。
【0064】また、内周面911と回転軸61の外周面
との間隙(クリアランス)は、L3の寸法に比例して設
定されているのが好ましい。
【0065】これにより内周面911と回転軸61の摩
擦による負荷が減少するので、例えば、内周面911の
軸方向の長さL3 が比較的大きい場合でも、L3 の増加
による内周面911と回転軸61の摩擦による負荷の増
加分が吸収され、ステッピングモータ1の応答性や、自
起動特性の劣化が防止される。
【0066】軸受け固定部92は、軸支持部91の先端
側に、軸支持部91と一体的に形成されている。
【0067】この軸受け固定部92は、テーパ面931
が内周側に形成されているテーパ部分93を有してい
る。テーパ部分93の内径は、軸支持部91から離間す
る方向、すなわち先端側に向って漸増している。
【0068】また、テーパ面931は、軸支持部91の
内周面911の先端から連続して形成されている。な
お、テーパ部分93の基端の内径は、内周面911の先
端の内径と一致している。
【0069】このようなテーパ部分93を軸受け9aに
形成することにより、テーパ部分93の基端部におい
て、テーパ部分93と回転軸61との間隙が小さくな
り、モータ駆動時に、内周面911の先端からテーパ部
分93へ流出した潤滑油が、その表面張力により、前記
テーパ部分93と回転軸61との間の小さな間隙に油溜
りとして保持され、この油溜りから毛細管現象により内
周面911側に吸引・保持され、再び、内周面911内
に浸透していく。これにより、内周面911に常に十分
な油が供給され、低摩擦による円滑な回転が保障される
とともに、軸受け9aの耐久性も向上する。
【0070】テーパ部分93のテーパ角度θは、0.5
〜30°程度が好ましい。
【0071】テーパ角度θが30°を超えると、テーパ
部分93の基端部における前述した潤滑油の保持性が低
下し、また、0.5°範囲未満であると、位置決め精度
や寸法精度が低い場合に、例えば軸受け9aの圧入時、
テーパ部分93に歪みが発生し、回転軸61がテーパ部
分93に接触し、軸受け9aと回転軸61との摩擦によ
る負荷が増加し、これによりステッピングモータ1の応
答性や、自起動特性が劣化する。
【0072】また、テーパ部分93の平均内径(軸受け
固定部92の平均内径)L8 と、軸受け固定部92の外
径(軸受け9aの先端側の外径)L6 の比L8 /L6
は、0.4〜0.6程度が好ましい。
【0073】L8 /L6 を前記範囲に設定することによ
り、特に、軸受け9aを円形開口111に圧入する際、
テーパ部分93の範囲内で歪みを吸収し、内周面911
に歪みが発生するのを抑制することができる。すなわ
ち、圧入前後における内周面911の縮小率が増大する
のを抑制できる。そして、必要かつ十分な強度が得ら
れ、特に、軸受け9aを円形開口111に圧入する際、
軸受け9aの破損を防止することができる。また、円形
開口111への軸受け9aの必要かつ十分な固定力を確
保することができる。
【0074】軸受け固定部92の基端部の外周部には、
段差96が形成されている。換言すれば、軸受け9aの
先端側の外径L6 が、基端側の外径L5 より小さく設定
されている。
【0075】段差96を設けることの効果として、段差
96を軸受け9aの軸方向の向きを示す指標とすること
ができ、これにより、軸受け9aを円形開口111に圧
入する際、軸受け9aの方向を容易に判別でき、軸受け
9aを確実に適正な向きに設置することができる。
【0076】以上のような軸受け9aを構成する焼結体
(以下単に「焼結体」と言う)の組成については、特に
限定されず、目的や用途等に応じて適宜決定すればよ
い。
【0077】本発明の実施例の場合、軸受け9aは、例
えば、銅系または鉄系の金属粉末を焼結してなる焼結体
で構成することができる。その焼結体中には、固体潤滑
剤が含まれているのが好ましい。固体潤滑剤としては、
例えば、下記〜が挙げられる。
【0078】 層状組織の構造を有するものとして、
黒鉛、MoS2 、CdCl2 、金属塩化物等。
【0079】 低融点で剪断強さの小さいもとのし
て、Sn、Pb、Cd、In等の低融点金属、重金属の
酸化物(PbO等)、金属硫化物、金属リン化物の被膜
等。
【0080】 金属せっけん。
【0081】 その他、例えば、雲母、樹脂等。
【0082】なお、本発明では、前記固体潤滑剤のうち
の1種または2種以上を混合して用いることができる。
【0083】固体潤滑剤として、例えばMoS2 を用い
る場合には、焼結体中のMoS2 の含有量(原料配合
比)は、3〜7wt%程度が好ましい。
【0084】MoS2 の含有量が7wt%を超えると、軸
受け9aの密度が低下することにより圧環強度が低下
し、また、回転軸61との摺動面に析出する量が増加
し、その分が負荷となり、却って耐久性が劣化する。
【0085】焼結体には、潤滑油を含浸(吸蔵)する複
数の空孔が形成されている。これらの空孔は、潤滑油が
循環し得るように互いに連通している。
【0086】焼結体の空孔率(有効空孔率)は、15〜
25vol %程度であるのが好ましい。なお、焼結体の空
孔率は、焼結体に潤滑油を含浸させたときの含油率とほ
ぼ一致する。
【0087】焼結体の空孔率が前記範囲を超えると、軸
受け9aの肉厚が小さい場合に、強度が低下し、また、
前記範囲未満であると、含油量が少ないので、内周面9
11の面圧が高い場合に、軸受け9aの耐久性が低下す
る。
【0088】また、内周面911の空孔の大きさと、テ
ーパ部分93の空孔の大きさとがほぼ一致しているのが
好ましい。
【0089】例えば、内周面911の空孔の大きさが、
テーパ部分93の空孔の大きさより小さいと、潤滑油
が、内周面911からテーパ部分93に流出し易いが、
内周面911とテーパ部分93の空孔の平均径がほぼ一
致している場合には、潤滑油が、回転軸61の回転、摺
動により油圧変動が生じる内周面911を中心に循環す
るので、潤滑油の消耗をより一層抑制することができ
る。
【0090】なお、軸受け9aでは、製造の際、サイジ
ング(再圧縮)をほぼ全体に行うことにより、内周面9
11とテーパ部分93の空孔の大きさをほぼ一致させる
ことができる。また、圧力等のサイジングの条件を適宜
設定することにより、空孔の大きさを自由に設定するこ
とができる。
【0091】焼結体に含浸させる潤滑油は、特に限定さ
れず、目的や用途、性能等に応じて適宜決定すればよ
い。
【0092】本発明の実施例の場合、潤滑油としては、
例えば、パラフィン系、ナフテン系等の鉱物油、エステ
ル、ポリαオレフィン、ポリオールエステル、アルキル
置換ジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテル、フッ
素オイル、シリコーンオイル等の合成油等を用いること
ができるが、これらのうちでは、使用温度範囲が広く、
長寿命であるという観点から、合成油を用いるのが好ま
しい。
【0093】なお、潤滑油として用いる油の使用温度範
囲は、−50〜150℃程度であるのが好ましい。
【0094】また、潤滑油として用いる油の粘度は、1
0〜200cst (40℃)程度、特に、32〜100cs
t (40℃)程度であるのが好ましい。
【0095】次に、軸受け9aの製造方法について説明
する。
【0096】[1] 所定の金属組成の混合粉または合
金粉と、固体潤滑剤等の添加剤とを用意し、これらに、
必要に応じて、ステアリン酸亜鉛等の成形用潤滑剤等の
成形助剤を加えて、混合、混練し、混練物(コンパウン
ド)を得る。
【0097】[2] 得られた混練物を所定の金型によ
り圧縮成形し、軸受け9aの形状に対応した形状の成形
体を得る。
【0098】成形条件は、前記金属組成が銅系の場合に
は、例えば、成形圧力1〜3ton /cm2 程度とし、鉄系
の場合には、例えば、成形圧力2〜5ton / cm2 程度と
すればよい。
【0099】[3] 得られた成形体を非酸化性雰囲気
(還元性ガス、不活性ガスまたは真空)中で焼結し、焼
結体を得る。
【0100】焼結条件は、前記金属組成が銅系の場合に
は、例えば、温度750〜800℃程度で20〜60分
程度とし、鉄系の場合には、例えば、温度1000〜1
200℃程度で20〜60分程度とすればよい。
【0101】[4] 得られた焼結体に対し、所定の金
型(仕上げ金型)によりサイジング(再圧縮)を行い、
これにより、適正な寸法精度を与えたり、表面仕上げ、
特に内周面の表面仕上げや、空孔の大きさの調整を行
う。
【0102】この場合、サイジングを焼結体のほぼ全体
に行って、内周面911とテーパ部分93の空孔の大き
さをほぼ一致させるのが好ましい。
【0103】[5] 次いで、焼結体に所定の潤滑油を
含浸(含油)させる。これは、通常、減圧下で行う。
【0104】次に、前述した軸受け9aの作用を説明す
る。
【0105】潤滑油は、毛細管現象(毛細管作用)によ
り、網の目状に互いにつながり合って、軸受け9aの空
孔に含浸している。
【0106】まず、ステッピングモータ1の駆動時にお
ける軸受け9aの作用を簡単に説明する。ステッピング
モータ1の駆動時には、軸受け9aに含浸されている潤
滑油が、回転軸61の回転に基づく後述するポンプ作用
によって、軸支持部91から吸い出され、また、摩擦熱
に基づく潤滑油の粘度の低下や、熱膨張のために、軸支
持部91からにじみ出る。これにより、油膜が、軸受摺
動面(軸受け9aと回転軸61との接合面)、すなわち
軸支持部91の内周面911に形成され、この油膜によ
り、内周面911と、回転軸61との摩擦が低減され、
回転軸61が円滑に回転する。
【0107】次に、ステッピングモータ1の駆動時にお
ける軸受け9aの作用を詳細に説明する。図5は、ステ
ッピングモータ1の駆動時における軸受け9aおよび回
転軸61を模式的に示す図である。
【0108】同図に示すように、回転軸61が図5中時
計回りに回転(自転)を開始すると、回転軸61から荷
重がかかっていない図5中上側の内周面911と、回転
軸61との間の空間に潤滑油が寄せ集められるような力
が働く。これにより、軸支持部91の内周面911のう
ち、回転軸61から荷重がかかっていない部位から潤滑
油が吸い出される。
【0109】この潤滑油は、回転軸61の外周面に付着
し、内周面911に沿って、図5中上側から図5中下
側、すなわち図5中時計回りの方向に移送される。この
潤滑油の流れにより生じる油のくさび(油膜)21によ
り、軸支持部91の内周面911と回転軸61の外周面
との接触が防止され、回転軸61が円滑に回転する。
【0110】回転軸61の回転が平衡に達した状態で
は、その回転軸61は、潤滑油の流れにより、回転方向
(自転方向)に片寄せられ、また、図5中下側の油膜の
厚さは、回転軸61からの荷重によって減少する。この
結果、油圧分布は、図5に示すようになる。
【0111】油圧の高い部位では、潤滑油が軸受け9a
に浸透して行き、油圧の低い部位では、前述したよう
に、潤滑油が吸い出される。すなわち、ポンプ作用が生
じ、これにより、潤滑油が循環する。
【0112】この場合、油圧の高い部位では、潤滑油が
軸受け9aに浸透して行くので、油圧が低下し、これに
より負荷容量が小さくなる。
【0113】ここで、ステッピングモータ1の駆動時
に、潤滑油が、内周面911の先端からテーパ部分93
へ流出することがあるが、軸受け9aは、テーパ部分9
3を有しているので、潤滑油が、内周面911の先端か
らテーパ部分93へ流出しても、その潤滑油は、テーパ
部分93と回転軸61との間隙における毛細管現象によ
り、内周面911側に吸引され、再び、軸支持部91の
内側に浸透していく。これにより、潤滑油の消耗が抑制
され、軸支持部91の内周面911に常に十分な油が供
給され、低摩擦による円滑な回転が保障される。
【0114】ステッピングモータ1を停止させると、内
周面911と回転軸61の界面に存在する潤滑油が、空
孔における毛細管現象により空孔内に吸引され、再び空
孔に含浸し、これにより潤滑油の消耗が抑制される。
【0115】以上説明したように、ステッピングモータ
1および軸受け9aによれば、テーパ部分93が軸受け
固定部92に形成されているので、摩擦力の増大による
ステッピングモータ1の応答性、自起動特性等の劣化を
生じさせることなく、軸受け9aに含浸されている潤滑
油の消耗を抑制することができ、これにより、軸支持部
91の内周面911に常に十分な油が供給され、低摩擦
による円滑な回転が保障されるとともに、軸受け9aの
耐久性も向上する。
【0116】そして、軸受け9aでは、テーパ部分93
が内周面911の先端から連続して形成されているの
で、テーパ部分93の基端部と回転軸61との間隙をよ
り一層小さくすることができ、これにより、潤滑油が、
内周面911の先端からテーパ部分93へ流出しても、
その潤滑油は、テーパ部分93と回転軸61との間隙に
おける毛細管現象により、確実に、軸支持部91側に吸
引され、保持される。
【0117】次に、本発明の軸受けの他の実施例を説明
する。
【0118】図6は、本発明の軸受けの他の実施例を示
す断面図である。なお、以下の説明では、図6中の右側
を「先端」、左側を「基端」と言う。また、前述した軸
受け9aとの共通点については説明を省略し、主な相違
点を説明する。
【0119】同図に示すように、軸受け9cでは、テー
パ部分93と内周面911との間に段差97が形成され
ている。換言すれば、テーパ部分93の基端の内径(テ
ーパ部分93の最小内径)L9 は、内周面911の先端
の径L7 より大きい。
【0120】段差97は、テーパ部分93の基端部に潤
滑油の油溜りを有効に形成するのにも寄与する。
【0121】このような機能を有効に発揮し得る段差9
7の高さ(L9 −L7 )/2としては、好ましくは0.
1mm以下(例えば、0.1mm程度)とされる。
【0122】この軸受け9cによれば、軸受け9cが支
持部11の円形開口111に圧入された場合、テーパ部
分93の内径が減少しても、段差97により、テーパ部
分93の内周面、特にテーパ部分93の基端部の内周面
と、回転軸61の外周面との接触を防止することができ
る。
【0123】なお、段差97以外の構成、作用について
は、前述した軸受け9aと同様であるので説明を省略す
る。
【0124】また、前述したステッピングモータ1で
は、軸受け9aに替えて、軸受け9cを用いてもよい。
【0125】軸受け9cおよびこの軸受け9cを有する
ステッピングモータ1によれば、前述した軸受け9aお
よびステッピングモータ1と同様に、摩擦力の増大によ
るステッピングモータ1の応答性、自起動特性等の劣化
を生じさせることなく、軸受け9cに含浸されている潤
滑油の消耗を抑制することができ、これにより、軸支持
部91の内周面911に常に十分な油が供給され、低摩
擦による円滑な回転が保障されるとともに、軸受け9c
の耐久性も向上する。
【0126】
【実施例】次に、本発明の軸受けおよびモータの具体的
実施例について説明する。
【0127】(実施例1)図3に示す軸受け9aを有す
る図1に示すステッピングモータ1を前述した方法によ
り製造した。この場合、軸受け9aについては、ほぼ全
体(内周面911とテーパ部分93)に対してサイジン
グを行った。ステッピングモータ、軸受けおよび潤滑油
の諸条件は、下記の通りである。なお、軸受けの密度、
有効空孔率(含油率)および圧環強度は、それぞれ、JI
S Z 2505、JIS Z 2506およびJIS Z2507に準拠して測定
した。
【0128】[ステッピングモータ] ステッピングモータのプルイントルク:1.25gf・cm [軸受け9a] 組成(原料配合比) Cu:残部 Sn:12wt% MoS2 :4wt% 軸方向の長さL1 :2.4mm 段差96より先端側の軸方向の長さL2 :1.3mm 内周面911の軸方向の長さL3 :0.8mm 基端側の外径L5 :4.3mm 先端側の外径L6 :3.7mm 内周面911の径L7 :2.0mm テーパ部分93の平均内径L8 :2.08mm L8 /L6 :0.56 テーパ角度θ:6° 内周面911と回転軸61とのクリアランス:4μm 内周面911の空孔の大きさ:120μm テーパ部分93の空孔の大きさ:120μm 有効空孔率(含油率):20vol % 密度:7.2g /cm3 圧環強度:23kgf /mm2 [軸受け9b] 合成樹脂 [潤滑油] 潤滑油:合成油 使用温度範囲:−50〜+150℃ 粘度:30cst (40℃) (実施例2)軸受け9aを図6に示す軸受け9cに代え
た以外は実施例1と同様のステッピングモータを同様の
方法により製造した。軸受けの諸条件は、下記の通りで
ある。なお、ステッピングモータおよび潤滑油の諸条件
は、実施例1と同様である。
【0129】[軸受け9c] 組成(原料配合比) Cu:残部 Sn:12wt% MoS2 :4wt% 軸方向の長さL1 :2.4mm 段差96より先端側の軸方向の長さL2 :1.3mm 内周面911の軸方向の長さL3 :0.8mm 基端側の外径L5 :4.3mm 先端側の外径L6 :3.7mm 内周面911の径L7 :2.0mm テーパ部分93の平均内径L8 :2.28mm テーパ部分93の最小内径L9 :2.2mm L8 /L6 :0.6 テーパ角度θ:6° 内周面911と回転軸61とのクリアランス:4μm 内周面911の空孔の大きさ:120μm テーパ部分93の空孔の大きさ:120μm 有効空孔率(含油率):20vol % 密度:7.2g /cm3 圧環強度:23kgf /mm2 (比較例1)軸受け9aを図8に示す軸受け100に代
えた以外は実施例1と同様のステッピングモータを同様
の方法により製造した。この場合、軸受け100につい
ては、回転軸支持部101のみにサイジングを行った。
軸受けの諸条件は、下記の通りである。なお、ステッピ
ングモータおよび潤滑油の諸条件は、実施例1と同様で
ある。
【0130】[軸受け100] 組成(原料配合比) Cu:残部 Sn:10wt% MoS2 :1.5wt% 軸方向の長さL11:2.4mm 回転軸支持部101の軸方向の長さL12:0.5mm 外径L13:4.3mm 回転軸支持部101の内径L14:2.0mm 拡径部102の内径L15:2.7mm L15/L13:0.63 回転軸支持部101と回転軸とのクリアランス:2μm 回転軸支持部101の空孔の大きさ:180μm 拡径部102の空孔の大きさ:300μm 有効空孔率(含油率):23vol % 密度:6.8g /cm3 圧環強度:18kgf /mm2 (比較例2)回転軸支持部101の軸方向の長さL12
0.8mmにした以外は、比較例1と同様のステッピング
モータを同様の方法により製造した。
【0131】<実験1>実施例1、2および比較例1の
ステッピングモータに対し、下記の耐久加速試験を行
い、その評価をした(各々サンプル数n=20)。その
結果を下記表1に示す。
【0132】[耐久加速試験の方法および条件]図7に
示すように、正転1.5秒、逆転1.5秒を1サイクル
とし、これを連続で10万サイクル以上行った。そし
て、10万サイクル終了時に、「モータ停止」、「モー
タの自起動特性不良」、「異音発生」、「回転軸に傷発
生」、「摩耗粉の異常発生」が生じているか否かを確認
し、これらの比率を求めた。これらは、潤滑油が不足し
た場合(軸受けが寿命に達したとき、またはそれに近づ
いたとき)に生じる種々の現象のうちの主なものであ
る。なお、正、逆転時の休止時間は0.3秒とした。ま
た、耐久加速試験の諸条件は、下記の通りである。
【0133】 端子間電圧:5V 電圧波形:矩形波 励磁方式:2相励磁 周波数:240pps
【0134】
【表1】
【0135】<実験1の結果の考察>上記表1に示すよ
うに、実施例1および2のステッピングモータは、いず
れも、10万サイクル終了時に正常であり、よって、軸
受けの寿命が長く、耐久性が高いことが証明された。
【0136】これに対し、比較例1のステッピングモー
タは、上記表1に示すように、軸受けの寿命が短く、耐
久性が低い。
【0137】<実験2>実施例1、2および比較例1、
2のステッピングモータに対し、自起動特性および応答
性の評価をした(各々サンプル数n=20)。その結果
を下記表2に示す。
【0138】[自起動特性の評価方法]モータへの入力
電流を徐々に上げてゆき、モータの回転子が正常に回転
し始めるときの入力電流値(自起動電流)を測定する。
なお、自起動電流測定時の諸条件は、下記の通りであ
る。
【0139】 使用IC:TB6504F Refin:Hi CK:4000Hz モータ駆動電圧VM:6.4V 励磁方式:2W1−2相励磁 [応答性の評価方法]モータの回転子を回転させた状態
で、入力周波数を徐々に上げてゆき、回転子が停止した
ときの入力周波数(最大応答周波数)を測定する。な
お、最大応答周波数測定時の諸条件は、下記の通りであ
る。
【0140】 使用IC:TB6504F モータ入力電流:40mA/相 モータ駆動電圧VM:6.4V 励磁方式:2相励磁
【0141】
【表2】
【0142】<実験2の結果の考察>上記表2に示すよ
うに、実施例1および2のステッピングモータは、いず
れも比較例1に劣ることなく、自起動特性、応答性共に
優れていることが判る。
【0143】これに対し、比較例2のステッピングモー
タは、回転軸支持部での摩擦抵抗が大きく、そのため実
施例1、2と比較例1に比べ、自起動特性および応答性
が劣っている。
【0144】以上、本発明の軸受けおよびモータを図示
の実施例に基づいて説明したが、本発明は、これに限定
されるものではなく、例えば、モータ(ステッピングモ
ータ)を構成する各構成要素は、同様の機能を生じ得る
任意のものに適宜置換することができる。
【0145】また、上記実施例では、構造上および磁気
回路上の安定性(バランス)を向上するために、固定子
2として2組の単位体を用いているが、1組または3組
以上の単位体を用いたものであってもよい。
【0146】また、モータ(ステッピングモータ)の用
途も、前述した各種光学機器における光学系のフォーカ
シングやズーミングのためのレンズ駆動に限定されず、
DVD等の記憶媒体のピックアップレンズの駆動用等い
かなるものでもよい。
【0147】また、図示の実施例では、PM型のステッ
ピングモータについて説明したが、本発明のモータは、
これに限らず、例えば、VR型またはハイブリッド型の
ステッピングモータであってもよい。
【0148】また、本発明の軸受けは、図示の構造に限
らず、例えば、軸受け固定部が、その一部(例えば、先
端部)に、内径一定の部位を有していてもよい。
【0149】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の軸受けお
よびモータによれば、軸受け固定部が、軸支持部から離
間する方向にその内径が漸増するテーパ部分を有してい
るので、回転軸の摩擦抵抗を増大させることなく(摩擦
力の増大によるモータの応答性、自起動特性等の劣化を
生じさせることなく)、軸受けに含浸されている潤滑油
の消耗を抑制することができ、これにより、軸支持部の
内周面に十分な油が供給され、低摩擦による円滑な回転
が保障されるとともに、軸受けの耐久性も向上する。
【0150】特に、テーパ部分のテーパ角度θが0.5
〜30°である場合には、テーパ部分に流出した潤滑油
を、毛細管現象により、確実に軸支持部側に吸引・保持
することができる。
【0151】また、テーパ部分が、軸支持部の一端から
連続して形成されている場合には、テーパ部分の基端部
と回転軸との間隙をより一層小さくすることができ、こ
れにより、潤滑油が、軸支持部の内周面からテーパ部分
へ流出しても、その潤滑油を、毛細管現象により、確実
に軸支持部側に吸引・保持することができる。
【0152】また、テーパ部分と軸支持部との間に段差
が形成されている場合には、テーパ部分の基端部に潤滑
油の油溜りを有効に形成することができ、潤滑油がこの
油溜りから毛細管現象により軸支持部側に吸引・保持さ
れ、再び、軸支持部内に浸透し、これにより、軸支持部
の内周面に常に十分な油が供給され、低摩擦による円滑
な回転が保障されるとともに、軸受けの耐久性がさらに
向上する。
【0153】そして、軸受けが所定の孔部に嵌入(圧
入)され、固定された場合、テーパ部分の内径が減少し
ても、前記段差により、テーパ部分の内周面、特にテー
パ部分の基端部の内周面と、回転軸の外周面との接触を
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモータをステッピングモータに適用し
た場合の実施例を示す平面図である。
【図2】図1中のII−II線断面図である。
【図3】図1に示すモータの軸受けを示す断面図であ
る。
【図4】図3に示す軸受けの拡大図である。
【図5】本発明におけるモータ駆動時の軸受けおよび回
転軸を模式的に示す図である。
【図6】本発明の軸受けの他の実施例を示す断面図であ
る。
【図7】耐久加速試験におけるステッピングモータの駆
動パターンを示すタイミングチャートである。
【図8】従来のステッピングモータの軸受けを示す断面
図である。
【図9】図8に示す軸受けの拡大図である。
【符号の説明】
1 ステッピングモータ 2 固定子 3、3’ 内ヨーク 31、31’ 基部 32 外周縁部 33 開口 34 磁極 35、36 切欠き 39 つき合わせ面 4 外ヨーク 41 底部 42 外周部 421 端部 43 開口 44 磁極 45、46 切欠き 5 コイル 51 ボビン 52 巻線 53 端子部 531、532 端子 54 位置決め用突部 6 回転子 60 軸線 61 回転軸 62 永久磁石 63 溝 7 底板 71 リードスラストスプリング 72 板バネ 8 取付板 81 円形開口 9a、9b、9c 軸受け 91 軸支持部 911 内周面 92 軸受け固定部 93 テーパ部分 931 テーパ面 95 中空部 96、97 段差 10 ホルダー 11、12 支持部 111、121 円形開口 13 取付孔 14 リードスクリュー 15 間隙(ギャップ) 21 油のくさび 100 軸受け 101 回転軸支持部 102 拡径部 200 回転軸

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼結体で構成され、潤滑油を含浸させて
    使用される滑り軸受けであって、 回転軸を支持し、その内径が軸方向に沿って同一かつ最
    小の軸支持部と、該軸支持部の一端側に軸支持部と一体
    的に形成され、軸受けを嵌入して固定する軸受け固定部
    とを有し、 前記軸受け固定部は、前記軸支持部から離間する方向に
    その内径が漸増するテーパ部分を有することを特徴とす
    る軸受け。
  2. 【請求項2】 焼結体で構成され、潤滑油を含浸させて
    使用される滑り軸受けであって、 回転軸を支持し、その内径が軸方向に沿って同一かつ最
    小の軸支持部と、該軸支持部の一端側に軸支持部と一体
    的に形成され、軸受けを嵌入して固定する軸受け固定部
    とを有し、 前記軸受け固定部は、前記軸支持部から離間する方向に
    その内径が漸増し、かつ、前記軸支持部側の端部に前記
    潤滑油の油溜りを形成し得るようなテーパ角度のテーパ
    部分を有することを特徴とする軸受け。
  3. 【請求項3】 前記テーパ部分のテーパ角度θが、0.
    5〜30°である請求項1または2に記載の軸受け。
  4. 【請求項4】 前記テーパ部分は、前記軸支持部の一端
    から連続して形成されている請求項1ないし3のいずれ
    かに記載の軸受け。
  5. 【請求項5】 前記テーパ部分と前記軸支持部との間に
    段差が形成されている請求項1ないし3のいずれかに記
    載の軸受け。
  6. 【請求項6】 前記焼結体の空孔率が、15〜25vol
    %である請求項1ないし5のいずれかに記載の軸受け。
  7. 【請求項7】 前記回転軸に加えられるトルクが、モー
    タのホールディングトルクとして30gf・cm 以下である
    請求項1ないし6のいずれかに記載の軸受け。
  8. 【請求項8】 固定子と、回転子とを備え、前記回転子
    の回転軸を請求項1ないし7のいずれかに記載の軸受け
    により支持してなることを特徴とするモータ。
  9. 【請求項9】 少なくとも1組の内ヨーク、外ヨークお
    よびそれらの間に設置されるコイルを有する固定子と、
    該固定子の内側に回転可能に挿入された回転子と、該回
    転子の回転軸を支持する請求項1ないし7のいずれかに
    記載の軸受けとを有し、 前記内ヨークに形成された複数の磁極と、前記外ヨーク
    に形成された複数の磁極とが、前記回転子の外周面に沿
    って交互に配置されていることを特徴とするモータ。
  10. 【請求項10】 少なくとも1組の内ヨーク、外ヨーク
    およびそれらの間に設置されるコイルを有する固定子
    と、該固定子の内側に回転可能に挿入された回転子と、
    該回転子の回転軸を支持する請求項1ないし7のいずれ
    かに記載の軸受けと、前記固定子を支持するとともに前
    記軸受けが嵌入される支持部材とを有し、 前記内ヨークに形成された複数の磁極と、前記外ヨーク
    に形成された複数の磁極とが、前記回転子の外周面に沿
    って交互に配置されていることを特徴とするモータ。
  11. 【請求項11】 前記回転子の回転軸にリードスクリュ
    ーが設置されている請求項9または10に記載のモー
    タ。
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