JP3379885B2 - ステッピングモータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タ及びその製造方法に関する。更に詳述すると、本発明
は、ステッピングモータにおけるモータ回転軸の軸受構
造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータ回転軸１０２にリードスクリュー
部１０３が形成されたステッピングモータ１０１には、
図５に示すように、そのモータ回転軸１０２の一方の軸
端１１１がスラスト軸受１０４で支持される構造のもの
がある。この場合、モータ回転軸１０２はさらにメタル
や樹脂等からなるラジアル軸受１０５によりラジアル方
向に支持され、偏心して回転するのが防止されている。
なお、モータ回転軸１０２には、ステータ部１０６とわ
ずかな隙間をもって対向するようにロータマグネット１
０７が固着されている。

【０００３】また、このステッピングモータ１０１はモ
ータ回転軸１０２のもう一方の軸端１１２に当接する板
ばね１０８を備え、この板ばね１０８によりモータ回転
軸１０２に付勢して、モータ回転軸１０２の軸方向への
がたつきを防止している。さらに、衝撃などにより板ば
ね１０８が撓み過ぎてモータ回転軸１０２が外れてしま
わないようにするストッパ１０９が設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ステッピングモータ１０１では、モータ回転軸１０２と
ラジアル軸受１０５とが摺動する際に摺動ロスが発生し
ているため、ステッピングモータ１０１のトルクや高速
応答性を向上させるのが難しい場合がある。また、板ば
ね１０８をモータケース１１０の外側に溶接により固着
して取り付け、ステッピングモータ１０１の外部からモ
ータ回転軸１０２にスラスト与圧を与えているので、板
ばね１０８を取り外して分解することができず部品交換
やメンテナンスを行い難い。さらに、モータ回転軸１０
２が外れてしまうのを防止するストッパ１０９は別部品
であるため、部品点数が多くなってしまう。

【０００５】そこで、本発明は、モータ回転軸を受ける
軸受構造を改良し、部品点数を少なくすると共に付勢部
材を着脱可能とし、さらに摺動ロスを少なくしたステッ
ピングモータ及びその製造方法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】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、ステータ部から突出したモ
ータ回転軸にリードスクリュー部が形成され、モータ回
転軸は少なくとも一方がスラスト軸受である２つの軸受
により支持されると共に、モータ回転軸を軸方向にばね
付勢してなるステッピングモータにおいて、２つの軸受
の一方のスラスト軸受は、モータ回転軸の当接する当接
面が曲面形状をなした軸受体と、該軸受体の軸方向の移
動を許容すると共に、その移動のガイドをするガイド部
を備え、かつ内径寸法がステータ部の内径寸法と等しい
ガイド部材と、該ガイド部材に後側から取り付けられて
軸受体を他方の軸受に向けて軸方向にばね付勢する付勢
板とを有し、かつガイド部材をステータ部に固着してい
る。

【０００７】したがって、モータ回転軸の軸端と、曲面
形状の当接部を有する軸受体との接触面積が少なく、摺
動ロスが小さい状態でモータ回転軸が回転する。また、
モータ回転軸に軸方向への力がかかると、軸端を支持す
る軸受体はモータ回転軸と共に軸方向へ移動する。軸方
向へ移動した軸受体は、付勢板のばねにより付勢されて
いるため元の位置に戻される。

【０００８】また、請求項２記載のステッピングモータ
においては、ガイド部材を金属により形成すると共にこ
のガイド部材をステータ部に溶接により固着している。
したがって、ステータ部とガイド部材とをマンドレル状
の治具を使って芯合わせをした状態での溶接による接合
を可能とする。そして、溶接によりステータ部に固着さ
れたガイド部材が移動可能に設けられた軸受体をガイド
する。

【０００９】さらに、請求項３記載のステッピングモー
タにおいては、ガイド部材の周縁にフランジ部を形成す
ると共に、付勢板にこのフランジ部へ係合するための係
合部を形成し、該係合部をフランジ部に係合させて付勢
板を固定させている。したがって、付勢板はガイド部材
のフランジ部に係合部を冠着させるだけでガイド部に着
脱自在に取り付けられると共に、ばねを軸受体に当接さ
せてこの軸受体およびモータ回転軸を軸方向へ付勢す
る。

【００１０】また、請求項４記載のステッピングモータ
においては、他方の軸受はスラスト軸受である。したが
って、モータ回転軸はこの２つのスラスト軸受によって
支持されながら回転する。請求項５記載の発明は、ステ
ータ部から突出したモータ回転軸にリードスクリュー部
を形成し、モータ回転軸を少なくとも一方がスラスト軸
受である２つの軸受により支持し、モータ回転軸を軸方
向にばね付勢するようにしたステッピングモータの製造
方法において、２つの軸受の一方のスラスト軸受を、モ
ータ回転軸の当接する当接面が曲面形状をなした軸受体
と、該軸受体の軸方向の移動を許容すると共にその移動
のガイドをするガイド部を備えたガイド部材と、軸受体
を他方の軸受に向けてばね付勢する付勢板とで構成し、
かつガイド部材の内径寸法をステータ部の内径寸法と等
しくし、これらガイド部材およびステータ部の内径寸法
と等しい外径寸法の芯合わせ用治具を用いてこれらガイ
ド部材およびステータ部の芯を合わせた状態でガイド部
材をステータ部に固着することを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１に、本発明のステッピングモータの一
実施形態を示す。このステッピングモータ１は、ステー
タ部２から突出したモータ回転軸３にリードスクリュー
部４が形成され、モータ回転軸３は少なくとも一方がス
ラスト軸受である２つの軸受５，６により支持されると
共に、このモータ回転軸３は軸方向にばね付勢されてい
る。本実施形態では２つの軸受５，６共にスラスト軸受
を用いており、スラスト軸受５によってモータ回転軸３
の前側軸端を、スラスト軸受６によって後側軸端をそれ
ぞれ支えている。また、一方のスラスト軸受６は、モー
タ回転軸３の当接する当接面が曲面形状をなした軸受体
７と、該軸受体７の軸方向の移動を許容すると共にその
移動のガイドをするガイド部８ａを備えたガイド部材８
と、軸受体７を軸方向にばね付勢する付勢板９とを有
し、ガイド部材８はステータ部２に固着されている。

【００１３】ステータ部２は、第１ステータ２１、第２
ステータ２２、第３ステータ２３、第４ステータ２４の
各ステータと、各ステータが備える各極歯２１ａ，２２
ａ，２３ａ，２４ａと、第１ステータ２１と第２ステー
タ２２との間に挿入されるドーナツ状のコイルボビン付
きのコイル２５と、第３ステータ２３と第４ステータ２
４との間に挿入されるドーナツ状のコイルボビン付きの
コイル２６とを備えている。各ステータは、図１に示す
ように内径寸法ｄの円筒型内周面を形成している。

【００１４】また、このステータ部２には、ステッピン
グモータ１を各種機器へ取り付けるための「コ」形のフ
レーム１６が、モータ回転軸３のステータ部２から突出
する側に固着されている。このフレーム１６にはモータ
回転軸３が貫通する軸貫通孔１６ａが設けられ、さらに
モータ回転軸３の前側軸端を支えるスラスト軸受５が取
付用孔１６ｂに取り付けられている。軸貫通孔１６ａの
内径寸法は、後述するロータマグネット１７の外径寸法
より小さく、かつモータ回転軸３の外径寸法より大きく
設定されている。

【００１５】モータ回転軸３には、円筒状のロータマグ
ネット１７が固着される。また、モータ回転軸３の後側
軸端には軸受体７の曲面形状をした当接面と当接する当
接面が形成されている。この当接面の形状は特に限定さ
れるものではないが、例えば本実施形態の場合は後述す
る鋼球１９を受けるための円錐状の円錐凹部３ｂが設け
られている。また、モータ回転軸３の前側軸端にも、同
様に円錐状の円錐凹部３ａが設けられている。

【００１６】モータ回転軸３に形成されるリードスクリ
ュー部４は、従来のリードスクリューと同様であり、こ
のリードスクリュー部４に係合するスライダ３１をモー
タ回転軸３の回転に伴い、軸方向へ移動させる機能を有
している。なお、モータ回転軸３の回転方向を切り替え
ることによって、スライダ３１の移動方向を制御してい
る。

【００１７】スラスト軸受６を構成する軸受体７は、モ
ータ回転軸３の円錐フランジ部３ｂが当接する曲面形状
の当接面を備えて構成されている。この曲面形状の当接
面は、特に限定されるものではないが例えば本実施形態
の場合、鋼球１９の球面によって構成されていて、軸受
体７はモータ回転軸３の円錐凹部３ｂが当接する１個の
鋼球１９と、この鋼球１９を収納する鋼球保持体２０と
を備えている。

【００１８】鋼球保持体２０は、図２に示すように、鋼
球１９を収納するための円柱状の円形凹部２０ａと、軸
受体７が回転するのを防止するためラジアル方向に突出
し等間隔に配置される３つの回転阻止突起部２０ｂと、
後述する付勢板９の板ばね部９ａが余計に撓むのを防止
するために軸方向後側に突出して設けられる移動制限突
起部２０ｃとを備える。さらに、円形凹部２０ａの周囲
にはこの円形凹部２０ａを囲繞する円形凸部２０ｄが設
けられ、モータ回転軸３の軸端がラジアル方向に外れる
のを防止すると共に、円形凹部２０ａに溜められた油が
飛散したり乾いたりしてしまうのを防止している。鋼球
保持体２０の外径寸法は、後述するモータ回転軸３の芯
合わせを行いやすいようにステータ部２の内周面の内径
寸法ｄと等しく形成されている。この鋼球保持体２０と
しては軽量化や鋼球１９およびガイド部材８との間での
摺動性を良くするという面から樹脂成形品を用いること
が好ましいが、これに限られず、場合によっては例えば
金属製のものを用いるようにすることもできる。

【００１９】スラスト軸受６を構成するガイド部材８
は、図３に示すように円形状の板体であり、その中央に
は軸受体７の軸方向への移動を許容すると共にその移動
のガイドをするガイド部８ａが形成されている。ガイド
部８ａの内径寸法はこのガイド部８ａに嵌め合わされる
鋼球保持体２０の外径寸法と等しく、さらに本実施形態
ではステータ部２に形成される円筒形内周面の内径寸法
ｄと等しい。また、このガイド部８ａには、後述する付
勢板９の板ばね部９ａとガイド部８ａとが当接するのを
防止する逃がし部１０が、周方向等間隔に３箇所に設け
られている。逃がし部１０の形状は特に限定されるもの
ではないが、例えば本実施形態の場合はラジアル方向に
延びる切欠き部１０ａと、この切欠き部１０ａの外周側
に設けられる傾斜部１０ｂとが形成されている。また、
ガイド部材８の周縁には後述する付勢板９のフック９ｂ
が引っかけられて係合されるフランジ部８ｂが、フック
９ｂを収納可能な大きさに周方向等間隔に４箇所設けら
れている。このフランジ部８ｂの縁部分においては、フ
ック９ｂを着脱し易くするように面取り処理がされてい
る。本実施形態においては金属製のガイド部材８をステ
ータ部２の後側所定位置に溶接により固着して設けてい
る。

【００２０】付勢板９は、ガイド部材８に後側から取り
付けられて軸受体７を軸方向にばね付勢している。この
付勢板９には、図１および図４に示すように常に軸受体
７に当接してこの軸受体７を付勢する板ばね部９ａが設
けられている。この板ばね部９ａの数や形状は特に限定
されるものではないが、例えば本実施形態の場合は３つ
の板ばね部９ａが、外周から中央部に向かうに従って切
り起こし量が大きくなるように付勢板９から切り起こさ
れて形成されている。ただしこれに限られることはな
く、板ばね部９ａの形状を中央部から外周に向けて切り
起こすようにしてもよいし、あるいは付勢板９に別部材
の板を取り付けて板ばね部９ａを形成するようにしても
よい。また、図示するように、本実施形態の板ばね部９
ａは板ばね部９ａ以外の平板部９ｃが付勢板９の中央部
で繋がった形状となるように切り起こされて形成されて
いる。そして、ガイド部材８が軸方向後側に移動して付
勢板９に当接したときに、この平板部９ｃが鋼球保持体
２０の移動を制限し、この鋼球保持体２０やモータ回転
軸３が後側に突き抜けないようにしている。すなわち、
付勢板９の平板部９ｃは、鋼球保持体２０やモータ回転
軸３の軸方向への移動量を規制するストッパとしての役
割を果たしている。なお、本実施形態では上述した移動
制限突起部２０ｃが平板部９ｃに当接することにより軸
受体７の移動量を制限するようにしているため、この軸
受体７を付勢している板ばね部９ａも移動制限突起部２
０ｃの高さ以上に撓むことがない。したがって、板ばね
部９ａが疲労するのと、撓んだ板ばね部９ａが付勢板９
の表面に貼られたラベルのシール面に貼り付くのとを防
止している。

【００２１】さらに、この付勢板９の周縁には、ガイド
部材８のフランジ部８ｂと係合し、付勢板９をガイド部
材８に固定して取り付けるための係合部となるフック９
ｂが周方向等間隔に４つ設けられている。フック９ｂの
根元には適度な丸みを設けて弾性を備えさせるようにし
ている。なお、この付勢板９の後側表面には例えばこの
ステッピングモータ１の定格等を表示するラベルが貼ら
れる場合がある。

【００２２】もう一方のスラスト軸受５は、上述したス
ラスト軸受６の軸受体７と同様の構成であり、モータ回
転軸３の円錐凹部３ａが当接する１個の鋼球１９と、こ
の鋼球１９を収納する鋼球保持体２０とを備える軸受体
１８からなる。軸受体１８は、フレーム１６の取付用孔
１６ｂの内径寸法より大きな鍔５ａを備えてフレーム１
６に取り付けられているので、軸方向に外れることがな
い。なお、スラスト軸受５を、スラスト軸受６と同様に
軸方向に移動可能でかつモータ回転軸３を軸方向に付勢
するように構成しても勿論構わない。

【００２３】以上のように構成されたステッピングモー
タ１によると、モータ回転軸３は２つの軸受５，６によ
り支持されると共に、軸端と当接する軸受体７,１８の
当接面を鋼球１９の表面からなる曲面形状としているの
で、モータ回転軸３をラジアル方向に支持するためのラ
ジアル軸受をなくし、モータ回転軸３とラジアル軸受の
間に発生していた摺動ロスをなくすことができる。した
がって、モータ回転軸３を回転させスライダ３１を移動
させる際のトルクや高速応答性の向上が図られている。

【００２４】また、モータ回転軸３を軸端で受け支える
軸受体７は軸方向へ移動可能であり、さらにモータ回転
軸３は付勢板９の板ばね部９ａにより軸方向へ付勢され
ているため、モータ回転軸３にスラスト荷重がかかった
ときに軸受体７が軸方向に移動してこのスラスト荷重を
吸収する。さらに、軸受体７に設けられた移動制限突起
部２０ｃが付勢板９の平板部９ｃと当接し、軸受体７の
軸方向への移動量を制限しているため、ステッピングモ
ータ１に従来のストッパを取り付ける必要がない。

【００２５】また、本実施形態のステッピングモータ１
では、フランジ部８ｂにフック９ｂを係合させるように
して付勢板９をガイド部材８に取り付けるようにしてい
るので、この付勢板９をガイド部材８から着脱するのが
容易であり、付勢板９や軸受体７を取り外してステッピ
ングモータ１の部品交換やメンテナンスを行うことがで
きる。また、ガイド部材８にフランジ部８ｂを設けてい
るので、モータケース本体に穴をあけて凹部を設ける必
要がない。

【００２６】さらに、ガイド部材８には逃がし部１０を
設けて板ばね９ａをガイド部材８と接触させないように
鋼球保持体２０に当接させているので、スペーサを設け
たり板ばね部９ａを絞り形状としたりせずに、スラスト
軸受６に付勢することができる。

【００２７】また、本実施形態のステッピングモータ１
では金属製のガイド部材８を用いているので、ステータ
部２とガイド部材８とをマンドレル状の治具を使って芯
合わせをした状態での溶接による接合を可能とする。こ
れにより、このガイド部材８を溶接により簡単にステー
タ部２に固着することができ、ガイド部材８を取り付け
る際の手間やコストを減少させることができる。ここ
で、本実施形態においては軸受体７の鋼球保持体２０の
外径寸法およびガイド部８ａの内径寸法をステータ部２
の円筒形内周面の内径寸法ｄと等しくなるように形成し
ているので、例えば外径寸法がｄである芯合わせ用筒体
の一部をステータ部２に挿入し、ガイド部材８をこの筒
体の挿入されてない部分に嵌合させた状態でステータ部
２に溶接するようにすれば、ステッピングモータ１の中
心軸とガイド部材８の中心とを容易に一致させることが
できる。ただし、これらの径寸法はステータ部２の内径
寸法ｄと必ずしも等しいものでなくても構わず、その場
合にもガイド部材８やステータ部２を治具等を用いて芯
合わせをすることが勿論可能である。

【００２８】さらに、このステッピングモータ１におい
ては、モータ回転軸３等のロータ部をステータ部２に差
し込んでからスラスト軸受６を取り付けるようにしてお
り、このロータ部をステータ部２の後側から差し込むよ
うにして取り付けることができる。したがって、後側か
らロータ部を取り付けることができると共に、フレーム
１６がないステッピングモータ１に関しても、ステッピ
ングモータ１が取り付けられる部材にスラスト軸受５を
モータ回転軸３の中心軸の延長上に位置するように設け
て、ステッピングモータ１を組み付けることができる。

【００２９】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態においてはステッピングモー
タ１の構造についての説明を行ったが、本発明の構造を
ステッピングモータ以外の一般のモータに利用すること
は勿論可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明のステッピングモータでは、２つの軸受の
一方のスラスト軸受は、モータ回転軸の当接する当接面
が曲面形状をなした軸受体と、該軸受体の軸方向の移動
を許容すると共にその移動のガイドをするガイド部を備
えたガイド部材と、軸受体を他方の軸受に向けてばね付
勢する付勢板とを有し、かつガイド部材をステータ部に
固着しているので、モータ回転軸の偏心量が少なくされ
ている。これにより、モータ回転軸をラジアル方向に支
持するラジアル軸受をなくし、モータ回転軸とラジアル
軸受の間に発生していた摺動ロスをなくすことができ
る。しかも、軸受体の当接面を曲面形状としているの
で、モータ回転軸が回転する際の摺動ロスをより少なく
してトルクや高速応答性を向上させることができる。ま
た、ステッピングモータの中心軸とガイド部材の中心と
を容易に一致させることができる。

【００３１】さらに、請求項２記載の発明のステッピン
グモータでは、ガイド部材を金属により形成すると共に
このガイド部材をステータ部に溶接により固着している
ので、ガイド部材をステータ部に簡単に取り付けること
ができ、取り付けにかかるコストを少なくすることがで
きる。

【００３２】また、請求項３記載の発明のステッピング
モータでは、ガイド部材の周縁にフランジ部を形成する
と共に、付勢板にこのフランジ部へ係合するための係合
部を形成し、該係合部をフランジ部に係合させて付勢板
を固定させているので、付勢板や軸受体の取り外しが容
易となり、部品交換等のメンテナンスを容易に行うこと
ができる。

【００３３】また、請求項４記載の発明のステッピング
モータでは、他方の軸受はスラスト軸受であるので、モ
ータ回転軸にかかる両方向のスラスト荷重を双方のスラ
スト軸受で支えることができる。これにより、モータ回
転軸にかかる双方向のスラスト荷重を吸収することがで
きる。また、請求項５記載のステッピングモータの製造
方法では、スラスト軸受を軸受体とガイド部材と付勢板
とで構成し、かつガイド部材の内径寸法をステータ部の
内径寸法と等しくし、芯を合わせた状態で固着するよう
にしているので、ステッピングモータの中心軸とガイド
部材の中心とを容易に一致させることができる。また、
モータ回転軸をラジアル方向に支持するラジアル軸受を
なくし、モータ回転軸とラジアル軸受の間に発生してい
た摺動ロスをなくすことができる。しかも、軸受体の当
接面を曲面形状としているので、モータ回転軸が回転す
る際の摺動ロスをより少なくしてトルクや高速応答性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステッピングモータの一実施形態を示
す縦断面図である。

【図２】軸受体の鋼球保持体を示す図であり、（Ａ）は
縦断面図、（Ｂ）は側面図である。

【図３】ガイド部材を示す図であり、（Ａ）はIII−III
線による縦断面図、（Ｂ）は側面図である。

【図４】付勢板を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、
（Ｂ）は側面図である。

【図５】従来のステッピングモータを示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ステッピングモータ ２ ステータ部 ３ モータ回転軸 ４ リードスクリュー部 ５ スラスト軸受（他方の軸受） ６ スラスト軸受 ７ 軸受体 ８ ガイド部材 ８ａ ガイド部 ８ｂ フランジ部 ９ 付勢板 ９ｂ フック（係合部） １９ 鋼球（当接面）

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ部から突出したモータ回転軸に
   リードスクリュー部が形成され、前記モータ回転軸は少
   なくとも一方がスラスト軸受である２つの軸受により支
   持されると共に、前記モータ回転軸を軸方向にばね付勢
   してなるステッピングモータにおいて、前記２つの軸受
   の一方のスラスト軸受は、前記モータ回転軸の当接する
   当接面が曲面形状をなした軸受体と、該軸受体の軸方向
   の移動を許容すると共に、その移動のガイドをするガイ
   ド部を備え、かつ内径寸法が前記ステータ部の内径寸法
   と等しいガイド部材と、該ガイド部材に後側から取り付
   けられて前記軸受体を他方の前記軸受に向けて軸方向に
   ばね付勢する付勢板とを有し、かつ前記ガイド部材を前
   記ステータ部に固着することを特徴とするステッピング
   モータ。
2. 【請求項２】 前記ガイド部材を金属により形成すると
   共にこのガイド部材を前記ステータ部に溶接により固着
   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. 【請求項３】 前記ガイド部材の周縁にフランジ部を形
   成すると共に、前記付勢板にこのフランジ部へ係合する
   ための係合部を形成し、該係合部を前記フランジ部に係
   合させて前記付勢板を固定させることを特徴とする請求
   項１または２記載のステッピングモータ。
4. 【請求項４】 前記他方の軸受はスラスト軸受であるこ
   とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のステ
   ッピングモータ。
5. 【請求項５】 ステータ部から突出したモータ回転軸に
   リードスクリュー部を形成し、前記モータ回転軸を少な
   くとも一方がスラスト軸受である２つの軸受により支持
   し、前記モータ回転軸を軸方向にばね付勢するようにし
   たステッピングモータの製造方法において、前記２つの
   軸受の一方のスラスト軸受を、前記モータ回転軸の当接
   する当接面が曲面形状をなした軸受体と、該軸受体の軸
   方向の移動を許容すると共にその移動のガイドをするガ
   イド部を備えたガイド部材と、前記軸受体を他方の前記
   軸受に向けてばね付勢する付勢板とで構成し、かつ前記
   ガイド部材の内径寸法を前記ステータ部の内径寸法と等
   しくし、これらガイド部材およびステータ部の内径寸法
   と等しい外径寸法の芯合わせ用治具を用いてこれ らガイ
   ド部材およびステータ部の芯を合わせた状態で前記ガイ
   ド部材を前記ステータ部に固着することを特徴とするス
   テッピングモータの製造方法。