JPH07250465A - ステップモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ねじ部の摩擦や摩耗を低減させ、回転負荷の軽
減を図ることができるステップモータを提供する。 【構成】このステップモータ１は、ねじの作用によりロ
ータ４の回転を軸方向の動きに変換し、出力軸９を軸方
向に移動させる構造であり、筒状に形成され、外周部に
複数の永久磁石７を設けると共に、軸芯位置にねじ孔を
有するねじ支持部８を設けたロータ４と、外周部におね
じを有し、ロータ４のねじ支持部８のねじ孔に螺合して
挿入される出力軸９と、ロータ４内に軸方向に移動可能
に配設され、軸芯位置にねじ孔を有し、そのねじ孔に出
力軸９が螺合して挿入されるばね受部材１０と、ロータ
４とばね受部材１０との間に配設され、ロータ４とばね
受部材１０を相対軸方向に付勢する圧縮コイルばね１１
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気系、排
気系等に使用される流量制御弁に適用可能なステップモ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸気系、排気系等に使用され
る流量制御弁として、弁ハウジング内に複数のポートを
持つ弁室が形成され、弁室内にリフト式の弁体と弁座部
が設けられ、弁体の弁軸を移動させるモータが弁ハウジ
ングに取付けられた構造の流量制御弁が知られている
（例えば、実開平４−１０８３６７号公報参照）。

【０００３】この種の流量制御弁には、一般にステップ
モータが使用され、そのステップモータは、軸芯位置に
内部空間を有するロータの内周に、めねじが設けられ、
おねじを有する出力軸がそのロータ内のめねじと螺合す
るように挿入され、出力軸の先端に弁体が直接或は弁軸
を介して取付けられる。そして、ロータと出力軸間のね
じ部を介して、ロータの回転を軸方向の動きに変換し、
出力軸つまり弁体を軸方向に移動させ、弁の開閉を行
う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関で
使用されるこの種の流量制御弁は、機関の運転時にかな
りの振動を受けるが、ねじを介して取付けられる出力軸
の振動を抑制し、ねじの動作に特有のバックラッシュを
防止するために、従来では、弁体とハウジング間、或は
出力軸とハウジング間に、出力軸（弁体）を一方向に付
勢する圧縮コイルばねが設けられている。

【０００５】この圧縮コイルばね３０が、例えば、図５
に示すように、弁体３１の上部とその上の出力軸（弁
軸）３２を支持するハウジング３３間に設けられ、出力
軸３２が下方に最も突き出された状態で弁が全閉とな
り、出力軸３２が上方に最も引き戻された状態で弁が全
開となる場合、弁が全閉の位置では、圧縮コイルばね３
０の高さは高くその圧縮率は小さいため、出力軸３２に
かかるばね荷重は小さいが、弁が全開の状態では、圧縮
コイルばね３０が圧縮されるため、そのばね荷重が増大
する。

【０００６】このため、出力軸３２の振動の抑制やバッ
クラッシュの防止を目的として取付けられる圧縮コイル
ばね３０のばね定数は、弁の全閉状態、つまり圧縮率が
小さくばね荷重が小さい状態で、振動等を防止するため
に充分なばね力を有するように設定されるため、弁の全
開時に圧縮状態となったコイルばねのばね荷重は相当大
きくなる。

【０００７】したがって、ステップモータは、弁体を開
方向（上側）に移動させる場合、その回転負荷が増大
し、ステップモータのトルクの増大や形状の大形化を招
く問題があった。また、圧縮コイルばね３０の付勢力が
大きくなると、ロータ３４と出力軸３２のねじ部３５の
摩擦力が増大し、その部分の摩耗が増大する問題があっ
た。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、ねじ部の摩擦や摩耗を低減させ、回転負荷の軽減を
図ることができるステップモータを提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のステップモータは、ねじの作用によりロー
タの回転を軸方向の動きに変換し、出力軸を軸方向に移
動させるステップモータにおいて、筒状に形成され、外
周部に複数の永久磁石を設けると共に、軸芯位置にねじ
孔を有するねじ支持部を設けたロータと、外周部におね
じを有し、ロータのねじ支持部のねじ孔に螺合して挿入
される出力軸と、ロータ内に軸方向に移動可能に配設さ
れ、軸芯位置にねじ孔を有し、そのねじ孔に出力軸が螺
合して挿入されるばね受部材と、ロータとばね受部材と
の間に配設され、ロータとばね受部材を相対軸方向に付
勢するばね手段と、を備えて構成される。

【００１０】ここで、ばね手段としては、圧縮コイルば
ね或はばね座金を使用することができる。

【００１１】

【作用・効果】このような構成のステップモータでは、
その起動によりロータが例えば左に回転したとき、ロー
タのねじ支持部と出力軸のねじ部の作用によって、ロー
タの回転が出力軸の軸方向の動きに変換され、出力軸が
その先端を突出すように移動する。一方、ロータが右に
回転したとき、ロータのねじ支持部と出力軸のねじ部の
作用によって、出力軸がその先端を引き戻すように移動
する。

【００１２】この間、ロータとばね受部材との間に配設
されたばね手段は、常時、ロータとばね受部材を相対軸
方向に付勢しているため、出力軸とロータのねじ支持部
及び出力軸とばね受部材の螺合するねじ部では、常に一
方のねじ山面が接触してねじのガタツキが防止される。

【００１３】このため、ステップモータが振動の激しい
流量制御弁に使用された場合、出力軸の振動を最小限に
抑制することができ、ねじ部のバックラッシュの発生も
防止することができる。

【００１４】さらに、ばね手段のばね荷重は、出力軸の
振動とねじ部のバックラッシュを防止し得る最小の値に
設定しておけばよいため、ねじ部の摩擦力を従来より少
なくし、ねじ部の摩耗を低減することができる。

【００１５】さらに、ロータとばね受部材との間に配設
されたばね手段のばね荷重は、常に最小値で一定であ
り、従来のように、出力軸が圧縮コイルばねを圧縮する
ように動作することがないため、出力軸の負荷を大幅に
軽減し、必要とするトルクの低減からモータを小型化す
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１７】図１は、本発明のステップモータを適用し
た流量制御弁の断面図を示している。２はステップモー
タ１のハウジングであり、ハウジング２内には、ボビン
に励磁コイル３を巻装したステータが固定され、その内
側にロータ４が配設される。ロータ４はハウジング２に
対し、その上部と下部を玉軸受５、６を介して回転自在
に支持される。

【００１８】ロータ４は全体が筒状に形成され、外周部
に複数の永久磁石７が固定される。さらに、ロータ４の
軸芯位置には中央にねじ孔を有するねじ支持部８が形成
され、その内周に形成されためねじ８ａに、後述の出力
軸９のおねじ９ａが螺合する。

【００１９】さらに、図３の拡大図に示すように、ロー
タ４の軸芯位置の内部には、ねじ支持部８に対向する位
置にばね受部材１０が配設される。ばね受部材１０は中
央にめねじ１０ａを持ったねじ孔を有し、そのねじ孔に
出力軸９が、めねじ１０ａとおねじ９ａを螺合させて挿
入される。また、ばね受部材１０は、図２に示すよう
に、突起部と平坦部を有し、その突起部と平坦部をロー
タ４内の対応した凹部に係合させることにより、軸方向
の移動を許容しながら、ロータ４と共に回転可能であ
る。

【００２０】ロータ４内に配置されたばね受部材１０と
ねじ支持部８との間に、圧縮コイルばね１１が配設され
る。圧縮コイルばね１１は、出力軸９が螺合したロータ
４のねじ支持部８とばね受部材１０とを離隔する相反軸
方向に付勢し、そのばね荷重は、ばね受部材１０とねじ
支持部８の間隔を調整することにより、任意に設定する
ことができる。

【００２１】そして、圧縮コイルばね１１のばね荷重
は、流量制御弁が実際に使用されて振動を受けた際、ね
じ部のガタツキによる出力軸９の振動、ねじ部の摩擦や
摩耗、ねじ部のバックラッシュを効果的に抑制すること
ができる程度に最小値に設定される。

【００２２】出力軸９の下部はロータ４内から下方に突
出し、ハウジング２の下部に固定したカバー板１２を貫
通し、その先端に弁体１３が固定される。出力軸９の下
部は異形断面を持つように形成され、その部分がカバー
板１２の軸受部によって回転を阻止すると共に、軸方向
に移動可能に支持される。また、出力軸９の一部にはそ
の引き戻し端と突出端で停止するためのストッパ９ｂが
設けられる。

【００２３】このような構成のステップモータ１は、図
１に示すように、その出力軸先端の弁体１３を弁室１６
内に挿入するように、弁ハウジング１５の上部に下向き
に固定される。

【００２４】弁室１６の下側には、周囲に弁座１７ａを
設けた流通孔１７が形成され、弁体１３の上昇・下降に
より流通孔１７が開閉される構造である。弁室１６の右
側には入口ポート１８が設けられ、弁ハウジング１５の
左側には出口ポート１９が設けられる。

【００２５】次に、流量制御弁の動作を説明すると、そ
の弁を閉じる場合、ステップモータ１はロータ４を左方
向に回転させる。ロータ４が左方向に回転すると、ロー
タ４のねじ支持部８と出力軸９のねじ部の作用によっ
て、ロータ４の回転が出力軸９の軸方向の動きに変換さ
れ、出力軸９がその先端を突き出すように移動する。

【００２６】一方、弁を開く場合、ステップモータ１は
ロータ４を右方向に回転させる。ロータ４が右方向に回
転すると、ロータ４のねじ支持部８と出力軸９のねじ部
の作用によって、出力軸９がその先端を引き戻すように
移動する。

【００２７】この間、ロータ４のねじ支持部８とばね受
部材１０との間に配設された圧縮コイルばね１１は、常
時、ロータ４とばね受部材１０を相対軸方向に付勢して
いるため、出力軸９とロータ４のねじ支持部８及び出力
軸９とばね受部材１０の螺合するねじ部では、常に一方
のねじ山面が接触し、ねじのガタツキが防止される。

【００２８】このため、ステップモータ１が振動の激し
い流量制御弁に使用された場合、出力軸９の振動を最小
限に抑制することができ、ねじ部のバックラッシュの発
生も防止することができる。

【００２９】さらに、圧縮コイルばね１１のばね荷重
は、出力軸９の振動とねじ部のバックラッシュを防止し
得る最小値に設定しておけばよいため、ねじ部の摩擦力
を従来より少なくし、ねじ部の摩耗を低減することがで
きる。

【００３０】さらに、ロータ４とばね受部材１０との間
に配設された圧縮コイルばね１１のばね荷重は、出力軸
９の移動に拘らず常に最小値で一定であり、従来のよう
に、出力軸が圧縮コイルばねを圧縮するように動作する
ことがないため、出力軸９の負荷を大幅に軽減すること
ができる。したがって、必要とするモータのトルクを低
減できるため、モータを小型化することが可能となる。

【００３１】図４は他の実施例を示している。この例で
は、上記圧縮コイルばね１１の代りに、ウエーブワッシ
ャ等のばね座金２１がばね受部材２０とねじ支持部２８
との間に配設され、このばね座金２１によりばね受部材
２０とねじ支持部２８が相対軸方向に付勢される。この
ばね座金２１を使用した場合も、上記と同様に動作し、
その作用・効果は同様であるが、ばね座金２１を使用し
た場合、圧縮コイルばねを使用する場合より、ロータ４
の軸方向の長さを短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステップモータを使用した流量制御弁
の縦断面図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】ロータ内部の拡大断面図である。

【図４】他の実施例のロータ内部の拡大断面図である。

【図５】従来のステップモータを使用した流量制御弁の
縦断面図である。

【符号の説明】

１−ステップモータ、４−ロータ、７−永久磁石、９−
出力軸、１０−ばね受部材、１１−圧縮コイルばね。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ねじの作用によりロータの回転を軸方向
   の動きに変換し、出力軸を軸方向に移動させるステップ
   モータにおいて、 筒状に形成され、外周部に複数の永久磁石を設けると共
   に、軸芯位置にねじ孔を有するねじ支持部を設けたロー
   タと、 外周部におねじを有し、該ロータのねじ支持部のねじ孔
   に螺合して挿入される出力軸と、 該ロータ内に軸方向に移動可能に配設され、軸芯位置に
   ねじ孔を有し、該ねじ孔に該出力軸が螺合して挿入され
   るばね受部材と、 該ロータと該ばね受部材との間に配設され、該ロータと
   該ばね受部材を相対軸方向に付勢するばね手段と、 を備えたことを特徴とするステップモータ。
2. 【請求項２】 前記ばね手段が圧縮コイルばねである請
   求項１記載のステップモータ。
3. 【請求項３】 前記ばね手段がばね座金である請求項１
   記載のステップモータ。