JP2007104849A - 小型ステッピングモータ、それを有する駆動機構、及び、位置決め機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構造でモータシャフトをセンタリングできる小型ステッピングモータ、及び、それを用いた位置決め・駆動装置を提供する。
【解決手段】 位置決め装置１は、ステッピングモータ１０と、同モータが取り付けられるベース６０を有する。ステッピングモータ１０は、ステータ２０と、ステータ内に回転可能に収められたロータ４０と、ロータの軸芯に取り付けられたモータシャフト４３と、を備える。モータシャフト４３の出力側には送りネジ４５が形成されており、同シャフトの反出力側の軸端４９は回転対象の凸面となっている。この軸端４９は、シャフト軸端凸面を受ける円錐受面及び円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有するすべり軸受８０で回転可能に支持される。このため、モータシャフトのセンタリングを図ることができ、シャフト４３のラジアル方向への踊りや振れがなくなり、タタキ音の発生を防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型のステッピングモータと、及び、それを用いて光学素子などの被駆動物を駆動・位置決めする機構に関する。特には、低騒音化のための改良を加えた小型ステッピングモータ等に関する。

ビデオカメラやＤＶＤ装置には、レンズ等の光学素子の精密な駆動・位置決め用に、小型ステッピングモータを用いた駆動・位置決め装置が使用されている。
図３は、従来の位置決め装置の構造を示す図であり、図３（Ａ）は側面断面図、図３（Ｂ）は正面図である。
この位置決め装置１０１は、小型ステッピングモータ１１０と、同モータ１１０が取り付けられるベース１６０を有する。ステッピングモータ１１０のモータシャフト１４３（出力軸）には送りネジ１４５が形成されている。送りネジ１４５には、レンズなどの位置決め対象物が固定された送りメネジ（図示されず）が螺合している。モータ１１０が駆動されてモータシャフト１４３が軸芯の周りを回転すると、送りネジ１４５に螺合している送りメネジがリニアガイド（図示されず）に案内されて直線上を移動する。

モータシャフト１４３の出力側（送りネジ側）の軸端１４７は、ベース１６０に固定された軸受１７１に回動可能に支持されている。また、反出力側の軸端１４９は、モータ１１０のステータに固定された軸受１８０に回動可能に支持されている。この軸受１８０は、内周面が円筒状の開口を有し、モータシャフトの軸端１４９はこの開口を貫通している。開口から突き出たモータシャフト１４３の軸端面は、板バネ１７３によりスラスト方向（軸芯方向）に付勢されている。

このような駆動・位置決め装置１０１においては、モータシャフト軸端１４９の寸法公差が０．００３ｍｍ程度であり、軸受１８０の開口の円筒内周面の寸法公差が０．００３ｍｍ程度であるので、両者間のクリアランスによっては、モータ回転時に、軸端１４９の側面が円筒内周面に当って騒音（タタキ音、カチカチとする音）が発生する場合がある。また、モータの回転軸芯がずれて、ビデオカメラ等の動画記録装置における光学素子の位置決め装置に適用した場合、画像ブレなどの不具合が発生する場合もある。

これに対して、モータシャフトの端部を、ボール（鋼球）を介して回転自在に支持するピボット軸受を備えるものもある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。ボールは、モータシャフトの出力側端部に形成された円錐形又は球面形の凹部に保持される。そして、ピボット軸受には、ボールを受ける円錐面が形成されている。モータシャフトは、反出力側端部がスラスト方向に付勢されており、ボールがピボット軸受にころがり接触して支持される。このような構造により、モータシャフトは回転自在に支持されるとともに、同シャフトのセンタリングを図ることができ、上記のようなタタキ音の発生を低減できる。さらに、ボールと円錐面とがころがり接触するため、両者の摩擦抵抗は少ない。

特開平５−１７６５２０号 特開平９−９６０４号

しかし、このモータシャフトにおいては、端部にボールを保持するための凹部を形成する必要があり、その分、部品の点数や加工工程数が増える。また、モータが小径になるにつれシャフトも小径化し、ベアリング構造が成立しにくくなる点も懸念される。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構造でモータシャフトをセンタリングできる小型ステッピングモータ、及び、それを用いた位置決め・駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の小型ステッピングモータは、 ステータと、該ステータ内に回転可能に収められたロータと、該ロータの軸芯に取り付けられたモータシャフトと、該シャフトの軸受と、を備えるステッピングモータであって、 前記モータシャフトの反出力側の軸端が回転対象の凸面となっており、 前記モータシャフトの反出力側の軸受として、前記シャフト軸端凸面を受ける円錐受面及び該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有するすべり軸受が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、モータシャフトの軸端を回転対象の凸面をすべり軸受の円錐受面に支持させているので、モータシャフトのセンタリングを図ることができる。このため、軸のラジアル方向への踊りや振れがなくなり、タタキ音の発生を防止できる。さらに、モータシャフトの反出力側にすべり軸受を設けて、モータシャフトの軸端が軸受の円錐受面にすべり接触する際に、シャフトと軸受との間に適度な摩擦抵抗を与えているので、ステップ駆動時の減衰振動の抑制に効果があり、低振動化できる。

本発明の駆動機構は、 ステータと、該ステータ内に回転可能に収められたロータと、該ロータの軸芯に取り付けられたモータシャフトと、該シャフトの軸受と、を備えるステッピングモータを用い、前記モータシャフトの出力軸側に被駆動機構が接続されている駆動機構であって、 前記モータシャフトの反出力側の軸端が回転対象の凸面となっており、 前記モータシャフトの反出力側の軸受として、前記シャフト軸端凸面を受ける円錐受面及び該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有するすべり軸受が設けられており、 さらに、前記モータシャフトの出力側軸端をスラスト方向に付勢する手段が設けられていることを特徴とする。

本発明の位置決め機構は、 ステータと、該ステータ内に回転可能に収められたロータと、該ロータの軸芯に取り付けられるモータシャフトと、該モータシャフトの軸受と、を備えるステッピングモータを用い、前記モータシャフトの出力軸側に送りネジ部が接続されている位置決め機構であって、 前記モータシャフトの反出力側の軸端が回転対象の凸面となっており、 前記モータシャフトの反出力側の軸受として、前記モータシャフト軸端凸面を受ける円錐受面及び該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有するすべり軸受が設けられており、 さらに、前記送りネジ部の出力側軸端をスラスト方向に付勢する手段が設けられていることを特徴とする。

従来のステッピングモータは、モータシャフトの反出力側端部をスラスト方向に付勢して、出力側端部を軸受に当接させていたが、本発明によれば、出力側端部をスラスト方向に付勢して、反出力側端部を軸受に当接させている。
つまり、モータシャフトをモータのトルク発生源の近くで円錐受け機構でセンタリングすることにより、モータの機械的要素（マグネット振れ、偏芯など）及び磁気的要素（着磁リップルなど）によるモータシャフトの回転ムラが抑制される。これにより、音、振動の低減、回転ムラを原因としたシャフト振れによる光学系の振れ（像ブレ）を低減できる。

本発明においては、 前記モータシャフト軸端凸面を受ける円錐受面、及び、該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有する前記軸受において、 前記円錐受面の側面の長さが、前記軸端凸面の曲率半径よりも長いことが好ましい。

本発明によれば、モータシャフトの軸端凸面が、軸芯の周囲で円錐受面に当接するとともに、軸端の側面が円筒面に接触しない。このため、シャフトと軸受とのすべり接触時の摩擦抵抗をできる限り低くできる。

本発明によれば、 前記軸受が、前記ステータに嵌め込まれて外周ヨークによって同ステータに取り付けられており、 前記軸受の反モータ側の面に、外方向に張り出す段部が形成されており、 前記外周ヨークに、前記段部が嵌め込まれる窓が形成されていることが好ましい。

本発明によれば、モータ軸方向において、モータシャフトの反出力側の端部を、ステータ内で保持することができ、モータの全長を短くすることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、モータシャフトをセンタリングしてラジアル方向の踊りや振れのない小型ステッピングモータを提供できる。さらに、従来のボールを介して軸受にころがり接触するものに比べて構造が簡単で、モータの減衰振動の低減が可能となる小型ステッピングモータ、及び、それを用いた駆動・位置決め装置を提供できる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る小型ステッピングモータを用いた駆動・位置決め装置の構造を説明する図であり、図１（Ａ）は側面断面図、図１（Ｂ）は正面図である。
図２は、図１の駆動・位置決め装置のモータシャフトの軸受部を拡大して示す図である。
この位置決め装置１は、小型ステッピングモータ１０と、同モータ１０が取り付けられるベース６０を有する。

まず、ステッピングモータ１０の構造を説明する。
ステッピングモータ１０は、中空状のステータ２０と、ステータ２０内に回転可能に収められたロータ４０と、から主に構成される。

ステータ２０は、回転軸方向に配列されたＡ相ステータ２１ＡとＢ相ステータ２１Ｂを有する。Ａ相ステータ２１Ａ、Ｂ相ステータ２１Ｂは、２個のクローポール型磁極片２３を組合わせて構成されている。クローポール型磁極片２３は、回転軸方向に延びる複数の三角形状の極歯を有する。各相ステータ２１は、２個のクローポール型磁極片２３を、極歯が向かい合って交互に、かつ、非接触でかみ合うように配置されている。そして、Ａ相ステータ２１ＡとＢ相ステータ２１Ｂは、極歯が１／２ピッチ円周方向にずれるように配置されている。このように配置されたＡ相ステータ２１ＡとＢ相ステータ２１Ｂは、ボビン２５によって一体に固定されている。ボビン２５は、樹脂を、各ステータの外周面を覆うとともに極歯の間に充填するように成形したものである。

各相ステータ２１の外周面のボビン２５には、断面コの字の凹部が形成されている。各凹部には、巻線が巻き回されてコイル２７が形成されている。各コイル２７は、ボビン２５によって各ステータ２１から絶縁されている。ボビン２５の凹部間の一部には、外側に張り出した端子台３７（図１（Ｂ）参照）が形成されている。この端子台３７には、各コイル２７に給電するための端子ピン３９が立設されている。
ステータ２０の出力側端面及び半出力側端面の各々には、略リング状の外ヨーク２９、３１が固定されている。反出力側の端面に固定された外ヨーク３１の形状については後述する。

ロータ４０はほぼ円筒状の永久磁石（ロータマグネット）４１と、永久磁石４１の軸芯に貫通固定されたモータシャフト４３を有する。永久磁石４１の外周面には、回転軸方向に延びるＮ極とＳ極が円周方向に交互に複数着磁されている。永久磁石４１の両端面には、回転対称形の凹部が形成されている。

永久磁石４１の軸芯には、モータシャフト４３が貫通固定されている。モータシャフト４３の出力軸には、送りネジ４５が接続されている。この送りネジ４５には、駆動・位置決め対象物が固定された送りメネジ（図示されず）が螺合している。モータシャフト４３の出力軸側（送りネジ側）の軸端４７の端面は球面に加工されており、反出力側の軸端４の端面は回転対象の凸面状に加工されている。

このステッピングモータ１０は、ベース６０に取り付けられている。
ベース６０は、底板と、同底板の対向する辺から直立する側板からなる側面形状がコの字状の形状を有する。両側板には、同軸上の開口が形成されている。ステッピングモータ１０は、出力側の端面（外ヨーク２９）で、一方の側板に取り付けられている。そして、モータシャフト４３の出力軸（送りネジ４５）が、両側板の開口を通って延び、両軸端４７、４９が取り付け板６０とモータ１０に回転可能に支持されている。

以下、モータシャフト４３の支持方法について説明する。
モータシャフト４３の出力軸側（送りネジ側）の軸端４７は、ベース６０の他方の側板の開口に固定された軸受７１に回転可能に支持されている。この軸受５１は、内周面が円筒状の貫通孔を有する。軸端４７は貫通孔を貫通して、軸端面が、側板に取り付けられた板バネ７３でスラスト方向に付勢されている。

一方、モータシャフト４３の反出力軸側の軸端４９は、ステッピングモータ１０のステータ２０に嵌め込まれたすべり軸受８０に支持されている。すべり軸受８０は円盤状の部材で、例えばＰＯＭなどで作製される。図２に拡大して示すように、同軸受８０のモータ側の面には、モータ方向に突き出ている中央凸部８１が形成されている。中央凸部８１は、永久磁石４１端面の凹部内に突き出ている。また、反モータ側の面には、図１（Ｂ）に分かりやすく示すように、軸受８０の中心に対して等間隔で径方向に張り出した３つの段部８３が形成されている。

図２を参照して説明する。軸受８０の中央凸部８１の中心には、モータシャフト４３の軸芯方向に延びる軸受け穴８５が開けられている。この軸受け穴８５に、モータシャフト４３の軸端４９が挿入される。軸受け穴８５は、軸芯を中心とする底面８５ａと、同底面の外周の外方向に拡がる円錐受面８５ｂと、同円錐受面の手前側（モータ側）の円筒内周面８５ｃからなる。ここで、円錐受面８５ｂの側面の長さＬが、軸端凸面４９ａの曲率半径ｒよりも長くなるように設定されている。このような寸法設定により、モータシャフト４３の出力側軸端４７が板バネ７３でスラスト方向に付勢されると、反出力側軸端凸面４９ａは、軸芯の周囲の部分で軸受８５の円錐受面８５ｂに当接し、軸端４９の側面は円筒内周面８５ｃに接しない。なお、軸端４９の側面と円筒内周面８５ｃ間のクリアランスは０．０２０ｍｍ程度が好適である。この数値は従来のクリアランス（０．００５ｍｍ）よりも大きいので、部品の寸法公差も楽になる。また、凸面４９ａの先端も、軸受け穴８５の底面８５ａに接しない。

このような構造により、モータシャフト４３はモータ１０の回転軸上にオートセンタリングされ、ラジアル方向の踊りや振れを低減できる。また、半出力側軸端４９は、軸芯周囲の部分のみで軸受８０とすべり接触することになるが、両者の接触抵抗は、上述のボールを介して軸受にころがり接触するものに比べて大きい。しかし、この摩擦抵抗は、起動時のトルクの増大を招くほとではなく、ステップ駆動時の減衰振動の抑制の効果も期待できる。

また、図３に示す従来のステッピングモータは、モータシャフトの反出力側端部をスラスト方向に付勢して、出力側端部を軸受に当接させていたが、本例では、出力側端部４７をスラスト方向に付勢して、反出力側端部４９を軸受８０に当接させている。このように、モータシャフトの反出力側端部をモータのトルク発生源の近くで軸受８０の円錐受け機構でセンタリングすることにより、モータの機械的要素（マグネット振れ、偏芯など）及び磁気的要素（着磁リップルなど）によるモータシャフトの回転ムラが抑制される。これにより、音、振動の低減、回転ムラを原因としたシャフト振れによる光学系の振れ（像ブレ）を低減できる。

軸受８０の各段部８３は、図１（Ｂ）に示すように、平面形状が略扇型で、ステータ４０の中空部を越えて外方向（径方向）に張り出している。軸受８０がステータ４０の中空部に嵌め込まれると、各段部８３はステータ４０の端面に当接する。

軸受８０は、円板状の外ヨーク３１によって、ステータ４０の端面に取り付けられている。外ヨーク３１には、平面形状が略扇型の窓３３が、中心に対して等間隔で３ヶ所に形成されている。これらの窓３３に、軸受８０の各段部８３が嵌め込まれる。また、ヨーク３１の厚さは、軸受８０の段部８３の厚さに等しく、ヨーク３１の端面と軸受８０（段部８３）の端面は同一面となっている。このような構造により、モータ１０の長さをできる限り短くすることができる。

本発明の実施の形態に係る小型ステッピングモータを用いた駆動・位置決め装置の構造を説明する図であり、図１（Ａ）は側面断面図、図１（Ｂ）は正面図である。 図１の駆動・位置決め装置のモータシャフトの軸受部を拡大して示す図である。 従来の位置決め装置の構造を示す図であり、図３（Ａ）は側面断面図、図３（Ｂ）は正面図である。

符号の説明

１ 駆動・位置決め装置 １０ 小型ステッピングモータ
２０ ステータ ２１Ａ Ａ相ステータ
２１Ｂ Ｂ相ステータ ２３ クローポール型磁極片
２５ ボビン ２７ コイル
２９、３１ 外周ヨーク ３３ 窓
３７ 端子台 ３９ 端子ピン
４０ ロータ ４１ 永久磁石
４３ モータシャフト ４５ 送りネジ
４７、４９ 軸受け部 ７１ 軸受
７３ 板バネ ８０ すべり軸受
８１ 中央凸部 ８３ 段部
８５ 軸受け穴

Claims (5)

1. ステータと、該ステータ内に回転可能に収められたロータと、該ロータの軸芯に取り付けられたモータシャフトと、該シャフトの軸受と、を備えるステッピングモータであって、
   前記モータシャフトの反出力側の軸端が回転対象の凸面となっており、
   前記モータシャフトの反出力側の軸受として、前記シャフト軸端凸面を受ける円錐受面及び該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有するすべり軸受が設けられていることを特徴とする小型ステッピングモータ。
2. ステータと、該ステータ内に回転可能に収められたロータと、該ロータの軸芯に取り付けられたモータシャフトと、該シャフトの軸受と、を備えるステッピングモータを用い、前記モータシャフトの出力軸側に被駆動機構が接続されている駆動機構であって、
   前記モータシャフトの反出力側の軸端が回転対象の凸面となっており、
   前記モータシャフトの反出力側の軸受として、前記シャフト軸端凸面を受ける円錐受面及び該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有するすべり軸受が設けられており、
   さらに、前記モータシャフトの出力側軸端をスラスト方向に付勢する手段が設けられていることを特徴とする駆動機構。
3. ステータと、該ステータ内に回転可能に収められたロータと、該ロータの軸芯に取り付けられるモータシャフトと、該モータシャフトの軸受と、を備えるステッピングモータを用い、前記モータシャフトの出力軸側に送りネジ部が接続されている位置決め機構であって、
   前記モータシャフトの反出力側の軸端が回転対象の凸面となっており、
   前記モータシャフトの反出力側の軸受として、前記モータシャフト軸端凸面を受ける円錐受面及び該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有するすべり軸受が設けられており、
   さらに、前記送りネジ部の出力側軸端をスラスト方向に付勢する手段が設けられていることを特徴とする位置決め機構。
4. 前記モータシャフト軸端凸面を受ける円錐受面、及び、該円錐受面の手前側（出力側）の円筒面を有する前記軸受において、
   前記円錐受面の側面の長さが、前記軸端凸面の曲率半径よりも長いことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
5. 前記軸受が、前記ステータに嵌め込まれて外周ヨークによって同ステータに取り付けられており、
   前記軸受の反モータ側の面に、外方向に張り出す段部が形成されており、
   前記外周ヨークに、前記段部が嵌め込まれる窓が形成されてい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。

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