JP2007151237A - リードスクリューの製造方法、リードスクリュー及び位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで製造できるとともに、ネジ軸部及びモータシャフト部の寸法精度が高く、さらに、両部の同芯度及び真直度の高い、高精度のリードスクリュー等を提供する。
【解決手段】 リードスクリュー１０は、ネジ軸部２０と、モータシャフト部３０とからなり、両部は同芯上を延びている。ネジ軸部２０は、外表面に転造オネジが形成されているネジ形成部２１と、反モータシャフト部側の端部の軸受け部２３を有する。モータシャフト部３０は、ロータマグネット嵌合部３１と、反ネジ形成部側の端部の軸受け部３３を有する。このリードスクリュー１０は、ネジ軸部２０となる丸棒ブランクに、モータシャフト部３０のうちの少なくとも軸受け部２３となる別体の研磨シャフトを圧入し、その後にネジ転造加工されている。モータシャフト部３０のロータマグネット嵌合部３１は、ネジ軸部２０となる丸棒ブランクの一端に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リードスクリュー及びその製造方法に関する。特には、ネジ軸部とモータシャフト部とを有するリードスクリューにおいて、両部の真直度の高いリードスクリューを製造する方法に関する。さらには、小型ステッピングモータでリードスクリューを回転させて位置決めする位置決め装置に関する。

ビデオカメラやＤＶＤ装置などの精密機器においては、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てリードスクリューを回転させて被駆動物を駆動・位置決めする装置が使用されている。
現在使用されている代表的なリードスクリューは、外表面に転造オネジの形成されたネジ軸部と、その同芯上で延びた外表面が研磨加工されたモータシャフト部とを有する。ネジ軸部には、被駆動物が固定された送りメネジが螺合している。モータシャフト部はモータの回転子の軸芯に固定されている。スクリューの両端は軸受け部となっており、同スクリューは両軸受け部で軸受に回転可能に支持される。モータの駆動により回転子とともにスクリューが回転すると、被駆動物が、ネジ部に螺合している送りメネジとともに直線状を移動する。

近年、このような精密機器の小型化が急速に進んでおり、それに伴い、小型ステッピングモータやリードスクリューも一層の小型化・小径化が要求されている。例えば、小型ステッピングモータのロータマグネットの内径は０．８ｍｍでほぼ共通化されているため、リードスクリューのモータシャフト部の外径を０．８ｍｍとする必要がある。
このようなリードスクリューには、一般に、一体型リードスクリューと別体組立型リードスクリューがある。

図４は、一般的な一体型リードスクリューの構造を示す側面図である。
図５は、図４の一体型リードスクリューの製造工程のフローチャートである。
一体型リードスクリュー８０は、ネジ軸部８１とモータシャフト部８３、軸受け部８５とが、一体に成形されたものである。ネジ軸部８１は、モータシャフト部８３及び軸受け部８５より大径である。

図５を参照して、このリードスクリュー８０の製造方法を説明する。まず、ステンレス鋼のストレート細棒を準備する。そして、Ｓ５１において、同棒を、ネジ軸部８１、モータシャフト部８３、軸受け部８５を、各径が所定の径となるよう外周から切削加工した後、所定の長さに切断する（ブランク加工）。一例として、スクリュー外径１．４ｍｍ、ピッチ０．３の場合、ネジ軸部８１は径が１．２６ｍｍ（公差±０．０１）、モータシャフト部８３は径が０．８ｍｍ（公差±０．００５）となるように加工される。次に、Ｓ５２において、ネジ軸部８１をセンタレス研磨した後、Ｓ５３において、ネジ軸部８１にネジを転造する。最後に、Ｓ５４において、表面処理加工（バフ研磨、バレルなど）により仕上げる。

一体タイプは、部品点数が少なく、加工工程も少ないため、安価に製造できる。しかし、モータシャフト部８３はセンタレス研磨を行っていないため同部の径寸法の公差設定は１０μｍ程度と広い。このため、モータシャフト部８３のクリアランス管理上、できあがり径の実測値に応じたグループ分けと使い分けが必要になる。さらに、ストレートなステンレス細棒から各部を削り出すために切削量が多くなり、材料の歩留まりが悪く、材料費がアップしてしまう。さらには、ネジ転造時に材料が伸びるが、その伸び量が材料のロットや径寸法によって異なるため、スクリューの全長が変わってしまう。

次に、別体組立型リードスクリューについて説明する。
図６は、一般的な別体組立型リードスクリューの構造を示す側面図である。
図７は、図６の別体型リードスクリューの製造工程のフローチャートである。
別体型リードスクリュー９０は、ネジ軸部９１とモータシャフト部９９とが別体物である。ネジ軸部９１の反モータシャフト側の端部には、ネジ軸部９１よりも小径の軸受け部９３が形成されている。また、ネジ軸部９１のモータシャフト側の端部には、軸方向に突き出た、同部よりも小径のモータシャフト部嵌合部９５が形成されている。嵌合部９５には、端面から軸芯上を延びる、モータシャフト部嵌合穴９７が開けられている。モータシャフト部９９は、この嵌合穴９７に圧入固定されている。

図７を参照して、このリードスクリュー９０の製造工程を説明する。このリードスクリュー９０は、ネジ軸部９１とモータシャフト部９９とを別の工程で作製する。ネジ軸部９１の製造においては、まず、ステンレス鋼のストレート細棒を準備する。そして、Ｓ６１において、同棒を、ネジ軸部９１、軸受け部９３、嵌合部９５を、各径が所定の径となるように外周から切削加工した後、所定の長さに切断する（ブランク加工）。次に、Ｓ６２において、ネジ軸部９１にネジを転造する。その後、Ｓ６３において、嵌合部９５に嵌合穴９７を加工した後、Ｓ６４において表面処理加工（例えばバフ研磨、バレルなど）を行う。

一方、モータシャフト部９９においては、まず、ステンレス鋼ワイヤーを準備する。そして、Ｓ７１において、同ワイヤーを所定の寸法となるように切断した後、Ｓ７２において、同ワイヤーをセンタレス研磨して、モータシャフト部９９を作製する。同部の径は０．０８ｍｍ（公差−０．００３）である。
そして、最後に、Ｓ８１において、ネジ軸部９１の貫通穴９７にモータシャフト部９９を圧入する。

このような製造工程においては、Ｓ７２のモータシャフト部９９のセンタレス研磨により、同部の公差を０．００３ｍｍ程度に設定できる。しかし、モータシャフト部９９をネジ軸部９１に圧入する際（図７のＳ８１）に、ネジ軸部９１が挿入されて固定される治具を使用するが、この時点では、ネジ軸部９１にネジが転造されているため、ネジに傷が付かないように、治具はネジ軸部９１に対してある程度のクリアランス（０．０３ｍｍ）を持つようにされている。このため、モータシャフト部９９とネジ軸部９１との同芯度及び真直度が十分でないという問題点がある。モータシャフト部９９とネジ軸部９１の真直度が十分でないと、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、ネジ軸部９１が振れて、画像揺れなどの不具合が発生する。また、このようなクリアランスを持ったとしても、ネジの傷を完全には避け難い。

以上説明したように、一般的に使用されているリードスクリューは、モータシャフト部の寸法精度が良くなかったり、モータシャフト部とネジ軸部と同芯度及び真直度が不十分なものであった。また、材料面、加工面においてコスト大となる。そして、このようなリードスクリューを位置決め装置に用いると、位置決め精度の低下や位置決め対象物の振れなどが発生する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで製造できるとともに、ネジ軸部及びモータシャフト部の寸法精度が高く、さらに、両部の同芯度及び真直度の高い、高精度のリードスクリュー等を提供することを目的とする。

本発明のリードスクリューの製造方法は、 外周面に転造ネジの形成されたネジ軸部と、 その一端から同芯に延びるモータシャフト部と、を有するリードスクリューの製造方法であって、 前記ネジ軸部となる丸棒ブランクに、前記モータシャフト部のうちの少なくとも軸受け部となる別体の研磨シャフトを圧入し、 その後にネジ転造加工することを特徴とする。

従来の、ネジを転造した後にネジ軸部にモータシャフト部を圧入する方法では、圧入時にネジを傷付けないように、ネジ軸部を固定する治具にクリアランスを持たせていた。しかし、本発明によれば、ネジが転造されていない丸棒ブランクに研磨シャフトを圧入するので、治具にこのようなクリアランスを持たせる必要がない。丸棒ブランクの外径寸法の公差は小さので、圧入治具の寸法のクリアランス（公差）を厳しく設定でき、丸棒ブランクと研磨シャフトとの真直度を高くすることができる。つまり、リードスクリューにおいて、ネジ軸部と、モータシャフト部の軸受け部との真直度を高くすることができる。また、製造工程のほぼ最終段階でネジ転造加工を行うので、従来では転造ネジと圧入治具との接触により生じていたネジ傷を低減することができる。

本発明においては、 前記モータシャフト部が、ステッピングモータのロータマグネットが嵌合するロータマグネット嵌合部と、該部の先の軸受け部とを有し、 前記ロータマグネット嵌合部が、前記ネジ軸部となる丸棒ブランクの一端に形成されることが好ましい。

本発明によれば、一つの丸棒ブランクをブランク加工してネジ軸部とロータマグネット嵌合部を作製することにより、ネジ軸部とロータマグネット嵌合部との真直性が得られる。このため、ネジ軸部とモータシャフト部（ロータマグネット嵌合部及び軸受け部）とが高い真直性を持つ高精度のリードスクリューを製造できる。

本発明のリードスクリューは、 外周面に転造ネジの形成されたネジ軸部と、 その一端から同芯に延びるモータシャフト部と、を有するリードスクリューであって、 前記モータシャフト部に、該モータシャフト部の軸受け部となる別体の研磨シャフトが圧入されていることを特徴とする。

本発明においては、 前記モータシャフト部が、ステッピングモータのロータマグネットが嵌合するロータマグネット嵌合部と、該部の先の軸受け部とを有し、 前記ロータマグネット嵌合部が、前記ネジ軸部と一体に設けられていることが好ましい。

本発明の位置決め装置は、 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リードスクリューと、を備えるステッピングモータを用いた位置決め装置であって、 前記リードスクリューが、 外周面に転造ネジの形成されたネジ軸部と、 その一端から同芯に延びるモータシャフト部と、を有し、 前記モータシャフト部に、該モータシャフト部の軸受け部となる別体の研磨シャフトが圧入されていることを特徴とする。

本発明によれば、ネジ軸部とモータシャフト部の真直度が高く、ネジ傷の少ないリードスクリューを使用するので、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、ネジ軸部の振れによる画像揺れなどの不具合を低減できる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、モータシャフト部とネジ軸部との同芯度及び真直度の高いリードスクリューを提供できる。また、このようなリードスクリューを使用して、位置決め対象物の振れなどがなく、高い位置決め精度を有する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リードスクリューの構造を説明する図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は一部断面側面図である。
リードスクリュー１０は、ネジ軸部２０と、モータシャフト部３０とからなり、両部は同芯上を延びている。ネジ軸部２０は、外表面に転造オネジが形成されているネジ形成部２１と、反モータシャフト部側の端部の軸受け部２３を有する。モータシャフト部３０は、ロータマグネット嵌合部３１と、反ネジ形成部側の端部の軸受け部３３を有する。モータシャフト部のロータマグネット嵌合部３１とネジ軸部のネジ形成部２１との間は、小径部４０となっている。

次に、リードスクリュー１０嵌合の製造工程を説明する。
図２は、図１のリードスクリューの製造工程のフローチャートである。
このリードスクリューは、ネジ軸部２０とモータシャフト部３０のロータマグネット嵌合部３１、及び、小径部４０とを一つの工程で一体に製造し、モータシャフト部３０の軸受け部３３を別の工程で製造する。

ネジ軸部２０とモータシャフト部３０のロータマグネット嵌合部３１の製造工程においては、まず、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３など）の丸棒ブランク（ストレート細棒）を準備する。そして、Ｓ１において、同丸棒ブランクを、ネジ形成部２１、軸受け部２３、小径部４０、及び、ロータマグネット嵌合部３１を所定の径となるように外周から切削加工する（ブランク加工）。一例として、スクリュー外径１．４ｍｍ、ピッチ０．３の場合、ネジ形成部２１は外径が１．２６ｍｍ（公差０−０．００６）、ロータマグネット嵌合部３１もネジ形成部２１と同じ寸法となるように加工される。このように、一つの丸棒ブランクをブランク加工してネジ形成部２１とロータマグネット嵌合部３１を形成するので、両部は高い真直度を有する。次に、Ｓ２において、ロータマグネット嵌合部３１に、端面から軸芯上を延びる嵌合穴３５（図１（Ｂ）参照）を加工する。

一方、モータシャフト部３０の軸受け部３３においては、まず、ステンレス鋼ワイヤーを準備する。そして、Ｓ１１において、同ワイヤーを所定の寸法に切断した後、Ｓ１３において、同ワイヤーをセンタレス研磨して軸受け部３３となる研磨シャフトを作製する。この研磨シャフトは、外径が０．８ｍｍ（公差０−０．００３）となるように加工される。

そして、Ｓ２１で丸棒ブランクのロータマグネット嵌合部３１の嵌合穴３５に、研磨シャフト（軸受け部３３）を圧入する。この際、丸棒ブランクにはまだネジは転造されておらず、圧入時にネジを傷つけることを考慮する必要がない。また、丸棒ブランクは上述のように小さい公差で作製されているため、圧入に使用する治具（丸棒ブランクが固定される部分）の外径のクリアランスを厳しく設定できる。このため、丸棒ブランクと研磨シャフトとの真直度を高くすることができる。つまり、ネジ形成部２１及びロータマグネット嵌合部３１と、軸受け部３３との真直度を高くすることができる。

軸受け部圧入後、Ｓ２２でネジ軸部２０のネジ形成部２１にネジを転造する。なお、ネジ軸部のネジ形成部２１とモータシャフト部のロータマグネット嵌合部３１との間の小径部４０は、このネジ転造時の、転造ネジの逃げである。最後に、Ｓ２３で表面処理加工して完成する。

図３は、本発明の実施の形態に係る位置決め装置の構成を模式的に示す側面断面図である。
この位置決め装置１００は、小型ステッピングモータ１１０で図１のリードスクリュー１０を回転させて位置決めを行う。

まず、ステッピングモータ１１０の構造を説明する。
ステッピングモータ１１０は、中空状のステータ１２０と、ステータ１２０内に回転可能に収められたロータ１４０と、から主に構成される。

ステータ１２０は、回転軸方向に配列されたＡ相ステータ１２１ＡとＢ相ステータ１２１Ｂを有する。各相ステータ１２１は、２個のクローポール型磁極片１２３を組合わせて構成されている。クローポール型磁極片１２３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１２１は、２個のクローポール型磁極片１２３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１２１ＡとＢ相ステータ１２１Ｂ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１２１ＡとＢ相ステータ１２１Ｂは、ボビン１２５によって一体に固定されている。ボビン１２５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１２１の外周面のボビン１２５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１２７が形成されている。各コイル１２７は、ボビン１２５によって各相ステータ１２１から絶縁されている。

回転軸方向に並んでボビン１２５で固定されたＡ相ステータ１２１Ａ及びＢ相ステータ１２１Ｂは、円筒状の外ヨーク１２９（例えば電磁軟鉄製）内に同心筒上に嵌め込まれて、同ヨーク１２９に固定されている

ロータ１４０はほぼ円柱状の永久磁石で作製される。この永久磁石の外周面には、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。永久磁石の軸芯には、リードスクリュー１０のロータマグネット嵌合部３１が貫通固定されている。リードスクリュー１０のネジ形成部２１には、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。

このステッピングモータ１０は、ベース１６０に取り付けられている。
ベース１６０は、底板１６１と、同底板１６１の対向する辺から直立する側板１６３からなる側面形状がコの字状の形状を有する。両側板１６３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１１０は、出力側の端面（外ヨーク１２９）で、一方の側板１６３に取り付けられて、リードスクリュー１０のネジ軸部２０（ネジ形成部２１）が、両側板の開口を通って延びている。そして、ネジ軸部２０の軸受け部２３は、ベース１６０の他方の側板１６３に、軸受１７１を介して回転可能に支持されている。一方、モータシャフト部３０の軸受け部３３は、モータ１１０のステータ１２０に取り付けられた軸受１７３に回転可能に支持されているとともに、板バネ１７５によってスラスト方向に付勢されている。

本発明の実施の形態に係るリードスクリューの構造を説明する図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は一部断面側面図である。 図１のリードスクリューの製造工程のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る位置決め装置の構成を模式的に示す側面断面図である。 一般的な一体型リードスクリューの構造を示す側面図である。 図４の一体型リードスクリューの製造工程のフローチャートである。 一般的な別体組立型リードスクリューの構造を示す側面図である。 図６の別体型リードスクリューの製造工程のフローチャートである。

符号の説明

１０ リードスクリュー ２０ ネジ軸部
２１ ネジ形成部 ２３ 軸受部
３０ モータシャフト部 ３１ ロータマグネット嵌合部
３３ 軸受け部 ３５ 嵌合穴
４０ 小径部
１００ 位置決め装置 １１０ 小型ステッピングモータ
１２０ ステータ １２１Ａ Ａ相ステータ
１２１Ｂ Ｂ相ステータ １２３ クローポール型磁極片
１２５ ボビン １２７ コイル
１２９ 外ヨーク １４０ ロータ
１６０ ベース １６１ 底板
１６３ 側板 １７１ 軸受
１７３ 軸受 １７５ 板バネ

Claims (5)

1. 外周面に転造ネジの形成されたネジ軸部と、
   その一端から同芯に延びるモータシャフト部と、
   を有するリードスクリューの製造方法であって、
   前記ネジ軸部となる丸棒ブランクに、前記モータシャフト部のうちの少なくとも軸受け部となる別体の研磨シャフトを圧入し、
   その後にネジ転造加工することを特徴とするリードスクリューの製造方法。
2. 前記モータシャフト部が、ステッピングモータのロータマグネットが嵌合するロータマグネット嵌合部と、該部の先の軸受け部とを有し、
   前記ロータマグネット嵌合部が、前記ネジ軸部となる丸棒ブランクの一端に形成されることを特徴とする請求項１記載のリードスクリューの製造方法。
3. 外周面に転造ネジの形成されたネジ軸部と、
   その一端から同芯に延びるモータシャフト部と、
   を有するリードスクリューであって、
   前記モータシャフト部に、該モータシャフト部の軸受け部となる別体の研磨シャフトが圧入されていることを特徴とするリードスクリュー。
4. 前記モータシャフト部が、ステッピングモータのロータマグネットが嵌合するロータマグネット嵌合部と、該部の先の軸受け部とを有し、
   前記ロータマグネット嵌合部が、前記ネジ軸部と一体に設けられていることを特徴とする請求項３記載のリードスクリュー。
5. 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リードスクリューと、を備えるステッピングモータを用いた位置決め装置であって、
   前記リードスクリューが、
   外周面に転造ネジの形成されたネジ軸部と、
   その一端から同芯に延びるモータシャフト部と、
   を有し、
   前記モータシャフト部に、該モータシャフト部の軸受け部となる別体の研磨シャフトが圧入されていることを特徴とする位置決め装置。

Images