JP2007221997A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータのステータのコイルによる発熱によって発生する回転軸の軸方向への付勢力の変化を防止することによりステッピングモータの性能が向上できるステッピングモータを提供することである。
【解決手段】回転軸と、この回転軸の一方側にリードスクリュウを設け、他方側にロータマグネットが同軸に固着され、ロータマグネットがステータの内周に回転可能に対向配置され、回転軸の両端部をそれぞれ軸受にて回転自在に支承してなるステッピングモータにおいて、回転軸の一方側に付勢力手段を備え、この付勢力手段は回転軸の一方側の先端部に凹部を設け、この凹部に弾性部材を収納し、先端部を支承する軸受と弾性部材との間に点接触部材を介装して弾性部材にて軸方向に付勢してなるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はフロッピー（登録商標）ディスク装置や各種のＯＡ機器などのアクチュエータ用ステッピングモータに係り、特にリードスクリュウ付きのステッピングモータに関する。

近年、各種電子機器の小型化、低価格化の要望に伴い、その装置内に収容されるステッピングモータについても収容スペースに合わせて小型化、高性能化、低価格化が強く要求されるようになってきている。

このような要望に対し、たとえば構造が簡単で、かつ回転軸の回転精度を十分に確保してフロッピーディスク装置の読み出し書き込み特性を劣化させることのないリードスクリュウ付きのステッピングモータが提案されている（特許文献１参照）。

図４にそのステッピングモータの構造を示す。

図４において、フロッピーディスク装置用のステッピングモータ60はＡ相ステータ61ａとＢ相ステータ61ｂとからなるステータ61の底部に固定された保護キャップ62の中央に穴62aが開けられ、その穴62aにピボット軸受63が軸方向に移動自在に嵌め込まれている。

回転軸64にはロータマグネット65が同軸に固着され、回転軸64の一方側にはリードスクリュウ66が形成され、先端部にはボール67を装着し、ボール67を介してピボット軸受68にて回転自在に支承され、他方端はボール69、70を介してピボット軸受63にて回転自在に支承されており、回転軸64はスラストばね71によって軸方向に付勢されている。

72は位置決めブッシュ、73は取り付け板であり、低価格化のため保護キャップ62、ピボット軸受63、位置決めブッシュ72は合成樹脂にて作製されている。

またリードスクリュウが合成樹脂にて形成された構造のステッピングモータもある。

図５にそのリードスクリュウ付きステッピングモータ80の構造を示す。

図５において、回転軸81はパイプ82の内側と外側は合成樹脂83にて結合され、外側にはリードスクリュウ84が形成され、回転軸81と同軸にてロータマグネット85が固着されている。

回転軸81の先端にはボール86を装着し、ボール86を介して、ブラケット87に取り付けられた先端軸受88にて回転自在に支承され、回転軸81の他方端はピボットハウジング90にてボール91、92を介して回転自在に支承されており、ピボットハウジング90はＡ相ステータ94ａとＢ相ステータ94ｂとからなるステータのＢ相ステータ94ｂのヨーク95の内周に軸方向に移動自在に嵌め込まれ、回転軸81はピボットハウジング90に装着したスラストばね93によって軸方向に付勢されている。

89はピボットハウジング90を保護するための保護キャップで、ボス96を介してＢ相ステータ94ｂに装着されている。

また、保護キャップ89、ピボットハウジング90、位置決めブッシュ97は低価格化のために合成樹脂にて作製されている。

特開平８−１８６９５０号公報

しかしながら、図４に示したような従来のリードスクリュウ付きステッピングモータ60では、ピボット軸受63は位置決めのために保護キャップ62の穴62aにわずかな隙間を介してスラストばね71によって軸方向に移動自在に嵌め込まれているが、モータを駆動させるとステータ61内のコイルによる発熱があり、ステータの内部は密閉空間となっているため熱が内部にこもってしまい、高温になってしまう。

このため、合成樹脂製のピボット軸受63は熱の影響を受け易く、各部の寸法も変化し易く、熱の影響によりピボット軸受63の外径が膨張した場合には保護キャップ62の穴62aとピボット軸受63との隙間がなくなり、軸方向の移動時に大きな摩擦トルクが発生してしまい、所定の付勢力をかけることができなくなるという問題がある。

また、高温時の熱の影響を考慮して、常温時に保護キャップ62の穴62aとピボット軸受63との隙間を大きく設定すると、位置決め精度が劣化し、ガタツキが生じてしまい、騒音の原因にもなってしまうという問題がある。

また図５に示したような従来のリードスクリュウ付きステッピングモータ80では、ピボットハウジング90は位置決めのためにＢ相ステータ94ｂのヨーク95の内周にわずかな隙間を介してスラストばね93によって軸方向に移動自在に嵌め込まれているが、モータを駆動させるとステータ94内のコイルによる発熱があり、ステータの内部は密閉空間となっているため熱が内部にこもってしまい、高温になってしまう。

このため、合成樹脂製のピボットハウジング90は熱の影響を受け易く、各部の寸法も変化し易く、熱の影響によりピボットハウジング90の外径が膨張した場合にはヨーク95の内周とピボットハウジング90との隙間がなくなり、軸方向の移動時に大きな摩擦トルクが発生してしまい、所定の付勢力をかけることができなくなるという問題がある。

また、高温時の熱の影響を考慮して、常温時にヨーク95の内周とピボットハウジング90との隙間を大きく設定すると、位置決め精度が劣化し、ガタツキが生じてしまい、騒音の原因にもなってしまうという問題がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、モータのステータのコイルによる発熱によって発生する回転軸の軸方向への付勢力の変化を防止することによりステッピングモータの性能が向上できるステッピングモータを提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、本発明のステッピングモータは回転軸と、該回転軸の一方側にリードスクリュウを設け、他方側にロータマグネットが同軸に固着され、該ロータマグネットがステータの内周に回転可能に対向配置され、前記回転軸の両端部をそれぞれ軸受にて回転自在に支承してなるステッピングモータにおいて、前記回転軸は金属製のパイプの内周と外周を合成樹脂で結合すると共に該合成樹脂にて前記パイプの外周にリードスクリュウを形成し、前記回転軸の先端部に付勢手段を備え、該付勢手段はコイルスプリングと点接触部材からなり、前記コイルスプリングを前記パイプの先端部内に収納すると共に前記点接触部材の一部を前記パイプの先端部内に収納し、前記回転軸の先端部を回転可能に支承してなる軸受と前記コイルスプリングとの間に前記点接触部材が介装されてなるように前記パイプの先端部を前記軸受の凹部に収納して軸方向に付勢したことを特徴とする。

また、本発明のステッピングモータは、上記構成において、前記点接触部材が鋼球からなることを特徴とする。

また、本発明のステッピングモータは、上記構成において、前記回転軸の先端部を回転可能に支承してなる軸受が合成樹脂にて形成されてなることを特徴とする。

本発明によれば一方側にリードスクリュウを備えた回転軸の先端部に付勢力手段を備え、この付勢力手段は回転軸の一方側の先端部に凹部を設け、その凹部に弾性部材を収納し、先端部を支承する軸受と弾性部材との間に点接触部材を介装し、弾性部材にて軸方向に付勢させた構成のため、回転軸の軸方向への付勢力手段を発熱源であるステータのコイルから離したことによって発熱源であるステータのコイル近傍に付勢力によって軸方向に移動自在する部材を設けていない結果、ステータ内部の熱変化によっても軸方向への付勢力を一定に保つことができる。この結果、モータ駆動時にガタツキによる騒音が発生することもなく、またモータ駆動による発熱が生じても軸方向の付勢力を安定して一定に保つことができるため、ステッピングモータの性能を向上できる。

また本発明によれば、弾性部材をコイルスプリングで、点接触部材を鋼球にて構成することで、簡単で低価格な機構とすることができるので、作業効率が向上できるとともに低価格のステッピングモータを提供できる。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるステッピングモータの一実施の形態を示す部分断面図である。

図１に示す本実施の形態のリードスクリュウ付きのステッピングモータ1は、図５に示した従来のリードスクリュウ付きのステッピングモータ80と同様に、回転軸2は金属製のパイプ3の内周と外周は合成樹脂4にて結合し、回転軸2の一端側の外周にはモールドにてリードスクリュウ5が形成され、他端側の外周にはロータマグネット6が固着されている。合成樹脂4としては、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）などが好適である。

ロータマグネット6に対向して軸方向には、ボビン7にコイル8を巻回したＡ相ステータ9と、ボビン10にコイル11を巻回したＢ相ステータ12とを配設し、ボビン7、10にはそれぞれ端子13、14を具備している。15、16はＡ相ステータ9のヨークであり、内周面にはロータマグネット6に対向配置される極歯15ａ、16ａを設け、17、18はＢ相ステータ12のヨークであり、内周面にはロータマグネット6に対向配置される極歯17ａ、18ａを設けている。

Ｂ相ステータ12の一方端には合成樹脂製のピボットハウジング19が合成樹脂製のボス20を介してＢ相ステータ12に取り付けられて、ピボットハウジング19の中心には環状の凹部21が形成されている。

Ａ相ステータ9の一方端には合成樹脂製の位置決めブッシュ22が取り付けられたブラケット23が配設され、ブラケット23の他端側には先端軸受24が取り付けられている。

回転軸2の一端は、その先端部に凹部25を設け、この凹部25の中に弾性部材26、たとえばコイルスプリングを収納し、先端に点接触部材27を装着し、点接触部材27を介して先端軸受24にて回転自在に支承され、他方端はその先端に凹部28を設け、その凹部28にボール29を装着し、ピボットハウジング19の凹部21にはボール30を複数個装着し、ボール29、30を介してピボットハウジング19にて回転自在に支承されている。点接触部材27は球体や先端部のみが球面からなる半球体であって、その材質としては金属やセラミックからなり、特に鋼球が価格の点で好適であり、本実施例では鋼球にて作製されている。この弾性部材26と点接触部材27とによって付勢力手段を形成し、点接触部材27を介して先端軸受24に支承されて軸方向に付勢力を付与する。

また、ボール29、30は鋼球、セラミックス球などで作製されるが、価格の点から鋼球が好適である。ピボットハウジング19および先端軸受24は金属製でも可能であるが、合成樹脂にて作製することにより低価格で、摺動性がよく、摺動音を抑制でき、ステッピングモータの低価格化および騒音の低減ができる。合成樹脂として、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）などが好適である。

また、位置決めブッシュ22の材質としては、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などが好適である。

図１に示すように、回転軸2の軸方向への付勢力手段を発熱源であるステータのコイル8、11から離した構成により、従来のスッテピングモータのように発熱源であるステータのコイル8、11近傍に付勢力によって軸方向に移動自在する部材を設けていないため、ステータ内部の熱変化によっても軸方向への付勢力を一定に保つことができる。

この結果、モータ駆動時にガタツキによる騒音が発生することもなく、またモータ駆動による発熱が生じても軸方向の付勢力を安定して一定に保つことができるため、ステッピングモータの性能を向上できる。

図２は、本発明によるステッピングモータの第二の実施の形態を示す部分断面図である。

図２に示す本実施の形態のリードスクリュウ付きのステッピングモータ40はピボットハウジング41を除いて図１に示すステッピングモータ1と同じ構造である。このため、その違いについてのみ説明する。また同一構造については同じ引用符号を付し、その説明は省略する。

回転軸2は、回転軸2の一方端の凹部25の中に収納された弾性部材26、たとえばコイルスプリングが点接触部材27、たとえば鋼球27を押し、鋼球27を介して先端軸受24にて回転自在に支承され、他方端はその先端に凹部28を設け、その凹部28にボール43を装着し、ボール43がピボットハウジング41の中心に形成された凹部42に収まるようにして回転自在に支承される。

このような構造により、図１に示したような複数のボール30を省略でき、部品点数を削減できるとともにボール43の位置決めが容易になる。ボール43は鋼球、セラミックス球などで作製されるが、価格の点から鋼球が好適である。ボール43はその先端部のみがピボットハウジング41の凹部42の底面に点接触するようにしてもよいし、凹部42内で多点接触してもよい。多点接触の場合は、ピボットハウジング41が合成樹脂製であればグリースを注入しなくとも摺動性を確保できるが、グリースを注入することによって摩擦ロスを低減できる。

図３は、本発明によるステッピングモータの第三の実施の形態を示す部分断面図である。

図３に示す本実施の形態のリードスクリュウ付きのステッピングモータ50はピボットハウジング51を除いて図１に示すステッピングモータ1と同じ構造である。このため、その違いについてのみ説明する。また同一構造については同じ引用符号を付し、その説明は省略する。

回転軸2は、回転軸2の一方端の凹部25の中に収納された弾性部材26、たとえばコイルスプリングが点接触部材27、たとえば鋼球27を押し、鋼球27を介して先端軸受24にて回転自在に支承され、他方端はその先端に凹部28を設け、その凹部28にボール53を装着し、ボール53がピボットハウジング51に形成された凹部52の底面に点接触して回転自在に支承される。

このような構造により、図１に示したような複数のボール30を省略でき、部品点数を削減できるとともにボール53の先端部のみがピボットハウジング51に点接触するため、摩擦によるロスを低減できる。ボール53は鋼球、セラミックス球などで作製されるが、価格の点から鋼球が好適である。

ピボットハウジング41、51は金属製でも可能であるが、ピボットハウジング19と同様に合成樹脂にて作製することにより低価格で、摺動性がよく、摺動音を抑制でき、ステッピングモータの低価格化および騒音を低減できる。合成樹脂として、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）などが好適である。

また回転軸の他方端に装着するボール29、43、53は回転軸の凹部28に嵌め込んでも良いし、溶接にて回転軸2に固着してもよい。また回転軸2の他方端の先端部のみを球面に加工してボール29、43、53の代わりとすることも可能である。

また本発明によるステッピングモータにおいては、いずれも回転軸の軽量化と摺動性のために合成樹脂にてリードスクリュウを形成しているが、これに限定されるものではなく、金属製の回転軸の外周面を加工してリードスクリュウを形成しても良いことは勿論である。

また回転軸はリードスクリュウとシャフトを結合した２体構造で構成されていても良い。

本発明の一実施例に係るステッピングモータの構造を示す部分断面の斜視図である。 本発明の他の実施例に係るステッピングモータの構造を示す部分断面の斜視図である。 本発明の他の実施例に係るステッピングモータの構造を示す部分断面の斜視図である。 従来のステッピングモータの構造を示す断面図である。 従来のステッピングモータの構造を示す断面図である。

符号の説明

１ ステッピングモータ
２ 回転軸
３ パイプ
４ 合成樹脂
５ リードスクリュウ
６ ロータマグネット
７ ボビン
８ コイル
９ Ａ相ステータ
１０ ボビン
１１ コイル
１２ Ｂ相ステータ
１３ 端子
１４ 端子
１５ ヨーク
１５ａ 極歯
１６ ヨーク
１６ａ 極歯
１７ ヨーク
１７ａ 極歯
１８ ヨーク
１８ａ 極歯
１９ ピボットハウジング
２０ ボス
２１ 環状の凹部
２２ 位置決めブッシュ
２３ ブラケット
２４ 先端軸受
２５ 凹部
２６ 弾性部材（コイルスプリング）
２７ 点接触部材（鋼球）
２８ 凹部
２９ ボール
３０ ボール
４０ ステッピングモータ
４１ ピボットハウジング
４２ 凹部
４３ ボール
５０ ステッピングモータ
５１ ピボットハウジング
５２ 凹部
６０ ステッピングモータ
６１ ステータ
６１ａ Ａ相ステータ
６１ｂ Ｂ相ステータ
６２ 保護キャップ
６２ａ 穴
６３ ピボット軸受
６４ 回転軸
６５ ロータマグネット
６６ リードスクリュウ
６７ ボール
６８ ピボット軸受
６９ ボール
７０ ボール
７１ スラストばね
７２ 位置決めブッシュ
７３ 取り付け板
８０ ステッピングモータ
８１ 回転軸
８２ パイプ
８３ 合成樹脂
８４ リードスクリュウ
８５ ロータマグネット
８６ ボール
８７ ブラケット
８８ 先端軸受
８９ 保護キャップ
９０ ピボットハウジング
９１ ボール
９２ ボール
９３ スラストばね
９４ ステータ
９４ａ Ａ相ステータ
９４ｂ Ｂ相ステータ
９５ ヨーク
９６ ボス
９７ 位置決めブッシュ

Claims (3)

1. 回転軸と、該回転軸の一方側にリードスクリュウを設け、他方側にロータマグネットが同軸に固着され、該ロータマグネットがステータの内周に回転可能に対向配置され、前記回転軸の両端部をそれぞれ軸受にて回転自在に支承してなるステッピングモータにおいて、
   前記回転軸は金属製のパイプの内周と外周を合成樹脂で結合すると共に該合成樹脂にて前記パイプの外周にリードスクリュウを形成し、
   前記回転軸の先端部に付勢手段を備え、該付勢手段はコイルスプリングと点接触部材からなり、
   前記コイルスプリングを前記パイプの先端部内に収納すると共に前記点接触部材の一部を前記パイプの先端部内に収納し、
   前記回転軸の先端部を回転可能に支承してなる軸受と前記コイルスプリングとの間に前記点接触部材が介装されてなるように前記パイプの先端部を前記軸受の凹部に収納して軸方向に付勢したことを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記点接触部材が鋼球からなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記回転軸の先端部を回転可能に支承してなる軸受が合成樹脂にて形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。

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