JP3704969B2

JP3704969B2 - ステッピングモータ

Info

Publication number: JP3704969B2
Application number: JP26353398A
Authority: JP
Inventors: 伸行末吉; 英児石丸; 光男木下; 敦政内山
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JPH11196559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラのレンズ駆動装置や、ＣＤ−ＲＯＭドライブまたはフロッピーディスクドライブのヘッド駆動装置などに用いられるステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のステッピングモータの一例を示す断面図である。
【０００３】
従来この種のステッピングモータ１としては、図４に示すように、金属製のスクリューシャフト２０がメタル軸受２１、スラスト軸受２２および板バネ２３を介して回動自在に支持され、ロータ２９に固着されたスクリューシャフト２０がステータ部２５の第１コイル２６および第２コイル２７への通電によって回転するものが広く用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これではスクリューシャフト２０とメタル軸受２１とが面接触で摺動し、スクリューシャフト２０の回転時に大きな摩擦損失が発生するため、スクリューシャフト２０の最高回転速度を高めることが困難となるばかりか、駆動時の応答性にも自ずと限界が生じる。また、スクリューシャフト２０とメタル軸受２１、スクリューシャフト２０と板バネ２３の２箇所で金属同士の接触が生じるので、スクリューシャフト２０の回転に伴って騒音が発生するという不都合があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、スクリューシャフトの摩擦損失を低減することにより、スクリューシャフトの最高回転速度を高めるとともに、駆動時の応答性を改善し、さらにスクリューシャフトの回転に伴う騒音を抑制することが可能なステッピングモータ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】
すなわち本発明に係るステッピングモータ（１）は、円環状のステータ部（２）を有し、このステータ部の一方にフレーム（１０）を取り付けるとともに、他方にカバー（３４）を取り付け、前記フレームに第１スラスト軸受（１２）を設け、前記カバーに係合孔（３４ａ）を形成し、第２スラスト軸受（３５）と板バネ（３３）とがモールド、或いは圧入により一体化された軸受バネ組立体（３２）を前記カバーの係合孔に嵌着してラジアル方向の移動を拘束した形でスラスト方向に弾性的に振動しうるように第１スラスト軸受に対向させて設け、これら第１スラスト軸受、第２スラスト軸受間に、両端部に小径円筒状のラジアル荷重保持部（１６ａ、１６ｂ）および半球状のスラスト荷重保持部（１６ｃ、１６ｄ）が形成されたスクリューシャフト（１６）を回動自在に支持し、このスクリューシャフトにロータ（１７）を前記ステータ部の内部空間に位置するように装着して構成される。
【００１０】
なお、括弧内の符号は図面において対応する要素を表す便宜的なものであり、従って、本発明は図面上の記載に限定拘束されるものではない。このことは「特許請求の範囲」の欄についても同様である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１はステッピングモータの参考例を示す断面図、
図２は図１に示すステッピングモータを構成する板バネの側面図、
図３は図１に示すステッピングモータのスクリューシャフトの前端部付近を示す拡大図である。
【００１３】
参考例のステッピングモータ１は、図１に示すように、円環状のステータ部２を有しており、ステータ部２は、２個のステータヨーク３に包囲された円環状の第１コイル５と、２個のステータヨーク６に包囲された円環状の第２コイル７とから構成されている。
【００１４】
また、ステータ部２の前方（図１左側）にはフランジ９を介してフレーム１０が取り付けられており、フレーム１０には、ハット形に形成された樹脂製の第１スラスト軸受１２が嵌着されている。一方、ステータ部２の後方（図１右側）には板バネ１３を介してカバー１４が取り付けられている。この板バネ１３は、図２に示すように、リング状の基板１３ａを有しており、基板１３ａには連結片１３ｂを介してリング状の振動板１３ｃがスラスト方向に弾性的に振動しうるように連設されている。さらに、この振動板１３ｃには中心孔１３ｄが形成されており、中心孔１３ｄには、図１に示すように、ハット形に形成された樹脂製の第２スラスト軸受１５が第１スラスト軸受１２に対向する形で嵌着されている。
【００１５】
また、第１スラスト軸受１２と第２スラスト軸受１５との間には金属製のスクリューシャフト１６がその送りネジ部１６ｅをステータ部２からフレーム１０側（図１左方）に突出させた形で、かつフランジ９に遊挿された形で回動自在に支持されており、このスクリューシャフト１６は第１スラスト軸受１２および第２スラスト軸受１５に対して面または点で接触している。すなわち、スクリューシャフト１６の前端部（図１左端部）には、図３に示すように、小径円筒状のラジアル荷重保持部１６ａが形成されており、ラジアル荷重保持部１６ａの後方には半球状のスラスト荷重保持部１６ｃが形成されている。同様に、スクリューシャフト１６の後端部（図１右端部）には、小径円筒状のラジアル荷重保持部１６ｂが形成されており、ラジアル荷重保持部１６ｂの前方には半球状のスラスト荷重保持部１６ｄが形成されている。そして、スクリューシャフト１６のラジアル荷重保持部１６ａ、１６ｂはそれぞれ第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内周面と面接触した状態となっており、スクリューシャフト１６のスラスト荷重保持部１６ｃ、１６ｄはそれぞれ第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内底面と点接触した状態となっている。
【００１６】
さらに、スクリューシャフト１６のシャフト本体１６ｆの周囲にはロータ１７がステータ部２の内部空間に位置するように固着されている。
【００１７】
ステッピングモータ１は以上のような構成を有するので、このステッピングモータ１を駆動するには、ステータ部２の第１コイル５および第２コイル７に通電する。すると、これら第１コイル５、第２コイル７とロータ１７との間の磁気相互作用によってロータ１７が回転し、それに付随してスクリューシャフト１６が回転する。
【００１８】
この際、スクリューシャフト１６に作用するラジアル荷重は、スクリューシャフト１６のラジアル荷重保持部１６ａ、１６ｂと第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内周面との面接触によって保持される。ここで、スクリューシャフト１６のラジアル荷重保持部１６ａ、１６ｂはシャフト本体１６ｆより小径であり、第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内周面との接触面積が小さくなるので、スクリューシャフト１６の回転時の摩擦損失が低減する。
【００１９】
一方、スクリューシャフト１６に作用するスラスト荷重は、板バネ１３の振動板１３ｃの弾性振動によって吸収されつつ、スクリューシャフト１６のスラスト荷重保持部１６ｃ、１６ｄと第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内底面との点接触によって保持される。このように、スクリューシャフト１６と第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内底面との接触は点接触であり、両者の接触面積は大幅に小さくなるので、スクリューシャフト１６の回転時の摩擦損失が低減する。
【００２０】
その結果、スクリューシャフト１６の最高回転速度が増すと同時に、駆動時の応答性が向上する。
【００２１】
また、スクリューシャフト１６を支持するのは第１スラスト軸受１２と第２スラスト軸受１５の２部品のみであり、これら第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５はいずれも樹脂製である。従って、スクリューシャフト１６の回転時に金属同士の摺動が生じることはなく、スクリューシャフト１６の回転に伴って発生する騒音が抑制される。
【００２２】
さらに、スクリューシャフト１６を支持する第２スラスト軸受１５は板バネ１３に埋め込まれているので、板バネ１３の厚さとは無関係にステッピングモータ１全体のスラスト方向の長さを設定することができ、ステッピングモータ１を小型化することが可能となる。
【００２３】
また、第２スラスト軸受１５は、図１に示すように、その鍔部の全周が板バネ１３の振動板１３ｃに当接しているため、第２スラスト軸受１５はその鍔部がスクリューシャフト１６に対してほぼ垂直な状態に保持され、スクリューシャフト１６からスラスト方向の微振動を受けても第２スラスト軸受１５は板バネ１３の振動板１３ｃに倣って傾斜し、しかも板バネ１３の振動板１３ｃの傾斜は微小であることから、スクリューシャフト１６は常に安定した状態で予圧を得ることができる。従って、第２スラスト軸受１５の傾斜が原因で、第２スラスト軸受１５がスクリューシャフト１６のスラスト方向の微振動に追従できなくなったり、スクリューシャフト１６の回転時に異音が発生したりするような不具合は生じず、ステッピングモータ１としての機能を十分に発揮することができる。
【００２４】
なお、上述の参考例においては、板バネ１３の振動板１３ｃの中心孔１３ｄに第２スラスト軸受１５を隙間なく嵌着することにより、この振動板１３ｃが第２スラスト軸受１５にスラスト方向の予圧を与えると同時に、第２スラスト軸受１５をラジアル方向に支持するようにした場合について説明したが、第２スラスト軸受１５のラジアル方向の支持をカバー１４にて行うこともできる。以下、図５に基づき、板バネ１３の振動板１３ｃが第２スラスト軸受１５にスラスト方向の予圧を与えるとともに、カバー１４が第２スラスト軸受１５をラジアル方向に支持するステッピングモータ１について説明する。なお、第２スラスト軸受１５をラジアル方向に支持するものが板バネ１３の振動板１３ｃではなくカバー１４であること以外は基本的に上述の参考例と同一であるので、同一の部分についてはその説明を省略する。
【００２５】
図５はステッピングモータの別の参考例を示す断面図である。
【００２６】
このステッピングモータ１においては、図５に示すように、ステータ部２の後方（図５右側）には板バネ１３を介してカバー１４が取り付けられており、カバー１４の中央部には円形の係合孔１４ａが形成されている。また、板バネ１３の中心孔１３ｄには、ハット形に形成された樹脂製の第２スラスト軸受１５が遊挿されており、第２スラスト軸受１５の胴部はカバー１４の係合孔１４ａに隙間なく嵌合している。
【００２７】
従って、このステッピングモータ１では、スクリューシャフト１６に作用するラジアル荷重は、スクリューシャフト１６のラジアル荷重保持部１６ａ、１６ｂと第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内周面との面接触によって保持されるため、上述したように、スクリューシャフト１６の回転時の摩擦損失が低減する。この際、第２スラスト軸受１５は、その鍔部の全周が板バネ１３の振動板１３ｃに当接しているとともに、その胴部がカバー１４の係合孔１４ａに隙間なく嵌合しているので、第２スラスト軸受１５がラジアル方向にがたつくことはなく、ラジアル荷重の保持は円滑に行われる。
【００２８】
一方、スクリューシャフト１６に作用するスラスト荷重は、板バネ１３の振動板１３ｃの弾性振動によって吸収されつつ、スクリューシャフト１６のスラスト荷重保持部１６ｃ、１６ｄと第１スラスト軸受１２、第２スラスト軸受１５の内底面との点接触によって保持されるため、上述したように、スクリューシャフト１６の回転時の摩擦損失が低減する。
【００２９】
また、上述の参考例においては、図１や図５に示すように、板バネ１３の振動板１３ｃに第２スラスト軸受１５を装着したステッピングモータ１について説明したが、品質向上と部品標準化によるコスト削減を狙って板バネと第２スラスト軸受とを一体化することも可能である。以下、図６〜図８に基づき、板バネと第２スラスト軸受とを一体化した本発明のステッピングモータ３１について説明する。なお、板バネと第２スラスト軸受とを一体化したこと以外は基本的に上述の参考例と同一であるので、同一の部分についてはその説明を省略する。
【００３０】
図６は本発明に係るステッピングモータの一実施形態を示す断面図、図７は図６に示すステッピングモータを構成する板バネの代表例を示す側面図、図８は図６に示すステッピングモータを構成する板バネと第２スラスト軸受との各種の一体化法を示す断面図である。
【００３１】
このステッピングモータ３１においては、図６に示すように、ステータ部２の後方（図６右側）に円盤状のカバー３４が取り付けられており、カバー３４の中央部には円形の係合孔３４ａが形成されている。また、カバー３４とスクリューシャフト１６との間には軸受バネ組立体３２が、カバー３４の係合孔３４ａに嵌合してラジアル方向の移動を拘束された形でスラスト方向に弾性的に振動しうるように装着されており、この軸受バネ組立体３２は、ハット形に形成された樹脂製の第２スラスト軸受３５に板バネ３３をモールド成型で一体化したものである。そして、軸受バネ組立体３２の第２スラスト軸受３５は第１スラスト軸受（図示せず）に対向している。一方、軸受バネ組立体３２の板バネ３３は、図６および図７（ａ）に示すように、球面リング状の基板３３ａを有しており、基板３３ａの外周には２個の脚部３３ｂが等角度間隔（１８０°間隔）で突設されている。ここで、この板バネ３３に代えて、図７（ｂ）、（ｃ）に示すような板バネ３３を採用してもよい。また、この軸受バネ組立体３２に代えて、図８（ａ）〜（ｃ）に示すような各種の軸受バネ組立体３２を用いることも可能である。つまり、軸受バネ組立体３２としては、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第２スラスト軸受３５に板バネ３３をモールド成型で一体化したもののほか、図８（ｃ）に示すように、第２スラスト軸受３５に板バネ３３を圧入して両者を一体化したものを採用することもできる。特に、第２スラスト軸受３５の材質が金属であるときは、この圧入による一体化法が適している。
【００３２】
このステッピングモータ３１では、上述したステッピングモータ１と同様、スクリューシャフト１６の最高回転速度を高めるとともに、駆動時の応答性を改善することができる。その上、第２スラスト軸受３５と板バネ３３とはモールド成型や圧入によって一体化されているので、組立工数（組立工程における治工具や機械設備の削減も含む。）を低減し、品質の向上および安定化を図ることができる。また、各種の大きさ・形状のステッピングモータ３１に適用できる確率が高いため、部品標準化を推進することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、円環状のステータ部２を有し、このステータ部２の一方にフレーム１０を取り付けるとともに、他方にカバー３４を取り付け、前記フレームに第１スラスト軸受１２を設け、前記カバーに係合孔３４ａを形成し、第２スラスト軸受（３５）と板バネ３３とがモールド、或いは圧入により一体化された軸受バネ組立体３２を前記カバーの係合孔に嵌着してラジアル方向の移動を拘束した形でスラスト方向に弾性的に振動しうるように第１スラスト軸受に対向させて設け、これら第１スラスト軸受、第２スラスト軸受間に、両端部に小径円筒状のラジアル荷重保持部１６ａ、１６ｂおよび半球状のスラスト荷重保持部１６ｃ、１６ｄが形成されたスクリューシャフト１６を回動自在に支持し、このスクリューシャフトにロータ１７を前記ステータ部２の内部空間に位置するように装着して構成したので、スクリューシャフト１６が回転する際に第１スラスト軸受１２および第２スラスト軸受１５との接触面積が減って摩擦損失が小さくなることから、スクリューシャフト１６の最高回転速度を高めるとともに、駆動時の応答性を改善することができることに加えて、組立工数の低減や品質の向上および安定化、さらに部品標準化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ステッピングモータの参考例を示す断面図である。
【図２】図１に示すステッピングモータを構成する板バネの側面図である。
【図３】図１に示すステッピングモータのスクリューシャフトの前端部付近を示す拡大図である。
【図４】従来のステッピングモータの一例を示す断面図である。
【図５】ステッピングモータの別の参考例を示す断面図である。
【図６】本発明に係るステッピングモータの一実施形態を示す断面図である。
【図７】図６に示すステッピングモータを構成する板バネの代表例を示す側面図である。
【図８】図６に示すステッピングモータを構成する板バネと第２スラスト軸受との各種の一体化法を示す断面図である。

Claims

円環状のステータ部（２）を有し、
このステータ部の一方にフレーム（１０）を取り付けるとともに、他方にカバー（３４）を取り付け、
前記フレームに第１スラスト軸受（１２）を設け、
前記カバーに係合孔（３４ａ）を形成し、
第２スラスト軸受（３５）と板バネ（３３）とがモールド、或いは圧入により一体化された軸受バネ組立体（３２）を前記カバーの係合孔に嵌着してラジアル方向の移動を拘束した形でスラスト方向に弾性的に振動しうるように第１スラスト軸受に対向させて設け、
これら第１スラスト軸受、第２スラスト軸受間に、両端部に小径円筒状のラジアル荷重保持部（１６ａ、１６ｂ）および半球状のスラスト荷重保持部（１６ｃ、１６ｄ）が形成されたスクリューシャフト（１６）を回動自在に支持し、
このスクリューシャフトにロータ（１７）を前記ステータ部の内部空間に位置するように装着したことを特徴とするステッピングモータ。