JP4703291B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、カメラのレンズ駆動、メディア関連機器のピックアップレンズの駆動などに利用されるＰＭ（パーマネントマグネット）型ステッピングモータに関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開平５−１００１４１号公報がある。この公報に記載されたステッピングモータは、回転軸に固定されてＮ極とＳ極とが交互に着磁されたマグネットを有しており、マグネットの外周面を包囲するようにコイルが配置されている。さらに、回転軸の前部にはリードスクリューが設けられ、リードスクリューの先端はボール軸受によって支持されている。そして、回転軸の軸線方向のガタツキを防止して、リードスクリューとナット部とを確実に噛合させるために、モータ本体の前端に設けられた軸受部と回転軸の途中に設けられたオーリングとの間に圧縮コイルバネが配置され、この圧縮コイルバネによって回転軸を軸線方向に予圧し続けている。このようなステッピングモータは、モータ本体内に予圧機構が設けられていない点で、モータの小型化に適している。

特開平５−１００１４１号公報 特開平２−２１８０７２号公報

前述した従来のステッピングモータに適用した圧縮コイルバネは、回転軸の直径より僅かに大きな内径を有する円筒コイルバネであり、回転軸の周囲で巻回するように配置されている。しかしながら、このような位置に設けられた円筒コイルバネは、モータ駆動中にコイルバネの内側と回転軸との擦れ合う面積が大きい。このことは、コイルバネや回転軸の摩耗を引き起こし、リードスクリューの予圧力に影響を与えると同時に、モータの出力トルクのバラツキを引き起こす要因になっている。そして、出力トルクが小さく回転軸が細くなっている小型のモータほど、円筒コイルバネの影響が極めて大きくなるといった問題点がある。

本発明は、特に、小型化の促進に適したステッピングモータを提供することを目的とする。

本発明に係るステッピングモータは、回転軸に固定されてＮ極とＳ極とが交互に着磁されてなるロータと、回転軸の軸線方向においてロータに並設して設けられた一対のコイルをそれぞれヨーク内に収容されてなる一対のステータとが筐体内に配置されたモータ本体と、
筐体から突出した回転軸に固定されたスクリュー部と、
モータ本体の前端とスクリュー部の後端との間で、回転軸の周囲で巻回するように配置されて、スクリュー部を付勢する円錐コイルバネとを備え、
円錐コイルバネは、最小径側がスクリュー部の後端側に当接し、最大径側がモータ本体の前端側に当接することを特徴とする。

このステッピングモータは、軸線方向において一対のステータがロータを挟むように配置されており、筐体の外径を小さくできるので、モータの小型化に有利である。さらに、本発明では、スクリュー部の予圧手段として、モータ本体の前端とスクリュー部の後端との間において、回転軸の周囲で巻回するように円錐コイルバネが配置されている。円錐コイルバネを予圧手段として利用することで、モータの駆動中に円錐コイルバネの内側と回転軸との擦れ合う面積を小さくすることができ、これによって、円錐コイルバネや回転軸の摩耗を引き起し難くし、スクリュー部の予圧力やモータの出力トルクに影響を与え難くなる。また、円錐コイルバネの最小半径側をスクリュー部側に向けた状態で、回転軸に円錐コイルバネを装填させると、スクリュー部側で円錐コイルバネの端部が密着する長さを小さくすることができ、円錐コイルバネの端部の摺動性が良好になる。さらに、モータ本体側で円錐コイルバネの端部が密着する長さを大きくできるので、円錐コイルバネの端部が摺動し難くなる。従って、モータの駆動時において、円錐コイルバネは、円筒コイルバネに比べて自転し難くなり、径方向にも移動し難くなる。これによって、ステッピングモータの出力トルクのバラツキが起き難くなるといった効果が得られる。特に、出力トルクが小さく回転軸が細い小型のモータになればなるほど、円錐コイルバネの効果を享受することになる。

また、円錐コイルバネの最小径側である前端とスクリュー部の後端との間にワッシャーを配置すると好適である。このような構成を採用すると、スクリュー部の後端に円錐コイルバネの端部が直接接触することがなく、スクリュー部や円錐コイルバネが摩耗する事態を抑制することができると同時に、スクリュー部の回転を安定させることができる。これにより、スクリュー部の予圧力やモータの出力トルクに関して良好な結果が得られる。

本発明によれば、バネによってスクリュー部に予圧を付与するステッピングモータにおいて、小型化の促進に適したステッピングモータを可能にしている。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るステッピングモータの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１〜図３に示すように、ステッピングモータ１の外径寸法は直径が約４ｍｍ、全長が約８ｍｍであって小型化が図られており、このステッピングモータ１は、カメラのレンズ駆動、メディア関連機器のピックアップレンズの駆動などに利用されている。

このような小型のステッピングモータ１は、直径０．５〜１ｍｍの回転軸３を有すると共に、この回転軸３の外周にＮ極とＳ極とが周方向に等間隔で交互に着磁された永久磁石からなるロータ５を有している。さらに、回転軸３の軸線L方向において、ロータ５の前後には一対のステータ７Ａ，７Ｂが配置されている。そして、ロータ５の一端面と前側のステータ７Ａとの間及びロータ５の他端面と後側のステータ７Ｂとの間には、ワッシャ４ａ，４ｂが回転軸３に装着されている。

前側のステータ７Ａは、コイル９Ａと、コイル９Ａを収容するヨーク１１Ａとで磁気回路を構成する。ヨーク１１Ａは、鉄からなる外側ヨーク１３Ａ及び内側ヨーク１５Ａからなり、外側ヨーク１３Ａと内側ヨーク１５Ａとは、回転軸３を回転可能に支持するための軸受３１のスリーブ３１ａを介して、磁気回路を構成するように連結されている。外側ヨーク１３Ａは、円板状のベース部１４Ａの縁部から軸線方向に延びて櫛歯状をなす４本の磁極歯１７Ａを有し、内側ヨーク１５Ａは、円板状のベース部１６Ａの縁部から軸線方向に延びて櫛歯状をなす４本の磁極歯１９Ａを有している。

そして、コイル９Ａに近接してヨーク１１Ａが配置され、外側ヨーク１３Ａのベース部１４Ａ及び内側ヨーク１５Ａのベース部１６Ａは、軸線Ｌ方向におけるコイル９Ａの外側及び内側に配置されると共に、コイル９Ａを挟むようにして互いに平行に配置される。さらに、磁極歯１７Ａと磁極歯１９Ａとは、ロータ５を包囲するように略同一円周上で交互に配置されている。このような構成のモータ１では、軸線Ｌ方向においてコイル９Ａとロータ５とを並設させているので、ステッピングモータ１の外径を小さくすることが可能になる。

さらに、ステータ７Ａの外方には端子ユニット２１Ａが配置され、端子ユニット２１Ａの樹脂製ブロック部２２Ａから突出する端子２３Ａには、コイル９Ａから飛び出した巻き線９ａが連結されている。このコイル９Ａは、空芯コイルをなすと共に、端子ユニット２１Ａのブロック部２２Ａに一体的に形成された樹脂製のボビン２０Ａによって保持されている。そして、端子ユニット２１Ａの端子２３Ａを介してコイル９Ａに外部電源から電流が供給される。

次に、ステータ７Ｂの構成は、ステータ７Ａの構成と同様であるため、ステータ７Ｂについては簡単に説明する。後側のステータ７Ｂは、コイル９Ｂと、コイル９Ｂを収容するヨーク１１Ｂとで磁気回路を構成する。ヨーク１１Ｂは、鉄からなる外側ヨーク１３Ｂ及び内側ヨーク１５Ｂからなり、外側ヨーク１３Ｂと内側ヨーク１５Ｂとは、軸受３３のスリーブ３３ａを介して磁気回路的に連結されている。外側ヨーク１３Ｂ及び内側ヨーク１５Ｂは、円板状のベース部１４Ｂ及びベース部１６Ｂの縁部から軸線Ｌ方向に延びて櫛歯状をなす４本の磁極歯１７Ｂ及び４本の磁極歯１９Ｂを有している。

さらに、ステータ７Ｂの外方には端子ユニット２１Ｂが配置され、端子ユニット２１Ｂの樹脂製ブロック部２２Ｂから突出する端子２３Ｂには、コイル９Ｂから飛び出した巻き線９ｂが連結されている。このコイル９Ｂは、空芯コイルをなすと共に、端子ユニット２１Ｂのブロック部２２Ｂに一体的に形成された樹脂製のボビン２０Ｂによって保持されている。

このように構成された前後一対のステータ７Ａ，７Ｂにおいて、磁極歯１７Ａ，１９Ａ，１７Ｂ，１９Ｂは、ロータ５の外周面に対向するように配置され、ステータ７Ａの磁極歯１７Ａとステータ７Ｂの磁極歯１７Ｂとは、軸線L方向に一致しておらず、所定角度だけずれている。ステータ７Ａの磁極歯１９Ａとステータ７Ｂの磁極歯１９Ｂも所定角度だけずれている。そして、端子ユニット２１Ａ，２１Ｂを介してコイル９Ａ，９Ｂへ流す電流の向きを順次切り替えることで、ロータ５をステップ状に回転させることができ、それに伴い、回転軸３もステップ状に回転させることができる。

さらに、ステッピングモータ１は、前後一対のステータ７Ａ，７Ｂ及びロータ５を収容する非磁性の筐体２５を有している。この筐体２５は、ステンレス材によって断面Ｃ字状に形成されて、軸線Ｌ方向に延在する矩形の開口部２５ｃを有する。筐体２５に開口部２５ｃが形成されている理由は、端子ユニット２１Ａ，２１Ｂのブロック部２２Ａ，２２Ｂを外部に露出させるためと、ステッピングモータ１の組立時に、端子ユニット２１Ａ，２１Ｂを筐体２５の開放端部２５ａ，２５ｂから軸線Ｌ方向に挿入させ易くするためと、周方向における端子ユニット２１Ａ，２１Ｂの位置決めを可能にするためである。

また、筐体２５は、軸線Ｌ方向における両端で開放された結果、筐体２５の開放端部２５ａ，２５ｂから外側ヨーク１３Ａ，１３Ｂのベース部１４Ａ，１４Ｂを露出させることができる。このような両端開放型の筐体２５を採用することで、筐体２５の内部空間を軸線Ｌ方向に拡大することができる。

さらに、非磁性体からなる筐体２５の各端部には２個のコ字状切欠き部Ｓがそれぞれ設けられ、各切欠き部Ｓは、外側ヨーク１３Ａ，１３Ｂの磁極歯１７Ａ，１７Ｂの一部が露出するように筐体２５に形成されている。このような切欠き部Ｓの採用により、磁極歯１７Ａ，１７Ｂを確認しながら、切欠き部Ｓから溶接Ｙ（図２参照）を施すことができ、筐体２５と外側ヨーク１３Ａ，１３Ｂの磁極歯１７Ａ，１７Ｂとを容易に接合させることができる。

ステッピングモータ１の更なる出力アップの工夫として、コイル９Ａは空芯コイルからなり、空芯コイル９Ａの空芯部９ｃ内に筒状のボビン２０Ａが差し込まれ、ボビン２０Ａの片端のみに鍔部２０ａを設けている。すなわち、本来的に２個あるべき鍔部の一方を排除している。その結果、コイル９Ａを軸線Ｌ方向に拡張することができ、コイル９Ａの大型化を可能にし、これによって、小型モータのサイズを維持しつつ出力アップを図ることができる。また、コイル９Ａと外側ヨーク１３Ａのベース部１４Ａとの間には極薄の絶縁フィルムＦが配置され、コイル９Ａとボビン２０Ａとは接着剤を介して固定されている。なお、コイル９Ｂについても、コイル９Ａと同様であり、空芯コイル９Ｂの空芯部９ｄ内にボビン２０Ｂが差し込まれ、ボビン２０Ｂの片端のみに鍔部２０ｂを設けている。

さらに、図１及び図３に示すように、回転軸３は、前後の軸受３１，３３の円盤状本体部３１ａ，３３ａによって回転自在に保持されている。軸受３１には、本体部３１ａから軸線Ｌ方向に延在するスリーブ３１ｂが設けられ、スリーブ３１ｂは、外側ヨーク１３Ａのベース部１４Ａの端部及び内側ヨーク１５Ａのベース部１６Ａの端部に圧接され、外側ヨーク１３Ａと内側ヨーク１５Ａとはスリーブ３１ｂによって接続される。また、軸受３１は、ヨーク１５Ａに溶接やカシメ等の手段により固定されている。この軸受３１は、摺動性を兼ね備える必要があるので、純鉄の表面に潤滑性の優れたメッキが施されたものが利用される。なお、ステータ７Ｂ側の軸受３３についても、本体部３３ａ及びスリーブ３３ｂを有し、ステータ７Ａ側の軸受３１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

このように、ステッピングモータ１のモータ本体４０は、回転軸３に固定されたロータ５と、回転軸３の軸線Ｌ方向においてロータ５の前後で並設して設けられた一対コイル９Ａ，９Ｂをそれぞれヨーク１１Ａ，１１Ｂ内に収容されてなる一対のステータ７Ａ，７Ｂと、を備えているので、カメラのレンズ駆動、メディア関連機器のピックアップレンズの駆動に適した小型化が達成されている。

さらに、図２及び図３に示すように、ステッピングモータ１は、筐体２５から突出した回転軸３に圧入固定されたスクリュー部４１と、スクリュー部４１を保持する金属製のフレーム４２と、モータ本体４０の前端４０ａ（軸受３１の前端）とスクリュー部４１の後端４１ｂとの間に配置された円錐コイルバネ５０とが設けられ、スクリュー部４１は、ウォームギアからなり、フレーム４２はプレスよって成形されている。

フレーム４２の筐体取付片４３には、軸受３１の円盤状本体部３１ａが圧入される開口部４３ａが形成されている。さらに、筐体取付片４３には、後述する円錐コイルバネ５０の最大径よりも大きく且つスクリュー部４１の径よりも小さな幅をもったスリット４３ｂが設けられ、このスリット４３は、開口部４３ａまで延在する。さらに、フレーム４２の筐体取付片４３の肉厚寸法は、装填後の円錐コイルバネ５０の全長よりも小さくなっている。

さらに、スクリュー部４１を利用してレンズなどを駆動する際に、回転軸３はスクリュー部４１からの反作用としてスラスト力を受けることになる。そこで、ステッピングモータ１には、回転軸３に軸線Ｌ方向の予圧を付与する予圧手段として、円錐コイルバネ５０が設けられている。この円錐コイルバネ５０は、回転軸３の周囲で巻回するように配置されて、スクリュー部４１を付勢する。また、円錐コイルバネ５０の前端５０ａとスクリュー部４１の後端４１ｂとの間にワッシャー５１が配置される。

このように、円錐コイルバネ５０を予圧手段として利用することで、モータ１の駆動中において、円錐コイルバネ５０の内側と回転軸３の表面との擦れ合う面積を小さくすることができ、これによって、円錐コイルバネ５０や回転軸３の摩耗を引き起し難くし、スクリュー部４１の予圧力やモータ１の出力トルクに影響を与え難くなる。

また、このステッピングモータ１では、円錐コイルバネ５０の最小半径側（前端５０ａ側）をスクリュー部４１側に向けた状態で、回転軸３に円錐コイルバネ５０を装填させる。その後、ワッシャー５１を回転軸３に嵌め込んだ状態で、回転軸３をスクリュー部４１に圧入し、スクリュー部４１側で円錐コイルバネ５０の前端５０ａをワッシャー５１に密着させている。

これにより、円錐コイルバネ５０の最小半径側（前端５０ａ側）において、円錐コイルバネ５０の前端５０ａがワッシャー５１に密着する長さを小さくすることができるので、円錐コイルバネ５０の前端５０ａの摺動性が良好になる。これに対し、円錐コイルバネ５０の最大半径側（後端５０ｂ側）において、円錐コイルバネ５０の後端５０ｂがモータ本体４０の前端４０ａに密着する長さを大きくすることができるので、円錐コイルバネ５０の後端５０ｂを摺動し難することができる。従って、モータ駆動時において、円錐コイルバネ５０は、円筒コイルバネを利用した場に比べて自転し難くなり、径方向にも移動し難くなる。これによって、モータ１の出力トルクのバラツキが起き難くなるといった効果が得られる。特に、出力トルクが小さく回転軸３が細い小型のモータになればなるほど、円錐コイルバネ５０の効果を享受することになる。

さらに、ワッシャー５１を採用すると、スクリュー部４１の後端４１ｂに円錐コイルバネ５０の前端５０ａが直接接触することがなく、スクリュー部４１や円錐コイルバネ５０が摩耗する事態を抑制することができると同時に、スクリュー部４１の回転を安定させることができる。これにより、スクリュー部４１の予圧力やモータの出力トルクに関して良好な結果が得られる。

なお、スクリュー部４１のスムーズな回転を達成させるために、スクリュー部４１の前端４１ａには、半球状の軸支部５２が設けられている。そして、この軸支部５２は、円錐コイルバネ５０の付勢力によってフレーム４２の突き当て片４４に当接される。

本発明に係るステッピングモータに適用されるモータ本体の一実施形態を示す分解斜視図である。 本発明に係るステッピングモータの一実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るステッピングモータの断面図である。

符号の説明

１…ステッピングモータ、３…回転軸、５…ロータ、７Ａ，７Ｂ…ステータ、９Ａ，９Ｂ…コイル、１１Ａ，１１Ｂ…ヨーク、２５…筐体、４０…モータ本体、４０ａ…モータ本体の前端、４１…スクリュー部、４１ｂ…スクリュー部の後端、５０…円錐コイルバネ、５０ａ…円錐コイルバネの前端、５０ｂ…円錐コイルバネの後端、５１…ワッシャー、Ｌ…軸線。

Claims (2)

1. 回転軸に固定されてＮ極とＳ極とが交互に着磁されてなるロータと、前記回転軸の軸線方向において前記ロータに並設して設けられた一対のコイルをそれぞれヨーク内に収容されてなる一対のステータとが筐体内に配置されたモータ本体と、
   前記筐体から突出した前記回転軸に固定されたスクリュー部と、
   前記モータ本体の前端と前記スクリュー部の後端との間で、前記回転軸の周囲で巻回するように配置されて、前記スクリュー部を付勢する円錐コイルバネとを備え、
   前記円錐コイルバネは、最小径側が前記スクリュー部の後端側に当接し、最大径側が前記モータ本体の前端側に当接することを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記円錐コイルバネの最小径側である前端と前記スクリュー部の前記後端との間にワッシャーを配置した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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