JP4738018B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、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。

ステッピングモータは、例えば、メディア関連機器（光ディスク装置や磁気記録装置）が有するピックアップレンズや磁気ヘッド等の駆動や、カメラのレンズ駆動等に利用されている。このような分野のステッピングモータとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載のステッピングモータは、リードスクリュー軸（回転軸）の外周に設けられたマグネット（ロータ）を有しており、マグネットの外周面に対面するようにステータが配置されている。このステータの前端部には、リードスクリュー軸の軸線方向に延びるフレームが固定され、フレームの前端にはボール軸受が固定され、フレームの後端にはスラスト軸受の挿入を可能にする開口部が形成されている。さらに、回転軸の後端部は、板バネによる予圧機構で付勢され、回転軸の前端は、ボール軸受によって支持され、回転軸の略中央は、筐体及びフレームに固定されたスラスト軸受によって支持されている。従って、板バネによって回転軸を軸線方向に予圧することで、回転軸の軸線方向のガタが抑制される。
特開平７−２４１０６５号公報

前述した従来のステッピングモータにおいて、フレームをモータ本体に取り付ける際、フレームには、リードスクリューの径より大きな開口部が必要になる。しかしながら、リードスクリューに代えてウォームギアを回転軸に固定させたステッピングモータにあっては、ウォームギアの径をフレームの開口部の径より小さくする必要がある。さらに、今日において、モータの小型化に伴って筐体は一段と小さくなってきているが、ウォームギアの径は、モジュールと樹脂の肉厚との関係から必要以上に小さくできないのが現実である。従って、ステッピングモータの組立作業を考慮すると、フレームを有するタイプのモータでは、大径（大型）のスクリュー部を採用し難いといった問題点があった。

本発明は、特に、大型のスクリュー部の採用を容易にしたステッピングモータを提供することを目的とする。

本発明は、回転軸と、永久磁石からなるロータと、ステータと、ロータ及びステータを収容する筐体とを有するステッピングモータにおいて、
筐体から突出した回転軸に固定され且つ回転軸の径より大きなスクリュー部と、筐体に固定されて、スクリュー部を支持するフレームとを備え、フレームには、筐体の前端部に装着される筐体取付部と、回転軸の先端を支持する軸支持部と、筐体取付部と軸支持部とを連結するベース部とが設けられ、筐体取付部には、回転軸を差し込み可能とするように回転軸の径よりも大きく且つスクリュー部の径よりも小さなスリットが設けられ、筐体取付部の厚みは、スクリュー部の後端と筐体の前端との間隙より小さく形成され、軸支持部は、回転軸を回転自在に支持する軸受を有し、回転軸の前端部は、フレームを軸線方向に移動させることにより軸受で保持されることを特徴とする。

今日のステッピングモータは、メディア関連機器やカメラなどに組み込むために小型化が一段と進んでいるが、スクリュー部は、その用途に応じて小型化が必要な場合と大型化が必要な場合とがある。そこで、様々な径のスクリュー部に対応させるべく、本発明に係るステッピングモータに設けられたフレームの筐体取付部には、回転軸の径よりも大きく且つスクリュー部の径よりも小さなスリットが設けられている。さらに、フレームの筐体取付部の厚みは、スクリュー部の後端と筐体の前端との間隙より小さくなっている。このようなフレームの構成によって、スクリュー部の後端と筐体の前端との間隙から露出している回転軸を、筐体取付部のスリット内に容易に差し込むことができ、スクリュー部の径の大小に拘わらず、フレームの組み付け作業を容易に行うことができる。このことは、機器への組み込みを考慮して小型化が図られたステッピングモータに特に有効である。

また、筐体の前端部には凸部が形成され、筐体取付部には凸部と嵌合する開口部が形成され、スリットは開口部まで延在すると好適である。この場合、開口部内に凸部を嵌合させることにより、筐体に対するフレームの位置決め及び組み付け作業が極めて容易になる。

本発明によれば、大型のスクリュー部の採用を容易にする。

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に示すように、ステッピングモータ１は、メディア関連機器（光ディスク装置や磁気記録装置）が有するピックアップレンズや磁気ヘッド等の駆動や、カメラのレンズ駆動等に利用され、３〜５ｍｍ程度の直径を有し、小型化が図られている。ステッピングモータ１は、回転軸３を有し、回転軸３の外周には、Ｎ極及びＳ極が交互に着磁されてなる永久磁石としてのロータ５が固着されている。このロータ５の後端部５ａには、回転軸３の軸線Ｌ方向にくぼんだ凹部５ｂが形成されており、この凹部５ｂ内に回転軸３の後端部３ａが位置している。

ロータ５の前後には、ロータ５に回転力を付与する磁気回路としての一対のステータ７，９が配置されている。このように、軸線Ｌ方向において、ステータ７，９をロータ５に並列させて配置することによって、ステッピングモータ１の径方向の小型化が図られている。

前側のステータ７は、磁界を発生するコイル１１が巻かれたコイルボビン１３と、磁性体から形成されて、コイルボビン１３を収容するヨーク１５とを有する。ヨーク１５は、内ヨーク部品１７に外ヨーク部品１９が連結されたものである。

内ヨーク部品１７は、軸線Ｌ方向に延びると共に軸線Ｌを中心として配置される管状のスリーブ部１７ａを有する。スリーブ部１７ａの後端部には、軸線Ｌに直交した円板状の連結部１７ｂが設けられており、連結部１７ｂの外周端部には、複数の第１磁極歯１７ｃが等間隔に設けられている。各第１磁極歯１７ｃは、連結部１７ｂから軸線Ｌ方向にロータ５の外周面に対向する位置まで延びている。

また、スリーブ部１７ａの前端部には、外ヨーク部品１９が接合されている。外ヨーク部品１９は、軸線Ｌに直交する円板状の基部１９ａを有しており、基部１９ａはその中央部に形成された貫通孔を介して内ヨーク部品１７に固定されている。

基部１９ａの外周端部には、第１磁極歯１７ｃと同数の第２磁極歯１９ｂが等間隔で設けられている。各第２磁極歯１９ｂは、ロータ５の外周面に対向する位置まで延びており、第１磁極歯１７ｃに接触しないようにそれぞれが第１磁極歯１７ｃ間に入り込んでいる。その結果、ロータ５の外周面上には、第１磁極歯１７ｃと第２磁極歯１９ｂとが交互に対向して配列されることになる。

そして、連結部１７ｂ、基部１９ａ、第２磁極歯１９ｂ及びスリーブ部１７ａによって囲まれる空間内には、耐熱性樹脂によって成形されたコイルボビン１３が配置されている。コイルボビン１３の一部には、隣接する第２磁極歯１９ｂ同士の間から外部に露出する端子台１３ａが形成されており、コイル１１は、端子台１３ａに圧入固定された端子２１に電気的に接続されている。これによって、端子２１を介してコイル１１に通電することができる。

また、後側のステータ９は、ステータ７と同様に、磁界を発生させるコイル２３が巻かれたコイルボビン２５と、コイルボビン２５を収容する磁性体から形成されたヨーク２７とを有する。ヨーク２７は、内ヨーク２９と外ヨーク３１とを有しており、ヨーク２７は、内ヨーク２９と外ヨーク３１とが、後述する予圧機構４３の一部を構成する管状のガイド部材４７によって連結されて構成されている。

ガイド部材４７は、磁性材よりなり、軸線Ｌを中心として軸線Ｌ方向に延びており、ガイド部材４７の外径及び内径は、ガイド部材４７の前端部４７ａ側で拡大している。そして、外径の拡大によって生じる外壁面の段差に当接するように内ヨーク２９がガイド部材４７に設けられている。

内ヨーク２９は、軸線Ｌに直交する円板状の基部２９ａを有しており、基部２９ａは、その中央部に形成された貫通孔を介してガイド部材４７に固定されている。基部２９ａの外周端部には、複数の第１磁極歯２９ｂが設けられており、各第１磁極歯２９ｂは、基部２９ａから軸線Ｌ方向にロータ５の外周面に対向する位置まで延びている。

また、ガイド部材４７の後端部４７ｂには、外ヨーク３１が接合されている。外ヨーク３１は、軸線Ｌに直交する円板状の基部３１ａを有しており、基部３１ａは、その中央部に形成された貫通孔を介してガイド部材４７に固定されている。

基部３１ａの外周端部には、第１磁極歯２９ｂと同数の第２磁極歯３１ｂが等間隔で設けられている。各第２磁極歯３１ｂは、基部３１ａから軸線Ｌ方向にロータ５の外周面に対向する位置まで延びており、第１磁極歯２９ｂに接触しないようにそれぞれが第１磁極歯２９ｂ間に入り込んでいる。その結果、ロータ５の外周面上には、第１磁極歯２９ｂと第２磁極歯３１ｂとが交互に対向して配列されることになる。

そして、基部２９ａ，３１ａ、第２磁極歯３１ｂ及びガイド部材４７によって囲まれる空間内には、耐熱性樹脂によって成形されたコイルボビン２５が配置されている。コイルボビン２５の一部には、隣接する第２磁極歯３１ｂ同士の間から外部に露出する端子台２５ａが形成されており、コイル２３は、端子台２５ａに圧入固定された端子３３に電気的に接続されている。これによって、端子３３を介してコイル２３に通電することができる。

ステッピングモータ１は、ロータ５及びステータ７，９を収容する真鍮やステンレスで成形された非磁性な筐体３５を有する。この筐体３５は、円筒形状の筐体本体３５Ａの後端部に円筒形状のカバー３５Ｂが溶接Ｗ（図２参照）によって接合されている。

筐体３５の内径は、ステータ７，９の外径に等しく、第１磁極歯１７ｃ，２９ｂ及び第２磁極歯１９ｂ，３１ｂの外面は筐体３５に接する。その結果、筐体３５内にステータ７，９を収容することによって、スリーブ部１７ａとガイド部材４７の中心が一致する。

また、ステータ７，９は、第１磁極歯１７ｃ及び第２磁極歯１９ｂに対して、第１磁極歯２９ｂ及び第２磁極歯３１ｂが所定の間隔でずれるように、筐体本体３５Ａにガイドされながら筐体本体３５Ａ内に収容されている。これによって、第１磁極歯１７ｃ，２９ｂ及び第２磁極歯１９ｂ，３１ｂがロータ５を取り囲むことになる。

したがって、筐体本体３５Ａの一部から突出した端子台１３ａ，２５ａの端子２１，３３を介してコイル１１，２３へ通電することで、コイル１１，２３によって発生した磁界は、ヨーク１５，２７を介してロータ５の周囲まで確実に伝達される。その結果、ロータ５に回転力が生じて回転軸３が回転する。

さらに、回転軸３の前端部３ｂは、筐体本体３５Ａの前端部に形成された開口から前方に突出しており、回転軸３の突出部分には、樹脂製のウォームギアからなるスクリュー部４１が圧入されている。そして、回転軸３の前端部３ｂを軸支するために、筐体本体３５Ａの前端部には、金属製のフレーム３７が取り付けられている。

図１〜図３に示すように、フレーム３７は、軸線Ｌ方向に延びる板状のベース片（ベース部）３７ａを有しており、ベース部３７ａの前端部には、回転軸３の先端を支持する軸支持片（軸支持部）３７ｂが立設され、ベース片３７ａの後端部には、筐体３５に装着される筐体取付片（筐体取付部）３７ｃが立設され、ベース片３７ａによって筐体取付片３７ｃと軸支持片３７ｂとが連結されている。なお、ベース片３７ａには、図示しない固定用のネジ穴が形成されている。

さらに、軸支持片３７ｂが有する貫通孔３７ｄ内に圧入固定されたピボット軸受３９によって、回転軸３の前端部３ｂは回転自在に保持される。そして、筐体本体３５Ａの前端部には環状の凸部３５ｂが形成され、筐体取付片３７ｃには開口部３７ｅが形成され、この開口部３７ｅ内に筐体３５の凸部３５ｂを圧入することにより、フレーム３７は筐体３５にしっかりと連結される。さらに、溶接Ｗによってフレーム３７は筐体３５に固定される。このように、開口部３７ｅと凸部３５ｂとを嵌合する構成を採用することにより、筐体３５に対するフレーム３７の位置決め及び組み付け作業が極めて容易になる。

ところで、今日のステッピングモータ１は、小型化（直径３〜５ｍｍ）が一段と進んでいるが、これに伴って、スクリュー部４１は、その用途に応じて小型化が必要な場合と大型化が必要な場合とがある。特に、スクリュー部４１にウォームギアが利用される場合、スクリュー部４１の径は、ステッピングモータ１の筐体本体３５Ａの径に対して極めて近くなるか又は大きくなる。

そこで、ウォームギアのような大型のスクリュー部４１にも対応させるべく、フレーム３７の筐体取付片３７ｃには、回転軸３の径よりも大きく且つスクリュー部４１の径よりも小さなスリット５０が設けられている。そして、このスリット５０は、開口部３７ｅまで延在する。さらに、フレーム３７の筐体取付片３７ｃの厚み寸法Ａは、スクリュー部４１の後端と筐体３５の前端との間隙寸法Ｂより小さくなっている。

このようなフレーム３７の採用により、スクリュー部４１の後端と筐体３５の前端との間隙Ｓから露出している回転軸３の一部３ｃを、筐体取付部３７ｃのスリット５０内に差し込むような組立作業を行うことができる。このようなスリット５０の採用によって、スクリュー部４１の径の大小に拘わらず、フレーム２７の組み付け作業を容易に行うことができる。なお、フレーム３７を筐体３５に固定するにあたって、開口部３７ｅ内に凸部３５ｂを圧入させると同時に、回転軸３の前端部３ｂはピボット軸受３９の凹部３９ａ内に差し込まれる。

さらに、スクリュー部４１を利用して被駆動部材を駆動する際には、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。回転軸３には、正逆に回転するとウォームギア４１により押し込まれたり出っ張るような方向に力が作用することになり、このとき発生するスラスト移動量を押さえ込むように一方向に予圧を与えておく必要があるために、ステッピングモータ１は、回転軸３に軸線Ｌ方向の予圧を付与する予圧機構４３を、筐体３５内において回転軸３の後方に有する。

予圧機構４３は、回転軸３の後端部３ａを保持する樹脂製ピボット軸受４５と、ピボット軸受４５を摺動可能に保持するガイド部材４７と、ピボット軸受４５を軸線Ｌ方向に付勢する予圧用バネ４９とから構成される。ピボット軸受４５は、ピボット軸受４５の前端部４５ａ側に位置すると共に、回転軸３の後端部３ａを支持するための凹部４５ｂをもった軸保持部４５ｃと、軸保持部４５ｃの後端部から軸線Ｌ方向に延びるバネ巻回部４５ｄとからなる。

軸保持部４５ｃは、ガイド部材４７の内壁面４７ｃに摺動接触し、このガイド部材４７は、外ヨーク３１及び内ヨーク２９に接合されているので、ガイド部材４７の中心は回転軸３の軸線Ｌと一致している。そのため、ピボット軸受４５は軸線Ｌ上に確実に位置し、ガイド部材４７にガイドされて軸線Ｌ方向に摺動する。また、ガイド部材４７は、その前端部４７ａが凹部５ｂ内に入り込むように配置され、ピボット軸受４５の前端部４５ａは、ガイド部材４７によりガイドされた状態でロータ５の凹部５ｂ内に入り込んでいる。これによって、ピボット軸受４５は、凹部５ｂ内で回転軸３の後端部３ａを保持する。

軸保持部４５ｃの後端部から延びるバネ巻回部４５ｄの外径は、軸保持部４５ｃの後端部の外径よりも小さく、バネ巻回部４５ｄの側面４５ｅに螺旋バネ４９が巻回されている。これにより、予圧用バネ４９は、軸線Ｌ上に位置すると共に、ピボット軸受４５の側面４５ｅとガイド部材４７の内壁面４７ｃとの間に配置されることになる。

また、予圧用バネ４９の前端部は軸保持部４５ｃの後端部に当接し、予圧用バネ４９の後端部は筐体３５（より具体的には、カバー３５Ｂ）の内壁面３５ａに当接していることから、ピボット軸受４５は予圧用バネ４９によって軸線Ｌ方向に付勢される。

したがって、ピボット軸受４５の凹部４５ｂは、凹部５ｂ内において回転軸３の後端部３ａに確実に押し当てられて回転軸３の後端部３ａと接触することで、回転軸３を回転自在に保持する。従って、予圧機構４３は、ピボット軸受４５を介して回転軸３を軸線Ｌ方向に予圧を付与する。

本発明に係るステッピングモータの一実施形態を示す断面図である。 図１に示したステッピングモータの外観を示す斜視図である。 フレームを示す斜視図である。

符号の説明

１…ステッピングモータ、３…回転軸、５…ロータ、７，９…ステータ、３５ｂ…凸部、３５…筐体、３７…フレーム、３７ａ…ベース片（ベース部）、３７ｂ…軸支持片（軸支持部）、３７ｃ…筐体取付片（筐体取付部）、３７ｅ…開口部、４１…スクリュー部（ウォームギア）、５０…スリット、Ｌ…軸線、Ｓ…間隙。

Claims (2)

1. 回転軸と、永久磁石からなるロータと、ステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容する筐体とを有するステッピングモータにおいて、
   前記筐体から突出した前記回転軸に固定され且つ前記回転軸の径より大きなスクリュー部と、
   前記筐体に固定されて、前記スクリュー部を支持するフレームとを備え、
   前記フレームには、前記筐体の前端部に装着される筐体取付部と、前記回転軸の先端を支持する軸支持部と、前記筐体取付部と前記軸支持部とを連結するベース部とが設けられ、
   前記筐体取付部には、前記回転軸を差し込み可能とするように前記回転軸の径よりも大きく且つ前記スクリュー部の径よりも小さなスリットが設けられ、前記筐体取付部の厚みは、前記スクリュー部の後端と前記筐体の前端との間隙より小さく形成され、
   前記軸支持部は、前記回転軸を回転自在に支持する軸受を有し、前記回転軸の前端部は、前記フレームを軸線方向に移動させることにより前記軸受で保持されることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記筐体の前記前端部には凸部が形成され、前記筐体取付部には前記凸部と嵌合する開口部が形成され、前記スリットは前記開口部まで延在す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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