JPH0429554A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステ７ピングモータ、とくにディスク記憶装置
のヘッドの操作用に適するステッピングモータに関する
。

〔従来の技術〕

周知のようにステッピングモータは、例えば上のヘッド
のような操作対象を所望量だけ短時間内に移動操作した
上で所望位置に正確に静止させる目的に用いられ、この
ための操作速度と操作精度を高めることがこれに常に要
求される。

このステッピングモータは上述の目的に沿って複数相構
成、ふつうは２相構成のモータとされ、その複数の相コ
イルに与える電流ベクトルを１回切り換えるごとにその
回転子がステップ状に微小角度ずつ回転するよう構成さ
れる。原理的には、電流ベクトルを切り換える周波数を
上げることにより操作速度を高め、ステップごとの回転
角度を小さくすることにより操作精度を高め得る。

しかし、いくら操作速度を高めても操作対象の慣性がス
テッピングモータの発生トルクに比して大き過ぎると、
対象の動きが操作に忠実に追従し得ないから実際の操作
速度は低下し、操作精度も落ちて来る。このため例えば
前述のヘッド操作系では、へンドを小形のステッピング
モータで操作できるように、ヘッドとステッピングモー
タとの機械結合部を極力軽量化することによりその慣性
を減少させて、ディスク面上でヘッドをどのように移動
させても最大４０〜５０＋ｓＳ程度しか要しないように
し、かつヘッドの位置誤差が２〜３−程度になるように
操作精度を高める。

ところが、ステッピングモータによる操作速度をさらに
高めてヘッド移動時間を例えば２０−５程度以下に短縮
しようとすると、今度は機械結合系の慣性をいくら小さ
くしても、ヘッドが所望の位置に静定するまでに要する
実際の移動時間は短くならない、これはヘッドが目的位
置に達した後その前後に振動を繰り返えし静定までに時
間が掛かるためであって、さらにいえばこの振動の発生
原因はステッピングモータの回転速度にむらがある点に
存する。これを第５図および第６図を参照して以下に説
明する。

第５図にはヘッドを所定距離だけ最短時間内に移動させ
るに適する時間ｔに対する速度■のスケジュールＶｓが
細線で示されている０図示のようにこの速度スケジュー
ルＶｓは台形状とされ、時刻１０からｔｌまではステッ
ピングモータがもつトルクを一杯に使ってヘッドを加速
し、時刻ｔｌからｔ２までは一定の速度を維持し、時刻
ｔ２からｔ３までは再びステッピングモータがもつトル
クを一杯に使ってヘッドを減速する。

これに対し、図でＶａで示すヘッドの実際の速度にはと
くに時刻ｔｌからｔ２までの時間内に波が発生する。こ
の時間内は速度が一定に維持されるので加減速は不要な
のであるが、ステッピングモータ側ではその相電流ベク
トルを切り換える必要があるので、この切り換えに際し
てその回転にどうしても若干のむらが発生し、この回転
むらの影響が定速期間内の速度のむらとしてとくに大き
く出るのである。このため、減速に移るべき時刻ｔ２で
のヘッドの実際速度νａがスケジュールＶｓと異なって
来て、例えば図のように高めになると、ヘッドに対する
減速がそれだけ遅れることになる。

第６図はかかる場合の時間ｔに対するヘッドの移動距離
Ｘを示す、上のように減速が遅れると、スケジュール上
の減速期間が終わる時刻ｔ３までのヘッドの実際の移動
距１１ｘは予定路１１１　ＮＳより大きくなる。つまり
、ヘッドは予定距離ＸＳの所にある目的値！を通り過ぎ
てしまっており、時刻ｔ３以降はヘッドはその前後に図
のように振動して、かなり遅れた時刻ｔ４になってやっ
と静定する。

なお、第５図の例では減速期間の開始時刻ｔ２における
実際速度Ｖａがスケジュール速度Ｖｓより高いとしたが
、もちろん逆に低い場合も起こり得る。

この際は減速が早く効き過ぎて操作対象が時刻ｔ３に目
的位置まで到達しない点で上とは異なるが、それ以降に
操作対象の目的位置前後の振動が発生するのは全く同じ
である。

以上かられかるように、操作速度を上げるため操作対象
の慣性を減らすと、いわばそれが裏目に出てステッピン
グモータの回転むらの影響が操作対象の速度に出やすく
なり、ステッピングモータによる操作速度をある限度以
上に高めても実際の操作時間を短縮できなくなる。この
矛盾の原因はむろんステッピングモータの回転むらにあ
るが、相電流ベクトルを切り換えることによって対象を
ステップ的に操作するものである以上、ステッピングモ
ータから回転むらをなくすのは原理上困難である。この
ため、従来からステッピングモータにダンパーを付けて
その回転むらを吸収することが行なわれており、その例
を第７図に示す。

第７図の上部がステッピングモータ１０であり、通常の
ようにケースｌに多数の磁極２とその上に巻装されたコ
イル３からなる固定子が収納され、軸受４を介してケー
ス１に支承された軸５に１対の回転子鉄心６と磁束発生
用の永久磁石７が取り付けろれている。その下部に示さ
れたダンパー３０はオイルダンパーであり、軸５の下端
に取り付けられる密封構造のダンパーケース３１の中に
板状の金属リング３２と粘度の高いオイル３３を封入し
たものである。ステッピングモータｌＯの回転速度が急
に変化するとダンパーケース３１と金属リング３２の速
度に相対差が出るので、オイル３３がもつ粘性により速
度変化に対しそれが加速が減速かに関せず常に制動が掛
かる。

〔発明が解決しようとする！ＩＮ） 上述のダンパー３０はその金属リング３２の慣性とオイ
ル３３の粘性を巧く利用したいわば慣性粘性形ダンパー
であって、ステッピングモータの速度の２、変に対する
制動効果が非常に高いが、なお次のような若干の問題が
ある。

（ａ）ダンパーにより得られる制動効果のわりにそれに
よる慣性増加がかなり多いので、ステッピングモータの
回転むらを抑えて操作速度を上げる効果がこの慣性増加
によってかなり減殺される。慣性増加の補償にはステッ
ピングモータのトルク増強が必要なので、操作速度を充
分上げたい場合にはダンパーの付加によりモータの体格
増を招く結果となりやすい。

［有］）第５図かられかるように制動によるステッピン
グモータの回転むら抑制は高速かつ定速回転時に有効で
、逆に低速回転時には制動が掛からないことが望ましい
が、従来のダンパーによる制動はその動作原理から速度
に関せず速度変化に際し常に掛かる。このため、対象に
対する操作量が小さい場合に操作速度の低下をとくに招
きやすい。

（Ｃ）ダンパーを付加しただけステッピングモータの体
格が大きくなる。とくに、ディスク記憶装置のヘッドの
駆動にこれを用いる場合、ダンパーにより軸方向寸法が
増加するのが都合が悪く、装置を薄型化する上での障害
になる。

なお、第８図はこの（Ｃ）点の説明用である。薄型のデ
ィスク記憶装置では、図のようにケース４０のの凹所に
ステッピングモータ１０をプリント板５０に揃うように
取り付けて全体厚みを例えば１インチに抑えるが、ダン
パー３０を付加するとその分だけ突出してしまう。ステ
ッピングモータ１０の厚みは最低４インチで、ケース４
０にはこれとの連結機構を納めねばならないので、凹所
をダンパー分だけさらに深めることも困難である。

本発明の目的は、操作速度の向上に際して障害となるよ
うな回転むらがなく、かつその抑制手段の内部への組み
込みが容易なステッピングモータを提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、回転方向に撓み得る柔軟な弾性体からなる
可撓性部材と、その周緑部に固定された環状の慣性部材
とからなる平滑化装着体をステッピングモータの回転部
に対し可撓性部材の内側部において装着することにより
、上述の目的が達成される。

なお、上記の可撓性部材用の柔軟な弾性体としてはゴム
弾性体とくにノリコーンゴムを用いるのが好適である。

また、二の可撓性部材をモータの回転方向に容易に撓み
得るようにするため、その内側部と周緑部との間の中間
部をとくに薄く構成し、さらにはこの中間部の周方向に
分布して窓を複数個抜くのが有利である。可撓性部材の
形状は環状とし、かつおおむね平坦な板状ないし皿状に
形成するのが合理的である。

慣性部材は金属の環とするのがよく、この可撓性部材を
可撓性部材とモールドにより一体化するのが最も合目的
である。

かかる可撓性部材と慣性部材とからなる平滑化装着体は
、ステッピングモータの回転軸ないしはロータに装着す
ることができ、もちろんモータのケース内に組み込んで
しまうのが最も望ましい。

かかるモータケース内への組み込みを容易にする上では
、平滑化装着体をおおむね板状に形成し、かつその外径
をモータのロータ径とほぼ合わせるのが有利である。

〔作用〕

本発明は、ステッピングモータの回転を平滑化してその
むらを抑制する装着体を弾性効果をもつ可撓性部材と蓄
勢効果をもつ慣性部材とからなる単純な構成として、こ
れを従来のダンパーよりも軽輩化かつ小形化することに
より、ステッピングモータに対する慣性付加量を減少さ
せて操作速度を向上できるようにし、かつこの小形の装
着体をモータのケース内に容易に装着できるようにした
ものである。

なお、従来の回転むらの抑制はダンパーの制動効果によ
っていたのに対し、本発明による装着体は可撓性部材の
弾性効果と慣性部材の蓄勢効果を利用してモータの回転
を平滑化することによって回転むらを減少させもので、
本発明ではこの平滑化効果を得るため、前記構成にいう
ように可撓性部材をモータの回転方向に容易に撓み得る
ようにし、その周緑部に慣性部材を固定し、かつ平滑化
装着体をその可撓性部材の内側部においてモータのロー
タや軸等の回転部に装着する。

さらに本発明では、可撓性部材に柔軟な弾性体を用いて
その弾性と慣性部材の慣性能率によって決まるかなり平
坦な共振特性を利用し、かつ慣性部材内の蓄勢量が回転
速度の二乗に比例して増加することを利用して、装着体
の平滑化効果に速度依存性を持たせることにより回転む
らの抑制効果をとくに高速時において高めるとともに、
低速時におけるモータの速度変化に対する可撓性部材か
らの反力を減少させて操作速度や操作の即応性が従来の
ように低下しないようにする。

〔実施例〕

以下、第１図から第４図までを参照して本発明の詳細な
説明する。これらの第５図から第８図までと同し部分に
は同じ符号が付けられている。

第１図は本発明の平滑化装着体を内部に装着したステッ
ピングモータの断面図、第２図はステッピングモータが
取り付けられたディスク記憶装置の側面図、第３図と第
４図は前に説明した第５図と第６図にそれぞれ対応する
操作速度および操作量の経時変化を例示する線図である
。

第１図に示す平滑化装着体２０は可撓性部材２１と慣性
部材２２からなり、薄い皿状の板ばね２３により可撓性
部材２１の内側部をステッピングモータ１０の回転子鉄
心６に押し付けながら軸５に対して装着される。可撓性
部材２１用の弾性体としては、高温に耐えかつ劣化の少
ないシリコーンゴム等が用いられ、かつ例えば３０度の
ゴム硬度をもつ柔軟性に冨むものが選択される。可撓性
部材２１の形状は、図のように環状でかつおおむね板状
に形成するのがモータ内部への組み込みに有利で、その
内側部と周緑部より中間部を充分薄く形成して回転方向
に容易に撓み得るようにする。この中間部の厚みは最大
でもｌ　ａｍ、ふつうは０．５−一程度とするのがよく
、さらにその周方向に分布して窓を抜くことにより可撓
性を一層高めることができる。

慣性部材２２には小形で高い慣性効果が得られるよう鉄
等の１−程度の薄い金属の環を用いるのがよく、モータ
内のいわば遊んでいる空間を利用するためその外径をロ
ータの径と同程度か若干小さいめに形成するのが有利で
ある。

また、この慣性部材２２を可撓性部材２１の周緑部に固
定するには、後者をモールド法によって成形する際に両
者をこの実施例のように一体化してしまうのが最も簡単
である。このように一体化された平滑化装着体２０は図
のようにおおむね板状体であって、可撓性部材２１の内
径を軸５に嵌めた上で板ばね２３を押し込むだけでステ
ッピングモータ１゜に簡単に装着できる。

かかる平滑化装着体２０を内蔵するステッピングモータ
ｌＯは、第２図に示すように従来と同じ要領でディスク
記憶装置のケース４０の凹所に取り付けられ、その下面
をプリント板５０と揃えることにより全体の厚みを所定
寸法１例えば１インチ以内に抑えることができる。

本発明の平滑化装着体２０は、その可撓性部材２工がも
つ弾性効果と慣性部材２２がもつ蓄勢効果とを利用して
、ステッピングモータｌＯの回転を平滑化することによ
ってその回転むらを有効に抑制することができる。第３
図と第４図にこの様子を前の第５図と第６図に対応する
形で示す。

第３図に示すように、ヘッドの実際速度Ｖａには低速期
間の開始時刻ｋｌの直後には若干の波打ちがあるが、ご
く短時間内にこれが抑制され制動期間の開始時刻ｔ２に
はスケジュール速度Ｖｓとの差はほとんどなくなる。こ
のため、ヘッドに対する制動の遅れが従来と比べて格段
に減少し、移動の終了時刻ｔ３における実際速度Ｖａは
ほぼスケジュールのとおり０になり、その後の速度の波
打ちも従来よりずっと少なくなる。

第４図に示すように、この移動終了時刻ｔ３における移
動路＃Ｘも予定距１１１ｆｘｓとほぼ等しく、この例で
は僅かな行き過ぎがあるがそれを補償するためのヘッド
の振動はごく僅かで、その短時間後の時刻ｔ４にヘッド
が静定している。

以上の実施例において、可撓性部材２Ｉに柔軟な弾性体
を用いるので、平滑化装着体２ｏはその弾性と慣性部材
２２の慣性能率で決まる共振点は有するものの共振特性
はかなり平坦であり、ステッピングモータの相電流ベク
トル切り換えの特定周波数で共振が発生するおそれはな
い。

また前述のように、かかる緩やかな共振特性と慣性部材
２２の速度の二乗に比例する蓄勢量特性とを利用して、
平滑化装着体２０による回転の平滑化効果に適宜な速度
依存性を持たせることにより、回転むらの抑制効果を高
速領域内に対して高めることができる。低速領域内にお
けるステッピングモータの速度変化に対する特性は可撓
性部材２１に持たせる弾性ないし柔軟性によって調節す
ることが可能で、これを適宜に選択することにより操作
速度ないしは操作の即応性の低下を防止して従来より操
作特性を改善することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなとおり、本発明によるステッピ
ングモータでは、平滑化装着体をモータの回転方向に容
易に撓み得る柔軟な弾性体からなる可撓性部材とこの可
撓性部材の周緑部に固定された環状の慣性部材とにより
構成し、この平滑化装着体をモータの回転部に対し可撓
性部材の内側部において装着することにより、次の効果
を奏することができる。

（ａ）平滑化装着体を可撓性部材と慣性部材とからなる
単純な構成にして従来のダンパーよりも軽量化すること
により、その装着によってステッピングモータに付加さ
れる慣性量を従来より減少させ、操作速度を向上するこ
とができる。

（ｂ）上述の単純な構成によって小形化された平滑化装
着体をモータのケース内に容易に装着できるようにする
ことにより、平滑化装着体を含むステッピングモータの
全体体格を従来よりも減少させ、とくにそれを組み込む
ディスク記憶装置の薄形化を容易にすることができる。

（Ｃ）平滑化装着体中の可撓性部材がもつ弾性効果と慣
性部材がもつ蓄勢効果を利用してステッピングモータの
回転を平滑化することにより、回転むらを効果的に減少
させることができ、しかも可撓性部材に持たせる弾性の
選択により平滑化装着体の共振特性を調節し、かつ慣性
部材の蓄勢量の速度依存性をこれと協調させることによ
り、高速領域における回転むらの抑制効果を低速領域に
おけるよりも高めることができる。

（ロ）可撓性部材用弾性体の柔軟性の選択により低速領
域内の速度変化に対する平滑化装着体の平滑化特性を調
節することにより、ステッピングモータの低速回転時の
操作即応性の低下を防止して操作特性を格段に改善する
ことができる。

本発明のステッピングモータは、ディスク記憶装置のへ
ノド操作用にとくに適し、上述の効果を発揮しながら装
置の薄型化を容易にし、かつそのアクセスタイムを一層
短縮する上で貢献することが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までが本発明に関し、第１図は平滑化
装着体を内蔵した本発明のステッピングモータの実施例
の断面図、第２図はその適用例を示すディスク記憶装置
の側面図、第３図はモータの操作速度の経時変化例を示
す線図、第４図はその操作量の経時変化例を示す線図で
ある。第５図以降は従来技術に関し、第５図は第３図に
対応する従来の操作速度の経時変化を示す線図、第６図
は第４図に対応する従来の操作量の経時変化を示す線図
、第７図は従来技術によるダンパーを備えたステッピン
グモータの断面図、第８図はこれが組み込まれたディス
ク記憶装置の側面図である。 これらの図において、 ｌニスチッピングモータのケース、２：磁極、３：コイ
ル、４：軸受、５：軸、６：回転子鉄心、７；永久磁石
、１０ニスチツピングモータ、２０：平滑化装着体、２
１・可撓性部材、２２：慣性部材、２３：板ばね、３０
：従来のダンパー、３１：ダンバーケス、３２：金属リ
ング、３３ニオイル、４０．ディスク記憶装置のケース
、５０ニブリント板、Ｌ：時間、ｔＯ：操作開始時刻、
ｔｌ：定速期間の開始時刻、ｔ２：制動期間の開始時刻
、ｔ３：操作終了時刻、ｔ４：操作対象の静定時刻、Ｖ
：速度、シミ：実際速度、ｖＳ：スケジュール速度、Ｘ
：操作量ないし操作距離、ｘｓ：操作子定距離、である
。 第１図 ｎ 第２図 第３図 第４図 １Ａ５胆 第６図 第７肥

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステッピングモータの回転方向に撓み得る柔軟な弾性体
   からなる可撓性部材と、この可撓性部材の周緑部に固定
   された環状の慣性部材とからなる平滑化装着体をモータ
   の回転部に対し前記可撓性部材の内側部において装着し
   てなるステッピングモータ。