JPH07203666A - ステッピングモータ用のリードスクリュー付きロータ軸及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リードスクリュー付きロータ軸を樹脂で成形
する際の、リードスクリューの寸法精度を向上させて、
良好な送り精度が得られると共に、ロータ軸を軽量化し
て低慣性モーメント化を図り得る、ステッピングモータ
用のリードスクリュー付きロータ軸及びその製造方法を
提供する。 【構成】 ロータの回転運動をリードスクリューで直線
運動に変換するリードスクリュ付きロータ軸において、
中心に、少なくともリードスクリューと略同等の長さを
有し、リードスクリューの谷径と同等かもしくは谷径よ
り小さい外径を有する軸を配置し、この軸の外周に樹脂
によってリードスクリューを一体成形する。ロータ軸
は、例えば、金型内に予め成形された軸をセットした後
に、金型内に樹脂を射出することにより成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リードスクリュータイ
プの永久磁石形ステッピングモータに関し、特に、ロー
タの中心に固着されるリードスクリュー付きロータ軸及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、フロッピィディスクドラ
イブ装置（以下ＦＤＤと言う）のヘッド送り用として使
用される、リードスクリュータイプの２相永久磁石形ス
テッピングモータ（以下単にモータと言う）は、例え
ば、図１１に示す如く構成されている。すなわち、モー
タ１は、ステータ２とロータ３とを有し、ステータ２
は、ロータ３を取り囲む一対のステータヨーク４、５
で、その主要部が構成されている。ステータヨーク４、
５は、それぞれ２個の板金部品を組み合わせたもので、
励磁コイル６、７を収納するドーナツ形の空間が形成さ
れると共に、ロータ３の外側面と対向する部分には、図
示しないクローポール構造の極歯列が形成されている。

【０００３】ロータ３は、円周方向に所定ピッチで磁極
が着磁された円筒状の永久磁石で形成され、その中心に
は、金属製のロータ軸８の後端側が固着されている。ロ
ータ軸８は、その略中央部分で軸受９により軸支され、
後端部でボール１０を介して板バネ１１に当接すると共
に、先端部でボール１２を介して玉軸受１３に支承され
ている。これにより、ロータ３は、ロータ軸８が板バネ
１１によって軸方向への圧縮力を受けつつ、ステータ２
内に回転自在に配設されている。

【０００４】なお、軸受９は、ステータヨーク４に固着
された前フランジ１４に固定され、板バネ１１及び玉軸
受１３は、ステータヨーク５及び前フランジ１４に固着
された、モータフレーム１５の後端内面及び先端内面に
それぞれ固定されている。また、ロータ軸８の先端側外
周には、リードスクリュー１６が刻設され、このリード
スクリュー１６に、ＦＤＤのヘッド（図示せず）に連結
された移動体１７が螺合している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このロ
ータ軸８は、全体がステンレス鋼等の金属によって形成
されているため、重量が重くなって慣性が大きくなり、
小形モータにあっては、出力トルクの大半をロータ軸８
の回転に費やすことになる。その結果、モータ１の出力
トルクを低下させると共に、初期の立ち上がりが鈍く、
応答性が悪くなるという問題点があった。

【０００６】そこで、当出願人は、慣性モーメントを小
さくするために、図１２に示す様に、金型１９に形成さ
れたキャビティＫ内に樹脂を射出して、ロータ軸２０を
成形することを試みたが、成形されたロータ軸２０は、
図１３に示す様に、樹脂の成形収縮率の影響によって、
二点鎖線Ａの形状（成形時の形状）から実線Ｂの形状ま
で、全体が収縮する。そして、特にリードスクリュー２
１の寸法精度が劣り、ＦＤＤに要求される数ミクロンの
送り精度を有するロータ軸２０が得られないという問題
点が明かになった。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的は、リードスクリュー付きロータ軸
を樹脂で成形する際の、リードスクリューの寸法精度を
向上させて、良好な送り精度が得られると共に、ロータ
軸を軽量化して低慣性モーメント化を図り得る、ステッ
ピングモータ用のリードスクリュー付きロータ軸及びそ
の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載のステッピングモータ用のリードス
クリュー付きロータ軸は、ロータの回転運動をリードス
クリューで直線運動に変換するリードスクリュー付きロ
ータ軸において、中心に、少なくともリードスクリュー
と略同等の長さを有し、リードスクリューの谷径と同等
かもしくは谷径より小さい外径を有する軸を配置し、こ
の軸の外周に樹脂によってリードスクリューを一体成形
させたことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２記載のロータ軸は、軸が予
め成形された樹脂で形成されていることを特徴とし、請
求項３記載のロータ軸は、軸が金属で形成されているこ
とを特徴とする、更に、請求項４記載のロータ軸は、軸
の表面の面粗さが、２０〜１００μｍであることを特徴
とし、請求項５記載のロータ軸は、樹脂が液晶ポリマー
であることを特徴とする。

【００１０】また、請求項６記載のステッピングモータ
用のリードスクリュー付きロータ軸の製造方法は、ロー
タの回転運動を直線運動に変換するリードスクリューを
有するロータ軸を、樹脂によって成形するリードスクリ
ュー付きロータ軸の製造方法において、金型内に、少な
くともリードスクリューと略同等の長さを有し、リード
スクリューの谷径と同等かもしくは谷径より小さい外径
を有する軸をセットし、その後、金型内に樹脂を射出し
て、軸の周囲にリードスクリューを一体成形させること
を特徴とする。

【００１１】

【作用】まず、請求項１記載のステッピングモータ用の
リードスクリュー付きロータ軸によれば、リードスクリ
ューは、中心に配置された軸の周囲に一体成形される。
軸は予め成形されているため、リードスクリュー成形時
の軸方向への成形収縮が防止され、リードスクリューの
寸法精度が向上して、良好な送り精度が得られる。ま
た、ロータ軸の主要部は樹脂により成形される上、回転
中心から遠い部分の重量が軽くなるため、重量が軽くな
る上、低慣性モーメント化が図れる。

【００１２】また、請求項２記載のロータ軸によれば、
軸を予め樹脂によって成形することにより、ロータ軸の
重量が一層軽くなり、より低慣性モーメント化が図れ、
請求項３記載のロータ軸によれば、線膨張係数が樹脂に
比べ小さい金属製の軸により、リードスクリューの軸方
向への成形収縮が確実に防止される。更に、請求項４記
載のロータ軸によれば、軸とリードスクリューとが機械
的に一体化されて、リードスクリューの軸に対する移動
が防止され、請求項５記載のロータ軸によれば、樹脂の
流れが一定方向に整えられて、樹脂の配向が揃えられ、
配向方向における収縮が防止されると共に、線膨張係数
を金属と同一にし得る。

【００１３】また、請求項６記載のステッピングモータ
用のリードスクリュー付きロータ軸の製造方法によれ
ば、金型内に軸をセットし、例えば、金型と軸との隙間
がほとんどない状態にして金型内に樹脂を流し込む。樹
脂は、リードスクリュー部の軸の周囲を螺旋状に流れ、
隣接している螺旋部分が一体化されず、独立した状態で
成形される。これにより、螺旋部分の引っ張り応力等に
よるリードスクリューの収縮が防止されて、精度良いリ
ードスクリューが得られると共に、ロータ軸の低慣性化
が図れる。また、螺旋部分が独立して存在しているた
め、経時変化的なクリープ破壊の心配もなくなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１及び図２は、本発明に係わるロータ
軸の第１の実施例を示し、図１がその側面図、図２がそ
の断面図である。このロータ軸３０は、例えば、図１１
に示すモータ１に適用される。

【００１５】ロータ軸３０は、先端側に設けられたリー
ドスクリュー３１と、後端側に設けられたロータ固着部
３２とで構成されている。リードスクリュー３１は、そ
の中心に、樹脂製の軸３３を有し、この軸３３の外周
に、後述する方法により、樹脂によって一体成形されて
いる。また、ロータ固着部３２もリードスクリュー３１
と同一樹脂によって一体成形されている。なお、ロータ
軸３０の後端面及び先端面には、ボール１０、１１（図
１１参照）を収容する凹部３４及び凹部３５がそれぞれ
形成されている。

【００１６】軸３３は、例えば、液晶ポリマーを図示し
ない金型で成形することによって、その外径Ｒ１がリー
ドスクリュー３１の谷径Ｒと同一になる如く設定される
と共に、その長さＬ１がリードスクリュー３１の長さＬ
と略同等になる如く設定されている。また、軸３３の表
面の面粗さは、２０〜１００μｍ（好ましくは、４０〜
５０μｍ）に設定されている。

【００１７】次に、このロータ軸３０の製造方法の一例
を、図３〜図６に基づいて説明する。まず、図３に示す
様に、２個の金型３６、３７をセットして、金型３６に
形成されたキャビティＫ１内に、予め成形した軸３３を
挿入し、図４に示す様に、軸３３の先端を金型３７に当
接させる。この時、軸３３は、金型３６のネジ部３６ａ
の山とほとんど隙間がない状態でセットされる。そし
て、ゲート３９を有する金型３８を金型３６にセット
し、ゲート３９からキャビティＫ１内に液晶ポリマーか
らなる樹脂Ｊを射出する。

【００１８】キャビティＫ１に射出された樹脂Ｊは、キ
ャビティＫ１内を、ロータ固着部３６ｂ側からネジ部３
６ａ方向に流れ、軸３３の周囲に螺旋状に流れ込む。こ
れにより、図５に示す様に、軸３３の周囲に、リードス
クリュー３１がまとわりついた状態で一体成形され、ロ
ータ軸３０が成形される。

【００１９】ロータ軸３０が成形されたら、金型３８を
金型３６から取り外し、成形されたロータ軸３０の凹部
３４に、例えば、図示しない回り止め部材を係合させ
る。この状態で、図６の矢印イ方向に金型３６を回転さ
せると、ロータ軸３０の回転が規制されているため、ロ
ータ軸３０がキャビティＫ１内を、回り止め部材と共に
矢印ロ方向に移動する。そして、リードスクリュー３１
が金型３６のネジ部３６ａから離脱した時点で、ロータ
軸３０が金型３６から取り出される。このロータ軸３０
のロータ固着部３２にロータ３が固着される。

【００２０】このように、上記実施例においては、ロー
タ軸３０のリードスクリュー３１の中心に軸３３が配置
されているため、リードスクリュー３１が成形収縮した
場合でも、予め成形されている軸３３自身は、リードス
クリュー３１の成形収縮の影響をほとんど受けることが
なく、その結果、リードスクリューの収縮も抑制され
る。また、軸３３と金型３６との隙間がほとんどない状
態で成形するため、樹脂が軸３３の周囲に螺旋状に流れ
込み、リードスクリュー３１の隣接している螺旋部、す
なわち、山と山とが一体化されることなく独立した状態
で成形されると共に、隣接する山間に引っ張り応力が作
用しなくなる。これらにより、リードスクリュー３１の
寸法精度が向上し、長期間に亘り精度を維持することの
出来る良好な送り精度のリードスクリュー３１を有する
ロータ軸３０が得られる。

【００２１】また、ロータ軸３０は、全体が樹脂によっ
て形成されるため、重量が軽くなり、モータ１を回転さ
せた場合の負荷となる、ロータ３、リードスクリュー３
１、ロータ軸８及び永久磁石自身の慣性モーメントを著
しく低くすることができて、低慣性モーメント化が図れ
る。これにより、例えば小形モータの出力トルクを低下
させたり、応答性を悪化させることもなくなる。

【００２２】更に、軸３３の表面の面粗さが、２０〜１
００μｍに設定されているため、軸３３に対するリード
スクリュー３１の結合度が密になって機械的に一体化さ
れ、リードスクリュー３１に負荷が加わった場合でも、
リードスクリュー３１が軸３３に沿って移動することが
ない。これにより、移動体１７の送り精度が、長期に亙
って安定して維持できる等、信頼性の高いリードスクリ
ュー３１が得られる。

【００２３】また、樹脂として液晶ポリマーを使用し、
樹脂の流れを一定方向に整え、樹脂の配向が揃う様に成
形されるため、配向方向において、成形収縮率をほぼ０
にすることができ、金型製作が容易になると共に、液晶
ポリマーの使用により、線膨張係数を金属と略同等にす
ることができるため、膨張、収縮による応力の発生を防
止することができて、リードスクリュー３１の寸法精度
を安定して維持することができる。

【００２４】なお、この実施例におけるロータ軸３０
を、図１１のモータ１に適用したところ、移動体１７の
送り精度が数ミクロンであることが、実験的に確認され
ている。また、実験によれば、ロータ軸３０の軸３３
と、リードスクリュー３１及びロータ固着部３２を、共
に液晶ポリマーで成形した場合の慣性モーメントを測定
したところ、表１の実施例１に示す結果が得られた。こ
の表１から、従来例のロータ軸８をステンレス鋼で形成
した場合に比較して、慣性モーメントが８０％と大幅に
低減されることが明かになった。

【００２５】

【表１】

【００２６】図７及び図８は、本発明に係わるロータ軸
の第２の実施例を示し、図７がその側面図、図８がその
断面図を示している。この実施例の特徴は、軸として金
属製の軸４３を使用した点にある。すなわち、ロータ軸
４０の軸４３は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３
等）で形成され、その長さＬ２は、リードスクリュー４
１の長さＬと略同等に設定されている。また、軸４３の
外径Ｒ２は、リードスクリュー４１の谷径Ｒに対して所
定寸法小さく設定されると共に、その表面の面粗さは、
２０〜１００μｍに設定されている。

【００２７】このロータ軸４０も、上記実施例のロータ
軸３０と同様に、軸４３の外周に液晶ポリマーからなる
リードスクリュー４１が一体成形される。なお、ロータ
軸４０の金型３６〜３８（図４参照）による成形時に
は、軸４３をリードスクリュー４１の中心に位置させる
ため、例えば軸４３の周面に、リードスクリュー４１の
谷径Ｒと同径の複数個の位置決め用の突起を設けたり、
軸４３の先端面と金型３７の当接面に位置決め用の凹凸
を設ける等して成形する。

【００２８】この実施例においては、軸４３が金属であ
るため、外部環境による影響をほとんど受けず、より寸
法精度の高いリードスクリュー４１が得られると共に、
軸方向における線膨張係数が従来のリードスクリュー１
６と同等なため、例えば製造ライン等において、従来の
ロータ軸８に替えてロータ軸４０を使用する等、ロータ
軸４０の置き換えを容易に行うことができる。また、ロ
ータ軸４０の重量も、上記実施例に比べて若干重くなる
ものの、従来例のロータ軸８に比べて大幅に軽くなり、
低慣性モーメント化が図れる等、上記ロータ軸３０と同
様の作用効果が得られる。

【００２９】なお、実験によれば、この実施例のロータ
軸４０の慣性モーメントは、表１の実施例２に示す結果
が得られ、従来例に比較して、慣性モーメントは６２％
低減されることが明らかになった。なお、この値は、リ
ードスクリューの谷径と同等の外径を有する金属軸で算
出した値である。この実施例において、軸４３として
は、ステンレス鋼に限らず、一般的に良く知られる他の
金属を使用しても良い。

【００３０】図９及び図１０は、本発明に係わるロータ
軸の第３の実施例を示すもので、図９がその側面図、図
１０がその断面図を示している。このロータ軸５０の特
徴は、軸として金属製の軸５３を使用すると共に、その
外径Ｒ３を、リードスクリュー５１の谷径Ｒと同一に設
定した点にある。すなわち、軸５３は、軸４３と同様ス
テンレス鋼で形成され、その外径Ｒ３が、リードスクリ
ュー５１の谷径Ｒと同一に設定され、その表面の面粗さ
も２０〜１００μｍに設定されている。なお、軸５３の
長さＬ３は、上記各実施例と同様、リードスクリュー５
１の長さＬと略同等に設定されている。

【００３１】このロータ軸５０にあっては、上記実施例
のロータ軸４０の作用効果の他に、リードスクリュー５
１の隣接する山と山とが一体化せず、独立して存在する
ため、第１の実施例と同様に、隣接する山に引っ張り応
力が作用しなくなって、リードスクリュー５１の寸法精
度がより向上し、経時変化的なクリープ破壊の心配もな
くなるという作用効果が得られる。また、金型３６への
セット作業も、容易に行える。

【００３２】なお、上記各実施例においては、樹脂とし
て液晶ポリマーを使用したが、本発明はこれに何等限定
されず、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテ
ルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルフォン（ＰＳ
Ｆ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）等の熱可塑性樹脂や、
熱硬化性樹脂を使用しても良い。また、上記各実施例に
おいては、軸の長さをリードスクリューより若干長く設
定したが、例えば軸をロータ固着部まで延長しても良
い。

【００３３】更に、上記実施例においては、ロータ軸と
して、ＦＤＤ用のステッピングモータのロータ軸につい
て説明したが、例えば、自動焦点カメラ用やミニディス
ク用のステッピングモータのロータ軸にも適用し得る。
また、上記各実施例を適宜に組み合わせる等、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であるこ
とも言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のステッピ
ングモータ用のリードスクリュー付きロータ軸及びその
製造方法にあっては、中心に軸を配置することにより、
リードスクリューを樹脂で成形する際の寸法精度を向上
させ、良好な送り精度が得られると共に、長期間に亘り
精度を維持出来る。また、主要部を樹脂により成形する
ことにより、ロータ軸を軽量化して低慣性モーメント化
を図ることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるロータ軸の第１の実施例を示す
側面図

【図２】同断面図

【図３】同ロータ軸の製造方法を示す軸挿入時の断面図

【図４】同軸セット時の断面図

【図５】同ロータ軸の成形状態の断面図

【図６】同ロータ軸の取り出し方法を説明するための断
面図

【図７】本発明に係わるロータ軸の第２の実施例を示す
側面図

【図８】同断面図

【図９】本発明に係わるロータ軸の第３の実施例を示す
側面図

【図１０】同断面図

【図１１】本発明及び従来例に共通するリードスクリュ
ータイプの永久磁石形ステッピングモータの断面図

【図１２】従来のロータ軸の製造方法を説明するための
断面図

【図１３】同製造方法によって成形されたロータ軸の側
面図

【符号の説明】

１・・・・・・・・・モータ ２・・・・・・・・・ステータ ３・・・・・・・・・ロータ ８・・・・・・・・・ロータ軸 １６・・・・・・・・リードスクリュー １７・・・・・・・・移動体 ３０、４０、５０・・ロータ軸 ３１、４１、５１・・リードスクリュー ３３、４３、５３・・軸 ３６〜３８・・・・・金型

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータの回転運動をリードスクリューで直
   線運動に変換するリードスクリュー付きロータ軸におい
   て、中心に、少なくとも前記リードスクリューと略同等
   の長さを有し、リードスクリューの谷径と同等かもしく
   は谷径より小さい外径を有する軸を配置し、この軸の外
   周に樹脂によってリードスクリューを一体成形させたこ
   とを特徴とする、ステッピングモータ用のリードスクリ
   ュー付きロータ軸。
2. 【請求項２】前記軸が、予め成形された樹脂で形成され
   ていることを特徴とする、請求項１記載のステッピング
   モータ用のリードスクリュー付きロータ軸。
3. 【請求項３】前記軸が、金属で形成されていることを特
   徴とする、請求項１記載のステッピングモータ用のリー
   ドスクリュー付きロータ軸。
4. 【請求項４】前記軸の表面の面粗さが、２０〜１００μ
   ｍであることを特徴とする、請求項２または請求項３記
   載のステッピングモータ用のリードスクリュー付きロー
   タ軸。
5. 【請求項５】前記樹脂が、液晶ポリマーであることを特
   徴とする、請求項１または請求項２記載のステッピング
   モータ用のリードスクリュー付きロータ軸。
6. 【請求項６】ロータの回転運動を直線運動に変換するリ
   ードスクリューを有するロータ軸を、樹脂によって成形
   するリードスクリュー付きロータ軸の製造方法におい
   て、金型内に、少なくとも前記リードスクリューと略同
   等の長さを有し、リードスクリューの谷径と同等かもし
   くは谷径より小さい外径を有する軸をセットし、その
   後、金型内に樹脂を射出して、前記軸の周囲にリードス
   クリューを一体成形させることを特徴とする、ステッピ
   ングモータ用のリードスクリュー付きロータ軸の製造方
   法。