JPH07241065A - リードスクリュー型ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータを小径化でき、その際にモータ損失の
低減を図り、モータトルクを向上させる。構造簡単で製
作し易く、製作コストも低減可能とする。 【構成】 ロータ軸６０が、励磁ステータ５０外部にあ
って負荷と連結する出力軸となるリードスクリュー６２
と、ロータ磁石５８を取り付けて両側で軸支されるロー
タ軸本体６３との２個の部材からなる。ロータ軸本体は
リードスクリューより小径であって、その一端部をリー
ドスクリューの基端部の中心に形成した嵌合穴８６に圧
入することにより一体化する。ロータ軸本体は、高硬度
材、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２からなることが好ましく、
またリードスクリューは、非磁性快削材、例えばＳＵＳ
３０３あるいは合成樹脂等からなることが好ましい。ま
たロータ軸は、コの字型フレーム６８で支持されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リードスクリューを備
えた永久磁石型ステッピングモータに関し、更に詳しく
述べると、リードスクリューをロータ軸本体とは別部材
とし、ロータ軸本体を小径として、それよりも大径のリ
ードスクリューの基端部に圧入一体化した構造のリード
スクリュー型ステッピングモータに関するものである。
このリードスクリュー型ステッピングモータは、例えば
フロッピー磁気ディスク駆動装置の磁気ヘッド精密送り
機構等に有用である。

【０００２】

【従来の技術】フロッピーディスクをはじめとする各種
ディスク駆動装置のヘッド送り機構、各種カメラのフォ
ーカスレンズの合焦機構などの精密送り位置決め機構と
して、リードスクリュー型ステッピングモータが用いら
れている。これは例えば、永久磁石型ステッピングモー
タのロータ軸にリードスクリュー部を連結し、該リード
スクリュー部の外周面のＶ溝に、キャリッジから延びた
板バネでボールを押し付けて、ロータ軸の回転を直線運
動に変換し、キャリッジに取り付けられている磁気ヘッ
ドの送り（位置決め）を行う機構である。

【０００３】近年、機器の小型化、薄型化の要求に伴っ
て、送り機構の小型化、薄型化が求められている。その
ため、また送り精度の向上などの観点から、送り機構の
主要部品であるステッピングモータには、リードスクリ
ュー部分とロータ軸本体部分とが単一部材からなる（一
体成形加工した）ロータ軸を用いるリードスクリュー型
ステッピングモータが採用され、フレキシブルジョイン
トなどの連結部材を省略したことによる軸方向長さの短
縮化が図られている。また同時にステッピングモータの
小径化によって送り機構の薄型化が図られている。

【０００４】従来のリードスクリュー型ステッピングモ
ータの一例を図２に示す。ステッピングモータは、主と
して、励磁ステータ１０と、その内側に位置し、回転自
在に支承される永久磁石ロータ１２とからなる。励磁ス
テータ１０は、多数の磁極歯を備えたステータヨーク１
４とコイル１６等を組み合わせた構成である。永久磁石
ロータ１２は、円筒状のロータ磁石１８にロータ軸２０
を直接嵌合させ接着して構成する。

【０００５】ここでロータ軸２０は、１本の丸棒状部材
のほぼ半分をリードスクリュー部分２２とし、残りの部
分をロータ軸本体部分２３とした単一部材であり、リー
ドスクリュー部分２２もロータ軸本体部分２３も外径は
同一である。リードスクリュー部分２２は外周に断面Ｖ
型の螺旋溝を形成した構造であり、励磁ステータ外部に
あって負荷と連結する出力軸となる。ロータ軸本体部分
２３は、励磁ステータ内部に配置されているロータ磁石
１８を取り付ける部分であり、その大部分が励磁ステー
タ内部に位置する。そして、このようなロータ軸２０の
基端側は、凹部を形成して鋼球２４を嵌め板バネ２６で
押さえ、先端側はコの字型フレーム２８に設けたピポッ
ト軸受３０で支える構成である。なおロータ軸２０の中
間部は、ラジアル軸受３２で支持され、該ラジアル軸受
３２は、コの字型フレーム２８の他方の側面で保持され
る。ロータ軸の材質は、一般的にステンレス鋼（例えば
ＳＵＳ３０３など）であり、その比重は７．８５ｇ／cm
³ と重い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成では、リー
ドスクリュー部分の外径は、送り機構の関係上、つまり
正確な断面Ｖ型の螺旋溝を形成する必要があるため、そ
の細径化には自ずから限界があり、それに伴ってロータ
軸本体部分も細径化しえない。そのためモータ外径寸法
に対してロータ軸の占める割合は、モータが小径化する
ほど大きくなる。例えば、モータ外径が３５mm程度の場
合にロータ軸の直径は３mm程度であるが、現在、フロッ
ピーディスク駆動装置に多用されている外径１０mmのモ
ータの場合でも、ロータ軸の直径は３mm程度必要であ
る。そのため、モータの小径化に伴ってモータトルクが
小さくなる傾向に加えて、次のような損失要因によって
モータトルクは更に低下する。 ロータイナーシャを低減できないことによるもの。 軸受穴内面とロータ軸との摩擦抵抗が増大することに
よるもの（摺動面積が減少せず、ロータ軸と軸受の凹凸
によるひっかかり摩擦があるため）。

【０００７】ステッピングモータでは、その使い方とし
て、加速しないで目的の回転数で起動させることが重要
である。その起動可能な回転数が高いほど、立ち上がり
時間が短い（応答性が良い）ということになる。起動可
能な速度は、モータが発生するトルクとロータのイナー
シャ（慣性）に依存する。モータが発生できるトルク
は、モータ外径が小さくなればなるほど、小さくなる。
そこで、モータを小径化したときに、極力、ロータのイ
ナーシャを低減することが必要となってくるのである。

【０００８】ところで磁気ディスク駆動装置などでは、
リードスクリュー部の近くを磁気ヘッドが移動するし、
リードスクリュー部の先端側（ピポット軸受側）には磁
気ディスクがあるので、モータ本体からの漏れ磁束の影
響を防止するため、ロータ軸としては非磁性材を用いる
必要がある。そのため、通常、ＳＵＳ３０３を用いてい
る。しかし、このＳＵＳ３０３は、表面硬度Ｈ_v ＝３０
０程度で、比較的柔らかいため、軸受との摺動によって
引っ掻き傷が発生し、摩擦抵抗が増大する。あるいはモ
ータ組立工程で、傷が付き易く、それによって不良品と
なり易い。表面硬度の大きい高硬度材としてはＳＵＳ４
２０Ｊ２がある（表面硬度Ｈ_v ＝５００程度）が、しか
し、これは磁性材であり、特に磁気ディスク装置のよう
な場合には漏れ磁束防止の観点から、従来構造ではロー
タ軸には使用できない。ビデオカメラの合焦機構などで
は、駆動対称物がレンズであり、漏れ磁束の影響があっ
てもかまわないので、ロータ軸としてＳＵＳ４２０Ｊ２
のような磁性材でもよいのであるが、逆に高硬度材であ
るためにリードスクリュー部分の加工が難しくなるの
で、現実にはＳＵＳ３０３が多用されている。

【０００９】本発明の目的は、モータ外径をより一層小
径化することが可能であり、その際にモータ損失の低減
を図り、良好なモータトルクを発現しうるようなリード
スクリュー型ステッピングモータを提供することであ
る。本発明の他の目的は、構造簡単で製作し易く、製作
コストも低減しうるようなリードスクリュー型ステッピ
ングモータを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、永久磁石ロー
タを励磁ステータ内で回転自在に保持する構造であっ
て、そのロータ軸が、励磁ステータ外部にあって負荷と
連結する出力軸となるリードスクリューと、励磁ステー
タ内部に配置されているロータ磁石を取り付けて両側で
軸支されるロータ軸本体とからなるステッピングモータ
である。ここで、ロータ軸本体とリードスクリューとは
全く別個の部材であり、且つロータ軸本体をリードスク
リューより小径とする。そして両者を、他の連結部材を
介在させること無く、直接圧入して一体化することによ
り、それぞれに最適の材質と構造を選択できるように工
夫して、モータ性能の向上を図ったものである。

【００１１】即ち、本発明は、ロータ軸本体とリードス
クリューとを別部材で構成し、該ロータ軸本体はリード
スクリューよりも小径であって、その小径のロータ軸本
体の一端部をリードスクリューの基端部の中心に形成し
た嵌合穴に圧入することにより一体化したリードスクリ
ュー型ステッピングモータである。ここでロータ軸本体
は、その全長にわたって同一径でストレートな（中間部
分に段差が無い）丸棒状体である。この小径のロータ軸
本体の一端部に、ローレット加工を施し、リードスクリ
ューの基端部側の半径方向に、前記嵌合穴と連通する空
気抜き穴を設けて圧入するのがよい。

【００１２】具体的には、例えばモータ本体は、小径の
ロータ軸本体の一端近傍部をラジアル軸受で支承し、他
端面は半球面状に加工して板バネで点接触で押さえる構
造であり、そのロータ軸本体の一端部が基端部の中心に
形成した嵌合穴に圧入することによりロータ軸本体と一
体化される大径のリードスクリューと、一方の側面にリ
ードスクリューの先端部を受けるピポット軸受を有し、
他方の側面に前記ラジアル軸受が嵌合する取付け穴を有
するコの字型フレームとを具備している。ロータ軸本体
は、高硬度材、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２からなることが
好ましく、またリードスクリューは、非磁性快削材、例
えばＳＵＳ３０３あるいは合成樹脂等からなることが好
ましい。

【００１３】

【作用】ロータ軸本体とリードスクリューとを別部材と
してロータ軸を構成することによって、それぞれの部分
に最適の材質と構造が選択可能となる。ロータ軸本体を
小径としたことで、ロータ磁石との間に軽量の中間ロー
タを介在させることができ、永久磁石ロータの重量及び
イナーシャが低減し、トルク向上がもたらされると共
に、モータの小径化が可能となる。別部材であるリード
スクリューは、高精度の送り機構に必要な外径を確保で
きる。ロータ軸本体は、その全長にわたって同一径の中
間に段差の無いストレートな形状であり、そのロータ軸
部分とリードスクリューとを、他の連結部材（例えばフ
レキシブルジョイントなど）を介在させること無く、直
接嵌合させ一体化することにより、軸方向寸法の増加が
抑えられ、モータの回転が正確にリードスクリューに伝
達される。

【００１４】本発明は、モータのラジアル軸受で小径の
ロータ軸本体を軸支しており、大径のリードスクリュー
はラジアル軸受の外部に位置するため、容易にコの字型
フレームに組み込める。ロータ軸にＳＵＳ４２０Ｊ２の
高硬度材を使うと、表面硬度が高いので、軸受との摺動
面に傷が付き難く、長期間にわたってスムーズな回転が
得られる。リードスクリューに、ＳＵＳ３０３又は合成
樹脂などの非磁性快削材を用いると、断面Ｖ型等の螺旋
溝の加工が容易であるし、非磁性のためモータの漏れ磁
束が生じ難く、磁気ヘッドや磁気ディスクが近くに存在
していても、障害を及ぼさない。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明に係るリードスクリュー型ス
テッピングモータの一実施例を示す構造説明図である。
モータ本体は主として、励磁ステータ５０と、その内側
に位置して、回転自在に支承される永久磁石ロータ５２
とからなる。励磁ステータ５０は、多数の磁極歯を備え
たステータヨーク５４とコイル５６等からなる。ステー
タヨーク５４は、２個の内ヨークを背中合わせに組み合
わせ、それらの両側に外ヨークを配設して内部にコイル
５６を収納したものである。それら各ヨークは、内周面
に沿って配列されて軸方向に突出する多数の磁極歯を有
し、相対向する内ヨークの磁極歯と外ヨークの磁極歯が
互いに食い違い合うように組み合わせられている。外ヨ
ークの外周筒部の端縁は、内ヨークに当接して閉磁路を
構成すると共に、外周側のモータケースを兼ねる。この
ような、励磁ステータ５０は、基本的には従来のものと
同様であってよい。

【００１６】本発明では、ロータ軸６０は、励磁ステー
タ外部にあって負荷と連結する出力軸となるリードスク
リュー６２と、大部分が励磁ステータ内部に位置するロ
ータ軸本体６３とからなり、それらが全く別個の部材で
構成されている。ロータ軸本体６３は、リードスクリュ
ー６２よりも小径であって（換言すれば、従来のロータ
軸よりも小径である）、中間部分に段差が無く、その全
長にわたって同一径のストレートな丸棒状体である。こ
こでロータ軸本体６３は、ＳＵＳ４２０Ｊ２のような表
面硬度の高い材料（高硬度材）で作製する。その一端部
にはローレット加工を施し、他方の端面は半球面状に加
工する。

【００１７】永久磁石ロータ５２は、円筒状の（又は複
数のセグメント状体を組み合わせて円筒状とした）ロー
タ磁石５８に中間ロータ８０を介してロータ軸本体６３
を嵌合させ接着して一体化することで製作する。ここで
中間ロータ８０は、ロータ磁石５８とロータ軸本体６３
との隙間を埋めるスペーサであって、それを介在させる
のは、ロータ軸本体６３を小径としたことに伴うもので
ある。中間ロータ８０としてアルミニウムや合成樹脂な
どの軽量部材を使用することによって、永久磁石ロータ
５２の重量削減、イナーシャ低減を図っている。

【００１８】小径のロータ軸本体６３の一端近傍部をラ
ジアル軸受７２で支承し、他方の半球面状端面は板バネ
６６により点接触で押さえる。ラジアル軸受７２はモー
タ端板８２に固定されていて、そのモータ端板８２は励
磁ステータ５０の一方の外ヨーク側面に取り付けられ
る。他方の外ヨーク側面はカバー８４で塞がれる。なお
ラジアル軸受７２は、その外径が、後述するリードスク
リュー６２の外径よりも大きいものを選択する。

【００１９】リードスクリュー６２は、ＳＵＳ３０３又
は合成樹脂等の非磁性快削材からなり、前記ロータ軸本
体６３よりもはるかに大径であり、外周面に断面Ｖ型の
螺旋溝を形成すると共に、先端部は円錐状に加工する。
また基端部の中心には前記ロータ軸本体６３の外径とほ
ぼ一致する内径の嵌合穴８６を軸方向に形成し、半径方
向には該嵌合穴８６の底部近傍に至るように空気抜き穴
８８を設ける。この嵌合穴８６にロータ軸本体６３の一
端部を圧入して、リードスクリュー６２とロータ軸本体
６３とを一体化し、ロータ軸６０とする。そして、一方
の側面にリードスクリュー６２の先端部を受けるピポッ
ト軸受７０を設け、他方の側面に前記ラジアル軸受７２
が嵌合する取付け穴９０を形成したコの字型フレーム６
８で保持する。コの字型フレーム６８の側面と前記モー
タ端板８２とを接合して溶接などにより固定する。

【００２０】このようなリードスクリュー型ステッピン
グモータは、例えば図３のような工程で組み立てること
ができる。励磁ステータ５０の部分と永久磁石ロータ５
２の大部分（ロータ軸本体６３と中間ロータ８０とロー
タ磁石５８とを結合した構造体）を作製する。そして、
同図Ａに示すように、リードスクリュー６２の嵌合穴８
６にロータ軸本体６３の一端部を所定の深さまで圧入嵌
合させる。これによってロータ軸６０は一体のものとな
る。その際、ローレット加工部はロータ軸本体６３と嵌
合穴８６との結合を強固にし、空転止めの機能を果た
す。空気抜け穴８８は、圧入の際に穴内部の空気を排出
して、ロータ軸本体６３が嵌合穴８６の奥まで、十分深
く嵌合できるようにするためのものである。なお、必要
があれば、この空気抜き穴８８を利用して接着剤を注入
することも可能である。

【００２１】このような組立体をコの字型フレーム６８
の側面の取付け穴９０から挿入し、リードスクリュー６
２の先端をピポット軸受７０に当接し、ラジアル軸受７
２を前記取付け穴９０に嵌め込む。そしてコの字型フレ
ーム６８の側面をモータ端板８２に溶接する。なお、ロ
ータ軸６０を押さえる板バネ６６とモータ本体のカバー
８４は、ロータ軸本体６３をリードスクリュー６２に圧
入する際の作業の邪魔にならないように、圧入完了後に
取り付けるのがよい。

【００２２】上記の実施例では、ロータ軸本体の一端部
にローレット加工を施しているが、圧入嵌合状態によっ
ては、ローレット加工を施さなくてもよい。また嵌合穴
の断面形状をＤ形とし、ロータ軸本体の一端部にＤカッ
トを施して、圧入嵌合させることもできる。この構造
は、穴や軸の加工が複雑になるが、両者の空転止めの点
では有効である。リードスクリューを構成する非磁性快
削材としては、前記ＳＵＳ３０３の他に、アルミニウム
や真鍮なども使用可能であるし、合成樹脂（例えば液晶
ポリマー、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレン─ルフ
ァイド樹脂など）でもよい。特にこれらを使用すると、
リードスクリューが軽量化され、永久磁石ロータ全体と
して、より一層の軽量化、低イナーシャ化を実現でき
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上記のように、リードスクリュ
ーとロータ軸本体とが別々の部材からなるため、それぞ
れに最適な材質、形状が選択できる。また、ロータ軸本
体はリードスクリューよりも小径であるので、永久磁石
ロータの軽量化、低イナーシャ化ができる（イナーシャ
は直径の２乗、長さ、重量に比例する）。これらによっ
て、特に起動特性を示すプルイントルクが向上する。リ
ードスクリューとロータ軸本体とは、圧入により直接結
合一体化されているため、軸方向の寸法が増加すること
もない。

【００２４】ロータ軸本体は、モータの漏れ磁束が問題
となる領域まで延びていないので、磁性材であっても表
面硬度の大きいＳＵＳ４２０Ｊ２を用いることができ
る。そのため、軸受との摺動キズが発生し難く、摩擦抵
抗の増大が生じないし、組み立て時に傷が付く虞れもな
い。ロータ軸本体は、段差の無い同一径の丸棒状である
ので、表面硬度が高くても加工は容易である。リードス
クリューには非磁性快削材を用いることで、加工が容易
となる。また磁気ディスク駆動装置に組み込む場合で
も、モータからの漏れ磁束による悪影響を受けずに済
む。

【００２５】これらの結果、モータトルクが向上し、ま
たロータ軸本体を小径化したことにより、モータ外径の
より一層の小径化も可能となる。特にプルイントルクが
大きくなり、起動特性並びに応答性が良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリードスクリュー型ステッピング
モータの一実施例を示す構造説明図。

【図２】従来技術の一例を示す説明図。

【図３】本発明に係るリードスクリュー型ステッピング
モータの組立説明図。

【符号の説明】

５０ 励磁ステータ ５２ 永久磁石ロータ ５４ ステータヨーク ５６ コイル ５８ ロータ磁石 ６０ ロータ軸 ６２ リードスクリュー ６３ ロータ軸本体 ８０ 中間ロータ ８６ 嵌合穴 ８８ 空気抜き穴

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石ロータを励磁ステータ内で回転
   自在に保持する構造であって、そのロータ軸は、励磁ス
   テータ外部にあって負荷と連結する出力軸となるリード
   スクリュー部分と、励磁ステータ内部に配置されている
   ロータ磁石を取り付けて両側で軸支されるロータ軸本体
   部分とからなるステッピングモータにおいて、その大部
   分が励磁ステータ内部に位置するロータ軸本体とリード
   スクリューとを別部材で構成し、該ロータ軸本体はリー
   ドスクリューよりも小径であって、その小径のロータ軸
   本体の一端部を大径のリードスクリューの基端部の中心
   に形成した嵌合穴に圧入することにより一体化したこと
   を特徴とするリードスクリュー型ステッピングモータ。
2. 【請求項２】 全長にわたって小径でストレートな形状
   のロータ軸本体の一端近傍部をラジアル軸受で支承し、
   他端面は半球面状で板バネで点接触で押さえる構造のモ
   ータ本体と、その小径のロータ軸本体の一端部が、基端
   部の中心に形成した嵌合穴に圧入することによりロータ
   軸本体と一体化される大径のリードスクリューと、一方
   の側面にリードスクリューの先端部を受けるピポット軸
   受を有し、他方の側面に前記ラジアル軸受が嵌合する取
   付け穴を設けたコの字型フレームとを具備している請求
   項１記載のステッピングモータ。
3. 【請求項３】 小径のロータ軸本体が高硬度材からな
   り、大径のリードスクリューが非磁性快削材からなる請
   求項１又は２記載のステッピングモータ。
4. 【請求項４】 ロータ軸本体がＳＵＳ４２０Ｊ２からな
   り、リードスクリューがＳＵＳ３０３又は合成樹脂から
   なる請求項３記載のステッピングモータ。
5. 【請求項５】 小径のロータ軸本体の一端部にローレッ
   ト加工を施し、大径のリードスクリューの基端部側の半
   径方向に、前記嵌合穴と連通する空気抜き穴を設けて圧
   入した請求項１乃至４記載のステッピングモータ。