KR20060122828A

KR20060122828A - 스텝핑 모터

Info

Publication number: KR20060122828A
Application number: KR1020067006938A
Authority: KR
Inventors: 쿠니타케 마츠시타; 타카유키 야마와키; 토시히코 나가타
Original assignee: 미네베아 가부시키가이샤
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-11-30
Also published as: EP1693947A4; EP1693947A1; JP2005168211A; CN1823464A; US20060238050A1; WO2005055402A1

Abstract

모터의 스테이터 코일에 따른 발열에 의해 발생하는 회전축의 축 방향으로의 바이어스 힘의 변화를 방지함에 따라 성능을 향상시킨 스텝핑 모터가 제공된다. 회전축과 회전축의 한쪽에 리드 스크류를 설치하고, 다른 쪽에 로터 마그네트가 같은 축에 고정되고, 로터 마그네트가 스테이터의 내주에 회전가능하게 대향 배치되고, 회전축의 양단부를 각각 베어링으로 회전이 자유롭게 지지되는 스텝핑 모터에 있어서, 회전축의 한쪽에 바이어스 수단을 구비하고, 이러한 바이어스 수단은 회전축의 한쪽 선단부에 홈부를 설치하고, 이와 같은 홈부에 탄성 부재를 수납하고, 선단부를 지지하는 베어링과 탄성 부재와의 사이에 점접촉 부재를 개재해서 탄성부재로 축 방향으로 바이어스 되도록 하였다.

Description

스텝핑 모터{STEPPING MOTOR}

본 발명은 플로피(등록 상표) 디스크 장치나 각종 사무(OA) 기기 등의 엑츄에이터용 스텝핑 모터에 관한 것이다. 특히, 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터에 관한 것이다.

최근 각종 전자 기기의 소형화, 저가격화의 요구에 따라 그 장치 내에 수용되는 스텝핑 모터에 대해서도 수용 공간에 맞추어 소형화, 고성능화 및 저가격화가 크게 요구되고 있다.

이와 같은 요구에 대하여, 예를 들면 구조가 간단하고, 회전축의 회전 정밀도를 충분히 확보하여 플로피(등록 상표) 디스크 장치의 읽기 및 쓰기 특성을 열화시키지 않는 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터가 제안되고 있다(일본특허 평8-186950호 공보 참조).

도 1에는 종래의 스텝핑 모터의 구조가 도시되어 있다.

도 1에 있어서, 플로피(등록 상표) 디스크 장치용 스텝핑 모터(60)는 A상 스테이터(61a)와 B상 스테이터(61b)로 이루어진 스테이터(61)의 바닥부에 고정된 보호 캡(62)의 중앙에 구멍(62a)이 뚫리고, 상기 구멍(62a)에 피벗 베어링(63)이 축 방향으로 이동이 자유롭게 감입되어 있다.

회전축(64)에는 로터 마그네트(65)가 같은 축에 고정되고, 회전축(64)의 한 쪽에는 리드 스크류(66)가 형성되며, 선단부에는 볼(67)이 장착되고, 볼(67)을 개재해서 피벗 베어링(68)으로 회전이 자유롭게 지지되며, 다른 쪽 단은 볼(69, 70)을 개재해서 피벗 베어링(63)으로 회전이 자유롭게 지지되어 있고, 회전축(64)은 스러스트 스프링(71)에 의해 축 방향으로 바이어스되어 있다.

도 1에 있어서, 도면 부호 72는 위치 결정 부시이고, 73은 설치판이며, 저가격화를 위해 보호 캡(62), 피벗 베어링(63) 및 위치 결정 부시(72)는 합성 수지로 이루어져 있다.

또한, 리드 스크류가 합성 수지로 형성된 구조의 스텝핑 모터도 제시되어 있다.

도 2는 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터(80)의 구조를 도시한 것이다.

도 2에 있어서, 회전축(81)은 파이프(82)의 내측과 외측은 합성 수지(83)로 결합되고, 외측에는 리드 스크류(84)가 형성되고, 회전축(81)과 같은 축으로 로터 마그네트(85)가 고정되어 있다.

회전축(81)의 선단에는 볼(86)을 장착되며, 볼(86)을 개재하여 브라켓(87)에 설치된 선단 베어링(88)으로 회전이 자유롭게 지지되고, 회전축(81)의 다른 쪽 단은 피벗 하우징(90)으로 볼(91, 92)을 개재하여 회전이 자유롭게 지지되며, 피벗 하우징(90)은 A상 스테이터(94a)와 B상 스테이터(94b)로 이루어진 스테이터의 B상 스테이터(94b)의 요크(95)의 내주에 축 방향으로 이동이 자유롭게 감입되며, 회전축(81)은 피벗 하우징(90)에 장착한 스러스트 스프링(93)에 의해 축 방향으로 바이 어스되어 있다.

도 2에 있어서, 도면 부호 89는 피벗 하우징(90)을 보호하기 위한 보호 캡으로서 보스(96)를 개재하여 B상 스테이터(94b)에 장착되어 있다.

또한, 보호 캡(89), 피벗 하우징(90) 및 위치 결정 부시(97)는 저가격화를 위하여 합성 수지로 이루어져 있다.

그러나, 도 1에 도시한 종래의 리드 스크류가 부착된 스테핑 모터(60)에 있어서, 피벗 베어링(63)은 위치 결정을 위해 보호 캡(62)의 구멍(62a)에 약간의 틈을 개재해서 스러스트 스프링(71)에 의해 축 방향으로 이동이 자유롭게 감입되어 있으나, 모터를 구동시키면 스테이터(61)내의 코일에 의한 발열이 있고, 스테이터의 내부는 밀폐 공간으로 되어 있기 때문에 열이 내부에 머물러 있게 되어 고온이 되는 문제점이 있다.

이 때문에, 합성 수지제의 피벗 베어링(63)은 열의 영향을 받기 쉽고, 각 부의 길이도 변화하기 쉽고, 열의 영향에 따라 피벗 베어링(63)의 외경이 팽창한 경우에는 보호 캡(62)의 구멍(62a)과 피벗 베어링(63)과의 틈이 없어지고, 축 방향의 이동시에 큰 마찰 토크가 발생하여, 소정의 바이어스 힘을 걸 수 없게 되는 문제가 있다.

또, 고온일 때의 열의 영향을 고려하여, 상온에서 보호 캡(62)의 구멍(62a)과 피벗 베어링(63)과의 틈을 크게 설정하면, 위치 결정 정밀도가 열화되고, 덜컹거림이 발생하여 소음의 원인이 되는 문제가 있다.

또한, 도 2에 도시한 종래 기술의 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터(80)에서는, 피벗 하우징(90)은 위치 결정을 위해 B상 스테이터(94b)의 요크(95)의 내주에 약간의 틈을 개재하여 스러스트 스프링(93)에 의해 축 방향으로 이동이 자유롭게 감입되어 있지만, 모터를 구동시키면 스테이터(94)내의 코일에 따른 발열이 있으며, 스테이터(94)의 내부는 밀폐 공간으로 되어 있기 때문에 열이 내부에 머물게 되어 고온이 되어 버린다.

이로 인하여, 합성 수지제의 피벗 하우징(90)은 열의 영향을 받기 쉽고, 각 부의 길이도 변화하기 쉬우며, 열의 영향에 따라 피벗 하우징(90)의 외경이 팽창한 경우에는 요크(95)의 내주와 피벗 하우징(90)과의 틈이 없어지고, 축 방향으로 이동시에 큰 마찰 토크가 발생하여, 소정의 바이어스 힘을 걸 수 없게 되는 문제가 있다.

또한, 고온에서 열의 영향을 고려하여, 상온에서 요크(95)의 내주와 피벗 하우징(90)과의 틈을 크게 설정하면, 위치 결정 정밀도가 열화되며, 덜컹거림이 발생하여 소음의 원인이 되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 감안한 것으로, 모터의 스테이터 코일에 따른 발열에 의해 발생하는 회전축의 축 방향으로의 바이어스 힘의 변화를 방지함에 따라 성능을 향상시킨 스텝핑 모터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스텝핑 모터는 회전축, 상기 회전축의 한 쪽에 리드 스크류를 설치하고, 다른 쪽에 로터 마그네트가 같은 축에 고정되며, 상기 로터 마그네트가 스테이터의 내주에 회전이 자유롭게 대향 배치되고, 상기 회전축의 양단부를 각각 베어링으로 하여 회전이 자유롭게 지지하게 되는 스텝핑 모터에 있어서, 상기 회전축의 한 쪽에 바이어스 수단이 구비되고, 상기 바이어스 수단은 상기 회전축의 한 쪽의 선단부에 홈부를 설치하고 상기 홈부에 탄성 부재를 수납하며, 선단부를 지지하는 베어링과 탄성 부재와의 사이에 점접촉 부재를 개재하여 상기 탄성 부재에서 축 방향으로 바이어스되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 스텝핑 모터는, 상술한 구성에서 상기 탄성 부재가 코일 스프링이며, 상기 점접촉 부재가 강구로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 한 쪽에 리드 스크류를 구비한 회전축의 선단부에 바이어스 수단을 구비하고, 상기 바이어스 수단은 회전축의 한 쪽에 선단부에 홈부를 설치하고, 상기 홈부에 탄성 부재를 수납하고, 선단부를 지지하는 베어링과 탄성 부재와의 사이에 점접촉 부재를 개재하고, 상기 탄성 부재에서 축 방향으로 바이어스시킨 구성이기 때문에, 회전축의 축 방향으로의 바이어스 수단을 발열원이 되는 스테이터의 코일로부터 떨어지게 함에 따라 발열원인 스테이터 코일 근방으로 바이어스 힘에 의해 축 방향으로 이동이 자유로운 부재를 설치하지 않은 결과, 스테이터 내부의 열 변화에 의해서도 축 방향으로의 바이어스 힘을 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 모터 구동 시에 덜컹거림에 따른 소음이 발생하지 않고, 또 모터 구동에 따른 발열이 생겨도 축 방향의 바이어스 힘을 안정시켜 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 스텝핑 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 탄성 부재를 코일 스프링으로, 점접촉 부재를 강구로 구성함에 따라 간단하고 저가격으로 구성할 수 있으므로, 작업 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 저가격의 스텝핑 모터를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 스텝핑 모터의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 종래의 스텝핑 모터의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝핑 모터의 구조를 나타내는 부분 단면 사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스텝핑 모터의 구조를 나타내는 부분 단면 사시도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스텝핑 모터의 구조를 나타내는 부분 단면 사시도이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스텝핑 모터에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 스텝핑 모터의 일 실시예를 나타내는 부분 단면도이다.

도 3에 도시한 본 실시예에 따라 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터(1)는, 도 2에 도시한 종래의 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터(80)와 마찬가지로 회전축(2)은 금속재의 파이프(3)의 내주와 외주는 합성 수지(4)로 결합하고, 회전축(2) 의 일단측 외주에는 몰드로 리드 스크류(5)가 형성되어, 타단 측의 외주에는 로터 마그네트(6)가 고정되어 있다. 합성 수지(4)로는, 예를 들면, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 폴리옥시메틸렌(POM) 등이 적합하다.

로터 마그네트(6)에 대향해서 축 방향으로는 보빈(7)에 코일(8)을 감은 A상 스테이터(9)와 보빈(10)에 코일(11)을 감은 B상 스테이터(12)를 배치하고, 보빈(7, 10)에는 각각 단자(13, 14)를 구비하고 있다. 도면 부호 15 및 16은 A상 스테이터(9)의 요크이고, 내주면에는 로터 마그네트(6)에 대향 배치되는 극치(15a, 16a)가 설치되며, 도면 부호 17 및 18은 B상 스테이터(12)의 요크이고, 내주면에는 모터 마그네트(6)에 대향 배치되는 극치(17a, 18a)기 설치되어 있다.

B상 스테이터(12)의 한쪽 단에는 합성 수지재의 피벗 하우징(19)이 합성 수지재의 보스(20)를 개재하여 B상 스테이터(12)에 설치되어, 피벗 하우징(19)의 중심에는 링 형상의 홈부(21)가 형성되어 있다.

A상 스테이터(9)의 한쪽 단에는 합성 수지재의 위치 결정 부시(22)가 설치된 브라켓(23)이 배치되고, 브라켓(23)의 다른 쪽 단에는 선단 베어링(24)이 설치되어 있다.

회전축(2)의 일단은, 그 선단부에 홈부(25)를 설치하고, 이러한 홈부(25) 속에 탄성 부재(26), 예를 들면 코일 스프링을 수납하고, 선단에 점접촉 부재(27)를 장착하고, 점접촉 부재(27)를 개재하여 선단 베어링(24)으로 회전이 자유롭게 지지되고, 다른 쪽 단은 그 선단에 홈부(28)를 설치하고, 상기 홈부(28)에 볼(29)을 장착하며, 피벗 하우징(19)의 홈부(21)에는 복수개의 볼(30)을 장착하고, 볼(29, 30) 을 개재하여 피벗하우징(19)으로 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 점접촉 부재(27)는, 구체나 선단부만이 구면으로 이루어지는 반구체로, 그 재질로서는 금속이나 세라믹으로 이루어지고, 특히 강구가 가격 면에서 적합하여 본 실시예에서는 강구로 구성되어 있다. 상기 탄성 부재(26)와 점접촉 부재(27)에 의해 바이어스 수단이 형성되고, 점접촉 부재(27)를 개재하여 선단 베어링(24)에 지지되어서 축 방향으로 바이어스 힘을 부여한다.

또한, 볼(29, 30)은 강구 또는 세라믹스 구 등으로 이루어지지만, 가격 면에서 강구가 적합하다. 피벗 하우징(19) 및 선단 베어링(24)은 금속재라도 가능하지만, 합성 수지로 제작함에 따라 싼 가격, 우수한 접동성 및 접동음을 억제할 수 있고, 스텝핑 모터의 저가격화 및 소음을 줄일 수 있다. 합성 수지로서, 예를 들면 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 폴리옥시메틸렌(POM) 등이 적합하다.

또한, 위치 결정 부시(22)의 재질로서는, 예를 들면, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등이 접합하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 회전축(2)의 축 방향으로의 바이어스 수단을 발열원인 스테이터의 코일(8, 11)로부터 떨어진 구성에 따라, 종래의 스텝핑 모터와 같이 발열원인 스테이터의 코일(8, 11) 근방의 바이어스 힘에 따라 축 방향으로 이동이 자유로운 부재를 설치하고 있지 않기 때문에, 스테이터 내부의 열 변화에 의해서도 축 방향으로의 바이어스 힘을 일정하게 유지할 수 있다.

그 결과, 모터의 구동 시에 덜컹거림에 따른 소음이 발생하지 않고, 또, 모터 구동에 따른 발열이 생겨도 축방향의 바이어스 힘을 안정시켜 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 스텝핑 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 스텝핑 모터의 제2 실시예를 나타내는 부분 단면도이다.

도 4에 도시한 본 실시예에 따르면 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터(40)는, 피벗 하우징(41)을 제외하고 도 3에 나타낸 스텝핑 모터(1)와 동일한 구조를 가진다. 따라서, 그 차이점에 대해서만 설명한다. 또한, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

회전축(2)은, 회전축(2)의 한쪽 단의 홈부(25) 속에 수납된 탄성 부재(26), 예를 들면, 코일 스프링이 점접촉 부재(27) 예를 들면 강구(27)를 누르고, 강구(27)를 개재하여 선단 베어링(24)으로 회전이 자유롭게 지지되고, 다른 쪽에는 그 선단에 홈부(28)를 설치하고, 이러한 홈부(28)에 볼(43)을 장착하고, 볼(43)이 피벗 하우징(41)의 중심에 형성된 홈부(42)에 수납되도록 해서 회전이 자유롭게 지지된다.

상술한 구조에 따라, 도 3에 도시한 바와 같은 복수의 볼(30)을 생략할 수 있고, 부품 점수를 삭감할 수 있음과 동시에 볼(43)의 위치 결정이 용이해진다. 볼(43)은 강구 또는 세라믹스 구 등으로 이루어지지만, 가격 면에서 강구가 적합하다. 볼(43)은 그 선단부만이 피벗 하우징(41)의 홈부(42)의 바닥면에 점접착할 수 있고, 홈부(42)내에서 다점 접촉할 수도 있다. 상기 다점 접촉의 경우에는, 피벗 하우징(41)이 합성 수지재라면, 그리스를 주입하지 않아도 접동성을 확보할 수 있지만, 그리스를 주입함에 따라 마찰 로스를 줄일 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 스텝핑 모터의 제3 실시예를 나타낸 부분 단면도이다.

도 5에 도시한 본 실시예에 따른 리드 스크류가 부착된 스텝핑 모터(50)는 피벗 하우징(51)을 제외하고 도 3에 나타낸 스텝핑 모터(1)와 동일한 구조이다. 이에 따라, 그 차이에 대해서만 설명한다. 또한, 동일한 구조에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 설명은 생략한다.

회전축(2)은, 회전축(2)의 한쪽 단의 홈부(25) 속에 수납된 탄성 부재(26), 예를 들면 코일 스프링이 점접촉 부재(27), 예를 들면 강구(27)를 누르고, 강구(27)를 개재하여 선단 베어링(24)으로 회전이 자유롭게 지지되고, 다른 쪽 단의 그 선단에 홈부(28)를 설치하고, 이러한 홈부(28)에 볼(53)을 장착하고, 볼(53)이 피벗 하우징(51)에 형성된 홈부(52)의 바닥면에 점접촉해서 회전이 자유롭게 지지된다.

전술한 구조에 따라, 도 3에 도시한 바와 같은 복수의 볼(30)을 생략하고, 부품 점수를 삭감할 수 있음과 동시에 볼(53)의 선단부만이 피벗 하우징(51)에 점접촉하기 때문에, 마찰에 따른 로스를 줄일 수 있다. 볼(53)은 강구 내지 세라믹스구 등으로 이루어지지만, 가격 면에서 강구가 접합하다.

피벗 하우징(41, 51)은, 금속재도 가능하지만, 피벗 하우징(19)과 마찬가지로 합성 수지로 제작함에 따라 저가격, 접동성이 좋고, 접동음을 억제할 수 있고, 스텝핑 모터의 저가격화 및 소음을 줄일 수 있다. 상기 합성 수지로서, 예를 들면 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 또는 폴리옥시메틸렌(POM)등이 적합하다.

또한, 회전축의 다른 쪽 단에 장착하는 볼(29, 43, 53)은, 회전축의 홈부(28)에 감입될 수 있고, 용접으로 회전축(2)에 고정될 수도 있다. 또한, 회전축(2)의 다른쪽 단의 선단부만을 구면으로 가공해서 볼(29, 43, 53) 대신으로 할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 스테핑 모터에 있어서, 모두 회전축의 경량화와 접동성을 위해 합성 수지로 리드 스크류를 형성하고 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 금속재의 회전축의 외주면을 가공해서 리드 스크류를 형성하여도 무방하다.

또한, 상기 회전축은 리드 스크류와 샤프트를 결합한 2개 구조로 구성되어도 무방하다.

본 발명에 따른 스텝핑 모터는, 플로피(등록 상표) 디스크 장치나 각종 사무(OA) 기기 등의 장치의 엑츄에이터용 스텝핑 모터로 사용할 수 있으므로 산업상 이용 가능성을 갖는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

회전축과, 상기 회전축의 한 쪽에 리드 스크류를 설치하고, 다른 쪽에 로터 마그네트가 같은 축에 고정되고, 상기 로터 마그네트가 스테이터의 내주에 회전이 자유롭게 대향 배치되고, 상기 회전축의 양단부를 각각 베어링으로 회전이 자유롭게 지지하는 스텝핑 모터에 있어서,

상기 회전축의 한 쪽에 바이어스 수단을 구비하고, 상기 바이어스 수단은 상기 회전축의 한 쪽의 선단부에 홈부를 설치하고, 상기 홈부에 탄성 부재를 수납하고, 상기 선단부를 지지하는 베어링과 상기 탄성 부재와의 사이에 점접촉 부재를 개재하여 상기 탄성부재로 축 방향으로 바이어스되어 이루어진 것을 특징으로 하는 스텝핑 모터.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성 부재는 코일 스프링으로 구성되며, 상기 점접촉 부재는 강구로 이루어진 것을 특징으로 하는 스텝핑 모터.