JP4679114B2 - ステッピングモータ。 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク装置等に利用されるステッピングモータに関するものである。

このようなステッピングモータとして、特許文献１に記載のものが知られている。ステッピングモータは、回転を制御し易い特性から、パソコン等の光ディスク装置における光ディスクのピックアップレンズの駆動に用いられている。ピックアップレンズを回転軸の軸線方向に駆動する際のスラスト力を吸収するために、ステッピングモータには回転軸を軸線方向に与圧するスラスト与圧部が設けられている。近年、光ディスク装置の薄型化の要求に伴い、ステッピングモータにおいても限られた厚さの空間内に収納されるため、径方向の寸法を小さくすることが要求されている。
特開平８−３０８１６７号公報

しかしながら、このようなステッピングモータでは、径方向の寸法を小さくしつつも十分なトルクを確保するため、回転軸の軸線方向の寸法を大きくする必要がある。ステッピングモータの軸線方向の寸法が大きくなると、それに伴って筐体、ロータ及びステータを構成する各部品の軸線方向の寸法も大きくなるので、各部品を成形し難くなる。そして、各部品の軸線方向の寸法公差が累積すると、ロータ及びステータが筐体内部に収まらなくなる場合や、ロータ及びステータと筐体との間で軸線方向にガタが発生する場合がある。また、ロータ及びステータが筐体内でガタつくことで、スラスト与圧部にもガタが発生するおそれが高くなるので、スラスト与圧部が適正な与圧を発生できなくなるおそれも高くなり、モータ駆動中に回転軸の軸線方向の振動が大きくなって適正な回転精度が得られないという問題が発生し得る。

そこで、本発明は、筐体、ロータ、ステータ及びスラスト与圧部の回転軸線方向の寸法公差を吸収させながら組み立てることを可能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。

本発明のステッピングモータは、回転軸の外周に配置されてなるロータと、ロータを回転軸の軸線方向に挟んで配置される一対のコイルをそれぞれ含みロータに回転力を付与する一対のステータと、回転軸を軸線方向に与圧するスラスト与圧部と、ロータ、ステータ及びスラスト与圧部を収容する筐体とを備え、筐体は、軸線方向に筒状に延びる筐体本体と、筐体本体の開口側端部において軸線方向に位置調整可能に嵌め合わされると共に、スラスト与圧部を介して回転軸を軸線方向に支持する蓋部を有するキャップと、を備え、キャップの筐体本体側の端部には、筐体本体の開口側端部の外面に接するガイド部が設けられ、ガイド部を開口側端部の外面上で軸線方向に滑らせて筐体本体に対するキャップの位置調整がされていることを特徴とする。

このステッピングモータでは、筐体のキャップの位置を軸線方向に調整することで、筐体の内部空間の軸線方向の長さを調整することができる。その結果、筐体、ロータ、ステータ及びスラスト与圧部の寸法公差を吸収させつつ、ロータ、ステータ及びスラスト与圧部を筐体内に確実に収めることができる。

また、筐体の軸線方向における長さは、筐体の直径の２倍以上であることが好ましい。径方向の寸法を小さくするステッピングモータの構成としては、例えば、軸線方向においてロータを挟むように一対のステータを対向して配置し、ステータが有するコイルを軸線方向においてロータと並列させる構成が考えられる。この構成によれば、一対のコイルとロータとが軸線方向に並列することになるので、筐体の軸線方向における長さが径方向の長さに比較して、例えば２倍以上に大きくなりやすい。このような軸線方向に長いステッピングモータにおいては、特に、モータを構成する各部品の軸線方向の累積寸法公差が大きくなりやすいが、本発明によれば、この累積寸法公差を吸収させながら、ロータ、ステータ及びスラスト与圧部を筐体内に確実に収めることができる。

また、キャップの筐体本体側の端部には、筐体本体の開口側端部の外面に接する拡径したガイド部が設けられてもよい。この場合、ガイド部を筐体本体の開口側端部に嵌め込む際、キャップを軸線方向に滑らせながら蓋部の位置を調整することができ、モータの組み立て作業性を良好にすることができる。

また、筐体本体の外面に接する平行な２平面間にキャップのガイド部が位置するように、ガイド部には第１の切り欠き部が設けられてもよい。この場合、キャップの径方向の寸法が上記の２平面間に収まる寸法となる。すなわちキャップの径方向の寸法を筐体本体と同じにすることができるので、キャップにガイド部を設けた場合でもモータの径方向の寸法が大きくならず、モータの薄型化を図ることができる。

また、筐体本体から回転軸の径方向に突出する駆動電流供給用コネクタを更に備え、キャップのガイド部には、コネクタが嵌り込む第２の切り欠き部が設けられてもよい。この場合、第２の切り欠き部にコネクタが嵌り込むことで、キャップの周方向の位置決めが達成される。

本発明によれば、筐体、ロータ、ステータ及びスラスト与圧部の回転軸線方向の寸法公差を吸収させながらステッピングモータを組み立てることが可能になる。

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及び図２に示すステッピングモータ１は、光ディスク装置に内蔵され、光ディスクのデータを読み取るピックアップレンズを駆動するためのモータとして用いられる。ステッピングモータ１は、円柱形状をなしており、光ディスク装置内の限られた厚さの空間内に収納されるため、径が約５ｍｍと小型化が図られている。ステッピングモータ１は、回転軸としてのシャフト３の外周に固着されてＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石からなるロータ５を有しており、シャフト３の軸線Ｌの方向においてロータ５の両側には、一対のステータ７，７Ａが配置されている。そして、ロータ５及びステータ７，７Ａは、真ちゅう又はステンレス等の非磁性体からなる円筒状のケース９に収容されている。詳細は後述するが、このケース９は、軸線Ｌ方向に円筒形状に延びて後端部が開口したケース本体（筐体本体）９１と、ケース本体９１の後端部に嵌め合わされたキャップ９３とからなる。

このように、ステータ７，７Ａが軸線Ｌ方向においてロータ５に並列して配置される結果、ステッピングモータ１の小径化が図られる。また、小径化に寄与すべくロータ５の直径は小さいため、ロータ５の軸線Ｌ方向の寸法を長くすることで、ステッピングモータ１の必要なトルクが確保されている。この実施形態においては、モータ１の全長は直径の２倍以上の約１３．５ｍｍとなり、ステッピングモータ１は軸線Ｌ方向に長く延びた円柱形状をなしている。

ステータ７は、磁界を発生するためのコイル２５が巻回されたコイルボビン２７と、このコイルボビン２７を収容するヨーク２９とを備えている。このヨーク２９は、磁性体からなる内ヨーク３１、外ヨーク３３及びその両者を連結するスリーブ２１で構成されている。内ヨーク３１及び外ヨーク３３は、スリーブ２１の両端部にそれぞれ同心的に連結されている。

スリーブ２１は、シャフト３を取り囲むようにシャフト３とコイルボビン２７との間に配置され、軸線Ｌ方向に延びる管状に形成されている。スリーブ２１は、シャフト３と接触しない程度の内径寸法を有し、シャフト３を貫通させている。内ヨーク３１は、スリーブ２１のロータ５に近い側の端部に連結されており、軸線Ｌに直交する円板状の基部３１ａと、基部３１ａの周囲に等間隔で立設された４つの第１磁極歯３１ｂとを有している。第１磁極歯３１ｂは、ロータ５を取り囲むようにロータ５の外周面に対向する位置まで延びている。外ヨーク３３は、スリーブ２１のロータ５から遠い側の一端に連結されており、軸線Ｌに直交する円板状の基部３３ａと、基部３３ａの周囲に等間隔で立設された４つの第２磁極歯３３ｂとを有している。第２磁極歯３３ｂは、ロータ５を取り囲むようにロータ５の外周面に対向する位置まで延び、第１磁極歯３１ｂに接触しないようにそれぞれが第１磁極歯３１ｂ同士の間に入り込むように位置している。その結果、ロータ５の外周面には、第１磁極歯３１ｂと第２磁極歯３３ｂとが交互に対向して配列されることになる。

このヨーク２９内に収容されたコイルボビン２７は貫通孔２７ａを有しており、この貫通孔２７ａにスリーブ２１が貫通され、コイルボビン２７は、内ヨーク３１の基部３１ａと外ヨーク３３の基部３３ａと第２磁極歯３３ｂとスリーブ２１とに囲まれて、ヨーク２９内に収容されている。コイルボビン２７には、コイル２５が巻回されており、このコイル２５は、第２磁極歯３３ｂの間から引き出された端子２７ｂに電気的に接続されている。この端子２７ｂを介して外部からコイル２５にパルス電流が通電されることで、コイル２５が磁界を発生する。そして、発生した磁界が、スリーブ２１、内ヨーク３１及び外ヨーク３３を通じ、ロータ５の外周面に対向する磁極歯３１ｂ，３３ｂまで伝達されることで、ロータ５を回転させるような磁界がロータ５の周囲に形成されることになる。

更に、前述したステータ７と略同一構成を有するステータ７Ａは、磁界を発生するためのコイル２５Ａが巻回されたコイルボビン２７Ａと、このコイルボビン２７Ａを収容するヨーク２９Ａとを備えている。このヨーク２９Ａは、磁性体からなる内ヨーク３１Ａ、外ヨーク３３Ａ及びその両者を連結するスリーブ２１Ａで構成されている。なお、コイルボビン２７Ａ、ヨーク２９Ａ、内ヨーク３１Ａ、外ヨーク３３Ａ、及びスリーブ２１Ａの構成は、それぞれ、コイルボビン２７、ヨーク２９、内ヨーク３１、外ヨーク３３、及びスリーブ２１の構成と同一であるので詳細な説明を省略する。

以上説明してきたように、一対のステータ７，７Ａは、磁極歯３１ｂ，３３ｂが所定の位相でずれるように、ロータを挟んで軸線Ｌ方向に対向して配置されている。また、ステータ７，７Ａから突出する端子２７ｂ，２７Ａｂを含む駆動電流供給用コネクタ３０が、ケース本体９１の側面から突出して設けられており、ステッピングモータ１は、このコネクタ３０を介して外部の電源（図示せず）から駆動電流の供給を受ける。そして、コネクタ３０の端子２７ｂ，２７Ａｂを介して外部からの駆動電流がコイル２５，２５Ａに通電され、この通電方向が順次切り替えられることで、ロータ５が回転力を付与され、ロータ５及びシャフト３が軸線Ｌを中心としてステップ状に回転することとなる。

上記のシャフト３は、ステータ７のスリーブ２１を貫通しつつケース９の前端の開口から外部へ突出しており、ケース９外において、シャフト３にはリードスクリュー部１１が形成されている。このリードスクリュー部１１によって、シャフト３の回転を、被駆動部材であるピックアップレンズ（図示せず）の軸線Ｌ方向の駆動に変換することができる。ステッピングモータ１のケース９の前端にはケース９の外周面に接する平面上に位置しリードスクリュー部１１に沿って延びるスクリュー用フレーム１２が連結されている。このスクリュー用フレーム１２は、先端に設けられた軸受け部１４によって、リードスクリュー部１１の先端を軸支している。

リードスクリュー部１１によってピックアップレンズを駆動する際には、シャフト３はリードスクリュー部１１からの反作用としてスラスト力を受けることになる。そこで、駆動時に発生するこのスラスト力を吸収するために、スリーブ２１Ａ内には、シャフト３の後方においてスラスト与圧部１５が収納されている。このスラスト与圧部１５には、シャフト３に近い方から球状のボール１７、リアピボット１９及びコイルスプリング２０の順で配列されている。

このボール１７の前側は、シャフト３の後部に形成された軸受け凹部３ａの周縁部に接触するように配置され、ボール１７の後側は、リアピボット１９に接している。このような構造により、スリーブ２１Ａはリアピボット１９のスラスト軸受けとして機能し、シャフト３は、リアピボット１９に対して軸線Ｌを中心に円滑に回転可能とされている。そして、このリアピボット１９は、スリーブ２１Ａに接触した状態で軸線Ｌ方向に摺動可能に支持されると共に、後端がコイルスプリング２０の一端に支持されている。コイルスプリング２０の他端は、ケース９のキャップ９３に設けられた蓋部９３ａに接触しており、コイルスプリング２０は、蓋部９３ａによって軸線Ｌ方向に支持されながらリアピボット１９に向けて付勢力を付与している。スラスト与圧部１５のこのような構成により、シャフト３は、スラスト与圧部１５を介してキャップ９３の蓋部９３ａによって軸線Ｌ方向に支持され、スラスト与圧部１５の付勢力によってリードスクリュー部１１の先端が軸受け部１４に押し付けられている。

このようなステッピングモータ１において、ステータ７，７Ａを構成する内ヨーク３１，３１Ａ、外ヨーク３３，３３Ａ、スリーブ２１，２１Ａの各部品や、筐体９を構成する筐体本体９１及キャップ９３は、プレスによる深絞り加工等で成形される。これらの部品は軸線Ｌ方向に長く、しかも非常に小型の部品であるので、プレス加工によって高い寸法精度を得ることが難しい。そして、ステータ７，７Ａは、筐体９内においてロータ５と共に軸線Ｌ方向に配列されることから、ステータ７，７Ａの各部品の寸法公差が軸線Ｌ方向に累積することで、ステータ７，７Ａ及びロータ５が筐体９の内部に収まらなくなる場合や、ステータ７，７Ａが筐体９内で軸線Ｌ方向にガタつく場合がある。ステッピングモータ１では、軸線Ｌ方向の長さが直径の２倍以上といった軸線Ｌ方向に長い円柱形状をなし、上記各部品も軸線Ｌ方向に長いことから、このような問題が特に発生しやすい。

この問題を解決するために、ステッピングモータ１のケース９は、ケース本体９１と、ケース本体９１の後端部に嵌め合わされるキャップ９３とで構成されている。そして、ケース９の組み立ての際には、キャップ９３は、軸線Ｌ方向に位置調整されながらケース本体９１に嵌め合わされる。このとき、キャップ９３の蓋部９３ｈがステータ７Ａの後端部に接触するようにキャップ９３の嵌め合わせの位置が軸線Ｌ方向に調整され、ステータ７，７Ａ及びロータ５は、キャップ９３の内部空間において軸線Ｌ方向に隙間なく収納される。その嵌め合わせの後、例えば溶接によってケース本体９１とキャップ９３とが連結される。

なお、円筒形状のケース本体９１の側壁部には、開口側端部９１ａ側から切り込まれた切り込み部９１ｂが設けられており、この切り込み部９１ｂを介してコネクタ３０がケース９の外に突出している。

図３及び図４に示すように、キャップ９３は、ケース本体９１と同じ外径及び内径を有すると共に、一方の端部が開口した円筒部９３ｆを有している。円筒部９３ｆの他方の端部に位置する円盤状の蓋部９３ｈの中央には、内側から見て円形凹部をなすバネ受け部９３ａが形成されており、このバネ受け部９３ａは、前述のコイルスプリング２０を接触させることで、スラスト与圧部１５を介してシャフト３を支持する。円筒部９３ｆの開口側の端部には、軸線Ｌ方向に突出してケース本体９１の開口側端部９１ａの外側面に接するガイド部９３ｂが設けられている。ガイド部９３ｂは、円筒部９３ｆよりも大きい外径を有すると共に、ケース本体９１の開口側端部９１ａにしまりばめをもって嵌り合う程度の内径を有している。

キャップ９３がケース本体９１に嵌りあった際、ガイド部９３ｂはケース本体９１の開口側端部９１ａの外面に接することとなる。そして、キャップ９３は、このガイド部９３ｂによってケース本体９１に対して同心を維持しつつ軸線Ｌ方向に滑るように案内される。このとき、キャップ９３の蓋部９３ｈがステータ７Ａの後端に接触する位置にまで移動できるように、キャップ９３の軸線Ｌ方向の寸法は、円筒部９３ｆの開口側の端面９３ｊとケース本体９１の開口側端部９１ａとの間に間隙Ｇ（図１及び図２参照）が形成されるような寸法になっている。このことで、キャップ９３の蓋部９３ｈをステータ７Ａの後端に接触させて、ステータ７，７Ａ及びロータ５をケース９内部に軸線Ｌ方向に隙間なく収納することが可能となり、ステータ７，７Ａ等のケース９内でのガタつきを抑えることができる。

また、ガイド部９３ｂはコネクタ３０の位置よりも奥の位置まで移動可能なため、ガイド部９３ｂには、コネクタ３０が嵌り込むためのコネクタ用切り欠き部（第２の切り欠き部）９３ｓが形成されている。このコネクタ用切り欠き部９３ｓは、ちょうどコネクタ３０に嵌り込む幅を有しているので、コネクタ用切り欠き部９３ｓがコネクタ３０に嵌り込むことによってキャップ９３の周方向の位置決めが可能となる。

また、ガイド部９３ｂには、径方向で対向する位置に一対の減高用切り欠き部（第１の切り欠き部）９３ｕ，９３ｔが形成されている。この切り欠き部９３ｕ，９３ｔによって、ガイド部９３ｂは、円筒部９３ｆの外周面に接する（すなわち、ケース本体９１の外周面にも接する）平行な２平面Ｓ１，Ｓ２の間で、この２平面Ｓ１，Ｓ２からはみ出さないように位置することとなる。なお、この平面Ｓ１，Ｓ２は、コネクタ３０がケース９から突出する方向及び軸線Ｌ方向に平行な平面である。よって、キャップ９３にガイド部９３ｂが設けられたことによりステッピングモータ１の径が拡大してしまうが、減高用切り欠き部９３ｕ，９３ｔを形成することにより、コネクタ３０が突出した方向に垂直な方向におけるモータ１の外径寸法を大きくしないようにしている。このことで、ステッピングモータ１の薄型化を図ることができ、光ディスク装置内の限られた厚さのスペースに収めることを容易にしている。

このように、キャップ９３をケース本体９１に対して軸線Ｌ方向に移動可能とすることで、両者を溶接等で接合する前に、蓋部９３ｈの位置を軸線Ｌ方向に調整することができる。このため、このステッピングモータ１によれば、ステータ７，７Ａの軸線Ｌ方向の寸法公差を吸収しながらステータ７，７Ａ、ロータ５及びスラスト与圧部１５を確実に筐体９内に収めた上で、ケース本体９１とキャップ９３とを連結することができる。また、蓋部９３ｈをステータ７Ａの後端に接触さるようにキャップ９３の位置を軸線Ｌ方向に調整することで、ステータ７，７Ａをケース９内部に軸線Ｌ方向に隙間なく収納することが可能となり、ステータ７，７Ａのケース９内でのガタつきを抑えることができる。また、このように組み立てられたケース９の内部においては、スラスト与圧部１５もガタつきがないように収められ、コイルスプリング２０が適正な量だけ収縮した状態で収納されることになるので、スラスト与圧部１５で発生する付勢力が適正なものとなり、モータ１の適正な回転精度を得ることができる。

また、ケース本体９１とガイド部９３ｂとは、締まりばめをもって嵌り合う寸法になっていることから、溶接等で連結する前に、嵌め合いのみでコイルスプリング２０の付勢力を押さえ込んでモータ１の仮組立をすることができる。そして、この仮組立の状態においてモータ１を駆動させて検品を行うことができるので、この検品において駆動不良が発見された場合にも、再びケース９を開けて内部の不良を改めることができる。その結果、ステッピングモータ１の不良率を減少させ歩留まりを向上させることができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されない。例えば、キャップ９３のガイド部９３ｂにはコネクタ用切り欠き部９３ｓを設けなくてもよい。この場合の例示として、図５〜図７に示すように、キャップ５３のガイド部５３ｂには、対向する位置に一対の減高用切り欠き部５３ｔ，５３ｕが形成されている。このキャップ５３では、この減高用切り欠き部５３ｔ，５３ｕが形成されている方向におけるモータの寸法を大きくしないようにしている。このキャップ５３を備えたステッピングモータでは、ガイド部５３ｂがコネクタの位置に達しない範囲でキャップ５３が軸線Ｌ方向に移動し、蓋部５３ｈの位置調整が可能となっている。

また、本発明は、円形断面を有する円形のステッピングモータ１だけではなく、図８に示すような、いわゆる小判型のステッピングモータ６１に適用してもよい。なお、ステッピングモータ６１の構成要素のうち、ステッピングモータ１と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付している。ステッピングモータ６１のケース８は、ケース本体８１とガイド部８３ｂを有するキャップ８３とからなり、キャップ８３のガイド部８３ｂがケース本体８１の開口側端部８１ａに嵌め込まれることにより、蓋部８３ｈが軸線Ｌ方向に位置調整可能となっている。また、ガイド部８３ｂには、減高用切り欠き部８３ｔが形成されており、この減高用切り欠き部８３ｔが形成されている方向におけるモータの寸法を大きくしないようにしている。

本発明に係るステッピングモータの実施形態を示す断面図である。 図１のステッピングモータを示す斜視図である。 キャップの斜視図である。 図３のキャップの底面図である。 本発明に係るステッピングモータに適用する他のキャップを示す斜視図である。 図５のキャップを示す側面図である。 図５のキャップを示す底面図である。 本発明に係るステッピングモータの他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１，６１…ステッピングモータ、３…シャフト（回転軸）、５…ロータ、７，７Ａ…ステータ、８，９…ケース（筐体）、８１，９１…ケース本体（筐体本体）、８１ａ，９１ａ…開口側端部、５３，８３，９３…キャップ、９３ａ…バネ受け部、５３ｂ，８３ｂ，９３ｂ…ガイド部、５３ｔ，５３ｕ，８３ｔ，９３ｕ，９３ｔ…減高用切り欠き部（第１の切り欠き部）、９３ｓ…コネクタ用切り欠き部（第２の切り欠き部）、１５…スラスト与圧部、３０…駆動電流供給用コネクタ、Ｌ…軸線、Ｓ１，Ｓ２…平面。

Claims (5)

1. 回転軸の外周に配置されてなるロータと、前記ロータを前記回転軸の軸線方向に挟んで配置される一対のコイルをそれぞれ含み前記ロータに回転力を付与する一対のステータと、前記回転軸を前記軸線方向に与圧するスラスト与圧部と、前記ロータ、前記ステータ及び前記スラスト与圧部を収容する筐体とを備え、
   前記筐体は、
   前記軸線方向に筒状に延びる筐体本体と、
   前記筐体本体の開口側端部において前記軸線方向に位置調整可能に嵌め合わされると共に、前記スラスト与圧部を介して前記回転軸を前記軸線方向に支持する蓋部を有するキャップと、を備え、
   前記キャップの前記筐体本体側の端部には、前記筐体本体の前記開口側端部の外面に接するガイド部が設けられ、前記ガイド部を前記開口側端部の外面上で前記軸線方向に滑らせて前記筐体本体に対する前記キャップの位置調整がされていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記筐体の前記軸線方向における長さは、前記筐体の直径の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記キャップの前記筐体本体側の端部には、前記筐体本体の前記開口側端部の外面に接する拡径したガイド部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
4. 前記筐体本体の外面に接する平行な２平面間に前記キャップの前記ガイド部が位置するように、前記ガイド部には第１の切り欠き部が設けられたことを特徴とする請求項３に記載のステッピングモータ。
5. 前記筐体本体から前記回転軸の径方向に突出する駆動電流供給用コネクタを更に備え、
   前記キャップの前記ガイド部には、前記コネクタが嵌り込む第２の切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のステッピングモータ。
   

Images