JPH0318424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はリニアステツピングモータに関する。

（従来の技術） ムーバーをステーターに対し相対移動させるよ
うにしたリニアステツピングモータにおいては、
ムーバーとステーターの相対直線運動を精度良く
行わせる必要がある。そこで、従来のリニアステ
ツピングモータにおいては、摩擦抵抗の少ない案
内手段を用いることによりムーバーをステーター
に対し精度良く移動させることが考えられてお
り、そのための各種の案内手段が考えられてい
る。

従来一般によく用いられる案内手段は、ムーバ
ーの側面に突設した軸にボールベアリングの内輪
を嵌合し、ステーターの一部に形成したレール部
に上記ボールベアリングの鍔付外輪を車輪として
転動自在に乗せて、ムーバーがステーターのレー
ル部に沿つて直線運動しうるようにしたものであ
る。

従来用いられている別の案内手段は、ムーバー
とステーターの対向位置に断面Ｖ字状の案内溝を
設け、この相対向するＶ字状溝間に鋼球を介在さ
せてなるものである。ムーバーはＶ字状の案内溝
方向に直線運動させられる。上記案内溝をループ
状に形成し、この案内溝に多数の鋼球を介在させ
て鋼球を循環させるようにしたものもある。

何れの案内手段の場合も、レール部や鋼球との
当接部は、耐摩耗性を考慮して鋼材やセラミツク
ス等の硬度の高い材質が用いられる。これに対し
ムーバー本体は剛性と非磁性が要求されるためア
ルミニウムや黄銅等の厚板材が用いられる。また
ステーター側にコイルやマグネツトのある構造の
シヨートストローク用モータでは、ステーター本
体はムーバーと同様に非磁性であることが要求さ
れ、形状が複雑になる場合も多いことから、ステ
ーター本体にはアルミダイキヤストが用いられる
ことが多い。

（発明が解決しようとする問題点） 案内手段としてボールベアリングを用いたもの
によれば、ボールベアリングはコストが高く、し
かもこれを最低４個必要とするため、モータのコ
ストが高くなる。また、鍔付のボールベアリング
をレール上で転動させると、ベアリングの鍔がレ
ールの側面に当たつてがたつき、例えば、磁気デ
イスク装置のヘツドキヤリツジのように厳格な位
置精度が要求されるものの駆動源としては不適当
である。さらに、ボールベアリングでなる車輪の
振れやボールベアリングの支軸の精度誤差等が累
積して誤差が生じ易い。

案内手段として鋼球と案内溝を用いたものによ
れば、案内溝部を、ムーバーおよびステーター本
体とは別体に高硬度材質で形成してこれをムーバ
ーおよびステーター本体に取付けることになるた
め、ムーバーおよびステーター本体に対する案内
溝部の取付け誤差が生じ易い。しかも、案内部を
セラミツクスで形成した場合は、ムーバーおよび
ステーターに対する固着手段を、量産効率の悪い
接着とせざるを得ない。また、案内溝をループ状
にした鋼球の循環式によれば、案内溝の形状が複
雑となつて加工コストが高くなる。

何れにせよ、リニアステツピングモータにおい
ては、ステーターとムーバーとの間に強力な吸引
力が働くため、ステーター及びムーバーはその吸
引力に耐え、摩耗せずかつ剛性が大である必要が
あり、さらに、モータ特性上の問題からステータ
ーとムーバーの間隔を一定に確保する必要がある
が、従来のリニアステツピングモータによれば、
関連部品の誤差の累積要因が多く、ムーバーとス
テーターとの間のエアギヤツプを所定の範囲に確
保することは容易ではなく、モータの特性も不安
定になり易い。

本発明の目的は、ムーバーとステーターとの間
のエアギヤツプ精度に関連する部品の誤差の累積
要因を少なくして、所定のエアギヤツプを容易に
確保できるようにするとともに、ムーバーとステ
ーターとの間の強力な吸引力に対して容易に耐え
ることができ、摩耗せず、大きな剛性が得られ、
さらに、案内手段の機造を簡略化して、組み立て
が容易でコストの安いリニアステツピングモータ
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ムーバーをステーターに対し、案内
体を介して相対移動させるリニアステツピングモ
ータであつて、ムーバーとステーターは、それぞ
れ磁気回路形成部材をその一部が露出するように
保持しており、上記案内体は、ムーバーとステー
ターの相対移動方向に対し交差する方向に関して
磁気回路形成部材を挾んで両側に配置され、ムー
バーとステーターはまた、双方の磁気回路形成部
材が所定の間隔をおいて対峙するように上記案内
体の介在のもとに対向配置されており、上記ムー
バーまたはステーターの少なくとも一方は、上記
案内体と接する部分がセラミツクスの受け部であ
り、かつ、磁気回路部分を除く他の部分のほぼ全
体が上記セラミツクスの受け部と一体成形された
セラミツクス体であることを特徴とする。

（作用） セラミツクスの受け部に介装された案内体によ
りムーバーはステーター上において直線方向に移
動可能に支持される。ムーバーとステーターとの
間には所定の磁気回路が形成され、駆動コイルに
通電することによりムーバーがステツプ駆動され
る。ステーターとムーバーとの間には磁気吸引力
が働くが、ムーバー又はステーターの少なくとも
一方のセラミツクスでなる受け部と他方の受け部
に案内体が接することによつて上記磁気吸引力を
受け止め、ステーターとムーバーの双方の磁気回
路形成部材が所定の間隔をおいて対峙する。

（実施例） 第１図乃至第５図において、符号１はムーバ
ー、５はステーターフレームである。ムーバー１
はセラミツクスを成形加工することにより板状に
作られ、もつて、高硬度および非磁性が実現され
ている。ムーバー１はまた、第６図に詳細に示さ
れているように、セラミツクスの一体成形によ
り、下面の一側縁部にＶ字状の案内溝２１が、下
面の他側縁部に平坦な案内部２２が一体に形成さ
れている。ステーターフレーム５は、ムーバー１
と同様にセラミツクスの成形加工によつて作ら
れ、第６図に詳細に示されているように、セラミ
ツクスの一体成形により、ムーバー１の案内溝２
１および案内部２２と対向する位置にＶ字状の案
内溝２３，２４が一体に形成されている。ムーバ
ー１の案内溝２１とステーターフレーム５の案内
溝２３との間およびムーバー１の案内部２２とス
テーターフレーム５の案内溝２４との間にはそれ
ぞれ鋼球３が介装されている。鋼球３は、案内溝
２３，２４内で転動してムーバー１が案内溝２
１、案内部２２および案内溝２３，２４方向に直
線的に移動するのを案内する案内体をなし、案内
溝２１、案内部２２および案内溝２３，２４は上
記鋼球３と接する受け部をなしている。これら案
内溝２１、案内部２２、案内溝２３，２４はムー
バー１またはステーターフレーム５と一体成形で
作られることにより、ムーバー１またはステータ
ーフレーム５に対する取付け誤差は問題とならな
い形になつている。ただし、ムーバー１、ステー
ターフレーム５はセラミツクスの一体成形で作ら
れるため、必要に応じて案内溝２１、案内部２
２、案内溝２３，２４の表面を二次加工で研磨し
て面精度を出すものとする。ムーバー１の片方の
鋼球３の受け部である案内部２２は平坦に形成さ
れているため、Ｖ溝の場合のように、Ｖ溝を形成
する二つの面の平行度は問題にならない。

ステーターフレーム５の案内溝２３，２４はそ
の各両端部が鋼球３が帰還路に連結されることに
より鋼球３の縦形循環構造となつている。すなわ
ち、第２図、第４図に左側の案内溝２３で示され
ているように、ステーターフレーム５の側面には
上記案内溝２３を有する突出縁部５ａが形成さ
れ、この突出縁部５ａとの間に鋼球３が入りうる
トンネル状の鋼球帰環路２５を形状するように、
ステーターフレーム５の側面にボールホルダ６が
固定されている。このように構成された案内溝２
３および帰環路２５内には多数の鋼球３が密集状
態に配列され、案内溝２３内で転動してムーバー
１の移動を案内した鋼球３は帰環路２５内に入
り、この帰環路２５を通じて帰環したあと再びム
ーバー１の案内に供されるようになつている。よ
つて、ステーターフレーム５を二次加工で研磨す
る必要があるのは、ムーバー１の移動を案内する
案内溝２３の部分だけでよい。帰環路２５は鋼球
３を円滑に移動させるだけの機能があれば足り、
よつて、ボールホルダ６は合成樹脂で作るととも
に第２図に右側のボールホルダ６で示されている
ように、合成樹脂の弾性力を利用してステーター
フレーム５の側部にスナツプフイツト式に嵌め込
む構造でよい。ステーターフレーム５に上記のよ
うな突出縁部５ａを一体成形するためには、金型
を上下に２分割した割型とする。右側の案内溝２
４も上記左側の案内溝２３に連続する帰環路２５
と同様の帰環路に連続しているものとする。

第１図乃至第５図において、符号１０はステー
ターコアであり、磁性材でなる板を複数枚積層
し、かしめた構造になつており、下端部の周囲が
コアホルダ９にスポツト溶接によつて固定されて
いる。コアホルダ９は非磁性材で作られ、適宜数
のねじ１７によつてステーターフレーム５に固定
されている。ステーターコア１０は二つのコイル
のコアをなすものであるが、図示の実施例では平
面形状において二つのコアの中央部が幅方向に細
いリブ２７で一体に連結された形になつている。
従つて、二つのコア部に形成される歯の相対的な
ピツチ精度が出し易く、さらに、リブ２７は上記
のように細いために磁気飽和し易く、余分な磁路
が形成されることのないようになつている。

ムーバー１の下面には左右一対のムーバーコア
１３，１３が長手方向に配置され、これらムーバ
ーコア１３，１３の上面に溶接された非磁性のス
タツド２８にナツト１６が螺合されることにより
ムーバーコア１３，１３がムーバー１に一体に固
着されている。ムーバーコア１３，１３は、周囲
に歯を有するローラーを角材の素材に押しつける
所謂否転造または歯切り加工を行うことにより幅
方向の歯が一定間隔で形成されている。左右のム
ーバーコア１３，１３は歯の位相が互いに半ピツ
チずらされているが、この位相のずれは同一形状
のムーバーコア１３，１３を互いに逆向きに取付
けることによつて実現することができる。上記一
対のムーバーコア１３，１３間には棒状のマグネ
ツト１２がムーバーコア１３，１３に挟まれるよ
うにして配置されている。マグネツト１２はムー
バーコア１３，１３との間の吸引力および補助的
にムーバー１との間に介在している粘着テープに
よつて保持される。

ステーターコア１０には、巻線３０とそのボビ
ン８でなる２組のコイル組が嵌められている。各
ボビン８，８は、そのピン状の突起８ａ，８ａが
コアホルダ９の孔に挿通されて熱かしめされるこ
とによりコアホルダ９に固定されている。各ボビ
ン８，８には端子７が２個ずつ圧入またはインサ
ート成形等によつて固定され、各端子７にはそれ
ぞれ巻線３０の巻き始めと巻き終わりが半田付け
等で接続され、さらに各端子７には外部接続用の
リード線４の一端が接続されている。端子７を含
む上記配線部はボールホルダ６の一部で覆われて
外部と絶縁されている。

ステーターコア１０とムーバーコア１３，１３
は磁気回路形成部材を構成しており、それぞれの
対向面側に一部が露出するようにしてステーター
側とムーバー側に保持されている。前記受け部を
なす案内溝２１、案内部２２、案内溝２３，２４
と案内体をなす鋼球３は、ムーバー１とステータ
ーの相対移動方向に対し交差する方向に関して上
記磁気回路形成部材を挾んで両側に配置されてい
る。

ムーバー１上には取付け板１５がねじ１４で固
着されている。取付け板１５は、モータ側の磁束
が外部へ漏洩するのを防止するとともに、モータ
のユーザーが各種の機器、例えばデイスク装置に
おける磁気ヘツド支持体等を取付けうるようにな
つている。

ムーバー１とステーターとが案内体としての鋼
球３の介在のもとに対向配置されることにより、
ステーターコア１０とムーバーコア１３，１３と
の間には所定のエアギヤツプが形成される。この
所定のエアギヤツプは、ステーターフレーム５の
案内溝２３，２４の表面を二次加工で研磨する際
にステーターコア１０の上面を同時に研磨し、ま
た、ムーバー１の案内溝２１と案内部２２の表面
を二次加工で研磨する際にムーバーコア１３，１
３の下面を同時に研磨することにより容易に確保
することができる。

このようにして形成されたモータには、防塵カ
バー２が被せられている。防塵カバー２はモータ
上面から覆う形でねじ３１によりステーターフレ
ーム５に固定されて防塵機能を果たすようになつ
ているが、その上面は取付け板１５との間に一定
の間隔を生ずるように窓孔２ａが形成され、この
窓孔２ａの端縁部に取付け板１５の端面を当接さ
せることにより、ムーバー１がオーバーランして
ステーターフレーム５から離脱するのを防止する
ようになつている。

ステーターフレーム５とステーターコア１０と
巻線３０等を有してなる部分全体がステーターを
構成するが、ステーターコア１０と巻線３０等で
なる磁気回路部分を除く他のステーター部分、す
なわちステーターフレーム５の全体は、ムーバー
１の案内体である鋼球３の受け部としての案内溝
２３，２４の部分を含めてセラミツクスにより一
体に成形されている。同様に、ムーバー１とマグ
ネツト１２とムーバーコア１３，１３等を有して
いて、ステーターに対して相対的に移動する部分
全体が広い意味でムーバーを構成するが、マグネ
ツト１２とムーバーコア１３，１３を有してなる
磁気回路部分を除く他のムーバー部分、すなわち
ムーバー１の全体は、上記鋼球３の受け部として
の案内溝２１および案内部２２の部分を含めてセ
ラミツクスにより一体に成形されている。

上記実施例では、磁気回路が、ムーバー１側の
中央のマグネツト１２およびその両側のムーバー
コア１３，１３と、ステーターコア１０とによつ
て形成された所謂ハイブリツド形ステツピングモ
ータとなつており、巻線３０，３０に給電してス
テーターコア１０とムーバーコア１３，１３との
間で吸引、反発させることによりムーバー１にス
テツプ動作を行わせるようになつている。ムーバ
ー１の移動に伴い縦型循環式ボール軸受を構成す
る鋼球３がムーバー１の案内溝２１、案内部２２
およびステーターフレーム５の案内溝２３，２４
内で転がり、ムーバー１の直線移動を案内する。
鋼球３は転がり軸受を構成するためムーバー１の
移動に対する抵抗は小さい。ステーターフレーム
５の案内溝２３，２４の端部まで転がつた鋼球３
は案内溝２３，２４に連続する帰環路２５に入
り、後から来る鋼球３に押されて転動を繰り返
す。

通常の動作範囲ではムーバー１は機械的ストツ
パである防塵カバー２の窓孔２ａの内面に当たる
ことはないが、仮に動作範囲をオーバーしたとす
ると、取付け板１５の端面が防塵カバー２の窓孔
２ａの内面に当たつて停止させられる。また、ム
ーバー１はマグネツト１２の吸引力でステーター
フレーム５上に保持された形になつており、意識
的に引き離さない限りムーバー１をステーターフ
レーム５から離脱させることはできないが、ムー
バー１は最終的には防塵カバー２によつて機械的
な離脱防止がなされている。

ステーターコア１０とコアホルダ９は相対的に
任意の位置に固定可能な構造になつているため、
これを利用して他の部品の寸法に合わせて双方の
相対位置を調整して固定することができる。例え
ばコアホルダ９をステーターフレーム５に固定す
る際に他の部品寸法から割り出した寸法に設定し
て相対位置を決めることができるし、ステーター
コア１０とムーバーコア１３，１３との間に所定
のエアギヤツプ分の厚みのスペーサを挟み込んだ
状態でステーターコア１０とコアホルダ９とを溶
接することも可能である。

また、上記実施例では、ボビン８に固定された
端子７に外部リード線４を直接接続するようにし
たため、配線用プリント基板が不要となる。ムー
バー１に対してムーバーコア１３，１３を固着す
るに当たり、ムーバーコア１３，１３に非磁性の
スタツド２８を固着してこれをムーバー１に固着
するようになつているため、ムーバー１に対する
ムーバーコア１３，１３の固着部がムーバー１そ
の他の磁路に悪影響を及ぼすことがなく、しか
も、外部への漏洩磁束もなくなる。

ステーターフレーム５は絶縁性のよいセラミツ
クスで形成されているため、ステーターフレーム
５によつて端子等の通電部品を直接保持するよう
にしてもよい。こうすれば、半田付け時の熱の問
題もなくなる。

本発明は、第７図乃至第１０図に示されている
ように変形してもよい。

第７図の例は、縦型循環式ボール軸受３３をス
テーター３４とムーバー３５との間で逆転させて
形成し、ムーバー３５側において鋼球３６を循環
させるようにしたものである。この例によれば、
ムーバー３５の移動距離を長くとることができ
る。

第８図の例は、ステーターとムーバーとの間の
軸受形式をコロ３８を用いたコロ式としたもの、
第９図の例は、軸受形式を鋼球３９を用いた横型
循環方式としたもの、第１０図の例は、ムーバー
の側面に軸３７を一体に突設し、この軸３７に車
輪４０を回転可能に支持させ、この車輪４０をス
テーターに転動可能に乗せてなる車輪方式とした
ものである。

第７図乃至第１０図の何れの例でも、ムーバー
またはステーターの少なくとも一方は、磁気回路
部分を除く他の部分のほぼ全体がセラミツクスで
作られ、かつ、案内体としての鋼球３６、コロ３
８、鋼球３９、車輪４０と接する受け部が上記セ
ラミツクス製のムーバーまたはステーター本体部
分と一体にセラミツクスで成形される。

なお、セラミツクス製のムーバーまたはステー
ターに金属板をインサートし、案内体の受け部お
よび通電部品の保持部をセラミツクスで形成する
ようにしてもよい。

各種の利用機器に対して本発明のリニアステツ
ピングモータを取付けるに際し、ステーターを上
記利用機器に対して相対的に位置可変としてもよ
い。

（発明の効果） 本発明によれば、ムーバーまたはステーター本
体と案内体の受け部とがセラミツクスにより一体
成形されるため、ムーバーまたはステーターに対
して案内体の受け部を固着する必要がなく、固着
に基づく誤差は生じないし、固着のための接着等
の工程も不要であり、生産性の向上と製品の品質
の向上を図ることができる。また、ステツピング
モータにおいては、ステーターとムーバーとの間
に強力な吸引力が働くため、ステーター及びムー
バーはその吸引力に耐え、摩耗せずかつ剛性が大
である必要があり、さらに、モータ特性上の問題
からステーターとムーバーとの間隔を一定に確保
することが、本発明によれば、セラミツクスの一
体成形によりこの要求を満足することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２
図は第１図中の線−に沿う断面図、第３図は
第１図の中央部縦断面図、第４図は第１図の一部
破截左側面図、第５図は上記実施例の底面図、第
６図は上記実施例における案内体の受け部を拡大
して示す横断面図、第７図は本発明の別の実施例
を示す一部断面側面図、第８図は本発明のさらに
別の実施例を示す斜面図、第９図は本発明のさら
に別の実施例を示す斜面図、第１０図は本発明の
さらに別の実施例を示す斜面図である。 １…ムーバー、３…案内体としての鋼球、５…
ステーターフレーム、２１，２３，２４…受け部
としての案内溝、２２…受け部としての案内部、
３４…ステーター、３５…ムーバー、３７…受け
部としての軸、３８…案内体としてのコロ、４０
…案内体としての車輪。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ムーバーをステーターに対し、案内体を介し
   て相対移動させるリニアステツピングモータにお
   いて、 上記ムーバーとステーターは、それぞれ磁気回
   路形成部材をその一部が露出するように保持して
   おり、 上記案内体は、ムーバーとステーターの相対移
   動方向に対し交差する方向に関して上記磁気回路
   形成部材を挾んで両側に配置され、 上記ムーバーとステーターはまた双方の磁気回
   路形成部材が所定の間隔をおいて対峙するように
   上記案内体の介在のもとに対向配置されており、 上記ムーバーまたはステーターの少なくとも一
   方は、上記案内体と接する部分がセラミツクスの
   受け部であり、 磁気回路形成部分を除く他の部分のほぼ全体が
   上記セラミツクスの受け部と一体成形されたセラ
   ミツクス体であることを特徴とするリニアステツ
   ピングモータ。