(57)【要約】【課題】  転造加工によってリードスクリューが回転軸に形成されたステッピングモータにおいて、回転軸の材質として、被移動体の高速かつ高精度な移動を可能にするとともに、転造用ダイスの摩耗や損傷を低減し、かつ、環境への配慮がなされた材質を使用したステッピングモータを提供すること。【解決手段】  ステッピングモータ１の回転軸３の出力側には、転造加工でリードスクリュー３ｂが形成されている。ロータ２を構成する回転軸３は、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有し、平均結晶粒径が１．５μｍ以下のα相と平均結晶粒径が８μｍ以下のγ相とからなる結晶組成を有する銅合金から形成されている。この銅合金は、４８０〜６５０℃で押出しまたは引抜き加工後あるいは４８０〜７５０℃で鍛造加工後に、４００℃まで０．４〜５Ｋ／ｓｅｃで冷却されて製造されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と永久磁石とを有するロータと、前記永久磁石に径方向で対向する極歯を有するステータとを備え、前記回転軸の出力側が前記ステータから突出した突出部にリードスクリューが転造加工によって形成されたステッピングモータにおいて、
前記回転軸は、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有する銅合金であって、４８０〜６５０℃で押出しまたは引抜き加工後あるいは４８０〜７５０℃で鍛造加工後に、４００℃まで０．４〜５Ｋ／ｓｅｃで冷却されて製造された銅合金から形成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
回転軸と永久磁石とを有するロータと、前記永久磁石に径方向で対向する極歯を有するステータとを備え、前記回転軸の出力側が前記ステータから突出した突出部にリードスクリューが転造加工によって形成されたステッピングモータにおいて、
前記回転軸は、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有し、α相とγ相とからなる結晶組成を有する銅合金であって、前記α相の平均結晶粒径が１．５μｍ以下であり、かつ、前記γ相の平均結晶粒径が８μｍ以下である銅合金から形成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータに関する。更に詳しくは、ステッピングモータのリードスクリューが形成された回転軸の材質に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤプレーヤやＤＶＤプレーヤなどに用いられる光ヘッド等の被移動体の高速移動用のモータとして、回転軸と永久磁石とを有するロータと永久磁石に径方向で対向する極歯を有するステータとを備えたステッピングモータが知られている。この種のステッピングモータでは、回転軸の出力側がステータから突出した突出部にリードスクリューが形成されている（例えば、特許文献１参照）。このリードスクリューは光ヘッド等の被移動体に螺合して、被移動体を高速移動させるものである。
【０００３】
被移動体の高速移動を実現するため、リードスクリュー部分には、表面粗さが小さいこと、耐摩耗性を有すること、及び耐食性を有することが要求される。そのため、リードスクリューが形成される回転軸の材質としてステンレス鋼材が用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、近年のＣＤ・ＤＶＤプレーヤ等の小型化・薄型化の要求から、ステッピングモータの小型化も要求されており、その結果、回転軸及びリードスクリューの径も細くしていく必要がある。ここで、リードスクリューを形成する方法の１つとして切削加工が挙げられるが、上述のように表面粗さを小さくする必要から切削加工の場合には、研磨仕上げが必要になる。しかしながら、リードスクリューの径が細くなっていくと研磨砥粒との関係からリードスクリューのネジ底部の研磨ができなくなり、所定の表面粗さを得ることができなくなる。そのため、径の細いリードスクリューの加工には転造加工が採用されている。
【特許文献１】特開２００３−３３３７９４号公報
【特許文献２】特開平６−２４５４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昨今、例えば、ＤＶＤ等の記憶ディスクの記録密度が高くなる傾向にあり、被移動体である光ヘッドの移動距離を高精度で制御することで記録密度の高まりに対応したいとの要求がある。その結果、上述の小型化・薄型化の要請に加え、光ヘッド等の被移動体の移動距離を高精度で制御するため、リードスクリューのネジピッチを小さくしたいとの要請も高まってきている。ここで、リードスクリューのネジピッチが小さくなると、リードスクリューの加工に切削加工を用いることは、上述の理由から、より困難になり、リードスクリューの加工には転造加工を採用せざるを得なくなる。しかしながら、従来はリードスクリューが形成される回転軸には硬度の高いステンレス鋼材が用いられている。そのため、リードスクリューの加工において転造用ダイスの寿命（摩耗）の問題が顕在化してくる。また、回転軸に硬度の高いステンレス鋼材が用いられてことから、転造用ダイスの寿命に加え、リードスクリュー加工時における転造用ダイスの損傷も大きな問題として顕在化してくる。
【０００６】
さらに、回転軸に用いられるステンレス鋼材として、一般にオーステナイト系のステンレス鋼材が用いられるが、オーステナイト系のステンレス鋼材はＮｉ（ニッケル）が大量に含まれている。昨今の環境意識の高まりから、環境負荷物質となるＮｉを大量に含んだオーステナイト系のステンレス鋼材を使用し続けることには問題がある。
【０００７】
そこで、本願発明者は、上述の問題を解消するため、種々の材質を用いて検討を行った。例えば、一般に耐食性の観点から、ネジ等の機械部品には合金番号Ｃ３６０１やＣ３６０２等の快削黄銅や合金番号Ｃ２７００の黄銅が用いられることから、これらの材質を回転軸に用いるべく検討を行った。しかしながら、Ｃ３６０１等の快削黄銅は、転造加工でリードスクリューを形成すると加工表面に剥離が発生し、表面粗さが悪くなってしまうため、径の細いリードスクリューに用いるのは適当でない。また、環境負荷物質となるＰｂ（鉛）が含まれているため、この材質を使用し続けることには問題がある。一方、Ｃ２７００は、転造加工でも表面粗さを小さくすることができるものの、硬度が低いため、耐摩耗性が要求されるリードスクリューの材質としては適当ではない。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、転造加工によってリードスクリューが回転軸に形成されたステッピングモータにおいて、回転軸の材質として、被移動体の高速かつ高精度な移動を可能にするとともに、転造用ダイスの摩耗や損傷を低減し、かつ、環境への配慮がなされた材質を使用したステッピングモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本願発明者は更なる検討を行った。その結果、リードスクリューの耐摩耗性が、材質の硬度のほかにその材質が有する摺動性と密接に関連することを知見するに至った。本発明はかかる知見に基づくものであり、回転軸と永久磁石とを有するロータと、前記永久磁石に径方向で対向する極歯を有するステータとを備え、前記回転軸の出力側が前記ステータから突出した突出部にリードスクリューが転造加工によって形成されたステッピングモータにおいて、前記回転軸は、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有する銅合金であって、４８０〜６５０℃で押出しまたは引抜き加工後あるいは４８０〜７５０℃で鍛造加工後に、４００℃まで０．４〜５Ｋ／ｓｅｃで冷却されて製造された銅合金から形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、回転軸と永久磁石とを有するロータと、前記永久磁石に径方向で対向する極歯を有するステータとを備え、前記回転軸の出力側が前記ステータから突出した突出部にリードスクリューが転造加工によって形成されたステッピングモータにおいて、前記回転軸は、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有し、α相とγ相とからなる結晶組成を有する銅合金であって、前記α相の平均結晶粒径が１．５μｍ以下であり、かつ、前記γ相の平均結晶粒径が８μｍ以下である銅合金から形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、回転軸が、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有する銅合金から形成されている。すなわち、ＮｉやＰｂといった環境負荷物質を含まない銅合金により形成されている。そのため、この材質を使用し続けても環境上の問題は発生しない。
【００１２】
また、上述の組成を有するとともに、４８０〜６５０℃で押出しまたは引抜き加工後あるいは４８０〜７５０℃で鍛造加工後に、４００℃まで０．４〜５Ｋ／ｓｅｃで冷却して製造した銅合金、あるいは、上述の組成を有するとともにα相とγ相とからなる結晶組成を有する銅合金であって、α相の平均結晶粒径が１．５μｍ以下であり、かつ、γ相の平均結晶粒径が８μｍ以下である銅合金から回転軸が形成されている。この銅合金から形成された回転軸に、転造加工でリードスクリューを形成しても加工表面に剥離が生じない。また、この銅合金は、硬度の点では、オーステナイト系のステンレス鋼材に劣るものの、オーステナイト系のステンレス鋼材と比較して、静摩擦係数と動摩擦係数の差が小さいことから摺動性に優れている。そのため、硬度の低下の割合に比較して耐摩耗性の低下の割合が小さくなっている。従って、リードスクリューとして要求される耐摩耗性を有する材質からなる回転軸にリードスクリューを形成することができる。また、この銅合金は、硬度が、オーステナイト系のステンレス鋼材の硬度よりも低いため、リードスクリューの転造加工時において転造用ダイスの摩耗や損傷を低減できる材質からなる回転軸にリードスクリューを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかるステッピングモータを示す側面断面図である。
【００１５】
（ステッピングモータの構成）
本形態にかかるステッピングモータ１は、いわゆるＰＭ型のステッピングモータであり、回転軸３と円筒状の永久磁石４とを有するロータ２と、永久磁石４に径方向で対向する極歯５を有するステータ６と、回転軸３の出力側でステータ６に取り付けられたフレーム２０とを備えている。また、ステータ６の反出力側（回転軸３の基端３ｃ側）には端板１８が取り付けられている。
【００１６】
ロータ２を構成する回転軸３は、後述の銅合金から例えば直径１．５ｍｍから５ｍｍに形成されている。また、回転軸３は、基端３ｃ側に永久磁石４が固定されるとともに、出力側がステータ６から突出した突出部３ａを備えている。突出部３ａには、リードスクリュー３ｂが転造加工によって形成されている。このリードスクリュー３ｂは、例えば、ＣＤ・ＤＶＤプレーヤの光ヘッド等の被移動体と螺合して、被移動体を移動させるためのものである。
【００１７】
また、回転軸３の基端３ｃには、玉軸受１９の一部が内挿されるすり鉢状の凹部３ｄが形成されている。一方、回転軸３の出力側端にも、玉軸受２２の一部が内挿されるすり鉢状の凹部３ｅが形成されている。
【００１８】
ステータ６は、第１のステータ組７と第２のステータ組８とから構成されており、これらのステータ組７、８が軸方向に重なるように配置されている。第１のステータ組７は、第１の外ステータコア１０と、コイルが巻回された第１のボビン１１と、第１のボビン１１を第１の外ステータコア１０との間に挟む第１の内ステータコア１２とから構成され、回転軸３の出力側に位置している。第１のボビン１１の内周側には、第１の外ステータコア１０及び第１の内ステータコア１２のそれぞれに形成された複数の極歯５が周方向に隣接するように配置されている。
【００１９】
第２のステータ組８は、第２の外ステータコア１４と、コイルが巻回された第２のボビン１５と、第２のボビン１５を第２の外ステータコア１４との間に挟む第２の内ステータコア１６とから構成され、回転軸３の反出力側に位置している。第２のボビン１５の内周側には、第２の外ステータコア１４及び第２の内ステータコア１６のそれぞれに形成された複数の極歯５が周方向に隣接するように配置されている。
【００２０】
回転軸３の出力側でステータ６に取り付けられたフレーム２０は、ステンレス鋼板等の金属板によって形成された金属フレームであり、底面部２０ａと側面部２０ｂ、２０ｃとを備える溝型状に形成されている。側面部２０ｂは反出力側に位置し、この側面部２０ｂがステータ６を構成する第１の外ステータコア１０に固定されることで、フレーム２０がステータ６に取り付けられている。また、側面部２０ｂには、回転軸３が遊挿される挿通孔２０ｂ１が形成されている。側面部２０ｃは出力側に位置し、玉軸受２２の一部が内挿される凹部を備えた樹脂製の軸受保持部材２１が固定されている。この軸受保持部材２１と玉軸受２２とにより、ロータ２の出力側端がラジアル方向及びスラスト方向に支承されている。
【００２１】
ステータ６の反出力側（回転軸３の基端３ｃ側）に取り付けられた端板１８は、ステンレス鋼板等の薄い金属板によって形成されており、その中央部には切り起こされて形成された板バネ部１８ａが設けられている。板バネ部１８ａは、玉軸受１９を介して回転軸３を出力側に付勢しており、板バネ部１８ａと玉軸受１９とによりロータ２の反出力側端がラジアル方向及びスラスト方向に支承されている。
【００２２】
（回転軸の材質）
回転軸３は、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有する銅合金から形成されている。より具体的には、本形態における回転軸３は、５９．６重量％のＣｕと３７．６重量％のＺｎと２．８重量％のＳｎとを含有する銅合金から形成されている。また、この銅合金は、α相とγ相とからなる結晶組成を有しており、α相の平均結晶粒径が１．５μｍ以下であり、かつ、γ相の平均結晶粒径が８μｍ以下となっている。
【００２３】
この銅合金は、４８０〜６５０℃で押出しまたは引抜き加工後、あるいは４８０〜７５０℃で鍛造加工後に、４００℃まで０．４〜５Ｋ／ｓｅｃで冷却されることで製造される。
【００２４】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態のステッピングモータ１では、回転軸３が、４７〜６２．１重量％のＣｕと３７〜４６重量％のＺｎと０．９〜７重量％のＳｎとを含有する銅合金から形成されている。すなわち、ＮｉやＰｂといった環境負荷物質を含まない銅合金により形成されている。そのため、この材質を使用し続けても環境上の問題が発生しない。
【００２５】
また、この銅合金は、４８０〜６５０℃で押出しまたは引抜き加工後あるいは４８０〜７５０℃で鍛造加工後に、４００℃まで０．４〜５Ｋ／ｓｅｃで冷却して製造されており、平均結晶粒径が１．５μｍ以下のα相と平均結晶粒径が８μｍ以下のγ相とからなる結晶組成を有している。この銅合金から形成された回転軸３に、転造加工でリードスクリュー３ｂを形成しても加工表面に剥離が生じない。また、図２に示すように、本形態における銅合金（図中の高強度真鍮）は、硬度として、オーステナイト系のステンレス鋼材（図中のＳＵＳ）比で約０．８倍、かつ、Ｃ２７００比で約１．６倍の硬度を有している。一方で、この銅合金は、オーステナイト系のステンレス鋼材やＣ２７００と比較して、静摩擦係数と動摩擦係数の差が小さいことから摺動性に優れている。そのため、図２に示すように、オーステナイト系のステンレス鋼材比で約０．８倍の硬度であるにもかかわらず、耐摩耗性指数としてオーステナイト系のステンレス鋼材の約０．９倍以上の耐摩耗性を有している。すなわち、硬度の低下の割合に比較して耐摩耗性の低下の割合が小さくなっている。また、この銅合金は摺動性に優れることから、Ｃ２７００比で約１．６倍の硬度であるにもかかわらず、耐摩耗性指数としてＣ２７００の約１．８倍以上の耐摩耗性を有している。すなわち、硬度の上昇の割合に比較して耐摩耗性の上昇の割合が大きくなっている。そのため、オーステナイト系のステンレス鋼材に比較して回転軸３の硬度が低下しているにもかかわらず、リードスクリューとして要求される耐摩耗性を有する材質からなる回転軸３にリードスクリュー３ｂを形成することが可能となる。また、耐摩耗性をそれ程低下させることなく、硬度はオーステナイト系のステンレス鋼材比で約０．８倍と低くすることができるため、リードスクリュー３ｂを形成する際の転造用ダイスの摩耗を低減することができる。
【００２６】
尚、上記の耐摩耗性指数は、潤滑油であるグリースを塗布した状態のリードスクリューに図示を省略する被移動体としての光ヘッドを螺合させ、一定時間、光ヘッドをリードスクリューで移動させたときのグリースの変色度から算出されている。すなわち、摩耗によるリードスクリューの金属粉がグリースに混入してグリースが変色する度合いをＪＩＳに規定される色見本と比較して評価することで、上記の耐摩耗性指数を算出している。
【００２７】
（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。
【００２８】
例えば、本形態の銅合金は、冷間鍛造で微小なパターンが形成される流体軸受や歯車等に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態にかかるステッピングモータを示す側面断面図である。
【図２】図１に示すステッピングモータの回転軸に用いられる材質とその他の材質との耐摩耗性評価の結果を比較して示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ステッピングモータ
２  ロータ
３  回転軸
３ａ  突出部
３ｂ  リードスクリュー
４  永久磁石
５  極歯
６  ステータ
７  第１ステータ組
８  第２ステータ組
【図１】
2005287204.tif 000003
【図２】
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