(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータマグネットを備えるロータと、前記ロータマグネットの外周に対してエアギャップを介して環装される極歯を設けたコアを備えるステータとを有し、前記ステータは扁平な小判型形状で、その外径がφ８ｍｍ以下で、扁平幅が６．５ｍｍ以下とされたステッピングモータにおいて、
前記ステータを構成するコアの極歯の厚みと前記ロータマグネット外径との比、すなわち、前記コアの極歯の厚みを前記ロータマグネット外径で割った商を０．１２４〜０．１４２の範囲に設定したことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記ロータの主軸に親ネジが直結されていることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
【請求項３】
ロータマグネットを備えるロータと、前記ロータマグネットの外周に対してエアギャップを介して環装される極歯を設けたコアを備えるステータとを有し、前記ステータは扁平な小判型形状で、その外径がφ８ｍｍ以下で、扁平幅が６．５ｍｍ以下とされたステッピングモータにおいて、
前記ステータを構成するコアの極歯の厚みを０．４０〜０．４５ｍｍの範囲に設定し、前記ロータマグネット外径をφ３．１７〜３．２３ｍｍの範囲に設定し、前記コアの極歯の厚みを前記ロータマグネット外径で割った商を０．１２４〜０．１４２の範囲に設定したことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項４】
光ディスク読取り用のピックアップ移動に使用されることを特徴とする請求項１、２または３記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータに係わり、より具体的には光ディスクのピックアップドライブ用で特にノートパソコンに使用されるステータ外径がφ８ｍｍ以下のステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に流通しているステッピングモータは、コア板厚（ｔ）とマグネット外径（Ｄ）の比（Ｒ）がＲ＝０．１０４〜０．１１９が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノートパソコンに使用される偏平な小判型形状の外径φ８ｍｍ以下（偏平幅が６．５ｍｍ以下）でＬ寸法が１２ｍｍ以上のステッピングモータにおいては、スペース的制約があり、トルク特性を満足させる必要から、トルクアップを中心にしてモータの開発を行った。
【０００４】
このように、モータの小型化を図る上で、モータのトルクを確保することは重要であるため、このモータトルクの確保のみに注目してモータを設計すると、ステッピングモータの場合にはステッピングモータ特有の特性であるリニアリティ特性が悪化するという問題が発生する。
【０００５】
即ち、このモータトルクを確保する上では、ロータマグネットとステータ双方の起磁力を共に大きくした方が良いが、ステータについては、この起磁力アップのみを図ろうとすると、巻線容積を稼ぐ必要から行った、ステータの極歯の厚みを薄くしたことが原因となって、前記リニアリティ特性が悪化するという問題が発生するのではないかと考え、実験を行った。
【０００６】
そして本発明者は、ステッピングモータのリニアリティ特性の悪化は、このようにして極歯が薄くなった結果、極歯で形成される磁路が飽和してしまうことに起因して発生することを究明し得た。
【０００７】
極歯が薄くなって発生するこのリニアリティ悪化の問題は大型のステッピングモータではそれ程問題にならないが、小型化した時に表面化するので、ステッピングモータ設計に特有の盲点となっている。
【０００８】
そこで本発明の目的は、トルク確保とリニアリティ特性確保とが両立できるようにマグネット外径とコアの極歯の厚みとを最適化することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係わるステッピングモータは、ロータマグネットを備えるロータと、前記ロータマグネットに対してエアギャップを介して環装される極歯を設けたコアを備えるステータとを有し、前記ステータは扁平な小判型形状で、その外径がφ８ｍｍ以下で、扁平幅が６．５ｍｍ以下とされたステッピングモータにおいて、前記ステータを構成するコアの極歯の厚みと前記ロータマグネット外径との比、すなわち、前記コアの極歯の厚みを前記ロータマグネット外径で割った商を０．１２４〜０．１４２の範囲に設定したことを特徴とする。
【００１０】
また、ロータマグネットを備えるロータと、前記ロータマグネットに対してエアギャップを介して環装される極歯を設けたコアを備えるステータとを有し、前記ステータは扁平な小判型形状で、その外径がφ８ｍｍ以下で、扁平幅が６．５ｍｍ以下とされたステッピングモータにおいて、前記ステータを構成するコアの極歯の厚みを０．４０〜０．４５ｍｍの範囲に設定し、前記ロータマグネット外径をφ３．１７〜３．２３ｍｍの範囲に設定し、前記コアの極歯の厚みを前記ロータマグネット外径で割った商を０．１２４〜０．１４２の範囲に設定したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わるモータの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係わるモータの一実施例の側面図を軸に沿った断面で示す。符号１０で示したステッピングモータは、フレーム１２の中心にピックアップを駆動する親ネジ１４と一体に直結された主軸１６を備え、ロータ１８として主軸１６の外周に所定の外径Ｄのマグネット２０が固装される。
【００１２】
ロータ１８は、主軸１６の一端が、軸受部２２に埋設された鋼球２４によりラジアル方向に回転自在に軸受され、またスラスト方向の推力も支持されている。軸受部２２は、ケース２６の端面に固着されたキャップ２８の中心に設けた貫通孔に摺動可能に嵌装され、キャップ２８の外周に係合させた板バネ３０によって移動が規制されている。板バネ３０の弾性が不測の外乱による移動フレーム１２のスラストを緩衝するように作用する。一方、主軸１６の他端は、モータ１０を装着した図示しない装置に適当な手段で軸受される。
【００１３】
ステータ３２として、内設したボビン３４にコイル３６を巻回したコア３８は、ロータ１８と同心で、内周がマグネット２０の外周から均一の微小なエアギャップを介して環装される。またコア３８の一部に形成された極歯は、図１に示すように、マグネット２０の外周と対向するように形成されており、このコア３８の極歯の厚みはコア３８の厚みｔに等しい（図１においては、コア３８の極歯の厚みをｔとして示している）。ボビン３４から外部に取り出された端子４０は、コイル３６と電気的に導通して図示しない制御装置に接続されて電気信号を受ける。
【００１４】
モータ１０は、ロータ１８の主軸１６が親ネジ１４に直結して回転を直接伝達しており、減速機構でトルクが増大されることがないので、ピックアップを所要の速度で移動させるのに必要な駆動トルクそのものをロータ１８が直接出力しなければならない。このロータ１８が出力する発生起磁力は、磁路の体積、ステータコイル起磁力およびロータマグネット起磁力が構成因子となる。例えばノートパソコンの光ディスク読取り用のピックアップ移動に使用されるモータ１０のケース２６は小判型で円弧部分の外径は７．５ｍｍで、偏平部分の外幅Ｗは６ｍｍである。
【００１５】
この中にはケース２６自体の厚みが含まれるから、ケース２６の内側空間の中で所要のトルクに必要なマグネット２０が起磁力を発生させる外径に対して、一方のステータ３２側でもコイル起磁力発生に寄与するコイル３６の巻数を確保しなければならない。ところが、光ディスク読取り用のピックアップ移動用としてのモータ１０にはもう一つの重要な制御特性としてリニアリティが要求される。
【００１６】
そこで、トルク特性とリニアリティ特性を解析するにあたり、ロータ１８のトルク出力の一方の構成因子であるステータ３２側の起磁力の大きさをコア３８の極歯の厚みｔで代表させ、他方の構成因子であるマグネット２０側の起磁力の大きさを外径Ｄで代表させ、ステータ起磁力とマグネット起磁力の比に置き換えて相互関係を単純化する。
【００１７】
ここで、ｔ／Ｄ＝０．１１とした場合の入力パルスのステップ数と回転角度との関係を見ると、図２に示すような階段状になる。マイクロステップ時のリニアリティ特性は理想的には、ステップ数と回転角度との関係は直線となるのが理想的である。ところが、例えば符号ｐ1で示した点では、線がほぼ水平になっていてロータ１８が殆ど動いていないことを示しており、少し進んだ符号ｐ2で示した点では、急に立ち上がって動き過ぎることを示している。この回転ムラのため、パルス数によってフレーム１２の正確な移動位置を指定することができなくなってスムースな再生ができなくなる。
【００１８】
この直線から外れる現象は、既に説明したように、コア３８の厚み、具体的にはコア３８の極歯の厚みを薄くしたことで、磁気飽和が生じ、漏洩した磁束がトルク出力に対して有効に使われないことに起因すると考えられる。そこで、マグネット２０側の起磁力を制限して磁気飽和を生じないように磁束量を減少させるとリニアリティは向上するが、出力トルクは低下する。このため、マグネット２０側の起磁力が有効に利用できて出力トルクが十分確保でき、しかもリニアリティを乱すような磁気飽和を生じさせないでステータ３２側に有効な起磁力を発生させるために、コア３８の厚みｔ、即ち、コア３８の極歯の厚みｔを調整したのが本発明である。
【００１９】
ここで、本発明の実施例として、マグネット外径Ｄ＝φ３．１７〜３．２３ｍｍで、長さＬ＝１２．８ｍｍのマグネット２０を使用し、コア（極歯）３８の厚みｔ＝０．４０〜０．４５ｍｍとして実験した。この実験範囲のｔ／Ｄ、即ち、コア３８の厚み、即ち、コア３８の極歯の厚みｔをロータマグネット外径Ｄで割った商は、（０．４０／３．２３≒０．１２３８）〜（０．４５／３．１７≒０．１４１９）となるから、ｔ／Ｄの範囲は、ほぼ０．１２４〜０．１４２の範囲となる。この実験結果をもとに、トルク特性とリニアリティ特性が両方ともに適性を示す限界を比（ｔ／Ｄ＝Ｒ）で求めたところ、Ｒ＝０．１２１〜０．１４３の範囲であればよいことがわかった。この実験結果の具体例として、ｔ／Ｄ＝０．１２５とした場合の入力パルスのステップ数と回転角度との関係を図３に示す。図３から明らかなように、リニアリティ特性は殆ど直線状になる。
【００２０】
そして図４に、各駆動パルスの周波数（パルスレート）を横軸にとり、トルクを縦軸として描いた特性曲線で示すように、ｔ／Ｄ＝０．１２５とした場合のトルク特性は、線Ａで示した脱出トルク（Pull-out-Torque）特性および線Ｂで示した引き入れトルク（Pull-in-Torque）特性ともに、マグネット２０側の起磁力を制限することでリニアリティを確保したときの脱出トルク特性線Ｃおよび引き入れトルク特性線Ｄよりも向上する。
【００２１】
以上、図面に基づいて説明した本発明に係わるモータ１０の実施例を要約すると、ステータ３２の外径が８ｍｍ以下でマグネット２０の長さＬが１２ｍｍ以上のステッピングモータ１０では、トルク出力を発生するマグネット起磁力とコイル起磁力の大きさを代表する因子を、それぞれマグネット外径Ｄとコア（極歯）厚みｔで表現することができ、この場合、ノートパソコンの光ディスク読取り用のピックアップ移動に使用されるステッピングモータ１０では、トルク特性とリニアリティ特性が両方ともに適性を示す限界を比（ｔ／Ｄ＝Ｒ）で表すと、Ｒ＝０．１２１〜０．１４３の中に収まる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係わるステッピングモータは、ロータマグネットを備えるロータと、前記ロータマグネットの外周に対してエアギャップを介して環装される極歯を設けたコアを備えるステータとを有し、ステータは扁平な小判型形状で、その外径がφ８ｍｍ以下で、扁平幅が６．５ｍｍ以下とされたステッピングモータにおいて、ステータを構成するコアの極歯の厚みとロータマグネット外径との比、すなわち、コアの極歯の厚みをロータマグネット外径で割った商を０．１２４〜０．１４２の範囲に設定したので、極小型であるにもかかわらず、光ディスクのピックアップ駆動用モータとしてトルクおよびリニアリティのいずれに対しても良好な特性が得られ回転ムラのない好適な再生情報を得ることができる。
【００２３】
また、ロータの主軸に親ネジが直結されるようにすると、減速機構でトルクが増大されることがない。
【００２４】
また、本発明に係わるステッピングモータは、ロータマグネットを備えるロータと、前記ロータマグネットの外周に対してエアギャップを介して環装される極歯を設けたコアを備えるステータとを有し、ステータは扁平な小判型形状で、その外径がφ８ｍｍ以下で、扁平幅が６．５ｍｍ以下とされたステッピングモータにおいて、前記ステータを構成するコアの極歯の厚みを０．４０〜０．４５ｍｍの範囲に設定し、ロータマグネット外径をφ３．１７〜３．２３ｍｍの範囲に設定し、コアの極歯の厚みをロータマグネット外径で割った商を０．１２４〜０．１４２の範囲に設定したので、極小型であるにもかかわらず、光ディスクのピックアップ駆動用モータとしてトルクおよびリニアリティのいずれに対しても良好な特性が得られ回転ムラのない好適な再生情報を得ることができる。さらに、光ディスクのピックアップ駆動用モータとして使用すると好ましいものとなる。
【００２５】
また、本発明に係わる各ステッピングモータは、特に構成を変えることなく、しかも安価なマグネットによりコストを低減することができる。さらに、ステータとマグネットの起磁力の比を極歯（コア）の厚みとマグネット外径の比に関連付けたので、寸法設定の計算が簡単になり、また寸法の計測だけで特性が判断できるので製品管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるモータの一実施例を断面で示す概略の側面図である。
【図２】図１に示したモータが悪い直線性を示す場合の例を示すグラフである。
【図３】図１に示したモータで良い直線性を示す場合の例を示すグラフである。
【図４】図１に示したモータのトルク特性の悪い場合と良い場合の比較を示すトルク特性図である。
【符号の説明】
１０ ステッピングモータ
１２ ピックアップ移動フレーム
１４ 親ネジ
１６ 主軸
１８ ロータ
２０ マグネット
２２ 軸受部
２４ 鋼球
２６ ケース
２８ キャップ
３０ 板バネ
３２ ステータ
３４ ボビン
３６ コイル
３８ コア（極歯）
４０ 端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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