JP2000217333A

JP2000217333A - モ―タ

Info

Publication number: JP2000217333A
Application number: JP11015651A
Authority: JP
Inventors: Junichi Takahashi; 純一高橋; Kazufumi Suzuki; 一史鈴木
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】新規な構成の超小型モータを提供する。【構成】円筒形状に形成されるとともに少なくともそ
の外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁さ
れたマグネット及びマグネットに固着されたロータ軸を
備え、マグネットの軸方向に第１のコイルとマグネット
と第２のコイルを順に配置し、第１のコイルにより励磁
される第１の外側磁極及び第１の内側磁極からなる第１
のステータをマグネットの一端の外周面及び内周面に対
向させるとともに、第２のコイルにより励磁される第２
の外側磁極及び第２の内側磁極からなる第２のステータ
をマグネットの他端側の外周面及び内周面に対向させ
る。そして、第１及び第２のステータの内側磁極のいず
れかでロータ軸のいずれかの接触部に潤滑皮膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超小型に構成した円筒
形状のモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の小型円筒形状のステッピングモー
タとしては図６に示すものがある。ボビン１０１にステ
ータコイル１０５が同芯状に巻回され、ボビン１０１は
２個のステータヨーク１０６で軸方向から挟持固定され
ており、かつステータヨーク１０６にはボビン１０１の
内径面円周方向にステータ歯１０６ａと１０６ｂが交互
に配置され、ケース１０３には、ステータ歯１０６ａま
たは１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が固定され
てステータ１０２が構成されている。

【０００３】２組のケース１０３の一方にはフランジ１
１５と軸受け１０８が固定され、他方のケース１０３に
は他の軸受け１０８が固定されている。ロータ１１９は
ロータ軸１１０に固定されたロータ磁石１１１からな
り、ロータ軸１１０は２個の軸受け１０８の間に回転可
能に支持されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の小型のステッピングモータはロータの外周にケース
１０３、ボビン１０１、ステータコイル１０５、ステー
タヨーク１０６等が同芯状に配置されているためにモー
タの外径寸法が大きくなってしまう欠点があった。ま
た、ステータコイル１０５への通電により発生する磁束
は図７に示すように主としてステータ歯１０６ａの端面
１０６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１とを
通過するためロータ磁石１１１に効果的に作用しないの
でモータの出力は高くならない欠点がある。

【０００５】したがって、本発明の目的は、新規な構成
の超小型モータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、円筒形状に形成されるとともに少なくと
もその外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着
磁されたマグネット及び該マグネットに固着されたロー
タ軸を備え、前記マグネットの軸方向に第１のコイルと
前記マグネットと第２のコイルを順に配置し、前記第１
のコイルにより励磁される第１の外側磁極及び第１の内
側磁極からなる第１のステータを前記マグネットの一端
の外周面及び内周面に対向させるとともに、前記第２の
コイルにより励磁される第２の外側磁極及び第２の内側
磁極からなる第２のステータを前記マグネットの他端側
の外周面及び内周面に対向させ、前記第１及び第２のス
テータの内側磁極のいずれかで前記ロータ軸のいずれか
の接触部に潤滑皮膜が形成されていることを特徴とする
モータを採用するものである。

【０００７】上記構成において、１）モータの径はマグネットの外周面に対向する第１、
第２の外側磁極で決められ、モータの軸方向の長さは第
１のコイル、マグネット、第２のコイルを順に配置する
ことで決められ小型にできる。第１のコイルにより発生
する磁束は第１の外側磁極と第１の内側磁極との間にあ
るマグネットを横切るので効果的に作用する。第２のコ
イルにより発生する磁束は第２の外側磁極と第１の内側
磁極との間にあるマグネットを横切るのでモータの出力
を高める。２）ロータ軸は、第１及び第２のステータ底面の中心に
設けられたロータ軸が通る穴部もしくは第１及び第２の
ステータの内側磁極の先端部でロータ軸の軸方向の受け
をダイレクトに受ける。ロータ軸と第１及び第２のステ
ータに潤滑皮膜が形成されているためロータ軸の回転の
際の摩擦は極めて小さく抑えられる。また、潤滑皮膜
は、メッキ基材Ｎｉ−ＰまたはＮｉ−Ｂでその中に潤滑
性の高い潤滑粒子を添加する方法で形成するため安価で
ある。従来のステッピングモータでは、ロータ軸の軸方
向の受けに軸受け部品が用いられるがこれが不要となる
ため安価でかつ、軸受け部品の出っ張りのない超小型な
モータができる。

【０００８】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。

【０００９】（実施例１）図１〜３は、本発明のステッ
プモータを示す実施例１の図であり、そのうち図１はス
テップモータの分解斜視図であり、図２はステップモー
タの組み立て後の軸方向の断面図であり、図３は図２の
Ａ−Ａでの断面図及びＢ−Ｂ線での断面図である。

【００１０】図１〜３においては、１はロータを構成す
る円筒形状のマグネットであり、このロータであるマグ
ネット１は、その外周表面を円周方向にｎ分割して（本
実施例では４分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された
着磁部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとし、この着磁部１ａ、
１ｃがＳ極に着磁され、着磁部１ｂ、１ｄがＮ極に着磁
されている。７はロータ軸で、このロータ軸７はロータ
であるマグネット１に固着されている。これらのロータ
軸７とマグネット１とでロータを構成している。

【００１１】２及び３は円筒形状のコイルであり、コイ
ル２及び３は前記マグネット１と同芯でかつ、マグネッ
ト１を軸方向に挟む位置に配置され、コイル２及び３は
その外径が前記マグネット１の外径とほぼ同寸法であ
る。

【００１２】１８及び１９は第１のステータ及び第２の
ステータであり、第１のステータ１８及びステータ１９
の位相は１８０／ｎ度、即ち４５度ずれて配置され、こ
れらの第１のステータ１８及び１９は外筒及び内筒から
なっている。第１のステータ１８の外筒及び内筒の間に
コイル２が設けられ、このコイル２が通電されることに
より第１のステータ１８が励磁される。第１のステータ
１８の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極１８ａ、１
８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄを形成しており、この
内側磁極１８ｃと内側磁極１８ｄの位相は互いに同位相
になるように３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれ
て形成され、内側磁極１８ｃに対して外側磁極１８ａが
対向配置しており、また内側磁極１８ｄに対して外側磁
極１８ｂが対向配置している。

【００１３】第１のステータ１８の外側磁極１８ａ、１
８ｂ及び内側磁極１８ｃ、１８ｄはマグネット１の一端
側の外周面及び内周面に対向してマグネット１の一端を
挟み込むように設けられている。

【００１４】第２のステータ１９の外筒及び内筒の間に
コイル３が設けられ、このコイル３が通電されることに
より第２のステータ１９が励磁される。第２のステータ
１９の外筒及び内筒はその先端部が外側磁極１９ａ、１
９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄを形成しており、この
内側磁極１９ｃと内側磁極１９ｄの位相は互いに同位相
になるように３６０／（ｎ／２）度、即ち１８０度ずれ
て形成され、内側磁極１９ｃに対して外側磁極１９ａが
対向配置しており、また内側磁極１９ｄに対して外側磁
極１９ｂが対向配置している。

【００１５】第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１
９ｂ及び内側磁極１９ｃ、１９ｄはマグネット１の他端
側の外周面及び内周面に対向してマグネット１の他端を
挟み込むように設けられる。

【００１６】したがって、コイル２により発生する磁束
は外側磁極１８ａ、１８ｂと内側磁極１８ｃ、１８ｄと
の間のロータであるマグネット１を横切るので効果的に
ロータであるマグネット１に作用し、コイル３により発
生する磁束は外側磁極１９ａ、１９ｂと内側磁極１９
ｃ、１９ｄとの間のロータであるマグネット１に作用
し、モータの出力を高める。

【００１７】また、第１のステータ１８と第２のステー
タ１９との相対回転位置をまったく同じにし、かつ、第
１のステータの外側磁極と内側磁極に挟まれるマグネッ
ト１の着磁部の着磁位相と第２のステータの外側磁極と
内側磁極に挟まれるマグネット１の着磁部の着磁位相と
を（１８０／ｎ）度即ち４５度ずらして構成しても良
い。

【００１８】２０は非磁性材料からなる円筒形状部材と
しての保持部材であり、この保持部材２０の内側の一端
面には溝２０ａ、２０ｂが設けられ、他端部には溝２０
ａ、２０ｂに対して位相を４５度ずらした溝２０ｃ、２
０ｄが設けられる。

【００１９】溝２０ａ、２０ｂに第１のステータ１８の
外側磁極１８ａ、１８ｂを嵌合し、溝２０ｃ、２０ｄに
第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂを嵌合
し、これらの嵌合部分を接着剤により固定して、保持部
材２０に第１のステータ１８と第２のステータ１９が取
り付けられる。

【００２０】これら第１のステータ１８と第２のステー
タ１９は互いに外側磁極１８ａ、１８ｂ及び内側磁極１
８ｃ、１８ｄと外側磁極１９ａ、１９ｂ及び内側磁極１
９ｃ、１９ｄとを対向させ、保持部材２０の内面側の突
出部２０ｅ、２０ｆによりある距離だけ間隔を隔てて固
定されている。

【００２１】第１のステータ１８の穴１８ｅ及び第２の
ステータ１９の穴１９ｅにはロータ軸７の一端部が回転
可能に嵌合し、ロータ軸の軸方向を受けている。この嵌
合部は、ロータ軸の回転で磨耗する。同時にロータ軸も
磨耗する。両者の磨耗によって削れカスや焼き付けによ
るカジリが発生するとモータトルクは劣化し、ひどい場
合には動作しなくなる。そこで、本発明では、ロータ軸
及びステータの磨耗を防止するため、潤滑皮膜を採用す
るものである。潤滑皮膜としては、超小型モータである
ため夫々の部品の隙間が小さいため薄い塗布が必要があ
る。そこで、無電解メッキで形成できる潤滑皮膜を用い
ている。無電解メッキであれば、一定の膜厚が容易に得
ることができコストも安価である。

【００２２】メッキにより形成する潤滑皮膜として、Ｎ
ｉ−Ｐ及びＢ−Ｐを基材とし、この中に潤滑粒子を添加
している。潤滑皮膜に求められる特性は、摩擦係数が小
さいこと、即ち、よく滑ること、もしくは非常に硬質で
焼き付けを起こさないことである。摩擦係数が小さい点
で、黒鉛、テフロン、二硫化モリブデンが良く、硬質の
点でセラミックスが効果的である。セラミックス粒子と
しては、ＳｉＣ、ＷＣなどの炭化物、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔｉ
Ｎなどの窒化物、ＣｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ ₂などの
酸化物が挙げられる。潤滑粒子の添加量は、１〜８ｖｏ
ｌ％程度で良く、黒鉛、テフロン、二硫化モリブデン、
セラミックスの少なくともいずれか１種類が添加されて
いれば効果がある。また、たとえば黒鉛にセラミックス
粒子を１〜２ｖｏｌ％添加すると硬質で潤滑性の良い膜
が得られるため、状況に応じて黒鉛、テフロン、二硫化
モリブデン、セラミックスのいずれかをブレンドして使
用しても良い。

【００２３】また、これらの潤滑皮膜は高温特性も良い
ため高温環境化でも摺動特性は劣化しない。膜厚は３〜
２０μｍ程度が、潤滑粒子の折出が良好な点と膜剥がれ
が発生しない点で適している。

【００２４】潤滑皮膜は、少なくともロータ軸７と第１
のステータ１８の穴１８ｅ及び第２のステータ１９の穴
１９ｅの夫々の接触部に形成されれば良いが全面にして
も良い。全面にメッキした場合、耐食性が問題になる
が、本発明の潤滑皮膜は、Ｎｉ−ＰもしくはＢ−Ｐを基
材としているため耐食性は優れており問題ない。図４
に、メッキの基材及び潤滑粒子の状況がわかる図１のロ
ータ軸７の７ａ部、第１のステータ１８の本体部１８
ｆ、第２のステータ１９の本体部１９ｆの拡大図を示
す。

【００２５】図４において、符号１０で示すものは、ロ
ータ軸７の７ａ部、第１のステータ１８の本体部１８
ｆ、または第２のステータ１９の本体部１９ｆに該当す
るものである。また符号８で示すものは潤滑皮膜であ
り、符号９で示すものは、潤滑皮膜８の内に添加される
潤滑粒子である。

【００２６】（実施例２）実施例２を図５に示す。図１
は第１及び第２のステータの底面の中心部にロータ軸が
通る穴を設け、その穴でロータ軸を受けたものである
が、図５は第１及び第２の内側磁極の先端でロータ軸を
受けたものである。

【００２７】この場合のロータ軸１１は、マグネットの
嵌合部以外はストレート形状で良い。ロータ軸とステー
タの耐久特性は実施例１と同様に良好である。図２はス
テップモータの断面図であり、図３（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）は図２のＡ−Ａ線で断面図を示し、図３
の（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は図２のＢ−Ｂ線で
断面図を示している。図３の（ａ）と（ｅ）とが同時点
での断面図である。次に本発明のステップモータの動作
を説明する。

【００２８】図３の（ａ）と（ｅ）の状態からコイル２
及び３に通電して、第１のステータ１８の外側磁極１８
ａ、１８ｂをＮ極とし、内側磁極１８ｃ、１８ｄをＳ極
とし、第２のステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂを
Ｎ極とし、内側磁極１９ｃ、１９ｄをＳ極に励磁する
と、ロータであるマグネット１は反時計方向に４５度回
転し、図３の（ｂ）、（ｆ）に示す状態になる。

【００２９】次にコイル３への通電を反転させ、第２の
ステータ１９の外側磁極１９ａ、１９ｂをＳ極とし、内
側磁極１９ｃ、１９ｄをＮ極とし、第１のステータ１８
の外側磁極１８ａ、１８ｂをＳ極とし、内側磁極１８
ｃ、１８ｄをＮ極としに励磁すると、ロータであるマグ
ネット１は更に反時計方向に４５度回転し、図３の
（ｄ）、（ｈ）に示す状態になる。以後、このようにコ
イル２及び３に通電方向を順次切換えていくことにより
ロータであるマグネット１は通電位相に応じた位置へと
回転していくものである。

【００３０】ここで、このような構成のステップモータ
がモータ超小型化する上で最適な構成であることについ
て述べる。ステップモータの基本構成について述べる
と、第１に、マグネットを中空の円筒形状に形成してい
ること、第２に、マグネットの外周面を周方向にｎ分割
して異なる極に交互に着磁していること、第３に、マグ
ネットの軸方向に第１のコイルとマグネットと第２のコ
イルを順に配置していること、第４に、第１、第２のコ
イルにより励磁される第１、第２のステータの外側磁極
及び内側磁極をマグネットの外周面及び内周面に対向さ
せていること、第５に、ロータ軸は、第１及び第２のス
テータの一部、特に第１及び第２のステータ底面の中心
に設けられたロータ軸が通る穴部もしくは第１及び第２
のステータの内側磁極の先端部でロータ軸の軸方向をダ
イレクトに受ける。ロータ軸とロータ軸の軸方向を受け
るステータに安価なメッキにより潤滑皮膜を形成するこ
と、である。

【００３１】したがって、このステップモータの径はマ
グネットの径にステータの磁極方向を対向して設けるだ
けの大きさがあればよく、また、ステップモータの軸方
向の長さは、マグネットの長さに第１のコイルと第２の
コイルの長さを加えただけの長さがあれば良いことにな
る。このため、ステップモータの大きさは、マグネット
及びコイルの径と長さによって決まるもので、マグネッ
ト及びコイルの長さをそれぞれ小さくすればステップモ
ータを超小型化できる。さらにロータ軸とロータ軸のス
ラスト方向をダイレクトに受けその接触部に潤滑皮膜を
形成することで安価なコストで長時間使用でも安定した
回転トルクが得られる超小型なステップモータを提供で
きる。

【００３２】また、マグネット及びコイルの径と長さを
それぞれ非常に小さくすると、ステップモータとしての
精度を維持することが難しくなるが、これはマグネット
の中空を円筒形状に形成し、この中空の円筒形状に形成
されたマグネットの外周面及び内周面に第１、第２のス
テータの外側磁極及び内側磁極を対向させる単純な構造
によりステップモータとしての精度の問題を解決してい
る。この時、マグネットの外周面だけでなく、マグネッ
トの内周面も円方向に着磁すれば、モータの出力を更に
効果的にすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、円筒形
状に形成されるとともに少なくともその外周面を周方向
にｎ分割して異なる極に交互に着磁されたマグネット及
び該マグネットに固着されたロータ軸を備え、前記マグ
ネットの軸方向に第１のコイルと前記マグネットと第２
のコイルを順に配置し、前記第１のコイルにより励磁さ
れる第１の外側磁極及び第１の内側磁極からなる第１の
ステータを前記マグネットの一端の外周面及び内周面に
対向させるとともに、前記第２のコイルにより励磁され
る第２の外側磁極及び第２の内側磁極からなる第２のス
テータを前記マグネットの他端側の外周面及び内周面に
対向させ、前記第１及び第２のステータの内側磁極のい
ずれかで前記ロータ軸のいずれかの接触部に潤滑皮膜が
形成されていることを特徴とする構造であるため従来と
は異なる全く新規な構成のモータとすることができ、モ
ータを超小型化するうえで最適な構成である。

【００３４】マグネットを中空の円筒形状に形成し、こ
の中空の円筒形状に形成されたマグネットの外周面及び
内周面に第１、第２の外側磁極及び内側磁極を対向させ
ることによりモータとして効果的な出力を得ることがで
きる。さらにロータ軸受をステータの一部でロータ軸の
軸方向を受け、その接触部には潤滑皮膜を形成すること
でステータを長時間使用でも安定した回転トルクが得ら
れる超小型なステップモータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例１のステップモータの分
解斜視図である。

【図２】図２は図１に示すステップモータの組み立て完
成状態の断面図である。

【図３】図３は図２に示すステップモータのロータ回転
動作説明図である。

【図４】図４は図１のロータ軸の７ａ部及びステータ１
８ｆ、１９ｆの拡大図である。

【図５】図５は本発明の実施例２のステップモータの断
面図である。

【図６】図６は従来例の小型円筒形ステップモータの断
面図である。

【図７】図７はステータコイルへの通電により発生する
磁束の状況を説明するための図である。

【符号の説明】

１マグネット１ａ、１ｃＳ極１ｂ、１ｄＮ極２第１のコイル３第２のコイル７ロータ軸７ａロータ軸表面８Ｎｉ−Ｐ９潤滑材の粒子１０ロータ軸及びステータ１１実施例２のロータ軸１８第１のステータ１８ａ、１８ｂ外側磁極１８ｃ、１８ｄ内側磁極１８ｅロータ軸７の嵌合穴１８ｆステータの表面１９第２のステータ１９ａ、１９ｂ外側磁極１９ｃ、１９ｄ内側磁極１９ｅロータ軸７の嵌合穴１９ｆステータの表面２０保持部材２０ａ、２０ｂ外側磁極１８ａ、１８ｂの挿入溝２０ｃ、２０ｄ外側磁極１９ａ、１９ｂの挿入溝２０ｅ、２０ｆ保持部材２０の内面側の突出部１０１ボビン１０２ステータ１０３ケース１０５ステータコイル１０６ステータヨーク１０６ａ、１０６ｂステータ歯１０８軸受け１０９ロータ１１０ロータ軸１１１ロータ磁石１１５フランジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形状に形成されるとともに少なくとも
その外周面を周方向にｎ分割して異なる極に交互に着磁
されたマグネット及び該マグネットに固着されたロータ
軸を備え、前記マグネットの軸方向に第１のコイルと前
記マグネットと第２のコイルを順に配置し、前記第１の
コイルにより励磁される第１の外側磁極及び第１の内側
磁極からなる第１のステータを前記マグネットの一端の
外周面及び内周面に対向させるとともに、前記第２のコ
イルにより励磁される第２の外側磁極及び第２の内側磁
極からなる第２のステータを前記マグネットの他端側の
外周面及び内周面に対向させ、前記第１及び第２のステ
ータの内側磁極のいずれかで前記ロータ軸のいずれかの
接触部に潤滑皮膜が形成されていることを特徴とするモ
ータ。
【請求項２】前記潤滑皮膜は、潤滑材の粒子を含むメッ
キ膜で形成されることを特徴とする請求項１に記載のモ
ータ。
【請求項３】前記潤滑皮膜は無電解メッキで形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】前記メッキ膜は、その基材がＮｉ−Ｐまた
はＮｉ−Ｂのいずれかであることを特徴とする請求項２
ないし３のいずれか１つに記載のモータ。
【請求項５】前記メッキ膜の膜厚は３〜２０μｍである
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記
載のモータ。
【請求項６】前記潤滑材の粒子は、黒鉛、テフロン、二
硫化モリブデン、セラミックスの少なくともいずれか一
種類が添加されていることを特徴とする請求項２に記載
のモータ。
【請求項７】前記セラミックスは、ＳｉＣ、ＷＣなどの
炭化物、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮなどの窒化物、ＣｒＯ₂、
ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂などの酸化物のうちから選択される
ことを特徴とする請求項６に記載のモータ。
【請求項８】前記潤滑材の粒子の添加量は、１〜８ｖｏ
ｌ％であることを特徴とする請求項６記載のモータ。