JP2001095222A - ステッピングモータおよびそれを用いた機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 減速機構を介することなく、所要のステップ
角が得られるとともに、構造簡易な低コストで高生産性
のステッピングモータおよびそれを用いた機器を提供す
る。 【解決手段】 ステータ４が内側、ロータ２０が外側に
配設され、前記ステータ４を中心としてその周りを前記
ロータ２０が回転するアウターロータ構成とするととも
に、ステータフレーム２およびロータフレーム７を、摺
動性に優れた特殊エンプラで構成して軸承材を不要とし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力パルス信号に
応じて所定ステップ角ずつ回転するステッピングモータ
および該ステッピングモータを指針駆動部に用いた速度
計や燃料計といった計器あるいはステッピングモータを
用いた表示器などの各種の機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車や二輪車に搭載され
る速度計等の指針駆動部には、図９に示されるように、
ステッピングモータを用いたものがある。

【０００３】同図において、３０はステッピングモータ
であり、この例は、マグネットと巻線電流とによって励
磁されるＰＭ形（Permanent magnet type）のステッピ
ングモータを示しており、３１はインナロータ、３２は
ステータであり、インナロータ３１のシャフトが出力軸
として複数のギアからなる減速機構３３を介して速度計
の指針軸３４に連結されており、インナロータ３１の回
転が、減速機構３３を介して指針軸３４に伝達され、目
盛板３５上の指針３６によって速度が指示されるように
構成されている。

【０００４】このような従来例のステッピングモータで
は、図１０に示されるように、ステータ３２は、リング
状に巻いた励磁コイル３２ｂと誘導子３２ａ各２組より
形成され、小径のインナーロータ３１の外周方向に沿っ
て多極の着磁を形成しているので、速度計等の指針３６
のステップ角を得るための誘導子３２ａの歯数およびイ
ンナーロータ３１の極数の増加には限界があり、上述の
ように減速機構３３を介在させる必要がある。このた
め、小形化および性能向上を図る上で障害となってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本件発明者ら
は、平成９年１０月６日提出の特願平９−２７２４２４
号（特開平１１−１１３２３６号）「ステッピングモー
タおよびそれを用いた計器」において、ステータを中心
としてその周りをロータが回転する、いわゆるアウター
ロータ形のステッピングモータを提案し、従来例のイン
ナーロータ形に比べて、ロータの内径およびステータの
外径を大きくとることができるようにし、これによっ
て、例えばロータに多極の着磁を形成したり、ステータ
に小歯を形成するのを容易とし、計器の指針を駆動する
ための所要のステップ角を得ることができるようにし
た。

【０００６】しかしながら、車載用計器および諸表示器
などの各種機器の高指示精度化、小型薄型化による量産
化を図るためには、さらに、構造の簡素化による生産性
の向上と、コストの低減を図らねばならない。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、構造簡易な低コストで高生産性のステッピン
グモータおよびそれを用いた計器や表示器といった各種
の機器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【０００９】すなわち、本発明のステッピングモータ
は、入力パルス信号に応じて所定ステップ角ずつ回転す
るステッピングモータにおいて、ステータが内側、ロー
タが外側に配設され、前記ステータを中心としてその周
りを前記ロータが回転するものであって、ステータフレ
ームに、ころがり軸承、すべり軸承等の軸承材を介する
ことなく、前記ステータを中心として周りをロータが回
転するものである。

【００１０】本発明によると、ステータを中心としてそ
の周りをロータが回転する、いわゆるアウターロータ形
としているので、インナーロータ形に比べて、ロータの
内径およびステータの外径を大きくとることができ、こ
れによって、例えばロータに多極の着磁を形成したり、
ステータに小歯を形成するのが容易となり、所要のステ
ップ角を得ることができる。また、ステータフレームに
は、ころがり軸承、すべり軸承等の軸承材を介在させな
いので、その分、構成が簡素化されて部品点数および組
立工数が削減される。

【００１１】本発明の一実施態様においては、ロータフ
レームは、出力軸に連結されて前記ステータに対向して
該ステータを包むように配置され、前記出力軸および前
記ロータの少なくとも一方が、ロータフレームにインサ
ート成形または圧入されるものである。

【００１２】本発明によると、ロータフレームを、摺動
性の良好なエンジニアリングプラスチック材料などの樹
脂材料を使用してインサート成形することで組立工数を
さらに削減できる。

【００１３】また、本発明の一実施態様においては、前
記ステータフレームと前記ロータフレームとの接触面
に、ころがり軸承、すべり軸承等の軸承材を介すること
なく前記ロータが回転するものである。

【００１４】本発明によると、ステータフレームとロー
タフレームとの接触面に軸承材を介在させないので、部
品点数および組立工数が削減される。

【００１５】さらに、本発明の好ましい一実施態様にお
いては、前記ロータフレームの外周面に、周方向に沿っ
て歯を形成して歯車としている。

【００１６】本発明によると、ロータフレーム自体が歯
車となるので、出力軸に別途歯車を設けて回転動力を取
り出す必要がない。

【００１７】また、本発明の他の実施態様においては、
前記ステータフレームは、エンジニアリングプラスチッ
ク材料からなるものである。

【００１８】本発明によると、摺動性に優れたエンジニ
アリングプラスチック材料を用いることにより、軸承材
を無くすことができる。

【００１９】本発明の機器は、本発明に係るステッピン
グモータを備え、前記ロータフレームの外周面に、所要
の表示を形成している。

【００２０】ここで、所要の表示とは、記号、数字、文
字あるいは図形などの計器や表示器などの機器として必
要な表示をいう。

【００２１】本発明によると、従来例のような減速機構
を介することなく、所要のステップ角を得ることがで
き、計器や表示器などの機器の小形化および性能の向上
を図ることができ、しかも、ロータフレームの外周面を
表示面とすることができるので、別途表示用の部材を設
ける必要がない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について、詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の一つの実施の形態に係る
ＨＢ形のステッピングモータの構成を示す縦断側面図で
あり、図２は、その切断面線Ａ−Ａから見た断面図であ
る。

【００２４】この実施の形態のステッピングモータ１
は、ステータフレーム２の中央位置に、下方へ延出され
た出力軸３が回転自在に支持されており、この出力軸３
を中心としてステータ４が固定位置に配設されており、
このステータ４は、積層コア５に励磁コイル６が巻回さ
れて構成され、このステータ４は、周方向に沿って等間
隔のピッチで６個の歯（極歯）５ａを有しており、さら
に、その先端部には、それぞれ多数の小歯５ｂを有して
いる。

【００２５】出力軸３の上部には、ステータ４に対向し
て該ステータ４を包むように配設されたロータフレーム
７が連結されており、該ロータフレーム７の回転によっ
て出力軸３が一体に回転するように構成されている。こ
のロータフレーム７は、ステータ４に対向して配置され
たマグネット８およびその上下の積層コア（ロータ鉄
心）９からなるロータ２０を備えており、前記積層コア
９の内周には、ステータ５の小歯５ｂに対応する多数の
歯９ａを有しており、出力軸３の軸方向に磁化された前
記マグネット８の上側の積層コア９の歯と下側の積層コ
ア９の歯とは、互いに１／２ピッチずれている。また、
前記ステータ４は、ステータフレーム２を介して金属鋼
板印刷配線板１０に固定されている。

【００２６】以上の構成を有するＨＢ形のステッピング
モータ１では、互いに離反するように延びる一対の極歯
５ａの励磁コイル６にパルス状の駆動電流を順次流すこ
とにより、ステータ４の極歯５ａの先端の小歯５ｂが磁
化されてロータ磁極９の歯９ａが吸引されて該ロータ２
０が歩進回転するものである。

【００２７】このように、ステータ４を中心としてその
周りをロータ２０が回転する、いわゆるアウターロータ
形としているので、インナーロータ形に比べて、ロータ
２０の内径およびステータ４の外径を大きくとることが
でき、ロータ２０の歯数およびステータ４の歯数を大き
く設計できることなり、これによって、ステッピングモ
ータ１のステップ角を小さくでき、後述の図７に示され
る計器の指針を駆動する所要のステップ角と等しくする
ことができる。また、磁路を大きく設計できるので、ト
ルクを増加させることができる。

【００２８】さらに、この実施の形態では、出力軸３と
ステータフレーム２との間あるいはステータフレーム２
とロータフレーム７との間には、従来から使用されてい
るような半径方向および軸方向の転がり軸承、すべり軸
承等の軸承機構を介することなく、近年、高機能化され
た樹脂製摺動材であるエンジニアリングプラスチック
（以下「エンプラ」という）を使用してステータフレー
ム２およびロータフレーム７を構成しており、これによ
って、構造が簡素化されて、小形化、薄型化を図ること
ができるとともに、高性能化を図ることができ、さら
に、コストの低減および生産性の向上を図ることができ
る。なお、本発明の他の実施の形態として、ロータフレ
ーム７は、従来と同じ材料を使用してステータフレーム
２とロータフレーム７との間には軸承を設けてもよい。

【００２９】このエンプラとしては、耐熱性等が高い特
殊エンプラ（スーパーエンプラ）、例えば、ポリサルホ
ン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート
（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテ
ルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐ
ＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、フッ素樹脂（ＦＲ）な
どがある。

【００３０】この特殊エンプラとしては、自己潤滑性が
あること、振動吸収性があって、変動荷重の大きい所に
使用できること、軽量であること、化学的に安定である
ことが好ましい。

【００３１】特に、摺動性、寸法安定性、機械的強度が
重要であり、この実施の形態では、ポリフェニレンサル
ファイド（ＰＰＳ）を使用している。

【００３２】また、この実施の形態では、組立に際して
は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなるロ
ータフレーム７に、出力軸３を圧入するとともに、ロー
タ２０を構成するマグネット８および積層コア９を圧入
して構成している。なお、本発明の他の実施の形態とし
て、ロータフレーム７と、出力軸３あるいはロータ２０
とをインサート成形してもよく、この場合には、組立工
数がさらに削減されることになる。

【００３３】このように特殊エンプラであるポリフェニ
レンサルファイド（ＰＰＳ）を、ステータフレーム２お
よびロータフレーム７の材料として用いることにより、
軸承機構を無くしたステッピングモータ１のモータ特性
を以下に示す。

【００３４】先ず、この実施の形態のステッピングモー
タ１の仕様は、下記の表に示される通りである。

【００３５】

【表１】

【００３６】かかる仕様のステッピングモータ１を、図
３に示されるように、プーリ２１、重り２２、棒形テン
ションゲージ２３などを用いてコードプーリ法によって
モータ１の回転数に対するトルクの変化を測定した結果
が、図４に示されており、この図４から明らかなように
実用上十分な特性が得られた。

【００３７】以上のように、高機能化された樹脂製摺動
材である特殊エンプラを、ステータフレーム２およびロ
ータフレーム７に使用することにより、摺動部のベアリ
ングレス化が可能となり、これによって、構造が簡素化
されて、小形化、薄型化を図ることができるとともに、
コストの低減および生産性の向上を図ることができる。
さらに、この実施の形態のステッピングモータ１は、
前記ステータ４を中心として、その周りをロータ２０が
回転する、いわゆるアウタロータ形とし、さらに、ロー
タフレーム７を特殊エンプラで構成しているので、前記
ロータフレーム７の外側に歯を形成して歯車とすること
により、多種類の用途に対応した任意のステップ角が選
択できる。

【００３８】図５は、図１のステッピングモータ１のロ
ータフレーム７の側面に小歯７ａを構成して歯車とした
場合の構成図であり、図６は、その切断面線Ａ−Ａから
見た断面図であり、図１に対応する部分には、同一の参
照符号を付す。

【００３９】前記ステッピングモータ１および歯車１２
は、金属鋼板印刷配線板１０に夫々固定されており、前
記歯車１２は、出力軸１１と軸承１３により構成されて
いる。 この実施の形態では、前記ステッピングモータ
１のロータフレーム７の外側に構成された小歯７ａによ
り、前記ステッピングモータ１の回転力を前記歯車１２
の歯１２ａを介して出力軸１１に伝達するので、ステッ
ピングモータ１のロータフレーム７による歯車と前記歯
車１２との歯数比の選択により、前記歯車１２の出力軸
１１より任意に所要のステップ角を得ることができる。

【００４０】つまり、ステッピングモータ１の内部構成
を変更することなく、歯車１２の選択によって出力軸１
１から所要のステップ角を得ることができる。

【００４１】さらに、ロータフレーム７の上面や側面な
どの外周面に、回転表示を行うための記号、文字、数字
あるいは図形等の所要の表示を形成すれば、種々の計器
並びに表示器の表示が可能となり、簡素化による生産性
の向上とコストの低減を図ることができる。

【００４２】図７は、図１のステッピングモータ１を、
目盛板に対する指針の回転によって速度なとの表示を行
う計器の駆動源とした場合の概略構成図であり、図１に
対応する部分には、同一の参照符号を付す。

【００４３】この計器は、ステッピングモータ１のロー
タフレーム７の上面に対応する開口を有する目盛板２４
に対してステッピングモータ１を配置したものであっ
て、ロータフレーム７の上面には、前記目盛板２４に対
する指針２５が印刷あるいは接着などの適宜の手法で形
成されており、ステッピングモータ１の出力軸３の回転
と一体にロータフレーム７、したがって、指針２５が回
転するように構成されている。

【００４４】ステッピングモータ１は、上述のように、
そのステップ角を、計器の目盛板２４の所要のステップ
角と等しくできるので、図９の従来例のように、複数の
ギアからなる減速機構を介在させることなく、ステッピ
ングモータ１のロータフレーム７で直接計器の指針２５
を駆動することができる。

【００４５】これによって、計器の構造が簡素化されて
小形化、薄型化を図ることができるとともに、高性能化
を図ることができ、さらに、コストの低減および耐久性
の向上を図ることができる。

【００４６】なお、本発明の他の実施の形態として、ロ
ータフレーム７の上面に目盛を表示して目盛板とし、ロ
ータフレーム７の外周の固定位置に指針を配置し、ロー
タフレーム７の目盛板を回転させるようにしてもよい。

【００４７】また、本発明の他の実施の形態として、ロ
ータフレーム７の側面に目盛などの所要の表示を形成し
て図８に示されるように、ケース２６に収納したステッ
ピングモータ１のロータフレーム７の側面をケース２６
の開口から回転自在に露呈させ、ステッピングモータ１
の回転によってロータフレーム７を回転させてその側面
で表示を行うような回転ドラム式の表示器にしてもよ
い。

【００４８】このようにロータフレームの外周面に所要
の表示を形成して計器などの表示部を構成するので、別
途、指針や目盛板などの表示部材を必要とする従来例に
比べて、構成が簡素化されるとともに、部品点数が削減
されてコストの低減を図ることができる。

【００４９】なお、本発明は、速度計に限らず、燃料
計、油圧計、水温計あるいは排気温度計などの他の計
器、また、タイムスイッチやタイマなどの計測機器ある
いパチンコの回転ドラム式の表示器などとして適用でき
るのは勿論である。

【００５０】なお、上述の実施の形態では、アウタロー
タＨＢ形ステッピングモータに適用して説明したけれど
も、アウタロータＰＭ形ステッピングモータあるいはア
ウタロータＶＲ形ステッピングモータに適用してもよい
のは勿論である。

【００５１】この実施の形態では、ステータを、積層コ
アに励磁コイルが巻回された構成としているので、ロー
タを、マグネットを有するロータ、積層コアを有するロ
ータあるいはマグネットおよび積層コアを有するロータ
のいずれかの構成とすることにより、ＰＭ形、ＶＲ形あ
るいはＨＢ形のステッピングモータとすることができ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジニ
アリングプラスチック材料を用いてステータフレームに
は、軸承材を介在させないので、その分、構成が簡素化
されて部品点数および組立工数が削減されてコストの低
減を図ることができる。

【００５３】また、本発明によれば、ロータフレーム自
体が歯車となるので、出力軸に別途歯車を設けて回転動
力を取り出す必要がなく、部品点数および組立工数の一
層の削減を図ることができる。

【００５４】さらに、ロータフレームの外周面に、所要
の表示を形成しているので、別途表示用の部材を設ける
必要がなく、計器や表示器などの機器のコストを低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＨＢ形のステッピン
グモータの縦断側面図である。

【図２】図１の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。

【図３】図１のステッピングモータの特性の測定方法を
示す図である。

【図４】図１のステッピングモータの特性図である。

【図５】本発明の他の実施の形態の縦断面図である。

【図６】図５の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。

【図７】本発明のステッピングモータを用いた計器の概
略構成図である。

【図８】本発明のステッピングモータを用いた表示器の
概略構成図である。

【図９】従来例の計器の縦断側面図である。

【図１０】従来例の斜視図である。

【符号の説明】

１ ステッピングモータ ２ ステータフレーム ３ 出力軸 ４ ステータ ７ ロータフレーム ２０ ロータ ２５ 指針

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 7/10 Ｈ０２Ｋ 7/10 Ｃ (72)発明者 村上 佳隆 岡山県岡山市海吉2075番地 オムロン岡山 株式会社内 (72)発明者 五味 寛二 長野県諏訪郡富士見町落合字南原山13414 −１ ゴコー電工株式会社内 (72)発明者 宮坂 英夫 長野県諏訪郡富士見町落合字南原山13414 −１ ゴコー電工株式会社内 Ｆターム(参考） 5H607 AA00 AA17 BB10 BB14 BB17 CC01 CC03 DD01 DD02 DD14 DD19 EE28 EE31 GG01 GG02 GG09 KK07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力パルス信号に応じて所定ステップ角
   ずつ回転するステッピングモータにおいて、 ステータが内側、ロータが外側に配設され、前記ステー
   タを中心としてその周りを前記ロータが回転するもので
   あって、 ステータフレームに、ころがり軸承、すべり軸承等の軸
   承材を介することなく、前記ステータを中心として周り
   をロータが回転することを特徴とするステッピングモー
   タ。
2. 【請求項２】 ロータフレームは、出力軸に連結されて
   前記ステータに対向して該ステータを包むように配置さ
   れ、前記出力軸および前記ロータの少なくとも一方が、
   ロータフレームにインサート成形または圧入される請求
   項１記載のステッピングモータ。
3. 【請求項３】 前記ステータフレームと前記ロータフレ
   ームとの接触面に、ころがり軸承、すべり軸承等の軸承
   材を介することなく前記ロータが回転する請求項１また
   は２記載のステッピングモータ。
4. 【請求項４】 前記ロータフレームの外周面に、周方向
   に沿って歯を形成して歯車とした請求項１ないし３のい
   ずれかに記載のステッピングモータ。
5. 【請求項５】 前記ステータフレームは、エンジニアリ
   ングプラスチック材料からなる請求項１ないし４のいず
   れかに記載のステッピングモータ。
6. 【請求項６】 前記請求項１ないし５のいずれかに記載
   のステッピングモータを備え、前記ロータフレームの外
   周面に、所要の表示を形成したことを特徴とする機器。