JP2002291207A - ロータおよびこれを備えたステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨時のバリの発生が確実に防止され、か
つ、短時間に組立が可能なロータを提供すること。 【解決手段】 ロータ３３は、ロータコア１１間にマグ
ネット６を挟み、シャフト９を挿通した状態で円筒部２
７全体を難燃性合成樹脂からなる樹脂層２３で被覆した
後、円筒部２７の周面を被覆層２３ごと研磨して得ら
れ、研磨後のロータ３３の円筒部２７周面には、ロータ
コア１１の小歯１９が合成樹脂層２３の中に一定ピッチ
で非連続に露出した状態となる。円筒部２７の両端面
は、所定の厚みで樹脂層２３により略全面にわたり被覆
されており、円筒部２７の端面中央（シャフト９の周
囲）に対応する部分では、樹脂層２３が肉厚に成形され
て位置調整部２５を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タに使用されるロータの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは、ロータと呼ばれ
る回転子を備え、このロータは、二つあるいはそれ以上
の円盤形状のロータコア（鉄心）の間に、円盤形状のマ
グネットを挟みこむようにして中央の穴にシャフトを貫
通させることにより組み立てられており（図５（Ａ）参
照）、ステッピングモータ内に回転可能に装着されてい
る。ステッピングモータは、内部の巻線に電流を流すこ
とによって生じる磁極と前記ロータの磁石により与えら
れる磁極の反発によって回転する。

【０００３】図４は、従来のステッピングモータ５０の
分解斜視図である。このステッピングモータ５０は、上
記ロータ３１、ステータユニット３２、上下のブラケッ
ト８ａ、８ｂを主要な構成としている。ロータ３１は、
図５（Ａ）に示すように、１本のシャフト９と、ここで
は２つのロータコア１１および１つのマグネット６で構
成されている。ロータコア１１は、珪素鋼板を積層した
ものであり、ロータ３１が組み込まれるステッピングモ
ータ５０に要求される諸特性に応じて積層枚数が調整さ
れる。マグネット６はフェライトおよびネオジミウムの
比率をステッピングモータの必要トルクに応じて調整し
たものが使用される。シャフト９は、ロータコア１１を
強固に固定するため、ローレット加工やステーキング加
工を施したものが使用されている。シャフト９にロータ
コア１１を固定する際には、二つのロータコアの小歯１
９（図５（Ａ）参照）を正確に１／２ピッチづつ、ずら
して固定する。また、ロータコア１１の両側部には、数
枚のワッシャー７が、ロータの厚さ方向の位置を調整す
るために装着される（図５（Ｃ）参照）。なお、本明細
書では、図５（Ａ）に示す、ロータコア１１、１１間に
マグネット６を挟持してなる円筒形状の部分（符号２
７）を便宜上、「円筒部」と称する。

【０００４】ステータユニット３２は、珪素鋼板を積層
することにより構成される多数の腕部を持ったステータ
コア（鉄心）１３と、該腕部の巻線１５（後述の図３参
照）と、ステータコア１３と巻線１５の間を絶縁するた
めの上下のインシュレータ１２ａ、１２ｂから構成され
ている。また、巻線１５は、基板３およびリード線５か
らなるハーネスユニットと接続されている。

【０００５】ステッピングモータの組立時には、ロータ
３１およびステータユニット３２をそれぞれ別個に組み
立てた後、ステータユニット３２内の空間にロータ３１
を嵌め込み、上ブラケット８ａおよび下ブラケット８ｂ
で挟持してねじ１４によって封止する。ロータ３１のシ
ャフト９は、軸受２、２を介して上下のブラケット８
ａ、８ｂの中央部の穴に挿通され、シャフト９の一端に
はプーリ１０を装着する。

【０００６】以上のような構成のステッピングモータ５
０において、軸受２、２によって支持されたロータ３１
がステータユニット３２内で円滑な回転運動を行うため
には、ロータ３１の円筒部２７周面とステータコア１３
内面との間に均一なギャップ（通常５０μｍ程度であ
る）を確保する必要があり、ロータ３１の周面およびス
テータコア１３の内面には十分な研磨が施される。特
に、ロータ３１については、シャフト９の挿入後に、真
円度、直角度および外径寸法を調整するため、円筒部２
７のロータコア１１外周に突起している小歯面１９を砥
石で研磨するとともに、円筒部２７の寸法を測定した後
にワッシャー７を円筒部２７の両側に装着して円筒部２
７の厚み方向への位置調整を行っている。

【０００７】しかし、円筒部２７周面の研磨を行うと、
図６（Ａ）に示すようにロータコア１１の小歯１９の縁
にバリ６１が発生する。バリ６１は、ステッピングモー
タ内で剥離してステータユニット３２とロータ３１の間
に挟まって正常な回転を阻害したり、異常音の発生など
を引き起こす原因となるため、ロータ３１の組立工程で
バリ６１の除去は極めて重要な作業となる。このため従
来は、円筒部２７周面の研磨後にショットブラストやバ
フを用いてバリ６１の除去を行っていた（図６（Ｂ）参
照）。

【０００８】また、研磨時のバリ発生防止策として、円
筒部２７周面に接着剤の塗布を行う方法（接着剤塗布
法）が採用されてきた。この方法では、図５（Ｂ）およ
び同（Ｃ）に示すように、円筒部２７周面を研磨する前
に、接着剤４０をロータ３１の円筒部２７周面に小歯１
９を覆うようにくまなく均一に塗布して（図５
（Ｂ））、オーブンで熱乾燥（例えば、１３０℃、２時
間程度）して固化せしめた後、塗布した接着剤の上から
円筒部２７周面の研磨を行って、バリの発生防止と寸法
の均一化を図るものである（図５（Ｃ））。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の接着剤塗布法で
使用する接着剤は、１３０℃以上の高温環境でなければ
固化しない上、固化するまでに時間がかかり、直ぐに次
の研磨工程に移行できないため、組立にはバッチ処理が
必要となり、大量生産には不向きであった。また、接着
剤は固化する際に気泡が発生することがあるが、この気
泡部分では研磨時にバリの防止作用が機能せず、バリの
発生を完全に防ぐことが困難であるという欠点もあっ
た。しかも、接着剤としては比較的粘度の高いものを使
用するため、接着剤をロータコアの小歯と小歯の間に均
一に、かつ隈なく塗布することはかなり困難な作業であ
り、十分な塗布を行うには修正作業が必要で所要時間が
長くなるという問題があった。また、使用する接着剤自
体も特殊なものであり、冷蔵保管が必要な上、ポットラ
イフも６ヶ月と短いために取り扱いが不便であった。さ
らに、ロータ円筒部の周面に接着剤の塗布を行う際、ど
うしても接着剤が側方にはみ出るため、円筒部両端面の
切削作業が必要になることや、接着剤がシャフトなどに
付着するという弊害もあった。

【００１０】したがって、研磨時のバリの発生が確実に
防止され、かつ、短時間に組立が可能なロータの提供が
望まれていた。これが本発明の課題である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載のロータの発明は、隣接するロータ
コア間にマグネットを挟持してなる円筒部と、該円筒部
の中心に貫装されたシャフトと、を有するステッピング
モータ用のロータであって、前記円筒部は、その外表面
に合成樹脂材を用いて一体成形により形成した樹脂層を
有し、且つ、該樹脂層が形成された状態で周面が研磨さ
れたものである、ことを特徴とする。この特徴によれ
ば、ロータの円筒部は、合成樹脂材を用いて一体成形に
より形成した樹脂層を有するとともに、その樹脂層が形
成された状態で周面が研磨されたものであるため、樹脂
層の存在によって小歯における研磨時のバリの発生が確
実に防止されている。

【００１２】請求項２に記載のロータの発明は、隣接す
るロータコア間にマグネットを挟持してなる円筒部と、
該円筒部の中心に貫装されたシャフトと、を有するステ
ッピングモータ用のロータであって、前記円筒部は、そ
の周面および両端面を被覆する樹脂層を有するととも
に、前記ロータコアの小歯が樹脂層から表出した状態の
研磨された周面を持つことを特徴とする。この特徴によ
れば、請求項１と同様の作用効果を有する。

【００１３】請求項３に記載のロータの発明は、請求項
１または２において、前記樹脂層は、前記円筒部の両端
部に対応する部分に、位置調整部が一体的に成形されて
いるものであることを特徴とする。この特徴によれば、
ロータ円筒部の厚み方向の位置を調整するための位置調
整部が樹脂層と一体的に成形されているため、従来技術
のように別途ワッシャーを配備して微妙な位置調整を行
う必要がない。また、樹脂層の成形によって精密な位置
調整が可能になるため、円筒部の厚み公差を大幅に少な
くすることが可能になる。したがって、ステッピングモ
ータの組立における部品点数と工程時間の削減が可能に
なるとともに、品質の向上が図られる。

【００１４】請求項４に記載のロータの発明は、請求項
１から３のいずれか１項において、研磨直後の樹脂層の
前記円筒部周方向への盛り上がり幅が、周面に表出して
いる前記円筒部のロータコアの小歯を基準にして４μｍ
以下であることを特徴とする。この特徴によれば、研磨
直後の樹脂層の円筒部周方向への盛り上がり幅が上記範
囲であることにより、ロータの真円度とそれをステッピ
ングモータに組み込んだ状態での同心度が確保される。

【００１５】請求項５に記載のロータの発明は、請求項
１から３のいずれか１項において、温度１００℃、１時
間の加熱条件で、熱による樹脂層の前記円筒部周方向へ
の膨張幅が５μｍ以下であることを特徴とする。この特
徴によれば、熱による樹脂層の円筒部周方向への膨張幅
が上記範囲であることにより、ステッピングモータの使
用中の高温条件下でも、ロータの真円度や同心度が維持
され、品質が安定したものとなる。

【００１６】請求項６に記載のロータの発明は、請求項
１から３のいずれか１項において、温度６０℃、湿度８
０％、１００時間の湿度条件で、吸湿による樹脂層の前
記円筒部周方向への膨張幅が３０μｍ以下であることを
特徴とする。この特徴によれば、吸湿による樹脂層の円
筒部周方向への膨張幅が上記範囲であることにより、高
い湿度条件でもロータの真円度や同心度が維持され、品
質が安定したものとなる。

【００１７】請求項７に記載のロータの発明は、請求項
１から６のいずれか１項において、樹脂層が、ポリブチ
レンテレフタレート樹脂よりなることを特徴とする。こ
の特徴によれば、ポリブチレンテレフタレート樹脂は、
硬度、熱膨張性、吸湿膨張性等の性質において、ロータ
円筒部の被覆に使用する樹脂層に適した材質であるた
め、品質の高いロータが得られる。

【００１８】請求項８に記載のロータの発明は、請求項
１から７のいずれか１項において、樹脂層が強化樹脂よ
りなることを特徴とする。この特徴によれば、樹脂層と
して、例えばガラス繊維やミネラルを混入した強化ボリ
ブチレンテレフタレート等の強化樹脂を用いることによ
り、樹脂層の硬度や、耐熱性、耐湿性などの性質におい
て、より優れたロータとなる。

【００１９】請求項９に記載のステッピングモータの発
明は、請求項１から８のいずれか１項に記載のロータを
備えたことを特徴とする。この特徴によれば、ステッピ
ングモータにおいて、請求項１から８のいずれかと同様
の作用効果を奏する。

【００２０】請求項１０に記載のステッピングモータ用
ロータの製造方法の発明は、隣接するロータコア間にマ
グネットを挟持するようにシャフトを貫装し、インサー
ト成形法により、前記ロータコアとマグネットからなる
円筒部を合成樹脂で一体的に被覆した後、該円筒部の周
面を被覆樹脂ごと研磨することを特徴とする。この特徴
によれば、円筒部を合成樹脂で一体的に被覆することに
より、研磨時のバリの発生を確実に防ぐとともに、ロー
タの組立から研磨までを連続的に実施でき、所要工程お
よび処理時間を大幅に省略することが可能になる。すな
わち、従来の接着剤塗布法のように、気泡の生成による
バリの発生が起こることは無く、また、接着剤塗布法で
は、接着剤の塗布自体が難しい作業である上、接着剤が
固化するまで数時間を要するため連続処理が不可能であ
り、しかも円筒部端面にはみ出た接着剤の切削工程も必
要であったが、本発明方法では、樹脂層はインサート成
形により短時間で形成可能であるため、直ちに研磨工程
へ移行することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明ロータ３３の一実
施形態を示す平面図であり、図２は図１の部分切り欠き
斜視図である。このロータ３３は、ロータコア１１間に
マグネット６を挟み、シャフト９を挿通した状態（図５
（Ａ）の状態）で円筒部２７全体を難燃性合成樹脂から
なる樹脂層２３で被覆した後、円筒部２７の周面を樹脂
層２３の上から研磨して得られるものである。研磨後の
ロータ３３の円筒部２７周面には、ロータコア１１の小
歯１９が樹脂層２３の中に一定ピッチで非連続に露出し
た状態となる。また、円筒部２７の両端面は、所定の厚
みで樹脂層２３により略全面にわたり被覆されており、
円筒部２７の端面中央付近（シャフト９の周囲）に対応
する部分では、樹脂層２３が肉厚に成形されて位置調整
部２５を形成している。この位置調整部２５は、従来技
術のワッシャー７（図５（Ｃ）参照）に相当する機能を
有する。すなわち、ステッピングモータ５１のステータ
ユニット３２内でのロータ３３の円筒部２７の厚さ方向
の位置を正確に調整するために設けられている。このよ
うに、位置調整部２５を被覆合成樹脂で一体的に成形す
ることにより、ワッシャー７を重ねて位置調整を行うと
いう煩雑な作業が不要になるとともに、従来プラス・マ
イナス０．９ｍｍ程度必要とされていた公差を、プラス
・マイナス０．０５ｍｍ程度まで大幅に狭めることが可
能になり、品質の安定化が図られる。

【００２２】ロータ３３の被覆に使用する合成樹脂は、
難燃性であることが好ましく、例えば米国難燃性規格Ｕ
Ｌ９４でＶ−０グレードの難燃性合成樹脂を好適に利用
できる。

【００２３】また、被覆に使用する合成樹脂の材質は、
研磨直後の樹脂層２３の盛り上がり（円筒部２７の周面
に被覆された樹脂層２３の高さと小歯１９の高さとの
差）が４μｍ以下（例えば２〜４μｍ程度）となるよう
なものが好ましい。さらに、被覆に使用する合成樹脂は
熱膨張による経時変化が小さいものが、ロータ３３の回
転精度を維持する上で好ましく、例えば、１００℃、１
時間の加熱条件で円筒部２７周方向への膨張幅（円筒部
２７の周面に被覆された膨張後の樹脂層２３の高さと膨
張前の樹脂層２３の高さとの差。いずれも小歯１９の高
さを基準にして測定したもの）が５μｍ以下（例えば３
〜５μｍ程度）のものが好ましい。

【００２４】同様にロータ３３の回転精度を維持する上
で、樹脂は吸湿による経時変化が小さいものが好まし
く、例えば、温度６０℃、湿度８０％の条件で１００時
間経過後の吸湿による樹脂層２３の円筒部２７周方向へ
の膨張幅（円筒部２７の周面に被覆された膨張後の樹脂
層２３の高さと膨張前の樹脂層２３の高さとの差。いず
れも小歯１９の高さを基準にして測定したもの）が３０
μｍ以下（例えば、２５〜３０μｍ程度）のものが好ま
しい。なお、円筒部２７周面上に被覆された樹脂層２３
と小歯１９とが接する部分は、上記の高湿度条件でも盛
り上がりが殆ど生じないことが好ましい。

【００２５】また、樹脂の硬さが柔らかいものでは、研
磨工程において砥石の目詰まりを起こしてしまうため、
一定以上の硬度を有するものが好ましい。

【００２６】以上のような特徴を有する樹脂としては、
例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を挙げ
ることができ、特に、ガラス繊維やミネラルによって強
化されたＰＢＴ樹脂が好ましい。好適に利用可能な樹脂
の市販品としては、例えば、クラスティンＳ６８０Ｆ
Ｒ、クラスティンＳＫ６６２ＦＲ、クラスティンＨＴＩ
６８１ＦＲ（以上、商品名：デュポン社製）を挙げるこ
とができる。

【００２７】上記ロータ３３は、シャフト９に片側のロ
ータコア１１、マグネット６、他方のロータコア１１を
順次サンドイッチ状に装着して円筒部２７を組立てた
後、例えばインサート成形等の方法により、円筒部２７
を樹脂で包み込むように被覆成形することにより製造で
きる。樹脂層２３の成形時には、円筒部２７の端面を被
覆する樹脂層２３の厚さや、位置調整部２５の突出幅な
どを所望の値に調整することが可能である。

【００２８】図３は図１のロータ３３を組み込んだステ
ッピングモータ５１の一実施形態の内部構造を示す図面
である。ステッピングモータ５１において、本発明のロ
ータ３３は回転支持材としての軸受２によって支持さ
れ、円滑な回転運動が確保されている。前記したよう
に、ロータ３３で位置調整部２５が一体成形によって形
成されているため、ワッシャー７は使用していない。珪
素鋼板を積層することにより構成される多数の腕部を持
ったステータコア１３には、巻線１５がステータコア１
３の腕部にインシュレータ１２によって絶縁された状態
で巻装されている。本実施形態では、インシュレータ１
２は一体化されており、図４のように上、下、それぞれ
のインシュレータ１２ａ、１２ｂに分かれていないた
め、部品点数と組立工程が削減され、製造コストの低減
が図られている。このステッピングモータ５１は、リー
ド線５と基板３を介して電流を流すことによって、腕部
に与えられた磁極とロータ３３のマグネット６により与
えられる磁極の反発によってロータ３３を回転させるこ
とができる。ロータ３３に与えられた回転運動は、伝達
子であるプーリ１０を介して図示しない他の部品に伝達
される。図３において、他の構成は図４において述べた
ものと同様であるため、同一の構成には同一の符号を付
して説明を省略する。

【００２９】

【発明の効果】本発明ロータは、円筒部が合成樹脂から
なる樹脂層で一体的に被覆された後、周面が研磨されて
いるため、樹脂層の存在によって小歯における研磨時の
バリの発生が確実に防止されている。また、樹脂層には
ステッピングモータ内でのロータ円筒部の位置を調整す
る位置調整部が一体的に成形されているので、別途ワッ
シャーを配備して微妙な位置調整を行う必要がなくな
り、ステッピングモータの組立における部品点数と工程
時間の削減が可能になるとともに、品質の向上が図られ
る。さらに、本発明方法によれば、研磨時のバリの発生
を確実に防ぐとともに、ロータの組立から研磨までを連
続的に実施でき、所要工程および処理時間を大幅に省略
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ロータの説明に供する平面図。

【図２】本発明ロータの説明に供する部分切り欠き斜視
図。

【図３】本発明ステッピングモータの内部構造の説明に
供する図面。

【図４】従来のステッピングモータを説明に供する展開
斜視図。

【図５】接着剤塗布法による工程手順の説明に供する図
面であり、図５（Ａ）は研磨前のロータの状態を示し、
同（Ｂ）は接着剤を塗布した状態を示し、同（Ｃ）は、
研磨後の状態を示す。

【図６】研磨後の円筒部の小歯の状態を説明する図面で
あり、図６（Ａ）は研磨によりバリが生じた状態、同
（Ｂ）はバリが除去された状態を示す。

【符号の説明】

２ 軸受 ３ 基板 ４ 絶縁シート ５ リード線 ６ マグネット ７ ワッシャー ８ａ 上ブラケット ８ｂ 下ブラケット ９ シャフト １０ プーリー １１ ロータコア １２ａ 上インシュレータ １２ｂ 下インシュレータ １３ ステータコア １４ ねじ １５ 巻線 １９ 小歯 ２３ 樹脂層 ２５ 位置調整部 ２７ 円筒部 ３１ ロータ（従来技術） ３２ ステータユニット ３３ 本発明ロータ ４０ 接着剤 ５１ ステッピングモータ ６１ バリ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣接するロータコア間にマグネットを挟
   持してなる円筒部と、該円筒部の中心に貫装されたシャ
   フトと、を有するステッピングモータ用のロータであっ
   て、 前記円筒部は、その外表面に合成樹脂材を用いて一体成
   形により形成した樹脂層を有し、且つ、該樹脂層が形成
   された状態で周面が研磨されたものである、ことを特徴
   とする、ロータ。
2. 【請求項２】 隣接するロータコア間にマグネットを挟
   持してなる円筒部と、該円筒部の中心に貫装されたシャ
   フトと、を有するステッピングモータ用のロータであっ
   て、 前記円筒部は、その周面および両端面を被覆する樹脂層
   を有するとともに、前記ロータコアの小歯が樹脂層から
   表出した状態の研磨された周面を持つことを特徴とす
   る、ロータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記樹脂層
   は、前記円筒部の両端部に対応する部分に、位置調整部
   が一体的に成形されているものであることを特徴とす
   る、ロータ。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項におい
   て、研磨直後の樹脂層の前記円筒部周方向への盛り上が
   り幅が、周面に表出している前記円筒部のロータコアの
   小歯を基準にして４μｍ以下であることを特徴とする、
   ロータ。
5. 【請求項５】 請求項１から３のいずれか１項におい
   て、温度１００℃、１時間の加熱条件で、熱による樹脂
   層の前記円筒部周方向への膨張幅が５μｍ以下であるこ
   とを特徴とする、ロータ。
6. 【請求項６】 請求項１から３のいずれか１項におい
   て、温度６０℃、湿度８０％、１００時間の湿度条件
   で、吸湿による樹脂層の前記円筒部周方向への膨張幅が
   ３０μｍ以下であることを特徴とする、ロータ。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項におい
   て、樹脂層が、ポリブチレンテレフタレート樹脂よりな
   ることを特徴とする、ロータ。
8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれか１項におい
   て、樹脂層が強化樹脂よりなることを特徴とする、ロー
   タ。
9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか１項に記載の
   ロータを備えたステッピングモータ。
10. 【請求項１０】 隣接するロータコア間にマグネットを
    挟持するようにシャフトを貫装し、 インサート成形法により、前記ロータコアとマグネット
    からなる円筒部を合成樹脂で一体的に被覆した後、 該円筒部の周面を被覆樹脂ごと研磨することを特徴とす
    る、ステッピングモータ用ロータの製造方法。