JP2004064965A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コスト低減と特性向上を図る。
【解決手段】巻き線方向を異にした少なくとも一対の環状コイル４と、ヨーク５と、外周部に円周方向に対してＮ極とＳ極とが交互に着磁された円筒型マグネット１２と出力軸１１とを有するロータ構体１０を備える。ロータ構体１０が、プレス加工により形成された１個の取付プレート１３の軸孔１３ｃに出力軸１１を圧入するとともに外周部に形成したフランジ部１３ｂをマグネット１２の内周面に接合することにより、マグネット１２と出力軸１１とを一体化してなる。
【選択図】　図２

Description

【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関し、さらに詳しくは環状に配列した少なくとも一対のコイルの内部に円筒状のマグネットを有するロータ構体を回転自在に組み合わせてなるパーマネントマグネット型ステッピングモータ（以下、単にステッピングモータと称する。）における前記マグネットと出力軸との固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、巻き線方向を異にした少なくとも一対の環状コイルと多数個のクローポールを一体に折曲形成したヨークとを固定側とし、前記コイルの内部空間に円筒型マグネットと出力軸とを有するロータ構体を配置するとともに、このロータ構体をモータケースに対して軸受部材を介して回転自在に組み合わせて構成される。ステッピングモータは、ヨークやモータケース等の部材がプレス加工によって形成され、構造が簡易であることから比較的低コストであるといった特徴を有している。
【０００３】
ステッピングモータは、マグネットが外周部に円周方向に対してＮ極とＳ極とが交互に着磁され、Ａ相コイルとＢ相コイルとに対して方向を異にする駆動電流を選択的に供給することによってクローポールの励磁状態を切り換える。ステッピングモータは、クローポールの極性と相対するマグネットの磁極との間に生じる磁気的吸引力と磁気的反発力とによって、ロータ構体が間欠的に回転する。
【０００４】
従来のステッピングモータにおいては、ロータ構体が、マグネットと、このマグネットの内周面に外周部が接合固定された有底筒状のカップ部材と、このカップ部材の底面に形成した取付孔にかしめ付けされた筒状のブッシュ部材と、このブッシュ部材を貫通して形成された取付孔に圧入された出力軸等によって構成されている。かかるロータ構体は、カップ部材やブッシュ部材を有することから部品数及び組立工数が多くなり全体コストが高くなってしまうといった問題があった。また、ロータ構体は、接着剤により接合されるマグネットの内周面とカップ部材の外周部との寸法管理が厳しく設定されなければならず、部品コストが高くなるとともに接合工程も面倒となりかつ効率も低下するといった問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ステッピングモータにおいては、上述したロータ構体の問題点を解決するために、例えば図４に示すようにマグネット５１と出力軸５２とをプレス部品からなる一対の取付プレート５３、５４を介して一体化してなるロータ構体５０が提案されている。各取付プレート５３、５４は、例えば鉄板やアルミ板により円盤状に形成され、中心部にバーリング加工等を施してそれぞれ圧入部５３ａ、５４ａが一体に形成された軸孔５３ｂ、５４ｂを有している。
【０００６】
ロータ構体５０は、取付プレート５３、５４が軸方向に離間して軸孔５３ｂ、５４ｂに出力軸５２を圧入することによって一体化される。また、ロータ構体５０は、モータケースに組み付けられる際に、軸方向の移動を阻止するブッシュ部材５５が取付プレート５３の外側に位置して出力軸５２に圧入固定されるとともにワッシャ５６とバネワッシャ５７及びワッシャ５８が取付プレート５４の外側に位置して出力軸５２に圧入固定される。ロータ構体５０は、上述した出力軸５２と取付プレート５３、５４の組立体がマグネット５１の内部空間に組み合わされるとともに、取付プレート５３、５４のそれぞれの外周縁５３ｃ、５４ｃを接着剤５９によってマグネット５１の内周面に接合して一体化する。
【０００７】
以上のように構成されたロータ構体５０は、一対の取付プレート５３、５４を用いてマグネット５１と出力軸５２とを一体化することによってカップ部材を不要とすることから、部品数と組立工数が低減される。また、ロータ構体５０は、取付プレート５３、５４がプレス加工により比較的簡易な形状に形成されることから部品コストの低減も図られ、廉価なステッピングモータを提供することを可能とする。
【０００８】
しかしながら、ステッピングモータにおいては、上述した構成のロータ構体５０を用いることによりコスト低減を図っても、さらなるコストダウンの要求が大きくい。また、ステッピングモータにおいては、ロータ構体の軽量化によってより低消費電力化や駆動特性の向上も求められている。ロータ構体５０は、一対の取付プレート５３、５４を用いることによってそれぞれに出力軸５２の圧入工程と、マグネット５１との接着工程が必要である。さらに、ロータ構体５０は、取付プレート５３、５４の外周縁をマグネット５１の内周面に接合するために充分な接合代を保持することが困難であるために、接合強度が弱いといった問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、一層のコスト低減と特性向上を図ったステッピングモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるステッピングモータは、巻き線方向を異にした少なくとも一対の環状コイルと、ヨークと、外周部に円周方向に対してＮ極とＳ極とが交互に着磁された円筒型マグネットと出力軸とを有するロータ構体とを備える。ヨークは、各コイルを狭持するリング状基部と、この基部の内周縁から直交状態に折曲形成されてコイルの内周に沿って環状に配列された多数個のクローポールとを有して一体に形成されなる。ロータ構体は、外周部に形成したフランジ部をマグネットの内周面に接着剤により接合するとともに中心部に設けた軸孔に出力軸を圧入固定するプレス部品からなる１個の円盤状取付プレートよって、これらマグネットと出力軸とを一体化してなる。
【００１１】
また、ステッピングモータは、ロータ構体が、取付プレートのフランジ部に多数個の凹部により舌片部が一体に形成されており、これら凹部内に接着剤を充填して舌片部をマグネットの内周面と接合されてなる。さらに、ステッピングモータは、取付プレートがマグネットに対して軸方向の一端部の近傍位置において内周面に接合されてなる。さらにまた、ステッピングモータは、取付プレートが外周縁の厚み方向の両側にフランジ部を一体に形成してなり、マグネットに対して軸方向の略中央位置において内周面に接合されてなる。
【００１２】
以上のように構成された本発明にかかるステッピングモータによれば、プレス加工により比較的簡易な形状で形成された１個の取付プレートを介してマグネットと出力軸とを一体化してロータ構体を構成することから、部品コストと組立工数とが低減されてコストダウンが達成される。また、ステッピングモータによれば、取付プレートを１個とすることで部品数の削減とともに接着剤の量も少なくなることからロータ構体の軽量化が図られるようになり、低消費電力化や駆動特性の向上が図られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。実施の形態として図１に示したステッピングモータ１は、基本的な構成を従来のステッピングモータと同様とし、鉄板等に絞り加工を施して外周部２ａと底面部２ｂとを一体に形成した有底筒状を呈するモータケース２と、このモータケース２の開口部を閉塞して組み付けられる蓋体３と、モータケース２の内部に固定側として組み付けられた一対の環状コイル体４Ａ、４Ｂ及び一対のヨーク部材５Ａ、５Ｂと、可動部を構成するロータ構体１０とを備えてなる。
【００１４】
ステッピングモータ１は、モータケース２の外周部２ａに、入力端子６を有する基板７が組み付けられ、入力端子６を介してコイル体４Ａ、４Ｂに対して駆動電流を供給する。ステッピングモータ１は、モータケース２の底面部２ｂの中心と蓋体３の中心とにそれぞれ軸線を一致させて軸受８、９が組み付けられ、これら上下一対の軸受８、９によってロータ構体１０を構成する出力軸１１を回転自在に軸支してなる。
【００１５】
コイル体４Ａ、４Ｂは、それぞれコイルボビンに巻き線を施して構成するが、巻き線方向が異にされてなる。コイル体４Ａ、４Ｂは、後述するヨーク部材５によって互いに同軸となるように積層状態で組み合わされ、ヨーク部材５を介してモータケース２の内部空間に組み付けられる。
【００１６】
ヨーク部材５Ａ、５Ｂは、それぞれ鉄板等の導電性金属板にプレス加工を施して形成され、詳細を省略するがコイル体４Ａ、４Ｂをはさみ込んで支持狭持するリング状基部５Ａａ、５Ｂａと、これら基部５Ａａ、５Ｂａの内周縁からそれぞれ直交状態に折曲形成された櫛歯状の多数個のクローポール５Ａｂ、５Ｂｂとを有して一体に形成されなる。ヨーク部材５Ａ、５Ｂは、図１に示すように上下に積層された状態でモータケース２の内部空間に組み合わされ、底面部２ｂと蓋体３とによって固定される。
【００１７】
ヨーク部材５Ａ、５Ｂは、リング状基部５Ａａ、５Ｂａによりコイル体４Ａ、４Ｂを積層状態に組み合わせた状態で保持する。ヨーク部材５Ａ、５Ｂは、この状態でコイル体４Ａ、４Ｂの内周部に沿ってそれぞれの各クローポール５Ａｂ、５Ｂｂが同一円周上に交互に位置されるようになる。ヨーク部材５Ａ、５Ｂは、入力端子６を介してコイル体４Ａ、４Ｂに駆動電流が供給されると、駆動電流の方向により各クローポール５Ａｂ、５Ｂｂが異なる磁極で励磁されてロータ構体１０に磁力を作用させ、このロータ構体１０を正転方向或いは逆転方向へと間欠的に回転させる。
【００１８】
ロータ構体１０は、図２に示すように上下一対の軸受８、９により回転自在に軸支された出力軸１１と、マグネット１２と、これら出力軸１１とマグネット１２とを一体化する取付プレート１３とから構成される。ロータ構体１０には、後述するようにモータケース２に組み込まれた状態において蓋体３から突出された出力軸１１の一端部に例えば出力歯車１４が固定されるとともに、軸受８、９間において軸方向の移動が規制されるように一対のワッシャ１５、１６が出力軸１１に圧入されてなる。
【００１９】
マグネット１２は、例えばネオジウムマグネットによって各クローポール５Ａｂ、５Ｂｂによって構成される円形空間部の内径よりも小径とされるとともに、積層状態に組み合わされヨーク部材５Ａ、５Ｂの高さとほぼ等しい軸長を有する肉薄な円筒形に形成されてなる。マグネット１２は、外周部に円周方向に対して所定の角度範囲を以ってＮ極とＳ極とが交互に着磁されてなる。
【００２０】
取付プレート１３は、鉄板やアルミニウム板にプレス加工を施して形成され、マグネット１２の内径とほぼ等しい外径を有する円盤状の基部１３ａと、この基部１３ａの外周縁に沿って一体に立ち上がり形成されたフランジ部１３ｂとからなる。取付プレート１３には、中心部にバーリング加工等により出力軸１１の外径とほぼ等しい内径を有する軸孔１３ｃを構成するボス部１３ｄが一体に形成されてなる。取付プレート１３には、フランジ部１３ｂに多数個の凹部１３ｅを形成することによって多数個の舌片部１３ｆが形成されてなる。
【００２１】
ロータ構体１０においては、上述した取付プレート１３に対して、出力軸１１がその下端部の近傍を軸孔１３ｃに圧入されて固定保持される。ロータ構体１０においては、ボス部１３ｄを有することで取付プレート１３に対して出力軸１１が軸方向に圧入代を確保され、強固な取り付けが行われるようになる。ロータ構体１０においては、出力軸１１の上端部に第１のワッシャ１５が圧入固定されるとともに、取付プレート１３から突出された下端部に第２のワッシャ１６が圧入固定される。
【００２２】
ロータ構体１０においては、出力軸１１と取付プレート１３の組立体がマグネット１２の内部空間に組み合わされ、接合工程を施されて一体化される。ロータ構体１０においては、取付プレート１３のフランジ部１３ｂがマグネット１２の内周面に全周に亘って突き当てられる。なお、ロータ構体１０においては、取付プレート１３がフランジ部１３ｂの外径をマグネット１２の内径よりもやや大きめに形成されており、組み合わされた状態においてフランジ部１３ｂが凹部１３ｅを介して収斂することで取付プレート１３とマグネット１２とがきつく嵌合された状態となるようにして接合工程で脱落や移動が防止されるようにする。
【００２３】
ロータ構体１０においては、各凹部１３ｅに接着剤１８が充填されることにより、フランジ部１３ｂを内周面に接合して取付プレート１３とマグネット１２とが一体化される。取付プレート１３とマグネット１２とは、フランジ部１３ｂに多数個の各凹部１３ｅを形成したことにより、各舌片部１３ｆに対して接着剤１８が充部に回り込むことで取付プレート１３とマグネット１２とが強固に固定されるようになる。
【００２４】
以上のように構成したロータ構体１０は、コイル体４Ａ、４Ｂとヨーク部材５Ａ、５Ｂとの組立体を組み付けたモータケース２に対して組み付けられる。ロータ構体１０は、第２のワッシャ１６から突出した出力軸１１の下端部にスプリングワッシャ１７が組み付けられて、この出力軸１１の下端部を底面部２ｂに組み付けた軸受９の軸孔に挿通する。ロータ構体１０は、出力軸１１の上端部が蓋体３に組み付けた軸受８の軸孔に挿通される。蓋体３は、そのままモータケース２側に押し込まれて、外周部をモータケース２の開口縁にかしめられる。ロータ構体１０には、軸受８から突出された出力軸１１の上端部に出力歯車１４が固定される。
【００２５】
ロータ構体１０は、上述した工程によってモータケース２の内部空間に組み付けられた状態において、マグネット１２の外周部がコイル体４Ａ、４Ｂとヨーク部材５Ａ、５Ｂとの組立体の各クローポール５Ａｂ、５Ｂｂの内面とわずかな磁気ギャップを保持される。ロータ構体１０は、ワッシャ１５、１６とによって軸受８、９の対向間隔に保持されることで、軸方向の移動を規制され出力軸１１の脱落が防止される。ロータ構体１０は、スプリングワッシャ１７の弾性力によって軸受８側に付勢されることで、振動音の発生を抑制されるとともに軸方向の遊転も規制される。
【００２６】
以上のように構成されたステッピングモータ１においては、入力端子６を介してコイル体４Ａ、４Ｂに駆動電流が供給される。ステッピングモータ１においては、コイル体４Ａ又はコイル体４Ｂに対する駆動電流の供給或いは駆動電流の方向によって各クローポール５Ａｂ、５Ｂｂを異なる磁極に励磁する。ステッピングモータ１においては、各クローポール５Ａｂ、５Ｂｂに発生した磁極とマグネット１２に着磁された磁極との間に磁気的吸引力と磁気的反発力とが生じることで、ロータ構体１０に間欠的な回転力が生成される。ステッピングモータ１においては、これによって出力軸１１が回転して出力歯車１４が間欠的に回転する。
【００２７】
ステッピングモータ１においては、上述したように出力軸１１とマグネット１２とをプレス部品からなる１個の取付プレート１３によって一体化したことにより、部品コストと組立工数とが低減されてコストダウンが達成される。また、ステッピングモータ１によれば、取付プレート１３がフランジ部１３ｂを介してマグネット１２の内面に接合されることから、これらマグネット１２と取付プレート１３とが少ない量の接着剤により強固に接合されるようになる。ステッピングモータ１によれば、取付プレート１３が１個であることからロータ構体１０の軽量化が図られるようになり、低消費電力化や駆動特性の向上が図られる。
【００２８】
ところで、ステッピングモータ１においては、マグネット１２に対して取付プレート１３を下端部の近傍位置で接合固定するようにしたが、例えば図３に示すロータ構体２０のようにマグネット１２に対して取付プレート２１を軸方向の略中央部で接合固定するようにしてもよい。かかるロータ構体２０は、マグネット１２がやや長軸である場合において、横振れが抑制されて安定した状態で回転されるようになる。なお、ロータ構体２０は、取付プレート２１を除くその他の構成について上述したロータ構体１０と同様とすることから、対応する部位に同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
取付プレート２１も、鉄板やアルミニウム板にプレス加工を施して形成され、マグネット１２の内径とほぼ等しい外径を有する円盤状の基部２２と、この基部２２の外周縁に沿って一体に立ち上がり形成されたフランジ部２３と、中心部にバーリング加工等により出力軸１１の外径とほぼ等しい内径を有する軸孔２４を構成するボス部２５とからなる基本的な構成を上述した取付プレート１３と同様とする。取付プレート２１には、フランジ部２３に多数個のスリットが形成されることによって多数個の舌片部２６が形成されてなる。
【００３０】
取付プレート２１は、隣り合う舌片部２６が上方と下方とに交互に折曲形成されてなり、基部２２を挟んで両側に舌片部２６により構成されたフランジ部２３が設けられた構造となっている。したがって、取付プレート２１は、上述した取付プレート１３と比較してフランジ部２３が実質的に軸方向に対して延長された構造となっている。
【００３１】
上述した取付プレート２１には、軸孔２４に出力軸１１が圧入されて固定されるが、その固定位置が出力軸１１の軸方向の略中央部とされる。したがって、取付プレート２１は、マグネット１２に対して軸方向の略中央位置においてその内周面にフランジ部２３が接着剤１８により接合される。取付プレート２１は、マグネット１２に対して軸方向の略中央部で接合固定することにより、長軸のマグネット１２であっても横振れの発生を抑制する。また、取付プレート２１は、実質的に長軸化されたフランジ部２３を有することで、マグネット１２を安定した状態で接合固定する。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかるステッピングモータによれば、プレス加工により比較的簡易な形状で形成された１個の取付プレートを介してマグネットと出力軸とを一体化してロータ構体を構成することから、部品コストと組立工数とが低減されてコストダウンが達成される。また、ステッピングモータによれば、取付プレートを１個とすることで部品数の削減とともに接着剤の量も少なくなることからロータ構体の軽量化が図られるようになり、低消費電力化や駆動特性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示すステッピングモータを中央部において切欠いて内部構造を示した正面図である。
【図２】同ステッピングモータに用いられるロータ構体の縦断面図である。
【図３】他のロータ構体の縦断面図である。
【図４】従来のステッピングモータに用いられるロータ構体の縦断面図である。
【符号の説明】
１　　　　ステッピングモータ
２　　　　モータケース
３　　　　蓋体
４　　　　コイル体
５　　　　ヨーク部材
１０　　　ロータ構体
１１　　　出力軸
１２　　　マグネット
１３　　　取付プレート
１３ａ　　基部
１３ｂ　　フランジ部
１３ｃ　　軸孔
２０　　　ロータ構体
２１　　　取付プレート
２３　　　フランジ部
２６　　　舌片部

Claims (4)

1. 巻き線方向を異にした少なくとも一対の環状コイルと、
   前記各コイルを狭持するリング状基部と、この基部の内周縁から直交状態に折曲形成されて前記コイルの内周に沿って環状に配列された多数個のクローポールとを有するヨークと、
   外周部に円周方向に対してＮ極とＳ極とが交互に着磁されてなる円筒型マグネットと出力軸とを有するロータ構体とから構成され、
   前記ロータ構体が、基部の外周縁に一体に折曲形成したフランジ部を前記マグネットの内周面に接合されるとともに前記基部の中心部に設けた軸孔に前記出力軸を圧入固定するプレス部品からなる１個の円盤状取付プレートによって、前記マグネットと前記出力軸とを一体化して構成したことを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記取付プレートのフランジ部に、多数個の凹部により舌片部が一体に形成され、前記凹部内に接着剤を充填して前記舌片部が前記マグネットの内周面に接合されることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記取付プレートが前記マグネットに対して、軸方向の一端部の近傍位置において内周面に接合されることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
4. 前記取付プレートが外周縁の厚み方向の両側に前記フランジ部を一体に形成してなり、前記マグネットに対して、軸方向の略中央位置において内周面に接合されることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。

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