JP2005295709A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡素でありヨーク板に対する鉄芯の嵌合部位において有効な接触面を充分に確保でき、そして、磁気回路の効率を高くすることができ、出力トルクを高く得られて超小型モータに好ましく適用できるステッピングモータを提供すること
【解決手段】 多極に着磁した永久磁石によるロータを有し、Ａ相，Ｂ相のステータをロータの両側に張り出させて配置する構成を採る。各ステータはロータの軸に沿う向きにコイルを有し、各コイルには中心に鉄芯２０を配置し、ロータに対面する櫛歯状の極歯を設けた上ヨーク板３ａ（３ｂ），下ヨーク板４ａ（４ｂ）を鉄芯２０の両端に挟み合わせて極歯を上下で噛み合う状態にする。鉄芯２０は端部をヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの所定の部位（嵌合部６）に接合する。そこで、嵌合部６には貫通孔を形成してバーリング加工等により円筒形状の突起部２５を設けて、これに鉄芯２０の端部を嵌め合わせる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ロータの両側にステータを張り出す構成のステッピングモータに関するもので、より具体的には、上ヨーク板および下ヨーク板をコイルの両端に挟み合わせてそれらヨーク板の櫛歯状の極歯を上下で噛み合う状態にするステータの構成の改良に関する。

例えばスチルビデオカメラ，ビデオカメラおよびその交換レンズ，カメラのシャッタ，絞り装置およびフォーカスレンズ，ズームレンズなどの駆動を行わせるためのステッピングモータとしては、特許文献１などに見られるように、扁平形状にステータを張り出した構成のステッピングモータが知られている。

この特許文献１のステッピングモータは、薄厚，小型化のためロータの両側にステータを配置し、各相のステータは、ロータ軸に沿う向きにコイルを有していて当該コイルには中心に鉄芯を配置し、上ヨーク板および下ヨーク板を鉄芯の両端に挟み合わせてそれらヨーク板の櫛歯状の極歯を上下で噛み合う状態にする構成を採っている。

また、鉄芯については特許文献１では、鉄芯の両端に突起部を設けて上下のヨーク板の対応位置に設けた孔部に嵌め込むようになっている。しかし、一般的にはコスト低減のために加工を簡単化する必要から、鉄芯は両端に突起部を設けずに単なる円柱形状に形成することが多い。何れにしても鉄芯の端部をヨーク板の孔部へ嵌め込み、いわゆる圧入により固着させる構成にしている。
特開平１０−１１２９７０号公報

しかしながら、そうした従来のステッピングモータでは以下に示すような問題がある。鉄芯の端部を嵌め合わせる孔部は、ヨーク板に対してプレス加工により打ち抜くことで形成している。そのプレス加工では、いわゆる抜きダレが生じる。そして、小型・薄型化を図ったステッピングモータでは、ヨーク板の板厚も薄くなることから、板厚に対する抜きダレの影響を無視できなくなり、嵌め合わせ部位では、鉄芯の端部に対して接触する部分が板圧の１／３程度しかなくなる。これにともない、有効な接触面が少なくなるため当該部分では磁束のロスが増し、ステータ側での磁束が減少するので磁気回路の効率が低下し、出力トルクが低下する問題を生じる。

特許文献１の鉄芯では、突起部を囲む端面がヨーク板に接触するので接触面が減ることを補い得る可能性はあるが、前述したようにコスト低減のために加工を簡単化したい要求があり、手間のかかる煩雑な加工は避けたい。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、構造が簡素でありヨーク板に対する鉄芯の嵌合部位において有効な接触面を充分に確保でき、そして、磁気回路の効率を高くすることができ、出力トルクを高く得られて超小型モータに好ましく適用できるステッピングモータを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るステッピングモータは、多極に着磁した永久磁石によるロータを有し、Ａ相，Ｂ相のステータを前記ロータの両側に張り出させて配置するステッピングモータであって、前記ステータは前記ロータ軸に沿う向きにコイルを有し、当該コイルには中心に鉄芯を配置し、前記ロータに対面する櫛歯状の極歯を有する上ヨーク板および下ヨーク板を前記鉄芯の両端に挟み合わせて前記極歯を上下で噛み合う状態とする構成において、前記鉄芯は端部を前記ヨーク板の所定の部位に嵌め合わせて接合し、当該嵌合部位には前記鉄芯の端部との接触面を増加させる連係手段を備えるようにした。

また、前記連係手段は、前記嵌合部位に貫通孔を形成し、当該貫通孔にはバーリング加工等により円筒形状の突起部を設け、当該突起部に前記鉄芯の端部を嵌め合わせる構成にするとよい。また、前記連係手段は、前記嵌合部位に絞り加工等により凹部を設け、当該凹部に前記鉄芯の端部を嵌め合わせる構成にすることもできる。さらに、前記鉄芯の先端を先細りのテーパ形状に形成し、前記嵌合部位の内面を前記テーパ形状に対応する角度に成形するとよい。また、前記連係手段は、前記嵌合部位に深絞り加工等により円筒形状に筒部を設けて当該筒部は先端を貫通孔に形成し、当該筒部に前記鉄芯の端部を嵌め合わせる構成とし、好ましくは前記上ヨーク板および前記下ヨーク板の両者間において前記筒部が互いに接触する設定にすることもできる。

係る構成にすることにより本発明では、鉄芯は端部をヨーク板の嵌合部位に嵌め込んで圧入により固着させるが、当該嵌合部位には鉄芯の端部との接触面を増加させる連係手段を備えるので、当該嵌め合い関係において有効な接触面を確保できる。

具体的には連係手段として、嵌合部位に形成した貫通孔にバーリング加工等により円筒形状の突起部を設けることから、その突起部の高さ分は鉄芯の端部との接触面を増すことができる。

この場合、バーリング加工等により円筒形状の突起部を設けるだけなので構造が簡素であり、ヨーク板に対する鉄芯の嵌合部位において有効な接触面を充分に確保できる。また、連係手段として、嵌合部位に絞り加工等により凹部を設けて、当該凹部に鉄芯の端部を嵌め合わせるので、鉄芯の端面にもヨーク板が接触し、接触面を増すことができる。

また、鉄芯の先端を先細りのテーパ形状に形成して、これに対応するテーパ形状の嵌合部位に嵌め合わせることでは、テーパ形状に傾斜させた分だけ面積が増すので、接触面を増すことができる。

また、連係手段として、嵌合部位に深絞り加工等により円筒形状に筒部を設けて当該筒部は先端を貫通孔に形成し、当該筒部に鉄芯の端部を嵌め合わせるようにすると、その筒部の高さ分だけ鉄芯の端部との接触面を増すことができる。そして、上ヨーク板および下ヨーク板の両者間において筒部が互いに接触する設定にすると、鉄芯の全周に接触することになり、接触面を最大にできる。

以上のように、本発明に係るステッピングモータでは、鉄芯は端部をヨーク板の嵌合部位に嵌め込んで圧入により固着させるが、当該嵌合部位には鉄芯の端部との接触面を増加させる連係手段を備えるので、当該嵌め合い関係において有効な接触面を確保できる。

具体的には連係手段として、嵌合部位に形成した貫通孔にバーリング加工等により円筒形状の突起部を設けるだけなので構造が簡素であり、その突起部の高さ分は鉄芯の端部との接触面を増すことができる。このため、磁束が通り易くなり、磁気抵抗が小さくなるので磁気回路の効率を高くすることができ、出力トルクを高く得られる。その結果、超小型モータに好ましく適用することができる。

＊第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態において、ステッピングモータは、多極に着磁した永久磁石によるロータ１を有し、２つ（Ａ相，Ｂ相）のステータＳａ，Ｓｂをロータ１の両側に対称的に張り出させて配置する構成を採る。各ステータＳａ，Ｓｂは、ロータ１の軸に沿う向きにコイル２を有し、当該コイル２には中心に鉄芯２０を配置し、ロータ１に対面する櫛歯状の極歯５を設けた上ヨーク板３ａ（３ｂ）および下ヨーク板４ａ（４ｂ）を鉄芯２０の両端に挟み合わせて極歯５を上下で噛み合う状態とし、いわゆるクローポール式のステッピングモータになっている。

A相側とＢ相側を分離した別体に形成する。そして、Ａ相の上ヨーク板３ａとＢ相の下ヨーク板４ｂは形状，構成が略同一であり、そして、Ａ相の下ヨーク板４ａとＢ相の上ヨーク板３ｂは形状，構成が略同一であって、これらは図２に示すように、裏返しの配置になっている。つまり、各ヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂは、略円弧形状に湾曲した帯板形状で磁芯２０を嵌め合わせる嵌合部６を形成するとともに、ロータ１に向き合う端部には櫛歯状の極歯５の並び列を形成してあり、鉄芯２０の両端に挟み合わせて極歯５を上下で噛み合わせ、当該噛み合い側をロータ１に対面させる構成になっている。なお、実際には、分離する位置により、各ヨーク板（３ａ，４ｂ），（３ｂ，４ａ）の形状は若干異なる。

嵌合部６は本実施の形態では貫通孔に形成していて、磁芯２０の先端を嵌め込み圧入させるようになている。この嵌合部６には鉄芯２０の端部との接触面を増加させる連係手段を備える。つまり、連係手段は図３に示すように、嵌合部６に貫通孔を形成し、当該貫通孔にはバーリング加工等により円筒形状の突起部２５を設け、当該突起部２５に鉄芯２０の端部を嵌め合わせる構成になっている。突起部２５の形成は、ヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの表裏について何れの側に張り出させて設けてもよく、図３（ａ）に示すように、鉄芯２０の端部をヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂから突出させる組み付け設定にしたり、図３（ｂ）に示すように、鉄芯２０の端部をヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの面にそろえる組み付け設定を採ることができる。また、図３（ｃ）に示すように、突起部２５の裏側のダレ部分に圧縮成形加工を施して、ダレ部分を直角形状にさせて接触面を確保してもよい。

組み付けは、上下のヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの何れか一方に、予め磁芯２０，２０の端部を嵌合部６にそれぞれ嵌め込み固着させておき、各磁芯２０，２０にコイル２，２を組み付け、磁芯２０の他端には向き合わせる側のヨーク板の嵌合部６をそれぞれ嵌め込み固着させて各ステータを組み上げるとともに、各ステータはロータ１に対して向き合わせに配置する。これにより、ロータ１の外周で櫛歯状の極歯３０，４０が噛み合って磁極（誘導子）をなすクローポール式となり、２つのステータＳａ，Ｓｂがロータ軸１０の両側に張り出る扁平形状のステッピングモータとなる。ロータ１の軸１０は図示しない軸受けに嵌め合わせて支持する構成であり、ステータＳａ，Ｓｂはその軸受けと相対位置を保つ支持部に取り付けることになる。

このように本発明では、鉄芯２０は端部をヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの嵌合部６に嵌め込んで圧入により固着させるが、当該嵌合部６には連係手段を備えるものであり、具体的には連係手段として、嵌合部６に形成した貫通孔にバーリング加工等により円筒形状の突起部２５を設けることから、その突起部２５の高さ分、つまり加工成形により生じたダレ部分を除く有効な高さ分は鉄芯２０の端部との接触面を増すことができる。

この場合、バーリング加工等により円筒形状の突起部２５を設けるだけなので構造が簡素であり、ヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂに対する鉄芯２０の嵌合部位において有効な接触面を充分に確保できる。このため、磁束が通り易くなり、磁気抵抗が小さくなるので磁気回路の効率を高くすることができ、出力トルクが高く得られる。その結果、超小型モータに好ましく適用することができる。
また、鉄芯２０は端部を突起部２５に嵌め込むので、倒れ姿勢に嵌め合うことを防止でき、組み立てを高い精度で確実に行える。

＊第２の実施の形態
図４は、本発明の第２の実施の形態の要部を示している。この第２の実施の形態では、嵌合部６は貫通孔に形成するのではなく、当該部位に絞り加工等により凹部２６を設け、その凹部２６に鉄芯２０の端部を嵌め合わせる構成を採る。

この場合、凹部２６が鉄芯２０の端部に嵌め合うので、鉄芯２０の端面にも接触し、接触面が増す。したがって、鉄芯２０の端面が接触することで接触面の増大があるので、浅い絞り加工でも充分な接触を確保できる。このため逆に、前述した第１の実施の形態のバーリング加工による突起部２５に比べて絞り加工の深さは浅くすることができる。具体的には図５に示すように、凹部２６内側の深さは、加工のダレ部分を除いた深さＹが鉄芯２０の周縁に接触する有効長さであり、これとヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの板厚Ｘとの関係は、
（Ｙ／Ｘ）≧０．２
に設定することが好ましい。

図６は、絞り加工の深さ設定と、出力に得られるトルクの増加率との関係を示すグラフ図である。同図に示すトルクの増加率は、バーリング加工による突起部２５でのトルク値を基準にしており、それは突起部２５の有効長さＹを（Ｙ／Ｘ）＝１に設定している。

同図から明らかなように、嵌合部６について絞り加工等により凹部２６に形成することでは、凹部２６内側の有効な深さＹに関して（Ｙ／Ｘ）＝０．２のときにトルクの増加率が基準値に一致し、これは前述した第１の実施の形態のバーリング加工による突起部２５に比べて絞り加工の深さを１／５に浅くできる。したがって、絞り加工では絞り込みが少なくてすみ、あるいは適度な有効長さＹにすることでトルクの増大を見込める。

すなわちこの場合、嵌合部６には絞り加工等により凹部２６を設けて、当該凹部２６に鉄芯２０の端部を嵌め合わせるので、鉄芯２０の端面にもヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂが接触し、接触面を増すことができる。したがって、磁束が通り易くなり、磁気抵抗が小さくなるので磁気回路の効率を高くすることができ、出力トルクを高く得られる。その結果、超小型モータに好ましく適用することができる。

また、凹部２６は抜き孔にしないので、ヨーク板３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの強度を高く保つことができる。そして、鉄芯２０は端部を凹部２６に嵌め込むので、この場合も倒れ姿勢に嵌め合うことを防止でき、組み立てを高い精度で確実に行える。

＊第３の実施の形態
図７は、本発明の第３の実施の形態を示している。この第３の実施の形態では、鉄芯２０の先端を先細りのテーパ形状に形成し、嵌合部６はその内面を、テーパ形状に対応する角度に成形する構成を採る。

嵌合部６としては、図７（ａ）に示すように、貫通孔の内周にテーパ成形を行い、鉄芯２０のテーパ形状の先端が嵌め合う対応面にする構成がある。また、嵌合部６は、図７（ｂ）に示すように、バーリング加工等により突起部２５を形成する際に当該突起部２５に対してテーパ成形を行い、鉄芯２０のテーパ形状の先端が嵌め合う対応面にする構成や、図７（ｃ）に示すように、絞り加工等により凹部２６を形成する際に当該凹部２６に対してテーパ成形を行い、鉄芯２０のテーパ形状の先端が嵌め合う対応面にする構成にしてもよい。

このように、鉄芯２０の先端を先細りのテーパ形状に形成して、これに対応するテーパ形状の嵌合部６に嵌め合わせるので、テーパ形状に傾斜させた分だけ面積が増し、接触面を増すことができる。したがって、磁束が通り易くなり、磁気抵抗が小さくなるので磁気回路の効率を高くすることができ、出力トルクを高く得られる。その結果、超小型モータに好ましく適用することができる。

＊第４の実施の形態
図８は、本発明の第４の実施の形態を示している。この第４の実施の形態では、連係手段は、嵌合部６に深絞り加工等により円筒形状に筒部２７を設けるとともに、当該筒部２７は先端を貫通孔に形成し、当該筒部２７に鉄芯２０の端部を嵌め合わせる構成を採る。また、好ましくは図８（ｂ）に示すように、上ヨーク板３ａ（３ｂ）および下ヨーク板４ａ（４ｂ）の両者間において、筒部２７が互いに接触する設定にする。

したがって、嵌合部６においては、筒部２７の高さ分は鉄芯２０の端部との接触面を増すことができる。そして、上ヨーク板３ａ（３ｂ）および下ヨーク板４ａ（４ｂ）の両者間において筒部２７が互いに接触する設定では、鉄芯２０の全周に接触することになり、接触面を最大にできる。このため、磁束が通り易くなり、磁気抵抗が小さくなるので磁気回路の効率を高くすることができ、出力トルクを高く得られる。その結果、超小型モータに好ましく適用することができる。

そして、この場合もまた、筒部２７は全長が充分に長いので、鉄芯２０が倒れ姿勢に嵌め合うことを防止でき、組み立てを高い精度で確実に行える。なお、図１，図２に示したステッピングモータは、Ａ相とＢ相ステータを完全に分離した構成をとったが、一体に接続するなどステッピングモータの基本構成は各種のものをとることができる。

本発明に係るステッピングモータの好適な一実施の形態を示す斜視図である。 図１のステッピングモータを分解して示す斜視図である。 ヨーク板と磁芯との接合部分を示す断面図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。 本発明に係るステッピングモータの第２の形態でありヨーク板と磁芯との接合部分を示す断面図である。 絞り加工での有効な深さを示すヨーク板の嵌合部位の断面図である。 絞り加工の深さ設定と、出力に得られるトルクの増加率との関係を示すグラフ図である。 本発明に係るステッピングモータの第３の形態でありヨーク板と磁芯との接合部分を示す断面図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。 本発明に係るステッピングモータの第４の形態でありヨーク板と磁芯との接合部分を示す断面図（ａ），（ｂ）である。

符号の説明

１ ロータ
２ コイル
３ａ，３ｂ 上ヨーク板
４ａ，４ｂ 下ヨーク板
５ 極歯
６ 嵌合部（嵌合部位）
１０ ロータ軸
１３，１４ 開口部
２０ 磁芯
２５ 突起部
２６ 凹部
２７ 筒部
Ｓａ Ａ相のステータ
Ｓｂ Ｂ相のステータ

Claims (6)

1. 多極に着磁した永久磁石によるロータを有し、Ａ相，Ｂ相のステータを前記ロータの両側に張り出させて配置するステッピングモータであって、
   前記ステータは前記ロータ軸に沿う向きにコイルを有し、当該コイルには中心に鉄芯を配置し、前記ロータに対面する櫛歯状の極歯を有する上ヨーク板および下ヨーク板を前記鉄芯の両端に挟み合わせて前記極歯を上下で噛み合う状態とする構成において、
   前記鉄芯は端部を前記ヨーク板の所定の部位に嵌め合わせて接合し、
   当該嵌合部位には前記鉄芯の端部との接触面を増加させる連係手段を備えることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記連係手段は、前記嵌合部位に貫通孔を形成し、当該貫通孔には円筒形状の突起部を設け、当該突起部に前記鉄芯の端部を嵌め合わせる構成であ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. 前記連係手段は、前記嵌合部位に絞り加工により凹部を設け、当該凹部に前記鉄芯の端部を嵌め合わせる構成であ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. 前記鉄芯の先端を先細りのテーパ形状に形成し、前記嵌合部位の内面を前記テーパ形状に対応する角度に成形することを特徴とする請求項２または３に記載のステッピングモータ。
5. 前記連係手段は、前記嵌合部位に深絞り加工により円筒形状に筒部を設けるとともに、当該筒部は先端を貫通孔に形成し、当該筒部に前記鉄芯の端部を嵌め合わせる構成とした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。
6. 前記上ヨーク板および前記下ヨーク板の両者間において、前記筒部の先端同士が互いに接触するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のステッピングモータ。

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