JP2006129551A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 組立精度が高く、且つ、生産性に優れる安価で高性能なモータを提供する。
【解決手段】 複数の極歯１１ｄが形成されたヨーク１１を樹脂モールドして一体成形型のボビン４を構成する。ボビン４に巻線９を施して励磁コイルを構成すると共に、筒状の金属製ケース３内に収納してステータ部１０を構成する。ステータ部１０の一端部を樹脂製のキャップ１８にて蓋をすると共に、キャップ１８およびケース３の外周部を樹脂モールドしてモータカバー２３を形成する。ステータ部１０の他端開口部より中心部空間にロータ１を組み込むと共に、ロータ１を、ボビン４の両端に一体成形された係止部１５、１５に軸受７、８を介して回転自在に支持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外側に巻線が巻回され、且つ、内側にヨークが備えられたボビンの内側に、所定の間隙をおいてロータが回転自在に組み込まれたモータに関するものである。

従来より、この種のモータとして、例えば、図５に示すようなステッピングモータが知られている。このステッピングモータは、ロータ３１と内部に間隙を介してロータ３１を回転自在に収納するステータ３２と、ロータ３１が収納されたステータ３２を収納する金属製の有底筒状のケース３３と、この金属製ケース３３の開口部を封口する取付板３４とから概略構成されている。
上記ロータ３１は、中心部にシャフト３５を有する円筒状の回転体であって、その周囲には永久磁石３６が一体的に固定されており、さらに、この永久磁石３６の外周面３６ａは周方向に異極となるように着磁されている。

また、上記ステータ３２は、２組のヨーク４１の外周に合成樹脂から成るボビン４０を設け、このボビン４０の外周に巻線３９が巻回されたものであり、各ヨーク４１の内周面には、複数の極歯４１ａが交互に、且つ等間隔に配列されている。 上記ヨーク４１の外形寸法は、その外周面とケース３３の内周面とが密着するように設定されており、ステータ３２をケース３３内に収納した時にヨーク４１がケース３３の内周面と接触して、当ヨーク４１とケース３３との間で磁気回路が形成されるようになっている。

また、有底円筒状のケース３３の底部中央には、ロータ３１のシャフト３５を軸支するための一方の軸受４７が固定されている。他方、取付板３４の中央には、ロータ３１のシャフト３５の他端を軸支するための軸受４８が固定されている。さらに、このステッピングモータの外周部には、ケース３３の内部に収容されるステータ３２へ外部より電流を供給するための端子ピン４９ａ、４９ｂが突設されている。

尚、このような構成を備えたモータの先行技術として、特許文献１が開示されている。
特開平９−２８９７５２号公報

ところで、従来、上記構成のモータの組立においては、巻線３９、ボビン４０、ヨーク４１等、各ステータ構成部材の取り付けが別個に行われており、よって、組立精度にバラツキが生じ易く、組み立て作業の効率も悪かった。加えて、モータの取り付け基準となる取付板３４とステータ３２とが別体に構成されていることから、モータの取付位置や姿勢を正確に規制するには、これらを高精度に組み付ける必要があった。しかしながら、組み立てに際しては、それら個々の寸法公差や組み付け公差が加算されるため、それらの位置関係を高精度に設定することが難しく、組立作業に熟練を要するという問題があった。

特に、ステータ３２と両軸受４７、４８との位置合わせ（芯合わせ）に誤差が生じると、これら軸受４７、４８により回転位置が決定されるロータ３１と極歯４１ａとのクリアランスが不均一になり、その結果、モータのステップ駆動制御が不正確になったり、駆動効率が低下するといった弊害が生じることになる。
このため、取付板３４をケース３３に固定する際には、しばしば治具が用いられているが、この場合は、治具の取り付けや取り外しを含む複数の工程が必要となり、これもまた、組立作業性を低下させる一因となっていた。

本発明は、このような従来のモータが有する課題に鑑みて成されたもので、組立精度が高く、且つ、生産性に優れる安価で高性能なモータを提供することを目的としている。

すなわち、請求項１に記載の本発明は、複数の極歯が形成されたヨークを樹脂モールドして一体成形型のボビンを構成し、当該ボビンに巻線を施して励磁コイルを構成すると共に、筒状の金属ケース内に収納してステータ部を構成し、当該ステータ部の一端部を樹脂製のキャップにて蓋をすると共に、当該キャップおよび前記ケースの外周部を樹脂モールドし、前記ステータ部の他端開口部より内部空間にロータを組み込むと共に、当該ロータを前記ボビンの両端に一体成形された係止部に軸受を介して回転自在に支持して構成したことを特徴としている。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のモータにおいて、一方の軸受が、前記樹脂製ボビンの端部を熱加締めで座屈することにより前記ステータ部に固定されていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のモータにおいて、一方の軸受が、前記金属製のケースの端部を加締めで座屈することにより前記ステータ部に固定されていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載のモータにおいて、前記ボビンに端子ピンを一体成形して成ることを特徴としている。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載のモータにおいて、前記端子ピンの一端部に前記巻線の端部が電気溶接により接続されていることを特徴としている。

本発明によれば、ステータは、ボビンとヨークとがボビンを構成する樹脂により一体に成形されて構成されているため、ボビンとヨークを高い寸法精度で一体化することができる。
また、ヨークの中空円板部を利用してステータをボビン状に形成できるため、ヨークと一体化した後のボビンに直ちにコイルを巻き付けることができ、よって、コイルの巻き付け精度も容易に確保することができる。

また、ロータのシャフトを支持する一方の軸受は射出成形により形成したステータのボビンの係止部（凹部）に嵌着・固定されており、且つ、他方の軸受も同じ成形体に形成された係止部（開口段部）に固定される構造であるため、ステータの中心軸線とロータのシャフトとの芯合わせを正確に、且つ、容易に行うことができ、組立工数を低減することができる。

さらに、各モータ端子ピンと巻線の各端部とをアーク溶接によって接合することによって、モータ端子ピンの短縮化を図ることができ、その分、モータの小型化が図れる。

以下、図１〜図４に基づいて本発明に係るステッピングモータの実施の形態を説明する。図１および図２は本実施形態のステッピングモータの内部構造を示し、図３はステッピングモータのボビンの一例を示し、図４はステッピングモータのヨークの一例を示している。

図１および図２に示すように、本実施形態のステッピングモータは、ロータ１と、内部に間隙を介してロータ１を回転自在に収納するステータ２と、ロータ１を収納したステータ２を内部に収納する両端開放の円筒状の金属製ケース３（この金属製ケース３と上記ステータ２とでステータ部１０が構成されている）と、ステータ２の両端に軸線方向に配置されて、ロータ１のシャフト５を回転自在に支持する軸受７、８等から概略構成されている。
尚、上記シャフト５の先端側には、リードスクリュー２５が形成されており、シャフト５の回転方向に応じて当リードスクリュー２５に連結された図示しない移動体を軸線方向に移動できるようになっている。

ここで、上記ロータ１は、中心部にシャフト５を有する円筒状の回転体であって、その周囲には永久磁石６が一体的に固定されており、且つ、この永久磁石６の外周面６ａは周方向に異極となるように着磁されている。

また、上記ステータ２は、磁気回路を構成するための複数のヨーク１１と、これらのヨーク１１を一体的に保持する樹脂製のボビン４と、このボビン４に巻回される巻線９と、ボビン４の一端部に配設された給電用のコネクタ２０とを備えている。
コネクタ２０は、ボビン４に巻回された巻線９を図示しない外部リード線のコンタクトに接続するための複数の端子ピン１９と、これらの端子ピン１９を一体的に保持する樹脂製のコネクタハウジング２１とで構成されている。

また、上記ヨーク１１は、金属製の円板状部材で構成され、図４に示すように、円形状の内周縁１１ａおよび外周縁１１ｂが同軸状に形成された中空円板部１１ｃを有し、この中空円板部１１ｃの内周縁１１ａから軸線方向に等間隔に屈曲成形された複数（本実施形態では６個）の極歯１１ｄを有すると共に、外周縁部１１ｂの一部を直線状に切り欠いて成る切欠部１１ｅを有している。
そして、同形同寸法であって、極歯１１ｄの内周縁１１ａに沿う形成位置が異なる一対のヨーク１１を、この切欠部１１ｅを一致させて向き合わせた時に、一対のヨーク１１の極歯１１ｄ同士が向き合うと共に、それらが交互に、且つ、等間隔に配列するように形成されている。

上記構成のヨーク１１は、図１、図２に示すように、対状の２組がボビン４によって保持されて、極歯１１ｄの内周面がボビン４の内周面を構成すべく内方に露出した状態となっている。また、２組のヨーク１１は、同一軸線上に配置されて、その内、中間部に位置する一対が中空円板部１１ｃを背中合わせにした状態となっており、各中空円板部１１ｃの周囲および各極歯１１ｄの内周面を除く部分がボビン４を構成する樹脂によって覆われることにより、固定的に保持されている。

次に、上記構成から成るステッピングモータの組立手順を図１〜図３を参照して説明する。

先ず、ボビン４を成形するための図示しない金型に上記した複数のヨーク１１および端子ピン１９をインサートした状態で、この金型内に樹脂を連続して注入することにより、図３に示すような各ヨーク１１と端子ピン１９を一体的に保持した状態のボビン４を作製する（射出成形）。また、この時、同時にボビン４内側の一端に上記した一方の軸受７が係止される凹部１６が形成されると共に、他端の開口内周部に他方の軸受８が係止される段部１５が形成され、且つ、これらの凹部１６及び段部１５が同一軸線上に位置するように配設されている。

尚、図３に示すボビン４では、端子ピン１９の両端部１９ａ、１９ｂが筒状ボビン４の側部より突出した状態でモールドされているが、図１、図２に示すように、端子ピン１９をＬ型に曲成して、その一端部１９ａをボビン４の上部に突出するようにしても勿論構わない。何れにしても、端子ピン１９の端部１９ａは後述する巻線９の端部が接続されるモータ端子ピンとなり、端部１９ｂは上記した外部リード線のコンタクトが接続される給電ピンとなる。複数の給電ピン１９ｂは、図３に示すように、一定の間隔で一列状態で配設されている。

上記した一体成形型のボビン４は、各ヨーク１１の中空円板部１１ｃを覆う部分がフランジ部２２を構成し、各フランジ部２２間に巻線９（図示せず）が施されて励磁コイルが形成されると共に、各巻線９の端部が上記したモータ端子ピン１９ａに螺旋状に巻回された後、各巻回部分が電気溶接（例えば、アーク溶接）により接合される。各モータ端子ピン１９ａに対応する各給電ピン１９ｂは、アーク溶接の際のアース電極の接続用に利用することが可能となっている。

次に、この励磁コイル（即ち、ステータ２）を上記円筒状の金属製ケース３収納し、ステータ部１０を構成する。ヨーク１１の外形寸法は、その外周面とこのケース３の内周面とが密着するように設定されており、ステータ２をケース３内に収納した時、各ヨーク１１の中空円板部１１ｃの外周面がケース３の内周面と接触し、当ヨーク１１とケース３との間で磁気回路が形成されるようになっている。

次に、端子ピン１９が配置されているケース３の一端開口部を樹脂製の椀状キャップ１８にて蓋をする（この時、キャップ１８とボビン４の間には、巻線９が通る隙間２６が確保されている）と共に、このキャップ１８とケース３の外周全面を樹脂にてモールドし、有底円筒状のモータカバー２３を形成する。
この場合も、モータカバー２３を成形するための図示しない金型に、キャップ１８にて一端開口部を蓋したステータ部１０をインサートした状態で、この金型内に樹脂を注入することにより、モータカバー２３を形成する（射出成形）。
また、この時、同時にモータカバー２３の底部には、端子ピン１９の給電ピン
１９ｂが保持・収納されるコネクタハウジング２１が形成されると共に、他端開口縁部にモータ取り付けのためのフランジ１７が形成される。

次に、このステータ部１０（即ち、ボビン４）の開口端部より中心部空間に筒状のロータ１を組み込み、ロータ１のシャフト５の一端を予めボビン４内の凹部１６に固定しておいた一方の軸受７に軸支する。

次に、ロータ１のシャフト５の他端をボビン４の開口段部１５に係止した他方の軸受８に支軸すると共に、この軸受８にてステータ部１０の開口部を封口する。尚、この際、軸受８とロータ１の端面の間には、ロータ１を軸線方向に付勢する皿バネ１３と皿バネ座金１４とが介装される。

そして、この軸受８は、図１に示すように、樹脂製ボビン４の開口縁部４ａを熱加締めで内側方向に座屈することにより、ステータ部１０の開口部に固定される。或いは、別の方法として、図２に示すように、金属製ケース３の開口縁部３ａを加締めで内側方向に座屈することにより、ステータ部１０の開口部に固定される。これらの方法によれば、固定のための特別な部材を用いることなく、軸受８をステータ部１０に確実に、且つ容易に固定することができる。

以上の工程を経て、ロータ１はステータ部１０に回転自在に組み込まれ、ステッピングモータの組み立ては完了する。

上記のように組み立てられたステッピングモータにおいては、ボビン４とヨーク１１とが、当ボビン４を構成する樹脂により一体に成形されてステータ２が構成されるため、ボビン４とヨーク１１を高い寸法精度で一体化することができる。また、ヨーク１１の中空円板部１１ｃを利用してフランジ部２２を形成することにより、ステータ２自体をボビン状に形成できるため、ヨーク１１と一体化した後のボビン４に直ちに巻線９を巻回することができ、よって、励磁コイルの巻き付け精度も容易に確保することができる。

さらに、ロータ１のシャフト５を支持する一方の軸受７は、射出成形により形成されたステータ２のボビン４の凹部１６に嵌着・固定され、且つ、他方の軸受８も同じ成形体の開口段部１５に直接係止・固定される構造であることから、ステータ２の中心軸線とロータ１のシャフト５（即ち、回転軸）との芯合わせを正確に、且つ、容易に行うことができ、よって、組立工数は少なくて済み、組み立てに熟練を要することもない。

また、各モータ端子ピン１９ａと巻線９の各端部とをアーク溶接によって接合することによって、モータ端子ピン１９ａの短縮化を図ることができる。
すなわち、モータ端子ピン１９ａを先端側からアーク溶接によって溶融すると、先端部がほぼ球状に膨らむように溶融した後に固まることになるので、この溶融によってモータ端子ピン１９ａの径が球状に増加した分だけモータ端子ピン１９ａの長さを短くすることができ、その分、キャップ１８内のスペースを狭くすることができ、その結果、ステッピングモータの小型化が図れることになる。尚、溶融によって球状に膨らんだ溶融固化部、すなわち、接合部を図１、図２において符号２４で示す。

さらに、溶接であれば、鉛を含有する半田を使用する必要がなくなるので、鉛による環境汚染を防止する効果もある。

また、コネクタハウジング２１内の給電ピン１９ｂをアーク溶接の際のアース電極の接続用に利用することにより、アース電極の接続作業が容易になり、巻線９の端部とモータ端子ピン１９ａの接合作業を容易に行えるようになり、組立作業性を向上できる。

以上、本実施形態では、電気溶接の一例としてアーク溶接を用いた例を示したが、このアーク溶接以外の、例えば、プラズマ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等を用いても良い。これらの電気溶接においても、端子ピン１９の給電ピン１９ｂに溶接用の電極を接続することにより、電気溶接を能率良く実施することができる。

本発明に係るステッピングモータの内部構造を示す断面図。 本発明に係る図１とは別のステッピングモータの内部構造を示す断面図。 本発明に係るステッピングモータのボビンの一例を示す外形図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図。 本発明に係るステッピングモータのヨークの一例を示す外形図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図。 従来のモータの内部構造を示す断面図。

符号の説明

１ ロータ
３ ケース
３ａ 端部
４ ボビン
４ａ 端部
７、８ 軸受
９ 巻線
１０ ステータ部
１１ ヨーク
１１ｄ 極歯
１５ 係止部（段部）
１６ 係止部（凹部）
１８ キャップ
１９ 端子ピン

Claims (5)

1. 複数の極歯が形成されたヨークを樹脂モールドして一体成形型のボビンを構成し、
   当該ボビンに巻線を施して励磁コイルを構成すると共に、筒状の金属製ケース内に収納してステータ部を構成し、
   当該ステータ部の一端部を樹脂製のキャップにて蓋をすると共に、当該キャップおよび前記ケースの外周部を樹脂モールドし、
   前記ステータ部の他端開口部より内部空間にロータを組み込むと共に、当該ロータを、前記ボビンの両端に一体成形された係止部に軸受を介して回転自在に支持して構成したことを特徴とするモータ。
2. 一方の軸受が、前記樹脂製ボビンの端部を熱加締めで座屈することにより前記ステータ部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 一方の軸受が、前記金属製のケースの端部を加締めで座屈することにより前記ステータ部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記ボビンに端子ピンを一体成形して成ることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載のモータ。
5. 前記端子ピンの一端部に前記巻線の端部が電気溶接により接続されていることを特徴とする請求項４に記載のモータ。

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