JP2006217732A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小径で且つ軸方向の長さが短く、低コストで且つ高出力を実現することを可能とした駆動装置を提供する。
【解決手段】 ステッピングモータは、マグネット１、第１及び第２のコイル２、３、第１及び第２のステータ６、７、回転軸８、加圧ばね９、回転支持部材１０、軸受け１１を備える。第１及び第２のコイル２、３は、マグネット１の軸方向両端を挟む位置に配設される。第１のステータ６は、第１の外側磁極部６ａ〜６ｅを備え、第２のステータ７は、第２の外側磁極部７ａ〜７ｅを備える。回転軸８は、第１の内側磁極部８ａ、第２の内側磁極部８ｂを備える。回転支持部材１０は、第１のボビン４の内径部に挿入され、回転軸８を回転可能に支持し、回転軸８と第１の内側磁極部８ａを磁気的に接続する磁気回路を構成する。加圧ばね９は、回転支持部材１０を回転軸８の軸方向に加圧する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転軸を一方向に付勢する構造を有するステッピングモータとしての駆動装置に関する。

従来、回転軸を中心とする直径を小さくした構造を有し且つ出力を高めたステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）（従来例１）。以下、従来例１について図６及び図７を参照しながら簡単に説明する。

図６は、従来例１に係るステッピングモータの構成を示す分解斜視図であり、図７は、ステッピングモータの組み立て完成状態における回転軸方向に沿った構成を示す断面図である。

図６及び図７において、２０１は、円周方向に４分割して異なる極（Ｎ極、Ｓ極）に交互に着磁された永久磁石からなるロータ、２０２は、ロータ２０１の軸方向一端部側に隣り合って配置される第１のコイル、２０３は、ロータ２０１の軸方向他端部側に隣り合って配置される第２のコイルである。２０４は、軟磁性材料から構成され第１のコイル２０２により励磁される第１のステータ、２０５は、軟磁性材料から構成され第２のコイル２０３により励磁される第２のステータである。

第１のステータ２０４は、ロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第１の外側磁極部２０４Ａ、２０４Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第１の内側磁極部２０４Ｃ、２０４Ｄとを備えている。第２のステータ２０５も、同様に、ロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第２の外側磁極部２０５Ａ、２０５Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第２の内側磁極部２０５Ｃ、２０５Ｄとを備えている。

２０６は、ステッピングモータの出力軸であり、出力軸２０６にロータ２０１が固着されている。出力軸２０６は、第１のステータ２０４の軸受け部２０４Ｅと第２のステータ２０５の軸受け部２０５Ｅに回転可能に保持されている。２０７は、非磁性材料からなる連結リングであり、第１のステータ２０４と第２のステータ２０５とを所定の間隔で且つ所定の位相角度で保持するものである。

不図示の電源から第１のコイル２０２、第２のコイル２０３に対する通電方向を切り換えて、第１の外側磁極部２０４Ａ、２０５Ｂ、第１の内側磁極部２０４Ｃ、２０４Ｄ、第２の外側磁極部２０５Ａ、２０５Ｂ、第２の内側磁極部２０５Ｃ、２０５Ｄの各極性を切り換えることで、ロータ２０１を回転させていくものである。尚、図７に示すＬ１は、第１の内側磁極部２０４Ｃ、２０４Ｄとロータ２０１とが対向する箇所の軸方向長さである。

このステッピングモータは、第１及び第２のコイル２０２、２０３に通電することにより発生した磁束が、外側磁極部から対向する内側磁極部へ、或いは内側磁極部から対向する外側磁極部へと流れ、外側磁極部と内側磁極部の間に位置するロータ２０１（マグネット）に効率的に作用する。また、外側磁極部と内側磁極部との間の距離を円筒形状のマグネットの厚さ程度とすることができるため、外側磁極部と内側磁極部とで構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。このように磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力が向上する。

また、上記ステッピングモータを更に改良したものとして、内側磁極部を円筒形状で構成し、その内側磁極部の内径部に挿入される出力軸を軟磁性材料で構成し、更にはステータに取り付けられ該出力軸を回転可能に保持する軸受けを非軟磁性材料で構成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）（従来例２）。

従来例２によれば、出力軸も磁気回路として利用できるため、ステッピングモータの出力が上がる。その際のステータと出力軸の磁気による吸着を、軸受けが非磁性材料であることにより防止している。また、前記軸受けを軟磁性材料で構成してもよく、その場合にはステータと出力軸の磁気による吸着が心配されるが、軸受けそのものも磁気回路として構成することによる磁気抵抗減少によるトルクアップが、吸着によるトルクダウンよりも勝っていればよいので、有効である。

更に、上記従来例１のステッピングモータの回転軸を軸方向に加圧したものが提案されている（例えば、特許文献３参照）（従来例３）。以下、従来例３について図８を参照しながら簡単に説明する。

図８は、従来例３に係るステッピングモータの回転軸方向に沿った構成を示す断面図である。

図８において、３０１は、ロータを構成する円筒形状のマグネットであり、３０２及び３０３は、円筒形状のコイルである。３０７は、ロータ軸となる出力軸であり、出力軸３０７の外周部にリードスクリュー部３０７ａが形成されている。このリードスクリュー部３０７ａは、不図示のめねじと噛み合っており、回転によりめねじを直線移動させるものである。出力軸３０７は、マグネット３０１の嵌合部３０１ｗに圧入により固着されており、該出力軸３０７と該マグネット３０１とでロータを構成している。

３１８は、軟磁性材料からなる第１のステータであり、３１９は、軟磁性材料からなる第２のステータである。３２１は、第１の補助ステータであり、３２２は、第２の補助ステータである。第１のステータ３１８の外筒の先端部は、櫛歯形状の第１の外側磁極を形成しており、同様に、第２のステータ３１９の外筒の先端部は、櫛歯形状の第２の外側磁極を形成している。第１のステータ３１８の内筒３１８ｆと第１の補助ステータ３２１とが、第１の内側磁極部を構成しており、第２のステータ３１９の内筒３１９ｆと第２の補助ステータ３２２とが、第２の内側磁極を構成している。

３２３は、フレームであり、第２のステータ３１９に固着されている。３２４は、先端軸受けであり、フレーム３２３の穴３２３ａに固着されている。出力軸３０７の先端部３０７ｂは、先端軸受け３２４の穴３２４ｂに回転可能に嵌合している。３２５は、ステータ内軸受けであり、第１のステータ３１８の中空柱形状の内筒３１８ｆの先端部に取り付けられている。ステータ内軸受け３２５には、出力軸３０７の後端部３０７ｃが回転可能に嵌合している。出力軸３０７は、先端軸受け３２４とステータ内側軸受け３２５とにより回転可能に支持されている。

３２６は、スライド部材であり、第１のステータ３１８の中空柱形状の内筒３１８ｆの内部３１８ｇに収納されている。３２８は、蓋であり、第１のステータ３１８に固着され、圧縮コイルスプリング３２７の片側の方向の位置を規制している。圧縮コイルスプリング３２７は、スライド部材３２６を介して出力軸３０７の後端部３０７ｃを軸方向に加圧している。出力軸３０７は、この加圧により先端部３０７ｂが先端軸受け３２４側に押し付けられ回転可能であり、且つ軸方向の位置に関して位置決めされている。

このステッピングモータは、出力軸３０７を軸方向に加圧する加圧手段により、出力軸３０７のリードスクリュー部３０７ａに噛み合うめねじの直線運動の移動位置が、出力軸３０７の回転方向などによるヒステリシス差が生じない安定した位置どりをする運動になる。その際、圧縮コイルスプリング３２７とスライド部材３２６からなる加圧手段は、第１のステータ３１８の中空柱形状の内筒３１８ｆの内部３１８ｇに収納されているので、モータ本体から出っ張ることがなくモータのコンパクト性を全く損なわない。

更に、従来の、加圧手段を備えたステッピングモータとして図９に示すものが提案されている（例えば、特許文献４参照）（従来例４）。

図９は、従来例４に係るステッピングモータの回転軸方向に沿った構成を示す断面図である。

図９において、４０８は、第１〜第４のステータ４０４〜４０７より突出した部分にリードスクリュー部４１２が形成された回転軸である。この回転軸４０８は、その両端部が、曲面形状の当接部を有するスラスト軸受け４１１と４１４とにより摺動可能、回転可能に支持されている。第１のステータ４０４と第２のステータ４０５との間に、第１のコイル４０２が配設され、第３ステータ４０６と第４ステータ４０７との間に、第２のコイル４０３が配設されている。第１及び第２のコイル４０２、４０３は、それぞれスラスト方向に隣接して配置されている。

また、円筒形状のマグネット４０１が、第１のステータ４０４、第２のステータ４０５、第３ステータ４０６及び第４ステータ４０７の内径部に当たる部分に配置され、回転軸４０８に固着されており、回転可能となっている。上記スラスト軸受け４１１は、軸方向の移動ができるようになっており、この移動をガイドするガイド部４０９ａを備えたガイド部材４０９がステータ外側に配設されている。ガイド部材４０９は、ステータ４０４〜４０７のスラスト方向で並ぶ位置でステータ４０６、４０７に固着されている。４１０は、回転軸４０８を加圧する板ばねであり、４１３は、フレームである。

このステッピングモータでは、回転軸４０８を軸方向に加圧する手段と回転軸４０８を回転支持する軸受けとを共通とした構造とすることで、部品点数を少なくし、またスラスト軸受けとラジアル軸受けとの役割を果たすようにしており、加圧手段と軸受けを別々に設けたものに比べて摺動ロスを少なくし、ステッピングモータのトルクや高速応答性を向上させている。
特開平９−３３１６６６号公報 特開平１０−２２９６７０号公報 特開２０００−２８７４３４号公報 特開平１０−２７１７９３号公報

しかしながら、上記従来例１、従来例２、及び従来例３にて提案されているステッピングモータは、共にマグネットの内径とそれに対向する内側磁極部との間には所定の間隔が必要であり、それを製造時に管理することはコスト上昇を招く。また、ステータの形状そのものも円筒形状の内側磁極部と外側磁極部が必要な構造であり、内側磁極部と外側磁極部を一体的に構成することは部品製造上難しい。更に、内側磁極部と外側磁極部を別体で製造し後で一体的に組み立てる場合は、部品点数が多くなり、コスト上昇を招いてしまう。

また、上記従来例３にて提案されているステッピングモータは、内側磁極部の内側に加圧手段を配置しているため、上記従来例１にて提案されているステッピングモータに比べてコイルの径方向のスペースが少なくなり、出力が低下してしまう。また、ステッピングモータをより小径化し超小型化を実現しようとすると、加圧手段そのもののスペースが取れなかったり、出力軸を細くしなければならず、強度が取れなくなったりして好ましくない。即ち、加圧手段の最低限の大きさを確保しつつステッピングモータの外径を小さくしようとすると、コイルの径方向の幅を更に小さくするしかなく、出力トルクが大幅に低下してしまう。

また、上記従来例４にて提案されているステッピングモータは、回転軸を付勢しているスラスト軸受けを軸方向に移動可能としているガイド部をステータの外側に設けるしかなく、ステッピングモータそのものを大きくしてしまっている。スラスト軸受けをガイドするガイド部はステータと同心状に配置する必要があるが、ガイド部をステータと同心状に配置しながらモータ本体に固定するのは難しい。更に、回転軸の加圧手段として板ばねを用いているが、該板ばねは、溶接をするか或いは係合部に係合させることにより固定するが、溶接による固定方法はコストがかかり、係合による固定方法はステッピングモータへの衝撃などにより脱落する恐れなどがある。

本発明の目的は、小径で且つ軸方向の長さが短く、低コストで且つ高出力を実現することを可能とした駆動装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、着磁された筒状のマグネットと、軟磁性材料から形成されると共に前記マグネットの内径部に固定される回転軸と、前記マグネットと同軸で且つ前記マグネットの軸方向両端を挟む位置に各々配設される第１及び第２のコイルと、前記マグネットの外周側に且つ前記第１及び第２のコイルに各々対応して配設され、前記第１及び第２のコイルにより各々励磁される筒状の第１及び第２のステータと、軟磁性材料から形成されると共に前記第１のコイルの内側に配設され、前記回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸と前記第１のステータとを磁気的に接続する磁気回路を構成する回転支持部材と、前記第１のコイルの内側に配設され、前記回転支持部材を前記回転軸の軸方向に加圧する加圧手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の駆動装置において、前記第１のステータは、前記マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部を備え、前記第２のステータは、前記マグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部を備え、前記回転軸は、前記第１の外側磁極部に前記マグネットを挟んで対向する第１の内側磁極部と、前記第２の外側磁極部に前記マグネットを挟んで対向する第２の内側磁極部とを備え、前記第１のコイル、前記回転支持部材、前記第１のステータの前記第１の外側磁極部、前記回転軸の前記第１の内側磁極部により磁気回路を構成し、前記第２のコイル、前記第２のステータの前記第２の外側磁極部、前記回転軸の前記第２の内側磁極部により磁気回路を構成することを特徴とする。

また、本発明の駆動装置において、前記第１のコイルが巻回される第１のボビンと、前記回転軸を前記回転支持部材の反対側で回転可能に保持する軸受けとを備え、前記回転支持部材は、前記第１のボビンの内径部に挿入されると共に、前記第１のボビンの内径部と摺動することで前記回転軸の軸方向に移動可能であることを特徴とする。

また、本発明の駆動装置において、前記第１のステータの前記第１の外側磁極部と、前記第２のステータの前記第２の外側磁極部とは、各々、筒状部から軸方向に延出した櫛歯形状を有し、互いの櫛歯形状部の先端が対向して配置されると共に、互いの櫛歯形状部の位相が所定角度ずれて配置されることを特徴とする。

また、本発明の駆動装置において、前記第１のコイル及び前記第２のコイルに対する通電方向を順次切り換え、前記マグネットを通電位相に応じた位置へ順に回転させることを特徴とする。

尚、本発明の駆動装置において、前記軸受けを、軟磁性材料から形成すると共に前記第２のコイルの内径部に挿入し、前記回転軸の前記第２の内側磁極部と共に第２の内側磁極部として構成してもよい。

本発明によれば、第１及び第２のコイルをマグネットの軸方向両端を挟む位置に配設し、回転支持部材と加圧手段を第２のコイルの内側に配設しているため、駆動装置の長さは、マグネットの長さに第１及び第２のコイルの長さを加えただけの長さがあればよいことになる。従って、マグネットと第１及び第２のコイルの径と長さを極力小さくすれば、外径寸法を小さくし小型化を図った駆動装置を実現することができる。

また、第１のコイル、回転支持部材、第１のステータの第１の外側磁極部、回転軸の第１の内側磁極部により磁気回路を構成し、第２のコイル、第２のステータの第２の外側磁極部、回転軸の第２の内側磁極部により磁気回路を構成するため、第１及び第２のコイルにより発生した磁束を効果的にマグネットに作用させることができ、磁気回路のスペースを大きくとれ、磁気抵抗を少なくして、出力を高めることができる。

また、回転軸をマグネットの内径部に固定し、回転軸が第１及び第２の内側磁極部を備える構造、即ち第１及び第２の内側磁極部を一体化した構造としているため、機械的強度を高めることができると共に、容易且つ低コストで製造することができる。

また、回転支持部材と加圧手段を第１のコイルの内側に配設し、即ち駆動装置に内蔵し、回転支持部材と加圧手段により回転軸を軸方向に加圧するため、回転軸の軸方向のがたつきがなくなり、回転精度の向上や駆動音の低減を図ることができると共に、筒状部の外側に部材が突出することがなく、駆動装置の小型化を図ることができる。

また、回転支持部材を第１のボビンの内径部に挿入し、第１のボビンの内径部と摺動させることで回転軸の軸方向に移動可能としているため、ガイド部材などを設けることが不要となり、駆動装置の小型化を図ることができると共に、回転支持部材を第１のステータと同心に容易に組み立てることができる。

以上をまとめると、小径で且つ軸方向の長さが短く、低コストで且つ高出力な駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態における回転軸方向に沿った構成を示す断面図であり、図３（ａ）は、図２の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図、図３（ｂ）は、図２の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。

図１乃至図３において、ステッピングモータは、マグネット１、第１のコイル２、第２のコイル３、第１のボビン４、第２のボビン５、第１のステータ６、第２のステータ７、回転軸８、加圧ばね９、回転支持部材１０、軸受け１１を備えている。

マグネット１は、円筒形状であり、図３に示すように外周面がＮ分割（本実施の形態では１０分割）され、Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁されている。第１のコイル２は、円筒形状であり、絶縁材料からなる第１のボビン４に巻き付けられている。同様に、第２のコイル３は、円筒形状であり、絶縁材料からなる第２のボビン５に巻き付けられている。第１のコイル２及び第２のコイル３は、共にマグネット１の中心と同軸上で且つマグネット１を両端から挟む位置に配置されている。第１のコイル２及び第２のコイル３の外径は、マグネット１の外径とほぼ等しく構成されている。

第１のボビン４及び第２のボビン５は、薄肉成形が可能で且つ耐熱性に優れる樹脂である必要があるので、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などであることが望ましい。また、第１のボビン４の内径部には、回転支持部材１０が軸方向に移動するガイドとなるガイド部４ａ（図２参照）が設けられている。

第１のステータ６及び第２のステータ７は、共に軟磁性材料から構成されており、円筒形状の外筒部を備えている。第１のステータ６には、マグネット１の外周面に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第１の外側磁極部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅが形成されている（図１、図３（ａ）参照）。第１の外側磁極部６ａ〜６ｅは、円筒形状の第１のステータ６の外筒部の先端を切り欠くことで周方向にＮ／２分割（本実施の形態では５分割）されており、それぞれがマグネット１の一方の端面に対し、円筒部から軸方向に延出した櫛歯形状の磁極として形成されている。第１の外側磁極部６ａ〜６ｅは、７２０／Ｎ度（本実施の形態では７２度）ずれて形成されている。

同様に、第２のステータ７には、マグネット１の外周面に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第２の外側磁極部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅが形成されている（図３（ｂ）参照）。

第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅと第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅとは、同一形状を有するものであり、互いの櫛歯形状の磁極部の先端が向かい合う向きに配置され、且つ、互いの櫛歯形状の磁極部の位相が１８０／Ｎ度（本実施の形態では１８度）ずれて配置されている。

回転軸８は、軟磁性材料から構成されており、マグネット１の内径部に固定されている。回転軸８には、マグネット１に対向している第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅと対向した軸方向の範囲で且つマグネット１を挟む範囲（図２でＬ２の長さで示す範囲）に、第１の内側磁極部８ａが形成されている。また、回転軸８には、マグネット１に対向している第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅと対向した軸方向の範囲で且つマグネット１を挟む範囲（図２でＬ３の長さで示す範囲）に、第２の内側磁極部８ｂが形成されている。

回転軸８は、軸方向の中央部８ｅが第２のコイル３の内径部に挿入されており、第２の内側磁極部８ｂ及び中央部８ｅにより第２の内側磁極部を形成している。第１の内側磁極部８ａは、第１のコイル２により第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅとは反対の極に励磁され、第２の内側磁極部８ｂ及び中央部８ｅは、第２のコイル３により第２のステータ７の外側磁極部７ａ〜７ｅとは反対の極に励磁される。

マグネット１は、内径を回転軸８の第１の内側磁極部８ａと第２の内側磁極部８ｂで埋められているので、マグネット１の機械的強度が増大する。また、第１の内側磁極部８ａと第２の内側磁極部８ｂがバックメタルとして作用し、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、ステッピングモータが高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少なくなる。

加圧ばね９は、第１のコイル２の内径部に配置されており、回転支持部材１０を第１のコイル２から第２のコイル３へ向かう回転軸８の軸方向に加圧する。加圧ばね９により回転支持部材１０を介して回転軸８を軸方向に加圧することで、回転軸８の軸方向のがたつきをなくし、回転精度の向上や駆動音の低減を図っている。

回転支持部材１０は、軟磁性材料から構成されており、第１のコイル２が巻回された第１のボビン４の内径部に挿入され、回転軸８における第１のコイル２側の端部の回転を支持する。また、回転支持部材１０は、その外周面が第１のコイル２が巻き付けられた第１のボビン４の内径部に設けられたガイド部４ａと摺動することで軸方向に移動可能であり、加圧ばね９により軸方向に付勢されている。

回転支持部材１０における加圧ばね９で加圧される側と逆方向の端部には、先端が半球状の円柱部１０ａが設けられている。回転支持部材１０は、加圧ばね９の付勢力により、円柱部１０ａが回転軸８の穴部８ｄと嵌合することで回転軸８を回転可能に支持すると共に、回転軸８の穴部８ｄの先端と円柱部１０ａの球面の先端とが接触することで回転軸８を軸方向に加圧している。回転軸８と回転支持部材１０との接触面は、回転軸上の点であるので、加圧ばね９による摩擦損失はかなり小さいものになっている。

また、回転支持部材１０は、上述したように第１のコイル２の内径部に挿入されているため、第１のコイル２に電流が流れると回転支持部材１０が励磁されるようになっている。回転支持部材１０と回転軸８とは、上述したように接触しており、磁気的にも接続された構成となっているので、回転支持部材１０が励磁されると回転軸８の第１の内側磁極部８ａにも磁束が形成される。回転軸８の第１の内側磁極部８ａは、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅに対向する角度範囲の部分が、第１のコイル２により回転支持部材１０を介し、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅとは反対の極に励磁される。

軸受け１１は、軟磁性材料から構成されており、回転軸８の内側磁極部分に対して回転支持部材１０の反対側で回転軸８を回転可能に保持する。軸受け１１は、第２のコイル３の内径部に挿入されることで回転軸８の第２の内側磁極部８ｂと共に第２の内側磁極部として作用することで、磁気抵抗を小さくし磁束を流れやすくしており、ステッピングモータの出力を上昇させる。

その際、回転軸８と軸受け１１との間で磁気的な吸着による摩擦損失などが発生する可能性があるが、部品表面に潤滑塗装（フッ素系潤滑塗装、グラファイト系潤滑塗装、二硫化モリブデン系潤滑塗装など）や潤滑めっき（ＰＴＦＥ粒子を含有した無電解ニッケルめっき、テフロン（登録商標）潤滑無電解ニッケルめっき）などを施すことにより、摩擦損失を防止している。

連結リング１２は、円筒形状の部材であり、この連結リング１２の内側に図１に示すように規制溝１２ａ、１２ｂが設けられている。規制溝１２ａには、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅの櫛歯の１つである外側磁極部６ａが嵌合し、規制溝１２ｂには、第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅの櫛歯の１つである外側磁極部７ｂが嵌合するようになっている。

規制溝１２ａと規制溝１２ｂは、第１のステータ６と第２のステータ７の歯の位相が１８０／Ｎ度（本実施の形態では１８度）ずれて配置されるように形成されている。即ち、規制溝１２ａに従って第１のステータ６を連結リング１２に挿入及び固定し、規制溝１２ｂに従って第２のステータ７を連結リング１２に挿入及び固定すると、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅと第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅとは、位相が１８０／Ｎ度（本実施の形態では１８度）ずれて配置され保持される。

上記のようにして連結リング１２に第１のステータ６と第２のステータ７を固定することで、これら第１のステータ６と第２のステータ７を所望の位置及び位相で配置することが可能となる。また、連結リング１２は、非磁性材料から構成されているため、第１のステータ６と第２のステータ７との間の磁気回路を分断することができ、第１のステータ６及び第２のステータ７の互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。

本実施の形態のステッピングモータは、第１のステータ６と第２のステータ７はカップ状の形状で且つ外側の筒部分に切り欠きを設けたという簡単な形状であるから、製造が容易である。もしも従来例のようなステータ構造であると、第１のステータ或いは第２のステータはそれぞれ内側磁極部を外側磁極部と一体的に構成しなければならず、内側磁極部と外側磁極部を同一の部品で構成するには製造も難しいし、別体で構成するにはかしめや溶接などが必要となり、コスト上昇につながる。

また、従来例は、マグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度よく保って組み立てる必要があるほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対し所定の隙間を設けて配置する必要がある。しかし、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪いと上記隙間を確保できず、内側磁極部とマグネットが接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高い。

これに対し、本実施の形態では、マグネット１の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので組み立てが容易になる。

また、従来例は、第１の内側磁極部と第２の内側磁極部を別の部品にて構成していた。

これに対し、本実施の形態では、第１の内側磁極部８ａと第２の内側磁極部８ｂを単一の部品で構成しているので、部品の加工誤差が少なく、精度の良いステッピングモータを実現することができる。

また、従来例は、内側磁極部はマグネットと出力軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、そのため、内側磁極部とマグネットとが対向する箇所の軸方向長さ（図７のＬ１）は十分に長くできない。

これに対し、本実施の形態では、図２のＬ２やＬ３で示すように、第１及び第２の内側磁極部８ａ、８ｂとマグネット１とが対向する軸方向長さを容易に長く確保することができる。これにより、第１及び第２の外側磁極部６ａ〜６ｅ、７ａ〜７ｅとマグネット１を有効に利用することができ、ステッピングモータの出力を高めることができる。

また、本実施の形態では、回転軸８は、加圧ばね９と回転支持部材１０から構成される加圧手段により軸方向に加圧されることで軸方向に片寄せされる。これにより、回転軸８の軸方向のがたつきがなくなるので、ステッピングモータの回転精度の向上や駆動音の低減を図ることができる。

また、上記従来例３では、内側磁極部の内側に加圧手段（圧縮コイルスプリング、スライド部材）を配置しているため、上記従来例１に比べてコイルの径方向のスペースを少なくしなければならず出力が低下する。また、ステッピングモータの更なる小径化に対しては加圧手段そのものの配置が困難になる。即ち、加圧手段の最低限の大きさを確保しつつステッピングモータの外径を小さくすると、コイルの径方向の幅を更に小さくするしかなく、出力トルクが大幅に低下してしまう。

これに対し、本実施の形態では、第１のコイル２の内径部に加圧手段として加圧ばね９と回転支持部材１０を配置し、内側磁極部として作用させる構成としたことで、内側磁極部のスペースを十分に確保できるため、ステッピングモータの出力を低下させることがない。これにより、磁気効率を低下させることがなく出力トルクを維持したまま、上記加圧手段をステッピングモータ内に配置することが可能であり、更なる小型化も容易に達成することが可能となる。

また、従来例４では、軸方向に移動可能な軸受けを設けるためにステータの外側にガイド部材を配置する必要があり、ステッピングモータの軸方向長さが長くなっていた。

これに対し、本実施の形態では、軸方向に移動可能な回転支持部材１０を第１のボビン４の内径部に挿入する構成としたことで、ステッピングモータの軸方向長さを大きくすることなく、回転支持部材１０を配置することが可能である。

また、従来例４では、ガイド部材はステータのスラスト方向で並ぶ位置に配置するため、ガイド部材はステータと同軸となるように精度を出して固定する必要があった。

これに対し、本実施の形態では、第１のボビン４の内径部を回転支持部材１０のガイドとする構成としたことで、第１のボビン４と回転支持部材１０の同心度を出すのが容易である。更に、ステッピングモータの組み立ての際には、まず第１のステータ６に第１のボビン４を組み込み、第１のボビン４の内径部に加圧ばね９を挿入し、その後、回転支持部材１０を挿入する。これにより、加圧ばね９が自然状態の場合にも、回転支持部材１０は第１のボビン４の内径部に挿入可能なため、上から順に重ねるように組み立てるだけでよく、加圧ばね９に抗して組み付けたりする必要はなく、組み立てが容易である。

次に、ステッピングモータの回転駆動の仕組みについて図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。

図４（ａ）〜（ｄ）は、図２の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図、図５（ａ）〜（ｄ）は、図２の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。

図４及び図５において、図４（ａ）と図５（ａ）、図４（ｂ）と図５（ｂ）、図４（ｃ）と図５（ｃ）、図４（ｄ）と図５（ｄ）は、それぞれ、ステッピングモータの回転時における同じタイミングの状態を示している。

マグネット１が図４（ａ）の状態は、不図示の電源から第１のコイル２及び第２のコイル３に通電して、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅをＮ極に励磁し、第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅをＳ極に励磁した場合である。

この状態から、第１のコイル２への通電を反転させ、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅをＳ極に励磁し、第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネット１は反時計方向に１８度回転し、図４（ｂ）に示す状態になる。

次に、第２のコイル３への通電を反転させ、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅをＳ極に励磁し、第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｄをＮ極に励磁すると、マグネット１は更に反時計方向に１８度回転し、図４（ｃ）に示す状態になる。

次に、第１のコイル２への通電を反転させ、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅをＮ極に励磁し、第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅをＮ極に励磁すると、マグネット１は更に反時計方向に１８度回転し、図４（ｄ）に示す状態になる。

次に、第２のコイル３への通電を反転させ、第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅをＮ極に励磁し、第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅをＳ極に励磁すると、マグネット１は更に反時計方向に１８度回転し、図４（ａ）の状態に再び戻る。

以後、上記のように第１のコイル２及び第２のコイル３への通電方向を順次切り換えることにより、マグネット１は通電位相に応じた位置へと順に回転する。

本実施の形態では、第１のコイル２及び第２のコイル３への通電により発生する磁束を直接マグネット１に作用させ、上記で詳述した本実施の形態に特有の構造を採用することにより、ステッピングモータの出力を高出力なものにすると共に、非常に小型化可能なものとしている。

つまり、ステッピングモータの径は、マグネット１の径に第１のステータ６及び第２のステータ７の磁極を対向させるだけの大きさがあればよく、また、ステッピングモータの長さは、マグネット１の長さに第１のコイル２と第２のコイル３の長さを加えただけの長さがあればよいことになる。このため、ステッピングモータの大きさは、マグネット及びコイルの径と長さにより決まるもので、マグネット及びコイルの径と長さをそれぞれ非常に小さくすれば、ステッピングモータを超小型にすることができるものである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１のコイル２及び第２のコイル３は、マグネット１とほぼ同径で且つマグネット１を軸方向から挟む位置に配置しているため、ステッピングモータの外径寸法を小さく構成することができる。

また、第１のコイル２により発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第１のステータ６の第１の外側磁極部６ａ〜６ｅと、マグネット１の内周面に固定された回転軸８の第１の内側磁極部８ａとの間を通過するので、磁束を効果的にマグネット１に作用させることができる。その際、第１の内側磁極部８ａとマグネット１の内周面との間に従来のように隙間を設ける必要がない。

同様に、第２のコイル３により発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第２のステータ７の第２の外側磁極部７ａ〜７ｅと、マグネット１の内周面に固定された回転軸８の第２の内側磁極部８ｂとの間を通過するので、磁束を効果的にマグネット１に作用させることができる。その際、第２の内側磁極部８ｂとマグネット１の内周面との間に従来のように隙間を設ける必要がない。

これにより、本実施の形態のステッピングモータは、上記従来例１、２及び３で提案されているステッピングモータに比べて、第１及び第２の内側磁極部８ａ、８ｂと、第１及び第２の外側磁極部６ａ〜６ｅ、７ａ〜７ｅとのギャップを小さく構成できるので、磁気抵抗を減少させることができる。

また、第１のコイル２により発生する磁束は、軟磁性材料で構成された回転支持部材１０から、第１の外側磁極部６ａ〜６ｅ、第１の内側磁極部８ａを通り、再び回転支持部材１０へと戻るように磁気回路を構成しており、第１のコイル２の内径部に加圧手段を設けていながら、第１のコイル２の内径部はほぼ全て磁気回路として利用している。また、第２のコイル３により発生する磁束は、回転軸８における第２のコイル３の内径部に挿入された部分から第２の内側磁極部８ｂ、第２の外側磁極部７ａ〜７ｅを通り、再び回転軸８における第２のコイル３の内径部に挿入された部分へと戻るように磁気回路を構成しており、第２のコイル３の内径部はほぼ全て磁気回路として利用している。

これにより、本実施の形態のステッピングモータは、上記従来例１、２及び３で提案されているステッピングモータに比べて、磁気回路のスペースを大きくとれるので、磁気抵抗の少ない構成となり、出力を高めることができる。

また、回転軸８をマグネット１の内周部に固定し、回転軸８が第１の内側磁極部８ａ及び第２の内側磁極部８ｂを備える構造、即ち第１の内側磁極部８ａ及び第２の内側磁極部８ｂを一体化した構造としているため、上記従来例１、２及び３のように外側磁極部と内側磁極部を接続或いは一体的に製造する場合に比べて、容易且つ低コストで製造することができる。

また、従来例ではマグネットの内径部にも外径部にも所定の隙間が必要であったが、本実施の形態では組み立て時にマグネット１の外径部側のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になり、不良率も少なくすることができる。

また、マグネット１は内径部に回転軸８が固定されるので、機械的強度を高めることができると共に、回転軸８をバックメタルとしても作用させることができる。

また、加圧ばね９と回転支持部材１０からなる加圧手段をステッピングモータに内蔵し、加圧手段により回転軸８を加圧し軸方向に片寄せすることで、回転軸８の軸方向のがたつきがなくなり、回転精度の向上や駆動音の低減を図ることができると共に、円筒形状部の外側に部材が突出することがなく、ステッピングモータのコンパクト化を実現することができる。

また、回転支持部材１０は、第１のコイル２が巻回された第１のボビン４の内径部に挿入し、第１のボビン４の内径部をガイドとしてスラスト方向に移動可能としているため、上記従来例４で必要としていたガイド部材などを設けることが不要となり、また回転支持部材１０をステータよりも大きくすることもなくコンパクトに配置することが可能である。

また、第１のコイル２を巻回する第１のボビン４を高耐熱で薄肉成形可能な上記ＬＣＰ等の樹脂で成形し、第１のボビン４の内径部を回転支持部材１０のガイドとしているため、回転支持部材１０を軸方向に移動させる際の摺動性を高めることができる。

また、上記従来例４では、軸受けがステータと同心になるためにはガイド部材の嵌合長を長くとる必要があり、そのためにはガイド部材の軸方向長さを更に長くする必要があった。他方、本実施の形態では、第１のボビン４の内径部を利用して回転支持部材１０を挿入しているので、嵌合長を長くすることが容易である。

また、従来例４ではガイド部材をステータに固定するには、冶具などを用いて同軸度を出したうえで溶接する必要があった。他方、本実施の形態では、第１のボビン４は第１のステータ６と同心で組み立てられるので、第１のボビン４の内径部をガイドとする回転支持部材１０は第１のステータ６と同心に容易に組み立てることできる。これにより、回転軸８のステータに対する同心度を容易に確保することができ、マグネット１の外周面に対向している外側磁極部が接触する現象を回避することができる。

以上をまとめると、本実施の形態においては、小径で且つ軸方向の長さが短く、低コストで且つ高出力なステッピングモータを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成を示す分解斜視図である。 図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態における回転軸方向に沿った構成を示す断面図である。 （ａ）は図２の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図２の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図２の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図２の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。 従来例１に係るステッピングモータの構成を示す分解斜視図である。 図６に示すステッピングモータの組み立て完成状態における回転軸方向に沿った構成を示す断面図である。 従来例３に係るステッピングモータの回転軸方向に沿った構成を示す断面図である。 従来例４に係るステッピングモータの回転軸方向に沿った構成を示す断面図である。

符号の説明

１ マグネット
２ 第１のコイル
３ 第２のコイル
４ 第１のボビン
５ 第２のボビン
６ 第１のステータ
７ 第２のステータ
８ 回転軸
９ 加圧ばね（加圧手段）
１０ 回転支持部材
１１ 軸受け
１２ 連結リング

Claims (5)

1. 着磁された筒状のマグネットと、
   軟磁性材料から形成されると共に前記マグネットの内径部に固定される回転軸と、
   前記マグネットと同軸で且つ前記マグネットの軸方向両端を挟む位置に各々配設される第１及び第２のコイルと、
   前記マグネットの外周側に且つ前記第１及び第２のコイルに各々対応して配設され、前記第１及び第２のコイルにより各々励磁される筒状の第１及び第２のステータと、
   軟磁性材料から形成されると共に前記第１のコイルの内側に配設され、前記回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸と前記第１のステータとを磁気的に接続する磁気回路を構成する回転支持部材と、
   前記第１のコイルの内側に配設され、前記回転支持部材を前記回転軸の軸方向に加圧する加圧手段と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記第１のステータは、前記マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部を備え、
   前記第２のステータは、前記マグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部を備え、
   前記回転軸は、前記第１の外側磁極部に前記マグネットを挟んで対向する第１の内側磁極部と、前記第２の外側磁極部に前記マグネットを挟んで対向する第２の内側磁極部とを備え、
   前記第１のコイル、前記回転支持部材、前記第１のステータの前記第１の外側磁極部、前記回転軸の前記第１の内側磁極部により磁気回路を構成し、
   前記第２のコイル、前記第２のステータの前記第２の外側磁極部、前記回転軸の前記第２の内側磁極部により磁気回路を構成することを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記第１のコイルが巻回される第１のボビンと、
   前記回転軸を前記回転支持部材の反対側で回転可能に保持する軸受けとを備え、
   前記回転支持部材は、前記第１のボビンの内径部に挿入されると共に、前記第１のボビンの内径部と摺動することで前記回転軸の軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
4. 前記第１のステータの前記第１の外側磁極部と、前記第２のステータの前記第２の外側磁極部とは、各々、筒状部から軸方向に延出した櫛歯形状を有し、互いの櫛歯形状部の先端が対向して配置されると共に、互いの櫛歯形状部の位相が所定角度ずれて配置されることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
5. 前記第１のコイル及び前記第２のコイルに対する通電方向を順次切り換え、前記マグネットを通電位相に応じた位置へ順に回転させることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。

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