JP2008092629A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した回転性能とトルクの向上、動作音の静穏化、コストの低減など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のステータ２、第２のステータ３、第１の軸受４、回転軸５、コア６、第１のコイル７、スペーサ８、第２のコイル９、第１のボビン１０、第２のボビン１１、第２の軸受１２を備える。コア６と第１の軸受４及び第２の軸受１２との軸方向における互いの対向部分を、コア側が凹形状で第１及び第２の軸受側が凸形状である一組の略同一角度の斜度を有する円錐面に形成する。コア６の円錐面６ａと第１の軸受４の円錐面４ｄ及び第２の軸受１２の円錐面１２ｄとを、規定の間隔をもって対向させる。また、コア６を粉末焼結製法により製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸にコア及びマグネットを固定すると共にマグネットの外周側にステータを対向配置した構造を有する駆動装置に関する。

従来、ステッピングモータに関する各種技術が提案されている。本出願人は、回転軸を中心とする直径を小さくし且つ出力を高めたステッピングモータを提案している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載のステッピングモータは、コイルに通電することで発生した磁束が外側磁極から対向する内側磁極に、或いは内側磁極から対向する外側磁極に流れ、外側磁極と内側磁極の間に位置するマグネットに効率的に作用する。また、外側磁極と内側磁極と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、外側磁極と内側磁極とから構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。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るため、出力が向上する。

また、本出願人は、上記ステッピングモータを更に改良したものを提案している（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２記載のステッピングモータは、内側磁極を円筒形状に構成し、内側磁極の内径部に挿入されている出力軸を軟磁性材料により形成する。更に、ステータに取り付けられ出力軸を回転可能に保持する軸受を非磁性材料により形成したものである。このモータによれば、出力軸も磁気回路として利用できるため、構成部品点数を削減できると共にモータの効率も向上する。

しかしながら、特許文献２記載のステッピングモータは、第１のコイルへの通電により発生する磁束が、軟磁性材料の出力軸を介して第２のコイル、第２の外側磁極、第２の内側磁極に影響を及ぼす。また、第２のコイルへの通電により発生する磁束が、軟磁性材料の出力軸を介して第１のコイル、第１の外側磁極、第１の内側磁極に影響を及ぼす。そのため、回転を不安定なものにしてしまう。

また、特許文献１、特許文献２記載のステッピングモータは、両者共にマグネットの内径とそれに対向する内側磁極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の上昇を招く。また、ステータは円筒形状の内側磁極部と外側磁極部を有する形状とすることが必要であり、両磁極部を一体的に構成するのは部品製造上難しい。また、両磁極部を別体で製造し後で一体的に組み立てる場合は、部品点数が増加すると共にコストの上昇を招く。

また、本出願人は、上記ステッピングモータを更に改良したものを提案している（例えば、特許文献３参照）。

図５は、従来例（特許文献３）に係るステッピングモータの構成を示す断面図である。

図５において、ステッピングモータは、コイル２０１、ヨーク２０２、軸受２０３、回転軸２０４、マグネット２０５を備えている。回転軸２０４を軟磁性材料により形成しマグネット２０５の内周面に直接固定しているため、上記従来例に比べて、マグネット２０５の内周面との間に空隙を設ける必要がない。そのため、磁束が効果的にマグネット２０５に作用する。

更に、軸受２０３を軟磁性材料により形成しているため、コイル２０１で発生した磁束がそれぞれ軟磁性材料からなる軸受２０３、回転軸２０４、ヨーク２０２の間を流れやすくなる。そのため、前記部品間に介在するマグネット２０５との間に発生するトルクが向上し、出力をより一層高めることが可能となる。

図６は、別の従来例に係るステッピングモータの構成を示す断面図である。

図６において、ステッピングモータは、マグネット３０１、第１のステータ３０２、第２のステータ３０３、第１の軸受３０４、回転軸３０５、コア３０６を備える。更に、ステッピングモータは、第１のコイル３０７、スペーサ３０８、第２のコイル３０９、第１のボビン３１０、第２のボビン３１１、第２の軸受３１２を備えている。
特開平９−３３１６６６号公報 特開平１０−２２９６７０号公報 特開２００４−３５７３７８号公報

上記特許文献３記載のステッピングモータにおいて、コイル２０１の、上記図５の図面上で軸の上半分の断面を中心に左回りの磁束が発生した場合を例に挙げ説明する。該モータには２つの磁気回路がある。１つは、磁束がヨーク２０２から軸受２０３を経てから回転軸２０４の内部を通過し、マグネット２０５の裏面（いわゆるマグネットのコア部分）に伝達される磁気回路である。もう１つは、磁束が軸受２０３の内部を通過し、軸受２０３の右端部からマグネット２０５の裏面に伝達される磁気回路である。

しかしながら、上記特許文献３記載のステッピングモータには次の問題がある。まず、回転軸２０４の内部に磁束を通過させる磁気回路では、磁束が回転軸２０４の最も直径の小さい部分、つまり断面積の小さい付け根部分を通過しなければ、マグネット２０５に達することができない。そのため、回転軸２０４の最も直径の小さい部分で磁気飽和が発生し易く、磁束の量が制限される。

一方、回転軸２０４及びマグネット２０５からなるロータユニットの円滑な回転のためには、回転軸２０４のスラスト方向ガタが必須なので、軸受２０３の右端部は回転軸２０４より直径が大きく断面積も広く構成されている。

しかし、軸受２０３の右端部はロータのコア部分と垂直に向き合っているので、上記スラスト方向ガタに起因する隙間がモータ回転中に断続的に発生する。そのため、隙間を通過する磁束の量がその都度変化し、特に相対的に低回転時のモータのトルクが低下する恐れがある。また、同時にロータと軸受２０３の間の軸方向力による吸着力も変化するので、回転中のロータのガタ量が増大し、結果としてやはり特に低回転時の回転音が大きくなる恐れがある。

また、上述した軸受とコア部分との間の磁束の伝達に関しては、上記図６に示したような磁束伝達構造を有するステッピングモータがある。

上記図６のステッピングモータは、第１の軸受３０４の一方の端部（ここでは右端部）をコア３０６に形成した凹部３０６ａに入り込ませる構造としている。更に、ロータユニットを回転軸３０５とコア３０６の別部品から構成し、組立時にコア３０６をその中心穴を介して回転軸３０５に圧入する構造としている。しかしながら、コア３０６の内径側を落とし込んで凹部３０６ａを形成した場合、落とし込んだ部分の外周部分３０６ｂが薄肉形状になりやすい。

また、上記ステッピングモータの部品に使用される金属の軟磁性材料、例えば鉄製の部品の一般的な製造方法としては、切削加工、研削加工、粉末焼結製法などがある。中でも粉末焼結製法は、コストが安い製法として知られており、軸受やコアの製法としては最適な製法である。

しかしながら、粉末焼結製法は、部品が単純な円筒形状であれば問題ないが、部分的に薄肉になるなど極端な肉厚の変化を有する形状では、肉厚の変化部分で紛体を圧縮する圧力がかかりにくくなる。その結果、薄肉部分がもろくなり製造できない。従って、上記図６に示したように単にコアと軸受をいわゆる入れ子構造にしてしまうと、どちらか一方、大抵はコアの外周面と入れ子の凹み部分の肉厚が薄くなりやすい。そのため、軸受やコア等の部品は加工コストが割高になりやすい切削加工等で製造せざるを得ない、という問題があった。

本発明の目的は、安定した回転性能とトルクの向上、動作音の静穏化、コストの低減など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、軟磁性材料から形成され、軸方向に貫通する穴部を有するコアと、前記コアの前記穴部に固定される回転軸と、前記コアの外周部に固定され、周方向に異なる極が交互に着磁された円筒形状のマグネットと、前記マグネットの外周部に対向して配置され、それぞれ磁極歯を有する第１のステータ及び第２のステータと、前記マグネットの軸方向両側にそれぞれ配置され、前記第１及び第２のステータをそれぞれ励磁する第１のコイル及び第２のコイルと、前記コアの軸方向両側にそれぞれ配置されると共に前記第１及び第２のステータにそれぞれ固定され、前記回転軸を回転可能に支持する第１の軸受及び第２の軸受とを備え、前記第１及び第２の軸受と前記コアとの軸方向における互いの対向部分を、前記第１及び第２の軸受側が凸形状に且つ前記コア側が凹形状に形成すると共に、前記第１及び第２の軸受の前記コア側との対向面と前記コアの前記第１及び第２の軸受側との対向面とを、規定の間隔をおいて対向させたことを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２の軸受側を凸形状、コア側を凹形状に形成しているため、対向面が平坦面の場合等と比較し磁気抵抗を小さくでき、駆動装置の安定した回転性能とトルクの向上が可能となる。また、コアを単純に円筒形状とした場合のように薄肉部分が発生しないため、粉末焼結製法の採用が可能となり、低コストでコアの製造が可能となる。また、コアと第１及び第２の軸受の各対向面を規定間隔で対向させるため、通過する磁束量の変化を小さくでき、駆動装置の静穏化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１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部品を示す分解斜視図である。図２は、図１に示すステッピングモータの組立完成状態の構成を示す断面図である。図３は、図２に示すステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を動作段階毎に示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は、矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｅ）〜（ｈ）は、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のステータ２、第２のステータ３、第１の軸受４、回転軸５、コア６、第１のコイル７、スペーサ８、第２のコイル９、第１のボビン１０、第２のボビン１１、第２の軸受１２を備えている。マグネット１、回転軸５、コア６によりロータユニットを構成している。

マグネット１は、円筒形状に構成されており、その外周面を円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝４）してＳ極とＮ極が交互に着磁された着磁部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ（図３参照）を備えている。

第１のステータ２は、軟磁性材料により形成されており、磁極歯２ａ、２ｂを有する外筒部と、中央に穴部２ｄが形成された天板２ｃとから構成されている。第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂは、軸方向に延出された櫛歯形状に形成されている。第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂは、円周方向に３６０／（Ｎ／２）（本実施の形態では１８０）度の間隔をおいて所定の歯幅を有して形成されている。

第２のステータ３は、第１のステータ２と同一部品で構成されている。即ち、第２のステータ３は、軟磁性材料により形成されており、磁極歯３ａ、３ｂを有する外筒部と、中央に穴部３ｄが形成された天板３ｃとから構成されている。第２のステータ３の磁極歯３ａ、３ｂは、軸方向に延出された櫛歯形状に形成されている。第２のステータ３の磁極歯３ａ、３ｂは、円周方向に３６０／（Ｎ／２）（本実施の形態では１８０）度の間隔をおいて所定の歯幅を有して形成されている。

第１の軸受４は、軟磁性材料により形成されており、摺動部４ａ、外筒部４ｂ、鍔部４ｃ、円錐面４ｄ、先端部４ｅを備えている。第１の軸受４は、摺動部４ａによりロータユニットの回転軸５を保持することでロータユニットを円滑に回転させる。第１の軸受４は、鍔部４ｃにより第１のボビン１０を第１のステータ２との間に挟み込んで保持する。また、第１の軸受４の外筒部４ｂは、第１のステータ２の穴部２ｄに圧入される。これにより、第１の軸受４、第１のボビン１０、第１のステータ２は、一体的に固定されてユニットとなる。また、これにより、第１の軸受４と第１のステータ２とは磁気的に接続される。

一方、第１の軸受４の円錐面４ｄは、鍔部４ｃから先端部４ｅまで形成されている。第１の軸受４の先端部４ｅの直径は、コア６の底面部６ｂの直径よりわずかに小さく形成されている。また、第１の軸受４の円錐面４ｄとコア６の円錐面６ａ（後述）とは、略同一角度の斜度を有する。且つ、第１の軸受４の先端部４ｅとコア６の底面部６ｂとの間には、スペーサ８が配置されている。これにより、第１の軸受４の円錐面４ｄとコア６の円錐面６ａとの隙間、即ち空気間隔を所定の量に保ちながら、ロータユニットを円滑に回転させることが可能となる。また、第１の軸受４及びコア６間にスペーサ８を挟むことで、第１の軸受４とコア６との間の吸着及び摺動ロスを低減することが可能となる。

また、第１の軸受４は、摺動部４ａにおいて回転軸５と嵌合することにより回転軸５を回転可能に保持する。これと同時に、第１の軸受４と回転軸５が磁気的に接続されている。以上のことにより、第１の軸受４を介して第１のステータ２と回転軸５とが磁気的に接続され、第１のコイル６により発生する磁束が流れることで、第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂが励磁される。

回転軸５は、コア６に圧入されると共に、第１の軸受４及び第２の軸受１２により回転可能に支持される。上述したように、回転軸５、コア６、マグネット１によりロータユニットが構成されている。回転軸５は、本ステッピングモータの出力軸として機能する。即ち、回転軸５の先端に所定の部品（ギア、レバー、スクリュねじ等）を固定することで、回転出力を得ることができる。

コア６は、円筒形状に構成されると共に軟磁性材料により形成されている。本実施の形態では、粉末焼結製法により純鉄紛を高圧プレスした後に高温焼結することでコア６を製造している。コア６は、回転軸５が嵌合可能な内径を有する中心穴（貫通穴）、円錐面６ａ、底面部６ｂ、平坦な端面６ｃを備えている。コア６は、第１の軸受４及び第２の軸受１２との軸方向における対向部分が底面部６ｂに向かって徐々に肉厚となる凹形状に形成されている。コア６は、中心穴に回転軸５が圧入固定されると共に、外周部にマグネット１が接着固定される。

第１のコイル７は、第１のボビン１０に巻回されると共に、第１のステータ２の内径側に配置される。第１のコイル７は、第１のステータ２を励磁する。

スペーサ８は、非磁性材料により形成されると共に軸方向の両端面が摺動性の良好な円環状部材であり、２個設けられている。２個のスペーサ８は、それぞれ回転軸５に挿通され、第１の軸受４の先端部４ｅとコア６の底面部６ｂとの間、及び第２の軸受１２の先端部１２ｅとコア６の底面部６ｂとの間に配置される。スペーサ８は、ロータユニットのスラスト方向ガタ（軸方向ガタ）及び軸方向の吸引力による金属同士の摺動を更に円滑にする役割を有する。

第２のコイル９は、第２のボビン１１に巻回されると共に、第２のステータ３の内径側に配置される。第２のコイル９は、第２のステータ３を励磁する。

第１のボビン１０は、液晶ポリマー等の耐熱性を有する材料により形成されており、内周部１０ａ、巻線部１０ｂ、穴部１０ｃを備えている。第１のボビン１０の巻線部１０ｂは、第１のボビン１０の軸方向一方の側に配設され、第１のコイル７が巻回される。第１のボビン１０の内周部１０ａは、第１のボビン１０の軸方向他方の側に配設され、第２のボビン１１の外周部１１ａと嵌合する。また、第１のボビン１０の穴部１０ｃには、第１のステータ２が第１のボビン１０と組み合わされる際に、第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂが貫通される。

第２のボビン１１は、液晶ポリマー等の耐熱性を有する材料により形成されており、外周部１１ａ、巻線部１１ｂ、穴部１１ｃを備えている。第２のボビン１１の巻線部１１ｂは、第２のボビン１１の軸方向一方の側に配設され、第２のコイル９が巻回される。第２のボビン１１の外周部１１ａは、第２のボビン１１の軸方向他方の側に配設され、第１のボビン１０の内周部１０ａと嵌合する。また、第２のボビン１１の穴部１１ｃには、第２のステータ３が第２のボビン１１と組み合わされる際に、第２のステータ３の磁極歯３ａ、３ｂが貫通される。

第２の軸受１２は、第１の軸受４と同一部品で構成されている。即ち、第２の軸受１２は、軟磁性材料により形成されており、摺動部１２ａ、外筒部１２ｂ、鍔部１２ｃ、円錐面１２ｄ、先端部１２ｅを備えている。第２の軸受１２は、摺動部１２ａによりロータユニットの回転軸５を保持することでロータユニットを円滑に回転させる。第２の軸受１２は、鍔部１２ｃにより第２のボビン１１を第２のステータ３との間に挟み込んで保持する。また、第２の軸受１２の外筒部１２ｂは、第２のステータ３の穴部３ｄに圧入される。これにより、第２の軸受１２、第２のボビン１１、第２のステータ３は、一体的に固定されてユニットとなる。また、これにより、第２の軸受１２と第２のステータ３とは磁気的に接続される。

一方、第２の軸受１２の円錐面１２ｄは、鍔部１２ｃから先端部１２ｅまで形成されている。第２の軸受１２の先端部１２ｅの直径は、コア６の底面部６ｂの直径よりわずかに小さく形成されている。第２の軸受１２の円錐面１２ｄとコア６の円錐面６ａは、略同一角度の斜度を有する。且つ、第２の軸受１２の先端部１２ｅとコア６の底面部６ｂとの間には、スペーサ８が配置されている。これにより、第２の軸受１２の円錐面１２ｄとコア６の円錐面６ａとの隙間、即ち空気間隔を所定の量に保ちながら、ロータユニットを円滑に回転させることが可能となる。また、第２の軸受１２及びコア６間にスペーサ８を挟むことで、第２の軸受１２とコア６との間の吸着及び摺動ロスを低減することが可能となる。

また、第２の軸受１２は、摺動部１２ａにおいて回転軸５と嵌合することにより回転軸５を回転可能に保持する。これと同時に、第２の軸受１２と回転軸５が磁気的に接続されている。以上のことにより、第２の軸受１２を介して第２のステータ３と回転軸５とが磁気的に接続され、第２のコイル９により発生する磁束が流れて第２のステータ３の磁極歯３ａ、３ｂが励磁される。

次に、上記構成を有する本実施の形態の２相ステッピングモータの組立工程について説明する。

まず、回転軸５をコア６の中心穴に対して圧入し軸方向の所定の位置で固定する。次に、マグネット１をコア６の外周面に接着固定し、マグネット１と回転軸５とコア６によりロータユニットを構成する。次に、第１のボビン１０の穴部１０ｃに第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂを貫通させる。次に、第１の軸受４の外筒部４ｂを第１のボビン１０の中心穴を貫通させた後、第１のステータ２の中心穴に圧入する。

即ち、第１の軸受４により第１のボビン１０と第１のステータ２を固定する。これにより、第１の相のコイルのユニット（第１のユニット）を構成する。このとき、第１のボビン１０は、第１の軸受４の鍔部４ｃにより第１のステータ２に固定されている。同様に、第２の軸受１２により第２のボビン１１と第２のステータ３を固定する。これにより、第２の相のコイルのユニット（第２のユニット）を構成する。このとき、第２のボビン１１は、第２の軸受１２の鍔部１２ｃにより第２のステータ３に固定されている。

最後に、ロータユニットの回転軸５の前後から、上記第１のユニットを構成する第１の軸受４の内径と、上記第２のユニットを構成する第２の軸受１２の内径をそれぞれ回転軸５に嵌合させる。また、第１のボビン１０の内周部１０ａと第２のボビン１１の外周部１１ａを嵌合させる。これにより、２相ステッピングモータの仮組みが完成する。

その後、仮組みされたステッピングモータの第１のユニットと第２のユニットは、接着工程或いはレーザ樹脂溶着工程などにより樹脂部分が完全に接合されることで固定される。これにより、２相ステッピングモータが完成する。

次に、上記組立工程により完成した２相ステッピングモータの磁気回路について図２を参照しながら詳細に説明する。

図２に示した２相ステッピングモータの左半分の第１の相と右半分の第２の相は同じ機能を有するので、左半分の第１の相についてのみ説明する。また、図２においては説明の便宜上、マグネット１と回転軸５とコア６からなるロータユニットをそのスラスト方向ガタ分だけ左方向にずらした状態を示してある。

第１のコイル７に通電した場合、図２において第１のコイル７の断面を中心に例えば左回りの磁束が発生する。一方、第１のコイル７の近傍にある全て軟磁性材料からなる要素である第１のヨーク２と第１の軸受４、回転軸５とコア６は、互いに圧入されている。そのため、これらの構成要素は一体となって磁気回路を構成する。即ち、図２に白抜き矢印で示すように、第１のコイル７で発生した磁束はこれらの構成要素（金属部品）の内部を通過する。

第１のヨーク２、第１の軸受４、回転軸５、コア６、マグネット１、第１のヨーク２の磁極歯２ａが、磁束が流れる磁気回路である。第１の軸受４の円錐面４ｄから第１のヨーク２の磁極歯２ａに伝わる磁束により発生するＮまたはＳの磁界の中に、永久磁石のマグネット１のＮ極またはＳ極が存在する。これにより、マグネット１及びロータユニットに対し回転力が発生する。

上記磁気回路において、一体化した金属部品に比べて大きな磁気抵抗となる空気間隔は次の通りである。即ち、マグネット１の外周面とこれに対向する第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂとの間の間隔、及び、回転するコア６の円錐面６ａと第１の軸受４の円錐面４ｄとの間の規定の間隔ｇである。これらの間隔は、できるだけ接近させ且つその断面積（表面積）を大きく取ることが望ましい。これにより、上記空気間隔の部分における磁気抵抗が減少し磁気飽和が防止されることで、ステッピングモータのトルク向上が可能となる。

従来は、ステッピングモータの組立上或いは部品精度上、部品同士が互いに干渉しない適切な所定の間隔に設定していた。ステッピングモータの円滑な回転に必要な所定量のスラスト方向ガタにより、ステッピングモータの回転中であってもロータユニットはスラスト方向に移動する。図２においてはスラスト方向ガタが最大に偏った状態であり、軸方向左側のスペーサ８の厚さ分まで第１の軸受４とコア６は近接しているとする。

本実施の形態では、回転するコア６と第１の軸受４との間における軸方向の対向面の形状を、円錐面６ａと円錐面４ｄに形成している。そのため、コア６と第１の軸受４の間の部分の磁束の伝達に関し、コア６の円錐面６ａと第１の軸受４の円錐面４ｄとの間隔ｇは、ロータユニットのスラスト方向ガタに影響されにくく且つその断面積も広い。その結果、間隔ｇにおける磁気抵抗が少なく磁気飽和が発生しにくい。

即ち、コア６と第１の軸受４との間の磁束の伝達部分は、図２の断面図において斜面で表されるので、ロータユニットのスラスト方向ガタｈの変化量に比べて間隔ｇの変化量は少ない。従って、間隔ｇを通過する磁束の変化量も小さい。また、コア６の円錐面６ａ及び第１の軸受４の円錐面４ｄは、斜面であるため回転軸に直交する面よりも長さが長く断面積（表面積）が広いことになる。従って、磁気飽和が発生しにくい。

また、第２の軸受１２の先端部１２ｅの直径は、対向するコア６の底面部６ｂの直径より小さく形成されている。且つ、第２の軸受１２の円錐面１２ｄとコア６の円錐面６ａは、斜面の長さが略同一に形成されている。そのため、ロータユニット全体が左に最大量偏っても、第２の軸受１２の円錐面１２ｄはコア６の円錐面６ａに接触することが無い。従って、磁束の流れによる吸着力が過大になることもない。これにより、軸方向の両端面が滑らかな摺動面として形成されたスペーサ８によりロータユニットの円滑な回転が保障される。

一方、ロータユニットの軸方向反対側における、第２の軸受１２の先端部１２ｅとコア６の底面部６ｂとが対向する部分の間隔は、本ステッピングモータで最大である。この場合であっても、スラスト方向ガタ量に対し、図２の断面図において斜面で表される部分の空気間隔は小さく設定できている。

即ち、ロータユニットが回転中において、ロータユニットのスラスト方向ガタ分だけ軸方向に移動しようとしても、第１の軸受４とコア６との間を通過する磁束の量の変化が小さい。そのため、ロータユニットのスラスト方向ガタによるステッピングモータの振動及び動作音（特に低回転時の動作音）が少なくなる。

このように、第１の軸受４とコア６の対向面を略同一の斜度を有する円錐面で構成している。そのため、部品干渉の懸念がなく、この部分の空気間隔を極力近接させて第１の軸受４とコア６を配置することができる。また、コア６を、凹部の壁面を円錐面６ａに形成することで底面部６ｂに向かって徐々に肉厚となる概略円錐形状に構成している。そのため、コアを単純に円筒形状で凹部を形成する場合のように薄肉部分が発生しないので、薄肉部分の製造に適しない粉末焼結製法を採用することが可能となり、切削加工等に比べて低コストでコアを製造することができる。

尚、２相ステッピングモータの右半分の第２の相も上述した左半分の第１の相と同様の構成であるので説明を省略する。

次に、２相ステッピングモータの駆動方法について図３を参照しながら説明する。

図３（ａ）と（ｅ）とが同時点の断面図であり、図３（ｂ）と（ｆ）とが同時点の断面図であり、図３（ｃ）と（ｇ）とが同時点の断面図であり、図３（ｄ）と（ｈ）とが同時点の断面図である。

図３（ａ）と（ｅ）の状態から第１のコイル７及び第２のコイル９に通電して、第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂをＮ極に励磁し、第２のステータ３の磁極歯３ａ、３ｂをＳ極に励磁する。これに伴い、マグネット１は反時計方向に４５度回転し、図３（ｂ）と（ｆ）に示す状態になる。

次に、第１のコイル７への通電を反転させ、第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂをＳ極に励磁し、第２のステータ３の磁極歯３ａ、３ｂをＳ極に励磁する。これに伴い、マグネット１は更に反時計方向に４５度回転し、図３（ｃ）と（ｇ）に示す状態になる。

次に、第２のコイル９への通電を反転させ、第１のステータ２の磁極歯２ａ、２ｂをＳ極に励磁し、第２のステータ３の磁極歯３ａ、３ｂをＮ極に励磁する。これに伴い、マグネット１は更に反時計方向に４５度回転し、図３（ｄ）と（ｈ）に示す状態になる。

以後、上記のように第１のコイル７及び第２のコイル９への通電方向を順次切り換えていくことにより、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。

ここで、上述した形状を有する第１の軸受４、第２の軸受１２、コア６を備えるステッピングモータの構成が、損失が少なく、トルクが向上し、回転音が小さく、低コストでの製造が可能となる理由は、以下の第１乃至第３に示す通りである。

第１に、回転軸５、第１の軸受４、第２の軸受１２が軟磁性材料からなり、マグネット１を通過する磁束を利用したステッピングモータであること。

第２に、軟磁性材料からなる第１の軸受４及び第２の軸受１２とコア６との対向する面の形状が、互いに略同一の斜面を有する円錐面であること。

第３に、軟磁性材料からなるコア６を薄肉部分の長い形状ではなく底面部６ｂに向かって徐々に肉厚となる形状に構成しているため、コア６を粉末焼結製法で製造できること。

上記により、２相のステッピングモータとして回転動作し、ロータユニットのスラスト方向ガタによる第１の軸受４及び第２の軸受１２とコア６との間の空気間隔の変化を小さくすることができる。且つ、第１の軸受４及び第２の軸受１２からコア６へ飽和することなく磁束を伝達することができる。これにより、ステッピングモータのトルクが向上し、ロータユニットのスラスト変動が小さくなることで低回転時の動作音を静穏化することが可能となる。また、ステッピングモータを製造しやすい形状の部品から構成することで、コストの低減を図ることが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の軸受４及び第２の軸受１２とコア６との対向面を略同一の斜度を有する円錐面で構成している。そのため、対向面が平坦面の場合やコアを軸方向に座ぐる場合に比べて磁束が通過する断面積が大きく、磁気抵抗が小さい。これにより、ステッピングモータの安定した回転性能とトルクの向上が可能となる。

また、磁束の通過に伴い第１の軸受４及び第２の軸受１２とコア６との対向面に吸引力が発生するが、ステッピングモータの回転性能に対し損失となる前記吸引力の軸方向の力が、対向面を座ぐらない場合やコアを軸方向に座ぐる場合に比べて小さい。これにより、ステッピングモータの軸方向の摺動面で発生するトルク損失を小さく抑えることが可能となる。

また、第１の軸受４及び第２の軸受１２とコア６との間の軸方向の吸引力の低下、変動、減少により、回転軸５のスラストの方向の遊びにより発生する回転軸５のスラスト移動の量、力、及び速度が減少する。これにより、ステッピングモータの特に低回転時の動作音を静穏化することが可能となる。

また、コア６を、凹部の壁面を円錐面６ａに形成することで底面部６ｂに向かって徐々に肉厚となる概略円錐形状に構成している。そのため、コアを単純に円筒形状とし凹部を形成する場合のように薄肉部分が発生しないので、薄肉部分の製造に適しない粉末焼結製法を採用することが可能となる。これにより、切削加工等に比べて低コストでコアを製造することが可能となる。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２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組立完成状態の構成を示す断面図である。

図４において、ステッピングモータは、マグネット１０１、第１のステータ１０２、第２のステータ１０３、第１の軸受１０４、回転軸１０５、コア１０６を備えている。ステッピングモータは、更に、第１のコイル１０７、スペーサ１０８、第２のコイル１０９、第１のボビン１１０、第２のボビン１１１、第２の軸受１１２を備えている。マグネット１０１、回転軸１０５、コア１０６によりロータユニットを構成している。

本実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、第１の軸受１０４及び第２の軸受１１２とコア１０６との対向面の形状のみ相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図２）の対応するものと同一なので、説明を省略する。

第１の軸受１０４は、軟磁性材料により形成されており、摺動部１０４ａ、外筒部１０４ｂ、鍔部１０４ｃ、曲面１０４ｄ、先端部１０４ｅを備えている。第１の軸受１０４は、摺動部１０４ａによりロータユニットの回転軸１０５を保持することでロータユニットを円滑に回転させる。第１の軸受１０４は、鍔部１０４ｃにより第１のボビン１１０を第１のステータ１０２との間に挟み込んで保持する。また、第１の軸受１０４の外筒部１０４ｂは、第１のステータ１０２の穴部１０２ｄに圧入される。これにより、第１の軸受１０４、第１のボビン１１０、第１のステータ１０２は、一体的に固定されてユニットとなる。また、これにより、第１の軸受１０４と第１のステータ１０２とは磁気的に接続される。

一方、第１の軸受１０４の曲面１０４ｄは、鍔部１０４ｃから先端部１０４ｅまで形成されている。第１の軸受１０４の先端部１０４ｅの直径は、コア１０６の底面部１０６ｂの直径よりわずかに小さく形成されている。第１の軸受１０４の曲面１０４ｄとコア１０６の曲面１０６ａは、略同一の曲率の曲面に形成されている。且つ、第１の軸受１０４の先端部１０４ｅとコア１０６の底面１０６ｂとの間には、スペーサ１０８が配置されている。これにより、第１の軸受１０４の曲面１０４ｄとコア１０６の曲面１０６ａとの隙間、即ち空気間隔を所定の量に保ちながら、ロータユニットを円滑に回転させることが可能となる。また、第１の軸受１０４及びコア１０６間にスペーサ１０８を挟むことで、第１の軸受１０４とコア１０６との間の吸着及び摺動ロスを低減することが可能となる。

また、第１の軸受１０４は、摺動部１０４ａにおいて回転軸１０５と嵌合することにより回転軸１０５を回転可能に保持する。これと同時に、第１の軸受１０４と回転軸１０５が磁気的に接続されている。以上のことにより、第１の軸受１０４を介して第１のステータ１０２と回転軸１０５とが磁気的に接続され、第１のコイル１０７により発生する磁束が流れることで、第１のステータ１０２の磁極歯１０２ａ、１０２ｂが励磁される。

コア１０６は、円筒形状に構成されると共に軟磁性材料により形成されている。本実施の形態では、粉末焼結製法により純鉄紛を高圧プレスした後に高温焼結することでコア１０６を製造している。コア１０６は、回転軸１０５が嵌合可能な内径を有する中心穴（貫通穴）、円錐面１０６ａ、底面部１０６ｂ、平坦な端面１０６ｃを備えている。コア１０６は、第１の軸受１０４及び第２の軸受１１２との軸方向における対向部分が底面部１０６ｂに向かって徐々に肉厚となる凹形状に形成されている。コア１０６は、中心穴に回転軸１０５が圧入固定されると共に、外周部にマグネット１０１が接着固定される。

第２の軸受１１２は、第１の軸受１０４と同一部品で構成されている。即ち、第２の軸受１１２は、軟磁性材料により形成されており、摺動部１１２ａ、外筒部１１２ｂ、鍔部１１２ｃ、曲面１１２ｄ、先端部１１２ｅを備えている。第２の軸受１１２は、摺動部１１２ａによりロータユニットの回転軸１０５を保持することでロータユニットを円滑に回転させる。第２の軸受１１２は、鍔部１１２ｃにより第２のボビン１１を第２のステータ１０３との間に挟み込んで保持する。また、第２の軸受１１２の外筒部１１２ｂは、第２のステータ１０３の穴部１０３ｄに圧入される。これにより、第２の軸受１１２、第２のボビン１１、第２のステータ１０３は、一体的に固定されてユニットとなる。また、これにより、第２の軸受１１２と第２のステータ１０３とは磁気的に接続される。

一方、第２の軸受１１２の曲面１１２ｄは、鍔部１１２ｃから先端部１１２ｅまで形成されている。第２の軸受１１２の先端部１１２ｅの直径は、コア１０６の底面部１０６ｂの直径よりわずかに小さく形成されている。第２の軸受１１２の曲面１１２ｄとコア１０６の曲面１０６ａは、略同一の曲率の曲面に形成されている。且つ、第２の軸受１１２の先端部１１２ｅとコア１０６の底面部１０６ｂとの間には、スペーサ１０８が配置されている。これにより、第２の軸受１１２の曲面１１２ｄとコア１０６の曲面１０６ａとの隙間、即ち空気間隔を所定の量に保ちながら、ロータユニットを円滑に回転させることが可能となる。また、第２の軸受１１２及びコア１０６間にスペーサ８を挟むことで、第２の軸受１１２とコア１０６との間の吸着及び摺動ロスを低減することが可能となる。

また、第２の軸受１１２は、摺動部１１２ａにおいて回転軸１０５と嵌合することにより回転軸１０５を回転可能に保持する。これと同時に、第２の軸受１１２と回転軸１０５が磁気的に接続されている。以上のことにより、第２の軸受１１２を介して第２のステータ１０３と回転軸１０５とが磁気的に接続され、第２のコイル１０９により発生する磁束が流れることで、第２のステータ１０３の磁極歯１０３ａ、１０３ｂが励磁される。

上記構成を有する本実施の形態の２相ステッピングモータの組立工程は上述した第１の実施の形態と同一なので説明を省略する。

次に、２相ステッピングモータの磁気回路について図４を参照しながら詳細に説明する。

図４に示した２相ステッピングモータの左半分の第１の相と右半分の第２の相は同じ機能を有するので、左半分の第１の相についてのみ説明する。また、図４においては説明の便宜上、マグネット１０１と回転軸１０５とコア１０６からなるロータユニットをそのスラスト方向ガタ分だけ左方向にずらした状態を示してある。

第１のコイル１０７に通電した場合、図４において第１のコイル１０７の断面を中心に例えば左回りの磁束が発生する。一方、第１のコイル１０７の近傍にある全ての軟磁性材料からなる要素である第１のヨーク１０２と第１の軸受１０４、回転軸１０５とコア１０６は、互いに圧入されている。そのため、これらの構成要素は一体となって磁気回路を構成する。即ち、図４に白抜き矢印で示すように、第１のコイル１０７で発生した磁束はこれらの構成要素（金属部品）の内部を通過する。

第１のヨーク１０２、第１の軸受１０４、回転軸１０５、コア１０６、マグネット１０１、第１のヨーク１０２の磁極歯１０２ａが、磁束が流れる磁気回路である。第１の軸受１０４の曲面１０４ｄから第１のヨーク１０２の磁極歯１０２ａに伝わる磁束により発生するＮまたはＳの磁界の中に、永久磁石のマグネット１０１のＮ極またはＳ極が存在する。これにより、マグネット１０１及びロータユニットに対し回転力が発生する。

上記磁気回路において、一体化した金属部品に比べて大きな磁気抵抗となる空気間隔は次の通りである。即ち、マグネット１０１の外周面とこれに対向する磁極歯１０２ａ、１０２ｂとの間の間隔、及び、回転するコア１０６の曲面１０６ａと第１の軸受１０４の曲面１０４ｄ（互いに略同一の曲率を有する）との間の規定の間隔ｇである。これらの間隔は、できるだけ接近させ且つその断面積を大きく取ることが望ましい。これにより、上記空気間隔の部分における磁気抵抗が減少し磁気飽和が防止されることで、ステッピングモータのトルク向上が可能となる。

従来は、ステッピングモータの組立上或いは部品精度上、部品同士が互いに干渉しない適切な所定の間隔に設定していた。ステッピングモータの円滑な回転に必要な所定量のスラスト方向ガタにより、ステッピングモータの回転中であってもロータユニットはスラスト方向に移動する。図４においてはスラスト方向ガタが最大に偏った状態であり、軸方向左側のスペーサ１０８の厚さ分まで第１の軸受１０４とコア１０６は近接しているとする。

本実施の形態では、回転するコア１０６と第１の軸受１０４の間における軸方向の対向面の形状を、互いに略同一の曲率を有する曲面１０４ｄと曲面１０６ａに形成している。そのため、コア１０６と第１の軸受１０４との間の対向面は、上記第１の実施の形態に対し、更に断面積（対向する部分の表面積）が大きくなる。且つ、コア１０６の端面１０６ｃの部分は、肉薄部が長い範囲となることのない形状である。そのため、コア１０６と第１の軸受１０４の間の部分の磁束の伝達に関し、コア１０６の曲面１０６ａと第１の軸受１０４の曲面１０４ｄとの間隔ｇは、ロータユニットのスラスト方向ガタに影響されにくく且つその断面積（表面積）も広い。その結果、間隔ｇにおける磁気抵抗が少なく磁気飽和が発生しにくい。

即ち、コア１０６と第１の軸受１０４との間の磁束の伝達部分は、図４の断面図において曲面で表されるので、ロータユニットのスラスト方向ガタｈの変化量に比べて間隔ｇの変化量は少ない。従って、間隔ｇを通過する磁束の変化量も小さい。また、コア１０６の曲面１０６ａ及び第１の軸受１０４の曲面１０４ｄは、長さ（円弧の長さ）が長いために断面積（表面積）が広いことになり、磁気飽和が発生しにくい。

また、第２の軸受１１２の先端部１１２ｅの直径は、対向するコア１０６の底面部１０６ｂの直径より小さく形成されている。且つ、第２の軸受１１２の曲面１１２ｄとコア１０６の曲面１０６ａは、曲面の曲率が略同一に形成されている。そのため、ロータユニット全体が左に最大量偏っても、第２の軸受１１２の曲面１１２ｄはコア１０６の曲面１０６ａに接触することが無い。従って、磁束の流れによる吸着力が過大になることもない。これにより、軸方向の両端面が滑らかな摺動面として形成されたスペーサ１０８によりロータユニットの円滑な回転が保障される。

一方、ロータユニットの軸方向反対側における、第２の軸受１１２の先端部１１２ｅとコア１０６の底面部１０６ｂとが対向する部分の間隔は、本ステッピングモータで最大である。この場合であっても、軸方向のスラスト方向ガタ量に対し、図４の断面図において第２の軸受１１２の曲面１１２ｄとコア１０６の曲面１０６ａとの空気間隔は小さく設定できている。

即ち、ロータユニットが回転中において、ロータユニットのスラスト方向ガタ分だけ軸方向に移動しようとしても、第１の軸受１０４とコア１０６との間を通過する磁束の量の変化が小さい。そのため、ロータユニットのスラスト方向ガタによるステッピングモータの振動及び動作音（特に低回転時の動作音）が少なくなる。

ここで、上述した形状を有する第１の軸受１０４、第２の軸受１１２、コア１０６を備えるステッピングモータの構成が、損失が少なく、トルクが向上し、回転音が小さく、低コストでの製造が可能となる理由は、以下の第１乃至第３に示す通りである。

第１に、回転軸１０５、第１の軸受１０４、第２の軸受１１２が軟磁性材料からなり、マグネット１０１を通過する磁束を利用したステッピングモータであること。

第２に、軟磁性材料からなる第１の軸受１０４及び第２の軸受１１２とコア１０６との対向する面の形状が、略同一の曲率を有する曲面であること。

第３に、軟磁性材料からなるコア１０６を薄肉部分の長い形状ではなく底面部１０６ｂに向かって徐々に肉厚となる形状に構成しているため、コア１０６を粉末焼結製法で製造できること。

上記により、２相のステッピングモータとして回転動作し、ロータユニットのスラスト方向ガタによる第１の軸受１０４及び第２の軸受１１２とコア１０６との間の空気間隔の変化を小さくすることができる。且つ、第１の軸受１０４及び第２の軸受１１２からコア１０６へ飽和することなく磁束を伝達することができる。これにより、ステッピングモータのトルクが向上し、ロータユニットのスラスト変動が小さくなることで低回転時の動作音を静穏化することが可能となる。また、ステッピングモータを製造しやすい形状の部品から構成することで、コストの低減を図ることが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、安定した回転性能及びトルクの向上、動作音の静穏化、コストの低減を図ることが可能となる。

［他の実施の形態］
上記各実施の形態では、図１乃至図４に示す構成を有するステッピングモータを例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲で示した機能が達成できる構成であれば、上記各実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲でどのようなものであっても良いことは言うまでもない。

上記各実施の形態では、コアを粉末焼結製法により製造した場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではない。コアのほかに第１の軸受及び第２の軸受を粉末焼結製法により製造するようにしてもよい。

上記各実施の形態では、コアと回転軸を別構成（別体）とした例を挙げたが、本発明は、これに限定されるものではない。コアと回転軸はそれぞれ単純な形状であるため、それぞれ独立して安価に製造することが可能であるが、コアと回転軸を一体化して製造した場合でも各実施の形態に示した形状を採用することで同様の効果がある。

本発明の第１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部品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立完成状態の構成を示す断面図である。 図２に示すステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を動作段階毎に示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は、矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｅ）〜（ｈ）は、矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第２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組立完成状態の構成を示す断面図である。 従来例に係るステッピングモータの構成を示す断面図である。 別の従来例に係るステッピングモータの構成を示す断面図である。

符号の説明

１、１０１ マグネット
２、１０２ 第１のステータ
２ａ、２ｂ、１０２ａ、１０２ｂ 磁極歯
３、１０３ 第２のステータ
３ａ、３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ 磁極歯
４、１０４ 第１の軸受
５、１０５ 回転軸
６、１０６ コア
７、１０７ 第１のコイル
８、１０８ スペーサ
９、１０９ 第２のコイル
１０、１１０ 第１のボビン
１１、１１１ 第２のボビン
１２、１１２ 第２の軸受

Claims (7)

1. 軟磁性材料から形成され、軸方向に貫通する穴部を有するコアと、
   前記コアの前記穴部に固定される回転軸と、
   前記コアの外周部に固定され、周方向に異なる極が交互に着磁された円筒形状のマグネットと、
   前記マグネットの外周部に対向して配置され、それぞれ磁極歯を有する第１のステータ及び第２のステータと、
   前記マグネットの軸方向両側にそれぞれ配置され、前記第１及び第２のステータをそれぞれ励磁する第１のコイル及び第２のコイルと、
   前記コアの軸方向両側にそれぞれ配置されると共に前記第１及び第２のステータにそれぞれ固定され、前記回転軸を回転可能に支持する第１の軸受及び第２の軸受とを備え、
   前記第１及び第２の軸受と前記コアとの軸方向における互いの対向部分を、前記第１及び第２の軸受側が凸形状に且つ前記コア側が凹形状に形成すると共に、前記第１及び第２の軸受の前記コア側との対向面と前記コアの前記第１及び第２の軸受側との対向面とを、規定の間隔をおいて対向させたことを特徴とする駆動装置。
2. 前記第１及び第２の軸受と前記コアとの軸方向における互いの対向部分を、前記第１及び第２の軸受側が凸形状に且つ前記コア側が凹形状に形成すると共に、前記第１及び第２の軸受と前記コアとのそれぞれの対向面を、略同一角度の斜度を有する円錐面に形成し、前記第１及び第２の軸受の前記円錐面と前記コアの前記円錐面とを、規定の間隔をおいて対向させたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記第１及び第２の軸受と前記コアとの軸方向における互いの対向部分を、前記第１及び第２の軸受側が凸形状に且つ前記コア側が凹形状に形成すると共に、前記第１及び第２の軸受と前記コアとのそれぞれの対向面を、略同一の曲率を有する曲面に形成し、前記第１及び第２の軸受の前記曲面と前記コアの前記曲面とを、規定の間隔をおいて対向させたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
4. 前記コアは、紛末焼結製法により製造されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
5. 前記コアと前記第１及び第２の軸受は、紛末焼結製法により製造されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
6. 前記コアと前記回転軸とは、それぞれ独立して製造されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の駆動装置。
7. 前記コアと前記回転軸とは、一体化して製造されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の駆動装置。

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