JP2008160958A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ外径が制約されたステッピングモータにおいて、所望の高速回転域で可能な限りモータトルクの向上を図る。
【解決手段】２つのステータ６Ａ、６Ｂの、直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレーム２ｆにモータ寸法が制約される条件下で、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓとの関係、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのマグネットマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍとの関係、及び、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄとの関係を最適化する。ステータ内部６Ａ、６Ｂのコイル５の巻き線の巻き量確保、ロータ９のイナーシャ低減、及び、ロータ９のゴギングトルクの低減を、可能な限り高次元で実現させることで、所望の高速回転域において所定のトルクを発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータに関するものである。

図１２、図１３には、従来から一般的な、ＰＭ（パーマネントマグネット）型のステッピングモータ３０が示されている。このステッピングモータ３０は、ボビン３３ａにコイル３４ａが巻回され、ボビン３３ａの外周が外側ヨーク３１ａ及び内側ヨーク３２ａに覆われ、第１のステータ部が構成されている。又、ボビン３３ｂにコイル３４ｂが巻回され、ボビン３３ｂの外周が外側ヨーク３１ｂ及び内側ヨーク３２ｂに覆われ、第２のステータ部が構成されている。更に、第１のステータ部と第２のステータ部が固定されることによってステータ部が構成されている。

又、外周に多極着磁されたマグネット（永久磁石）３８と、シャフト３９と、ロータスリーブ３７とで、ロータ部が構成されている。一方、外側ヨーク３１ａの軸方向外側には、フロントプレート２０が固定され、フロントプレート２０には、ロータのシャフト３９を支持する軸受３５ａが固定されている。同様に、外側ヨーク３１ｂの軸方向外側には、エンドプレート２１が固定され、エンドプレート２１には、シャフト３９を支持する軸受３５ｂが固定されている。そして、ロータ部のシャフト３９が、軸受３５ａ、３５ｂに軸支されることにより、ロータ部は、ステータ部の中心に形成された円筒状スペース内で回転する構造となっている。なお、符号３６ａ、３６ｂで示される部分は、摺動性を有するスペーサである。

第１のステータ部と第２のステータ部には、それぞれマグネット３８の外周に近接対向した複数の極歯が、前記各ヨークから交互に噛み合うような状態で配設されている。この、図１２、図１３に示されるステッピングモータ３０は、コイル３４ａ、３４ｂに印加されるパルス電圧により、外側ヨーク３１ａ及び内側ヨーク３２ａと、外側ヨーク３１ｂ及び内側ヨーク３２ｂの各極歯に磁界が発生し、この磁界と、着磁されたマグネット３８の磁界とにより駆動力が発生し、その結果、ロータ部が回転する機構となっている。

又、近年、ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮影用機材が広く一般にも普及し、これらのレンズに用いられるオートフォーカス機構の小型、高性能化も著しいものがある。そして、かかるオートフォーカス機構の駆動手段として、外径が１０ｍｍ以下に抑えられた小型ステッピングモータの需要も増大している（例えば、特許文献１参照。）。

図１４には、従来の小型ステッピングモータ４０の分解斜視図が示されている。ステッピングモータ４０は、ロータマグネット４１、シャフト４２、周方向に交互に配設された複数の極歯４３ａ、４４ａを有し軟磁性材からなる内ヨーク４３、４４、励磁コイル４５、４６、周方向に交互に配設された複数の極歯４７ａ、４８ａを有して軟磁性材からなる外ヨーク４７、４８を備えている。そして、これらの構成要素によって、ステータ４９、５０が構成されている。又、シャフト４２を支持する軸受５１、５２は、各々、外ヨーク４７、４８に固着された焼結含油軸受である。

なお、焼結含油軸受５１は大径部５１ａと小径部５１ｂとを有する二段階形状となっている（焼結含油軸受５２も同様である。）。そして、焼結含油軸受５１、５２の各小径部が、外ヨーク４７、４８の内周に圧入されることにより、各々外ヨーク４７、４８に固着され、なおかつ、大径部が外ヨーク４７、４８の軸方向外側面に当接することで、軸受５１、５２の軸方向の位置決めがなされる。

特開２００６−２５４５５７号公報

さて、上記従来の小型のステッピングモータ４０には、より高速の回転領域においても、必要な出力トルクが得られることが望まれている。一例として、デジタルカメラ等のオートフォーカス機構に用いられる従来のステッピングモータは、外径が１０ｍｍ以下で、周波数（回転数）ｆ＝１０００ｐｐｓにおいてプルイントルクＴ＝１．２ｇｃｍ以上が得られているが、高速応答性を確保するためには更に高い周波数、例えば周波数ｆ＝２５００ｐｐｓにおいても同等以上のトルクが得られることが望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータ外径が制約されたステッピングモータにおいて、所望の高速回転域で可能な限りモータトルクの向上を図ることにある。

上記課題を解決するために、本発明のステッピングモータは、ステータの、直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレームに制約されるモータ寸法下で、マグネットの外径とステータの外径との関係、マグネットの全長とステータの全長との関係、及び、マグネットの外径とマグネットの全長との関係に着目し、これら全ての関係の最適化を図ることにより、所望の高速回転域において所定のトルクを発生することが可能となる。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。なお、各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。よって、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレーム及び該外周フレームの一端部を塞ぐ底板を含み、前記底板の中央に形成された開口の周縁に沿って、前記外周フレームと平行に設けられた複数の極歯を備える外ヨークと、該外ヨークの複数の極歯と同一円周上に交互に配置される複数の極歯を備える内ヨークとを備える２つのステータが、互いに背中合わせに固定され、前記２つのステータの外ヨーク及び内ヨークによって形成される円環状のスペースに、ボビンに巻回されたコイルが格納され、シャフト及び軸方向に分離して前記シャフトに固定される２つのマグネットを備えるロータが、前記２つのステータの各極歯に対し微小間隔を隔てて回転可能に配置されたステッピングモータであって、前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータの合計全長Ｌ_ｓとの関係、及び、前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係が、前記２つのステータの、前記直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレームにモータ寸法が制約される条件下で、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適した範囲に設定されているステッピングモータ。

本項に記載のステッピングモータは、２つのステータの、前記直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレームにモータ寸法が制約される条件下で、２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータの合計全長Ｌ_ｓとの関係、及び、２つのマグネットの外径ｄと２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係を、ステータ内部のコイル巻き線の巻き量確保、ロータのイナーシャ低減、及び、ロータのゴギングトルクの低減を、可能な限り高次元で実現させるものとすることで、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適したステッピングモータを得るものである。

（２）上記（１）項において、前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのステータの外径Ｄとの関係が、前記２つのステータの、前記直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレームにモータ寸法が制約される条件下で、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適した範囲に設定されているステッピングモータ（請求項１）。
本項に記載のステッピングモータは、２つのステータの、前記直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレームにモータ寸法が制約される条件下で、更に、２つのマグネットの外径ｄと２つのステータの外径Ｄとの関係を、ステータ内部のコイル巻き線の巻き量確保、ロータのイナーシャ低減、及び、ロータのゴギングトルクの低減を、可能な限り高次元で実現させるものとすることで、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適したステッピングモータを得るものである。

（３）前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータの合計全長Ｌ_ｓとの関係が０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５、かつ、前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係が０．７７≦ｄ／Ｌ_ｍ≦１．１を充足することを特徴とするステッピングモータ。（請求項２）。
本項に記載のステッピングモータは、２つのステータの、前記直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレームにモータ寸法が制約される条件下で、２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータの合計全長Ｌ_ｓとの関係、及び、２つのマグネットの外径ｄと２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係が、ステータ内部のコイル巻き線の巻き量確保、ロータのイナーシャ低減、及び、ロータのゴギングトルクの低減を、可能な限り高次元で実現させるものとなり、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適したステッピングモータを得ることができる。

（４）前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのステータの外径Ｄとの関係がｄ／Ｄ≧０．４５を充足することを特徴とするステッピングモータ。（請求項３）。
本項に記載のステッピングモータは、更に、２つのマグネットの外径ｄと２つのステータの外径Ｄとの関係が、ステータ内部のコイル巻き線の巻き量確保、ロータのイナーシャ低減、及び、ロータのゴギングトルクの低減を、可能な限り高次元で実現させるものとなり、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適したステッピングモータを得ることができる。

本発明はこのように構成したので、モータ外径が制約されたステッピングモータにおいて、所望の高速回転域で可能な限りモータトルクの向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係るステッピングモータ１は、図１（ａ）に示されるように、筒状の外周フレーム２ｆ及び複数の極歯２ａを備える外ヨーク２と、外ヨーク２の複数の極歯２ａと同一円周上に交互に配置される複数の極歯３ａを備える内ヨーク３とを備える２つのステータ６Ａ、６Ｂが、互いに背中合わせに固定されている。又、２つのステータ６Ａ、６Ｂの各極歯２ａ、３ａによって形成される円環状のスペースに、ボビン４に巻回されたコイル５が格納されている。そして、シャフト８及び軸方向に分離してシャフト８に固定される２つのマグネット７Ａ、７Ｂを備えるロータ９が、２つのステータ６Ａ、６Ｂの各極歯２ａ、３ａに対し、微小間隔を隔てて回転可能に配置された構造を有している。
なお、２つのステータ６Ａ、６Ｂは同一の構造を有しており、夫々、全長Ｌ_ｍ／２（合計全長Ｌ_ｍ）、外径Ｄで同一である。具体的には、２つのステータ６Ａ、６Ｂの筒状の外周フレーム２ｆの直径は１０ｍｍ以下であり、本発明の実施の形態では、Ｄ＝６ｍｍとなっている。又、ロータ９の２つのマグネット７Ａ、７Ｂも、夫々、全長Ｌ_ｓ／２（合計全長Ｌ_ｓ）、外径ｄで同一となっている。参考までに、図１（ｂ）にもステッピングモータ１の断面が概略的に示されており、上記各部寸法も示されている。

そして、ステッピングモータ１の２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓとの関係、２つのマグネットマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係、及び、ロータ９の２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄとの関係が、何れも、２つのステータ６Ａ、６Ｂの、直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレーム２ｆにモータ寸法が制約される条件下で、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適した範囲に設定されている。

かかる範囲として、具体的には、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓとの関係は、０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５となっている。又、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍとの関係は、０．７７≦ｄ／Ｌ_ｍ≦１．１となっている。更に、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄとの関係は、ｄ／Ｄ≦０．４５となっている。ステッピングモータ１は、これらの関係を全て充足するものである。
前述の如く、本発明の実施の形態では、ステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄ＝６ｍであるところ、２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓ＝７．５ｍｍ、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄ＝２．６ｍｍ、マグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍ＝３ｍｍとなっており、上記の全ての関係を充足している。なお、ステータ６Ａ、６Ｂを構成する金属板の厚みｔ＝０．３ｍｍである。

さて、本発明の実施の形態において、ステッピングモータ１の各寸法のうち、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓとの関係、２つのマグネットマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係、及び、ロータ９の２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄとの関係に着目している理由は、以下の通りである。
まず、図２（ａ）に示されるステッピングモータ１００は、従来のステッピングモータであり、上記各部寸法が、本発明の実施の形態に係る所定の範囲から外れている。具体的には、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍの比率が、本発明の実施の形態より大きいものとなっている。かかる従来のステッピングモータ１００は、マグネットのイナーシャが大きく、必要とされる高速回転域（周波数）での起動が困難である。

一方、図２（ｂ）に示されるステッピングモータ１０２は、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄの比率が、本発明の実施の形態より大きいものとなっている。このように、マグネットの外径ｄを小さくすることで、マグネットのイナーシャを小さく抑えることが可能であるが、同時に、マグネット７Ａ、７Ｂの持つ磁気エネルギーも小さくなり、モータ特性が低下してしまう。又、マグネット７Ａ、７Ｂの外径が小さくなると、マグネット７Ａ、７Ｂに着磁を行うための着磁治具の線径が細くなり、この着磁治具に流すことが可能な電流が減少して、マグネット７Ａ、７Ｂへの着磁が困難になるといった不具合も生じてしまう。
なお、マグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄを、本願の実施の形態と同様とし、かつ、軽い（密度の低い）マグネット用いることも考えられるが、マグネットの密度と磁気特性とは比例関係にあることから、マグネットの持つ磁気エネルギーも小さくなり、モータ特性が低下してしまう。

又、図２（ｃ）に示されるステッピングモータ１０４は、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍのみならず、２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓも小さくしたものである。この例は、結局のところ、図１（ａ）に示された従来のステッピングモータ１００と、単に寸法の仕様が異なるだけであり、上記各部寸法が、発明の実施の形態に係る所定の範囲から外れている。
更に、図２（ｄ）に示されるステッピングモータ１０６は、２つのステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄの比率比率が、本発明の実施の形態より大きいものとなっている。この例では、ステータのコイルの格納スペースが拡大し、コイルの巻き数を増大することが可能となることから、モータ特性の向上には適している。しかしながら、本発明の実施の形態における、直径１０ｍｍ以下の筒状のステータの筒状の外周フレーム２ｆに、モータ寸法が制約される条件から逸脱してしまう場合がある。

図３には、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ１の、モータ特性が示されている。まず、図３（ａ）には、２つのマグネットの合計全長及び２つのステータの合計全長Ｌ_ｓの関係Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓと、周波数ｆとの関係が示されている。図示の如く、周波数ｆ＝２５００ｐｐｓ以上の高速回転域において、０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５の範囲内で、プルイントルクＴ＝１．２ｇｃｍ以上を得ることが可能となる。又、０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５の範囲内であれば、プルイントルクＴ＝１．０ｇｃｍ以上を更に高速の回転域において得ることが可能となる。更に、０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５の範囲内で、トルクＴ＝１．５ｇｃｍ以上の高トルクを、周波数ｆ＝２２００ｐｐｓ以上の回転域で得ることが可能である。

なお、図３（ｂ）には、周波数ｆ＝２５００ｐｐｓにおける、Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓと、プルイントルクＴとの関係が示されており、０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５の範囲内で、プルイントルクＴ＝１．２ｇｃｍ以上を得ることが可能であることが判る。
又、図３（ｃ）には、周波数ｆ＝２５００ｐｐｓにおける、プルイントルクＴと、２つのマグネットの外径及び２つのマグネットの合計全長との関係ｄ／Ｌ_ｍが示されている。そして、図示の如く、０．７７≦ｄ／Ｌ_ｍ≦１．１の範囲内で、プルイントルクＴ＝１．２ｇｃｍ以上を得ることが可能であることが判る。
又、従来の、モータ寸法が直径１０ｍｍ以下のＰＭ型ステッピングモータにあっては、必要な出力トルクの確保と、着磁の制約とから、ロータ径を比較的大きくする必要があり、ｄ／Ｄの値が０．８前後に設定されることが一般的となっていた。参考までに、図４には従来のＰＭ型ステッピングモータのｄ／Ｄの値が示されている。ｄ／Ｄの値は、ステータの外径Ｄの値がＤ＝１５ｍｍにおいて最小値となり、直径１０ｍｍ以下では急激に大きな値に設定されていることが一般的であった。しかしながら、かかる条件下では、コイルスペースの確保が困難で、十分な巻線を行うことができないことから、比較的低速度の領域でしか、満足できる特性を得ることができなかった。そこで、本発明の実施の形態では、モータ寸法が直径１０ｍｍ以下という条件下でも、図４に矢印で示されるように、ｄ／Ｄ≦０．４５と設定することにより、巻線スペースの確保が可能となり、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適したステッピングモータを得ることが可能となっている。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
まず、２つのステータ６Ａ、６Ｂの、直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレーム２ｆにモータ寸法が制約される条件下で、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓとの関係、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのマグネットマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍとの関係、及び、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄとの関係を最適化することにより、ステータ内部６Ａ、６Ｂのコイル５の巻き線の巻き量確保、ロータ９のイナーシャ低減、及び、ロータ９のゴギングトルクの低減を、可能な限り高次元で実現させることで、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適したステッピングモータ１を得るものである。

具体的には、２つのステータ６Ａ、６Ｂの、前記直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレーム２ｆにモータ寸法が制約される条件下で、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータ６Ａ、６Ｂの合計全長Ｌ_ｓとの関係が０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのマグネット７Ａ、７Ｂの合計全長Ｌ_ｍとの関係が０．７７≦ｄ／Ｌ_ｍ≦１．１、かつ、２つのマグネット７Ａ、７Ｂの外径ｄと２つのステータ６Ａ、６Ｂの外径Ｄとの関係がｄ／Ｄ≦０．４５を全て満たすものとする。
かかる構成により、ステータ内部のコイル５の巻き線の巻き量確保、ロータ９のイナーシャ低減、及び、ロータ９のゴギングトルクの低減を可能な限り高次元で実現させるものとなり、周波数ｆ＝２５００ｐｐｓといった高速回転域において、プルイントルクＴ＝１．２ｇｃｍ以上を発生するに適した、ステッピングモータ１を得ることができる。

なお、参考までに、本発明の実施の形態に採用されている具体的なモータ構造について、以下に説明する。
図５から図７に示されるように、本発明の実施の形態に係るステッピングモータ１は、外ヨーク２と内ヨーク３の各々に、複数の極歯２ａ、３ａが設けられ、各極歯２ａ、３ａが交互に噛み合うようにして外ヨーク２と内ヨーク３が組み合わされることによって、円環状のスペースが形成されている。そして、その円環状のスペースには、ボビン４に巻回されたコイル５が格納されてなるステータ６Ａ、６Ｂ（すなわち、ステータ６Ａ、６Ｂは同一構造をなしている。）が、電気角で９０度の位相差となるようにして互いに背中合わせに当接することによって、ステータ６が構成され２相の磁界を形成するものである。

又、シャフト８及びシャフト８の中間部に固定されるロータマグネット７Ａ、７Ｂによって、ロータ９が構成されている。
ロータマグネット７Ａ、７Ｂの外周面は、各々周方向に多極着磁されている。そして、ロータ９は、ステータ６Ａ、６Ｂの、複数の極歯２ａ、３ａに囲まれた円筒状のスペースに配置され、ステータ６Ａの極歯２ａ、３ａとステータ６Ｂの極歯２ａ、３ａは、ロータマグネット７Ａ、７Ｂの外周面にそれぞれ所定の空隙（ギャップ）を隔てて対向配置されている。そして、シャフト８は、ステータ６Ａの外ヨーク２に装着した軸受１０Ａと、ステータ６Ｂの外ヨーク２Ｂに装着した軸受１０Ａとによって、回転可能に支持されている。

なお、ステータ６Ａの外ヨーク２と内ヨーク３、ステータ６Ｂの外ヨーク２と内ヨーク３は全て同一材料にて形成されており、いずれも軟磁性の板材（例えば、電磁鋼板、ケイ素鋼板、純鉄板など）を絞り加工又はプレスにて所定形状に形成し、なおかつ、極歯部分を軸方向に折り曲げることにより形成されている。
一方、ボビン４は合成樹脂（例えば、液晶ポリマー）にて形成され、ボビン４の巻芯部にはマグネットワイヤが所定のターン数で巻回されてコイル５を構成している。ボビン４の巻芯部の両端には、フランジ４ｃが一体成形で形成され、一方端のフランジには端子ピン４ｂを植設した端子４ａがフランジと一体に形成されており、コイル５のリードは端子ピン４ｂにそれぞれ絡げられている。また、端子４ａは外ヨーク２の外周フレームに形成された切欠部２ｄからそれぞれ外部に引き出されている。

図７には、ステータ６Ｂの外ヨーク２と、外ヨーク２に装着される軸受１０Ａとが、分解斜視図として示されている。なお、ステータ６Ａについては、ステータ６Ｂと同一構造であるため、詳しい説明を省略する。
外ヨーク２は、筒状の外周フレーム２ｆ及び外周フレーム２ｆの一端部を塞ぐ底板２ｃを含むカップ状をなし、底板２ｃの中央に開口２ｅが形成され、開口２ｅの周縁に沿って、外周フレーム２ｆと平行に設けられた複数の極歯２ａを備えている。又、外ヨーク２の底板２ｃの、極歯２ａの間に、外ヨーク２の強度を考慮しつつ、底板２ｃの開口の周縁から更に半径方向外側へと広がる複数の切欠き２ｂが形成されている。
また、外周フレーム２ｆには端子用切欠部２ｄが形成され、この切欠部２ｄを介して、ボビン４の端子４ｂが外部に引き出されている。

軸受１０Ａは、中空円筒状のボス部１１と、ボス部１１の外周から突出し外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂに嵌合する複数のフランジ部１２ａとを備えている。ここで、ボス部１１は、外ヨーク２の極歯２ａの内周面に圧入される外径に形成されている。そして、軸受１０Ａのボス部１１が、外ヨーク２の極歯の内周面（開口２ｅ）に嵌合挿入される。それと共に、フランジ部１２ａが外ヨーク２の極歯２ａ間に形成された切欠部２ｂに嵌め合わされ、フランジ部１２ａと外ヨーク２の底板２ｃとの間を溶接することにより、軸受１０Ａが外ヨーク２に固着される。なお、ステータ６Ａ、６Ｂにそれぞれ装着された軸受１０Ａは、互いに同一構造となっている。
ここで、軸受１０Ａのフランジ部１２ａの外形は、外ヨーク２の極歯２ａ間に形成された切欠部２ｂから、ステータ６の内部への、ごみの侵入を防止するという観点より、外ヨーク２の極歯２ａ間に形成された切欠部２ｂの形状に合わせることが好ましい。

さらに、図８には軸受１０Ａが斜視図で、図９には図８に示された軸受１０ＡのＡ−Ａ断面図が示されている。軸受１０Ａは、小径部及び大径部からなる中空円筒状のボス部１１と、ボス部１１の小径部の外周に嵌合するフランジ形成部１２とからなる、別体構造を有している。そして、ボス部１１は銅系の焼結含油合金から形成され、フランジ形成部１２は鉄系の金属材料から形成されている。
又、フランジ部１２ａは、その厚みが外ヨーク２の底板２ｃの厚み以下で、なおかつ、外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂに嵌合し、外ヨーク２と内ヨーク３とによって形成された円環状のスペースに格納された、コイル５のボビン４のフランジ４ｃと当接した状態で、ボス部１１の軸方向一側端面が、底板２ｃから軸方向外側へと突出しない位置に形成されている。

具体的には、フランジ形成部１２は、円環部１２ｂの外周から、放射状に突出する複数のフランジ部１２ａを備えた構造である。なお、フランジ部１２ａは、外ヨーク２の底板２ｃと同じか、それ以下の厚みを有している。そして、図９に示されるように、ボス部１１の小径部の外周縁には、加締め用縁部１１ａが設けられており、円環部１２ｂの内周１２ｃが、ボス部１１の小径部に嵌め込まれた後、冶具（図示せず）を用いて加締め用縁部１１ａを加締めることにより、ボス部１１は円環部１２ｂの内周に固定される。しかも、ボス部１１がフランジ形成部１２より飛出すことがないように、すなわち、フランジ部１２ａがボス部１１の軸方向一端面と面一となるように、両者は固定されている。なお、ボス部１１の中央の穴１１ｂは、シャフト８を挿通するための穴である。

ここで、ステッピングモータ１の組立手順について説明する。
まず、ステータ内径基準で製作された冶具（図示せず）に、ステータ６Ｂの、外ヨーク２の極歯２ａの内周を挿通させ、コイル５が巻回されたボビン４を、外ヨーク２に収容する。この時、外周フレーム２ｆに形成された端子用切欠部２ｄから、ボビン４の端子４ｂが外部に引き出される。そして、ステータ６Ｂの内ヨーク３の極歯３ａの内周を、冶具（図示せず）に挿通させることにより、外ヨーク２の極歯２ａと内ヨーク３の極歯３ａとが、同一円周上に交互に噛み合うように、外ヨーク２と内ヨーク３とを組み合わせる。この時、外ヨーク２の極歯２ａと内ヨーク３の極歯３ａは、電気角で１８０度の位相差となるように位置決めされる。

次に、ステータ６Ａの内ヨーク３の極歯３ａの内周を冶具（図示せず）に挿通させ、コイル５が巻回されたボビン４を、内ヨーク３に収容する。そしてステータ６Ａの外ヨーク２の極歯２ａの内周を冶具（図示せず）に挿通させることにより、内ヨーク３の極歯３ａと外ヨーク２の極歯２ａとが、同一円周上に交互に噛み合うように、外ヨーク２と内ヨーク３とを組み合わせる。この時、外ヨーク２の極歯２ａと、内ヨーク３の極歯３ａは、電気角で１８０度の位相差となるように位置決めする。また、ステータ６Ｂと同様に、ボビン４の端子４ｂは、外周フレームに形成した端子用切欠部２ｄから、外部に引き出される。そして、ステータ６Ａとステータ６Ｂとを背中合わせに積層し、電気角で９０度の位相差となるように位置決めされた状態で、ステータ６Ａの外ヨーク２の外周フレーム２ｆと、ステータ６Ｂの外ヨーク２の外周フレーム２ｆとの間を溶接して、両者を固着することにより、２相からなるステータ６を得る。以上により、ステータ６Ａとステータ６Ｂは同軸にて形成される。

次に、軸受１０Ａをステータ６Ｂの外ヨーク２に装着する。この際、図７に示された軸受１０Ａのボス部１１の大径部を、外ヨーク２の極歯２ａの内周面（開口２ｅ）に嵌合挿入し、なおかつ、軸受１０Ａのフランジ部１２ａを、外ヨーク２の極歯２ａの間に形成した切欠部２ｂに嵌合させる。この時、軸受１０Ａのボス部１１が、ボビン４のフランジ４ｃに当接することで、フランジ４ｃが、軸受１０Ａの軸方向のストッパとして機能し、軸受１０Ａの移動を規制する。
更に、フランジ部１２ａと外ヨーク２の底板２ｃとの間を、溶接することにより、軸受１０Ａを外ヨーク２に固着する。

次に、外周に多極着磁が施されたロータマグネット７Ａ、７Ｂを、シャフト８の中間部に固着する。そして、ロータのシャフト８を、ステータ６Ａの外ヨーク２の極歯２ａの内周面（開口２ｅ）に挿入し、シャフト８の一方端を軸受１０Ａに挿通し、ロータ９を、ステータ６Ａ、６Ｂの、複数の極歯２ａ、３ａに囲まれた円筒状のスペースに収容する。
又、他方の軸受１０Ａをシャフト８の他方端に挿通させた後、軸受１０Ａのボス部１１を外ヨーク２の極歯２ａの内周面（開口２ｅ）に嵌合挿入し、図７に示された軸受１０Ａのフランジ部１２ａを外ヨーク２の極歯２ａの間に形成した切欠部２ｂに嵌合させて、軸受１０Ａをステータ６Ａの外ヨーク２に装着する。この時も、軸受１０Ａのボス部１１が、ボビン４のフランジ４ｃに当接することで、フランジ４ｃが軸方向のストッパとして機能し、軸受１０Ａの移動を規制する。なお、図示の例では、ロータマグネット７Ａ、７Ｂを２個用いた構成となっているが、これを１個で構成しても勿論よい。

ステータ６Ａの場合については、軸受１０Ａのフランジ部１２ａと外ヨーク２の底板２ｃとの間を溶接して固着しても良い。一方、ステータ６Ａの外ヨーク２の底板２ｃの上にモータ取り付け板であるフロントプレート（図示せず）を固着する場合には、このフロントプレートによって、ステータ６Ａ側の軸受１０Ａを押さえることになるため、軸受１０Ａのフランジ部１２ａと外ヨーク２の底板２ｃとの間を溶接する必要はない。
以上の工程により、ステッピングモータ１の組立が完了する。これによってステータ６の極歯２ａ、３ａはロータマグネット７Ａ、７Ｂと所定の空隙（ギャップ）を介してロータマグネット７Ａ、７Ｂの外周面に対向配置される。

そして、軸受１０Ａのフランジ部１２ａが、外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂに嵌合することで、外ヨーク２に対する軸受１０Ａの回転が阻止される。又、外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂに嵌合した軸受１０Ａのフランジ部１２ａが、外ヨーク２と内ヨーク３とによって形成された円環状のスペースに格納された、ボビン４のフランジ４ｃと当接することで、外ヨーク２に対する軸受１０Ａの軸方向の位置も、正確に位置決めされる。しかも、軸受１０Ａは、フランジ部１２ａが外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂに嵌合した状態で、ボス部１１及びフランジ部１２ａの何れも、外ヨーク２の底板２ｃから軸方向外側へと突出しない形状に形成されていることから、モータ全長が規制されている場合であっても、外ヨーク２の底板２ｃの軸方向外側面を、許容されるモータ全長の軸方向両端位置に配置することが可能となる。その結果として、外ヨーク２と内ヨーク３とにより形成される円環状のスペースの全長が増大し、かかるスペースに格納されるコイル４の占有体積の割合を増大させることとなる。

しかも、軸受１０Ａの複数のフランジ部１２ａが、外ヨーク２の底板２ｃの複数の切欠き２ｂに嵌合することで、外ヨーク２に対する軸受１０Ａの回転が、ボス部１１の外周の複数位置における、フランジ部１２ａと切欠き２ｂの嵌合より、確実に阻止される。又、外ヨーク２の底板２ｃの複数の切欠き２ｂに嵌合した、軸受１０Ａの複数のフランジ部１２ａが、外ヨーク２と内ヨーク３とによって形成された円環状のスペースに格納されたボビン４のフランジ４ｃに当接することで、外ヨーク２に対する軸受１０Ａの軸方向の位置も、ボス部１１の外周の複数位置における、フランジ部１２ａとフランジ４ｃとの当接により、確実に位置決めされることとなる。

又、軸受１０Ａのボス部１１が、外ヨーク２の極歯２ａの内周面（開口２ｅ）に嵌合挿入されることで、外ヨーク２に対して軸受１０Ａが安定保持される。又、軸受１０Ａのフランジ部１２ａが、外ヨーク１の底板２ｃの切欠き２ｂに嵌合し、外ヨーク２に対する軸受１０Ａの回転が阻止され、かつ、軸方向の位置が位置決めされた状態で、ボス部１１及びフランジ部１２ａの何れも、外ヨーク２の底板２ｃから軸方向外側へと突出しないものとなる。

より具体的には、軸受１０Ａのフランジ部１２ａは、外ヨーク２の底板２ｃと同じ厚みを有し、なおかつ、ボス部１１の軸方向一端面と面一に形成されているので、図５に示されるように、外ヨーク２の底板２ｃの軸方向外側面と、軸受１０Ａの軸方向外側面とが面一（フラット）となり、ボス部１１及びフランジ形成部１２（フランジ部１２ａ）の何れも、外ヨーク２の底板２ｃから軸方向外側へと突出しないものとなる。

又、軸受１０Ａのボス部１１とフランジ部１２ａとが別体に形成されていることから、ボス部１１及びフランジ部１２ａの各々に適した製造方法によって別個に製造して、各部の製造を容易とすることができる。そして、各部を互いに固定することで、軸受１０Ａを構成することができる。ここで、ボス部１１が、中空円筒状の焼結含油合金からなることから、ロータ９のシャフト８の回転時における、必要な潤滑性を確保することが可能である。しかも、銅系の焼結含油合金を用いることにより、鉄系の焼結含油合金を用いる場合に比べ、シャフト８の摺動騒音を小さく抑えることができる。
一方、フランジ部１２ａが、ボス部１１の外周に嵌合する円環部１２ｂを備える鉄系金属材料からなることにより、鉄系金属で形成された外ヨーク２に対し、軸受１０Ａを固定する際に、溶接により両者を固定する作業が容易、かつ、確実に固定されるものとなるとなる。

又、軸受１０Ａのフランジ部１２ａの外形が、外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂと同一形状をなしていることから、軸受１０Ａのフランジ部１２ａが、外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂに嵌合した状態で、外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂが、軸受１０Ａのフランジ部１２ａによって完全に塞がれることとなり、ゴミ等異物のステータ内部への侵入が、確実に防止されることとなる。なお、異物の侵入を他の手段によって防止することとすれば、軸受１０Ａのフランジ部１２ａの外形が、外ヨーク２の底板２ｃの切欠き２ｂと同一形状でなくとも良い。

更には、一対の軸受１０Ａの少なくとも一方のフランジ部１２ａが、外ヨーク２の底板２ｃに溶接されていることから、外ヨーク２からの軸受１０Ａの脱落を確実に防ぐことができる。

なお、図１０、図１１には、本発明の実施の形態に係る、上記軸受１０Ａと構造が異なる軸受１０Ｂが示されている。
軸受１０Ｂは中空円筒状のボス部１０ａと、ボス部１０ａの一方側に放射状に突出する複数のフランジ部１０ｂを備えた構成を有している。中央の穴１０ｃはシャフト８を挿通するための穴である。この軸受１０Ｂはボス部１０ａとフランジ部１０ｂが一体構造物であって、鉄系の焼結含油合金から形成されている。そして、軸受１０Ａと同様に、ボス部１０ａを外ヨーク２の極歯２ａの内周（開口２ｅ）に嵌合挿入し、フランジ部１０ｂを外ヨーク２の極歯２ａの間に形成した切欠部２ｂに嵌合させ、フランジ部１０ｂと外ヨーク２の底板２ｃとの間を溶接することにより、軸受１０Ｂが外ヨーク２に固着される。

このように、軸受１０Ｂはボス部１０ａとフランジ部１０ｂを鉄系の焼結含油合金にて一体構造で形成しているため、部品点数を削減することができる。又、鉄系金属で形成された外ヨーク２に対し軸受１０Ｂを固定する際に、溶接により両者を固定する作業が容易、かつ、確実に固定されるものとなる。
以上、本発明のステッピングモータについて説明したが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲において変更できることは理解されるであろう。

本発明の実施の形態にかかるステッピングモータであり、（ａ）は断面斜視図、（ｂ）は概略断面図である。 本発明の実施の形態において、ステッピングモータの各寸法範囲を特定する理由を説明する図であり、（ａ）は参考として示された従来のステッピングモータの概略断面図、（ｂ）〜（ｄ）は、不適切な代替案に係るステッピングモータの概略断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るステッピングモータの、モータ特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るステッピングモータの、２つのマグネットの外径と２つのステータの外径との関係を、従来のステッピングモータとの比較において示すグラフである。 図１に示されたステッピングモータの、詳細な断面図である。 図５に示されたステッピングモータの平面図である。 図５に示されたステッピングモータの、外ヨークと軸受とを示す分解斜視図である。 図５に示されたステッピングモータの、軸受の斜視図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 図５に示されたステッピングモータの、別構造の軸受の斜視図である。 図１０のＢ−Ｂ断面図である。 従来のステッピングモータの部分断面斜視図である。 図１２に示されたステッピングモータの断面図である。 従来の他のステッピングモータの分解斜視図である。

符号の説明

１：ステッピングモータ、２：外ヨーク、２ａ：極歯、２ｂ：切欠き部、２ｃ：底板、 ２ｅ：開口、２ｆ：外周フレーム、３：内ヨーク、３ａ：極歯、５：コイル、 ６Ａ、６Ｂ：ステータ、 ７Ａ、７Ｂ：ロータマグネット、８：シャフト、９：ロータ、ｄ：２つのマグネットの外径、Ｄ：２つのステータの外径、Ｌ_ｍ：２つのマグネットの合計全長、Ｌ_ｓ：２つのステータの合計全長

Claims (3)

1. 直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレーム及び複数の極歯を備える外ヨークと、該外ヨークの複数の極歯と同一円周上に交互に配置される複数の極歯を備える内ヨークとを備える２つのステータが、互いに背中合わせに固定され、前記２つのステータの外ヨーク及び内ヨークによって形成される円環状のスペースに、ボビンに巻回されたコイルが格納され、シャフト及び軸方向に分離して前記シャフトに固定される２つのマグネットを備えるロータが、前記２つのステータの各極歯に対し微小間隔を隔てて回転可能に配置されたステッピングモータであって、
   前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータの合計全長Ｌ_ｓとの関係、前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係、及び、前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのステータの外径Ｄとの関係が、何れも、前記２つのステータの、前記直径１０ｍｍ以下の筒状の外周フレームにモータ寸法が制約される条件下で、所望の高速回転域において所定のトルクを発生するに適した範囲に設定されていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍと２つのステータの合計全長Ｌ_ｓとの関係が０．３５≦Ｌ_ｍ／Ｌ_ｓ≦０．４５、かつ、前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのマグネットの合計全長Ｌ_ｍとの関係が０．７７≦ｄ／Ｌ_ｍ≦１．１を充足することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
3. 前記２つのマグネットの外径ｄと前記２つのステータの外径Ｄとの関係がｄ／Ｄ≦０．４５を充足することを特徴とする請求項２記載のステッピングモータ。

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