JP2009095199A - ステッピングモータ、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータヨークの絶縁構造を改善して、小型でありながら高い出力トルクが得られ、しかも廉価に製造することができるステッピングモータ、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ステッピングモータ１のステータヨーク８は、内周縁に複数本の極歯８ａが起立され、極歯８ａの周りにはコイル巻線４巻回され、ステータヨークの外周縁にケースが被冠される。ステータヨーク８には、内面に印刷によって絶縁層２１が形成され、絶縁層２１の周りにコイル巻線４が巻回される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステッピングモータ、および、その製造方法に関するものである。

従来の小型のステッピングモータ１００は、図７に示すように、ロータ１０１と、このロータ１０１と対向するステータコア１０２と、このステータコア１０２に対して軸線方向で重ねられたケース１０３と、ステータコア１０２とケース１０３の内周縁に起立形成された複数本の極歯１０２ａ、１０３ａの周囲に設けた円環状のコイルボビン１０４と、コイルボビン１０４の胴部に巻回されたコイル巻線１０５とから概ね、構成されている。また、コイルボビン１０４には、複数本の端子ピン１０６を保持する端子部１０７が一体に形成され、コイル巻線１０５の端末が端子ピン１０６に巻き付けられている。
ている。

上記ステータコア１０２は略円環状に形成され、中央の内周縁には複数本の極歯１０２ａが起立形成されていて、表面全体が絶縁層で被覆されている。また、上記ケース１０３は、略カップ状に形成され、底面の内周縁に複数本の極歯１０３ａが起立形成され、ステータコア１０２に対して軸線方向で重ねられたときに、極歯１０２ａ、１０３ａが互いに入り組むように配設される。このケース１０３も表面全体が絶縁層で被覆されている。また、ステータコア１０２とケース１０３を重ねたときに、ステータコア１０２の外周縁とケース１０３の開口端内周とが接合されている。

このように構成されたステッピングモータ１００において、コイル巻線１０５をコイルボビン１０４の胴部に巻回しているが、コイルボビン１０４はステータコア１０２を合成樹脂によってインサート成型するときに形成されることから、成型が可能な比較的厚い所定の肉厚を有している。ところが、近年においては、ステッピングモータ１００の小型化と高トルク化が要求されようになり、これを実現するためには、巻線スペースを大きくすることが必要となる。しかし、コイルボビン１０４をインサート成型によって成型するためには所定の肉厚が必要であり、特に、小型化するに従ってコイルボビン１０４の占有率が高くなることによって、逆にコイル巻線１０５のための巻線スペースが小さくなる問題がある。

そこで、実開昭６２−１３２６７９号（特許文献１）において、コイルボビン１０４を廃止して、ステータコア１０２およびケース１０３の全面を絶縁層で被覆すると共に、この絶縁層の上にコイル巻線１０５を直接巻回すことが提案されている。このように構成することにより巻線スペースが大きくなったことから、従来のステッピングモータと比較して、より高い出力トルクを得ることができた。しかしながら、ステッピングモータの小型化と高トルク化に対する要求は一層高くなり、さらなる小型化と高トルク化が必要となった。

実開昭６２−１３２６７９号

本発明が解決しようとする課題は、ステータヨークの絶縁構造を改善して、小型でありながら高い出力トルクが得られ、しかも廉価に製造することができるステッピングモータ、およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるステッピングモータは、内周縁に複数本の極歯が起立された円環状のステータヨークと、該極歯の周りに巻回されたコイル巻線と、上記ステータヨークの外周縁に嵌合されるケースとを有していて、上記ステータヨークは、内面に印刷によって絶縁層が形成され、この絶縁層の周りに上記コイル巻線が巻回されるように構成している。

印刷によって内面に絶縁層が形成された上記ステータヨークは、絶縁層側の端縁にダレ部が形成されるように構成することにより、ステータヨークの素地が露出した個所にはコイル巻線を接触させないことが望ましい。

一対の上記ステータヨークは、各々の複数本の極歯が互いに入り組むように配設させて軸線方向に重ねることによりステータを構成し、これにより断面略コ字状のコイル巻線用の空間が形成され、この空間の内面には、印刷によって絶縁層が形成され、上記極歯の周りに上記コイル巻線を直接巻回して空間内部にコイル巻線を配置している。

また、内周縁に複数本の極歯が起立された円環状のステータヨークと、該極歯の周りに巻回されたコイル巻線と、上記ステータヨークの外周縁に嵌合されるケースとを有するステッピングモータの製造方法は、磁性金属板の一方面の少なくともステータヨークが形成される範囲に印刷によって絶縁層を形成する印刷工程と、上記磁性金属板に上記ステータヨークの複数本の上記極歯を一体に起立形成すると共に外形を打ち抜き形成するヨーク形成工程と、一対の上記ステータヨークに各々起立形成された複数本の極歯を互いに入り組むように軸線方向に重ねてステータを構成した後、一対の上記ステータヨークの極歯の周りに上記コイル巻線を巻回す巻線工程と、上記ステータの外周縁に略カップ状に形成された一対のケースをケース被冠工程とを少なくとも有している。

また、上記ステータは、２個を軸線方向に重ねるとき、各ステータの対向する上記磁性金属板の他方面の素地同士を接合させている。

本発明によれば、コイル巻線を絶縁層で被覆された極歯の周りの空間内に直接巻回すことにより、ボビンに巻回したときに比較して巻線スペースを大きくすることができ、ステッピングモータを小型化しても出力トルクを高くすること可能となる。さらに、少なくともコイル巻線が巻回される必要最小限の範囲に印刷によって絶縁層を形成するので、他の部分の絶縁層をなくすことができることから、重畳される絶縁層の厚み分が巻線スペースの増大、或いは軸線方向や径方向の寸法を小さくすることが可能となる。

絶縁層側の端縁にダレ部が形成されるようにステータヨークを構成することにより、ステータヨークの素地が露出した個所にはコイル巻線が接触しないため、電気的な短絡を未然に防止することが可能となる。

一対のステータヨークを軸線方向に重ねることにより断面略コ字状のコイル巻線用の空間が形成され、この空間の内面は、印刷によって絶縁層が形成されるので、極歯の周りの空間内部にコイル巻線を配置しても、電気的な絶縁を確保することが可能となる。

また、印刷工程において、磁性金属板の一方面の少なくともステータヨークが形成される範囲に印刷によって絶縁層を形成するので、容易に絶縁層を形成することができ、しかも、素材となる絶縁性を有する樹脂の使用量を減少させることが可能となり、コストを低減することができる。さらに、スクラップ部分の樹脂を大幅に減少することができることから、リサイクルが容易になるので、環境への悪影響を最小限に少なくすることが可能となる。また、絶縁が不要な部分には絶縁層が形成されないので、巻線スペースの増大や小型化に寄与することができる。

また、２個のステータを軸線方向に重ねるとき、磁性金属板の他方面の素地同士を接合させることにより、軸線方向の寸法を小さくすることが可能となる。

ステッピングモータは、内周縁に複数本の極歯が起立された円環状のステータヨークと、この極歯の周りに巻回されたコイル巻線と、上記ステータヨークの外周縁に嵌合されるケースとを有している。上記ステータヨークは、内面に絶縁層が印刷によって形成され、この絶縁層が形成された複数本の極歯の周りに上記コイル巻線が巻回されている。

上記ステータヨークは、磁性金属板からなる素材に対し、まず、印刷工程において、磁性金属板の一方面の少なくとも上記ステータヨークが形成される範囲に印刷によって絶縁層を形成する。次に、ヨーク形成工程において、上記磁性金属板に上記ステータヨークの複数本の上記極歯を一体に起立形成すると共に外形を打ち抜き形成され、円環状のステータヨークが形成される。上記ステータヨークに形成された複数本の極歯は略円筒状に配列され、その外周面とこれに続く一方面に絶縁層が形成されている。次に、一対の上記ステータヨークを複数本の極歯が互いに入り組むように軸線方向に重ねることによりステータを構成する。その後、巻線工程において、ステータの複数本の極歯の周りに上記コイル巻線が巻回される。そして、ケース被冠工程において、上記ステータの外周縁に略カップ状に形成された一対のケースを被冠する。上記コイル巻線の端末は、各々端子に接続することによってステッピングモータが製造される。

図１に示すステッピングモータ１は、パーマネントマグネット型（ＰＭ型）に構成され、永久磁石に磁極が着磁されたロータ２と、このロータ２の周りに隣接して軸方向に配置された一対のステータ３と、この一対のステータ３に配設され、表面に薄い絶縁層が被覆されたコイルを巻回したコイル巻線４とを有しており、一対のステータ３には略カップ状のケース５が各々被冠されている。ケース５にはロータ２の回転軸６を回転自在に支持する軸受７が取り付けられている。図示上方の出力側の軸受７は、回転軸６を突出させるためラジアル軸受が取り付けられ、図示下方の軸受７は、回転軸６のスラスト方向を支持するスラスト軸受７が取り付けられている。

ステータ３は、ステータヨーク８とステータヨーク９とを軸線方向で重ねることによって構成されている。各ユニットは、各々複数本の極歯８ａが内周縁に起立形成された円環状のステータヨーク８と、このステータヨーク８と同じにように構成された円環状のステータヨーク９とを軸線方向で重ねることによって構成されている。このとき、ステータヨーク８の極歯８ａの間には、ステータヨーク９の複数本の極歯９ａが入り組むように配設されている。また、ステータヨーク８の極歯８ａ、およびステータヨーク９の極歯９ａは、各々ロータ２の外周に所定間隔のギャップを設けて対向させている。そして、ステータヨーク８の極歯８ａ、および、ステータヨーク９の極歯９ａの周りには、断面略コ字状のコイル巻線用の空間が形成され、この空間の内面には、印刷によって絶縁層２１が形成され、上記極歯８ａ、９ａの周りに上記コイル巻線を直接巻回して空間内部にコイル巻線４が巻回されている。

一方、ステータヨーク８とステータヨーク９の外周縁は、ケース５の開口端内周に嵌合することにより接合されている。さらに、上記ステータヨーク８とステータヨーク９の外周縁には、略Ｔ字状の突起８ｂ、９ｂがラジアル方向に突出している。この突起８ｂ、９ｂには合成樹脂からなる端子部１１がインサートモールドによって形成されている。端子部１１には、端子ピン１１ａが４本内設され、ケース５の内方に位置する端子ピン１１ａの一端には、コイル巻線４の端末が巻き付けられ、他端は外方に突出している。

上記コイル巻線４が巻回されるステータヨーク８の極歯８ａ、および、ステータヨーク９の極歯９ａの外周面とこれに続く一方面には絶縁層２１が形成されている。この絶縁層２１は、後述するように、例えばエポキシ樹脂を印刷手段によって数十ミクロンの厚みに形成されている。これにより、極歯８ａの周りには、コイル巻線４が直接巻回され、従来のようなコイルボビンは使用していない。このように、ステータコア８およびケース９の少なくともコイル巻線４が接触する表面を絶縁層２１で被覆するのでコイル巻線４が短絡することはない。

図２は、図１に示すステッピングモータ１の製造方法のうち、ステータヨーク８の製造工程を示す説明図である。ステータヨーク８の素材としては、所定の板厚を有するフープ状の磁性体金属板２０が使用される。この金属板２０には、ステータヨーク８の外径寸法と同じ幅か、やや大きい幅に絶縁層２１が形成されている。この絶縁層２１は、電気的絶縁性を有する例えばエポキシ樹脂を印刷手段によって数ミクロンから至百数十ミクロンの厚みに形成されている。印刷手段としては、凸版印刷法やシルク印刷等の手段が採用される。金属板２０としてフープ状の磁性体金属板を使用する場合は、所定の幅と長さの窓孔を有するシルク印刷板を用いて、エポキシ樹脂を順次印刷すると共に乾燥固化することによって、図２に示すような、絶縁層２１がストライプ状に形成されている。絶縁層２１は、ステータヨーク８が形成される範囲に印刷形成され、他方面を含めた他は金属板の表面は素地が露出している。

ストライプ状の絶縁層２１が形成されたフープ状の金属板２０は、図示しない順送プレスによってプレス加工が施される。まず、ステージＳ−１に示すように、複数本の極歯８ａおよび突起８ｂを打ち抜き形成すると共に、複数本の極歯８ａを起立形成する。このとき、プレスによる打ち抜きは、図示上方の絶縁層２１が形成された一方面の方向から打ち抜かれる。これによって、複数本の極歯８ａの絶縁層２１側の端縁には、図４の円内に示すように、ダレ２０ａが生じ、金属板２０の他方面にはカエリ２０ｂが生ずる。

その後、ステージＳ−２において、ステータヨーク８の外形を打ち抜き形成すると共に、略Ｔ字状の突起８ｂの先端が切断されて、ステータヨーク８が製造される。この外形抜き工程においても、プレスによる打ち抜きは、図示上方の絶縁層２１が形成された一方面の矢示で示す方向Ｐから打ち抜かれる。これによって、ステータヨーク８の絶縁層２１側の端縁には、図４の円内に示すように、ダレ２０ａが生じ、金属板２０の他方面にはカエリ２０ｂが生ずる。外形抜き工程によって打ち抜き形成されたステータヨーク８には、複数本の極歯８ａの外周、および、ステータヨーク８の一方面に絶縁層２１が形成される。従って、複数本の極歯８ａの内周、および、ステータヨーク８の他方面は素地が露出している。

一方、ステータヨーク９は、上述したステータヨーク８の製造工程と同じように製造され、その詳細な説明は省略する。ステータヨーク９において使用するフープ状の磁性体金属板２０にも予めステータヨーク９の外径寸法と同じ幅か、やや大きい幅に絶縁層２１が例えばエポキシ樹脂を印刷手段によって数ミクロンから至百数十ミクロンの厚み形成されている。そして、まず複数本の極歯９ａおよび突起９ｂを打ち抜き形成すると共に、複数本の極歯９ａを起立形成した後、ステータヨーク９の外形を打ち抜き形成することによって製造される。なお、プレスの打ち抜き方向についても、ステータヨーク８の製造工程と同じである。

このように製造されたステータヨーク８、および、ステータヨーク９は、その後、図３に示すように、ステータヨーク９の底面中央に起立形成された極歯９ａがステータヨーク８の極歯８ａの間に入り組むように軸線方向で重ねられる。これにより、極歯９ａと極歯８ａに周りには、断面略コ字状のコイル巻線用の空間が形成される。この空間の内面には印刷によって絶縁層２１が形成される。この極歯９ａと極歯８ａとの位置及び間隔は、図示しない治具によって精度良く行われる。そして、図４に示すように、治具によって位置決めされた状態で、極歯９ａおよび極歯８ａの周りにコイル巻線４が直接巻回される。このとき、治具に装着されたステータヨーク８およびステータヨーク９を図示しない巻線機に装着した状態でコイル巻線４を巻くことが望ましい。また、コイル巻線４としては、自己融着巻線を使用することが望ましく、極歯８ａ、９ａの周りに巻回しながら融着されて固化される。

このように、コイル巻線４を巻回した状態では、ステータヨーク８、９には、複数本の極歯８ａ、９ａの外周、および、ステータヨーク８、９の一方面に絶縁層２１が形成されているので、コイル巻線４との間で電気的に短絡することが未然に防止される。また、複数本の極歯８ａ、９ａの外周側周縁、および、ステータヨーク８、９の一方面の周縁にはダレ２０ａが生じているので、角部によってコイル巻線４の絶縁が破壊される事故が未然に防止される。

その後、ステータヨーク８、および、ステータヨーク９を軸線方向で重ねると共に、コイル巻線４を巻回した一対のステータ３は、図５に示すように、軸先方向に重ねて配置される。このとき、ステータヨーク８、および、ステータヨーク９の他方面は、素地同士が面接合されている。

次いで、一対のステータ３には、一対のケース５を被冠する。ケース５は、磁性金属板によって略カップ状に形成され、内径はステータヨーク８、および、ステータヨーク９の外径よりもやや大きく設定されている。そして、ケース５をステータヨーク８とステータヨーク９に各々軽圧入状態で嵌合すると、ステータヨーク８、および、ステータヨーク９の外周面とケース５の内周面が接合される。ステータヨーク８、および、ステータヨーク９の外周面は素地が露出しているので、ケース５とステータヨーク８、および、ステータヨーク９とによって形成される磁気回路に、絶縁層による磁気的絶縁物が存在しないので、磁気抵抗を大幅に減少させることが可能となる。

図６は、ステータヨーク８の他の製造工程を示している。前述した実施例１におけるステータヨーク８の製造工程と相違する点は、絶縁層２１が、ステータヨーク８の外径の形状と同じか、もしくはやや大きい範囲のみに形成されていることである。この絶縁層２１は、前述した実施例１と同様に、電気的絶縁性を有する例えばエポキシ樹脂を印刷手段によって数ミクロンから至百数十ミクロンの厚みに形成されている。印刷手段としては、凸版印刷法やシルク印刷等の手段が採用される。そして、ステータヨーク８を形成する位置に対応させて、シルク印刷板を用いて、エポキシ樹脂を順次印刷すると共に乾燥固化することによって、絶縁層２１が所定の間隔で形成される。このため、絶縁層２１は、ステータヨーク８が形成される範囲に印刷形成され、他の金属板の表面は素地が露出している。このように、ステータヨーク８において、絶縁が必要な範囲のみに絶縁層２１を形成することによって、エポキシ樹脂等の素材の使用量を減少させることができるので、コストを低減することが可能となる。

以上詳述した本発明によるステッピングモータ１は、コイル巻線４を絶縁層２１で被覆された極歯８ａの周りに直接巻回すことにより、ボビンに巻回すよりも巻線スペースを大きくすることができ、ステッピングモータを小型化しても出力トルクを高くすること可能となる。因みに、本発明によるステッピングモータ１は、外径寸法が６ｍｍ或いはそれ以下の小型ステッピングモータに好適であり、ステータヨークに、コイル巻線との間で電気的絶縁が必要な範囲に絶縁層を形成することによって、高い出力トルクを得ることができる小型ステッピングモータを実現できる特徴がある。

なお、図２に示したステータヨークの製造方法において、ステータヨークの素材として、フープ状の磁性体金属板を使用したが、単体の磁性体金属板であっても良く、この場合は、単体の磁性体金属板に対して、個々に絶縁層を印刷形成される。以上説明したステッピングモータは一例を示すものであり、他の構成に適宜変更することも可能であり、その他、本発明を逸脱しない範囲で変形可能である。

本発明は、ＰＭ型のステッピングモータに適用可能である。

本発明にかかるステッピングモータを示す断面図である。 本発明にかかるステッピングモータにおけるステータヨークの製造方法を示す説明図である。 本発明にかかるステッピングモータのステータヨークを軸線方向に重ねる状態を示す斜視図である。 本発明にかかるステッピングモータのステータにコイル巻線を巻回した状態を示す断面図である。 本発明にかかるステッピングモータのステータを示す斜視図である。 本発明にかかるステッピングモータにおけるステータヨークの他の製造方法を示す説明図である。 従来のステッピングモータを示す断面図である。

符号の説明

１ ステッピングモータ
２ ロータ
３ ステータ
４ コイル巻線
５ ケース
８ ステータヨーク
８ａ 極歯
９ ステータヨーク
９ａ 極歯
２０ 金属板
２０ａ ダレ
２１ 絶縁層

Claims (5)

1. 内周縁に複数本の極歯が起立された円環状のステータヨークと、該極歯の周りに巻回されたコイル巻線と、上記ステータヨークの外周縁に嵌合されるケースとを有するステッピングモータであって、
   上記ステータヨークは、内面に印刷によって絶縁層が形成され、この絶縁層の周りに上記コイル巻線が巻回されることを特徴とするステッピングモータ。
2. 上記ステータヨークは、印刷によって形成された絶縁層側の端縁にダレ部が形成されている請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 一対の上記ステータヨークは、軸線方向に重ねられると共に各々の複数本の極歯が互いに入り組むように配設されてステータが構成され、断面略コ字状に形成された空間内面には印刷によって形成された絶縁層が形成され、上記極歯の周りに上記コイル巻線が直接巻回された請求項１または２のいずれかに記載のステッピングモータ。
4. 内周縁に複数本の極歯が起立された円環状のステータヨークと、該極歯の周りに巻回されたコイル巻線と、上記ステータヨークの外周縁に嵌合されるケースとを有するステッピングモータの製造方法において、
   磁性金属板の一方面の少なくともステータヨークが形成される範囲に印刷によって絶縁層を形成する印刷工程と、
   上記磁性金属板に上記ステータヨークの複数本の上記極歯を一体に起立形成すると共に外形を打ち抜き形成するヨーク形成工程と、
   一対の上記ステータヨークに各々起立形成された複数本の極歯を互いに入り組むように軸線方向に重ねてステータを構成した後、一対の上記ステータヨークの極歯の周りに上記コイル巻線を巻回す巻線工程と、
   上記ステータの外周縁に略カップ状に形成された一対のケースをケース被冠工程と、
   を少なくとも有することを特徴とするステッピングモータの製造方法。
5. 上記ステータは、２個を軸線方向に重ねるとき、各ステータの対向する上記磁性金属板の他方面の素地同士を接合させる請求項４に記載のステッピングモータの製造方法。

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