JP2009162489A - ステッピングモータ及びそのステッピングモータを用いた計器装置 - Google Patents

ステッピングモータ及びそのステッピングモータを用いた計器装置 Download PDF

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Abstract

【課題】出力軸を確実に所定の位置に留めることが可能で、かつ、製品コストを低く抑えることが可能なステッピングモータ及びそのステッピングモータを用いた計器装置を提供する。
【解決手段】ロータ磁石２の回転に伴って回転するロータ歯車３と、中間歯車４と、中間歯車４の第２の歯車４ｂと噛み合う出力歯車５と、ロータ磁石２の周囲に配置され制御手段から出力される駆動波形を入力されることによって回転磁界を発生してロータ磁石２に回転力を与える励磁コイルと、ロータ磁石２の回転中心となる第１の回転軸１０と、中間歯車４の回転中心となる第２の回転軸１１と、出力歯車５の回転中心となる出力軸６と、を有するステッピングモータ１において、第２の回転軸１１または出力軸６は磁性部材からなり、励磁コイルに回転磁界が発生していない際に、ロータ磁石２と引き合うことによって、出力軸６を所定の位置に留めておくものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステッピングモータ及びそのステッピングモータを用いた計器装置に関するもので、特に出力軸を確実に所定の位置に留めることが可能なステッピングモータ及びそのステッピングモータを用いた計器装置に関するものである。
従来のステッピングモータは、ロータ磁石を所定の位置に留めておくために、ロータ磁石の周辺に固定磁石を設けたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−４１９８１号公報
しかしながら、このようなステッピングモータは、専用の固定磁石を必要とするため、製品コストを高くしてしまうという問題点を有していた。
そこで、本発明は前述した問題点に着目し、出力軸を確実に所定の位置に留めることが可能で、かつ、製品コストを低く抑えることが可能なステッピングモータ及びそのステッピングモータを用いた計器装置を提供することを目的とする。
本発明は、多極着磁されたロータ磁石と、前記ロータ磁石に同軸上に設けられ前記ロータ磁石の回転に伴って回転するロータ歯車と、前記ロータ歯車と噛み合う第１の歯車とこの第１の歯車と同軸上に設けられた第２の歯車とを有する中間歯車と、前記中間歯車の前記第２の歯車と噛み合う出力歯車と、前記ロータ磁石の周囲に配置され制御手段から出力される駆動波形を入力されることによって回転磁界を発生して前記ロータ磁石に回転力を与える励磁コイルと、前記ロータ磁石の回転中心となる第１の回転軸と、前記中間歯車の回転中心となる第２の回転軸と、前記出力歯車の回転中心となる出力軸と、を有するステッピングモータにおいて、前記第２の回転軸または出力軸は磁性部材からなり、前記励磁コイルに前記回転磁界が発生していない際に、前記ロータ磁石と引き合うことによって、前記出力軸を所定の位置に留めておくものである。
また、本発明は、多極着磁されたロータ磁石と、前記ロータ磁石に同軸上に設けられ前記ロータ磁石の回転に伴って回転するロータ歯車と、前記ロータ歯車と噛み合う第１の歯車とこの第１の歯車と同軸上に設けられた第２の歯車とを有する中間歯車と、前記中間歯車の前記第２の歯車と噛み合う出力歯車と、前記ロータ磁石の周囲に配置され制御手段から出力される駆動波形を入力されることによって回転磁界を発生して前記ロータ磁石に回転力を与える励磁コイルと、前記ロータ磁石の回転中心となる第１の回転軸と、前記中間歯車の回転中心となる第２の回転軸と、前記出力歯車の回転中心となる出力軸と、を有するステッピングモータを用いた計器装置であって、前記出力軸に装着される指針と、前記指針の背後に配設される表示板と、前記指針を前記表示板の所定の位置に留めるストッパ手段とを備え、前記第２の回転軸または出力軸は磁性部材からなり、前記励磁コイルに前記回転磁界が発生していない際に、前記ロータ磁石と引き合うことによって、前記指針を前記ストッパ手段によって定められる前記所定の位置に留めておくものである。
また、本発明は、少なくとも前記出力軸を収容するケース部材を設け、前記ストッパ手段は、前記出力歯車に設けた第１の突起部と、前記ケース部材に設けた第２の突起部とから構成されるものである。
また、本発明は、前記ストッパ手段は、前記表示板に設けられた突起部からなるものである。
また、本発明は、前記指針が前記所定の位置に当接している状態において、前記第２の回転軸または出力軸と引き合っている前記ロータ磁石の磁極ピーク位置は、第１の回転軸と第２の回転軸または出力軸とを結ぶ直線に対して、前記指針が前記所定の位置から離れる方向に、前記ロータ磁石の磁極数をｎ（ｎは整数）とすると、（３６０／２ｎ）度以内の角度に設けられているものである。
本発明によれば、所期の目的を達成することができ、出力軸を確実に所定の位置に留めることが可能で、かつ、製品コストを低く抑えることが可能なステッピングモータ及びそのステッピングモータを用いた計器装置を提供することができる。
請求項１に記載の発明は、第２の回転軸または出力軸を磁性部材としたことによって、出力軸を確実に所定の位置に留めることでき、また、製品コストを低く抑えることが可能なステッピングモータを提供することができる。
請求項２に記載の発明は、第２の回転軸または出力軸を磁性部材としたことによって、出力軸を確実に所定の位置に留めることでき、また、製品コストを低く抑えることが可能なステッピングモータを用いた計器装置を提供することができる。
請求項３に記載の発明は、ストッパ手段が所定の位置に指針を物理的に留めることができ、また、指針がストッパ手段に当接して跳ね上がることを防止できる。また、ストッパ手段をステッピングモータ内部で構成しているため、計器装置の表示板に突起部を設ける必要がなく、表示板を簡素なデザインにすることができ、また、専用の突起部を設ける必要がないため製品コストを低く抑えることができる。
請求項４に記載の発明は、ストッパ手段が所定の位置に指針を物理的に留めることができ、また、指針がストッパ手段に当接して跳ね上がることを防止できる。また、表示板にストッパ手段を設けるため、ストッパ手段によって定められる所定の位置の精度を容易に向上させることができる。
請求項５に記載の発明は、ストッパ手段によって指針が所定の位置に留められている状態でさらに所定の位置方向に指針を回転させる方向に回転力が与えられているため、指針を確実に所定の位置に留めておくことができる。
以下、本発明の実施形態を、ステッピングモータを用いた計器装置に基づいて説明する。図１から図５は、本発明の一実施形態を示すものである。
本実施形態の計器装置Ｍに用いられるステッピングモータ１は、多極着磁されたロータ磁石２と、ロータ磁石２に固定されたロータ歯車３と、ロータ歯車３と噛み合う第１の歯車４ａとこの第１の歯車４ａと同軸上に設けられた第２の歯車４ｂとを有する中間歯車４と、中間歯車４の第２の歯車４ｂと噛み合う出力歯車５と、回転磁界を発生してロータ磁石２に回転力を与える２つの励磁コイル９と、ロータ磁石２の回転中心となる金属製の第１の回転軸１０と、中間歯車４の回転中心となる金属製の第２の回転軸１１と、出力歯車５の回転中心となる出力軸６と、ロータ磁石２、ロータ歯車３、中間歯車４、出力歯車５、出力軸６、励磁コイル９、第１の回転軸１０、第２の回転軸１１を収容するケース部材１２とを有するものである。
ロータ磁石２は、いわゆるプラスチックマグネットと呼ばれる磁性を有する合成樹脂からなり、その形状は円形で、中心に貫通孔を備えたドーナツ形状である。この貫通孔を、ロータ歯車３と第１の回転軸１０が貫通している。ロータ磁石２は、その回転軸を中心として、放射方向に均等となるように、多くの磁極を備えている。本実施形態では、Ｎ極が２つ、Ｓ極が２つの計４つの磁極を備えている。従って、第１の回転軸１０を中心の軸として、回転すると、ロータ磁石２の外周面に回転方向に沿って多極着磁されている。
ロータ歯車３は、磁性を備えていない合成樹脂からなり、前述したように、ロータ磁石２の回転に伴って回転する。また、第１の回転軸１０がロータ歯車３を貫通している。
中間歯車４は、磁性を備えていない合成樹脂からなり、第１の歯車４ａと第２の歯車４ｂとを一体に備えている。第１の歯車４ａは、ロータ歯車３と噛み合う。また、第２の歯車４ｂは、出力歯車５と噛み合う。第１の歯車４ａと第２の歯車４ｂとは、同軸上に設けられている。また、中間歯車４には、回転中心となる第２の回転軸１１が設けられている。第２の回転軸１１は、磁性部材からなり、磁力によってロータ磁石２を引きつけるものである。
出力歯車５も、ロータ歯車３、中間歯車４と同様に、磁性を備えていない合成樹脂からなり、中間歯車４の第２の歯車４ｂと噛み合う。出力歯車５には、回転中心となる出力軸６が設けられている。
また、図２中、出力歯車５の下側の面には、ストッパ手段１５を構成する第１の突起部１５ａが一体に設けられている。この第１の突起部１５ａは、後述する、ケース部材１２に設けた第２の突起部１５ｂと当接し、出力歯車５の回転を所定の位置で止めるものである。
本実施形態では、中間歯車４、出力歯車５は、ロータ磁石２の回転を減速させて伝達するものである。
励磁コイル９は、銅などの導電性を有する金属線を、合成樹脂からなるボビン９ａに巻き付けて形成したものである。励磁コイル９は、ボビン９ａに設けた端子９ｂを介して、制御手段に接続されている。
ボビン９ａは、断面形状が長方形の貫通孔を備えた筒体である。そして、励磁コイル９は、ロータ磁石２の周囲に配置され、ボビン９ａの前記貫通孔内に、ロータ磁石２の一部が入り込んだ状態で、ロータ磁石２の円盤面の一部と前記貫通孔の内周面が対向している。
そして、２つの励磁コイル９には、図示しない制御手段から出力される駆動波形が、それぞれ入力されることによって、ロータ磁石２に回転磁界が発生し、ロータ磁石２に回転力を与えるものである。
ケース部材１２は、磁性を備えていない合成樹脂からなり、上下に分割されている。各ケース部材１２に設けた係止爪１２ａを引っ掛けることで、上下に分割したケース部材１２を固定している。このケース部材１２には、出力歯車５に設けた第１の突起部１５ａに当接する第２の突起部１５ｂが一体に設けられている。ケース部材１２は、第１の回転軸１０、第２の回転軸及び出力軸６を回転可能に支持している。
図４は、ステッピングモータ１を計器装置Ｍに用いたものである。本実施形態の計器装置Ｍは、車両の速度を指針１４を用いて表示するものである。
指針１４は、出力軸６に装着されるものである。この指針１４の背後には、指針１４が指示する目盛や文字などの指標部１７ａを備えた表示板１７が設けられている。指針１４は、ステッピングモータ１に設けたストッパ手段１５によって、所定の位置、本実施形態では、車速の「０」を示す位置に留められている。
図５は、ストッパ手段１５を構成する第１の突起部１５ａと第２の突起部１ｂとが当接することによって、指針１４が所定の位置に当接している状態である。
ロータ磁石３には、４つの磁極が設けられている。図５中では、各磁極の境界線Ｂを点線で示してある。この境界線Ｂと境界線Ｂとの間が、各磁極のピーク位置である。図５中では、ロータ磁石３の左上と右下がＮ極で、左下と右上がＳ極である。
本実施形態では、ストッパ手段１５の第１の突起部１５ａを第２の突起部１５ｂに押しつけた当接状態を維持するために、第２の回転軸１１がロータ磁石２の図５中の右下のＮ極を図５中の矢印Ｒ１方向に引きつけている。そして、第１の回転軸１０と第２の回転軸１１とを結ぶ直線Ｓ１に対して、第２の回転軸１１に引きつけられているロータ磁石２の右下のＮ極のピーク位置のなす角度ｒは、指針１４が所定の位置（ストッパ手段１５の当接位置）から離れる方向（矢印Ｒ１と逆方向）に、４５度以内の位置に配置されている。この４５度という角度は、ロータ磁石２の磁極数をｎ（ｎは整数）とすると、（３６０／２ｎ）で求められる角度である。本実施形態では、ｎは４となるので、３６０／２・４という式となり、４５度が求められる。第２の回転軸１１に引きつけられる磁極のピーク位置を前記の式で求められる値としたことで、第１の突起部１５ａを第２の突起部１５ｂに押しつける方向に回転力が与えられているため、指針１４を確実に所定の位置に留めておくことができる。
なお、本実施形態では、第２の回転軸１１を磁性部材から形成したが、本実施形態に限定されるものではなく、出力軸６を磁性部材から形成してもよい。この場合も、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、本実施形態では、ストッパ手段１５が、出力歯車５に設けた第１の突起部１５ａとケース部材１２に設けた第２の突起部１５ｂであったが、本実施形態に限定されるものではなく、表示板１７に指針１４が当接する突起部を設けたものであってもよい。このように構成したことによって、前記突起部によって定められる所定の位置の精度を容易に向上させることができる。
本発明の一実施形態のステッピングモータの上面図。 図１中のＡ−Ａ線の断面図。 同実施形態の上ケースを取り外したステッピングモータの上面図。 同実施形態のステッピングモータを用いた計器装置の正面図。 同実施形態の説明図。
符号の説明
１ ステッピングモータ
２ ロータ磁石
３ ロータ歯車
４ 中間歯車
４ａ 第１の歯車
４ｂ 第２の歯車
５ 出力歯車
６ 出力軸
９ 励磁コイル
１０ 第１の回転軸
１１ 第２の回転軸
１２ ケース部材
１４ 指針
１５ ストッパ手段
１５ａ 第１の突起部
１５ｂ 第２の突起部
１７ 表示板
Ｍ 計器装置

Claims (5)

  1. 多極着磁されたロータ磁石と、前記ロータ磁石に同軸上に設けられ前記ロータ磁石の回転に伴って回転するロータ歯車と、前記ロータ歯車と噛み合う第１の歯車とこの第１の歯車と同軸上に設けられた第２の歯車とを有する中間歯車と、前記中間歯車の前記第２の歯車と噛み合う出力歯車と、前記ロータ磁石の周囲に配置され制御手段から出力される駆動波形を入力されることによって回転磁界を発生して前記ロータ磁石に回転力を与える励磁コイルと、前記ロータ磁石の回転中心となる第１の回転軸と、前記中間歯車の回転中心となる第２の回転軸と、前記出力歯車の回転中心となる出力軸と、を有するステッピングモータにおいて、前記第２の回転軸または出力軸は磁性部材からなり、前記励磁コイルに前記回転磁界が発生していない際に、前記ロータ磁石と引き合うことによって、前記出力軸を所定の位置に留めておくことを特徴とするステッピングモータ。
  2. 多極着磁されたロータ磁石と、前記ロータ磁石に同軸上に設けられ前記ロータ磁石の回転に伴って回転するロータ歯車と、前記ロータ歯車と噛み合う第１の歯車とこの第１の歯車と同軸上に設けられた第２の歯車とを有する中間歯車と、前記中間歯車の前記第２の歯車と噛み合う出力歯車と、前記ロータ磁石の周囲に配置され制御手段から出力される駆動波形を入力されることによって回転磁界を発生して前記ロータ磁石に回転力を与える励磁コイルと、前記ロータ磁石の回転中心となる第１の回転軸と、前記中間歯車の回転中心となる第２の回転軸と、前記出力歯車の回転中心となる出力軸と、を有するステッピングモータを用いた計器装置であって、前記出力軸に装着される指針と、前記指針の背後に配設される表示板と、前記指針を前記表示板の所定の位置に留めるストッパ手段とを備え、前記第２の回転軸または出力軸は磁性部材からなり、前記励磁コイルに前記回転磁界が発生していない際に、前記ロータ磁石と引き合うことによって、前記指針を前記ストッパ手段によって定められる前記所定の位置に留めておくことを特徴とするステッピングモータを用いた計器装置。
  3. 少なくとも前記出力軸を収容するケース部材を設け、前記ストッパ手段は、前記出力歯車に設けた第１の突起部と、前記ケース部材に設けた第２の突起部とから構成されることを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータを用いた計器装置。
  4. 前記ストッパ手段は、前記表示板に設けられた突起部からなることを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータを用いた計器装置。
  5. 前記指針が前記所定の位置に当接している状態において、前記第２の回転軸または出力軸と引き合っている前記ロータ磁石の磁極ピーク位置は、第１の回転軸と第２の回転軸または出力軸とを結ぶ直線に対して、前記指針が前記所定の位置から離れる方向に、前記ロータ磁石の磁極数をｎ（ｎは整数）とすると、（３６０／２ｎ）度以内の角度に設けられていることを特徴とする請求項３、４に記載のステッピングモータを用いた計器装置。
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