JP2011055598A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ自身に磁気式のエンコーダを設けた場合でも、磁気センサが高温になることを抑制することのできるステッピングモータを提供すること。
【解決手段】ステッピングモータ１００の回転軸３１に対しては磁気式のエンコーダ８が構成されている。エンコーダ８を構成するにあたって、エンコーダ用マグネット８１は、回転軸３１において軸受９９や軸受ホルダ９８よりもさらに反出力側の軸端側に保持され、ＭＲセンサ８２は、エンコーダ用マグネット８１に対して回転軸３１の軸線方向においてステータ２が位置する側とは反対側でエンコーダ用マグネット８１に対向している。このため、ＭＲセンサ８２をステータ２から十分離間させることができる。それ故、ステータ２に給電した際にステータ２が発熱しても、かかる熱はＭＲセンサ８２に伝わりにくい。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンコーダを備えたステッピングモータに関するものである。

ステッピングモータは、外周面においてＮ極とＳ極が周方向に交互に形成されたロータマグネット、および回転軸を備えたロータと、ロータマグネットの外周面に対向する筒状のステータとを備えており、ステータは、一般に、複数の極歯が環状に配列されたステータコア、および極歯の外周側で周回するコイルを備えた２相のステータ組を備えている。

かかるステッピングモータは、開ループ制御が可能であるため、簡素な回路構成で済むという利点がある一方、高速回転させると脱調するという問題点がある。そこで、ステッピングモータにエンコーダを設け、かかるエンコーダでの検出結果をフィードバックする技術が提案されている（特許文献１参照）。

かかるエンコーダを構成するにあたって、特許文献１には、回転軸においてロータマグネットと隣接する位置にエンコーダ用マグネットを設け、その近傍に磁気センサを配置した構成が採用されている。

実開昭６２−１３５５５８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成のように、回転軸においてロータマグネットと隣接する位置にエンコーダ用マグネットを設けると、磁気センサがステータ近傍に配置される。このため、ステータに給電した際、ステータの熱で磁気センサが高温になるため、エンコーダが誤作動しやすいという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータ自身に磁気式のエンコーダを設けた場合でも、磁気センサが高温になることを抑制することのできるステッピングモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、回転軸の外周面にロータマグネットが保持されたロータと、前記ロータマグネットの外周面に対向する筒状のステータと、を有するステッピングモータにおいて、前記回転軸に対しては、当該回転軸において前記ステータの端部から軸線方向で突出した部分であって前記ロータマグネットの端部に軸線方向で離間する部分に保持されたエンコーダ用マグネット、および前記ステータから軸線方向で離間した位置で前記エンコーダ用マグネットに対向する磁気センサを備えたエンコーダが構成されていることを特徴とする。

本発明では、回転軸に磁気式のエンコーダを設けるにあたって、回転軸においてステータの端部から軸線方向で突出した部分であってロータマグネットの端部に軸線方向で離間する部分にエンコーダ用マグネットを配置し、かかるエンコーダ用マグネットに対してはステータから離間した位置に磁気センサを設けてある。このため、磁気センサをステータから十分離間させることができるので、ステータに給電した際にステータが発熱しても、かかる熱は磁気センサに伝わりにくい。それ故、磁気センサが高温になることを抑制することができる。

本発明は、前記ステータが、複数の極歯が環状に配列されたステータコア、および前記極歯の外周側で周回するコイルを備えた単相あるいは複相のステータ組が複数、モータ軸線方向に配列されてなる場合に適用すると効果的である。単相あるいは複相のステータ組が複数、モータ軸線方向に配列されてなるステータを用いると、その分、ステータが発熱しやすいが、本発明によれば、かかる構成のステータを用いた場合でも、磁気センサが高温になることを抑制することができる。

本発明において、前記複数のステータ組の間において前記極歯の角度位置が同一であることを特徴とする。かかる構成を採用すると、大きなトルクが求められる用途であってもステッピングモータを用いることができ、かかる大トルク対応のステッピングモータではステータでの発熱が大きい。しかるに本発明では、磁気センサをステータから十分離間させることができるので、ステータに給電した際にステータが発熱しても、かかる熱は磁気センサに伝わりにくい。

本発明において、前記エンコーダ用マグネットは、前記回転軸において前記ロータマグネットの端部および前記ステータの端部から軸線方向で突出する部分において前記回転軸を回転可能に支持する軸受よりさらに軸端側で当該回転軸に保持されていることが好ましい。このように構成すると、ステータから十分離間した位置に磁気センサを設けることができるため、ステータの熱は磁気センサに伝わりにくい。

本発明において、前記磁気センサは、前記エンコーダ用マグネットに対して前記回転軸の軸線方向において前記ステータが位置する側とは反対側で当該エンコーダ用マグネットに対向していることが好ましい。このように構成すると、エンコーダ用マグネットに対して径方向で対向する位置に磁気センサを配置した場合と比較して、磁気センサをステータから十分離間させることができるので、ステータに給電した際にステータが発熱しても、かかる熱は磁気センサに伝わりにくい。

本発明においては、前記磁気センサを保持するセンサ基板と、前記エンコーダ用マグネットを外周側で囲む筒部を備えたケースと、を備えた構成を採用することができ、この場合、前記センサ基板は、前記ケースの内側に保持されている構成を採用することができる。

この場合、前記センサ基板の外周端部は、前記筒部の内周面に対して周方向で離間する複数個所で当接し、前記センサ基板の外周端部と前記筒部の内周面との間には、周方向で離間する複数個所に隙間が設けられていることが好ましい。このように構成すると、センサ基板の外周端部とケースの筒部の内周面との間では隙間を介して空気の流出入が起こるため、ケースの内側に磁気センサを設けた場合でも磁気センサからの放熱を行なうことができる。このため、磁気センサの温度上昇を抑えることができる。また、隙間は、ケースから基板への熱伝達を抑える。このため、ステータの熱がケースおよび基板を介して磁気センサに伝わるのを抑制することができるので、磁気センサが高温になることを抑制することができる。

本発明では、前記ケースにおいて、前記筒部には貫通穴が形成されていることが好ましい。このように構成すると、筒部の貫通穴を介して空気の流出入が起こるため、ケースの内側に磁気センサを設けた場合でも磁気センサからの放熱を行なうことができる。このため、磁気センサの温度上昇を抑えることができる。

本発明では、前記センサ基板には貫通穴が形成されていることが好ましい。このように構成すると、基板の貫通穴を介して空気の流出入が起こるため、ケースの内側に磁気センサを設けた場合でも磁気センサからの放熱を行なうことができる。このため、磁気センサの温度上昇を抑えることができる。

本発明において、前記エンコーダ用マグネット、あるいは前記回転軸において前記エンコーダ用マグネットを保持している側の軸端面には、板状突起が設けられていることが好ましい。このように構成すると、回転軸が回転した際、板状突起によって空気の流れが発生する。このため、ケースの内側に磁気センサを設けた場合でも磁気センサに対する冷却を行なうことができるので、磁気センサの温度上昇を抑えることができる。

本発明では、回転軸に磁気式のエンコーダを設けるにあたって、回転軸においてステータの端部から軸線方向で突出した部分であってロータマグネットの端部に軸線方向で離間する部分にエンコーダ用マグネットを配置し、かかるエンコーダ用マグネットに対してはステータから離間した位置に磁気センサを設けてある。このため、磁気センサをステータから十分離間させることができるので、ステータに給電した際にステータが発熱しても、かかる熱は磁気センサに伝わりにくい。それ故、磁気センサが高温になることを抑制することができるので、磁気センサの温度に起因する誤検出を防止することができるとともに、磁気センサの長寿命化を図ることができる。

本発明を適用したステッピングモータの外観図である。 図１に示すステッピングモータに用いたステータなどの説明図である。 図１に示すステッピングモータからカバーを取り外して内部構成を示す説明図である。 図３に示すステータに用いたステータ組の説明図である。 図１に示すステッピングモータに用いたロータの説明図である。 図１に示すステッピングモータに構成したエンコーダの説明図である。 図１に示すステッピングモータのエンコーダに用いたエンコーダケースおよびセンサ基板の説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１に示すステッピングモータのエンコーダに用いられる回転軸の改良例を示す説明図、およびエンコーダ用マグネットの改良例を示す説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

（ステッピングモータの全体構成）
図１は、本発明を適用したステッピングモータの外観図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、ステッピングモータにおいてコネクタが配置された上側部分の斜視図、および下側部分の斜視図である。図２は、図１に示すステッピングモータに用いたステータなどの説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示すステッピングモータの縦断面図、およびステータの一部を拡大して示す断面図である。図３は、図１に示すステッピングモータからカバーを取り外して内部構成を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、内部構成の上側部分の斜視図、および下側部分の斜視図である。

図１および図２に示すように、本形態のステッピングモータ１００では、モータ軸線Ｌ方向に長手方向を向ける下カバー９１と上カバー９２とによってカバー９が構成されている。カバー９において、出力側Ｌ１の端部にはフランジ９５が固着され、かかるフランジ９５からはロータ３の回転軸３１が突出している。回転軸３１の先端部にはピニオン３９が固着される。

カバー９において、反出力側Ｌ２の端面からは基板７の端部が突出し、かかる基板７の端部に対してさらに反出力側Ｌ２で隣接する位置にコネクタ７７が設けられている。

図２および図３に示すように、ステッピングモータ１００は、カバー９の内側に、外周面においてＮ極とＳ極が周方向に交互に形成されたロータマグネット３２、および回転軸３１を備えたロータ３と、ロータマグネット３２の外周面に対向する筒状のステータ２とを有している。

本形態では、カバー９とステータ２との間には樹脂６が充填されている。かかる樹脂６は、ステータ２の内部において、後述するコイル２４、２９を覆う位置まで充填され、コイル２４、２９で発生した熱をカバー９に伝達して放熱性を高める機能を担っている。

回転軸３１は、出力側Ｌ１の端部と反出力側Ｌ２の端部が軸受で回転可能に支持されている。本形態では、回転軸３１のいずれの端部もボールベアリングからなる軸受９７、９９によって支持されており、回転軸３１において、出力側Ｌ１の端部には軸受９７の内輪が固着され、軸受９７の外輪は、軸受ホルダ９６を介してフランジ９５に固定されている。また、回転軸３１において、反出力側Ｌ２の端部には軸受９９の内輪が固着され、軸受９９の外輪は、軸受ホルダ９８を介して固定されている。

（ステータ組２０の構成）
図４は、図３に示すステータに用いたステータ組の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、ステータ組１つ分の斜視図、および分解斜視図である。

本形態のステッピングモータ１００において、ステータ２は、図４に示すステータ組２０が複数、モータ軸線Ｌ方向に配列されてなる。

図４に示すように、ステータ組２０は、Ａ相の外ステータコア２１、コイルボビン２３に巻回されたＡ相のコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、コイルボビン２８に巻回されたＢ相のコイル２９、Ｂ相の外ステータコア２６をモータ軸線Ｌ方向で重ねた２相構造になっている。

Ａ相の外ステータコア２１は、底板部２１１の外周縁から反出力側Ｌ２に向けて円筒部２１２が延びた有底筒形形状を備えており、底板部２１１の中心穴の縁では、反出力側Ｌ２に向けて複数の極歯２１５が起立している。Ａ相の内ステータコア２２は、円環状のフランジ部２２１を備えており、このフランジ部２２１の中心穴の縁では、出力側Ｌ１に向けて複数の極歯２２５が起立している。従って、Ａ相のコイル２４が巻回されたコイルボビン２３をモータ軸線Ｌ方向の両側から挟むように、Ａ相の外ステータコア２１、コイルボビン２３、およびＡ相の内ステータコア２２を重ねると、コイルボビン２３の内周面では、Ａ相の外ステータコア２１に形成された極歯２１５と、Ａ相の内ステータコア２２に形成された極歯２２５とが交互に環状に並び、かかる極歯２１５、２２５の外周側でＡ相のコイル２４が周回する構造となる。

Ｂ相の外ステータコア２６は、円環状のフランジ部２６１を備えており、このフランジ部２６１の中心穴の縁では、出力側Ｌ１に向けて複数の極歯２６５が起立している。Ｂ相の内ステータコア２７は、円環状のフランジ部２７１を備えており、このフランジ部２７１の中心穴の縁では、反出力側Ｌ２に向けて複数の極歯２７５が起立している。従って、Ｂ相のコイル２９が巻回されたコイルボビン２８をモータ軸線Ｌ方向の両側から挟むように、Ｂ相の外ステータコア２６、コイルボビン２８、およびＢ相の内ステータコア２７を重ねると、コイルボビン２８の内周面では、Ｂ相の外ステータコア２６に形成された極歯２６５と、Ｂ相の内ステータコア２７に形成された極歯２７５とが交互に環状に並び、かかる極歯２６５、２７５の外周側でＢ相のコイル２９が周回する構造となる。

ここで、Ａ相の外ステータコア２１、コイルボビン２３に巻回されたＡ相のコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、コイルボビン２８に巻回されたＢ相のコイル２９、Ｂ相の外ステータコア２６をモータ軸線Ｌ方向で重ねた際、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２は、Ａ相のコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、Ｂ相のコイル２９を外周側で覆った状態となり、かかる円筒部２１２の先端部に対して、Ｂ相の外ステータコア２６のフランジ部２６１が嵌った状態となる。

この状態で、ステータ組２０では、モータ軸線Ｌ方向の反出力側Ｌ２の端部の外周縁は、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２の先端部であり、直角形状（直角部分）あるいは略直角形状（略直角部分）になっている。これに対して、ステータ組２０では、モータ軸線Ｌ方向の出力側Ｌ１の端部の外周縁は、Ａ相の外ステータコア２１において、底板部２１１から円筒部２１２が起立した部分であり、Ｒ形状（Ｒ部分）になっている。そこで、本形態では、隣接するステータ組２０を連結するにあたって、詳しくは後述するように、外周縁がＲ形状になっているＡ相の外ステータコア２１の底板部２１１に対して、磁性板からなるスペーサ５がスポット溶接されている。また、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２の先端部に対しては、隣接するステータ組２０のＡ相の外ステータコア２１にスポット溶接されたスペーサ５がレーザ溶接されている。

このように構成したステータ組２０において、Ａ相のコイル２４が巻回されたボビン２３の周方向の１箇所には端子台２３１が形成されており、かかる端子台２３１には２本の端子２４６が固着されている。また、２本の端子２４６にはＡ相のコイル２４の端部が各々絡げられ、端子２４６とコイル２４の端部とはハンダにより電気的に接続されている。また、Ｂ相のコイル２９が巻回されたボビン２８においても、周方向の１箇所に端子台２８１が形成され、かかる端子台２８１には２本の端子２９６が固着されている。また、２本の端子２９６にはＢ相のコイル２９の端部が各々絡げられ、端子２９６とコイル２９の端部とはハンダにより電気的に接続されている。

ここで、Ａ相に対応する２本の端子２４６は、モータ軸線Ｌ方向に直交する方向で並び、Ｂ相に対応する２本の端子２９６も、モータ軸線Ｌ方向に直交する方向で並んでいる。しかも、Ａ相に対応する２本の端子２４６と、Ｂ相に対応する２本の端子２９６とは、モータ軸線Ｌ周りの角度位置が同一に設定されているため、Ａ相に対応する２本の端子２４６と、Ｂ相に対応する２本の端子２９６は、各々がモータ軸線Ｌ方向で重なっている。

かかる端子２４６、２９６および端子台２３１、２８１は、Ａ相の外ステータコア２１の切り欠き２１８から半径方向外側に突出している。端子台２３１、２８１の内面は、円筒部２１２の外周面に当接している。また、端子台２３１、２８１において周方向の両端部は、切り欠き２１８において周方向の両側で対向する内縁に当接し、周方向の位置が規定されている。従って、Ａ相の外ステータコア２１の切り欠き２１８を基準に端子台２３１、２８１の角度位置が規定される結果、端子２４６、２９６の角度位置も規定される。また、Ａ相の内ステータコア２２の外周縁に形成された小突起２２８、Ｂ相の外ステータコア２６の外周縁に形成された小突起２６８、およびＢ相の内ステータコア２７の外周縁に形成された小突起２７８は、切り欠き２１８において周方向の両側で対向する内縁に当接し、周方向の位置が規定されている。このため、切り欠き２１８を基準に、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の外ステータコア２６、およびＢ相の内ステータコア２７の角度位置が規定されている。

このように構成したステータ組２０を用いてステータ２を構成するにあたって、本形態では、同一構成の複数のステータ組２０がモータ軸線Ｌ方向に同軸状に配列されている。すなわち、いずれのステータ組２０でも、Ａ相の外ステータコア２１同士、コイルボビン２３に巻回されたＡ相のコイル２４同士、Ａ相の内ステータコア２２同士、Ｂ相の内ステータコア２７同士、コイルボビン２８に巻回されたＢ相のコイル２９同士、およびＢ相の外ステータコア２６同士は、同一の構成を有している。本形態では、５つのステータ組２０がモータ軸線Ｌ方向に同軸状に配列されている。

また、いずれのステータ組２０においても、極歯の角度位置が同一である。すなわち、図２（ｂ）に示すように、いずれのステータ組２０においても、周方向の所定の箇所を基準にした際、Ａ相の外ステータコア２１に形成された極歯２１５同士は同一の角度位置にあり、Ａ相の内ステータコア２２に形成された極歯２２５同士は同一の角度位置にあり、Ｂ相の外ステータコア２６に形成された極歯２６５同士は同一の角度位置にあり、Ｂ相の内ステータコア２７に形成された極歯２７５同士は同一の角度位置にある。このため、各ステータ組２０とロータ３との間に発生するピークトルク位置が一致するため、大きなトルクを得ることができる。特に、本形態では、別の冶具を端子２４６、２９６あるいは端子台２３１、２８１に当接させて、複数のステータ組２０の角度調整を行なうので、各ステータ組２０の間での極歯の角度位置のずれを防止してあるため、大きなトルクを確実に得ることができる。

本形態においては、いずれのステータ組２０においても、端子台２３１、２８１および端子２４６、２９６の角度位置が同一である。このため、５つのステータ組２０を配列したステータ２には計２０本の端子があるが、これらの端子は１０本ずつ、モータ軸線Ｌに平行に２列に直線的に並んでいる。

そこで、本形態では、計２０個の端子穴が１０個ずつ、２列に直線的に並んだ基板７を用い、これらの端子穴に端子２４６、２９６を貫通させてハンダ付けてある。ここで、基板７は、ＰＣＢ基板やガラス−エポキシ基板などといった剛性基板である。かかる基板７を用いてコイル２４同士およびコイル２９同士は直列に電気的接続されている。

（ロータの構成）
図５は、図１に示すステッピングモータ１００に用いたロータ３の説明図である。図２（ａ）および図５に示すように、本形態のステッピングモータ１００において、ロータ３では、回転軸３１の周りに円筒状の永久磁石からなるロータマグネット３２が固着され、かかるロータマグネット３２の外周面には、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に形成されている、また、ロータマグネット３２では、同一の磁極がモータ軸線Ｌ方向の全体にわたって連続して形成されている。このため、ロータ３では、モータ軸線Ｌ方向においてステータ２が位置する全範囲にロータマグネット３２が位置する。

かかるロータマグネット３２を構成するにあたって、本形態では、回転軸３１の周りに複数の円筒状のマグネット片３２０をモータ軸線Ｌ方向に配列されており、本形態では、複数のマグネット片３２０は、隣接するマグネット片３２０同士が当接するように配置されている。

ここで、複数のマグネット片３２０には、モータ軸線Ｌ方向における長さ寸法が相違するマグネット片３２０が含まれている。また、本形態では、ステータ組２０は５組であるが、マグネット片３２０は７つであり、マグネット片３２０の数と、ステータ組２０の組数とが相違している。

このように、本形態では、ステータ２の長さ寸法に一致するような長いロータマグネット３２を用いるのではなく、長さ寸法が異なる円筒状の磁石材料を準備しておき、ステータ２の長さが定まった時点で、所定数の磁石材料を配置し、着磁を行なう。その際、同一寸法の磁石材料を配列しただけでは、ステータ２の長さ寸法にあったロータマグネット３２を構成できない場合、一部の磁石材料を長さの異なるものに交換して、ロータマグネット３２の長さ寸法を合わせる。従って、長さ寸法が同一のマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もあるが、本形態のように、長さ寸法が異なるマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もある。また、ステータ組２０と同数のマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もあるが、本形態のように、ステータ組２０と異なる数のマグネット片３２０によってロータマグネット３２が構成される場合もある。

このように構成すると、準備しておくロータマグネット３２用の部品の種類を減らすことができるので、ステッピングモータ１００のコストを低減することができる。また、極端に長いロータマグネット３２を用いた場合、成形の際、内径に通す金型が細く長くなるため、成形が難しく、長さ方向において内径寸法がバラツキやすいが、本形態のように、複数のマグネット片３２０によってロータマグネット３２を構成すれば、長さ方向の全体にわたって内径寸法が安定する。それ故、ステータ２とロータマグネット３２との隙間寸法を狭くすることができるので、大きなトルクを得るのに有利である。

（エンコーダ８の構成）
図６は、図１に示すステッピングモータ１００に構成したエンコーダの説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ステッピングモータ１００の反出力側の端部に設けたエンコーダケースを反出力側からみた斜視図、エンコーダケースからセンサ基板を取り出した様子を示す分解斜視図、およびセンサ基板の出力側の基板面を示す説明図である。図７は、図１に示すステッピングモータ１００のエンコーダに用いたエンコーダケースおよびセンサ基板の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、エンコーダケースを反出力側からみた説明図、およびセンサ基板を反出力側からみた説明図である。

図２（ａ）に示すように、本形態のステッピングモータ１００において、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部に対してはエンコーダ８が構成されている。本形態において、エンコーダ８は、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部に取り付けられた円筒状のエンコーダ用マグネット８１と、エンコーダ用マグネット８１に対向するＭＲセンサ８２（磁気センサ／磁気抵抗効果センサ）とを備えた磁気式のエンコーダである。

かかるエンコーダ８を構成するにあたって、エンコーダ用マグネット８１は、回転軸３１においてステータ２の反出力側Ｌ２の端部から軸線方向で突出した部分であってロータマグネット３２の反出力側Ｌ２の端部に軸線方向で離間する部分に保持されている。従って、エンコーダ用マグネット８１は、回転軸３１において軸受９９や軸受ホルダ９８よりもさらに反出力側Ｌ２の軸端側に保持されている。より具体的には、エンコーダ用マグネット８１は、軸受９９または軸受ホルダ９８とは軸線方向で離間された状態で回転軸３１に固定されている。かかるエンコーダ用マグネット８１は、図５に示すように、ロータマグネット３２を構成するマグネット片３２０と同一の外径寸法および内径寸法を有する円筒状のマグネットであり、外周面にはマグネット片３２０と同一の位相でＳ極とＮ極が交互に形成されている。従って、エンコーダ用マグネット８１については、ロータマグネット３２のマグネット片３２０として使用されるものをそのまま用いてもよい。

また、本形態では、図２（ａ）に示すように、ロータマグネット３２の反出力側Ｌ２の端部に軸線方向で離間する部分は、回転軸３１を回転可能に支持する軸受９９及び軸受ホルダ９８を配置するに十分な隙間となっている。このように軸受９９や軸受ホルダ９８を配置することで、離間する部分を有効に活用することができる。

図２（ａ）および図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＭＲセンサ８２は、ステータ２から軸線方向で離間した位置でエンコーダ用マグネット８１に対向している。より具体的には、ＭＲセンサ８２は、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部に対向するように配置された円板状のセンサ基板８５の出力側Ｌ１の面８５ａに実装されている。このため、ＭＲセンサ８２は、エンコーダ用マグネット８１に対して回転軸３１の軸線方向においてステータ２が位置する側とは反対側（反出力側Ｌ２）でエンコーダ用マグネット８１に対向している。このように、ＭＲセンサ８２は、ステータ２から十分離間させることができるので、ステータ２に給電した際にステータ２が発熱しても、かかる熱はＭＲセンサ８２に伝わりにくくなっている。さらに、ロータマグネット３２によって発生する磁束の影響も受けにくくなっている。なお、センサ基板８５において、反出力側Ｌ２の面８５ｂには駆動用ＩＣ７９や他の電子部品７８が実装されており、駆動用ＩＣ７９は、エンコーダ８による検出結果に基づいて、コイル２４、２９への通電をフィードバック制御する。センサ基板８５は、ＰＣＢ基板やガラス−エポキシ基板などといった剛性基板である。

カバー９の反出力側Ｌ２の端部には、ＭＲセンサ８２やセンサ基板８５を外周側で囲む筒部８０１をもった金属製のエンコーダケース８０が取り付けられており、かかる筒部８０１の内周面８０２にセンサ基板８５の外周端部８５１が保持されている。エンコーダケース８０の内周面８０２には円環状の段部８０６が形成されており、かかる段部８０６にセンサ基板８５の外周端部８５１が当接してセンサ基板８５が位置決めされている。なお、エンコーダケース８０には、軸受ホルダ９８の固定やグランドとの導通線の固定に用いるネジ８９を止める穴８０８が形成されている。

この状態で、エンコーダケース８０の筒部８０１においてセンサ基板８５により封鎖されている空間内にはＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が位置する。但し、エンコーダケース８０の筒部８０１には、ＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間を外部と連通させる貫通穴８０１ａが形成されている。かかる貫通穴８０１ａは、エンコーダケース８０の内部においてＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間と外部との間で空気を流出入させる。

また、センサ基板８５において、ＭＲセンサ８２、駆動用ＩＣ７９、電子部品７８が実装されている領域や配線が形成されている領域を避けた位置には、カバー９の内側においてＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間を外部と連通させる貫通穴８５ｅが形成されている。かかる貫通穴８５ｅは、エンコーダケース８０の内部においてＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間と外部との間で空気を流出入させる。

さらに、センサ基板８５の外周端部８５１には、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、周方向で離間する複数個所には径方向外側に突出した突起８５２が形成されている。このため、センサ基板８５の外周端部８５１には、突起８５２で挟まれた部分が小径部８５３になっている。従って、センサ基板８５をエンコーダケース８０の筒部８０１の内側に収容した状態で、センサ基板８５の外周端部８５１は、筒部８０１の内周面８０２に対して周方向で離間する突起８５２が当接し、小径部８５３と筒部８０１の内周面８０２との間には隙間Ｇａが形成されることになる。かかる隙間Ｇａは、エンコーダケース８０の内部においてＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間と外部との間で空気を流出入させる。また、センサ基板８５と筒部８０１の内周面８０２との隙間Ｇａは、エンコーダケース８０とセンサ基板８５との接触面積を狭めることによって、エンコーダケース８０からセンサ基板８５への熱伝達を抑える機能も担っている。

（ステッピングモータ１００製造方法）
本形態のステッピングモータ１００を製造するにあたって、ロータ形成工程では、まず、ステータ２の長さに合わせて、予め準備しておいたマグネット片３２０から所定寸法のマグネット片３２０を必要な数、回転軸３１の周りに固定し、着磁してロータマグネット３２を形成する。あるいは、冶具の周りで複数のマグネット片３２０を接着剤で連結した後、着磁してロータマグネット３２を形成し、かかるロータマグネット３２を回転軸３１の周りに固定する。

一方、ステータ形成工程では、Ａ相の外ステータコア２１、コイルボビン２３に巻回されたＡ相のコイル２４、Ａ相の内ステータコア２２、Ｂ相の内ステータコア２７、コイルボビン２８に巻回されたＢ相のコイル２９、Ｂ相の外ステータコア２６をモータ軸線Ｌ方向で重ねてステータ組２０を形成する。かかる工程を行なう前に、Ａ相の外ステータコア２１の底板部２１１に対してスペーサ５をスポット溶接しておく。スポット溶接は、Ａ相の外ステータコア２１の内側にコイル２４、２９などを配置した後は行なうことができないが、Ｒ形状になっているＡ相の外ステータコア２１の底板部であってもスペーサ５を溶接することができる。

次に、丸棒状の冶具を貫通するように、複数のステータ組２０を通し、複数のステータ組２０を同軸状に配列する。その際、別の冶具を端子２４６、２９６あるいは端子台２３１、２８１に当接させて、複数のステータ組２０の角度調整を行なう。

次に、端子２４６、２９６を基板７の端子穴７０に嵌めた後、端子２４６、２９６と基板７のランドとのハンダ付けを行なう。かかるハンダ付けの前、あるいは後に、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２の先端部と、隣接するステータ組２０のＡ相の外ステータコア２１に固定したスペーサ５とをレーザ溶接により固定する。レーザ溶接は、Ｒ部分には行なうことができないが、本形態では、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２において直角あるいは略直角になっている先端部とスペーサ５とを溶接するので、レーザ溶接を採用することができる。かかるレーザ溶接は、スポット溶接と違って、Ａ相の外ステータコア２１とＢ相の外ステータコア２６とによって囲まれた空間内にコイル２４、２９などを配置した後に行なっても、コイル２４、２９が損傷しないなどの利点がある。

また、本形態では、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２の先端部にはＢ相の外ステータコア２６のフランジ部２６１が嵌っており、円筒部２１２の先端部は、分厚くなっているのと同様な状態にある。このため、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２の先端部とスペーサ５とをレーザ溶接した際、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２に穴があいてコイル２９が損傷あるいは断線するなどの不具合が発生しない。また、Ａ相の外ステータコア２１の円筒部２１２とレーザ溶接されるのは、隣接するステータ組２０のＡ相の外ステータコア２１にスポット溶接されているスペーサ５であるため、レーザ溶接の際、隣接するステータ組２０のＡ相の外ステータコア２１に穴があいてコイル２４が損傷あるいは断線するなどの不具合も発生しない。それ故、ステータ組２０同士の固定強度を向上することができるとともに、ステッピングモータ１００の歩留まりを向上することができる。

次に、カバー９の内側に複数のステータ組２０を連設したステータ２を配置し、しかる後に軸受９７、９９や軸受ホルダ９６、９８などを介してロータ３をステータ２内に回転可能に配置する。その際、回転軸３１の反出力側Ｌ２の端部にエンコーダ８を構成するためのエンコーダ用マグネット８１を取り付けておく。しかる後に、カバー９にエンコーダケース８０を取り付ける。その際、ＭＲセンサ８２、駆動用ＩＣ７９、電子部品７８およびコネクタ７７が実装されたセンサ基板８５をエンコーダケース８０の内側に装着しておく。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のステッピングモータ１００では、ステータ組２０を複数、モータ軸線Ｌ方向に配列し、複数のステータ組２０の間において極歯２１５、２２５、２６５、２７５の角度位置を同一にしてあるため、ステッピングモータ１００の特長である高い送り精度を確保したまま、大きなトルクを得ることができる。また、複数のステータ組２０をモータ軸線Ｌ方向に配列した構成であるため、ステッピングモータ１００の外径寸法は小さいままである。

また、本形態では、ステータ組２０は、ステータコアおよびコイルとして、Ａ相のステータコア（外ステータコア２１および内ステータコア２２）およびコイル２４と、Ｂ相のステータコア（外ステータコア２６および内ステータコア２７）およびコイル２９を備え、複数のステータ組２０の間においてＡ相の極歯２１５、２２５同士の角度位置が同一で、Ｂ相の極歯２６５、２７５同士の角度位置が同一である。かかる２相構造を採用すれば、単相構造と違って、送り動作の際の振動などを低く抑えることができる。

また、複数のステータ組２０の間において、ステータコア（外ステータコア２１、２６および内ステータコア２２、２７）およびコイル２４、２９は同一構成である。従って、部品の共通化を図ることができるので、ステッピングモータ１００の低コスト化を図ることができる。

さらに、本形態では、回転軸３１に対してエンコーダ８が構成されているため、回転軸３１の角度位置をエンコーダ８で検出し、その結果をフィードバックすることができる。従って、ステッピングモータ１００での脱調の発生を防止することができる。

また、エンコーダ８を構成するにあたって、回転軸３１においてステータ２の端部から軸線方向で突出した部分であってロータマグネット３２の端部に軸線方向で離間する部分にエンコーダ用マグネット８１を配置し、かかるエンコーダ用マグネット８１に対してはステータ２から離間した位置にＭＲセンサ８２を設けてある。しかも、エンコーダ用マグネット８１は、回転軸３１において軸受９９や軸受ホルダ９８よりもさらに反出力側の軸端側に保持され、ＭＲセンサ８２は、エンコーダ用マグネット８１に対して回転軸３１の軸線方向においてステータ２が位置する側とは反対側でエンコーダ用マグネット８１に対向している。このため、ＭＲセンサ８２をステータ２から十分離間させることができるので、ステータ２に給電した際にステータ２が発熱しても、かかる熱はＭＲセンサ８２に伝わりにくい。特に、本形態のステッピングモータ１００では、ステータ組２０が複数、設けられているため、ステータ２での発熱が大きいが、ステータ２が発熱しても、かかる熱はＭＲセンサ８２に伝わりにくい。それ故、ＭＲセンサ８２が高温になることを抑制することができるので、ＭＲセンサ８２の温度に起因する誤検出を防止することができるとともに、ＭＲセンサ８２の長寿命化を図ることができる。

また、エンコーダケース８０の筒部８０１には、エンコーダケース８０の内部においてＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間と外部との間で空気を流出入させる貫通穴８０１ａが形成されている。また、センサ基板８５には、エンコーダケース８０の内部においてＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間と外部との間で空気を流出入させる貫通穴８５ｅが形成されている。さらに、センサ基板８５の外周端部８５１とエンコーダケース８０の筒部８０１の内周面８０２との間には小径部８５３よって隙間Ｇａが形成されており、かかる隙間Ｇａは、エンコーダケース８０の内部においてＭＲセンサ８２およびエンコーダ用マグネット８１が収容されている空間と外部との間で空気を流出入させる。従って、エンコーダケース８０の内側にＭＲセンサ８２を設けた場合でもＭＲセンサ８２からの放熱を行なうことができるため、ＭＲセンサ８２の温度上昇を抑えることができる。それ故、ＭＲセンサ８２が高温になることを抑制することができるので、ＭＲセンサ８２の温度に起因する誤検出を防止することができるとともに、ＭＲセンサ８２の長寿命化を図ることができる。

また、センサ基板８５と筒部８０１の内周面８０２との隙間Ｇａは、エンコーダケース８０からセンサ基板８５への熱伝達を抑える。このため、ステータ２の熱がエンコーダケース８０およびセンサ基板８５を介してＭＲセンサ８２に伝わるのを抑制する。それ故、ＭＲセンサ８２が高温になることを抑制することができるので、ＭＲセンサ８２の温度に起因する誤検出を防止することができるとともに、ＭＲセンサ８２の長寿命化を図ることができる。

さらに、複数のステータ組２０を用いた場合、コイル２４同士およびコイル２９同士を並列に接続すると、コイル２４、２９に流れる電流にアンバランスが発生するおそれがあるが、本形態では、コイル２４同士およびコイル２９同士を直列に接続しているため、各ステータ組２０においてコイル２４、２９に流れる電流を同等とすることができる。また、本形態では、複数のステータ組２０の間において、端子２４６、２９６の位置が同一の角度位置にあるため、端子２４６、２９６への電気的な接続が容易である。また、ステータ組２０を同一の角度位置に配置する際、端子２４６、２９６あるいは端子台２３１、２８１を基準にステータ組２０の角度位置を合わせることができる。しかも、端子２４６、２９６の位置が同一の角度位置にあるため、全ての端子２４６、２９６を共通の基板７に接続することができるので、端子２４６、２９６への電気的な接続が容易である。また、基板７として剛性基板を用いたため、フレキシブル基板を用いた場合と違って、端子２４６、２９６と基板７との固定により、ステータ組２０の位置ずれを防止することができるという利点がある。

本形態において、ロータマグネット３２では、同一の磁極がモータ軸線Ｌ方向の全体にわたって連続して形成されているため、ロータマグネット３２においてステータ２と対向する領域全体が着磁されていることになる。このため、磁気効率が高いので、大きなトルクを得るのに有利である。

また、ロータマグネット３２はモータ軸線Ｌ方向に配列された複数のマグネット片３２０からなるため、マグネット片３２０の数などを変更するだけでロータマグネット３２の全長を調整することができる。従って、準備しておくロータマグネット３２用の部品の種類を減らすことができるので、ステッピングモータ１００のコストを低減することができる。しかも、複数のマグネット片３２０は、隣接するマグネット片３２０同士が当接するように配置されているため、ステータ２と対向する部分の全てが着磁されている構成を容易に実現することができる。

さらに、ステータ２の外周側はカバー９により覆われ、カバー９とステータ２との間には樹脂６が充填され、かかる樹脂６はコイル２４、２９まで届いている。このため、コイル２４、２９で発生した熱を、樹脂６を介してカバー９に伝達することができるので、放熱性が高い。従って、複数のステータ組２０を用いた場合でも、ステッピングモータ１００の温度上昇を低く抑えることができるので、ステッピングモータ１００の信頼性を向上することができる。

（エンコーダ用マグネットの改良例）
図８（ａ）、（ｂ）は、図１に示すステッピングモータのエンコーダに用いられる回転軸の改良例を示す説明図、およびエンコーダ用マグネットの改良例を示す説明図である。上記実施の形態では、回転軸３１の反出力側Ｌ２の軸端面が平坦であったが、図８（ａ）に示すように、回転軸３１の反出力側Ｌ２の軸端面３１ｔ（ＭＲセンサ８２に対向する側の端面）に羽根状の板状突起３１ｓが形成されている構成を採用してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、エンコーダ用マグネット８１の反出力側Ｌ２の端面８１ｔ（ＭＲセンサ８２に対向する側の端面）に羽根状の板状突起８１ｓが形成されている構成を採用してもよい。このように構成すると、回転軸３１が回転した際、板状突起３１ｓ、８１ｓによって空気の流れが発生する。このため、エンコーダケース８０の内側にＭＲセンサ８２を設けた場合でもＭＲセンサ８２に対する冷却を行なうことができるので、ＭＲセンサ８２の温度上昇を抑えることができる。なお、図８（ｂ）に示すように、エンコーダ用マグネット８１の反出力側の端面８１ｔに板状突起８１ｓを形成する場合、板状突起８１ｓがＳ極およびＮ極に対応する位置に形成されていることが好ましい。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、ステータ組２０が５個であったが、ステータ組２０の数については、２〜４個、あるいは６個以上であってもよい。また、ステータ組２０が１個のステッピングモータ１００に本発明を適用してもよい。

上記実施の形態では、スペーサ５が磁性材料で構成されていたが、非磁性材料で構成してもよい。さらに、上記実施の形態では、基板７は剛性基板であったが、フレキシブル基板であってもよい。

２ ステータ
３ ロータ
５ スペーサ
６ 樹脂
７ 基板
８ エンコーダ
９ カバー
２０ ステータ組
２１ Ａ相の外ステータコア
２２ Ａ相の内ステータコア
２４ Ａ相のコイル
２６ Ｂ相の外ステータコア
２７ Ｂ相の内ステータコア
２９ Ｂ相のコイル
３１ 回転軸
３２ ロータマグネット
８０ エンコーダケース
８１ エンコーダ用マグネット
８２ ＭＲセンサ（磁気センサ）
８５ センサ基板
８５ｅ センサ基板の貫通穴
１００ ステッピングモータ
２１５、２２５ Ａ相の極歯
２３１、２８１ 端子台
２４６、２９６ 端子
２６５、２７５ Ｂ相の極歯２
３２０ マグネット片
８０１ エンコーダケースの筒部
８０１ａ エンコーダケースの貫通穴
８５１ センサ基板の外周端部
Ｇａ 隙間
Ｌ モータ軸線

Claims (10)

1. 回転軸の外周面にロータマグネットが保持されたロータと、前記ロータマグネットの外周面に対向する筒状のステータと、を有するステッピングモータにおいて、
   前記回転軸に対しては、当該回転軸において前記ステータの端部から軸線方向で突出した部分であって前記ロータマグネットの端部に軸線方向で離間する部分に保持されたエンコーダ用マグネット、および前記ステータから軸線方向で離間した位置で前記エンコーダ用マグネットに対向する磁気センサを備えたエンコーダが構成されていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記ステータは、複数の極歯が環状に配列されたステータコア、および前記極歯の外周側で周回するコイルを備えた単相あるいは複相のステータ組が複数、モータ軸線方向に配列されてなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記複数のステータ組の間において前記極歯の角度位置が同一であ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。
4. 前記エンコーダ用マグネットは、前記回転軸において前記ロータマグネットの端部および前記ステータの端部から軸線方向で突出する部分において前記回転軸を回転可能に支持する軸受よりさらに軸端側で当該回転軸に保持されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のステッピングモータ。
5. 前記磁気センサは、前記エンコーダ用マグネットに対して前記回転軸の軸線方向において前記ステータが位置する側とは反対側で当該エンコーダ用マグネットに対向していることを特徴とする請求項４に記載のステッピングモータ。
6. 前記磁気センサを保持するセンサ基板と、
   前記エンコーダ用マグネットを外周側で囲む筒部を備えたケースと、を備え、
   前記センサ基板は、前記ケースの内側に保持されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のステッピングモータ。
7. 前記センサ基板の外周端部は、前記筒部の内周面に対して周方向で離間する複数個所で当接し、
   前記センサ基板の外周端部と前記筒部の内周面との間には、周方向で離間する複数個所に隙間が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のステッピングモータ。
8. 前記筒部には貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載のステッピングモータ。
9. 前記センサ基板には貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載のステッピングモータ。
10. 前記エンコーダ用マグネット、あるいは前記回転軸において前記エンコーダ用マグネットを保持している側の軸端面には、板状突起が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のステッピングモータ。

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