JP2013150436A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で軸受板をヨーク及び端板に固定する。
【解決手段】軸周りに磁石２２が固定された回転軸２１を取り囲むように筒状のヨーク４２が配置される。ヨーク４２の内周部には複数の極歯４３が形成されている。極歯間には凹部４４が形成される。ヨーク４２の端部には軸受板６が配置され、回転軸２１を支持する。ヨーク４２の端面には端板７が固定される。軸受板６はヨーク４２と端板７との間に挟み込まれる。軸受板６には、外周から径方向外方に延びる凸部６３が設けられる。端板７には爪部７３及び収納部７１が形成される。爪部７３はヨーク４２の凹部４４に入り、収納部７１には軸受板６の凸部６３が入ることで、軸受板６及び端板７の位置決めがなされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を軸受板により支持するステッピングモータに関する。

ステッピングモータは、パルス信号に応じて回転軸が回転するモータであり、光学ドライブやデジタルカメラなどに用いられている。このようなステッピングモータの構成としては、例えば、円筒状の永久磁石を備えた回転軸の周囲を、軟磁性材料で構成された円筒状のヨークが覆い、ヨーク内には励磁コイルを巻回したボビンが収納される。

この種のステッピングモータでは、回転軸の駆動部と逆側の端部は、ヨーク端部に配置された軸受板に支持されている。軸受板は、孔部を設けた端板に溶接や圧入等で固着されている。この端板をヨーク端面に溶接等により固定させることで、軸受板はヨークに固定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２９５０７０号公報

しかしながら、このような構成では、軸受板を端板に強固に固定するために、軸受板の上部をヨーク端面から大きく突き出すように設ける必要があり、軸受板やモータ全体の小型化を図れないという問題があった。また、端板の表面に設けた複数の凸部をヨークの極歯間に差し込んでヨークへの位置合わせをしていたが、複数の凸部を極歯間に正確に位置合わせするのは容易ではなく、作業効率に問題があった。さらに、その組立工程においては、軸受板の端板への圧入固定と、端板のヨークへの溶接固定という二段階の固定の工程が必要であった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、ステッピングモータの組み立てにおいて、位置決めや取り付けを容易に行うことができ、さらに軸受板やモータ全体を小型化することができるステッピングモータを提供することにある。

本発明のステッピングモータは、以下のように構成される。
（ａ）軸周りに磁石が固定された回転軸と、前記磁石を取り囲み、内周部に形成された複数の極歯と、該極歯間に形成された凹部とを備える筒状のヨークと、前記筒状のヨークの端部に配置され前記回転軸の一端を支持する軸受板と、前記ヨークの端面に固定され、前記軸受板を前記ヨークとの間で挟みこむ端板とを備える。
（ｂ）軸受板には、外周から径方向外方に延びる凸部が設けられる。
（ｃ）端板には爪部及び収納部が形成される。
（ｄ）端板の爪部はヨークの凹部に入り、収納部には軸受板の凸部が入る。これによって、端板の位置決めがなされる。

以上のような本発明によれば、軸受板は端板とヨークとの間で挟みこむことで脱落が規制される。そのため、軸受板をヨーク端面から大きく突出させて端板やヨークに固定する必要がなく、軸受板やモータ全体を小型化することができる。また、軸受板を端板に圧入等で予め固定する必要がなく、端板を溶接等でヨークに固定すれば済むので、組み立て作業が効率化される。さらに、軸受板に凸部を設け、端板に凸部の収納部とヨークの凹部に入る爪部を設けることによって、端板及び軸受板のヨークへの配置及び位置合わせを容易に行うことができる。

本発明の実施形態のステッピングモータの全体構成を示す、モータ軸線方向断面図である。 ステッピングモータの詳細な構成を示す分解斜視図である。 ステッピングモータの詳細な構成を示す斜視図である。 （ａ）は図３の平面図である。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 ステッピングモータの組み立て状態を示す斜視図である。 （ａ）は、ステッピングモータに使用するカバーを示す斜視図であり、（ｂ）はカバーをモータに取り付けた状態を示すモータ軸線方向断面図である。

本実施形態に係るステッピングモータについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、ステッピングモータの全体構成を概略的に説明し、次に詳細部分についての構成を説明する。さらに、各部の配置及び組立の態様について説明する。

（１．全体構成）
図１に示すように、ステッピングモータ１は、大別すると回転磁界により回転するロータ２と、回転磁界を発生させるステータ３から構成される。

ロータ２の回転軸２１は、一部がステータ３の内部に収容され、残りの部分は外部へ突出する。回転軸２１の、ステータ３内部に収容されている部分には、永久磁石２２が周囲を覆うように取り付け固定されている。永久磁石２２は、円周上にＮＳＮＳ…と交互に多極着磁され、ステータ３と所定の間隔を介して対向している。回転軸２１の、ステータ３外部に突出した部分は、その表面にねじ部が設けられる。図示しないが、ナット等がこのねじ部に嵌入され、回転軸２１の回転によってナットを移動させ、このナットを介して他の部材の移動を行っている。

ステータ３は、２つのステータユニット３ａ及び３ｂから構成され、これら２つのステータユニット３ａ及び３ｂはモータ軸線Ｌ方向に重ねて配置されている。２つのステータユニット３ａ及び３ｂはそれぞれ、外ヨーク４２と、コイルボビン５と、コイルボビン５を外ヨーク４２との間で挟んで支持する内ヨーク４１とを備えている。

内ヨーク４１及び外ヨーク４２は軟磁性材料で構成されている。内ヨーク４１は円環状の部材であり、外ヨーク４２は筒状部材である。内ヨーク４１及び外ヨーク４２のそれぞれの内周部には、複数の極歯４３がモータ軸線Ｌ方向に沿うように設けられ、円周等配位置に配置されている。内ヨーク４１の外周縁は外ヨーク４２の外周縁に嵌合して固定され、１つのヨーク（ステータコアともいう）を形成する。内ヨーク４１の各極歯４３は、外ヨーク４２の各極歯とステータ３内部で周方向に交互に並び、ロータ２の永久磁石２２と対向する。

コイルボビン５には端子ピン５１が設けられ、この端子ピン５１に励磁コイルの端部が保持されてコイルボビン５の周面に巻回される。

ステータユニット３ｂの外ヨーク４２には軸受板６が取り付けられている。軸受板６はステータ３内部に収容された回転軸２１の一端、すなわち反出力端を支持する。外ヨーク４２には、端板７が軸受板６を覆うように取り付けられ固定されている。

回転軸２１の反出力端の反対側、すなわち出力端は、モータ取付板８に支持される。モータ取付板８は、ステータ３の出力端側端面に固定される基端側垂直部８１と、そこから垂直に立設される水平部８２と、水平部８２の先端から直角に折れ曲がり、基端側垂直部８１と平行に延びる先端側垂直部８３を有する。先端側垂直部８３には、出力端側軸受板９が設けられている。回転軸２１は、ステータ３から基端側垂直部８１に設けられた孔８１ａを介して延び、出力端側軸受板９に回転可能に支持される。水平部８２には孔８２ａが設けられている。この孔８２ａを介して、ステッピングモータ１を各種機器にボルト締め等によって取り付ける。

（２．詳細構成）
次に、ステッピングモータ１の詳細な構成として、外ヨーク４２、軸受板６、及び端板７の構成を説明する。外ヨーク４２、軸受板６、及び端板７は、図２に示すように別個の部材であるが、ステッピングモータ１においては図３に示すように組み合わされた状態となっている。

（２−１．外ヨーク）
外ヨーク４２は、図１に示すように、ステータユニット３ａ及び３ｂのそれぞれに備えられているが、本実施形態では、軸受板６及び端板７と組み合わされる、反出力端側のステータユニット３ｂの外ヨーク４２について述べる。

図２に示すように、円筒状の外ヨーク４２は、一端が開口し、他端には円環状の端面が形成されている。極歯４３は、円環状の端面の内周縁に基端部を有し、開口端部に向かってモータ軸線Ｌ方向に延びる。本実施形態では４つの極歯４３が、円周等配位置に設けられている。各極歯４３の基端部の間には内周部から外周部に向かって半径方向に凹む４つの凹部４４が形成されている。４つの凹部４４は同一形状であり、９０°の等間隔で形成されている。

（２−２．軸受板）
軸受板６は、所定の厚みを有する円盤部材であり、樹脂成形品で構成される。本実施形態では、軸受板６の外ヨーク４２側に位置する方を底面とし、端板７側に位置する方を外面とする。軸受板６の底面中央部は外ヨーク４２側へ隆起し、底面の中心から外面の中心へ抜ける貫通孔６２が設けられている。軸受板６の外周は、外ヨーク４２の内周部より若干小径となっている。

軸受板６の外面側には、凸部６３が形成されている。凸部６３は、軸受板６の外面の外周近傍に設けられ、外面と直交する方向に所定の厚みを有し、軸受板６の外周からはみ出して半径方向外方へ突出する。軸受板６は凸部６３を２個有する。２個の凸部６３は、図４（ａ）に示すように、モータ軸線Ｌに直交する線上に設けられ、モータ軸線Ｌを挟んで左右対称となっている。

さらに、図２に示すように、軸受板６の外面側には、表面の一部を切り欠いた切り欠き部６４が形成されている。切り欠き部６４は全体として鍵穴形状である。具体的には、軸受板６の外周から溝状に切り込まれ、緩やかに傾斜して貫通孔６２に至り、貫通孔６２を取り囲むような形状となっている。

（２−３．端板）
端板７は薄肉の金属円板である。端板７は外ヨーク４２の外周と同径か若干小径に作られている。円板中央には、孔部７１が設けられている。孔部７１は全体として略Ｔ字形状である。Ｔ字の脚部には板バネ７２が設けられ、Ｔ字の水平部に向かって延びる。板バネ７２は端板７の表面から軸受板６側に向けて所定角度斜めになるように切り起こされ、先端領域がモータ軸線Ｌに対して直角に近い角度となるように折り曲げられている。この先端領域は端板７の円中心に位置する。Ｔ字の水平部は、図４（ａ）に示すように、モータ軸線Ｌに直交する線上に設けられ、モータ軸線Ｌを挟んで左右対称の形状となっている。水平部は、軸受板６の２つの凸部６３の外周面に沿って掛け渡される大きさとなっている。

端板７の外周の一部は円中心に向かって略矩形に切り込まれている。切り込み部分には、爪部７３が設けられている。爪部７３は、孔部７１の水平部が位置する線Ｍと直交する線Ｎ上に配置されている。爪部７３は端板７の表面から軸受板６側に向けて斜め方向に屈曲する。この屈曲方向は、板バネ７２が切り起こされる方向と同じである。爪部７３は、外ヨーク４２の凹部４４の内径に入る大きさとなっている。端板７の円中心から爪部７３の基端までの長さは、外ヨーク４２の内周部の半径に略等しくなっている。

（３．各部の配置）
軸受板６及び端板７の外ヨーク４２への配置について、組み立て方法に言及しつつ説明する。また、これらの部分と他の部分との配置についても簡潔に述べる。

（３−１．軸受板の配置）
図５に示すように、軸受板６を、外ヨーク４２の端部に配置する。具体的には、軸受板６の、中央部が隆起した底面側を外ヨーク４２側に向けて外ヨーク４２の内周部に貫入させる。２つの凸部６３は、外ヨーク４２の４つの凹部４４のうち、対向する２つの凹部４４を覆うように載置する。図４（ｂ）に示すように、軸受板６の外周は、外ヨーク４２の内周部の極歯４３の基端部に当接する。これによって、軸受板６の水平方向の動きは規制され、軸受板６は外ヨーク４２と軸合わせされる。さらに、軸受板６の外周からはみ出した凸部６３の外ヨーク４２側の面、すなわち底面が外ヨーク４２の凹部４４近傍の端面上に載置される。これによって、軸受板６のモータ軸線Ｌ方向の位置決めがなされる。軸受板６は、概ね外ヨーク４２の内周部に収容され、凸部６３のみが外ヨーク４２の端面から突出した状態となる。

（３−２．端板の配置）
軸受板６の配置完了後、端板７を外ヨーク４２の端面に取り付ける。まず、爪部７３を外ヨーク４２の凹部４４に差し込む。上述のように、４つの凹部４４のうち対向する２つの凹部４４は軸受板６の凸部６３に覆われている。したがって残り２つの凹部４４のいずれかに爪部７３を差し込む。爪部７３の先端は、図４（ｃ）に示すように、凹部４４の内面に突き当たる。次に、端板７の表面を外ヨーク４２の端面に近づけていき、孔部７１の水平部に、外ヨーク４２の端面から突出した軸受板６の２つの凸部６３を、外周面を沿わせるように嵌め込む。最後に、板バネ７２を軸受板６の切り欠き部６４に差し込み、端板７を外ヨーク４２の端面上に載置する。上述のように、端板７の円中心から爪部７３の基端までの長さと外ヨーク４２の内周部の半径が略等しい。そのため、このように爪部７３を起点として端板７を配置すると、端板７の円中心に位置する板バネ７２の先端領域がモータ軸線Ｌ上に位置し、さらに軸受板６の貫通孔６２の直上に位置する状態となる。

端板７の爪部７３が外ヨーク４２の凹部４４に差し込まれることによって、端板７は外ヨーク４２に連結される。この状態で、端板７の孔部７１に軸受板６の凸部６３を嵌め込んで、端板７と軸受板６を連結する。それによって、軸受板６は端板７を介して外ヨーク４２に連結され、水平移動だけでなく外ヨーク４２の内周部での回転も規制される。さらに、端板７も外ヨーク４２と軸受板６とに連結されることで、移動が規制される。このように軸受板６と端板７が相互の移動を規制することで、端板の溶接固定の前に位置ずれが生じることを防止することができる。

図４（ａ）及び（ｃ）に示すように、軸受板６の外面は、端板７のヨーク側の面、すなわち下面に当接している。そして、図４（ｃ）に示すように、軸受板６の凸部６３の底面は外ヨーク４２の端面上に載置されている。この状態で、端板７を溶接又は接着剤によって外ヨーク４２の端面に固定する。これにより、軸受板６は外ヨーク４２と端板７に挟まれて、外ヨーク４２の内周部からの脱落が規制される。

（３−３．他の部分の配置）
図１に示すように、端板７の固定後に、外ヨーク４２の外周壁と極歯４３との間にコイルボビン５を取り付ける。さらに、外ヨーク４２と内ヨーク４１とを組み合わせ、ステータユニット３ｂを構成する。又、先端側垂直部８３に出力端側の軸受板９を設置し、モータ取付板８の基端側垂直部８１にステータユニット３ａを構成する外ヨーク４２を取り付ける。この外ヨーク４２に回転軸２１を挿入し、回転軸２１の先端側を軸受板９にはめるとともに、外ヨーク４２の外周壁と極歯４３との間にコイルボビン５を取り付け、外ヨーク４２と内ヨーク４１とを組み合わせ、ステータユニット３ａを構成する。さらに、ステータユニット３ｂを回転軸２１に挿通させ、ステータユニット３ａとステータユニット３ｂを接合してステータ３を構成し、ステッピングモータ１が完成する。この時、回転軸２１の反出力端は軸受板６の貫通孔６２を挿通して、端板７の板バネ７２に当接し、係止される。外ヨーク４２及び内ヨーク４１の極歯４３は、回転軸２１の周囲に並んで、永久磁石２２を取り囲む。反出力端側の軸受板６及び出力端側の軸受板９は、ラジアル軸受として回転軸２１のラジアル荷重を支持する。さらに、板バネ７２はその弾性力によって回転軸２１を出力端側方向に付勢し、アキシャル軸受として回転軸２１のアキシャル荷重を支持する。

（４．本実施形態の効果）
（１）軸受板６は、外ヨーク４２と端板７との間に挟み込まれることで、外ヨーク４２からの脱落が規制される。そのため、軸受板６を外ヨーク４２の端面から大きく突出させて端板７や外ヨーク４２に固定する必要がなく、軸受板６を小型化し、ひいてはステッピングモータ１全体の小型化も図ることができる。また、軸受板を端板に圧入等で予め固定する必要がなく、端板を溶接等でヨークに固定すれば済むので、組み立て作業が効率化される。

（２）軸受板６には外周から径方向外方に延びる凸部６３が設けられ、端板７には凸部６３の収納部となる孔部７１が設けられる。端板７にはさらに、外ヨーク４２の極歯４３間の凹部４４に入る爪部７３が設けられる。これらによって、ステッピングモータ１の組み立ての際、軸受板６及び端板７の外ヨーク４２への位置決めが容易となる。

具体的には、軸受板６の外周部が外ヨーク４２の内周部の極歯４３の基端部に当接することにより、軸受板６の水平移動が規制される。軸受板６の凸部６３の底面が外ヨーク４２の端面と当接することにより、軸受板６のモータ軸線Ｌ方向の位置、すなわち高さ位置が決定される。端板７の爪部７３を外ヨーク４２の凹部４４に差し込み、孔部７１に軸受板６の凸部６３を嵌め込むことで、端板７の外ヨーク４２の端面上の位置が決定される。このように、軸受板６及び端板７に設けられた部分同士を組み合わせるだけで、正確な位置決めを容易に行うことができる。

（３）さらに、端板７の爪部７３が外ヨーク４２の凹部４４に差し込まれることで、端板７は外ヨーク４２に連結される。この端板７を軸受板６に連結することで、軸受板６の回転が規制される。端板７も、外ヨーク４２と軸受板６とに連結することで移動が規制される。このように、軸受板６及び端板７が相互の移動を規制することで、端板の溶接固定の前に位置ずれが生じることを防止することができ、ステッピングモータ１の組み立て精度を高めることができる。

（４）本実施形態ではさらに、端板７の外周部から孔部７１の中央部分に延びる板バネ７２を設け、軸受板６の外面の一部を切り欠いて、板バネ７２が差し込まれる切り欠き部６４を設けている。これによって、軸受板６の貫通孔６２の直上に板バネ７２の先端が位置することになり、貫通孔６２に挿通された回転軸２１を板バネ７２によって係止することができる。

（５．他の実施形態）
本発明は、図示の実施形態に限定されるものではなく、下記の様な他の実施形態も包含する。
（１）例えば、端板７には、さらに図６（ａ）に示すような金属製のカバー７４を付けて、板バネを保護するように構成してもよい。図６（ｂ）に示すように、カバー７４は端板７の端面に重ねて溶接等で固定される。

（２）上述の実施形態では、内ヨーク４１を環状部材、外ヨーク４２を筒状部材としたが、ヨーク４１を筒状部材、外ヨーク４２を環状部材としても良い。

（３）上述の実施形態では、回転軸２１を回転可能に支持する軸受として、樹脂成形品で形成された滑り軸受けである軸受板６を使用したが、焼結材で形成された滑り軸受やボール軸受やころ軸受等を用いても良い。

（４）上述の実施形態では、軸受板の凸部６３を２個設けたが、３個以上設けても良い。その場合、端板７の孔部７１は、凸部６３全体に掛け渡されるような形状にしてもよく、又はそれぞれ係合するように複数の孔部としてもよい。

（５）上述の実施形態では、端板７の収納部として孔部７１を設け、この孔部７１に軸受板６の凸部６３を入れ込んでいるため、軸受板の凸部６３が端板７から露出している。これに限らず、端板７の収納部として凹部を設け、この凹部に軸受板６の凸部６３を収納してもよい。また、孔部７１は板バネと回転軸を接続させるための端板７の孔と連接して一体的なＴ字形状の孔として形成しているが、別個の孔部として設けても良い。

（６）上述の実施形態では、軸受板６の外周全体を外ヨーク４２の内周部に貫入させ、凸部６３のみが外ヨーク４２の端面から突出した状態となるようにして外ヨーク４２の端部に配置したが、本発明はこれに限られない。例えば、軸受板６の外周の一部を径方向外方に突出させてフランジを設け、このフランジを外ヨーク４２の端面に当接させることで、凸部６３の補強又は凸部６３の代わりとしても良い。

（７）本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ ステッピングモータ
２ ロータ
２１ 回転軸
２２ 永久磁石
３ ステータ
３ａ ３ｂ ステータユニット
４１ 内ヨーク
４２ 外ヨーク
４３ 極歯
４４ 凹部
５ コイルボビン
５１ 端子ピン
６ 軸受板
６２ 貫通孔
６３ 凸部
６４ 切り欠き部
７ 端板
７１ 孔部
７２ 板バネ
７３ 爪部
７４ カバー
８ モータ取付板
８１ 基端側垂直部
８１ａ 孔部
８２ 水平部
８２ａ 孔部
８３ 先端側垂直部
９ 出力端側の軸受板
Ｌ モータ軸線

Claims (5)

1. 軸周りに磁石が固定された回転軸と、
   前記磁石を取り囲み、内周部に形成された複数の極歯と、該極歯間に形成された凹部とを備える筒状のヨークと、
   前記ヨークの端部に配置され前記回転軸の一端を支持する軸受板と、
   前記ヨークの端面に固定され、前記軸受板を前記ヨークとの間で挟みこむ端板とを備え、
   前記軸受板には、外周から径方向外方に延びる凸部が設けられ、
   前記端板には爪部及び収納部が形成され、
   前記爪部は前記ヨークの凹部に入り、前記収納部に前記軸受板の凸部が入ることで、前記端板の位置決めがなされることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記軸受板は前記ヨークの内周部に当接して前記軸受板の水平移動が規制され、前記軸受板の凸部の底面が前記ヨークの端面と当接して前記軸受板のモータ軸線方向の位置決めがなされ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. 前記端板の爪部が前記ヨークの凹部に入り、前記端板の収納部に前記軸受板の凸部が入ることで、前記軸受板は前記端板を介して前記ヨークに連結されて回転が規制されることを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
4. 前記軸受板には凸部が複数設けられ、
   前記端板の収納部は、前記複数の凸部を収納可能に設けられていること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステッピングモータ。
5. 前記軸受板には貫通孔が形成され、
   前記端板には、前記貫通孔に向けて切り起こされた板バネが設けられ、
   前記回転軸は、前記軸受板の貫通孔を挿通して前記端板の板バネに当接し、前記板バネにより付勢されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステッピングモータ。
   
   

Images