JP2021078216A - ステッピングモータおよびギヤドモータ - Google Patents

Abstract

【課題】端子ピンの損傷を抑制できるステッピングモータを提供する。【解決手段】ステッピングモータ２は、中心軸線周りに回転するロータ２１およびロータを径方向外側から囲むステータ２２を有するモータ本体２０と、モータ本体に接続される回路基板１０と、を有する。ステータは、ボビン２５と、ボビンに巻き付けられたコイル線２６と、径方向外側に突出しコイル線が巻き付けられる端子ピン２５ｐと、径方向外側に突出する支持突起２７ｂと、を有する。回路基板には、厚さ方向に貫通する第１開口１１および第２開口１２が設けられる。端子ピンは、第１開口に挿入されて半田接続される。支持突起は、第２開口に挿入される。【選択図】図２

Description

本発明は、ステッピングモータおよびギヤドモータに関する。

近年、スマートフォン等の電子機器の精密化に伴い、小型モータの開発が進められている。例えば、特許文献１には、軸方向の長さを短縮化したステッピングモータが開示されている。

実開平４−１３４１５７号公報

従来技術のステッピングモータには、径方向外側に延び出て回路基板に接続される端子ピンが設けられる。しかしながら、モータの小型化に伴い、端子ピンの薄型化が進み回路基板に応力が加わった場合に端子ピンが損傷するという問題が生じた。

本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みて、端子ピンの損傷を抑制できるステッピングモータの提供を目的の一つとする。

本発明のギヤドモータの一つの態様は、中心軸線周りに回転するロータおよび前記ロータを径方向外側から囲むステータを有するモータ本体と、前記モータ本体に接続される回路基板と、を有する。前記ステータは、ボビンと、前記ボビンに巻き付けられたコイル線と、径方向外側に突出し前記コイル線が巻き付けられる端子ピンと、径方向外側に突出する支持突起と、を有する。前記回路基板には、厚さ方向に貫通する第１開口および第２開口が設けられる。前記端子ピンは、前記第１開口に挿入されて半田接続される。前記支持突起は、前記第２開口に挿入される。

本発明の一つの態様によれば、端子ピンの損傷を抑制できるステッピングモータが提供される。

図１は、一実施形態のギヤドモータの分解斜視図である。 図２は、一実施形態のギヤドモータの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るギヤドモータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。以下の説明において特に断りのない限り、中心軸線Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、−Ｚ側を単に軸方向一方側と呼び、＋Ｚ側を、単に軸方向他方側と呼ぶ。また、中心軸線Ｊ周りの周方向を単に「周方向」とよび、中心軸線Ｊに対する径方向を単に「径方向」と呼ぶ。

図１は、ギヤドモータ１の分解斜視図である。また、図２は、ギヤドモータ１の断面図である。本実施形態のギヤドモータ１は、スマートフォンなどの電子機器に搭載される。

ギヤドモータ１は、ステッピングモータ２と、遊星歯車機構３０と、を備える。ステッピングモータ２は、ＰＭ型のステッピングモータ（Permanent Magnet stepping motor）である。ステッピングモータ２は、モータ本体２０と、モータ本体２０に接続される回路基板１０と、を有する。

＜モータ本体＞
モータ本体２０は、中心軸線Ｊに沿って延びる。モータ本体２０は、全体として中心軸線Ｊを中心とする円柱状である。モータ本体２０は、軸方向の寸法が、直径に対し２倍以上である。

モータ本体２０は、中心軸線Ｊ周りに回転するロータ２１と、エアギャップを介してロータ２１を径方向外側から囲むステータ２２と、を有する。

ロータ２１は、中心軸線Ｊ周りに回転する。ロータ２１は、中心軸線Ｊに沿って延びるシャフト２９と、円筒状のロータマグネット２８と、を有する。ロータマグネット２８は、接着剤によってシャフト２９に固着されている。

ステータ２２は、第１ステータ部２２Ａと第２ステータ部２２Ｂと連結板２７とを有する。第１ステータ部２２Ａ、第２ステータ部２２Ｂおよび連結板２７は、軸方向一方側から他方側に向かってこの順で軸方向に積層される。第１ステータ部２２Ａ、第２ステータ部２２Ｂおよび連結板２７は、互いに固定される。

第１ステータ部２２Ａおよび第２ステータ部２２Ｂは、軟磁性材（たとえば、電磁鋼板）からなる内ヨーク２３および外ヨーク２４と、絶縁材料からなるボビン２５と、ボビン２５に巻き付けられるコイル線２６と、を有する。

内ヨーク２３は、円板状であり内周縁から軸方向一方側に延びる複数の極歯２３ａを有する。外ヨーク２４は、カップ状であり、内ヨーク２３の極歯２３ａと軸方向反対側の内周縁から軸方向他方側に延びる複数の極歯（図示省略）を有する。内ヨーク２３の極歯２３ａと外ヨーク２４の極歯（図示省略）とは交互に噛み合いボビン２５の内側に配置される。

ボビン２５は、中心軸線Ｊを中心として軸方向に沿って延びる筒状の巻芯部２５ａと、この巻芯部２５ａの両端から径方向外側に延びる一対のフランジ部２５ｂ、２５ｃと、を有する。また、一方のフランジ部２５ｂの外縁には、端子台２５ｄが設けられる。また、端子台２５ｄには、径方向外側に突出する一対の端子ピン２５ｐが設けられる。端子台２５ｄおよび端子ピン２５ｐは、フランジ部２５ｂと同一の肉厚で設けられる。

端子ピン２５ｐは、角柱形状であり、樹脂ピンの一例である。端子ピン２５ｐは、第１ステータ部２２Ａおよび第２ステータ部２２Ｂにそれぞれ２つ設けられる。したがって、ステータ２２は、４つの端子ピン２５ｐを有する。４つの端子ピン２５ｐは、径方向外側から見て矩形状に配置される。

４つの端子ピン２５ｐのうち第１ステータ部２２Ａから延び出る２つは軸方向一方側の端部に位置し、第２ステータ部２２Ｂから延び出る２つはモータ本体２０の中央部に位置する。すなわち、端子ピン２５ｐは、モータ本体２０の軸方向中央部と軸方向一方側（−Ｚ側）の端部とにそれぞれ位置する。

コイル線２６は、ボビン２５の巻芯部２５ａに巻き付けられる。コイル線２６の両端末は、端子台２５ｄに引き出されて端子ピン２５ｐに巻き付けられて保持される。後述するように、コイル線２６の両端末は、回路基板１０に接続され、回路基板１０から電流を供給される。

連結板２７は、金属材料からなる板状の部材である。連結板２７は、中心軸線Ｊに直交する平面に沿って延びる板状である。連結板２７は、中心軸線Ｊを中心とする円板部２７ａと、円板部２７ａの外縁から径方向外側に延びる支持突起２７ｂと、を有する。円板部２７ａの中央には、シャフト２９を回転可能に保持する滑り軸受を保持する中央孔が設けられる。支持突起２７ｂは、端子ピン２５ｐと略同方向に延びる。連結板２７は、円板部２７ａにおいて第２ステータ部２２Ｂの軸方向他方側の端部に固定される。

回路基板１０は、モータ本体２０の側面に沿って延びるリジッド基板である。回路基板１０には、回路パターンが設けられる。回路基板１０には、フレキシブル基板１９が接続されている。回路基板１０の回路パターンには、フレキシブル基板１９を介して外部電源から電力が供給される。

回路基板１０には、厚さ方向に貫通する第１開口１１および第２開口１２が設けられる。本実施形態において、回路基板１０には、４つの第１開口１１および１つの第２開口１２が設けられる。４つの第１開口１１の孔形状は、円形である。一方で、第２開口１２の孔形状は、矩形状である。第２開口１２は、４つの第１開口１１に対し軸方向他方側に位置する。本実施形態において、第１開口１１および第２開口１２は、いわゆるスルーホールである。第１開口１１の内周面には、回路基板１０の配線パターンの一部である銅箔が形成される。同様に、第２開口１２の内周面は、回路基板１０の配線パターンのアース部に繋がる銅箔が形成される。

４つの第１開口１１には、それぞれモータ本体２０の端子ピン２５ｐが挿入される。上述したように、端子ピン２５ｐにはコイル線２６が巻き付けられる。端子ピン２５ｐは、コイル線２６とともに半田接続される。これにより、コイル線２６が回路基板１０の回路パターンに電気的に接続されるとともに、端子ピン２５ｐが回路基板１０に機械的に接続される。

第２開口１２には、支持突起２７ｂが挿入される。本実施形態において、支持突起２７ｂは、第２開口１２に半田接続される。これにより、支持突起２７ｂは、回路基板１０に機械的に接続される。さらに、支持突起２７ｂは、回路基板１０のアース部に接続される。

本実施形態によれば、支持突起２７ｂが第２開口１２に挿入される。このため、支持突起２７ｂは、モータ本体２０に対する回路基板１０の軸方向又は周方向の移動を制限する。したがって、支持突起２７ｂは、回路基板１０にＸ軸方向又はＺ軸方向の力が加わった場合であっても、端子ピン２５ｐに加わる負荷を制限し端子ピン２５ｐの損傷を抑制できる。なお、本実施形態において支持突起２７ｂは、金属材料から構成され、樹脂材料からなる端子ピン２５ｐより強度が高い。このため、回路基板１０に力が加わった場合であっても支持突起２７ｂ自身の損傷も抑制される。

本実施形態によれば、支持突起２７ｂは、回路基板１０に半田接続され、回路基板１０に固定される。このため、支持突起２７ｂによりモータ本体２０に対する回路基板１０の移動が確実に抑制され、端子ピン２５ｐに過剰な負荷が加わることを抑制できる。
なお、支持突起２７ｂは、第２開口に半田接続されていなくてもよい。この場合、支持突起２７ｂと第２開口１２の内周面との間の隙間を十分に小さくすることで、モータ本体２０に対する回路基板１０の移動を、端子ピン２５ｐの弾性変形領域内とし端子ピン２５ｐの損傷を抑制できる。

端子ピン２５ｐは、モータ本体２０の軸方向寸法の肥大化を抑制するために、軸方向の寸法を大きくし難い。このため、端子ピン２５ｐは、軸方向の強度が不足しやすい。本実施形態によれば、支持突起２７ｂは、端子ピン２５ｐに対して軸方向他方側に位置するため、端子ピン２５ｐに軸方向の負荷が加わることをより効果的に抑制できる。なお、このような効果は、支持突起２７ｂが、端子ピン２５ｐの軸方向一方側に位置していても得ることができる。すなわち、支持突起２７ｂが、端子ピン２５ｐに対して軸方向の何れか一方側に位置すればよい。

本実施形態において、第２開口１２はスルーホール（貫通孔）であり、その内周面によって挿入された支持突起２７ｂを囲む。このため、回路基板１０に対し何れの方向に負荷が加わった場合であっても、回路基板１０の移動を抑制し端子ピン２５ｐの損傷が抑制できる。なお、第２開口１２は、板厚方向に貫通する形態であれば、外縁から内側に延びる切欠状であってもよい。この場合においても、端子ピン２５ｐの損傷を抑制するための一定の効果を得ることができる。

遊星歯車機構３０は、ステッピングモータ２の軸方向一方側に位置する。遊星歯車機構３０は、ステッピングモータ２のロータ２１に接続される。遊星歯車機構３０は、モータ本体２０から出力された動力を減速する。

遊星歯車機構３０は、ハウジング３５と、第１太陽ギヤ３３ａと、３つの第１遊星ギヤ３３ｂと、第１キャリア３１と、３つの第２遊星ギヤ３４ｂと、第２キャリア３２と、を有する。

ハウジング３５は、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる内歯ギヤ３５ａと、内歯ギヤ３５ａの軸方向一方側の端部に位置する底部３５ｂと、を有する。内歯ギヤ３５ａは、第１遊星ギヤ３３ｂおよび第２遊星ギヤ３４ｂに噛み合う。また、底部３５ｂの中央には、第２軸受部３５ｄが固定される中央孔３５ｃが設けられる。本実施形態において、第２軸受部３５ｄとしては、滑り軸受が採用される。しかしながら、第２軸受部３５ｄとして、ボールベアリング等の他の軸受を採用してもよい。

第１太陽ギヤ３３ａは、シャフト２９に固定され、シャフト２９とともに中心軸線Ｊを中心として回転する。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、中心軸線Ｊの周方向に等間隔に配置される。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、第１太陽ギヤ３３ａに噛み合う。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、第１太陽ギヤ３３ａの回転に伴い、中心軸線Ｊの周方向に公転回転する。第１遊星ギヤ３３ｂの中央には、貫通孔３３ｂａが設けられる。

第１キャリア３１は、第１円盤部３１ｂと、３本の第１サブシャフト３１ａと、第２太陽ギヤ３１ｃと、を有する。第１円盤部３１ｂは、中心軸線Ｊを中心として径方向に延びる。３本の第１サブシャフト３１ａは、第１円盤部３１ｂから軸方向他方側に延びる。第２太陽ギヤ３１ｃは、中心軸線Ｊを中心として第１円盤部３１ｂから軸方向一方側に延びる。

３本の第１サブシャフト３１ａは、それぞれ第１遊星ギヤ３３ｂの貫通孔３３ｂａに挿入される。第１サブシャフト３１ａは、第１遊星ギヤ３３ｂを自転回転可能に支持する。第１キャリア３１は、３つの第１遊星ギヤ３３ｂの中心軸線Ｊを中心とする公転回転に伴い、中心軸線Ｊを中心として回転する。

第２太陽ギヤ３１ｃは、第１キャリア３１の一部であるため、第１遊星ギヤ３３ｂの公転回転に伴い、中心軸線Ｊを中心として回転する。

３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、中心軸線Ｊの周方向に等間隔に配置される。３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、第２太陽ギヤ３１ｃに噛み合う。３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、第２太陽ギヤ３１ｃの回転に伴い、中心軸線Ｊの周方向に公転回転する。第２遊星ギヤ３４ｂの中央には、貫通孔３４ｂａが設けられる。

第２キャリア３２は、第２円盤部３２ｂと、３本の第２サブシャフト３２ａと、出力シャフト３２ｃと、を有する。第２円盤部３２ｂは、中心軸線Ｊを中心として径方向に延びる。３本の第２サブシャフト３２ａは、第２円盤部３２ｂから軸方向他方側に延びる。出力シャフト３２ｃは、中心軸線Ｊを中心として第２円盤部３２ｂから軸方向一方側に延びる。

３本の第２サブシャフト３２ａは、それぞれ第２遊星ギヤ３４ｂの貫通孔３４ｂａに挿入される。第２サブシャフト３２ａは、第２遊星ギヤ３４ｂを自転回転可能に支持する。第２キャリア３２は、３つの第２遊星ギヤ３４ｂの中心軸線Ｊを中心とする公転回転に伴い、中心軸線Ｊを中心として回転する。

出力シャフト３２ｃは、中心軸線Ｊを中心とする円柱状である。出力シャフト３２ｃは、ハウジング３５の中央孔３５ｃを貫通する。また、出力シャフト３２ｃは、第２軸受部３５ｄによって回転可能に支持される。出力シャフト３２ｃは、ギヤドモータ１の出力対象に接続される。

本実施形態によれば、回路基板１０は、軸方向において、モータ本体２０と遊星歯車機構３０との間に跨って配置される。また、回路基板１０は、モータ本体２０および遊星歯車機構３０の全長に包含される。すなわち、本実施形態によれば、回路基板１０の全体は、遊星歯車機構３０の軸方向一方側の端部と軸方向他方側の端部との間に配置される。このため、回路基板１０が、モータ本体２０又は遊星歯車機構３０の端部から軸方向に突出することを抑制できる。これにより、ギヤドモータ１の軸方向寸法を小型化することができる。

以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…ギヤドモータ、２…ステッピングモータ、１０…回路基板、１１…第１開口、１２…第２開口、２０…モータ本体、２１…ロータ、２２…ステータ、２５…ボビン、２５ｐ…端子ピン、２６…コイル線、２７ｂ…支持突起、３０…遊星歯車機構、Ｊ…中心軸線

Claims (5)

1. 中心軸線周りに回転するロータおよび前記ロータを径方向外側から囲むステータを有するモータ本体と、
   前記モータ本体に接続される回路基板と、を有し、
   前記ステータは、
   ボビンと、
   前記ボビンに巻き付けられたコイル線と、
   径方向外側に突出し前記コイル線が巻き付けられる端子ピンと、
   径方向外側に突出する支持突起と、を有し、
   前記回路基板には、厚さ方向に貫通する第１開口および第２開口が設けられ、
   前記端子ピンは、前記第１開口に挿入されて半田接続され、
   前記支持突起は、前記第２開口に挿入される、
   ステッピングモータ。
2. 前記支持突起は、前記端子ピンに対して軸方向の何れか一方側に位置する、
   請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記支持突起は、前記第２開口に半田接続される、
   請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
4. 前記支持突起は、前記第２開口の内周面に囲まれる、
   請求項１〜３の何れか一項に記載に記載のステッピングモータ。
5. 請求項１〜３の何れか一項に記載のステッピングモータと、
   前記ステッピングモータの軸方向一方側に位置し前記ロータに接続される遊星歯車機構と、を有し、
   前記端子ピンは、前記モータ本体の軸方向中央部と軸方向一方側の端部とにそれぞれ位置し、
   前記回路基板は、軸方向において、前記モータ本体と前記遊星歯車機構との間に跨って配置されるとともに、前記モータ本体および前記遊星歯車機構の全長に包含される、
   ギヤドモータ。

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