JP2515163Y2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はステッピングモータ、詳しくは永久磁石型ス
テッピングモータに関する。

［従来の技術］ ステッピングモータは入力パルスに応じてロータが１
ステップずつ回転し、その１ステップ応答は、第２図の
ような減衰振動波形を示す。同図において、矢印Ａは正
転方向、矢印Ｂは逆転方向を示している。このような回
転系の固有振動数に入力パルスの周波数が一致すると、
共振が起こって振幅が大きくなり、その振幅が安定領域
を越えると、逆転やミスステップを生じる。また、減衰
振動の中で第２図のｔ₁〜ｔ₂の間では逆方向にトルクが
加わり、このときに次のパルスが入って正方向のトルク
が加わると、正方向と逆方向のトルクが複雑に作用し合
い、回転が不安定になったり、出力トルクが急に落ち込
んだり逆転したりして乱調を生じる。これらの共振や乱
調はステッピングモータの或る速度領域でスポット的に
発生するため、ステッピングモータのステップレート
（ステップ周波数）を連続的に変える場合には上述した
共振や乱調の発生を回避することができない。

このため、ステッピングモータでは応答周波数を高帯
域まで拡げることに制約があり、それを高帯域まで応答
させて高速応答性を向上させるには低帯域での電流値の
増大やトルクの減少を招くといった弊害を生じる。

そこで従来より、共振や乱調に伴う振幅の増大を抑制
し、高速応答性を向上させるための対策として、ロータ
軸に摩擦負荷や慣性負荷を付け加えたりして振動に対す
る機械的なダンパー作用を促す方法が知られており、こ
れらはステッピングモータの１ステップ応答の減衰時間
を短くして共振や乱調を軽減することに役立つ。そのよ
うな方法に用いられるダンパーの一つとして、例えば特
開昭55-53167号公報などにみられるように、ロータに相
対回転自在に支持された慣性体に粘性油を接触させてお
き、ロータが減衰振動しているときにそのロータと慣性
体との間に発生する速度差に比例した粘性抵抗を生じさ
せて振動を吸収させようとするものがある。他の一つ
は、ロータとロータに対して相対回転自在な慣性体とを
摺接させておき、ロータが振動した場合にはそのロータ
と慣性体とに速度差を生じさせてロータの振動エネルギ
ーを摩擦熱に変換させて吸収しようとするものがある。
さらに他の一つに、例えば実公昭63-41815号公報などに
みられるように、ロータとロータ軸との間の空間部に摩
擦制振子を介挿し、この摩擦制振子をロータおよびロー
タ軸に摺接させて摩擦力によってダンパー機能を発揮さ
せるようにしたものもある。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、従来のステッピングモータでは、ロータ軸を
ケーシングの外部に延出し、その延出軸部分に上記のよ
うな各ダンパーが取り付けられていたために、ステッピ
ングモータ全体の外形寸法が大きくなり、その小型化を
図る上での障害になっていた。一方、上記各ダンパーを
ケーシングの内部に組み込んだものもあったが、このも
のは、上記ダンパーがロータとそれを取り囲むケーシン
グとの間に組み込まれたものであるためにステッピング
モータ全体の外形寸法はやはり大きくなり、小型化の障
害になっていた。そこで、ロータを小さくすることによ
って確保した空間に上記ダンパーを収容することも考え
られるが、そのようにすると、ロータ外周面の着磁部分
の面積が小さくなって、特性が余儀無く劣化することに
なる。

さらに、油などの粘性液体の粘性抵抗が利用して振動
を吸収させるダンパーでは、粘性液体に漏れなどが生じ
ないように封入するための完全密封構造が要求されて構
成が複雑かつ高価なものとなるばかりでなく、モータの
運転にともなって液体温度が上昇し、その結果、粘性お
よび粘性抵抗が経時的に変化して所定のダンパー機能を
安定よく保持することが難しい。また、機械的な摩擦力
によってダンパー機能を発揮させるものでは、ロータや
ロータ軸などの摺接部が経時的に摩耗するとともに、摩
擦制振子自体の摩擦係数も安定しないので、その摩耗や
摩擦係数の変化によってダンパー機能が劣化し、その
上、モータトルクのロスにもなるという技術的な課題を
有しているのである。

本考案は上記のような実情に鑑みてなされたもので、
構成が簡単であるとともに、組み立ても容易で量産性に
優れ、かつ小型化、低コスト化を達成しやすいものであ
りながら、所定のダンパー機能を長期に亘って安定よく
保持させて、共振や乱調に伴う振幅の増大を抑制し高速
応答性を向上することができ、しかも、激しいステップ
動作や長期間使用に対する信頼性の向上も図ることがで
きるステッピングモータを提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、第１請求項に記載した考案
は、外周面が多極に着磁された筒形のロータと、このロ
ータに対して同心状に配置されかつこのロータに連結さ
れたロータ軸と、上記ロータの周囲に環状に配列された
極歯群を有する固定子と、可撓部材を介して上記ロータ
軸に結合された慣性体とを備えたステッピングモータに
おいて、上記可撓部材は、内周面が上記ロータ軸と圧接
し、外周面が上記慣性体の内周面と圧接するゴム製筒体
とされ、上記慣性体は、内周面が上記ゴム製筒体と圧接
し、外周面が上記ロータの内周面と間隔を置いて対向す
る円筒状の慣性体とされ、上記ゴム製筒体内に上記ロー
タ軸が圧入嵌合されており、上記慣性体内に上記ゴム製
筒体が圧入嵌合されており、上記ロータと上記ロータ軸
との間の空間内に、同心状に嵌合された上記慣性体と上
記ゴム製筒体とからなるダンパーが収容されていること
を特徴とするものである。

また、第２請求項に記載した考案は、外周面が多極に
着磁された筒形のロータと、このロータに対して同心状
に配置されかつこのロータに連結されたロータ軸と、上
記ロータの周囲に環状に配列された極歯群を有する固定
子と、可撓部材を介して上記ロータ軸に結合された慣性
体とを備えたステッピングモータにおいて、上記可撓部
材は、内周面が上記ロータ軸と圧接し、外周面が上記慣
性体の内周面と圧接する軟質合成樹脂製筒体とされ、上
記慣性体は、内周面が上記軟質合成樹脂製筒体と圧接
し、外周面が上記ロータの内周面と間隔を置いて対向す
る円筒状の慣性体とされ、上記軟質合成樹脂製筒体内に
上記ロータ軸が圧入嵌合されており、上記慣性体内に上
記軟質合成樹脂製筒体が圧入嵌合されており、上記ロー
タと上記ロータ軸との間の空間内に、同心状に嵌合され
た上記慣性体と上記軟質合成樹脂製筒体とからなるダン
パーが収容されていることを特徴とするものである。

また、第３請求項に記載した考案は、内外周面が多極
の着磁された筒形のロータと、このロータに対して同心
状に配置されかつこのロータに連結されたロータ軸と、
上記ロータの周囲に環状に配列された極歯群を有する固
定子と、可撓部材を介して上記ロータ軸に結合された慣
性体とを備えたステッピングモータにおいて、上記可撓
部材は、内周面が上記ロータ軸と圧接し、外周面が上記
慣性体の内周面と圧接するゴム製筒体とされ、上記慣性
体は、内周面が上記ゴム製筒体と圧接し、外周面が上記
ロータの内周面と間隔を置いて対向する円筒状の慣性体
とされ、上記ゴム製筒体内に上記ロータ軸が圧入嵌合さ
れており、上記慣性体内に上記ゴム製筒体が圧入嵌合さ
れており、上記ロータと上記ロータ軸との間の空間内
に、同心状に嵌合された上記慣性体と上記ゴム製筒体と
からなるダンパーが収容されており、上記ロータ軸を回
転可能に保持する軸受と、この軸受に近接した上記ゴム
製筒体の端部との間において、上記ロータを上記ロータ
軸に連結する円板状のスペーサが、上記ロータ軸の外周
面上に嵌着されていることを特徴とするものである。

また、第４請求項に記載した考案は、内外周面が多極
に着磁された筒形のロータと、このロータに対して同心
状に配置されかつこのロータに連結されたロータ軸と、
上記ロータの周囲に環状に配列された極歯群を有する固
定子と、可撓部材を介して上記ロータ軸に結合された慣
性体とを備えたステッピングモータにおいて、上記可撓
部材は、内周面が上記ロータ軸と圧接し、外周面が上記
慣性体の内周面と圧接する軟質合成樹脂製筒体とされ、
上記慣性体は、内周面が上記軟質合成樹脂製筒体と圧接
し、外周面が上記ロータの内周面と間隔を置いて対向す
る円筒状の慣性体とされ、上記軟質合成樹脂製筒体内に
上記ロータ軸が圧入嵌合されており、上記慣性体内に上
記軟質合成樹脂製筒体が圧入嵌合されており、上記ロー
タと上記ロータ軸との間の空間内に、同心状に嵌合され
た上記慣性体と上記軟質合成樹脂製筒体とからなるダン
パーが収容されており、上記ロータ軸を回転可能に保持
する軸受と、この軸受に近接した上記軟質合成樹脂製筒
体の端部との間において、上記ロータを上記ロータ軸に
連結する円板状のスペーサが、上記ロータ軸の外周面上
に嵌着されていることを特徴とするものである。

［作用］ 第１請求項〜第４請求項に記載した考案によれば、ロ
ータの減衰振動に伴ってロータ軸が振動を始めと、慣性
体のイナーシャと可撓部材であるゴム製筒体または軟質
合成樹脂製筒体の撓み性とにより筒体がねじれ方向に撓
んでロータ軸と慣性体の間に速度差が生じ、ロータ軸の
振動を慣性体のイナーシャにより吸収させるといったダ
ンパー機能が発揮され、その結果、減衰時間が短くなっ
て共振や乱調が軽減され、高速応答性の向上を図ること
が可能である。また、慣性体内にゴム製筒体または軟質
合成樹脂製筒体を圧入嵌合し、そのゴム製筒体または軟
質合成樹脂製筒体内にロータ軸を圧入嵌合させること
で、ロータとロータ軸との間の空間内にダンパーが収容
された小形のダンパー付きステッピングモータを容易に
組み立てることが可能で、量産性にも優れている。さら
に、慣性体とゴム製筒体または軟質合成樹脂製筒体及び
それら筒体とロータ軸との嵌合状態を確実強固に維持す
ることが可能であるから、激しいステップ動作や長期間
使用する場合の信頼性の向上も図れる。

加えて、第３請求項及び第４請求項に記載した考案に
よれば、ロータ軸を回転可能に保持する軸受と、この軸
受に近接した上記ゴム製筒体または軟質合成樹脂製筒体
の端部との間のロータ軸の外周面上に、ロータを該ロー
タ軸に連結する円板状のスペーサを嵌着させているの
で、軸受に含浸あるいは給油されたオイルやグリースな
どの潤滑剤がロータ軸の外周面に流出したとしても、そ
の潤滑剤がゴム製筒体または軟質合成樹脂製筒体側へ流
動することを上記スペーサにより阻止して筒体の劣化等
を防止することが可能であり、これによって、軸受とゴ
ム製筒体または軟質合成樹脂製筒体の端部との間隔を小
さくしてダンパー付きステッピングモータの小形化が図
れる。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図は第１請求項および第３請求項に記載された考
案の実施例によるステッピングモータの縦断面図であ
り、同図において、１はその外周面が多極、たとえば12
極に着磁された筒形のロータ、２は固定子で、ケーシン
グに兼用された一対の端面固定子3,3と中間固定子４と
により構成されている。上記一対の端面固定子3,3はそ
れぞれのフレーム5,5に所要数の櫛歯状極歯６…,6…を
等ピッチおきに形成してそれらを環状に配置したもので
あり、これら櫛歯状極歯６…,6…に上記中間固定子４に
形成された櫛歯状極歯７…が間隔を隔てて噛合状に配列
され、全体として、上記ロータ１の周囲に同心状に配置
された環状の極歯群を形成している。このようなステッ
ピングモータでは、端面固定子3,3および中間固定子４
の両方の相隣接する櫛歯状極歯6,7の開き角度により１
ステップ動作角度が決定される。

10はロータ軸で、その軸線方向の両端部が上下の取付
板11,11に固着された軸受12,12に回転可能に保持されて
いる。そして、上記ロータ１が上記軸受12,12に近接し
てロータ軸10の外周面上に嵌着されている上下一対の円
板状のスペーサ13,13を介してロータ軸10に一体回転可
能に結合されている。

20は上記ロータとロータ軸10との間の空間内に収容さ
れたダンパーであって、このダンパー20は、可撓部材を
形成するもので、その内周面がロータ軸10と圧接するよ
うになされたゴム製筒体21と、硬質合成樹脂のように可
撓性を持たない材料からその内周面が上記ゴム製筒体21
と圧接し、かつ、その外周面が上記ロータ１の内周面と
間隔を置いて対向する大きさに作製された円筒状の慣性
体22とからなり、この慣性体22内に上記ゴム製筒体21を
同心状に圧入嵌合して構成されており、このダンパー20
における上記ゴム製筒体21内に上記ロータ軸10を圧入嵌
合することで、ダンパー20を上記ロータ１とロータ軸10
との間の空間内に収容している。

なお、上記ゴム製筒体21は、ロータ軸10と慣性体22と
を結合しておくに必要な支持力を有しているが、ロータ
１の減衰振動に伴ってロータ軸10が振動するときには、
それ自体が撓んでロータ軸10と慣性体22との間に速度差
を作り出し得る程度の柔軟性を有するゴム材料から作製
されている。

また、第２請求項および第４請求項に記載された考案
に係るステッピングモータは、上記第１図に示した第１
請求項および第３請求項に記載された考案の実施例によ
るステッピングモータと構造的に変わりがなく、ダンパ
ー20を構成する可撓部材として、ゴム製筒体21に代え
て、軟質合成樹脂製筒体を用いる点で相違するのみであ
るため、図示および詳細な説明は省略する。

以上のように構成されたステッピングモータにおいて
は、入力パルスに応じてロータ１と共にロータ軸10が１
ステップずつ回転し、その１ステップ応答は第２図のよ
うな減衰振動波形を示す。そして、ロータ１の減衰振動
に伴ってロータ軸10が振動を始めると、慣性体22のイナ
ーシャとゴム製筒体または軟質合成樹脂製筒体21の撓み
性とにより筒体21がねじれ方向に撓むことによって、ロ
ータ軸10と慣性体22との間に速度差が生じ、ロータ軸10
の振動が慣性体22のイナーシャにより抑制され、減衰時
間が短くなって共振や乱調が軽減される。そのために、
高速応答特性に優れたステッピングモータとなる。

ここで、上記慣性体22のイナーシャはその材質や重量
などを変えることによって調整することができ、そのよ
うな調整によってステッピングモータの応答周波数特性
を容易に変更することも可能である。

［考案の効果］ 以上のように、第１請求項〜第４請求項に記載した考
案によれば、いずれもロータの内部にダンパーを組み込
んでいるために、外形寸法を大きくしたり、その全体形
状を変更したりすることなく、ロータの１ステップの減
衰時間を短くして共振や乱調を軽減することができ、高
速応答性の向上を図ることができるのはもとより、ロー
タの減衰振動に伴うロータ軸の振動を、慣性体のイナー
シャと可撓部材であるゴム製筒体または軟質合成樹脂製
筒体の撓み性とにより吸収させるというダンパー機能を
発揮させるものであるから、液体の粘性抵抗や機械的な
摩擦抵抗を利用する従来のダンパーに比べて、構成を簡
単にして、かつ低コスト化を図ることができるばかりで
なく、摩耗や抵抗の変動などにともなうダンパー機能の
経時的な劣化がなく、長期に亘って所定のダンパー機能
を安定よく保つことができ、また、モータロスも非常に
少なくして効率の向上を図ることができる。

その上、慣性体内にゴム製筒体または軟質合成樹脂製
筒体を圧入嵌合し、そのゴム製筒体または軟質合成樹脂
製筒体内にロータ軸を圧入嵌合させることで、ロータと
ロータ軸との間の空間内にダンパーが収容された小形の
ダンパー付きステッピングモータを容易に組み立てるこ
とができるので、量産性にも優れている。

しかも、慣性体とゴム製筒体または軟質合成樹脂製筒
体及びそれら筒体とロータ軸との嵌合状態を確実強固に
維持することができるので、激しいステップ動作や長期
間使用する場合の信頼性も著しく向上することができる
という効果を奏する。

加えて、第３請求項及び第４請求項に記載した考案に
よれば、ロータ軸を回転可能に保持する軸受と、この軸
受に近接した上記ゴム製筒体または軟質合成樹脂製筒体
の端部との間のロータ軸の外周面上に、ロータを該ロー
タ軸に連結する円板状のスペーサが嵌着されているの
で、軸受に含浸あるいは給油されたオイルやグリースな
どの潤滑剤がロータ軸の外周面に流出したとしても、そ
の潤滑剤がゴム製筒体または軟質合成樹脂製筒体側へ流
動することを上記スペーサにより阻止して筒体の劣化等
を防止することができ、これによって、軸受とゴム製筒
体または軟質合成樹脂製筒体の端部との間隔を小さくし
てダンパー付きステッピングモータの小形化を図りつ
つ、一層高い信頼性を確保することができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１請求項および第３請求項に記載した考案の
第１実施例によるステッピングモータの断面図、第２図
はステッピングモータにおける１ステップ応答の減衰振
動波形を示す図である。 １……ロータ、２……固定子、6,7……極歯、10……ロ
ータ軸、12……軸受、13……スペーサ、20……ダンパ
ー、21……ゴム製筒体（軟質合成樹脂製筒体）、22……
円筒状の慣性体。

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面が多極に着磁された筒形のロータ
   と、このロータに対して同心状に配置されかつこのロー
   タに連結されたロータ軸と、上記ロータの周囲に環状に
   配列された極歯群を有する固定子と、可撓部材を介して
   上記ロータ軸に結合された慣性体とを備えたステッピン
   グモータにおいて、 上記可撓部材は、内周面が上記ロータ軸と圧接し、外周
   面が上記慣性体の内周面と圧接するゴム製筒体とされ、 上記慣性体は、内周面が上記ゴム製筒体と圧接し、外周
   面が上記ロータの内周面と間隔を置いて対向する円筒状
   の慣性体とされ、 上記ゴム製筒体内に上記ロータ軸が圧入嵌合されてお
   り、 上記慣性体内に上記ゴム製筒体が圧入嵌合されており、 上記ロータと上記ロータ軸との間の空間内に、同心状に
   嵌合された上記慣性体と上記ゴム製筒体とからなるダン
   パーが収容されている ことを特徴とするステッピングモータ。
2. 【請求項２】外周面が多極に着磁された筒形のロータ
   と、このロータに対して同心状に配置されかつこのロー
   タに連結されたロータ軸と、上記ロータの周囲に環状に
   配列された極歯群を有する固定子と、可撓部材を介して
   上記ロータ軸に結合された慣性体とを備えたステッピン
   グモータにおいて、 上記可撓部材は、内周面が上記ロータ軸と圧接し、外周
   面が上記慣性体の内周面と圧接する軟質合成樹脂製筒体
   とされ、 上記慣性体は、内周面が上記軟質合成樹脂製筒体と圧接
   し、外周面が上記ロータの内周面と間隔を置いて対向す
   る円筒状の慣性体とされ、 上記軟質合成樹脂製筒体内に上記ロータ軸が圧入嵌合さ
   れており、 上記慣性体内に上記軟質合成樹脂製筒体が圧入嵌合され
   ており、 上記ロータと上記ロータ軸との間の空間内に、同心状に
   嵌合された上記慣性体と上記軟質合成樹脂製筒体とから
   なるダンパーが収容されている ことを特徴とするステッピングモータ。
3. 【請求項３】外周面が多極に着磁された筒形のロータ
   と、このロータに対して同心状に配置されかつこのロー
   タに連結されたロータ軸と、上記ロータの周囲に環状に
   配列された極歯群を有する固定子と、可撓部材を介して
   上記ロータ軸に結合された慣性体とを備えたステッピン
   グモータにおいて、 上記可撓部材は、内周面が上記ロータ軸と圧接し、外周
   面が上記慣性体の内周面と圧接するゴム製筒体とされ、 上記慣性体は、内周面が上記ゴム製筒体と圧接し、外周
   面が上記ロータの内周面と間隔を置いて対向する円筒状
   の慣性体とされ、 上記ゴム製筒体内に上記ロータ軸が圧入嵌合されてお
   り、 上記慣性体内に上記ゴム製筒体が圧入嵌合されており、 上記ロータと上記ロータ軸との間の空間内に、同心状に
   嵌合された上記慣性体と上記ゴム製筒体とからなるダン
   パーが収容されており、 上記ロータ軸を回転可能に保持する軸受と、この軸受に
   近接した上記ゴム製筒体の端部との間において、上記ロ
   ータを上記ロータ軸に連結する円板状のスペーサが、上
   記ロータ軸の外周面上に嵌着されている ことを特徴とするステッピングモータ。
4. 【請求項４】外周面が多極に着磁された筒形のロータ
   と、このロータに対して同心状に配置されかつこのロー
   タに連結されたロータ軸と、上記ロータの周囲に環状に
   配列された極歯群を有する固定子と、可撓部材を介して
   上記ロータ軸に結合された慣性体とを備えたステッピン
   グモータにおいて、 上記可撓部材は、内周面が上記ロータ軸と圧接し、外周
   面が上記慣性体の内周面と圧接する軟質合成樹脂製筒体
   とされ、 上記慣性体は、内周面が上記軟質合成樹脂製筒体と圧接
   し、外周面が上記ロータの内周面と間隔を置いて対向す
   る円筒状の慣性体とされ、 上記軟質合成樹脂製筒体内に上記ロータ軸が圧入嵌合さ
   れており、 上記慣性体内に上記軟質合成樹脂製筒体が圧入嵌合され
   ており、 上記ロータと上記ロータ軸との間の空間内に、同心状に
   嵌合された上記慣性体と上記軟質合成樹脂製筒体とから
   なるダンパーが収容されており、 上記ロータ軸を回転可能に保持する軸受と、この軸受に
   近接した上記軟質合成樹脂製筒体の端部との間におい
   て、上記ロータを上記ロータ軸に連結する円板状のスペ
   ーサが、上記ロータ軸の外周面上に嵌着されている ことを特徴とするステッピングモータ。