JP2982787B2 - ステッピングモータ式指示計器 - Google Patents

ステッピングモータ式指示計器

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JP2982787B2
JP2982787B2 JP10117680A JP11768098A JP2982787B2 JP 2982787 B2 JP2982787 B2 JP 2982787B2 JP 10117680 A JP10117680 A JP 10117680A JP 11768098 A JP11768098 A JP 11768098A JP 2982787 B2 JP2982787 B2 JP 2982787B2
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定量、例えば車
両の走行速度変化やエンジン回転数の変化を計器文字板
上を回動する指針の指示角度により行うステッピングモ
ータ式指示計器に関し、特に指針の保持構造に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＯＡ機器、家電製品、自動車等
の分野におけるアクチュエータ部品として、広く用いら
れている構造にＰＭ型ステッピングモータがあり、正逆
回転制御が容易で、駆動トルクによっては小型化も容易
なことから、近年では交差コイル式計器等のエアコア式
ムーブメントに変わる計器の動力源として注目されてき
ている。
【０００３】この種ステッピングモータの多くは、例え
ば特開平６−１５３４８４号公報に開示されているよう
に、出力軸を有する永久磁石からなるロータと、このロ
ータの周面に対向する複数の極歯有するヨークとこれら
ヨークを磁化させる励磁コイルとでなるステータを有
し、ステータの励磁コイルに位相をずらした駆動信号を
供給して前記極歯列を磁化させ、これによる回転磁界で
ロータを回動駆動するものである。
【０００４】そして出力軸に指針を固着すると共に指針
とモータとの間に計器文字板を固定し、励磁コイルに供
給する駆動信号を測定量（例えば走行速度の変化やエン
ジン回転数の変化）に応じて制御すれば、指示計器とし
ての使用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで前述のごとく
ステッピングモータを指示計器の駆動源として使用する
場合、励磁コイルに駆動信号たる電圧を印加しない無励
磁時に、指針を計器文字板上の所定位置に停止させ、指
針の不必要な動きを抑制する必要があり、このためには
指針の動きを機械的に停止させるストッパ等のロータ
（指針）停止手段が有効である。
【０００６】ところがステッピングモータにあっては、
無励磁時であっても、ロータと複数の極歯列を含むヨー
クとの間には、複雑な磁気回路が構成されており、この
磁気回路によりロータには、微弱ではあるが磁力が働く
ため、ロータ停止手段を設けるだけでは、指針がロータ
停止手段による停止位置から離れやすく、指針を所定位
置に確実に保持する手段が望まれていた。
【０００７】この点を考慮して本発明の出願人は、無励
磁時にロータに作用する磁力を利用して、指針を所定位
置に保持する特開平９−１８４７４０号を先に提案して
いる。これは無励磁時にロータとヨーク間に作用する磁
力が、指針（ロータ）をその位置に引きつけて留めよう
とする複数の安定点を有していることに着目し、指針の
増減方向に沿って隣接する安定点間の中間点であってこ
れらよりも減少方向側に位置する安定点側にロータ停止
手段による指針の停止位置を設定するものである。
【０００８】しかしながら、このような安定点は、部品
の組み付け誤差や寸法誤差により、製品毎にその強さが
一定せず、ロータを付勢もしくは吸引し得る安定点とし
て明確に形成されない場合があり、前記のごとく安定点
を加味して指針の停止位置を設定しても、形成される安
定点が不明確（微弱な）場合には確実に指針を保持でき
ないことがあり、そのため無励磁時に指針を所定位置に
保持する手段としては、限界があると共に改良の余地が
残されていた。
【０００９】そこで本発明は、無励磁時において形成さ
れる安定点を明確（強力）にし、指針の不必要な動きを
抑制し得るステッピングモータ式指示計器を提供せんと
するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、出力軸を有する永久磁石からなるロータと各
々が前記ロータの周面に対向する複数の極歯を延設する
ヨーク及びこれらヨークを磁化させる励磁コイルを有し
互いに同軸に積層される第１，第２のステータとからな
り前記ロータを測定量に応じて回動駆動するステッピン
グモータと、前記ロータを前記測定量に応じて回動駆動
させるべく前記各ステータの励磁コイルに駆動信号を供
給する駆動手段と、前記出力軸に連結され計器文字板上
で前記計測量を指示する指針と、この指針を前記計器文
字板上の所定の位置に停止させるロータ停止手段とから
なり、前記各励磁コイルの無励磁時において前記ロータ
と前記ヨークとの磁気作用により前記指針の指示方向に
沿って複数形成される前記ロータの安定点のうち互いに
隣接する任意の二つの安定点の間であってこれらの略中
間点よりも前記指針の減少指示側に位置する安定点側に
前記ロータ停止手段による前記指針の停止位置を設け、
且つ前記複数の極歯のうち所定の極歯の前記ロータに対
する対向面積を他の極歯の前記ロータに対する対向面積
と異ならせることにより前記極歯の前記ロータに対する
対向面積が前記第１，第２のステータ単位で相対的に異
なっており、前記対向面積が小さい前記ステータの前記
励磁コイルに供給する前記駆動信号の実効値を、前記対
向面積が大きい前記ステータの前記励磁コイルに供給す
る前記駆動信号の実効値よりも高くしたことを特徴とす
る。
【００１１】
【００１２】また本発明は、前記所定の極歯が一つの極
歯からなることを特徴とする。
【００１３】また本発明は、出力軸を有する永久磁石か
らなるロータと各々が前記ロータの周面に対向する複数
の極歯を延設するヨーク及びこれらヨークを磁化させる
励磁コイルを有し互いに同軸に積層される第１，第２の
ステータとからなり前記ロータを測定量に応じて回動駆
動するステッピングモータと、前記ロータを前記測定量
に応じて回動駆動させるべく前記各ステータの励磁コイ
ルに電気角で略９０度位相の異なる出力波形を有する駆
動信号を供給する駆動手段と、前記出力軸に連結され計
器文字板上で前記計測量を指示する指針と、この指針を
前記計器文字板上の所定の位置に停止させるロータ停止
手段とを備え、前記各励磁コイルの無励磁時において前
記ロータと前記ヨークとの磁気作用により前記指針の指
示方向に沿って複数形成される前記ロータの安定点のう
ち互いに隣接する任意の二つの安定点の間であってこれ
らの略中間点よりも前記指針の減少指示側に位置する安
定点側に前記ロータ停止手段による前記指針の停止位置
を設け、且つ前記複数の極歯のうち所定の極歯の前記ロ
ータに対する対向面積を他の前記極歯の対向面積と異な
らせると共に、前記駆動手段が電気角０度に対応する前
記駆動信号を出力したときの前記指針の指示位置と、前
記無励磁時における前記安定点の位置とが一致している
ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明によるステッピングモータ
式指示計器は、出力軸２７を有するロータ２８とこのロ
ータ２８の周面に対向する複数の極歯２３２，２３３，
２６２，２６３を延設するヨーク２３，２６及びこのヨ
ーク２３，２６を磁化させる励磁コイル２１，２４を有
するステータＡ，Ｂとからなりロータ２８を測定量に応
じて回動駆動するステッピングモータ２と、このステッ
ピングモータ２の出力軸２７に連結され計器文字板３上
で計測量を指示する指針４と、この指針４を計器文字板
３上の所定の位置に停止させるストッパピン（ロータ停
止手段）７とからなり、励磁コイル２１，２４の無励磁
時においてロータ２８とヨーク２３，２６との磁気作用
により指針４の指示方向に沿って複数形成されるロータ
２８の安定点ａ〜ｌのうち互いに隣接する任意の二つの
安定点ａ，ｂの間であってこれらの略中間点Ｍよりも指
針４の減少指示側に位置する安定点ａ側にストッパピン
７によるロータ２８（指針４）の停止位置Ｐを設け、且
つ複数の極歯２３２，２３３，２６２，２６３のうち所
定の極歯２３２ａのロータに対する対向面積を他の極歯
２３２，２３３，２６２，２６３のロータ２８に対する
対向面積と異ならせたことにより、各安定点ａ〜ｌが明
確（強力）となって、安定点ａによるストッパピン７側
への指針３（ロータ２８）の吸引力が高まり、不必要な
指針４の動きが確実に抑制される。
【００１５】すなわち、無励磁状態においてロータ２８
の磁極と各極歯２３２，２３３，２６２，２６３との間
の複数の磁気回路により形成される個々のディテントト
ルクは、各極歯２３２，２３３，２６２，２６３の対向
面積が一定のときは、大きなムラが生じにくくロータ２
８の周方向において略一定にバランスしているが、対向
面積の異なる所定の極歯２３２ａ箇所におけるディテン
トトルクと他の箇所のディテントトルクとで明らかな強
弱の差（ムラ）が形成され、このディテントトルクの強
弱がロータ２８の回転方向に沿って所定間隔にて形成さ
れる不安定点Ｍ（ロータ２８に対して吸引力が小さい）
と、安定点ａ〜ｌ（ロータ２８に対して吸引力が大き
い）の形成を相対的に際立たせるため、安定点ａ〜ｌが
より明確化するもので、この結果、安定点ａによるロー
タ停止手段７側への指針３（ロータ２８）の吸引力が高
まり、不必要な指針４の動きが確実に抑制される。
【００１６】また特に、複数の極歯２３２，２３３，２
６２，２６３のうち所定の極歯２３２ａのロータ２８に
対する対向面積を他の極歯２３２，２３３，２６２，２
６３のロータ２８に対する対向面積と異ならせることに
より、第１のステータＡの極歯２３２（２３２ａ ），
２３３と第２のステータＢの極歯２６２，２６３とでロ
ータ８に対する対向面積が相対的に異なっている場合、
ロータ２８に対する極歯２３２（２３２ａ ），２３３
の対向面積が小さいステータＡの励磁コイル２１に供給
する駆動手段８００の駆動信号の実効値を、ロータ２８
に対する極歯２６２，２６３の対向面積が大きいステー
タＢの励磁コイル２４に供給する駆動信号の実効値より
も高くしたことにより、通常駆動時（励磁時）のステー
タ毎の励磁バランスを保って、ロータ２８の回転動作に
与える影響、例えば指針４の指度誤差が大きくなる、ま
たは指示動作のスムーズ性を阻害するといった影響を抑
えることが可能となる。
【００１７】すなわち、このように所定の極歯２３２ａ
のロータ２８に対する対向面積を他の極歯２３２，２３
３，２６２，２６３のロータ２８に対する対向面積と異
ならせることにより、第１のステータＡの極歯２３２
（２３２ａ ），２３３と第２のステータＢの極歯２６
２，２６３とでロータ８に対する対向面積が相対的に異
なる場合、通常運転時（励磁時）における励磁トルクが
ステータＡ，Ｂ単位で異なって、ロータ２８（指針４）
の回動特性に影響が及ぶことがあるが、ロータ２８に対
する極歯２３２（２３２ａ ），２３３の対向面積が小
さいステータＡの励磁コイル２１に供給する駆動信号の
実効値を、ロータ２８に対する極歯２６２，２６３の対
向面積が大きいステータＢの励磁コイル２４に供給する
駆動信号の実効値よりも高くしたことにより、各ステー
タＡの励磁トルクを相対的に強めると共に、ステータＢ
の励磁トルクを相対的に弱めて各ステータＡ，Ｂ毎の励
磁トルクのバランスを調整することで、ロータ２８の回
動特性への影響、例えば指針４の指度誤差が大きくな
る、あるいは指示動作のスムーズ性を阻害するといった
影響を抑えることが可能となる。
【００１８】また、所定の極歯が一つの極歯２３２ａか
らなることにより、通常運転時（励磁時）のロータ２８
の回動特性への影響を軽減することが可能となる。
【００１９】すなわち、極歯２３２，２３３，２６２，
２６３のロータ２８に対する対向面積を異ならせると、
通常運転時（励磁時）におけるロータ２８（指針４）の
回動特性も影響を受けることになるが、対向面積を異な
らせる所定の極歯２３２ａを、極歯２３２，２３３，２
６２，２６３の中の一つの極歯２３２ａのみとすること
により、励磁運転時におけるロータ２８の回動特性に対
する影響、例えば指針４の指度誤差が大きくなる、ある
いは指示動作のスムーズ性を阻害するといった影響を最
小限に留めることが可能となる。
【００２０】また、ステッピングモータ２を、電気角で
略９０度位相の異なる出力波形を有する駆動信号を供給
する駆動手段８００を通じて駆動する場合、前記駆動手
段８００が電気角０度に対応する駆動信号を出力したと
きの指針４の指示位置と、無励磁時における安定点ａの
位置とを一致もしくは近接させることにより、駆動手段
８００が電気角０度に対応した駆動信号を出力したとき
（例えばイグニッションスイッチ８４のオン時）に指針
４がそのストッパピン７による停止位置Ｐから動くこと
が防止される。
【００２１】
【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明によるステ
ッピングモータ式指示計器の実施例を説明する。
【００２２】図１は本発明の第１実施例によるステッピ
ングモータ式指示計器の分解斜視図、図２は図１に示し
たステッピングモータの分解斜視図、図３は図２の組み
付け状態を示す断面図、図４は図１の組み付け状態を示
す断面図、図５はステッピングモータ式指示計器の駆動
システムを示すブロック図、図６は駆動手段の出力波形
を示す波形図、図７は本実施例の動作を説明する正面
図、図８は本発明のステッピングモータ（ロータ）と計
器文字板（ロータ停止手段）との関係を説明する一部を
切り欠いた正面図、図９は極歯の展開図である。
【００２３】図１において、ステッピングモータ式指示
計器は、例えば自動車等の車両の走行速度変化を指示す
る速度計からなるもので、プリント基板等の支持部材１
上に配置されるステッピングモータ２と、このステッピ
ングモータ２の前方に配置され目盛、数字、指標等の表
示意匠部３０が表面に形成された計器文字板３と、ステ
ッピングモータ２により駆動される指針４とから構成さ
れている。
【００２４】図２において、ステッピングモータ２は、
第１の励磁コイル（励磁コイル）２１が巻装された樹脂
製の第１の環状ボビン２２をＳＥＣ，ＳＰＣ，パーマロ
イ等の鉄系金属材料からなる第１の環状ヨーク（ヨー
ク）２３内部に収納してなる第１のステータ（ステー
タ）Ａと、第２の励磁コイル２４が巻装された樹脂製の
第２の環状ボビン２５を同じくＳＥＣ，ＳＰＣ，パーマ
ロイ等の鉄系金属材料からなる第２の環状ヨーク（ヨー
ク）２６内部に収納してなる第２のステータ（ステー
タ）Ｂと、出力軸２７が中心に固定されると共に一定ピ
ッチで複数の磁極が着磁されてなる永久磁石からなるロ
ータ２８と、このロータ２８の出力軸２７を支持する一
対の支持プレート２９とから構成されている。
【００２５】ステータＡにおいて、第１の環状ボビン２
２は、円筒状の巻線部２２０ とその両端に位置する円
盤状の一対の巻線ガイド２２１，２２２とから構成され
ている。
【００２６】第１の環状ヨーク２３は、略カップ状に形
成された第１の外ヨーク２３０と、この第１の外ヨーク
２３０の開口側内径よりもわずかに小さい外径を有する
略平板状の第１の内ヨーク２３１とからなり、これら第
１の外，内ヨーク２３０，２３１は、外ヨーク２３０内
に第１の環状ボビン２２を収納し、且つ外ヨーク２３０
と内ヨーク２３１との間に第１の環状ボビン２２を挟装
した状態で配置される。
【００２７】また、第１の外，内ヨーク２３０，２３１
中央には、環状ボビン２２の巻線部２２０の内周に向け
て複数の極歯２３２，２３３が延設され、これら極歯２
３２，２３３は、各々が略同一形状、略同一ピッチで形
成され、ロータ２８の外径よりもやや径大な環状の配列
形状を持って櫛歯型に組み合わされる。
【００２８】ステータＢにおいて、第２の環状ボビン２
５は、円筒状の巻線部２５０とその両端に位置する円盤
状の一対の巻線ガイド２５１，２５２とから構成されて
いる。
【００２９】第２の環状ヨーク２６も第１の環状ヨーク
２３と同様に、略カップ状に形成された第２の外ヨーク
２６０と、この第２の外ヨーク２６０の開口内径よりも
わずかに小さい外径を有する略平板状の第２の内ヨーク
２６１とからなり、これら第２の外，内ヨーク２６０，
２６１は、外ヨーク２６０内に第２の環状ボビン２５を
収納し、且つ外ヨーク２６０と内ヨーク２６１との間に
第２の環状ボビン２５を挟装した状態で配置される。
【００３０】また、第２の外，内ヨーク２６０，２６１
の中央には、環状ボビン２５の巻線部２５０の内周に向
けて複数の極歯２６２，２６３が複数延設され、これら
極歯２６２，２６３は、各々が略同一形状、略同一ピッ
チで形成され、ロータ２８の外径よりもやや径大な環状
の配列形状を持って櫛歯型に組み合わされる。
【００３１】各環状ボビン２２，２５と各環状ヨーク２
３，２６とから構成される各ステータＡ，Ｂは、図３に
示すように、互いに同心的に積層配置されると共に各外
ヨーク２３０，２６０の両開口側が電気溶接されて中心
に中空部Ｓを形成し、この中空部Ｓ内にロータ２８を回
転自在に収納するもので、ロータ２８は出力軸２７を通
じて合成樹脂からなる支持プレート２９に軸支される。
なお各ステータＡ，Ｂにおいて互いに対をなす各極歯２
３２，２３３と各極歯２６２，２６３の数は、ロータ２
８の磁極数と等しく形成され、また各極歯２３２，２３
３と各極歯２６２，２６３のピッチは、ステータＡとス
テータＢとで略４分の１ピッチぶんロータ２８の回転方
向にずれて配置され、またこれら各極歯２３２，２３
３，２６２，２６３のロータ２８に対する対向面積は、
後述する所定の極歯２３２ａを除いて略一定となるよう
に形成されている。
【００３２】図４及び図１において支持部材１と計器文
字板３は、ステッピングモータ２の各支持プレート２９
にタッピングネジ５，６を通じて固定され、一方指針４
は計器文字板３を貫通して延びるステッピングモータ２
の出力軸２７の先端に圧入により固着されている。また
計器文字板３の前面には、出力軸２７の軸方向に沿って
延びるストッパピン（ロータ停止手段）７が固定されて
おり、後述する電源オフ時（無励磁時）において指針４
と当接し、指針４（ロータ２８）を所定の位置に停止さ
せるものである。なおロータ停止手段は、ストッパピン
に替えて、ロータ２８と直接当接してその動きを規制す
るロータストッパや出力軸２７に固定した専用の可動当
接と当接してその動きを規制する軸ストッパ（共に図示
しない）の採用が可能である。
【００３３】このように構成されたステップモータ式指
示計器は、後述する駆動手段を含む駆動システムにより
駆動されるもので、測定量に応じた励磁信号を励磁コイ
ル２１，２４に供給してこれらを励磁し、その磁路を各
環状ヨーク２３，２６の複数の極歯２３２，２３３，２
６２，２６３を通じてロータ２８の複数の磁極に導くこ
とによりロータ２８を双方向に回動駆動し、出力軸２７
を通じてロータ２８に共動する指針４を回動させ、計器
文字板３の表示意匠部３０との対比により、前記測定量
を指示するものである。
【００３４】具体的には、図５に示すように、車両用の
速度計を例にとって説明すると、計測量である走行速度
に比例した周波数信号が入力端子８０から入力される
と、計数手段８１において入力信号の立ち上がりや立ち
下がりを検出してこれを所定のゲートタイムにてカウン
ト（ゲートタイム方式）するか、もしくは別の高周波ク
ロック信号を入力信号にてカウント（周期測定方式）
し、刻々と変化する走行速度をデジタルデータとして算
出する。
【００３５】このように求められた計測量たるデジタル
データは、処理手段８２にて所定の変換周期で指示角デ
ータに変換され、変換周期毎に前回の指示角データと最
新の指示角データの差の絶対値とその増減状態が求めら
れる。
【００３６】この最新指示角データは、次回の更新時に
おける前回時データとして採用され、同様の演算にて最
新指示角データとの比較と更新が繰り返される。
【００３７】こうして更新された指示角データは、出力
手段８３を介してステッピングモータの励磁コイル２
１，２４に所定の波形処理（マイクロステップ処理や位
相変換処理）を行って駆動信号（電圧信号）として供給
され、これによって励磁コイル２１，２４が励磁され、
その磁路を各外，内ヨーク２３，２６の極歯２３２，２
３３，２６２，２６３を通じて導いてロータ２８を駆動
し、文字板３の目盛に対応した角度指示にて出力軸２７
に固定した指針４を回動するもので、本実施例では、計
数手段８１と処理手段８２と出力手段８３を含んでステ
ッピングモータ式指示計器を駆動する駆動手段８００と
して構成している。なお図５中、参照符号８４は電源ス
イッチたるイグニッションスイッチ、同じく８５は電源
たる車載バッテリである。
【００３８】出力手段８３によって処理された駆動信号
の波形は、図６に示すように、電気角で９０度位相の異
なる正弦波，余弦波の波形を有する電圧信号からなる
が、実際は正弦波，余弦波の波形で段階的に変化するマ
イクロステップ波である。また本実施例では、後述する
理由により、ステータＡの励磁コイル２１に供給する駆
動信号の実効値が、ステータＢの励磁コイル２４に供給
する駆動信号の実効値よりも高く設定されており、例え
ば、ステータＡに供給する駆動信号の実効値は７Ｖ、ス
テータＢの場合は６．５Ｖに設定されている。
【００３９】なお処理手段８２としては、計器指示特性
を任意に設定して走行速度を指示できるよう計数手段８
１を含んでマイクロコンピュータにて構成することがで
き、処理手段８２への電源供給は、イグニッション８４
を介して車載バッテリ８５から行われる。
【００４０】つぎに本実施例によるステッピングモータ
式指示計器の動作を図５，図７に基づき説明すると、イ
グニッションスイッチ８４のオフ時においては、車載バ
ッテリ８５からの駆動手段８００への電源供給が無く、
従って励磁コイル２１，２４への励磁信号供給も無く
（無励磁状態）、この場合、計器文字板３の表示意匠部
30のゼロ点Ｚ位置よりも若干、指針４指示の減少側（マ
イナス側）の停止位置Ｐに指針４をストッパピン７当接
状態に保持させ（図７（ａ））、イグニッションスイッ
チ８４のオン時においては、車載バッテリ８５からの駆
動手段８００への電源供給がなされ、駆動手段８００に
より励磁コイル２１，２４に駆動信号を供給することに
より、指針４をゼロ点Ｚへ移動させ（図７（ｂ））、エ
ンジンの始動後は、入力端子８０からの入力信号に応じ
た駆動手段８００による駆動信号供給がなされ、指針４
が測定量に応じて指示を行う（図７（ｃ））ものであ
る。
【００４１】ところで、このようなステッピングモータ
式指示計器に使用されるステッピングモータ２だけに限
らず、この種のＰＭ型ステッピングモータにあっては、
電源オフ時の無励磁時においても、ロータ２８には弱い
磁力（ディテントトルク）が作用することが知られてい
る。
【００４２】この磁力（ディテントトルク）は、ロータ
２８の複数の磁極と、この磁極に対して各々が略一定の
対向面積を有し所定間隔にて組み合わされる複数の極歯
２３２，２３３，２６２，２６３を含む各環状ヨーク２
３，２６との間で形成される磁気回路によるもので、ロ
ータ２８を所定位置に吸引して保持しようとする安定点
を有し、この安定点は、多くの場合、ロータ２８の磁極
数に応じて、略同数、もしくはその略倍数ぶん形成さ
れ、Ｎ，Ｓ合わせて１２の磁極数を有するロータ２８を
ステータＡ，Ｂ合わせて２４枚の極歯２３２，２３３，
２６２，２６３にて駆動する場合、「６」，「１２」，
「２４」の安定点が形成される。
【００４３】この安定点の存在は、無励磁時に指針４を
ストッパピン７に保持させる構成のステッピングモータ
式指示計器にあって、特にステッピングモータ２と計器
文字板３との関係において指針４の停止位置を定める上
で重要であり、本実施例では、安定点とストッパピン７
との関係を以下のごとく設定している。
【００４４】すなわち、図８は「１２」の安定点ａ〜ｌ
が略等間隔で形成される場合を示しており（なおここで
は支持プレート２９の図示を省略した）、複数形成され
る安定点ａ〜ｌのうち、指針４の増減指示方向において
互いに隣接する任意の第１，第２の安定点ａ，ｂを例に
説明すると、指針４の減少指示側に位置する安定点ａ上
においては、ロータ２８をこの位置に安定的に保持しよ
うとする磁力が働き、また安定点ａの近傍領域では、ロ
ータ２８を安定点ａに引き寄せようとする回転磁力ＭＰ
１，ＭＰ２が働く。一方、指針４の増加指示側に位置す
る安定点ｂ上においても同様に、ロータ２８をこの位置
に安定的に保持しようとする磁力が働き、また安定点ｂ
の近傍領域ではロータ２８を安定点ｂに引き寄せようと
する回転磁力ＭＰ３，ＭＰ４が働く。
【００４５】この場合、各安定点ａ，ｂ間においてロー
タ２８を引き寄せようとする回転磁力ＭＰ２，ＭＰ３
は、これら安定点ａと安定点ｂとの中間点（不安定点）
Ｍに近づくほど弱くなり、中間点Ｍが最も不安定とな
る。従ってストッパピン７によるロータ２８の停止位置
Ｗを、これに固着された指針４の増減指示方向において
互いに隣接する第１，第２の安定点ａ，ｂの間であっ
て、しかもこれら第１の安定点ａと第２の安定点ｂの中
間点Ｍよりも指針４の減少指示側となる安定点ａ側に設
けたもので、換言すればロータ28の停止位置Ｗを指針４
の減少指示側に位置する安定点ａへの回転磁力ＭＰ２が
作用する位置に設定したものであり、これにより停止位
置Ｐに位置する指針４は、回転磁力ＭＰ２によってスト
ッパピン７側（ストッパピン７との当接方向）に付勢力
を得ることができ、基点位置Ｐに安定的に保持すること
ができる。なお、この際、ロータ28の停止位置Ｗは、中
間点Ｍ上及び安定点ａ上は避けることが望ましく、且つ
安定点ａへの回転磁力ＭＰ２が十分に作用する位置を選
択すればよい。
【００４６】ところが、このような安定点は、ロータ２
８を付勢もしくは吸引し得る安定点として明確に形成さ
れない場合があり、前記のごとく安定点を加味して指針
の停止位置を設定しても、形成される安定点が不明確
（微弱な）場合には確実に指針を保持できないことがあ
る。
【００４７】そこで、本発明では、図９に示すように、
複数の極歯２３２，２３３，２６２，２６３のうち、所
定の極歯２３２ａの先端側略半分を切り欠いて、ロータ
２８に対する対向面積を他の極歯２３２，２３３，２６
２，２６３のロータ２８に対する対向面積とは、異なら
せたことにより安定点ａ〜ｌを明確（強力）化したもの
である。なお本実施例では所定の極歯２３２ａの先端側
略半分を切り欠いて、対向面積を異ならせているが、対
向面積を異ならせる具体的手法としては、切り欠くこと
による手段の他、極歯自体の大きさを小さく形成しても
よいし、孔等を設けてもよい。
【００４８】すなわち、無励磁状態においてロータ２８
の磁極と各極歯２３２，２３３，２６２，２６３との間
の複数の磁気回路により形成される個々のディテントト
ルクは、各極歯２３２，２３３，２６２，２６３の対向
面積が一定の従来構成では、大きなムラが生じにくくロ
ータ２８の周方向において略一定にバランスしているた
め、安定点が不明確（微弱）になりやすいが、所定の極
歯２３２ａのロータ２８に対する対向面積を他の極歯２
３２，２３３，２６２，２６３のロータ２８に対する対
向面積とは異ならせると、所定の極歯２３２ａ箇所にお
けるディテントトルクと他の箇所のディテントトルクと
で明らかな強弱の差（ムラ）が形成され、このディテン
トトルクの強弱がロータ２８の回転方向に沿って所定間
隔にて形成される安定点ａ〜ｌ（ロータ２８に対して吸
引力が大きい）と不安定点Ｍ（ロータ２８に対して吸引
力が小さい）との形成を際立たせるため、安定点ａ〜ｌ
がより明確化し、ロータ２８を付勢もしくは吸引して指
針４（ロータ４）をストッパピン７による停止位置に保
持するに足りる安定点ａ〜ｌとなる。
【００４９】以上のように本実施例では、出力軸２７を
有するロータ２８とこのロータ２８の周面に対向する複
数の極歯２３２，２３３，２６２，２６３を延設するヨ
ーク２３，２６及びこのヨーク２３，２６を磁化させる
励磁コイル２１，２４を有するステータＡ，Ｂとからな
りロータ２８を測定量に応じて回動駆動するステッピン
グモータ２と、このステッピングモータ２の出力軸２７
に連結され計器文字板３上で計測量を指示する指針４
と、この指針４を計器文字板３上の所定の位置に停止さ
せるストッパピン（ロータ停止手段）７とからなり、励
磁コイル２１，２４の無励磁時においてロータ２８とヨ
ーク２３，２６との磁気作用により指針４の指示方向に
沿って複数形成されるロータ２８の安定点ａ〜ｌのうち
互いに隣接する任意の二つの安定点ａ，ｂの間であって
これらの略中間点Ｍよりも指針４の減少指示側に位置す
る安定点ａ側にストッパピンロータ７によるロータ２８
（指針４）の停止位置Ｐを設け、且つ複数の極歯２３
２，２３３，２６２，２６３のうち所定の極歯２３２ａ
のロータに対する対向面積を他の極歯２３２，２３３，
２６２，２６３のロータ２８に対する対向面積と異なら
せたことにより、各安定点ａ〜ｌを明確（強力）に形成
させることができ、安定点ａによるストッパピン７側へ
の指針３（ロータ２８）の吸引力が高まり、不必要な指
針４の動きを確実に抑制することができる。
【００５０】また、本実施例では、出力軸２７を有する
ロータ２８と各々がロータ２８の周面に対向する複数の
極歯２３２，２３３，２６２，２６３を延設するヨーク
２３，２６及びこれらヨーク２３，２６を磁化させる励
磁コイル２１，２４を有して互いに同軸に積層される第
１，第２のステータＡ，Ｂとからなりロータ２８を測定
量に応じて回動駆動するステッピングモータ２と、ロー
タ２８を測定量に応じて回動駆動させるべく各ステータ
Ａ，Ｂの励磁コイル２１，２４に駆動信号を供給する駆
動手段８００と、出力軸２７に連結され計器文字板３上
で計測量を指示する指針４と、この指針４を計器文字板
３上の所定の位置に停止させるストッパピン（ロータ停
止手段）７とからなり、励磁コイル２１，２４の無励磁
時においてロータ２８とヨーク２３，２６との磁気作用
により指針４の指示方向に沿って複数形成されるロータ
２８の安定点ａ〜ｌのうち互いに隣接する任意の二つの
安定点ａ，ｂの間であってこれらの略中間点Ｍよりも指
針４の減少指示側に位置する安定点ａ側にストッパピン
７によるロータ２８（指針４）の停止位置を設け、且つ
複数の極歯２３２，２３３，２６２，２６３のうち所定
の極歯２３２ａのロータ２８に対する対向面積を他の極
歯２３２，２３３，２６２，２６３のロータ２８に対す
る対向面積と異ならせることにより、第１のステータＡ
の極歯２３２（２３２ａ ），２３３と第２のステータ
Ｂの極歯２６２，２６３とでロータ８に対する対向面積
が相対的に異なっており、ロータ２８に対する極歯２３
２（２３２ａ ），２３３の対向面積が小さいステータ
Ａの励磁コイル２１に供給する駆動信号の実効値を、ロ
ータ２８に対する極歯２６２，２６３の対向面積が大き
いステータＢの励磁コイル２４に供給する駆動信号の実
効値よりも高くしたことにより、各安定点ａ〜ｌが明確
（強力）となって、安定点ａによるストッパピン７側へ
の指針３（ロータ２８）の吸引力が高まり、不必要な指
針４の動きが確実に抑制されると共に、通常駆動時（励
磁時）のステータ毎の励磁バランスを保つことができ、
通常運転時のロータ２８の回動特性に対する影響を抑制
することができる。
【００５１】すなわち、複数の極歯２３２，２３３，２
６２，２６３のうち所定の極歯２３２ａのロータ２８に
対する対向面積を他の極歯２３２，２３３，２６２，２
６３のロータ２８に対する対向面積と異ならせることに
より、安定点ａによるロータ停止手段７側への指針３
（ロータ２８）の吸引力が高まり、不必要な指針４の動
きが確実に抑制されるのは前述の通りであるが、このよ
うに所定の極歯２３２ａのロータ２８に対する対向面積
を他の極歯２３２，２３３，２６２，２６３のロータ２
８に対する対向面積と異ならせることにより、第１のス
テータＡの極歯２３２（２３２ａ ），２３３と第２の
ステータＢの極歯２６２，２６３とでロータ８に対する
対向面積が相対的に異なる場合、通常運転時（励磁時）
における励磁トルクがステータＡ，Ｂ単位で異なって、
ロータ２８の回動特性に影響が及ぶことがある。従っ
て、ロータ２８に対する極歯２３２（２３２ａ ），２
３３の対向面積が小さいステータＡの励磁コイル２１に
供給する駆動信号の実効値を、ロータ２８に対する極歯
２６２，２６３の対向面積が大きいステータＢの励磁コ
イル２４に供給する駆動信号の実効値よりも高くしたこ
とにより、ステータＡの励磁トルクを相対的に強めると
共に、ステータＢの励磁トルクを相対的に弱めて各ステ
ータＡ，Ｂ毎の励磁トルクのバランス調整を行い、これ
により、極歯２３２，２３３，２６２，２６３のロータ
に２８に対する対向面積が各ステータＡ，Ｂ毎に異なる
場合におけるロータ２８の回動特性への影響、例えば指
針４の指度誤差が大きくなる、あるいは指示動作のスム
ーズ性を阻害するといった影響を抑えることができる。
【００５２】また本実施例では、所定の極歯２３２ａの
対向面積を小さく形成したが、所定の極歯２３２ａの対
向面積を大きく形成してもよい。
【００５３】また本実施例では、対向面積を異ならせる
所定の極歯を一つの極歯２３２ａのみとしているが、対
向面積を異ならせる所定の極歯は複数の極歯でもよい。
【００５４】また本実施例のごとく、対向面積を異なら
せる所定の極歯を一つの極歯２３２ａのみとしたことに
よる利点は、通常運転時（励磁時）のロータ２８の回動
特性への影響、例えば指針４の指度誤差が大きくなる、
あるいは指示動作のスムーズ性を阻害するといった影響
を軽減することができる点である。
【００５５】すなわち、極歯２３２，２３３，２６２，
２６３のロータ２８に対する対向面積を異ならせると、
通常運転時（励磁時）におけるロータ２８（指針４）の
回動特性も影響を受けることになるが、対向面積を異な
らせる所定の極歯２３２ａを、極歯２３２，２３３，２
６２，２６３の中の一つの極歯２３２ａのみとすること
により、励磁運転時におけるロータ２８の回動特性に対
する影響を最小限に留めることが可能となる。
【００５６】また本実施例では、図１０（ａ）に示すよ
うに、駆動手段８００が電気角０度に対応する駆動信号
（図６参照）を出力したときの指針４の指示位置ｅ０
と、無励磁時における安定点ａの位置とを一致させてい
る。
【００５７】これは、駆動手段８００が例えばイグニッ
ションスイッチ８４のオン時に電気角０度に対応した駆
動信号を出力するように構成されていることに対応した
ものである。
【００５８】ロータ２８（指針４）は、イグニッション
スイッチ８４のオフ時には、ストッパピン７によりその
回動が停止され、安定点ａを通じて所定の停止位置Ｐに
留まっている。そしてイグニッションスイッチ８４がオ
ンされると、駆動手段８００から電気角０度に対応する
駆動信号が入力され、ロータ２８（指針４）には電気角
０度に対応する所定の指示位置ｅ０に向かって回動する
回転力が作用するが、ストッパピン７の存在により指針
４の動きは停止される。このときロータ２８（指針４）
には、これをストッパピン７による指針４の停止位置か
ら指示位置ｅ０まで回動させるたけの回転力が働く。
【００５９】ところが図１０（ｂ）に示すように、安定
点ａと、電気角０度に対応する駆動信号を出力したとき
の指針４の指示位置ｅ０とが離れていると、そのぶん過
大なトルク（回転力）がストッパピン７に加わることと
なり、指針４やストッパピン７自体の材質にも起因して
指針４の跳ね上がり現象が生じやすい。そこで、図１０
（ａ）に示すように、安定点ａと、電気角０度に対応す
る駆動信号を出力したときの指針４の指示位置ｅ０とを
一致させると、安定点ａと指示位置ｅ０とが近いぶん、
ストッパピン７に加わるトルク（回動力）は小さくな
り、指針４の跳ね上がりが予防される。なお本実施例で
は、安定点ａと、電気角０度に対応する駆動信号を出力
したときの指針４の指示位置ｅ０とを一致させている
が、安定点ａと指示位置ｅ０との関係は必ずしも一致さ
せなくとも、指針４の跳ね上がりが生じない程度に近接
させればよい。
【００６０】このように、ステッピングモータ２を、電
気角で略９０度位相の異なる出力波形を有する駆動信号
を供給する駆動手段８００を通じて駆動する場合、駆動
手段８００から電気角０度に対応する駆動信号が入力さ
れたときの指針４の指示位置ｅ０と、無励磁時における
安定点ａの位置とを一致もしくは近接させることによ
り、駆動手段８００が電気角０度に対応した駆動信号を
出力したとき（イグニッションスイッチ８４のオン時）
に指針４がそのストッパピン７による停止位置Ｐから動
くことを防止することができる。
【００６１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、出力軸
を有する永久磁石からなるロータと各々が前記ロータの
周面に対向する複数の極歯を延設するヨーク及びこれら
ヨークを磁化させる励磁コイルを有し互いに同軸に積層
される第１，第２のステータとからなり前記ロータを測
定量に応じて回動駆動するステッピングモータと、前記
ロータを前記測定量に応じて回動駆動させるべく前記各
ステータの励磁コイルに駆動信号を供給する駆動手段
と、前記出力軸に連結され計器文字板上で前記計測量を
指示する指針と、この指針を前記計器文字板上の所定の
位置に停止させるロータ停止手段とからなり、前記各励
磁コイルの無励磁時において前記ロータと前記ヨークと
の磁気作用により前記指針の指示方向に沿って複数形成
される前記ロータの安定点のうち互いに隣接する任意の
二つの安定点の間であってこれらの略中間点よりも前記
指針の減少指示側に位置する安定点側に前記ロータ停止
手段による前記指針の停止位置を設け、且つ前記複数の
極歯のうち所定の極歯の前記ロータに対する対向面積を
他の極歯の前記ロータに対する対向面積と異ならせるこ
とにより前記極歯の前記ロータに対する対向面積が前記
第１，第２のステータ単位で相対的に異なっており、前
記対向面積が小さい前記ステータの前記励磁コイルに供
給する前記駆動信号の実効値を、前記対向面積が大きい
前記ステータの前記励磁コイルに供給する前記駆動信号
の実効値よりも高くしたことにより、無励磁時において
形成される安定点を明確にし、指針の不必要な動きを抑
制し得ると共に、通常駆動時（励磁時）のステータ毎の
励磁バランスを保って、ロータの回動特性を阻害しない
ステッピングモータ式指示計器を提供することができ
る。
【００６２】
【００６３】また本発明は、前記所定の極歯が一つの極
歯からなることにより、通常運転時（励磁時）のロータ
の回動特性への影響を軽減することができる。
【００６４】また本発明は、出力軸を有する永久磁石か
らなるロータと各々が前記ロータの周面に対向する複数
の極歯を延設するヨーク及びこれらヨークを磁化させる
励磁コイルを有し互いに同軸に積層される第１，第２の
ステータとからなり前記ロータを測定量に応じて回動駆
動するステッピングモータと、前記ロータを前記測定量
に応じて回動駆動させるべく前記各ステータの励磁コイ
ルに位相の異なる出力波形を有する駆動信号を供給する
駆動手段と、前記出力軸に連結され計器文字板上で前記
計測量を指示する指針と、この指針を前記計器文字板上
の所定の位置に停止させるロータ停止手段とを備え、前
記各励磁コイルの無励磁時において前記ロータと前記ヨ
ークとの磁気作用により前記指針の指示方向に沿って複
数形成される前記ロータの安定点のうち互いに隣接する
任意の二つの安定点の間であってこれらの略中間点より
も前記指針の減少指示側に位置する安定点側に前記ロー
タ停止手段による前記指針の停止位置を設け、且つ前記
複数の極歯のうち所定の極歯の前記ロータに対する対向
面積を他の前記極歯の対向面積と異ならせると共に、前
記駆動手段が電気角０度に対応する前記駆動信号を出力
したときの前記指針の指示位置と、前記無励磁時におけ
る前記安定点の位置とが一致していることにより、無励
磁時において形成される安定点を明確にし、指針の不必
要な動きを抑制し得ると共に、電源オン時に指針がその
停止位置から動くことを防止できるステッピングモータ
式指示計器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるステッピングモータ
式指示計器の分解斜視図。
【図２】図１に示したステッピングモータの分解斜視
図。
【図３】図２の組み付け状態を示す断面図。
【図４】図１の組み付け状態を示す断面図。
【図５】駆動システム構成を示すブロック図。
【図６】駆動手段の出力波形を示す波形図
【図７】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本実施例の作用を説
明する正面図。
【図８】ロータ停止手段による指針（ロータ）の停止位
置と安定点との関係を説明する一部を切り欠いた正面図
である。
【図９】極歯の展開図である。
【図１０】（ａ）は安定点と電気角０度に対応する駆動
信号が入力されたときの指針の指示位置との関係を示す
要部正面図、（ｂ）は（ａ）の比較例を示す要部正面図
である。
【符号の説明】
２ ステッピングモータ ３ 計器文字板 ４ 指針 ７ ストッパピン（ロータ停止手段） ２１ 第１の励磁コイル ２３ 第１の環状ヨーク（ヨーク） ２４ 第２の励磁コイル ２５ 第２の環状ヨーク（ヨーク） ２７ 出力軸 ２８ ロータ ２３２，２３２ａ，２３３，２６２，２６３ 極歯 Ａ，Ｂ ステータ Ｍ 中間点 Ｗ 位置 ａ，ｂ （第１，第２の）安定点 ｃ〜ｌ 安定点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩橋 優 新潟県長岡市東蔵王２丁目２番34号 日 本精機株式会社内 (72)発明者 鶴巻 桂司 新潟県長岡市東蔵王２丁目２番34号 日 本精機株式会社内 (72)発明者 地主 浩一 新潟県長岡市東蔵王２丁目２番34号 日 本精機株式会社内 審査官 安池 一貴 (56)参考文献 特開 平９−184740（ＪＰ，Ａ) 特許2640073（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 37/14 H02K 37/24 G01D 11/00 - 11/30 G01R 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 出力軸を有する永久磁石からなるロータ
    と各々が前記ロータの周面に対向する複数の極歯を延設
    するヨーク及びこれらヨークを磁化させる励磁コイルを
    有し互いに同軸に積層される第１，第２のステータとか
    らなり前記ロータを測定量に応じて回動駆動するステッ
    ピングモータと、前記ロータを前記測定量に応じて回動
    駆動させるべく前記各ステータの励磁コイルに駆動信号
    を供給する駆動手段と、前記出力軸に連結され計器文字
    板上で前記計測量を指示する指針と、この指針を前記計
    器文字板上の所定の位置に停止させるロータ停止手段と
    からなり、前記各励磁コイルの無励磁時において前記ロ
    ータと前記ヨークとの磁気作用により前記指針の指示方
    向に沿って複数形成される前記ロータの安定点のうち互
    いに隣接する任意の二つの安定点の間であってこれらの
    略中間点よりも前記指針の減少指示側に位置する安定点
    側に前記ロータ停止手段による前記指針の停止位置を設
    け、且つ前記複数の極歯のうち所定の極歯の前記ロータ
    に対する対向面積を他の極歯の前記ロータに対する対向
    面積と異ならせることにより前記極歯の前記ロータに対
    する対向面積が前記第１，第２のステータ単位で相対的
    に異なっており、前記対向面積が小さい前記ステータの
    前記励磁コイルに供給する前記駆動信号の実効値を、前
    記対向面積が大きい前記ステータの前記励磁コイルに供
    給する前記駆動信号の実効値よりも高くしたことを特徴
    とするステッピングモータ式計器。
  2. 【請求項２】 前記所定の極歯が一つの極歯からなるこ
    とを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ式指
    示計器。
  3. 【請求項３】 出力軸を有する永久磁石からなるロータ
    と各々が前記ロータの周面に対向する複数の極歯を延設
    するヨーク及びこれらヨークを磁化させる励磁コイルを
    有し互いに同軸に積層される第１，第２のステータとか
    らなり前記ロータを測定量に応じて回動駆動するステッ
    ピングモータと、前記ロータを前記測定量に応じて回動
    駆動させるべく前記各ステータの励磁コイルに位相の異
    なる出力波形を有する駆動信号を供給する駆動手段と、
    前記出力軸に連結され計器文字板上で前記計測量を指示
    する指針と、この指針を前記計器文字板上の所定の位置
    に停止させるロータ停止手段とを備え、前記各励磁コイ
    ルの無励磁時において前記ロ ータと前記ヨークとの磁気
    作用により前記指針の指示方向に沿って複数形成される
    前記ロータの安定点のうち互いに隣接する任意の二つの
    安定点の間であってこれらの略中間点よりも前記指針の
    減少指示側に位置する安定点側に前記ロータ停止手段に
    よる前記指針の停止位置を設け、且つ前記複数の極歯の
    うち所定の極歯の前記ロータに対する対向面積を他の前
    記極歯の対向面積と異ならせると共に、前記駆動手段が
    電気角０度に対応する前記駆動信号を出力したときの前
    記指針の指示位置と、前記無励磁時における前記安定点
    の位置とが一致もしくは近接していることを特徴とする
    ステッピングモータ式指示計器。
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