JP3754598B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータに関し、特に、ロータの構造を改善したステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ステッピングモータは、各種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利用されている。例えば、車両には車両速度及びエンジン回転数等の計測値を表示する車両用計器装置が搭載されており、この車両用計器装置においては、文字板の前面に配置される指針を駆動する内機としてステッピングモータが用いられている。
【０００３】
ここで、車両用計器装置に用いられる従来のステッピングモータの一例を、図７を参照して説明する。
【０００４】
図７は、従来のステッピングモータの構造例を示す断面図である。図７において、ステッピングモータ５０は、車両用計器装置の配線板４０に取り付けられる取付面５２ｃを有するケース部材を有している。このケース部材は、合成樹脂製の上部ケース５１と下部ケース５２から構成されており、下部ケース５２の底面が取付面５２ｃに相当している。また、ケース部材内には、ギア５８を介して指針軸（出力軸）５７を駆動するための動力源となるロータ５６と、ステータ５４に固定されてロータ５６を励磁するコイル５５が収容されている。
【０００５】
このコイル５５は、下部ケース５２の取付面５２ｃの裏側に位置する第１の内面５２ｄに、この第１の内面５２ｄに対向する上部ケース５１の第２の内面５１ｄとの間に空間を有して配置されている。そして、下部ケース５２の取付面５２ｃから突出した端子５５ｃ、５５ｄの一端を、配線板４０に設けられた貫通孔４１から貫通させ、配線板４０の銅箔部（図示しない）にハンダ付けすることで、ステッピングモータ５０を車両用計器装置の配線板４０に取り付けている。
【０００６】
ロータ５６は、ステッピングモータ５０の駆動源となるものであり、図８に示すように、プラスチック部５９及び環状マグネット６０によって形成される。
【０００７】
プラスチック部５９は、その上部のロータギア５９ａと、その中間の円盤部５９ｂと、その下部の中間円筒部５９ｃ及び下部円筒部５９ｄと、中間円筒部５９ｃ及び下部円筒部５９ｄの内側のボス部５９ｅと、ロータギア５９ａ及びボス部５９ｅに形成され、ロータ用軸部材５３ａが貫通する貫通孔５９ｆとを有している。中間円筒部５９ｃは、肉薄に形成されているが、下部円筒部５９ｄは、肉厚に形成されている。
【０００８】
環状マグネット６０は焼結部品であり、中間円筒部５９ｃ及び下部円筒部５９ｄの外側に嵌合されている。下部円筒部５９ｄは、肉厚に形成されているため、嵌合された環状マグネット６０の抜け防止に役立つ。
【０００９】
このロータ５６は、射出成形によりプラスチック部５９と環状マグネット６０の嵌合成形で製造される。図９に示すように、上側型板６１及び下側６２からなる金型に、ロータ５６のプラスチック部５９に相当するキャビティ部を形成すると共に、環状マグネット６０を所定位置に配置する。上側型板６１には、溶融樹脂を充填するためのゲート６１ａが形成されている。下側型板６２には、プラスチック部５９の貫通孔５９ｆに対応する円柱部６２ａと、プラスチック部５９の中間円筒部５９ｃおよび下部円筒部５９ｄとボス５９ｅの間の凹部に対応する円筒部６２ｂが形成されている。
【００１０】
射出成形機のノズル（図示しない）から導かれる溶融樹脂材料Ｐをゲート６１ａからキャビティ部に充填し、冷却工程後に金型を開き、製品、すなわちロータ５６を取り出す。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構造を有するロータ５６では、製造時、ゲート６１ａから流れ込んだ樹脂材料Ｐは、マグネット６０の内径部、すなわち中間円筒部５９ｃを通って、抜け防止部となる下部円筒部５９ｄまで充填、保圧される。このとき、下部円筒部５９ｄまで樹脂材料Ｐが十分に回るようにするため、中間円筒部５９ｃはある程度の幅が必要である。
【００１２】
ところが、樹脂材料Ｐの射出圧力はかなり高く、充填されたとき、中間円筒部５９ｃには外方向に広がろうとするという力が強く加わり、過熱膨張した樹脂材料Ｐが冷却により収縮したとき、焼結部品である環状マグネット６０にひび割れが入る可能性があった。
【００１３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、ロータの構造を改善し、製造歩留まりの良いステッピングモータを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明によりなされた請求項１記載のステッピングモータは、
出力軸を駆動するための動力源となるロータと、ステータと、上記ステータに取り付けられるコイルと、上記ロータ、上記ステータ及び上記コイルを収容するケース部材とを備えたステッピングモータにおいて、
上記ロータは、プラスチック部と、該プラスチック部に嵌合される環状マグネットとからなり、
上記プラスチック部は、その上部のロータギアと、その中間の円盤部と、その下部にあって上記環状マグネットが嵌合される、中間円筒部と、該中間円筒部の下部にあって、上記環状マグネットの抜け止めを行うために肉厚に形成された下部円筒部とを有し、
上記中間円筒部は、その外径の一部が外方向に肉厚となって、外径が上記環状マグネットの極数に合った数の肉薄部と肉厚部となるように形成され、
上記環状マグネットは、その内径が上記中間円筒部および上記下部円筒部の外径に合った形状にされている
ことを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、ステッピングモータは、出力軸を駆動するための動力源となるロータと、ステータと、ステータに取り付けられるコイルと、ロータ、ステータ及びコイルを収容するケース部材とを備えている。また、ロータは、プラスチック部と、プラスチック部に嵌合される環状マグネットとからなる。プラスチック部は、その上部のロータギアと、その中間の円盤部と、その下部にあって環状マグネットが嵌合される、中間円筒部と、該中間円筒部の下部にあって、環状マグネットの抜け止めを行うために肉厚に形成された下部円筒部とを有する。中間円筒部は、その外径の一部が外方向に肉厚となって、外径が環状マグネットの極数に合った数の肉薄部と肉厚部となるように形成されている。環状マグネットは、その内径が中間円筒部および下部円筒部の外径に合った形状にされている。
【００１６】
それにより、ロータの製造時の歩留まりが良くなり、ステッピングモータの製造を効率良く行うことができる。
【００１７】
上述の課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、
出力軸を駆動するための動力源となるロータと、ステータと、上記ステータに取り付けられるコイルと、上記ロータ、上記ステータ及び上記コイルを収容するケース部材とを備えたステッピングモータにおいて、
上記ロータは、プラスチック部と、該プラスチック部に嵌合される環状マグネットとからなり、
上記プラスチック部は、その上部のロータギアと、その中間の円盤部と、その下部にあって上記環状マグネットが嵌合される、中間円筒部と、該中間円筒部の下部にあって、上記環状マグネットの抜け止めを行うために肉厚に形成された下部円筒部とを有し、
上記中間円筒部は、その内径の一部が内方向に肉厚となるように形成されている
ことを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の本発明によれば、ステッピングモータは、出力軸を駆動するための動力源となるロータと、ステータと、ステータに取り付けられるコイルと、ロータ、ステータ及びコイルを収容するケース部材とを備えている。また、ロータは、プラスチック部と、プラスチック部に嵌合される環状マグネットとからなる。プラスチック部は、その上部のロータギアと、その中間の円盤部と、その下部にあって環状マグネットが嵌合される、中間円筒部と、該中間円筒部の下部にあって、環状マグネットの抜け止めを行うために肉厚に形成された下部円筒部とを有する。中間円筒部は、その内径の一部が内方向に肉厚となるように形成されている。
【００１９】
それにより、ロータの製造時の歩留まりが良くなり、ステッピングモータの製造を効率良く行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るステッピングモータを車両用計器装置に適用した場合の一実施の形態を、図１〜図５の図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付して説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るステッピングモータの外観を示す斜視図であり、図２は、図１のステッピングモータの分解斜視図であり、図３は、図１におけるＡ−Ａ線を通る矢印方向の拡大断面図であり、図４は、図１のステッピングモータにおけるロータを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は平面図におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｅ）は正面図におけるＢ−Ｂ線断面図であり、図５は図４のロータの製造方法を説明する略断面図である。
【００２２】
図１〜図３に示すように、ステッピングモータ５０は、合成樹脂などで形成された上部ケース５１と下部ケース５２とを有して構成している。上部ケース５１と下部ケース５２は、上部ケース５１の一対の嵌合孔５１ａに、それぞれに対応する下部ケース５２の嵌合突起５２ａを嵌合して位置決めするとともに、上部ケース５１の一対の係合孔５１ｂを、下部ケース５２の外壁に設けている係合突起５２ｂに係合して固定している。
【００２３】
上部ケース５１の上面には、後述する指針軸（出力軸）５７が貫通する貫通孔を有する凸部５１ｃが設けられている。また、上部ケース５１の側壁には、アーム状のフック５１ｅが設けられており、フック５１ｅの端部には配線板４０を貫通してその表面と係合する係合部を有している。また、下部ケース５２を構成する底板の外面が、車両用計器装置の配線板４０に固定される取付面５２ｃになっており、この取付面５２ｃの裏側に位置する下部ケース５２の内面が第１の内面５２ｄとなっている。
【００２４】
下部ケース５２はさらに、後述する指針軸５７を回転自在に嵌合する軸受部５２ｅと、ロータ用軸部材５３ａの一端が固定されるロータ用軸受部５２ｆと、ギア用軸部材５３ｂの一端が固定される軸受部５２ｇとを有している。なお、ロータ用軸部材５３ａ及びギア用軸部材５３ｂの下部ケース５２に固定される部分をローレット加工することで、ロータ用軸部材５３ａ及びギア用軸部材５３ｂが回転することを防止している。
【００２５】
ステータ５４は、例えばケイ素鋼板などからなる複数枚（例えば、３枚）の金属板を積層して、下部ケース５２の形状に応じたフレーム状に形成されている。また、ステータ５４は、２つのコイル５５を取り付けるために、フレーム内側に直交する位置関係に形成された２つの伸長部５４ａ，５４ｂを備えている。さらに、ステータ５４には、位置決め部材５３ｂに対応する位置にギア用軸部材５３ｂを挿入するための穴５４ｃが設けられている。
【００２６】
コイル５５は、合成樹脂等で形成され、コイルボビン５５ａと、コイルボビン５５に巻回された銅線等からなるコイル線５５ｂと、コイルボビン５５ａに圧入され、それぞれコイル線５５ｂの両端すなわち巻き始めと巻き終わりに半田付け等の手段により電気的に接続された端子５５ｃ、５５ｄとから構成されている。端子５５ｃ、５５ｄの一端は、下部ケース５２に設けられた端子用貫通孔５２ｈを貫通して下部ケース５２の取付面５２ｄから突出している。
【００２７】
ロータ５６は、ステッピングモータ５０の駆動源となるものであり、図４に示すように、プラスチック部５９及び環状マグネット６０によって形成される。
【００２８】
プラスチック部５９は、その上部のロータギア５９ａと、その中間の円盤部５９ｂと、その下部の中間円筒部５９ｃ及び下部円筒部５９ｄと、中間円筒部５９ｃ及び下部円筒部５９ｄの内側のボス部５９ｅと、ロータギア５９ａ及びボス部５９ｅに形成され、ロータ用軸部材５３ａが貫通する貫通孔５９ｆとを有している。下部円筒部５９ｄは、肉厚に形成されている。
【００２９】
環状マグネット６０は、例えば、１０極のＮ及びＳ極を持つように形成された焼結部品であり、中間円筒部５９ｃ及び下部円筒部５９ｄの外側に嵌合されている。下部円筒部５９ｄは、肉厚に形成されているため、嵌合された環状マグネット６０の抜け防止に役立つ。
【００３０】
また、プラスチック部５９は、図４（ｅ）に示すように、中間円筒部５９ｃの形状が、図８に示す従来のプラスチック部５９と異なっている。すなわち、中間円筒部５９ｃは、その外径の一部が外方向に肉厚となるように（すなわち、花びら形になるように）形成されている。すなわち、中間円筒部５９ｃの外径は、肉薄部５９ｃ１と肉厚部５９ｃ２となるように形成され、ここでは、環状マグネット６０の極数に合わせて１０個の肉厚部５９ｃ２を備えている。
【００３１】
環状マグネット６０は、図４（ｅ）に示すように、その内径が、図８に示す従来のプラスチック部５９と異なり、上述の中間円筒部５９ｃの外径に合った形状にされている。すなわち、環状マグネット６０の内径６０ａは、中間円筒部５９ｃの外径に合わせて、それぞれ極数に合った１０個の肉厚部６０ａ１と肉薄部６０ａ２とを備えている。この場合、環状マグネット６０の内径の寸法を変化させる部分の数は、磁極のバランスにできるだけ影響を与えないようにするため磁極数に合わせるのが好適である。
【００３２】
このロータ５６は、射出成形によりプラスチック部５９と環状マグネット６０の嵌合成形で製造される。図５に示すように、上側型板６１及び下側６２からなる金型に、ロータ５６のプラスチック部５９に相当するキャビティ部を形成すると共に、環状マグネット６０を所定位置に配置する。上側型板６１には、溶融樹脂を充填するためのゲート６１ａが形成されている。下側型板６２には、プラスチック部５９の貫通孔５９ｆに対応する円柱部６２ａと、プラスチック部５９の中間円筒部５９ｃおよび下部円筒部５９ｄとボス５９ｅの間の凹部に対応する円筒部６２ｂが形成されている。
【００３３】
射出成形機のノズル（図示しない）から導かれる溶融樹脂材料Ｐをゲート６１ａからキャビティ部に充填し、冷却工程後に金型を開き、製品、すなわちロータ５６を取り出す。
【００３４】
上述の構造を有するロータ５６では、製造時、ゲート６１ａから流れ込んだ樹脂材料Ｐは、マグネット６０の内径部、すなわち中間円筒部５９ｃを通って、抜け防止部となる下部円筒部５９ｄまで充填、保圧される。このとき、中間円筒部５９ｃは、その外径の一部が外方向に肉厚になるように（すなわち、花びら形になるように）形成されているため、下部円筒部５９ｄへの樹脂材料Ｐの充填は、主に中間円筒部５９ｃの肉厚部分を介して行われ、肉薄部分では外に広がろうとする力が小さくなり、樹脂材料の熱膨張、収縮に起因する環状マグネット６０のひび割れが発生しなくなる。したがって、ロータ５６の製造時の歩留まりが良くなり、ステッピングモータ５０の製造を効率良く行うことができる。
【００３５】
指針軸５７は、金属部材によって形成されており、その先端に指針（図示しない）が取り付けられると共に、その中ほどに例えばプラスチックで形成された指針ギア５７ａが圧入によって固着されている。そして、指針軸５７の一端は、上部ケース５１の凸部５１ｃから突出し、他端を下部ケース５２の軸受部５２ｅに嵌合している。
【００３６】
ギア５８は、ロータ５６の回転を指針軸５７に伝達するものであり、例えば合成樹脂で作られ、ロータ５６のロータギア５６ａと噛み合う大ギアと、指針ギア５７ａと噛み合い、かつ大ギアより径の小さい小ギアを一体的に形成している。
【００３７】
次に、ステッピングモータ５０の組み立てについて説明する。
【００３８】
まず、ステータ５４の伸長部５４ａ、５４ｂに、それぞれ、コイル５５を装着する。次に、下部ケース５２のロータ用軸受部５２ｆ及び軸受部５２ｇに、それぞれ、ロータ用軸部材５３ａの一端及び位置決め部材５３ｂの一端を装着する。そして、この状態で、位置決め部材５３ｂにステータ５４の穴５４ａを貫通させかつステータ５４の外形の一部を周壁５２ｉの一部を切り欠いて形成された切り欠き部５２ｉ１に嵌合することにより、ステータ５４を位置決めしながら、コイル５５の端子５５ｃ、５５ｄを下部ケース５２の端子用貫通孔５２ｈから貫通させることにより、ステータ５４を下部ケース５２の周壁５２ｉ内に装着する。
【００３９】
次に、ロータ５６を、ロータ用軸部材５３ａに回転自在に嵌合するとともに、指針ギア５７ａが固着された指針軸５７を、回転自在に下部ケース５２の軸受部５２ｅに嵌合する。そして、ギア５８の大ギアがロータ５６のロータギア５６ａと噛み合い、かつ小ギアが指針ギア５７ａと噛み合うように、ギア５８をギア用軸部材５３ｂに回転自在に取り付ける。
【００４０】
次に、指針軸５７の先端を上部ケース５１の凸部５１ｃから突出させ、ロータ用軸部材５３ａの他端及びギア用軸部材５３ｂの他端を、上部ケース５１の第２の内面に設けた軸支部（図示しない）に嵌合する。それと同時に、下部ケース５２の嵌合突起５２ａを上部ケース５１の嵌合孔５１ａに嵌合して位置決めし、上部ケース５１の係合孔５１ｂを下部ケース５２の係合突起５２ｂに係合させることにより、上部ケース５１と下部ケース５２とを合わせ固定する。
【００４１】
次に、ステッピングモータの配線板（固定部材）４０への取り付けについて説明する。
【００４２】
上述のように組み立てられたステッピングモータ５０の配線板４０への取り付けは、上部ケース５１の側壁に設けたフック５１ｅを配線板４０の取付孔（図示しない）に、かつ、下部ケース５１の取付面５２ｃから突出した端子５５ｃ、５５ｄのそれぞれの一端を配線板４０に設けられた貫通孔４１に貫通させて、配線板４０の表面とステッピングモータ５０の取付面５２ｃを接触させて固定する。そして、配線板４０の裏面から突出した端子５５ｃ、５５ｄを半田付けすることで、電気的に接続されることとなる。
【００４３】
配線板４０に取り付けられたステッピングモータ５０は、配線板４０に設けられた配線パターンを通じて端子５５ｃ、５５ｄへの電気信号の供給が可能となり、計測量に応じた電気信号をコイル５５に供給させることで、計測量に応じたロータ５６の回転がギア５８を介して指針軸５７に伝達され、この指針軸５７の先端に取り付けた指針を計測量に応じて駆動させることとなる。
【００４４】
以上のように、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、これに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００４５】
たとえば、上述の実施の形態では、中間円筒部５９ｃは、その外径の一部が外方向に肉厚となるように（すなわち、花びら形になるように）形成され、環状マグネット６０は、その内径が中間円筒部５９ｃの外径に合った形状にされているが、これに代えて、図６に示すように、中間円筒部５９ｃの内径の一部が内方向に肉厚となるように形成しても良い。なお、この場合には、環状マグネット６０の形状は従来通りで良いため、磁極のバランスを考慮する必要はなく、中間円筒部５９ｃの内径を変化させる部分の数は任意とすることができる。
【００４６】
このように形成した場合でも、ロータ５６の製造時、下部円筒部５９ｄへの樹脂材料Ｐの充填は、主に中間円筒部５９ｃの肉厚部分を介して行われ、肉薄部分では外に広がろうとする力が小さくなり、樹脂材料の熱膨張、収縮に起因する環状マグネット６０のひび割れが発生しなくなる。したがって、ロータ５６の製造時の歩留まりが良くなり、ステッピングモータ５０の製造を効率良く行うことができる。
【００４７】
また、上述の実施の形態では、ステッピングモータ５０を配線板４０に取り付ける場合を説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ステッピングモータ５０を取り付ける対象が車両用計器装置の文字板、導光板、ケース等でも良い。
【００４８】
さらに、上述した本実施の形態では、ステッピングモータ５０の取付面５２ｃを下部ケース５２に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、指針軸５７が突出した上部ケース５１に設けるようにすることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２に記載した本発明のステッピングモータによれば、ロータの製造時の歩留まりが良くなり、ステッピングモータの製造を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステッピングモータの外観を示す斜視図である。
【図２】図１のステッピングモータの分解斜視図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線を通る矢印方向の拡大断面図である。
【図４】図１のステッピングモータにおけるロータの構造例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は平面図におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｅ）は正面図におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図４のロータの製造方法を説明する略断面図である。
【図６】図１のステッピングモータにおけるロータの他の構造例を示す中間円筒部の断面図である。
【図７】従来のステッピングモータの構造例を示す断面図である。
【図８】図７のステッピングモータにおけるロータの構造例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は平面図におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｅ）は正面図におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】図４のロータの製造方法を説明する略断面図である。
【符号の説明】
５０ ステッピングモータ
５１ 上部ケース（ケース部材）
５２ 下部ケース（ケース部材）
５４ ステータ
５５ コイル
５６ ロータ
５７ 指針軸（出力軸）
５８ ギア
５９ プラスチック部
５９ａ ロータギア
５９ｂ 円盤部
５９ｃ 中間円筒部
５９ｄ 下部円筒部
６０ 環状マグネット

Claims (2)

1. 出力軸を駆動するための動力源となるロータと、ステータと、上記ステータに取り付けられるコイルと、上記ロータ、上記ステータ及び上記コイルを収容するケース部材とを備えたステッピングモータにおいて、
   上記ロータは、プラスチック部と、該プラスチック部に嵌合される環状マグネットとからなり、
   上記プラスチック部は、その上部のロータギアと、その中間の円盤部と、その下部にあって上記環状マグネットが嵌合される、中間円筒部と、該中間円筒部の下部にあって、上記環状マグネットの抜け止めを行うために肉厚に形成された下部円筒部とを有し、
   上記中間円筒部は、その外径の一部が外方向に肉厚となって、外径が上記環状マグネットの極数に合った数の肉薄部と肉厚部となるように形成され、
   上記環状マグネットは、その内径が上記中間円筒部および上記下部円筒部の外径に合った形状にされている
   ことを特徴とするステッピングモータ。
2. 出力軸を駆動するための動力源となるロータと、ステータと、上記ステータに取り付けられるコイルと、上記ロータ、上記ステータ及び上記コイルを収容するケース部材とを備えたステッピングモータにおいて、
   上記ロータは、プラスチック部と、該プラスチック部に嵌合される環状マグネットとからなり、
   上記プラスチック部は、その上部のロータギアと、その中間の円盤部と、その下部にあって上記環状マグネットが嵌合される、中間円筒部と、該中間円筒部の下部にあって、上記環状マグネットの抜け止めを行うために肉厚に形成された下部円筒部とを有し、
   上記中間円筒部は、その内径の一部が内方向に肉厚となるように形成されている
   ことを特徴とするステッピングモータ。

Images