JP4006359B2 - ステッピングモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形状のステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は回転軸を中心とする直径を小さくし、かつ出力を高めたステッピングモータを提案（特許文献１：従来例１）している。以下、図９及び図１０を用いてこの特許文献１について簡単に説明する。
【０００３】
図９はモータの分解斜視図、図１０に該モータの側面の断面図であり、これらの図において、２０１は円周方向に４分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石からなるロータ、２０２はロータ２０１の軸方向に隣り合って配置された第１のコイル、２０３はロータ２０１の軸方向に隣り合って配置された第２のコイル、２０４は第１のコイル２０２により励磁され軟磁性材料からなる第１のステータ、２０５は第２のコイル２０３により励磁され軟磁性材料からなる第２のステータである。第１のステータ２０４はロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂとロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄを備え、第２のステータ２０５はロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂとロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄを備えている。２０６は出力軸であり、これにロータ２０１が固着され、第１のステータ２０４の軸受け部２０４Ｅと第２のステータ２０５の軸受け部２０５Ｅに回転可能に保持されている。２０７は非磁性材料からなる連結リングであり、第１のステータ２０４と第２のステータ２０５とを所定の間隔で保持するものである。
【０００４】
第１のコイル２０２、第２のコイル２０３への通電方向を切り換えて、第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂ、第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄ、第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂ、第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄの各極性を切り換えることでロータを回転させていくものである。
【０００５】
このモータは、コイルに通電することにより発生した磁束が外側磁極部から対向する内側磁極部へ、あるいは、内側磁極部から対向する外側磁極部へと流れ、外側磁極部と内側磁極部の間に位置するマグネットに効率的に作用する。また、外側磁極部と内側磁極部との距離を円筒形状のマグネットの厚さ程度とすることができるため、外側磁極部と内側磁極部とで構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。このように磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力が向上する。
【０００６】
また、本願出願人は上記モータを更に改良したものとして、内側磁極部を円筒形状で構成し、その内側磁極部の内径部に挿入されている出力軸を軟磁性材料で構成し、更にはステータに取り付けられ該出力軸を回転可能に保持する軸受けを非磁性材料で構成したものを提案（特許文献２：従来例２）している。この提案によれば、出力軸も磁気回路として利用できるため、モータの出力が上がる。また、その際のステータと出力軸の磁気による吸着は軸受けを非磁性材料で構成することで防いでいる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３３１６６６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２９６７０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例２にて提案されたものは、第１のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第２のコイル及び第２の外側磁極部、第２の内側磁極部に影響を及ぼし、第２のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第１のコイル及び第１の外側磁極部、第１の内側磁極部に影響を及ぼして、回転を不安定なものにしてしまう。
【０００９】
また、上記従来例１および従来例２にて提案されているものは共にマグネットの内径とそれに対向する内側磁極部との間には所定の間隔が必要であり、それを製造時に管理することはコストアップを招く。また、ステータの形状としても円筒形状の内側磁極部と外側磁極部が必要であり、それらを一体的に構成するのは部品製造上難しい。さらに、それらを別体で製造し、後で一体的に組み立てる場合は部品点数が多くなり、コストアップを招いてしまう。
【００１０】
（発明の目的）
本発明の目的は、小型化を損なうことなく、よりコストの安い高出力のステッピングモータを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、前記マグネットと同心かつ前記マグネットをそれぞれ軸方向の両端から挟む位置に配置される第１のコイル及び第２のコイルと、前記マグネットの外周面に対向し前記第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部と、前記マグネットの外周面に対向し前記第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部と、前記マグネットを挟んで前記第１の外側磁極部に対向して配置される第１の内側磁極部と、前記マグネットを挟んで前記第２の外側磁極部に対向して配置される第２の内側磁極部とを有し、前記第１の内側磁極部は、前記第１のコイルの内径部に挿入された状態で前記第１の外側磁極部に固定される軟磁性材料からなる第１の軸受けと、前記第１の軸受けと回転可能に嵌合し、かつ前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなる第１のロータ軸とにより構成され、前記第２の内側磁極部は、前記第２のコイルの内径部に挿入された状態で前記第２の外側磁極部に固定される軟磁性材料からなる第２の軸受けと、前記第２の軸受けと回転可能に嵌合し、かつ前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなる第２のロータ軸とにより構成されるステッピングモータとするものである。
【００１２】
上記構成において、マグネットの内周面に固定された第１のロータ軸の第１の外側磁極部と対向する一部分を第１の内側磁極部と呼ぶとすると、第１のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部とマグネットの内周面に固定された第１のロータ軸からなる第１の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第１の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、マグネットの内周面に固定された第２のロータ軸の第２の外側磁極部と対向する一部分を第２の内側磁極部と呼ぶとすると、第２のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部とマグネットの内周面に固定された第２のロータ軸からなる第２の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第２の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例（特開平１０−２２９６７０号公報あるいは特開平９−３３１６６６号公報で提案されているもの）に比べて外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることができる。
【００１３】
また、上記従来例（特開平１０−２２９６７０号公報あるいは特開平９−３３１６６６号公報で提案されているもの）に比べて内側磁極部を軸方向に長く構成できるので、外側磁極部とマグネットを有効に利用することができ、出力を高められる。
【００１４】
さらに、第１のコイルの内径部に挿入された状態で第１の外側磁極部に固定される第１の軸受けを軟磁性材料で形成することにより、第１のロータ軸と共に第１の内側磁極部として作用し、第２のコイルの内径部に挿入された状態で第２の外側磁極部に固定される第２の軸受けを軟磁性材料で形成することにより、第２のロータ軸と共に第２の内側磁極部として作用するため、第１のコイル及び第２のコイルにより発生する磁束が流れやすくなり、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００１５】
第１の内側磁極部は第１のロータ軸及び第１の軸受けで構成し、第２の内側磁極部は第２のロータ軸及び第２の軸受けで構成してあるので、上記従来例（特開平１０−２２９６７０号公報或いは特開平９−３３１６６６号公報）にて提案されている外側磁極部と内側磁極部を接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。
【００１６】
また、マグネットの外径部のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になり、不良率も少なくなる。
【００１７】
また、マグネットは内径部に第１のロータ軸及び第２のロータ軸が固定されるので、強度的に優れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
（実施の第１の形態）
図１〜図６は本発明の実施の第1の形態に係る図であり、詳しくは、図１はステッピングモータの分解斜視図、図２は図１のステッピングモータの組立て後の軸方向の断面図、図３〜図６は図１のステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を各動作段階毎に示す断面図である。
【００２０】
図１〜図６において、１は軟磁性材料からなる第１ステータであり、外筒及び中央に穴部１ｇの開いたドーナツ状の天板１ｆで構成されている。この第１ステータ１の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅが形成され、後述のマグネット７の着磁分割数をＮとすると（本実施形態ではＮ＝１０）、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。２は軟磁性材料からなる第２ステータであり、外筒及び中央に穴部２ｇの開いたドーナツ状の天板２ｆで構成されている。この第２ステータ２の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄ,２ｅが形成され、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。
【００２１】
３は円筒形状の第１のコイルであり、第１ボビン４に巻き付けられている。この第１のコイル３及び第１ボビン４はその外径が後述のマグネット７の外径とほぼ同じ寸法となっている。５は円筒形状の第２のコイルであり、第２ボビン６に巻き付けられている。この第２のコイル４及び第２ボビン６はその外径が後述のマグネット７の外径とほぼ同じ寸法となっている。
【００２２】
７は円筒形状のマグネットであり、図３〜図６に示すように、その外周表面及び内周表面を円周方向にＮ分割して（本実施形態ではＮ＝１０分割して）Ｓ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部を有する。８は第１ロータ軸であり、図２に示すようにマグネット７に接着固定される。この第１ロータ軸８は円柱部８ａと軸部８ｂとで構成される。軸部８ｂは後述の第１軸受けによって回転可能に支持される。９は第２ロータ軸であり、同じくマグネット７に接着固定される。第２ロータ軸９は円柱部９ａと軸部９ｂとで構成される。軸部９ｂは後述の第２軸受けによって回転可能に支持される。第１ロータ軸８の軸部８ｂは第２ロータ軸９の軸部９ｂよりも軸方向の長さが長く、出力軸として機能する。すなわち、軸部８ｂの先端に不図示のギアやレバー、スクリューねじ等を固定することで、ここより回転出力を得ることができる。
【００２３】
１０は非磁性材料からなるスペーサーであり、第１ロータ軸８及び第２ロータ軸９がマグネット７に固定される際に、その中間に配置される。第１ロータ軸８の円柱部８ａとスペーサー１０と第２ロータ軸９の円柱部９ａとは図２に示すように軸方向に密着した状態でその軸方向に並置されるが、この軸方向の長さは、マグネット７の軸方向長さと略同一となる。
【００２４】
上記のマグネット７と第１ロータ軸８と第２ロータ軸９とスペーサー１０とにより、ロータが構成される。
【００２５】
１１は軟磁性材料からなる第１軸受けであり、第１円筒部１１ａとこの第１円筒部１１ａよりも外径の大きな第２円筒部１１ｂで構成される。第１軸受け１１は第１ステータ１の穴部１ｇにその第１円筒部１１ａが挿入された状態で第２円筒部１１ｂが天板１ｆに密着するように固定され、第１ロータ軸８の軸部８ｂを回転可能に支持する。また、第１のコイル３及び第１ボビン４は第１ステータ１の内側に固定され、その状態で第１軸受け１１の第１円筒部１１ａが第１ボビン４の内径部に嵌合している。すなわち、第１のコイル３の内径部には軟磁性材料からなる第１軸受け１１の第１円筒部１１ａと、同じく軟磁性材料からなる第１ロータ軸８の軸部８ｂとが挿入された状態となる。
【００２６】
１２は軟磁性材料からなる第２軸受けであり、第１円筒部１２ａとこの第１円筒部１２ａよりも外径の大きな第２円筒部１２ｂで構成される。第２軸受け１２は第２ステータ２の穴部２ｇにその第１円筒部１２ａが挿入された状態で第２円筒部１２ｂが天板２ｆに密着するように固定され、第２ロータ軸９の軸部９ｂを回転可能に支持する。また、第２のコイル５及び第２ボビン６は第２ステータ２の内側に固定され、その状態で第２軸受け１２の第１円筒部１２ａが第２ボビン６の内径部に嵌合している。すなわち、第２のコイル５の内径部には軟磁性材料からなる第２軸受け１２の第１円筒部１２ａと、同じく軟磁性材料からなる第２ロータ軸９の軸部９ｂとが挿入された状態となる。そして、第１軸受け１１の第１円筒部１１ａの先端が第１ロータ軸８の円柱部８ａを受け、第２軸受け１２の第１円筒部１２ａの先端が第２ロータ軸９の円柱部９ａを受ける形で、前記ロータの軸方向の移動を所定量に規制する。第１のコイル３及び第１ボビン４と第２のコイル５及び第２ボビン６は、マグネット７をそれぞれ軸方向両端から挟む位置に所定の隙間を持って配置される。
【００２７】
１３は円筒形状の連結リングであり、この連結リング１３に第１ステータ１と第２ステータ２を固定することで、第１ステータ１と第２ステータ２を所望の位置、位相で配置することができる。第１ステータ１と第２ステータ２は同一形状であって、外側磁極部１ａ〜１ｅと外側磁極部２ａ〜２ｅとが向かい合うように配置される。その際、図３〜図６に示すように、マグネット７の着磁位相と第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの関係は、マグネット７の着磁位相と第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの関係に対して１８０／Ｎ度、すなわち１８度ずれて配置される。また、連結リング１３は非磁性材料で形成されており、第１ステータ１と第２ステータ２との間の磁気回路を分断してお互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。
【００２８】
上記構成において、第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅはマグネット７の外周面に所定の隙間をもって対向しており、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはマグネット７の外周面に所定の隙間をもって対向している。
【００２９】
第１ステータ１は第１のコイル３によって励磁され、第２ステータ２は第２のコイル５によって励磁される。第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第１ロータ軸８の円柱部８ａが配置される。第１のコイル３の内径部に配置される第１ロータ軸８及び第１軸受け１１は第１のコイル３によって第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとは反対の極に励磁され、第１の内側磁極部として機能する。また、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第２ロータ軸９の円柱部９ａが配置される。第２のコイル５の内径部に配置される第２ロータ軸９及び第２軸受け１２は第２のコイル５によって第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとは反対の極に励磁され、第２の内側磁極部として機能する。
【００３０】
第１のコイル３により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第１ステータ１の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第１の内側磁極部を構成する第１ロータ軸８の円柱部８ａとの間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第１の内側磁極部を構成する円柱部８ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、第２のコイル５により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第２ステータ２の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第２の内側磁極部を構成する第２ロータ軸９の円柱部９ａとの間を通過するので、効果的に該マグネット７に作用する。その際、第２の内側磁極部を構成する円柱部９ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例１,２に比べて、外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、出力を高めることができる。
【００３１】
また、第１軸受け１１を軟磁性材料で形成することにより、第１ロータ軸８と共に第１の内側磁極部として作用し、同じく第２軸受け１２を軟磁性材料で形成することにより、第２ロータ軸９と共に第２の内側磁極部として作用するので、第１のコイル３及び第２のコイル５により発生する磁束が流れやすくなり、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００３２】
ここで、第１軸受け１１とマグネット７が固定される第１ロータ軸８との間、及び、第２軸受け１２とマグネット７が固定される第２ロータ軸９との間には吸着力が発生し、摩擦力によるトルク損失が生じたり、摺動面の耐久性を損なう可能性はあるが、マグネット７を薄くて小径の円筒形状で構成することでその吸着力は極わずかしか発生せず、磁気回路の磁気抵抗が減少することによる効率アップの方がより有効に働き、発生するトルク自体は大きくなる。また、第１軸受け１１、第１ロータ軸８、第２軸受け１２、第２ロータ軸９の表面に潤滑材の塗布、潤滑塗装（フッ素系潤滑塗装・グラファイト系潤滑塗装・二流化モリブデン系潤滑塗装）、潤滑メッキ（例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含有した無電解ニッケルメッキやテフロン（登録商標）潤滑無電解ニッケルメッキなど）等を施すことにより、摺動面の摩擦によるトルク損失を抑制したり、摺動面の耐久性を損なうことを防いで出力トルクをアップさせることも可能である。
【００３３】
上記従来例２では、出力軸が軟磁性材料で構成され、軸受けは非磁性材料で構成されているが、この構成ではコイルの内径部には出力軸のみが配置されることになり、例えば出力軸の外径を大きくすることで磁束が流れやすくなるものの、コイルとの接触を避けるため、コイルと出力軸との間に所定の隙間を持たせる必要があり、その分コイルの内径に対する出力軸の外径、すなわち内側磁極部径は小さくなる。しかも実際にはコイルとステータが不用意に導通しないようにコイルはボビンに巻き回す必要があり、出力軸はボビンとの接触を避けるためにボビン内径と所定の隙間を持たせる必要があった。これに対し、本実施の第１の形態では、コイルの内径部に軟磁性材料の軸受けと軟磁性材料のロータ軸を配置しており、軸受けはボビン内径部と嵌合しており、ロータ軸と軸受けも回転嵌合してしているため、コイルの内径に対する内側磁極部の割合を増やすことが可能となり、これにより磁気回路の磁気抵抗が減少して発生トルクがアップする。或いは内側磁極部を小径化してその分コイルの占有率を増すことで、発生トルクをアップさせることも可能である。
【００３４】
第１ロータ軸８の円柱部８ａの端面と第２ロータ軸９の円柱部９ａの端面とは向き合って配置されているが、間にスペーサー１０が配置されるため、直接接触しない。また、第１ロータ軸８と第２ロータ軸９とはマグネット７を介して固定されているが、マグネット７は軟磁性材料ではないため、第１のコイル３により第１ロータ軸８を励磁したとしても、それにより第２ロータ軸９が励磁されることはない。同様に、第２のコイル５により第２ロータ軸９を励磁したとしても、それにより第１ロータ軸８が励磁されることはない。すなわち、第１ロータ軸８と第２ロータ軸９との間に磁束の行き来がないように構成されている。
【００３５】
第１ロータ軸８と第２ロータ軸９にはお互いに向き合う円柱部８ａと円柱部９ａの端面にそれぞれ凹部１８ｃ,１９ｃ（図２参照）が形成され、第１ロータ軸８と第２ロータ軸９との間の磁気抵抗を大きくするような形状になっている。しかもこの場合でも、第１ロータ軸８の円柱部８ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの対向面積は小さくならず、第１ロータ軸８の円柱部８ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。同様に、第２ロータ軸９の円柱部９ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの対向面積は小さくならず、第２ロータ軸９の円柱部９ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。上記凹部１８ｃ,１９ｃの形状は前述の磁気抵抗の条件を確保するためには円錐形状が望ましく、本実施形態では円錐形状としている。また、円錐形状とすることで、凹部８ｃ,９ｃに接着剤を注入してマグネット７と第１ロータ軸８と第２ロータ軸９とスペーサー１０を固定する方法をとることで、接着剤の量も十分に使用でき、接着強度が高まるし、接着剤の流れ出しによる不良等を防ぐこともでき、組み立てが容易になる。
【００３６】
また、マグネット７の内径部は第１ロータ軸８と第２ロータ軸９及びスペーサー１０によって埋められているので、従来例１,２に示されるものに比べ、マグネットの機械的強度が大きいものとなる。
【００３７】
また、本実施の第１の形態では第１の内側磁極部を第１ロータ軸８と第１軸受け１１で構成し、第２の内側磁極部を第２ロータ軸９と第２軸受け１２で構成して、第１ステータ１と第２ステータ２はカップ形状で外筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状で構成されることから製造が容易であり、コストが安くなる。すなわち、ロータ軸と軸受けが内側磁極部を兼ねていることで、コストを安くしている。従来例１,２に示される構造の場合、第１のステータ及び第２のステータはそれぞれ内側磁極部を外側磁極部と一体的に構成しなければならないが、内側磁極部を外側磁極部と同一部品で構成することは製造上難しい。例えばメタルインジェクションモールドにより成型することは可能であるがコスト高となり、プレスにより一体的に製造することは外側磁極部のみを構成する部品を製造する場合と比較して部品が小さくなればなるほど困難になる。また、内側磁極部と外側磁極部とを別々に製造してからカシメや溶接或いは接着等により一体的に固着する場合もコストが高くなる。
【００３８】
また、従来例１,２に示されるものは、マグネットの外径部と外側磁極部との隙間を精度良く保って組み立てる必要のほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部もマグネットに対し所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い場合にこの隙間を確保出来ず、内側磁極部がマグネットに接触してしまう等の不良が生じてしまうが、本実施形態ではマグネットの外径部のみの隙間を管理するだけで良いので、組み立てが容易になる。
【００３９】
さらに、上記従来例１,２では内側磁極部はマグネットと出力軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さ（図１０のＬ１）を十分に長く出来ないのに対し、本実施形態では図２のＬ２で示すように、内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを長く確保でき、これにより外側磁極部とマグネットを有効に利用することができ、モータの出力が高まる。
【００４０】
また、本実施の第１の形態においても従来例１,２に示されるものと同様にコイルの通電により発生する磁束を直接マグネットに作用させ、モータを高出力なものにするとともに、非常に小型化可能なものとしている。つまり、このステッピングモータの外径はマグネットの外径にステータの磁極を対向させるだけの大きさがあればよく、また、ステッピングモータの長さはマグネットの長さに第１のコイルと第２のコイルの長さを加えた程度の長さがあれば良いことになる。このため、ステッピングモータの大きさはマグネットおよびコイルの外径と長さによって決まるもので、マグネット及びコイルの外径と長さをそれぞれ非常に小さくすればステッピングモータを超小型にすることができるものである。その際、マグネット及びコイルの外径と長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステッピングモータとしての精度を維持することが難しくなるが、これはマグネットを円筒形状に形成し、この円筒形状に形成されたマグネットの外周面及び内周面に第１、第２のステータの外側磁極部及び内側磁極部を対向させるという単純な構造により、ステッピングモータの精度の問題を解決している。また、上記の説明で述べたように、さらに低コストで高出力なものになる。
【００４１】
図３〜図６はそれぞれ（ａ）が図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）が図２のＢ−Ｂ断面図であり、以下にこれらを用いてモータの回転駆動方法を説明する。
【００４２】
図３の状態は、第１のコイル３に対して正通電することにより、第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＮ極とし、第１ロータ軸８の円柱部８ａをＳ極とし、同時に第２のコイル５に対して逆通電することにより、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅをＳ極とし、第２ロータ軸９の第２の円柱部９ａをＮ極とした場合を示す。これにより、マグネット７の外周表面のＳ極に着磁された着磁部が第１ステータ１の外側磁極部の中心に向かう回転力（図３（ａ）の時計方向）が発生するとともに、マグネット７の外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第２ステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力（図３（ｂ）の反時計方向）が発生し、図３の状態でバランスを保って静止する。
【００４３】
次に、図３の状態から、第１のコイル３への正通電を維持しながら、すなわち第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＮ極とし、第１ロータ軸８の円柱部８ａをＳ極としながら、第２のコイル５への通電を正通電に切り換えると、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはＮ極に励磁され、第２ロータ軸９の円柱部９ａはＳ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＳ極に着磁された着磁部が第２ステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図４に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図３の状態からマグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。
【００４４】
次に、図４の状態から、第２のコイル５への正通電を維持しながら、すなわち第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅをＮ極とし、第２ロータ軸９の円柱部９ａをＳ極としながら、第１のコイル３への通電を逆通電に切り換えると、第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅはＳ極に励磁され、第１ロータ軸８の円柱部８ａはＮ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第１ステータ１の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図５に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図４の状態からマグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。
【００４５】
次に、図５の状態から、第１のコイル３への逆通電を維持しながら、すなわち第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＳ極とし、第１ロータ軸８の円柱部８ａをＮ極としながら、第２のコイル５への通電を逆通電に切り換えると、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはＳ極に励磁され、第２ロータ軸９の円柱部９ａはＮ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第２ステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図６に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は図５の状態から前記マグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。
【００４６】
上記のように第１のコイル３及び第２のコイル５への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータの構成要素であるマグネット７は通電位相に応じた位置へと順次回転することになる。
【００４７】
ここで、マグネット７の外周面を周方向に分割してなる着磁層を軸方向に２つ設け、第１ステータ１と対向する一方の着磁層と、第２ステータ２と対向する他方の着磁層の位相を互いに１８０／Ｎ度ずらし、第１ステータ１と第２ステータ２の位相を同じものとしてもよい。
【００４８】
（実施の第２の形態）
図７〜図８は本発明の実施の第２の形態に係るステッピングモータを示す図であり、図７はステッピングモータの分解斜視図、図８は図７のステッピングモータの組立て後の軸方向の断面図である。ここで、上記実施の第１の形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
図７〜図８において、２１は第１ロータ軸であり、マグネット７に接着固定される。この第１ロータ軸２１は第１円柱部２１ａと第２円柱部２１ｂと軸部２１ｃとで構成される。第１円筒部２１ａはマグネット７の内径部に固定され、第２円筒部２１ｂは第１のコイル３の内径部に挿入され、軸部２１ｃは後述の第１軸受けによって回転可能に支持される。軸部２１ｃは後述の軸部２２ｃよりも軸方向の長さが長く、出力軸として機能する。すなわち軸部２１ｃの先端に不図示のギアやレバー、スクリューねじ等を固定することで、回転出力を得ることができる。２２は第２ロータ軸であり、マグネット７に接着固定される。この第２ロータ軸２２は第１円柱部２２ａと第２円柱部２２ｂと軸部２２ｃとで構成される。第２円筒部２２ａはマグネット７の内径部に固定され、第２円筒部２２ｂは第２のコイル５の内径部に挿入され、軸部２２ｃは後述の第２軸受けによって回転可能に支持される。
【００５０】
第１ロータ軸２１及び第２ロータ軸２２は間にスペーサー１０を挟んでマグネット７に固定される。第１ロータ軸２１の第１円柱部２１ａとスペーサー１０と第２ロータ軸２２の第１円柱部２２ａとが軸方向に密着した状態で軸方向に並置されるが、この軸方向の長さはマグネット７の軸方向の長さと略同一となる。
【００５１】
上記のマグネット７と第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２とスペーサー１０とでロータが構成される。
【００５２】
第１ロータ軸２１の円柱部２１ａの端面と第２ロータ軸２２の円柱部２２ａの端面とは向き合って配置されているが、間にスペーサー１０が配置されるため、直接接触しない。また、第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２とはマグネット７を介して固定されているが、マグネット７は軟磁性材料ではないため、第１のコイル３により第１ロータ軸２１を励磁したとしても、それにより第２ロータ軸２２が励磁されることはない。同様に、第２のコイル５により第２ロータ軸２２を励磁したとしても、それにより第１ロータ軸２１が励磁されることはない。すなわち、第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２との間に磁束の行き来がないように構成されている。
【００５３】
第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２にはお互いに向き合う円柱部２１ａと円柱部２２ａの端面にそれぞれ凹部２１ｄ，２２ｄが形成され、第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２との間の磁気抵抗を大きくするような形状になっている。しかもこの場合でも、第１ロータ軸２１の円柱部２１ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの対向面積は小さくならず、第１ロータ軸２１の円柱部２１ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。同様に、第２ロータ軸２２の円柱部２２ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの対向面積は小さくならず、第２ロータ軸２２の円柱部２２ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。上記凹部２１ｄ，２２ｄの形状は前述の磁気抵抗の条件を確保するためには円錐形状が望ましく、本実施形態では円錐形状としている。円錐形状とすることで凹部２１ｄ，２２ｄに接着剤を注入してマグネット７と第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２とスペーサー１０を固定する方法をとることで、接着剤の量も十分に使用でき、接着強度が高まるし、接着剤の流れ出しによる不良等を防ぐこともでき、組み立てが容易になる。
【００５４】
２３は軟磁性材料からなる第１軸受けであり、第１円筒部２３ａとこの第１円筒部２３ａよりも外径の大きな第２円筒部２３ｂで構成される。第１軸受け２３は第１ステータ１の穴部１ｇにその第１円筒部２３ａが挿入された状態で第２円筒部２３ｂが天板１ｆに密着するように固定され、第１ロータ軸２１の軸部２１ｃを回転可能に支持する。また、第１のコイル３及び第１ボビン４は第１ステータ１の内側に固定され、その状態で第１軸受け２３の第１円筒部２３ａは第１ボビン４の内径部に嵌合している。すなわち、第１のコイル３の内径部には軟磁性材料からなる第１軸受け２３の第１円筒部２３ａと、同じく軟磁性材料からなる第１ロータ軸２１の第２円筒部２１ｂ及び軸部２１ｃとが挿入された状態となる。２４は軟磁性材料からなる第２軸受けであり、第２軸受け２４は第１円筒部２４ａとこの第１円筒部２４ａよりも外径の大きな第２円筒部２４ｂで構成される。第２軸受け２４は第２ステータ２の穴部２ｇにその第１円筒部２４ａが挿入された状態で第２円筒部２４ｂが天板２ｆに密着するように固定され、第２ロータ軸２２の軸部２２ｃを回転可能に支持する。また、第２のコイル５及び第２ボビン６は第２ステータ２の内側に固定され、その状態で第２軸受け２４の第１円筒部２４ａは第２ボビン６の内径部に嵌合している。すなわち、第２のコイル５の内径部には軟磁性材料からなる第２軸受け２４の第１円筒部２４ａと、同じく軟磁性材料からなる第２ロータ軸２２の第２円筒部２２ｂ及び軸部２２ｃとが挿入された状態となる。第１軸受け２３の第１円筒部２３ａの先端が第１ロータ軸２１の第２円柱部２１ｂを受け、第２軸受け２４の第１円筒部２４ａの先端が第２ロータ軸２２の第２円柱部２２ｂを受ける形で、ロータの軸方向の移動を所定量に規制する。
【００５５】
第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第１ロータ軸２１の第１円柱部２１ａが配置される。第１のコイル３の内径部に配置される第１ロータ軸２１及び第１軸受け２３は第１のコイル３によって第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとは反対の極に励磁され、第１の内側磁極部として機能する。第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第２ロータ軸２２の第１円柱部２２ａが配置される。第２のコイル５の内径部に配置される第２ロータ軸２２及び第２軸受け２４は第２のコイル５によって第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとは反対の極に励磁され、第２の内側磁極部として機能する。
【００５６】
第１のコイル３により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第１ステータ１の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第１の内側磁極部を構成する第１ロータ軸２１の第１円柱部２１ａとの間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第１の内側磁極部を構成する第１円柱部２１ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、第２のコイル５により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第２ステータ２の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第２の内側磁極部を構成する第２ロータ軸２２の第１円柱部２２ａとの間を通過するので、効果的にマグネット７に作用する。その際、第２の内側磁極部を構成する第１円柱部２２ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例１,２に比べて外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、出力を高めることができる。
【００５７】
また、第１のコイル２の内径部に挿入された状態で第１の外側磁極部に固定される第１軸受け２３を軟磁性材料で形成することにより、第１ロータ軸２１と共に第１の内側磁極部として作用し、第２のコイル５の内径部に挿入された状態で第２の外側磁極部に固定される第２軸受け２４を軟磁性材料で形成することにより、第２ロータ軸２２と共に第２の内側磁極部として作用するので、第１のコイル３及び第２のコイル５により発生する磁束が流れやすくなり、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００５８】
ここで、第１軸受け２３とマグネット７が固定される第１ロータ軸２１との間、及び第２軸受け２４とマグネット７が固定される第２ロータ軸２２との間には吸着力が発生して摩擦力によるトルク損失が生じたり、摺動面の耐久性を損なう可能性はあるが、第１ロータ軸２１の第１軸受け２３との軸方向受け部を第１のコイル３の内径部に挿入される第２円筒部２１ｂの先端とし、第２ロータ軸２２の第１軸受け２４との軸方向受け部を第２のコイル５の内径部に挿入される第２円筒部２２ｂの先端とすることで、上記実施の第１の形態のものよりも軸方向受け部のマグネット７からの距離を離して吸着力を低減させている。これにより実施の第１の形態のものよりもマグネット７の外径や円筒部厚みを増やすことで磁力をアップさせても吸着力はさほど大きくならず、マグネット７の磁力アップ及び磁気回路の磁気抵抗が減少することによる効率アップの方がより有効に働き、発生するトルク自体は大きくなる。また、第１軸受け２３、第１ロータ軸２１、第２軸受け２４、第２ロータ軸２２の表面に潤滑材の塗布、潤滑塗装（フッ素系潤滑塗装・グラファイト系潤滑塗装・二流化モリブデン系潤滑塗装）、潤滑メッキ（例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含有した無電解ニッケルメッキやテフロン（登録商標）潤滑無電解ニッケルメッキなど）等を施すことにより、摺動面の摩擦によるトルク損失を抑制したり、摺動面の耐久性を損なうことを防いで出力トルクをアップさせることも可能である。
【００５９】
モータの回転駆動方法に関しては上記の実施の第１の形態と同様のため、その説明は省略する。
【００６０】
最後に、上記実施の各形態における効果についてまとめて以下に説明する。
【００６１】
第１のコイル２の内径部に挿入された状態で第１の外側磁極部に固定される第１軸受け１１，２３を軟磁性材料で形成することにより、第１ロータ軸８，２１と共に第１の内側磁極部として作用し、第２のコイル５の内径部に挿入された状態で第２の外側磁極部に固定される第２軸受け１２，２４を軟磁性材料で形成することにより、第２ロータ軸９，２２と共に第２の内側磁極部として作用するので、第１のコイル３及び第２のコイル４により発生する磁束が流れやすくなり、軸受けを非軟磁性材料で形成するものに比べて、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００６２】
また、第１の内側磁極部を第１ロータ軸８，２１と第１軸受け１１，２３で構成し、第２の内側磁極部を第２ロータ軸９，２２と第２軸受け１２，２４で構成しているので、従来にように外側磁極部と内側磁極部とを接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。
【００６３】
また、本実施の各形態におけるステッピングモータの外径はマグネット７の外径にステータ１，２の磁極を対向させるだけの大きさがあればよく、軸方向の長さはマグネット７の長さに第１のコイル３と第２のコイル４の長さを加えた程度の長さがあれば良い。このため、ステッピングモータの大きさはマグネット及びコイルの径と長さによって決まるもので、マグネット及びコイルの外径と長さをそれぞれ非常に小さくすればステッピングモータを超小型にすることができる。また、従来に比べて内側磁極部を軸方向に長く構成できるので、外側磁極部とマグネットを有効に利用することができ、ステッピングモータの出力を高められる。
【００６４】
また、第１の内側磁極部の一部をなす第１ロータ軸８，２１及び第２の内側磁極部の一部をなす第２ロータ軸９，２２はマグネット７の内周面に接着固定されるので、これらの間に空隙を設ける必要がない。
【００６５】
したがって、外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることができる。また、このことによりマグネット７の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になり、不良率も少なくなる。さらに、マグネット７は内径部に第１のロータ軸及び第２のロータ軸が固定されるので、強度的に優れたものとなる。
【００６６】
（発明と実施の形態の対応）
上記実施の各形態において、マグネット７が本発明の円筒形状のマグネットに、第１のコイル３及び第２のコイル５が本発明の第１のコイル及び第２のコイルに、外側磁極部１ａ〜１ｅが本発明の第１の外側磁極部に、外側磁極部２ａ〜２ｅが本発明の第２の外側磁極部に、第１軸受け１１，２３が本発明の第１の軸受けに、第２軸受け１２，２４が本発明の第２の軸受けに、第１ロータ軸８，２１が本発明の第１のロータ軸に、第２ロータ軸９，２２が本発明の第２のロータ軸に、それぞれ相当する。そして、前記第１軸受け１１，２３と前記第１ロータ軸８，２１が本発明の第１の内側磁極部を構成し、前記第２軸受け１２，２４と前記第２ロータ軸９，２２が本発明の第２の内側磁極部を構成する。
【００６７】
以上が実施の各形態の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施の形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型化を損なうことなく、よりコストの安い高出力のステッピングモータを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係るステッピングモータの分解斜視図である。
【図２】図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態の断面図である。
【図３】図２に示すステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面である。
【図４】図３の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを１８．０度回転させた状態を示す断面図である。
【図５】図４の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに１８．０度回転させた状態を示す断面図である。
【図６】図５の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに１８．０度回転させた状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の第２の形態に係るステッピングモータの分解斜視図である。
【図８】図７に示すステッピングモータの組み立て完成状態の断面図である。
【図９】従来のステッピングモータの分解斜視図である。
【図１０】従来のステッピングモータの断面図である。
【符号の説明】
１ 第１ステータ
２ 第２ステータ
３ 第１のコイル
５ 第２のコイル
７ マグネット
８ 第１ロータ軸
９ 第２ロータ軸
１１ 第１軸受け
１２ 第２軸受け
２１ 第１ロータ軸
２２ 第２ロータ軸
２３ 第１軸受け
２４ 第２軸受け
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形状のステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は回転軸を中心とする直径を小さくし、かつ出力を高めたステッピングモータを提案（特許文献１：従来例１）している。以下、図９及び図１０を用いてこの特許文献１について簡単に説明する。
【０００３】
図９はモータの分解斜視図、図１０に該モータの側面の断面図であり、これらの図において、２０１は円周方向に４分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石からなるロータ、２０２はロータ２０１の軸方向に隣り合って配置された第１のコイル、２０３はロータ２０１の軸方向に隣り合って配置された第２のコイル、２０４は第１のコイル２０２により励磁され軟磁性材料からなる第１のステータ、２０５は第２のコイル２０３により励磁され軟磁性材料からなる第２のステータである。第１のステータ２０４はロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂとロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄを備え、第２のステータ２０５はロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂとロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄを備えている。２０６は出力軸であり、これにロータ２０１が固着され、第１のステータ２０４の軸受け部２０４Ｅと第２のステータ２０５の軸受け部２０５Ｅに回転可能に保持されている。２０７は非磁性材料からなる連結リングであり、第１のステータ２０４と第２のステータ２０５とを所定の間隔で保持するものである。
【０００４】
第１のコイル２０２、第２のコイル２０３への通電方向を切り換えて、第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂ、第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄ、第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂ、第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄの各極性を切り換えることでロータを回転させていくものである。
【０００５】
このモータは、コイルに通電することにより発生した磁束が外側磁極部から対向する内側磁極部へ、あるいは、内側磁極部から対向する外側磁極部へと流れ、外側磁極部と内側磁極部の間に位置するマグネットに効率的に作用する。また、外側磁極部と内側磁極部との距離を円筒形状のマグネットの厚さ程度とすることができるため、外側磁極部と内側磁極部とで構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。このように磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力が向上する。
【０００６】
また、本願出願人は上記モータを更に改良したものとして、内側磁極部を円筒形状で構成し、その内側磁極部の内径部に挿入されている出力軸を軟磁性材料で構成し、更にはステータに取り付けられ該出力軸を回転可能に保持する軸受けを非磁性材料で構成したものを提案（特許文献２：従来例２）している。この提案によれば、出力軸も磁気回路として利用できるため、モータの出力が上がる。また、その際のステータと出力軸の磁気による吸着は軸受けを非磁性材料で構成することで防いでいる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３３１６６６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２９６７０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例２にて提案されたものは、第１のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第２のコイル及び第２の外側磁極部、第２の内側磁極部に影響を及ぼし、第２のコイルへの通電により発生する磁束が軟磁性材料の出力軸を介して第１のコイル及び第１の外側磁極部、第１の内側磁極部に影響を及ぼして、回転を不安定なものにしてしまう。
【０００９】
また、上記従来例１および従来例２にて提案されているものは共にマグネットの内径とそれに対向する内側磁極部との間には所定の間隔が必要であり、それを製造時に管理することはコストアップを招く。また、ステータの形状としても円筒形状の内側磁極部と外側磁極部が必要であり、それらを一体的に構成するのは部品製造上難しい。さらに、それらを別体で製造し、後で一体的に組み立てる場合は部品点数が多くなり、コストアップを招いてしまう。
【００１０】
（発明の目的）
本発明の目的は、小型化を損なうことなく、よりコストの安い高出力のステッピングモータを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、前記マグネットと同心かつ前記マグネットをそれぞれ軸方向の両端から挟む位置に配置される第１のコイル及び第２のコイルと、前記マグネットの外周面に対向し前記第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部と、前記マグネットの外周面に対向し前記第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部と、前記マグネットを挟んで前記第１の外側磁極部に対向して配置される第１の内側磁極部と、前記マグネットを挟んで前記第２の外側磁極部に対向して配置される第２の内側磁極部とを有し、前記第１の内側磁極部は、前記第１のコイルの内径部に挿入された状態で前記第１の外側磁極部に固定される軟磁性材料からなる第１の軸受けと、前記第１の軸受けと回転可能に嵌合し、かつ前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなる第１のロータ軸とにより構成され、前記第２の内側磁極部は、前記第２のコイルの内径部に挿入された状態で前記第２の外側磁極部に固定される軟磁性材料からなる第２の軸受けと、前記第２の軸受けと回転可能に嵌合し、かつ前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなる第２のロータ軸とにより構成されるステッピングモータとするものである。
【００１２】
上記構成において、マグネットの内周面に固定された第１のロータ軸の第１の外側磁極部と対向する一部分を第１の内側磁極部と呼ぶとすると、第１のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部とマグネットの内周面に固定された第１のロータ軸からなる第１の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第１の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、マグネットの内周面に固定された第２のロータ軸の第２の外側磁極部と対向する一部分を第２の内側磁極部と呼ぶとすると、第２のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部とマグネットの内周面に固定された第２のロータ軸からなる第２の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第２の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例（特開平１０−２２９６７０号公報あるいは特開平９−３３１６６６号公報で提案されているもの）に比べて外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることができる。
【００１３】
また、上記従来例（特開平１０−２２９６７０号公報あるいは特開平９−３３１６６６号公報で提案されているもの）に比べて内側磁極部を軸方向に長く構成できるので、外側磁極部とマグネットを有効に利用することができ、出力を高められる。
【００１４】
さらに、第１のコイルの内径部に挿入された状態で第１の外側磁極部に固定される第１の軸受けを軟磁性材料で形成することにより、第１のロータ軸と共に第１の内側磁極部として作用し、第２のコイルの内径部に挿入された状態で第２の外側磁極部に固定される第２の軸受けを軟磁性材料で形成することにより、第２のロータ軸と共に第２の内側磁極部として作用するため、第１のコイル及び第２のコイルにより発生する磁束が流れやすくなり、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００１５】
第１の内側磁極部は第１のロータ軸及び第１の軸受けで構成し、第２の内側磁極部は第２のロータ軸及び第２の軸受けで構成してあるので、上記従来例（特開平１０−２２９６７０号公報或いは特開平９−３３１６６６号公報）にて提案されている外側磁極部と内側磁極部を接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。
【００１６】
また、マグネットの外径部のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になり、不良率も少なくなる。
【００１７】
また、マグネットは内径部に第１のロータ軸及び第２のロータ軸が固定されるので、強度的に優れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
（実施の第１の形態）
図１〜図６は本発明の実施の第1の形態に係る図であり、詳しくは、図１はステッピングモータの分解斜視図、図２は図１のステッピングモータの組立て後の軸方向の断面図、図３〜図６は図１のステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を各動作段階毎に示す断面図である。
【００２０】
図１〜図６において、１は軟磁性材料からなる第１ステータであり、外筒及び中央に穴部１ｇの開いたドーナツ状の天板１ｆで構成されている。この第１ステータ１の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅが形成され、後述のマグネット７の着磁分割数をＮとすると（本実施形態ではＮ＝１０）、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。２は軟磁性材料からなる第２ステータであり、外筒及び中央に穴部２ｇの開いたドーナツ状の天板２ｆで構成されている。この第２ステータ２の外筒はその先端部に軸方向に延出する櫛歯形状の外側磁極部２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄ,２ｅが形成され、これらは円周方向に３６０／（Ｎ／２）度、すなわち７２度間隔で所定の歯幅で形成されている。
【００２１】
３は円筒形状の第１のコイルであり、第１ボビン４に巻き付けられている。この第１のコイル３及び第１ボビン４はその外径が後述のマグネット７の外径とほぼ同じ寸法となっている。５は円筒形状の第２のコイルであり、第２ボビン６に巻き付けられている。この第２のコイル４及び第２ボビン６はその外径が後述のマグネット７の外径とほぼ同じ寸法となっている。
【００２２】
７は円筒形状のマグネットであり、図３〜図６に示すように、その外周表面及び内周表面を円周方向にＮ分割して（本実施形態ではＮ＝１０分割して）Ｓ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部を有する。８は第１ロータ軸であり、図２に示すようにマグネット７に接着固定される。この第１ロータ軸８は円柱部８ａと軸部８ｂとで構成される。軸部８ｂは後述の第１軸受けによって回転可能に支持される。９は第２ロータ軸であり、同じくマグネット７に接着固定される。第２ロータ軸９は円柱部９ａと軸部９ｂとで構成される。軸部９ｂは後述の第２軸受けによって回転可能に支持される。第１ロータ軸８の軸部８ｂは第２ロータ軸９の軸部９ｂよりも軸方向の長さが長く、出力軸として機能する。すなわち、軸部８ｂの先端に不図示のギアやレバー、スクリューねじ等を固定することで、ここより回転出力を得ることができる。
【００２３】
１０は非磁性材料からなるスペーサーであり、第１ロータ軸８及び第２ロータ軸９がマグネット７に固定される際に、その中間に配置される。第１ロータ軸８の円柱部８ａとスペーサー１０と第２ロータ軸９の円柱部９ａとは図２に示すように軸方向に密着した状態でその軸方向に並置されるが、この軸方向の長さは、マグネット７の軸方向長さと略同一となる。
【００２４】
上記のマグネット７と第１ロータ軸８と第２ロータ軸９とスペーサー１０とにより、ロータが構成される。
【００２５】
１１は軟磁性材料からなる第１軸受けであり、第１円筒部１１ａとこの第１円筒部１１ａよりも外径の大きな第２円筒部１１ｂで構成される。第１軸受け１１は第１ステータ１の穴部１ｇにその第１円筒部１１ａが挿入された状態で第２円筒部１１ｂが天板１ｆに密着するように固定され、第１ロータ軸８の軸部８ｂを回転可能に支持する。また、第１のコイル３及び第１ボビン４は第１ステータ１の内側に固定され、その状態で第１軸受け１１の第１円筒部１１ａが第１ボビン４の内径部に嵌合している。すなわち、第１のコイル３の内径部には軟磁性材料からなる第１軸受け１１の第１円筒部１１ａと、同じく軟磁性材料からなる第１ロータ軸８の軸部８ｂとが挿入された状態となる。
【００２６】
１２は軟磁性材料からなる第２軸受けであり、第１円筒部１２ａとこの第１円筒部１２ａよりも外径の大きな第２円筒部１２ｂで構成される。第２軸受け１２は第２ステータ２の穴部２ｇにその第１円筒部１２ａが挿入された状態で第２円筒部１２ｂが天板２ｆに密着するように固定され、第２ロータ軸９の軸部９ｂを回転可能に支持する。また、第２のコイル５及び第２ボビン６は第２ステータ２の内側に固定され、その状態で第２軸受け１２の第１円筒部１２ａが第２ボビン６の内径部に嵌合している。すなわち、第２のコイル５の内径部には軟磁性材料からなる第２軸受け１２の第１円筒部１２ａと、同じく軟磁性材料からなる第２ロータ軸９の軸部９ｂとが挿入された状態となる。そして、第１軸受け１１の第１円筒部１１ａの先端が第１ロータ軸８の円柱部８ａを受け、第２軸受け１２の第１円筒部１２ａの先端が第２ロータ軸９の円柱部９ａを受ける形で、前記ロータの軸方向の移動を所定量に規制する。第１のコイル３及び第１ボビン４と第２のコイル５及び第２ボビン６は、マグネット７をそれぞれ軸方向両端から挟む位置に所定の隙間を持って配置される。
【００２７】
１３は円筒形状の連結リングであり、この連結リング１３に第１ステータ１と第２ステータ２を固定することで、第１ステータ１と第２ステータ２を所望の位置、位相で配置することができる。第１ステータ１と第２ステータ２は同一形状であって、外側磁極部１ａ〜１ｅと外側磁極部２ａ〜２ｅとが向かい合うように配置される。その際、図３〜図６に示すように、マグネット７の着磁位相と第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの関係は、マグネット７の着磁位相と第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの関係に対して１８０／Ｎ度、すなわち１８度ずれて配置される。また、連結リング１３は非磁性材料で形成されており、第１ステータ１と第２ステータ２との間の磁気回路を分断してお互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。
【００２８】
上記構成において、第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅはマグネット７の外周面に所定の隙間をもって対向しており、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはマグネット７の外周面に所定の隙間をもって対向している。
【００２９】
第１ステータ１は第１のコイル３によって励磁され、第２ステータ２は第２のコイル５によって励磁される。第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第１ロータ軸８の円柱部８ａが配置される。第１のコイル３の内径部に配置される第１ロータ軸８及び第１軸受け１１は第１のコイル３によって第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとは反対の極に励磁され、第１の内側磁極部として機能する。また、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第２ロータ軸９の円柱部９ａが配置される。第２のコイル５の内径部に配置される第２ロータ軸９及び第２軸受け１２は第２のコイル５によって第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとは反対の極に励磁され、第２の内側磁極部として機能する。
【００３０】
第１のコイル３により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第１ステータ１の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第１の内側磁極部を構成する第１ロータ軸８の円柱部８ａとの間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第１の内側磁極部を構成する円柱部８ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、第２のコイル５により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第２ステータ２の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第２の内側磁極部を構成する第２ロータ軸９の円柱部９ａとの間を通過するので、効果的に該マグネット７に作用する。その際、第２の内側磁極部を構成する円柱部９ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例１,２に比べて、外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、出力を高めることができる。
【００３１】
また、第１軸受け１１を軟磁性材料で形成することにより、第１ロータ軸８と共に第１の内側磁極部として作用し、同じく第２軸受け１２を軟磁性材料で形成することにより、第２ロータ軸９と共に第２の内側磁極部として作用するので、第１のコイル３及び第２のコイル５により発生する磁束が流れやすくなり、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００３２】
ここで、第１軸受け１１とマグネット７が固定される第１ロータ軸８との間、及び、第２軸受け１２とマグネット７が固定される第２ロータ軸９との間には吸着力が発生し、摩擦力によるトルク損失が生じたり、摺動面の耐久性を損なう可能性はあるが、マグネット７を薄くて小径の円筒形状で構成することでその吸着力は極わずかしか発生せず、磁気回路の磁気抵抗が減少することによる効率アップの方がより有効に働き、発生するトルク自体は大きくなる。また、第１軸受け１１、第１ロータ軸８、第２軸受け１２、第２ロータ軸９の表面に潤滑材の塗布、潤滑塗装（フッ素系潤滑塗装・グラファイト系潤滑塗装・二流化モリブデン系潤滑塗装）、潤滑メッキ（例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含有した無電解ニッケルメッキやテフロン（登録商標）潤滑無電解ニッケルメッキなど）等を施すことにより、摺動面の摩擦によるトルク損失を抑制したり、摺動面の耐久性を損なうことを防いで出力トルクをアップさせることも可能である。
【００３３】
上記従来例２では、出力軸が軟磁性材料で構成され、軸受けは非磁性材料で構成されているが、この構成ではコイルの内径部には出力軸のみが配置されることになり、例えば出力軸の外径を大きくすることで磁束が流れやすくなるものの、コイルとの接触を避けるため、コイルと出力軸との間に所定の隙間を持たせる必要があり、その分コイルの内径に対する出力軸の外径、すなわち内側磁極部径は小さくなる。しかも実際にはコイルとステータが不用意に導通しないようにコイルはボビンに巻き回す必要があり、出力軸はボビンとの接触を避けるためにボビン内径と所定の隙間を持たせる必要があった。これに対し、本実施の第１の形態では、コイルの内径部に軟磁性材料の軸受けと軟磁性材料のロータ軸を配置しており、軸受けはボビン内径部と嵌合しており、ロータ軸と軸受けも回転嵌合してしているため、コイルの内径に対する内側磁極部の割合を増やすことが可能となり、これにより磁気回路の磁気抵抗が減少して発生トルクがアップする。或いは内側磁極部を小径化してその分コイルの占有率を増すことで、発生トルクをアップさせることも可能である。
【００３４】
第１ロータ軸８の円柱部８ａの端面と第２ロータ軸９の円柱部９ａの端面とは向き合って配置されているが、間にスペーサー１０が配置されるため、直接接触しない。また、第１ロータ軸８と第２ロータ軸９とはマグネット７を介して固定されているが、マグネット７は軟磁性材料ではないため、第１のコイル３により第１ロータ軸８を励磁したとしても、それにより第２ロータ軸９が励磁されることはない。同様に、第２のコイル５により第２ロータ軸９を励磁したとしても、それにより第１ロータ軸８が励磁されることはない。すなわち、第１ロータ軸８と第２ロータ軸９との間に磁束の行き来がないように構成されている。
【００３５】
第１ロータ軸８と第２ロータ軸９にはお互いに向き合う円柱部８ａと円柱部９ａの端面にそれぞれ凹部１８ｃ,１９ｃ（図２参照）が形成され、第１ロータ軸８と第２ロータ軸９との間の磁気抵抗を大きくするような形状になっている。しかもこの場合でも、第１ロータ軸８の円柱部８ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの対向面積は小さくならず、第１ロータ軸８の円柱部８ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。同様に、第２ロータ軸９の円柱部９ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの対向面積は小さくならず、第２ロータ軸９の円柱部９ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。上記凹部１８ｃ,１９ｃの形状は前述の磁気抵抗の条件を確保するためには円錐形状が望ましく、本実施形態では円錐形状としている。また、円錐形状とすることで、凹部８ｃ,９ｃに接着剤を注入してマグネット７と第１ロータ軸８と第２ロータ軸９とスペーサー１０を固定する方法をとることで、接着剤の量も十分に使用でき、接着強度が高まるし、接着剤の流れ出しによる不良等を防ぐこともでき、組み立てが容易になる。
【００３６】
また、マグネット７の内径部は第１ロータ軸８と第２ロータ軸９及びスペーサー１０によって埋められているので、従来例１,２に示されるものに比べ、マグネットの機械的強度が大きいものとなる。
【００３７】
また、本実施の第１の形態では第１の内側磁極部を第１ロータ軸８と第１軸受け１１で構成し、第２の内側磁極部を第２ロータ軸９と第２軸受け１２で構成して、第１ステータ１と第２ステータ２はカップ形状で外筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状で構成されることから製造が容易であり、コストが安くなる。すなわち、ロータ軸と軸受けが内側磁極部を兼ねていることで、コストを安くしている。従来例１,２に示される構造の場合、第１のステータ及び第２のステータはそれぞれ内側磁極部を外側磁極部と一体的に構成しなければならないが、内側磁極部を外側磁極部と同一部品で構成することは製造上難しい。例えばメタルインジェクションモールドにより成型することは可能であるがコスト高となり、プレスにより一体的に製造することは外側磁極部のみを構成する部品を製造する場合と比較して部品が小さくなればなるほど困難になる。また、内側磁極部と外側磁極部とを別々に製造してからカシメや溶接或いは接着等により一体的に固着する場合もコストが高くなる。
【００３８】
また、従来例１,２に示されるものは、マグネットの外径部と外側磁極部との隙間を精度良く保って組み立てる必要のほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部もマグネットに対し所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い場合にこの隙間を確保出来ず、内側磁極部がマグネットに接触してしまう等の不良が生じてしまうが、本実施形態ではマグネットの外径部のみの隙間を管理するだけで良いので、組み立てが容易になる。
【００３９】
さらに、上記従来例１,２では内側磁極部はマグネットと出力軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さ（図１０のＬ１）を十分に長く出来ないのに対し、本実施形態では図２のＬ２で示すように、内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを長く確保でき、これにより外側磁極部とマグネットを有効に利用することができ、モータの出力が高まる。
【００４０】
また、本実施の第１の形態においても従来例１,２に示されるものと同様にコイルの通電により発生する磁束を直接マグネットに作用させ、モータを高出力なものにするとともに、非常に小型化可能なものとしている。つまり、このステッピングモータの外径はマグネットの外径にステータの磁極を対向させるだけの大きさがあればよく、また、ステッピングモータの長さはマグネットの長さに第１のコイルと第２のコイルの長さを加えた程度の長さがあれば良いことになる。このため、ステッピングモータの大きさはマグネットおよびコイルの外径と長さによって決まるもので、マグネット及びコイルの外径と長さをそれぞれ非常に小さくすればステッピングモータを超小型にすることができるものである。その際、マグネット及びコイルの外径と長さをそれぞれ非常に小さくすると、ステッピングモータとしての精度を維持することが難しくなるが、これはマグネットを円筒形状に形成し、この円筒形状に形成されたマグネットの外周面及び内周面に第１、第２のステータの外側磁極部及び内側磁極部を対向させるという単純な構造により、ステッピングモータの精度の問題を解決している。また、上記の説明で述べたように、さらに低コストで高出力なものになる。
【００４１】
図３〜図６はそれぞれ（ａ）が図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）が図２のＢ−Ｂ断面図であり、以下にこれらを用いてモータの回転駆動方法を説明する。
【００４２】
図３の状態は、第１のコイル３に対して正通電することにより、第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＮ極とし、第１ロータ軸８の円柱部８ａをＳ極とし、同時に第２のコイル５に対して逆通電することにより、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅをＳ極とし、第２ロータ軸９の第２の円柱部９ａをＮ極とした場合を示す。これにより、マグネット７の外周表面のＳ極に着磁された着磁部が第１ステータ１の外側磁極部の中心に向かう回転力（図３（ａ）の時計方向）が発生するとともに、マグネット７の外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第２ステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力（図３（ｂ）の反時計方向）が発生し、図３の状態でバランスを保って静止する。
【００４３】
次に、図３の状態から、第１のコイル３への正通電を維持しながら、すなわち第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＮ極とし、第１ロータ軸８の円柱部８ａをＳ極としながら、第２のコイル５への通電を正通電に切り換えると、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはＮ極に励磁され、第２ロータ軸９の円柱部９ａはＳ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＳ極に着磁された着磁部が第２ステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図４に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図３の状態からマグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。
【００４４】
次に、図４の状態から、第２のコイル５への正通電を維持しながら、すなわち第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅをＮ極とし、第２ロータ軸９の円柱部９ａをＳ極としながら、第１のコイル３への通電を逆通電に切り換えると、第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅはＳ極に励磁され、第１ロータ軸８の円柱部８ａはＮ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第１ステータ１の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図５に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は、図４の状態からマグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。
【００４５】
次に、図５の状態から、第１のコイル３への逆通電を維持しながら、すなわち第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅをＳ極とし、第１ロータ軸８の円柱部８ａをＮ極としながら、第２のコイル５への通電を逆通電に切り換えると、第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅはＳ極に励磁され、第２ロータ軸９の円柱部９ａはＮ極に励磁され、マグネット７は外周表面のＮ極に着磁された着磁部が第２ステータ２の外側磁極部の中心に向かう回転力が発生し、図中時計方向に回転を始める。そして、図６に示す状態でバランスを保って静止する。この状態は図５の状態から前記マグネット７が時計方向に１８．０度回転した状態である。
【００４６】
上記のように第１のコイル３及び第２のコイル５への通電方向を順次切り換えていくことにより、ロータの構成要素であるマグネット７は通電位相に応じた位置へと順次回転することになる。
【００４７】
ここで、マグネット７の外周面を周方向に分割してなる着磁層を軸方向に２つ設け、第１ステータ１と対向する一方の着磁層と、第２ステータ２と対向する他方の着磁層の位相を互いに１８０／Ｎ度ずらし、第１ステータ１と第２ステータ２の位相を同じものとしてもよい。
【００４８】
（実施の第２の形態）
図７〜図８は本発明の実施の第２の形態に係るステッピングモータを示す図であり、図７はステッピングモータの分解斜視図、図８は図７のステッピングモータの組立て後の軸方向の断面図である。ここで、上記実施の第１の形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
図７〜図８において、２１は第１ロータ軸であり、マグネット７に接着固定される。この第１ロータ軸２１は第１円柱部２１ａと第２円柱部２１ｂと軸部２１ｃとで構成される。第１円筒部２１ａはマグネット７の内径部に固定され、第２円筒部２１ｂは第１のコイル３の内径部に挿入され、軸部２１ｃは後述の第１軸受けによって回転可能に支持される。軸部２１ｃは後述の軸部２２ｃよりも軸方向の長さが長く、出力軸として機能する。すなわち軸部２１ｃの先端に不図示のギアやレバー、スクリューねじ等を固定することで、回転出力を得ることができる。２２は第２ロータ軸であり、マグネット７に接着固定される。この第２ロータ軸２２は第１円柱部２２ａと第２円柱部２２ｂと軸部２２ｃとで構成される。第２円筒部２２ａはマグネット７の内径部に固定され、第２円筒部２２ｂは第２のコイル５の内径部に挿入され、軸部２２ｃは後述の第２軸受けによって回転可能に支持される。
【００５０】
第１ロータ軸２１及び第２ロータ軸２２は間にスペーサー１０を挟んでマグネット７に固定される。第１ロータ軸２１の第１円柱部２１ａとスペーサー１０と第２ロータ軸２２の第１円柱部２２ａとが軸方向に密着した状態で軸方向に並置されるが、この軸方向の長さはマグネット７の軸方向の長さと略同一となる。
【００５１】
上記のマグネット７と第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２とスペーサー１０とでロータが構成される。
【００５２】
第１ロータ軸２１の円柱部２１ａの端面と第２ロータ軸２２の円柱部２２ａの端面とは向き合って配置されているが、間にスペーサー１０が配置されるため、直接接触しない。また、第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２とはマグネット７を介して固定されているが、マグネット７は軟磁性材料ではないため、第１のコイル３により第１ロータ軸２１を励磁したとしても、それにより第２ロータ軸２２が励磁されることはない。同様に、第２のコイル５により第２ロータ軸２２を励磁したとしても、それにより第１ロータ軸２１が励磁されることはない。すなわち、第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２との間に磁束の行き来がないように構成されている。
【００５３】
第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２にはお互いに向き合う円柱部２１ａと円柱部２２ａの端面にそれぞれ凹部２１ｄ，２２ｄが形成され、第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２との間の磁気抵抗を大きくするような形状になっている。しかもこの場合でも、第１ロータ軸２１の円柱部２１ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの対向面積は小さくならず、第１ロータ軸２１の円柱部２１ａと第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。同様に、第２ロータ軸２２の円柱部２２ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの対向面積は小さくならず、第２ロータ軸２２の円柱部２２ａと第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとの磁気抵抗が大きくならないようになっている。上記凹部２１ｄ，２２ｄの形状は前述の磁気抵抗の条件を確保するためには円錐形状が望ましく、本実施形態では円錐形状としている。円錐形状とすることで凹部２１ｄ，２２ｄに接着剤を注入してマグネット７と第１ロータ軸２１と第２ロータ軸２２とスペーサー１０を固定する方法をとることで、接着剤の量も十分に使用でき、接着強度が高まるし、接着剤の流れ出しによる不良等を防ぐこともでき、組み立てが容易になる。
【００５４】
２３は軟磁性材料からなる第１軸受けであり、第１円筒部２３ａとこの第１円筒部２３ａよりも外径の大きな第２円筒部２３ｂで構成される。第１軸受け２３は第１ステータ１の穴部１ｇにその第１円筒部２３ａが挿入された状態で第２円筒部２３ｂが天板１ｆに密着するように固定され、第１ロータ軸２１の軸部２１ｃを回転可能に支持する。また、第１のコイル３及び第１ボビン４は第１ステータ１の内側に固定され、その状態で第１軸受け２３の第１円筒部２３ａは第１ボビン４の内径部に嵌合している。すなわち、第１のコイル３の内径部には軟磁性材料からなる第１軸受け２３の第１円筒部２３ａと、同じく軟磁性材料からなる第１ロータ軸２１の第２円筒部２１ｂ及び軸部２１ｃとが挿入された状態となる。２４は軟磁性材料からなる第２軸受けであり、第２軸受け２４は第１円筒部２４ａとこの第１円筒部２４ａよりも外径の大きな第２円筒部２４ｂで構成される。第２軸受け２４は第２ステータ２の穴部２ｇにその第１円筒部２４ａが挿入された状態で第２円筒部２４ｂが天板２ｆに密着するように固定され、第２ロータ軸２２の軸部２２ｃを回転可能に支持する。また、第２のコイル５及び第２ボビン６は第２ステータ２の内側に固定され、その状態で第２軸受け２４の第１円筒部２４ａは第２ボビン６の内径部に嵌合している。すなわち、第２のコイル５の内径部には軟磁性材料からなる第２軸受け２４の第１円筒部２４ａと、同じく軟磁性材料からなる第２ロータ軸２２の第２円筒部２２ｂ及び軸部２２ｃとが挿入された状態となる。第１軸受け２３の第１円筒部２３ａの先端が第１ロータ軸２１の第２円柱部２１ｂを受け、第２軸受け２４の第１円筒部２４ａの先端が第２ロータ軸２２の第２円柱部２２ｂを受ける形で、ロータの軸方向の移動を所定量に規制する。
【００５５】
第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第１ロータ軸２１の第１円柱部２１ａが配置される。第１のコイル３の内径部に配置される第１ロータ軸２１及び第１軸受け２３は第１のコイル３によって第１ステータ１の外側磁極部１ａ〜１ｅとは反対の極に励磁され、第１の内側磁極部として機能する。第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅと対向してマグネット７を挟む位置に第２ロータ軸２２の第１円柱部２２ａが配置される。第２のコイル５の内径部に配置される第２ロータ軸２２及び第２軸受け２４は第２のコイル５によって第２ステータ２の外側磁極部２ａ〜２ｅとは反対の極に励磁され、第２の内側磁極部として機能する。
【００５６】
第１のコイル３により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第１ステータ１の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第１の内側磁極部を構成する第１ロータ軸２１の第１円柱部２１ａとの間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際、第１の内側磁極部を構成する第１円柱部２１ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。同様に、第２のコイル５により発生する磁束は、マグネット７の外周面に対向する第２ステータ２の外側磁極部とマグネット７の内周面に固定され第２の内側磁極部を構成する第２ロータ軸２２の第１円柱部２２ａとの間を通過するので、効果的にマグネット７に作用する。その際、第２の内側磁極部を構成する第１円柱部２２ａはマグネット７の内周面との間に空隙を設ける必要がない。したがって、上記従来例１,２に比べて外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ、出力を高めることができる。
【００５７】
また、第１のコイル２の内径部に挿入された状態で第１の外側磁極部に固定される第１軸受け２３を軟磁性材料で形成することにより、第１ロータ軸２１と共に第１の内側磁極部として作用し、第２のコイル５の内径部に挿入された状態で第２の外側磁極部に固定される第２軸受け２４を軟磁性材料で形成することにより、第２ロータ軸２２と共に第２の内側磁極部として作用するので、第１のコイル３及び第２のコイル５により発生する磁束が流れやすくなり、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００５８】
ここで、第１軸受け２３とマグネット７が固定される第１ロータ軸２１との間、及び第２軸受け２４とマグネット７が固定される第２ロータ軸２２との間には吸着力が発生して摩擦力によるトルク損失が生じたり、摺動面の耐久性を損なう可能性はあるが、第１ロータ軸２１の第１軸受け２３との軸方向受け部を第１のコイル３の内径部に挿入される第２円筒部２１ｂの先端とし、第２ロータ軸２２の第１軸受け２４との軸方向受け部を第２のコイル５の内径部に挿入される第２円筒部２２ｂの先端とすることで、上記実施の第１の形態のものよりも軸方向受け部のマグネット７からの距離を離して吸着力を低減させている。これにより実施の第１の形態のものよりもマグネット７の外径や円筒部厚みを増やすことで磁力をアップさせても吸着力はさほど大きくならず、マグネット７の磁力アップ及び磁気回路の磁気抵抗が減少することによる効率アップの方がより有効に働き、発生するトルク自体は大きくなる。また、第１軸受け２３、第１ロータ軸２１、第２軸受け２４、第２ロータ軸２２の表面に潤滑材の塗布、潤滑塗装（フッ素系潤滑塗装・グラファイト系潤滑塗装・二流化モリブデン系潤滑塗装）、潤滑メッキ（例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を含有した無電解ニッケルメッキやテフロン（登録商標）潤滑無電解ニッケルメッキなど）等を施すことにより、摺動面の摩擦によるトルク損失を抑制したり、摺動面の耐久性を損なうことを防いで出力トルクをアップさせることも可能である。
【００５９】
モータの回転駆動方法に関しては上記の実施の第１の形態と同様のため、その説明は省略する。
【００６０】
最後に、上記実施の各形態における効果についてまとめて以下に説明する。
【００６１】
第１のコイル２の内径部に挿入された状態で第１の外側磁極部に固定される第１軸受け１１，２３を軟磁性材料で形成することにより、第１ロータ軸８，２１と共に第１の内側磁極部として作用し、第２のコイル５の内径部に挿入された状態で第２の外側磁極部に固定される第２軸受け１２，２４を軟磁性材料で形成することにより、第２ロータ軸９，２２と共に第２の内側磁極部として作用するので、第１のコイル３及び第２のコイル４により発生する磁束が流れやすくなり、軸受けを非軟磁性材料で形成するものに比べて、よりいっそう出力を高めることが可能となる。
【００６２】
また、第１の内側磁極部を第１ロータ軸８，２１と第１軸受け１１，２３で構成し、第２の内側磁極部を第２ロータ軸９，２２と第２軸受け１２，２４で構成しているので、従来にように外側磁極部と内側磁極部とを接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。
【００６３】
また、本実施の各形態におけるステッピングモータの外径はマグネット７の外径にステータ１，２の磁極を対向させるだけの大きさがあればよく、軸方向の長さはマグネット７の長さに第１のコイル３と第２のコイル４の長さを加えた程度の長さがあれば良い。このため、ステッピングモータの大きさはマグネット及びコイルの径と長さによって決まるもので、マグネット及びコイルの外径と長さをそれぞれ非常に小さくすればステッピングモータを超小型にすることができる。また、従来に比べて内側磁極部を軸方向に長く構成できるので、外側磁極部とマグネットを有効に利用することができ、ステッピングモータの出力を高められる。
【００６４】
また、第１の内側磁極部の一部をなす第１ロータ軸８，２１及び第２の内側磁極部の一部をなす第２ロータ軸９，２２はマグネット７の内周面に接着固定されるので、これらの間に空隙を設ける必要がない。
【００６５】
したがって、外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることができる。また、このことによりマグネット７の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になり、不良率も少なくなる。さらに、マグネット７は内径部に第１のロータ軸及び第２のロータ軸が固定されるので、強度的に優れたものとなる。
【００６６】
（発明と実施の形態の対応）
上記実施の各形態において、マグネット７が本発明の円筒形状のマグネットに、第１のコイル３及び第２のコイル５が本発明の第１のコイル及び第２のコイルに、外側磁極部１ａ〜１ｅが本発明の第１の外側磁極部に、外側磁極部２ａ〜２ｅが本発明の第２の外側磁極部に、第１軸受け１１，２３が本発明の第１の軸受けに、第２軸受け１２，２４が本発明の第２の軸受けに、第１ロータ軸８，２１が本発明の第１のロータ軸に、第２ロータ軸９，２２が本発明の第２のロータ軸に、それぞれ相当する。そして、前記第１軸受け１１，２３と前記第１ロータ軸８，２１が本発明の第１の内側磁極部を構成し、前記第２軸受け１２，２４と前記第２ロータ軸９，２２が本発明の第２の内側磁極部を構成する。
【００６７】
以上が実施の各形態の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施の形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型化を損なうことなく、よりコストの安い高出力のステッピングモータを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係るステッピングモータの分解斜視図である。
【図２】図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態の断面図である。
【図３】図２に示すステッピングモータのマグネットとステータの位相関係を示す断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面である。
【図４】図３の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを１８．０度回転させた状態を示す断面図である。
【図５】図４の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに１８．０度回転させた状態を示す断面図である。
【図６】図５の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに１８．０度回転させた状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の第２の形態に係るステッピングモータの分解斜視図である。
【図８】図７に示すステッピングモータの組み立て完成状態の断面図である。
【図９】従来のステッピングモータの分解斜視図である。
【図１０】従来のステッピングモータの断面図である。
【符号の説明】
１ 第１ステータ
２ 第２ステータ
３ 第１のコイル
５ 第２のコイル
７ マグネット
８ 第１ロータ軸
９ 第２ロータ軸
１１ 第１軸受け
１２ 第２軸受け
２１ 第１ロータ軸
２２ 第２ロータ軸
２３ 第１軸受け
２４ 第２軸受け
Claims (2)
- 周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットと、該マグネットと同心かつ該マグネットをそれぞれ軸方向の両端から挟む位置に配置される第１のコイル及び第２のコイルと、前記マグネットの外周面に対向し前記第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部と、前記マグネットの外周面に対向し前記第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部と、前記マグネットを挟んで前記第１の外側磁極部に対向して配置される第１の内側磁極部と、前記マグネットを挟んで前記第２の外側磁極部に対向して配置される第２の内側磁極部とを有し、
前記第１の内側磁極部は、前記第１のコイルの内径部に挿入された状態で前記第１の外側磁極部に固定される軟磁性材料からなる第１の軸受けと、該第１の軸受けと回転可能に嵌合し、かつ前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなる第１のロータ軸とにより構成され、前記第２の内側磁極部は、前記第２のコイルの内径部に挿入された状態で前記第２の外側磁極部に固定される軟磁性材料からなる第２の軸受けと、該第２の軸受けと回転可能に嵌合し、かつ前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなる第２のロータ軸とにより構成されることを特徴とするステッピングモータ。 - 前記第１のロータ軸或いは前記第１の軸受け、或いは、前記第２のロータ軸或いは前記第２の軸受けの少なくともいずれかの摺動面に潤滑塗装或いは潤滑メッキがなされていることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
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