JP4062417B2 - 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、詳しくは、例えば、インクジェット式記録装置のキャリッジや紙送りローラを駆動させるために好適に使用されるステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、ステータのマグネットワイヤーの巻線に電流を流すことによって生じる磁極とロータの磁石により与えられる磁極の反発によって間欠的に回転駆動することが可能なモータである。図６は、従来のステッピングモータ１００の一例を示す分解斜視図である。このステッピングモータ１００は、２つのリング状永久磁石４５ａ、４５ｂ、一対のマグネットホルダ２１ａ、２１ｂおよびシャフト５０により構成されるロータ２０と、このロータ２０を同軸上に内挿するとともに周方向に櫛状極歯部３５を有する複数のヨーク３３を備え、該ヨーク３３の間にマグネットワイヤーを巻装（４７ａ、４７ｂ）するステータ３１と、このステータ３１に外装されるケース１１とを主要な構成としている。また、マグネットワイヤーの巻線４７ａ、４７ｂは、ハーネスユニット６０と接続されている。
【０００３】
ステッピングモータの組立時には、ロータ２０およびステータ３１をそれぞれ別個に組み立てた後、ステータ３１内の空間にロータ２０を嵌め込み、ケース１１内に圧入して固定している。ロータ２０のシャフト５０は、軸受４２を介してフランジ１０の穴に挿通され、さらにシャフト５０の一端にはプーリ４１を装着する。
【０００４】
図７に、図６のステッピングモータ１００の内部構造を示す。
ロータ２０は、マグネットホルダ２１ａ、２１ｂの周部に支持されるリング状のマグネット４５ａ、４５ｂを備えており、マグネットホルダ２１ａ、２１ｂの中心には、シャフト５０が挿通されている。シャフト５０は、フランジ１０に装着された軸受４２、およびステータ３１に装着された軸受４９によって支持されている。ロータ２０の側部には、ワッシャ４３、４４、４６が配備されており、フランジ１０およびステータ３１との間でロータ２０の位置を固定している。
【０００５】
ステータ３１は、櫛状極歯部３５をそれぞれ備えたヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを備え、左右１対のマグネットワイヤーからなる巻線４７ａ、４７ｂが施されている。
【０００６】
ケース１１は、ロータ２０を挿入したステータ３１を嵌め込んだ状態で、背部がフランジ１０と接着されている。この状態で、ステータ３１はケース１１中に圧入され、被覆樹脂部５１が露出するようにカバー５３が装着されている。また、ロータ２０はワッシャ４３、４４を介してフランジ１０の軸受４２に押し当てられるように支持されている。
【０００７】
以上のような構成のステッピングモータ１００においては、マグネットワイヤーの巻線４７ａ、４７ｂに電流を流すと、起磁力が発生し、ロータ２０を所定角度動かす。この際、ロータ２０の起磁力とロータ２０の反発および吸引力により、ステータ３１とロータ２０にスラスト方向の力が働く。また、櫛状極歯部３５へも吸引力が発生し、その応力によりヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの外周部が微小変形する。このため、ケース１１とヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの励磁により振動が発生するという問題があった。
すなわち、ヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは完全な円弧ではないので、ケース１１内にステータ３１を圧入してステッピングモータ１００を組み立てた場合、ケース１１とヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの間に僅かな空隙が生じ、ここに加振エネルギーが加わることにより、ヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄがケース１１の内周面の不定箇所と接触を繰返し、耳障りな高い周波数の騒音が発生する。
【０００８】
このため、従来は、ケース部とヨーク部の嵌合をきつくしてケースを変形させながらヨークとケースの密着性を向上させる方法が採られていた。しかし、ケース部とヨーク部の嵌合がきつくなりすぎると、ヨーク挿入時にめっき削れが発生したり、ステータ全体が変形してしまい、ロータとの接触が起きる可能性が高くなる。めっき削れの発生やロータとの接触は、ステッピングモータの性能低下や故障につながるため、出来るだけ避けなければならない。また、ケース部とヨーク部の嵌合がきついと、製造時にヨークをケース内に挿入できない状況が発生し、歩留まりが悪くなり生産性が大幅に低下するという問題もある。
【０００９】
一方、▲１▼特開平１０−１０８４４８号公報では、ケースとヨークの振動防止の目的で空隙部に合成樹脂やゴムなどを充填したステッピングモータが提案されている。また、▲２▼特開平１１−２３５００２号公報においては、同様の目的で、コイル部とケース部を合成樹脂等で一体成形したステッピングモータが提案されている。さらに、▲３▼特開平６−２１７５１９号公報では、ケースとして、短冊状の板材を断面Ｃ字形に丸めて加工したものを用いることにより、ケースにバネ力を持たせ磁気抵抗を少なくして騒音を低減する技術が提案されている。
【００１０】
しかし、上記▲１▼の方法は、合成樹脂やゴムなどの充填材の費用がそのまま材料費に加算されるため、コスト増となる。上記▲２▼の樹脂モールドによる一体成形は、設備費用や精度管理に大きな投資が必要となる上、金型構造が複雑になり、大量生産には不向きな方法である。また、樹脂の寸法精度を確保しないと、ロータとの中心のずれが生じて異常振動や異常音の発生原因となってしまう。上記▲３▼の方法では、バネ力以上の加振エネルギーが加わった場合には、騒音低減効果が得られない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ケース内にステータを圧入して組み立てられるステッピングモータにおいて、簡易な構成でケースとヨークとに起因する騒音の発生を防止することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載のステッピングモータの発明は、永久磁石と該永久磁石を支持するマグネットホルダと、該マグネットホルダの中心に貫装されたシャフトと、からなるロータと、前記ロータを同軸上に内挿するとともに、周方向に複数の櫛状極歯部を有するヨークを備えており、該ヨーク間にマグネットワイヤーを巻装するステータと、該ステータの周部に外装されるケースと、を有するステッピングモータであって、前記ステータは、前記ヨークの外周が円形状であり、前記ケースは、内周面の角部間の平面が前記ステータの前記ヨークの外周との接触点となって前記ステータを支持する多角形状であることを特徴とする。
【００１３】
この特徴によれば、ケースの周面を多角形状にしたことにより、ケース内でヨークがしっかりと支持されるので、ヨークがケースの内周面と接触を繰返すことによる騒音の発生を防止することができる。つまり、多角形状のケースによってヨークとケースを多点接触させて固定することにより、ヨークとケースとが接触点以外の部分で接触することがなくなり、励磁による騒音が起こらなくなる。
また、ケースを多角形状化することで剛性が高まり、固有振動周期が高いモードに移行する結果、ステッピングモータの起動に基づく固有振動周期との差が大きくなるため、この点でも騒音の低減効果が得られる。
さらに、ケースを多角形状にすることによって、ヨークの嵌合をきつくしても接触部分が少ないため変形などの問題は生じない。
また、ケースの多角形状の形成は、構造簡単にして通常の金属加工方法等を利用して行えるため、製造コストも低く押さえることができる。したがって、樹脂やゴムなどの２次部材を使用することなく、安価にヨーク部とケース部の接触部を安定的に固定できる。
【００１４】
さらに、請求項１に記載のステッピングモータの発明は、前記ケースにおける、前記ステータを挿入するステータ挿入部が、両側に貫通開口した形状であることを特徴とする。この特徴によれば、ケースにおいてステータを挿入するステータ挿入部が、両側に貫通開口した形状であることにより、樹脂被覆部を有するステータを挿入する場合、磁気バランスが向上してステッピングモータの駆動性能を安定化させることができる。すなわち、現在の多くのステッピングモータでは、ステータ表面に樹脂被覆を行っているため、ケースの背部（前記図６のフランジとの接触面）に金属部を持つと、この金属部を考慮して磁気バランスの調整を行う必要があるが、ケースのステータ挿入部が貫通開口していると、磁気バランスの調整が容易であり、駆動性能を安定化できる。
【００１５】
さらに、請求項１に記載のステッピングモータの発明は、前記ケースは、短冊状の板材を曲げ加工して多角形に成形してなる概略外形がＣ字形のケースであることを特徴とする。この特徴によれば、短冊状の板材を曲げ加工して多角形に成形してなる概略外形がＣ字形のケースは、構造簡単にして、容易に多角形状を施すことが可能である。つまり、短冊状の板金等に角度を規定しながら曲げ加工を施せばよいので、製造が容易で多角形状の精度も保ち易く、製造コストも低い。
【００１６】
本発明に係るステッピングモータの発明の他の態様は、上記に加えてさらに、前記ケースは、リング形状の筒材に多角形状を施したものであることを特徴とする。この特徴によれば、リング形状の筒材に多角形状を施したケースは、構造簡単にして、容易に多角形状を施すことが可能である。
【００１７】
本発明に係るステッピングモータの発明の他の態様は、上記に加えてさらに、前記ケースを収納するケースカバーを備えたことを特徴とする。この特徴によれば、ケースを収納するケースカバーを備えたことにより、ケースを安定的に保持することが可能になり、騒音の発生をより一層低減できる。
【００１８】
本発明に係るステッピングモータの発明の他の態様は、上記に加えてさらに、前記ケースカバーは、軸受を介して前記シャフトを支持する機能を有するものであることを特徴とする。この特徴によれば、ケースカバーとして、軸受を介してシャフトを支持する機能を有するものとすることにより、従来技術で必須に配備されてきたケース支持部材としてのフランジ（支持板材、図６の符号１０）に替えてケースカバーを使用できる。また、ケースカバーによって、フランジを使用しなくても容易に同軸度を確保することができるようになる。さらに、ケースカバーは合成樹脂等で成形することにより、容易に製造できるので、コストも低く抑えることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明ステッピングモータ１０２の一実施形態を示す図面であり、内部構造を示すため部分断面としている。このステッピングモータ１０２の構造は、ケース１４を除き前記図６、図７と略同様であるため、適宜これらの図面も参照しながら説明を行う。
【００２０】
また、図２および図３は、本発明のステッピングモータに使用する多角形状ケースの実施態様の例を示す斜視図である。図２は、外形がリング状のケース１３を示しており、リングの内側がステータ３１を挿入する貫通開口部となる。このようにリング形状の筒材に多角形状を施したケース１３は、構造簡単にして、既知の金属絞り加工等によって容易に加工できる。
【００２１】
図３は、外形が略Ｃ字形をしたケース１４を示しており、Ｃ字形の内側がステータ３１を挿入する貫通開口部となる。このように、Ｃ字形のケース１４は、構造簡単にして、短冊状の板金等の板材を曲げ加工して多角形に成形することにより、容易に加工できる。つまり、短冊状の板金等に角度を規定しながら曲げ加工を施せばよいので、製造が容易で多角形状の精度も保ち易く、製造コストも低い。このような多角形状の形成は、通常の金属加工方法等を利用して行えるため、製造コストも低く押さえることができる。
【００２２】
以下、図３のケース１４により説明を行うが、図２のケース１３も同様の機能を有する。
図３から見て取れるように、多角形状のケース１４は、複数の角部８３を有している。このように角部８３を有することにより、内部に挿入されるステータ３１との接点が形成され、ケース１４とステータ３１とが安定的に固定される。つまり、多角形状のケース１４に形成された角部８３と角部８３の間の多数の平面が接触点となり、ヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄをしっかりと支持する。したがって、ヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとケース１４とは接触点以外の部分で接触することがなくなり、ヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄがケース１４の内周面と接触を繰返すことによる騒音の発生を防止することができる。
【００２３】
また、ケース１４を多角形状化することで剛性が高まり、固有振動周期が高いモードに移行する結果、ステッピングモータ１０２の起動に基づく固有振動周期との差が大きくなるため、この点でも騒音の低減効果が得られる。
【００２４】
ケース１４における角部８３の数は適宜設定できるが、角部８３が少ない場合（例えば３〜４箇所）には、ケース１４の角部８３とヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの周部との空隙が大きくなり、磁気抵抗を悪化させ、騒音を発生させる原因になることがある。また、角部８３を多くすると外形が円に近づくため、全体の大きさを小さくできる。しかし、角部８３が多くなりすぎると、ステータ３１のヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとの接点となる面が多くなりすぎ、発明の効果が損なわれる場合があるほか、製造も複雑になるので、全周（３６０°；リング形状の場合）で１８箇所程度の角部８３を設けることが適当である。ケース１４に角部８３を形成する場合は、角部８３間に形成される平面とヨーク３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄの周部との接点が、同心円状になるように精度を保つことが好ましい。
【００２５】
また、ケース１４は、ステータ３１を挿入するステータ挿入部が、両側に貫通開口した形状である。このことにより、樹脂被覆部５１（図７参照）を有するステータ３１を挿入する場合、磁気バランスが良好になってステッピングモータ１０２の駆動性能を安定化させることができる。図１に示すように、両側に貫通開口した形状のケース１４は、接合部９０において、直接フランジ１０に抵抗溶接等の手段で固定されている。
【００２６】
図４は、本発明のケース１４をケースカバー１５に収納した状態を示す平面図である。また、図５は、該ケースカバー１５を備えた本発明における第２実施形態に係るステッピングモータ１０３を示しており、部分的に断面の状態を示している。ケーカバー１５は、例えば合成樹脂等の材質で成形されている。ケースカバー１５の内周面は、ケース１４の多角形状に対応するように、多角形状が施されており、ケース１４を嵌入して収納できるように構成されている。
【００２７】
本実施形態のステッピングモータ１０３では、ケースカバー１５を備えたことにより、ケース１４を安定的に保持することが可能になり、騒音の発生をより一層低減できる。また、ケースカバー１５は、孔部７８を備え、この部分に軸受４２を挿着することにより、シャフト５０を支持することができる。さらに、ケースカバー１５は、ステッピングモータ１０２を取付けるための孔７９ａ、７９ｂも備えている。
【００２８】
このケースカバー１５は、軸受４２を介してシャフト５０を支持する機能を有しており、ケースカバー１５によって、フランジ１０を使用しなくても容易にロータ２０とステータ３１との同軸度を確保することができるようになる。このように、ケースカバー１５は、従来技術で必須に配備されてきたケース支持部材としてのフランジ１０（図６、図７参照）に替えて使用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ケースの周面を多角形状にしたことにより、ケース内でヨークがしっかりと支持されるので、ヨークがケースの内周面と接触を繰返すことによる騒音の発生を防止することができる。つまり、多角形状のケースによってヨークとケースを多点接触させて固定することにより、ヨークとケースとが接触点以外の部分で接触することがなくなり、励磁による騒音が起こらなくなる。
また、ケースを多角形状化することで剛性が高まり、固有振動周期が高いモードに移行する結果、ステッピングモータの起動に基づく固有振動周期との差が大きくなるため、この点でも騒音の低減効果が得られる。
さらに、ケースの多角形状の形成は、構造簡単にして通常の金属加工方法等を利用して行えるため、製造コストも低く押さえることができる。また、樹脂やゴムなどの２次部材を使用することなく、安価にヨーク部とケース部の接触部を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るステッピングモータの説明に供する図面であり、部分的に断面の構造を示している。
【図２】ケースの一実施態様の説明に供する斜視図である。
【図３】ケースの別の実施態様の説明に供する斜視図である。
【図４】ケースを収納したケースカバーを示す平面図。
【図５】本発明の第２実施形態に係るステッピングモータの説明に供する図面であり、部分的に断面の構造を示している。
【図６】従来のステッピングモータの説明に供する分解斜視図。
【図７】従来のステッピングモータの説明に供する断面図。
【符号の説明】
１０ フランジ
１１ ケース（従来）
１３、１４ ケース（本発明）
１５ ケースカバー
２０ ロータ
２１ａ、２１ｂ マグネットホルダ
３１ ステータ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ ヨーク
４２ 軸受
４３、４４、４６ ワッシャ
４５ａ、４５ｂ マグネット
４７ａ、４７ｂ 巻線
４９ 軸受
５０ シャフト
８３ 角部
１００、１０２、１０３ ステッピングモータ

Claims (1)

1. 永久磁石と該永久磁石を支持するマグネットホルダと、該マグネットホルダの中心に貫装されたシャフトと、からなるロータと、
   前記ロータを同軸上に内挿するとともに、周方向に複数の櫛状極歯部を有するヨークを備えており該ヨーク間にマグネットワイヤーを巻装するステータと、
   該ステータの周部に外装されるケースと、を有するステッピングモータであって、
   前記ステータは、前記ヨークの外周が円形状であり、
   前記ケースは、内周面の角部間の平面が前記ステータの前記ヨークの外周との接触点となって前記ステータを支持する多角形状であり、
   前記ケースにおける、前記ステータを挿入するステータ挿入部が、両側に貫通開口した形状であり、
   前記ケースは、短冊状の板材を曲げ加工して多角形に成形してなる概略外形がＣ字形のケースであることを特徴とする、ステッピングモータ。

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