JP4387858B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、円柱形状のステッピングモータの改良に関するものである。

出力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が提案されている（特許文献１参照）。このステッピングモータの分解斜視図を図１０に、該ステッピングモータの組み立て後の軸中心の断面図を図１１に、それぞれ示す。

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（マグネット）から成る円筒形状のロータ、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は同じくロータ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により励磁される軟磁性材料から成る第１のステータ、２０５は第２のコイル２０３により励磁される軟磁性材料から成る第２のステータである。前記第１のステータ２０４は、ロータ２０１の外周面に隙間を空けて対向する第１の外側磁極部２０４Ａ，２０４Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間を空けて対向する第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄを備えており、前記第２のステータ２０５は、ロータ２０１の外周面に隙間を空けて対向する第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間を空けて対向する第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄを備えている。

２０６は出力軸であり、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は非磁性材料から成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。

上記構成のステッピングモータは、第１のコイル２０２及び第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と第１の内側磁極部２０４Ｃ，２０４Ｄ、第２の外側磁極部２０５Ａ，２０５Ｂと第２の内側磁極部２０５Ｃ，２０５Ｄの極性を切り換え、ロータ２０１を回転させていくものである。

この種のステッピングモータは、コイルに通電することで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ロータをなす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、出力の向上につながる。

また、上記ステッピング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（ロータ軸）を軟磁性材料で構成すると共にステータ（内側磁極部と外側磁極部よりなる）に取り付け、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が開示されている（特許文献２参照）。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、モータの出力があがる。
特開平０９−３３１６６６号公報 特開平１０−２２９６７０号公報

しかしながら、上記特許文献２で開示されたモータは、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。

上記特許文献１及び特許文献２に開示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ことになる。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。また、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。

また、高精度な位置出しを行う事も近年特に望まれている。そのためにはモータの分解能を高める必要があり、マグネットの着磁分割ピッチを細かくし、着磁極数を増やす必要がある。しかし、マグネットの着磁極数を増やすのは着磁ヨークの製造上の要件及び着磁のための強い磁場の形成上困難であり、通常１ｍｍ程度のピッチの着磁となる。製造が容易で強力な磁力を持つ微細な着磁ピッチを持つマグネットが望まれる。

（発明の目的）
本発明の目的は、着磁及び製造を容易にするとともにコストをより安くすることのできるステッピングモータを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のステッピングモータは、軟磁性材料からなり、内側磁極部を有する回転軸と、片面に凹形状部分と凸形状部分が交互に且つ等間隔に形成され、前記内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されるシート状マグネットと、前記内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの前記凹形状部分および前記凸形状部分に対向する外側磁極部を有するステータと、前記内側磁極部および前記外側磁極部を励磁するコイルとを有し、前記シート状マグネットは前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成される面が同一の極性となるように着磁されるものであって、前記内側磁極部の外周面への巻き始まりと巻き終わりの部分が前記凹形状部分となるように、前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成されることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明のステッピングモータは、軟磁性材料からなり、第１および第２の内側磁極部が軸方向に並んで形成される回転軸と、片面に凹形状部分と凸形状部分が交互に且つ等間隔に形成され、前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されるシート状マグネットと、前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの一方端側に配置され、前記凹形状部分および前記凸形状部分に対向する第１の外側磁極部を有する第１のステータと、前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの一方端側に配置され、前記第１の内側磁極部および前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの他方端側に配置され、前記凹形状部分および前記凸形状部分に対向する第２の外側磁極部を有する第２のステータと、前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの他方端側に配置され、前記第２の内側磁極部および前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを有し、前記シート状マグネットは前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成される面が同一の極性となるように着磁されるものであって、前記内側磁極部の外周面への巻き始まりと巻き終わりの部分が前記凹形状部分となるように、前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、着磁及び製造を容易にするとともにコストをより安くすることができるステッピングモータを提供できるものである。

以下の実施例１及び実施例２に示される通りである。

図１乃至図４は本発明の実施例１に係る図であり、そのうち、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み立て後の軸方向の断面図である。また、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。

これらの図において、１はロータを構成する円筒形状のマグネットリングであり、その外周表面は円周方向に等間隔にｎ分割（ｎは偶数であって、本実施例１では１０）され、かつ、分割された部分が半径方向に向かって凹凸形状（凸部を１Ａ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｇ，１Ｊで示し、凹部を１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ，１Ｈ，１Ｋで示す）に形成されるとともに半径方向に着磁されている。本実施例１では内周面がＳ極、外周面すなわち凹凸が形成されている側がＮ極に着磁されている。内周面がＮ極、外周面がＳ極に着磁されている場合でも同様に成り立つのであるが、本実施例１では内周面がＳ極、外周面（凹凸が形成されている側）がＮ極に着磁されているものとして説明を進める。以下、凸形状部分を凸部と呼び、１Ａ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｇ，１Ｊで示し、凹形状部分を凹部と呼び、１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ，１Ｈ，１Ｋで示す。

前記凹凸部のピッチの最小値は機械的な製造要件に限界が依存し、例えばプラスチックマグネットの場合、０．５ｍｍ程度の幅の凹部或いは凸部は容易に形成できる。また、マグネットリング１は内径側と外周側とに分極しているだけであるので着磁装置が単純なもので済み、また、着磁装置も着磁のために十分な強さの磁場を容易に形成できるので該マグネットリング１の着磁強度も十分強く構成できる。

２は円筒形状の第１のコイルであり、３は同じく円筒形状の第２のコイルであって、共にその中心部はマグネットリング１の中心部と一致しており、軸方向に並んで前記マグネットリング１を挟む位置に配置されている。この第１、第２のコイル２，３の外径は前記マグネットリング１の外径とほぼ等しい。

８は第１のステータであり、９は第２のステータであって、共に軟磁性材料で構成され、円筒形状の外筒部がある。第１のステータ８には、マグネットリング１の外周面の凸部の直径寸法に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第１の外側磁極部８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅが形成されている。この第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅは、円筒形状の第１のステータ８の外筒部の先端を切り欠くことで周方向に複数に分割されて成り、それぞれがマグネットリング１の一方の端面から軸方向に延出した櫛歯形状の磁極部として形成されている。本実施例１では、第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅは３６０／（ｎ／２）度、すなわち７２度ずれて形成されている。第２のステータ９には、同じくマグネットリング１の外周面の凸部の直径寸法に所定の隙間をもって対向する櫛歯形状の第２の外側磁極部９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅが形成されている。この第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅは、円筒形状の第２のステータ９の外筒部の先端を切り欠くことで周方向に複数に分割されて成り、それぞれが第１のステータ８の場合と反対のマグネットリング１のもう一方の端面から軸方向に延出した櫛歯形状の磁極部として形成されている。本実施例１では、第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅも３６０／（ｎ／２）度、すなわち７２度ずれて形成されている。

第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅ及び第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅは、共に切欠き部と軸に対して平行方向に延出する歯により構成されている。この構成により、ステッピングモータの直径を最小限にしつつ、磁極部の形成が可能となる。つまり、もし外側磁極部を半径方向に延びる凹凸で形成するとその分該モータの直径は大きくなってしまうのであるが、本実施例１では、切欠き部と軸に対して平行方向に延出する歯により外側磁極部を構成しているので、該モータの直径を最小限に抑えることができる。

第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅと第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅとは同一形状であって、互いの櫛歯形状の磁極部の先端が対向するように向かい合って配置される。また、図３（ａ）と図３（ｂ）とから明らかなように、第１のステータ８と第２のステータ９とは互いの櫛歯形状の磁極部の位相が１８０／ｎ度、すなわち１８°ずれて配置されている。そして、第１のステータ８は第１のコイル２によって励磁され、第２のステータ９は第２のコイル３によって励磁される。

１０は軟磁性材料から成る出力軸であり、マグネットリング１の内径部に固定されている。この出力軸１０にはマグネットリング１に対向している第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅと対向した軸方向の範囲でマグネットリング１を挟む位置に外径寸法Ｄ１なる第１の内側磁極部１０Ａが形成されている。出力軸１０はその一部１０Ｃが第１のコイル２の内径部に挿入されており、第１の内側磁極部１０Ａは第１のコイル２によって第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅとは反対の極に励磁される。第１の内側磁極部１０Ａの軸と垂直方向の断面形状は図３（ａ）に示すように円形形状である。また、出力軸１０には、マグネットリング１に対向している第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅと対向した軸方向の範囲でマグネットリング１を挟む位置に外径寸法Ｄ１なる第２の内側磁極部１０Ｂが形成されている。出力軸１０はその一部１０Ｄが第２のコイル３の内径部に挿入されており、第２の内側磁極部１０Ｂは第２のコイル３によって第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅとは反対の極に励磁される。第２内側磁極部１０Ｂの軸と垂直方向の断面形状は図３（ｂ）に示すように、第１の内側磁極部１０Ａと同様に円形形状である。出力軸１０は第１の内側磁極部１０Ａ及び第２内側磁極部１０Ｂにてマグネットリング１を固着している。

また、出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａと第２内側磁極部１０Ｂの間には外径寸法Ｄ２なる溝形状の連結部１０Ｅが形成されている。もちろん、Ｄ１＞Ｄ２の関係である。Ｄ２は小径であるため、第１の内側磁極部１０Ａと第２の内側磁極部１０Ｂの間の部分の磁気抵抗は大きくなるよう構成できる。それにより、第１のコイル２への通電による発生する磁束が軟磁性材料の出力軸１０を介して該第２のコイル２及び第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅ、第２の内側磁極部１０Ｂに影響を及ぼし、第２のコイル３への通電による発生する磁束が軟磁性材料の出力軸１０を介して第１のコイル２及び第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅ、第１の内側磁極部１０Ａに影響を及ぼして回転を不安定なものにしてしまう事を防ぐことができる。なお、Ｄ１＝Ｄ２であっても、後述するようにマグネットの機械的強度を増す事やバックメタルとして働き、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少なくする事や第１のステータ８と第２のステータ９はカップ状の形状で外側の筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状で構成でき、製造を容易にする事や、組み立てが容易になる事や内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さを容易に長く確保でき、モータの出力を高めることができるなどの利点がある。したがって、Ｄ１＞Ｄ２の関係となるように連結部１０Ｅを形成して無くても本構造は十分利点がある。

１２は非磁性材料から成る第１の軸受けであり、第１のステータ８に固定され、出力軸１０の軸部１０Ｆと回転可能に嵌合して該出力軸１０を回転可能に保持している。１３は同じく非磁性材料から成る第２の軸受けであり、第２のステータ９に固定され、出力軸１０の軸部１０Ｇと回転可能に嵌合して該出力軸１０を回転可能に保持している。これら第１の軸受け１２、第２の軸受け１３は共に非磁性材料であるので、第１のステータ８と出力軸１０との間に発生する磁力による吸着及び第２のステータ９と出力軸１０との間に発生する磁力による吸着を防ぎ、回転特性及び耐久性を高めることができる。

前記第１の軸受け１２及び第２の軸受け１３は軟磁性材料であってもかまわない。その場合は磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので発生するトルク自体は大きくなる。もちろん第１の軸受け１２と出力軸１０との間或いは第２の軸受け１３と出力軸１０との間で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ったりする可能性はあるが、第１の軸受け１２、出力軸１０、第２の軸受け１３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・二硫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（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だりでき、出力トルクの大きいモータとすることが出来る。

第１のステータ８の外筒部と出力軸１０の間であって、第１の軸受け１２を介したこれらの連結部近傍に第１のコイル２を配置し、第１のステータ８の第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅと出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａとの間にマグネットリング１の一端側を挟む。また、第２のステータ９の外筒部と出力軸１０の間であって、第２の軸受け１３を介したこれらの連結部近傍に第２のコイル３を配置し、第２のステータ９の第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅと出力軸１０の第２の内側磁極部１０Ｂとの間にマグネットリング１の他端側を挟む。つまり、外側磁極部８Ａ〜８Ｅ，９Ａ〜９Ｅがマグネットリング１の外周表面と対向し、内側磁極部１０Ａ，１０Ｂがマグネットリング１の内周表面に位置し、第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅと第１の内側磁極部１０Ａは対向し、同じく第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅと第２の内側磁極部１０Ｂは対向している構造になっている。

１４は円筒形状の連結リングであり、この連結リング１４の内側の一端側には溝１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅが形成され、他端側には溝１４Ｆ，１４Ｇ，１４Ｈ，１４Ｊ，１４Ｋが形成されており、溝１４Ｆ〜１４Ｋは溝１４Ａ〜１４Ｅに対して位相が１８０／ｎ度、すなわち１８度位相がずれている。これら溝１４Ａ〜１４Ｅと溝１４Ｆ〜１４Ｋとは軸方向にも所定の距離を空けて形成されており、溝１４Ａ〜１４Ｅに第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅが嵌合され、溝１４Ｆ〜１４Ｋに第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅが嵌合され、それぞれ接着剤で固定される。この連結リング１４に、上記のようにして第１のステータ８と第２のステータ９を固定することで、これら第１のステータ８と第２のステータ９を所望の位置及び位相で配置することができる。また、連結リング１４は非磁性材料で構成されており、第１のステータ８と第２のステータ９との間の磁気回路を分断でき、お互いの磁極の影響が出にくい構成となっている。

本実施例１では、マグネットリング１の内径部は出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａや第２の内側磁極部１０Ｂによって支持されているので、上記の特許文献１や特許文献２で提案されているものに比べ、マグネットの機械的強度が大きく、また、出力軸１０はマグネットリングの内径部に現れるＳ極と外周部のＮ極との間の磁気抵抗を小さくするいわゆるバックメタルとして作用するので、磁気回路のパーミアンス係数は高く設定されることになり、高温下の環境で使用されても減磁による磁気的劣化も少ない。

第１のステータ８と第２のステータ９はカップ状の形状で外側の筒部分に切り欠きを設けたという単純な形状であるから、製造が容易である。もしも従来例で述べた特許文献１や特許文献２に示す構造であると、第１のステータあるいは第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ず、内側磁極部と外側磁極部を同一の部品で構成する場合は製造が難しい。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のはコストが高くなり、プレスにより一体的に製造するのは外側磁極部を構成する部品を製造するのに比較し、部品が細か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を別々に製造してからカシメや溶接あるいは接着等により一体的に固着する場合はコストが高くなる。すなわち、特許文献１や特許文献２に開示された従来のモータは、コイル２個、マグネットリング１個、出力軸１個、第１ステータ（外側磁極部を構成する部品と内側磁極部を構成する部品の２部品）、第２ステータ（外側磁極部を構成する部品と内側磁極部を構成する部品の２部品）、連結リングの、合計９部品が最低限必要であったのに対し、本実施例１では、コイル２個、マグネットリング１個、出力軸に相当する出力軸１個、第１ステータ（外側磁極部を構成する部品）、第２ステータ（外側磁極部を構成する部品）、連結リングの、合計７部品で構成することが可能となり、コストが安くなり、製造もし易くなる。

さらに、特許文献１や特許文献２で提案されているモータは、マグネットリングの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要があるほかに、マグネットリングの内径部に対向する位置にある内側磁極部はマグネットリング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事によりこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットリングに接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高いのに対し、本実施例１では、マグネットリング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る。また、第１の内側磁極部と第２の内側磁極部を別の部品で構成するのに比べ、本実施例１では単一の部品で構成しているので、お互いの相互差が少なく精度の良いステッピングモータとすることができる。

更には、上記特許文献１や特許文献２では、内側磁極部はマグネットリング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リングとが対向する軸方向の長さ（図１１のＬ１）は十分に長く出来ないのに対し、本実施例１では、図２のＬ２で示すように、内側磁極部とマグネットリングとが対向する軸方向の長さを容易に長く確保でき、これにより外側磁極部とマグネットリングを有効に利用することができモータの出力を高めることができる。

マグネットリング１は、その外周表面を円周方向に等間隔にｎ分割（ｎは偶数であって、本実施例１では８）して半径方向に向かって凹凸部が形成されている。そして、本実施例１では内周面がＳ極、外周面すなわち凹凸部が形成してある側がＮ極に着磁されている。また、このマグネットリング１は内径側と外周側とに分極しているだけであるので着磁装置が単純なもので済み、また、着磁装置も着磁のために十分な強さの磁場を容易に形成できるのでマグネットの着磁強度も十分強く構成できる。

図４（ａ）〜（ｄ）は図２のＡ−Ａ断面を示し、図４（ｅ）〜（ｈ）はＢ−Ｂ断面を示す図であり、これを用いてステッピングモータの回転駆動について説明する。図４（ａ）と（ｅ）とが同時点の断面図であり、図４（ｂ）と（ｆ）とが同時点の断面図であり、図４（ｃ）と（ｇ）とが同時点の断面図であり、図４（ｄ）と（ｈ）とが同時点の断面図である。

図４（ａ）と（ｅ）の状態では、第１のコイル２及び第２のコイル３に通電して第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅ及び第２の外側磁極部９Ａ〜９ＥはＮ極にそれぞれ励磁されている。ここで、マグネットリング１の外周部である凹凸部のうち、凹部１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ，１Ｈ，１ＫはＮ極に着磁されてはいるが、第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅ及び第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅからは半径方向に離れているので駆動力に大きな影響は及ぼさない。また、凸部１Ａ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｇ、１Ｊは内径からの厚さも凹部１Ｂ〜１Ｋに比べて大きいため、着磁強度も強く、更に第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅ及び第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅからの半径方向に関する距離が近いため、駆動力に大きな影響を及ぼす。つまり、電磁力を考える場合、凸部１Ａ〜１Ｊと第１の外側磁極部部８Ａ〜８Ｅ及び第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅの関係を主として考えればよい事になる。

図４（ａ）と（ｅ）の状態から、第２のコイル３の通電方向を切り換えて、第１のステータ８の外側磁極部８Ａ〜８ＥをＮ極に励磁したまま、第２のステータ９の外側磁極部９Ａ〜９ＥをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネットリング１は時計方向に１８度回転し、図４（ｂ）と（ｆ）に示す状態になる。次に、第１のコイル２への通電を反転させ、第１のステータ８の外側磁極部８Ａ〜８ＥをＳ極に励磁し、第２のステータ９の外側磁極部９Ａ〜９ＥをＳ極に励磁すると、ロータであるマグネットリング１は更に時計方向に１８度回転し、図４（ｃ）と（ｇ）に示す状態になる。次に、第２のコイル３への通電を反転させ、第１のステータ８の外側磁極部８Ａ〜８ＥをＳ極に励磁したまま、第２のステータ９の外側磁極部９Ａ〜９ＥをＮ極に励磁すると、ロータであるマグネットリング１は更に時計方向に１８度回転し、図４（ｄ）と（ｈ）に示す状態になる。

以後、このように第１のコイル２及び第２のコイル３への通電方向を順次切り換えていくことによって、ロータであるマグネットリング１は通電位相に応じた位置へと順に回転する。

また、マグネットリング１の外周面を周方向に分割してなる着磁層を軸方向に二つ設け、第１のステータ８と対向する一方の着磁層と、第２のステータ９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のステータ８と第２のステータ９の位相を同じものとしてもよい。

上記の実施例１では、上記特許文献１や特許文献２で提案されているものと同様に、コイルへ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、ステッピング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、このモータの径はマグネットの径にステータの磁極部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リングの長さに第１のコイルと第２のコイルの長さを加えただけ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、マグネットリング及びコイルの径と長さによって決まるもので、マグネットリング及びコイルの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。

この時、マグネットリング及びコイルの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事が難しくなるが、これはマグネットリング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リング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。さらに上記の説明で述べたように、低コストで高出力なものに出来る。片側のみのステータを上記特許文献１や特許文献２に記載されているようにマグネットリングの内径部から所定量の隙間を持って内側磁極部を構成するようにし、もう一方のステータを本実施例１のような軟磁性材料から成る出力軸で内側磁極部を構成するようにしても、上記特許文献１や特許文献２に記載のものに比べて性能は上記したように向上する。

本ステッピングモータの回転の割り出しピッチは（１８０／ｎ）度である。ｎは、マグネットリング１の外周表面を円周方向に等間隔に分割して半径方向に向かって凹凸部が形成されているところの、前記凹凸部の数である。つまり、凹凸部の数が多いほど、モータの回転割り出しピッチは細かく構成できる。

既に述べたように、前記凹凸部のピッチの最小値は機械的な製造要件に限界が依存し、例えばプラスチックマグネットの場合、０．５ｍｍ程度の幅の凹形状或いは凸形状は容易に形成でき、特許文献１のモータに比べて高分解能のステッピングモータを構成できる。また、このマグネットリング１は内径側と外周側とに分極しているだけであるので着磁装置が単純なもので済み、また、着磁装置も着磁のために十分な強さの磁場を容易に形成できるのでマグネットの着磁強度も十分強く構成できる。

図５は本発明の実施例２に係るステッピングモータを示す断面図であり、上記実施例１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。

図５において、１５は第１のボビンであり、第１のコイル２が卷き回されている。この第１のボビン１５は非磁性材料で非導電材料から成り、第１のコイル２と第１のステータ８が不用意に導通しないようにしている。この第１のボビン１５は第１のステータ８に固定され、孔１５Ａで出力軸１０を回転可能に保持し、上記実施例１における第１の軸受け１２と同様な機能を果たす。１６は第２のボビンであり、第２のコイル３が卷き回されている。この第２のボビン１６も非磁性材料で非導電材料から成り、第２のコイル３と第２のステータ９が不用意に導通しないようにしている。この第２のボビン１６は第２のステータ９に固定され、孔１６Ａで出力軸１０を回転可能に保持し、上記実施例１における第２の軸受け１３と同様な機能を果たす。

本実施例２では、第１のコイル２と第１のステータ８との不用意な導通を防ぐと同時に、第１のステータ８と出力軸１０の吸着を防ぐ部材を一つの部品、すなわち第１のボビン１５で構成したので、組み立てが容易でかつコストが安く、安定した動作を行うことができる構成とすることができる。同じく、第２のコイル３と第２のステータ９との不用意な導通を防ぐと同時に、第２のステータ９と出力軸１０の吸着を防ぐ部材を一つの部品、すなわち第２のボビン１６で構成したので、組み立てが容易でかつコストが安く、安定した動作を行うことができる構成とすることができる。

図６は本発明の実施例３に係るシート状のマグネット（永久磁石）の構造を示す斜視図である。また、図７は本発明の実施例３に係るステッピングモータの出力軸と該出力軸に巻き付けられるシート状のマグネットの断面図であり、詳しくは、図７（ａ）は、実施例１の図３（ａ）に対応する、第１の内側磁極部付近の軸とは垂直方向の断面図、図７（ｂ）は、実施例１の図３（ｂ）に対応する、第２の内側磁極部付近の軸とは垂直方向の断面図である。図１〜図４と同じ部分は同一符号を付し、その詳細は省略する。

これらの図において、２０は例えばゴム等の可撓性の材質をベースとしたシート状のマグネットであり、片面に凹形状の溝部分と凸形状のレール部分が交互に且つ等間隔に形成されている。レール部分である２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｇ，２０Ｊが実施例１のマグネットリング１の凸部１Ａ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｇ，１Ｊに相当し、溝部分である２０Ｂ，２０Ｄ，２０Ｆ，２０Ｈ，２０Ｋ，２０Ｌが実施例１のマグネットリング１の凹部１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ，１Ｈ，１Ｋに相当するので、以下、溝部分を凹部、レール部分を凸部と呼ぶ。

前記凹凸部がある側の面が実施例１と同様にＮ極に着磁され、その裏の面がＳ極に着磁されている。もちろん実施例１と同様、凹凸部がある側の面がＳ極に着磁され、その裏の面がＮ極に着磁されていても良い。シート状のマグネット２０の端面が凹部２０Ｌと２０Ｋで構成されており、このシート状のマグネット２０を出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａ及び第２の内側磁極部１０Ｂの周りに巻き付けて固定することで、実施例１でいうところの円筒形状のマグネットリングが構成される。この様子を図７で示す。シート状のマグネット２０の端面は凹部２０Ｌと２０Ｋで構成されており、この部分が出力軸１０に対しての巻き始まりと巻き終わりの部分となる。

上記の構成によれば、シート状のマグネット２０の寸法誤差により巻き始めと巻き終わりとの間に隙間が開いた場合でも、この隙間部分はほとんど駆動力に影響を及ぼさない凹部２０Ｌ，２０Ｋであるので、モータの特性は悪くならない。また、本実施例３は、シート状のマグネットでマグネットリングを構成しているため、製造が容易でコストが安くなる。

図８及び図９は本発明の実施例４に係わる図であり、詳しくは、図８はステッピングモータの構造を示す斜視図であり、図９はシート状のマグネット（永久磁石）に着磁する際の構成を示す概念図である。図１〜図４と同じ部分は同一符号を付し、その詳細は省略する。

これらの図において、１００は例えばゴム等の可撓性の材質をベースとしたシート状の永久磁石であり、表面にＳ極、Ｎ極が交互に着磁され、裏面には表面とは逆の極性が交互に着磁されている。このシート状のマグネット１００を出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａ及び第２の内側磁極部１０Ｂの周りに巻き付けて固定することで円筒形状のマグネットリングが構成され、円周方向に沿って分割されてＮ極とＳ極が交互に配置されることになる。

図９はシート状のマグネットの着磁時の構成を示す概念図であり、１０１は着磁用コイル、１０２は着磁用ヨークである。着磁用コイル１０１に電流を流す事で着磁用ヨーク１０２が励磁され、磁極部１０２Ａと磁極部１０２Ｂの間に磁場が発生し、その間にシート状のマグネット１００を挿入する事で、該マグネット１００は磁極部１０２Ａと磁極部１０２Ｂに挟まれたところのみが着磁される。つまり、図９の矢印Ａ方向に着磁ピッチ分だけ送り、着磁コイル１０１の通電方向を変えて電流を流すと、マグネット１００は逆の極性で、磁極部１０２Ａと磁極部１０２Ｂに挟まれたところのみが着磁される。このようにしていけば細かい着磁ピッチで着磁強度が強い着磁を容易に行える。マグネットを円筒形状に構成してから外周面に円周方向に沿ってＳ極とＮ極を交互に着磁する場合よりも着磁強度が強く且つ細かい着磁ピッチの着磁が可能となり、ステッピングモータを小型化しても着磁極数が多いものが構成可能となる。

上記のようにしてシート状のマグネット１００の表面は着磁され、詳しくは、出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａ及び第２の内側磁極部１０Ｂ側とは逆の面すなわち外周面側になる面１００Ａ，１００Ｃ，１００Ｅ，１００Ｇ，１００ＪがＮ極に着磁され、同じく外周面側になる面１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｆ，１００Ｈ，１００Ｋ，１００ＬがＳ極に着磁される。よって、出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａ及び第２の内側磁極部１０Ｂの周りに巻き付けられて固定され、実施例１でいうところの円筒形状のマグネットリングが形成された状態では、円周方向に沿って等分割されてＮ極とＳ極が交互に配置されることになる。

以上の実施例１〜４における効果について、あらためて以下にまとめて列挙する。

１）上記実施例１乃至実施例３によれば、ステッピングモータの回転の割り出しピッチは（１８０／ｎ）度であり、ｎはマグネットリング１、シート状のマグネット２０の外周表面を円周方向に等間隔に分割して半径方向に向かって凹凸部が形成されているところのその凹凸部の数である。つまり、凹凸部の数が多いほど、モータの回転割り出しピッチは細かく構成できる。この凹凸部のピッチの最小値は機械的な製造要件に限界が依存し、例えばプラスチックマグネットの場合、０．５ｍｍ程度の幅の凹凸部は容易に形成でき、特許文献１のモータに比べて高分解能のステッピングモータを構成できる。また、このマグネットリング１、シート状のマグネット２０は内径側と外周側とに分極しているだけであるので着磁装置が単純なもので済み、着磁装置も着磁のために十分な強さの磁場を容易に形成できるのでマグネットリング１、シート状のマグネット２０の着磁強度も十分強く構成できる。したがって、小型化を損なうことなく、よりコストが安く、高出力かつ高分解能のステッピングモータとすることができる。

２）また、実施例３及び実施例４によれば、例えばゴム等の可塑性の材質をベースとしたシート状のマグネット２０，１００を出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａ及び第２の内側磁極部１０Ｂの周りに巻き付けて固定して、円筒形状のマグネットリングを形成しているので、細かい着磁ピッチで着磁強度の強い着磁を容易に行え、コストも更に安くなる。特に実施例３によれば、シート状のマグネット２０の端面は凹部（溝部分）２０Ｌと２０Ｋで構成されており、巻き始まりと巻き終わりの部分はこの凹部の部分となるので、シート状のマグネット２０の寸法誤差により巻き始めと巻き終わりとの間に隙間が開いた場合でもほとんど駆動力に影響を及ぼさず、モータの特性を損なうことはない。

３）第１のコイル２により発生する磁束は、マグネットリング１、円筒形状に構成されるシート状のマグネット２０，１００の外周面に対向する第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅとマグネットリング１、マグネット２０，１００の内周面に固定された出力軸１０の第１の内側磁極部１０Ａとの間を通過するので、効果的にマグネットリング１、マグネット２０，１００に作用する。同じく、第２のコイル３により発生する磁束は、マグネットリング１、マグネット２０，１００の外周面に対向する第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅとマグネットリング１、マグネット２０，１００の内周面に固定された出力軸１０の第２の内側磁極部１０Ｂとの間を通過するので、効果的にマグネットリング１、マグネット２０，１００に作用する。その際に、第１の内側磁極部１０Ａや第２の内側磁極部１０Ｂはマグネットリング１、マグネット２０，１００の内周面との間に空隙を設ける必要がないので、上記特許文献１や特許文献２に比べ、外側磁極部８Ａ〜８Ｅと内側磁極部１０Ａ、第２の内側磁極部１０Ｂとの距離を狭くでき、磁気抵抗を小さくすることができ、出力を高めることができる。

４）第１の内側磁極部１０Ａと第２の内側磁極部１０Ｂは単一の出力軸１０で構成しているので、上記特許文献１や特許文献２に示される外側磁極部と内側磁極部を接続あるいは一体的に製造する場合に比べ、容易に製造でき、コストが安くなる。

５）マグネットリング１は内径部に固定軸１０が固定され、又シート状のマグネット２０，１００は出力軸１０２巻き付けられて固定されるので、マグネットリング１や又シート状のマグネット２０，１００の機械的強度が増す。また、出力軸１０はバックメタルとして作用するので、マグネットリング１や又円筒形状に構成されるマグネット２０，１００の磁気的劣化も少ない。

６）内側磁極部１０Ａ，１０Ｂを軸方向に長く構成できるので、外側磁極部８Ａ〜８Ｅ，９Ａ〜９Ｅとマグネットリング１、円筒形状に構成されるマグネット２０，１００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ることができる。さらに、マグネットリング１、マグネット２０，１００の外径部（外周側）と外側磁極部８Ａ〜８Ｅ，９Ａ〜９Ｅとの隙間を管理するだけでよいので、組み立てが容易になる。

７）第１のコイル２と第２のコイル３は、マグネットリング１や円筒形状に構成されるマグネット２０，１００とほぼ同径で、かつ該マグネットリング１や円筒形状に構成されるマグネット２０，１００を軸方向に関して挟む位置に配置されているため、ステッピングモータの外径寸法を小さくすることができる。

８）図５に示したように、第１の内側磁極部１０Ａと第２の内側磁極部１０Ｂの外径寸法をいずれもＤ１とし、それら第１の内側磁極部１０Ａと第２の内側磁極部１０Ｂの間はＤ１より小さいＤ２なる外径寸法をもつ連結部１０Ｅとすることにより、その部分の磁気抵抗は大きくなる。よって、第１のコイル２への通電による発生する磁束が軟磁性材料の出力軸１０を介して第２のコイル３、第２の外側磁極部９Ａ〜９Ｅ及び第２の内側磁極部１０Ｂに影響を及ぼし、第２のコイル３への通電による発生する磁束が軟磁性材料の出力軸１０を介して第１のコイル２、第１の外側磁極部８Ａ〜８Ｅ及び第１の内側磁極部１０Ａに影響を及ぼし、モータの回転を不安定なものにしてしまうといったことを防ぐことができる。

（変形例）
上記各実施例においては、マグネットリングの内径部に固定される出力軸を、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部の両方の軸方向の所定範囲において対向し、第１のコイル及び第２のコイルにより励磁される内側磁極部が形成された構成にしているが、これに限定されるものではなく、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部のうちの少なくとも一方の軸方向の所定範囲において対向し、第１のコイルと第２のコイルの少なくとも一方により励磁される内側磁極部が形成された出力軸としても良い。

本発明のステッピングモータは、撮影装置や携帯電話機等の小型の機器に有用である。

本発明の実施例１に係るステッピングモータを示す分解斜視図である。 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２のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例１に係るステッピングモータの回転動作について説明する為の図である。 本発明の実施例２に係る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。 本発明の実施例３に係るステッピングモータを示す分解斜視図である。 図６のステッピングモータを示す断面図である。 本発明の実施例４に係るステッピングモータを示す分解斜視図である。 図８のシート状のマグネットに着磁する際について説明する為の図である。 従来のステッピングモータを示す分解斜視図である。 図１０の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。

符号の説明

１ マグネットリング
１Ａ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｇ，１Ｊ 凸部
１Ｂ，１Ｄ，１Ｆ，１Ｈ，１Ｋ 凹部
２ 第１のコイル
３ 第２のコイル
８ 第１のステータ
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ 第１の外側磁極部
９ 第２のステータ
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ 第２の外側磁極部
１０ 出力軸
１０Ａ 第１の内側磁極部
１０Ｂ 第２の内側磁極部
１０Ｅ 連結部
１２ 第１の軸受け
１３ 第２の軸受け
１４ 連結リング
１５ 第１のボビン
１６ 第２のボビン
２０ シート状のマグネット
２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｇ，２０Ｊ 凸部（溝形状）
２０Ｂ，２０Ｄ，２０Ｆ，２０Ｈ，２０Ｋ，２０Ｌ 凹部（レール形状）
１００ シート状のマグネット
１００Ａ〜１００Ｌ 着磁された外周側の面

Claims (2)

1. 軟磁性材料からなり、内側磁極部を有する回転軸と、
   片面に凹形状部分と凸形状部分が交互に且つ等間隔に形成され、前記内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されるシート状マグネットと、
   前記内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの前記凹形状部分および前記凸形状部分に対向する外側磁極部を有するステータと、
   前記内側磁極部および前記外側磁極部を励磁するコイルとを有し、
   前記シート状マグネットは前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成される面が同一の極性となるように着磁されるものであって、前記内側磁極部の外周面への巻き始まりと巻き終わりの部分が前記凹形状部分となるように、前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成されることを特徴とするステッピングモータ。
2. 軟磁性材料からなり、第１および第２の内側磁極部が軸方向に並んで形成される回転軸と、
   片面に凹形状部分と凸形状部分が交互に且つ等間隔に形成され、前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されるシート状マグネットと、
   前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの一方端側に配置され、前記凹形状部分および前記凸形状部分に対向する第１の外側磁極部を有する第１のステータと、
   前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの一方端側に配置され、前記第１の内側磁極部および前記第１の外側磁極部を励磁する第１のコイルと、
   前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの他方端側に配置され、前記凹形状部分および前記凸形状部分に対向する第２の外側磁極部を有する第２のステータと、
   前記第１および第２の内側磁極部の外周面に巻き付けて固定されたシート状マグネットの他方端側に配置され、前記第２の内側磁極部および前記第２の外側磁極部を励磁する第２のコイルとを有し、
   前記シート状マグネットは前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成される面が同一の極性となるように着磁されるものであって、前記内側磁極部の外周面への巻き始まりと巻き終わりの部分が前記凹形状部分となるように、前記凹形状部分および前記凸形状部分が形成されることを特徴とするステッピングモータ。

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