JP4455095B2

JP4455095B2 - 駆動装置

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Publication number: JP4455095B2
Application number: JP2004050841A
Authority: JP
Inventors: 香織堀池
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005245116A

Description

本発明は、カメラ等に搭載される駆動装置の改良に関するものである。

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として、図１０に示すものがある（特許文献１参照）。図１０は、特許文献１にて開示されたモータの分解斜視図、図１１に図１０のモータの断面図であり、これらの図を用いてその構成を簡単に説明する。

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、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、位相関係で保持するものである。

上記構成のモータは、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これに対向する内側磁極部へ、あるいは、内側磁極部からこれに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。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。

また、上記モータを更に改良したものとして特許文献２に記載のものがある。この特許文献２には一例（図５参照）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が示されている。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にモータの出力があがる。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。
特開平９−３３１６６６号公報特開平１０−２２９６７０号公報

しかしながら、上記特許文献２で提案されたものは出力軸も磁気回路として利用できるものの、吸着を避けるために軸受けを非磁性体にて構成しており、ステータと出力軸が磁気的に直接接続されたものではないので、磁気抵抗が大きく、磁気効率の良いものではない。また、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て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。

また、特許文献１や特許文献２で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。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。

（発明の目的）
本発明の目的は、低コスト化を達成しつつ、出力の高い駆動装置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、本発明の駆動装置は、軟磁性材料からなり、内側磁極部を有する回転軸と、前記内側磁極部の外周面に固定されるとともに、外周面を周方向に分割して異なる磁極が交互に着磁される着磁部を有するマグネットと、前記マグネットの着磁部に対向するように天板部から延出形成される外側磁極部を有するステータと、非磁性材料からなり、前記コイルが巻回されるとともに、前記内側磁極部と前記ステータの天板部との間に配置されるボビンと、軟磁性材料からなり、前記ステータの天板部に固定されて、前記回転軸を回転可能に保持する軸受けとを有し、前記回転軸には、前記ボビンの内径部に挿通される円柱部が前記軸受けの端部に対向して形成され、前記ボビンには、軸方向に互いに対向する前記円柱部の端部と前記軸受けの端部の間に位置し、前記円柱部と前記軸受けが軸方向において非接触状態となるようにする規制部が形成されることを特徴とする。

上記構成においては、ステータ、回転軸、前記ステータに固定され前記回転軸を保持する軸受けが軟磁性材料にて構成され、これらが磁気的に接続された構成にすることにより磁気抵抗の少ない磁気回路を形成するので有効的にマグネットに作用し、出力の高い駆動装置とすることができる。その際、回転軸と軸受けが共に軟磁性材料であることから駆動中に両者の間で磁気吸着力が発生する。モータの高速回転時には吸着力はそれほど影響を及ぼさないが、低速回転時においては回転精度に悪影響を及ぼし、回転を不安定にさせる要因となる。そこで、回転軸の軸方向の規制部を非磁性材料からなるボビンに設けることによって該回転軸と軸受けの軸方向の接触を避け、代わりに回転軸の軸外周面でのみ軸受けと接触することによって、磁気回路の一部を形成しつつ、吸着による抵抗をできるだけ小さくしている。このことによって、特許文献２に示される駆動装置のように軸受けを非磁性体にするものに比べて、磁気吸着による損失よりも磁気抵抗が少なくなることによる効率アップの方が有効なため、高出力であって回転精度をアップする駆動装置となる。さらに、回転軸の軸方向規制部をボビンに設けたことによって、部品点数を増やすことなく、また組み立ても単純な駆動装置となっている。

本発明によれば、低コスト化を達成しつつ、出力の高い駆動装置を提供できるものである。

以下の実施例１及び実施例２に示す通りである。

図１〜図３は本発明の実施例１に係る駆動装置であるところのモータを示す図であり、そのうち、図１はモータの分解斜視図、図２は図１のモータの組み立て後における軸方向の断面図である。

図１及び図２において、１は円筒形状からなるマグネットであり、その外周面を円周方向にｎ分割（本実施例１ではｎ＝４）してＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部を有する。２は軟磁性材料からなる第１のステータであり、外筒及び中央に穴部２ｃの開いたドーナツ状の天板で構成されている。この第１のステータ２の外筒は先端部に軸方向に延出する歯形状の第１の外側磁極部２ａ，２ｂが形成され、該第１の外側磁極部２ａ，２ｂは円周方向に７２０／ｎ度（本実施例１では１８０度）間隔で所定の歯幅で形成されている。３は軟磁性材料からなる第２のステータであり、外筒及び中央に穴部３ｃの開いたドーナツ状の天板で構成されている。この第２のステータ３の外筒は先端部に軸方向に延出する歯形状の第２の外側磁極部３ａ，３ｂが形成され、該第２の外側磁極部３ａ，３ｂは円周方向に７２０／ｎ（本実施例１では１８０）度間隔で所定の歯幅で形成されている。

４は円筒形状の第１のコイルであり、後述の第１のボビン９に巻きつけられている。該第１のコイル４はその外径がマグネット１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、後述の第２のボビン１０に巻きつけられている。該第２のコイル５はその外径がマグネット１の外径とほぼ同じ寸法となっている。

６は軟磁性材料からなる回転軸であり、第１のコイル４及び第２のコイル５の内径部に挿入され、かつマグネット１の内径部に接着固定されている。この回転軸６は、マグネット１に対向している第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ，２ｂと対向した軸方向の範囲にありかつ該マグネット１の内径部に固定される外径寸法Ｄ１をもつ部分を内接円柱部分とし、これを第１の内側磁極部６ａとしている。回転軸６の円柱部６ｃが第１のコイル４の内径部に挿入されており、第１の内側磁極部６ａは第１のコイル４によって第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ，２ｂとは反対の極に励磁される。回転軸６の第１の内側磁極部６ａの軸と垂直方向の断面形状は図３に示すような円形形状である。同様にして、この回転軸６は、マグネット１に対向している第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ，３ｂと対向した軸方向の範囲にありかつ該マグネット１の内径部に固定される外径寸法Ｄ１をもつ部分を内接円柱部分とし、これを第２の内側磁極部６ｂとしている。回転軸６の円柱部６ｄが第２のコイル５の内径部に挿入されており、第２の内側磁極部６ｂは第２のコイル５によって第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ，３ｂとは反対の極に励磁される。回転軸６の第２の内側磁極部６ｂの軸と垂直方向の断面形状は第１の内側磁極部６ａと同様に円形形状である。

第１の内側磁極部６ａと第２の内側磁極部６ｂとに挟まれた小径部分は、外径をＤ２とし、Ｄ１＞Ｄ２が成り立つ径となっている。Ｄ２は小径であるために第１の内側磁極部６ａと第２の内側磁極部６ｂの間の部分の磁気抵抗が大きくなるように構成できる。これにより、第１のコイル４への通電により発生する磁束が軟磁性材料からなる回転軸６を介して第２のコイル５及び第２の外側磁極部３ａ，３ｂ、第２の内側磁極部６ｂに影響を及ぼすことを防いでいる。同様にして、第２のコイル５への通電により発生する磁束が軟磁性材料からなる回転軸６を介して第１のコイル４及び第１の外側磁極部２ａ，２ｂ、第１の内側磁極部６ａに影響を及ぼすことを防ぎ、回転が安定したものとなるような構成となっている。また、回転軸６はマグネット１を第１の内側磁極部６ａあるいは第２の内側磁極部６ｂにて固着している。また、回転軸６は軸部６ｅが後述の軸受け７と嵌合し、軸部６ｆが後述の軸受け８と嵌合することによって回転可能に保持されている。

７は軟磁性材料からなる第１の軸受けであり、第１のステータ２の穴部２ｃで固定され、またこれによって第１の軸受け７と第１のステータ２が磁気的に接続されている。また、第１の軸受け７の内径部において回転軸６の軸部６ｅと嵌合することによって該回転軸６を回転可能に保持している。また、該嵌合部において第１の軸受け７と回転軸６が磁気的に接続されている。以上のことにより、第１の軸受け７を介して第１のステータ２と回転軸６とが磁気的に接続され、第１のコイル４により発生する磁束が流れやすくなっている。

８は軟磁性材料からなる第２の軸受けであり、第２のステータ３の穴部３ｃで固定されており、これによって第２の軸受け８と第２のステータ３が磁気的に接続されている。また、第２の軸受け８の内径部において回転軸６の軸部６ｆと嵌合することによって該回転軸６を回転可能に保持している。また、該嵌合部において第２の軸受け８と回転軸６が磁気的に接続されている。以上のことより、第２の軸受け８を介して第２のステータ３と回転軸６とが磁気的に接続され、第２のコイル５により発生する磁束が流れやすくなっている。

９は第１のコイル４が卷回されている非磁性材料からなる第１のボビンである。この第１のボビン９の円筒部９ａの外周に第１のコイル４が卷回され、ボビン端子９ｃにコイル端子が絡げられている。円筒部９ａの内側には回転軸６の軸方向の規制を行う規制部９ｂを持つ。この規制部９ｂが回転軸６の円柱部６ｃと当接することによって該回転軸６の軸方向規制となっている。非磁性材料からなる第1のボビン９にて回転軸６の軸方向規制を行い、回転軸６と軸受け７がスラスト方向において接触しないことによって、回転軸６の吸着による影響を減少させている。

１０は第２のコイル５が卷回されている非磁性材料からなる第２のボビンである。この第２のボビン１０の円筒部１０ａの外周に第２のコイル５が卷回され、ボビン端子１０ｃにコイル端子が絡げられている。円筒部１０ａの内側には回転軸６の軸方向の規制を行う規制部１０ｂを持つ。この規制部１０ｂが回転軸６の円柱部６ｄと当接することによって該回転軸６の軸方向規制となっている。回転軸６を第１のボビン９の規制部９ｂと第２のボビン１０の規制部１０ｂとではさみこむ構造になっていることによって、回転軸６の軸方向の位置規制を行っている。

１１は円筒形状の連結リングであり、この連結リング１１に第１のステータ２と第２のステータ３を固定することで、該第１のステータ２と該第２のステータ３を所望の位置、所望の位相で配置することができる。第１のステータ２と第２のステータ３は同一形状であって、第１の外側磁極部２ａ，２ｂと第２の外側磁極部３ａ，３ｂとが向かい合うように配置される。その際、図３に示すように、マグネット１の着磁位相と第１のステータ２の外側磁極部２ａ，２ｂとの関係は、マグネット１の着磁位相と第２のステータ３の外側磁極部３ａ，３ｂとの関係に対してほぼ１８０／ｎ（本実施例１では４５度）ずれて配置される。また、連結リング１１は非磁性材料にて形成されており、第１のステータ２と第２のステータ３との間の磁気回路を分断してお互いの磁極部の影響が出にくい構成となっている。

第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ，２ｂはマグネット１の外周面に所定の隙間をもって対向しており、第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ，３ｂはマグネット１の外周面に所定の隙間を持って対向している。また、マグネット１の内径部に固定されている回転軸6の内接円柱部分が前述したように第１及び第２の内側磁極部を形成している。

第１のコイル４によって発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ，２ｂと、マグネット１の内周面に固定される第１の内側磁極部６ａとの間を通過するので、効果的にマグネット１に作用する。その際、第１の内側磁極部６ａはマグネット１の内周面との間に隙間を設ける必要がない。同様にして、第２のコイル５により発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ，３ｂと、マグネット１の内周面に固定される第２の内側磁極部６ｂとの間を通過するので、効果的にマグネット１に作用する。その際、第２の内側磁極部６ｂはマグネット１の内周面との間に隙間を設ける必要がない。従って、特許文献１や特許文献２に提案されているものに比べ、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小さくし出力を高めることができる。

また、マグネット１の内径部は回転軸６の第１，第２の内側磁極部６ａ，６ｂによって埋められているので、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１の機械的強度が大きく、またバックメタルとして作用することによりマグネット１の磁気的劣化も少ないものになっている。

更に、特許文献１や特許文献２で提案されているものは、マグネット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の他に、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対して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ことによりこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触したり、モータ精度のばらつきなどの不良原因となったりする可能性があった。これに対し本実施例１では、マグネット１の外径部のみの隙間管理だけで良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て、本実施例１ではこれらを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、また部品点数を減らすことができ、組み立て作業も減らすことができるので、精度が良く、コストの安いモータとすることができる。さらに、特許文献１や特許文献２では外側磁極部と内側磁極部を一体あるいは別部品の接着によって構成しているのに比べて、本実施例１では、第１，第２の外側磁極部２ａ，３ａの構成が単純で、製造方法が容易で安価なものとなっている。

また、本実施例１では、軸受け７を軟磁性材料で形成することにより、該軸受け７を回転軸６の第１の内側磁極部６ａを補助するものとして作用させ、同様に第２の軸受け８を軟磁性材料で形成することにより、該軸受け８を回転軸６の第２の内側磁極部６ｂを補助するものとして作用させているので、第１のコイル４あるいは第２のコイル５により発生する磁束が流れやすいものになり、モータの出力が高められている。

この際、第１の軸受け７と回転軸６との間及び第２の軸受け８と回転軸６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ったりする可能性がある。回転軸６と第１，第２の軸受け７，８が磁気的に接続していながら軸損失を減らすためには、回転軸６と第１，第２の軸受け７，８との接触面積を磁気飽和が起こらない範囲で減らす必要がある。そこで、回転軸６のラジアル方向かスラスト方向のどちらか一方でのみ接触させればよい。この事を考慮して考えられる構成について、次に説明する。

スラスト方向でのみ接触させる方法としては、図４に示した断面図のような構成が考えられる。図中、１７及び１８は軟磁性材料からなる第１の軸受け７及び第２の軸受け８の内周部に挿入された非磁性材料からなるチューブである。回転軸６と第１，第２の軸受け７，８はスラスト方向で接触しており、ここで磁気的に接続された構成となっている。この接続部で磁気飽和が起こらないためには接触面積を増やす必要があるが、この部分で接触面積を増やすことは回転時に軸損失をかなり大きくさせてしまう。さらに磁気抵抗の小さい構成にするためには該チューブ１７，１８を肉薄に構成する必要がある。しかしながら肉薄に形成したチューブは精度が出ず、回転軸を嵌合させるには好ましくない。

そこで、本実施例１では図２に示したように、回転軸６と第１の軸受け７及び第２の軸受け８との接触をラジアル方向でのみ行い、スラスト方向では接触させない構造（ボビン９，１０の規制部９ｂ，１０ｂ）にすると、小径で構成した軸部６ｅ及び６ｆのラジアル方向での損失はごくわずかでしかなく、磁気飽和が起こらないように接触面積を増やすことも容易である。さらに、磁気飽和を減らすために回転軸６と第１，第２の軸受け７，８の間に挟んだ非磁性材からなる軸方向規制部材であるボビン９，１０の規制部９ｂ，１０ｂの肉厚ｔ（図２参照）を薄くすることも容易である。従来例のように軸受けを非磁性材によって形成することによって吸着は少ない反面磁気抵抗が大きくなるものに比べて、上記構成によって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的に働き、マグネット１に発生するトルク自体は大きなものになる。また、第１の軸受け７あるいは回転軸６の軸部６ｅの表面及び第２の軸受け８あるいは回転軸６の軸部６ｆ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など）、潤滑メッキ（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）等を施したり、鉄材だけでなく銅を含む材料からなる含油軸受けとすることにより、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してさらにトルク性能をアップさせることが可能である。

さらに、回転軸６のスラスト方向の規制部を非磁性材料であるボビン９，１０に設けたことにより、部品点数を増やすことなく、また組み立ても簡単なものとすることができる。

以上のように、駆動装置の磁気損失を最小にしながら、軸損失も減らす構造にしたことによって、従来例に示した構造よりも出力が大きく、駆動性能の良いモータとすることができる。

次に、本実施例１における駆動の仕組みについて、図３（ａ）〜（ｈ）を用いて詳細に説明する。図３は図２のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図であり、図３（ａ）と（ｅ）とが同時点の断面図であり、図３（ｂ）と（ｆ）とが同時点の断面図であり、図３（ｃ）と（ｇ）とが同時点の断面図であり、図３（ｄ）と（ｈ）とが同時点の断面図である。

図３（ａ）と（ｅ）の状態から第１のコイル４及び第２のコイル５に通電して、第１のステータ２の外側磁極部２ａ，２ｂをＮ極に励磁し、第２のステータ３の外側磁極部３ａ，３ｂをＳ極に励磁すると、マグネット１は反時計方向に４５度回転し、図３（ｂ）と（ｆ）に示す状態になる。次に、第１のコイル４への通電を反転させ、第１のステータ２の外側磁極部２ａ，２ｂをＳ極に励磁し、第２のステータ３の外側磁極部３ａ，３ｂをＳ極に励磁すると、マグネット１は更に反時計方向に４５度回転し、図３（ｃ）と（ｇ）に示す状態になる。次に、第２のコイル５への通電を反転させ、第１のステータ２の外側磁極部２ａ，２ｂをＳ極に励磁し、第２のステータ３の外側磁極部３ａ，３ｂをＮ極に励磁すると、マグネット１は更に反時計方向に４５度回転し、図３（ｄ）と（ｈ）に示す状態になる。

以後、このように第１のコイル４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って、マグネット１は通電位相に応じた位置へと順に回転する。

なお、マグネット１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のステータ２と対向する一方の着磁層と、第２のステータ３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２と第２のステータ３の位相を同じものとしてもよい。

本実施例１では、特許文献１あるいは特許文献２にて提案されているものと同様に、第１，第２のコイル４，５に通電することにより発生する磁束を直接マグネット１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、このモータの径はマグネット１の径に第１，第２のステータ２，３の磁極部を対向させるだけの大きさがあれば良く、また、モータの長さはマグネット１の長さに第１のコイル４と第２のコイル５の長さを加えただけの長さがあれば良い事になる。このため、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１及びコイル４，５の径と長さをそれぞれ非常に小さくすればモータを超小型にする事ができるものである。

この時、マグネット１及びコイル４，５の径と長さをそれぞれ非常に小さくすると、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１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１の外周面に第１，第２のステータ２，３の外側磁極部を対向させ、かつマグネット１の内径部に内側磁極部を固定させた単純な構造としたことにより、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更に低コストで高出力なものに出来る。

以上のように本実施例１によれば、小型化を損なうことなく、部品形状も単純で構成しやすく、低コストであって、より高出力なモータを提供可能となる。

図５〜図８は本発明の実施例２に係る駆動装置を示す図であり、図５は駆動装置の分解斜視図、図６は組み立て後の駆動装置をその軸方向で切断した断面図である。また、図７及び図８は駆動装置が規制された所定範囲内で往復回転駆動する際の様子を示す図であり、詳しくは、図７はロータに設けられた突起部が固定部材の案内溝の一端に接触した第１の状態での図６のＡ−Ａ断面であり、図８はロータに設けられた突起部が固定部材の案内溝に接触した第２の状態での図６のＡ−Ａ断面である。

これらの図において、２１はプラスチックマグネットからなる概略円筒形状のマグネットであり、内径部には突起部２１ｅを有し、該突起部の２１ｅが後述のロータ２４に設けられた溝部２４ｅと嵌合し接着されている。このマグネット２１はその外周面を円周方向にｎ分割（本実施例２では４分割）して交互にＳ極とＮ極に着磁されている。詳しくは、図７に示すように、着磁部２１ａ，２１ｃの外周面がＮ極に、着磁部２１ｂ，２１ｄの外周面がＳ極にそれぞれ着磁されており、内径部に設けられた突起部２１ｅと着磁位相が常に一定となるように着磁されている。なお、着磁部２１ａ，２１ｃの内周面が外周面と異なるＳ極に、着磁部２１ｂ，２１ｄの内周面が外周面と異なるＮ極に着磁されていると、モータのトルクを向上させることができる。

２２は円筒形状のコイルであり、後述のボビン２６に巻回されている。このコイル２２はマグネット２１と同心で、かつマグネット２１の回転軸方向であって、該マグネット２１と隣接する位置に配置され、その外径がマグネット２１の外径とほぼ同じ寸法である。２３は軟磁性材料からなり、コイル２２によって励磁されるステータである。該ステータ２３は、中心軸と垂直で中心に後述の軸受け２５を保持する面２３ｃと、面２３ｃの外周部から軸方向に延びるｎ／２個（本実施例２では２個）の歯形状の外側磁極部２３ａ，２３ｂからなる。外側磁極部は２３ａ，２３ｂはマグネット２１の外周面に所定の隙間を持って対向しており、７２０／ｎ度（本実施例２では１８０度）ずれて形成されている。そして、該ステータ２３は後述のカバー２７に対して所定の位相位置に固定される。

２４は駆動装置の出力軸となる軟磁性材料からなるロータである。該ロータ２４は出力ピン２４ｆをもち、ここで被駆動部材を駆動させる。また、ロータ２４はその円柱部２４ｄがコイル２２の内径部に挿入され、円柱部２４ａがマグネット２１ａの内径部に直接固定されている。マグネット２１の内径側には、この軟磁性材からなるロータ２４の円柱部２４ａのみが配置され、これが内側磁極部としてマグネット２１に作用する。マグネット２１とロータ２４とを固定する際、該マグネット２１の内径部に設けられた突起部２１ｅとロータ２４に設けられた溝部２４ｅとを合わせて固定することによって、マグネット２１の着磁位相とロータ２４（詳しくは出力ピン２４ｆ）との位相位置を合わせている。もしくは、ロータ２４に対してマグネット２１をインサート成形すると、出力ピン２４ｆとの位相関係が一定になるように着磁を行うことが容易にできる。この際、溝部２４ｅはマグネットの空転止めとして働く。

円柱部２４ａはステータ２３の外側磁極部２３ａ，２３ｂと対向して、内側磁極部として働き、外側磁極部と内側磁極部でマグネット２１を挟む構造となっている（以下、円柱部２４ａを内側磁極部２４ａと記す）。内側磁極部２４ａはコイル２２によって外側磁極部２３ａ，２３ｂとは反対の極に励磁される。内側磁極部２４ａをマグネット２１の内径部に直接固定したことにより、外側磁極部と内側磁極部との隙間はマグネット２１の厚みと、マグネット２１が回転する際に外側磁極部と接触しないだけの微小な隙間分だけとなるので、磁気抵抗が少なく効果的にマグネット２１に磁束が働く構成となっている。

２５は軟磁性材料からなる軸受けであり、ステータ２３に固定され、ロータ２４を回転可能に保持している。また、コイル２２の内径部に挿入されており、該コイル２２への通電によってロータ２４とともに同じ極に励磁される。軸受け２５には内径部２５ａによってロータ２１が回転可能に嵌合しており、ここによって軸受け２５とロータ２４が磁気的に接続されているからロータ２４とともに内側磁極部としても作用している。さらに、軸受け２５は、ステータ２３に固定されていることによってステータ２３とも磁気的に接続されていることから、ロータ、軸受け、ステータが磁気的に接続された構成となっている。

これにより、コイル２２への通電により励磁された磁極部は磁気抵抗がかなり小さい磁気回路を構成している。ロータ２４と軸受け２５は嵌合部において接触しているが、回転軸方向では接触しない構成となっている。この理由については後述する。

２６は非磁性材料からなるコイル２２を卷回するボビンである。コイル卷回部２６ａの内周部にロータ２４の軸方向の規制を行う規制部２６ｂが設けられている。詳しくは、軸受け２５とロータ２４との軸方向の間に挟まれるようになっており、その軸方向の厚みはできるだけ薄く構成されている。このような構造にしたことによって、ロータ２４が軸受け２５に軸方向では直接接触しないようになっている。２７はモータを覆うカバーであり、該カバー２７の平面部には案内溝２７ａが設けられ、ロータ２４の出力ピン２４ｆがこの案内溝２７ａ内の一端あるいは他端に当接することで、ロータ２４の回転範囲を所定角度に規制している。また、カバー２７に固定されるステータ２３は、その外側磁極部２３ａ，２３ｂと案内溝２７ａとの位相が所定の角度関係（本実施例２では外側磁極部２３ａあるいは２３ｂから３６０／ｎ＝９０度ずれた位置）となるように固定されている。

以上のことによって、マグネット２１の着磁位相とロータ２４の出力ピン２４ｆの関係、ステータ２３の外側磁極部２３ａ，２３ｂと案内溝２７ａ、つまりロータ２４及びマグネット２１の回転範囲の位相関係、つまりは、外側磁極部２３ａ，２３ｂとマグネット２１の回転規制範囲内での着磁位相関係が固定されたことになる。本実施例２では、モータの回転可能角度範囲（案内溝２７ａ）のちょうど中央に出力ピン２４ｆがあるとき、マグネット２１の極と極の中心がステータ２３の外側磁極部２３ａ，２３ｂの中央に対向するような位相関係となっている。

次に、図７及び図８を用いて、実施例２における駆動装置の駆動のしくみについて詳細に説明する。図７の状態（図７では不図示であるが、ロータ２４の出力ピン２４ｆがカバー２７の案内溝２７ａの一端に当接している第１の状態）からコイル２２に通電を行い、ステータ２３の外側磁極部２３ａ，２３ｂをＳ極に、ロータ２４の内側磁極部２４ａをＮ極にそれぞれ励磁すると、マグネット２１は反時計回りに回転し、これと一体のロータ２４も回転し、その出力ピン２４ｆがカバー２７の案内溝２７ａの他端に当接することによって回転を止められ、図８に示す状態になる。

図８の状態からコイル２２に逆方向の通電を行い、ステータ２３の外側磁極部２３ａ，２３ｂをＮ極に、ロータ２４の内側磁極部２４ａをＳ極に励磁すると、マグネット２１は時計回りに回転し、出力ピン２４ｆがカバーの案内溝２７ａの一端に当接することによって回転を止められ、図７に示す状態に再び戻る。

以上のことにより、上記構成の駆動装置は、コイル２２への通電方向を切り換えることによって所定の角度範囲内で往復回転可能となっている。

上記の実施例２によれば、外側磁極部２３ａ，２３ｂと内側磁極部２４ａは軟磁性材料からなる軸受け２５を介して磁気的に接続されており、磁気抵抗の少ない磁気回路を形成している。しかしながら、軸受け２５とロータ２４とは共に軟磁性材料で形成されていることから、吸着力が発生し、ロータ２４の回転性能に影響を及ぼす。前述のように実施例１における駆動装置はモータであったので、高速回転を行えば、ロータの軸方向での接触はほとんどないので影響も少ないが、本発明の実施例２では往復回転の駆動装置であって、駆動し始めの低速時でのロータ２４の吸着は駆動特性に大きく影響を及ぼす。軸受け２５を非磁性材料にしたのでは、外側磁極部２３ａ，２３ｂと内側磁極部２４ａとが磁気的に接続された構成にならないので、磁気抵抗が大きくなり、駆動装置の性能アップにならない。

そこで、ロータの軸方向での接触は避け、比較的小径であって吸着トルクが小さくなる軸の外周部（嵌合部）において接触させるのが好ましい。この際、ロータ２４と軸受け２５とが直接接触しないよう、非磁性材料からなるワッシャーのような部材を間に入れ、これによってロータ２４の軸方向の位置規制を行うようにすればよい。該ワッシャーを間に入れる際に磁気抵抗をできるだけ小さくするためには、できるだけ薄い材料であることが好ましい。該ワッシャーを、軸受けの外周部に配置された非磁性材料からなるボビンにて形成すれば、部品点数を増やすことなく構成できるうえ、組み立ても簡単になる。

よって、本実施例２では、ボビン２６のコイル２２の卷回部２６ａの内側にロータ２４の軸方向の規制部２６ｂを持ち、ここでロータ２４の軸方向の位置規制を行っている。また、ロータ２４と軸受け２５が共に軟磁性材料であって、これらの接触は摩擦抵抗も大きく、ロータ回転時の騒音も気になるので、銅を含む鉄材料からなる含油軸受けなどにするとよい。

ロータ２４と軸受け２５との接続の方法として、図９のように回転軸方向で接触を行い、周方向での接触を行わないという構成も考えられる。図９は参考例の駆動装置の断面図であり、１２３はステータ、１２４はロータ、１２５が軸受けである。図９のような構成にした場合、磁気飽和しないようにロータ１２４と軸受け１２５の接触面積を増やせば、吸着による摩擦は益々大きくなる傾向にあり、また磁気抵抗を少なくするために厚みの薄い非磁性材料にて作成の軸受け１２５にてロータ１２４を回転可能に保持すると、軸受け１２５の内径の寸法精度が出ずにロータ１２４の回転精度は悪くなる。

以上のことにより、軸受け２５は軟磁性材料であって、ロータ２４との接続は軸の嵌合部分にて行い、軸方向では接触しない構成とすると磁気抵抗が少ない磁気回路を構成でき、かつ外側磁極部２３ａ，２３ｂと内側磁極部２４ａとの間にマグネット２１を挟む構成としているので、磁束が該マグネット２１に効果的に作用して、駆動装置の出力を高めるものである。

以上のように本実施例２によれば、小型化を損なうことなく、部品形状も単純で構成しやすく、低コストであって、より高出力な駆動装置を提供可能となる。

最後に、上記の実施例１及び実施例２による効果について、以下にまとめて記載する。
上記各実施例によれば、軸受け７，８，２５が軟磁性材料にて構成され、これらが磁気的に接続された構成にすることにより磁気抵抗の少ない磁気回路を形成するので、有効的にマグネット１，２１に作用し、出力の高いモータや駆動装置とすることができる。その際、回転軸６やロータ２４と軸受け７，８，２５が共に軟磁性材料であることから、駆動中に両者の間で磁気吸着力が発生する。モータの高速回転時には吸着力はそれほど影響を及ぼさないが、低速回転時においては回転精度に悪影響を及ぼし、回転を不安定にさせる要因となる。そこで、回転軸６やロータ２４の軸方向の規制部を非磁性材料からなるボビン９，１０，２６に設けることによって該回転軸６やロータ２４と軸受け７，８，２５との軸方向の接触を避け、代わりに回転軸６やロータ２４の軸外周面でのみ軸受け７，８，２５と接触することによって、吸着による抵抗をできるだけ小さくした。このことによって、特許文献２に示される駆動装置のように軸受けを非磁性体にするものに比べて、磁気吸着による損失よりも磁気抵抗が少なくなることによる効率アップの方が有効なため、高出力であって回転精度をアップする駆動装置となる。さらに、回転軸６やロータ２４の軸方向規制部をボビン９，１０，２６に設けたことによって、部品点数を増やすことなく、また組み立ても単純な駆動装置となっている。さらには、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く、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が、回転軸６やロータ２４を内側磁極部としているので、このような点も改善される。

以下、実施例１を代表例として更に詳しく説明すると、第１の外側磁極部２ａ，２ｂと対向しマグネット１の内径部に固定された回転軸部分を第１の内側磁極部と呼ぶと、第１のコイル４により発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第１の外側磁極部２ａ，２ｂと、マグネット１の内周面に固定された回転軸６の第１の内側磁極部６ａとの間を通過するので、効果的にマグネット１に作用する。その際、マグネット１の内周面に対向する回転軸６の第１の内側磁極部６ａはマグネット１の内周面との間に隙間を設ける必要がないので、上記従来例（特許文献１あるいは特許文献２）に比べて外側磁極部２ａ，２ｂと内側磁極部６ａの距離を小さく構成できる。このことは磁気抵抗を少なくし、すなわち出力を高めることができるものである。同様にして、第２の外側磁極部３ａ，３ｂと対向しマグネット１の内径部に固定された回転軸部分を第２の内側磁極部と呼ぶと、第２のコイルにより発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第２の外側磁極部３ａ，３ｂと、マグネット１の内周面に固定された回転軸６の第２の内側磁極部６ｂとの間を通過するので、効果的にマグネット１に作用する。その際、マグネット１の内周面に対向する回転軸６の第２の内側磁極部６ｂはマグネット１の内周面との間に隙間を設ける必要がないので、上記従来例（特許文献１あるいは特許文献２）に比べて外側磁極部３ａ，３ｂと内側磁極部６ｂの距離を小さく構成できる。このことは磁気抵抗を少なくし、すなわち出力を高めることができるものである。

さらに、第１及び第２の内側磁極部６ａ，６ｂがあり、磁気回路となっている回転軸６を回転可能に保持している第１の軸受け７及び第２の軸受け８を軟磁性材料にて形成し、外側磁極部２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂに固定することにより、内側磁極部と外側磁極部が磁気的に接続されている。このことにより、第１のコイル７あるいは第２のコイル８により発生する磁束はより流れやすくなり、磁気抵抗を減少させ出力を高めることが可能になる。その際、回転軸６と各軸受け７，８との間に吸着力が発生し、回転精度、特に低速回転時に影響を及ぼす恐れがある。そこで、回転軸６の軸方向の規制は、規制部９ｂ，１０ｂをもつ非磁性材料からなるボビン９，１０にて行うことで、回転軸と軸受けがスラスト方向で接触することを避け、回転軸と軸受け部との接続を軸損失の小さいラジアル方向でのみ行う構成としている。このことにより、磁極部の磁気抵抗を小さくしながらも、回転の際にも吸着の影響が少ないため、出力が高く、性能のよい駆動装置とすることができる。

また、第１の内側磁極部６ａと第２の内側磁極部６ｂは単一の回転軸６上で構成されており、外側磁極部を構成しているステータの形状も単純化できるため、従来例（特許文献１及び特許文献２）で提案されている外側磁極部と内側磁極部を一体にて製造あるいは、接続製造するのに比べて、容易に製造でき、コストも安いものになる。

本発明の実施例１に係るモータを示す分解斜視図である。図１に示すモータの組み立て完成状態の断面図である。図２に示すモータの軸と垂直方向のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面であり、モータの回転動作説明図である。本発明の実施例１に対する参考例を説明するための断面図である。本発明の実施例２における駆動装置の分解斜視図である。図５に示す駆動装置の組み立て完成状態の断面図である。図６に示す駆動装置の軸と垂直方向のＡ−Ａ断面であり、駆動装置の動作説明図である。同じく図６に示す駆動装置の軸と垂直方向のＡ−Ａ断面であり、駆動装置の動作説明図である。本発明の実施例２に対する参考例を説明するための断面図である。特許文献１におけるステッピングモータの分解斜視図である。図９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
２第１のステータ
２ａ，２ｂ第１の外側磁極部
３第２のステータ
３ａ，３ｂ第２の外側磁極部
４第１のコイル
５第２のコイル
６回転軸
６ａ，６ｂ内側磁極部
７第１の軸受け
８第２の軸受け
９第１のボビン
１０第２のボビン
２１マグネット
２２コイル
２３ステータ
２４ロータ
２５軸受け
２６ボビン

Claims

軟磁性材料からなり、内側磁極部を有する回転軸と、
前記内側磁極部の外周面に固定されるとともに、外周面を周方向に分割して異なる磁極が交互に着磁される着磁部を有するマグネットと、
前記マグネットの着磁部に対向するように天板部から延出形成される外側磁極部を有するステータと、
非磁性材料からなり、前記コイルが巻回されるとともに、前記内側磁極部と前記ステータの天板部との間に配置されるボビンと、
軟磁性材料からなり、前記ステータの天板部に固定されて、前記回転軸を回転可能に保持する軸受けとを有し、
前記回転軸には、前記ボビンの内径部に挿通される円柱部が前記軸受けの端部に対向して形成され、
前記ボビンには、軸方向に互いに対向する前記円柱部の端部と前記軸受けの端部の間に位置し、前記円柱部と前記軸受けが軸方向において非接触状態となるようにする規制部が形成されることを特徴とする駆動装置。