JP4679111B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、特に、ＰＭ（パーマネントマグネット）型ステッピングモータに関するものである。

従来知られているＰＭ型ステッピングモータとして、特許文献１に開示されたものがある。この種のステッピングモータは、シャフト（回転軸）の外周にＮ極及びＳ極が交互に着磁されたマグネット（ロータ）と、シャフトの軸線方向にマグネットを挟んで配置された一対の磁極ユニット（ステータ）とを備えている。そして、この磁極ユニットは、シャフトの軸線方向にマグネットと並列させたコイルと、そのコイルを収容するヨークとで構成されている。
特開２００２−１１２５２２号公報

このようなヨークは、コイルで発生する磁束をマグネットの外周面に伝達する内ヨーク及び外ヨークを有し、内ヨークと外ヨークとは、シャフトを貫通させる管状のスリーブを介して連結される。この連結を、カシメや圧入によって行うことも考えられるが、カシメや圧入によれば、連結の際にスリーブに加わる力によってスリーブが変形するおそれがある。

そこで、本発明は、スリーブの変形を抑制するようにしたステッピングモータを提供することを目的とする。

本発明のステッピングモータは、回転軸の外周にＮ極及びＳ極が交互に配置されてなるロータと、回転軸の軸線方向においてロータと並列して設けられるコイルがヨークに収容されてなる一対のステータとを備え、一対のステータが軸線方向においてロータを挟んで対向して配置されているステッピングモータにおいて、ヨークは、ステータの中央に配置されて軸受け構造を有するスリーブと、スリーブにおけるロータに近い側の端部に連結された内ヨークと、スリーブにおけるロータから遠い側の端部に連結された外ヨークとを有し、外ヨークとスリーブとの連結部は、すきまばめをもって嵌め合わされた後に溶接により接合されており、少なくとも一方のステータにおけるスリーブ内には、当該スリーブの内壁面に摺動し回転軸を軸線方向に押すピボットを有し回転軸に対して軸線方向の付勢力を付与するスラスト与圧部が設けられていることを特徴とする。

このステッピングモータの構成によれば、各ステータが有するコイルは、回転軸の軸線方向においてロータと並列しているため、コイルがロータの外周面に対向するように配置される場合に比べてステッピングモータの径が小さくなり、小型化を図ることができる。また、このステッピングモータの製造工程では、外ヨークとスリーブとがすきまばめをもって嵌め合わされ、溶接により接合されるので、カシメや圧入加工のような強い力を加えずに両者を連結することができる。その結果、製造工程においてスリーブに加わる応力を低減することができ、軸受としてのスリーブの変形や残留応力を抑制することができる。

また、スリーブにおけるロータから遠い側の端部は、段無しで直状に形成されていてもよい。このようにすれば、スリーブの加工を簡素化することができ、スリーブと外ヨークとを溶接する際の肉厚の確保がなされる。

また、内ヨーク、外ヨーク及びスリーブはそれぞれ別体をなし、内ヨークとスリーブとの連結部は、すきまばめをもって嵌め合わされた後に溶接により接合されていてもよい。

また、スリーブにおけるロータに近い側の端部は、段無しで直状に形成されていてもよい。このようにすれば、スリーブの加工を簡素化することができ、スリーブと内ヨークとを溶接する際の肉厚の確保がなされる。

また、内ヨークとスリーブとは、一成形された内ヨーク部品として形成されてもよい。このようにすれば、部品点数を少なくすることができ、モータ組立の簡素化を図ることができる。

本発明のステッピングモータによれば、スリーブの変形を抑制することができる。

以下、図面と共に本発明によるステッピングモータの好適な一実施形態について詳細に説明する。

図１に示すステッピングモータ１は、デジタルカメラやビデオカメラなどのオートフォーカス機構に利用され、レンズを駆動するための小型のモータである。ステッピングモータ１は、回転軸としてのシャフト３の外周に固着されてＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石からなるロータ５を有しており、シャフト３の軸線Ｌの方向においてロータ５の両側には、一対のステータ７，７Ａが配置されている。そして、ロータ５及びステータ７，７Ａは、真ちゅう又はステンレス等の非磁性体からなる円筒状のケース９に収容されている。このように、ステータ７，７Ａが軸線Ｌ方向においてロータ５に並列して配置される結果、ステッピングモータ１の径が小さくなり、小型化が図られる。

上記のシャフト３は、ケース９の前端の開口から外部へ突出しており、ケース９外において、シャフト３にはリードスクリュー部１１が形成されている。このリードスクリュー部１１によって、シャフト３の回転を被駆動部材（図示せず）の軸線Ｌ方向の駆動に変換することができる。

〔ステータ７について〕
図２に示すように、ステータ７は、磁界を発生するためのコイル２５が巻回されたコイルボビン２７と、このコイルボビン２７を収容するヨーク２９とを備えている。このヨーク２９は、磁性体からなる内ヨーク３１、外ヨーク３３及びその両者を連結するスリーブ２１で構成されている。内ヨーク３１及び外ヨーク３３は、スリーブ２１の両端部にそれぞれ連結されている。

図１、図２及び図３に示すように、スリーブ２１は、シャフト３を取り囲むようにシャフト３とコイルボビン２７との間に配置され、軸線Ｌ方向に延びる管状に形成されている。スリーブ２１は、シャフト３と接触しない程度の内径寸法を有する。スリーブ２１のロータ５に近い側の端部には、内ヨーク３１との連結や位置決めを容易にするための嵌合段部２１ｂが形成されている。一方、スリーブ２１のロータ５から遠い側の端部２１ｃは、段無しで直状に形成されており、スリーブ２１の加工の簡素化及び溶接時の肉厚の確保が図られている。

図１、図２及び図４に示すように、内ヨーク３１は、スリーブ２１と同心的に配置されると共に、スリーブ２１のロータ５に近い側の端部に連結されており、軸線Ｌに直交する円板状の基部３１ａと、基部３１ａの周囲に等間隔で立設された４つの第１磁極歯３１ｂとを有している。第１磁極歯３１ｂは、ロータ５を取り囲むようにロータ５の外周面に対向する位置まで延びている。基部３１ａには、スリーブ２１の嵌合段部２１ｂの径よりもわずかに大径の連結孔３１ｃが設けられている。そして、内ヨーク３１とスリーブ２１との連結部Ｐ１において、この連結孔３１ｃとスリーブ２１の嵌合段部２１ｂとがすきまばめをもって嵌め合わされ、その後、連結部Ｐ１は溶接されている。

図１、図２及び図５に示すように、外ヨーク３３は、スリーブ２１と同心的に配置されると共に、スリーブ２１のロータ５から遠い側の一端に連結されており、軸線Ｌに直交する円板状の基部３３ａと、基部３３ａの周囲に等間隔で立設された４つの第２磁極歯３３ｂとを有している。第２磁極歯３３ｂは、ロータ５を取り囲むようにロータ５の外周面に対向する位置まで延び、第１磁極歯３１ｂに接触しないようにそれぞれが第１磁極歯３１ｂ同士の間に入り込むように位置している。その結果、ロータ５の外周面には、第１磁極歯３１ｂと第２磁極歯３３ｂとが交互に対向して配列されることになる。基部３３ａには、スリーブ２１の端部２１ｃの径よりもわずかに大径の連結孔３３ｃが設けられている。そして、外ヨーク３３とスリーブ２１との連結部Ｐ２において、スリーブ２１の端部と連結孔３３ｃとがすきまばめをもって嵌め合わされ、その後、連結部Ｐ２は溶接されている。

図１及び図２に示すように、コイルボビン２７は貫通孔２７ａを有しており、この貫通孔２７ａにスリーブ２１が貫通され、コイルボビン２７は、内ヨーク３１の基部３１ａと外ヨーク３３の基部３３ａと第２磁極歯３３ｂとスリーブ２１とに囲まれて、ヨーク２９内に収容されている。コイルボビン２７には、コイル２５が巻回されており、このコイル２５は、第２磁極歯３３ｂの間から引き出された端子２７ｂに電気的に接続されている。この端子２７ｂを介して外部からコイル２５にパルス電流が通電されることで、コイル２５が磁界を発生する。そして、発生した磁界が、スリーブ２１、内ヨーク３１及び外ヨーク３３を通じ、ロータ５の外周面に対向する磁極歯３１ｂ，３３ｂまで伝達されることで、ロータ５を回転させるような磁界がロータ５の周囲に形成されることになる。

〔ステータ７Ａについて〕
ステータ７Ａは、磁界を発生するためのコイル２５Ａが巻回されたコイルボビン２７Ａと、このコイルボビン２７Ａを収容するヨーク２９Ａとを備えている。このヨーク２９Ａは、磁性体からなる内ヨーク３１Ａ、外ヨーク３３Ａ及びその両者を連結するスリーブ２１Ａで構成されている。また、コイルボビン２７Ａ、ヨーク２９Ａ、内ヨーク３１Ａ、外ヨーク３３Ａ、及びスリーブ２１Ａの構成は、それぞれ、コイルボビン２７、ヨーク２９、内ヨーク３１、外ヨーク３３、及びスリーブ２１の構成と同一であるので詳細な説明を省略する。

さらに、このステッピングモータ１は、リードスクリュー部１１による被駆動部材の駆動時においては、リードスクリュー部１１からの反作用としてシャフト３がスラスト力を受けることになる。そこで、駆動時に発生するこのスラスト力を吸収するために、スリーブ２１Ａ内には、シャフト３の後方においてスラスト与圧部１５が収納されている。このスラスト与圧部１５には、シャフト３に近い方から球状のボール１７、リアピボット１９及びコイルスプリング２０の順で配列されている。

このボール１７の前側は、シャフト３の後部に形成された軸受け凹部３ａの周縁部に接触するように配置され、ボール１７の後側は、リアピボット１９に接している。このような構造により、スリーブ２１Ａはリアピボット１９のスラスト軸受けとして機能し、シャフト３は、リアピボット１９に対して軸線Ｌを中心に円滑に回転可能とされている。そして、このリアピボット１９は、スリーブ２１Ａに接触した状態で軸線Ｌ方向に摺動可能に支持されると共に、ケース９の後方の内壁に接触したコイルスプリング２０から付勢力を受けている。ステータ７Ａ及びスラスト与圧部１５のこのような構成により、シャフト３は、スラスト与圧部１５によって保持されつつ、リードスクリュー部１１の先端部に向けて付勢されている。

以上説明してきたように、一対のステータ７，７Ａは、磁極歯３１ｂ，３３ｂが所定の位相でずれるように、ロータを挟んで軸線Ｌ方向に対向して配置されている。この構成により、端子２７ｂ，２７Ａｂを介してコイル２５，２５ａに通電し、この通電方向を順次切り替えることで、ロータ５が軸線Ｌを中心としてステップ状に回転する。そして、ロータ５に固着されたシャフト３がスリーブ２１とスラスト与圧部１５とに軸支されてステップ状に回転することとなる。

そして、シャフト３を円滑に回転させるために、シャフト３とスリーブ２１とが非接触であることが必要である。また、スリーブ２１Ａの中空部分には、スラスト与圧部１５が設けられるので、スラスト与圧部１５が正常に機能すべく、リアピボット１９とスリーブ２１Ａとが円滑に摺動接触することが必要である。このような観点から、スリーブ２１，２１Ａの内径寸法には一定の精度が求められる。ところが、スリーブ２１，２１Ａは非常に小型の部品であるため、内ヨーク３１，３１Ａ及び外ヨーク３３，３３Ａとの連結の際に、力を受けることで変形するおそれがある。スリーブ２１の変形が大きい場合には、スリーブ２１がシャフト３に当たってしまう。また、スリーブ２１Ａの変形が大きい場合には、リアピボット１９が円滑に軸線Ｌ方向に摺動することができず、シャフト３のスラスト力を吸収する機能が十分に達成されない。

そこで、スリーブ２１，２１Ａの変形を抑制すべく、スリーブ２１と内ヨーク３１と外ヨーク３３との連結、及びスリーブ２１Ａと内ヨーク３１Ａと外ヨーク３３Ａとの連結は、嵌め合わせをすきまばめとし、レーザ溶接による接合によって行うこととしている。

以下、スリーブ２１と、内ヨーク３１及び外ヨーク３３とを接合し、ステータ７を組み立てる方法について説明する。

まず、図６に示す治具４１を準備する。この治具４１は、円柱状に形成された大径部４３と、この大径部４３の上方に形成された小径部４５とを備えている。そして、大径部４３の直径は、内ヨーク３１及び外ヨーク３３の内径に一致し、小径部４５の直径は、スリーブ２１の内径に一致するように形成されている。この大径部４３と小径部４５とは、同軸度がφ０．０５ｍｍ以下となる精度をもっている。

次に、同図に示すように、第１磁極歯３１ｂを下方に向けた状態で、大径部４３の外周面に磁極歯３１ｂの内側面を接触させつつ、大径部４３に内ヨーク３１を嵌めるように配置する。そして、内ヨーク３１の連結孔３１ｃを貫通して突出する小径部４５に、内側面を接触させつつスリーブ２１を嵌め込む。そして、スリーブ２１の嵌合段部２１ｂが連結口２１ｃに嵌まり込むように配置させる。このとき、スリーブ２１の嵌合段部２１ｂの外径が、内ヨーク３１の連結孔３１ｃの径よりもわずかに小さくなるように形成されており、両者の嵌め合いはすきまばめとされることから、スリーブ２１に荷重を加えて圧入することなく嵌合段部２１ｂを連結孔２１ｃに嵌まり込ませることができる。そして、この状態で、内ヨーク３１とスリーブ２１との連結部Ｐ１に斜め上方からレーザを照射して両者を溶接する。この溶接は、嵌合段部２１ｂと連結孔２１ｃとの接触面上の少なくとも一点で行えばよいが、接触面の全周に渡って行ってもよい。なお、ここでは、嵌合段部２１ｂと連結孔２１ｃとを嵌合させることで、両者の位置決めを容易にしている。以上のようにして、内ヨーク３１とスリーブ２１との連結が達成される。

次に、図７に示すように、スリーブ２１に貫通孔２７ａを貫通させるようにコイルボビン２７を配置する。更に、磁極歯３３ｂを下方に向けた状態で、大径部４３の周面に磁極歯３３ｂの内側面を接触させつつ、連結孔３３ｃをスリーブ２１ａの端部２１ｃに嵌め込むように外ヨーク３３を配置する。このとき、スリーブ２１の端部２１ｃの外径が、内ヨーク３１の連結孔３１ｃの径よりもわずかに小さくなるように形成されており、両者の嵌め合いはすきまばめとされることから、スリーブ２１に荷重を加えて圧入することなく端部２１ｃを連結孔２１ｃに嵌まり込ませることができる。そして、この状態で、外ヨーク３３とスリーブ２１との連結部Ｐ２に斜め上方からレーザを照射して両者を溶接する。この溶接は、端部２１ｃと連結孔２１ｃとの接触面上の少なくとも一点で行えばよいが、接触面の全周に渡って行ってもよい。以上のようにして、外ヨーク３３とスリーブ２１との連結が達成される。

以上のように、ステータ７の組み立てにおいて、スリーブ２１と、内ヨーク３１及び外ヨーク３３とは圧入の過程を経ずに連結される。この方法によれば、治具４１を用いることでスリーブ２１と、内ヨーク３１及び外ヨーク３３とが、すきまばめをもって位置決めされ、その位置関係を維持しつつレーザ溶接することができるので、スリーブ２１、内ヨーク３１及び外ヨーク３３の各部材に強い荷重をかけることなく連結することができる。その結果、スリーブ２１の変形を抑制することができ、組み立て後において、スリーブ２１の内径の高い寸法精度が得られる。また、このとき、治具４１の大径部４３と小径部４５とは、上記の同軸度をもって形成されているので、内ヨーク３１、外ヨーク３１及びスリーブ２１も、同様の同軸度をもって連結されることになる。そして、このような組み立て精度が得られる結果、ステッピングモータ１内において、スリーブ２１がシャフト３に確実に当たらないように組み立てられる。

ステータ７Ａの組み立てについては、以上説明したステータ７の組み立てと同様の方法により行われるので、説明を省略する。そのようなステータ７Ａの組み立て方法により、スリーブ２１Ａの変形を抑制することができ、ステータ７Ａの高い組み立て精度が得られる。その結果、スラスト与圧部１５のリアピボット１９とスリーブ２１Ａとを円滑に摺動接触させ、スラスト与圧部１５を正常に機能させることができる。

なお、図８に示すように、ステータ７，７Ａにおける内ヨークとスリーブとは、一部品として形成されていてもよい。例えば、図に示す内ヨーク部品５１は、上述した内ヨーク３１とスリーブ２１とが連結されたものとほぼ同様の形状を成しており、このようなヨーク部品５１は内ヨーク５１ａとスリーブ部５１ｂとからなる。この場合、ヨーク部品５１の一端部５３に上述した外ヨーク３３がすきまばめをもって嵌め合わされレーザ溶接されることにより、コイルボビン２７の収容可能なヨークが構成される。この場合、一端部５３は、外ヨーク３３との位置決めを容易にするために段部が設けられてもよく、溶接時の肉厚確保のために段無しで直状に形成してもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、スリーブ２１の端部の一方にのみ嵌合段部２１ｂを設けているが、このような嵌合段部を両端部に設けてもよく、溶接時の肉厚確保のために、両端部ともに段無しで直状に形成してもよい。

本発明に係るステッピングモータの実施形態を示す断面図である。 ステータを示す分解斜視図である。 （ａ）はスリーブの側面図、（ｂ）はその底面図である。 （ａ）は内ヨークの側面図、（ｂ）はその底面図である。 （ａ）は外ヨークの側面図、（ｂ）はその底面図である。 ステータの組み立て方法を示す断面図である。 ステータの組み立て方法を示す断面図である。 （ａ）はヨーク部品の側面図、（ｂ）はその底面図である。

符号の説明

１…ステッピングモータ、３…シャフト（回転軸）、５…ロータ、７…ステータ、１５…スラスト与圧部、２１…スリーブ、２１ｂ…嵌合段部、２１ｃ…端部、２５…コイル、２９…ヨーク、３１…内ヨーク、３３…外ヨーク、５１…内ヨーク部品、Ｐ１，Ｐ２…連結部、Ｌ…軸線。

Claims (5)

1. 回転軸の外周にＮ極及びＳ極が交互に配置されてなるロータと、前記回転軸の軸線方向において前記ロータと並列して設けられるコイルがヨークに収容されてなる一対のステータとを備え、一対の前記ステータが前記軸線方向において前記ロータを挟んで対向して配置されているステッピングモータにおいて、
   前記ヨークは、
   前記ステータの中央に配置されて軸受け構造を有するスリーブと、
   前記スリーブにおける前記ロータに近い側の端部に連結された内ヨークと、
   前記スリーブにおける前記ロータから遠い側の端部に連結された外ヨークとを有し、
   前記外ヨークと前記スリーブとの連結部は、すきまばめをもって嵌め合わされた後に溶接により接合されており、
   少なくとも一方の前記ステータにおける前記スリーブ内には、
   当該スリーブの内壁面に摺動し前記回転軸を前記軸線方向に押すピボットを有し前記回転軸に対して前記軸線方向の付勢力を付与するスラスト与圧部が設けられていることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記スリーブにおける前記ロータから遠い側の前記端部は、段無しで直状に形成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。
3. 前記内ヨーク、前記外ヨーク及び前記スリーブはそれぞれ別体をなし、前記内ヨークと前記スリーブとの連結部は、すきまばめをもって嵌め合わされた後に溶接により接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ。
4. 前記スリーブにおける前記ロータに近い側の前記端部は、段無しで直状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のステッピングモータ。
5. 前記内ヨークと前記スリーブとは、一成形された内ヨーク部品として形成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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