JP4815300B2

JP4815300B2 - ステッピングモータのステータコアの製造方法並びにそのステッピングモータ

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Publication number: JP4815300B2
Application number: JP2006207418A
Authority: JP
Inventors: 武下山
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: CN101119053B; JP2008035649A; CN101119053A; US20080048529A1

Description

本発明はステッピングモータのステータコアの製造方法に関し、さらに詳しくは、ステータコアの内周縁に起立形成される極歯のプレス成形による加工技術に関する。

従来、この種のステッピングモータとして、例えば特許文献１に示されるような、回転子に永久磁石を使用したＰＭ型（Permanent Magnet Type）ステッピングモータ１００が知られている。図７にその概略構成を示して説明すると、一対の内ステータコア１０４，１０４が２相分背中合わせに重ね合わされ、各内ステータコア１０４の内周縁には複数本の極歯１０６，１０６・・・が略等間隔に起立形成され、その外周に、絶縁性合成樹脂の被膜１０８で覆われた空芯（ボビンレス）コイル１１０，１１０がそれぞれ装着されている。

そして、内ステータコア１０４の極歯１０６群の内周側には回転軸１１２の周りにマグネット（永久磁石）１１４が一体的に設けられたロータ１１６が軸受１１８，１１８を介して取付板１２０，１２０に回転自在に支承されている。各内ステータコア１０４，１０４には、外ステータコア１２２，１２２が被着され、各外ステータコア１２２，１２２の内周縁には、内ステータコア１０４の極歯１０６群と互い違いに噛み合うように極歯が設けられている。

このように構成されたステッピングモータ１００では、各内ステータコア１０４，１０４に設けられた端子ピン１０２，１０２に空芯コイル１１０，１１０の巻き線端末１１０ａが巻き付けられて接続され、この端子ピン１０２，１０２を介して各空芯コイル１１０，１１０に電流が流れ、その磁界の発生によって回転軸１１２への回転駆動力が付与されて回転軸１１２の一端側より回転出力されることは周知のとおりである。
特開２００４−１１２９８５号公報

しかしながら、このようなステッピングモータ１００において、内ステータコア１０４の内周縁に極歯１０６をプレス成形により打抜き・折曲加工するに際しては、図８に示したように内ステータコア１０４の背面側より内ステータコア１０４の内周縁に形成する極歯１０６の輪郭に沿ってパンチ１２４により打抜き（図８（ａ））、次いで同じく内ステータコア１０４の背面側よりパンチ１２６で折曲起立形成していた（図８（ｂ））。

そうすると、図８（ｃ）に示すように、内ステータコア１０４の内周縁に形成される各極歯１０６の先端部あるいは周縁部にはパンチ１２４の打抜きにより形成されるバリやカエリ１２８が外向きに、すなわち、空芯コイル１１０が装着される極歯１０６の外周縁側に形成される。

その結果、この内ステータコア１０４に空芯コイル１１０を装着する際にその空芯コイル１１０がプレス成形で極歯１０６に発生したカエリやバリ１２８によって疵つけられ、断線や絶縁耐圧不良等を生じさせるという問題がある。

また、カエリやバリ１２８に接触しないように、内ステータコア１０４の極歯１０６群と空芯コイル１１０との同心を保った状態で空芯コイル１１０を内ステータコア１０４に装着する必要があるため、作業性が悪く、手間がかかるという問題がある。更に、内ステータコア１０４を形成する際にブラスト等の仕上げ加工を施しカエリやバリ１２８を取り除くといった方法も考えられるが、追加作業が必要となるため、コストが高くなるという問題がある。

そこで、本発明の解決しようとする課題は、ステータコアの内周縁に極歯をプレス加工により打抜き・折曲起立形成するに際し、そのプレスにより発生するバリやカエリによって空芯コイルを疵つけることのないステッピングモータのステータコアの製造方法を提供し、また、ステータコアの極歯に発生するバリやカエリによって空芯コイルを疵つけることのないステッピングモータを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、外周面側にコイルが配置され、内周面側にロータの永久磁石が対向して配置される複数本の極歯を内周縁に有するステータコアの製造方法であって、磁性体からなる金属板を前記極歯の外周面となる側から前記極歯の内周面となる側に向けて当該極歯の輪郭に対応する形状にプレス加工で打ち抜いて、前記金属板の平面方向に延びる前記極歯全体の輪郭形状を形成した後、前記極歯の輪郭に対応する部分のうち、当該極歯の基端となる部分を前記プレス加工で打抜いた方向と反対方向である前記極歯の内周面となる側から前記極歯の外周面となる側に向けて折り曲げて、前記極歯を折曲起立成形することを要旨とするものである。

本発明によれば、ステータコアの内周縁に起立形成される複数本の極歯群にプレス加工によるバリやカエリ等があっても、それはステータコアの極歯群の内周縁側に主に形成されるものであって、空芯コイルが装着される外周縁側には存在しない。そのため、ステータコアに空芯コイルを装着するに際して、そのバリ等により空芯コイルが疵つけられることがなく、断線や絶縁耐圧不良等を生じさせるようなことがない。

また、請求項２に記載のように前記プレス加工では、前記極歯を打抜くのと同時に該極歯の基端を連結する連結部を打抜くようにすると良い。

このような構成によれば、極歯の打抜きと、該極歯の基端を連結する連結部（菊座）の打抜きとを同時に行うようにすると、この各極歯間の連結部に発生するバリやカエリ等も空芯コイルが装着されるステータコアの載置面には形成されない。そのため、空芯コイルをステータコアに装着した際に、空芯コイルがバリ等によって疵つけられることもなく、断線や絶縁不良等の問題も発生しない。

さらに、本発明に係るステッピングモータは、請求項３に記載のように、回転軸にマグネットが固着されたロータと、請求項１または２に記載の製造方法により製造されたステータコアとを備え、該ステータコアの内周縁に形成される極歯の外周に空芯コイルが装着されていることを要旨とするものである。

このようなステッピングモータによれば、ステータコアの内周縁に起立形成された極歯群にバリやカエリ等が発生しても、そのステータコアに装着される空芯コイルが極歯のバリ等により疵つけられる虞がなく、そのため、空芯コイルの断線や絶縁耐圧不良等の不具合が発生しない。また、空芯コイルをステータコアに装着する際の組み立て作業性がよい。これにより品質の安定したステッピングモータが得られ、製品歩留りも向上する。

また、請求項４に記載のように、前記空芯コイルは、前記極歯とは非接触状態で前記ステータコアに装着すると効果的である。このように空芯コイルがステータコアの極歯と非接触の状態にあれば、バリやカエリ等の影響は更に受けないものとなり、より有効なものとなる。

本発明によれば、ステータコアの内周縁に起立形成される複数本の極歯群にプレス加工によるバリやカエリ等があっても、それはステータコアの極歯群の内周縁側に主に形成されるものであって、空芯コイルが装着される外周縁側には存在しない。そのため、ステータコアに空芯コイルを装着するに際して、そのバリ等により空芯コイルが疵つけられることがなく、断線や絶縁耐圧不良等を生じさせるようなことがない。また、空芯コイルをステータコアに装着する際の作業性が向上する。これにより製品としてのステッピングモータの品質を安定させ、製品の歩留りを向上させることができる。

以下に本発明の一実施形態に係るステッピングモータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るステッピングモータ１０の概略構成を示したものである。

本実施形態のステッピングモータ１０は、図示のように、回転軸２０と回転軸２０の外周面に固着された円筒状のマグネット（永久磁石）２２を備えたロータ２４と、ロータ２４を囲むように配置されたステータ１１とを有している。

ステータ１１は、第１のステータ組１１ａと、この第１のステータ組と背中合わせに固定される第２のステータ組１１ｂによって２相構造に構成されている。なお、第１のステータ１１ａと第２のステータ１１ｂの基本的な構成は同じであるため、以下では共通する部分については同一の符号を付して説明する。

第１のステータ組１１ａと第２のステータ組１１ｂは、各々、内ステータコア１６と、外ステータコア１２と、コイルボビンを有しない空芯（ボビンレス）コイル１４とから構成されている。

内ステータコア１６には、空芯コイル１４が装着され、一対の内ステータコア１６が背中合わせに重ね合わされている。各内ステータコア１６の内周縁にはそれぞれ複数本づつからなる極歯１８ａが略等間隔に環状に起立形成されている。そして、内ステータコア１６には外ステータコア１２がそれぞれ被着される。外ステータコア１２の内周縁には内ステータコア１６と同様に複数本づつからなる極歯１８ｂが起立形成されており、内ステータコア１６の極歯１８ａと外ステータコア１２の極歯１８ｂとが周方向に噛み合うように並んだ状態で配置されている。

そして、この内ステータコア１６の極歯１８ａと外ステータコア１２の極歯１８ｂの外周面に空芯コイル１４の内周面が対向するように内ステータコア１６に空芯コイル１４が装着されている。

そして、このように構成されたステータ１１の中央部には、所定の間隙を配して回転軸２０の周りにマグネット２２が一体的に設けられたロータ２４が配置されている。

第１のステータ組１１ａの外ステータコア１２には、ステッピングモータ１０を機器に搭載する際の固定板などとして利用される取付板２９ａが固定されており、この取付板２９ａには回転軸２０を出力側で回転自在に支承する第１のラジアル軸受２６が固定されている。

また、第２のステータ組１１ｂの外ステータコア１２には、回転軸２０を反出力側で回転自在に支承する第２のラジアル軸受２７が固定されている。さらに、第２のステータ組１１ｂの外ステータコア１２には、側板２９ｂが固定されており、この側板２９ｂによって回転軸２０の軸端がスラスト方向に回転自在に支承されている。

すなわち、ロータ２４は第１のラジアル軸受２６と、第２のラジアル軸受２７と、側板２９ｂにより回転自在に支承されている。そしてロータ２４の回転軸２０の一端側は第１のステータ組１１ａの外ステータコア１２より外側（出力側）に突出され、回転駆動用の出力軸とされている。

また、第１のラジアル軸受２６とマグネット２２との間には樹脂製のワッシャ２３が配置され、ロータ２４の出力側への移動を規制している。

更に、内ステータコア１６には、各空芯コイル１４に電力を供給する端子ピン２８を保持する端子台２８ａが設けられ、この端子ピン２８を介して空芯コイル１４に交流電流が流され、回転磁界が発生する。この回転磁界によってロータ２４のマグネット２２に磁気的な回転力が付与され、マグネット２２とともに回転軸２０が回転駆動する。

図２（ａ）は内ステータコア１６の外観構成を示したものである。図示のように、本実施の形態において、この内ステータコア１６は空芯コイル１４が載置される円環状の台座１６ａの外周縁は略円形に形成され、その内周縁には複数本の極歯１８ａが連結部１６ｂ（菊座）を介して略等間隔に円周上に起立形成されている。

そして、台座１６ａの外周縁の一側には、端子ピン２８を保持する端子台２８ａを取り付けるための端子台取り付け部１６ｃが形成されている。また、端子台取り付け部１６ｃには、背中合わせに重ね合わされる対をなす内ステータコア１６同士の位置決め用の位置決め穴１６ｄが設けられている。

このような構成を有する内ステータコア１６をプレス成形により製造するに際して、その製造工程を図３に示して説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、予め所望の内ステータコア１６の外径に対応する略円形のコア形成部３０と、コア形成部３０の両サイドに略平行に設けられたリード部３２で連結された帯板状部材３４が、所定の送りピッチＰ１をもって順送プレス金型に順次送られる。なお、帯板状部材は、鉄などの磁性金属からなる板材にから形成されている。

そして、図３（ｂ）に示すように、第１工程では、この帯板状部材３４のコア形成部３０の一方の面側（正面側）に、極歯１８ａの輪郭に対応する形状を有する打抜パンチ３８を配置し、他方の面側（背面側）の対応する位置に打抜台４０を配置して、正面側から背面側に向けて打抜きパンチ３８で帯板状部材３４をプレスして打抜き、極歯１８ａの輪郭形状を形成する。

このようにして、円周側から中心側に向けて先細の形状を有する複数の極歯１８ａが、所定の間隔で形成される（図３ａ参照）。尚、空芯コイル１４が載置され、極歯１８ａ，１８ａ同士を連結する円周部分を台座１６ａと称し、この台座１６ａの内周縁に立設された極歯１８ａと極歯１８ａとの間の円弧状の端縁を連結部１６ｂ（菊座）と称する。

第２工程では、第１工程において打抜かれた極歯１８ａの基端をプレス加工により屈曲させて、極歯１８ａを起立成形する。この第２工程では、第１工程において、打抜台４０が配置されていた面側（背面側）に折曲パンチ４２を配置し、打抜パンチ３８が配置されていた面側（正面側）に折曲台４４を配置して、折曲パンチ４２で極歯１８ａを押圧して屈曲させ、正面側に向けて極歯１８ａを起立させる。

これらの各工程を経て極歯１８ａが形成された内ステータコア１６の両サイドのリード部３２を切断して帯板状部材３４から切り離し、台座１６ａの内周縁に極歯１８ａが一体的に形成された内ステータコア１６が完成する。

図４は、極歯１８ａを打抜き、折曲起立成形するときのバリやカエリ等４６の発生方向を説明するための模式図である。ここで、図４（ａ）に示すように、内ステータコア１６には、図３に示す第１工程において、バリやカエリ等４６が発生するとすれば、極歯１８ａおよび連結部１６ｂ（菊座）の切断端面の背面側、すなわち打抜台４０が配置されていた側の端縁に存在することになる。そして、図４（ｂ）に示すように、このようにして切り抜き形成された極歯１８ａを背面側から、すなわち打抜き方向と反対方向から折曲パンチ４２で押圧して正面側に向けて起立成形している。そのため、図２（ｂ）の拡大図および図４（ｂ）に示すように、切断端面に形成されるバリやカエリ等４６は、極歯１８ａの切断端面の内周側および連結部１６ｂの切断端面の背面側に配置されることになり、空芯コイル１４が対向する面にはバリやカエリ等４６が形成されない。

このようにして製造された内ステータコア１６には、端子ピン２８を保持した端子台２８ａが一体的に取り付けられる（図５（ａ））。端子台２８ａは、耐熱性および絶縁性を有する液晶ポリマーなどの合成樹脂材料等から形成されており、内ステータコア１６の一側辺に設けられた端子台取り付け部１６ｃにインサート成形などにより取り付けられる。なお、この端子台２８ａには、空芯コイル１４に電力を供給するための端子ピン２８が取り付けられる。

一方、内ステータコア１６の極歯１８ａ群の外周に装着する空芯コイル１４を形成する（図５（ｂ））。この空芯コイル１４を形成する巻線の表面には自己融着層が設けられており、コイルボビンがなくとも、巻線だけで空芯コイル１４の形状を維持できるようになっている。

このように図５（ｂ）に示す空芯コイル１４を図５（ａ）に示す内ステータコア１６の極歯１８ａの外周に装着する（図５（ｃ））。この際、内ステータコア１６の空芯コイル１４との接触面、すなわち台座１６ａに、接着テープなどの接着部材を介在させれば、空芯コイル１４を内ステータコア１６に固定することができる。

なお、この接着部材は絶縁性を有する樹脂材料から形成されていることが好ましい。

更に、空芯コイル１４の内周面と極歯１８ａの外周面とは微小な空隙を介して装着されていることが好ましい。すなわち、空芯コイル１４は、内ステータコア１６の極歯１８ａとは非接触状態で内ステータコア１４に装着されていても良い。このように空芯コイル１４を装着することにより、空芯コイル１４と極歯１８ａとが接触することがないため、接触による短絡を防ぐことができる。

また、空芯コイル１４の巻線端末１４ａを端子ピン２８に巻き付けた後、巻線端末１４ａを端子ピン２８に半田付けすることで、この端子ピン２８を介して空芯コイル１４に電力を供給できるようになる。

（本形態の主な効果）
このように、内ステータコア１６に空芯コイル１４を装着するに際し、プレス加工による打抜きで発生したバリやカエリ等４６は空芯コイル１４に接触しない側の面の周縁に形成されているため極歯１８ａや連結部１６ｂの切断端面に形成されたバリやカエリ等４６が空芯コイル１４に接触して空芯コイル１４を疵つけることがない。したがって、空芯コイル１４の断線や絶縁耐圧不良等の不具合が生じない。また、空芯コイル１４を内ステータコア１６に装着する際に、バリやカエリ４６等で空芯コイル１４が疵つけられる虞がないので、組み付け作業性がよく、ステッピングモータ１０の品質が安定し、製品歩留りが向上される。

このようにして空芯コイル１４が取り付けられた内ステータコア１６は、極歯１８ａが反対方向に起立形成された対をなす内ステータコア１６同士が、互いに背中合わせに位置決め穴１６ｄを介して位置にズレのないように重ね合わされ、例えば、内ステータコア１６同士の外周端面で溶接されて固定される。

このようにして２相分組み合わされた内ステータコア１６を挟むように、対をなす外ステータコア１２が装着される。外ステータコア１２の外周面は空芯コイル１４の外周面をほぼ覆うように形成されており、本実施形態においてはモータケースを兼用している。また、外ステータコア１２の内周面には、内ステータコア１６の極歯１８ａの隙間に対応する位置に極歯１８ｂが設けられて、内ステータコア１６の極歯１８ａと噛み合うように形成されている。

この外ステータコア１２の内周面に形成される極歯１８ｂも、内ステータコア１６に形成される極歯１８ａと同様に、一方の面側から打抜き成形し、反対側の面から折曲起立成形される。以下にこの外ステータコア１２の製造工程について図６を参照して説明する。

まず、予め所望の外ステータコア１２の外径に対応する略円形のケース形成部５０が、その両サイドに略平行に設けられたテープ部５２で連結された長尺部材５４を、鉄などの磁性金属からなる板材より形成し、この長尺部材５４が、送りピッチＰ２をもって順送プレス金型に順次送られる。尚、ケース形成部５０とテープ部５２は、ケース形成部５０の両サイドに立設された壁部５０ａによって連結されており、この壁部５０ａは、外ステータコア１２が完成した際には外ステータコアの側壁、すなわちモータケース１２ａとなる（図１参照）。

そして、第１工程では、このケース形成部５０の一方の面側（内面側）に、極歯１８ｂの輪郭に対応する形状を有する打抜パンチ３８を配置し、他方の面側（外面側）の対応する位置に打抜台４０を配置して、内面側から外面側に向けて打抜パンチ３８で長尺部材５４を押圧して打抜き、極歯１８ｂを形成する。このようにして、円周側から中心側に向けて先細の形状を有する極歯１８ｂが円周上に所定の間隔で形成される（図６（ａ）参照）。

第２工程では、第１工程によって打抜かれた極歯１８ｂの基端をプレス加工により屈曲させて、極歯１８ｂを起立成形する。この第２工程では、第１工程において、打抜台４０が配置されていた面側（外面側）に折曲パンチ４２を配置し、打抜パンチ３８が配置されていた面側（内面側）に折曲台４４を配置して、折曲パンチ４２で極歯１８ｂを押圧して屈曲させ、内面側に向けて極歯１８ｂを起立させる。

これらの工程を経て極歯１８ｂが形成された外ステータコア１２をテープ部５２から切り離して外ステータコア１２が完成する。このように形成された外ステータコア１２によれば、内ステータコア１６の同様に打抜き形成によるバリやカエリ等４６が空芯コイル１４に対向しない面に配置される。したがって、空芯コイル１４と接する面側の切断端縁にはバリ等４６がなく、空芯コイル１４を疵つけてしまうことがない。

このように組み立てられた内ステータコア１６の極歯１８ａおよび外ステータコア１２の極歯１８ｂの内周側に、回転軸２０に取り付けられたマグネット２２を有するロータ２４が配設されてステッピングモータ１０が製造される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることはもちろんである。

本実施の形態において、空芯コイル１４は、内ステータコア１６の極歯１８ａの外周に装着されていたが、外ステータコア１２の極歯１８ｂの外周に装着していても構わない。

本発明の一実施形態に係るステッピングモータの構成を示す断面図である。（ａ）は本発明の一実施形態としてのステータコアの外観斜視図であり、（ｂ）は極歯の先端形状を詳細に示す拡大図である。図１に示したステッピングモータのステータコアの製造工程の概略説明図である。図３に示した製造方法でステータコアを製造する際のバリやカエリの発生方向を模式的に示した説明図である。本実施形態のステータコアに空芯コイルを装着する工程を示す図である。本実施形態に係るヨークの製造工程の概略説明図である。従来一般に知られるステッピングモータの概略構成を示す断面図である。図７に示すステッピングモータのステータコアの製造工程の説明図である。

符号の説明

１０ステッピングモータ
１２外ステータコア（ステータコア）
１４空芯コイル
１６内ステータコア（ステータコア）
１８ａ，１８ｂ極歯
２０回転軸
２２マグネット
３８打抜パンチ
４０打抜台
４２折曲パンチ
４４折曲台

Claims

外周面側にコイルが配置され、内周面側にロータの永久磁石が対向して配置される複数本の極歯を内周縁に有するステータコアの製造方法であって、
磁性体からなる金属板を前記極歯の外周面となる側から前記極歯の内周面となる側に向けて当該極歯の輪郭に対応する形状にプレス加工で打ち抜いて、前記金属板の平面方向に延びる前記極歯全体の輪郭形状を形成した後、
前記極歯の輪郭に対応する部分のうち、当該極歯の基端となる部分を前記プレス加工で打抜いた方向と反対方向である前記極歯の内周面となる側から前記極歯の外周面となる側に向けて折り曲げて、前記極歯を折曲起立成形することを特徴とするステッピングモータのステータコアの製造方法。
前記プレス加工では、前記極歯を打抜くのと同時に該極歯の基端を連結する連結部を打抜くことを特徴とする請求項１記載に係るステッピングモータのステータコアの製造方法。
回転軸にマグネットが固着されたロータと、請求項１または２に記載の製造方法により製造されたステータコアを有するステータとを備え、
該ステータコアの内周縁に形成される極歯の外周に空芯コイルが装着されていることを特徴とするステッピングモータ。
前記空芯コイルは、前記極歯とは非接触状態で前記ステータコアに装着されていることを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ。