JP6668443B1 - ２相中空ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】中空回転軸の外周面に複数の回転子構成要素を軸方向及び周方向に沿って強固に固定する。【解決手段】２相中空ハイブリッド型ステッピングモータは、軸方向に着磁した筒状永久磁石の両端面をそれぞれ回転子鉄心で挟持して成る２つの回転子構成要素を、中空回転軸４の外周に各回転子構成要素の筒状永久磁石の一端面に位置する回転子鉄心同士が密着しかつ隣接する筒状永久磁石の着磁方向が逆方向となるよう配置した回転子を備える。中空回転軸４は、その外周面に軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、中空回転軸４の外周面に塗布される接着剤が入り込んで硬化し２つの回転子構成要素を固着する固着溝４５を有する。【選択図】図１３

Description

本発明は、ハイブリッド型の２相中空ステッピングモータに関する。

従来、２相中空ステッピングモータとしては、例えば、特許文献１に開示されたものが既に提案されている。

特許文献１は、ｎ（ｎは正の整数）個の極歯を有するとともに軸方向に沿って貫通孔が形成された回転子鉄心を、軸方向に着磁された筒状永久磁石の両端面に歯ピッチ角の１／２の角度シフトさせて装着して成る２相中空ステッピングモータにおいて、固定子内面に周方向に沿って１６個の固定子極が等間隔で形成されるとともに、これら固定子極の夫々に中心線から左右に等しい角度で２個の極歯が形成されたものである。

特開平１０−０６６３２５号公報

この発明の目的は、中空回転軸の外周面に軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、中空回転軸の外周面に塗布される接着剤が入り込んで硬化し複数の回転子構成要素を固着する固着溝を備えない場合に比較して、複数の回転子構成要素を軸方向及び周方向に沿って強固に固定することにある。

請求項１に記載された発明は、軸方向に着磁した筒状永久磁石の両端面をそれぞれ回転子鉄心で挟持して成る複数の回転子構成要素を、中空回転軸の外周に前記各回転子構成要素の前記筒状永久磁石の一端面に位置する前記回転子鉄心同士が密着しかつ前記筒状永久磁石のうち隣接するもの同士の着磁方向が逆方向となるよう配置した回転子を備え、前記回転子鉄心の外半径と内半径の差が前記中空回転軸の半径より小さいハイブリッド型の２相中空ステッピングモータにおいて、
前記中空回転軸の外周面に前記軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、前記中空回転軸の外周面に塗布される接着剤が入り込み、且つ入り込んだ前記接着剤が硬化し前記複数の回転子構成要素を固着する曲率半径１ｍｍの湾曲した凹溝状に形成された深さが０．０５ｍｍの固着溝を有し、
前記複数の回転子構成要素の前記軸方向に沿って対向するよう配置される回転子鉄心は、一体的に形成され、
前記固着溝は、一体的に形成された前記回転子鉄心の軸方向に沿って複数本の固着溝が存在するよう前記中空回転軸の外周面に螺旋状に設けられる２相中空ステッピングモータである。

請求項２に記載された発明は、軸方向に着磁した筒状永久磁石の両端面をそれぞれ回転子鉄心で挟持して成る複数の回転子構成要素を、中空回転軸の外周に前記各回転子構成要素の前記筒状永久磁石の一端面に位置する前記回転子鉄心同士が密着しかつ前記筒状永久磁石のうち隣接するもの同士の着磁方向が逆方向となるよう配置した回転子を備え、前記回転子鉄心の外半径と内半径の差が前記中空回転軸の半径より小さいハイブリッド型の２相中空ステッピングモータにおいて、
前記中空回転軸の外周面に前記軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、前記中空回転軸の外周面に塗布される接着剤が入り込み、且つ入り込んだ前記接着剤が硬化し前記複数の回転子構成要素を固着する曲率半径１ｍｍの湾曲した凹溝状に形成された深さが０．０５ｍｍの固着溝を有し、
前記複数の回転子構成要素の前記軸方向に沿って対向するよう配置される回転子鉄心は、一体的に形成されるとともに、
前記複数の回転子構成要素を構成する各回転子鉄心及び各筒状永久磁石は、前記中空回転軸の外周面に塗布されて硬化する接着剤と同じ接着剤を介して互いに接着され、
前記固着溝は、前記中空回転軸の外周面に複数条にわたり設けられ、且つ一体的に形成された前記回転子鉄心の前記軸方向に沿って複数本の固着溝が存在するよう前記中空回転軸の外周面に螺旋状に設けられる２相中空ステッピングモータである。

請求項３に記載された発明は、前記固着溝は、前記中空回転軸の外周面に螺旋状に設けられる第１の固着溝と、前記第１の固着溝と交差するよう軸方向に沿って短く形成された第２の固着溝からなる請求項１又は２に記載の２相中空ステッピングモータである。

請求項４に記載された発明は、前記回転子鉄心の外周に配置される固定子鉄心を備え、
前記固定子鉄心は、周方向に沿って等間隔に配置された１６個の固定子極を有し、且つ前記固定子極の先端に中心線から左右対称に等しい角度で３つの極歯が設けられており、前記固定子極の極歯が成す角度Θは、６．９度に設定されるとともに、隣接する前記固定子極の極歯同士が８．７度の角度を成すように構成された請求項１乃至３のいずれかに記載の２相中空ステッピングモータである。

本発明によれば、中空回転軸の外周面に軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、中空回転軸の外周面に塗布される接着剤が入り込んで硬化し複数の回転子構成要素を固着する固着溝を備えない場合に比較して、複数の回転子構成要素を軸方向及び周方向に沿って強固に固定することができる。

図１（ａ）はこの発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータを示す正面図、同図（ｂ）はその右側面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの固定子及び回転子鉄心を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの固定子鉄心を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの回転子を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの回転子を示す概略斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの回転子鉄心を示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの回転子鉄心を示す側面図である。 固定子と回転子の関係を示す図である。 図９（ａ）は中空回転軸を示す正面図、同図（ｂ）はその断面図である。 固定子の励磁コイルの接続を示す断面構成図である。 ２相中空ステッピングモータの回転子構成要素の配置を示す断面模式図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの回転子構成要素の配置を示す断面模式図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの中空回転軸の一部拡大した構成を示す側面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの製造工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの製造工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータの製造工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータのロータスペーサを示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る２相中空ステッピングモータの中空回転軸を示す一部拡大した構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[実施の形態１]
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータを示すものである。図１（ａ）は２相中空ステッピングモータを示す正面図、同図（ｂ）は２相中空ステッピングモータを示す右側面図、図２は２相中空ステッピングモータにおける固定子及び回転子鉄心を拡大して示す構成図である。

この２相中空ステッピングモータ１は、図１に示されるように、正面略正方形の直方体状に形成されたエンドキャップ２を備えている。エンドキャップ２の中央には、当該２相中空ステッピングモータ１の前面から背面へ貫通した大口径の中空孔３を有する円筒形状の中空回転軸４が回転可能に配置されている。エンドキャップ２の面取りが施された４つの角部には、２相中空ステッピングモータ１の軸方向に沿った前後の両端に配置されるエンドキャップ２と固定子１０とを図示しないボルト等の締結具によって連結するための締結孔５がそれぞれ設けられている。

なお、図１（ｂ）中、符号６_１，６_２，７_１，７_２は、２相中空ステッピングモータ１のＡ相及びＢ相からなる２相の巻線に通電するためのリード線をそれぞれ示している。リード線６_１，６_２，７_１，７_２は、２相中空ステッピングモータ１を駆動する駆動装置である図示しないドライバに接続される。そして、２相中空ステッピングモータ１は、図示しないドライバによって駆動され、中空回転軸４の回転角（回転量）及び回転方向が制御される。また、２相中空ステッピングモータ１のステップ角は、後述するように、１．８度に設定されている。

２相中空ステッピングモータ１は、図２に示されるように、大別して、その内部に固定した状態で設けられる固定子１０と、固定子１０の内部に回転可能に配置される回転子２０とを備えている。回転子２０は、回転子鉄心２３，２４，２５，２６と図示しない筒状永久磁石２１，２２を中空回転軸４の外周に固定して成る。なお、図２では中空回転軸４が省略されている。

本実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータ１は、図４に示されるように、固定子１０と回転子構成要素２０_１，２０_２の組み合わせからなる所謂２連のステッピングモータを構成している。

固定子１０は、図２に示されるように、その外周に半径方向に沿って予め定められた幅を有する環状に形成されるヨーク部１１と、ヨーク部１１の内周面に周方向に沿って等間隔に一体的に形成され且つ中心Ｏへ向けて突出した複数の固定子極１２を備えている。本実施の形態１では、１６極（個）の固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６が周方向に沿って等間隔となるよう配置されている。固定子１０は、磁性鋼板（例えば、電磁鋼板）からなる薄い板材を複数枚積層して軸方向に沿って所定の厚さを有するように形成されたステータスタックからなる。固定子１０を構成する板材は、薄い磁性鋼板などをプレス加工により所定の形状に打ち抜き成形した後、端縁のバリを除去する所謂バリ取り処理や研磨等の仕上げ加工を施して形成される。

本実施の形態１では、上述したように、固定子１０の内周面に周方向に沿って１６極の固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６が等間隔に配置されている。各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６は、その中心線が互いに２２．５°（＝３６０／１６）の角度を成している。各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６は、ヨーク部１１の内周面から中心Ｏへ向け所要の幅を有する断面矩形状に形成されて励磁コイル１３が巻き付けられる巻線部１２１と、巻線部１２１の先端に当該巻線部１２１よりも幅が広く略櫛歯状に形成された先端部１２２とから構成されている。各固定子極１２の先端部１２２には、複数（本実施の形態１では、３つ）の極歯１２３が中心線に対して対称となるよう周方向に沿って等間隔に形成されている。各極歯１２３は、固定子１０の中心Ｏへ向けて所定の幅を有する矩形状に形成されている。その結果、固定子１０の内周面には、周方向に沿って４８（＝１６×３）個の極歯１２３が配置されている。また、隣接する各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の極歯１２３の間には、予め定められた開口部Ｇが存在するように構成されている。

各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の３つの極歯１２３は、図３に示されるように、その中心線が互いに所要の角度Θを成すよう周方向に沿って等間隔に配置されている。

本実施の形態１では、各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６に設けられる３つの極歯１２３が成す角度Θが次の数１式の関係を満たすように設定されている。

ここで、ｎは５０以上の整数、ｓはｎ−１又はｎ−２である。

本実施の形態１では、ｎ＝５０、ｓ＝ｎ−２を採用している。その結果、図３に示す角度Θの値は、Θ＝３６０／４８−２×｛（３６０／４８）−（３６０／５０）｝＝７．５−２×（７．５−７．２）＝６．９°に設定されている。因みに、特許文献１では、Θ＝７．５°となる。特許文献１に記載されたΘ＝７．５°という角度は、各固定子極の極歯が成す角度として相対的に大きな値であり、極歯の配列間隔としてロングピッチと呼ぶことができるものである。

これに対して、本実施の形態１では、各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の極歯１２３が成す角度Θが６．９°（＜７．５°）と相対的に小さな角度に設定されており、極歯１２３の配列間隔としてショートピッチとも呼べるものである。

また、隣接する各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の極歯１２３同士が成す角度、すなわち隣接する各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の間に形成される開口部Ｇの両側に位置する極歯１２３が成す角度αは、８．７°に設定されている。開口部Ｇの角度αは、隣接する２つの固定子極１２の中心線が成す角度である２２．５°から隣接する２つの極歯１２３が成す角度である２×６．９°を減算した値（＝２２．５−２×６．９＝８．７）である。因みに、特許文献１における開口部の角度は、２２．５−２×７．５＝７．５と相対的に小さな角度となっている。

開口部Ｇの角度αは、固定子１０の内径や極歯１２３の幅等にも依存するが、固定子極１２の巻線部１２１に励磁コイル１３を巻く際に当該励磁コイル１３が通過する開口幅を規定する角度である。開口部Ｇの角度αは、大きい程、隣接する固定子極１２間に励磁コイル１３を挿通することが容易となり、製造上有利となる。本実施の形態１では、開口部Ｇの角度αが８．７°と特許文献１の７．５°に比較して大きく設定されており、隣接する固定子極１２間に励磁コイル１３を挿通することが容易で製造上有利となっている。この製造上の利点は、固定子１０の外径を小径化し且つ回転子２０の外径を可能な限り大径化して、大口径の中空孔３を実現しつつ２相中空ステッピングモータ１の小型化を図った場合に特に顕著となる。

つまり、本実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータ１は、励磁コイル１３の占積率の向上による磁力の増大により、回転トルクの面で小型化かつ中空回転軸４の採用に伴う不利をカバーすることが可能となっている。

一方、回転子２０は、図４及び図５に示されるように、複数（図示例では、２つ）の回転子構成要素の一例としての第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２を備えている。第１の回転子構成要素２０_１は、中空回転軸４の外周面に固着された状態で装着され、軸方向に着磁した筒状永久磁石２１の両端面をそれぞれ回転子鉄心２３，２４により挟持して構成されている。また、第２の回転子構成要素２０_２は、同じく中空回転軸４の外周面に固着された状態で装着され、軸方向に着磁した筒状永久磁石２２の両端面をそれぞれ回転子鉄心２５，２６により挟持して構成されている。第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２は、中空回転軸４の外周面に軸方向に沿って密着した状態で直列に配置されている。

本実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータ１は、上述したように、中空回転軸４を採用しなお且つ小型化を達成しつつ、可能な限り大きな回転トルクを得ることが可能に構成されている。

そのため、本実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータ１は、固定子１０と回転子構成要素２０_１，２０_２を備えた２連の２相中空ステッピングモータである。固定子１０は、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２に共通して同一の固定子１０が配置されている。

なお、固定子１０は、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２に対応させて第１及び第２の固定子１０から構成しても良い。

第１の回転子構成要素２０_１の回転子鉄心２３，２４及び第２の回転子構成要素２０_２の回転子鉄心２５，２６は、同様に構成されている。第１の回転子構成要素２０_１の回転子鉄心２３，２４は、図６及び図７に示されるように、中央に大口径の中空孔２３１，２４１を有する略円筒形状に形成されている。各回転子鉄心２３，２４には、その外周面に周方向に沿って複数（ｎ個）の回転子極歯２３２，２４２が等間隔に設けられている。同じく、第２の回転子構成要素２０_２の回転子鉄心２５，２６は、中央に大口径の中空孔２５１，２６１を有する略円筒形状に形成されている。また、各回転子鉄心２５，２６には、その外周面に周方向に沿って複数（ｎ個）の回転子極歯２５２，２６２が等間隔に設けられている。本実施の形態１では、各回転子極歯２３２，２４２，２５２，２６２の数（ｎ）が５０に設定されている。ここで、ｎは数１式の「ｎ」と同じ値である。

回転子鉄心２３，２４，２５，２６は、固定子１０と同様、磁性鋼板（例えば、電磁鋼板）からなる板材を所定の厚さＴとなるよう接着剤を介して密に複数枚積層することでロータスタックとして構成されている。回転子鉄心２３，２４，２５，２６を構成する板材は、薄い磁性鋼板などをプレス加工により所定の形状に打ち抜き成形した後に、端縁のバリを除去する所謂バリ取り処理や研磨等の仕上げ加工を施して形成される。

４つの回転子鉄心２３，２４，２５，２６は、基本的に、すべて同一の厚さＴを有するように構成される。但し、この実施の形態１では、４つの回転子鉄心２３，２４，２５，２６のうち、中央に配置される回転子鉄心２４，２５は、図４に示されるように、軸方向に沿って密着した状態で配置され且つ同一極性に磁化されるものであるため、１つの回転子鉄心２３，２６の２倍の厚さ（２Ｔ）を有するよう一体的に形成されている。なお、回転子鉄心２４，２５は、個別に形成しても勿論良い。

各回転子鉄心２３，２４，２５，２６の回転子極歯２３２，２４２，２５２，２６２は、回転子２０の半径方向の外方へ向けて矩形状に形成されている。本実施の形態１では、図６に示されるように、隣接する回転子極歯２３２，２４２，２５２，２６２が互いに７．２°（＝３６０／５０）の角度を成すように周方向に沿って等間隔で配置されている。

第１の回転子構成要素２０_１を構成する回転子鉄心２３と回転子鉄心２４は、図５に示されるように、回転子極歯２３２，２４２の歯ピッチ角（７．２°）の１／２の角度（３．６°）だけ周方向に沿ってシフトさせて装着されている。すなわち、回転子鉄心２３と回転子鉄心２４は、回転子鉄心２３の隣接する２つの回転子極歯２３２の間における中心位置に、他方の回転子鉄心２４の回転子極歯２４２が位置するよう装着されている。

同じく、第２の回転子構成要素２０_２を構成する回転子鉄心２５と回転子鉄心２６は、回転子極歯２５２，２６２の歯ピッチ角（７．２°）の１／２の角度（３．６°）だけ周方向に沿ってシフトさせて装着されている。すなわち、回転子鉄心２５と回転子鉄心２６は、回転子鉄心２５の隣接する２つの回転子極歯２５２の間における中心位置に、他方の回転子鉄心２６の回転子極歯２６２が位置するよう装着されている。

その結果、第１の回転子構成要素２０_１を構成する回転子鉄心２３と第２の回転子構成要素２０_２を構成する回転子鉄心２６は、図５に示されるように、回転子極歯２３２，２６２が周方向に沿って同一の位置となるよう装着されている。

また、第１の回転子構成要素２０_１を構成する回転子鉄心２４と第２の回転子構成要素２０_２を構成する回転子鉄心２５は、図５に示されるように、回転子極歯２４２，２５２が周方向に沿って同一の位置となるよう装着されている。そのため、本実施の形態１では、第１の回転子構成要素２０_１を構成する回転子鉄心２４と第２の回転子構成要素２０_２を構成する回転子鉄心２５が一体的に形成されており、回転子鉄心２４と回転子鉄心２５を接着剤を介して貼り合わせる工程が省略されている。

軸方向に沿って着磁した筒状永久磁石２１，２２は、図４に示されるように、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２を構成する回転子鉄心２３，２４，２５，２６より外径が小さく設定されている。筒状永久磁石２１，２２は、強磁性体によって形成され、回転子２０を組み立てた後、着磁装置によって互いに逆方向となるよう軸方向に沿って着磁される。

本実施の形態１では、図１２に示されるように、筒状永久磁石２１の軸方向に沿った左側の端面がＳ極、右側の端面がＮ極、筒状永久磁石２２の軸方向に沿った左側の端面がＮ極、右側の端面がＳ極となるよう着磁されている。

回転子２０は、図４に示されるように、中空回転軸４の軸方向に沿った両端部にそれぞれ配置されたボールベアリング等の軸受部材５１，５２を介してエンドキャップ２に回転可能に取り付けられる。

中空回転軸４は、図９に示されるように、所定の肉厚及び所定の表面粗さを有する円筒形状に形成されている。中空回転軸４の外周面４ａには、その軸方向に沿った一端部寄りに第１の回転子構成要素２０_１の軸方向に沿った一端部を位置決め固定するための環状凸部４１が一体的に設けられている。この環状凸部４１には、中空回転軸４の外周面４ａに装着される第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２のうち、第１の回転子構成要素２０_１の回転子鉄心２３がその端面が突き当てられた状態で位置決めされる。また、中空回転軸４は、その軸方向に沿った一端部（図９（ｂ）左端部）が他の部分に比較して小径に形成された小径部４２となっている。

なお、図９中、符号４３，４４は、中空回転軸４に図示しない部材を装着するための装着孔をそれぞれ示している。

２相中空ステッピングモータ１は、図１０に示されるように、１６個の固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６のうち、隣接する２つの固定子極（例えば、固定子極１２_１と固定子極１２_２）が同一に磁化されるよう励磁コイル１３が巻回されている。また、これら励磁コイル１３のうち、９０度毎に４組の励磁コイル１３が同一の配線に接続されて第１相の巻線を構成している。更に、この第１相の巻線に対して４５度ずれた残りの４組の励磁コイル１３が共通接続されて第２相の巻線を構成している。

更に説明すると、励磁コイル１３は、マグネットワイヤーを所定の方向に所定の巻数だけ予め巻回して構成されている。第１相の励磁コイル１３は、隣接する２つの固定子極１２_１，１２_２に対応した励磁コイル１３_１，１３_２と、周方向に沿って９０度異なる位置に配置された２つの固定子極１２_５，１２_６に対応した励磁コイル１３_５，１３_６と、周方向に沿って更に９０度異なる位置に配置された２つの固定子極１２_９，１２_１０に対応した励磁コイル１３_９，１３_１０と、周方向に沿って更に９０度異なる位置に配置された２つの固定子極１２_１３，１２_１４に対応した励磁コイル１３_１３，１３_１４が直列接続され、更にこれらの４組（８個）の励磁コイル１３が直列接続されて構成されている。これらの第１相の巻線を構成する励磁コイル１３_１，１３_２，１３_５，１３_６,１３_９，１３_１０，１３_１３，１３_１４は、予め接続された状態で対応する固定子極１２_１，１２_２，１２_５，１２_６,１２_９，１２_１０，１２_１３，１２_１４に装着される。

また、第２相の励磁コイル１３は、隣接する２つの固定子極１２_３，１２_４に対応した励磁コイル１３_３，１３_４と、周方向に沿って９０度異なる位置に配置された２つの固定子極１２_７，１２_８に対応した励磁コイル１３_７，１３_８と、周方向に沿って更に９０度異なる位置に配置された２つの固定子極１２_１１，１２_１２に対応した励磁コイル１３_１１，１３_１２と、周方向に沿って更に９０度異なる位置に配置された２つの固定子極１２_１５，１２_１６に対応した励磁コイル１３_１５，１３_１６が直列接続され、更にこれらの４組（８個）の励磁コイル１３が直列接続されて構成されている。これらの第２相の巻線を構成する励磁コイル１３_３，１３_４,１３_７，１３_８，１３_１１，１３_１２,１３_１５，１３_１６は、予め接続された状態で対応する固定子極１２_３，１２_４,１２_７，１２_８，１２_１１，１２_１２,１２_１５，１２_１６に装着される。

２相中空ステッピングモータ１は、図８に示されるように、固定子１０に設けられた１６個の固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の極歯１２３の歯ピッチが６．９度、固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の中心間角度が２２．５度、回転子２０の回転子極歯２３２の歯ピッチが７．２度になっており、第１相及び第２相の固定子１０と回転子２０の極歯の中心線のズレが１．８度となっている。

２相中空ステッピングモータ１は、一般的なハイブリッド型ステッピングモータと同様に回転駆動される。第１相の励磁コイル１３に順方向の励磁電流を通電した時、回転子２０は、ある位置で安定して停止する。次に、第１相の励磁コイル１３に通電した励磁電流を遮断すると同時に、第２相の励磁コイル１３に順方向の励磁電流を通電すると、回転子２０は、１ステップ角（＝１．８°）だけ回転駆動される。次に、第２相の励磁コイル１３に通電した励磁電流を遮断すると同時に、第１相の励磁コイル１３に逆方向の励磁電流を通電すると、回転子２０は、１ステップ角（＝１．８°）だけ回転駆動される。以下、同様に第１相及び第２相の励磁コイル１３に励磁電流を通電することにより、回転子２０は、所要のステップ角だけ回転駆動されることになる。

ところで、２連の２相中空ステッピングモータ１を構成する場合には、図１１及び図１２に示されるように、中空回転軸４の外周に配置される軸方向に着磁した筒状永久磁石２１，２２の両端面をそれぞれ回転子鉄心２３，２４及び回転子鉄心２５，２６によって挟持した２つの回転子構成要素２０_１，２０_２において、２つの筒状永久磁石２１，２２の軸方向に沿った着磁方向を同一方向とする方式と、２つの筒状永久磁石２１，２２の着磁方向を逆方向とする方式が考えられる。

２つの筒状永久磁石２１，２２の軸方向に沿った着磁方向を同一方向とする方式の場合には、図１１に示されるように、２つの回転子構成要素２０_１，２０_２の隣接する回転子鉄心２４，２５が各筒状永久磁石２１，２２によって互いに逆極性、図示例では回転子鉄心２４がＮ極性、回転子鉄心２５がＳ極性にそれぞれ励磁される。そのため、この場合には、隣接する２つの回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５に形成される逆極性の磁極により回転子鉄心２４，２５の境界付近では磁束が打消し合って回転トルクが減少することになる。

そこで、２つの筒状永久磁石２１，２２の軸方向に沿った着磁方向を同一方向とする方式の場合には、図１１に示されるように、隣接する２つの回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５の間に数ｍｍ幅の緩衝帯４０を設けて磁気的に分離する必要がある。そのため、着磁方向を同一方向とする方式の場合には、緩衝帯４０を設ける分だけ中空回転軸４の軸方向に沿った長さが長くなり、２相中空ステッピングモータ１が大型化（長尺化）するという技術的課題を有している。

これに対して、２つの筒状永久磁石２１，２２の軸方向に沿った着磁方向を逆方向とする方式の場合には、図１２に示されるように、２つの回転子構成要素２０_１，２０_２の隣接する回転子鉄心２４，２５が各筒状永久磁石２１，２２によって互いに同極性に励磁される。そのため、この場合には、隣接する２つの回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５の間で磁束が互いに打消し合うことがなく、緩衝帯４０を設ける必要がなく小型化に有利となる。

ところが、２つの筒状永久磁石２１，２２の軸方向に沿った着磁方向を逆方向とする方式の場合は、隣接する２つの回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５が互いに同極性（図示例では、Ｎ極）に着磁される。そのため、この逆方向とする方式の場合には、隣接する２つの回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５の間で磁気的に大きな反発力（斥力）が働く。その結果、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２における２つの回転子鉄心２４，２５は、剥離し易く、２相中空ステッピングモータ１の製造時に不良品が発生したり、２相中空ステッピングモータ１の使用中に経時的に回転子鉄心２４，２５の剥離等が発生して寿命が短くなる虞れがあるという技術的課題を有している。

そこで、本実施の形態１では、かかる技術的課題を解決するため、中空回転軸の外周面に軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、中空回転軸の外周面に塗布される接着剤が入り込んで硬化し第１及び第２の回転子構成要素を固着する固着溝を設けている。

すなわち、本実施の形態１では、図１３に示されるように、中空回転軸４の外周面４ａに軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられた螺旋状の固着溝４５を備えている。この固着溝４５は、予め定められた曲率半径Ｒ１（例えば、１ｍｍ）を有するとともに、予め定められた深さＤ（例えば、０．０５ｍｍ）を有する湾曲した凹溝状に形成されている。また、固着溝４５は、軸方向に沿って予め定められたピッチＰ（例えば、３ｍｍ）を有するように設定されている。固着溝４５は、中空回転軸４の外周面４ａに沿って環状凸部４１から距離Ｌだけ離れた位置に一端部が設定され、第２の回転子構成要素２０_２の回転子鉄心２６の外側端に設けられる後述する環状スペーサ２７に対応した位置が他端部となっている。

固着溝４５は、例えば、旋盤等を用いた旋削加工によって中空回転軸４を製造する際に、中空回転軸４の外周面４ａを仕上げた後、当該中空回転軸４の外周面４ａに先端が曲率半径Ｒ１に対応したバイトを用いて旋削加工を施すことにより容易に形成することが可能である。

固着溝４５は、各筒状永久磁石２１，２２及び各回転子鉄心２３，２４，２５，２６の軸方向に沿って少なくとも１本以上の固着溝４５が存在するよう設けられる。その際、固着溝４５は、各筒状永久磁石２１，２２及び各回転子鉄心２３，２４，２５，２６の各部材において周方向に沿って必ずしも１周にわたり存在する必要はなく、半周あるいは１／４周程度存在するものであっても良い。

＜２相中空ステッピングモータの作用＞
本実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータ１では、中空回転軸４の外周面４ａに軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、中空回転軸４の外周面に塗布される接着剤が入り込んで硬化し第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２を固着する固着溝４５を備えない場合に比較して、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２を軸方向及び周方向に沿って強固に固定することが可能となっている。

すなわち、本実施の形態１に係る２相中空ステッピングモータ１は、図１３に示されるように、製造時、中空回転軸４の外周面４ａに固着溝４５が螺旋状に形成される。この螺旋状の固着溝４５が形成された中空回転軸４の外周面４ａには、図１４（ａ）に示されるように、熱硬化樹脂系の接着剤５０が塗布される。熱硬化樹脂系の接着剤５０は、加熱により硬化を開始する接着剤である。

その際、中空回転軸４の外周面４ａには、ヘラ等の治具を使用することにより、中空回転軸４の外周面４ａに螺旋状に形成された固着溝４５の内部に接着剤５０が確実に充填されるよう塗布するのが望ましい。

接着剤５０が全面に塗布された中空回転軸４の外周面４ａには、図１４（ｂ）に示されるように、第１の回転子構成要素２０_１の回転子鉄心２３が挿通した状態で装着される。このとき、回転子鉄心２３の一端面は、環状凸部４１に突き当てられている。その後、回転子鉄心２３の他方の端面には、図１４（ｂ）に示されるように、接着剤５０が塗布された後、図１５（ａ）に示されるように、第１の回転子構成要素２０_１の筒状永久磁石２１が回転子鉄心２３の端面に接着剤５０を介して貼り合わされた状態で装着される。

その後、同様に、接着剤５０が全面に塗布された中空回転軸４の外周面４ａには、図１５（ｂ）〜図１６（ｂ）に示されるように、各部材の端面に接着剤５０が塗布された状態で、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の予め一体的に形成した回転子鉄心２４と回転子鉄心２５、第２の回転子構成要素２０_２の筒状永久磁石２２、第２の回転子構成要素２０_２の回転子鉄心２６が、互いに密着された状態で順次装着される。なお、第２の回転子構成要素２０_２の回転子鉄心２６には、その軸方向に沿った外側端に第２の回転子構成要素２０_２の抜けを防止するロータスペーサ２７が接着剤５０を介して貼り合わされた状態で装着される。ロータスペーサ２７は、図１７に示されるように、断面矩形の管状に形成されている。

その後、上記の如く中空回転軸４の外周面４ａに第１の回転子構成要素２０_１の回転子鉄心２３、第１の回転子構成要素２０_１の筒状永久磁石２１、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５、第２の回転子構成要素２０_２の筒状永久磁石２２、第２の回転子構成要素２０_２の回転子鉄心２６を互いに密着された状態で装着して成る回転子２０は、予め定められた温度に加熱する図示しない加熱炉の中に収容され、所要時間だけ加熱されて接着剤５０が硬化される。

その後、上記の如く構成された回転子２０は、図１２に示されるように、図示しない着磁装置によって第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の各筒状永久磁石２１，２２が、軸方向に沿って互いに逆方向となるよう着磁される。本実施の形態１では、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の各筒状永久磁石２１，２２は、第１の回転子構成要素２０_１の回転子鉄心２３側がＳ極、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５がＮ極、第２の回転子構成要素２０_２の回転子鉄心２６側がＳ極となるように着磁される。

そして、上記の如く構成された回転子２０は、軸受部材５１，５２を介してエンドキャップ２の内部に装着されるとともに、固定子１０がエンドキャップ２の内部に装着されて２相中空ステッピングモータ１が組み立てられる。

このように、本実施の形態に係る２相中空ステッピングモータ１では、図１３に示されるように、中空回転軸４の外周面４ａに軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、中空回転軸４の外周面４ａに塗布される接着剤５０が入り込んで硬化し第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２を固着する螺旋状の固着溝４５が設けられている。

そのため、上記２相中空ステッピングモータ１は、中空回転軸４の外周面４ａと第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の内周面が接着剤５０を介して接着されるとともに、中空回転軸４の外周面４ａと第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の内周面を接着する接着剤５０は、中空回転軸４の外周面４ａに螺旋状に形成された固定溝４５の内部に入り込んで硬化され、接着剤５０のキー効果によって軸方向及び周方向の双方向に強固に固着される。

したがって、上記２相中空ステッピングモータ１は、中空回転軸４の外周面４ａに第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２を固定した状態で装着した後、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の各筒状永久磁石２１，２２を軸方向に沿って互いに逆方向となるよう着磁することにより、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５に磁気反発力が作用した場合であっても、第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の回転子鉄心２４，２５が剥離することを防止することが可能となる。

また、本実施の形態１は、固定子１０の内面に周方向に沿って１６個の固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６を２２．５度間隔で形成するとともに、これら固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の夫々に中心線から左右に等しい角度で３個の極歯１２３が形成されている。しかも角度Θは、数１式の関係を満たす６．９°と相対的に小さい角度に設定されている。そのため、隣接する固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６間に位置する開口部Ｇの角度を比較的大きな角度に設定することができ、励磁コイル１３の収納を容易かつ効率良く行うことができ、更に各固定子極１２_１，１２_２，１２_３・・・１２_１６の高さを低くできるので、その分だけ回転子２０の外径を大きくすることができる。また、回転子２０の外径を大きくできることと、励磁コイル１３の占積率の向上による磁力の増大により、中空回転軸４を採用したことに伴う回転トルクの面での不利をカバーすることができる。

[実施の形態２]
図１８は、本発明の実施の形態２に係る２相中空ステッピングモータを示すものである。

実施の形態２に係る２相中空ステッピングモータ１は、図１８に示されるように、中空回転軸４の外周面４ａに設けられる固着溝が、螺旋状の第１の固着溝４５以外に、当該螺旋状の第１の固着溝４５と交差するように略軸方向に沿った短く形成された第２の固着溝４５ａを備えるように構成されている。

このように、固着溝として螺旋状の第１の固着溝４５と交差するように略軸方向に沿った短く形成された第２の固着溝４５ａを追加して設けることにより、中空回転軸４の外周面４ａと第１及び第２の回転子構成要素２０_１，２０_２の内周面をより一層強固に固着させることができる。

その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

なお、前記実施の形態では、複数の回転子構成要素として第１及び第２の２つの回転子構成要素を配置した場合について説明したが、回転子構成要素の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上設けても良いことは勿論である。

また、前記実施の形態では、中空回転軸の内部に他の部材を配置しない場合について説明したが、中空回転軸の内部に減速ギアなどを配置しても良いことは勿論である。

さらに、前記実施の形態では、螺旋状の固着溝を、中空回転軸の外周面に１条にわたり設けられた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、螺旋状の固着溝を中空回転軸の外周面に複数条にわたり設けるよう構成しても勿論良い。

その際、複数条の螺旋状の固着溝は、同一方向に設ける場合に限定されるものではなく、互いに交差する方向に設けても勿論良い。

このように、螺旋状の固着溝を中空回転軸の外周面に複数条にわたり、或いは互いに交差する方向に設けるよう構成した場合には、螺旋状の固着溝に塗布されて硬化する接着剤と複数の回転子構成要素との接触面積が増大し、中空回転軸の外周面に複数の回転子構成要素を軸方向及び周方向に沿ってより一層強固に固着することが可能となる。

１…２相中空ステッピングモータ
２…エンドキャップ
３…中空部
４…中空回転軸
１０…固定子
１２…固定子極
１２３…極歯
２０…回転子
２３２〜２６２…極歯
４５…固着溝
５０…接着剤

Claims (4)

1. 軸方向に着磁した筒状永久磁石の両端面をそれぞれ回転子鉄心で挟持して成る複数の回転子構成要素を、中空回転軸の外周に前記各回転子構成要素の前記筒状永久磁石の一端面に位置する前記回転子鉄心同士が密着しかつ前記筒状永久磁石のうち隣接するもの同士の着磁方向が逆方向となるよう配置した回転子を備え、前記回転子鉄心の外半径と内半径の差が前記中空回転軸の半径より小さいハイブリッド型の２相中空ステッピングモータにおいて、
   前記中空回転軸の外周面に前記軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、前記中空回転軸の外周面に塗布される接着剤が入り込み、且つ入り込んだ前記接着剤が硬化し前記複数の回転子構成要素を固着する曲率半径１ｍｍの湾曲した凹溝状に形成された深さが０．０５ｍｍの固着溝を有し、
   前記複数の回転子構成要素の前記軸方向に沿って対向するよう配置される回転子鉄心は、一体的に形成され、
   前記固着溝は、一体的に形成された前記回転子鉄心の軸方向に沿って複数本の固着溝が存在するよう前記中空回転軸の外周面に螺旋状に設けられる２相中空ステッピングモータ。
2. 軸方向に着磁した筒状永久磁石の両端面をそれぞれ回転子鉄心で挟持して成る複数の回転子構成要素を、中空回転軸の外周に前記各回転子構成要素の前記筒状永久磁石の一端面に位置する前記回転子鉄心同士が密着しかつ前記筒状永久磁石のうち隣接するもの同士の着磁方向が逆方向となるよう配置した回転子を備え、前記回転子鉄心の外半径と内半径の差が前記中空回転軸の半径より小さいハイブリッド型の２相中空ステッピングモータにおいて、
   前記中空回転軸の外周面に前記軸方向に対して傾斜した状態で周方向に沿って設けられ、前記中空回転軸の外周面に塗布される接着剤が入り込み、且つ入り込んだ前記接着剤が硬化し前記複数の回転子構成要素を固着する曲率半径１ｍｍの湾曲した凹溝状に形成された深さが０．０５ｍｍの固着溝を有し、
   前記複数の回転子構成要素の前記軸方向に沿って対向するよう配置される回転子鉄心は、一体的に形成されるとともに、
   前記複数の回転子構成要素を構成する各回転子鉄心及び各筒状永久磁石は、前記中空回転軸の外周面に塗布されて硬化する接着剤と同じ接着剤を介して互いに接着され、
   前記固着溝は、前記中空回転軸の外周面に複数条にわたり設けられ、且つ一体的に形成された前記回転子鉄心の前記軸方向に沿って複数本の固着溝が存在するよう前記中空回転軸の外周面に螺旋状に設けられる２相中空ステッピングモータ。
3. 前記固着溝は、前記中空回転軸の外周面に螺旋状に設けられる第１の固着溝と、前記第１の固着溝と交差するよう軸方向に沿って短く形成された第２の固着溝からなる請求項１又は２に記載の２相中空ステッピングモータ。
4. 前記回転子鉄心の外周に配置される固定子鉄心を備え、
   前記固定子鉄心は、周方向に沿って等間隔に配置された１６個の固定子極を有し、且つ前記固定子極の先端に中心線から左右対称に等しい角度で３つの極歯が設けられており、前記固定子極の極歯が成す角度Θは、６．９度に設定されるとともに、隣接する前記固定子極の極歯同士が８．７度の角度を成すように構成された請求項１乃至３のいずれかに記載の２相中空ステッピングモータ。

Images