JP6877190B2 - ステッピングモータ - Google Patents

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Description

本発明はステッピングモータに関する。
従来、回路基板に直接固定するステッピングモータが知られている(例えば、特許文献1参照)。図7は同文献に記載されるものと同様のステッピングモータを示しており、このモータは、ステータ10の内側にシャフト21、ロータ部材22およびロータマグネット23からなるロータ20が収容され、ステータ10の軸方向両側にフロントプレート30およびエンドプレート40が固定された構造を有し、回路基板70に固定されるものである。
フロントプレート30は、回路基板70への位置決めを行う図示せぬ位置決めピンと、回路基板70に嵌合されるボス部31と、回路基板70に半田付けされる端子ピン32と、回路基板70に半田付けされ電極として機能しない固定ピン33とを備えており、ボス部31を回路基板70に嵌合し、端子ピン32と固定ピン33を回路基板70に直接半田付けすることでモータは回路基板70に固定されるようになっている。このモータにおいては、ロータ20のロータ部材22と、フロントプレート30およびエンドプレート40との間に、それぞれシャフト21に嵌め込んだゴムワッシャ50,60が介装され、これらゴムワッシャ50,60によってロータ20の軸方向のガタによる衝撃を吸収する構造となっている。
特開2014−027843号公報
ところで、図7に示すモータにおいて各部材の寸法や組み付け状態での寸法にバラツキがあると、一定の高さ寸法(軸方向の厚さ)に設定されたゴムワッシャ50,60では、組み付け時にゴムワッシャ50,60とロータ20のロータ部材22との間に隙間が生じる場合がある。そのような隙間が生じるとロータ20の軸方向のガタを吸収することができず、ロータ部材22がゴムワッシャ50,60に衝突して騒音が生じるという問題が起こる。また、上記バラツキが生じた場合には、そのバラツキに応じてゴムワッシャ50,60の厚さを調整することが考えられるが、その際には、バラツキ調整として厚さを変えた複数種類のゴムワッシャを用意する必要があり、このため、部品点数の増加や作業効率の低下を招き、結果としてコストが増加するという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、部材や組み付け状態において寸法にバラツキがあっても軸方向に配置されたロータとプレートとの間に生じる隙間に起因する騒音が抑制されるとともに、そのような構造をコストの増加を招くことなく得ることができる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、シャフトを有するロータと、 前記ロータに近接して配設されたステータと、前記ロータの軸方向一端側に対向して配設され、前記シャフトを支持する支持部を有するプレートと、を備え、 前記プレートは、前記ロータへの対向面に突出しかつ前記シャフトを囲む環状の突起を一体に形成し、 前記突起の内側に、前記シャフトに外装された状態で前記プレートと前記ロータとの間に介装され、前記ロータを軸方向他端側に付勢して該ロータを他の部材に弾性的に押し付けるコイルばねが設けられ、前記環状の突起700の端面に複数のボス701を形成し、突起の端面に複数のボスを、前記コイルばねを囲むように一体に形成し、前記突起の前記ロータ側へ突出する軸方向の最大高さが、前記コイルばねの密着高さより高いことを特徴とする。
本発明によれば、コイルばねで付勢されたロータが他の部材に弾性的に押し付けられる。これにより、部材や組み付け状態においてバラツキがあっても、軸方向に配置されたロータとプレートとの間に生じる隙間に起因する騒音が抑制される。また、構造が簡素であるため、コストの増加を招くことなく騒音抑制が図られる。なお、本発明で言う「ロータを他の部材に弾性的に押し付ける」は、ロータが他の部材に直接接触した状態である形態は勿論のこと、ロータと他の部材との間にワッシャ等の部材が介装されている場合も含むものとする。
また、本発明によれば、突起の前記ロータ側へ突出する軸方向高さが、前記コイルばねの密着高さより高いので、例えばロータが大きな力を受けてプレート方向に移動した場合、コイルばねが圧縮高さの状態になる前にロータが突起に当接する。このため、コイルばねの損傷を防ぐことができる。
また、本発明は、前記プレートは、前記ステータのコイルが接続される端子ピンが設けられる端子台部と、フランジ部とを備え、前記フランジ部には、固定部材への固定用の固定ピンが設けられている形態を含む。この形態によれば、本発明のステッピングモータを固定ピンによって固定部材に固定することができる。
また、本発明は、前記プレートの前記フランジ部は径方向に延在する形態であって、該フランジ部が複数形成されている形態を含む。
また、本発明は、前記他の部材は、前記ロータの軸方向他端側に配設されたプレートである形態を含む。
本発明のステッピングモータによれば、部材や組み付け状態において寸法にバラツキがあっても軸方向に配置されたロータとプレートとの間に生じる隙間に起因する騒音が抑制されるとともに、そのような構造をコストの増加を招くことなく得ることができるといった効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るステッピングモータの斜視図である。 一実施形態のステッピングモータの断面図である。 フロントプレートの突起を示す(A)斜視図、(B)断面図である。 本発明の他の実施形態に係るステッピングモータの斜視図である。 他の実施形態のステッピングモータの正面図である。 他の実施形態のステッピングモータの断面図である。 従来のステッピングモータの断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
[1]第1実施形態
[1−1]ステッピングモータの構成
図1および図2は、第1実施形態のクローポール型のステッピングモータ100Aを示している。ステッピングモータ100Aは、ステータの構造として、環状のフロント側ステータアッシー(ステータ)200およびエンド側ステータアッシー(ステータ)300を同軸的に結合した構造を有し、その内側にシャフト403を有するロータ400が回転自在な状態で収められている。各ステータアッシー200,300は軸方向の外側にそれぞれ配設された円板状のフロントプレート210とエンドプレート(他の部材)310に挟まれ、これらプレート210,310により結合状態が保持されてステッピングモータ100Aが構成されている。
図2の符号600は各種の電子デバイスが搭載された回路基板(固定部材)であり、ステッピングモータ100Aはフロントプレート210を回路基板600に合わせた状態でこの回路基板600に固定される。
フロント側ステータアッシー200とエンド側ステータアッシー300は同一構成であり、それぞれカップ状の外ヨーク220と、ボビン230と、円板状の内ヨーク240とから構成されている。図2に示すように、外ヨーク220は、環状の底面部221と、底面部221の外周縁から軸方向に延びる円筒部222とを備え、底面部221の中央に形成された開口の周縁に軸方向に立設する複数の極歯223が櫛歯状に設けられている。一方、内ヨーク240は、中央の開口の周縁に軸方向に立設する複数の極歯(不図示)が櫛歯状に設けられている。外ヨーク220と内ヨーク240は、それぞれの極歯が所定のギャップを隔てて交互に噛み合った状態に組み合わされる。
ボビン230は樹脂製であってコイル231が巻回されており、上記のように組み合わされた外ヨーク220と内ヨーク240内の環状の空間に収容されている。ボビン230は端子部232を備え、この端子部232には、コイル231の巻線の端部が絡げられ接続される金属製の端子233が埋め込まれている。上記構成のステータアッシー200,300は、内ヨーク240どうしが合わせられ、軸方向における向きを互いに逆向きにして結合されている。
フロントプレート210はフロント側のハウジングを構成するものであり、樹脂により構成されている。図1に示すように、フロントプレート210は、その外縁部にエンド側ステータアッシー300の方向に延びる左右一対のバンド結合部211を有している。バンド結合部211は、外側に突出した爪部212を備えている。バンド結合部211はバンド500と結合し、これによりフロント側ステータアッシー200とエンド側ステータアッシー300とが結合される。
フロントプレート210の図1および図2においてその上部には端子台部213が一体に形成され、下部には固定ピン配置部217が一体に形成されている。さらにフロントプレート210の中心には軸方向外側に突出する略筒状のボス部216が一体に形成されている。
端子台部213には、軸方向に延びる4本の端子ピン214が埋め込まれている。端子ピン214は、図2に示す回路基板600への通電端子として機能するもので、一端部が回路基板600に固定され、他端部が上記端子233に接続される。
固定ピン配置部217は、ボス部216を中心として端子台部213と対称な位置に設けられている。固定ピン配置部217には、軸方向に突出する2本の固定ピン218が固定されている。固定ピン218は略U字型の金属部材であり、固定ピン配置部217に設けられた孔に圧入され固定されている。固定ピン218はステッピングモータ100Aを回路基板600に固定する部材であって半田付けが可能な材質からなるが、通電端子としては機能しない。
ボス部216には軸方向に延びる複数のスリット状の割り216aが形成されている。ボス部216の内径はシャフト403よりもやや大きく、ボス部216内をシャフト403が貫通している。フロントプレート210の中心にはシャフト403が貫通する軸受孔215が形成されている。シャフト403は軸受孔215の内周面(支持部)215aに接触して摺動可能であり、シャフト403はその内周面215aで回転自在に支持されている。
また、図1に示すようにフロントプレート210の端子台部213には軸方向に延びる位置決めピン219が一体に形成されている。位置決めピン219は回路基板600に設けられた位置決め孔(図示せず)に嵌合され、これによりステッピングモータ100Aの回路基板600に対する位置決めがなされる。
エンド側ステータアッシー300のエンドプレート310はエンド側のハウジングを構成するものであり、樹脂により構成されている。図1に示すように、エンドプレート310は、上記バンド結合部211に対向するようにフロント側ステータアッシー200の方向に延びる左右一対のバンド接触部311を有している。また、図2に示すように、エンドプレート310の中心にはシャフト403が貫通する軸受孔315が形成されている。シャフト403は軸受孔315の内周面(支持部)315aに接触して摺動可能であり、シャフト403はその内周面315aで回転自在に支持されている。
図2に示すように、ロータ400は、円柱状のロータ部材402と、ロータ部材402の外周に固定されたロータマグネット401と、ロータ部材402の軸心を貫通して固定されたシャフト403とから構成されている。ロータマグネット401は、周方向にN・S・N・Sと交互に着磁がされた磁極の構造を有している。シャフト403は、上記のようにフロントプレート210とエンドプレート310に設けられた軸受孔215,315に通され、それら軸受孔215,315の内周面215a,315aに直接接触し摺動することで回転自在に支持されている。なお、シャフト403を転がり軸受等の軸受装置を介してフロントプレート210およびエンドプレート310に対し回転自在に支持する構成を採用してもよい。
図1に示すように、バンド500はばね性を有する金属材料で構成された概略コ字状の部材であり、エンドプレート310の外面に重ねて組み付けられる本体部505と、本体部505からフロント側ステータアッシー200の方向に延びる左右一対のアーム部501を備えている。バンド500は、本体部505の中央部に形成された孔505aをエンドプレート310の外面の中心に形成された凸部312に嵌合させることで、エンドプレート310に組み付けられる。
バンド500の各アーム部501には、矩形の孔501aが設けられている。この孔501aにフロントプレート210のバンド結合部211の爪部212が入って引っ掛かることによりバンド500がフロントプレート210に係合し、フロント側ステータアッシー200とエンド側ステータアッシー300とが結合されるようになっている。バンド500のアーム部501はエンドプレート310のバンド接触部311の外側に接触し、弾性変形した状態で孔501aが爪部212に引っ掛かる。これにより各プレート210,310が互いに引っ張り合う状態となって強く結合され、かつ、バンド500がフロントプレート210から外れないようになされる。
図2に示すように、回路基板600には、ボス嵌合孔601、コンタクトホール602、ピン固定用孔604がそれぞれ形成されている。またこれらの他に上記位置決め孔(不図示)が形成されている。本実施形態のステッピングモータ100Aは、回路基板600に対し、位置決めピン219が上記位置決め孔に嵌合され、ボス部216がボス孔601に押し込まれて嵌合されるとともに、端子ピン214の端部214aがコンタクトホール602に挿入され、固定ピン218がピン固定用孔604に挿入された状態で、フロントプレート210が回路基板600に合わせられる。そして、コンタクトホール602の周囲のプリントパターンを構成する銅箔603と端子ピン214とが半田付けされ、ピン固定用孔604の周囲の銅箔605と固定ピン218とが半田付けされることで、ステッピングモータ100Aは回路基板600に固定される。
[1−2]ロータの軸方向支持の構造
本実施形態のステッピングモータ100Aは、ロータ400の軸方向のガタを抑えて騒音を抑制する構造を有している。以下、その構造を説明する。
図2に示すように、フロントプレート210の内面すなわちロータ400への対向面における軸受孔215の周囲には、環状の突起700が一体に形成されている。この突起700は、図3に示すように先端縁部に複数(この場合、3つ)のボス701が等間隔をおいて形成されている。ロータ400のシャフト403は、この突起700内を挿通している。そしてこの突起700内には、シャフト403に外装された状態でコイルばね800が収容されている。コイルばね800はフロントプレート210とロータ部材402との間に圧縮状態で介装されている。
コイルばね800とフロントプレート210との間、およびコイルばね800とロータ部材402との間には、摺動性が良好な樹脂等の材料からなるワッシャ901,902がそれぞれ介装されている。また、ロータ部材402とエンドプレート310との間にも同様のワッシャ903が介装されている。これらワッシャ901〜903はいずれもシャフト403に外装されている。また、図3(B)に示すようにコイルばね800が収容されている突起700の最大高さH、すなわち突起700内の底面(フロントプレート210の内面)からボス701の先端面までの軸方向寸法は、コイルばね800の密着高さ(隣り合うコイルが密着した時の高さ)よりも高く設定されている。
コイルばね800は突起700のボス701の端面から突出しており、ワッシャ902を介してロータ部材402をエンドプレート310側に付勢している。これによりロータ部材402はワッシャ903を介してエンドプレート310に弾性的に押し付けられ、互いに対向するロータ部材402とボス701の端面間には隙間が形成される。
[1−3]作用効果
本実施形態では、ロータ400はコイルばね800によってエンドプレート310側に付勢され、ロータ部材402がワッシャ903を介してエンドプレート310に弾性的に常に押し付けられており、軸方向への動きが規制されている。このため、ステッピングモータ100Aを構成する各部材や組み付け状態においてバラツキがあってもロータ400の軸方向のガタが吸収され、騒音の発生が抑制される。また、構造が簡素であるため、コストの増加を招くことなく騒音抑制が図られる。また、突起700のロータ400側への突出高さがコイルばね800の密着高さより高いため、例えば予期せぬ大きな力をロータ400が受けてフロントプレート210の方向に移動しロータ部材402の端面が突起700のボス701の端面に当接した場合、コイルばね800は圧縮高さまで縮小しない。このため、コイルばね800の損傷を防ぐことができる。
また、突起700の端面に複数のボス701を形成し、ロータ部材402が当接する端面を全周にわたる環状の平面としていない。このため、突起700の最大高さ寸法の精度出しをそれらボスで行うことができ、その結果、突起700の最大高さ寸法や端面の平面度の精度が得られ易い。さらに、ロータ400の回転時にロータ部材402が突起700に当接して摺動する際の接触面積を小さくすることができ、これにより摩擦の低減が図られる。摩擦低減の観点から、ボス701を円弧状に形成してロータ部材402に対し点接触あるいはそれに近い状態としてもよい。
[2]第2実施形態
次に、図4〜図6を参照して本発明の第2実施形態に係るステッピングモータ100Bを説明する。第2実施形態のステッピングモータ100Bは、フロント側ステータアッシー200とエンド側ステータアッシー300との結合手段およびフロントプレートの構成が上記第1実施形態のステッピングモータ100Aと相違している。第2実施形態のステッピングモータ100Bにおいては、各ステータアッシー200,300およびロータ400の構成は第1実施形態と同様であり、同一構成要素には同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。以下、上記相違点について説明する。なお、第2実施形態のロータ400は、外周面に図示せぬロータマグネットが設けられたロータ部材402と、ロータ部材402の軸心を貫通して固定されやシャフト403とからなるものとする。
第2実施形態のフロント側ステータアッシー200とエンド側ステータアッシー300との結合手段は樹脂モールドであり、さらに樹脂モールド時にエンドプレート350が同時に成形されている。樹脂モールドを行うにあたっては、図6に示すように、コイル231を巻回したボビン230を内側に収容し、かつ、外ヨーク220の極歯223と内ヨーク240の極歯243が所定のギャップを隔てて交互に噛み合った状態とした各ステータアッシー200,300を、外ヨーク220の底面部221どうしを互いに合わせ同軸的に重ねた状態として、図示せぬ金型内にセットする。すなわち、第2実施形態では第1実施形態と逆に、外ヨーク220を軸方向内側に配置し、内ヨーク240を軸方向外側に配置する。
次に、熱可塑性樹脂を上記金型内に注入することによって極歯223,243の間に樹脂が充填され、ステータアッシー200,300が樹脂で一体化される。また、同時に円板状のエンドプレート350がエンド側ステータアッシー300の外側に樹脂で成形される。
上記のように樹脂モールドした後、金型から取り出した成形体のフロント側ステータアッシー200の内ヨーク240の外面にフロントプレート250が重ねられる。そして、図5および図6に示すように、フロント側ステータアッシー200における外ヨーク220の円筒部222の周縁を、フロントプレート250の外周縁に略均等配置で形成された3箇所のノッチ252にカシメ固着して、第2実施形態のステッピングモータ100Bが得られる。ノッチ252を利用したカシメ固着の箇所は3箇所に限定されず、2箇所以上であればよい。
次に、第2実施形態のフロントプレート250を説明する。図4および図5に示すように、フロントプレート250は、フロント側ステータアッシー200に対し同軸的に位置付けられてこのフロント側ステータアッシー200を覆う円板部251を主体としており、この円板部251の両側に、円板部251の径方向外方に延びるフランジ部253がそれぞれ形成されている。フランジ部253は、図5において円板部251のほぼ下半分の領域における縁部から斜め上方に延び、幅が均一であって先端が半円弧状に形成されている。
図6に示すように、円板部251の中心にはシャフト403の軸受孔255が形成されている。一方、エンドプレート350にもシャフト403の軸受孔355が形成されている。シャフト403は、第1実施形態と同様に、フロントプレート250とエンドプレート350に形成された軸受孔255,355に通され、それら軸受孔255,355の内周面255a,355aに直接接触し摺動することで回転自在に支持されている。
図4および図5において円板部251の上部には端子台部256が一体に形成されている。端子台部256には第1実施形態と同様に軸方向に延びる4本の端子ピン214が埋め込まれている。さらに、各フランジ部253の円板部251に対する根元部分と、端子台部256の下部には、軸方向に延びる位置決めピン259がそれぞれ一体に形成されている。位置決めピン259は3本で周方向にほぼ90°のピッチで配置されているが、本数は限定されない。さらにフランジ部253の先端部付近には、軸方向に突出する上下一対の固定ピン258が固定されている。固定ピン258は第1実施形態の固定ピン258と同様の略U字型の金属部材であり、フランジ部253に設けられた孔に圧入され固定されている。固定ピン258は、シャフト403の中心と端子台部256の中点を通る線(図5の二点鎖線)を対称軸として略線対称に配置されている。
端子ピン214、固定ピン258および位置決めピン259は、図6に示す回路基板600にステッピングモータ100Bを固定する際に利用される。回路基板600には、位置決め孔606、コンタクトホール602、ピン固定用孔604がそれぞれ形成され、さらにシャフト403の挿通孔607が形成されている。ステッピングモータ100Bは、シャフト403が挿通孔607に通され、位置決めピン259が位置決め孔606に挿入されるとともに、端子ピン214がコンタクトホール602に挿入され、固定ピン258がピン固定用孔604に挿入された状態で、フロントプレート250が回路基板600に合わせられる。そして、コンタクトホール602の周囲のプリントパターンを構成する銅箔603と端子ピン214とが半田付けされ、ピン固定用孔604の周囲の銅箔605と固定ピン258とが半田付けされることで、ステッピングモータ100Bは回路基板600に固定される。
ステッピングモータ100Bは、端子台部256に固定された4本の端子ピン214による箇所と、各フランジ部253に固定された固定ピン258による2箇所の計3箇所が回路基板600に半田付けされる。このため、端子ピン214の接合部に過大な負荷がかかることなくバランスの良好な固定構造が得られ、その結果、ステッピングモータ100Bの取り付け強度を向上させることができる。なお、第2実施形態のフロントプレート250は第1実施形態に示すボス部216を備えていないが、同様のボス部を備え、そのボス部をフロントプレート250の挿通孔607に嵌合し固定してもよく、その場合には取り付け強度がより向上するものとなる。
さて、第2実施形態のステッピングモータ100Bにおいても、ロータ400の軸方向のガタを抑える構造が適用されている。すなわち、図6に示すようにフロントプレート250の内面における軸受孔255の周囲には、環状の突起710が一体に形成され、この突起710内に、シャフト403に外装された状態でコイルばね800がフロントプレート250とロータ部材402との間に圧縮状態で介装されている。コイルばね800とフロントプレート250との間、およびコイルばね800とロータ部材402との間には、摺動性が良好な樹脂等の材料からなるワッシャ901,902がそれぞれ介装されている。また、ロータ部材402とエンドプレート350との間にも同様のワッシャ903が介装されている。ロータ部材402はコイルばね800によってエンドプレート350側に付勢され、ワッシャ903を介してエンドプレート350に常に押し付けられている。
突起710は、第1実施形態と同様に先端縁部に複数(この場合、3つ)のボス711が等間隔をおいて形成されており、その最大高さは、コイルばね800の密着高さよりも高く設定されている。
このような構造により、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、ロータ400の軸方向のガタが吸収されることによる騒音発生の抑制、ならびに構造が簡素であることによるコスト増加の抑制といった効果が奏される。また、コイルばね800を収容するボス711を含む突起710の高さがコイルばね800の密着高さより高いことによりコイルばね800の損傷が防止されるという効果も同様に得ることができる。
本発明は、ステッピングモータに利用することができる。
100A,100B…ステッピングモータ
200…フロント側ステータアッシー(ステータ)
210,250…フロントプレート
213,256…端子台部
214…端子ピン
218,258…固定ピン
231…コイル
253…フランジ部
255,355…軸受孔
255a,355a…軸受孔の内周面(支持部)
300…エンド側ステータアッシー(ステータ)
310,350…エンドプレート(他の部材)
400…ロータ
403…シャフト
600…回路基板(固定部材)
700,710…突起
701,711…突起のボス
800…コイルばね
H…突起の高さ

Claims (4)

  1. シャフトを有するロータと、
    前記ロータに近接して配設されたステータと、
    前記ロータの軸方向一端側に対向して配設され、前記シャフトを支持する支持部を有するプレートと、
    を備え、
    前記プレートは、前記ロータへの対向面に突出しかつ前記シャフトを囲む環状の突起を一体に形成し、
    前記突起の内側に、前記シャフトに外装された状態で前記プレートと前記ロータとの間に介装され、前記ロータを軸方向他端側に付勢して該ロータを他の部材に弾性的に押し付けるコイルばねが設けられ
    前記環状の突起700の端面に複数のボス701を形成し、突起の端面に、複数のボスを前記コイルばねを囲むように一体に形成し、
    前記環状の突起と前記ボスの前記ロータ側へ突出する軸方向の最大高さが、前記コイルばねの密着高さより高いことを特徴とするステッピングモータ。
  2. 前記複数のボスは、3箇所に設けら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. 前記プレートは、円板部と、前記円板部の外周縁に前記ステータのコイルが接続される端子ピンが設けられる端子台部と、フランジ部とを備え、
    前記フランジ部には、固定部材への固定用の固定ピンが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のステッピングモータ。
  4. 前記フランジ部は前記円板部から径方向に延在する形態であって、該フランジ部が複数形成され、前記各フランジ部の前記円板部側には位置決めピンが設けられていることを特徴とする請求項に記載のステッピングモータ。
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