JP7002408B2 - ステップモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステップモータに関する。

ステップモータには、ヨークを備えたボビンにコイルが巻装されてなるステータと、ステータに回転可能に支持されるロータシャフトにＮ極とＳ極とを交互に着磁したマグネットが設けられてなるロータと、を備えるクローポール型ステップモータがある（例えば、特許文献１参照）。ステータには、コイルの外径よりも大きい外径を有する円環状のフランジ部が形成されている。ステータのフランジ部には、磁性体からなる筒状材である補助磁性部材が嵌合されている。

特開２００４－３１２８２１号公報

補助磁性部材には、磁性体のプレート材によりＣ字筒状に形成されており、弾性を利用してステータのフランジ部に圧入されるものがある。このような補助磁性部材によると、補助磁性部材の開口部を間に相互に対向する両側端部とステータのフランジ部との間に製造公差等による隙間が発生する場合がある。この場合、コイルへの通電のオン時に発生する電磁吸引力により補助磁性部材の両側端部がステータに当接し、その通電のオフ時には両側端部が弾性復元によりステータのフランジ部から離れる。したがって、コイルへの通電のオンオフが繰り返されると、その度に両側端部が微小振動することによりカチカチ音のような異音が発生する。

本発明が解決しようとする課題は、コイルへの通電時における補助磁性部材による異音の発生を抑制することのできるステップモータを提供することにある。

前記した課題は、本発明のステップモータにより解決することができる。

第１の発明は、ヨークを備えたボビンにコイルが巻装されてなるステータと、前記ステータに回転可能に支持されるロータシャフトにＮ極とＳ極とを交互に着磁したマグネットが設けられてなるロータと、を備えるステップモータであって、前記ステータには、前記コイルの外径よりも大きい外径を有する円環状のフランジ部が形成されており、前記ステータのフランジ部には、磁性体のプレート材によりＣ字筒状に形成された補助磁性部材が弾性を利用して圧入されており、前記補助磁性部材の自由状態において、該補助磁性部材の開口部を間に相互に対向する両側端部のうちの少なくとも一方の側端部の少なくとも一部には、該補助磁性部材の本体部の内周面を前記開口部に延長した仮想内周面よりも径方向内方へ突出する突出部が形成されている、ステップモータである。

第１の発明によると、ステータのフランジ部への補助磁性部材の圧入状態において、補助磁性部材の突出部がステータのフランジ部に弾性的に当接される。これにより、コイルへの通電時における補助磁性部材による異音の発生を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記突出部は、前記補助磁性部材の側端部を軸方向に延在する直線状の折り曲げ線に沿って径方向内方へ折り曲げることにより形成されている、ステップモータである。

第２の発明によると、補助磁性部材の側端部を折り曲げ線に沿って径方向内方へ折り曲げることにより、突出部を容易に形成することができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記突出部の内側面と周方向の端面との間の出隅部には面取り部が形成されている、ステップモータである。

第３の発明によると、ステータのフランジ部に対する突出部のエッジ当たりを抑制することができる。

第４の発明は、ヨークを備えたボビンにコイルが巻装されてなるステータと、前記ステータに回転可能に支持されるロータシャフトにＮ極とＳ極とを交互に着磁したマグネットが設けられてなるロータと、を備えるステップモータであって、前記ステータには、前記コイルの外径よりも大きい外径を有する円環状のフランジ部が形成されており、前記ステータのフランジ部には、磁性体のプレート材によりＣ字筒状に形成された補助磁性部材が弾性を利用して圧入されており、前記補助磁性部材の開口部を間に相互に対向する両側端部のうちの少なくとも一方の側端部と前記ステータのフランジ部との間の少なくとも一部に介在部材が介在されている、ステップモータである。

第４の発明によると、補助磁性部材の開口部を間に相互に対向する両側端部のうちの少なくとも一方の側端部とステータのフランジ部との間に介在された介在部材により、コイルへの通電時における補助磁性部材による異音の発生を抑制することができる。

第５の発明は、第４の発明において、前記介在部材は充填材である、ステップモータである。

第５の発明によると、補助磁性部材の開口部を間に相互に対向する両側端部のうちの少なくとも一方の側端部とステータのフランジ部との間に充填材を容易に充填することができる。

本発明のステップモータによると、コイルへの通電時における補助磁性部材による異音の発生を抑制することができる。

実施形態１にかかるステップモータを示す断面図である。 ステータアッセンブリを示す斜視図である。 ステータアッセンブリを示す平面図である。 ステータアッセンブリを分解して示す斜視図である。 ステータプレートとステータのフランジ部との関係を示す模式図である。 ステータプレートを自由状態で示す平面図である。 図６のVII部を示す拡大図である。 実施形態２にかかるステータプレートとステータのフランジ部との関係を示す模式図である。 実施形態３にかかるステータプレートの側端部を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

［実施形態１］
本実施形態では、流量制御弁のアクチュエータとして用いられるステップモータを例示する。図１はステップモータを示す断面図である。説明の都合上、図１を基に上下左右の方位を定めるが、ステップモータの配置方向を特定するものではない。

図１に示すように、ステップモータ１０は、ステータ１２とロータ１４とカバー１５とを備える。ステータ１２には、Ｃ字筒状のステータプレート１６が嵌合されている。ステータ１２とステータプレート１６とによりステータアッセンブリ１８が構成されている。図２はステータアッセンブリを示す斜視図、図３は同じく平面図、図４は同じく分解して示す斜視図である。なお、ステータプレート１６は後で説明する。

（ステータ１２）
図１に示すように、ステータ１２は、ボビン２０とコイル２２とを備える（図４参照）。ボビン２０は、樹脂製で、４個のヨーク２４及び４個の端子２５がインサート成形によって一体化されてなる。ボビン２０の樹脂部は、ボビン本体部２６、上側支持部２７、及び、下側支持部２８を有する。ボビン本体部２６は、略円筒状の筒部３０と、筒部３０から径方向外方へ突出する上中下の計３つの円環状のフランジ部３２，３３，３４を有する。

図４に示すように、上段のフランジ部３２には、径方向外方へ突出する円弧状のガイド突起３２ａが形成されている。上段のフランジ部３２の上面及びガイド突起３２ａの外側面には、コイル２２のコイル線をガイドするガイド溝３２ｂが複数（例えば２個）平行状に形成されている。上段のフランジ部３２の上端部には、径方向外方へ突出する一対のストッパ３２ｃが形成されている。ストッパ３２ｃは、ガイド突起３２ａの周方向両方に所定の間隔を隔てて隣接する位置に配置されている。

中段のフランジ部３３には、径方向外方へ突出する円弧状のガイド突起３３ａが形成されている。ガイド突起３３ａの外側面には、コイル２２のコイル線を上下方向にガイドするガイド溝３３ｂが複数（例えば２個）平行状に形成されている。下段のフランジ部３４には、径方向外方へ突出する円弧状のガイド突起３４ａが形成されている。ガイド突起３２ａ，３３ａ，３４ａは、平面視で略同一外形をなしている。

図１に示すように、上側支持部２７は、筒部３０上にその中空部の上端開口部を閉鎖する段付き円柱状に形成されている。上側支持部２７の下面の中央部には軸受凹部２７ａが形成されている。また、下側支持部２８は、ボビン本体部２６の下端部に円環状に形成されている。下側支持部２８は、ステータプレート１６の外径よりも大きい外径を有する。下側支持部２８の下端部には、径方向外方へ張り出す取り付けフランジ部２８ａが形成されている。下側支持部２８の下面の内周部には、軸方向（図１において下方）へ突出する円筒状のスリーブ部２８ｂが形成されている。

ヨーク２４は、鉄板等の金属板製で、プレス成形により形成されている。ヨーク２４は、ほぼ円環板状の基板部２４ａと、基板部２４ａの内周部から略直角に折り曲げられた略テーパ状の複数（例えば、６個）の磁極歯２４ｂと、を有する。基板部２４ａの外周部には、径方向内方へ凹む多数の凹部２４ｃが周方向に断続的に形成されている（図４参照）。

ヨーク２４は、２個１組として磁極歯２４ｂが相互にかみ合うようにして配置されている。２組のヨーク２４が上下に積層状にかつ同心状に配置されている。最上段に位置するヨーク２４の基板部２４ａは、上段のフランジ部３２に埋設されている。また、最下段に位置するヨーク２４の基板部２４ａは、下段のフランジ部３４に埋設されている。また、隣り合わせで中段に位置する２つのヨーク２４の基板部２４ａは、中段のフランジ部３３に埋設されている。ヨーク２４の基板部２４ａの外周部、及び、多数の凹部２４ｃのうちの一部の凹部２４ｃは、各フランジ部３２，３３，３４のガイド突起３２ａ，３３ａ，３４ａを除いた部分から露出されている（図４参照）。

各フランジ部３２，３３，３４のガイド突起３２ａ，３３ａ，３４ａを除いたフランジ部分は、基本的には同一の外径（「フランジ外径」という）で真円状にかつ同心状に形成されている。各フランジ部３２，３３，３４は、コイル２２の外径よりも大きいフランジ外径を有する。

端子２５は、鉄板等の金属板製で、プレス成形により形成されている。端子２５の基端部（図１において下端部）が上側支持部２７に埋設されている。端子２５は、上側支持部２７の上段円柱部の上面から上方へ突出するピン部２５ａ、及び、ボビン本体部２６上に露出するコイル接続部２５ｂを有する（図４参照）。端子２５は、左右平行状に配置される２個を１組として前後対称状に配置されている。ピン部２５ａは、平面視で上側支持部２７の上段円柱部に周方向に等間隔で配置されている（図３参照）。

コイル２２は、ボビン本体部２６の上下に隣り合うフランジ部３２，３３、３３，３４の相互間において筒部３０に巻装されている。図示されないが、コイル２２のコイル線は、上段のフランジ部３２のガイド溝３２ｂ、及び、中段のフランジ部３３のガイド溝３３ｂに掛装されている。また、コイル線の端末部は、各端子２５のコイル接続部２５ｂに接続されている。

（ロータ１４）
図１に示すように、ロータ１４は、ロータシャフト３５とマグネット３６とを備える。ロータシャフト３５は、金属製、例えばステンレス製で、一端部（上端部）に形成された小径軸部３５ａと、他端部（下端部）に形成されたねじ軸部３５ｂとを有する。マグネット３６は、ロータシャフト３５の上端部近くにおいて同心状に取り付けられている。マグネット３６は、ステータ１２の４個のヨーク２４の各磁極歯２４ｂに対応する数のＮ極、Ｓ極が交互に着磁されている。

ロータシャフト３５の中央部には、ベアリング３８を介してリテーナ４０が相対的に回転可能に取り付けられている。ベアリング３８は、ボールベアリングである。リテーナ４０は、樹脂製であり、内外二重円筒状をなす内筒部４０ｂと外筒部４０ａとを有する。ベアリング３８は、外筒部４０ａの上端部内にスナップフィットにより取り付けられている。

ロータ１４は、ステータ１２内に配置されている。ロータシャフト３５の小径軸部３５ａは、ステータ１２の軸受凹部２７ａに回転可能に支持されている。また、リテーナ４０の外筒部４０ａは、ステータ１２の下側支持部２８内にその下方から圧入されている。これにより、ロータ１４がステータ１２内に回転可能に支持されている。

ロータシャフト３５のねじ軸部３５ｂには、バルブ体４６が取り付けられている。バルブ体４６は、樹脂製で、円筒状の連結筒部４６ａを備える。連結筒部４６ａは、ねじ軸部３５ｂにねじ合わされている。また、連結筒部４６ａは、リテーナ４０の内筒部４０ｂ内に軸方向（図１において上下方向）に移動可能にかつ軸回り方向に回り止めされた状態で嵌合されている。なお、バルブ体４６は本明細書でいう「被動部材」に相当する。

（カバー１５）
カバー１５は、樹脂製で、逆カップ状に形成されている。カバー１５の上壁部１５ａには筒状のコネクタ部４２が形成されている。カバー１５内にステータアッセンブリ１８が収容されている。ステータ１２の上側支持部２７の上段円柱部は、カバー１５の上壁部１５ａに形成された嵌合孔１５ｂに嵌合されている。カバー１５と上側支持部２７の上段円柱部との間にはＯリング４３が介在されている。また、カバー１５の開口端部内には、ステータ１２の下側支持部２８が嵌合されている。カバー１５と下側支持部２８との間にはＯリング４４が介在されている。また、カバー１５の開口端面には、ステータ１２の取り付けフランジ部２８ａが当接されている。

（ステップモータ１０の動作）
ステップモータ１０は、図示されない流路形成部材に設置される。また、コネクタ部４２には、ステップモータ１０を駆動制御する制御装置につながる外部コネクタが接続される。したがって、制御装置によりステップモータ１０が駆動制御される。これにともない、ロータシャフト３５が正逆回転されることにより、バルブ体４６が軸方向に進退移動させられる。バルブ体４６は、流路形成部材の流路の途中に形成された弁孔を開閉する。

（ステータプレート１６）
図５はステータプレートとステータのフランジ部との関係を示す模式図、図６はステータプレートを自由状態で示す平面図、図７は図６のVII部を示す拡大図である。図５に示すように、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４は、所定のフランジ外径Ｄｂを有する。

図６に示すように、ステータプレート１６は、磁性体のプレート材をプレス成形による曲げ加工等によって丸めることによりＣ字筒状に形成されている。ステータプレート１６には、軸方向に直線状に延在する開口部４８が形成されている。ステータプレート１６は、その主体をなすプレート本体部１６ａと、開口部４８を間に相互に対向する両側端部１６ｂと、を有する。ステータプレート１６の自由状態において、プレート本体部１６ａは略真円状に形成されている。プレート本体部１６ａは内径Ｄｓを有する。内径Ｄｓは、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４のフランジ外径Ｄｂ（図５参照）よりも僅かに小さい値に設定されている。なお、ステータプレート１６は本明細書でいう「補助磁性部材」に相当する。また、プレート本体部１６ａは本明細書でいう「本体部」に相当する。

ステータプレート１６の両側端部１６ｂは、プレス成形による曲げ加工によって軸方向に延在する直線状の折り曲げ線Ｌに沿って径方向内方へ斜めに折り曲げられている。図７に示すように、側端部１６ｂの先端部は、ステータプレート１６のプレート本体部１６ａの内周面を開口部４８に延長した仮想内周面１６Ｆよりも径方向内方へ突出する突出部５０とされている。突出部５０は、ステータプレート１６の軸方向に直線状に延在している。

（ステータ１２に対するステータプレート１６の取り付け）
図４に示す状態から、ステータプレート１６は、その弾性を利用してステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４に圧入される（図２参照）。このとき、ステータプレート１６の開口部４８が各フランジ部３２，３３，３４のガイド突起３２ａ，３３ａ，３４ａに嵌合される。

ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４へのステータプレート１６の圧入状態において、両突出部５０が各フランジ部３２，３３，３４の外周面に弾性的に当接される（図５参照）。このとき、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４とステータプレート１６の折り曲げ部分（折り曲げ線Ｌに沿う部分）との間には隙間Ｃが形成される。また、ガイド突起３２ａ，３３ａ，３４ａにより、ステータプレート１６が周方向に位置決めされる。また、ステータプレート１６の下端面は、ステータ１２の下側支持部２８の上面に当接される一方、両突出部５０の上端面は、上段のフランジ部３２の一対のストッパ３２ｃの下面に当接又は近接される。これにより、ステータプレート１６が軸方向（上下方向）に位置決めされる。

（実施形態１の利点）
前記したステップモータ１０によると、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４へのステータプレート１６の圧入状態において、ステータプレート１６の両突出部５０がステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４に弾性的に当接される。これにより、コイル２２への通電時におけるステータプレート１６による異音の発生を抑制することができる。また、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４とステータプレート１６との間に多少の寸法誤差があっても支障がないため、各フランジ部３２，３３，３４及びステータプレート１６の寸法管理を簡素化することができる。

また、ステータプレート１６の側端部１６ｂを折り曲げ線Ｌに沿って径方向内方へ斜めに折り曲げることにより、突出部５０を容易に形成することができる。

また、側端部１６ｂの曲げ量すなわちステータプレート１６のプレート本体部１６ａの仮想内周面１６Ｆに対する突出部５０の突出量の最小値をＡとする。また、ステータプレート１６が嵌合するステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４のフランジ外径Ｄｂのばらつき量の最大値をＢとする。このときの最小値Ａ及び最大値Ｂを、
Ａ≧Ｂ
の関係を満たすように設定する。これにより、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４とステータプレート１６との間に形成される隙間Ｃ（図５参照）を低減することができる。したがって、隙間Ｃによるモータ推力の低減を抑制することができる。

［実施形態２］
本実施形態は、実施形態１（図１参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図８はステータプレートとステータのフランジ部との関係を示す模式図である。図８に示すように、本実施形態では、ステータプレート１６の両側端部１６ｂは、折り曲げられていない。ステータプレート１６の自由状態において、両側端部１６ｂは、プレート本体部１６ａと同一内径で形成されている。このため、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４へのステータプレート１６の圧入状態において、ステータプレート１６の両側端部１６ｂとステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４との間には、製造公差等による隙間Ｓが発生する場合がある。

ステータプレート１６の両側端部１６ｂとステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４との間の隙間Ｓには、充填材５２が充填されている。充填材５２としては、接着材、硬化型充填材等が用いられる。また、充填材５２は、側端部１６ｂとステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４との間に全面的又は部分的に充填されている。なお、充填材５２は本明細書でいう「介在部材」に相当する。

本実施形態によると、ステータプレート１６の両側端部１６ｂとステータ１２との間に介在された充填材５２により、コイル２２への通電時におけるステータプレート１６による異音の発生を抑制することができる。また、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４とステータプレート１６との間に多少の寸法誤差があっても支障がないため、各フランジ部３２，３３，３４及びステータプレート１６の寸法管理を簡素化することができる。

また、ステータプレート１６の両側端部１６ｂとステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４との間の隙間Ｓに充填材５２を充填材５２を容易に充填することができる。

［実施形態３］
本実施形態は、実施形態１（図１参照）のステータプレート１６の側端部１６ｂに変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図９はステータプレートの側端部を示す平面図である。図９に示すように、本実施形態では、ステータプレート１６の両側端部１６ｂ（図９では一方のみを示す）の突出部５０の内側面５０ａと周方向の端面５０ｂとの間の出隅部には、Ｒ面取りによる面取り部５４が形成されている。面取り部５４は、プレス成形により形成されている。

本実施形態によると、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４の外周面に対するステータプレート１６の両側端部１６ｂの突出部５０のエッジ当たりを抑制することができる。

［他の実施形態］
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明のステップモータ１０は、流量制御弁に限らず、各種装置の駆動源として適用することができる。すなわち、ロータシャフト３５に連結される被動部材としては、バルブ体４６に限らず、その他の進退移動される軸移動部材を用いてもよいし、ロータシャフト３５に一体的に連結されるギヤ、アーム、カム等の回転部材を用いてもよい。

また、突出部５０は、ステータプレート１６の両側端部１６ｂのうちの少なくとも一方の側端部１６ｂに形成してもよい。また、突出部５０は、側端部１６ｂの全長のうちの一部、例えばステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４のうちの少なくとも１つのフランジ部に対応する部分に形成してもよい。また、突出部５０は、側端部１６ｂに別部材を取り付けることによって形成してもよい。

また、充填材５２は、ステータプレート１６の両側端部１６ｂのうちの少なくとも一方の側端部１６ｂと、ステータ１２の各フランジ部３２，３３，３４のうちの少なくとも１つのフランジ部と、の間に充填してもよい。また、介在部材として、ゴム、スポンジ等の弾性部材を用いてもよいし、金属片、樹脂片等の剛性の高い非弾性部材を用いてもよい。また、介在部材としての非弾性部材は、ステータプレート１６の側端部１６ｂに接着等により取り付けてもよい。また、面取り部５４は、Ｒ面取りに代えて、Ｃ面取りにより形成してもよい。また、面取り部５４は、側端部１６ｂの端縁をプレス成形により折り曲げ加工することにより構成してもよい。

１０ ステップモータ
１２ ステータ
１４ ロータ
１６ ステータプレート（補助磁性部材）
１６ａ プレート本体部（本体部）
１６ｂ 側端部
１６Ｆ 仮想内周面
２０ ボビン
２２ コイル
２４ ヨーク
３２ 上段のフランジ部
３３ 中段のフランジ部
３４ 下段のフランジ部
３５ ロータシャフト
３６ マグネット
４８ 開口部
５０ 突出部
５０ａ 内側面
５０ｂ 端面
５２ 充填材（介在部材）
５４ 面取り部
Ｌ 折り曲げ線

Claims (3)

1. ヨークを備えたボビンにコイルが巻装されてなるステータと、
   前記ステータに回転可能に支持されるロータシャフトにＮ極とＳ極とを交互に着磁したマグネットが設けられてなるロータと、
   を備えるステップモータであって、
   前記ステータには、前記コイルの外径よりも大きい外径を有する円環状のフランジ部が形成されており、
   前記ステータのフランジ部には、磁性体のプレート材によりＣ字筒状に形成された補助磁性部材が弾性を利用して圧入されており、
   前記補助磁性部材の自由状態において、該補助磁性部材の軸方向の全域に亘って開口する開口部を間に相互に対向する両側端部の軸方向の全域には、該補助磁性部材の本体部の内周面を前記開口部に延長した仮想内周面よりも径方向内方へ突出する突出部が形成されている、ステップモータ。
2. 請求項１に記載のステップモータであって、
   前記突出部は、前記補助磁性部材の側端部を軸方向に延在する直線状の折り曲げ線に沿って径方向内方へ折り曲げることにより形成されている、ステップモータ。
3. 請求項２に記載のステップモータであって、
   前記突出部の内側面と周方向の端面との間の出隅部には面取り部が形成されている、ステップモータ。
   

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