JPH07250464A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極歯相互の位置決め精度の向上および生産性
向上が図れ、さらにシャフトの曲がりによるマグネット
と極歯との干渉を防止できるステッピングモータを提供
する。 【構成】 シャフト２０に固定されたマグネット２２の
両側にはボビン２４Ａ，２４Ｂが配置され、Ａ相・Ｂ相
コイル３４Ａ，３４Ｂが巻回されている。マグネット２
２の外周には、プラスチック製で有底円筒状の極歯支持
体４６が配置され、周壁部４６Ａに長い極歯４８Ａ，４
８Ｂが固定され、極歯収容部４９が形成されている。極
歯収容部４９にボビン２４Ａ，２４Ｂ先端のコ字状ヨー
ク５０の短い極歯５０Ａ，５０Ｂが挿入されている。極
歯支持体４６の底壁部４６Ｂの中央には軸受孔４７が形
成され、ここでシャフト２０の基端部が回転自在に支持
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、時計、カメラ、医療機
器等に好適な小径のステッピングモータに関し、特に、
モータの製造コストおよび組立性の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータの外径を小さくする
ための技術として、本発明者らは先に図６に示すような
構造のステッピングモータを発案した。このモータは、
シャフト１に同軸に固定されたマグネット２の軸線方向
両側に、コイル６Ａ，６Ｂを巻回したボビン４を配置し
たことを特徴とするもので、これにより、マグネットの
外周にコイルが配置された従来のステッピングモータに
比べ、外径の小型化が図れるようにしている。

【０００３】各ボビン４の両端には、それぞれコ字状の
ヨーク８Ａ，１０Ａ，８Ｂ，１０Ｂが、その両側板部
（極歯に相当する）をマグネット２の外周に対向させた
状態で固定されている。同じボビン４に固定された、極
歯の長いヨーク８Ａ（８Ｂ）と極歯の短いヨーク１０Ａ
（１０Ｂ）は互いに９０゜位相がずらされ、軸線方向に
対向するヨークの極歯同士は互いに４５゜位相がずらさ
れている。そして、コイル６Ａ，６Ｂに対し交互に電流
の向きを変えながら通電することにより、マグネット２
およびシャフト１からなるロータが４５゜づつステップ
駆動される。

【０００４】このステッピングモータを実際に使用する
時には、上記各部を収容する円筒形のケース（図示略）
を設け、ヨーク８Ａ，１０Ａ，８Ｂ，１０Ｂをこのケー
スの内面に固定したうえ、このケースの両端を塞ぐよう
に一対の支持部材を取り付ける。これら支持部材には軸
受が予め固定されており、これら軸受によりシャフト１
の両端部が回転自在に支持される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構造から
なるステッピングモータでは、ヨーク８Ａ，１０Ａ，８
Ｂ，１０Ｂをケースの内面に固定して位置決めする構成
であるから、各極歯の位置決め精度を高めにくく、極歯
位置の誤差に起因するロータ停止位置の誤差や磁気バラ
ンスの不均一が生じ易く、ロータ回転精度が高めにくい
という問題があった。

【０００６】また、ヨーク８Ａ，１０Ａ，８Ｂ，１０Ｂ
は小さいものであるうえ、その組立には上記理由から高
精度が要求されるので、組立作業には細心の注意や熟練
が必要で、生産性が低いという欠点もあった。特に、短
い極歯のヨーク１０Ａ，１０Ｂの位置決めが難しかっ
た。

【０００７】さらに、前記ステッピングモータでは、細
長いケースの両端に設けた軸受でシャフト１を支持する
から、マグネット２から各軸受までの距離が大きく、シ
ャフト１が若干曲がっただけでマグネット２が大きく偏
心してしまう。よって、マグネット２がヨーク８Ａ，１
０Ａ，８Ｂ，１０Ｂの極歯と干渉し、回転異常を生じる
おそれがあった。特に、モータ小型化のためシャフト１
として細いものを使用した場合は、この問題が顕著にな
る。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、極歯相互の位置決め精度の向上および生産性向上が
図れ、さらにシャフトの曲がりによるマグネットと極歯
との干渉を防止できるステッピングモータを提供するこ
とを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るステッピングモータは、マグネットが
同軸に固定されたシャフトと、前記マグネットの軸線方
向両側に前記シャフトと同軸に配置された一対のボビン
と、これらボビンにそれぞれ巻回されたＡ相およびＢ相
コイルと、前記各ボビンのマグネット側の端部にその底
板部が固定されかつ前記マグネットの外周面の一部と対
向する短い極歯を有するヨークと、前記各ボビンの前記
マグネットと反対側の端部にその一端が着脱可能に結合
されるとともに他端が前記マグネットの外周面の他の部
分と対向する長い極歯と、前記マグネットの外周を包囲
して同軸に配置された有底円筒状の極歯支持体とを具備
し、前記極歯支持体の底壁部には、前記シャフトの基端
部を回転自在に支持する軸受部が設けられており、さら
に前記全ての長い極歯は前記極歯支持体に一体的に固定
される一方、前記短い極歯は、前記極歯支持体に形成さ
れた極歯収容部にそれぞれ着脱可能に挿入されて位置決
めされていることを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明に係るステッピングモータでは、全ての
極歯が共通の極歯支持体を介して支持されるため、極歯
相互の位置決め精度が高く、極歯位置の誤差に起因する
ロータ停止位置の誤差や磁気バランスの不均一が生じ
ず、ロータ回転精度を高めることができる。

【００１１】また、極歯支持体には長い極歯の全てが一
体的に固定される一方、短い極歯は各相毎にヨークとし
て一体化され、これらヨークの底板部は、ボビンのマグ
ネット側の端部に固定されているから、モータ組立時に
は、極歯収容部にヨークの先端を差し込みつつ極歯支持
体と両ボビンとを組み立てるだけで、全ての極歯相互の
位置決めが完了する。したがって、モータ組立時に極歯
相互の位置決めが簡略化でき、組立作業の生産性を向上
し、生産コストを削減することが可能である。

【００１２】また、有底円筒状をなす極歯支持体の底壁
部に軸受部を形成したことにより、シャフトの基端部が
マグネットの近傍で支持されるから、シャフトに若干の
曲がりが生じた場合にも、マグネットの偏心量は小さく
て済み、マグネットと極歯との干渉のおそれが小さい。
さらにまた、シャフトの基端部側は、極歯支持体の軸受
部に達する長さだけあればよいので、従来品に比してシ
ャフトを短縮することができるだけでなく、シャフトは
短いほど製造工程で曲がりが生じにくいからシャフト品
質の維持が容易になり、その分のコスト低減が図れると
いう利点も有する。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明に係るステッピングモータの
一実施例を示す縦断面図である。始めに全体の構成を簡
単に説明すると、図中符号２０はシャフトであり、その
基端部寄りにはマグネット２２が同軸に固定されてい
る。マグネット２２の軸線方向両側には同軸に一対のボ
ビン２４Ａ，２４Ｂが配置され、それぞれにＡ相および
Ｂ相コイル３４Ａ，３４Ｂが巻回されている。

【００１４】マグネット２２を包囲するように、有底円
筒状の極歯支持体４６が同軸に配置され、この極歯支持
体４６に長い極歯４８Ａ，４８Ｂが固定されている。極
歯支持体４６にはまた極歯収容部４９が形成され、これ
ら極歯収容部４９には、ボビン２４Ａ，２４Ｂに圧入ま
たは加締め等の手段により固定されたヨーク５０の短い
極歯５０Ａ，５０Ｂがそれぞれ挿入されている。これに
より、極歯４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂがマグネッ
ト２２の周囲で位置決めされ、極歯４８Ａ，５０ＡがＡ
相側、極歯４８Ｂ，５０ＢがＢ相側の磁気回路を形成し
ている。さらに、ボビン２４Ａ，２４Ｂのマグネット２
２と反対側には支持部材３６Ａ，３６Ｂが配置され、こ
れら支持部材３６Ａ，３６Ｂ間に円筒形のケース５４が
掛け渡して固定されている。

【００１５】次に、各部を詳細に説明する。マグネット
２２は円柱形をなし、この実施例では、その外周が周方
向４極に着磁されている。ただし、磁極数は極歯の配置
にあわせて変更してよい。ボビン２４Ａ，２４Ｂは、図
２に示すように、シャフト２０の外径よりも大きな内径
を有する円筒状の巻線部２６と、マグネット２２とは反
対側の端部に形成された圧入用凸部２８と、巻線部２６
のマグネット２２側の端部に固定されたヨーク５０と、
巻線部２６と圧入用凸部２８との境に固定されたフラン
ジ３０とからなり、これらは全て純鉄等の軟磁性材料で
形成されている。そして、ボビン２４Ａ，２４Ｂの各巻
線部２６に、それぞれコイル３４Ａ，３４Ｂが巻回され
ている（図２では省略）。

【００１６】フランジ３０は図２に示すように円環形を
なし、モータを組み立てると、その外周面に長い極歯４
８Ａ，４８Ｂの内周面が隙間無く当接して磁気的に結合
される。一方、ヨーク５０は、円環状の底板部５１と、
この底板部５１の両側から起立した一対の短い極歯５０
Ａ，５０Ｂを有するコ字状のもので、巻線部２６の先端
に形成された段部２７に底板部５１の中心孔を嵌合させ
て圧入またはカシメ固定されている。このヨーク５０の
２つの極歯５０Ａ（５０Ｂ）の位置は、後述する支持部
材３６Ａ（３６Ｂ）に形成した長い極歯４８Ａ（４８
Ｂ）の先端が嵌合する２つの切欠部３９に対して直角を
なす向きに固定される。そして、各ボビン２４Ａ，２４
Ｂは、極歯支持体４６を挟んで、それぞれ互いのヨーク
５０が４５゜ずれるように対向配置されている。

【００１７】支持部材３６Ａ，３６Ｂは中心孔を有する
円柱状をなし、図１に示すように、ボビン２４Ａ，２４
Ｂと対向する側には、中心線と同軸に圧入用凹部３８が
形成されている。そして、これら圧入用凹部３８へボビ
ン２４Ａ，２４Ｂの圧入用凸部２８が圧入されることに
より、支持部材３６Ａ，３６Ｂとボビン２４Ａ，２４Ｂ
とがそれぞれ同軸に位置決めされている。さらに、支持
部材３６Ａ，３６Ｂには、圧入用凹部３８の奥に軸受収
容部４２が同軸に形成され、シャフト２０の先端側の支
持部材３６Ａでは、軸受収容部４２内にメタル軸受等の
軸受（先端側軸受）４０が同軸にはめ込まれている。

【００１８】支持部材３６Ａ，３６Ｂの外周面には、図
２に示すように、コイル３４Ａ，３４Ｂの被覆線を通す
ための一対の溝３７が形成されている。また、支持部材
３６Ａ，３６Ｂのボビン側の端部には、長い極歯４８
Ａ，４８Ｂの先端が嵌合する切欠部３９が長極歯位置決
め部としてそれぞれ形成され、支持部材３６Ａ，３６Ｂ
と長い極歯４８Ａ，４８Ｂとの位置決めが容易化されて
いる。さらに、支持部材３６Ａ，３６Ｂの他端面には、
端子４４Ａ，４４Ｂがそれぞれ埋設され、これらに被覆
線がそれぞれ接続されている。

【００１９】極歯支持体４６は、プラスチックで一体形
成された有底円筒状をなし、その外径はケース５４の内
径にほぼ等しく、極歯支持体４６はケース５４内でがた
つき無く支持される。極歯支持体４６の周壁部４６Ａに
は、図３および図４に示すように、その内周面に沿って
２組の長い極歯４８Ａ，４８Ｂが軸線方向に向けて一体
的に固定され、さらに長い極歯４８Ａ相互の中間および
長い極歯４８Ｂ相互の中間には、図４に示すように矩形
状の極歯収容部４９が長い極歯４８Ａ，４８Ｂと平行に
それぞれ形成されている。また、極歯支持体４６の底壁
部４６Ｂには、各極歯収容部４９に対応してスリット５
２が形成されており、これらスリット５２を通じて短い
極歯５０Ａ，５０Ｂが極歯収容部４９内に隙間無く挿入
できるようになっている。一方、極歯支持体４６の開口
端側では、ヨーク５０の短い極歯５０Ａ，５０Ｂが極歯
収容部４９に直接挿入可能である。

【００２０】同相にある長い極歯４８Ａ（または４８
Ｂ）と短い極歯５０Ａ（または５０Ｂ）は、図５に示す
ように互いに位相が９０゜ずれ、その間には一定幅の間
隙が空けられている。また、Ａ相側の極歯４８Ａ，５０
ＡとＢ相側の極歯４８Ｂ，５０Ｂは互いに４５゜位相が
ずれ、その間には一定の間隙が空けられている。そして
図１に示すように、長い極歯４８Ａ，４８Ｂはボビン２
４Ａ，２４Ｂのフランジ３０の外周面に当接し、短い極
歯５０Ａ，５０Ｂは極歯支持体４６の極歯収容部４９に
隙間無く挿入される。なお、この例では同相の極歯がそ
れぞれ４枚であったが、本発明は４枚に限定されず、他
の数であってもよい。

【００２１】極歯４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂはい
ずれもマグネット２２と同心円状に湾曲した矩形板状を
なし、その内周面は極歯支持体４６の内周面と面一にな
る。この構造であると、極歯４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，
５０Ｂとマグネット２２との離間量を最小限にして磁気
結合力を増すことができるうえ、長い極歯４８Ａ，４８
Ｂを金型内に固定して極歯支持体４６を射出成形する場
合に、極歯４８Ａ，４８Ｂの保持が容易である。

【００２２】極歯支持体４６の底壁部４６Ｂの中央に
は、図１および図４に示すように、シャフト２０の外径
にほぼ等しい内径を有する軸受孔（軸受部）４７が形成
され、この軸受孔４７にシャフト２０の基端部が挿通さ
れ、回転自在に支持されている。すなわち、シャフト２
０は、先端部側では支持部材３６Ａの軸受４０、基端部
側では極歯支持体４６の底壁部４６Ｂにより支持されて
いる。軸受孔４７のマグネット２２側のエッジは、シャ
フト２０の挿入を容易化するためにテーパ状に面取りさ
れている。

【００２３】なお、この実施例では、マグネット２２と
Ｂ相側のボビン２４Ｂとの間に底壁部４６Ｂが介在して
距離が空くため、Ａ，Ｂ相の極歯長さが相互に等しい場
合、マグネット２２とＡ相側のボビン２４Ａとの間にも
底壁部４６Ｂと同厚の間隙を空けないと、極歯とマグネ
ット２２との対向面積が各相間で異なる。それを防止す
るため、この実施例ではマグネット２２とＡ相側のボビ
ン２４Ａとの間に非磁性体性のスペーサ３１を配置し、
シャフト２０に固定している。このスペーサ３１がない
と、シャフト２０が軸方向に動いてしまう。もちろん、
スペーサ３１を設ける代わりに、各極歯の長さを各相で
異ならせ、マグネット２２と極歯との対向面積を調整し
てもよい。

【００２４】この実施例のように、底壁部４６Ｂに軸受
孔４７を形成してシャフト２０を直接支持する場合に
は、極歯支持体４６の材質として、樹脂の中でも自己潤
滑性に優れたポリアセタール樹脂，ポリアミド系樹脂，
ポリ４フッ化エチレンなどが好適である。しかし、本発
明では、底壁部４６Ｂでシャフト２０を直接支持しない
構造も実施可能であり、例えば底壁部４６Ｂにメタル軸
受等を同軸に貫通固定してもよい。そのような場合、極
歯支持体４６の材質として、アルミニウム等の金属や自
己潤滑性に優れない他の樹脂も使用可能である。

【００２５】ケース５４は、構造上の強度が十分に確保
でき、しかも収容した部品を所定の部位に強固に保持す
るのに必要な加工法、例えばカシメ等の工法が容易に採
用できるように、プラスチック、アルミニウムおよびス
テンレス鋼等の非磁性体で形成されることが望ましい。

【００２６】上記構成からなるステッピングモータによ
れば、全ての極歯４８Ａ，４８Ｂ，５０Ａ，５０Ｂが極
歯支持体４６の周壁部４６Ａを介して相互に位置決めさ
れるため、極歯の位置決め精度が高く、極歯位置の誤差
に起因するロータ停止位置の誤差や磁気バランスの不均
一が生じず、ロータ回転精度を高めることができる。

【００２７】また、極歯支持体４６には長い極歯４８
Ａ，４８Ｂの全てが一体的に固定される一方、短い極歯
５０Ａ，５０Ｂは各相毎にヨーク５０として互いに一体
化され、これらヨーク５０の底板部５１は、ボビン２４
Ａ，２４Ｂのマグネット２２側の端部に固定されている
から、モータ組立時には、各極歯収容部４９に各ヨーク
５０の先端を差し込みつつ極歯支持体４６とボビン２４
Ａ，２４Ｂを組み立てるだけで、全ての極歯相互の位置
決めが完了する。したがって、モータ組立が簡略化で
き、組立作業の生産性を向上し、生産コストを削減する
ことが可能である。

【００２８】また、極歯支持体４６の底壁部４６Ｂにシ
ャフト２０を支持する軸受孔４７を形成したことによ
り、シャフト２０がマグネット２２のごく近傍で支持さ
れるから、シャフト製造工程でシャフト２０に若干の曲
がりが生じた場合にも、マグネット２２の偏心量は小さ
くて済み、マグネット２２と極歯４８Ａ，４８Ｂ，５０
Ａ，５０Ｂとのエアギャップを十分確保でき、両者が干
渉するおそれを低減できる。したがって、シャフト２０
の変形に対する許容範囲が広くなるので、その分強度を
落とした細いシャフトを使用することも可能である。

【００２９】また、シャフト２０の基端部側は、極歯支
持体４６の軸受孔４７に達する長さだけあればよいの
で、従来品に比してシャフト２０を短縮することができ
るだけでなく、シャフト２０は短いほど製造工程で曲が
りが生じにくいからシャフト品質の維持が容易になり、
その分のコスト低減が図れるという利点も有する。

【００３０】また、モータ組立時には、極歯支持体４６
の開口端側からシャフト２０の基端部を挿入し、マグネ
ット２２を周壁部４６Ａ内に落とし込むだけで、底壁部
４６Ｂによりマグネット２２が位置決めされるから、底
壁部４６Ｂの無い場合に比して組み立て作業がしやす
く、この点からも生産性を向上できる。

【００３１】さらに、この実施例では、極歯支持体４６
を自己潤滑性に優れた樹脂で一体成形し、その底壁部４
６Ｂでシャフト２０を直接支持しているので、通常は２
個必要なメタル軸受を１個に減らすことができ、この点
からも生産コストを低減できるうえ、摺動部が発する騒
音を減らすことができる。なお、本発明は前記実施例の
みに限定されるものではなく、必要に応じて構成を適宜
変更してよいのは勿論である。例えば、モータ内部にシ
ャフト先端側を支持する軸受を設けず、モータ外部に別
途設ける構成も可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るステ
ッピングモータによれば、全ての極歯が共通の極歯支持
体を介して連結されるため、極歯相互の位置決め精度が
高く、極歯位置の誤差に起因するロータ停止位置の誤差
や磁気バランスの不均一が生じず、ロータ回転精度を高
めることができる。

【００３３】また、極歯支持体には長い極歯の全てが一
体的に固定される一方、短い極歯は各相毎にヨークとし
て互いに一体化され、これらヨークの底板部は、ボビン
のマグネット側の端部に固定されているから、モータ組
立時には、極歯収容部にヨークの先端を差し込みつつ、
極歯支持体と両ボビンとを組み立てるだけで、全ての極
歯相互の位置決めが完了する。したがって、モータ組立
時に極歯相互の位置決めが簡略化でき、組立作業の生産
性を向上し、生産コストを削減することが可能である。

【００３４】また、有底円筒状をなす極歯支持体の底壁
部に軸受部を形成したことにより、シャフトの基端部が
マグネットの近傍で支持されるから、シャフト製造上シ
ャフトに若干の曲がりが生じた場合にも、マグネットの
偏心量は小さくて済み、マグネットと極歯との干渉のお
それが小さい。さらに、シャフトの基端部側は、極歯支
持体の軸受部に達する長さだけあればよいので、従来品
に比してシャフトを短縮することができるだけでなく、
シャフトは短いほど製造工程で曲がりが生じにくいから
シャフト品質の維持が容易になり、その分のコスト低減
が図れるという利点も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るステッピングモータの一実施例を
示す縦断面図である。

【図２】同実施例の要部の分解斜視図である。

【図３】同実施例の極歯支持体および長い極歯の斜視図
である。

【図４】同実施例の極歯支持体および長い極歯の断面の
斜視図である。

【図５】同実施例の極歯の配置状態を示す断面図であ
る。

【図６】従来のステッピングモータを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２０ シャフト ２２ マグネット ２４Ａ，２４Ｂ ボビン ３０ フランジ ３４Ａ，３４Ｂ Ａ相およびＢ相コイル ３６Ａ，３６Ｂ 支持部材 ４０ 先端部側軸受 ４４Ａ，４４Ｂ 端子 ４６ 極歯支持体 ４６Ａ 周壁部 ４６Ｂ 底壁部 ４７ 軸受孔（軸受部） ４８Ａ，４８Ｂ 長い極歯 ４９ 極歯収容部 ５０ ヨーク ５０Ａ，５０Ｂ 短い極歯 ５１ ヨークの底板部 ５２ スリット ５４ ケース

フロントページの続き (72)発明者 高橋 稔 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社メカトロ・生産システ ム開発センター内 (72)発明者 古市 誠 長野県佐久市大字根岸字石附4144−４ 日 本ミニモーター株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネットが同軸に固定されたシャフト
   と、前記マグネットの軸線方向両側に前記シャフトと同
   軸に配置された一対のボビンと、これらボビンにそれぞ
   れ巻回されたＡ相およびＢ相コイルと、前記各ボビンの
   マグネット側の端部にその底板部が固定されかつ前記マ
   グネットの外周面の一部と対向する短い極歯を有するヨ
   ークと、前記各ボビンの前記マグネットと反対側の端部
   にその一端が着脱可能に結合されるとともに他端が前記
   マグネットの外周面の他の部分と対向する長い極歯と、
   前記マグネットの外周を包囲して同軸に配置された有底
   円筒状の極歯支持体とを具備し、前記極歯支持体の底壁
   部には、前記シャフトの基端部を回転自在に支持する軸
   受部が設けられており、さらに前記全ての長い極歯は前
   記極歯支持体に一体的に固定される一方、前記短い極歯
   は、前記極歯支持体に形成された極歯収容部にそれぞれ
   着脱可能に挿入されて位置決めされていることを特徴と
   するステッピングモータ。
2. 【請求項２】前記極歯支持体はプラスチックで形成さ
   れ、前記軸受部は前記極歯支持体の底壁部の中央に形成
   された軸受孔であることを特徴とする請求項１記載のス
   テッピングモータ。
3. 【請求項３】前記極歯支持体の前記底壁部の中央には、
   軸受が貫通状態で固定されていることを特徴とする請求
   項１記載のステッピングモータ。
4. 【請求項４】前記シャフトの基端部は、前記極歯支持体
   の前記軸受部までの長さしか有しないことを特徴とする
   請求項１，２または３記載のステッピングモータ。
5. 【請求項５】前記シャフトの先端側は、この先端部側の
   前記ボビンに対して同軸に設けられた先端側軸受部によ
   って回転自在に支持されていることを特徴とする請求項
   １，２，３または４記載のステッピングモータ。