JPWO2006109679A1 - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

ステッピングモータは、ステータがロータマグネットのシャフト方向両端側に配設され、前記ステータがそれぞれロータマグネットの外周面に対向する複数の極歯を有した内ヨークと外ヨークを有し、前記内ヨークと外ヨークの内、少なくとも外ヨークに管状の曲げ部を有し、前記両曲げ部が磁性材からなる円筒状のコアに固着されている。

Description

本発明は光ディスク装置やビデオカメラなどのアクチュエータ用に使用されるステッピングモータに係り、特に、ステータがロータのシャフト方向両端側に配設され、前記ステータがそれぞれ極歯を有した内ヨークと外ヨークを有するステッピングモータであって、前記内ヨークと外ヨークが円筒状のコアに広い接触面積で安定に設けられてなるステッピングモータに関する。

従来から、各種電子機器の小型化の要望に伴い、その装置内に収容されるモータについても収容スペースに併せて小型化が要求されるようになってきている。このような要求に対して、ロータマグネットの軸方向両端にステータを配置して小型・細径に構成するステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図６及び図７にそのステッピングモータの構造を示す。図６は分解斜視図で、図７は断面図である。

これらの図において、ステッピングモータ１００のロータ１１０は、外周に多極着磁を施したロータマグネット１１１とシャフト１１２を有し、両端の軸受１３３にて回転自在に支持されている。ステータ１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ同一形状の組立体で構成され、ロータマグネット１１１の軸方向両端側に対向配置されている。ステータ１２０ａ、１２０ｂは、同一形状の内ヨーク１２１、ボビン１２２、外ヨーク１２３よりなり、これらを軸方向に嵌合させて組み立てられている。

また、ステータ１２０ａ、１２０ｂはボビン１２２の内径側（外径側に対する内径側の意味）にあって、内ヨーク１２１の内径と外ヨーク１２３の内径とを磁気的及び機械的につなぐ磁性材からなる円筒状のボス１２４を備えている。

内ヨーク１２１及び外ヨーク１２３は、磁性材で形成され、それぞれ平板部１２１ａ、平板部１２３ａから軸（シャフト１１２）方向に延びてロータマグネット１１１の外周面に対向する極歯１２１ｂ、極歯１２３ｂを備えている。

この内ヨーク１２１の極歯１２１ｂと外ヨーク１２３の極歯１２３ｂは電気角で１８０度の位相差を持つ位置に配置されている。また、両ステータ１２０ａと１２０ｂは電気角で９０度の位相差を持つ位置に配置されている。

１１３は樹脂製のワッシャ、１２５はボビン１２２に巻回されたコイル、１２６はボビン１２２に植設された端子ピン、１３１はステータ１２０を保持するための非磁性材からなるケース、１３４はステータ１２０ａ、１２０ｂ間に装着される非磁性のスペーサである。

内ヨーク１２１及び外ヨーク１２３は一般にプレス加工で製作され、曲げ加工によって極歯１２１ｂ、極歯１２３ｂが形成されると共に、内ヨーク１２１の平板部１２１ａの開口部１２１ｃと、外ヨーク１２３の平板部１２３ａの開口部１２３ｃも形成される。内ヨーク１２１の開口部１２１ｃと外ヨーク１２３の開口部１２３ｃに円筒状のボス１２４を嵌合させて内ヨーク１２１と外ヨーク１２３を磁気的及び機械的に結合させている。

上記、従来のステッピングモータにおいては、内ヨーク１２１の開口部１２１ｃの周面及び外ヨーク１２３の開口部１２３ｃの周面でボス１２４と接触している構造のため、接触面積が大きく取れない。換言すれば、平板部１２１ａ及び平板部１２３ａの板厚分が接触面積となっている。

また、内ヨーク１２１の開口部１２１ｃ及び外ヨーク１２３の開口部１２３ｃはプレス加工で形成されるため、開口部１２１ｃ及び開口部１２３ｃのそれぞれの端面はプレス加工時に引きずられるように切断される。そのため、切断面が変形し易くなる。その結果、内ヨーク１２１と外ヨーク１２３とボス１２４との嵌合状態は図８に示す模式図のようになる。図８では、内ヨーク１２１とボス１２４との接触面積及び外ヨーク１２３とボス１２４との接触面がプレス加工時の変形によって平板部１２１ａ、１２３ａの厚みよりも小さくなってしまい、磁気低抗が大きくなって漏れ磁束が多くなる。また、磁気抵抗が大きくなるとこの接触箇所で磁気飽和が起こり易くなる。この結果、モータのトルクが低下するという問題がある。

また、ボス１２４に内ヨーク１２１を固定するとき、内ヨーク１２１の平板部１２１ａの厚み（板厚分）で固定することになるが、この厚みが比較的薄いことから、内ヨーク１２１の支持が不安定になることがある。また、外ヨーク１２３も同様のことがいえる。
特開２００３−９４９７号公報

本発明は、上記の点に鑑み、内ヨークおよび外ヨークとボスとの接触面積を大きくして磁気抵抗を小さくし、モータのトルクの低下がなく、安定した小型・細径のステッピングモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、以下の解決手段を採用する。
（１）ステッピングモータにおいて、ステータはロータマグネットのシャフト方向（ロータの軸方向）両端側に配設され、前記ステータはそれぞれ前記ロータマグネットの外周面に対向する複数の極歯を有した内ヨークと外ヨークを有し、前記内ヨークと外ヨークの内、少なくとも外ヨークは管状の曲げ部を有し、前記曲げ部は磁性材からなる円筒状のコアの外周面に固着されてなることを特徴とする。
（２）上記（１）記載のステッピングモータにおいて、前記内ヨークと外ヨークはそれぞれ前記円筒状のコアの外周面に固着されてなる管状の曲げ部を有することを特徴とする。
（３）上記（２）記載のステッピングモータにおいて、前記円筒状のコアを前記両管状の曲げ部内に嵌合したことを特徴とする。
（４）上記（２）記載のステッピングモータにおいて、前記内ヨークは、平板部と、該平板部の外周部に連設され軸方向に延びる複数の極歯を有し、前記平板部は中央に開口部を有し、該開口部には管状の曲げ部を設け、前記外ヨークは、平板部と、該平板部の外周部に連設され軸方向に延びる複数の極歯を有し、前記平板部は中央に開口部を有し、該開口部には管状の曲げ部を設けたことを特徴とする。
（５）上記（４）記載のステッピングモータにおいて、前記内ヨークの前記曲げ部は、前記内ヨークの前記極歯と同じ側（方向）に設けられ、前記外ヨークの前記曲げ部は、前記外ヨークの前記極歯と反対側に設けられてなることを特徴とする。
（６）上記（２）乃至（５）のいずれか１項記載のステッピングモータにおいて、前記ロータは、シャフト方向両側の前記ステータにおける前記内ヨークの前記曲げ部と対向する部分に凹部が設けられていることを特徴とする。

本発明は、少なくとも外ヨークに管状の曲げ部を形成し、この曲げ部の内周面で円筒状のコアの外周面に面接触する構成としたため、外ヨークとコアの接触面積を大きくでき、外ヨークとコアの接触箇所の磁気抵抗を小さくできるので、漏洩磁束を少なくできる。この結果、モータトルクの低下がない小型・細径のステッピングモータを提供できる。

また、本発明は、内ヨークと外ヨークにそれぞれ管状の曲げ部を形成し、この曲げ部の内周面で円筒状のコアの外周面に面接触する構成としたため、内ヨークとコアの接触面積と、外ヨークとコアの接触面積をそれぞれ大きくできるため、内ヨークとコアの接触箇所と、外ヨークとコアの接触筒所の磁気抵抗を小さくできるので、より漏洩磁束を少なくできる。この結果、よりモータトルクの低下がない小型・細径のステッピングモータを提供することができる。

また、ロータは、シャフト方向両側のステータにおける内ヨークの曲げ部と対向する部分に凹部が設けられているので、磁力を減少させずに、狭い空間に配置することができる。

本発明の実施例のステッピングモータの構造を示す一部断面斜視図である。 図１におけるステータの分解斜視図である。 樹脂モールドによるステータの完成状態を示した斜視図である。 図１における内ヨークと外ヨークとコアとの嵌合状態を示す模式図である。 他の実施例での内ヨークと外ヨークとコアとの嵌合状態を示す模式図である。 従来のステッピングモータの構造を示す分解斜視図である。 図６におけるステッピングモータの断面図である。 図６における内ヨークと外ヨークとボスとの嵌合状態を示す模式図である。

符号の説明

１ ステッピングモータ
１０、１０ａ、１０ｂ ステータ
１１ 軸受
１２ 外ヨーク
１２ａ 極歯
１２ｂ 平板部
１２ｃ 曲げ部
１２ｅ 開口部
１３ カバーリング
１４ ボビン
１４ａ 鍔部
１４ｂ 鍔部
１４ｃ 端子台
１４ｄ 端子ピン
１４ｅ コイル
１４ｆ ボス部
１５ コア
１６ 内ヨーク
１６ａ 極歯
１６ｂ 平板部
１６ｃ 曲げ部
１６ｄ 孔
１６ｅ 開口部
１７ 樹脂
１７ａ 孔
１７ｂ、１７ｂ１ 突起部
３０ ロータ
３１ ロータマグネット
３２ ワッシャ
３３ シャフト
３５ パイプ
３６ 取付板
３７ エンドプレート

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１は本発明のステッピングモータの構造を示す一部断面斜視図、図２は図１におけるステータの分解斜視図、図３は樹脂モールドによるステータの完成状態を示した斜視図、図４は内ヨークとコアおよび外ヨークとコアとの嵌合部を示す模式図である。ステッピングモータ１は、ロータマグネット３１のシャフト方向（軸方向）両端側に同一形状のステータ１０ａ、１０ｂを対向配置している。

ステータ１０（１０ａ、１０ｂ）は、軸受１１、外ヨーク１２、カバーリング１３、ボビン１４、コア１５および内ヨーク１６から構成される。軸受１１は、ロータ３０のシャフト３３を軸支し、例えば焼結含油軸受で形成されるが、玉軸受を用いても勿論よい。

外ヨーク１２及び内ヨーク１６は、例えば電気亜鉛めっき鋼板、珪素鋼板、電磁鋼板などの軟磁性材で形成される。外ヨーク１２及び内ヨーク１６は、それぞれ複数の極歯１２ａ及び１６ａを有している。

コア１５は、例えば純鉄、パーマロイなどの軟磁性材で形成され、シャフト３３が挿通できるように円筒状の中空構造になっている。

ボビン１４は、例えば液晶ポリマー等の合成樹脂で形成され、鍔部１４ａ、１４ｂの間に巻線を巻回したコイル１４ｅを設ける。また一方の鍔部１４ａには端子ピン１４ｄを植設した端子台１４ｃを一体に形成する。端子ピン１４ｄにコイル１４ｅのリード部をからげて固定する。また鍔部１４ａには位置決め用の突起状のボス部１４ｆが形成されている。このボス部１４ｆを内ヨーク１６の平板部１６ｂに形成した孔１６ｄに挿入することによってボビン１４が位置決めされる。コイル１４ｅの外周部に略円筒状のカバーリング１３を装着する。カバーリング１３は、可撓性を有する絶縁性樹脂で形成する。

外ヨーク１２は、例えば電気亜鉛めっき鋼板をプレスで打ち抜いて、平板部１２ｂと極歯１２ａと管状の曲げ部１２ｃを形成した後、極歯１２ａの部分を平板部１２ｂに対し曲げ部１２ｃと反対方向で、平板部１２ｂと直角方向に曲げて構成される。曲げ部１２ｃは、開口部１２ｅを形成する際、平板部１２ｂの中央部分を押し出すようにプレスして形成する。
内ヨーク１６も、外ヨーク１２と同様に例えば電気亜鉛めっき鋼板をプレスで打ち抜いて、平板部１６ｂと極歯１６ａと管状の曲げ部１６ｃを形成した後、極歯１６ａの部分を曲げ部１６ｃと同方向で、平板部１６ｂと直角方向に曲げて構成される。曲げ部１６ｃは、開口部１６ｅを形成する際、平板部１６ｂの中央部分を押し出すようにプレスして形成する。

そして、コア１５を外ヨーク１２の管状の曲げ部１２ｃの内側と、内ヨーク１６の管状の曲げ部１６ｃの内側にそれぞれ圧入して固着する。

このとき、図４に示すように、内ヨーク１６の曲げ部１６ｃの内周面と、外ヨーク１２の曲げ部１２ｃの内周面のそれぞれがコア１５の外周面と面接触するので、両者の接触面積が大きくなり、この箇所での磁気抵抗を小さくできる。このため、漏洩磁束を少なくでき、外ヨーク１２と内ヨーク１６とロータマグネット３１からなる磁気回路の中に磁束を効率的に透過することができる。

また、従来例と比べて、コア１５の外周面と接触する接触面積が大きくなるため、外ヨーク１２と内ヨーク１６とコア１５の結合強度を大きくでき、より強固に結合できる。また、外ヨーク１２の曲げ部１２ｃと内ヨーク１６の曲げ部１６ｃの方向はボビン１４と対向しない方向にそれぞれ曲げることによって、コイル１４ｅのターン数（巻回数）を減らすことなく、結合することができる。

次に、モールド成型時、図示しない金型内に片側の１組のステータ１０ａ分の軸受１１、外ヨーク１２、カバーリング１３、ボビン１４、コア１５および内ヨーク１６を仮組立した状態でセットする。このとき、外ヨーク１２と内ヨーク１６は電気角で１８０度の位相差になるように位置決めされる。以上のように金型内にセット後、樹脂１７を金型内に注入し樹脂１７にて上記構成部品を一体に成形する。

このとき、樹脂１７は外ヨーク１２の極歯１２ａの間、内ヨーク１６の極歯１６ａの間にも充填され、軸受１１も樹脂１７によって固定される。また、樹脂１７は外ヨーク１２の極歯１２ａ及び内ヨーク１６の極歯１６ａの先端部よりも長くなるように形成され、環状の突起部１７ｂ１（図３参照）が形成される。１７ａはステータ１０を結合するためのパイプ３５を挿通するための孔で、樹脂１７の注入時に同時に形成される。カバーリング１３は注入する成型用の樹脂１７の圧力及び熱によるコイル１４ｅの損傷を防止する。

なお、他方側のステータ１０ｂも同様に作製されるが、他方側のステータ１０ｂにおける樹脂１７の注入時にも突起部１７ｂ２（図示省略）が形成されるが、他方側の突起部１７ｂ２は一方側のステータ１０ａの突起部１７ｂ１と入れ子になるように形成され、これら突起部１７ｂ１、１７ｂ２を入れ子にして嵌合させる。

ステッピングモータ１は、シャフト３３に固着したロータマグネット３１からなるロータ３０を２つのステータ１０ａ、１０ｂではさむようにロータマグネット３１の両端にステータ１０ａ、１０ｂを配設する。このとき、両ステータ１０ａ、１０ｂ間は電気角で９０度の位相差を持つ位置に配置される。ワッシャ３２は、摺動性の樹脂からなり、ロータマグネット３１の両側で、ロータマグネット３１とコア１５の間に装着して、ロータマグネット３１とコア１５の間が所定の隙間を形成すると共にロータマグネット３１を摺動可能に保持する機能を有している。

取付板３６は、ステッピングモータ１を外部の筐体に取り付けるためのものである。パイプ３５は二つのステータ１０ａ、１０ｂを結合するもので、このパイプ３５をステータ１０ａ、１０ｂと、ステータの一端側に配設した取付板３６と、ステータの他方に配置したエンドプレート３７に挿通した後、パイプ３５をかしめて結合させる。樹脂１７の突起部１７ｂ（１７ｂ１、１７ｂ２）にてステータ１０ａ、１０ｂ間での磁気干渉を防止しているが、これに代えて非磁性のスペーサを装着しても良い。なお、パイプ３５の代わりにねじやボルトによって固着しても勿論よい。

本実施例では、外ヨーク１２の曲げ部１２ｃと内ヨーク１６の曲げ部１６ｃの方向はボビン１４と対向しない方向にそれぞれ設けてコイルのターン数（巻回数）を減らさないようにした構成となっているため、コア１５の軸方向の長さが曲げ部１２ｃ、１６ｃの長さだけ長くなっている。そのため、ロータマグネット３１の両端面を平面構造にすると、ロータマグネット３１の外周面積が小さくなる結果、ロータマグネット３１の磁力が減少するので、図１に示すように、曲げ部１６ｃおよびコア１５と対向するロータマグネット３１のシャフト３３に近い領域に凹部３４を形成し、ロータマグネット３１の外周面積が小さくならないようにしている。

なお、構造上余裕が有る場合には、外ヨーク１２の曲げ部１２ｃと内ヨーク１６の曲げ部１６ｃの配置方向を、ボビン１４と対向する方向に設けることもできる。その際、曲げ部１２ｃ又は曲げ部１６ｃのいずれか一方だけがボビン１４と対向する方向に設けることもできる。

また、極細小径のモータ構造の場合、ロータマグネット３１の外径が小さくなり、内ヨーク１６の曲げ部１６ｃと対向する面に凹部３４を形成することが難しい場合には、図５に示すように、外ヨーク１２のみに曲げ部１２ｃを形成した構成としてもよい。この場合、外側ヨーク１２のみに曲げ部１２ｃを形成した構成ではあるが、図８に示す従来構造に比して磁気効率は改善される。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００５年４月６日出願の日本特許出願（特願２００５−１１０４０９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明のステッピングモータは、光ディスク装置やビデオカメラなどのアクチュエータ用に有用である。

Claims (6)

1. シャフト、及びロータマグネットを有するロータ、並びに
   シャフト方向両端側から前記ロータマグネットを挟んで配設された１対のステータ、を有するステッピングモータであって、
   前記１対のステータは、各々、前記ロータマグネットの外周面に対向する複数の極歯を有する内ヨークと外ヨーク、及び磁性材からなる円筒状のコアを有し、
   前記内ヨークと外ヨークの内、少なくとも外ヨークは前記円筒状のコアの外周面に固着された管状の曲げ部を有することを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記内ヨークと外ヨークは、各々、前記円筒状のコアの外周面に固着されてなる管状の曲げ部を有す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. 前記円筒状のコアを前記内ヨークと外ヨーク各々の前記管状の曲げ部内に嵌合したことを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータ。
4. 前記内ヨークと外ヨークは、各々、
   中央に開口部を有する平板部を有し、前記複数の極歯は前記平板部の外周部に連設され軸方向に延びる極歯であり、前記管状の曲げ部は前記開口部に設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載のステッピングモータ。
5. 前記内ヨークの前記管状の曲げ部は、前記内ヨークの前記平板部に対して前記極歯と同じ側に設けられ、
   前記外ヨークの前記管状の曲げ部は、前記外ヨークの前記平板部に対して前記極歯と反対側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のステッピングモータ。
6. 前記ロータマグネットは、前記ステータにおける前記内ヨークの前記管状の曲げ部と対向する部分に凹部を有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載のステッピングモータ。

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