(57)【要約】【課題】トルクを低下させることなく、イナーシャを低減することができるハイブリッド型ステッピングモータ１を提供する。【解決手段】第１ロータコア１１が、Ｚ軸方向のフロント側の端で回転軸４を中心にして径方向に延びる一端壁１１ａと、一端壁１１ａの周縁からＺ軸方向のフロント側に向けて延びる周壁１１ｂとを備える。一端壁１１ａと周壁１１ｂとが中空１３を内包する。第２ロータコア１６が、Ｚ軸方向のリア側の端で回転軸４を中心にして径方向に延びる他端壁１６ａと、他端壁１６ａの周縁からＺ軸方向のリア側に向けて延びる周壁１６ｂとを備える。他端壁１６ａと周壁１６ｂとが中空１８を内包する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転するロータと、
前記ロータを内包し、且つ、前記回転軸を中心にする内周面に複数の歯が設けられるステータとを備え、
前記ロータが、第１ロータコアと、前記第１ロータコアよりも前記回転軸の軸方向の一方側に配置される第２ロータコアと、軸方向において前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとの間に介在する磁石とを備え、
前記第１ロータコア、及び前記第２ロータコアのそれぞれの外周面に複数の歯が設けられる
ハイブリッド型ステッピングモータであって、
前記第１ロータコアが、軸方向の一方側の端で前記回転軸を中心にして径方向に延びる一端壁と、前記一端壁の周縁から軸方向の他方側に向けて延びる周壁とを備え、
前記第１ロータコアの前記一端壁と前記周壁とが中空を内包し、
前記第２ロータコアが、軸方向の他方側の端で前記回転軸を中心にして径方向に延びる他端壁と、前記他端壁の周縁から軸方向の他方側に向けて延びる周壁とを備え、
前記第２ロータコアの前記他端壁と前記周壁とが中空を内包する、
ハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項２】
前記第１ロータコアが、軸方向における他方側の端で前記第１ロータコアの中空を露出させる開口を備え、
前記第２ロータコアが、軸方向における一方側の端で前記第２ロータコアの中空を露出させる開口を備える、
請求項１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項３】
前記第１ロータコアの周壁、及び前記一端壁が、中空としての円柱状の凹部を内包し、
前記第２ロータコアの周壁、及び前記他端壁が、中空としての円柱状の凹部を内包する、
請求項２に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項４】
前記第１ロータコア、及び前記第２ロータコアのそれぞれにおける前記凹部の内周壁立ち上がり部にテーパーが設けられる、
請求項３に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項５】
前記第１ロータコア、及び前記第２ロータコアのそれぞれが、前記回転軸を中心にして周方向に並ぶ複数の中空を内包する、
請求項１又は２に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項６】
前記第１ロータコア、及び前記第２ロータコアのそれぞれが、前記回転軸の軸方向に並ぶ複数の中空を内包する、
請求項１に記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド型ステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸を中心に回転するロータと、ロータを内包し、且つ、回転軸を中心にする内周面に複数の歯が設けられるステータとを備え、ロータのロータコアの外周面に複数の歯が設けられるハイブリッド型ステッピングモータが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のハイブリッド型ステッピングモータは、それぞれ外周面に複数の歯が設けられる円盤状の２つのロータコアと、軸方向にて一方のロータコアと他方の２ロータコアとの間に挟み込まれる円盤状の永久磁石とを備える。２つのロータコア、及び永久磁石のそれぞれには、軸心を通る貫通孔が設けられる。それらの貫通孔には、回転軸が嵌め込まれる。このロータは、円筒状で内周面に複数の歯が設けられるステータの中に収容される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０１８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、ハイブリッド型ステッピングモータは、イナーシャ（慣性モーメント）が低くなるほど、回転停止制御の精度が向上する。このため、ロータを軽量化してイナーシャを低減することが望まれる。しかしながら、磁性材料で構成する必要があるロータコアを、材料の工夫によって軽量化するのは困難である。また、ロータを小型化すると、ステータも小型化する必要があり、結果としてモータ全体を小さくしてしまうことから、必要なトルクが得られなくなる。
【０００６】
よって、従来のハイブリッド型ステッピングモータにおいては、トルクを低下させることなく、イナーシャを低減することが困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の例示的な第１発明は、回転軸を中心に回転するロータと、前記ロータを内包し、且つ、前記回転軸を中心にする内周面に複数の歯が設けられるステータとを備え、前記ロータが、第１ロータコアと、前記第１ロータコアよりも前記回転軸の軸方向の一方側に配置される第２ロータコアと、軸方向において前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとの間に介在する磁石とを備え、前記第１ロータコア、及び前記第２ロータコアのそれぞれの外周面に複数の歯が設けられるハイブリッド型ステッピングモータであって、前記第１ロータコアが、軸方向の一方側の端で前記回転軸を中心にして径方向に延びる一端壁と、前記一端壁の周縁から軸方向の他方側に向けて延びる周壁とを備え、前記第１ロータコアの前記一端壁と前記周壁とが中空を内包し、前記第２ロータコアが、軸方向の他方側の端で前記回転軸を中心にして径方向に延びる他端壁と、前記他端壁の周縁から軸方向の他方側に向けて延びる周壁とを備え、前記第２ロータコアの前記他端壁と前記周壁とが中空を内包する、ハイブリッド型ステッピングモータである。
【発明の効果】
【０００８】
本願の例示的な第１発明によれば、トルクを低下させることなく、イナーシャを低減することができるハイブリッド型ステッピングモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るＨＢ型ステッピングモータの分解斜視図である。
【図２】同ＨＢステッピングモータのロータの断面及び側面を示す図である。
【図３】第１変形例に係るＨＢ型ステッピングモータの第１ロータコアを回転軸の一部を示す断面図である。
【図４】第２変形例に係るＨＢ型ステッピングモータの第１ロータコアを回転軸の一部とともに示す斜視図である。
【図５】第３変形例に係るＨＢ型ステッピングモータの第１ロータコアを回転軸の一部とともに示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るハイブリッド型ステッピングモータ（以下、ＨＢ型ステッピングモータという）について説明する。以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。
【００１１】
また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｘ軸方向は、図１に示すＨＢ型ステッピングモータの短手方向と平行な方向とする。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向とする。
【００１２】
また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「リア側」と記し、Ｚ軸方向の負の側（−Ｚ側）を「フロント側」と記述する。なお、リア側及びフロント側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と記述し、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と記し、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周り（θ方向）を単に「周方向」と記述する。
【００１３】
なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
【００１４】
各図における軸方向（Ｚ軸方向）は、本発明における軸方向に相当する。また、各図における軸方向のリア側は、本発明における一方側に相当する。また、各図における軸方向のフロント側は、本発明における軸方向の他方側に相当する。
【００１５】
＜全体構成＞
図１は、実施形態に係るＨＢ型ステッピングモータの分解斜視図である。ＨＢ型ステッピングモータ１は、図１に示されるように、フロントフランジ２、フロントボールベアリング３、回転軸４、ロータ１０、ステータ２０、リードワイヤコネクタ２７、リアボールベアリング２８、リアフランジ２９等を備える。
【００１６】
回転軸４のフロント側は、フロントボールベアリング３に挿入される。回転軸のリア側は、リアボールベアリング２８に挿入される。回転軸４は、フロントボールベアリング３とリアボールベアリング２８とによって回転自在に受けられる。
【００１７】
フロントボールベアリング３は、フロントフランジ２の内面に固定される。フロントフランジ２は、後述するロータ１０を収容したステータ２０のフロント部分に固定される。回転軸４のフロント側の端部は、フロントボールベアリング３と、フロントフランジ２に設けられた開口とを貫通して、ステータ２０外のフロント側に突出する。
【００１８】
ステータ２０に固定されるリードワイヤコネクタ２７の端子は、磁力を発生させるためにステータ２０内に設けられるコイルと導通する。リアフランジ２９は、ステータ２０のリア部分に固定される。
【００１９】
＜ステータ２０＞
ロータ１０を内包する円筒状のステータ２０の内周面には、軸方向に延びる複数の歯２１が、周方向に所定のピッチで設けられる。
＜ロータ１０＞
ロータ１０は、第１ロータコア１１と、第１ロータコア１１よりも軸方向のリア側に配置される第２ロータコア１６と、軸方向において第１ロータコアと第２ロータコアとの間に介在する永久磁石１９とを備える。
【００２０】
永久磁石１９は、ネオジウム磁石からなる。フェライト磁石であってもよいが、ネオジウム磁石の単位重量あたりの磁力は、フェライト磁石よりも強い。このため、ネオジウム磁石からなる永久磁石１９は、フェライト磁石からなる永久磁石１９よりも薄厚で軽量になることから、イナーシャをより低減することができる。
【００２１】
第１ロータコア１１、及び第２ロータコア１６は、磁性材料からなる。第１ロータコア１１の外周面には、軸方向に延びる複数の歯１２が、周方向に所定のピッチで設けられる。第２ロータコア１６の外周面には、軸方向に延びる複数の歯１７が、周方向に所定のピッチで設けられる。
【００２２】
第１ロータコア１１、第２ロータコア１６、及び永久磁石１９のそれぞれには、回転中心の位置で軸方向に貫通する貫通孔が設けられる。回転軸４は、第１ロータコア１１、第２ロータコア１６、及び永久磁石１９のそれぞれの貫通孔に嵌め込まれる。永久磁石１９は、回転軸４が嵌め込まれた状態で、軸方向において第１ロータコア１１と第２ロータコア１６との間に挟み込まれる。
【００２３】
図２は、ロータ１０の一部を破断して示す破断斜視図である。第１ロータコア１１は、Ｚ軸方向のリア側の端で回転軸４を中心にして径方向に延びる一端壁１１ａと、一端壁１１ａの周縁からＺ軸方向のフロント側に向けて延びる周壁１１ｂとを備える。第１ロータコア１１の一端壁１１ａと周壁１１ｂとは、中空１３を内包する。この中空１３は、Ｚ軸方向のフロント側を向く円形の開口を通じて外部に露出する円柱状の凹部である。
【００２４】
第２ロータコア１６は、Ｚ軸方向のフロント側の端で回転軸４を中心にして径方向に延びる他端壁１６ａと、他端壁１６ａの周縁からＺ軸方向のリア側に向けて延びる周壁１６ｂとを備える。第２ロータコア１６の他端壁１６ａと周壁１６ｂとは、中空１８を内包する。この中空１８は、Ｚ軸方向のリア側を向く円形の開口を通じて外部に露出する円柱状の凹部である。
【００２５】
永久磁石１９は、第１ロータコア１１の一端壁１１ａと、第２ロータコア１６の他端壁１６ａとの間に挟み込まれる。
【００２６】
Ｚ軸方向において、フロントボールベアリング３と第１ロータコア１１との間には、樹脂材料からなるフロントカラー３１が介在する。フロントカラー３１の円柱状の基体の軸心位置には、貫通孔が設けられる。この貫通孔に回転軸４が嵌め込まれる。フロントカラー３１は、光硬化性樹脂によって第１ロータコア１１に接着される。
【００２７】
Ｚ軸方向において、第２ロータコア１６とリアボールベアリング２８との間には、樹脂材料からなるリアカラー３２が介在する。リアカラー３２の円柱状の基体の軸心位置には、貫通孔が設けられる。この貫通孔に回転軸４が嵌め込まれる。リアカラー３２は、光硬化性樹脂によって第２ロータコア１６に接着される。
【００２８】
＜実施形態に係るＨＢ型ステッピングモータ１の作用効果＞
（１）ＨＢ型ステッピングモータ１においては、第１ロータコア１１に中空１３が設けられ、且つ第２ロータコア１６に中空１８が設けられることで、ロータ１０が小型化されることなく、ロータ１０の軽量化が図られる。よって、ＨＢ型ステッピングモータ１によれば、ロータを小型化することなく軽量化することで、トルクを低下させることなくイナーシャを低減することができる。また、ＨＢ型ステッピングモータ１によれば、Ｚ軸方向において、第１ロータコア１１の一端壁１１ａと第２ロータコア１６の他端壁１６ａとの間に永久磁石１９を介在させることで、永久磁石１９を従来構成と同様に固定することができる。
【００２９】
（２）ＨＢ型ステッピングモータ１によれば、第１ロータコア１１にフロント側を向く開口が設けられ、且つ第２ロータコア１６にリア側を向く開口が設けられることで、開口が設けられない場合に比べて、ロータ１０の軽量化が図られる。よって、ＨＢ型ステッピングモータ１によれば、第１ロータコア１１、及び第２ロータコア１６のそれぞれに開口を設けない場合に比べて、ロータ１０を軽量化して、イナーシャを低減することができる。
【００３０】
（３）ＨＢ型ステッピングモータ１においては、第１ロータコア１１の中空１３、第２ロータコア１６の中空１８のそれぞれが円柱状の凹部である。中空１３、中空１８が円柱状の凹部であることで、第１ロータコア１１、及び第２ロータコア１６のそれぞれについて回転軸４を中心にする周方向の重量のバラツキが抑えられる。よって、ＨＢ型ステッピングモータ１によれば、第１ロータコア１１、及び第２ロータコア１６の周方向の重量のバラツキを抑えることで、周方向の重量のバラツキによるロータ１０の回転の不安定化を抑えることができる。
【００３１】
次に、実施形態に係るＨＢ型ステッピングモータ１の一部の構成を変形した各変形例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各変形例に係るＨＢステッピングモータ１の構成は、実施形態と同様である。
【００３２】
〔第１変形例〕
図３は、第１変形例に係るＨＢ型ステッピングモータ１の第１ロータコア１１を回転軸の一部とともに示す断面図である。第１ロータコア１１において、中空１３の内周壁（周壁１１ｂの内周面側）立ち上がり部には、テーパー１１ｃが設けられる。また、第２ロータコア１６において、中空１８の内周壁（周壁１６ｂの内周面側）立ち上がり部には、テーパー１６ｃが設けられる。
【００３３】
＜第１変形例に係るＨＢ型ステッピングモータ１の作用効果＞
（４）ＨＢ型ステッピングモータ１においては、第１ロータコア１１の内周壁立ち上がり部に設けられるテーパー１１ｃが、永久磁石１９の磁力線を第１ロータコア１１のＺ軸方向のフロント側端部まで延ばし易くする。よって、ＨＢ型ステッピングモータ１によれば、第１ロータコア１１のＺ軸方向のフロント側他端における磁力不足を抑えることができる。また、ＨＢ型ステッピングモータ１においては、第２ロータコア１６の内周壁立ち上がり部に設けられるテーパー１６ｃが、永久磁石１９の磁力線を第２ロータコア１６のＺ軸方向のリア側端部まで延ばし易くする。よって、ＨＢ型ステッピングモータ１によれば、第２ロータコア１６のＺ軸方向のリア側端部における磁力不足を抑えることができる。
【００３４】
〔第２変形例〕
図４は、第２変形例に係るＨＢ型ステッピングモータ１の第１ロータコア１１を回転軸４の一部とともに示す斜視図である。図示のように、第１ロータコア１１は、回転軸４を中心にして周方向に並ぶ複数の中空１３を内包する。互いに隣り合う２つの中空１３の間には、障壁１６ｄが設けられる。
【００３５】
第１ロータコア１１と第２ロータコア１６とのうち、第１ロータコア１１についてのみ図４を用いて説明したが、第２ロータコア１６も同様に、回転軸４を中心にして周方向に並ぶ複数の中空１８を内包する。
【００３６】
＜第２変形例に係るＨＢ型ステッピングモータ１の作用効果＞
ＨＢ型ステッピングモータ１の第１ロータコア１１においては、周方向に並ぶ中空１３の間の障壁１１ｄが、永久磁石１９の磁力線を第１ロータコア１１のＺ軸方向のフロント側端部まで延ばし易くする。よって、第１ロータコア１１によれば、Ｚ軸方向のフロント側端部における磁力不足を抑えることができる。また、第２ロータコア１６においては、周方向に並ぶ中空の間の障壁が、永久磁石１９の磁力線をＺ軸方向のリア側端部まで延ばし易くする。よって、第２ロータコア１６によれば、Ｚ軸方向のリア側端部における磁力不足を抑えることができる。
【００３７】
〔第３変形例〕
図５は、第３変形例に係るＨＢ型ステッピングモータ１の第１ロータコア１１を示す断面図である。図示のように、第１ロータコア１１は、Ｚ軸方向に並ぶ複数の中空１３を内包する。Ｚ軸方向において互いに隣り合う２つの中空１３の間には、障壁１３ｅが設けられる。
【００３８】
＜第３変形例に係るＨＢ型ステッピングモータ１の作用効果＞
ＨＢ型ステッピングモータ１の第１ロータコア１１においては、互いにＺ軸方向に並ぶ中空１３の間の障壁１３ｅが、永久磁石１９の磁力線をＺ軸方向のフロント側端部まで延ばし易くする。よって、第１ロータコア１１によれば、Ｚ軸方向のフロント側端部における磁力不足を抑えることができる。また、第２ロータコア１６においては、互いにＺ軸方向に並ぶ中空の間の障壁が、永久磁石１９の磁力線をＺ軸方向のリア側端部まで延ばし易くする。よって、第２ロータコア１６によれば、第２ロータコア１６のＺ軸方向のリア側端部における磁力不足を抑えることができる。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、以上の実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。実施形態、実施例及びその変形は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１：ＨＢ型ステッピングモータ
２：フロントフランジ
３：フロントボールベアリング
４：回転軸
１０：ロータ
１１：第１ロータコア
１１ａ：一端壁
１１ｂ：周壁
１１ｃ：テーパー
１１ｄ：障壁
１１ｅ：障壁
１２：歯
１３：中空
１６：第２ロータコア
１６ａ：他端壁
１６ｂ：周壁
１７：歯
１８：中空
１９：永久磁石
２０：ステータ
２１：歯
２７：リードワイヤコネクタ
２８：リアボールベアリング
２９：リアフランジ
【図１】
2020054029.tif 000003
【図２】
2020054029.tif 000004
【図３】
2020054029.tif 000005
【図４】
2020054029.tif 000006
【図５】
2020054029.tif 000007