(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クローポール型のステッピングモータにおいて、
外ヨークと内ヨークとコイルを有し、円環状に配されたステータと、
前記ステータの内周部に回転自在な状態で配置され、多極着磁された永久磁石と軸を有するロータと
を備え、
前記外ヨークは筒形状の外周部と複数の極歯が設けられた内周部とを有した軸方向外側に開放するカップ形状であり、
前記内ヨークは内周部に複数の極歯を有し、その外周は前記外ヨークの前記外周部の内周面と接合しており、
前記外ヨーク内周部の前記複数の極歯と前記内ヨーク内周部の前記複数の極歯とは、前記軸の方向において隙間を隔てて噛み合い、且つ、前記ロータの前記永久磁石と隙間を隔てた位置に配置され、
前記接合は、前記外ヨークの前記カップ形状の開放端部よりも軸方向内側で行われており、
前記カップ形状の開放端部は、前記接合が行われている部分よりも軸方向外側に突出し、
前記カップ形状の開放端部において、Ｒ部が内周側に形成されており、
前記接合は前記Ｒ部でない部分を含み、
前記接合は、前記Ｒ部を避けて行われていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記カップ形状の開放端部からの前記Ｒ部が占める軸方向の距離をａとし、前記カップ形状の開放端部からの前記接合の位置までの距離をＡとした場合に、Ａ≧ａであ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータのステータヨークの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
クローポール型のステッピングモータにおいて、外ヨークと内ヨークの接合には、カップ状の外ヨークの内側と接する内ヨーク外周部と圧入、カシメ、接着、溶接などで行う方法がある。しかしながら、外ヨークと内ヨークはプレス加工にて生産されるので、外ヨークの接合部であるカップ形状開口側末端部には、曲げのためのＲが付き、内ヨークの接合部である、外周は打ち抜きのためのダレがつく。この状態で内ヨークと外ヨークの接合部を同一平面上にてあわせた場合、曲げＲや打ち抜きダレの発生具合により、内ヨークと外ヨークの接触面積に個体差が生じ、ひいてはモータの特性にばらつきが生じる原因となる。
【０００３】
これらの解決策として、特許文献１には、圧入や接着によるヨーク接合に加えて、レーザ溶接による接合を行い、接合部の強度差に起因して生じる磁束の漏洩や磁路の不安定化を防止し、モータの品質の差を抑える技術が記載されている。また特許文献２には、ヨークの特殊形状に着目して、磁路に磁路補強板を使用し磁気抵抗を減少させ、磁路の拡大をはかり、モータ特性の改善を図る構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2002-112522号公報
【特許文献２】特開2007-143253号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステッピングモータの特性にばらつきが生じる改善策として、特許文献１に見られる溶接、特許文献２のような磁路補強板の追加といった手段もあるが、溶接では工程が増えコストダウンの妨げとなる。また、特許文献２のような磁気回路補強板の追加は部品が増加するので、コストダウン、小型化の妨げとなる。このような背景において、本発明は、工数、部品を増やすことなく、外ヨークと内ヨークの接合部分の接触を良好にし、モータ特性にばらつきの少ないステッピングモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、クローポール型のステッピングモータにおいて、外ヨークと内ヨークとコイルを有し、円環状に配されたステータと、前記ステータの内周部に回転自在な状態で配置され、多極着磁された永久磁石と軸を有するロータとを備え、前記外ヨークは筒形状の外周部と複数の極歯が設けられた内周部とを有した軸方向外側に開放するカップ形状であり、前記内ヨークは内周部に複数の極歯を有し、その外周は前記外ヨークの前記外周部の内周面と接合しており、前記外ヨーク内周部の前記複数の極歯と前記内ヨーク内周部の前記複数の極歯とは、前記軸の方向において隙間を隔てて噛み合い、且つ、前記ロータの前記永久磁石と隙間を隔てた位置に配置され、前記接合は、前記外ヨークの前記カップ形状の開放端部よりも軸方向内側で行われており、前記カップ形状の開放端部は、前記接合が行われている部分よりも軸方向外側に突出し、前記カップ形状の開放端部において、Ｒ部が内周側に形成されており、前記接合は前記Ｒ部でない部分を含み、前記接合は、前記Ｒ部を避けて行われていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、外ヨークに対する内ヨークの接合が、外ヨークのカップ形状の開放端部より距離をおいた軸方向の内側で行われる。このため、外ヨークのカップ形状の開放端部の影響がヨーク内の磁路に及ぶ現象が抑えられる。
【０００８】
また、外ヨークのカップ形状の開放端部の内側に形成されるＲ部の詳細な形状は、プレス加工に起因する個体差がある。したがって、外ヨークと内ヨークとの接合部分がＲ部でない部分を含むようにすることで、Ｒ部の状態の個体差の影響が接合状態に及ぶ影響を抑えることができる。
【０００９】
また、Ｒ部を避けて外ヨークに対する内ヨークの接合を行うことで、Ｒ部の状態の個体差の影響が、外ヨークと内ヨークとの接合状態に影響することを排除できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記カップ形状の開放端部からの前記Ｒ部が占める軸方向の距離をａとし、前記カップ形状の開放端部からの前記接合の位置までの距離をＡとした場合に、Ａ≧ａであることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、Ｒ部を避けた部分で外ヨークに対する内ヨークの接合が行われる。両ヨーク間の接触部分は、磁路となるので、両ヨーク間の接合部がＲ部にかかると、両ヨークの接触面積に個体差が生じ、Ｒ部の形状の個体差がモータ性能の個体差に現れる。請求項２に記載の発明によれば、内ヨークが接触する外ヨークの部分がＲ部を避けた位置とされるため、これらの問題の発生が抑えられる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、工数、部品を増やすことなく、外ヨークと内ヨークの接合部分の接触を良好にし、モータ特性にばらつきの少ないステッピングモータが提供される。また、請求項１に記載の発明によれば、外ヨーク開放部縁の部分に形成されるＲ部の形状の個体差に起因するモータ特性の差を抑えることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、モータ特性の個体差を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態のステッピングモータの分解斜視図である。
【図２】実施形態のステッピングモータの一部拡大図である。
【図３】嵌合時の外ヨークと内ヨークの接合状態を示す部分断面図である。
【図４】嵌合時の内ヨーク板厚に占める嵌合率（％）とホールディングトルク比率、コギングトルク比率（％）の関係を示すグラフである。
【図５】図４の横軸が、１００，７５，５０，２５，０  ％のときの形態断面図（ａ）から（ｅ）である。
【図６】ヨークの接合状態とホールディングトルク比率、コギングトルク比率（％）の関係を示すグラフである。
【図７】図６の横軸が、１００，７５，５０，２５，０  ％のときの形態断面図（ａ）から（ｅ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には、実施形態であるクローポール型のステッピングモータ１が示されている。図２には、ステッピングモータ１の一部を拡大した状態が示されている。なお、図２は一部が切り取られ、内部が見える作図とされている。ステッピングモータ１は、ステータ２を備えている。ステータ２は、軸方向に隣接して配置された２相のステータ２ａ、２ｂを備えている。ステータ２ａ、２ｂは同じ構造を有している。
【００１６】
以下、代表してステータ２ａについて説明する。ステータ２ａは、カップ状の外ヨーク３に内ヨーク４を軸方向で組み合わせて結合させ、外ヨーク３の外周部分にステータコイルとなるコイル５ａが巻回された構造を有している。
【００１７】
外ヨーク３は、一方の軸方向に開放されたカップ形状を有している。すなわち、外ヨーク３は、図２に示すように円環形状の底面部３ａ、この底面部３ａの外周縁から軸方向に立ち上がって延在する筒状の外筒部３ｂ、底面部３ａの内周縁から軸方向に突出する複数の極歯３ｃを備えている。ここで、外筒部３ｂは外ヨーク３の外周部を構成し、複数の極歯３ｃは外ヨーク３の内周部を構成している。外ヨーク３は、これら内周部と外周部の間の空間が、軸方向に開放された構造とされている。なお、この開放された空間は、ステータ２ａとして組み上げられた状態において、後述する内ヨーク４の端面部４ａで塞がれている。
【００１８】
内ヨーク４は、円環形状の端面部４ａ、この端面部４ａの内周縁の部分から軸方向に突出する複数の極歯４ｂを備えている。ここで、複数の極歯４ｂは内ヨーク４の内周部を構成している。極歯３ｃと極歯４ｂは、互いに逆の方向に突出し、軸方向において隙間を隔てて噛み合う構造とされ、また後述するロータ６との間で隙間が形成される状態とされている。
【００１９】
外ヨーク３と内ヨーク４は、図２の符号Ｓの部分で接合され、両者の位置関係が決められている。すなわち、外ヨーク３の外筒部３ｂの内周面に内ヨーク４の端面部４ａの外周縁（外側の縁の部分）が接合されている。そして軸方向における外筒部３ｂの開放端部３ｄ（縁の部分）の位置が、外ヨーク３と内ヨーク４の接合が行われている部分よりも軸方向の外側に突出している。以上の構成は、ステータ２ｂも同じである。
【００２０】
ステータ２の内側には、隙間を隔てて円柱形状のロータ６がステータ２に対して回転自在な状態で配置されている。ステータ２は、外周面に多極着磁されたマグネット７、更に回転軸８を備えている。回転軸８は、図示省略した軸受けにより回転自在な状態で保持されている。マグネット７の外周面は、極歯３ｃ、極歯４ｂから隙間を隔てた位置となるように、ステータ２に対するロータ６の位置が決められている。
【００２１】
コイル５ａに駆動電流が流れると、外ヨーク３と内ヨーク４が磁路となり、隙間を有して噛み合った状態の極歯３ｃと４ａとの間の隙間の部分に漏れ磁束による磁路が形成される。この漏れ磁束による磁路は、回転軸８を中心とする円周の方向の成分を有しており、それが外周面上に複数の磁極を有するマグネット７と磁気的な相互作用を起こし、マグネット７を回転させる力が生じる。そして、コイル５ａに流れる駆動電流の極性が切り替わることで、このマグネット７を回転させる力が持続的に発生し、マグネット７がステータ２ａに対して回転する。この点は、ステータ２ｂにおいても同じである。
【００２２】
以下、図２の符号Ｓの部分における外ヨーク３と内ヨーク４の接合部分の構造について説明する。図３は、図２の接合部Ｓの部分断面図である。図３において、ｔは内ヨーク４の端面部４ａの板厚寸法であり、Ａは外ヨーク３の開放端部３ｄから外ヨーク３に対する内ヨーク４の接合部分までの軸方向の距離であり、ａは軸方向におけるＲ部３ｅの幅（外ヨーク３の開放端部３ｄからのＲ部３ｅが占める部分の軸方向の距離）である。
【００２３】
図３（ａ）に示すのは従来の接合方法であり、曲げＲ部３ｅを考慮しない接合方法である。この接合方法では、外ヨーク３の開放端部３ｄの部分から内側にかけて、外ヨーク３に対する加工時に形成される曲げＲ部３ｅが形成されている。そしてこの曲げＲ部３ｅの部分で外ヨーク３に対する内ヨーク４の接合が行われている。
【００２４】
この接合の構造では、外ヨークの製造工程において、Ｒ部３ｅの形状のコントロールが難しいため、Ｒ部３ｅの状態（形状の違い）により、ステータ２ａ（図１、図２参照）における外ヨーク３と内ヨーク４の接触面積に個体差が生じる。この接触部分には、コイル５ａが生成する磁束の磁路が形成されるので、上記の個体差は、ステータ内の磁路の磁気抵抗の個体差となり、その結果としてクローポール型のステッピングモータの性能にばらつきが生じる。
【００２５】
図３（ｂ）には、軸方向の内周のＲ部３ｅの幅ａを考慮したＡ＞ａなる条件で、内ヨーク４の外周を外ヨーク３の内周に接合した構造が示されている。この場合、軸方向（図３の左右方向）における外筒部３ｂの開放端部３ｄ（縁の部分）の位置が、外ヨーク３と内ヨーク４の接合が行われている部分よりも距離Ａだけ、軸方向の外側（図３の右側）に位置する。また、Ａ＞ａであるので、外ヨーク３と内ヨーク４の接触がＲ部３ｅから離れた部分（Ｒ部３ｅを避けた部分）で行われる。この部分は、外筒部３ｂ内周の軸方向に直線的に延長した部分であり、図示するように確実な接触を確保できる。このようにすることで、外ヨーク３と内ヨーク４の接触面積がＲ部３ｅの状態（形状）に左右されない構造が得られる。
【００２６】
（限定範囲の説明）
図４に、横軸に接合部である内ヨークの板厚ｔに占める外ヨークダレ部ａの嵌合の割合（％）と、縦軸に接合部である内ヨークの板厚ｔに占める外ヨークとの嵌合の割合が１００％の場合を基準としたホールディングトルクの比率、コギングトルクの比率（％）を示す。図５に、横軸が１００、７５、５０、２５、０％時の形態を（ａ）から（ｅ）に示す。図４に示されるように、内ヨーク４の板厚ｔに占めるダレ部の割合の増加に伴い、コギングトルク比率は増加傾向となり、ホールディングトルク比率はダレ部の割合が25%以下で減少傾向となる。このようにヨーク４の板厚ｔと重なる部分におけるダレ部ａの割合が増加するに伴い、内ヨーク４と外ヨーク３の接触面積は小さくなり、これによりモータ性能が変化してしまう。
【００２７】
図６は、横軸に軸方向開放端部３ｄより内側寸法Ａとダレ部長さａとの差（Ａ−ａ）を板厚ｔで割った比率(％)を示し、縦軸に内ヨーク板厚ｔとその開放端からの位置Ａとダレ部長さａの差（Ａ−ａ）が０を基準としたホールディングトルクの比率、コギングトルクの比率（％）を示す。図７に、０，２５，５０，７５，１００％時の形態を（ａ）から（ｅ）に示す。図６に示されるように、内ヨーク４と外ヨーク３とが重なる部分がダレ部から離れると、ホールディングトルク比率は安定する。またコギングトルクの比率は（Ａ−ａ）／ｔが０％以上で減少する。つまりＡ≧ａなる条件で、特性が改善し安定する。なお、内ヨークの位置Aはモータ長さとの間で適宜選択すれば良い。
【００２８】
本発明の実施態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ステッピングモータ、２…ステータ、２ａ…ステータ（Ａ相のステータ）、２ｂ…ステータ（Ｂ相のステータ）、３…外ヨーク、３ａ…底面部、３ｂ…外筒部、３ｃ…極歯、３ｄ…開放端部、３ｅ…Ｒ部、４…内ヨーク、４ａ…端面部、４ｂ…極歯、５ａ…コイル、６…ロータ、７…マグネット、８…回転軸、Ａ…軸方向の外ヨークのカップ形状開放端部の軸方向外形からの内側への幅寸法、ａ…ダレ部の前記外ヨークのカップ形状開放端部の軸方向外形からの軸方向幅寸法、ｔ…内ヨーク板厚（内ヨーク外周部厚み寸法）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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