(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットロータと、励磁コイルと、その励磁コイルが発生する磁界を前記マグネットロータに伝えるステータコアとを備えたステッピングモータにおいて、
前記ステータコアは、前記マグネットロータが挿通される挿通孔をその中心に有する基部と、前記マグネットロータの外周面に対向すべく前記挿通孔を中心として放射状に配置されるとともに、前記基部の片側面から突出するように前記マグネットロータの回転軸方向に根本部分から折り曲げて形成された複数の励磁極歯と、前記挿通孔の周縁部にバーリング加工により形成されるとともに、前記基部の片側面とは反対側の面から突出するように形成されるバーリング加工部分とを備え、折り曲げ前の状態における前記励磁極歯のコア中心からの長さは、前記基部の半径の大きさ以上であり、前記挿通孔は、該挿通孔より小径の孔が前記バーリング加工により拡径されて形成されることを特徴としたステッピングモータ。
【請求項２】
前記基部が、略カップ状となるように前記マグネットロータの回転軸方向に折り曲げて形成されたものである場合、折り曲げ前の状態における前記励磁極歯のコア中心からの長さは、折り曲げ前における前記基部の半径の大きさ以上であることを特徴とした請求項１に記載のステッピングモータ。
【請求項３】
前記励磁極歯の根元部分の幅は、前記基部を構成する複数の基部形成片の根元部分の幅以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータ。
【請求項４】
前記励磁極歯と前記基部形成片との間に存在する打ち抜き部の幅は、前記ステータコアの板厚の１．０倍〜１．５倍の大きさであることを特徴とする請求項３に記載のステッピングモータ。
【請求項５】
前記励磁極歯は先端部にいくほど幅広となるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットロータと、励磁コイルと、その励磁コイルが発生する磁界を前記マグネットロータに伝えるステータコアとを備えたステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータを構成する部品の１つであるステータコアは、マグネットロータを挿通する挿通孔を有する基部と、その基部から突出するように形成された複数の励磁極歯とを備えている。近年この種のステッピングモータでは、極力大きな極歯面積を確保することがよいとされている。即ち、極歯面積が大きくなるとロータの磁界を受ける面積が大きくなる結果、より有効にロータの磁界を利用することができ、もってモータの出力トルクがアップするからである。
【０００３】
ところで、大きな極歯面積を確保するに際しては、極歯高さを高くするという考え方、極歯の幅を広くするという考え方の２通りがある。しかし、極歯の幅がロータ１極あたりの着磁幅よりも広くなると、磁束が打ち消し合ってしまい、却ってトルクがダウンする。ゆえに、大きな極歯面積を確保するためには極歯高さを高くせざるを得ないのが現状である。
【０００４】
ここで、従来においてステータコアを製造する方法を以下にいくつか挙げて説明する。
第１の従来技術の方法は次の通りである。図９に示されるように、まず、ステータコア用板材として金属製の円板３１を用意するとともに、この円板３１の所定箇所をプレスにより打ち抜く。その結果、円板３１の中心に円形状の打ち抜き孔３２を形成する。その打ち抜き孔３２の周囲において後に励磁極歯となるべき部分以外の部分は、略扇状に打ち抜かれることにより除去される。次いで、図１０に示されるように、後に励磁極歯となるべき部分を円板３１の内周側から外周側へ向かって引き起こすようにして、当該部分をその根元にて直角に折り曲げる。その結果、基部３３の片側面から複数の励磁極歯３４が突出した状態となり、ステータコア３５が完成する。
【０００５】
第２の従来技術の方法は次の通りである。まず、金属製の円板３６を用意する。図１１に示されるように、この円板３６の中心にも打ち抜き孔３２が形成されている。その打ち抜き孔３２の周囲には、後に励磁極歯となるべき部分を内部に有する複数の切り起こし孔３７が打ち抜きによって形成されている。次いで、後に励磁極歯となるべき部分を円板３６の外周側から内周側へ向かって引き起こすようにして、当該部分をその根元にて直角に折り曲げる。その結果、基部３３の片側面から複数の励磁極歯３４が突出した状態となり、図１２のようなステータコア３８が完成する。なお、これと同様の技術としては、例えば実公平１−３５５８８号公報、実公平５−５８２１号公報、実開昭６４−６７７９号公報に開示されたもの等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１の従来技術では、ステータコア３５の板厚によって決まる中心の打ち抜き孔３２の径と、折り曲げた後における極歯部内径とによって、極歯高さが制約を受けるという問題があった。従って、この点がモータをトルクアップする際の障害となっていた。
【０００７】
また、第２の従来技術では、切り起こし孔３７の外周側領域に非打抜部分３９を設ける必要があったため、その存在により極歯高さが制約を受けるという問題があった。このため、ニーズに合ったトルクを設定することが困難であった。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためなされたものであり、その目的は、極歯高さを高くすることができるためトルクアップが簡単なステッピングモータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、マグネットロータと、励磁コイルと、その励磁コイルが発生する磁界を前記マグネットロータに伝えるステータコアとを備えたステッピングモータにおいて、前記ステータコアは、前記マグネットロータが挿通される挿通孔をその中心に有する基部と、前記マグネットロータの外周面に対向すべく前記挿通孔を中心として放射状に配置されるとともに、前記基部の片側面から突出するように前記マグネットロータの回転軸方向に根本部分から折り曲げて形成された複数の励磁極歯と、前記挿通孔の周縁部にバーリング加工により形成されるとともに、前記基部の片側面とは反対側の面から突出するように形成されるバーリング加工部分とを備え、折り曲げ前の状態における前記励磁極歯のコア中心からの長さは、前記基部の半径の大きさ以上であり、前記挿通孔は、該挿通孔より小径の孔が前記バーリング加工により拡径されて形成されることを特徴としたステッピングモータをその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記基部が、略カップ状となるように前記マグネットロータの回転軸方向に折り曲げて形成されたものである場合、折り曲げ前の状態における前記励磁極歯のコア中心からの長さは、折り曲げ前における前記基部の半径の大きさ以上であるとした。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２において、前記励磁極歯の根元部分の幅は、前記基部を構成する複数の基部形成片の根元部分の幅以下であることとした。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、請求項３において、前記励磁極歯と前記基部形成片との間に存在する打ち抜き部の幅は、前記ステータコアの板厚の１．０倍〜１．５倍の大きさであることとした。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記励磁極歯は先端部にいくほど幅広となるように形成されていることとした。
【００１４】
以下、本発明の「作用」を説明する。
請求項１〜５に記載の発明によると、折り曲げ前の状態における励磁極歯のコア中心からの長さが基部の半径の大きさ未満となる従来技術に比べて極歯高さが高くなり、結果として大きな極歯面積が確保される。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、励磁極歯の根元部分の幅を複数の基部形成片の根元部分の幅以下とすることにより、磁束の打ち消し合いによる磁気飽和を未然に防止することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によると、励磁極歯と基部形成片との間に存在する打ち抜き部の幅をかかる好適範囲にすることにより、プレスによる打ち抜き加工に支障を来すことなく大きな極歯面積を確保することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によると、励磁極歯が先端部にいくほど幅広となるように形成されているため、同じ極歯高さであったとしても、より大きな極歯面積を確保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したステッピングモータＭ1 の一実施形態を図１〜図４に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態におけるＰＭ（Permanent Magnet）型ステッピングモータＭ1 を示している。図２は、前記ＰＭ型ステッピングモータＭ1 のステータコア１を製造するにあたって使用されるステータコア用板材２を示している。図３は、折り曲げ加工を経た前記ステータコア用板材２をしている。図４は、バーリング加工を経て完成したステータコア１を示している。
【００２１】
図４に示されるように、本実施形態のステータコア１を構成する基部３は、一方側面（図４では上面）方向に直角に折り曲げられることにより略カップ状に形成されている。前記基部３はその中心にマグネットロータ１７が挿通される挿通孔４を有している。この挿通孔４は円形状であって、バーリング加工を経て拡径されたものである。
【００２２】
このステータコア１は複数の励磁極歯５を備えている。これらの励磁極歯５は、マグネットロータ１７の回転軸方向（即ちコア中心軸方向）に直角に折り曲げられることにより、基部３の上面の側から突出するように形成されている。これにより励磁極歯５は、マグネットロータ１７の外周面に対向するようなかたちで放射状に配置されるようになっている。なお、挿通孔４の周縁部にできるバーリング加工部分６は、基部３の下面側に突出した状態となるように形成される。
【００２３】
そして、この実施形態においては、折り曲げ前の状態における励磁極歯５のコア中心からの長さＬ1 は、折り曲げ前における基部３の半径Ｒ1 の大きさ以上となるようにあらかじめ設定されている。
【００２４】
ここで図１に基づき本実施形態のステッピングモータＭ1 の機械的構成について簡単に説明する。
ステッピングモータＭ1 を構成するモータケース１１の内部には、前記ステータコア１が一対配設されている。２つあるステータコア１のうち一方のもの（図１では右側のもの）の外周面側には、第１の励磁コイル１２ａが収容されている。他方（図１では左側のもの）のステータコア１の外周面側には、第２の励磁コイル１２ｂが収容されている。モータケース１１におけるコネクタ部１５は、複数本のターミナル１６を備えている。それらのターミナル１６を介して、両励磁コイル１２ａ，１２ｂには直流電流が供給される。両ステータコア１の挿通孔４には、略円筒状のマグネットロータ１７が配置されている。同マグネットロータ１７はその中心に孔を有する。前記中心孔には回転軸としてのロータシャフト１８が挿通されかつ固定されている。そのロータシャフト１８は、メタル軸受（ボールベアリング）１９とすべり軸受１３とによって回転可能に支持されている。また、前記マグネットロータ１７は、多極着磁されたマグネット１４をその外周に備えている。
【００２５】
そして、以上のように構成されたステッピングモータＭ1 では、励磁コイル１２ａ，１２ｂが発生する磁界は、ステータコア１によってマグネットロータ１７に伝えらえるようになっている。
【００２６】
次に、このようなステータコア１を製造する手順を説明する。図２に示されるステータコア用板材２は、４箇所において張り出した部分のある略円形状の金属製の材料からなるものであって、プレスによる打ち抜きによって得られる。本実施形態のステータコア用板材２は、その中心に円形状の挿通孔４を備えている。同ステータコア用板材２は、４つの励磁極歯５と４つの基部形成片７とを備えている。これらの励磁極歯５は互いに９０°の角度をなした状態で、前記挿通孔４を中心として放射状に配置されている。各基部形成片７についても同様に放射状に配置されている。
【００２７】
図２に示されるように、このステータコア用板材２において各々の励磁極歯５は、先端部にいくほど細くなるように形成されている。励磁極歯５のコア中心からの長さＬ1 は、基部３の半径Ｒ1 の大きさ（換言すると基部３を構成する基部形成片７のコア中心からの長さ）よりも大きくなっている。従って、この実施形態では各励磁極歯５の先端部が板材円周から延出した状態となっている。なお、図２において前記長さＬ1 は前記半径Ｒ1 の約１．３倍である。
【００２８】
また、励磁極歯５の根元部分の幅Ｗ1 の大きさは、基部３を構成する基部形成片７の根元部分の幅Ｗ2 の大きさ以下となるように形成されることがよい。その理由は、前記幅Ｗ1 が前記幅Ｗ2 よりも大きいと、磁気回路の関係上、磁束が打ち消し合ってしまい、磁気的に飽和した状態になるおそれがあるからである。従って、本実施形態では磁気飽和によるトルクダウンを回避すべく、前記幅Ｗ1 を前記幅Ｗ2 の０．８倍〜０．９倍程度の大きさに設定している。
【００２９】
図２に示されるように、このステータコア用板材２において略扇状をした基部形成片７と励磁極歯５との間には、打ち抜き部８が存在している。打ち抜き部８の幅Ｗ3 は、ステータコア用板材２の板厚Ｔ1 の１．０倍〜１．５倍の大きさであることがよい。前記幅Ｗ3 がステータコア用板材２の板厚Ｔ1 の１．０倍未満であると、プレスによる打ち抜き加工に支障を来たすおそれがある。逆に前記幅Ｗ3 がステータコア用板材２の板厚Ｔ1 の１．５倍を超えるものであると、打ち抜き加工に支障を来すという問題は解消される反面、励磁極歯５が幅狭になることで大きな極歯面積を確保できなくなる。従って、トルクアップを図ることができなくなる。
【００３０】
そして、上記のようなステータコア用板材２をあらかじめ製造した後、次にプレスによる折り曲げ加工を実施する。この加工によりまず各励磁極歯５の根元部分をコア中心軸方向に直角に折り曲げ、各励磁極歯５を基部３の上面側に引き起こす。続いて、基部３を構成する各基部形成片７を同じくコア中心方向に直角に折り曲げることにより、各基部形成面７を基部３の上面方向に引き起こす。これにより略カップ状の基部３が形成される。本実施形態では、励磁極歯５の高さがカップの深さの２倍強となる。なお、ステータコア用板材２の折り曲げ加工は２段階で行なってもよいほか、同じ成形治具を用いて１段階で行なってもよい。２段階で行う場合には、励磁極歯５を折り曲げる前に基部形成片７を折り曲げることとしてもよい。
【００３１】
このような折り曲げ工程の後、さらに基部３において挿通孔４の周縁部にバーリング加工を施す。バーリング加工を行うことにより前記挿通孔４は２倍強の径に拡げられるとともに、バーリング加工部分６は基部３の下面側に捲れ上がる。その結果、挿通孔４はマグネットロータ１７の挿通を許容できるものとなり、図４のステータコア１が完成する。
【００３２】
さて、以下に本実施形態において特徴的な作用効果を列挙する。
（イ）本実施形態のステータコア１では基部３が略カップ状であることから、折り曲げ前の状態における励磁極歯５のコア中心からの長さＬ1 を、折り曲げ前における基部３の半径Ｒ1 の大きさ以上に設定している。これに対して上記各従来技術（図９〜図１２参照）では、折り曲げ前の状態における励磁極歯５のコア中心からの長さは、基部３の半径の大きさ未満となっている。ゆえにこのステータコア１によると従来技術に比べて極歯高さが高くなり、結果として大きな極歯面積を確保することができる。このため、マグネットロータ１７の磁界を受ける面積が大きくなる結果、より有効にマグネットロータ１７の磁界を利用することができる。従って、モータＭ1 のトルクアップを比較的簡単に達成することができる。なお、本実施形態では図１１，図１２において示したような非打抜部分３９は存在しないため、それにより極歯高さが制約を受けるという事態も生じない。これは極歯高さを任意に設定可能であることを意味するとともに、極歯面積を従来に比べて格段に向上できることを意味する。
【００３３】
（ロ）本実施形態のステータコア１では、励磁極歯５の根元部分の幅Ｗ1 を基部形成片７の根元部分の幅Ｗ2 以下に設定している。従って、磁束の打ち消し合いによる磁気飽和を未然に防止することができ、それに起因するトルクダウンを確実に回避することができる。
【００３４】
（ハ）本実施形態のステータコア１では、励磁極歯５と基部形成片７との間に存在する打ち抜き部８の幅Ｗ3 を、ステータコア１の板厚Ｔ1 の１．０倍〜１．５倍の大きさという好適範囲に設定している。従って、プレスによる打ち抜き加工に支障を来すことなく大きな極歯面積を確保することができる。ゆえに、トルクアップを達成するに際しても製造困難化を伴うことがない。
【００３５】
（ニ）本実施形態のステータコア１では、基部３において挿通孔４の周縁部にはバーリング加工を施している。従って、打ち抜きによってステータコア用板材２を製造する時点においては、小径の挿通孔４を形成しておけば足りることとなる。このことも極歯高さを高くするうえでプラスに作用している。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、例えば次のような形態に変更することが可能である。
◎  図５，図６（ａ），（ｂ）に示される別例のステータコア２１のようにしてもよい。このステータコア２１では、挿通孔４の周縁部にバーリング加工を施した後、さらにそのバーリング加工部分６をコア外周方向に折り曲げている。折り曲げられたバーリング加工部分６は基部３の下面側とほぼ接した状態となるため、実質的には挿通孔４の周縁部の厚さは前記実施形態の約２倍になっている。このような構成であるとバーリング加工部分６が磁気回路を形成することから、磁路が減少するような構成とした場合であってもその分を補うことができる。従って、幅Ｗ1 の大きさを幅Ｗ2 の大きさ以下とした前記実施形態の構成を採用する場合等に有利になり、より簡単にかつ確実にトルクアップを達成することができる。
【００３７】
◎  図７（ｂ）に示される別例のステータコア２６のように、励磁極歯２７は先端部にいくほど幅広となるように形成されていることが好ましい。このような構成であると、たとえ同じ極歯高さであったとしても、幅広となった分だけより大きな極歯面積を確保することができる。従って、より簡単にかつ確実にトルクアップを達成することができる。なお、図７（ａ）には別例のステータコア２６を製造するためのステータコア用板材２８が示されている。勿論、この別例のステータコア２６において、バーリング加工部分６をコア外周方向に折り曲げてもよい。
【００３８】
◎  励磁極歯５，２７の根元部分の幅Ｗ1 を、基部形成片７の根元部分の幅Ｗ2 と同一にした構成とすることも可能である。
◎  励磁極歯５，２７の数は４つに限定されることはなく増減することが可能である。
【００３９】
◎  励磁極歯５，２７の幅が均一ではない前記実施形態の構成に代え、均一な幅の励磁極歯を備えたものとしてもよい。
◎  本発明は略カップ状の基部３を有するステータコア１，２１，２６に限定されることなく、平板状の基部３Ａを有するステータコア２９、言い換えると基部形成片に折り曲げ加工がなされないステータコア２９として具体化されても勿論よい。この場合においては、折り曲げ前の状態における励磁極歯５のコア中心からの長さＬ1 は、基部３Ａの半径Ｒ1 の大きさ以上であることが必要とされる。なお、図８にはその具体例が示されている。
【００４０】
ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１）  打ち抜き加工により形成された挿通孔と、打ち抜き加工により形成されるとともに前記挿通孔を中心として放射状に配置された複数の励磁極歯及び複数の基部形成片とを備える金属製の板材であって、前記励磁極歯のコア中心からの長さを、前記基部形成片のコア中心からの長さよりも大きくなるように形成したことを特徴とするステッピングモータのステータコア用板材。この構成であると、請求項１等に記載のステータコアを確実に製造することができる。
【００４１】
なお、本明細書中において使用した技術用語を次のように定義する。
「バーリング加工：  塑性加工法の一種であって、板材に形成された孔を広げるような成形加工法をいう。」
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によれば、極歯高さを高くすることができるためトルクアップが簡単なステッピングモータを提供することができる。
【００４３】
請求項３に記載の発明によれば、磁気飽和に起因するトルクダウンを確実に回避することができる。
請求項４に記載の発明によれば、トルクアップを達成するに際しても製造困難化を伴うことがない。
【００４４】
請求項５に記載の発明によれば、より簡単にかつ確実にトルクアップを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態のステッピングモータを示す断面図。
【図２】同じく折り曲げ加工前のステータコア用板材を示す平面図。
【図３】同じく折り曲げ加工を経たステータコア用板材を示す断面図。
【図４】同じくバーリング加工を経て完成したステータコアの断面図。
【図５】別例のステッピングモータを示す断面図。
【図６】（ａ）は別例のステータコアを示す底面図、（ｂ）はその断面図。
【図７】（ａ）は別例のステータコアのステータコア用板材を示す平面図、（ｂ）は完成した別例のステータコアを示す断面図。
【図８】別例のステータコアを示す断面図。
【図９】第１の従来技術のステータコアのステータコア用板材の平面図。
【図１０】第１の従来技術のステータコアの断面図。
【図１１】第２の従来技術のステータコアのステータコア用板材の平面図。
【図１２】第２の従来技術のステータコアの断面図。
【符号の説明】
１，２１，２６，２９…ステータコア、２，２８…ステータコア用板材、３，３Ａ…基部、４…挿通孔、５，２７…励磁極歯、６…バーリング加工部分、７…基部形成片、８…打ち抜き部、１７…マグネットロータ、１８…マグネットロータの回転軸としてのロータシャフト、Ｌ1 …折り曲げ前の状態における励磁極歯のコア中心からの長さ、Ｒ1 …（折り曲げ前の状態における）基部の半径、Ｗ1 …励磁極歯の根元部分の幅、Ｗ2 …基部形成片の根元部分の幅、Ｗ3 …打ち抜き部の幅、Ｔ1 …ステータコアの板厚。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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