(57)【要約】【課題】ステッピングモータのロータの永久磁石間における外周開放面を簡易かつ組立も容易な構造で少なくとも一部分を覆い、この覆った状態を安定的に維持可能なステッピングモータのロータ構造を提供する。【解決手段】当該ロータ構造は、回転シャフト５４と、回転シャフトに中心部を環装し、かつ垂直に保持した円盤状のロータカラー５２と、ロータカラーに外嵌して保持させ、かつ交互に異極着磁域を周方向に連続形成して成る円筒状の永久磁石５３と、永久磁石とロータカラーとの構成体５１を前記回転シャフトに所定の離隔距離をもって対面状に環装させると共に、対面配置によって形成された空間の外周開放面の少なくとも一部分を覆うカバー体６と、から構成する。カバー体は外周開放面を閉塞する円筒体の形態が好適であり、回転シャフトのアキシャル方向に拡張する付勢手段６２を備える構成としている。【選択図】図３
2014117002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転シャフトと、
該回転シャフトに中心部を環装し、かつ垂直に保持した円盤状のロータカラーと、
該ロータカラーに外嵌して保持させ、かつ交互に異極着磁域を周方向に連続形成して成る円筒状の永久磁石と、
該永久磁石と前記ロータカラーとの構成体を前記回転シャフトに所定の離隔距離をもって対面状に環装させると共に、該対面配置によって形成された空間の外周開放面の少なくとも一部分を覆うカバー体と、
から成ることを特徴とするステッピングモータのロータ構造。
【請求項２】
カバー体は、回転シャフトのアキシャル方向に拡張する付勢手段を備え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のロータ構造。
【請求項３】
カバー体の付勢手段は、回転シャフト又はロータカラーへの係合手段を備えることを特徴とする請求項２記載のステッピングモータのロータ構造。
【請求項４】
カバー体を、外周開放面を閉塞する円筒体に形成したことを特徴とする請求項１、２、又は３記載のステッピングモータのロータ構造。
【請求項５】
カバー体の側面部に１又は複数の開孔を形成したことを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載のステッピングモータのロータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、各種ＯＡ機器、家電等に搭載されるステッピングモータの技術分野に属し、特に、ロータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＰＭ型（永久磁石型）ステッピングモータのロータ構造としては、ＳＮ極を交互かつ周方向に着磁させた円筒状の永久磁石を円盤体の外周に環装配置し、この複数を対面状にかつ所定間隔で回転シャフトに環装配置する構成のものがあった（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
上述のように、所定間隔をもって円筒状の永久磁石を回転シャフトに環装配置する理由は、特許文献１にも記載されているように、永久磁石のアキシャル方向に所定間隔の無着磁領域を設けることにより、各永久磁石の磁極と対向配置するステータ間での磁気的干渉を防止し、トルクのバラツキやムラを抑制するためであった。
【０００４】
また、複数の円筒状の永久磁石を保持すると共に、永久磁石の熱膨張によるヒビ割れ等を防ぐ剛性確保を目的とした構成のロータ構造も開示されていた。例えば、特許文献２のロータ構造は、永久磁石を保持する所謂ロータカラーを樹脂材から筒状に形成すると共に回転シャフトに環装し、このロータカラーの両端部を回転シャフトに環装した金属状の円盤で狭持し、該円盤の外周部に所定間隔で円筒状の永久磁石を配置する構成であった。
【０００５】
他にも、成形金型内に複数の円筒状の永久磁石とその軸中心位置に回転シャフトを予め配置した後、モールド樹脂を充填して複数の永久磁石、回転シャフト、及びロータカラーを一体成形する構成のロータ構造も開示されていた（例えば、特許文献３、４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−８４６６３号公報
【特許文献２】特開２００２−５１５２５号公報
【特許文献３】特開平６−２４５４７３号公報
【特許文献４】特開平１１−２９９１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１で開示されているロータ構造は、無着磁領域を確保するために、永久磁石間を単に空隙としている場合や、この空隙に非磁性材料から成る円筒部材を挿入する構成であった。単に空隙としている場合には、ロータの回転時に空隙間における空気流の乱れによって異音が発生していた。この異音は所定周波数での振動を要因とするものであり、ステッピングモータ全体の騒音の原因ともなっていた。
【０００８】
一方で空隙に円筒部材を単純に介在させた構成の場合には、この円筒部材と永久磁石とを固定するために、両者を接着や圧入する工程が必要となり、組立が煩雑となる問題があった。また、円筒部材を永久磁石で上記接着等なく単純に狭持した場合には、ロータ回転時に円筒部材とロータカラー間にズレが生じたり、ロータから脱落したりするおそれがあり、ステッピングモータの異音や故障の原因となっていた。
【０００９】
特許文献２のロータ構造は、ロータカラーを樹脂材から円筒状に形成するものであるが、複数の永久磁石を保持しつつ回転する剛性を確保するために円筒部分の高さ寸法が大きくなるだけでなく、肉厚状のリブを形成する必要があった。このようなロータ構造は重量が嵩むためにイナーシャ（回転系慣性モーメント）が大きくなり、モータ特性が低下する問題があった。
【００１０】
特許文献３、４のロータ構造は、永久磁石と樹脂製ロータカラーの熱膨張率の差によって永久磁石側にひび割れが発生したり、ロータの長時間の使用によって一体成形時の樹脂による保持力が低下して永久磁石に位置ズレや脱落が発生するおそれがあった。加えて、このロータ構造は、樹脂製ロータカラーと永久磁石を複数配置して一体成形するため、寸法精度要求が高い金型を予め準備する必要があり、高コストでもあった。
【００１１】
そこで、本願発明は、上記課題に着目してなされたものであり、ロータの永久磁石間の空間の外周開放面を簡易かつ組立も容易な構造で少なくとも一部分を覆い、この覆った状態を安定的に維持可能なステッピングモータのロータ構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため本願発明にかかるステッピングモータのロータ構造は、以下のように構成している
【００１３】
すなわち、ロータ構造は、回転シャフトと、該回転シャフトに中心部を環装し、かつ垂直に保持した円盤状のロータカラーと、該ロータカラーに外嵌して保持させ、かつ交互に異極着磁域を周方向に連続形成して成る円筒状の永久磁石と、該永久磁石と前記ロータカラーとの構成体を前記回転シャフトに所定の離隔距離をもって対面状に環装させると共に、該対面配置によって形成された空間の外周開放面の少なくとも一部分を覆うカバー体と、から構成したことを特徴としている。
【００１４】
上記カバー体は、永久磁石と前記ロータカラーとの構成体（以下、「ロータ構成体」と称する。）間に形成された外周開放面の少なくとも一部分を覆う形態であれば良く、例えば、外周開放面の一部を覆う円筒体を縦割り４分割した曲面板、上面視Ｃ型状となる一部切り欠き円筒体でも良い。もちろん、内部が空洞でかつ軽量な薄肉円筒体に形成して外周開放面を閉塞する形態としても良い。そして、カバー体をより軽量とするために側面に一又は複数の開孔を設けても良い。なお、このカバー体の外形部は、ステッピングモータのステータ側の干渉を避けるため、永久磁石の外周面位置から外側に突出させないように設定する必要がある。
【００１５】
さらに、カバー体は、回転シャフトのアキシャル方向に拡張する付勢手段を備える構成とすることが望ましい。例えば、カバー体を上記したように曲面板、一部切り欠き円筒体、及び通常の円筒体に形成した場合には、その端面部から弾性変形可能な舌片部をアキシャル方向の外側に延出するように形成する。そして、ロータ構成体間に配置した場合には、前記舌片部の先端側をロータカラーの平面部分に当接させて弾性変形させる形態が挙げられる。他には、カバー体の全体を弾性材で構成し、これを前後のロータ構成体で弾性変形させつつ狭持する形態としても良い。
【００１６】
加えて、上記のカバー体の付勢手段には、ロータカラーや回転シャフトに対して係合手段、例えば、ロータカラーの一部や回転シャフトの一部と嵌合や当接する湾曲部を形成しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように構成した本願発明は、以下のような技術的な効果を奏する。
すなわち、回転するロータ構成体間の外周開放面の少なくとも一部をカバー体で覆ったことにより、この空間に発生する空気流の乱れが抑制されることとなり、その結果、所定周波数での振動やこれに伴う異音の発生が抑制できる。
【００１８】
また、カバー体は上記湾曲板、一部切り欠き円筒体、薄肉円筒体に形成しているために軽量であり、既存のロータ構造に単純にこのカバー体を追加配置した場合でも、従来構造のロータに比べてイナーシャの増加を小さく抑えることができ、ステッピングモータの性能を低下させることもない。
【００１９】
さらには、カバー体は付勢手段を備えるため、外周開放面の少なくとも一部を覆うように所定位置に配置した場合、ロータ構成体や回転シャフトの他の構成要素との一体性が向上し、回転時にも位置ズレやロータ自体からカバー体が脱落することなく安定的にこの覆った状態を維持でき、引いてはステッピングモータの性能維持に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施例のロータ構造を有するステッピングモータの組立斜視図である。
【図２】本実施例のロータ構造を有するロータの組立斜視図である。
【図３】本実施例のロータ構造を有するロータの縦断面図である。
【図４】本実施例のカバー体の変形例を示す斜視図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。
【図５】本実施例のカバー体の付勢手段の変形例を示す側面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図６】本実施例のロータ構造のステッピングモータと従来のロータ構造のステッピングモータを比較した周波数（ｐｐｓ）と振動（ｍ／ｓ２）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本願発明のステッピングモータのロータ構造に関し、その最良の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図示符号１は、ステッピングモータ（以下、「モータ」と略称する。）である。本実施例のモータ１は、図１の組立斜視図に示すように、有低筒状のモータケース２の内部に円筒状のステータ４を配置し、このステータ４の中央内部空間４３にロータ５を回転自在に配置すると共に、モータケース２の開放側をモータカバー３で閉じる構成である。
【００２３】
モータケース２の底部側からはロータ５の回転シャフト５４の一部が突出して出力部５４ａを成している。また、モータケース２の底部２１には、モータ全体の他のＯＡ機器、家電等への取付用のフランジ２３を配置している。
【００２４】
ステータ４は、略円筒状を呈するヨーク４１をその厚さ方向に２段重ねた２層構造とし、全体的にも中央内部空間４３を有する円筒状を呈している。各ヨーク４１、４１は、その内周位置に所定数及び所定ピッチで交互に噛み合うように形成した磁極４１ａを円周等分に配置し、その外周部分にコイル４２を巻回して構成している。また、ヨーク４１のコイル４２は、所定の電源（図示省略）や制御装置（図示省略）と接続しており、適宜に電流が供給されている。
【００２５】
なお、モータ１及びステータ４の基本的な構成は、従来技術と同様であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００２６】
次に、本願発明の主眼であるロータ構造に係るロータ５について説明する。
ロータ５は、ステータ４の中央内部空間４３に、モータケース２及びモータカバー３に配置した各軸受２２、３１により軸支持されて回転自在に配置されている。
【００２７】
このロータ５は、円盤状のロータカラー５２（以下、「カラー」と略称する。）に円筒状の永久磁石５３を外嵌保持して成るロータ構成体５１と、２個のロータ構成体５１をそのカラー５２の平面部５２ａが対面するように所定の離隔距離をもって同軸配置した回転シャフト５４と、ロータ構成体５１の対面配置によって形成された空間の外周開放面を閉塞するように配置したカバー体６と、から構成している。
【００２８】
上記ロータ構成体５１の構成要素であるカラー５２は、薄厚軽量のメッキ鋼板から円盤状に形成し、平面部５２ａの中央に回転シャフト５４と嵌合する嵌合口５２ｂを形成している。また、一方側の平面部５２ａの嵌合口５２ｂの周囲には、カラー５２の剛性を向上させるため、肉厚としたボス部５２ｃを形成している。なお、カラー５２の材質は、上記メッキ鋼板に限定するものではなく、剛性が確保できるのであればアルミ等の他の金属材やプラスチック等の合成樹脂材としても良い。
【００２９】
カラー５２の外周に外嵌させて固定した永久磁石５３は、外周面５３ａにＳＮ極の着磁域を周方向に交互にかつ所定ピッチで連続的に形成した円筒状を呈し、カラー５２の板厚寸法より長い高さ寸法を有している。また、回転シャフト５４に配置した２段状の永久磁石５３の各外周面５３ａは、ステータ４の中央内部空間４３に配置した場合に、２層構造のヨーク４１の各磁極４１ａ、４１ａ、の配置面と所定ギャップをもって対向する。
【００３０】
回転シャフト５４は、上述のように所定の離隔距離をもって上記の２個のロータ構成体５１を対面状にかつ同軸上に固定している。また、回転シャフト５４は、両端側をモータケース２及びモータカバー３に配設した軸受２２、３１で回転自在に保持され、モータケース側のフランジ２３から外部に突出して出力部５４ａを成している。
【００３１】
カバー体６は、合成樹脂材から略円筒状を呈する薄肉状の本体部６１を形成し、上述のように回転シャフト５４に２段状に配置したロータ構成体５１の離隔距離が成す空間の外周開放面を閉塞するように配設している。本実施例では、本体部６１の外周面６１ａを永久磁石５３の内周面５３ｂに近接又は当接させ、かつ、その一方の端面６１ｂをカラー５２の平面部５２ａに当接させて閉塞状態を成している。
【００３２】
また、カバー体６は、回転シャフト５４のアキシャル方向（回転シャフトの軸延長方向に平行な方向）に拡張、別言すれば、ロータ構成体５１の両方向への付勢力をもって弾性変形する舌片部６２を備えている。この舌片部６２は一方側の端面６１ｂからその軸心、かつ上記アキシャル方向の外側に延出すると共に、先端部にカラー５２のボス部５２ｃの外周部との干渉を避ける湾曲部６２ａを形成している。
【００３３】
舌片部６２は上述のようにアキシャル方向へ弾性変形する性質を有しているため、ロータ構成体５１が形成する空間への配置時には、アキシャル方向に拡張する付勢力を発揮する（矢印ｆ）。この結果、カバー体６は、アキシャル方向の前後に配置されたロータ構成体５１との一体性が向上している。
【００３４】
また、上記湾曲部６２ａは、ボス部５２ｃの外周部に倣う形状に形成しても良い。この場合、湾曲部６２ａは弾性変形時にはボス部５２ｃの外周部に一部が当接又は係合する。
【００３５】
また、カバー体６は、上記空間の外周開放面の閉塞が可能であるなら、その外周面６１ａが永久磁石５３の外周面５３ａと一致する外形寸法に設定しても良い。ただし、永久磁石５３の外周面５３ａは、ステータ４の中央内部空間４３の内周面や磁極４１ａと所定ギャップをもって対向しているため、カバー体６の外周面６１ａを永久磁石５３の外周面５３ａより外側へ突出させないように設定することが望ましい。
【００３６】
上記構成のロータ５は、以下の工程で組み立てして構成する。
まず、カラー５２の外周部に永久磁石５３を外嵌させて固定し、合計２個のロータ構成体５１を形成する。
【００３７】
次に、一方のロータ構成体５１をカラー５２の嵌合口５２ｂを回転シャフト５４に環装させることにより固定する。この場合、他方のロータ構成体５１のカラー５２のボス部５２ｃどうしが対向するように回転シャフト５４に環装する。
【００３８】
そして、回転シャフト５４にカバー体６の本体部６１を環装する。なお、本体部６１の高さ寸法は、ロータ構成体５１の離隔距離に適合させて設定している。また、本体部６１の環装時には、カラー５２のボス部５２ｃと舌片部６２の先端の干渉を避けつつ、カバー体６の本体部６１の外周面６１ａを永久磁石５３の内周面５３ｂに沿うようにする。
【００３９】
最後に、他方のロータ構成体５１のカラー５２を回転シャフト５４に環装しつつ、同様に永久磁石５３の内周面５３ｂがカバー体６の本体部６１の外周面６１ａに沿うようにして固定する。この時、２個のロータ構成体５１で所定の離隔距離を確保しつつ、カバー体６の両端面６１ａ、６１ａを挟み込むようにする。
【００４０】
上記のこのロータ構成体５１とカバー体６との配置関係及びその組立工程により、ロータ構成体５１に挟み込まれたカバー体６の舌片部６２が、ロータ構成体５１のカラー５２の平面部５２ａに当接するために回転シャフト５４のアキシャル方向に拡張する付勢力を発揮し（矢印ｆ）、所定の離隔距離を有する２個のロータ構成体５１とカバー体６の一体性が向上したロータ５が組み立てられることとなる。
【００４１】
上記実施例でのカバー体６は、本体部６１を円筒体としてロータ構成体５１が形成する外周開放面を言わば閉塞しているが、この形態に限定するものではない。すなわち、図４に示すように、外周開放面の一部を覆うように円筒体を縦割り４分割した曲面板状の本体部６１、及び上面視Ｃ型状となる一部切り欠き円筒体の本体部６１とすることも可能である。さらに、カバー体６１の軽量化を実現するために本体部６１に複数の開孔６３を形成することも可能である。この開孔６３の形状は、矩形、多角形、楕円、円、等適宜な形状を採用可能である。また、曲面板状の本体部６１の面積、及び本体部６１の開孔６３の大きさや位置、個数は空気流の乱れによる振動を実測しつつ設定することが好適である。
【００４２】
舌片部６２についても本実施例に限らず、図５に示すように、本体部６１の両端面６１ｂ、６１ｂに配置しても良く、その個数も１個に限定せずに、複数を円周等分に配置しても良い。
【００４３】
上記実施例である円筒状のカバー体を配置した本願ロータ構造のモータと、カバー体の配置のみが構成上異なる従来ロータ構造のモータの周波数（ｐｐｓ、パルスパーセック）と振動（ｍ／ｓ２）の特性を測定したところ、図６に示すグラフとなった。
【００４４】
すなわち、従来ロータ構造のモータは、特定周波数（１７００ｐｐｓ及び３１００ｐｐｓ）で比較的大きな振動ピーク値が測定された。この振動はモータ回転時の永久磁石間の間隙での空気流の乱れを要因とするものであり、異音発生の原因となっていたものである。
【００４５】
一方、本願ロータ構造のモータは周波数の増減が伴っても振動が比較的フラットであり、カバー体の配置による技術的効果を発揮する点が確認された。
【符号の説明】
【００４６】
１  モータ
２  モータケース
２１  底部
２２  軸受
２３  フランジ
３  モータカバー
３１  軸受
４  ステータ
４１  ヨーク
４１ａ  磁極
４２  コイル
４３  中央内部空間
５  ロータ
５１  ロータ構成体
５２  カラー
５２ａ  平面部
５２ｂ  嵌合口
５２ｃ  ボス部
５３  永久磁石
５３ａ  外周面
５３ｂ  内周面
５４  回転シャフト
５４ａ  出力部
６  カバー体
６１  本体部
６１ａ  外周面
６１ｂ  端面
６２  舌片部
６２ａ  湾曲部
６３  開孔
【図１】
2014117002.tif 000003
【図２】
2014117002.tif 000004
【図３】
2014117002.tif 000005
【図４】
2014117002.tif 000006
【図５】
2014117002.tif 000007
【図６】
2014117002.tif 000008