(57)【要約】    【課題】  本発明は、複数のステータ間の磁気的干渉を防止し、トルク効率が高く容易に小型化できるステッピングモータを提供する。    【解決手段】  本ステッピングモータ１００は、周方向に配設された複数の極歯３ａ（４ａ）が互いに噛み合うように配置された内ヨーク３（４）及び外ヨーク７（８）とこれらヨークを励磁する励磁コイル５（６）とから成るステータ９（１０）と、内ヨーク３，４を接合して配置された複数のステータ９，１０を貫通する中心孔に複数の極歯３ａ（４ａ）からギャップＧをおいて回転可能に配置されたロータマグネット１とを備え、ロータマグネット１は内ヨーク３，４の接合部１３と対向する周面に深さＤ１の溝部１ａを有し、当該溝部１ａの深さＤ１はギャップＧより大きく且つギャップＧの３倍した値より小さい設定される。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に配設された複数の極歯が互いに噛み合うように配置された２つのヨークと前記ヨークを励磁する励磁コイルとから成るステータと、前記ヨークを接合して配置された複数のステータを貫通する中心孔に前記複数の極歯から所定の間隙をおいて回転可能に配置されたロータとを備えるステッピングモータにおいて、
前記ロータは、前記ヨークの接合部と対向する周面に所定の深さの溝部を有し、当該溝部の深さが前記間隙より大きく且つ前記間隙を３倍した値より小さく設定されることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記溝部の深さは、前記間隙を２倍した値と略同一に設定され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。
【請求項３】
前記溝部は、前記所定の深さの底面と、当該溝部の開口部から底面につれて一定の角度で傾斜する側面とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ。
【請求項４】
前記溝部の底面の幅は、前記ヨークの接合部の厚さと略同一に設定され、前記側面の上端から下端の水平方向の幅が前記溝部の深さと略同一に設定されることを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ。
【請求項５】
前記溝部は、前記所定の深さの底面と、当該溝部の開口部から底面まで一定の円弧で構成された側面とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ。
【請求項６】
前記溝部の底面の幅は、前記ヨークの接合部の厚さと略同一に設定され、前記側面を構成する円弧の半径が前記溝部の深さと略同一に設定されることを特徴とする請求項５記載のステッピングモータ。
【請求項７】
前記溝部の幅は、前記ヨークの接合部の厚さと略同一に設定されることを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータ。
【請求項８】
前記ロータは、外周面に異なる磁極が交互に着磁されたプラスチックマグネットを含む磁性材から成ることを特徴とする請求項１乃至７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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータ内で回転するロータマグネットを備えたステッピングモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のステッピングモータでは、ヨークの接合折り曲げ部近傍での上下グループ間の磁気的干渉を減少させることを目的として、当該ロータマグネットの周面の軸方向中央部に所定の幅及び深さを有する凹溝を形成することが開示されている（特許文献１参照）。また、周壁の厚さＷよりも大きく、着磁ピッチＰの２分の１よりも大きく形成された深さＤの溝部を有するロータが開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１９８５５９号公報
【特許文献２】特開平１０−４２５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来のステッピングモータでは、以下の問題がある。
【０００４】
（１）ロータマグネットの溝部が不適切な深さに設定されると、当該ロータマグネットの加工が困難となり、ステッピングモータの小型化の障害となる。
【０００５】
（２）ロータマグネットの溝部の幅が不適切に狭くあるいは広く設定されると、当該ロータマグネットを取り巻く複数のステータ間の磁気的干渉を防止する効果が低減し、その結果、励磁トルクが低下する。
【０００６】
（３）ロータマグネットの溝部がその底面に対して直角な側面を有すると、磁力変化が急峻になるためにロータマグネットの吸着力による軸方向のバランスが悪くなり、ロータマグネットが軸方向にズレ易くなる。また、溝部がロータマグネットの軸方向の中心位置から僅かにずれるだけで磁気バランスが崩れ、複数のステータ間の磁気的干渉を防止する効果の低下やトルクの低下を招くと共に、ディテントトルクの増大や振動の増大等が発生するため、ロータマグネットの軸方向の位置決め精度を厳しくしなければならない。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題に鑑みて成されたものであり、小型化が容易で、複数のステータ間の磁気的干渉を防止すると共にトルク効率を高めることができるステッピングモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載のステッピングモータは、周方向に配設された複数の極歯が互いに噛み合うように配置された２つのヨークと前記ヨークを励磁する励磁コイルとから成るステータと、前記ヨークを接合して配置された複数のステータを貫通する中心孔に前記複数の極歯から所定の間隙をおいて回転可能に配置されたロータとを備えるステッピングモータにおいて、前記ロータは、前記ヨークの接合部と対向する周面に所定の深さの溝部を有し、当該溝部の深さが前記間隙より大きく且つ前記間隙を３倍した値より小さく設定されることを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、ロータの溝部の位置及び深さが適正に設定されることにより、複数のステータ間の磁気的干渉を防止することができる。
【００１０】
請求項２記載のステッピングモータは、請求項１記載のステッピングモータにおいて、前記溝部の深さは、前記間隙を２倍した値と略同一に設定されることを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、ロータの溝部の深さが最適に設定されることにより、複数のステータ間の磁気的干渉を更に効果的に防止することができる。
【００１２】
請求項３記載のステッピングモータは、請求項１又は２記載のステッピングモータにおいて、前記溝部は、前記所定の深さの底面と、当該溝部の開口部から底面につれて一定の角度で傾斜する側面とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、溝部の開口部から底面につれて一定の角度で傾斜する側面により、ロータの磁力変化を緩やかにすることができ、もって複数のステータ間の磁気的干渉を防止することができる。
【００１４】
請求項４記載のステッピングモータは、請求項３記載のステッピングモータにおいて、前記溝部の底面の幅は、前記ヨークの接合部の厚さと略同一に設定され、前記側面の上端から下端の水平方向の幅が前記溝部の深さと略同一に設定されることを特徴とする。
【００１５】
上記構成において、ロータの溝部の形状が適正に設定されることにより、複数のステータ間の磁気的干渉を更に効果的に防止することができる。
【００１６】
請求項５記載のステッピングモータは、請求項１又は２記載のステッピングモータにおいて、前記溝部は、前記所定の深さの底面と、当該溝部の開口部から底面まで一定の円弧で構成された側面とを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、溝部の開口部から底面まで一定の円弧で構成された側面により、ロータの磁力変化を緩やかにすることができ、もって複数のステータ間の磁気的干渉を防止することができる。
【００１８】
請求項６記載のステッピングモータは、請求項５記載のステッピングモータにおいて、前記溝部の底面の幅は、前記ヨークの接合部の厚さと略同一に設定され、前記側面を構成する円弧の半径が前記溝部の深さと略同一に設定されることを特徴とする。
【００１９】
上記構成において、ロータの溝部の形状が適正に設定されることにより、複数のステータ間の磁気的干渉を更に効果的に防止することができる。
【００２０】
請求項７記載のステッピングモータは、請求項１又は２記載のステッピングモータにおいて、前記溝部の幅は、前記ヨークの接合部の厚さと略同一に設定されることを特徴とする。
【００２１】
上記構成において、ロータの溝部の幅が適正に設定されることにより、複数のステータ間の磁気的干渉を更に効果的に防止することできる。
【００２２】
請求項８記載のステッピングモータは、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のステッピングモータにおいて、前記ロータは、外周面に異なる磁極が交互に着磁されたプラスチックマグネットを含む磁性材から成ることを特徴とする。
【００２３】
上記構成において、ロータがプラスチックマグネットを含む磁性材から成ることにより、形状加工がし易くなり、もってステッピングモータの小型化を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ロータは、ヨークの接合部と対向する周面に所定の深さの溝部を有し、当該溝部の深さが間隙より大きく且つ間隙を３倍した値より小さく設定されるので、ステッピングモータの小型化が容易で、複数のステータ間の磁気的干渉を防止すると共にトルク効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステッピングモータの分解斜視図である。同図では、ステータ９，１０が同一構造であることから、ステータ９の構成を中心に説明し、ステータ１０に対応する構成要素はカッコ書きで記載する。
【００２７】
図１において、ステッピングモータ１００は、外周面に異なる磁極が交互に１０極着磁されたプラスチックマグネット等から成る円筒形状のロータマグネット１と、ロータマグネット１の軸方向に貫通して一体に形成されたステンレス等の非磁性材料から成る軸２と、周方向に配設された複数（５本）の極歯３ａ（４ａ）を有する軟磁性材料から成る内ヨーク３（４）と、周方向に配設された複数（５本）の極歯７ａ（８ａ）を有する軟磁性材料から成る外ヨーク７（８）と、内ヨーク３（４）と外ヨーク７（８）との間に挟持され、これらヨークを励磁する励磁コイル５（６）と、軸２を回転自在に支持する焼結含油軸受１１（１２）とを備える。ステータ９（１０）は、極歯３ａ（４ａ），７ａ（８ａ）が互いに噛み合うように配置された内ヨーク３（４）及び外ヨーク７（８）と、励磁コイル５（６）とで構成される。
【００２８】
ロータマグネット１は、内ヨーク３，４が接合されたステータ９，１０を貫通する中心孔に、極歯３ａ，４ａから所定の間隙をおいて回転可能に配置されている。ロータマグネット１は、その周面の円周方向に所定の幅及び深さの溝部１ａを有する。このロータマグネット１は、プラスチックマグネットを成形したものであるが、溝部１ａの形状加工が容易になるものであれば、これに限定されるものではなく、例えば、焼結マグネットを切削加工して成形したものであってもよい。溝部１ａは、ロータマグネット１の軸方向の中央に位置することが好ましい。
【００２９】
上記構成において、励磁コイル５，６が通電されると、内ヨーク３，４と外ヨーク７，８が励磁されて各極歯３ａ，４ａ，７ａ，８ａに誘磁される。その結果、ロータマグネット１の着磁極と反発／吸引して回転トルクが発生し、ロータマグネット１が励磁コイル５，６の通電に従って回転駆動され、軸２を介して外部に駆動力が伝達される。
【００３０】
図２は、図１における内ヨーク３，４の接合部近傍の斜視図である。図３は、内ヨーク３，４の接合部の側面図であり、図４は図３の内ヨーク３，４の接合部の断面図である。
【００３１】
図２〜図４において、内ヨーク３，４は、極歯３ａ，４ａが配設されていない側の折り曲げ部分が接合して形成された厚さＣの接合部１３を有する。接合部１３が形成された内ヨーク３，４の内側には、ロータマグネット１が極歯３ａ，４ａからギャップＧをおいて内ヨーク３，４と同軸に配置される。ロータマグネット１は、溝部１ａが接合部１３と対向するように配置される。
【００３２】
図５は、図１におけるロータマグネット１の側面図である。
【００３３】
図５において、溝部１ａは、深さＤ１の底面と、当該溝部１ａの開口部から底面につれて一定の角度で傾斜する側面（斜面）とで構成されることが好ましい。これにより、ロータマグネット１の磁力変化を緩やかにすることでき、その結果、ステータ９，１０間の磁気的干渉を防止すると共に、トルク効率を高めることができる。なお、傾斜角は、加工し易さの観点から４５度前後が最適であるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
図６は、溝部１ａの深さＤ１と角度精度及びディテントトルクとの相関グラフを示す図である。本グラフは、ギャップＧの倍数をそれぞれ溝部１ａの深さＤ１に設定したときの角度精度及びディティントルクの変化を表したものである。なお、本グラフを得るための測定方法については公知であるため、その説明を省略する。
【００３５】
図６において、溝部１ａの深さＤ１がギャップＧの１倍→２倍の値に変更された場合、角度精度は大きく改善するが、３倍以上の値に設定されたときは大きな改善がみられない。すなわち、溝部１ａの深さＤ１をギャップＧより大きい値に設定していくと、磁気的干渉を防止する作用効果が得られはじめ、ギャップＧの２倍程度で作用効果が顕著となり、ギャップＧの３倍以上にしても作用効果は大きく改善しない。一方、溝部１ａの深さＤ１をギャップＧの２倍の値に設定した場合は、ディテントトルクが最も低くなる。
【００３６】
上記結果より、溝部１ａの深さＤ１は、ロータマグネット１と極歯３ａ，４ａ（７ａ，８ａ）との間のギャップＧより大きく、ギャップＧを３倍した値より小さく設定されることが好ましい。このように、深さＤ１を適正に設定することにより、ステータ９，１０間の磁気的干渉を防止することができる。磁気的干渉の影響が大きいと角度精度が悪化し、ディテントトルクが大きくなって励磁トルクが低下するためである。特に、深さＤ１は、ギャップＧの２倍の値と略同一に設定することが好適である。
【００３７】
図７は、溝部１ａの底面の幅Ｗ１と角度精度及び励磁トルクとの相関グラフを示す図である。本グラフは、内ヨーク接合部１３の幅Ｃの倍数をそれぞれ溝部１ａの底面の幅Ｗ１に設定したときの角度精度及び励磁トルクの変化を表したものである。なお、本グラフを得るための測定方法については、上記図６と同様に公知であるため、その説明を省略する。
【００３８】
図７において、溝部１ａの底面の幅Ｗ１が内ヨーク接合部１３の幅Ｃの１／２倍→１倍の値に変更された場合、角度精度は大きく改善するが、２倍以上の値に設定されたときは大きな改善はみられない。一方、溝部１ａの底面の幅Ｗ１を内ヨーク接合部１３の幅Ｃより大きく設定していくと、励磁トルクは減少する。
【００３９】
上記結果より、溝部１ａの底面の幅Ｗ１は、上述した内ヨーク３，４で形成される接合部１３の厚さＣと略同一に設定されることが好ましい。溝部１ａが、内ヨーク３，４の接合部１３と対抗する位置に配置されることから、磁気的バランスが改善されるためである。
【００４０】
溝部１ａの側面の上端から下端の水平方向の幅Ｓ１，Ｓ２は、深さＤ１と略同一に設定されることが好ましい。ロータマグネット１の溝部の形状を適正に設定することにより、ロータマグネット１の形状加工がし易くなると共に、ステータ９，１０間の磁気的干渉を防止することができる。
【００４１】
上記第１の実施の形態によれば、ロータマグネット１は内ヨーク３，４の接合部１３と対向する周面に深さＤ１の溝部１ａを有し、当該溝部１ａの深さＤ１はギャップＧより大きく且つギャップＧの３倍した値より小さい設定されるので、小型化に適した適正な溝部の深さや幅、形状を設定することができ、複数のステータ間の磁気的干渉を防止し、角度精度、ディテントトルク、及び励磁トルクを改善し、トルク効率の高く容易に小型化が可能となる。
【００４２】
また、ステッピングモータの小型化に適した適正な溝部の側面形状を形成することで、ロータマグネット１の磁力変化を緩やかにすることでき、高品質で作りやすいステッピングモータが可能となる。
【００４３】
更に、ロータマグネット１をプラスチックマグネットを成形して作成することで、加工が容易で小型化が可能なステッピングモータを生産することができる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、その構成（図１〜図４）が上記第１の実施の形態と同じであり、その説明を省略する。以下に、上記第１の実施の形態と異なる点のみを説明する。
【００４５】
図８は、本発明の第２の実施の形態におけるロータマグネットの側面図である。
【００４６】
図８において、ロータマグネット１４は、上記ロータマグネット１と同様に、外周面に異なる磁極が交互に１０極着磁されたプラスチックマグネット等から成る円筒形状のロータマグネットである。ロータマグネット１４は、図１の内ヨーク３，４が接合されたステータ９，１０を貫通する中心孔に極歯３ａ，４ａから所定の間隙をおいて回転可能に配置されている。また、ロータマグネット１４は、その周面の円周方向に深さＤ２及び底面の幅Ｗ２の溝部１４ａを有する。
【００４７】
溝部１４ａは、深さＤ２の底面と、当該溝部の開口部から底面まで一定の円弧で構成された側面（円弧面）とで構成されることが好ましい。これにより、ロータマグネット１４から発する磁力の変化を緩やかにすることができ、その結果、ステータ９，１０間の磁気的干渉を防止すると共にトルク効率を高めることができる。
【００４８】
溝部１４ａの底面の幅Ｗ２は、上記第１の実施の形態と同様に、内ヨーク３，４で形成された接合部１３の厚さＣと略同一に設定されることが好ましい。溝部１４ａが、内ヨーク３，４の接合部１３と対抗する位置に配置されることから、磁気的バランスが改善されるためである。
【００４９】
溝部１４ａの深さＤ２は、側面を構成する円弧の半径と略同一に設定されることが好ましい。上記第１の実施の形態で説明したように、溝部１４ａの深さＤ２が適正に設定されることにより、ステータ９，１０間の磁気的干渉を防止することができる。磁気的干渉の影響が大きい場合、角度精度が悪化すると共にディテントトルクが大きくなり、励磁トルクが低下するためである。
【００５０】
溝部１４ａの側面の上端から下端の水平方向の幅Ｓ３，Ｓ４は、深さＤ２と略同一に設定されることが好ましい。ロータマグネット１４の溝部の形状を適正に設定することにより、ロータマグネット１４の形状加工がし易くなると共に、ステータ９，１０間の磁気的干渉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステッピングモータの分解斜視図である。
【図２】図１における内ヨーク３，４の接合部近傍の斜視図である。
【図３】内ヨーク３，４の接合部の側面図である。
【図４】図３の内ヨーク３，４の接合部の断面図である。
【図５】図１におけるロータマグネット１の側面図である。
【図６】溝部１ａの深さＤ１と角度精度及びディテントトルクとの相関グラフを示す図である。
【図７】溝部１ａの底面の幅Ｗ１と角度精度及び励磁トルクとの相関グラフを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるロータマグネットの側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，１４  ロータマグネット
１ａ，１４ａ  溝部
３，４  内ヨーク
３ａ，４ａ，７ａ，８ａ  極歯
５，６  励磁コイル
７，８  外ヨーク
９，１０  ステータ
１３  内ヨーク接合部
Ｇ  ギャップ
Ｄ１，Ｄ２  溝部の深さ
Ｗ１，Ｗ２  溝部の底面の幅
Ｓ１，Ｓ２  溝部の側面である斜面の幅
Ｓ３，Ｓ４  溝部の側面である円弧面の幅
Ｃ  内ヨークの接合部の幅
【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】
2006271123.tif 000007
【図６】
2006271123.tif 000008
【図７】
2006271123.tif 000009
【図８】
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