(57)【要約】【課題】  マグネットロータの回転軸と軸受けとの間のクリアランスに起因する叩き音の発生を防止する。【解決手段】  ステップモータＭにおけるマグネットロータ３０ｃの回転軸３７をテーパ状とする。そして、回転軸３７の太さとマグネットロータ３０ｃの軸受け３０ｃａの内径との関係を、軸受け３０ｃａと回転軸３７とが接した状態において、マグネットロータ３０ｃが釣り合い位置よりも回転軸３７の先端側に位置するような関係とする。このような関係の場合、回転軸３７と軸受け３０ｃａとが接した状態が釣り合いの位置とずれていることから、そのずれ分の磁気吸引力がマグネットロータ３０ｃに作用し、マグネットロータ３０ｃを釣り合い一方向（回転軸３７の断面積が大きくなる方向）に付勢することになる。このため、軸受け３０ｃａが回転軸３７に押し付けられるように作用し、これらの間にクリアランスが発生することが防止される。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（３７）と、
前記回転軸の軸受け（３０ｃａ）が備えられていると共に、該軸受けの周方向に着磁が為された着磁面が備えられ、前記回転軸を軸として回転自在に構成されたマグネットロータ（３０ｃ）と、
前記マグネットロータにおける前記着磁面と対向するように配置された金属製のヨーク（３２）および前記回転軸の両側に設けられたコイル素子（Ｃａ、Ｃｂ）を有するステータ（３０ｂ）とを有してなり、前記コイル素子への通電を行うと前記マグネットロータが前記回転軸を中心軸として回動させられるように構成され、
前記回転軸は、該回転軸の先端から徐々に断面積が大きくなるテーパ状とされていることを特徴とするステップモータ。
【請求項２】
前記マグネットロータに備えられた前記軸受けも、前記回転軸と対応するテーパ状とされていることを特徴とする請求項１に記載のステップモータ。
【請求項３】
前記ヨークは、前記マグネットロータにおける前記着磁面と対向するように環状部を有して構成され、前記マグネットロータが該環状部を磁気吸引することで、この磁気吸引力による浮力と前記マグネットロータの自重とが前記環状部内において該環状部の中心線上の所望高さで釣り合い、この釣り合い位置で前記マグネットロータが保持されるようになっており、
前記回転軸と前記軸受けとが接した状態において、前記マグネットロータが前記環状部の前記中心線上における前記釣り合い位置よりも前記回転軸の先端側に位置しており、前記磁気吸引力にて前記マグネットロータが前記釣り合い位置方向に付勢されることで、前記軸受けが前記回転軸に押し付けられるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計器等の駆動源として用いられるステップモータ、例えば、車両用の計器における回動内機として用いられるステップモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、乗用車用計器においては、その指針の駆動源としてステップモータを用いたものがある。ステップモータは、ステータと、マグネットロータとにより構成され、例えば、このステップモータが２相式のものである場合、ステータは、マグネットロータと共に磁気回路を形成する環状のヨーク及び両コイル素子を有したものとされる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなステップモータでは、マグネットロータの回転軸と軸受けとの間に所定のクリアランスが発生する。このため、コイルでステータに備えられたコイル素子に通電が為され、それによって発生する磁気力によりマグネットロータが回転させられる際には、クリアランスによって回転軸と軸受けとがぶつかり合い、カタカタと叩き音を発生させながらマグネットロータが回転することになる。そこで、従来より、軸受け部内に潤滑油を充填することで、オイルダンパー効果を発生させ、叩き音の発生を防止するという工夫がなされている。
【特許文献１】特開２００２−２２５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、軸受け部内に充填される潤滑油は耐久的に補償されるものではなく、車両走行時等に発生する車両振動やマグネットロータの回転等により、徐々に排除されてしまう。このため、上述したオイルダンパー効果が得られなくなり、叩き音の発生を防止できなくなるという問題がある。
【０００５】
また、潤滑油が排除されてしまった場合、マグネットロータがコイル素子側にクリアランス分引き寄せられることになる。このため、コイル素子に通電が行われるたびに、マグネットロータがコイル素子側に引き寄せられ、それに伴って叩き音が発生することになる。特に、上記のようにステップモータが２相式のものとされる場合、特許文献１に示されるように、２つのコイル素子を互いの中心軸が直行するような位置関係として配置することができるが、各コイル素子で順番に磁気力を発生させることになるため、各コイル素子で順番にマグネットロータが引き寄せられることになり、その度に叩き音が発生するという問題も発生させる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、マグネットロータの回転軸と軸受けとの間のクリアランスに起因する叩き音の発生を防止できるステップモータを提供することを目的とする。
【０００７】
また、ステップモータが２相式のものとされる場合において、２つのコイル素子が互いの中心軸が直行するような位置関係として配置される場合に、各コイル素子で順番にマグネットロータが引き寄せられることで発生する叩き音を防止できるようにすることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ステップモータにおいて、マグネットロータ（３０ｃ）の軸受け（３０ｃａ）に嵌め込まれる回転軸（３７）を、該回転軸の先端から徐々に断面積が大きくなるテーパ状とすることを特徴としている。
【０００９】
このように、マグネットロータの回転軸をテーパ状とすれば、マグネットロータの自重などの作用により、軸受けが回転軸に押し付けられ、軸受けと回転軸との間にクリアランスが発生することが防止される。このため、それに起因する叩き音が発生することを防止することが可能となり、叩き音の発生を防止できるステップモータにできる。
【００１０】
この場合、請求項２に示されるように、マグネットロータに備えられた軸受けも、回転軸と対応するテーパ状とすると好ましい。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、ヨークは、マグネットロータにおける着磁面と対向するように環状部を有して構成され、マグネットロータが該環状部を磁気吸引することで、この磁気吸引力による浮力とマグネットロータの自重とが環状部内において該環状部の中心線上の所望高さで釣り合い、この釣り合い位置でマグネットロータが保持されるようになっており、回転軸と軸受けとが接した状態において、マグネットロータが環状部の中心線上における釣り合い位置よりも回転軸の先端側に位置しており、磁気吸引力にてマグネットロータが釣り合い位置方向に付勢されることで、軸受けが回転軸に押し付けられるようになっていることを特徴としている。
【００１２】
このように、環状部の中心線上において、回転軸と軸受けとが接した状態において、マグネットロータが釣り合い位置よりも回転軸の先端側に位置していれば、磁気吸引力にてマグネットロータが釣り合い位置方向に付勢される。これにより、請求項１に示した効果を得ることができる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る乗用車用計器の第１実施形態を示しており、この計器は、当該乗用車の車室内に設けたインストルメントパネルに配設されている。
【００１６】
当該計器は、図１にて示すごとく、目盛り盤１０と、この目盛り盤１０にその裏面側にて並行に位置する配線板２０と、回動内機３０とを備えている。回動内機３０は、内機本体３０ａと、この内機本体３０ａから配線板２０の貫通穴部２１及び目盛り盤１０の貫通穴部１１を通り回動可能に延出する指針軸３０ｂとにより構成されている。ここで、配線板２０は、図１にて示すごとく、内機本体３０ａの上端面にこれに沿うように支持されている。
【００１７】
内機本体３０ａは、図１及び図２にて示すごとく、断面コ字状のケーシング３１を備えており、このケーシング３１は、その開口部３１ａにて、配線板２０にその裏面側から複数のねじにより締着されている。
【００１８】
また、内機本体３０ａは、図２にて示すごとく、ケーシング３１内に組み付けたステップモータＭ及び減速歯車列Ｇを備えている。ステップモータＭは、ステータ３０ｂと、マグネットロータ３０ｃとにより構成されている。ステータ３０ｂは、環状ヨーク３２と、両コイル素子Ｃａ、Ｃｂとを備えており、環状ヨーク３２は、ケーシング３１内にその底壁（配線板２０の裏面に並行となっている）に沿い移動不能に収容固定されている。
【００１９】
図３に、図２における環状ヨーク３２のみを取り出した正面図を示す。図２および図３に示されるように、環状ヨーク３２は、略コ字状の各ヨーク部３２ａ乃至３２ｃからなるもので、両ヨーク部３２ｂ、３２ｃは、ヨーク部３２ａから二股状に延出するように一体に形成されている。
【００２０】
両ヨーク部３２ｂ、３２ｃの中間位置には、マグネットロータ３０ｃ側に突出するように形成された棒状部３２ｄ、３２ｅが形成され、これら各棒状部３２ｄ、３２ｅが挿入されるようにしてコイル素子Ｃａ、Ｃｂが配置されている。
【００２１】
そして、ヨーク部３２ａから５箇所突き出した突出部３２ｆ、上記各棒状部３２ｄ、３２ｅおよび両ヨーク部３２ｂ、３２ｃの連結位置に設けられた突出部３２ｇの計８つがマグネットロータ３０ｃから等距離で、かつ、マグネットロータ３０ｃの回動方向に等間隔に並んだ構成となる。これにより、環状部が構成されている。
【００２２】
このため、マグネットロータ３０ｃのみを環状ヨーク３２の中に配置したときに、マグネットロータ３０ｃの磁気吸引力によって突出部３２ｆ、３２ｇおよび棒状部３２ｄ、３２ｅを吸引することで、マグネットロータ３０ｃが環状ヨーク３２内で保持されるようになっている。図４（ａ）は、この様子を示した図である。この図に示されるように、マグネットロータ３０ｃの自重とマグネットロータ３０ｃの磁気吸引力によって発生する浮力とが上記環状部の中心線上の所望高さで釣り合い、この釣り合い位置でマグネットロータ３０ｃが保持されるようになっている。
【００２３】
両コイル素子Ｃａ、Ｃｂは、共に、直方体形状のもので、これら各コイル素子Ｃａ、Ｃｂは、それぞれ、図２に示されるように、各ヨーク部３２ｂ、３２ｃ内に移動不能に収容固定されている。
【００２４】
コイル素子Ｃａは、ボビン３３と、ソレノイド状コイル３４とにより構成されている。ボビン３３は、電気絶縁性樹脂により断面四角形状にて段付き筒状に形成されており、このボビン３３は、小径の巻装部の軸方向両端に大径の各保持部３３ａ、３３ｂをそれぞれ同軸的に形成して構成されている。
【００２５】
ここで、保持部３３ａは、ピン状ターミナル３３ｃを備えており、このターミナル３３ｃは、保持部３３ａの図２にて図示左端部ａから配線板２０の貫通穴部２２（図１参照）を通り延出している。一方、保持部３３ｂは、ピン状ターミナル３３ｄを備えており、このターミナル３３ｄは、保持部３３ｂの図２にて図示左端部ｂから配線板２０の貫通穴部２３（図１参照）を通り延出している。
【００２６】
コイル３４は、ボビン３３の巻装部に同軸的に巻装されており、このコイル３４は、各保持部３３ａ、３３ｂにより保持されている。また、コイル３４は、各
ターミナル３３ｃ、３３ｄ近傍にそれぞれ延出する各巻線状端子３４ａ、３４ｂを備えており、巻線状端子３４ａは、ターミナル３３ｃに巻き付けられ、一方、巻線状端子３４ｂは、ターミナル３３ｄに巻き付けられている。また、ターミナル３３ｃはその先端部にて巻線状端子３４ａと共に配線板２０の表面の対応配線部にはんだ付けされ、一方、ターミナル３３ｄはその先端部にて巻線状端子３４ｂと共に配線板２０の表面の対応配線部にはんだ付けされている。なお、上記はんだ付けに代えて、溶接等の電気的に接続可能な方法によりターミナル３３ｃ、３３ｄの巻線状端子３４ａ、３４ｂと共の上記各対応配線部との接続を行ってもよい。
【００２７】
コイル素子Ｃｂは、ボビン３５と、ソレノイド状コイル３６とにより構成されている。ボビン３５は、電気絶縁性樹脂により断面四角形状にて段付き筒状に形成されており、このボビン３５は、小径の巻装部の軸方向両端に大径の各保持部３５ａ、３５ｂをそれぞれ同軸的に形成して構成されている。
【００２８】
ここで、保持部３５ａは、ピン状ターミナル３５ｃを備えており、このターミナル３５ｃは、保持部３５ａの図２にて図示下端部ｃから配線板２０の貫通穴部（図示しない）を通り延出している。一方、保持部３５ｂは、ピン状ターミナル３５ｄを備えており、このターミナル３５ｄは、保持部３５ｂの図２にて図示下端部ｄから配線板２０の貫通穴部（図示しない）を通り延出している。
【００２９】
コイル３６は、ボビン３５の巻装部に同軸的に巻装されており、このコイル３６は、各保持部３５ａ、３５ｂにより保持されている。また、コイル３６は、各ターミナル３５ｃ、３５ｄ近傍にそれぞれ延出する各巻線状端子３６ａ、３６ｂを備えており、巻線状端子３６ａは、ターミナル３５ｃに巻き付けられ、一方、巻線状端子３６ｂは、ターミナル３５ｄに巻き付けられている。また、ターミナル３５ｃはその先端部にて巻線状端子３６ａと共に配線板２０の表面の対応配線部にはんだ付けされ、一方、ターミナル３５ｄはその先端部にて巻線状端子３６ｂと共に配線板２０の表面の対応配線部にはんだ付けされている。なお、上記はんだ付けに代えて、溶接等の電気的に接続可能な方法によりターミナル３５ｃ、３５ｄの巻線状端子３６ａ、３６ｂと共の上記各対応配線部との接続を行ってもよい。
【００３０】
また、両コイル素子Ｃａ、Ｃｂは、図２にて示すごとく、後述するマグネットロータ３０ｃの回転軸３７と指針軸３０ｂとの間を径方向に結ぶ線に対し、対称的に位置しており、両コイル素子Ｃａ、Ｃｂの各軸は、マグネットロータ３０ｂの回転軸３７を基準として互いにほぼ直交する位置にある。また、コイル素子Ｃａは、その保持部３３ｂにて、マグネットロータ３０ｂの外周面に対向し、一方、コイル素子Ｃｂは、その保持部３５ｂにて、マグネットロータ３０ｂの外周面に対向している。
【００３１】
マグネットロータ３０ｃは、中心に軸受け３０ｃａを備えて構成され、軸受け３０ｃａに回転軸３７が嵌入されることで、回転軸３７に支持されている。これにより、マグネットロータ３０ｃは、回転軸３７を軸として回転自在となっている。これら軸受け３０ｃａと回転軸３７との間には、図示しないが例えば潤滑油が充填される。
【００３２】
また、マグネットロータ３０ｃの外周面は、軸受け３０ｃａの周方向においてＮ極とＳ極とが交互に着磁された着磁面を為しており、この着磁面が環状ヨーク３２における突出部３２ｆ、３２ｇおよび棒状部３２ｄ、３２ｅそれぞれと対向するように配置されている。これにより、マグネットロータ３０ｃは、その着磁面にて、ヨーク部３２ａの各磁極及び両コイル素子Ｃａ、Ｃｂに対向して、各コイル３４、３６及びヨーク３２と共に磁気回路を形成し、両コイル３４、３６への配線板２０を介する給電のもとに回転する。
【００３３】
回転軸３７は、ケーシング３１の底壁と配線板２０との間に回動可能に支持されている。この回転軸３７の中心軸を通る線（図２のＡ−Ｏ−Ｂ線）での断面図を図４（ｂ）に示す。この図に示されるように、回転軸３７は、先端から徐々に断面積が大きくなるテーパ状とされており、この回転軸３７の形状に合せてマグネットロータ３０ｃの軸受け３０ｃａもテーパ状とされている。回転軸３７の太さとマグネットロータ３０ｃの軸受け３０ｃａの内径との関係は、マグネットロータ３０ｃのみを環状ロータ３２の環状部に配置したときにマグネットロータ３０ｃが保持される釣り合い位置との関係から決められており、軸受け３０ｃａと回転軸３７とが接した状態において、マグネットロータ３０ｃが中心線上における釣り合い位置よりも回転軸３７の先端側に位置するような関係とされている。
【００３４】
また、回転軸３７には、マグネットロータ３０ｃと同軸的に、減速歯車列Ｇの入力段側歯車３８ａが支持されている。
【００３５】
減速歯車列Ｇは、図２にて示すごとく、上記入力段側歯車３８ａの他、２枚の中間側歯車３８ｂ、３８ｃ及び出力段側歯車３８ｄを備えている。中間側歯車３８ｂ、３８ｃは、回転軸３７と指針軸３０ｂとの間に位置しており、これら歯車３８ｂ、３８ｃは、回転軸３９に同軸的に支持されている。ここで、歯車３８ｂは、歯車３８ａと噛合している。出力段側歯車３８ｄは、指針軸３０ｂに同軸的に支持されており、この歯車３８ｄは、歯車３８ｃと噛合している。
【００３６】
これにより、減速歯車列Ｇは、マグネットロータ３０ｃの回転を歯車３８ａから歯車３８ｄに減速して伝達する。なお、回転軸３９は、ケーシング３１の底壁と配線板２０との間に回動可能に支持されている。また、各歯車３８ａ乃至３８ｄは、その噛合音を発生しないか或いは少なくとも発生しにくいもの（例えば、柔らかい合成樹脂）により形成されている。
【００３７】
当該計器は、図１にて示すごとく、発光指針４０及び複数の光源５０を備えており、発光指針４０は、その回動基部４１にて、指針軸３０ｂの先端部に支持されて、目盛り盤１０の表面に沿い回動するようになっている。各光源５０は、発光ダイオードからなるもので、これら各光源５０は、指針軸３０ｂの軸周り近傍にて、目盛り盤１０の貫通穴部１１を通して発光指針４０の回動基部４１を臨むように、互いに間隔をおいて、配線板２０の表面に配設されている。これら各光源５０は、その各巻線状端子にて、配線板２０の表面の対応配線部にはんだ付けにより電気的に接続されている。
【００３８】
これにより、各光源５０は、配線板２０を介し給電されて、発光し、目盛り盤１０の貫通穴部１１を通して発光指針４０の回動基部４１内に光を入射する。なお、各光源５０は、発光ダイオードに限ることなく、例えば、ランプでもよい。
【００３９】
以上のような構成のステップモータＭが備えられた計器となっている。次に、このような構成のステップモータＭにより得られる効果について説明する。
【００４０】
上述したように、ステップモータＭにおける回転軸３７をテーパ状としている。そして、回転軸３７の太さとマグネットロータ３０ｃの軸受け３０ｃａの内径との関係は、軸受け３０ｃａと回転軸３７とが接した状態において、マグネットロータ３０ｃが中心線上における釣り合い位置よりも回転軸３７の先端側に位置するような関係とされている。
【００４１】
これは、具体的には、以下のような関係となっていることを示している。例えば、図４（ａ）において、マグネットロータ３０ｃにおける所定高さの位置Ａ（例えばマグネットロータ３０ｃの中心点や重心）を通る線を一点鎖線で示すと、これが釣り合い位置の高さとなる。また、図４（ｂ）において、同様に、マグネットロータ３０ｃにおける所定高さの位置Ｂを通る線を二点鎖線で示すと、これが軸受け３０ｃａと回転軸３７とが接した状態の高さとなる。これらを比較するために、図４（ｂ）中にも図４（ａ）中に示した釣り合い位置の高さの一点鎖線を引くと、一点鎖線の方が二点鎖線よりも低い位置となっている。このような関係となるように、回転軸３７の太さとマグネットロータ３０ｃの軸受け３０ｃａの内径とが決められている。
【００４２】
このような関係とされている場合、回転軸３７と軸受け３０ｃａとが接した状態が釣り合いの位置とずれていることから、そのずれ分の磁気吸引力がマグネットロータ３０ｃに作用し、マグネットロータ３０ｃを釣り合い一方向（回転軸３７の断面積が大きくなる方向）に付勢することになる。このため、軸受け３０ｃａが回転軸３７に押し付けられるように作用し、これらの間にクリアランスが発生することが防止される。
【００４３】
このように、マグネットロータ３０ｃにおける軸受け３０ｃａと回転軸３７との間のクリアランスが発生することが防止されるため、それに起因する叩き音が発生することを防止することが可能となる。これにより、叩き音の発生を防止できるステップモータにできる。
【００４４】
そして、本実施形態のように、ステップモータＭが２相式のものとされる場合においては、上述したように、各コイル素子Ｃａ、Ｃｂにマグネットロータ３０ｃが引き寄せられることになり、叩き音が発生する可能性があるが、マグネットロータ３０ｃにおける軸受け３０ｃａと回転軸３７との間のクリアランスが発生することが防止されることで、これを起因とする叩き音も防止できる。
【００４５】
（他の実施形態）
上記実施形態では、回転軸３７に対応して軸受け３０ｃａもテーパ状としたが、必ずしも軸受け３０ｃａまでテーパ状とする必要はない。
【００４６】
また、上記実施形態では、上記実施形態では、回転軸３７の太さと軸受け３０ｃａとの内径との関係が、回転軸３７に軸受け部３０ｃａが接した状態において、マグネットロータ３０ｃが釣り合い位置よりも先端側に位置するようにしているが、ステップモータＭの回転軸３７が天地方向を向けられない場合等、マグネットロータ３０ｃの自重との関係が変わる場合もある。このような場合には、マグネットロータ３０ｃの自重によって軸受け３０ｃａが回動軸３７に押し付けられることになることも有り得る。また、マグネットロータ３０ｃの磁気吸引力の大きさによっては、マグネットロータ３０ｃの自重によって軸受け３０ｃａが回動軸３７に押し付けられることになることも有り得る。これらの場合にも、少なくとも回転軸３７がテーパ状となっていれば、上記実施形態で示した効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態におけるステップモータを備えた車両用計器の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す車両用計器におけるステップモータを、上側ケーシング部材を除去した状態で示す平面図である。
【図３】図２に示すステップモータの環状ヨークのみを取り出した図である。
【図４】（ａ）は、環状ヨークに対してマグネットロータを配置したときの釣り合い位置を示した図であり、（ｂ）は、回転軸に対してマグネットロータを配置したときの状態を示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｃａ、Ｃｂ…コイル素子、Ｍ…ステップモータ、３０ｂ…ステータ、３０ｃ…マグネットロータ、３０ｃａ…軸受け、３２…環状ヨーク、３２ａ〜３２ｃ…ヨーク部、３２ｄ、３２ｅ…棒状部、３２ｆ、３２ｇ…突出部、３７…回転軸。
【図１】
2006246592.tif 000003
【図２】
2006246592.tif 000004
【図３】
2006246592.tif 000005
【図４】
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