(57)【要約】    【課題】  部品点数が少なく、回転軸に対する精度の高い位置規制を可能とし、安定した回転性能を可能とし、磁束の有効利用により高効率な駆動装置を提供する。    【解決手段】  第１の軸受７のスラスト受部７ｄからマグネット端面までの軸方向距離を、第１のステータ２の端面からマグネット端面までの軸方向距離より大きく設定し、第２の軸受８のスラスト受部８ｄからマグネット端面までの軸方向距離を、第２のステータ３の端面からマグネット端面までの軸方向距離より大きく設定する。また、回転軸６の細軸部６ｅと第１の軸受７の内径の間に空隙を設け、回転軸６の細軸部６ｆと第２の軸受８の内径の間に空隙を設ける。また、第１及び第２の軸受７、８における第１及び第２のステータ２、３と各々当接する当接部分の肉厚を、第１及び第２の軸受７、８における各当接部分からスラスト受部７ｄ、８ｄに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定する。【選択図】      図２
2006280105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路の一部を形成する回転軸と、
前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する軸受と、
前記回転軸の外周部に固定され、着磁されたマグネットと、
前記マグネットと同心に配設され、前記マグネットに磁束を作用させるコイルと、
前記マグネットの外周側で且つ前記コイルの外周側に配設され、前記コイルにより励磁されるステータとを備え、
前記軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットの端面までの軸方向距離を、前記ステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットの端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
磁気回路の一部を形成する回転軸と、
前記回転軸の軸方向両側に各々配設され、前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する第１及び第２の軸受と、
前記回転軸の外周部に固定され、周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、
前記マグネットと同心で且つ前記マグネットの軸方向両側に各々配設され、前記マグネットに磁束を作用させる第１及び第２のコイルと、
前記マグネットの外周側で且つ前記第１及び第２のコイルの外周側に各々対応して配設され、前記第１及び第２のコイルにより各々励磁される第１及び第２のステータとを備え、
前記第１の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第１のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第１のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第１のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定し、
前記第２の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第２のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第２のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第２のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
前記第１のステータは、前記マグネットの一方の端面から外周面に対向する第１の外側磁極部を備え、前記第２のステータは、前記マグネットの他方の端面から外周面に対向する第２の外側磁極部を備え、
前記回転軸は、前記第１及び第２の外側磁極部に各々対向する第１及び第２の内側磁極部を備え、
前記第１の外側磁極部と前記第１の軸受と前記回転軸により、前記マグネットを貫通する閉磁路を形成すると共に、前記第２の外側磁極部と前記第２の軸受と前記回転軸により、前記マグネットを貫通する閉磁路を形成し、
前記第１の軸受における、前記第１のコイルの端面の外側で且つ前記マグネットと反対側にスラスト方向受部を形成し、前記第２の軸受における、前記第２のコイルの端面の外側で且つ前記マグネットと反対側にスラスト方向受部を形成したことを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記回転軸は、前記第１の軸受と嵌合する第１のラジアル方向受部と、前記第１の軸受の前記位置規制面に対向する第１のスラスト方向受部と、前記第２の軸受と嵌合する第２のラジアル方向受部と、前記第２の軸受の前記位置規制面に対向する第２の方向スラスト受部とを備え、
前記回転軸における前記第１のラジアル方向受部と前記第１のスラスト方向受部の間の軸部分と前記第１の軸受の内径との間に、径方向の空隙を設けると共に、前記回転軸における前記第２のラジアル方向受部と前記第２のスラスト方向受部の間の軸部分と前記第２の軸受の内径との間に、径方向の空隙を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の駆動装置。
【請求項５】
前記第１の軸受における前記第１のステータと当接する当接部分の肉厚を、前記第１の軸受における前記当接部分から前記スラスト方向受部に至る間の部分の肉厚よりも大きく設定すると共に、前記第２の軸受における前記第２のステータと当接する当接部分の肉厚を、前記第２の軸受における前記当接部分から前記スラスト方向受部に至る間の部分の肉厚よりも大きく設定したことを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定した回転性能等を実現する場合に好適な駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸を中心とする直径を小さくし且つ出力を高めたステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の従来のステッピングモータについて図４に基づき説明する。
【０００３】
図４は、従来例（特許文献１）に係るステッピングモータの軸方向の内部構造を示す断面図である。
【０００４】
図４において、ステッピングモータは、ロータ２０１、第１のコイル２０２、第２のコイル２０３、第１のステータ２０４、第２のステータ２０５、回転軸（出力軸）２０６、連結リング２０７を備えている。
【０００５】
ロータ２０１は、円周方向に４分割して異なる極に交互に着磁された永久磁石（マグネット）から構成されている。第１のコイル２０２及び第２のコイル２０３は、ロータ２０１の軸方向に隣り合って配置されている。第１のステータ２０４は、軟磁性材料から構成され、第１のコイル２０２により励磁される。第２のステータ２０５は、軟磁性材料から構成され、第２のコイル２０３により励磁される。
【０００６】
第１のステータ２０４は、ロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第１の外側磁極２０４Ａ、２０４Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第１の内側磁極２０４Ｃ、２０４Ｄとを備えている。第２のステータ２０５は、ロータ２０１の外周面に隙間をあけて対向する第２の外側磁極２０５Ａ、２０５Ｂと、ロータ２０１の内周面に隙間をあけて対向する第２の内側磁極２０５Ｃ、２０５Ｄとを備えている。
【０００７】
回転軸２０６は、その外径部にロータ２０１が固着されており、第１のステータ２０４の軸受部２０４Ｅと第２のステータ２０５の軸受部２０５Ｅに回転可能に保持されている。連結リング２０７は、非磁性材料から構成されており、第１のステータ２０４と第２のステータ２０５とを所定の間隔で所定の位相関係で保持するものである。
【０００８】
上記構成において、第１のコイル２０２及び第２のコイル２０３への通電方向を切り換えることで、第１のステータ２０４の第１の外側磁極２０４Ａ、２０４Ｂ、第１の内側磁極２０４Ｃ、２０４Ｄ、第２のステータ２０５の第２の外側磁極２０５Ａ、２０５Ｂ、第２の内側磁極２０５Ｃ、２０５Ｄの極性を切り換える。これにより、ロータ２０１を回転させていく。
【０００９】
このステッピングモータは、第１のコイル２０２及び第２のコイル２０３に通電することで発生した磁束が、外側磁極からこれに対向する内側磁極へ、或いは、内側磁極からこれに対向する外側磁極へと流れ、外側磁極と内側磁極の間に位置するロータ２０１を構成するマグネットに効率的に作用する。また、外側磁極と内側磁極との距離を円筒形状のマグネットの厚さ程度とすることができるため、外側磁極と内側磁極とで構成される磁気回路の抵抗を小さくすることができる。磁気回路の抵抗が小さいほど、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、出力が向上する。
【００１０】
また、上記特許文献１記載のステッピングモータを更に改良し、磁束の有効利用を図ったステッピングモータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
特許文献２記載のステッピングモータは、内側磁極を円筒形状で構成し、その内側磁極の内径部に挿入されている回転軸を軟磁性材料で構成し、更にはステータに取り付けられ該回転軸を回転可能に保持する軸受を非磁性材料で構成したものである。この提案によれば、回転軸も磁気回路として利用できるため、ステッピングモータの出力が上がる。その際のステータと回転軸の磁気による吸着は、軸受を非磁性材料で構成することで防止している。
【００１２】
更に、他の従来例に係るステッピングモータとして、回転軸の軸方向の規制を非磁性材料からなるボビンにて行うものが提案されている。他の従来例に係るステッピングモータについて図５に基づき説明する。
【００１３】
図５は、他の従来例に係るステッピングモータの軸方向の内部構造を示す断面図である。
【００１４】
図５において、ステッピングモータは、ロータ１０１、第１のステータ１０２、第２のステータ１０３、第１のコイル１０４、第２のコイル１０５、回転軸１０６、第１の軸受１０７、第２の軸受１０８、第１のボビン１０９、第２のボビン１１０、連結リング１１１を備えている。
【００１５】
第１のボビン１０９における第１のコイル１０４が巻回される円筒部の内周側には、その一部が回転軸側に突出した受部１０９ａが形成されている。同様に、第２のボビン１１０における第２のコイル１０５が巻回される円筒部の内周側には、その一部が回転軸側に突出した受部１１０ａが形成されている。尚、図示のｔは受部１０９ａ及び受部１１０ａの回転軸方向の寸法を示す。第１及び第２のボビン１０９、１１０からそれぞれ受部１０９ａ、１１０ａを回転軸側へ突出させることにより、回転軸１０６の軸方向の規制を行う構造となっている。
【特許文献１】特開平９−３３１６６６号公報
【特許文献２】特開平１０−２２９６７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記特許文献２記載のステッピングモータは、回転軸（出力軸）も磁気回路として利用できるものの、回転軸との吸着を避けるために第１及び第２のステータの軸受を非磁性体にて構成している。従って、第１及び第２のステータと回転軸が磁気的に直接接続されたものではないので、磁気抵抗が大きく磁気効率のよいものではない。
【００１７】
また、第１のコイルへの通電により発生する磁束が、軟磁性材料の回転軸を介して第２のコイル及び第２の外側磁極、第２の内側磁極に影響を及ぼす。同様に、第２のコイルへの通電による発生する磁束が、軟磁性材料の回転軸を介して第１のコイル及び第１の外側磁極、第１の内側磁極に影響を及ぼす。その結果、回転軸の回転を不安定なものにしてしまうという問題がある。
【００１８】
また、上記特許文献１或いは上記特許文献２記載のステッピングモータは、両者共にロータを構成するマグネットの内径とそれに対向する内側磁極との間には、所定の間隔を設けることが必要である。しかし、製造時にマグネット及び内側磁極間が所定の間隔となるように管理することは手間がかかると共にコストの上昇を招くという問題がある。
【００１９】
また、上記特許文献１記載のステッピングモータは、回転軸と軸受が共に軟磁性材料で形成されているため、駆動中に回転軸及び軸受間で磁気吸着力が発生するが、その吸着力は軸受のラジアル方向受面（以下ラジアル受面）とスラスト方向受面（以下スラスト受面）において発生している。通常、軸と軸受のラジアル受面は非常に隙間の小さい高精度に仕上げられているため、励磁のタイミングによって吸着力が発生しても、その方向、即ち径方向で軸が移動することは少なく、また、摺動半径も小さいのでトルク損失も少ない。結果として、ステッピングモータの回転においてラジアル方向の吸着力は問題とならない。
【００２０】
一方、軸のスラスト方向は、軸と軸受の間に遊びを設けないと安定した回転が行えないために、通常、所定量の遊びがある。つまり、ラジアル方向と異なり、スラスト方向は回転に必要なこの遊び分だけ、軸が回転中に移動可能であり、軸の移動後に吸着を発生させるので、励磁のタイミングにより軸ががたつく場合があった。これは、回転性能に影響を与え、特にステッピングモータにおいては脱調が発生したりする。また、ステッピングモータの低速回転時においては、ロータのステップ精度に悪影響を及ぼし、回転を不安定にさせる要因となる。
【００２１】
また、回転軸の軸方向の規制部材としてワッシャなどの別部品を追加すると、部品点数が増加し、組立工数も増加することからコストの上昇につながる。この場合、樹脂製の材料のワッシャなどでは、その摺動部分の耐磨耗性や軸方向位置などの寸法安定性なども問題となることがある。
【００２２】
また、上記他の従来例（図５）のステッピングモータのように、回転軸の軸方向の規制を非磁性材料からなるボビンにて行うと、上記樹脂製ワッシャと同様の懸念事項に加えて、ボビン特有の材料選択基準としてコイル発熱対策として耐熱性を考慮した材料が必要な場合がある。そのため、耐熱性と耐磨耗性を両立した材料を選択しなければならないという限定が加わる場合があり、コスト上昇の原因となる場合がある。
【００２３】
本発明の目的は、部品点数が少なく、回転軸に対する精度の高い位置規制を可能とし、安定した回転性能を可能とし、磁束の有効利用により高効率な駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、磁気回路の一部を形成する回転軸と、前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する軸受と、前記回転軸の外周部に固定され、着磁されたマグネットと、前記マグネットと同心に配設され、前記マグネットに磁束を作用させるコイルと、前記マグネットの外周側で且つ前記コイルの外周側に配設され、前記コイルにより励磁されるステータとを備え、前記軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットの端面までの軸方向距離を、前記ステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットの端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする。
【００２５】
上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、磁気回路の一部を形成する回転軸と、前記回転軸の軸方向両側に各々配設され、前記回転軸を回転可能に保持すると共に磁気回路の一部を形成する第１及び第２の軸受と、前記回転軸の外周部に固定され、周方向に分割して異なる極に交互に着磁されたマグネットと、前記マグネットと同心で且つ前記マグネットの軸方向両側に各々配設され、前記マグネットに磁束を作用させる第１及び第２のコイルと、前記マグネットの外周側で且つ前記第１及び第２のコイルの外周側に各々対応して配設され、前記第１及び第２のコイルにより各々励磁される第１及び第２のステータとを備え、前記第１の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第１のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第１のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第１のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定し、前記第２の軸受における前記回転軸の軸方向の位置規制面から前記マグネットにおける前記第２のコイル側の端面までの軸方向距離を、前記第２のステータにおける軸方向外側の端面から前記マグネットにおける前記第２のコイル側の端面までの軸方向距離よりも大きく設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１及び第２の軸受における回転軸の位置規制面からマグネット端面までの軸方向距離を、第１及び第２のステータ端面からマグネット端面までの軸方向距離よりも大きく設定している。即ち、第１及び第２の軸受における回転軸のスラスト方向受部を、第１及び第２の軸受と回転軸の当接部分からマグネットに対し遠ざけた位置に配設し、第１及び第２の軸受における回転軸のラジアル方向受部を、第１及び第２の軸受と回転軸の当接部分からマグネット側に近づけて配設する。
【００２７】
磁気抵抗が相対的に大きく磁束の少ない部分で、回転軸のスラスト方向受部を設けることで、回転軸と第１及び第２の軸受との吸着の影響を小さくする。また、磁気抵抗の相対的に小さい部分で、回転軸のラジアル方向受部を設けることで、より多くの磁束を通過させる。これにより、軸方向の規制部材としてワッシャ等の部品の追加が不要となるため部品点数が少なく、且つ回転軸に対する精度の高い位置規制が可能で、且つ安定した回転性能を得ることが可能で、且つ磁束の有効利用により高効率な駆動装置を提供することができる。
【００２８】
また、回転軸のラジアル方向受部とスラスト方向受部の間の軸部分と第１及び第２の軸受の内径との間に、径方向の空隙を設けている。これにより、第１及び第２のステータから流れる磁束の通過させる断面積を小さくし、磁気抵抗を大きくし、スラスト方向受部に流れる磁束を減少させ、スラスト方向受部における回転軸と第１及び第２の軸受の吸着を低減することができる。
【００２９】
また、第１及び第２の軸受における第１及び第２のステータと当接する当接部分の肉厚を、第１及び第２の軸受における当接部分からスラスト方向受部に至る間の部分の肉厚よりも大きく設定している。これにより、スラスト方向受部に至る磁気回路の磁気抵抗を相対的に大きくし、スラスト方向受部に流れる磁束を減少させ、スラスト方向受部における回転軸と第１及び第２の軸受の吸着を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態の軸方向の内部構造を示す断面図である。
【００３２】
図１及び図２において、ステッピングモータは、マグネット１、第１のステータ２、第２のステータ３、第１のコイル４、第２のコイル５、回転軸６、第１の軸受７、第２の軸受８、第１のボビン９、第２のボビン１０、連結リング１１を備えている。
【００３３】
マグネット１は、円筒形状に形成されており、その外周面を円周方向にＮ分割（本実施の形態ではＮ＝４）してＳ極及びＮ極が交互に着磁された着磁部（図３参照）を有する。
【００３４】
第１のステータ２は、軟磁性材料から形成されており、外筒部及び中央に穴部２ｄが形成されたドーナツ状の底板部２ｃから構成されている。第１のステータ２の外筒部の先端側には、軸方向に延出する歯形状の第１の外側磁極部２ａ、２ｂが形成されている。第１の外側磁極部２ａ、２ｂは、円周方向に７２０／Ｎ度（本実施の形態では１８０度）間隔で所定の歯幅で形成されている。
【００３５】
第２のステータ３は、軟磁性材料から形成されており、外筒部及び中央に穴部３ｄが形成されたドーナツ状の底板部３ｃから構成されている。第２のステータ３の外筒部の先端側には、軸方向に延出する歯形状の第２の外側磁極部３ａ、３ｂが形成されている。第２の外側磁極部３ａ、３ｂは、円周方向に７２０／Ｎ度（本実施の形態では１８０度）間隔で所定の歯幅で形成されている。
【００３６】
第１のコイル４は、円筒形状に形成されており、後述の第１のボビン９に巻き付けられている。第１のコイル４は、その外径がマグネット１の外径と略同じ寸法に構成されている。
【００３７】
第２のコイル５は、円筒形状に形成されており、後述の第２のボビン１０に巻き付けられている。第２のコイル５は、その外径がマグネット１の外径と略同じ寸法に構成されている。
【００３８】
回転軸６は、軟磁性材料から形成されており、第１のコイル４及び第２のコイル５の内径部に挿入されると共に、マグネット１の内径部に接着固定されている。回転軸６は、第１の内側磁極部６ａ、第２の内側磁極部６ｂ、第１の軸受７と嵌合するラジアル受部６ｃ、第２の軸受８と嵌合するラジアル受部６ｄ、細軸部６ｅ、細軸部６ｆ、第１の軸受７の軸方向端面に対向するスラスト受部６ｇ、第２の軸受８の軸方向端面に対向するスラスト受部６ｈを備えている。
【００３９】
回転軸６には、マグネット１に対向している第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂと対向した軸方向の範囲で、マグネット１を挟む位置に外径寸法Ｄ１を有する第１の内側磁極部６ａが形成されている。回転軸６のラジアル受部６ｃは、第１のコイル４の内径部に挿入されている。回転軸６の第１の内側磁極部６ａは、第１のコイル４により第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂとは反対の極に励磁される。回転軸６の第１の内側磁極部６ａにおける該回転軸と直交する方向の断面形状は、図３に示すように円形形状である。
【００４０】
同様に、回転軸６には、マグネット１に対向している第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂと対向した軸方向の範囲で、マグネット１を挟む位置に外径寸法Ｄ１を有する第２の内側磁極部６ｂが形成されている。回転軸６のラジアル受部６ｄは、第２のコイル５の内径部に挿入されている。回転軸６の第２の内側磁極部６ｂは、第２のコイル５により第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂとは反対の極に励磁される。回転軸６の第２の内側磁極部６ｂにおける該回転軸と直交する方向の断面形状は、図３に示すように円形形状である。
【００４１】
また、回転軸６は、マグネット１を第１の内側磁極部６ａ或いは第２の内側磁極部６ｂにおいて固着している。また、回転軸６は、ラジアル受部６ｃが後述の第１の軸受７と嵌合し、ラジアル受部６ｄが後述の第２の軸受８と嵌合することにより、第１の軸受７及び第２の軸受８に回転可能に保持されている。尚、本実施の形態のステッピングモータは、回転軸６にピニオンギア等を取り付け、該ピニオンギア等を介して回転軸６の回転駆動力を出力するように構成されている。
【００４２】
ここで、上記第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂと、第１の軸受７と、回転軸６は、マグネット１を貫通する閉磁路を形成している。また、上記第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂと、第２の軸受８と、回転軸６は、マグネット１を貫通する閉磁路を形成している。
【００４３】
第１の軸受７は、軟磁性材料から形成されており、当接部７ｂが第１のステータ２の穴部２ｄに嵌合することで第１のステータ２に固定されている。これにより、第１の軸受７と第１のステータ２が磁気的に接続されている。尚、当接部７ｂにおける第１の軸受７の肉厚をｔ１とする。また、第１の軸受７には、当接部７ｂから軸方向においてマグネット１側にラジアル受部７ａが配設され、該ラジアル受部７ａとは軸方向反対側にスラスト受部７ｄが配設されている。
【００４４】
また、第１の軸受７のラジアル受部７ａにおいて回転軸６のラジアル受部６ｃと嵌合することにより、回転軸６を回転可能に保持している。また、該嵌合部分において第１の軸受７と回転軸６が磁気的に接続されている。また、第１の軸受７のスラスト受部７ｄは、回転軸６のスラスト受部６ｇに対してわずかな隙間を有し、回転軸６に所定の軸方向の遊びを有しながら当接することで、回転軸６の軸方向の位置規制を行う。
【００４５】
また、第１の軸受７と第１のステータ２との当接部分からスラスト受部６ｇに至る間の回転軸６の細軸部６ｅの外径は、ラジアル受部６ｃの外径より細く形成されている。これにより、第１の軸受７の先端部７ｃの内周面と回転軸６の細軸部６ｅの外周面との間には、径方向の間隙（空隙）Ｃが形成される。また、第１の軸受７における当接部７ｂからスラスト受部７ｄに至る間の肉厚をｔ２とすると、ｔ１とｔ２とは、ｔ１＞ｔ２の関係に設定されている。
【００４６】
上記の構造により、第１の軸受７を介して第１のステータ２と回転軸６とが磁気的に接続される。更に、第１のコイル４により発生する磁束は、大部分が磁気抵抗の少ないルート、即ち、第１のステータ２の穴部２ｄから、第１の軸受７の当接部７ｂ→ラジアル受部７ａを通過し、回転軸６のラジアル受部６ｃへ流れやすくなっている。また、第１のステータ２の穴部２ｄから、第１の軸受７の当接部７ｂ→先端部７ｃ→スラスト受部７ｄと至るルートは、第１の軸受７の肉厚ｔ２よりも薄く、回転軸６の細軸部６ｅも細い。そのため、磁気抵抗が大きく、結果として流れる磁束は少なく、第１の軸受７のスラスト受部７ｄと回転軸６のスラスト受部６ｇとの吸着力は小さい。
【００４７】
第２の軸受８は、軟磁性材料から形成されており、当接部８ｂが第２のステータ３の穴部３ｄに嵌合することで第２のステータ３に固定されている。これにより、第２の軸受８と第２のステータ３が磁気的に接続されている。尚、当接部８ｂにおける第２の軸受８の肉厚をｔ１とする。また、第２の軸受８には、当接部８ｂから軸方向においてマグネット１側にラジアル受部８ａが配設され、該ラジアル受部８ａとは軸方向反対側にスラスト受部８ｄが配設されている。
【００４８】
また、第２の軸受８のラジアル受部８ａにおいて回転軸６のラジアル受部６ｄと嵌合することにより、回転軸６を回転可能に保持している。また、該嵌合部分において第２の軸受８と回転軸６が磁気的に接続されている。また、第２の軸受８のスラスト受部８ｄは、回転軸６のスラスト受部６ｈに対してわずかな隙間を有し、回転軸６に所定の軸方向の遊びを有しながら当接することで、回転軸６の軸方向の位置規制を行う。
【００４９】
また、第２の軸受８と第２のステータ３との当接部分からスラスト受部６ｈに至る間の回転軸６の細軸部６ｆの外径は、ラジアル受部６ｄの外径より細く形成されている。これにより、第２の軸受８の先端部８ｃの内周面と回転軸６の細軸部６ｆの外周面との間には、径方向の間隙（空隙）Ｃが形成される。また、第２の軸受８における当接部８ｂからスラスト受部８ｄに至る間の肉厚をｔ２とすると、ｔ１とｔ２とは、ｔ１＞ｔ２の関係に設定されている。
【００５０】
上記の構造により、第２の軸受８を介して第２のステータ３と回転軸６とが磁気的に接続される。更に、第２のコイル５により発生する磁束は、大部分が磁気抵抗の少ないルート、即ち、第２のステータ３の穴部３ｄから、第２の軸受８の当接部８ｂ→ラジアル受部８ａを通過し、回転軸６のラジアル受部６ｄへ流れやすくなっている。また、第２のステータ３の穴部３ｄから、第２の軸受８の当接部８ｂ→先端部８ｃ→スラスト受部８ｄと至るルートは、第２の軸受８の肉厚ｔ２よりも薄く、回転軸６の細軸部６ｆも細い。そのため、磁気抵抗が大きく、結果として流れる磁束は少なく、第２の軸受８のスラスト受部８ｄと回転軸６のスラスト受部６ｈとの吸着力は小さい。
【００５１】
第１のボビン９は、非磁性材料から形成されており、第１のコイル４が巻回されている。第１のボビン９の円筒部９ａの外周に第１のコイル４を巻回し、ボビン端子９ｃにコイル端子をからげている。
【００５２】
第２のボビン１０は、非磁性材料から形成されており、第２のコイル５が巻回されている。第２のボビン１０の円筒部１０ａの外周に第２のコイル５を巻回し、ボビン端子１０ｃにコイル端子をからげている。
【００５３】
連結リング１１は、円筒形状に形成されており、第１のステータ２と第２のステータ３を固定している。これにより、第１のステータ２と第２のステータ３を所望の位置及び所望の位相で配置することができる。
【００５４】
第１のステータ２と第２のステータ３は、同一形状に形成されており、連結リング１１を介して、第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂと、第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂとが向かい合うように配置される。その際、図３に示すように、マグネット１の着磁位相と第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂとの関係は、マグネット１の着磁位相と第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂとの関係に対して略１８０／ｎ（本実施の形態では４５）度ずれて配置される。
【００５５】
また、連結リング１１は、非磁性材料から形成されており、第１のステータ２と第２のステータ３との間の磁気回路を分断することで、第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂと、第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂとの間に影響を出にくくした構成となっている。
【００５６】
第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂは、マグネット１の外周面に所定の隙間をもって対向しており、第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂは、マグネット１の外周面に所定の隙間を持って対向している。また、マグネット１の内径部に固定されている回転軸６には、上述したように、第１の内側磁極部６ａ、第２の内側磁極部６ｂが形成されている。
【００５７】
第１のコイル４により発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第１のステータ２の第１の外側磁極部２ａ、２ｂと、マグネット１の内周面に固定された回転軸６の第１の内側磁極部６ａとの間を通過するので、効果的にマグネット１に作用する。その際、回転軸６の第１の内側磁極部６ａとマグネット１の内周面との間に隙間を設ける必要がない。
【００５８】
同様に、第２のコイル５により発生する磁束は、マグネット１の外周面に対向する第２のステータ３の第２の外側磁極部３ａ、３ｂと、マグネット１の内周面に固定された回転軸６の第２の内側磁極部６ｂとの間を通過するので、効果的にマグネット１に作用する。その際、回転軸６の第２の内側磁極部６ｂとマグネット１の内周面との間に隙間を設ける必要がない。
【００５９】
従って、本実施の形態のステッピングモータは、上記特許文献１や上記特許文献２で提案されているものと比較すると、外側磁極部と内側磁極部の距離を小さく構成することが可能となる。これにより、磁気抵抗を小さくし、ステッピングモータの出力を高めることができる。
【００６０】
また、マグネット１の内径部は、回転軸６の第１の内側磁極部６ａ及び第２の内側磁極部６ｂにより埋められているので、上記特許文献１や上記特許文献２で提案されているものと比較すると、マグネット１の機械的強度を大きくすることができる。また、回転軸６の第１の内側磁極部６ａ及び第２の内側磁極部６ｂがバックメタルとして作用することにより、マグネット１の磁気的劣化も少なくすることができる。
【００６１】
本実施の形態のステッピングモータの特徴は次の通りである。
【００６２】
第１の軸受７における回転軸６の軸方向の位置規制面であるスラスト受部７ｄから、マグネット１における第１のコイル４側の端面までの軸方向距離を、第１のステータ２における軸方向外側の端面からマグネット１における第１のコイル４側の端面までの軸方向距離より大きく設定している。また、第２の軸受８における回転軸６の軸方向の位置規制面であるスラスト受部８ｄから、マグネット１における第２のコイル５側の端面までの軸方向距離を、第２のステータ３における軸方向外側の端面からマグネット１における第２のコイル５側の端面までの軸方向距離より大きく設定している。
【００６３】
また、第１の軸受７における、第１のコイル４の端面の外側で且つマグネット１と反対側にスラスト受部７ｄを配設し、第２の軸受８における、第２のコイル５の端面の外側で且つマグネット１と反対側にスラスト受部８ｄを配設している。
【００６４】
また、回転軸６におけるラジアル受部６ｃとスラスト受部６ｇの間の細軸部６ｅと第１の軸受７の内径との間に、径方向の空隙を設け、回転軸６におけるラジアル受部６ｄとスラスト受部６ｈの間の細軸部６ｆと第２の軸受８の内径との間に、径方向の空隙を設けている。
【００６５】
また、第１の軸受７における第１のステータ２と当接する当接部分の肉厚を、第１の軸受７における前記当接部分からスラスト受部７ｄに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定している。また、第２の軸受８における第２のステータ３と当接する当接部分の肉厚を、第２の軸受８における前記当接部分からスラスト受部８ｄに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定している。
【００６６】
次に、本実施の形態のステッピングモータにおける駆動の仕組みについて詳細に説明する。
【００６７】
図３は、図２に示すステッピングモータの回転動作を説明するための図であり、（ａ）〜（ｄ）は、図２の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｅ）〜（ｈ）は、図２の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００６８】
図３において、（ａ）と（ｅ）とが同じタイミング時点であり、（ｂ）と（ｆ）とが同じタイミング時点であり、（ｃ）と（ｇ）とが同じタイミング時点であり、（ｄ）と（ｈ）とが同じタイミング時点である。
【００６９】
（ａ）と（ｅ）の状態から第１のコイル４及び第２のコイル５に通電して、第１のステータ２の第１の外側磁極２ａ、２ｂをＮ極に励磁し、第２のステータ３の第２の外側磁極３ａ、３ｂをＳ極に励磁する。これに伴い、マグネット１は反時計方向に４５度回転し、（ｂ）と（ｆ）に示す状態になる。
【００７０】
次に、第１のコイル４への通電を反転させ、第１のステータ２の第１の外側磁極２ａ、２ｂをＳ極に励磁し、第２のステータ３の第２の外側磁極３ａ、３ｂをＳ極に励磁する。これに伴い、マグネット１は更に反時計方向に４５度回転し、（ｃ）と（ｇ）に示す状態になる。
【００７１】
次に、第２のコイル５への通電を反転させ、第１のステータ２の第１の外側磁極２ａ、２ｂをＳ極に励磁し、第２のステータ３の第２の外側磁極３ａ、３ｂをＮ極に励磁する。これに伴い、マグネット１は更に反時計方向に４５度回転し、（ｄ）と（ｈ）に示す状態になる。
【００７２】
以後、上記のように第１のコイル４及び第２のコイル５への通電方向を順次切り換えていくことにより、マグネット１は通電位相に応じた位置へ順に回転する。
【００７３】
尚、マグネット１の外周面を周方向に分割してなる着磁層を軸方向に２つ設け、第１のステータ２と対向する一方の着磁層と、第２のステータ３と対向する他方の着磁層の位相を互いに１８０／Ｎ度ずらし、第１のステータ２と第２のステータ３の位相を同じものとしてもよい。
【００７４】
本実施の形態では、第１のコイル４及び第２のコイル５に対する通電により発生する磁束を直接マグネット１に作用させ、ステッピングモータを高出力なものにすると共に非常に小型化可能なものとしている。つまり、このステッピングモータの径は、マグネット１の径に加えて、マグネット１の外周面に第１のステータ２の第１の外側磁極２ａ、２ｂ、第２のステータ３の第２の外側磁極３ａ、３ｂを対向させるだけの大きさがあればよい。また、ステッピングモータの長さ（軸方向寸法）は、マグネット１の長さに第１のコイル４と第２のコイル５の長さを加えただけの長さがあれば良いことになる。
【００７５】
即ち、ステッピングモータの大きさは、マグネット１、第１のコイル４、第２のコイル５の径と長さにより決まることになる。従って、マグネット１、第１のコイル４、第２のコイル５の径と長さをそれぞれ非常に小さくすれば、ステッピングモータの超小型化を実現することが可能である。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１のステータ２、第２のステータ３、回転軸６、第１の軸受７、第２の軸受８を軟磁性材料から形成し、第１の軸受７に、当接部７ｂからマグネット１側にラジアル受部７ａを配設し、マグネット１から遠ざけた位置にスラスト受部７ｄを配設している。また、第２の軸受８に、当接部８ｂからマグネット１側にラジアル受部８ａを配設し、マグネット１から遠ざけた位置にスラスト受部８ｄを配設している。
【００７７】
上記構成により、回転軸６、第１及び第２の軸受７、８、第１及び第２のステータ２、３からなる磁気回路中に、磁気抵抗の異なる領域を設けることとなる。ここで、磁気回路は同種の材料（軟磁性材料）においては、その経路が長ければ磁気抵抗が大きく、短ければ小さくなるが、磁束は磁気抵抗のより小さい部分に流れる。従って、磁気抵抗が相対的に大きく磁束の少ない部分で、回転軸６のスラスト方向受部を設けることで、回転軸６と第１及び第２の軸受７、８との吸着の影響を小さくする。
【００７８】
また、磁気抵抗の相対的に小さい部分で、回転軸６のラジアル方向受部を設けることで、より多くの磁束を通過させている。これにより、軸方向の規制部材としてワッシャ等の部品の追加が不要となるため部品点数が少なく、且つ回転軸６に対する精度の高い位置規制が可能で、且つ安定した回転性能を得ることが可能で、且つ磁束の有効利用により高効率なステッピングモータを提供することができる。
【００７９】
また、回転軸６におけるラジアル受部６ｃとスラスト受部６ｇの間の細軸部６ｅと第１の軸受７の内径との間に、径方向の空隙を設けると共に、回転軸６における第２のラジアル受部６ｄとスラスト受部６ｈの間の細軸部６ｆと第２の軸受８の内径との間に、径方向の空隙を設けている。
【００８０】
上記構成により、磁気回路中に、より磁気抵抗の小さい領域と、より磁気抵抗の大きい領域を設けるために、回転軸６と第１及び第２の軸受７、８における径方向の相互の関係を変えることで（空隙を設けた部分、空隙を設けない部分）、磁気回路中に磁気抵抗の大小領域を設ける効果を増大させることができる。即ち、回転軸６と第１及び第２の軸受７、８においては、そのラジアル受面では回転軸６と第１及び第２の軸受７、８は完全に密接しており、磁気抵抗は最小となり、多くの磁束を通過させることが可能である。
【００８１】
一方、回転軸６と第１及び第２の軸受７、８におけるスラスト受面に至る領域では、回転軸６と第１及び第２の軸受７、８の内径の間には間隙（空隙）を設けている。従って、第１及び第２の軸受７、８の軸方向断面においては、その面積が小さくなる上に、第１及び第２のコイル４、５からも遠ざかっているので、第１及び第２の軸受７、８の内部を通過する磁束は減少する。これにより、よりスラスト受面での回転軸６と第１及び第２の軸受７、８の吸着の影響は小さくなり、安定した回転性能のステッピングモータを提供することができる。
【００８２】
また、第１の軸受７における第１のステータ２と当接する当接部７ｂの肉厚を、第１の軸受７における当接部７ｂからスラスト受部７ｄに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定し、第２の軸受８における第２のステータ３と当接する当接部８ｂの肉厚を、第２の軸受８における当接部８ｂからスラスト受部８ｄに至る間の部分の肉厚よりも大きく設定する。
【００８３】
上記構成により、磁気回路中に、より磁気抵抗の小さい領域と、より磁気抵抗の大きい領域を設けるために、第１及び第２の軸受７、８の肉厚を部分的に変えることで、磁気回路中に磁気抵抗の大小領域を設ける効果を増大させることができる。即ち、第１及び第２のステータ２、３から流れる磁束を損失なく第１及び第２の軸受７、８に流すためには、第１及び第２のステータ２、３と第１及び第２の軸受７、８の当接する部分の肉厚は十分にあることが望ましい。
【００８４】
一方、回転軸６と第１及び第２の軸受７、８の吸着防止のためには、上記当接部分から第１及び第２の軸受７、８のスラスト受面に至る領域の第１及び第２の軸受７、８の肉厚が薄ければ、上記当接部分の磁気抵抗は相対的に大きくなる。そのため、第１及び第２の軸受７、８のスラスト受面に至る磁束は少なくなり、結果として回転軸６と第１及び第２の軸受７、８が吸着する力を低減することができる。これにより、よりスラスト受面での吸着の影響は小さくなり、安定した回転性能のステッピングモータを提供することができる。
【００８５】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、回転軸６に例えばピニオンギア等を取り付けて回転軸６の回転駆動力を出力する構造としているが、本発明は、これに限定されるものではない。回転軸６にリードスクリューを同軸で取り付けた構造、或いは回転軸６とリードスクリューを一体化した構造を用いた場合でも同様の効果があることは言うまでも無い。
【００８６】
即ち、リードスクリューを用いる構造では、回転軸６はスラスト方向で片寄せする場合があり、例えば板ばね等でリードスクリューをモータ側に押し付ける場合がある。この際は、回転軸６の先端を球面（球Ｒ）形状とし、軸受はスラスト面のみを受ける平面形状で構成する場合がある。回転軸６の先端が球Ｒ形状であれば点接触に近いので、回転軸６と軸受の吸着の懸念はほとんど無い。よって、磁気抵抗に関しては回転軸６のラジアル受部のみ十分に小さくしておけば、磁束が減少してしまうことはなく、効率の低下も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施の形態に係る駆動装置としてのステッピングモータの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示すステッピングモータの組み立て完成状態の軸方向の内部構造を示す断面図である。
【図３】図２に示すステッピングモータの回転動作を説明するための図であり、（ａ）〜（ｄ）は、図２の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図、（ｅ）〜（ｈ）は、図２の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】従来例に係るステッピングモータの軸方向の内部構造を示す断面図である。
【図５】他の従来例に係るステッピングモータの軸方向の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  マグネット
２  第１のステータ
２ａ、２ｂ  第１の外側磁極部
３  第２のステータ
３ａ、３ｂ  第２の外側磁極部
４  第１のコイル
５  第２のコイル
６  回転軸
６ａ、６ｂ  内側磁極部
６ｃ、６ｄ  ラジアル受部
６ｅ、６ｆ  細軸部
６ｇ、６ｈ  スラスト受部   
７  第１の軸受
７ａ  ラジアル受部
７ｂ  当接部
７ｄ  スラスト受部
８  第２の軸受
８ａ  ラジアル受部
８ｂ  当接部
８ｄ  スラスト受部
９  第１のボビン
１０  第２のボビン
１１  連結リング
【図１】
2006280105.tif 000003
【図２】
2006280105.tif 000004
【図３】
2006280105.tif 000005
【図４】
2006280105.tif 000006
【図５】
2006280105.tif 000007