(57)【要約】  【課題】ステッピングモータの薄型化と高いトルク化を同時に確保でき、且つ、モータの角度精度低下を招く曲げ加工をなくす。【解決手段】マグネット部１０の軸方向両側に、コイル巻装部１４を含む一対のステータアッセンブリ１２，１３を配設し、コイル巻装部１４とロータシャフト６との間に鉄心１５を介在させる。鉄心１５は、多数の珪素鋼板を積層して形成しうる。マグネット部１０は外周部に複数の着磁部１１を有し、且つ、ステータアッセンブリ１２，１３は円環状のステータ本体１６を有する。ステータ本体１６の内周部に、ロータ側着磁部１１と軸方向にて近接対向する極歯１９を形成する。ステータ本体１６の内側にはディスク型ヨーク１７を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク型に形成されたロータマグネットのロータ軸方向両側に、コイル巻装部を含む一対のステータアッセンブリが配設されていると共に、該コイル巻装部と前記ロータ軸との間に鉄心が設けられていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
上記鉄心は、複数の磁性体を上記コイル巻装部の径方向に積層して形成されてい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】
上記ロータマグネットは外周部に複数の着磁部を有し、且つ、上記ステータアッセンブリは円環状のステータ本体を有し、該ステータ本体の内周部には、前記着磁部とロータ軸方向にて近接対向する極歯が形成されてい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】
上記ロータマグネット及びステータ本体は板材の打ち抜き加工により形成されてい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】
上記円環状のステータ本体の内側には、上記鉄心と接触するディスク状のヨークが配設されていると共に、該ディスク状ヨークの外周部には、前記ステータ本体側の極歯と対応する極歯が形成されていることを特徴とする請求項３又は４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】
本発明はステッピングモータに関するものであり、特に、ロータ軸方向に互いに対向配置された一対のステータアッセンブリ（ステータ部）と、該一対のステータアッセンブリの間に設けられたロータマグネット（ロータ部）と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、プリンタ、スキャナー等の各種機器においては、デジタル信号で容易に駆動制御できるステッピングモータが多く使用されている。此種ステッピングモータとしては、外周部に複数の磁極部を有する円筒状のロータマグネットと、該ロータマグネットの外周側に配置された円筒状のステータアッセンブリとを備え、ステータアッセンブリの内周部に、ロータ側磁極部と近接対向する極歯を設けたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図８は従来のステッピングモータの構成例を示すものである。図において、２６は一側面にフランジ２７が形成されたモータハウジングである。モータハウジング２６の中心部には軸受２８，２９を介してロータ軸３０が回転自在に設けられ、該ロータ軸３０の一端部にはギア３１が固着されている。
【０００４】
ロータ軸３０の中間部外周には、ロータマグネット３２が一体に取り付けられ、該ロータマグネット３２の形状は円筒型に形成されている。このロータマグネット３２の外周部にはロータ極歯３３が設けられ、ロータ極歯３３は軸方向に長く形成されている。
【０００５】
３４はモータハウジング２６の内部に固定されたステータアッセンブリである。ステータアッセンブリ３４は、一対のヨークを有する筒型のステータ本体３５と、各ステータ本体３５のヨークに巻装されたコイル３６とを備える。ステータ本体３５の内周部にはステータ極歯（図示せず）が設けられ、該ステータ極歯はロータ極歯３３と近接対向している。尚、３９はモータハウジング２０の外周部に固定された基板であり、基板３９には、コイル３６に接続された引出線４０が結着されている。
【特許文献１】特開平１０−１２７０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のステッピングモータは、ロータマグネット３２が円筒状に形成され、且つ、ロータマグネット３２の径方向外周側に、所定のギャップをもってステータアッセンブリ３４の内径部が配置され、該内径部に極歯を交互に配した構造になっている。このため、従来構造のまま薄型にしていくと、トルクを発生させるステータ側の極歯の長さを大きくすることができない。即ち、ステッピングモータを薄型に形成した場合、ステータ側極歯を長くできず、極歯面積がどうしても小さくなり、マグネットの有効面積も小さくなる。
【０００７】
特に、全長が短い薄型タイプのステッピングモータにおいては、ステータ本体３５の極歯の長さが短小化しているために、磁極部の形状面積が小さくなり、所要のトルクを得ることが困難になっている。
【０００８】
また、ステータ極歯の加工では、極歯形状を形どって抜いた内部のプレス部分は廃材になる。しかも、極歯形成のためにプレス後に曲げ加工が必要になる。したがって、曲げ加工時において変形、倒れが生じやすく、モータの角度精度、ディテントトルク等の諸特性
のばらつきの原因となる。
【０００９】
そこで、ステッピングモータの薄型化と高いトルク化を同時に確保でき、且つ、極歯の形状寸法の精度低下を招く曲げ加工をなくすために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ディスク型に形成されたロータマグネットのロータ軸方向両側に、コイル巻装部を含む一対のステータアッセンブリが配設されていると共に、該コイル巻装部と前記ロータ軸との間に鉄心が設けられているステッピングモータを提供する。
【００１１】
この構成によれば、前記ロータマグネットを偏平なディスク状に形成し、該ロータマグネットのロータ軸方向の両側にそれぞれ、所定のギャップをもってステータアッセンブリを設けたことにより、ロータマグネットの厚みが小さくなって、モータが薄型化すると共に、ロータマグネットの着磁面積を広くできるようになる。
【００１２】
また、コイル巻装部の内周側に鉄心（例えば、珪素鋼板、ＳＥＣＣ、鉄系材料、銅系材料）を設けたことにより、鉄心によって磁界密度が強くなり、ロータマグネットに対する磁気的吸引・反発力が高くなる。さらに、ステータ極歯の加工では、極歯形状を形どってプレスした後に、従来必要であった曲げ加工が不要になる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、上記鉄心は、複数の磁性体を上記コイル巻装部の径方向に積層して形成されている請求項１記載のステッピングモータを提供する。
【００１４】
この構成によれば、前記鉄心が複数の磁性体をコイル巻装部の径方向に積層して形成されているので、鉄心における磁気抵抗が小さく抑えられる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記ロータマグネットは外周部に複数の着磁部を有し、且つ、上記ステータアッセンブリは円環状のステータ本体を有し、該ステータ本体の内周部には、前記着磁部とロータ軸方向にて近接対向する極歯が形成されている請求項１又は２記載のステッピングモータを提供する。
【００１６】
この構成によれば、ロータマグネット側の着磁部とロータ軸方向にて近接対向するステータ極歯を備えるので、ステッピングモータの全長を大きくしなくとも、ロータマグネットの着磁部の面積を広くできるだけでなく、ステータ極歯の長さや面積も、前記ロータ側着磁面積などに応じて任意に設定しうる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記ロータマグネット及びステータ本体は板材の打ち抜き加工により形成されている請求項３記載のステッピングモータを提供する。
【００１８】
この構成によれば、前記ロータマグネットとステータ本体は共に、材料取りの際は、一枚の板材のプレス打ち抜き加工により１工程で成形加工される。
【００１９】
請求項５記載の発明は、上記円環状のステータ本体の内側には、上記鉄心と接触するディスク状のヨークが配設されていると共に、該ディスク状ヨークの外周部には、前記ステータ本体側の極歯と対応する極歯が形成されている請求項３又は４記載のステッピングモータを提供する。
【００２０】
この構成によれば、円環状ステータ本体の内側に、鉄心と接触するディスク状ののヨー
クを配設すると共に、該ヨークの外周部には、ステータ本体側極歯と対応する極歯を形成したことにより、鉄心を通過する密度の高い磁束がヨークにそのまま流れ、ヨークの極歯と対応するステータ本体側の極歯に強い磁力が生ずる。又、円環状ステータ本体とディスク型ヨークは、１枚の板材から打ち抜き加工して１工程で板取りされる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明は、偏平なロータマグネットの着磁面積とステータ側極歯面積を大きくとれるので、ステッピングモータの薄型化が図られるだけでなく、高いトルク特性を確保できる。特に、鉄心によって磁界密度が強くなり、ロータマグネットに対する吸引・反発作用が高くなるので、コイル電流値を大きくしなくとも、発生トルクを大きくできるという優れた効果を奏する。
【００２２】
更に、極歯形成のためにプレス後に曲げ加工が不要になるので、極歯の形状寸法の精度が高くなり、これに伴い、モータの角度精度、ディテントトルク等の諸特性のばらつきを極力なくすことができる。
【００２３】
請求項２記載の発明は、鉄心における磁気抵抗が小さく抑えられて磁気作用が大きくなるので、請求項１記載の効果に加えて、ステータ部とロータ部間における磁気特性が向上し、もって、モータの薄型化を確保しつつ、高トルク化を更に促進させることができる。例えば、鉄心は珪素鋼板を積層して形成することにより、安価で磁気特性を良くすることができる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、ステッピングモータの全長を短くしたままで、モータ設計条件に応じて、ロータ着磁部の面積を広くでき、且つ、ステータ側極歯の長さ及び面積を所要値に設定できるので、請求項１又は２記載の効果に加えて、ステッピングの更なる薄型化が図れるのみならず、高トルク出力形モータの設計自由度を増大させることができる。
【００２５】
請求項４記載の発明は、ロータマグネット又はステータ本体の板取りを行う際は、一枚の板材の打ち抜き加工により１工程で行えるので、請求項３記載の効果に加えて、ロータマグネットとステータ本体の加工が容易になり、従来に比べて加工精度も高くなる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、ディスク状ヨークを介してステータ本体側の極歯に強い磁力が生ずるので、請求項３又は４記載の効果に加えて、ステータ本体側の極歯とロータマグネット側の着磁部との間により強い吸引・反発力が発生し、ステッピングモータの出力トルクが更に高められるというメリットを有する。又、外側の円環状ステータ本体と内側のディスク状ヨークは、１枚の板材から打ち抜き加工して１工程で同時加工でき、打ち抜き加工後に廃棄される材料部分が少なくなり、無駄のない板取りを効率良く行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、偏平円盤型ロータマグネットの軸方向両側に、コイル巻装部を含む一対のステータアッセンブリを配設し、該コイル巻装部とロータ軸との間に鉄心を介在させ、該鉄心は、複数の磁性体をコイル径方向に積層して形成し、ロータマグネットは外周部に複数の着磁部を有し、且つ、ステータアッセンブリは円環状のステータ本体を有し、該ステータ本体の内周部に、ロータ側着磁部と軸方向にて近接対向する極歯を形成することにより、ステッピングモータの薄型化、高トルク化を同時に満足し、ステータ極歯の曲げ加工を無くすという目的を達成した。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図７に従って説明する。本実施例は、従来困難であったステッピングモータ１の薄型化及び高トルク特性を同時に実現でき、かつ、ロー
タマグネット７及びステータ本体（ステータアッセンブリ１２，１３のコア部）１６の加工容易性、並びに、コイル巻装部１４の磁気特性向上を確保するために、着磁部１１を有する偏平円形型ロータマグネット７のロータ軸方向両側に、着磁部と近接対向する極歯１９を有する一対の円環状ステータ本体１６を配すると共に、円環状ステータ本体１６の内側に、前記極歯１９と交互に配列した極歯２０を備えて成るディスク型ヨーク１７を配置し、更に、トルクを大きく発生させるべく、コイル内径部に、珪素鋼板、ＳＥＣＣ、鉄系材料、銅系材料、ステンレス等の磁性体より成る鉄心１５を設けたことを特徴とする。尚、鉄心１５は、珪素鋼板などを積層して形成しうるが、積層部分なしでも安価に作製しうる。
【００２９】
図１は、本実施例に係るステッピングモータ１を示す断面図である。図において、２は偏平な短筒形のケーシングであり、ケーシング２の一側端面には、円形のフランジ３が固設されている。ケーシング２の中心部には、軸受４，５を介してロータシャフト６が回転自在に装着されている。この軸受４，５は鉄系材料から成り、軸受４，５の軸方向長さはやや長く形成されている。尚、ケーシング２の適所には、図示しないコイル端末部用出入口が形成されている。
【００３０】
ロータシャフト６の軸方向中間部には、偏平な円板型に形成されたロータマグネット７が取り付けられている。ロータマグネット７は、図２に示すように、シャフト貫通用孔８を有するブッシュ９と、該ブッシュ９の外周側に一体に設けられたマグネット部１０とから成り、孔８にロータシャフト６が一体に貫通嵌着されている。
【００３１】
マグネット部１０の外周部には、図３に示すように、Ｎ極とＳ極を交互に着磁形成した着磁部１１が多数個、図示例では４８個（４８極）設けられ、マグネット部１０の円周方向に沿って等ピッチで配設されている。このマグネット部１０は、金属板材の打ち抜き加工により成形されている。なお、マグネット部１０の着磁部１１は、櫛状の極歯に形成して設けることも可能である。
【００３２】
１２，１３はケーシング２の内部に固定された一対のステータアッセンブリであり、ステータアッセンブリ１２，１３は、ロータシャフト６の軸方向（図１に於ける上下方向）に所定間隔あけて配置されている。即ち、Ａ相励磁用ステータアッセンブリ１２とＢ相励磁用ステータアッセンブリ１３は、ロータ軸方向においてマグネット部１０を挟む両側に所定ギャップをもって配設されている。
【００３３】
各ステータアッセンブリ１２，１３は、図示せぬ樹脂製ボビンに巻装されたコイル１４と、該コイル１４の内径部側に設けられた円筒状の鉄心１５とを備えている。鉄心１５は、多数の磁性体、例えば珪素鋼板の積層、ＳＥＣＣの積層、鉄系焼結、銅系焼結、ステンレス等にて形成でき、これら材料を変更することで、要求される磁気特性の変更に対応できる。鉄心１５を珪素鋼板などで積層した場合、該積層方向は、ここでは、磁気抵抗が小さくなるように、コイル１４の径方向と一致しているが、コイル１４の軸方向に積層することもできる。
【００３４】
コイル１４のロータマグネット７に臨む側の端面には、平面視円環状に形成されたステータ本体１６と、該ステータ本体１６の内周側に設けられたディスク状ヨーク１７とが取り付けられ、該ヨーク１７の中央部には、ケーシング２の内径と対応する孔１８が穿設されている。外側のステータ本体１６、内側のヨーク１７は、１枚の平坦状の金属板材を打ち抜くことにより、後述の極歯を有する円環状、ディスク状に材料取りして整形されている。
【００３５】
図４、図５はそれぞれＡ相側ステータアッセンブリ１２、Ｂ相側ステータアッセンブリ
１３の平面形状を示す。図示の如く、各ステータアッセンブリ１２，１３のステータ本体１６の内周部には複数の極歯１９が形成され、この内周縁側極歯１９は、ステータ本体１６の円周方向に沿って等ピッチで４８個設けられている。又、内周縁側極歯１９は、マグネット部１０側の着磁部１１に対し、ロータシャフト６の軸方向において、所要のギャップを有して近接対向するように配されている。
【００３６】
又、内側ヨーク１７の外周形状は、ステータ本体１６の内周側歯形と見合う歯形に形成されている。すなわち、ステータヨーク１７の外周部には、ステータ本体１６の内周縁側極歯１９と対応する４８個の外周縁側極歯２０が形成され、極歯１９と極歯２０は互いに交互に配列されている。
【００３７】
図４及び図５の図示例では、外周縁側極歯２０とステータ本体１６の間の径方向における外側エアギャップＧ１は、内周縁側極歯１９と内側ヨーク１７の間の径方向における内側エアギャップＧ２よりも大きいが、図６に示すように、内側エアギャップＧ２の大きさは、必要により、外側エアギャップＧ１と同等、又は、外側エアギャップＧ１よりも小さくすることもできる。
【００３８】
上記構成のステッピングモータ１において、いま、所定の励磁相のコイル１４にパルス電流を供給すると、これと対応するステータ本体１６の極歯１９にＮ極又はＳ極が発生する。すると、該極歯１９は所定のマグネット部１０側の着磁部１１を引き付けて、ロータマグネット７を所定角度だけ回転させる。
【００３９】
偏平タイプのステッピングモータ１は、一対のステータアッセンブリ１２，１３のステータ本体１６の間に偏平形状のマグネット部１０を配し、このマグネット部１０の外周部に着磁部１１を設ける一方、円環状ステータ本体１６の内周部に、着磁部１１と対向近接する極歯１９を設けている。これにより、ステッピングモータ１のロータ軸方向の長さが短縮し、例えば、厚みが制限されるスキャナー用モータ等として好適に使用される。
【００４０】
さらに、ステータ側コイル１４も径方向において長くできるので、コイル１４の収容スペースを従来に比べて大きく取ることができる。従って、コイル巻装部のスペースが増大することにより、コイル電流値を小さく抑えることができる。
【００４１】
マグネット部１０の外周部において、着磁部１１の径方向の寸法に長くできるので、着磁面積を大きくとれる。又、ステータ本体１６の内周部において、極歯１９の面積も大きくとれる。従って、コイル巻線数を増やすことができることと相まって、前記着磁面積及び極歯面積の増大化により、ステッピングモータ１のトルク特性を著しく高めることができる。
【００４２】
因みに、本実施例のステッピングモータ１は、円筒状マグネット部を有する従来構造のモータと比べて、コイルスペース、着磁面積及び極歯面積が大幅に増大した。
【００４３】
更に、従来技術では、２つの金型で１個ずつ板取りして、抜き工程と曲げ工程を要していた。その点、本発明では、１つの金型で１枚の板材から外側ステータ本体１６と内側ヨーク１７を平抜きして、２つの部品を同時に成形できる。従って、従来廃材になっていた部分も有効に利用できるようになり、材料費（５０％以上節減）、加工費及び加工性が向上する。又、平抜きのみで成形加工できるので、生産性も大幅に向上する。特に、ステータ極歯の位置（加工精度）については、曲げ加工が不要になるために、プレスの加工精度で成形加工されて、極歯形状の寸法精度がアップする。
【００４４】
以上要するに、ロータマグネット７を偏平なディスク型に形成し、ロータマグネット７
のロータ軸方向の両側にそれぞれステータアッセンブリ１２，１３を設けたことにより、モータ全体が従来品に比し、半分のサイズに薄型化でき、それに伴い、マグネット着磁面積及びステータ極歯面積が大きくとれるようになる。
【００４５】
また、偏平形状のロータマグネット７の厚さが薄くなる分だけ、ケーシング内の有効な部品スペースが多くなり、コイル巻線部１４の収納空間も広くとれるようになる。更に、コイル巻装部１４の内周側に鉄心１５を設けたことにより、鉄心１５によって磁界密度が強くなり、ロータマグネット７のマグネット部１０に対するトルク特性が改善される。
【００４６】
又、鉄心１５については、多数の珪素鋼板をコイル１４の径方向に積層して形成した場合、鉄心１５における磁気抵抗が小さく抑えられるので、コイル電流値を大きくしなくとも、モータ１の発生トルクが更に増大する。
【００４７】
更に、ロータ側着磁部１１と軸方向にて対接するステータ側極歯１９を備えるので、モータ全長を大きくしなくとも、マグネット部１０の着磁面積を広くでき、ステータ本体１６側の極歯１９の長さ及び面積を所要値に任意に設定しうる。これにより、モータの薄型化、軽量・コンパクト化を促進し、高トルク出力形モータの設計自由度も高くなる。
【００４８】
本実施例では、円環状のステータ本体１６の内側に、鉄心１５と接触するディスク型ヨーク１７が設けられていると共に、該ヨーク１７の外周部には、ステータ本体１６の極歯１９と対応する極歯２０が形成されている。そのため、鉄心１５で発生した強い磁界密度が、ヨーク側極歯２０に生じ、ステータ本体側極歯１９に強い磁力が付与される。
【００４９】
斯くして、図７に示す鉄心を設けない構造のモータに比べて、ステータ側極歯１９とロータ側着磁部１１との間に一層強大な磁力が発生し、ロータマグネット７のトルク特性が高められる。又、図１のモータ１の鉄系軸受４，５は、図７に示すモータの一般的な軸受２４，２５よりも長く形成することにより、鉄系軸受４，５を通過する磁束数を増加させて、更なる磁気特性向上を図ることができる。
【００５０】
又、着磁面積の増大化に伴い、従来構造では達成困難であった高トルクかつ薄型化したステッピングモータ１を安価に量産できる。加えて、マグネット部１０のイナーシャが小さくなるので、入力パルスに対する自起動、応答性も改善される。
【００５１】
マグネット部１０及び一対のステータアッセンブリ１２，１３は、共に板金の打ち抜きにより簡単に成形できる。特に、ステータ本体１６及びヨーク１７は、１枚の板材の平抜きにより、同時に板取り成形でき材料の無駄がなく材料コストを節減できる。
【００５２】
しかも、マグネット部１０及びステータ側極歯１９は、平抜き加工の後に曲げ成形が不要になるので、加工生産性が著しく向上する。
【００５３】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態を示し、ステッピングモータの半断面図。
【図２】一実施のステッピングモータのマグネット部を示す平面図。
【図３】図２のロータマグネットの着磁部を説明する平面図。
【図４】一実施に係るＡ相ステータアッセンブリを示す平面図。
【図５】一実施に係るＢ相ステータアッセンブリを示す平面図。
【図６】一実施に係るステータアッセンブリのエアギャップを変更させた一例を示す平面図。
【図７】本発明に係る鉄心を有しないステッピングモータを示す半断面図。
【図８】従来のステッピングモータを示す半断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１      ステッピングモータ
２      ケーシング
３      フランジ
４，５  軸受
６      ロータシャフト
７      ロータマグネット
８      孔
９      ブッシュ
１０    マグネット部
１１    着磁部
１２    ステータアッセンブリ
１３    ステータアッセンブリ
１４    コイル（コイル巻装部）
１５    鉄心
１６    ステータ本体
１７    ディスク型ヨーク
１８    孔
１９    極歯
２０    極歯
２６    ケーシング
２７    フランジ
２８    軸受
２９    軸受
３０    ロータ軸
３１    ギア
３２    ロータマグネット
３３    ロータ極歯
３４    ステータアッセンブリ
３５    ステータ本体
３６    コイル
３９    基板
４０    引出線
【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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