(57)【要約】【課題】  駆動時に騒音の発生を低減させたＰＭ型ステッピングモータを提供する。【解決手段】  フロントプレート１１６とエンドプレート１１５の間にロータ１０４の周りを囲んで配置されステータ１０１を備え、ステータ１０１は、フロントプレート１１６とエンドプレート１１５のいずれかに当接し、内周縁に起立され周方向に並設された複数の極歯１１０ｄと、各極歯１１０ｄの間の部分に径方向に切り欠かれた切欠部１１０ｅを有する外ヨーク１１０を含み、外ヨーク１１０が、切欠部１１０ｅにおいて、少なくともフロントプレート１１６とエンドプレート１１５のいずれかに固着された固着部１１７を有し、該固着部１１７の数が切欠部１１０ｅの数の１／２以上の数である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＭ型ステッピングモータであって、
第１軸受を有する第１プレートと、
第２軸受を有する第２プレートと、
前記第１プレートと前記第２プレートのいずれかに当接し、内周縁に起立され周方向に並設された複数の第１極歯と、各第１極歯の間の部分に径方向に切り欠かれた切欠部を有する外ヨークと、
内周縁に起立され周方向に並設され、前記外ヨークと組み合わされたときに、前記第１極歯と周方向で交互に噛み合って配置される第２極歯を有する内ヨークと、
ボビンに巻回されたコイル、とから構成されたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に配置されたロータと、を備え、
前記外ヨークが、前記切欠部において、少なくとも前記第１プレートと前記第２プレートのいずれかに固着された固着部を有し、
前記固着部の数が前記切欠部の数の１／２以上の数であることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記固着部の数が前記切欠部の数と同数であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記ステータが内ヨークを背中合わせに配置された２組のステータからなることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＭ型ステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭ（Permanent  Magnet）型ステッピングモータ（以下、単にモータと称する）は、たとえば下記特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に開示されたモータは、図７に示すように、ステータ１０１’と、ステータ１０１’の内側にフロントプレート１１６’に取付けた軸受１０６’とエンドプレート１１５’に取付けた軸受１０５’に軸支されて回転可能に配置されたロータ１０４’を備えている。ロータ１０４’は、シャフト１０７’と、シャフト１０７’に固定されたスリーブ１０８’および該スリーブ１０８’の表面に取付けられた円筒状の永久磁石１０９’を備える。
【０００４】
また、ロータ１０４’の周りには、該ロータ１０４’と隙間を有してステータ１０１’が配置され、該ステータ１０１’はフロントプレート１１６’およびエンドプレート１１５’の間に固定されている。ステータ１０１’は、シャフト１０７’の軸方向に並設される２組のステータ１０１Ａ’、１０１Ｂ’によって構成されている。各ステータ１０１Ａ’、１０１Ｂ’は、図８（ａ）に示す外ヨーク１１０’、図８（ｂ）に示す内ヨーク１１１’の組立によって構成され、これら外ヨーク１１０’、内ヨーク１１１’にコイル（図７において符号１１３’で示す）が内蔵されるようになっている。外ヨーク１１０’の内周縁にはシャフト１０７’の軸方向に立設された極歯１１０ｄ’が周方向に並設され（図８（ａ）参照）、内ヨーク１１１’の内周縁にもシャフト１０７’の軸方向に立設された極歯１１１ｂ’が周方向に並設されている（図８（ｂ）参照）。これら極歯１１０ｄ’、１１１ｂ’は、外ヨーク１１０’と内ヨーク１１１’の組立によって、ロータ１０４’の周りに交互に隙間を有して配置されるようになっている。
【０００５】
なお、フロントプレート１１６’とステータ１０１’の取付け、エンドプレート１１５’とステータ１０１’の取付け、各ステータ１０１’同士の取付けは、外ヨーク１１０’あるいは内ヨーク１１１’に形成されたダボを介して行うようになっている。
【０００６】
しかし、このように構成されたモータは、その駆動時に、磁化された極歯１１０ｄ’、１１１ｂ’とロータ１０４’の永久磁石１０９’との間に作用する電磁力によって極歯１１０ｄ’、１１１ｂ’が吸引・反発してステータ１０１’が変形振動するようになる。また、コイル１１３’への通電切り換え時にロータ１０４’が軸方向に移動し、軸受１０６’、１０５’に影響を及ぼしフロントプレート１１６’、ステータ１０１’が変形する曲げ振動が生じるようになる。そして、フロントプレート１１６’とステータ１０１’の取付け、エンドプレート１１５’とステータ１０１’の取付けは、上述したように、ダボを介してなされていることから、フロントプレート１１６’およびエンドプレート１１５’の変形による曲げ振動が生じ易くなり、曲げ振動の固有周波数とモータの駆動周波数が共振することで騒音が大きくなってしまうという不都合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１１１２５４公報、第７図
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動時に騒音の発生を低減させたＰＭ型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】
【０００９】
本発明は、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のＰＭ型ステッピングモータは、第１軸受を有する第１プレートと、第２軸受を有する第２プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートのいずれかに当接し、内周縁に起立され周方向に並設された複数の第１極歯と、各第１極歯の間の部分に径方向に切り欠かれた切欠部を有する外ヨークと、内周縁に起立され周方向に並設され、前記外ヨークと組み合わされたときに、前記第１極歯と周方向で交互に噛み合って配置される第２極歯を有する内ヨークと、ボビンに巻回されたコイル、とから構成されたステータと、前記ステータの内側に回転可能に配置されたロータと、を備え、前記外ヨークが、前記切欠部において、少なくとも前記第１プレートと前記第２プレートのいずれかに固着された固着部を有し、前記固着部の数が前記切欠部の数の１／２以上の数であることを特徴とする。
（２）本発明のＰＭ型ステッピングモータは、（１）の構成において、前記固着部の数が前記切欠部の数と同数であることを特徴とする。
（３）本発明のＰＭ型ステッピングモータは、（１）の構成において、前記ステータが内ヨークを背中合わせに配置された２組のステータからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成されたＰＭ型ステッピングモータは、駆動時に騒音の発生を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のＰＭ型ステッピングモータの実施形態１の概略を示す断面図である。
【図２】本発明のＰＭ型ステッピングモータの外ヨークを示す斜視図である。
【図３】本発明のＰＭ型ステッピングモータの内ヨークを示す斜視図である。
【図４】本発明のＰＭ型ステッピングモータのエンドプレートを示す斜視図である。
【図５】外ヨークにエンドプレートを装着した状態を示す斜視図である。
【図６】外ヨークとエンドプレートの固定箇所の個数とエンドプレートの曲げ振動モードの周波数との関係を示したグラフである。
【図７】従来のＰＭ型ステッピングモータの一例を示す断面図である。
【図８】（ａ）は図７に示すＰＭ型ステッピングモータの外ヨークを示す斜視図、（ｂ）は図７に示すＰＭ型ステッピングモータの内ヨークを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明のＰＭ型ステッピングモータの実施形態１を示す断面図である。図１に示すように、ＰＭ型ステッピングモータ（以下、単にモータと称する）１００は、ステータ１０１と、ステータ１０１の内側に所定の隙間（エアーギャップ）を隔てて、フロントプレート１１６（第１プレート）に取付けた軸受１０６とエンドプレート１１５（第２プレート）に取付けた軸受１０５に軸支されて回転可能に配置されたロータ１０４を備えている。ロータ１０４は、シャフト１０７と、シャフト１０７に固定されたスリーブ１０８および該スリーブ１０８の表面に取付けられた円筒状の永久磁石（ロータマグネット）１０９を有する。永久磁石１０９は、周方向に沿ってＳ極、Ｎ極、Ｓ極、……、Ｎ極というように交互に極性が反転するように着磁されている。
【００１４】
ステータ１０１は、シャフト１０７の軸方向に並設されるＡ相のステータ（以下、Ａ相ステータと称する）１０１ＡとＢ相のステータ（以下、Ｂ相ステータと称する）１０１Ｂによって２相に構成されている。Ａ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂは、同様の構成からなり、シャフト１０７の軸方向において背中合わせに結合させて構成されている。
【００１５】
各ステータ１０１（１０１Ａ、１０１Ｂ）は、軟磁性材（冷間圧延鋼板、電磁鋼板等）からなる外ヨーク１１０および内ヨーク１１１、樹脂材からなるボビン１１２および該ボビン１１２に巻回されたコイル１１３とから構成されている。前記コイル１１３はボビン１１２ごと外ヨーク１１０と内ヨーク１１１の間に内蔵されるようになっている。
【００１６】
外ヨーク１１０は、図２に示すように、中央に開口１１０ｃを有して円環状をなす底板部１１０ａと、該底板部１１０ａの外周縁を起立させた円筒部１１０ｂと、該底板部１１０ａの内周縁を起立させ周方向に等間隔で並設された複数（図では１２個）の極歯（第１極歯）１１０ｄと、から構成されている。極歯１１０ｄは、円筒部１１０ｂと同方向に起立（屈曲）され、先端に向かうにつれ幅狭となるほぼ三角形状となっている。また、底板部１１０ａの内周縁の各極歯１１０ｄの間の部分には径方向に切り欠かれた切欠部１１０ｅを有するようになっている。
【００１７】
さらに、底板部１１０ａには、その周方向に沿って複数の位置決め孔１１０ｆおよび複数の突起１１０ｇが形成されている。各突起１１０ｇは、該位置決め孔１１０ｆが形成されていない部分に形成され、円筒部１１０ｂとは反対側の面に突出して形成されている。
【００１８】
そして、円筒部１１０ｂの底板部１１０ａと反対側の端面は、径方向に段差部１１０ｈを有し、内周側において高さ（底板部１１０ａからの高さ）が低く、外周側において高さ（底板部１１０ａからの高さ）が高く形成されるようになっている。また、該端面の周方向の一部には軸方向に切り欠かれた切欠き１１０ｉを有するようになっている。
【００１９】
内ヨーク１１１は、図３に示すように、中央に開口１１１ｊを有して円環状をなす平板部１１１ａと、該平板部１１１ａの内周縁を起立（屈曲）させ周方向に等間隔で並設された複数（図では１２個）の極歯（第２極歯）１１１ｂと、から構成されている。極歯１１１ｂは、先端に向かうにつれ幅狭となるほぼ三角形状となっている。また、平板部１１１ａの内周縁の各極歯１１１ｂの間の部分には径方向に切り欠かれた切欠部１１１ｅを有している。
【００２０】
さらに、平板部１１１ａには、その周方向に１８０°間隔で並設されたダボ１１１ｃと孔１１１ｄが形成されている。ダボ１１１ｃは平板部１１１ａの一方の面に凸部として形成されている。なお、このダボは、たとえばプレス加工によって形成され、凸部で形成されるダボ１１１ｃの裏面は該ダボ１１１ｃの形成によって反映される凹部が形成されるようになっている。
【００２１】
そして、円環状の平板部１１１ａの外周縁には、その一部の切り欠きによって形成される一対の突起部１１１ｆが形成され、これら突起部１１１ｆは、平板部１１１ａの中心Ｏから径方向に延在する仮想線（図中点線で示す）を間にして互いに平行になるように形成されている。
【００２２】
エンドプレート１１５は、図４に示すように、円板状をなし、たとえば鉄板（冷間圧延鋼板）によって構成されている。エンドプレート１１５にはＢ相ステータ１０１Ｂの外ヨーク１１０が装着されるようになっている。エンドプレート１１５の中央は、バーリング加工によってボス部１１５ａが形成され、このボス部１１５ａに軸受１０５が装着されている。エンドプレート１１５の外周の近傍には、軸受１０５を中心とする円周上に、複数（図では３個）の位置決め孔１１５ｂが等間隔に形成されている。これら位置決め孔１１５ｂは、外ヨーク１１０（図２参照）の各突起１１０ｇが嵌合されるように所定の寸法で形成されている。
【００２３】
また、図１に示すフロントプレート１１６は、エンドプレート１１５とほぼ同様の構成となっている。すなわち、円板状をなし、たとえば鉄板（冷間圧延鋼板）によって構成されている。フロントプレート１１６にはＡ相ステータ１０１Ａの外ヨーク１１０が装着されるようになっている。フロントプレート１１６の中央は、バーリング加工によってボス部１１５ａが形成され、このボス部に軸受１０６が装着されている。フロントプレート１１６の外周の近傍には、軸受１０６を中心とする円周上に、複数（たとえば３個）の位置決め孔（図示せず：図４の符号１１５ｂに相当）が等間隔に形成されている。これら位置決め孔は、外ヨーク１１０の各突起１１０ｇ（図２参照）が嵌合されるように所定の寸法で形成されている。
【００２４】
次に、Ｂ相ステータ１０１Ｂの組立方法について説明する。まず、図４に示すように、エンドプレート１１５の中央のボス部に軸受１０５を装着し、この軸受１０５を装着したエンドプレート１１５をＢ相ステータ１０１Ｂの外ヨーク１１０の底板部１１０ａに装着する。エンドプレート１１５の底板部１１０ａへの装着は、底板部１１０ａに形成された突起１１０ｆをエンドプレート１１５に形成された位置決め孔１１５ｂに嵌合させることによってなされる。これにより、軸受１０５とＢ相ステータ１０１Ｂの開口１１０ｃとが所定の同心度となるよう位置決めがなされる。次に、図５に示すように、外ヨーク１１０の極歯１１０ｄの間に形成されている切欠部１１０ｅにおいて、たとえば、レーザ溶接をすることによって、エンドプレート１１５との溶接部（固着部）１１７を形成する。なお、図５では、溶接部１１７は、１２個ある切欠部１１のうちたとえば６以上の切欠部１１の箇所において溶接部１１７を形成するようになっている。これにより、エンドプレート１１５と外ヨーク１１０とが互いに当接された固着がなされる。
【００２５】
次に、外ヨーク１１０の円筒部１１０ｂと極歯１１０ｄの間の円環状空間に、コイル１１３が巻回されたボビン１１２（図１参照）を配置する。そして、内ヨーク１１１の２つの突起部１１１ｆを、ボビン１１２を組み込んだ外ヨーク１１０の切欠き１１０ｉに嵌合させるとともに、内ヨーク１１１の外周縁部を外ヨーク１１０の段差部１１０ｈに圧入させる。この際、内ヨーク１１１の突起部１１１ｆを外ヨーク１１０の切欠き１１０ｉに嵌合させることによって、外ヨーク１１０に対する内ヨーク１１１の位置決めがなされる。ここで、内ヨーク１１１を外ヨーク１１０に嵌合させた際に、内ヨーク１１１の極歯１１１ｂと外ヨーク１１０の極歯１１０ｄが所定の間隔を介して周方向で交互に噛み合うようになる。また、ボビン１１２に巻回されたコイル１１３が極歯１１０ｄ、１１１ｂの外側に配置されるようになる。そして、外ヨーク１１０の切欠き１１０ｉからボビン１１２と一体に形成された端子１１４が外方に突出するようになる。また、ボビン１１２のフランジには、軸方向に突出する複数の突起１１２ａ（図１参照）が一体に成形されており、この突起１１２ａが外ヨーク１１０の底板部１１０ａに形成された位置決め孔１１０ｆに嵌合することで、外ヨーク１１０に対するボビン１１２の位置決めがなされるようになる。
【００２６】
次にＡ相ステータ１０１Ａの組立方法について説明する。Ａ相ステータ１０１Ａの組立は、上述したＢ相ステータ１０１Ｂの組立と同様である。まず、フロントプレート１１６の中央に軸受１０６を装着し、軸受１０６を装着したフロントプレート１１６をＡ相ステータ１０１Ａの外ヨーク１１０の底板部１１０ａに装着する。フロントプレート１１６の底板部１１０ａへの装着は、底板部１１０ａ形成された突起１１０ｇをフロントプレート１１６に形成された位置決め孔（図４の符号１１５Ｂに相当）に嵌合させ、軸受１０６とＡ相ステータ１０１Ａの開口１１０ｃとが所定の同心度となるよう位置決めが行われる。次に、外ヨーク１１０の極歯１１０ｄの間に形成されている切欠部１１０ｅにおいて、たとえば、レーザ溶接をすることによって、フロントプレート１１６との溶接部１１７を形成する。この場合、溶接部１１７は、１２個ある切欠部１１０ｅのうち、たとえば６以上の切欠部１１０ｅの箇所において溶接部１１７を形成するようになっている。これにより、フロントプレート１１６と外ヨーク１１０とが互いに当接された固着がなされる（図５参照）。これ以降のＡ相ステータ１０１Ａの組立の手順はＢ相ステータ１０１Ｂと同様であるため、その説明は省略する。
【００２７】
次に、ロータ１０４の配置、及びＡ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂとの接合について説明する。Ａ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂを用意した後、ロータ１０４をＢ相ステータ１０１Ｂの内側に配置し、シャフト１０７の一方側をエンドプレート１１５に装着された軸受１０５に挿入する。そして、Ａ相ステータ１０１Ａをロータ１０４にかぶせ、シャフト１０７の他方側をフロントプレート１１６に装着された軸受１０６に挿入し、Ａ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂを接合する。具体的には、Ａ相ステータ１０１Ａの内ヨーク１１１に形成されたダボ１１１ｃをＢ相ステータ１０１Ｂの内ヨーク１１１に形成された孔１１１ｄに嵌合させ、Ｂ相ステータ１０１Ｂの内ヨーク１１１に形成されたダボ１１１ｃをＡ相ステータ１０１Ａの内ヨーク１１１に形成された孔１１１ｄに嵌合させる。この工程により、Ａ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂとが背中合わせに接合される。このとき、Ａ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂの接合は、電気角で９０°位相が異なるように位置決めがなされる。Ａ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂを位置決めして接合した後、Ａ相ステータ１０１ＡとＢ相ステータ１０１Ｂの外周面を複数個所、溶接にて相互に固着する。
【００２８】
上述のように構成されたＰＭ型ステッピングモータ１００の特徴について、以下、纏めて説明する。この場合、モータ１００の駆動によって、コイル１１３への通電切り替え時にロータ１０４が軸方向に移動し、軸受１０５、１０６に影響を及ぼすことによってエンドプレート１１５、フロントプレート１１６が変形する曲げ振動が発生し、曲げ振動の固有周波数とモータ１００の駆動周波数が共振することで騒音が発生するとの知見に基づき、エンドプレート１１５に着目した特徴について説明を行う。
【００２９】
すなわち、エンドプレート１１５、フロントプレート１１６の上述した曲げ振動の振動モードにおける固有周波数は、コンピュータシミレーションを用いた解析手法によって解析することができる。
【００３０】
ここで、図６は、外ヨーク１１０に溶接により固着したエンドプレート１１５の溶接部１１７の個数と曲げ振動モードの周波数の関係を示した図である。図６において、エンドプレート１１５との溶接部１１７の数を、たとえば３個（１２０°ピッチ）、４個（９０°ピッチ）、６個（６０°ピッチ）、８個（４５°ピッチ）、１２個（３０°ピッチ）とした場合、外ヨーク１１０の極歯１１０ｄの間の切欠部１１０ｅにおいて固着されたエンドプレート１１５の曲げ振動モードの固有周波数を調べた。１２個の場合はすべての切欠部１１０ｅにおいて固着した状態（切欠部１１０ｅにおける固着の数が切欠部１１０ｅの数と同数）を示し、０の場合は、従来の構成と同様の構成を示している。図６から明らかになるように、外ヨーク１１０の切欠部１１０におけるエンドプレート１１５との固着個所（溶接部１１７）が増えるにしたがって、エンドプレート１１５の曲げ振動モードの固有周波数が高域側にシフトしていくことが判る。このことは、固有周波数が高くなるにしたがって、低周波領域で振動の共振が発生し難くなり、振動、騒音が小さくなることを示している。また、外ヨーク１１０の切欠部１１０ｅにおけるエンドプレート１１５との固着箇所（溶接部１１７）が少なくとも６箇所以上、換言すれば、固着箇所が極歯１１０ｄの間の切欠部１１０ｅの数の１／２以上あれば、固有周波数を高域側にシフトできるため、従来に比べて騒音を低減できることが明らかになる。
【００３１】
また、フロントプレート１１６とＡ相ステータ１０１Ａの外ヨーク１１０の構造から、Ａ相ステータ１０１Ａの外ヨーク１１０に装着したフロントプレート１１６の圧入箇所の個数と曲げ振動モードの固有周波数の関係も図６に示した結果と同様になる。
【００３２】
上述のことから、Ｂ相ステータ１０１Ｂの外ヨーク１１０に固着されたエンドプレート１１５およびＡ相ステータ１０１Ａの外ヨーク１１０に固着されたフロントプレート１１６の固着箇所（溶接部１１７）が、少なくとも外ヨーク１１０の極歯１１０ｄの間の切欠部１１０ｅの数の１／２以上あれば、固有周波数を高域側にシフトできるため、従来に比べて騒音を低減できることが判る。さらに、エンドプレート１１５およびフロントプレート１１６の固着箇所（溶接部１１７）が、外ヨーク１１０の極歯１１０ｄの間の切欠部１１０ｅのすべてに設けられることによって、従来に比べて騒音を低減することができるようになる。
【００３３】
なお、フロントプレート１１６とＡ相ステータ１０１Ａの外ヨーク１１０との固着、エンドプレート１１５のＢ相ステータ１０１Ｂの外ヨーク１１０との固着は、レーザによる溶接を一例として挙げたものであるが、これに限定されることはなく、他の手段でなされていてもよいことはもちろんである。
【００３４】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３５】
１００                モータ（ＰＭ型ステッピングモータ）
１０１                ステータ
１０１Ａ              Ａ相ステータ
１０１Ｂ              Ｂ相ステータ
１０４                ロータ
１０５                軸受（第２軸受）
１０６                軸受（第１軸受）
１０７                シャフト
１０８                スリーブ
１０９                永久磁石（ロータマグネット）
１１０                外ヨーク
１１０ａ              底板部
１１０ｂ              円筒部
１１０ｃ              開口
１１０ｄ              極歯
１１０ｅ              切欠部
１１０ｆ              位置決め孔
１１０ｇ              突起
１１０ｈ              段差部
１１０ｉ              切欠き
１１１                内ヨーク
１１１ａ              平板部
１１１ｂ              極歯
１１１ｃ              ダボ
１１１ｄ              孔
１１１ｅ              切欠部
１１１ｆ              突起部
１１１ｊ              開口
１１２                ボビン
１１３                コイル
１１４                端子
１１５                エンドプレート（第２プレート）
１１５ａ              ボス部
１１５ｂ              位置決め孔
１１６                フロントプレート（第１プレート）
１１７                溶接部（固着部）
【図１】
2015122853.tif 000003
【図２】
2015122853.tif 000004
【図３】
2015122853.tif 000005
【図４】
2015122853.tif 000006
【図５】
2015122853.tif 000007
【図７】
2015122853.tif 000008
【図８】
2015122853.tif 000009
【図６】
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