(57)【要約】【課題】小型化及び多ステップ化が容易で、しかも製造が容易なハイブリッド型ステッピングモータを提供する。【解決手段】インナーロータタイプのハイブリッド型ステッピングモータにおいて、固定子鉄心２０は、複数、例えば４個の分割固定子鉄心２１に分割し、各分割固定子鉄心２１は、一対の軸受ハウジング１３，１４間で挟持する構成とする。固定子鉄心２０を分割することで、小径化する場合でも、各固定子磁極２３へのコイル２５の巻装が容易となる。ハイブリッド型ステッピングモータは、固定子磁極２３の固定子極歯、及び回転子鉄心１７，１８の回転子極歯１９の数を増やすことで、多ステップ化が可能である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の両側に対向するように配置された一対の軸受ハウジングと、
これら一対の軸受ハウジングに軸受を介して回転可能に支承された回転軸と、
この回転軸の外周部に固着され、軸方向に磁化されたリング状をなす永久磁石と、
この永久磁石の軸方向の両端面に固着されると共にそれぞれ外周部に複数の回転子極歯を有し、前記回転軸と一体に回転する一対の回転子鉄心と、
周方向に複数に分割されて前記一対の回転子鉄心を囲繞する円筒状となるように配置されると共に、前記一対の軸受ハウジング間に挟持されるヨーク部と、このヨーク部の内周部に設けられ、先端部に前記回転子極歯と空隙を介して径方向から対向する複数の固定子極歯を有する固定子磁極とを備えた複数の分割固定子鉄心と、
前記固定子磁極にそれぞれ巻装された複数のコイルとを具備したことを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項２】
前記各分割固定子鉄心は、高透磁率軟磁性材の一体構造により形成されていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項３】
前記各分割固定子鉄心は、焼結成形により形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド型ステッピングモータ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド型ステッピングモータを組み立てる際に、
軸方向に磁化された永久磁石と、この永久磁石の軸方向の両端面に配置され、外周部に外周面が前記分割固定子鉄心における固定子極歯の先端面に沿い、かつ周方向の幅が前記固定子磁極の先端部の幅とほぼ同一寸法となるように形成された凸部を複数有する磁性材からなる一対の位置決め部材とを備えた位置決め治具を具備し、
この位置決め治具の前記各凸部の外周面に前記固定子極歯の先端面を吸着させることにより前記位置決め治具の周りに複数の前記分割固定子鉄心を配置して位置決めし、この後、それら複数の分割固定子鉄心を前記一対の軸受ハウジング間で挟持するようにしたことを特徴とするハイブリッド型ステッピングモータの組立方法。
【請求項５】
レーザ光源やレンズ等の光学部材を有する光学装置において、前記光学部材の駆動手段に、請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド型ステッピングモータを用いたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インナーロータタイプのハイブリッド型ステッピングモータ及びその組立方法、並びにレーザ光源やレンズ等の光学部材を有する光学装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
インナーロータタイプのハイブリッド型ステッピングモータは、概略的には次のような構成となっている。すなわち、円筒状をなす固定子鉄心の内周部に、先端部に複数の固定子極歯を有する固定子磁極が複数設けられていて、これら各固定子磁極にコイルが巻装されている。これら固定子鉄心とコイルとにより固定子が構成されている。固定子の内部には、回転軸と一体に回転する回転子が配設されている。回転子は、回転軸の外周部に固着され軸方向に磁化されたリング状をなす永久磁石と、この永久磁石の軸方向の両端面に固着され外周部に複数の回転子極歯を有する一対の回転子鉄心とから構成されている。回転子極歯の外周面は、固定子極歯の先端面と空隙を介して径方向から対向している。
【０００３】
このような構成のモータを小型化することが要望されている。このような構成のモータを小型化しようとすると、固定子鉄心の径も小さくする必要があるが、固定子鉄心の径が小さくなると、固定子鉄心の内周部に存する固定子磁極に対するコイルの巻装が困難となるという問題がある。
【０００４】
一方、特開２００１−１０３６９０の公報には、インナーロータタイプのステッピングモータにおけるステータにおいて、次のような技術が示されている。すなわち、図８及び図９に示すように、円筒状をなす固定子鉄心１を複数の分割固定子鉄心２に分割し、各分割固定子鉄心２の一端部にピン部３を設けると共に、他端部に孔部４を設け、隣り合った分割固定子鉄心２同士を、ピン部３と孔部４とを嵌合させることにより一列に連結する構成とする。そして、各分割固定子鉄心２の磁極２ａにコイル５を巻装した後、これら複数の分割固定子鉄心２を環状に組み合わせる構成となっている。
【０００５】
上記した公報のものでは、固定子鉄心１が複数の分割固定子鉄心２に分割されているため、各磁極２ａに対するコイル５の巻線が容易となる。しかしながら、上記構成のものでは、ピン部３と孔部４とのクリアランスが大きすぎると、がたつきが大きくなり、分割固定子鉄心２の磁極２ａと、図示しない回転子の回転子磁極との間の隙間の管理が困難となり、逆にクリアランスが小さすぎると、組立が困難となるおそれがあり、クリアランスの管理が難しい。また、モータを小型化すべく固定子鉄心１を小径化する際には、ピン部３及び孔部４を形成するスペースを確保することが難しくなり、この構成での小型化は困難となる。
【０００６】
また、ステッピングモータにおいて、例えば外径を１０ｍｍ以下とするような小径化する場合には、一般に、図１０に示す２相クローポール型がほとんどである。このものは、固定子６が、くし歯状の軟鉄磁路７をコイル８で包み込むような構成となっているため、固定子６の小径化が比較的容易である。
【０００７】
しかしながら、このクローポール型は、回転子９におけるリング状をなす永久磁石１０の外周面に多数の着磁を必要とし、この極数とクローポール７ａの数によりステップ数が決定されるが、一般にステップ数が少ない。ステップ数を多くするには、永久磁石１０の外周面に一層多くの着磁が必要となるが、着磁のピッチを細かくしようとすると、磁力を大きくできず、トルクが小さくなってしまい、多ステップ化が難しい。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、小型化及び多ステップ化が容易で、しかも製造が容易なハイブリッド型ステッピングモータを提供することにあり、また、第２の目的は、そのようなモータを一層容易に製造することが可能なハイブリッド型ステッピングモータの製造方法を提供することにある。さらに、第３の目的は、レーザ光源やレンズ等の光学部材を、簡単な構成で、しかも精度の良い位置決めが可能な光学装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した第１の目的を達成するために、請求項１の発明のハイブリッド型ステッピングモータは、
軸方向の両側に対向するように配置された一対の軸受ハウジングと、
これら一対の軸受ハウジングに軸受を介して回転可能に支承された回転軸と、この回転軸の外周部に固着され、軸方向に磁化されたリング状をなす永久磁石と、
この永久磁石の軸方向の両端面に固着されると共にそれぞれ外周部に複数の回転子極歯を有し、前記回転軸と一体に回転する一対の回転子鉄心と、
周方向に複数に分割されて前記一対の回転子鉄心を囲繞する円筒状となるように配置されると共に、前記一対の軸受ハウジング間に挟持されるヨーク部と、このヨーク部の内周部に設けられ、先端部に前記回転子極歯と空隙を介して径方向から対向する複数の固定子極歯を有する固定子磁極とを備えた複数の分割固定子鉄心と、
前記固定子磁極にそれぞれ装着された複数のコイルとを具備したことを特徴とする。
【００１０】
上記した構成のものでは、固定子鉄心を複数の分割固定子鉄心に分割した構成としたから、固定子鉄心を小径化しても、各固定子磁極に対するコイルの巻線が容易にできる。また、複数の分割固定子鉄心は、一対の軸受ハウジング間で挟持する構成としているので、隣り合った分割固定子鉄心同士をピン部と孔部との嵌合で連結するような構成を必要としない。また、ハイブリッド型ステッピングモータは、固定子極歯の数と回転子極歯の数とでステップ数が決定されるものであり、それらの極歯は凸部であるから、クローポール型とは違い、ピッチを細かくするでき、多ステップ化が容易である。
【００１１】
請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、各分割固定子鉄心は、高透磁率軟磁性材の一体構造により形成されていることを特徴とする。これによれば、分割固定子鉄心を、多数枚の鋼板を積層して構成する場合に比べて容易に製造することができ、また、小型化にも対応しやすい。
【００１２】
請求項３の発明は、上記請求項１または２の発明において、各分割固定子鉄心は、焼結成形により形成されていることを特徴とする。これによれば、分割固定子鉄心を一層容易に製造することが可能となる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド型ステッピングモータを組み立てる際に、
軸方向に磁化された永久磁石と、この永久磁石の軸方向の両端面に配置され、外周部に外周面が前記分割固定子鉄心における固定子極歯の先端面に沿い、かつ周方向の幅が前記固定子磁極の先端部の幅とほぼ同一寸法となるように形成された凸部を複数有する磁性材からなる一対の位置決め部材とを備えた位置決め治具を具備し、
この位置決め治具の前記各凸部の外周面に前記固定子極歯の先端面を吸着させることにより前記位置決め治具の周りに複数の前記分割固定子鉄心を配置して位置決めし、この後、それら複数の分割固定子鉄心を前記一対の軸受ハウジング間で挟持するようにしたことを特徴とするものである。
上記した手段によれば、位置決め治具の磁気吸引力を利用して複数の分割固定子鉄心の位置決めを行うようにしているので、組立が容易にできる。
【００１４】
請求項５の発明は、レーザ光源やレンズ等の光学部材を有する光学装置において、前記光学部材の駆動手段に、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド型ステッピングモータを用いたことを特徴とする。これによれば、光学部材の駆動手段として、小型で多ステップが可能なステッピングモータを用いることにより、ウォームギヤ等の減速機を用いずに精密な位置決めが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図１ないし図７を参照して説明する。
まず、図１及び図２には、２相ハイブリッド型ステッピングモータの縦断正面図、及び縦断側面図が示されている。図１において、回転子１１における回転軸１２は、軸方向の両側に対向するように配置された一対の軸受ハウジング１３，１４にボールベアリングからなる軸受１５を介して回転自在に支承されていて、一端部が一方の軸受ハウジング１３から外方へ突出している。
【００１６】
回転軸１２の外周部には、リング状をなす永久磁石１６が固着されていると共に、この永久磁石１６の軸方向の両端面に左右一対の回転子鉄心１７，１８が固着されている。このうち、永久磁石１６は、軸方向に磁化されていて、一方の端面がＮ極、他方の端面がＳ極となっている。回転子鉄心１７，１８の外周部には、図４にも示すように、それぞれ軸方向に延びる突条部からなる回転子極歯１９が多数本、この場合１５本ずつ形成されている。一方の回転子鉄心１７の回転子極歯１９と、他方の回転子鉄心１８の回転子極歯１９とは、周方向に互い違いとなるように、この場合１２度ずつずれている。
【００１７】
上記一対の軸受ハウジング１３，１４間には、回転子１１を囲繞するように、円筒状をなす固定子鉄心２０が配設されている。この固定子鉄心２０は、図２に示すように、周方向に４個の分割固定子鉄心２１に分割された形態となっている。各分割固定子鉄心２１は、図３にも示すように、断面円弧状をなすヨーク部２２と、このヨーク部２２の内周部に突設された固定子磁極２３とを一体に有した構成となっている。
【００１８】
各固定子磁極２３の先端部には、それぞれ軸方向に延びる突条部からなる固定子極歯２４が３本ずつ形成されていて、これら各固定子極歯２４の先端面が、上記回転子極歯１９の外周面に対して空隙を介して径方向から対向している。そして、各固定子磁極２３の外周部には、絶縁処理を施した後、コイル２５が巻装されている。
【００１９】
ここで、４個の分割固定子鉄心２１は、円筒状となるように配置された状態で、一対の軸受ハウジング１３，１４間に挟持されると共に、接着などにより固着されている。この場合、各分割固定子鉄心２１の軸方向の両端面には凸部２６が突設されていて、これら凸部２６を、軸受ハウジング１３，１４に形成された凹部２７に嵌合させることにより、周方向の位置決めがなされている。４個の分割固定子鉄心２１（固定子鉄心２０）と４個のコイル２５とにより固定子２８を構成している。
【００２０】
各分割固定子鉄心２１及び上記一対の回転子鉄心１３，１４は、パーマロイやパーメンジュール、或いは３％珪素鉄等の高透磁率を有する軟磁性材料の焼結成形により一体構造に形成されている。なお、焼結成形に代えて、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ）（金属射出成形）によって形成してもよい。
【００２１】
なお、コイル２５の巻き始め及び巻き終わりは、固定子鉄心２０の内部に設けられたプリント配線基板２９に半田付けにより接続され、プリント配線基板２９に半田付けされたリード線３０は、軸受ハウジング１４から外部に導出されている。
【００２２】
次に、上記構成のモータを組み立てる際の組立方法について説明する。固定子２８を組み立てる際には、図６に示す位置決め治具３１を用いる。この位置決め治具３１は、軸方向に磁化されたリング状の永久磁石３２と、この永久磁石３２の軸方向の両端面に固着された磁性材からなる一対の位置決め部材３３，３４とから構成されている。永久磁石３２の一方の端面はＮ極、他方の端面はＳ極となっている。各位置決め部材３３，３４の外周部には、それぞれ４個ずつの凸部３５が設けられている。
【００２３】
各凸部３５の外周面３５ａは、図５に示すように、上記固定子磁極２３における固定子極歯２４の先端面２４ａに沿った断面円弧状をなし、各凸部３５の周方向の幅寸法が、対応する１個の固定子磁極２３の先端部の幅寸法と同一となるように設定されている。各凸部３５の外周面３５ａの円弧の半径は、固定子極歯２４の先端面２４ａの円弧の半径と同一となるように設定されている。
【００２４】
さて、固定子２８を組み立てる際には、予め各分割固定子２１の固定子磁極２３にコイル２５を巻装しておく。そして、図５及び図７に示すように、位置決め治具３１における一対の位置決め部材３３，３４の各凸部３５の外周面３５ａに、対応する分割固定子２１における固定子磁極２３の固定子極歯２４の先端面２４ａを宛がって磁気吸引力により吸着させることにより、位置決め治具３１の周りに４個の分割固定子鉄心２１を円筒状となるように配置する。このとき、各固定子磁極２３の周方向の幅と、対応する凸部３５の先端部の幅とを一致させる。これにより、４個の分割固定子鉄心２１は、位置決め治具３１の周りに位置決めされた状態で保持される。この状態で、各分割固定子鉄心２１同士を接着等により固着する。
【００２５】
この後、位置決め治具３１を固定子鉄心２０から外し、代わりに回転子１１を固定子鉄心２０の内部に挿入配置すると共に、固定子鉄心２０の軸方向両側に軸受ハウジング１３，１４を配置して、各分割固定子鉄心２１の凸部２６と軸受ハウジング１３，１４の凹部２７とを嵌合させた状態で、各分割固定子鉄心２１を両軸受ハウジング１３，１４に接着等により固着する。これにより、各分割固定子鉄心２１は、一対の軸受ハウジング１３，１４間に挟持された状態となる。
【００２６】
上記した実施例によれば、次のような効果を得ることができる。
固定子鉄心２０を複数の分割固定子鉄心２１に分割した構成としたから、固定子鉄心２０を小径化しても、各固定子磁極２３に対するコイル２５の巻線が容易にできる。また、複数の分割固定子鉄心２１は、一対の軸受ハウジング１３，１４間で挟持する構成としているので、隣り合った分割固定子鉄心同士をピン部と孔部との嵌合で連結するような構成を必要としない。
【００２７】
また、ハイブリッド型ステッピングモータは、固定子極歯２４の数と回転子極歯１９の数とでステップ数が決定されるものであり、それらの極歯２４，１９は凸部であるから、クローポール型とは違い、ピッチを細かくするでき、多ステップ化が容易である。ちなみに、ステッピングモータのステップ角度θｓは、３６０°／（回転子極歯数×相数×２）となる。本実施例のものでは、回転子極歯数が１５、相数が２であるから、ステップ角度θｓ＝６°となり、従って、回転子１１の１回転でのステップ数は６０となる。
【００２８】
分割固定子鉄心２１は、高透磁率軟磁性材の焼結成形により一体構造となるように形成したことにより、多数枚の鋼板を積層して構成する場合に比べて容易に製造することができ、また、小型化にも対応しやすい。
【００２９】
また、固定子２８を組み立てる際に、位置決め治具３１の磁気吸引力を利用して複数の分割固定子鉄心２１の位置決めを行うようにしているので、組立が容易にできる。
【００３０】
一方、本実施例の小型で多ステップが可能なステッピングモータを、レーザ光源やレンズ等の光学部材の駆動手段として用いることができる。これによれば、ウォームギヤ等の減速機を用いずに精密な位置決めが可能となる利点を得ることができる。
【００３１】
本発明は、上記した実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
上記した実施例では、２相のハイブリッド型ステッピングモータを例示したが、これに限らず、本発明は、３相、４相、５相等の多相のハイブリッド型ステッピングモータにも適用することができる。
回転子鉄心１７，１８の回転子極歯１９を１５歯として説明したが、これに限らず、回転子１１のサイズに応じて歯数を設定することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、小型化及び多ステップ化が容易で、しかも製造が容易なハイブリッド型ステッピングモータを提供することができる。
請求項４の発明によれば、位置決め治具の磁気吸引力を利用して複数の分割固定子鉄心の位置決めを行うようにしているので、組立が容易にできる。
請求項５の発明によれば、光学部材の駆動手段として、小型で多ステップが可能なステッピングモータを用いることにより、ウォームギヤ等の減速機を用いずに精密な位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すハイブリッド型ステッピングモータの縦断正面図
【図２】縦断側面図
【図３】分割固定子鉄心の斜視図
【図４】回転子の斜視図
【図５】位置決め治具の周りに４個の分割固定子鉄心を配置した状態での側面図
【図６】位置決め治具の斜視図
【図７】位置決め治具の周りに１個の分割固定子鉄心を配置した状態での斜視図
【図８】従来のインナーロータタイプのモータにおけるステータの平面図
【図９】１個の分割固定子鉄心の斜視図
【図１０】従来の２相クローポール型ステッピングモータの破断斜視図
【符号の説明】
図面中、１１は回転子、１２は回転軸、１３，１４は軸受ハウジング、１５は軸受、１６は永久磁石、１７，１８は回転子鉄心、１９は回転子極歯、２０は固定子鉄心、２１は分割固定子鉄心、２２はヨーク部、２３は固定子磁極、２４は固定子極歯、２４ａは先端面、２５はコイル、２８は固定子、３１は位置決め治具、３２は永久磁石、３３，３４は位置決め部材、３５は凸部、３５ａは外周面を示す。
【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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【図９】
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【図１０】
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