(57)【要約】【課題】ロータコアからシャフトへの磁気の流出を防止しながら、シャフトの低コスト化及び強度向上を図る。【解決手段】ロータ３３はシャフト９に片側のロータコア１１、マグネット６、他方のロータコア１１を順次サンドイッチ状に装着して円筒部２７を組立てた後、例えばインサート成形等の方法により、円筒部２７を樹脂で包み込むように被覆成形することにより一体的に製造される。ロータコア１１及びマグネット６がシャフト９を挿通させる穴はシャフト９の直径よりも大なる様に形成され、これによって樹脂層２６が形成される。樹脂層２６はロータコア１１からシャフト９への磁気の流出を防止し、これによってシャフト９には硬度の高い磁性体を用いることができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接するロータコア間にマグネットを挟持してなる円筒部と、該円筒部の中心に貫装されたシャフトと、を有するステッピングモータ用のロータであって、
前記円筒部において前記シャフトが軸通する部分が非磁性体によってなされている、
ことを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１において、前記円筒部を構成する前記非磁性体が樹脂材料からなり、
前記円筒部が、前記樹脂材料を用いた一体成形によってなされたことを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項２において、前記円筒部は、その外表面に前記樹脂材料からなる樹脂層を有し、且つ、該樹脂層が形成された状態で周面が研磨されたものである、
ことを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項２または３において、前記樹脂材料が、ポリブチレンテレフタレートからなることを特徴とするロータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、前記シャフトが磁性体によってなされていることを特徴とするロータ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載されたロータを備えたことを特徴とするステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータに使用されるロータに関する。また、本発明は、該ロータを備えたステッピングモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、ロータと呼ばれる回転子を備え、このロータは、二つあるいはそれ以上の円盤形状のロータコア（鉄心）の間に、円盤形状のマグネットを挟みこむようにして中央の穴にシャフトを貫通させることにより組み立てられており（図６（Ａ）参照）、ステッピングモータ内に回転可能に装着されている。ステッピングモータは、内部の巻線に電流を流すことによって生じる磁極と前記ロータの磁石により与えられる磁極の吸引と反発によって回転する。
【０００３】
図５は、従来のステッピングモータ５０の分解斜視図であり、図６は従来のロータの構造及び製造工程を示す説明図（平面図）である。このステッピングモータ５０は、上記ロータ３１、ステータユニット３２、上下のブラケット８ａ、８ｂを主要な構成としている。ロータ３１は、図６（Ａ）に示すように、１本のシャフト９と、ここでは２つのロータコア１１および１つのマグネット６で構成されている。ロータコア１１は、珪素鋼板を積層したものであり、ロータ３１が組み込まれるステッピングモータ５０に要求される諸特性に応じて積層枚数が調整される。マグネット６はフェライト又はネオジウムを原材料としたものがステッピングモータの必要トルクに応じて調整したものが使用される。
【０００４】
シャフト９は、非磁性体によって形成されている。シャフト９を磁性体によって形成すると、ロータコア１１からシャフト９へと磁気が流れ、磁気効率が低下し、これによってモータの回転トルクが低下してしまうからである。また、シャフト９の表面は、硬度を向上させる為の処理（例えば、軟窒化処理）が行われ、表面硬度の向上が図られている。これは、非磁性体は硬度が低く、シャフト９を非磁性体によって形成すると、軸受部分での摩耗が著しくなるからである。
【０００５】
次に、シャフト９にロータコア１１を固定する際には、二つのロータコアの小歯１９（図６（Ａ）参照）を正確に１／２ピッチづつずらして固定する。また、ロータコア１１の両側部には、数枚のワッシャー７が、ロータの厚さ方向の位置を調整するために装着される（図６（Ｃ）参照）。なお、本明細書では、図６（Ａ）に示す、ロータコア１１、１１間にマグネット６を挟持してなる円筒形状の部分（符号２７）を便宜上、「円筒部」と称する。
【０００６】
ステータユニット３２は、珪素鋼板を積層することにより構成される多数の腕部を持ったステータコア（鉄心）１３と、該腕部の巻線１５（後述の図４参照）と、ステータコア１３と巻線１５の間を絶縁するための上下のインシュレータ１２ａ、１２ｂから構成されている。また、巻線１５は、基板３およびリード線５からなるハーネスユニットと接続されている。
【０００７】
ステッピングモータの組立時には、ロータ３１およびステータユニット３２をそれぞれ別個に組み立てた後、ステータユニット３２内の空間にロータ３１を嵌め込み、上ブラケット８ａおよび下ブラケット８ｂで挟持してねじ１４によって封止する。ロータ３１のシャフト９は、軸受２、２を介して上下のブラケット８ａ、８ｂの中央部の穴に挿通され、シャフト９の一端にはプーリ又はギア１０を装着する。
【０００８】
次に、ロータ３１は、ロータ３１の円筒部２７周面とステータコア１３内面との間に所定の間隔（通常５０μｍ程度）を確保する様に、軸受２、２によって支持される。ここで、ロータ３１がステータユニット３２内で円滑な回転運動を行うためには、前記間隔を一定に保つ必要があり、この為、ロータ３１の周面およびステータコア１３の内面には、十分な研磨が施される。特に、ロータ３１については、シャフト９の挿入後に、真円度、直角度および外径寸法を調整するため、円筒部２７のロータコア１１外周に突起している小歯面１９を砥石で研磨するとともに、円筒部２７の寸法を測定した後にワッシャー７を円筒部２７の両側に装着して円筒部２７の厚み方向への位置調整を行っている。
【０００９】
ここで、円筒部２７周面の研磨を行うと、小歯１９の縁にバリが発生する。このバリは、ステッピングモータ内で剥離してステータユニット３２とロータ３１の間に挟まって正常な回転を阻害したり、異常音の発生などを引き起こす原因となるため、円筒部２７周面に接着剤の塗布を行い、固化させた後に研磨を行う方法が用いられている。より具体的には、図６（Ｂ）および同（Ｃ）に示すように、円筒部２７周面を研磨する前に、接着剤４０をロータ３１の円筒部２７周面に小歯１９を覆うようにくまなく均一に塗布して（図６（Ｂ））、オーブンで熱乾燥して固化せしめた後、塗布した接着剤の上から円筒部２７周面の研磨を行い、これによってバリの発生防止と寸法の均一化を図る（図６（Ｃ））。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した様な従来のステッピングモータにおいては、シャフト９を上述の様に非磁性体によって形成し、且つ、表面硬度向上の為の表面処理を行っていたことから、コストアップの要因となっていた。また、非磁性体を用いなければならないことから材料の選択の自由度が失われるとともに、シャフト９の強度向上にも限界があった。
【００１１】
そこで本発明はこの様な問題に鑑みなされたものであり、その課題は、ロータコアからシャフトへの磁気の流出を防止しながら、シャフトの低コスト化及び強度向上を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載のロータは、隣接するロータコア間にマグネットを挟持してなる円筒部と、該円筒部の中心に貫装されたシャフトと、を有するステッピングモータ用のロータであって、前記円筒部において前記シャフトが軸通する部分が非磁性体によってなされていることを特徴とする。
【００１３】
本願請求項１記載の発明によれば、ステッピングモータ用のロータにおける、ロータコアとマグネットから構成される円筒部において、シャフトが軸通する部分が非磁性体によってなされているので、これによって円筒部からシャフトへの磁気の流出による磁気効率の低下を防止することができ、従ってシャフトに磁性体を用いることができる。
【００１４】
シャフトに磁性体を用いることができると、シャフトの材質として強度の高い材料を用いることができることから、シャフトの磁化を防止する為にシャフトに強度の低い非磁性体を用い、且つ強度向上の為の表面処理を行う従来の場合と比してシャフトのコストアップを招くことが無く、且つ、耐久性の優れたロータを得ることができる。
【００１５】
本願請求項２記載のロータは、請求項１において、前記円筒部を構成する前記非磁性体が樹脂材料からなり、前記円筒部が、前記樹脂材料を用いた一体成形によってなされたことを特徴とする。
本願請求項２記載の発明によれば、前記円筒部を構成する前記非磁性体が樹脂材料からなり、前記円筒部が、前記樹脂材料を用いた一体成形によってなされているので、これによってロータを製造簡単にして且つ安価に得ることができる。
【００１６】
本願請求項３記載のロータは、請求項２において、前記円筒部は、その外表面に前記樹脂材料からなる樹脂層を有し、且つ、該樹脂層が形成された状態で周面が研磨されたものであることを特徴とする。
【００１７】
従来、ロータの円筒部は、研磨時のバリ発生防止の為に円筒部を接着剤で覆った後、研磨を行うことによってなされていた。しかし、この様に円筒部を覆う様に塗布される接着剤は高温環境でなければ固化しない上、固化するまでに時間がかかり、直ぐに次の研磨工程に移行できないため、組立にはバッチ処理が必要となり、大量生産には不向きであった。また、接着剤は固化する際に気泡が発生することがあるが、この気泡部分では研磨時にバリの防止作用が機能せず、バリの発生を完全に防ぐことが困難であるという欠点もあった。しかも、接着剤としては比較的粘度の高いものを使用するため、接着剤をロータコアの小歯と小歯の間に均一に、かつ隈なく塗布することはかなり困難な作業であり、十分な塗布を行うには修正作業が必要で所要時間が長くなるという問題があった。
【００１８】
しかし本願請求項３記載の発明においては、前記円筒部はその外表面に前記樹脂材料からなる樹脂層を有し、且つ、該樹脂層が形成された状態で周面が研磨されたものであるので、前記樹脂層の存在によってロータコアを構成する小歯の、研磨時のバリの発生が確実に防止されるとともに、樹脂成形によって前記円筒部を容易に大量生産することができ、製造時の効率を向上させることができる。
【００１９】
本願請求項４記載のロータは、請求項２または３において、前記樹脂材料が、ポリブチレンテレフタレートからなることを特徴とする。
本願請求項４記載の発明によれば、前記樹脂材料がポリブチレンテレフタレートからなるので、成形性容易にして且つ安価に前記円筒部を構成することができる。
【００２０】
本願請求項５記載のロータは、請求項１から４のいずれか１項において、前記シャフトが磁性体によってなされていることを特徴とする。
本願請求項５記載の発明によれば、前記シャフトが磁性体によってなされているので、前記シャフトの材料として強度の高いものを用いることができ、前記シャフトの強度、ひいては耐久性を向上させることができるとともに、強度向上の為に表面処理を行う必要が無いので、前記シャフト、ひいてはロータを低コストに得ることができる。
【００２１】
本願請求項６記載のステッピングモータは、請求項１から５のいずれか１項に記載されたロータを備えたことを特徴とする。
本願請求項６記載の発明によれば、ステッピングモータは、請求項１から５のいずれか１項に記載されたロータを備えているので、もって前述した本願請求項１から５のいずれか１項に記載された発明と同様な作用効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るロータの一実施形態に係るロータ３３の平面図（一部断面図）であり、図２はロータ３３の製造工程を示す説明図、図３はロータ３３の構造を示す為の部品展開図である。
【００２３】
図３に示す様に、ロータ３３は、ロータコア１１間にマグネット６を挟み、シャフト９を挿通した状態からなり、そして図２（Ａ）に示す様に円筒部２７全体を難燃性合成樹脂からなる樹脂層２３で被覆する様に形成し、その後、円筒部２７の周面を樹脂層２３の上から研磨して得られるものである。
【００２４】
研磨後のロータ３３の円筒部２７周面には、図２（Ｂ）に示す様にロータコア１１の小歯１９が樹脂層２３の中に一定ピッチで非連続に露出した状態となる。また、円筒部２７の両端面は、所定の厚みで樹脂層２３により略全面にわたり被覆されており、円筒部２７の端面中央付近（シャフト９の周囲）に対応する部分では、樹脂層２３が肉厚に成形されて位置調整部２５を形成している。この位置調整部２５は、従来技術のワッシャー７（図６（Ｃ）参照）に相当する機能を有する。すなわち、ステッピングモータ５１のステータユニット３２内での、円筒部２７の軸方向位置を正確に調整するために設けられている。このように、位置調整部２５を被覆合成樹脂で一体的に成形することにより、ワッシャー７を重ねて位置調整を行うという煩雑な作業が不要になるとともに、従来プラス・マイナス０．９ｍｍ程度必要とされていた公差を、プラス・マイナス０．０５ｍｍ程度まで大幅に狭めることが可能になり、品質の安定化が図られる。
【００２５】
ロータ３３の被覆に使用する合成樹脂は、難燃性であることが好ましく、例えば米国難燃性規格ＵＬ９４でＶ−０グレードの難燃性合成樹脂を好適に利用できる。
【００２６】
また、被覆に使用する合成樹脂の材質は、研磨直後の樹脂層２３の盛り上がり（円筒部２７の周面に被覆された樹脂層２３の高さと小歯１９の高さとの差）が４μｍ以下（例えば２〜４μｍ程度）となるようなものが好ましい。さらに、被覆に使用する合成樹脂は熱膨張による経時変化が小さいものが、ロータ３３の回転精度を維持する上で好ましく、例えば、１００℃、１時間の加熱条件で円筒部２７周方向への膨張幅（円筒部２７の周面に被覆された膨張後の樹脂層２３の高さと膨張前の樹脂層２３の高さとの差。いずれも小歯１９の高さを基準にして測定したもの）が５μｍ以下（例えば３〜５μｍ程度）のものが好ましい。
【００２７】
同様にロータ３３の回転精度を維持する上で、樹脂は吸湿による経時変化が小さいものが好ましく、例えば、温度６０℃、湿度８０％の条件で１００時間経過後の吸湿による樹脂層２３の円筒部２７周方向への膨張幅（円筒部２７の周面に被覆された膨張後の樹脂層２３の高さと膨張前の樹脂層２３の高さとの差。いずれも小歯１９の高さを基準にして測定したもの）が３０μｍ以下（例えば、２５〜３０μｍ程度）のものが好ましい。なお、円筒部２７周面上に被覆された樹脂層２３と小歯１９とが接する部分は、上記の高湿度条件でも盛り上がりが殆ど生じないことが好ましい。
【００２８】
また、樹脂の硬さが柔らかいものでは、研磨工程において砥石の目詰まりを起こしてしまうため、一定以上の硬度を有するものが好ましい。
【００２９】
以上のような特徴を有する樹脂としては、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を挙げることができ、特に、ガラス繊維やミネラルによって強化されたＰＢＴ樹脂が好ましい。好適に利用可能な樹脂の市販品としては、例えば、クラスティンＳ６８０ＦＲ、クラスティンＳＫ６６２ＦＲ、クラスティンＨＴＩ６８１ＦＲ（以上、商品名：デュポン社製）を挙げることができる。
【００３０】
上記ロータ３３は、シャフト９に片側のロータコア１１、マグネット６、他方のロータコア１１を順次サンドイッチ状に装着して円筒部２７を組立てた後、例えばインサート成形等の方法により、円筒部２７を樹脂で包み込むように被覆成形することにより製造できる。樹脂層２３の成形時には、円筒部２７の端面を被覆する樹脂層２３の厚さや、位置調整部２５の突出幅などを所望の値に調整することが可能である。
【００３１】
図４は図１のロータ３３を組み込んだステッピングモータ５１の一実施形態の内部構造を示す図面である。ステッピングモータ５１において、本発明のロータ３３は回転支持材としての軸受２によって支持され、円滑な回転運動が確保されている。前記したように、ロータ３３で位置調整部２５が一体成形によって形成されているため、ワッシャー７は使用していない。珪素鋼板を積層することにより構成される多数の腕部を持ったステータコア１３には、巻線１５がステータコア１３の腕部にインシュレータ１２によって絶縁された状態で巻装されている。本実施形態では、インシュレータ１２は一体化されており、図４のように上、下、それぞれのインシュレータ１２ａ、１２ｂに分かれていないため、部品点数と組立工程が削減され、製造コストの低減が図られている。
【００３２】
このステッピングモータ５１は、リード線５と基板３を介して電流を流すことによって、腕部に与えられた磁極とロータ３３のマグネット６により与えられる磁極の吸引と反発によってロータ３３を回転させることができる。ロータ３３に与えられた回転運動は、伝達子であるプーリ（ギアでも良い）１０を介して図示しない他の部品に伝達される。図４において、他の構成は図５において述べたものと同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
続いて、図１を参照しつつ、円筒部３３とシャフト９とについてより詳細に説明する。ロータ３３は前述の様に、シャフト９に片側のロータコア１１、マグネット６、他方のロータコア１１を順次サンドイッチ状に装着して円筒部２７を組立てた後、例えばインサート成形等の方法により、円筒部２７を樹脂で包み込むように被覆成形することにより一体的に製造されるが、図３に示す様に本発明に係るロータ３３においては、ロータコア１１とマグネット６とに形成されたシャフト９を挿通させる穴（それぞれ符号１１ａ、６ａで示す）は、シャフト９の直径よりも大なる直径を有していて、円筒部２７の樹脂成形時には、シャフト９とロータコア１１及びマグネット６との間に樹脂が流れ、これによって図１に示す様にシャフト９の外周に樹脂層２６が形成される様になっている。
【００３４】
以下、樹脂層２６の作用効果について説明する。シャフト９と、ロータコア１１及びマグネット６との間に樹脂層２６を有しない場合においては、ロータコア１１からシャフト９へと磁気が流れ、これによって磁気効率が低下してモータの回転トルクが低下してしまうことから、これを防止すべく、シャフト９を非磁性体によって形成する必要がある。ここで、非磁性体は一般に硬度が低い為、軸受部との摩耗を防止すべく、硬度を向上させる為の処理（例えば、軟窒化処理等）を行う必要があり、当該表面処理がシャフト９をコストアップさせる要因となる。
【００３５】
しかし、本発明に係るロータ３３では、図１に示す様にシャフト９と、ロータコア１１及びマグネット６との間に樹脂層２６を有しているので、該樹脂層２６によってロータコア１１からの磁気の流出が防止でき、従ってシャフト９に硬度の高い磁性体（例えば、ステンレス鋼）を用いることができる。これにより、シャフト９の表面処理を行う必要が無く、シャフト９を低コストに得ることができる。また、非磁性体に表面処理を行う場合と比して、磁性体を用いることによってシャフト９それ自体の機械的強度、耐久性等を向上させることができ、ステッピングモータ５１の長期的な信頼性も向上させることができる。加えて、機械的強度が高いことから、シャフト９をより小さい直径とすることができ、これによってもシャフト９の低コスト化を図ることができる。
【００３６】
尚、樹脂層２６として例えばアルミニウム等の非磁性体（以下「非磁性部材」と称する）を用いることもできるが、この様な場合には樹脂材料を用いる場合の様にロータ３３を一体成形によって簡易に且つ低コストに製造することができない。また、シャフト９に非磁性部材を圧入する工程が必要となる為、当該圧入工程においてシャフト９の表面に傷を付けたり、摩耗させたり、シャフト９に曲げを発生させたりする虞がある。加えて、圧入する為に、シャフト９及び非磁性部材の寸法精度を精密に管理することから、シャフト９及び非磁性部材そのものをコストアップさせてしまう。しかし、本発明の様に樹脂層２６とすることにより、上述の様な問題を防止することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、ステッピングモータ用のロータにおける、ロータコアとマグネットから構成される円筒部において、シャフトが軸通する部分が非磁性体によって構成されているので、これによって円筒部からシャフトへの磁気の流出による磁気効率の低下を防止することができ、従ってシャフトに磁性体を用いることができる。シャフトに磁性体を用いることができると、シャフトの材質として強度の高い材料を用いることができることから、シャフトの磁化を防止する為にシャフトに強度の低い非磁性体を用い、且つ強度向上の為の表面処理を行う場合の様にシャフトのコストアップを招くことが無く、且つ、耐久性の優れたロータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロータの平面図（一部断面図）である。
【図２】本発明に係るロータの製造工程を示す説明図（ロータ平面図）である。
【図３】本発明に係るロータの部品展開斜視図である。
【図４】本発明に係るステッピングモータの断面図である。
【図５】従来技術に係るステッピングモータの部品展開斜視図である。
【図６】従来技術に係る接着剤塗布法による工程手順の説明に供する図面であり、（Ａ）は研磨前のロータの状態、（Ｂ）は接着剤を塗布した状態、（Ｃ）は、研磨後の状態である。
【符号の説明】
２　軸受
３　基板
４　絶縁シート
５　リード線
６　マグネット
７　ワッシャー
８ａ　上ブラケット
８ｂ　下ブラケット
９　シャフト
１０　プーリー
１１　ロータコア
１２ａ　上インシュレータ
１２ｂ　下インシュレータ
１３　ステータコア
１４　ねじ
１５　巻線
１９　小歯
２３　樹脂層
２５　位置調整部
２６　樹脂層
２７　円筒部
３２　ステータユニット
３３　ロータ（本発明）
４０　接着剤
５１　ステッピングモータ
【図１】
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【図２】
2004023957.tif 000004
【図３】
2004023957.tif 000005
【図４】
2004023957.tif 000006
【図５】
2004023957.tif 000007
【図６】
2004023957.tif 000008