(57)【要約】【課題】大型化することなく出力を向上させ且つ回転バランスを良好にして静音化を達成したモータを提供する。【解決手段】マグネット７に隣接する第１のコイル２の内周に配置され、マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部１ａと、第１のコイルの外周に隣接し、マグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと、マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部１ｅと、第２のコイル４の内周に配置され、マグネットの外周面に対向する第３の外側磁極部１ｆと、第２のコイルの外周に隣接し、マグネットの外周面に対向する第４の外側磁極部１ｇ，１ｈと、マグネットの内周面に対向する第２の内側磁極部１ｊとを有し、回転中心を基準にした第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とのなす角θ度を「２ｎ×３６０／Ｎ＜θ＜（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎ」（Ｎは着磁分割数、ｎは整数）の範囲に設定する。【選択図】図４
2005057903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向にＮ分割されて異なる極に交互に着磁された円環形状のマグネットを有する回転可能なロータと、
前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第１のコイルと、
前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部と、
前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部と、
前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部と、
前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接するとともに前記第１のコイルと略同一平面上に配置される第２のコイルと、
前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第３の外側磁極部と、
前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第４の外側磁極部と、
前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第２の内側磁極部と、を有するモータにおいて、
前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θ度を
２ｎ×３６０／Ｎ＜θ＜（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎ（Ｎは着磁分割数、ｎは整数）
の範囲に設定することを特徴とするモータ。
【請求項２】
周方向にＮ分割されて異なる極に交互に着磁された円環形状のマグネットと、
前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなるロータと、
前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第１のコイルと、
前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部と、
前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部と、
前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して前記第１のコイルと略同一平面上に配置される第２のコイルと、
前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第３の外側磁極部と、
前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第４の外側磁極部と、を有するモータにおいて、
前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θ度を
２ｎ×３６０／Ｎ＜θ＜（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎ（Ｎは着磁分割数、ｎは整数）
の範囲に設定することを特徴とするモータ。
【請求項３】
前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心と前記第２の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角、及び前記第３の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心と前記第４の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角α度を
（２７０／Ｎ）≦α≦（４５０／Ｎ）
の範囲に設定することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
【請求項４】
前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θ度を、ｎを整数として、ステップ駆動するモータとしての基準角度θ０＝（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎとすると、
θ＝θ０−Δθ    （０＜Δθ＜１８／Ｎ）
に設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】
前記第１のコイル及び前記第２のコイルと略同一平面上に配置される前記第１のコイル及び前記第２のコイル以外の複数のコイルを配置することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
レンズを備える光学装置において、請求項１から５のいずれかに記載のモータを備え、前記モータの回転軸とレンズの光軸とを平行に配置するとともに、前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θの範囲が光軸側になるように前記モータを配置したことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の外側磁極部を有するモータ及び該モータを具備する光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３４は従来のステップモータの一構成例を示す模式的縦断面図であり、図３５は図３４のステップモータのステータから流れる磁束の状態を模式的に示す部分断面図である。これらの図において、ステータコイル１０５が同心状に巻回されたボビン１０１が、軸方向に並んで２個配置され、これらの２個のボビン１０１はそれぞれ別のステータヨーク１０６に挟持固定されている。各ステータヨーク１０６の内径面には、ボビン１０１の内径面円周方向に沿って交互に配置されるステータ歯１０６ａ及び１０６ｂが形成されている。ステータ歯１０６ａ又は１０６ｂと一体のステータヨーク１０６が、２個のケース１０３それぞれに固定されている。こうして励磁用の２個のステータコイル１０５のそれぞれに対応する２個のステータ１０２が構成されている。２個のケース１０３の一方にはフランジ１１５と軸受１０８が固定され、他方のケース１０３には他の軸受１０８が固定されている。ロータ１０９はロータ軸１１０に固定されたロータマグネット１１１から成り、ロータマグネット１１１は各ステータ１０２のステータヨーク１０６と放射状の空隙部を形成している。そしてロータ軸１１０は２個の軸受１０８によって回転可能に支持されている。
【０００３】
上記従来の小型のステップモータにおいては、ロータ１０９の外周にケース１０３、ボビン１０１、ステータコイル１０５及びステータヨーク１０６が同心状に配置されているため、モータの外形寸法が大きくなってしまうという課題があった。また、ステータコイル１０５への通電により発生する磁束は、図３５に示すように主としてステータ歯１０６ａの端面１０６ａ１とステータ歯１０６ｂの端面１０６ｂ１とを通過するため、ロータマグネット１１１に効果的に作用せず、モータ出力が高くならないという欠点もあった。
【０００４】
上記の欠点を解決することを目的としたモータが提案されている（例えば、特許文献１）。この提案に係るモータは、円筒形状の永久磁石を円周方向に等分割して異なる極に交互に着磁させたロータ（ロータマグネット）を形成し、ロータの軸方向（モータの軸方向）に第１のコイル、ロータ及び第２のコイルを順に配置し、第１のコイルにより励磁される第１の外側磁極部及び第１の内側磁極部をロータの軸方向一半部の外周面及び内周面に対向させ、第２のコイルにより励磁される第２の外側磁極部及び第２の内側磁極部をロータの軸方向他半部の外周面及び内周面に対向させるように構成したものであり、ロータ軸である回転軸が円筒形状の永久磁石（マグネット）から取り出されている。このような構成のモータならば、出力が高くモータの外形寸法を小さいものとすることができる。更に、マグネットを薄くすることにより、第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間の距離、並びに第２の外側磁極部と第２の内側磁極部との間の距離を小さくすることができ、それにより磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。そのため、第１のコイル及び第２のコイルに流す電流が少なくても、多くの磁束を発生させることができ、高い出力を維持できる。
【０００５】
図３６は、上記構成のモータを示す模式的縦断面図であり、３１１がマグネット、３１２が第１のコイル、３１３が第２のコイル、３１４が第１のステータ、３１４ａ，３１４ｂが第１の外側磁極部、３１４ｃ，３１４ｄが第１の内側磁極部、３１５が第２のステータ、３１５ａ，３１５ｂが第２の外側磁極部、３１５ｃ，３１５ｄが第２の内側磁極部、３１６が第１のステータ３１４と第２のステータ３１５を保持する連結リング、３１７がマグネット３１１が固着されマグネット３１１と一体に回転する出力軸である。この出力軸３１７は第１のステータ３１４と第２のステータ３１５の軸受部３１４ｅ，３１５ｅに回転可能に支持されている。
【０００６】
しかしながら、このような特許文献１等に記載されているタイプのモータは、図３４に示す従来のステップモータと同様に、軸方向の長さが長くなってしまうという欠点があった。軸方向に短いモータとしては、図３７に示すようなものがある（例えば、特許文献２、特許文献３）。これは複数のコイル３０１，３０２，３０３と円盤形状のマグネット３０４で構成されている。コイル３０１〜３０３は図３７に示すように薄型コイン形状であり、その軸はマグネットの軸と平行に配置されている。また、円盤形状のマグネット３０４は円盤の軸方向に着磁されており、マグネット３０４の着磁面とコイル３０１〜３０３の軸は対向するように配置されている。
【０００７】
この構成の場合、コイル３０１〜３０３から発生する磁束は、図３８中の矢印で示すように完全には有効にマグネット３０４に作用していない。また、マグネット３０４に作用する回転力の中心は図３８に示すようにモータの外径からＬだけ離れた位置となるので、モータの大きさの割には発生するトルクが小さくなってしまう。また、このモータの中心部はコイル３０１〜３０３やマグネット３０４が占有してしまっているので、該モータ内に別の部品を配置することは困難である。更には複数のコイルが必要であることからコイルへの通電制御が複雑になったり、コストが上がってしまったりする欠点がある。
【０００８】
一方、上記図３６のモータにより絞り羽根やシャッタやレンズ等を駆動する装置が知られている。図３９に、上述した特許文献１等に記載されているタイプのモータを駆動源として用いられたレンズを駆動する装置の一例を示す。図３９の６０６は前記モータである。６０９はレンズで、レンズ保持枠６１０に保持されている。６０８はモータ６０６の出力軸に固着されたギアであり、レンズ保持枠６１０に形成されたギア穴６１０ａと嵌合している。６１１，６１４はモータ６０６の回転出力がギア穴６１０ａを介してレンズ保持枠６１０に伝わることにより該レンズ保持枠６０６（レンズ６０９）を光軸方向に案内するための案内バーである。本モータ６０６は中実の細長い円筒形状であるため、図示のようにレンズ６０９の駆動源として用いる場合は、カメラの鏡筒内で光軸と平行になるように配置する必要がある。よって、鏡筒の半径寸法がレンズの半径や絞り開口の半径寸法だけではなく、これにモータの直径を加えた値となっていた。
【０００９】
図４０は図３６に示すような中実の円筒形状のステップモータを使用する場合の鏡筒地板あるいは光量調節装置の横断面の大きさを線図で示す説明図である。図４０において、モータをＭ、開口部を４００、鏡筒地板あるいは光量調節装置を４０１とし、モータＭの直径をＤ１、開口部４００の直径をＤ２、鏡筒地板又は光量調節装置４０１の直径をＤ３とすると、鏡筒地板又は光量調節装置４０１の直径Ｄ３は少なくとも（２×Ｄ１＋Ｄ２）以上になってしまう。図３４に示すモータを使用すれば、モータＭの直径Ｄ１がコイル、マグネット、およびステータを加えたものとなり、鏡筒地板又は光量調節装置４０１の直径Ｄ３が非常に大きくなってしまう。
【００１０】
また、図３４及び図３６に記載されているタイプのモータの場合、第１のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置と、第２のコイルへの通電により発生する磁束がマグネットに作用する位置とがマグネットの軸方向にずれている。そのため、軸と平行方向における位置で（つまり、図３６でいう３１４側の位置と３１５側の位置とで）マグネットに着磁ムラがある場合、マグネットの回転停止位置の精度が悪くなることもある。
【００１１】
上記の欠点を解決したものとして、本願出願人は特許文献４に記載のモータを提案している。これは、周方向に分割して異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネットを有する回転可能なロータと、第１のコイルにより励磁され、マグネットの外周面の第１の所定の角度範囲内に対向する第１の外側磁極部と、第１のコイルにより励磁され、マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部と、第２のコイルにより励磁され、前記マグネットの外周面の第２の所定の角度範囲内に対向する第２の外側磁極部と、第２のコイルにより励磁され、マグネットの内周面に対向する第２の内側磁極部とを設け、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とをマグネットを中心とした同一円周上に配置したものである。この特許文献４に記載のモータは、マグネットの着磁ムラの影響を受けにくく、軸方向の長さは短いという利点を有するものの、すべての外側磁極部はコイルの内周に配置される構成のため、モータ外径を小型化しようとすると、外側磁極部のマグネット外周に対向する範囲が限られてしまい（マグネット外周に外側磁極部が対向していない領域が多い）、出力が低いという問題があった。
【００１２】
そこで、このような点を解決したものとして、図４１に示すようなモータが提案されている（例えば、特許文献５）。これは、少なくとも外周面が周方向に分割されて異なる極に交互に着磁された円筒形状のマグネット部５０１ａ〜５０１ｇ等を有する回転可能なロータ５０１と、第１のコイル５０３により励磁され、前記マグネット部の外周面の第１の所定の角度範囲内に対向する第１の外側磁極部５０２ａ〜５０２ｃと、前記第１のコイル５０３により励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第１の内側磁極部５０２ｇと、第２のコイル５０４により励磁され、前記マグネット部の外周面の第２の所定の角度範囲内に対向する第２の外側磁極部５０２ｄ〜５０２ｆと、前記第２のコイル５０４により励磁され、前記マグネット部の内周面に対向する第２の内側磁極部５０２ｇとが前記マグネット部を中心とした同一円周上に配置したものである。なお、５０５はカバーである。
【特許文献１】特開平０９−３３１６６６号公報
【特許文献２】特開平０７−２１３０４１号公報
【特許文献３】特開２０００−０５０６０１号公報
【特許文献４】特願２００１−２２６３０２号公報
【特許文献５】特開２００３−０２３７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献５に記載のモータは、マグネット外周面に対向する磁極は上記第１と第２の外側磁極部のみであるため、マグネットに対向する領域を増やそうとするとモータの外径が大きくなるばかりではなく、それぞれの磁極は上記第１あるいは第２のコイルのみにより励磁されるため、Ｎ極かＳ極のいずれかとなり、領域を増やした部分において、交互に着磁されているマグネットの極と作用せず出力が低いという課題があった。さらに、磁極数が少ないため、回転バランスが悪く、騒音が激しいという課題もあった。また、これらの課題は、複数の磁極を配置することによって改善されるが、十分には解決されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向にＮ分割されて異なる極に交互に着磁された円環形状のマグネットを有する回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第１のコイルと、前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部と、前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部と、前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第１の内側磁極部と、前記ロータの回転軸方向において前記マグネットに隣接するとともに前記第１のコイルと略同一平面上に配置される第２のコイルと、前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第３の外側磁極部と、前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第４の外側磁極部と、前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの内周面に対向する第２の内側磁極部と、を有するモータにおいて、前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θ度を
２ｎ×３６０／Ｎ＜θ＜（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎ（Ｎは着磁分割数、ｎは整数）
の範囲に設定したモータとするものである。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、周方向にＮ分割されて異なる極に交互に着磁された円環形状のマグネットと、前記マグネットの内径部に固定される軟磁性材料からなるロータと、前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して配置される第１のコイルと、前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部と、前記第１のコイルにより励磁され、前記第１のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第２の外側磁極部と、前記ロータに隣接するとともに前記ロータの軸方向において前記マグネットに隣接して前記第１のコイルと略同一平面上に配置される第２のコイルと、前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの内周に配置されるとともに、前記マグネットの外周面に対向する第３の外側磁極部と、前記第２のコイルにより励磁され、前記第２のコイルの外周に隣接するとともに、前記マグネットの外周面に対向する第４の外側磁極部と、を有するモータにおいて、前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θ度を
２ｎ×３６０／Ｎ＜θ＜（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎ（Ｎは着磁分割数、ｎは整数）
の範囲に設定したモータとするものである。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心と前記第２の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角、及び前記第３の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心と前記第４の外側磁極部の前記マグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角α度を
（２７０／Ｎ）≦α≦（４５０／Ｎ）
の範囲に設定した請求項１または３に記載のモータとするものである。
上記構成によれば、第１の外側磁極部に加え、第２の外側磁極部もマグネットに有効に作用するとともに、第３の外側磁極部に加え、第４の外側磁極部もマグネットに有効に作用する。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θ度を、ｎを整数として、ステップ駆動するモータとしての基準角度θ０＝（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎとすると、
θ＝θ０−Δθ    （０＜Δθ＜１８／Ｎ）
に設定した請求項１ないし３のいずれかに記載のモータとするものである。
【００１８】
上記構成によれば、第２の外側磁極部と第４の外側磁極部での磁束の流れに起因するコギングトルクを抑制するとともに、マグネットと磁極との間に働く力の回転位置による変動を改善して、ロータの回転位置によるトルク変動を改善可能にする。
また、請求項５に記載の発明は、前記第１のコイル及び前記第２のコイルと略同一平面上に配置される前記第１のコイル及び前記第２のコイル以外の複数のコイルを配置した請求項１から４のいずれかに記載のモータとするものである。
上記構成によれば、複数のコイルによる磁界がマグネットに効果的に作用し、出力向上を可能にする。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、レンズを備える光学装置において、請求項１から５のいずれかに記載のモータを備え、前記モータの回転軸とレンズの光軸とを平行に配置するとともに、前記ロータの回転中心を基準にした前記第１の外側磁極部及び前記第２の外側磁極部と前記第３の外側磁極部及び前記第４の外側磁極部とのなす角θの範囲が光軸側になるように前記モータを配置した光学装置とするものである。
【００２０】
上記構成によれば、モータによる光軸方向の出っ張りが少なく、かつ外径を大きくすることなくモータを配置可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、大型化することなく出力を向上させることができると共に、回転バランスを良好にして静音化することのできるモータおよび光学装置を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下の実施例１および実施例２に示す通りである。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の実施例１に係るモータを示す分解斜視図、図２は図１のモータの構成部品であるステ−タの拡大図、図３は図１のモータのコイル及びロータ軸を通り軸方向に平行な面での断面図である。
【００２４】
これらの図において、１は軟磁性材料から成るステータ（ヨーク）であり、第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃを有しており、第１外歯部１ａで第１の外側磁極部を形成し、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃで第２の外側磁極部を形成する。１ｄは後述の第１のコイル２の側面に隣接して第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃを結ぶように設けられる第１レール部である。１ｅは第１レール部１ｄの上に形成され、後述の補助ヨーク６が取り付けられる第１嵌合突起部であり、第１レール部１ｄの一部と第１嵌合突起部１ｅ及び補助ヨーク６の一部で第１の内側磁極部を形成する。１ｆは第４外歯部、１ｇは第５外歯部、１ｈは第６外歯部であり、第４外歯部１ｆで第３の外側磁極部を形成し、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈで第４の外側磁極部を形成する。１ｉは後述の第２のコイル４の片側の側面に隣接して第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈを結ぶように設けられる第２レール部である。１ｊは第２レール部１ｉの上に形成され、補助ヨーク６が取り付けられる第２嵌合突起部であり、第２レール部１ｉの一部と第２嵌合突起部１ｊ及び補助ヨーク６の一部で第２の内側磁極部を形成する。１ｋは第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ、第１レール部１ｄ、第４外歯部１ｆ、第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈ、第２レール部１ｉのそれぞれの一端を結ぶ平板部である。１ｌは後述の軸受け１１を取り付ける軸受け取付け部である。第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ、第４外歯部１ｆ、第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈは後述の回転軸８と平行方向に延びる櫛歯形状に形成されている。
【００２５】
本実施例１のステ−タは上記特許文献１に記載されたものとは異なり、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部と第３の外側磁極部と第４の外側磁極部とは一体的に構成されている。このため、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部と第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との相互誤差が少なくなり、組み立てによるモータの性能のばらつきを最小限に抑えることができる。
【００２６】
２は第１のコイル、３は第１のコイル２が巻かれる第１のボビンであり、第１のコイル２は第１のボビン３に固定された状態でその内周にステータ１の第１外歯部１ａが配置されるように固定される。この状態で、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃ及び第１レール部１ｄは第１のコイル２の外周に隣接する。そして第１のコイル２を通電することにより、第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ、第１レール部１ｄ、第１嵌合突起部１ｅ及び第１外歯部１ａに対向する補助ヨーク６の一部が励磁される。この時、第１外歯部１ａと、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃ及び第１レール部１ｄ及び第１嵌合突起部１ｅ及び第１外歯部１ａに対向する補助ヨーク６の一部とはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第１の外側磁極部と、第２の外側磁極部及び第１の内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。
【００２７】
４は第２のコイル、５は第２のコイル４が巻かれる第２のボビンであり、第２のコイル４は第２のボビン５に固定された状態でその内周にステータ１の第４外歯部１ｆが配置されるように固定される。この状態で、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈ及び第２レール部１ｉは第２のコイル４の外周に隣接する。そして第２のコイル４を通電することにより、第４外歯部１ｆ、第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈ、第２レール部１ｉ、第２嵌合突起部１ｊ及び第４外歯部１ｆに対向する補助ヨーク６の一部が励磁される。この時、第４外歯部１ｆと、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈ及び第２レール部１ｉ及び第２嵌合突起部１ｊ及び第４外歯部１ｆに対向する補助ヨーク６の一部とはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第３の外側磁極部と、第４の外側磁極部及び第２の内側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。
【００２８】
第１のコイル２と第２のコイル４とはステータ１の平板部１ｋの平面上に隣接して配置される。そのため、モータの軸方向長さを短く構成できる。
【００２９】
６は軟磁性材料から成る円筒形状の補助ヨークであり、その内周部６ａがステータ１の第１嵌合突起部１ｅ及び第２嵌合突起部１ｊに密着するように圧入や接着等により固定される。補助ヨーク６の外歯部１ａと対向する一部分は第１レール部１ｄの一部及び第１嵌合突起部１ｅとともに第１の内側磁極部を形成する。同様に、補助ヨーク６の外歯部１ｆと対向する一部分は第２レール部１ｉの一部及び第２嵌合突起部１ｊとともに第２の内側磁極部を形成する。また、補助ヨーク６は第１のコイル２が巻かれているボビン３及び第２のコイル４が巻かれているボビン５の外歯部１ａ及び外歯部１ｆからの抜け止めを兼ねている（図３参照）。
【００３０】
７は永久磁石からなる円筒形状のマグネット、８は回転軸であり、回転軸８の円盤部８ａの外周部とマグネット７の内周部７ａとが接着や圧入等により固定される。その際、マグネット７の軸方向一端部が円盤部８ａの上面と同一面となるように固定される（図３参照）。回転軸８には出力軸部８ｂと保持軸部８ｃとが形成され、後述の軸受け１１，１２により回転嵌合保持される。マグネット７は、外周表面を円周方向に多分割、即ち着磁極数がＮ（本実施例では６分割、即ちＮ＝６）となるようにＳ極、Ｎ極が交互に着磁されている。マグネット７の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているもののいずれかである。マグネット７と回転軸８とでロータが構成される。ここで、マグネット７と回転軸８とは別体で接着固定する構成としたが、両方をプラスチックマグネットとして一体に成形しても良い。
【００３１】
第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ、第４外歯部１ｆ、第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈはマグネット７の外周面に所定の隙間をもって対向しており、補助ヨーク６はマグネット７の内周面に所定の隙間をもって対向して配置される（後述の図４参照）。第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃと補助ヨーク６とで、また、第４外歯部１ｆ、第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈと補助ヨーク６とで、マグネット７を挟む構成になっている。
【００３２】
前記第１のコイル２への通電により、第１の外側磁極部（第１外歯部１ａ）と第１の内側磁極部（第１レール部１ｄの一部、第１嵌合突起部１ｅ及び第１外歯部１ａに対向する補助ヨーク６の一部）が励磁され、その磁極間にはマグネット７を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット７に作用する。同様に、第２のコイル４への通電により、第３の外側磁極部（第４外歯部１ｆ）と第２の内側磁極部（第２レール部１ｉの一部、第２嵌合突起部１ｊ及び第４外歯部１ｆに対向する補助ヨーク６の一部）が励磁され、その磁極間にはマグネット７を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット７に作用する。
【００３３】
また、マグネット７は円環（リング）形状で構成されており、円環形状の半径方向厚さを薄くすることで、第１外歯部１ａと補助ヨーク６との距離及び第４外歯部１ｆと補助ヨーク６との距離を非常に小さくできる。よって、第１のコイル２と第１外歯部１ａによる第１の外側磁極部と補助ヨーク６、第１嵌合突起部１ｅ、第１レール部１ｄによる第１の内側磁極部により形成される磁気回路、及び第２のコイル４と第４外歯部１ｆによる第３の外側磁極部と補助ヨーク６、第２嵌合突起部１ｊ、第２レール部１ｉによる第２の内側磁極部により形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができる。
【００３４】
さらに、第１のコイル２への通電により、第２の外側磁極部（第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃ）も励磁され、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第２の外側磁極部は対向するマグネット７に作用する。同様に、第２のコイル４への通電により、第４の外側磁極部（第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈ）も励磁され、第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第４の外側磁極部は対向するマグネット７に作用する。すなわち、第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット７を横切って効果的に作用し、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット７に隣接して補助的に作用する。同様に、第３の外側磁極部と第２の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット７を横切って効果的に作用し、第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット７に隣接して補助的に作用する。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、モータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
【００３５】
第１外歯部１ａ及び第４外歯部１ｆはモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯により構成されているので、モータの最外径（図４のＬ１）を最小限に抑えることができる。例えば外側磁極部をマグネットの半径方向に伸びるヨーク板で構成すると、マグネットを平面的な展開にする必要があるとともに、半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向長さは短くてもモータの最外径は大きなものとなってしまう。本実施例１のモータの最外径Ｌ１はマグネット７に第１外歯部１ａ及び第４外歯部１ｆの厚みと第１のコイル２及び第２のコイル４の巻き線幅で決まる。また、第１外歯部１ａ及び第４外歯部１ｆがモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯のため、コイル２及びコイル４、補助ヨーク６、及びマグネット７と回転軸８からなるロータをすべて一方向から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。
【００３６】
９はカバーであり、ステ−タ１の第１外歯部１ａ先端に設けられた突起１ｍが嵌合穴９ｂに嵌合し、第４外歯部１ｆ先端に設けられた突起１Ｎが嵌合穴９ｃに嵌合して位置決めされ、第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ、第４歯部１ｆ、第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈの先端がカバー９の裏面に当接する状態でステ−タ１に固定される。また、９ａは軸受け取付け部であり、ここに軸受け１０がカシメや接着等により固定され、軸受け１０は回転軸８の保持軸部８ｃと嵌合して該回転軸８を回転保持する。軸受け１０及び軸受け１１はカバー９がステータ１に固定された状態で、回転軸８を回転嵌合保持するとともに回転軸８の軸方向の移動を所定範囲内に規制する。この状態で、回転軸８に固定されたマグネット７は、外周面が第１外歯部１ａ、第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ、第４外歯部１ｆ、第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈと所定の隙間を持つとともに、内周面が補助ヨーク６と所定の隙間を持ち、軸方向一端がカバー９の裏面と所定の隙間を保つとともに、軸方向他端が第１のコイル２が巻かれるボビン３及び第２のコイル４が巻かれるボビン４と所定の隙間を保つ。よって、マグネット７は第１のコイル２及び第２のコイル４と軸方向に隣接して配置されており、第１のコイル２と第２のコイル４とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向長さの短いモータとすることが可能となる。
【００３７】
図４はマグネット７とステータ１の位置関係を示す断面図である。図４からわかるように、マグネット７はその外周表面及び内周表面を円周方向に均一に多分割して（本実施例１では６分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部が形成されている。外周表面がＳ極のとき、内周表面はＮ極となり、外周表面がＮ極のとき、内周表面はＳ極となる。
【００３８】
ここで、マグネット部と外側磁極部との位置関係について説明する。マグネット７の回転中心を基準にした第１の外側磁極部である第１外歯部１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃと、第３の外側磁極部である第４外歯部１ｆ及び第４の外側磁極部である第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈとのなす角はθ度に設定されている。ここでθ度はＮ＝着磁分割数とすると「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」の範囲に設定することが望ましい。この理由は後述する。本実施例１ではＮ＝６なので、θ度は１２０度よりも大きく、１５０度よりも小さい値に設定すればよいことになる。このようにθ度を「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」の範囲に設定することで、図４のＬ２の寸法を非常に小型に設定することができる。
【００３９】
次に、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部との位置関係及び第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との位置関係について説明する。第１の外側磁極部である第１外歯部１ａと第２の外側磁極部である第２外歯部１ｂ、及び第１の外側磁極部である第１外歯部１ａと第２の外側磁極部である第３外歯部１ｃとはマグネット７の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット７に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置されている。このα度を「３６０／Ｎ」（Ｎ＝着磁分割数）と設定すると、マグネット７への第１外歯部１ａの対向部中心が対向する極と、マグネット７への第２外歯部１ｂの対向部中心が対向する極及び第３外歯部１ｃの対向部中心が対向する極とは異なる極となり、第１のコイル２の外周に隣接配置されている第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃは第１のコイル２の内周に配置されている第１外歯部１ａとは異なる極に励磁されるため、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃは外側磁極としてマグネット７に有効に作用する。ここで第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃの対向部には所定の幅があるため、α度にある程度の範囲をもたせてもその効果は維持される。よって、α度を「（２７０／Ｎ）≦α≦（４５０／Ｎ）」の範囲に設定しても、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃは外側磁極としてマグネット７に有効に作用する。同様に、第３の外側磁極部である第４外歯部１ｆと第４の外側磁極部である第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈとは該グネット７の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット７に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置され、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈは外側磁極としてマグネット７に有効に作用する。なお、本実施例１ではＮ＝６なのでα度は４５度以上７５度以下に設定すればよい。
【００４０】
上記構成によれば、第１の外側磁極部である第１外歯部１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃと、第３の外側磁極部である第４外歯部１ｆ及び第４の外側磁極部である第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット７は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。
【００４１】
上記構成の大きな特徴として、マグネット７の外周面の一部分に着目すれば、該マグネット７が回転することにより、このマグネット７の一部分に対して第１のコイル２により励磁される第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部の磁束と、第２のコイル４により励磁される第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部の磁束とが交互に作用することになる。これらの外側磁極部がマグネット７の同じ個所に対して磁束を作用させるので、着磁のバラツキなどによる悪影響を受けず安定した性能のモータを提供することが可能となる。
【００４２】
次に、図４〜図７を参照して、本発明の実施例１に係るステップモータの動作を説明する。図４に記載されたモータは、第１のコイル２に通電し、ステータ１の第１外歯部１ａをＮ極とし、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃをＳ極とし、補助ヨーク６の第１外歯部１ａに対向する一部分をＳ極となるように励磁するとともに、第２のコイル４に通電し、第４外歯部１ｆをＮ極とし、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈをＳ極とし、補助ヨーク６の第４外歯部１ｆに対向する一部分をＳ極となるように励磁している状態である。
【００４３】
図４の状態から第１のコイル２への通電方向のみ反転し、第１外歯部１ａをＳ極とし、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃをＮ極とし、補助ヨーク６の第１外歯部１ａに対向する一部分をＮ極となるように励磁すると、図５に示すようにマグネット７は反時計方向に３０度回転する。図５の状態から第２のコイル４への通電方向のみ反転し、第４外歯部１ｆをＳ極とし、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈをＮ極とし、補助ヨーク６の第４外歯部１ｆに対向する一部分をＮ極となるように励磁すると、図６に示すようにマグネット７はさらに反時計方向に３０度回転する。図６の状態から第１のコイル２への通電方向のみ反転し、第１外歯部１ａをＮ極とし、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃをＳ極とし、補助ヨーク６の第１外歯部１ａに対向する一部分をＳ極となるように励磁すると、図７に示すようにマグネット７は反時計方向に更に３０度回転する。
【００４４】
以後、このように第１のコイル２及び第２のコイル４への通電方向を順次切り換えていくことにより、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と、第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われ、マグネット７は通電位相に応じた位置へと回転することになる。
【００４５】
本実施例１では、第１の通電状態として第１のコイル２を正方向通電、第２のコイル４を正方向通電とし、第２の通電状態として第１のコイル２を逆方向通電、第２のコイル４を正方向通電とし、第３の通電状態として第１のコイル２を逆方向通電、第２のコイル４を逆方向通電とし、第４の通電状態として第１のコイル２を正方向通電、第２のコイル４を逆方向通電とし、第１の通電状態から第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態へと通電状態の切り換えを行い（２相駆動）、マグネット７を回転させていったが、第５の通電状態として第１のコイル２を正方向通電、第２のコイル４を非通電とし、第６の通電状態として第１のコイル２を非通電、該第２のコイル４を正方向通電とし、第７の通電状態として該第１のコイル２を逆方向通電、該第２のコイル４を非方向通電とし、第８の通電状態として第１のコイル２を非通電、第２のコイル４を逆方向通電として、第５の通電状態から第６の通電状態、第７の通電状態、第８の通電状態へと通電状態を切り替えるようにしてもよい（１・２相駆動）。それによってもマグネット７は通電位相に応じた回転位置へと回転していく。
【００４６】
次に、マグネット７と第１の外側磁極部である第１外歯部１ａ、第２の外側磁極部である第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃ、第３の外側磁極部である第４外歯部１ｆ、第４の外側磁極部である第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈとの位相関係について説明する。
【００４７】
上記したように第１の通電状態、第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態と通電状態を切り換えると、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とは交互に励磁される極性の切り換えが行われる。図４のように第１のコイル２に正通電することで第１の外側磁極部をＮ極に励磁し、第２の外側磁極部をＳ極に励磁すると、マグネット７には第１外歯部１ａの中心と該マグネット７の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中時計方向の回転力が発生するが、同時に第２のコイル４も正通電することで第３の外側磁極部をＮ極に励磁し、第４の外側磁極部をＳ極に励磁すると、マグネット７には該第４外歯部１ｆの中心と該マグネット７の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、両コイルの通電中は回転力のバランスがとれた状態で静止する。この状態が図４の状態であり、両コイルへの通電量が等しい時は、第１外歯部１ａの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｓ極の中心）との位相差及び第４外歯部１ｆの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｓ極の中心）との位相差は共に約１５度となる。このとき、Ｓ極に励磁された第２外歯部１ｂはマグネット７のＮ極に対向し、Ｓ極に励磁された第３外歯部１ｃもマグネット７のＮ極に対向し、Ｓ極に励磁された第５外歯部１ｇはマグネット７のＮ極に対向し、Ｓ極に励磁された第６外歯部１ｈもマグネット７のＮ極に対向している。
【００４８】
図４の状態から第１のコイル２を逆通電に切り換えることで、第１の外側磁極部はＳ極に励磁され、第２の外側磁極部はＮ極に励磁されて、マグネット７には第１外歯部１ａの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第２外歯部１ｂがマグネット７のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第３外歯部１ｃがマグネット７のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第２のコイル４は正通電のままにすることで、マグネット７には第４外歯部１ｆの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図４の状態から反時計方向に回転を始める。図４の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第４外歯部１ｆの中心と該マグネット７の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致する状態になり、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈはマグネット７のＮ極に対向したままであるが、この時、第１外歯部１ａの中心はマグネット７の着磁部の境界（Ｓ極・Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図４の状態から反時計方向に約３０度回転）すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図５の状態である。このとき、Ｎ極に励磁された第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃはマグネット７のＳ極に対向し、Ｓ極に励磁された第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈは該マグネット７のＮ極に対向している。
【００４９】
図５の状態から第２のコイル４を逆通電に切り換えることで、第３の外側磁極部はＳ極に励磁され、第４の外側磁極部はＮ極に励磁されて、マグネット７には第４外歯部１ｆの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第５外歯部１ｇがマグネット７のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第６外歯部１ｈがマグネット７のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第１のコイル２は逆通電のままにすることで、マグネット７には第１外歯部１ａの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図５の状態から反時計方向に回転を始める。図５の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第１外歯部１ａの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致する状態になり、第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃはマグネット７のＳ極に対向したままであるが、この時、第４外歯部１ｆの中心はマグネット７の着磁部の境界（Ｓ極・Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図５の状態から反時計方向に約３０度回転）すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図６の状態である。このとき、Ｎ極に励磁された第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃはマグネット７のＳ極に対向し、Ｎ極に励磁された第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈはマグネット７のＳ極に対向している。
【００５０】
図６の状態から第１のコイル２を正通電に切り換えることで、第１の外側磁極部はＮ極に励磁され、第２の外側磁極部はＳ極に励磁されて、マグネット７には第１外歯部１ａの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第２外歯部１ｂとマグネット７のＮ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第３外歯部１ｃがマグネット７のＮ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第２のコイル４は逆通電のままにすることで、マグネット７には第４外歯部１ｆの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図６の状態から反時計方向に回転を始める。図６の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第４外歯部１ｆの中心とマグネット７の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致する状態になり、第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈはマグネット７のＳ極に対向したままであるが、この時、第１外歯部１ａの中心はマグネット７の着磁部の境界（Ｓ極・Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図６の状態から反時計方向に約３０度回転）すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図７の状態である。このとき、Ｓ極に励磁された第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃはマグネット７のＮ極に対向し、Ｎ極に励磁された第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈはマグネット７のＳ極に対向している。
【００５１】
以上説明したように、上記実施例１によれば、第１のコイル２により発生する磁束は第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間にあるマグネット７を横切り、第２のコイル４により発生する磁束は第３の外側磁極部と第２の内側磁極部との間にあるマグネット７を横切るので、磁束を効果的に作用させることができる。その結果、モータ出力の向上を図ることが可能となる。さらに、第１のコイル２により発生する磁束は第２の外側磁極部にも作用し、第２のコイル４により発生する磁束は第４の外側磁極部にも作用するので、さらなるモータの出力向上につながる。また、モータ外径を大型化することなくマグネット外周に対向する外側磁極の数を増やすことができるため、回転バランスが向上し、静音化につながる。
【００５２】
また、第１の外側磁極部である第１外歯部１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ及び第３の外側磁極部である第４外歯部１ｆ及び第４の外側磁極部である第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈを、回転軸８と平行な方向に延出する櫛歯により構成したので、モータの軸と垂直な方向の寸法を最小限に抑えることができるとともに、第１のコイル２及び第２のコイル４の組み付けが簡単な構造となる。
【００５３】
また、第１の外側磁極部である第１外歯部１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃと、第３の外側磁極部である第４外歯部１ｆ及び第４の外側磁極部である第５外歯部１ｇ、第６外歯部１ｈとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット７は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができるまた、このような構成より、第１のコイル２と第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と、第２のコイル４と第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部と第２の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、同一のマグネット部に作用する。マグネット７が回転することにより、それぞれの磁気回路はマグネット７の同一円周上に作用し、該マグネット７の同一の部位を利用する。このようにマグネット７の同一部位を利用するので、着磁によるバラツキなどによる悪影響を受けずに安定した性能のモータを提供することが可能となる。
【００５４】
さらに、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部と第３の外側磁極部と第４の外側磁極部とを同一部材から構成すれば、相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数が少なく、構造が簡単なモータとすることができ、コストダウンになる。
【００５５】
また、マグネット７の外周面の着磁極数をＮとすると、マグネット７の回転中心を基準にした第１外歯部１ａ及び第１外歯部１ｂ及び第１外歯部１ｃと第４外歯部１ｆ及び第４外歯部１ｇ及び第４外歯部１ｈとのなす角θ度は「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」に設定されるので、第１のコイル２及び第２のコイル４への通電方向を異なるタイミングで順次変えることにより、通電状態に応じた位置へマグネット７を回転していくことができ、双方向の回転が可能なステップモータとして機能させることができる。
【００５６】
ここで、θ度を、Ｎ＝着磁分割数として「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」の範囲に設定する理由を説明する。
【００５７】
前述の構成のモータで、θ度をステップモータとしての基準角度「１８０−（１８０／Ｎ）」（本実施例ではθ＝１５０度）とし、前述のα度を５５度とした場合の、ロータ回転位置とトルクの関係を図１５および図１６に示す。図１５は、コイルに電流を流さない状態でゆっくり回転させたときにロータに働く力であるコギングトルク、及びコイルが発生する磁界により発生するトルクの変化を示す。なお、横軸のロータ回転角度は、図４における位置を０度としている。電流を流さない状態（非通電時）では、本モータのコギングトルクはロータ回転位置が１０度のとき最小、５０度のとき最大となる。また、０〜３０度では負の力が、３０〜６０度では正の力が働くことから、ロータ軸受け、減速ギア等の摩擦を十分小さいとすれば非通電時の静止位置は０度の位置だけとなる。一方、電流を流した状態ではコイルが発生する磁界により発生するトルクは１５度、４５度のとき最小となることがわかる。
【００５８】
また、図１６は、本コギングトルクにコイルが発生する磁界により発生するトルクを加えたトルク、すなわちコイルに電流を流したときに回転軸から取り出される最終的なロータの回転力となる回転トルクの変化を示す。なお、図１６にはロータ回転角度が０〜６０度における結果を示したが、容易にわかるようにそれ以後はここで示したトルク曲線の繰り返しとなる。なお、図１６は有限要素法を用いた計算により算出したものであるが、実験でも同様の結果が得られている。図１６より、回転トルクは、ロータ回転位置が１５度及び４５度の時に小さくなることがわかる。さらに、ロータ回転位置が１５度のトルク（Ｔ０と呼ぶ）と、４５度のトルク（Ｔ１と呼ぶ）において、Ｔ０がＴ１に比べ小さくトルク変動が大きい。
【００５９】
実際にモータを前述の絞り羽根、シャッタやレンズを駆動する装置に組み込む場合、トルク変動が大きいと、ステップ毎の回転位置決め精度に悪影響を及ぼすという問題がある。また、図１６のＴ０のようにロータ回転位置の一部に回転トルクの極端に小さい部分があると、その位置で静止した状態から回転させようとすると十分なトルクが無いため回転せず、動作不良となってしまう。さらに、前述のようにコギングトルクの非通電時における静止位置（図１５におけるロータ回転角度０度の位置）がロータ回転角度６０度刻みであるため、通電時から非通電時に切り換えた時のロータの移動量が大きく光量調節等に影響を及ぼすという問題がある。
【００６０】
本願発明者による検討によれば、以上の問題においてθ度を微小角度Δθだけ変化させた「１８０−（１８０／Ｎ）−Δθ」とすることで解決できることがわかった。すなわち、上記説明では、θ度を「１８０−（１８０／Ｎ）」（本実施例では、θ＝１５０度）としたが、微小角度Δθ度だけ変化させて、「１８０−（１８０／Ｎ）−Δθ」（本実施例では、θ＝１５０−Δθ）とすることでトルク変動の抑制、始動トルクの改善を行うことができ、更にコギングトルクの低減及び非通電時における静止位置の増加を行うことができる。
【００６１】
図１７に、上記Δθを施した場合のコギングトルクの変動の変化の様子を示す。図１７より、コギングトルクのピーク値の絶対値は、Δθを大きくするにつれて減少するが、Δθが３度を超えると再び大きくなり、逆にθ度を「１８０−（１８０／Ｎ）＋Δθ」とすれば、さらに大きくなることがわかる。
【００６２】
また、図１８に、コイルが発生する磁界により発生するトルク変動の変化を示す。さらに、図１９に、同様に上記Δθを施した場合の回転トルクの変動の変化の様子を示す。本図より、Δθを大きくするにつれてＴ０とＴ１の差は減少するが、Δθが３度を超えると再び差が大きくなる。この場合、Δθを２度とすることで、Ｔ０とＴ１の差が最小となり、トルク変動が小さくなることがわかる。また、図１７と図１８からわかるように、Δθによる本回転トルクの変化は、コギングトルクが変化することにより得られていることがわかる。
【００６３】
また、図２０は、図１９におけるΔθの結果から、その回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を求め、Δθによる変化として整理したものである。図２０より、Δθを０度から２度にすることで、トルク最大値は小さくなるものの、最小値は大きくなることがわかる。すなわち、ロータの初期回転位置によって弱かった始動トルクが改善された。なお、このときトルク平均値そのものは変化しないことがわかる。すなわち、Δθ＝２度にすることで、平均トルクを下げることなく、Ｔ０とＴ１の差を最小にし、トルク変動を抑制できる。
【００６４】
また、図２１は、図１７におけるΔθの結果から、その回転全角度位置におけるコギングトルクの大きさとロータ回転角度６０度における非通電時のロータ静止位置数を、Δθによる変化として整理したものである。図２１より、Δθを０度から２度にすることで、コギングトルクの大きさは小さくなり、かつ非通電時の静止位置の数がロータ１周期あたり２倍となっていることがわかる。
【００６５】
次に、これらΔθが以上のような効果をもたらす理由を、図２２と図２３を用いて説明する。図２２は、図１６において最小トルクＴ０となるロータ回転位置でのマグネット７とステータ１の位置関係を示したものである。図２２において、第３の外側磁極部１ｆの中心と、第３の外側磁極部に対向するマグネットのＳ極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このＳ極のマグネット部分にのみ注目すれば０となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと第４の外側磁極部１ｇ，１ｈでの磁束の流れに起因することがわかる。
【００６６】
一方、Δθを大きくすれば、第３の外側磁極部１ｆの中心と、第３の外側磁極部に対向するマグネットのＳ極の中心には角度のずれが生じる（ここでは簡単のため第１の外側磁極部１ａを固定して考える）。ここで、マグネットに働く力を説明する。このＳ極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向（反時計周り方向）側（Ｐ０部と呼ぶ）と回転逆方向（時計周り方向）側（Ｍ０部と呼ぶ）に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はＰ０部で疎となり、Ｍ０部で密となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このＳ極のマグネット部分には、回転方向の力（反時計周り方向）が働くことになる。従って、最小トルクＴ０となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで増大するため、第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと第４の外側磁極部１ｇ，１ｈでの磁束の流れに起因する回転逆方向のコギングトルクを抑制できる。
【００６７】
図２３は、図１６に示すトルクにおいて最小トルクＴ１となるロータ回転位置でのマグネット７とステータ１の位置関係を示したものである。図２３において、第１の外側磁極部１ａの中心と、第１の外側磁極部に対向するマグネットのＮ極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このＮ極のマグネット部分にのみ注目すれば０となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと第４の外側磁極部１ｇ，１ｈでの磁束の流れに起因することがわかる。
【００６８】
一方、Δθを大きくすれば、第１の外側磁極部１ａの中心と、第１の外側磁極部に対向するマグネットのＮ極の中心には角度のずれが生じる（ここでは簡単のため第３の外側磁極部１ｆを固定して考える）。ここで、マグネットに働く力を説明する。このＮ極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向（反時計周り方向）側（Ｐ１部と呼ぶ）と回転逆方向（時計周り方向）側（Ｍ１部と呼ぶ）に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はＰ１部で密となり、Ｍ１部で疎となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このＮ極のマグネット部分には、回転逆方向の力が働くことになる。従って、最小トルクＴ１となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで減少するため、第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと第４の外側磁極部１ｇ，１ｈでの磁束の流れに起因する回転方向のコギングトルクを抑制できる。
【００６９】
図１６より、トルクＴ０となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転逆方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図１７で示すように本回転位置でのコギングトルクは増加していることがわかる。逆に、トルクＴ１となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図１７で示すように本回転位置でのコギングトルクは減少していることがわかる。従って、Δθを大きくするにつれてコギングトルクは抑制されるが、さらに大きくすると、Ｔ０とＴ１の大小関係が逆転し、コギングトルクは増加する。
【００７０】
以上をまとめると、Δθを２度とすることで、回転トルクがＴ０となる回転位置でのコギングトルクが増加するため、本回転位置での回転トルクＴ０が増加することと、回転トルクがＴ１となる回転位置でのコギングトルクが減少するため、本回転位置での回転トルクＴ１が減少することの２点より、Ｔ０とＴ１のトルク差を減少でき、トルク変動を抑制することができる。
【００７１】
また、本結果は第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと第４の外側磁極部１ｇ，１ｈでの磁束の流れに起因するコギングトルクを抑制するものであるから、当然のことながら第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと第４の外側磁極部１ｇ，１ｈの寸法とマグネットの着磁分割数、さらに前述のα度によって、トルク変動を抑制できるΔθの値は変わってくる。しかしながら、前述したように第２の外側磁極部１ｂ，１ｃと第４の外側磁極部１ｇ，１ｈでの磁束の流れに起因するコギングトルクを抑制するためには、第１の外側磁極部１ａと第３の外側磁極部１ｆとのなす角をステップモータとしての基準角度「１８０−（１８０／Ｎ）」よりも小さくすれば良いことが分かっていることと、ステップモータの動作限界の範囲が「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０」であるため、θは第２の外側磁極部と第４の外側磁極部の寸法、マグネットの着磁分割数とα度に関わらず、「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」の範囲に必ず最適値がある。
【００７２】
本実施例１では、第１の外側磁極部と第３の外側磁極が隣接する場合を述べたが、さらに多極となる場合には、これらは隣接している必要はないので、上式を一般化すると、
２ｎ×３６０／Ｎ＜θ＜（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎ（Ｎは着磁分割数、ｎは整数）
となる。
【００７３】
さらに、本実施例１の説明では、α度を５５度としたが、図２４にα度を５０度とした場合にΔθを施した場合の回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を、Δθによる変化として整理したものを示す。図２４より、トルク変動を抑制するためのΔθ度は１度であることがわかる。また、図２５に、マグネットの着磁分割数を１０にした場合の回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を、Δθによる変化として整理したものを示す。図２５より、トルク変動を抑制するためのΔθ度は０．３５度であることがわかる。
【００７４】
上記したような検討によれば、これらΔθの値は、第２の外側磁極部と第４の外側磁極部の寸法、マグネットの着磁分割数とα度に関わらず、
０＜Δθ＜１８／Ｎ（Ｎは着磁分割数）
の範囲で特に有効であることがわかった。
【００７５】
なお、本実施例１では、マグネットの外周面に対向する第１から第４の外側磁極部と内周面に対向する第１、第２の内側磁極部からなる構成について説明したが、周方向にＮ分割されて異なる極に交互に軸方向に着磁されたマグネットに対向するように第１、第２、第３、第４の外側磁極と第１、第２の内側磁極を配置した構成であってもよい。また、この例では、Ｎ＝６について説明したので第１および第２のコイルが存在する場合についてのみ述べたが、Ｎが大きい場合に、複数のコイルを配置すればそれによって励磁される磁極による磁界がマグネットに効果的に作用し、出力を向上させることができる。
【００７６】
図８は本実施例１のモータを鏡筒地板内に配置した場合の平面図である。このようにモータＭを円筒のレンズを備える鏡筒地板１２内に配置する場合、モータＭの回転軸と光軸Ｚとを平行に配置するとともに、図８に示すようにロータの回転軸中心を基準にした第１の外側磁極部（第１外歯部１ａ）及び第２の外側磁極部（第２外歯部１ｂ、第３外歯部１ｃ）と第３の外側磁極部（第４外歯部１ｆ）及び第４の外側磁極部（第５外歯部１ｇ、該第６外歯部１ｈ）とのなす角θの範囲が光軸Ｚ側になるよう配置する。また、このとき第１外歯部１ａと第４外歯部１ｆの光軸Ｚからの距離が等距離になるように配置する。
【００７７】
以上のように配置することで、モータＭは鏡筒地板１２の円筒形状に沿って配置されることになり、図１４におけるＤ３の寸法をより小さく構成でき、非常にコンパクトな鏡筒地板とすることができるとともに、光軸方向の出っ張りも少ない。
【００７８】
次に、本発明と実施例１との対応について説明する。上記実施例１において、図１、図３乃至図８のマグネット７及び回転軸８が本発明のロータに相当し、図１、図３乃至図８の第１のコイル２が本発明の第１のコイルに相当し、図１乃至図８の第１外歯部１ａが本発明の第１の外側磁極部に相当し、図１乃至図８の第２外歯部１ｂ及び第３外歯部１ｃが本発明の第２の外側磁極部に相当し、図１乃至図８の第１レール部１ｄの一部及び第１嵌合突起部１ｅ及び補助ヨーク６の一部が本発明の第１の内側磁極部に相当し、図１、図３乃至図８の第２のコイル４が本発明の第２のコイルに相当し、図１乃至図８の第４外歯部１ｆが本発明の第３の外側磁極部に相当し、図１乃至図８の第５外歯部１ｇ及び第６外歯部１ｈが本発明の第４の外側磁極部に相当し、図１乃至図８の第２レール部１ｉの一部及び第２嵌合突起部１ｊ及び補助ヨーク６の一部が本発明の第２の内側磁極部に相当する。
以上が実施例１の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施例１に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施の形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。
【００７９】
ここで、あらためて上記実施例１における効果をまとめて述べると、次のようになる。本実施例１においては、第１のコイルにより発生する磁束は第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間にあるマグネットを横切り、第２のコイルにより発生する磁束は第３の外側磁極部と第２の内側磁極部との間にあるマグネットを横切るので効果的に作用し出力を向上させることができる。また、第１のコイルにより発生する磁束は第２の外側磁極部にも作用し、第２のコイルにより発生する磁束は第４の外側磁極部にも作用するので、さらなるモータの出力向上につながる。また、モータ外径を大型化することなくマグネット外周に対向する外側磁極の数を増やすことができるため、回転バランスが向上し、静音化につながる。また、第２の外側磁極部と第４の外側磁極部での磁束の流れに起因するコギングトルクが抑制されるとともに、マグネットと磁極との間に働く力の回転位置による変動が改善されることにより、ロータの回転位置によるトルク変動が改善される。さらに、従来の小型モータと比較して、回転軸方向長をさらに小型化したモータとすることができる。更に、モータを駆動するための２つの磁気回路は、ロータの同一個所に対して作用するためロータの着磁ムラの影響を受けにくく、回転精度の高いモータを提供することができる。
【００８０】
また、ロータの回転中心を基準にした第１の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心と第２の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角、及び第３の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心と第４の外側磁極部のマグネットの外周面に対向する部分の中心とのなす角α度を「（２７０／Ｎ）≦α≦（４５０／Ｎ）」の範囲に設定しているので、第１の外側磁極部に加え、第２の外側磁極部もマグネットに有効に作用するとともに、第３の外側磁極部に加え、第４の外側磁極部もマグネットに有効に作用する。また、ロータの回転中心を基準にした第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とのなす角θ度を、ステップモータとしての基準角度θ０＝（２ｎ＋０．５）×３６０／Ｎとすると、「θ＝θ０−Δθ」（０＜Δθ＜１８／Ｎ）に設定しているので、第２の外側磁極部と第４の外側磁極部での磁束の流れに起因するコギングトルクが抑制されるとともに、マグネットと磁極との間に働く力の回転位置による変動が改善し、ロータの回転位置によるトルク変動が改善される。さらに、第１のコイル及び第２のコイルと略同一平面上に配置されるこれらコイル以外の複数のコイルを配置することにより、複数のコイルによる磁界がマグネットに効果的に作用し、出力を向上させることができる。更に、図８に示したように、モータの回転軸とレンズの光軸とを平行に配置するとともに、ロータの回転中心を基準にした第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とのなす角θの範囲が光軸側になるように前記モータを配置することにより、モータによる光軸方向の出っ張りが少なく、かつ外径を大きくすることなくモータを配置可能となり、カメラ等の光学装置を小型化できる。
【実施例２】
【００８１】
以下に本発明の実施例２に係るモータについて説明する。
【００８２】
図９は本発明の実施例２に係るモータを示す分解斜視図であり、図１０は図９のモータのコイル及びロータ軸を通り軸方向に平行な面での断面図である。これらの図において、３１は軟磁性材料から成るステ−タであり、第１外歯部３１ａ、第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃを有しており、第１外歯部３１ａで第１の外側磁極部を形成し、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃで第２の外側磁極部を形成する。３１ｄは第４外歯部、３１ｅは第５外歯部、３１ｆは第６外歯部であり、第４外歯部３１ｄで第３の外側磁極部を形成し、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆで第４の外側磁極部を形成する。３１ｇは第１外歯部３１ａ、第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃ、第４外歯部３１ｄ、第５外歯部３１ｅ、第６外歯部３１ｆのそれぞれの一端を結ぶ平板部である。３１ｈは後述の軸受け４０を取付ける軸受け取付け部である。第１外歯部３１ａ、第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃ、第４外歯部３１ｄ、第５外歯部３１ｅ、第６外歯部３１ｆは後述のロータ軸３７と平行方向に延びる櫛歯形状に形成されている。
【００８３】
本実施例２のステ−タは上記の特許文献１に記載されたものとは異なり、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部と第３の外側磁極部と第４の外側磁極部とは一体的に構成されている。このため、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部と第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との相互誤差が少なくなり、組み立てによるモータの性能のばらつきを最小限に抑えることができる。
【００８４】
３２は第１のコイル、３３は第１のコイル３２が巻かれる第１のボビンであり、第１のコイル３２は第１のボビン３３に固定された状態でその内周にステータ３１の第１外歯部３１ａが配置されるように固定される。この状態で、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃは第１のコイル３２の外周に隣接する。第１のコイル３２を通電することにより、第１外歯部３１ａ、第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃが励磁される。この時、第１外歯部３１ａと、第２外歯部３１ｂ及び該第３外歯部３１ｃとはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。３４は第２のコイル、３５は第２のコイル３４が巻かれる第２のボビンであり、第２のコイル３４は第２のボビン３５に固定された状態でその内周にステータ３１の第４外歯部３１ｄが配置されるように固定される。この状態で、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆは第２のコイル３４の外周に隣接する。第２のコイル３４を通電することにより、第４外歯部３１ｄ、第５外歯部３１ｅ、第６外歯部３１ｆが励磁される。この時、第４外歯部３１ｄと、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆとはお互いに異なる極に励磁される。すなわち、第３の外側磁極部と、第４の外側磁極部とはお互いに異なる極に励磁される。
【００８５】
第１のコイル３２と第２のコイル３４とはステータ３１の平板部３１ｇの平面上に隣接して配置される。そのため、モータの軸方向長さを短く構成できる。
【００８６】
３６は永久磁石からなる円筒形状のマグネット、３７は軟磁性材料からなるロータ軸であり、ロータ軸３７の第１円柱部３７ａの外周面とマグネット３６の内周面３６ａとが接着や圧入等により密着固定される。その際、マグネット３６の軸方向一端部が第１円柱部３７ａの上面と同一面となるように固定される（図１０参照）。ロータ軸３７には出力軸部３７ｃと保持軸部３７ｄとが形成され、後述の軸受け３９，４０により回転嵌合保持される。その際、ロータ軸３７の第２円柱部３７ｂは第１のコイル３２及び第２のコイル３４の間に隣接して配置される。マグネット３６は、外周表面を円周方向に多分割、即ち着磁極数がＮとなるよう（本実施例２では６分割、即ちＮ＝６となるよう）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁されている。マグネット３６の内周面は、外周面に比べ弱い着磁分布を持つか、あるいは全く着磁されていないか、あるいは外周面と逆の極、すなわち外周面がＳ極の場合はその範囲の内周面はＮ極に着磁されているもののいずれかである。
【００８７】
第１外歯部３１ａ、第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃ、第４外歯部３１ｄ、第５外歯部３１ｅ、第６外歯部３１ｆはマグネット３６の外周面に所定の隙間をもって対向して配置される。
【００８８】
第１円柱部３７ａの第１の外側磁極部３１ａに対向する部分及び第２円柱部３７ｂの第１のコイル３２の外周に隣接する部分で第１の内側磁極部が形成される。同様に、第１円柱部３７ａの第３の外側磁極部３１ｄに対向する部分及び第２円柱部３７ｂの第２のコイル３４の外周に隣接する部分で第２の内側磁極部が形成される。
【００８９】
第１のコイル３２への通電により、第１の外側磁極部（第１外歯部３１ａ）と第１の内側磁極部（第１円柱部３７ａの第１の外側磁極部３１ａに対向する部分及び第２円柱部３７ｂの第１のコイル３２の外周に隣接する部分）が励磁され、その磁極間にはマグネット３６を横切る磁束が発生し、効果的に該マグネット３６に作用する。その際、第１の外側磁極部と第１の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。同様に、第２のコイル３４への通電により、第３の外側磁極部（第４外歯部３１ｄ）と第２の内側磁極部（第１円柱部３７ａの第３の外側磁極部３１ｄに対向する部分及び第２円柱部３７ｂの第２のコイル３４の外周に隣接する部分）が励磁され、その磁極間にはマグネット３６を横切る磁束が発生し、効果的にマグネット３６に作用する。その際、第２の外側磁極部と第２の内側磁極部はそれぞれ反対の極に励磁される。
【００９０】
また、マグネット３６は半径方向に薄い円環形状で構成されているとともに、該マグネット３６の内周面に対向して内側磁極部を形成する第１円柱部３７ａは該マグネット３６の内周面との間に空隙を設ける必要がない。そのため、第１外歯部３１ａと第１円柱部３７ａとの距離及び第４外歯部３１ｄと第１円柱部３７ａとの距離を非常に小さくできる。よって、第１のコイル３２と第１の外側磁極部と第１の内側磁極部とで形成される磁気回路、及び第２のコイル３４と第２の外側磁極部と第２の内側磁極部とで形成される磁気回路の磁気抵抗を小さくすることができ、モータの出力を高めることが出来る。
【００９１】
第１のコイル３２への通電により、第２の外側磁極部（第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃ）も励磁され、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第２の外側磁極部は対向するマグネット３６に作用する。同様に、第２のコイル３４への通電により、第４の外側磁極部（第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆ）も励磁され、第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との磁極間にも磁束が発生し、第４の外側磁極部は対向するマグネット３６に作用する。すなわち、第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット３６を横切って効果的に作用し、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット３６に隣接して補助的に作用する。同様に、第３の外側磁極部と第２の内側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット３６を横切って効果的に作用し、第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との磁極間に発生する磁束はマグネット３６に隣接して補助的に作用する。これにより、少ない電流で多くの磁束を発生させることができ、モータの出力アップ、低消費電力化、コイルの小型化を達成することができる。
【００９２】
また、マグネット３６はその内径部がロータ軸３７によって埋められているので、特許文献１で提案されているものに比べマグネットの機械的強度が大きい。
【００９３】
さらに、特許文献１で提案されているものはマグネットの外径部と外側磁極部の隙間を精度良く保って組み立てる必要のほかに、マグネットの内径部に対向する位置にある内側磁極部をマグネットに対し所定の隙間を設けて配置する必要があり、部品精度のばらつきや組み立て精度が悪い場合にこの隙間を確保できず、内側磁極部がマグネットに接触してしまうなどの不良が生じる可能性が高いのであるが、本実施例２ではマグネット３６の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので組み立てが容易になる。また、上記従来例では内側磁極部はマグネットと出力軸をつなぐ部分に接触しないように構成しなければならず、これにより内側磁極部とマグネットとが対向する軸方向の長さは十分に長く出来ないのに対し、本実施例２では出力軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット３６とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより第１の外側磁極部、第２の外側磁極部、第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とマグネット３６を有効に利用することが可能となり、モータの出力が高められる。
【００９４】
第１外歯部３１ａ及び第４外歯部３１ｄはモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯により構成されているので、モータの最外径（図１１のＬ１）を最小限に抑えることができる。例えば外側磁極をマグネットの半径方向に伸びるヨーク板で構成すると、マグネットを平面的な展開にする必要があるとともに、半径方向に向かってコイルを巻くことになり、軸方向長さは短くてもモータの最外径は大きなものとなってしまう。本実施例２のモータの最外径Ｌ１はマグネット３６に第１外歯部３１ａ及び第４外歯部３１ｄの厚みと第１のコイル３２及び第２のコイル３４の巻き線幅で決まる。また、第１外歯部３１ａ及び第４外歯部３１ｄがモータ軸に平行な方向に延出する櫛歯のため、コイル３２及びコイル３４、及びマグネット３６が固定されるロータ軸３７をすべて一方向から組み込むことが可能となり、組み立て作業性がよい。
【００９５】
３８はカバーであり、ステ−タ３１の第１外歯部３１ａ先端に設けられた突起３１ｉが嵌合穴３８ｂに嵌合し、第４の外歯部３１ｄ先端に設けられた突起３１ｊが嵌合穴３８ｃに嵌合して位置決めされ、第１外歯部３１ａ、第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃ、第４外歯部３１ｄ、第５外歯部３１ｅ、及び第６外歯部３１ｆの先端がカバー３８の裏面に当接する状態でステ−タ３１に固定される。また、３８ａは軸受け取付け部であり、ここに軸受け３９がカシメや接着等により固定され、軸受け３９はロータ軸３７の保持軸部３７ｄと嵌合してロータ軸３７を回転保持する。軸受け３９及び軸受け４０はカバー３８がステータ３１に固定された状態で、ロータ軸３７を回転嵌合保持するとともにロータ軸３７の軸方向の移動を所定範囲内に規制する。この状態で、ロータ軸３７に固定されたマグネット３６は、外周面が第１外歯部３１ａ、第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃ、第４外歯部３１ｄ、第５外歯部３１ｅ、及び第６外歯部３１ｆと所定の隙間を持つとともに、軸方向一端がカバー３８の裏面と所定の隙間を保つとともに、軸方向他端が第１のコイル３２が巻かれるボビン３３及び第２のコイル３４が巻かれるボビン３４と所定の隙間を保つ。よって、マグネット３６は第１のコイル３２及び第２のコイル３４と軸方向に隣接して配置されており、第１のコイル３２と第２のコイル３４とは軸方向に垂直な平面で隣接しているため、軸方向長さの短いモータとすることが可能となる。
【００９６】
図１１はマグネット３６とステータ１１の位置関係を示す断面図である。図１１からわかるように、マグネット３６はその外周表面及び内周表面を円周方向に均一に多分割して（本実施例２では６分割して）Ｓ極、Ｎ極が交互に着磁された着磁部が形成されている。外周表面がＳ極のとき、内周表面はＮ極となり、外周表面がＮ極のとき、内周表面はＳ極となる。
【００９７】
ここで、マグネット部と外側磁極部との位置関係について説明する。マグネット３６の回転中心を基準にした第１の外側磁極部である第１外歯部３１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃと、第３の外側磁極部である第４外歯部３１ｆ及び第４の外側磁極部である第５外歯部３１ｇ、第６外歯部３１ｈとのなす角はθ度に設定されている。ここでθ度はＮ＝着磁分割数とすると、「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」の範囲に設定することが望ましい。この理由は後述する。本実施例２ではＮ＝６なので、θ度は１２０度よりも大きく１５０度よりも小さい値に設定すればよいことになる。このようにθ度を「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」の範囲に設定することで、図１３のＬ２の寸法を非常に小型に設定することができる。
【００９８】
次に、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部との位置関係及び第３の外側磁極部と第４の外側磁極部との位置関係について説明する。第１の外側磁極部である第１外歯部３１ａと第２の外側磁極部である第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃとはマグネット３６の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット３６に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置されている。このα度を「３６０／Ｎ」（Ｎ＝着磁分割数）と設定すると、マグネット３６への第１外歯部３１ａの対向部中心が対向する極と、マグネット３６への第２外歯部３１ｂの対向部中心が対向する極及びマグネット３６への第３外歯部３１ｃの対向部中心が対向する極とは異なる極となり、第１のコイル３２の外周に隣接配置されている第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃは第１のコイル３２の内周に配置されている第１外歯部３１ａとは異なる極に励磁されるため、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃは外側磁極としてマグネット３６に有効に作用する。ここで第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃの対向部には所定の幅があるため、α度にある程度の範囲をもたせてもその効果は維持される。よって、α度を「（２７０／Ｎ）≦α≦（４５０／Ｎ）」の範囲に設定しても、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃは外側磁極としてマグネット３６に有効に作用する。同様に、第３の外側磁極部である第４外歯部３１ｄと第４の外側磁極部である第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆとはマグネット３６の回転中心を基準に考えると、それぞれのマグネット３６に対向する部分の中心がα度位相がずれた位置になるように配置され、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆは外側磁極としてマグネット３６に有効に作用する。なお、本実施例２ではＮ＝６なのでα度は４５度以上７５度以下に設定すればよい。
【００９９】
上記構成によれば、第１の外側磁極部である第１外歯部３１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃと、第３の外側磁極部である第４外歯部３１ｄ及び第４の外側磁極部である第５外歯部３１ｅ、第６外歯部１ｆとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット３６は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。
【０１００】
上記構成の大きな特徴として、マグネット３６の外周面の一部分に着目すれば、該マグネット３６が回転することにより、このマグネット３６の一部分に対して第１のコイル３２により励磁される第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部の磁束と、第２のコイル３４により励磁される第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部の磁束とが交互に作用することになる。これらの外側磁極部がマグネット３６の同じ個所に対して磁束を作用させるので、着磁のバラツキなどによる悪影響を受けず安定した性能のモータを提供することが可能となる。
【０１０１】
次に、図１１〜図１４を参照して、本発明の実施例２に係るステップモータの動作を説明する。図１１に記載されたモータは、第１のコイル３２に通電し、ステータ３１の第１外歯部３１ａをＮ極とし、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃをＳ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部３７ａ及び第２円柱部３７ｂの第１外歯部３１ａに対向する部分）をＳ極となるように励磁するとともに、第２のコイル３４に通電し、第４外歯部３１ｄをＮ極とし、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆをＳ極とし、第２の内側磁極部（第１円柱部３７ａ及び第２円柱部３７ｂの第４外歯部３１ｄに対向する部分）をＳ極となるように励磁している状態である。
【０１０２】
図１１の状態から第１のコイル３２への通電方向のみ反転し、第１外歯部３１ａをＳ極とし、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃをＮ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部３７ａ及び第２円柱部３７ｂの第１外歯部３１ａに対向する部分）をＮ極となるように励磁すると、図１２に示すようにマグネット３６は反時計方向に３０度回転する。図１２の状態から第２のコイル３４への通電方向のみ反転し、第４外歯部３１ｄをＳ極とし、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆをＮ極とし、第２の内側磁極部（第１円柱部３７ａ及び第２円柱部３７ｂの第４外歯部３１ｄに対向する部分）をＮ極となるように励磁すると、図１３に示すようにマグネット３６は反時計方向に３０度回転する。図１３の状態から第１のコイル３２への通電方向のみ反転し、第１外歯部３１ａをＮ極とし、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃをＳ極とし、第１の内側磁極部（第１円柱部３７ａ及び第２円柱部３７ｂの第１外歯部３１ａに対向する部分）をＳ極となるように励磁すると、図１４に示すようにマグネット３６は反時計方向に３０度回転する。
【０１０３】
以後、このように第１のコイル３２及び第２のコイル３４への通電方向を順次切り換えていくことにより、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と、第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とは異なるタイミングで励磁の切り換えが行われ、マグネット３６は通電位相に応じた位置へと回転することになる。
【０１０４】
本実施例２では、第１の通電状態として第１のコイル３２を正方向通電、第２のコイル３４を正方向通電とし、第２の通電状態として第１のコイル３２を逆方向通電、第２のコイル３４を正方向通電とし、第３の通電状態として第１のコイル３２を逆方向通電、第２のコイル３４を逆方向通電とし、第４の通電状態として第１のコイル３２を正方向通電、第２のコイル３４を逆方向通電とし、第１の通電状態から第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態へと通電状態の切り換えを行い（２相駆動）、マグネット３６を回転させていったが、第５の通電状態として第１のコイル３２を正方向通電、第２のコイル３４を非通電とし、第６の通電状態として第１のコイル３２を非通電、第２のコイル３４を正方向通電とし、第７の通電状態として第１のコイル３２を逆方向通電、第２のコイル３４を非方向通電とし、第８の通電状態として第１のコイル３２を非通電、第２のコイル３４を逆方向通電として、第５の通電状態から第６の通電状態、第７の通電状態、第８の通電状態へと通電状態を切り換えるようにしてもよい（１・２相駆動）。それによってもマグネット３６は通電位相に応じた回転位置へと回転していく。
【０１０５】
次に、マグネット３６と第１の外側磁極部である第１外歯部３１ａ、第２の外側磁極部である第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃ、第３の外側磁極部である第４外歯部３１ｄ、第４の外側磁極部である第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆとの位相関係について説明する。
【０１０６】
上記したように第１の通電状態、第２の通電状態、第３の通電状態、第４の通電状態と通電状態を切り換えると、第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とは交互に励磁される極性の切り換えが行われる。図１１のように第１のコイル３２に正通電することで第１の外側磁極部をＮ極に励磁し、第２の外側磁極部をＳ極に励磁すると、マグネット３６には第１外歯部３１ａの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中時計方向の回転力が発生するが、同時に第２のコイル３４も正通電することで第３の外側磁極部をＮ極に励磁し、第４の外側磁極部をＳ極に励磁すると、マグネット３６には該第４外歯部３１ｄの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、両コイルの通電中は回転力のバランスがとれた状態で静止する。この状態が図１１の状態であり、両コイルへの通電量が等しい時は、第１外歯部３１ａの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）との位相差及び第４外歯部３１ｄの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）との位相差は共に約１５度となる。このとき、Ｓ極に励磁された該第２外歯部３１ｂはマグネット３６のＮ極に対向し、Ｓ極に励磁された第３外歯部３１ｃもマグネット３６のＮ極に対向し、Ｓ極に励磁された第５外歯部３１ｅはマグネット３６のＮ極に対向し、Ｓ極に励磁された第６外歯部３１ｆもマグネット３６のＮ極に対向している。
【０１０７】
図１１の状態から第１のコイル３２を逆通電に切り換えることで、第１の外側磁極部はＳ極に励磁され、第２の外側磁極部はＮ極に励磁されて、マグネット３６には第１外歯部３１ａの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第２外歯部３１ｂがマグネット３６のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第３外歯部３１ｃがマグネット３６のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。
【０１０８】
ここで、第２のコイル３４は正通電のままにすることで、マグネット３６には第４外歯部３１ｄの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図１１の状態から反時計方向に回転を始める。図１１の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第４外歯部３１ｄの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致する状態になり、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆはマグネット３６のＮ極に対向したままであるが、この時、第１外歯部３１ａの中心はマグネット３６の着磁部の境界（Ｓ極・Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図１３の状態から反時計方向に約３０度回転）すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図１２の状態である。このとき、Ｎ極に励磁された第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃはマグネット３６のＳ極に対向し、Ｓ極に励磁された第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆはマグネット３６のＮ極に対向している。
【０１０９】
図１２の状態から第２のコイル３４を逆通電に切り換えることで、第３の外側磁極部はＳ極に励磁され、第４の外側磁極部はＮ極に励磁されて、マグネット３６には第４外歯部３１ｄの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第５外歯部３１ｅがマグネット３６のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第６外歯部３１ｆがマグネット３６のＳ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第１のコイル３２は逆通電のままにすることで、該グネット３６には第１外歯部３１ａの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図１２の状態から反時計方向に回転を始める。図１２の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第１外歯部３１ａの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致する状態になり、第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃはマグネット３６のＳ極に対向したままであるが、この時、第４外歯部３１ｄの中心はマグネット３６の着磁部の境界（Ｓ極・Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図１２の状態から反時計方向に約３０度回転）すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図１３の状態である。このとき、Ｎ極に励磁された第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃはマグネット３６のＳ極に対向し、Ｎ極に励磁された第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部１ｆはマグネット３６のＳ極に対向している。
【０１１０】
図１３の状態から第１のコイル３２を正通電に切り換えることで、第１の外側磁極部はＮ極に励磁され、第２の外側磁極部はＳ極に励磁されて、マグネット３６には第１外歯部３１ａの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｓ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生するとともに、第２外歯部３１ｂがマグネット３６のＮ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生し、同じく第３外歯部３１ｃがマグネット３６のＮ極に対向するように図中反時計方向の回転力が発生する。ここで、第２のコイル４は逆通電のままにすることで、マグネット３６には第４外歯部３１ｄの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致するように図中反時計方向の回転力が発生し、図１３の状態から反時計方向に回転を始める。図１３の状態から反時計方向に約１５度回転すると、第４外歯部３１ｄの中心とマグネット３６の着磁部の中心（Ｎ極の中心）が一致する状態になり、第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆはマグネット３６のＳ極に対向したままであるが、この時、第１外歯部３１ａの中心はマグネット３６の着磁部の境界（Ｓ極・Ｎ極の境界）と一致した状態であり、さらに反時計方向に回転する力が発生している。そして、その状態からさらに反時計方向に約１５度回転（図１３の状態から反時計方向に約３０度回転）すると両コイルの回転力のバランスがとれた状態となり、その位置で静止する。この状態が図１４の状態である。このとき、Ｓ極に励磁された第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃはマグネット３６のＮ極に対向し、Ｎ極に励磁された第５外歯３１ｅ及び第６外歯部３１ｆはマグネット３６のＳ極に対向している。
【０１１１】
以上説明したように、上記実施例２によれば、第１のコイル３２により発生する磁束は第１の外側磁極部と第１の内側磁極部との間にあるマグネット３６を横切り、第２のコイル３４により発生する磁束は第３の外側磁極部と第２の内側磁極部との間にあるマグネット３６を横切るので、磁束を効果的に作用させることができる。その結果、モータ出力の向上を図ることが可能となる。さらに、第１のコイル３２により発生する磁束は第２の外側磁極部にも作用し、第２のコイル３４により発生する磁束は第４の外側磁極部にも作用するので、さらなるモータの出力向上につながる。また、モータ外径を大型化することなくマグネット外周に対向する外側磁極の数を増やすことができるため、回転バランスが向上し、静音化につながる。
【０１１２】
さらに、マグネット３６は半径方向の薄い円環形状で構成されているとともに、マグネット３６の内周面に対向して内側磁極部を形成する第１円柱部３７ａはマグネット３６の内周面との間に空隙を設ける必要がない。よって、第１外歯部３１ａと第１円柱部３７ａとの距離及び第４外歯部１ｄと第１円柱部３７ａとの距離を非常に小さくでき、第１のコイル３２と第１の外側磁極部と第１の内側磁極部とで形成される磁気回路、及び第２のコイル３４と第３の外側磁極部と第２の内側磁極部とで形成される磁気回路の磁気抵抗が小さくなるので、さらなるモータの出力向上を図ることができる。
【０１１３】
また、マグネット３６はその内径部がロータ軸３７によって埋められているので、マグネットの機械的強度が大きい。また、本実施例２ではマグネット３６の外径部のみの隙間を管理するだけでよいので組み立てが容易になるとともに、出力軸が内側磁極部を兼ねているので、内側磁極部とマグネット３６とが対向する軸方向の長さを十分長く確保でき、これにより第１の外側磁極部、第２の外側磁極部、第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部とマグネット３６を有効に利用することが可能となり、モータの出力が高められる。
【０１１４】
また、第１の外側磁極部である第１外歯部３１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃと、第３の外側磁極部である第４外歯部３１ｄ及び第４の外側磁極部である第５外歯部３１ｅ、第６外歯部３１ｆを、ロータ軸３７と平行な方向に延出する櫛歯により構成したので、モータの軸と垂直な方向の寸法を最小限に抑えることができるとともに、第１のコイル３２及び第２のコイル３４の組み付けが簡単な構造となる。
【０１１５】
また、第１の外側磁極部である第１外歯部３１ａ及び第２の外側磁極部である第２外歯部３１ｂ、第３外歯部３１ｃと、第３の外側磁極部である第４外歯部３１ｄ及び第４の外側磁極部である第５外歯部３１ｅ、第６外歯部３１ｆとは、同一のマグネットに対してそれぞれ異なる角度範囲に関して対向するように構成されているので、マグネット３６は軸方向に関して短く構成でき、軸方向と平行方向に関する長さについても短いモータとすることができる。また、このような構成より、第１のコイル３２と第１の外側磁極部及び第２の外側磁極部と第１の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束と、第２のコイル３４と第３の外側磁極部及び第４の外側磁極部と第２の内側磁極部により形成される磁気回路において発生する磁束とが、同一のマグネット部に作用する。マグネット３６が回転することにより、それぞれの磁気回路は該マグネット３６の同一円周上に作用し、該マグネット３６の同一の部位を利用する。これにより、マグネット３６の同一部位を利用するので、着磁によるバラツキなどによる悪影響を受けずに安定した性能のモータを提供することが可能となる。
【０１１６】
さらに、第１の外側磁極部と第２の外側磁極部と第３の外側磁極部と第４の外側磁極部とを同一部材から構成すれば、相互位置の誤差を小さく抑えることができるとともに、部品点数が少なく、構造が簡単なモータとすることができ、コストダウンになる。また、マグネット３６の外周面の着磁極数をＮとすると、マグネット３６の回転中心を基準にした第１外歯部３１ａ及び第１外歯部３１ｂ及び第１外歯部３１ｃと第４外歯部３１ｆ及び第４外歯部３１ｇ及び第４外歯部３１ｈとのなす角θ度は「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」に設定されるので、第１のコイル３２及び第２のコイル３４への通電方向を異なるタイミングで順次変えることにより、通電状態に応じた位置へマグネット３６を回転していくことができ、双方向の回転が可能なステップモータとして機能させることができる。
【０１１７】
ここで、θ度はＮ＝着磁分割数として「１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）」の範囲に設定する理由を説明する。
【０１１８】
前述の構成のモータで、θ度をステップモータとしての基準角度「１８０−（１８０／Ｎ）」（本実施例２ではθ＝１５０度）とし、前述のα度を５５度とした場合の、ロータ回転位置とトルクの関係を図２６および図２７に示す。図２６は、コイルに電流を流さない状態でゆっくり回転させたときにロータに働く力であるコギングトルク、及びコイルが発生する磁界により発生するトルクの変化を示す。なお、横軸のロータ回転角度は、図１１における位置を０度としている。電流を流さない状態（非通電時）では、本モータはロータ回転位置が１０度のとき最小、５０度のとき最大となる。また、０〜３０度では負の力が、３０〜６０度では正の力が働くことから、ロータ軸受け、減速ギア等の摩擦を十分小さいとすれば非通電時の静止位置は０度の位置だけとなる。一方、電流を流した状態ではコイルが発生する磁界により発生するトルクは１５度、４５度のとき最小となることがわかる。
【０１１９】
また、図２７は、本コギングトルクにコイルが発生する磁界により発生するトルクを加えたトルク、すなわちコイルに電流を流したときに回転軸から取り出される最終的なロータの回転力となる回転トルクの変化を示す。なお、図２７にはロータ回転角度が０〜６０度における結果を示したが、容易にわかるようにそれ以後はここで示したトルク曲線の繰り返しとなる。なお、図２７は、有限要素法を用いた計算により算出したものであるが、実験でも同様の結果が得られている。図２７より、回転トルクは、ロータ回転位置が１５度及び４５度の時に小さくなることがわかる。さらに、ロータ回転位置が１５度のトルク（Ｔ０と呼ぶ）と、４５度のトルク（Ｔ１と呼ぶ）において、Ｔ０がＴ１に比べ小さくトルク変動が大きい。
【０１２０】
実際にモータを前述の絞り羽根、シャッタやレンズを駆動する装置に組み込む場合、トルク変動が大きいと、ステップ毎の回転位置決め精度に悪影響を及ぼすという問題がある。また、図２７のＴ０のようにロータ回転位置の一部に回転トルクの極端に小さい部分があると、その位置で静止した状態から回転させようとすると十分なトルクが無いため回転せず、動作不良となってしまう。さらに、図２６に示すようにコギングトルクの非通電時における静止位置がロータ回転角度６０度刻みであるため、通電時から非通電時に切り替えた時のロータの移動量が大きく光量調節等に影響を及ぼすという問題がある。
【０１２１】
本願発明者による検討によれば、以上の問題においてθ度を微小角度Δθだけ変化させた「１８０−（１８０／Ｎ）−Δθ」とすることで解決できることがわかった。すなわち、上記説明では、θ度を「１８０−（１８０／Ｎ）」（本実施例２では、θ＝１５０度）としたが、微小角度Δθ度だけ変化させて、「１８０−（１８０／Ｎ）−Δθ」（本実施例２では、θ＝１５０−Δθ）とすることでトルク変動の抑制、始動トルクの改善を行うことができ、更にコギングトルクの低減及び非通電時における静止位置の増加を行うことができる。
【０１２２】
図２８に、上記Δθを施した場合のコギングトルクの変動の変化の様子を示す。図２８より、コギングトルクのピーク値の絶対値は、Δθを大きくするにつれて減少するが、Δθが３度を超えると再び大きくなることがわかる。また、図２９に、コイルが発生する磁界により発生するトルク変動の変化を示す。
【０１２３】
さらに、図３０に、同様に上記Δθを施した場合の回転トルクの変動の変化の様子を示す。図３０より、Δθを大きくするにつれてＴ０とＴ１の差は減少するが、Δθが３度を超えると再び差が大きくなる。この場合、Δθを２度とすることで、Ｔ０とＴ１の差が最小となり、トルク変動が小さくなることがわかる。さらに、Δθが２度の時、図２８に示すコギングトルクの大きさを減少でき、非通電時のロータ静止位置の数を２倍に出来ていることがわかる（図２８では０度、３０度、６０度）。また、図２８と図２９からわかるように、Δθによる本回転トルクの変化は、コギングトルクが変化することにより得られていることがわかる。
【０１２４】
また、図３１は、図３０におけるΔθの結果から、その回転全角度位置における最大値、最小値及び平均値を求め、Δθによる変化として整理したものである。図３１より、Δθを０度から２度にすることで、トルク最大値は小さくなるものの、最小値は大きくなることがわかる。すなわち、ロータの初期回転位置によって弱かった始動トルクが改善された。なお、このときトルク平均値そのものは変化しないことがわかる。すなわち、Δθ＝２度にすることで、平均トルクを下げることなく、Ｔ０とＴ１の差を最小にし、トルク変動を抑制できる。
【０１２５】
次に、これらΔθが以上のような結果をもたらした理由を、図３２と図３３を用いて説明する。図３２は、図２７において最小トルクＴ０となるロータ回転位置でのマグネット７と該ステータ１の位置関係を示したものである。図３２において、第３の外側磁極部３１ｄの中心と、第３の外側磁極部に対向するマグネットのＳ極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このＳ極のマグネット部分にのみ注目すれば０となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第２の外側磁極部３１ｂ，３１ｃと第４の外側磁極部３１ｅ，３１ｆでの磁束の流れに起因することがわかる。一方、Δθを大きくすれば、第３の外側磁極部３１ｄの中心と、第３の外側磁極部に対向するマグネットのＳ極の中心には角度のずれが生じる（ここでは簡単のため、第１の外側磁極部３１ａを固定して考える）。ここで、マグネットに働く力を説明する。このＳ極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向（反時計周り方向）側（Ｐ０部と呼ぶ）と回転逆方向（時計周り方向）側（Ｍ０部と呼ぶ）に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はＰ０部で疎となり、Ｍ０部で密となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このＳ極のマグネット部分には回転方向の力（反時計周り方向）が働くことになる。従って、最小トルクＴ０となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで増大するため、第２の外側磁極部３１ｂ，３１ｃと第４の外側磁極部３１ｅ，３１ｆでの磁束の流れに起因する回転逆方向のコギングトルクを抑制できる。
【０１２６】
図３３は、図２７に示すトルクにおいて最小トルクＴ１となるロータ回転位置でのマグネット７とステータ１の位置関係を示したものである。図３３において、第１の外側磁極部３１ａの中心と、第１の外側磁極部に対向するマグネットのＮ極の中心は一致しており、通電しない場合にマグネットに働く力は、このＮ極のマグネット部分にのみ注目すれば０となる。従って、本ロータ回転位置におけるコギングトルクは第２の外側磁極部３１ｂ，３１ｃと第４の外側磁極部３１ｅ，３１ｆでの磁束の流れに起因することがわかる。一方、Δθを大きくすれば、第１の外側磁極部３１ａの中心と、第１の外側磁極部に対向するマグネットのＮ極の中心には角度のずれが生じる（ここでは簡単のため第１の外側磁極部３１ａを固定して考える）。ここで、マグネットに働く力を説明する。このＮ極のマグネット部分に注目し、このマグネットを回転方向（反時計周り方向）側（Ｐ１部と呼ぶ）と回転逆方向（時計周り方向）側（Ｍ１部と呼ぶ）に二分して考えれば、マグネット側の磁束密度はＰ１部で密となり、Ｍ１部で疎となる。電磁力はエネルギーの大きい方から小さい方へ働くので、このＮ極のマグネット部分には、回転逆方向の力が働くことになる。従って最小トルクＴ１となるロータ回転位置において、コギングトルクはΔθを大きくすることで減少するため、第２の外側磁極部３１ｂ，３１ｃと第４の外側磁極部３１ｅ，３１ｆでの磁束の流れに起因する回転方向のコギングトルクを抑制できる。
【０１２７】
図２６より、トルクＴ０となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転逆方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図２８で示すように本回転位置でのコギングトルクは増加していることがわかる。逆に、トルクＴ１となるロータ回転位置でのコギングトルクは回転方向に大きいが、Δθを大きくすることで、図２８で示すように本回転位置でのコギングトルクは減少していることがわかる。従って、Δθを大きくするにつれてコギングトルクは抑制される。
【０１２８】
以上をまとめると、Δθを２度とすることで、回転トルクがＴ０となる回転位置でのコギングトルクが増加するため、本回転位置での回転トルクＴ０が増加することと、回転トルクがＴ１となる回転位置でのコギングトルクが減少するため、本回転位置での回転トルクＴ１が減少することの２点より、Ｔ０とＴ１のトルク差を減少でき、トルク変動を抑制することができる。
【０１２９】
また、本願発明者による検討によれば、実施例１と同様、これらΔθの値は、第２の外側磁極部と第４の外側磁極部の寸法、マグネットの着磁分割数とα度に関わらず、
１８０−（３６０／Ｎ）＜θ＜１８０−（１８０／Ｎ）
の範囲に必ず最適値があることがわかった。また、上式を一般化すると、
２ｎ×３６０／Ｎ＜θ＜  ２Ｎ＋０．５）×３６０／Ｎ（Ｎは着磁分割数、ｎは整数）
となる。
【０１３０】
なお、本実施例２では、マグネットの外周面に対向する第１から第４の外側磁極部と内周面に対向する第１、第２の内側磁極部からなる構成について説明したが、周方向にＮ分割されて異なる極に交互に軸方向に着磁されたマグネットに対向するように第１、第２、第３、第４の外側磁極と第１、第２の内側磁極を配置した構成であってもよい。  また、本実施例では、Ｎ＝６について説明したので第１および第２のコイルが存在する場合についてのみ述べたが、Ｎが大きい場合に、複数のコイルを配置すればそれによって励磁される磁極による磁界がマグネットに効果的に作用し、出力を向上させることができる。
【０１３１】
次に発明と実施例２との対応について説明する。上記実施例２において、図９乃至図１４のマグネット３６が本発明のマグネットに相当し、図９乃至図１４のロータ軸３７が本発明のロータに相当し、図９乃至図１４の第１のコイル３２が本発明の第１のコイルに相当し、図９乃至図１４の第１外歯部３１ａが本発明の第１の外側磁極部に相当し、図９、図１１乃至図１４の第２外歯部３１ｂ及び第３外歯部３１ｃが本発明の第２の外側磁極部に相当し、図９乃至図１４の第２のコイル３４が本発明の第２のコイルに相当し、図９乃至図１４の第４外歯部３１ｄが本発明の第３の外側磁極部に相当し、図９、図１１乃至図１４の第５外歯部３１ｅ及び第６外歯部３１ｆが本発明の第４の外側磁極部に相当する。
【０１３２】
以上が実施例２の各構成と本発明の各構成の対応関係であるが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施の形態がもつ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。
【０１３３】
ここで、あらためて実施例２における効果をまとめて述べると、次のようになる。本実施例２においては、マグネットの内周面に固定されたロータの第１の外側磁極部と対向する一部分を第１の内側磁極部と呼ぶとすると、第１のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第１の外側磁極部とマグネットの内周面に固定されたロータの第１の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際に、マグネットの内周面に対向するロータの第１の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることが出来る。同様に、マグネットの内周面に固定されたロータの第３の外側磁極部と対向する一部分を第２の内側磁極部と呼ぶとすると、第２のコイルにより発生する磁束はマグネットの外周面に対向する第３の外側磁極部とマグネットの内周面に固定されたロータの第２の内側磁極部との間を通過するので、効果的にマグネットに作用する。その際に、マグネットの内周面に対向するロータの第２の内側磁極部はマグネットの内周面との間に空隙を設ける必要がないので、外側磁極部と内側磁極部との距離を小さく構成することが可能となり、これにより磁気抵抗を減少させ出力を高めることが出来る。また、第１の内側磁極部及び第２の内側磁極部はロータで構成してあるので、外側磁極部と内側磁極部とを接続或いは一体的に製造する場合に比べて容易に製造でき、コストが安くなる。また、マグネットは内径部にロータが固定されるので、強度的に優れる。その他は上記実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施例１に係るモータを示す分解斜視図である。
【図２】図１のモータにおけるステ−タを示す拡大図である。
【図３】図１のモータのコイル及びロータ軸を通り軸方向に平行な面での断面図である。
【図４】図１のモータのマグネットとステータの位相関係を示す断面図である。
【図５】図４の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを３０度回転させた状態を示す断面図である。
【図６】図５の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに３０度回転させた状態を示す断面図である。
【図７】図６の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに３０度回転させた状態を示す断面図である。
【図８】図１のモータを鏡筒地板内に配置した様子を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に係るモータを示す分解斜視図である。
【図１０】図９のモータのコイル及びロータ軸を通り軸方向に平行な面での断面図である。
【図１１】図９のモータのマグネットとステータの位相関係を示す断面図である。
【図１２】図１１の状態からコイル通電を切り換えてマグネットを３０度回転させた状態を示す断面図である。
【図１３】図１２の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに３０度回転させた状態を示す断面図である。
【図１４】図１３の状態からコイル通電を切り換えてマグネットをさらに３０度回転させた状態を示す断面図である。
【図１５】図１に示すモータのコギングトルク及びコイル発生トルクの変化を示す図である。
【図１６】図１に示すモータのロータの回転トルクの変化を示す図である。
【図１７】図１に示すモータのコギングトルクの変化を示す図である。
【図１８】図１に示すモータのコイル発生トルクの変化を示す図である。
【図１９】図１に示すモータのロータの回転トルクの変化を示す図である。
【図２０】図１に示すモータの出力変動の変化を示す図である。
【図２１】図１に示すモータのコギングトルク変動の変化を示す図である。
【図２２】図４の状態からマグネットをさらに１５度回転させた状態を示す断面図である。
【図２３】図４の状態からマグネットをさらに４５度回転させた状態を示す断面図である。
【図２４】図１に示すモータの出力変動の変化を示す図である。
【図２５】図１に示すモータの出力変動の変化を示す図である。
【図２６】図９に示すモータのコギングトルク及びコイル発生トルクの変化を示す図である。
【図２７】図９に示すモータのロータの回転トルクの変化を示す図である。
【図２８】図９に示すモータのコギングトルクの変化を示す図である。
【図２９】図９に示すモータのコイル発生トルクの変化を示す図である。
【図３０】図９に示すモータの回転トルクの変化を示す図である。
【図３１】図９に示すモータの出力変動の変化を示す図である。
【図３２】図１１の状態からマグネットをさらに１５度回転させた状態を示す断面図である。
【図３３】図１１の状態からマグネットをさらに４５度回転させた状態を示す断面図である。
【図３４】従来のステップモータの一構成例を示す模式的縦断面図である。
【図３５】図３４に示すステップモータにおけるステータの磁束の状態を模式的に示す部分断面図
【図３６】従来の円筒形状のステップモータの他の構造例を示す模式的縦断面図である。
【図３７】従来の薄型コイン形状のモータを示す構成図である。
【図３８】図３７に示すモータの磁束の様子を示す断面図である。
【図３９】図３４に示すような円筒形状のステップモータを使用する場合の鏡筒地板あるいは光量調節装置の横断面の大きさを示す説明図である。
【図４０】従来の短軸モータの構成図である。
【図４１】従来の他のモータの構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１，３１                  ステ−タ
１ａ，３１ａ              第１外歯部（第１の外側磁極部）
１ｂ，３１ｂ              第２外歯部（第２の外側磁極部）
１ｃ，３１ｃ              第３外歯部（第２の外側磁極部）
１ｄ                      第１レール部（第１の内側磁極部）
１ｅ                      第１嵌合突起部（第１の内側磁極部）
１ｆ，３１ｄ              第４外歯部（第３の外側磁極部）
１ｇ，３１ｅ              第５外歯部（第４の外側磁極部）
１ｈ，３１ｆ              第６外歯部（第４の外側磁極部）
１ｉ                      第２レール部（第２の内側磁極部）
１ｊ                      第２嵌合突起部（第２の内側磁極部）
２，３２                  第１のコイル
３，３３                  第１のボビン
４，３４                  第２のコイル
５，３５                  第２のボビン
６                        補助ヨーク（第１及び第２の内側磁極部）
７，３６                  マグネット
８                        回転軸
９，３８                  カバー
１０，１１，３９，４０    軸受け
３７                      ロータ軸
【図１】
2005057903.tif 000003
【図２】
2005057903.tif 000004
【図３】
2005057903.tif 000005
【図４】
2005057903.tif 000006
【図５】
2005057903.tif 000007
【図６】
2005057903.tif 000008
【図７】
2005057903.tif 000009
【図８】
2005057903.tif 000010
【図９】
2005057903.tif 000011
【図１０】
2005057903.tif 000012
【図１１】
2005057903.tif 000013
【図１２】
2005057903.tif 000014
【図１３】
2005057903.tif 000015
【図１４】
2005057903.tif 000016
【図１５】
2005057903.tif 000017
【図１６】
2005057903.tif 000018
【図１７】
2005057903.tif 000019
【図１８】
2005057903.tif 000020
【図１９】
2005057903.tif 000021
【図２０】
2005057903.tif 000022
【図２１】
2005057903.tif 000023
【図２２】
2005057903.tif 000024
【図２３】
2005057903.tif 000025
【図２４】
2005057903.tif 000026
【図２５】
2005057903.tif 000027
【図２６】
2005057903.tif 000028
【図２７】
2005057903.tif 000029
【図２８】
2005057903.tif 000030
【図２９】
2005057903.tif 000031
【図３０】
2005057903.tif 000032
【図３１】
2005057903.tif 000033
【図３２】
2005057903.tif 000034
【図３３】
2005057903.tif 000035
【図３４】
2005057903.tif 000036
【図３５】
2005057903.tif 000037
【図３６】
2005057903.tif 000038
【図３７】
2005057903.tif 000039
【図３８】
2005057903.tif 000040
【図３９】
2005057903.tif 000041
【図４０】
2005057903.tif 000042
【図４１】
2005057903.tif 000043