(57)【要約】【課題】  ステッピングモータを小型化する。【解決手段】  回転自在に軸支されたロータの外周を囲繞するステータアセンブリは、ヨーク５１とヨーク５２とにボビン５３とを備える。ボビン５３の胴部は、平行な平板状の壁５３ａ１及び壁５３ａ２と外側に湾曲した壁５３ａ３及び壁５３ａ４で構成されている。各ヨーク５１，５２に形成された孔を囲む内縁端部の壁５３ａ３び壁５３ａ４に対応する部分に、極歯５１ａ，５２ａが形成されている。極歯５１ａ，５２ａが胴部５３ａの中心孔に挿入されている。ボビン５３には、マグネットワイヤが巻回されるが、壁５３ａ１及び壁５３ａ２は胴部５３ａの外周方向に膨出していないので、壁５３ａ１及び壁５３ａ２に対応する部分鍔５３ｃの鍔５３ｂの径も小さくて済む。よって、ステッピングモータの小型化が可能である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の第１の壁と該第１の壁に平行な平板状の第２の壁と該第１の壁の一端側及び第２の壁の一端側の間を繋ぐ第３の壁と該第１の壁の他端側及び第２の壁の他端側の間を繋ぐ第４の壁とで構成されて所定の長さを有する筒状をなし、該第３の壁と第４の壁とは外周方向に膨出している胴部と、
前記胴部の先端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立つ第１の鍔と、
前記胴部の後端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立つ第２の鍔と、
を備えることを特徴とするボビン。
【請求項２】
前記胴部の前記第３の壁及び前記第４の壁は、円弧状の断面を有し、
前記胴部の前記第１の壁及び前記第２の壁の部分における外径は、前記第３の壁及び前記第４の壁の部分における内径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のボビン。
【請求項３】
円柱状をなし、中心に回転軸が固定されるとともに外周面に所定数の磁極が配置されたロータと、
平板状の第１の壁と該第１の壁に平行な平板状の第２の壁と該第１の壁の一端側及び第２の壁の一端側の間を繋ぐ第３の壁と該第１の壁の他端側及び第２の壁の他端側の間を繋ぐ第４の壁とで構成されて所定の長さを有する筒状をなし、該第３の壁と第４の壁とは外周方向に膨出し、該第１から第４の壁で囲まれる中心孔に前記ロータが挿通された胴部、該胴部の先端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立設された第１の鍔、及び該胴部の後端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立設された第２の鍔を備えるボビンと、
前記ボビンの胴部の外周面に巻回されたマグネットワイヤと、
軟磁性体の板状部材で形成され、中心部には前記磁極が配置されたロータの外径よりも大きく且つ前記ボビンの中心孔に対向する孔が形成され、該孔には前記ロータが挿通され、該孔を囲む内端部の前記第３の壁及び第４の壁に対応する位置には、該ボビンの中心孔に挿通されて前記磁極と対峙する複数の極歯が形成された第１のヨークと、
前記第１のヨークとの間で前記ボビンを挟持する軟磁性体の板状部材で形成され、中心部には前記磁極が配置されたロータの外径よりも大きく且つ前記ボビンの中心孔に対向する孔が形成され、該孔には前記ロータが挿通され、該孔を囲む内端部の前記第３の壁及び第４の壁に対応する位置には、該ボビンの中心孔に挿通されて前記磁極と対峙する複数の極歯が形成された第２のヨークと、
前記第１のヨークと前記第２のヨークとの間を磁気的に接続する磁気パス手段と、
前記第１のヨークに形成された極歯及び前記第２のヨークに形成された極歯と前記磁極との間の距離を一定に保ちながら前記ロータが回転するように前記回転軸を回転自在に支持する支持手段と、
を備えることを特徴とするモータ。
【請求項４】
前記ボビンの胴部の前記第３の壁及び前記第４の壁は、円弧状の断面を有し、
前記ボビンの胴部の前記第１の壁及び前記第２の壁の部分における外径は、前記第３の壁及び前記第４の壁の部分における外径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記ボビンと前記マグネットワイヤと前記第１のヨークと前記第２のヨークと前記磁気パス手段とを含むステータアセンブリを複数備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネットワイヤが巻回されるボビン、及びそのボビンが組込まれたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の一般的なステッピングモータを示す断面図である。
従来のステッピングモータは、ロータ１０と、例えば２組のステータアセンブリ２０，３０からなるステータとを、備えている。
【０００３】
ロータ１０は、概ね円柱状をなし、外周面には永久磁石からなる複数の磁極１１が配置され、中心には回転軸１２が貫通している。各ステータアセンブリ２０，３０は中心孔を持ち、それらの中心孔が連通するように固着されている。ステータアセンブリ２０，３０の中心孔中に、ロータ１０が回転可能に収納されている。
【０００４】
ステータアセンブリ２０は、対向するヨーク部材２１及びヨーク部材２２を備え、該ヨーク部材２１とヨーク部材２２との間で、マグネットワイヤ２３が巻回されたボビン２４を挟持している。
【０００５】
ヨーク部材２１には、ステータアセンブリ２０の中心孔に相当する円形の孔が形成され、ヨーク部材２１のその孔に面する内端部からは、ロータ１０の磁極１１に対向する複数の極歯２１ａがヨーク部材２２に向かって立設されている。同様に、ヨーク部材２２には、ステータアセンブリ２０の中心孔に相当する孔が形成され、ヨーク部材２２のその孔に面する縁端部からは、ロータ１０の磁極１１に対向する複数の極歯２２ａがヨーク部材２１に向かって立設されている。
【０００６】
ボビン２４は、円筒状の胴部とその胴部の両側の鍔部とで構成されている。胴部及び各鍔部には、径が一定の中心孔が形成されている。ヨーク部材２１の極歯２１ａとヨーク部材２２の極歯２２ａは、ボビン２４の中心孔に挿入され、該中心孔内でヨーク部材２１の極歯２１ａとヨーク部材２２の極歯２２ａとが互い違いになるように、ヨーク部材２１とヨーク部材２２とが合掌している。
【０００７】
ヨーク部材２２の外周側の縁端２２ｂは、ヨーク部材２１側に向けて折り曲げられ、該縁端２２ｂによってステータアセンブリ２０の外周側が覆われている。
ステータアセンブリ３０は、対向するヨーク部材３１及びヨーク部材３２を備えている。ヨーク部材３１及びヨーク部材３２とは、ステータアセンブリ２０のヨーク部材２１，２２と同様の構成であり、ヨーク部材２１，２２と同様、ヨーク部材３１とヨーク部材３２との間で、マグネットワイヤ２３が巻回されたボビン２４を挟持している。
ヨーク部材３２の縁端３２ｂは、ヨーク部材３１側に向けて折り曲げられ、該縁端３２ｂによってステータアセンブリ３０の外周側が覆われている。
【０００８】
機器の小型化が進むにつれて、図６に示すようなステッピングモータも、小型化が要求されている。
ステッピングモータの小型化を実現するにあたり、軸方向に薄型化をすることは、軸間距離が短くなるため、ロータ１０の揺動などの管理が極端に難しくなって安定した製作が困難になる。そのため、薄型化には、限界があった。
【０００９】
一方、ロータ１０の小径化も行われてきたが、モータの角度分解能の関係からロータ１０の小径化に限界が来ている。また、モータの特性の１つであるトルクも微少となり、トルクの点からみても限界に来ている。
これに対し、次に示す特許文献１では、ステータアセンブリ２０，３０のヨーク部材２２，３２の外周側の縁端２２ｂ，３２ｂの厚みを薄くしている。縁端２２ｂ，３２ｂの厚みを薄くすることで、マグネットワイヤ２３の巻回数を増やすことが可能になり、トルクを上げることができる。また、マグネットワイヤ２３の巻回数を固定した場合には、モータの小型化が可能になる。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−１２３６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の技術を用いてヨーク部材２２，３２の縁端２２ｂ，３２ｂの肉厚を減じることは、機械的強度が弱くなるという問題があり、外部から与えられる予測しづらい力に対して、信頼性が低下することになっていた。よって、ステッピングモータの小型化には、限界があった。
【００１２】
本発明は、以上のような現状に鑑みてなされた発明であり、モータのトルクを確保しつつ、小型化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るボビンは、平板状の第１の壁と該第１の壁に平行な平板状の第２の壁と該第１の壁の一端側及び第２の壁の一端側の間を繋ぐ第３の壁と該第１の壁の他端側及び第２の壁の他端側の間を繋ぐ第４の壁とで構成されて所定の長さを有する筒状をなし、該第３の壁と第４の壁とは外周方向に膨出している胴部と、
前記胴部の先端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立つ第１の鍔と、
前記胴部の後端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立つ第２の鍔と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成を採用することにより、本発明の第１の観点に係るボビンは、円筒状の胴部を持つ従来のボビンにはない第１の壁と第２の壁とを備えている。この第１の壁及び第２の壁の部分を増加させることにより、胴部の外径のうちの第１の壁及び第２の壁の部分の外径を増加させなくても、従来と同様の巻回数を確保できる。
【００１５】
また、第１の壁及び第２の壁の部分の胴部の外径を、第３の壁及び第４の壁の部分の胴部の内径よりも小さくすると、第１及び第２の壁がなく第３の壁と第４の壁で胴部が形成された従来のボビンに比べて、マグネットワイヤの巻回数を同じとして、モータの外形を小さくすることも可能になる。これにより、モータ等の小型化が可能になる。
【００１６】
なお、前記胴部の前記第３の壁及び前記第４の壁は、円弧状の断面を有し、
前記胴部の前記第１の壁及び前記第２の壁の部分における外径は、前記第３の壁及び前記第４の壁の部分における外径よりも小さくなっていてもよい。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るモータは、円柱状をなし、中心に回転軸が固定されるとともに外周面に所定数の磁極が配置されたロータと、
平板状の第１の壁と該第１の壁に平行な平板状の第２の壁と該第１の壁の一端側及び第２の壁の一端側の間を繋ぐ第３の壁と該第１の壁の他端側及び第２の壁の他端側の間を繋ぐ第４の壁とで構成されて所定の長さを有する筒状をなし、該第３の壁と第４の壁とは外周方向に膨出し、該第１から第４の壁で囲まれる中心孔に前記ロータが挿通された胴部、該胴部の先端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立設された第１の鍔、及び該胴部の後端側の外周面から概ね一定の高さで垂直に立設された第２の鍔を備えるボビンと、
前記ボビンの胴部の外周面に巻回されたマグネットワイヤと、
軟磁性体の板状部材で形成され、中心部には前記磁極が配置されたロータの外径よりも大きく且つ前記ボビンの中心孔に対向する孔が形成され、該孔には前記ロータが挿通され、該孔を囲む内端部の前記第３の壁及び第４の壁に対応する位置には、該ボビンの中心孔に挿通されて前記磁極と対峙する複数の極歯が形成された第１のヨークと、
前記第１のヨークとの間で前記ボビンを挟持する軟磁性体の板状部材で形成され、中心部には前記磁極が配置されたロータの外径よりも大きく且つ前記ボビンの中心孔に対向する孔が形成され、該孔には前記ロータが挿通され、該孔を囲む内端部の前記第３の壁及び第４の壁に対応する位置には、該ボビンの中心孔に挿通されて前記磁極と対峙する複数の極歯が形成された第２のヨークと、
前記第１のヨークと前記第２のヨークとの間を磁気的に接続する磁気パス手段と、
前記第１のヨークに形成された極歯及び前記第２のヨークに形成された極歯と前記磁極との間の距離を一定に保ちながら前記ロータが回転するように前記回転軸を回転自在に支持する支持手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
このような構成を採用することにより、第１のヨークに形成された極歯及び第２のヨークに形成された極歯は、ボビンの胴部の第１の壁とロータとの間及び第２の壁とロータとの間に挿入され、ロータの外周面に配置された磁極と対峙する。マグネットワイヤに電流を流すことで、複数の極歯が励磁され、磁極との間に引力と反発力とが発生する。引力と反発力とにより、ロータが回転する。
【００１９】
ここで、ボビンの胴部の第１の壁と第２の壁とは、外側に膨出していないので、胴部の外周に巻回されたマグネットワイヤも、ボビンの胴部の外周方向に膨出しない。従って、第１の壁及び第２の壁の形状においても、第１の壁及び第２の壁の外周への膨出がなくせる。従って、第１の壁及び第２の壁の部分を増加させることにより、第１の壁及び第２の壁の方向の径を増加させなくても、トルクを増強できる。
【００２０】
また、ボビンの胴部の第１の壁及び第２の壁の部分の外径を、第３の壁及び第４の壁の部分の内径よりも小さくすると、マグネットワイヤの巻回数を、第１及び第２の壁がなく第３の壁と第４の壁で胴部が形成された従来のボビンと同等にして、外形を小さくすることが可能になる。これにより、モータ等の小型化が可能になる。
【００２１】
なお、前記ボビンの胴部の前記第３の壁及び前記第４の壁は、円弧状の断面を有し、前記ボビンの胴部の前記第１の壁及び前記第２の壁の部分における外径は、前記第３の壁及び前記第４の壁の部分における外径よりも小さくなっていてもよい。
また、前記ボビンと前記マグネットワイヤと前記第１のヨークと前記第２のヨークと前記磁気パス手段とを含むステータアセンブリを複数備えてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ボビンの胴部が、平板状の平行な第１の壁及び第２の壁と外周方向に膨出した第３の壁及び第４の壁とで構成されるので、例えばモータの小型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るステッピングモータの要部を示す断面図である。図２は、ボビンの形状を示す斜視図である。図３は、ステータアセンブリの組立て斜視図である。図４（ａ），（ｂ）は、ボビンと極歯の関係を示す説明図である。
【００２４】
このステッピングモータは、２相駆動が可能なモータであり、図１のように、ロータ４０と、２組のステータアセンブリ５０，６０とを、有する。
ロータ４０は、円柱状をなし、その中心には回転軸４１が固定されている。ロータ４０の外周面には、着磁された永久磁石の磁極４２が複数個配置されている。
【００２５】
ステータアセンブリ５０は、互いに対向する第１のヨーク５１及び第２のヨーク５２と、ボビン５３とを備えている。ボビン５３にはマグネットワイヤ５４が巻回されている。ボビン５３に巻回されたマグネットワイヤ５４のさらに上層に、インシュレータ５５が巻かれている。ヨーク５１とヨーク５２とに、ボビン５３が挟持されている。
【００２６】
ボビン５３は、合成樹脂等で形成され、図２に示すように、胴部５３ａと第１の鍔５３ｂと第２の鍔５３ｃとで構成されている。
胴部５３ａは、従来のような円筒形ではなく、均等な厚みを持つ第１の壁５３ａ１と、第２の壁５３ａ２と、第３の壁５３ａ３と、第４の壁５３ａ４とで構成された筒状をなしている。壁５３ａ１と壁５３ａ２とは、平板状であり、平行に対向している。壁５３ａ１及び壁５３ａ２の一端側は、壁５３ａ３で繋がれている。壁５３ａ１及び壁５３ａ２の他端側は、壁５３ａ４で繋がれている。壁５３ａ３及び壁５３ａ４は、筒状の外側に円弧状に膨出し、胴部５３ａを軸方向から見た外形は、小判形になっている。
【００２７】
鍔５３ｂは、胴部５３ａの先端側から放射方向に立設されている。鍔５３ｂの外形は、胴部５３ａの外形と略相似の小判形になっている。鍔５３ｃは、胴部５３ａの後端側から放射方向に立設されている。鍔５３ｃの形状は、胴部５３ａの外形と略相似の小判形になっている。
【００２８】
ヨーク５１は、軟磁性体の板状部材で形成され、その中央部には、ボビン５３の中心孔に対向する孔が形成されている。このヨーク５１の中央部の孔にロータ４０が通されている。孔の形状は円形でもよいし、図３のように小判形でもよい。
ヨーク５１の中央部の孔を囲むヨーク５１の内端部において、壁５３ａ３及び壁５３ａ４に対応する位置には、それぞれ４個の極歯５１ａが形成され、ヨーク５２に向かって垂直に立っている。極歯５１ａは、ヨーク５１の内端部を折り曲げて形成されており、ボビン５３の中心孔に挿入されてロータ４０の磁極４２と対峙する。
【００２９】
ヨーク５１の外形は、ボビン５３の鍔５３ｂ，５３ｃに略相似した小判形になっている。
ヨーク５２は、軟磁性体の板状部材で形成され、その中央部にはボビン５３の中心孔に対向する孔が形成されている。このヨーク５２の中央部の孔にロータ４０が通されている。その孔の形状はヨーク５１と同様に、円形でもよいし、小判形でもよい。
【００３０】
ヨーク５２の中央部の孔を囲むヨーク５２の内端部において、壁５３ａ３及び壁５３ａ４に対応する位置には、それぞれ４個の極歯５２ａが形成され、ヨーク５１に向かって垂直に立っている。極歯５２ａは、ヨーク５２の内端部を折り曲げて形成されており、ボビン５３の中心孔に挿入されてロータ４０の磁極４２と対峙する。ヨーク５２の外端部５２ｂはヨーク５１側に折り曲げられ、ヨーク５１と嵌合されている。このヨーク５２の外端部５２ｂは、ヨーク５１とヨーク５２とを磁気的に接続する磁気パス手段となっている。
【００３１】
ヨーク５２の外形は、ボビン５３の鍔５３ｂ，５３ｃに略相似した小判形になっている。ヨーク５２の極歯５２ａは、ヨーク５１の極歯５１ａに対して位相が１８０度ずれている。
【００３２】
ステータアセンブリ６０は、互いに対向する第１のヨーク６１及び第２のヨーク６２を備えている。ヨーク６１とヨーク６２とは、ヨーク５１，５２と同様の構成であり、極歯５１ａ，５２ａと同様の極歯６１ａ，６２ａが形成され、ヨーク５１，５２と同様にボビン５３を挟持している。このボビン５３にも、マグネットワイヤ５４が巻回され、さらに、インシュレータ５５が巻かれている。
【００３３】
ステータアセンブリ５０のヨーク５１とステータアセンブリ６０のヨーク６１とが、溶接で共軸に接合されている。ヨーク５２のヨーク５１の反対側には、フロントプレート７１が取付けられている。フロントプレート７１には、回転軸４１を回転自在に支持する軸受７２が取付けられている。
【００３４】
ヨーク６２のヨーク６１の反対側には、エンドプレート７３が取付けられている。エンドプレート７３には、回転軸４１を回転自在に支持する軸受７４が取付けられている。
【００３５】
以上のような構成のステッピングモータでは、ヨーク５１とヨーク５２との間のマグネットワイヤ５４に通電することにより、各極歯５１ａ，５２ａが励磁され、ロータ４０の磁極４２との間に吸引力と反発力とが発生する。同様に、ヨーク６１とヨーク６２との間のマグネットワイヤ５４に通電することにより、ヨーク６１に形成された極歯６１ａ及びヨーク６２に形成された極歯６２ａが励磁され、ロータ４０の磁極４２との間に吸引力と反発力とが発生する。これらの吸引力及び反発力が回転力となり、ロータ４０が回転して回転軸４１が回転する。
【００３６】
次に、このステッピングモータの利点を、説明する。
上記実施形態の例えばヨーク５１には、図４（ａ）のように、合計８個の極歯５１ａが形成され、ヨーク５２には合計８個の極歯５２ａが形成されている。極歯５１ａ及び極歯５２ａは、ボビン５３の壁５３ａ３及び壁５３ａ４に対応する部分にのみ形成され、壁５３ａ１及び壁５３ａ２に対応する部分には形成されていない。従って、ボビン５３の胴部５３ａが円筒状でなくてもよく、外形を小判形にできる。
【００３７】
これに対し、従来のように、ヨーク５１の極歯５１ａ及びヨーク５２の極歯５２ａを円形の孔に沿って形成した場合には、図４（ｂ）のように、ボビン５３の胴部５３ａが円筒状になる。
【００３８】
胴部５３ａの外形を小判形とし、壁５３ａ１及び壁５３ａ２の部分の外径を、壁５３ａ３及び壁５３ａ４の部分の外径よりも小さくすると、胴部５３ａを円筒状とした場合と同程度以上のマグネットワイヤ５４を巻回することができ、モータの回転力（トルク）を確保できる。さらに、壁５３ａ１及び壁５３ａ２の部分の鍔５３ｂ，５３ｃの外径を、胴部５３ａが円筒状の場合よりも小さくすることができる。
【００３９】
従って、ステッピングモータを小型化できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
（１）例えば、ヨーク５１，５２，６１，６２に形成する極歯５１ａ，５２ａ，６１ａ，６２ａの数は、ステッピングモータの角度分解能に応じて変えることができる。そのヨーク５１，５２，６１，６２の形成数も、例えば（４＋１／２）個というように、整数単位でなくてもよい。
【００４０】
（２）また、２相駆動形のステッピングモータ以外の単相駆動型ステッピングモータ或いは２相以上の多相駆動形ステッピングモータに適応してもよい。
【００４１】
（３）図５は、ヨークの変形例を示す斜視図であり、例えばヨーク５２の他の構成例を示している。
上記実施形態のステータアセンブリ５０において、ボビン５３に巻回されたマグネットワイヤ５４及びインシュレータ５５は、その外側の全周がヨーク５２の外端部５２ｂによって包囲されている。同様に、ステータアセンブリ６０のマグネットワイヤ５４及びインシュレータ５５も、その外側の全周がヨーク６２によって包囲されている。しかしながら、外部からの圧力が無いような環境で使用される場合等には、必ずしもマグネットワイヤ５４及びインシュレータ５５の全周をヨーク５２，６２で囲まなくてもよい。
【００４２】
例えば図５のように、ヨーク５２の外端部５２ｂに切欠き５２ｃを形成し、マグネットワイヤ５４及びインシュレータ５５の全周を囲まない構成にしてもよい。このようにすることにより、モータの軽量化が可能になると共に、モータの発熱も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係るステッピングモータの要部を示す断面図である。
【図２】図１中のボビンの形状を示す斜視図である。
【図３】ステータアセンブリの組立て斜視図である。
【図４】ボビンと極歯の関係を示す説明図である。
【図５】変形例を示す斜視図である。
【図６】従来のステッピングモータを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
４０                            ロータ
４１                            回転軸
４２                            磁極
５０，６０                      ステータアセンブリ
５１，６１                      第１のヨーク
５２，６２                      第２のヨーク
５１ａ，５２ａ，６１ａ，６２ａ  極歯
５３                            ボビン
５３ａ                          胴部
５３ａ１〜５３ａ４                第１〜４の壁
５３ｂ，５３ｃ                  鍔
５４                            マグネットワイヤ
【図１】
2005045944.tif 000003
【図２】
2005045944.tif 000004
【図３】
2005045944.tif 000005
【図４】
2005045944.tif 000006
【図５】
2005045944.tif 000007
【図６】
2005045944.tif 000008