(57)【要約】【課題】  シャフトへの負荷が少なく、着磁を含めたロータマグネットの加工が簡単で小径化が容易なステッピングモータを提供する。【解決手段】  軸方向に着磁された略円筒形状のロータマグネットにクローポールを設けると共に、クローポール型のコイルヨークを軸方向に対して対称位置に複数配置し、該対称位置に配置したクローポールを一組として使用することで小径化した際にシャフトへの負荷が少なく、安定したステップ駆動を可能としている。 【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さ方向に着磁された略円柱形状のロータマグネットを内部に有し、
該ロータマグネットの高さ方向を軸とする円筒形の側壁を有した、当該円筒の周方向に関して等間隔に凸部を設けたマグネットヨークをロータ部として備え、
界磁コイルを備えたクローポール型のステータを、前記ロータ部側壁の凸部の外周に各クローポールの内壁が近接するように、前記ロータマグネット軸方向に沿い、かつ該マグネット磁極面を境に対称となるよう複数配置し、
駆動時に前記対称位置にあるステータ同士を一組として使用する事を特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記マグネットヨークを回転軸として使用することを特徴とする、請求項１記載のステッピングモータ。
【請求項３】
回転軸方向に着磁し、シャフトを貫通して設けた略円筒形状のロータマグネットの側壁上に、磁性体からなる細板上の凸部を周方向に関して等間隔に設けたロータ部を有し、
界磁コイルを備えたクローポール型のステータを、前記ロータ部側壁の凸部の外周に各クローポールの内壁が近接するように、前記ロータマグネット軸方向に沿い、かつ該マグネット磁極面を境に対称となるよう複数配置し、
駆動時に前記対称位置にあるステータ同士を一組として使用する事を特徴とするステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型でステップ角が小さいステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在用いられているステッピングモータの駆動機構は、ロータ部に於いて、円周方向に多極着磁した円筒形状のロータマグネットを用いるPM型の駆動構造を有する物と、軸方向に着磁した円筒形状のロータマグネットを用いるHB型の駆動構造を有する物とに大別される。
【０００３】
上記２つの駆動構造中、個々の部品形状の単純さという面ではPM型、ロータマグネットに対する着磁の容易さという点ではHB型が優れており、用途毎に適した駆動構造が使用されてきた。
【０００４】
一般的なPM型の駆動構造を用いたステッピングモータとして、円筒形状のロータマグネットを可動部とし、該ロータの磁極に対応した櫛歯状の突起を有するヨークに界磁コイルを巻回したステータを用いて、前記ロータを所定の角度ずつ回転させるステッピングモータがある（図４参照）。このようなモータに関する発明としては既に特開昭６４−１４６４（以下特許文献１として記載）に代表されるステッピングモータがあり、上下２層のコイルにそれぞれ２つのステータを設けた構成により、ロータの磁極に対して４分の１ずつ回転させていく構成となっている。
【０００５】
上記特許文献１では、それまでのステッピングモータに対して、モータの軸を支持するための側板を無くした部品構成を特徴としている。このような構成としたことにより、特許文献１ではステッピングモータの部品構成を簡単にし、組立時のコストを下げると共に、部品点数の削減と体積効率の向上とを果たしている。
【０００６】
また、特許文献１ではコイルを取り付けたステータに位置決め突起部を設けており、組立時にヨークの突起部を適切な位置に配置できるような構造となっている。
【０００７】
更に、体積効率が向上したことで低減した部品体積分のコイル体積を増加することが可能となり、小型化した場合でも高いトルクを維持することを可能としている。
【０００８】
加えて、モータを取り付ける基板によってボビン軸受け部を支持する構造を有しており、駆動時、出力側シャフトに対して大きなモーメントを伝えることができる。
【０００９】
上述したように、特許文献１では界磁コイルを巻回するボビンと回転軸を支持するボビン軸受とを一体化したことによって部品数の削減、界磁コイルの体積（巻数）の増加等の効果を得ている。
【００１０】
しかしながら、偏平型に対応した前記特許文献１にはロータマグネットを多極着磁している構造上、モータ全体の小型化に際して磁極数を減らす必要が有り、ステップ角を維持することが難しいという課題があった。
【００１１】
更に、多極着磁したロータマグネットを使用することで部品コストを下げることが難しいという課題も有している。
【００１２】
上記の課題を解決するため、特許３３６３７８６（以下特許文献２）が出願、登録されている。
【００１３】
前記特許文献２では、軸方向に着磁した円筒形のロータマグネットを、円周方向に亘って磁極溝部と突部とを交互に略同ピッチで形成した事を特徴としている。
【００１４】
上記形状によって磁極溝部と突部とを別の磁極として取り扱うことが可能となり、軸方向に着磁するだけで周方向に多極着磁した場合と同じ効果を得ることが出来る。
【００１５】
このことによって、特許文献２では特許文献１に代表される従来のPM型ステッピングモータが有していた小径化に伴う磁極数の減少という課題を解決している。
【００１６】
又、その実施例に於いて、特許文献１の様にロータマグネットを中心としてステータを同心円状に構成していくだけではなく、ロータ両側面にステータを配置したステッピングモータを提示しており、この構造を用いたことによって界磁コイルの巻数を維持し、厚み寸法に関してコイル巻数とロータマグネットの径とを無駄なく確保することを可能としている。
【００１７】
更に、長方形配置としたことで基板状での配置が円筒形状に限定されず、ステータの極数を減らしつつコイルの巻数を増加する事によってトルクを維持したままでの装置全体の薄型化を果たしている。
【００１８】
【特許文献１】特開昭６４−１４６４
【特許文献２】特許第３３６３７８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら特許文献２にはその構造上、回転角度が突部に対して４分の１になってしまい、小径化した際にロータマグネットの加工が困難になる為、微小角度だけ駆動することが出来ないという課題がある。
【００２０】
更に現在、小型モータに於いて用いられているシャフトは最小で直径が０．３〜０．７mmのものが使用されており、上述したコイルヨークが２つのステッピングモータに対してこれらのシャフトを使用すると、一度に片方の磁極しか使用しない為に駆動時、ロータ部を通じてシャフトに作用する磁気力が片側に偏り、シャフトに負荷がかかってしまう。
【００２１】
加えてロータマグネットに対してシャフト穴を設ける構造上、装置全体の小径化時にロータマグネットの径がシャフト径によって制限されてしまう。
【００２２】
上記課題を解決する為、本発明は駆動時に、シャフトへの負荷が少なく、着磁を含めたロータマグネットの加工が簡単で、小径化が容易なステッピングモータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の発明では、高さ方向に着磁された略円柱形状のロータマグネットを内部に有し、
該ロータマグネットの高さ方向を軸とする円筒形の側壁を有した、当該円筒の周方向に関して等間隔に凸部を設けたマグネットヨークをロータ部として備え、
界磁コイルを備えたクローポール型のステータを、前記ロータ部側壁の凸部の外周に各クローポールの内壁が近接するように、前記ロータマグネット軸方向に沿い、かつ該マグネット磁極面を境に対称となるよう複数配置し、
駆動時に前記対称位置にあるステータ同士を一組として使用することを特徴としている。
【００２４】
又、請求項２に記載の発明では上記請求項１記載の発明に於いて、前記マグネットヨークを回転軸として使用することを特徴としている。
【００２５】
請求項３では、回転軸方向に着磁し、シャフトを貫通して設けた略円筒形状のロータマグネットの側壁上に、磁性体からなる細板上の凸部を周方向に関して等間隔に設けたロータ部を有し、
界磁コイルを備えたクローポール型のステータを、前記ロータ部側壁の凸部の外周に各クローポールの内壁が近接するように、前記ロータマグネット軸方向に沿い、かつ該マグネット磁極面を境に対称となるよう複数配置し、
駆動時に前記対称位置にあるステータ同士を一組として使用することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１記載の発明に依れば、組立が容易で部品構成が少なく、小径化を伴う装置全体の小型化に際してもステップ角を維持したステッピングモータを得ることが出来る。
【００２７】
前述したように、特許文献１に代表されるPM型のステッピングモータは、ロータマグネットの両端に設けたステータコイルに対して交互に電流を印加していくことで、多極着磁したロータマグネットを回転させていく構造を用いている。
【００２８】
これに対して、本発明のステッピングモータは、軸方向に着磁した円筒形状のロータマグネットに複数の突起を有するマグネットヨークを設けることで、マグネットヨークの凹凸による磁気的な突起を設けると共に、該突起の境界部に設けたステータと、両極の端部に設けたステータとで交互にステップ駆動させることによって、小径化した際の力の偏りを抑え、シャフトに対する負荷が少ない駆動を可能としている。
【００２９】
又、ロータマグネットに直接凹凸を設けるのではなく、マグネットヨークを用いて凹凸を設けた事によって、小径化した構造でも比較的容易に磁気的な凹凸を形成する事が出来ると共に、マグネットヨークを交換することで、ステップ角の変更も容易に行う事が可能となる。
【００３０】
更に、ステータヨークを境界面に設けたことによって、ロータマグネットの両端だけで無く、その中間の領域も使用することが出来る。
【００３１】
請求項２記載の発明に依れば、小径化した際、シャフト穴をロータマグネットに設けることなく、マグネットヨークをそのまま回転軸として使用することで、ロータマグネットにシャフト穴を設ける必要が無くなり、ロータマグネットの小径化が可能となる。
【００３２】
請求項３記載の発明に依れば、マグネットヨークの内周部を外し、磁性体からなる突起部をロータマグネットに直接取り付けたことで、ロータマグネットとマグネットヨークを備えるロータ部の径を小さく保ち、かつ請求項１記載のモータと同じ効果を得ることが可能となる。
【００３３】
又、請求項１記載の発明と同様に、コイルヨークに関して常にS極側とN極側の両方を駆動させることによって、偏りのない駆動状態を得ている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に図１と図２を用いて本発明における実施形態を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１，図２に本発明で用いる第一の実施形態に於いて用いるステッピングモータの構成部品及び側断面図を示す。
【００３６】
図１から解るように、本実施例のステッピングモータは、軸方向に着磁された円柱状のロータマグネット８、該マグネットに取り付ける２つのマグネットヨーク７a，７ｂ、該マグネットヨークの凹凸部に対応した櫛歯部を有する４つのコイルヨーク４a〜d、該コイルヨークに対して内側と外側とに捲回する界磁コイル５a，５ｂ及び６、前記マグネットヨーク７の非凹凸部に嵌合するボス３と軸受け２、及び上記の部品を収める円筒形の断面を有するケース１とカバー９から構成されている。
【００３７】
又、図２の側断面図から解るように、本実施例ではロータマグネット８と、該マグネット８に取り付けた２つのマグネットヨーク７とでロータ部を、前記ロータ部の凹凸部分に対して周方向に１／４ずつ位相をずらして櫛歯を配置し、外周に界磁コイル５a，５ｂ、及び６をそれぞれ捲回したコイルヨーク４a〜dとでステータ部をそれぞれ構成しており、界磁コイル５a，５ｂ、及び６に電流を印加していく事によって各コイルヨーク４a〜ｄの櫛歯先端部とマグネットヨークとの間に相互の磁気力が発生し、所定の角度ずつ駆動していく構造となっている。
【００３８】
上記駆動構造を用いている為、本実施例のステッピングモータではロータマグネット８に対してシャフト穴を設ける必要が無くなり、ロータ部を回転軸と一体にして使用することによる装置全体の小径化を可能としている。
【００３９】
更に駆動時、各コイルヨーク４aと４ｄ、４ｂと４ｃをそれぞれ一組にして電流を印加することによって前記ロータ部にかかる負荷を減らすと共に、安定したステップ駆動を得ることが出来る。
【００４０】
上記利点に加えて、本実施例では組立時、マグネットヨーク7a，７ｂによってロータマグネット８を両側から挟み込んで該マグネットヨーク８内部に前記ロータマグネット８を設ける構造となっており、小径化に際して容易に組立が行えるような構造となっている。
【００４１】
更に本実施例と同じ技術的見地から、ロータ部を図３のようにロータマグネット８と、シャフト１１、該ロータマグネット８に取り付けた磁性体からなるクローポール１０とで構成し、ボス３と軸受２の内径をシャフト１１に合わせることも可能である。
【００４２】
ロータ部に図３で示した構造を用いることで、ロータマグネット８の外径を確保しながらステッピングモータの駆動時、該マグネットを貫通して設けたシャフト１１にかかる負担を減らす事ができる。
【００４３】
又、図２で示したロータ部の構造と比べてロータマグネット８の外径を大きく取ることが出来る為、ロータマグネット８の磁気力も大きくなり、図２の構造を用いたステッピングモータよりも高いトルクで駆動させる事が可能となる。
【００４４】
以上述べたように、上記実施例に示したステッピングモータを用いることでシャフトへの負荷が少なく、着磁を含めたロータマグネットの加工が簡単で小径化が容易なステッピングモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例に於ける部品斜視図
【図２】本発明の実施例に於ける側断面図
【図３】本発明の実施例に於いて用いるロータ部
【図４】一般的なステッピングモータの駆動原理
【符号の説明】
【００４６】
１    ケース
２    軸受
３    ボス
４a，４b，４c，４d    コイルヨーク
５a，５b    界磁コイル（外側配置）
６    界磁コイル（内側配置）
７a,７b    マグネットヨーク
８    ロータマグネット
９    カバー
１０  クローポール
１１  シャフト
２１  ロータ
２２  ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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