(57)【要約】【課題】ステッピングモータを使用するシステムの他部品と干渉することなくモータ回転の過渡応答における振動を抑制することが可能な防振機構を備えたステッピングモータを提供する。【解決手段】モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構１８Ａを備えたステッピングモータ１であって、防振機構１８ＡがモータケースＣ内部のモータ軸２に取り付けられている。具体的には、外ケース３内の上下一対のホルダー７Ａ、７Ｂ間のデッドスペースを利用して補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ，７Ｅを追加してロータＲの慣性量を大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構を備えたステッピングモータであって、前記防振機構として、モータケース内部のモータ軸に取り付けられた一対の磁石用ホルダーの間において、前記モータ軸にロータの慣性量を増大させるための補助磁石用ホルダーを取り付けたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構を備えたステッピングモータであって、前記防振機構として、モータケース内部の一方の軸受の近傍位置におけるモータ軸に、ロータの慣性量を増大させるための回転体を取り付けたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項３】
モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構を備えたステッピングモータであって、前記防振機構がモータケース外部のモータ軸に取り付けられてこのモータ軸の回転を外部に伝達する回転伝達機構と一体に設けられていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項４】
前記回転伝達機構が、歯車であることを特徴する請求項３に記載のステッピングモータ。
【請求項５】
前記回転伝達機構が、プーリーであることを特徴する請求項３に記載の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、ステッピングモータに関するもので、詳述すると、モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構を備えたステッピングモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは連続的で、且つ、ステップ状の動きをしながら回転するものであり、そのステップ状の動きの一つを見たものが１ステップ応答である。そして、停止状態のステッピングモータに１パルスを入力すると、次のステップ角に向かって加速し、加速したステッピングモータはステップ角度を通過し、ある角度をオーバーシュートした後、逆方向にアンダーシュートし引き戻される。このようにオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返し、減衰振動した後、所定のステップ角位置で停止する。
【０００３】
このオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返しながら振動が減衰するまでのセットリングタイムを長くし、供給する周波数によりオーバーシュートとアンダーシュート回数を減らせば振動を減らすことができ、高周波になればなるほど振動は減衰しやくなる。
【０００４】
しかし、必要トルクや電流などの制約があり、入力周波数に限りがある場合、周波数をコントロールすることでは振動を減衰することができなかった。
【０００５】
そこで、従来は、例えば、振動を減らすためにロータの径を大きくし、トルクや保持トルクを減らして振動を減衰させるようにしていた。しかしながら、そのようにして振動を減らすようにしたものはステッピングモータ、又はそれを使用するシステム（ステッピングモータから回転を伝達される被伝達機構や被伝達装置を含む。）にとって性能を満足することが困難になる欠点があった。
【０００６】
また、モータ性能を維持した上で振動を減らすために、弾性体部及び慣性体部よりなるステッピングモータ用ダンパ部材をモータ軸に取り付けるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２７２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来のものでは、ダンパ部材がステッピングモータのモータ軸に外付けされているため、ステッピングモータをシステム内に配置する際にシステムの他部品と干渉しやすくなり、使い勝手が悪くなる問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、ステッピングモータを使用するシステムの他部品と干渉することなく、モータ回転の過渡応答における振動を抑制することが可能な防振機構を備えたステッピングモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため第１の発明は、モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構を備えたステッピングモータであって、前記防振機構として、モータケース内部のモータ軸に取り付けられた一対の磁石用ホルダーの間において、前記モータ軸にロータの慣性量を増大させるための補助磁石用ホルダーを取り付けたことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構を備えたステッピングモータであって、前記防振機構として、モータケース内部の一方の軸受の近傍位置におけるモータ軸に、ロータの慣性量を増大させるための回転体を取り付けたことを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、モータ回転の過渡応答における振動を抑制するための防振機構を備えたステッピングモータであって、前記防振機構がモータケース外部のモータ軸に取り付けられてこのモータ軸の回転を外部に伝達する回転伝達機構と一体に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、前記回転伝達機構が、歯車であることを特徴する。
【００１４】
第５の発明は、第３の発明において、前記回転伝達機構が、プーリーであることを特徴する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、モータケースの内部空間を利用して防振機構を設けたり、モータケース外部の減速歯車やプーリー等の回転伝達機構と防振機構を一体化して設けることによって、ロ―タの慣性量を増やして共振周波数をずらし、実際に使用する周波数帯での振動が減少することができるので、モータ性能を維持しつつ、ステッピングモータをシステム内に配置する際にシステムの他部品と干渉することなくモータ回転の過渡応答における振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すステッピングモータの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すステッピングモータの断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示すステッピングモータの断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示すステッピングモータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るステッピングモータ１の第１の実施形態について、図１に基づいて説明する。２は出力軸となるステンレス製のモータ軸、３は下部が開口したコップ状の外ケースであり、鉄系の金属で作られている。この外ケース３の下部開口部にはステータであるブラケット４が圧入により嵌合されて固定されており、外ケース３とブラケット４とでモータケースCが構成されている。
【００１８】
５は上部軸受であり、外ケース３の上面開口に圧入により嵌合されている。この上部軸受５は銅や鉄の粉末を焼結して作られており、粉末間の気孔部（ポーラス）にオイルを含浸させることにより挿通された前記モータ軸２の上部を支持し、このモータ軸２が円滑に回転できるように支持している。６は下部軸受であり、前記ブラケット４の中間部位に形成された窪みである軸受収納部４Ａに上方から圧入により嵌合されている。この下部軸受６は銅や鉄の粉末を焼結して作られており、粉末間の気孔部（ポーラス）にオイルを含浸させることにより挿通された前記モータ軸２の下部を支持し、モータ軸２が円滑に回転できるように支持している。
【００１９】
７Ａ及び７Ｂは中間部に嵌入された前記モータ軸２に取り付け固定された上下一対の磁石用ホルダーであり、このホルダー７Ａ、７Ｂは円盤状を呈している。７Ｃ、７Ｄ及び７Ｅは前記モータケースＣ内の前記ホルダー７Ａ、７Ｂ間の空き空間を利用して、中間部に嵌入された前記モータ軸２に取り付け固定されたロータの慣性量を増大させる防振機構１８Ａとしての補助磁石用ホルダーであり、この補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ、７Ｅは円盤状を呈している。前記ホルダー７Ａ、７Ｂと補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ、７Ｅはアルミや鉄などの金属製材料で作成されているが、高比重材の合成樹脂材料で形成しても良い。
【００２０】
８は前記ホルダー７Ａ、７Ｂ及び補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの外周に接着により固定された中空円筒状の磁石であり、この磁石８はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ配合の樹脂コンパウンドで成形されたものや、フェライト磁石が使用されている。また、鉄系で錆びやすいため、表面は合成樹脂やメッキでコーティングされている。そして、前記モータ軸２と、ホルダー７Ａ、７Ｂ及び補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ、７Ｅと、磁石８とでロータＲを構成し、回転する。
【００２１】
９は後述するスプリングワッシャー１０とホルダー７Ａとの間において、前記ホルダー７Ａの上位置のモータ軸２にこのモータ軸２が回転可能に嵌合された円盤状のスラストワッシャーで、このスラストワッシャー９は耐摩耗性があり、摺動性に優れた合成樹脂材料で作られており、ロータＲ（モータ軸２）をスムーズに回転させるとともに、金属同士の接触による音の発生、発熱、摩耗などを抑えるためのものである。また、厚みの調整によりスラスト量を調整できるようにしている。
【００２２】
１０はスラストワッシャー９と上部軸受５との間においてモータ軸２が回転可能に嵌め込まれて、且つ、その周縁部が外ケース３に保持された付勢体としてのスプリングワッシャーである。スプリングワッシャー１０は下方に盛り上がった円盤状で、バネ力を付与するように薄いステンレスで作られており、スラストワッシャー９をホルダー７Ａに押圧付勢してロ―タＲの回転を安定させる。
【００２３】
１１はブラケット４の軸受収納部４Ａ内に配設される円盤状の当て板で、下部軸受６とブラケット４の軸受収納部４Ａとの間に挟持され、モータ軸２の下端が当接する円盤状の当て板である。この当て板１１は厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍと薄く、モータ軸２の下端がスプリングワッシャー１０によってテンションをかけられるため、摺動性に優れた合成樹脂材料で作られている。
【００２４】
１２は外ケース３内部のロ―タＲ外周に配置されたヨークであり、ヨーク１２は絶縁性の合成樹脂材料で成形され、内径側端部に複数の歯形部１２Ａを直角に所定間隔を存して形成したものを上下一対のものを組み合わせ、これを２段重ねて使用している。この場合、上下一対のものは上のものの歯形部１２Ａと下のものの歯形部１２Ａとが噛み合うように組み合わせて使用する。歯数は上下一対のものを合わせて１６枚〜４８枚であり、１パルス当たり進む角度がこの歯数により決まるため、１６枚であれば１パルス当たり２２．５°、４８枚であれば１パルス当たり７．５°回転する。
【００２５】
１３は前記ヨーク１２と同様に絶縁性の合成樹脂材料で成形され、ヨーク１２を固定するボビン、１４はこのボビン１３に捲線されたマグネットワイヤよりなる多極のコイルであり、マグネットワイヤは通常、ウレタンやポリアミド樹脂に被覆された銅線である。前記ボビン１３はコイル１４とヨーク１２とを電気的に絶縁する。
【００２６】
ユニポーラ駆動の場合、コモン線がプラス、又はマイナスに固定供給され、その他の端末部を切替えてコイル１４に電流を流す。バイポーラ駆動の場合、端末間を常にスイッチングして電流方向を切替える。そして、コイル１４に周期的に電流を流すと、ヨーク１２に磁界がＳ極−Ｎ極と交互に発生し、コイル１４に流れる電流を切替えることにより、磁石８の吸引、反発力によって回転する力が発生し、生じた回転力をホルダー７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、モータ軸２を介してモータがトルクとして力を発生する。
【００２７】
１５はボビン１３に挿入固定された端子で、前記マグネットワイヤをボビン１３に捲線する際にこの一方の端子１５にからげて固定し、捲線が終了した際も他方の端子にからげて固定する。そして、捲線が終了した後、半田づけによって各端子１５とマグネットワイヤとを電気的に接続する。端子１５は角柱のものでも、円柱形状でも良い。また、鉄、または真鍮製が一般的であり、表面は半田づけしやすいように錫や金にてメッキされている。
【００２８】
１６は外部からの給電用に使用され、前記端子１５に半田づけされるコネクタ端子である。コネクタ端子１６は鉄や真鍮製で、半田性や耐腐食性のために錫や、金や、半田にてメッキされている。１７は端子１５とコネクタ端子１６とをつなぐためにコネクタ端子１６の位置決めを行う役割を担う端子カバーである。この端子カバー１７は合成樹脂の成形品で、端子１５の半田づけのために比較的に耐熱性の高い合成樹脂材料が使用されている。また、端子１５を通すための穴が設けられ、外ケース３の側面開口部に嵌合されている。
【００２９】
上述した実施態様のステッピングモータ１では、外ケース３内の上下一対のホルダー７Ａ、７Ｂ間のデッドスペースを利用して補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ，７Ｅを追加したので、ロータＲの慣性量を大きくし、補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ，７Ｅを防振機構１８Ａとして使用することができる。
【００３０】
背景技術で説明したように、高周波になればなるほど振動が減衰しやすいことを受け、補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ，７Ｅによって振動共振点をずらすようにする。すなわち、共振周波数ｆは数式１（数１）で求められる（ここで、Ｐは磁極数、ＭＨは保持トルク、ＪＲはロータの慣性量である。）。
【００３１】
【数１】
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ステッピングモータ１の振動を減らすには保持トルクＭＨを減らす、磁石磁極数Ｐを減らす、ロータの慣性量ＪＲを増やすという三つの手段がある。
【００３２】
しかし、保持トルクＭＨや磁極数Ｐは制約がある場合が多く、本発明ではロータＲの慣性量ＪＲを増やして解決するものである。補助磁石用ホルダー７Ｃ、７Ｄ，７Ｅを追加してロータの慣性量ＪＲを増大させると、次の理由で振動を減衰させることができる。ステッピングモータ１では１パルス入力すると、ヨーク１２の歯数で決められた角度分進行する。その進行時にロータＲの慣性で規定の角度を通り越し、オーバーシュートとなるが、逆にオーバーシュート分を取り戻そうとしてアンダーシュートとなり、このオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返して正規の位置に止まる。慣性量が少ないとこのオーバーシュートとアンダーシュートが短い時間で多く行われて振動が大きくなるが、ロータＲの慣性量ＪＲを増大させ、振動共振点をずらしてやると繰り返しの周期が大きくなり、振動が抑制される。
【００３３】
図２は本発明の第２の実施形態を示すものであり、第１の実施形態である図１に示すものと共通する部分には同一符号を付してあり、説明は省略する。図２では、モータケースＣ内部のロータＲ（下方のホルダー７Ｂ）と下部軸受６との間において、この下部軸受６の近傍位置のモータ軸２に防振機構１８Ｂを取り付けている。
【００３４】
この防振機構１８Ｂは前記ホルダー７Ｂの下方位置の前記モータ軸２の下部に圧入固定されるフランジ１９Ａと下向きの皿状部１９Ｂとを有する回転体１９と、この回転体１９の皿状部１９Ｂの外端部（例えば、前記モータ軸２より最も遠い位置）に接着又はカシメ固定されたリング状（環状）の錘２０とから成る。回転体１９は鉄、真鍮の他に合成樹脂製とし、錘２０はロータＲの慣性量ＪＲを増大させるために、鉄、真鍮の他に高比重の合成樹脂製とする。
【００３５】
この第２の実施態様のものでも、図１に示す第１の実施形態と同様に、防振機構１８ＢがモータケースＣの内部空間に収容されているので、ステッピングモータ１が配置されるシステムの他の部品の干渉や制約を受けることなく、ロータＲの慣性量ＪＲを増大させ、振動共振点をずらして振動を抑制することができる。
【００３６】
なお、前記システムは、ステッピングモータ１から回転を伝達される被伝達機構や被伝達装置を含み、このステッピングモータ１を使用する、例えばギアボックス等が該当します。そして、例えばこのステッピングモータ１に歯車を取り付けて、これをギアボックス内に配置する場合に、システムの構成部品（他の歯車含む）と干渉することなく、ロータＲの慣性量ＪＲを増大させ、振動共振点をずらして振動を抑制することができる。以下の実施形態も、同様である。
【００３７】
図３は本発明の第３の実施形態を示すものであり、第１の実施形態である図１に示すものと共通する部分には同一符号を付してあり、説明は省略する。図３では、モータケースＣ外部のモータ軸２にこのモータ軸２の回転をこのステッピングモータ外部に伝達する回転伝達機構としての歯車である減速歯車２１が取り付け固定され、減速歯車２１には減速歯車部２１ＡとロータＲの慣性量ＪＲを増大させる防振機構としての円盤部２１Ｂが一体に設けられている。
【００３８】
前記減速歯車２１は金属か合成樹脂製であり、合成樹脂製の場合にはモータ軸２への圧入強度を保つために減速歯車部２１Ａに金属リング２２を内嵌めしてあるが、減速歯車２１が金属製の場合には、前記金属リング２２は不要である。
【００３９】
この第３の実施態様では、減速歯車２１に防振機構としての円盤部２１Ｂが一体に設けられているので、減速歯車２１の外周のデッドスペースを利用してステッピングモータ１が配置されるシステムの他の部品の干渉や制約を受けることがないようにしつつ、ロータＲの慣性量ＪＲを増大させ、振動共振点をずらして振動を抑制することができる。
【００４０】
図４は本発明の第４の実施形態を示すものであり、第１の実施形態である図１に示すものと共通する部分には同一符号を付してあり、説明は省略する。図４では、モータケースＣ外部のモータ軸２に外部にこのモータ軸２の回転を伝達する回転伝達機構としてのプーリー２３が取り付け固定され、プーリー２３にはプーリー部２３ＡとロータＲの慣性量ＪＲを増大させる防振機構としての円盤部２３Ｂが一体に設けられている。
【００４１】
前記プーリー２３は金属か合成樹脂製であり、合成樹脂製の場合にはモータ軸２への圧入強度を保つためにプーリー部２３Ａに金属リング２４を内嵌めしてあるが、プーリー２３が金属製の場合には金属リング２４は不要である。
【００４２】
この第４の実施態様では、プーリー２３に防振機構としての円盤部２３Ｂが一体に設けられているので、プーリー２３の外周のデッドスペースを利用してステッピングモータ１が配置されるシステムの他の部品の干渉や制約を受けることがないようにしつつ、ロータＲの慣性量ＪＲを増大させ、振動共振点をずらして振動を抑制することができる。
【００４３】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【００４４】
１          ステッピングモータ
２          モータ軸
７Ａ、７Ｂ  磁石用ホルダー
７Ｃ〜７Ｅ  補助磁石用ホルダー（防振機構）
１８Ａ、Ｂ  防振機構
２１        減速歯車（回転伝達機構）
２１ｂ      円盤部（防振機構）
２３        プーリー（回転伝達機構）
２３ｂ      円盤部（防振機構）
Ｃ          モータケース
Ｒ          ロータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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