(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットロータを狭装して軸方向に一対の駆動コイルを配設したステッピングモータであって、前記駆動コイルは、前記マグネットロータから両方向に延設されたロータ軸を中心とする円環状に構成され、前記駆動コイルの回りを囲繞するように配設された外ヨークとなる一対の円筒状ヨークを有し、中心に前記ロータ軸と摺動する内壁を備えた内ヨークとなる円筒形状のスリーブを前記駆動コイルの内壁と前記ロータ軸との間に配設して前記ロータ軸を摺動可能に軸支する一対の焼結軸受を磁性体で形成し、前記駆動コイルの外端側に位置する前記円筒形状のスリーブの端部を前記駆動コイルの外端側の全体を覆うように拡径する円板状フランジに形成して前記円筒形状のスリーブとともに前記焼結軸受の一部とし、外ヨークとなる前記円筒状ヨークと前記焼結軸受の前記円板状フランジの外周面とを当接させて一体になるように固定したことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
外ヨークとなる前記円筒状ヨークは、前記焼結軸受の前記円板状フランジの外周面に対して半径方向から当接させて固定したことを特徴とする請求項１に記載の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、永久磁石をロータとする小型ステッピングモータに係わり、より具体的には、軸受とヨークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のステッピングモータ１００は、図５に示されるように永久磁石からなるロータ１０１の外周にステータ１０２ａ，１０２ｂを密着させて直列に配設し、クローポールタイプの極歯を有するステータヨーク１０３ａ，１０３ｂは軸受１０４と別部品で構成するのが一般的である。すなわち、ステータヨーク１０３ａ，１０３ｂは、リング状の鍔部１０５から直角に折曲げて複数の極歯を形成した内ヨーク１０６で構成されている。そして、内ヨーク１０６とケース１１０とで構成する空間にコイル１０９が収納される。
【０００３】
このようにコイル１０９の内径側にロータ１０１を挿入配置する構成であるため、コイル１０９の内径をロータ１０１の外径より小さくできず、さらなる小型化が困難である。
【０００４】
しかしながら、カメラなどに内設するモータは超小形化が必要であり、図６に示すステッピングモータ２００のように、ロータ軸２１０の両端部を軸受２１１で回転自在に軸支するロータ２０２をステータ２０１ａ，２０１ｂで挟装するようにステータ２０１ａ，２０１ｂを軸方向に配設すると、ロータ２０２の外径を大きくとることができて出力に関して有利になる。
【０００５】
すなわち、外側が櫛状に加工された一対の外径の大きな外ヨーク２０４と、外ヨーク２０４の外径と同径で櫛状に加工された大径部２０５と、小径部２０６とを備えた内ヨーク２０７とを組合わせ、外ヨーク２０４の櫛状部と内ヨーク２０７の櫛状部とを交互に同円周上で隣接させて、外ヨーク２０４と内ヨークの小径部２０６を径方向に対向させてステータヨーク２０８ａ，２０８ｂを構成すると、コイル２０９がロータ２０２と径方向に重ならない配置が達成され外径を小さくすることができる。
【０００６】
ところが、図６に示した構造では、ステータヨーク２０８ａ，２０８ｂのプレス加工の難度が高く、形状を安定に確保することが困難である。また、この構造では、断面積の少ないロータ軸２１０周辺の内ヨーク小径部２０６に磁束の集中が発生して飽和するので、トルクに寄与しない磁束分布を生じ起磁力がこれらの部分で消費され、それ以上の性能を上げることができなくなる。従ってこの部分は、他の部分よりも厚くして断面積を拡大することがモータ効率の向上につながるのであるが、プレス加工でこの部分を厚く形成することは容易でない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、ロータ軸が貫通する中心部に焼結材を使用することにより、コア厚を自由に調整できるようにして、磁気飽和ならびに高速回転時に発生する渦電流損を抑制し、モータ特性を向上させることである。そして、中心部の焼結材に軸受機能をもたせて部品点数を削減するとともに、コアの同心方向の位置決めを容易にして作業性を向上することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係わるステッピングモータは、マグネットロータを狭装して軸方向に一対の駆動コイルを配設したステッピングモータであって、前記駆動コイルは、前記マグネットロータから両方向に延設されたロータ軸を中心とする円環状に構成され、前記駆動コイルの回りを囲繞するように配設された外ヨークとなる一対の円筒状ヨークを有し、中心に前記ロータ軸と摺動する内壁を備えた内ヨークとなる円筒形状のスリーブを前記駆動コイルの内壁と前記ロータ軸との間に配設して前記ロータ軸を摺動可能に軸支する一対の焼結軸受を磁性体で形成し、前記駆動コイルの外端側に位置する前記円筒形状のスリーブの端部を前記駆動コイルの外端側の全体を覆うように拡径する円板状フランジに形成して前記円筒形状のスリーブとともに前記焼結軸受の一部とし、外ヨークとなる前記円筒状ヨークと前記焼結軸受の前記円板状フランジの外周面とを当接させて一体になるように固定した。
【０００９】
さらに、外ヨークとなる前記円筒状ヨークは、前記焼結軸受の前記円板状フランジの外周面に対して半径方向から当接させて固定した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わるステッピングモータの実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明に係わるステッピングモータの第一実施例は、図１（ａ）に軸断面図で、また（ｂ）に分解斜視図で示すように、ステッピングモータ１０はロータ軸１２の外周に多極着磁を施したマグネットロータ１４と、管状で軸方向の片側に複数の櫛歯状極歯１６ａ，１６ｂを加工した一対の外ヨーク１８ａ，１８ｂと、リング状の鍔部２０から直角に折曲げて、外ヨーク１８ａ，１８ｂの極歯１６ａ，１６ｂと同一円周上に複数櫛歯状極歯２２ａ，２２ｂを形成したコア２４ａ，２４ｂに接合された軸受２６からなる一対の内ヨーク２８ａ，２８ｂとで形成した２個のドーナツ状空間に、絶縁材３０で外周が保護された励磁コイル３２ａ，３２ｂのセットをそれぞれ収納してなる。
【００１１】
ロータ１４の両側でロータ軸１２を回転自在に支持する各軸受２６は、鉄系焼結合金で形成され、小径スリーブ３４と大径フランジ部３６からなり、中心にはロータ軸１２を嵌挿して回転自在に支持する貫通孔３８が穿設されている。各軸受２６は、スリーブ３４を内ヨーク２８ａ，２８ｂとして外径に励磁コイル３２ａ，３２ｂを嵌装した後、それぞれの外端部にコア鍔部２０の中心孔４０の内径を接合するとともに、各フランジ部３６の外周に外ヨーク１８ａ，１８ｂの端部を接合し、接合部を公知の適当な手段で接着または溶着してステータ４２ａ，４２ｂを形成する。コア２４ａ、２４ｂと外ヨーク１８ａ，１８ｂはいずれも同じ軸受２６を芯として外周部に嵌合するので、同心に整合させることは容易である。
【００１２】
ステータヨーク４３ａ，４３ｂは励磁コイル３２ａ，３２ｂを囲んで磁路を形成し、内・外ヨークの各極歯１６ａ，２２ａ；１６ｂ，２２ｂが交互に配列されて形成した環状極歯列４４ａ，４４ｂが、ロータ１４とのエアギャップに磁界を発生する。ロータのマグネット外周面は微小な空隙を保って環状極歯列４４ａ，４４ｂの内周面と対向する。またこの構成により、焼結軸受部分に潤滑油を含浸させて軸受部の軸受機能を向上させることができる。１５は、ロータ１４の軸方向の位置を規制するスペーサであるが、一方のスペーサ１５は波形座金のような弾性体を使用するとよい。
【００１３】
ステータ４２ａ，４２ｂは、鉄系焼結合金で形成され小径スリーブ３４が軸受２６を兼用する内ヨーク２８ａ，２８ｂが、磁気飽和を生じない十分な肉厚を付与されて励磁コイル３２ａ，３２ｂの内周側に挿入され、マグネットロータ１４の外周部と対向する環状極歯列４４ａ，４４ｂを形成した大径部の外ヨーク１８ａ，１８ｂおよびコア２４ａ，２４ｂから構成され、励磁コイル３２ａ，３２ｂがマグネットロータ１４の外周方向に重ならないように軸方向に沿ってロータの両側に配設される。そして、一対のステータ４２ａ，４２ｂは、その外周に嵌合する内径の非磁性体円筒ケース４６に嵌装され位置が固定される。
【００１４】
非磁性体円筒ケース４６は磁束漏れを低減するとともに、一対の相対するステータ４２ａ，４２ｂを同時に位置決めし、固定位置精度、ロータと軸受との同軸精度を確保する。ロータに対する環状極歯列４４ａ，４４ｂの同軸整合精度の向上によって、振動・騒音の低減を図ることができ、ロータ外周と極歯との間隙は十分に短縮できるから、トルク特性が向上できる。
【００１５】
図２は、本発明に係わるステッピングモータの第二実施例を軸断面図で示すもので、上記実施例と共通する部材には同一符号を使用し説明を省略する。第二実施例では、軸受フランジ部３６の外側に拡径段を設け、外ヨーク１８ａ，１８ｂ外端面を段部形成面４８に当接させて接合することによって、外ヨーク１８ａ，１８ｂの軸受２６に対する位置を確定する。一方、内ヨーク２８ａ，２８ｂは、コア２４ａ，２４ｂの鍔部２０の面に軸受スリーブ３４の端面５０に当接させることで軸方向の位置が確定される。外ヨーク１８ａ，１８ｂと内ヨーク２８ａ，２８ｂの極歯１６ａ，２２ａ；１６ｂ，２２ｂの軸方向の相対位置は常に安定して一定にできるから、製品間のばらつきが解消できる。
【００１６】
図３は、本発明に係わるステッピングモータの第三実施例を軸断面図で示すもので、上記実施例と共通する部材には同一符号を使用し説明を省略する。第三実施例は、外部に軸受の自由度を提供し高速回転を許容する構成で、ロータ軸５２はラジアル方向を軸受せず、軸受２６ａ，２６ｂは、磁気飽和抑制のために外ヨーク１８ａ，１８ｂと内ヨーク２８ａ，２８ｂとの連結部に磁性焼結合金で磁路の形成が容易な厚みを提供する。
【００１７】
そして、軸受２６ａ，２６ｂを形成する焼結合金の素材には、高速回転時に発生する渦電流に抑止効果があるステンレスが使用される。ロータ軸５２の一端面に円錐面５４が凹設されて、球面５６を凹設したスラスト軸受５８との間に鋼球６０が挟装されて適当な範囲内での自動調心を可能にして、ロータ軸５３のスラストだけを支持する構成である。また、スラスト軸受５８には、球面凹部５６の反対面を弾性付勢で支持する緩衝用板バネ６２を中央に形成したカバー６４が軸受フランジ２６ａ外面に固定される。軸受スリーブ３４の内側端面に縮径段６６が設けると、成形型は複雑になり精度が要求されるが、コア２４ａ，２４ｂの中心孔４０を嵌装し軸方向と径方向の位置が確定され心出しが容易になる。
【００１８】
図４は、本発明の参考技術に係るステッピングモータを軸断面図で示すもので、上記実施例と共通する部材には同一符号を使用し説明を省略する。参考技術に係るステッピングモータは、ロータ軸と摺接する軸受面を有するスリーブ３４を除去して摩擦を減少させた軸受６８の構成で、軸受６８はフランジ部７０だけの構成で、貫通孔３８にロータ軸１２を回転自在に支持する。そして本発明に係わる第三実施例と同様に、フランジ部７０を肉厚にすることで磁気飽和に対応し、外ヨーク１８ａ，１８ｂと内ヨーク２８ａ，２８ｂとの連結部に磁性焼結合金で磁路の確保を容易にする。さらに、中央貫通孔３８の内側開口７２に段付拡径部７４を設け、極歯コア７６ａ，７６ｂと一体にプレス成形した内ヨーク７８ａ，７８ｂを嵌入して接合する。
【００１９】
さらに、円筒ケース８０は、一端の外周に取付フランジ８０ａを延在させるとともに、軸受６８の外径を挿通する透孔８０ｂ以外の閉じた壁面８０ｃに外ヨーク１８ｂの外端を当接させて支持する。円筒ケース８０の内径は、外ヨーク１８ａ，１８ｂの外径に嵌合し、他端は開口して開端部に雌ネジ８０ｄが螺設される開端部の雌ネジ８０ｄに封止板８２が螺入される。
【００２０】
封止板８２には軸受６８の外径が貫通する透孔８２ａが穿設されているので、封止板８２の外周は外ヨーク１８ａの外端に当接して、ステータ４２ａ，４２ｂを円筒ケース８０内で位置決めし軸方向の相対移動を規制する。取付フランジ８０ａは取付孔８０ｅにより外部機器と結合することができる。ステッピングモータ１０と円筒ケース８０とは確実に固定されているので、図示しない外部機器と位置関係は精度よく安定に整合させることができる。封止板８２は外周に雄ネジを設けて円筒ケースの開口端部内径に螺設した雌ネジに螺合させる構成が図示されているが、それ以外の係合手段が可能である。
【００２１】
以上、実施例について説明したが、本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、その形状や構成等について、本発明の構成要件から逸脱しない範囲で、細部に関する多様な変更や部品の再構成等の改変をなし得ることが予期される。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係わるステッピングモータは、請求項１の記載によれば、マグネットロータを狭装して軸方向に一対の駆動コイルを配設したステッピングモータであって、前記駆動コイルは、前記マグネットロータから両方向に延設されたロータ軸を中心とする円環状に構成され、前記駆動コイルの回りを囲繞するように配設された外ヨークとなる一対の円筒状ヨークを有し、中心に前記ロータ軸と摺動する内壁を備えた内ヨークとなる円筒形状のスリーブを前記駆動コイルの内壁と前記ロータ軸との間に配設して前記ロータ軸を摺動可能に軸支する一対の焼結軸受を磁性体で形成し、前記駆動コイルの外端側に位置する前記円筒形状のスリーブの端部を前記駆動コイルの外端側の全体を覆うように拡径する円板状フランジに形成して前記円筒形状のスリーブとともに前記焼結軸受の一部とし、外ヨークとなる前記円筒状ヨークと前記焼結軸受の前記円板状フランジの外周面とを当接させて一体になるように固定したので、中心部材を焼結品とすることで、ヨークを構成するコア厚が自由に調整できる。
【００２３】
また、絞り加工がないので、一層均一な厚さが作り易くなる。しかも磁束の集中部を厚くすることができるから、より多くの磁束の流れをスムースに確保でき、モータ特性が向上する。また、焼結材は粒塊で組成されているから鉄損を少なくすることが可能であり、ステンレスを使用することによっても、高速回転時に発生する渦電流損を小さくでき、効率の高いモータとなる。
【００２４】
また、磁束の集中しやすい駆動コイルの内壁とロータ軸との間のヨークを焼結軸受で兼用することにより、厚みを容易に確保可能となり、磁束の流れを確保できる。また焼結部の粒塊組成によって渦電流損失の抑制を図ることができる。
【００２５】
さらに、中心部材に軸受機能をもたせることにより、形状の簡易化および部品点数削減が可能となり、作業性の改善に伴って、高性能の超小型ステッピングモータが安価に提供できる。
【００２６】
そして、本発明に係わるステッピングモータは、請求項２の記載によれば、外ヨークとなる前記円筒状ヨークは、前記焼結軸受の前記円板状フランジの外周面に対して半径方向から当接させて固定したので、コアの同心方向の位置決め、同芯度が容易に確保でき組立作業性が向上できる。また油分を含浸させて錆に対する耐性が強化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるステッピングモータにおける第一実施例の軸断面図である。
【図２】本発明に係わるステッピングモータにおける第二実施例の軸断面図である。
【図３】本発明に係わるステッピングモータにおける第三実施例の軸断面図である。
【図４】    本発明の参考技術に係るステッピングモータの軸断面図である。
【図５】従来のステッピングモータの一実施例の軸断面図である。
【図６】従来のステッピングモータの別の実施例の軸断面図である。
【符号の説明】
１０  ステッピングモータ
１２  ロータ軸
１４  ロータ
１６ａ，１６ｂ  極歯（外ヨーク）
１８ａ，１８ｂ  外ヨーク
２０  鍔部
２２ａ，２２ｂ  極歯（鍔部）
２４  コア
２６  軸受
２８ａ，２８ｂ  内ヨーク
３２  励磁コイル
４２ａ，４２ｂ  ステータ
４６  円筒ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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