(57)【要約】【課題】励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合であっても、指針がゼロ位置で微動することなくゼロ位置を保持することができるメータ用ステッピングモータを提供する。【解決手段】周方向に２極着磁されるストッパ１４ａを有するストッププレート１４をロータマグネット１２に設け、ストッパ１４ａが当接することでロータ１０の回転を規制する磁性材からなる回転規制部６０をステータ２０の極歯２４ａの根元に設け、励磁状態でストッパ１４ａが回転規制部６０に当接することにより指針が表示装置のゼロ位置に保持されるとともに該ゼロ位置で励磁電流を遮断した際にも指針がゼロ位置に保持され、ストッパ１４ａを回転規制部６０から離間させてロータ１０を回転させる場合には、回転規制部６０の極性がストッパ１４ａにおける該回転規制部６０に吸着する側の極性と同極になるようにＢ相ステータ２２を励磁する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極歯を有し、コイルが巻回されるステータと、
前記ステータに固定され、ロータ支持部を有する固定部材と、
表示装置の指針が取り付けられるシャフトとロータマグネットとを有し、該シャフトが前記ロータ支持部に回転可能に支持された状態で該ロータマグネットが前記ステータに対して回転可能に設けられるロータと、
前記ロータマグネットに設けられ、周方向に２極着磁されるストッパと、
前記ステータの前記極歯に設けられ、前記ストッパが当接することで前記ロータの回転を規制する磁性材からなる回転規制部と、
を備え、
前記コイルに励磁電流を印加したステータの励磁状態で前記ストッパが前記回転規制部に当接することにより前記指針が前記表示装置のゼロ位置に保持され、該ゼロ位置で前記励磁電流を遮断した際にも前記ストッパが前記回転規制部に磁力で吸着して前記指針が前記ゼロ位置に保持され、前記ストッパを前記回転規制部から離間させて前記ロータを回転させる場合にあっては、前記回転規制部の極性が、前記ストッパにおける該回転規制部に吸着する側の極性と同極になるように前記ステータが励磁される
ことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記ストッパは、前記ロータマグネットと一体成形されている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】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータに係り、特にメータ用に用いられるステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両や船舶用の速度計やエンジン回転数計などの指針式メータには、指針を回動駆動するためのメータ用のステッピングモータが用いられる。ステッピングモータは、パルス数に応じたロータの回転角が得られるため、ステッピングモータのロータに指針を取り付けることで、任意の位置まで指針を回転させることができる。指針式メータは、表示板のゼロ位置で指針を停止させる停止機構が用いられている。ところで、この種のステッピングモータにあっては、励磁電流を遮断して無励磁状態にした場合でもロータマグネットによってディテントトルクと呼ばれる吸引力が働く。このため、励磁状態で指針をゼロ位置で保持した後、励磁電流を遮断して無励磁状態にしたとき、指針に微動が生じてゼロ位置からずれる場合がある。そこで、指針をゼロ位置で停止させて保持させる停止機構を備えたものが提案されている（特許文献１，２）。
【０００３】
上記特許文献１は、環状ステータと、環状ステータ内に設けられたマグネットロータと、マグネットロータに取り付けられた指針とを含む指示計器を開示している。そして上記停止機構として、マグネットロータ５０は軸方向に突出する係止部５２を含んでおり、マグネットロータ５０の回転軸５０Ａを回転可能に支持する下側軸受４２から突出した被係止部４２ａと、マグネットロータ５０の係止部５２とが係合し、無励磁時にはディテントトルクによりマグネットロータ５０の係止部５２を下側軸受４２から突出した被係止部４２ａに押し付けた状態で指針がゼロ位置で停止する構成を開示している。
【０００４】
上記特許文献２は、ステータと、ステータに対して回転可能なロータと、ロータに固定され、ロータとともに回転するストッパと、ステータに固定されるスタッドとを備えたメータ用ステッピングモータを開示している。そして上記停止機構として、ロータ１はストッパ６１を備えたストッププレート１３を備えており、エンドプレート３４にはスタッド６２が固定され、励磁時にはストッパ６１がスタッド６２に当接してロータ１の回転が規制され、無励磁時にストッパ６１がスタッド６２に当接した状態で維持されるようにストッパ６１とスタッド６２の幅を補正する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８２３０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ステッピングモータにおける励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とは、部品精度、組み付け精度、ロータマグネットの着磁バランス、コイルバランス等によって個々のモータで異なることが多い。しかしながら特許文献１では、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクにより係止部５２を被係止部４２ａに当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成を開示しているが、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクにより、係止部５２を被係止部４２ａに当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成とするためには、個々のモータにおける励磁時の磁気的安定点と励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を確認する必要があり、作業効率が低いという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２では、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクによりストッパ６１をスタッド６２に当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成を開示しているが、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を勘案し、ディテントトルクによりストッパ６１をスタッド６２に当接した状態で指針がゼロ位置で停止する構成とするためには、個々のモータにおける励磁時の磁気的安定点と、無励磁の磁気的安定点とのずれの範囲を確認し、スタッド６２またはストッパ６１を最適な幅広の寸法に形成する必要があり、作業効率が低いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合であっても、指針がゼロ位置で微動することなくゼロ位置を保持することができるメータ用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】
【０００９】
本発明のステッピングモータは、極歯を有し、コイルが巻回されるステータと、前記ステータに固定され、ロータ支持部を有する固定部材と、表示装置の指針が取り付けられるシャフトとロータマグネットとを有し、該シャフトが前記ロータ支持部に回転可能に支持された状態で該ロータマグネットが前記ステータに対して回転可能に設けられるロータと、前記ロータマグネットに設けられ、周方向に２極着磁されるストッパと、前記ステータの前記極歯に設けられ、前記ストッパが当接することで前記ロータの回転を規制する磁性材からなる回転規制部と、を備え、前記コイルに励磁電流を印加したステータの励磁状態で前記ストッパが前記回転規制部に当接することにより前記指針が前記表示装置のゼロ位置に保持され、該ゼロ位置で前記励磁電流を遮断した際にも前記ストッパが前記回転規制部に磁力で吸着して前記指針が前記ゼロ位置に保持され、前記ストッパを前記回転規制部から離間させて前記ロータを回転させる場合にあっては、前記回転規制部の極性が、前記ストッパにおける該回転規制部に吸着する側の極性と同極になるように前記ステータが励磁されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、励磁状態でストッパが回転規制部に当接し、指針は表示装置のゼロ位置に保持され、ストッパは回転規制部に磁力で吸着している。この状態から励磁電流を遮断して励磁状態を解除しても、ストッパが回転規制部に磁力で吸着しているためロータは回転せず、表示装置の指針は該表示装置のゼロ位置に保持される。したがって、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合が生じても、ストッパが回転規制部に磁力で吸着していることでロータは停止状態が保持され、よって指針がゼロ位置で微動することなくゼロ位置に保持される。
【００１１】
一方、ストッパを回転規制部から離間させてロータを回転させる場合にあっては、回転規制部の極性をストッパの吸着側の極性と同極になるようにステータが励磁される。回転規制部とストッパの吸着側の極性が同極となって反発するため、ストッパは回転規制部からスムーズに離間可能となり、ロータは速やかに回転可能となる。
【００１２】
本発明では、前記ストッパが前記ロータマグネットと一体成形されている形態を含む。この形態によれば、ストッパを容易に設けることができたり部品点数の増加が抑制されたりするといった効果が得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、励磁時の磁気的安定点と無励磁の磁気的安定点とがずれた場合であっても、指針がゼロ位置で微動が生じることなくゼロ位置を保持することができるメータ用ステッピングモータが提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るステッピングモータの斜視図である。
【図２】一実施形態のステッピングモータの側断面図である。
【図３】一実施形態のステッピングモータを構成するロータの斜視図である。
【図４】一実施形態のロータのストッパと回転規制部の作用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］ステッピングモータの構成
図１および図２は、一実施形態に係るステッピングモータ１を示している。このステッピングモータ１は、例えば図示せぬ指針式メータ（表示装置）における指針の回動を駆動するためのメータ用のステッピングモータであり、ロータ１０と、ステータ２０と、エンドプレート（固定部材）３０と、フロントプレート（固定部材）４０とを備えている。
【００１６】
ロータ１０は、ステータ２０の内部に回転可能に収容されている。このロータ１０は、図２に示すように、シャフト１１と、円筒状のロータマグネット１２と、アルミ合金からなるスリーブ１３と、回転規制部１４とを備えている。
【００１７】
ロータマグネット１２はボンド磁石を射出成形して得られたものであり、スリーブ１３の外周に装着されている。シャフト１１は、スリーブ１３の軸心に圧入して固定されている。なお、ロータマグネット１２は焼結マグネットからなるものであってもよい。
【００１８】
図２においてスリーブ１３の上端面には円板状のストッププレート１４が配設されている。図３に示すように、ストッププレート１４の周縁の一部には径方向に突出するストッパ１４ａが一体に形成されている。ストッププレート１４は、磁石粉を混入させた樹脂材料で形成されており、すなわち磁性材からなるものである。ストッププレート１４は、その中心に形成された孔にシャフト１１が圧入されることにより、スリーブ１３およびロータマグネット１２に当接する状態にシャフト１１に固定され、シャフト１１とともに回転する。
【００１９】
ロータマグネット１２は、周方向に多極着磁されている。ロータマグネット１２を着磁する際には、同時にストッププレート１４のストッパ１４ａが周方向に２極着磁されている。すなわちストッパ１４は、図４に示すように周方向両側のうちの一方側が図４ではＳ極に着磁され、他方側が図４ではＮ極に着磁されている。
【００２０】
ステータ２０は、同一構成の環状のＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２を備えている。図２においてＢ相ステータ２２側の上端部には、樹脂からなる略円形状のエンドプレート３０が固定されている。このエンドプレート３０の中央部には、貫通孔（ロータ支持部）３０ａが形成されており、この貫通孔３０ａにシャフト１１の一端部が貫通され、かつ回転可能に支持されている。
【００２１】
ステータ２０を構成するＡ相ステータ２１とＢ相ステータ２２は軸方向に同軸的に積層され、ステータ２０は両者で２相構造となっている。Ａ相ステータ２１とＢ相ステータ２２とは同じ構成であり、以下、Ａ相ステータ２１を説明することで、同時にＢ相ステータ２２の説明とする。
【００２２】
図２に示すように、Ａ相ステータ２１は、軟磁性の鋼板で形成されたカップ状ヨーク２３と、軟磁性の鋼板で形成された円板状ヨーク２４と、絶縁性の樹脂で形成されたボビン２５およびボビン２５に巻回されたコイル２６とから構成されている。カップ状ヨーク２３と円板状ヨーク２４は、軸方向（図２で上下方向）に離間するように組まれる。
【００２３】
図２に示すように、カップ状ヨーク２３は底板２３ｂを有しており、この底板２３ｂの中央部に形成された開口の周縁には、軸方向に突出する複数の極歯２３ａが櫛歯状に形成されている。一方、円板状ヨーク２４の中央部に形成された開口の周縁にも、軸方向に突出する複数の極歯２４ａが櫛歯状に形成されている。そして、カップ状ヨーク２３の極歯２３ａと円板状ヨーク２４の極歯２４ａは、周方向に交互に噛み合わされている。円板状ヨーク２４の外周縁は、カップ状ヨーク２３の内周面に嵌着されている。また、ボビン２５に巻回されたコイル２６は、カップ状ヨーク２３と円板状ヨーク２４の間であって極歯２３ａ、２４ａの外周側に配置されている。
【００２４】
ボビン２５の周縁の一部には端子台２５ａが一体成形によって形成されている。この端子台２５ａにはシャフト１１に対し直交する方向に延びる複数の端子ピン２７（２７ａ〜２７ｄ）が植設され、端子ピン２７にはコイル２６の端末２６ａがからげられて接続されている。
【００２５】
Ｂ相ステータ２２の円板状ヨーク２４に複数形成されている極歯２４ａのうちの１つの極歯２４ａの根元部分には、回転規制部６０が装着されて固定されている。この回転規制部６０は軟磁性材からなる金属材（例えばＳＵＹ材）によって形成されており、図４に示すように内周側に突出する突起部６０ａを有している。回転規制部６０の軸方向一方側の端部には凹部（不図示）が形成されており、その凹部を円板状ヨーク２４の極歯２４ａの根元に嵌め込むことで、回転規制部６０はその極歯２４ａに装着される。
【００２６】
回転規制部６０の突起部６０ａは極歯２４ａよりも内周側に突出しており、ロータ１０が回転すると、ストッププレート１４のストッパ１４ａが突起部６０の側面に当接可能となっている。回転規制部６０は極歯２４ａの根元に装着しているため、隣接する極歯２４ａと接触しても大きなトルク低減とはならないが、接触しない状態に装着することが好ましい。
【００２７】
上記構成を有するＡ相ステータ２１およびＢ相ステータ２２は、モールド樹脂５０によって積層状態に一体に組み付けられる。モールド樹脂５０は、カップ状ヨーク２３の極歯２３ａと円板状ヨーク２４の極歯２４ａ間に充填され、回転規制部６０もそのモールド樹脂５０に固着される。
【００２８】
ステッピングモータ１は、Ｂ相ステータ２２側の端面がエンドプレート３０で閉塞され、図２で下端側のＡ相ステータ２１側の端面は同じく樹脂からなる円形状のフロントプレート４０で閉塞されている。フロントプレート４０は、Ａ相ステータ２２の円板状ヨーク２４に嵌着されている。フロントプレート４０の中央部には貫通孔（ロータ支持部）４０ａが形成されており、この貫通孔４０ａにシャフト１１が貫通され、かつ回転可能に支持されている。
【００２９】
図１および図２に示すように、フロントプレート４０の周縁の一部には、径方向に突出する端子部４０ｂが形成されている。端子部４０ｂはカップ状ヨーク２３の外周から外側に突出しており、この端子部４０ｂには、軸方向（図２で上下方向）に延びる複数の外部端子ピン４１（４１ａ〜４１ｄ）が植設されている。各端子ピン４１と上記複数の端子ピン２７の先端どうしは抵抗溶接等の手段によって互いに固着され、固着接点４２を介して電気的に接続されている。
【００３０】
［２］ステッピングモータの動作および作用効果
続いて上記構成からなる一実施形態のステッピングモータ１の動作を説明する。
図４は、同図でＣＣＷ方向への回転が規制された状態のロータ１０を概念的に示す図である。この場合、ロータマグネット１２は１８極に着磁されている。例えば、エンジンキーによって車両の電源をＯＮにしてＡ相ステータ２１、Ｂ相ステータ２２のうちの一方のステータのコイル２６に励磁電流を流し所定のパルスを入力することによって、ロータ１０はパルス数に応じてＣＣＷ方向に回転する。すると、ストッププレート１４のストッパ１４ａが回転規制部６０における突起部６０ａの一方側の側面に当接する。この状態でシャフト１１のＣＣＷ方向への回転は規制され、保持される。この保持される位置を、上記指針式メータにおける指針の基準位置であるゼロ位置Ｐ１として設定される。このゼロ位置Ｐ１は、磁気的安定点の中心で保持されていることが望ましい。
【００３１】
さて、上記ゼロ位置Ｐ１で、例えばエンジンキー等をオフすることによって励磁電流を遮断した無励磁状態のときにおいては、部品精度、組み付け精度、ロータマグネット１２の着磁バランス、コイル２６の巻回状態のバランス等によって、磁気的安定点がゼロ位置Ｐ１から位置Ｐ２にずれる場合がある。図４は、位置Ｐ２がゼロ位置Ｐ１よりもＣＷ方向に僅かにずれている状態を示している。
【００３２】
ところで、励磁状態でストッパ１４ａを回転規制部６０の突起部６０ａに当接させた状態から励磁電流を遮断して無励磁状態とし、このとき無励磁状態の磁気的安定点Ｐ２が励磁状態の磁気的安定点Ｐ１よりもＣＷ方向に僅かにずれる場合が生じる。ここで、従来のように無励磁状態のときディテントトルクによってストッパをスタッドに当接させる構造（前記特許文献２に記載）では、図４のように無励磁状態の磁気的安定点Ｐ２がＣＷ方向にずれた場合、ロータ１０がＣＷ方向に微動し、その結果、観測者（運転者）に違和感を与えてしまう。
【００３３】
しかし、本実施形態では、ストッパ１４ａが着磁されており、一方、回転規制部６０は突起部６０ａを含めＳＵＹ材等の軟磁性材からなる金属材によって形成されているため、突起部６０ａに当接するストッパ１４ａは突起部６０ａに対し磁力で吸着している。これにより、無励磁状態におけるディテントトルクに抗してストッパ１４ａが突起部６０ａに吸着した状態が保持される。その結果、無励磁状態となった場合であってもロータ１０は停止状態が保持され、よって指針がゼロ位置Ｐ１で微動することが抑制されゼロ位置Ｐ１に保持される。
【００３４】
また、ゼロ位置Ｐ１で励磁電流を遮断したとき、無励磁状態の磁気的安定点Ｐ２が励磁状態の磁気的安定点Ｐ１よりもＣＣＷ方向にずれた場合には、ストッパ１４ａが突起部６０ａを押圧する方向に動くため、微動は生じない。
【００３５】
一方、回転規制部６０の突起部６０ａに吸着するストッパ１４ａを突起部６０ａから離間させ、図４においてロータ１０をＣＷ方向に回転させる場合には、ストッパ１４ａが吸着する突起部６０ａを含む回転規制部６０を、ストッパ１４ａの吸着側の極性と同極になるように、励磁電流が流されていたＢ相ステータ２２を励磁する。すなわち、図４ではストッパ１４ａはＳ極側で突起部６０ａに吸着しているので、極歯２４ａがＳ極になるようにＢ相ステータ２２を励磁する。
【００３６】
このようにＢ相ステータ２２を励磁すると、Ｂ相ステータ２２の極歯２４ａがＳ極に磁化するとともに突起部６０ａもＳ極に磁化される。このように突起部６０ａがストッパ１４ａの吸着側の極性と同極となることによりストッパ１４ａは突起部６０ａに対して反発し、このため、ストッパ１４ａは突起部６０ａからスムーズに離間可能となり、ロータ１０は速やかに回転可能となる。
【００３７】
本実施形態によれば、上記の通り、部品精度、組み付け精度、ロータマグネット１２の着磁バランス、コイル２６の巻回状態のバランス等によって、励磁状態の磁気的安定点と無励磁状態の磁気的安定点とが、個々のステッピングモータ１で異なる場合であっても、ストッパ１４ａが回転規制部６０の突起部６０ａに吸着するため、個々のステッピングモータ１ごとでの調整は特に必要ない。したがって、生産効率の向上が図られるとともに、不良率の低減が可能となる。
【００３８】
上記本発明の作用効果を適確に得るにあたっては、ストッパ１４ａの磁力がディテントトルクに対して弱いとストッパ１４ａが回転規制部６０の突起部６０ａに吸着する動作が不十分となるため、ディテントトルクの大きさを考慮する必要がある。
【００３９】
［３］その他
上記実施形態では、ストッパ１４ａを有するストッププレート１４はロータマグネット１２と別体に設けているが、ロータマグネット１２と一体成形にて形成してもよい。また、上記動作の説明は、図４においてＣＣＷ方向へのロータ１０の回転規制について説明しているが、逆方向のＣＷ方向にも同様に適用することができ、さらには同時に両方向の回転規制を行う態様にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…ロータ
１１…シャフト
１２…ロータマグネット
１４…ストッププレート
１４ａ…ストッパ
２０…ステータ
２３ａ，２４ａ…極歯
２６…コイル
３０…エンドプレート（固定部材）
３０ａ…エンドプレートの貫通孔（ロータ支持部）
４０…フロントプレート（固定部材）
４０ａ…フロントプレートの貫通孔（ロータ支持部）
６０…回転規制部
６０ａ…突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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