(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に沿って磁極が交互に反転するように多極着磁された永久磁石を有する回転子と、この回転子の外周囲に配置されて２相以上の多相界磁を形成する２つ以上のステータヨークと、このステータヨークを励磁する励磁コイルとを備え、上記ステータヨークの磁極部が上記永久磁石の磁極通過面に近接対向するように配置されたステッピングモータにおいて、隣接する２つのステータヨーク間の所定位置であって上記永久磁石の磁極通過面に近接対向する位置に、両側のステータヨークから磁気的に独立した軟磁性の中間磁性体を配置するとともに、この中間磁性体を強磁性金属薄板の打ち抜き加工によって形成し、この打ち抜き加工によって形成されたダレ面を上記永久磁石に対して反対側に位置させたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記永久磁石の軸長すなわち磁極通過面の厚み幅に対する前記近接対向部分の厚み幅の比を１／２以下にするとともに、その近接対向部分を上記磁極通過面の幅中心のいずれか一方の側に寄せたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項３】
請求項２において、前記ステータヨークを強磁性金属薄板の打ち抜き加工によって形成し、この打ち抜き加工によって形成されたダレ面を前記中間磁性体に対して反対側に位置させたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの発明において、前記ステータヨークを強磁性金属薄板から打ち抜いて形成するとともに、その打ち抜き加工を、磁極部の先端面をなす輪郭部分と、それ以外の輪郭部分とに分けて行うことによって、その２つの打ち抜き輪郭線の交点にピン角を形成したことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記中間磁性体は、強磁性金属薄板から打ち抜いたものを折曲加工して形成されたものであることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項６】
請求項１〜５において、前記中間磁性体は長さの異なる一対の平行脚部を有し、その短い方の脚部の外側面が、前記永久磁石の磁極通過面に平行に近接対向させられていることを特徴とする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】
本発明はステッピングモータ、とくにロータ（回転子）の回転運動を減速しながら伝動する複数のギヤを内蔵したギヤ付モータに適用して有効な技術に関し、たとえば車載用指示計器の指針駆動に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体等の電子デバイスの進歩およびマイコン（マイクロコンピュータ）等を用いたデジタル制御技術の進歩に伴い、たとえば速度メータなどの車載用指示計器における指針の駆動制御も、従前の機械的制御に代わってマイコン等によるデジタル制御が主流になりつつある。
【０００３】
指示計器は指針の振れ位置によって速度等のアナログ量を直感的にわかりやすく表示するのに適しているが、その指針の振れ位置をデジタル制御するためにステッピングモータが使われるようになってきた。この場合、そのステッピングモータは、オープンループ制御による指針の位置決めに使われる。すなわち、上記指針に回転出力軸が連結されたステッピングモータに、順方向または逆方向の回転駆動パルスを与えることにより、上記指針を双方向に移動させることができるとともに、その回転駆動パルスの数によって上記指針の移動量を制御することができる。ステッピングモータの回転量（回転角度）は上記駆動パルスの数によって一義的に定めることができるので、位置センサーを用いる複雑なフィードバック制御によらずに指針等の位置決めをなすことができる。
【０００４】
この種のステッピングモータは、円周方向に沿って磁極が交互に反転するように多極着磁された永久磁石を有する回転子と、この回転子の外周囲に配置されて２相以上の多相界磁を形成する２つ以上のステータヨークと、このステータヨークを励磁する励磁コイルとを備えるとともに、上記ステータヨークの磁極部が上記永久磁石の磁極通過面に近接対向するように配置されている（たとえば米国特許５，９５９，３７８号参照）。このステッピングモータは通常、複数のギヤからなる減速機構と組合わせて上記指示計器などに使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したステッピングモータでは永久磁石とステータヨーク間に磁気吸引力が発生するが、この磁気吸引力は非通電時の無励磁状態でも生じ、さらにその磁気吸引力はロータの回転位置（角度）によって大きく異なる。すなわち、ロータを形成する永久磁石の磁極とステータヨークの磁極部との相対位置によって大きく変化する磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力は無励磁状態（非通電時）でもロータを特定の回転位置に引き込もうとする力いわゆるディテントトルクを生じさせる。このため、ステッピングモータの回転出力にはトルクリップルが大きく、連続的でスムースな回転を得ることが難しいという問題があった。
【０００６】
したがって、そのステッピングモータをたとえば、上述した指示計器の指針駆動に用いた場合には、その指針の動きに円滑さがなく、速度等のアナログ量を違和感なくスムースに指示することができないという問題が生じる。また、上記トルクリップルは振動や騒音の発生原因となるため、静寂さを要求されるところでの使用には適さないという問題も生じる。
【０００７】
また、この種のステッピングモータは、モータ回転軸の回転を減速しながら伝動する複数のギヤ（歯車）と共に使用されることが多いが、この場合は、上記トルクリップルの振動による騒音が上記ギヤによって拡大されるとともに、その振動によってギヤの噛付き状態が不安定になるといういう問題が生じる。
【０００８】
上述したディテントトルクは、ステータヨークの磁極形状を工夫したり、あるいはその相対位置を最適化することにより、ある程度軽減させることができる。たとえば、米国特許５，９５９，３７８号明細書に記載のステッピングモータでは、ステータヨークに所定の磁極形状を付与することでディテントトルクの軽減をはかっている。しかし、その磁極形状は部分的な湾曲を伴う複雑な形状であって、これを再現性良く形成するには、高精度で面倒な加工が必要となって、量産化および低コスト化には適さないという問題があった。また、ステータヨークの相対位置を最適化することでディテントトルクの軽減させようとする技術もあるが、そのステータヨークの相対位置は、各々の部品精度に依存するため、量産工程においてその最適化のポイントを再現性良く確保することは困難で、性能のバラツキが大きくなってしまうという問題があった。
【０００９】
この発明は以上のような問題を鑑みてなされたもので、その目的は、ステッピングモータにおいて、生産性およびコスト性を向上させながら、ディテントトルクを効率的に軽減させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による手段は、円周方向に沿って磁極が交互に反転するように多極着磁された永久磁石を有する回転子と、この回転子の外周囲に配置されて２相以上の多相界磁を形成する２つ以上のステータヨークと、このステータヨークを励磁する励磁コイルとを備え、上記ステータヨークの磁極部が上記永久磁石の磁極通過面に近接対向するように配置されたステッピングモータにおいて、隣接する２つのステータヨーク間の所定位置であって上記永久磁石の磁極通過面に近接対向する位置に、両側のステータヨークから磁気的に独立した軟磁性の中間磁性体を配置するとともに、この中間磁性体を強磁性金属薄板の打ち抜き加工によって形成し、この打ち抜き加工によって形成されたダレ面を上記永久磁石に対して反対側に位置させたことを特徴とする。この手段より、生産性およびコスト性を向上させながら、ディテントトルクを効率的に軽減させることができる。
【００１１】
上記手段において、永久磁石の軸長すなわち磁極通過面の厚み幅に対する前記近接対向部分の厚み幅の比を１／２以下にするとともに、その近接対向部分を上記磁極通過面の幅中心のいずれか一方の側に寄せることにより、上記ディテントトルク軽減効果をさらに高めることができる。
【００１２】
また、ステータヨークを強磁性金属薄板の打ち抜き加工によって形成し、この打ち抜き加工によって形成されたダレ面を上記中間磁性体に対して反対側に位置させることによっても、上記ディテントトルク軽減効果をさらに高めることができる。
【００１３】
さらに、ステータヨークを強磁性金属薄板から打ち抜いて形成するとともに、その打ち抜き加工を、磁極部の先端面をなす輪郭部分と、それ以外の輪郭部分とに分けて行うことによって、その２つの打ち抜き輪郭線の交点にピン角を形成すれば、上記ディテントトルク軽減効果を一層高めることができる。
【００１４】
中間磁性体は、強磁性金属薄板から打ち抜いたものを折曲加工して形成されたものを使用することができる。この構成は、中間磁性体を低コストに量産するのにとくに適している。中間磁性体は長さの異なる一対の平行脚部を有し、その短い方の脚部の外側面を永久磁石の磁極通過面に平行に近接対向させるように構成することが、上述した効果を得るための構成に適している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるステッピングモータの一実施例、とくにその要部平面図と各部分の断面図を示す。
同図に示すステッピングモータは、まず、回転軸２４に軸結（同軸連結）された環状の永久磁石２２によってロータ（回転子）２０が形成されている。永久磁石２２は、円周方向に沿って６０度ピッチで磁極が交互に反転するように多極着磁されることにより、３対６極（３極対）の磁極が形成されている。このロータ２０の外側には２つのステータヨーク３ａ，３ｂが配置されている。
【００１６】
各ステータヨーク３ａ，３ｂはそれぞれ変形Ｕ字（または略Ｃ字）状の平面形状を有し、そのＵ字の両先端が磁極部３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２を形成する。この２つのステータヨーク３ａ，３ｂは互いに同一の平面形状を有し、左右対称に向かい合う形で、磁極部３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２が永久磁石２２の磁極通過面に近接対向するように配置されている。
【００１７】
各磁極部３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２の先端面はそれぞれ、上記永久磁石２２の外周囲面すなわち磁極通過面に平行に近接対向すべく、同心円に沿う円弧状に形成されている。磁極部３ａ１と３ａ２の間、および磁極部３ｂ１と３ｂ２の間はそれぞれ、永久磁石２２の磁極ピッチに一致すべく、ロータ２０の回転軸を中心とした中心角６０度の扇形円弧の両端に位置するように配置されている。また、磁極部３ａ１と３ｂ１の間は、電気角で９０度の位相差が生じるべく、回転軸を中心とした中心角９０度の扇形円弧の両端に位置するように配置されている。
【００１８】
各ステータヨーク３ａ，３ｂのＵ字状脚対の一方にはそれぞれ、巻線ボビン４０が取り付けられている。このボビン４０には励磁コイル５０があらかじめ巻回されている。これにより、一方のステータヨーク３ａ（または３ｂ）側がＡ相で、他方のステータヨーク３ｂ（または３ａ）側がＢ相となる２相突極タイプのステッピングモータが形成されている。
【００１９】
９０度のピッチ角度を置いて隣接する２つのステータヨーク３ａ，３ｂの磁極部３ａ１と３ｂ１のちょうど中間の位置には、その２つのステータヨーク３ａ，３ｂのいずれの磁極にも接することなく、磁気的に独立した中間磁性体６０が配置されている。この中間磁性体６０は強磁性の軟磁性体であって、ステータヨーク３ａ，３ｂと同様、永久磁石２２の磁極通過面に平行に近接対向するような位置および姿勢で設けられている。
【００２０】
ここで、上記中間磁性体６０は、永久磁石２２とステータヨーク３ａ，３ｂ間の磁気吸引力によって生じるディテントトルクを、大幅に軽減させる作用をもたらすことが、本発明者によってあきらかとされた。そのメカニズムについては、たとえば、（１）ステータヨーク３ａ，３ｂから磁気的に分離された中間磁性体６０が、そのステータヨークからの磁気的影響によるディテントトルクの発生を抑制する、（２）隣接する２つのステータヨーク３ａ，３ｂ間での磁界分布状態が、上記中間磁性体６０によって平坦化されることにより、ロータ２０を特定の回転角に引き込もうとする磁気吸引力すなわちディテントトルクが軽減される、（３）永久磁石２２とステータヨーク３ａ，３ｂ間のほかに、その永久磁石２２と上記中間磁性体６０間にも磁気吸引力が発生し、この磁気吸引力が上記ディテントトルクを相殺または緩和するように作用する、といったことなどが考えられる。いずれにしても、上記中間磁性体６０によって、回転トルク等のモータ性能をそれほど阻害することなく、上記ディテントトルクを軽減させられることが確認された。
【００２１】
上記中間磁性体６０によるディテントトルクの軽減効果は、以下に述べるような構成によって最適化することができる。
【００２２】
まず、上記中間磁性体６０によるディテントトルクの軽減効果は、その中間磁性体６０の形状や配置状態によってさらに高めることができる。すなわち、図１中に断面形状（Ａ矢視断面）を示すように、上記中間磁性体６０は、長さの異なる一対の平行脚部を有する変形Ｕ字状の断面を形成する。この中間磁性体６０は、軟磁性の金属製強磁性体薄板をプレス加工により打ち抜き、これを９０度ずつ２回折曲加工することにより形成されている。その長さの異なる一対の平行脚部のうち、短い方の脚部の外側面を永久磁石２２の磁極通過面に平行に近接対向させるとよい。
【００２３】
また、上記永久磁石２２の軸長すなわち上記磁極通過面の厚み幅ｔ１に対する上記近接対向部分の厚み幅ｔ２の比を１／２以下（ｔ１／２≧ｔ２）にするとともに、その近接対向部分を上記磁極通過面の幅中心（Ｘ）のいずれか一方の側に寄せることにより、ディテントトルクを軽減させるように作用する磁界分布の最適化をはかることができる。
【００２４】
プレスによる打ち抜き加工によって形成された上記中間磁性体６０の縁端には、打ち抜き型（あるいは打ち抜き刃）の抜き側にバリと呼ばれる鋭利な張出し端が形成される一方、その打ち抜き型の貫入側にダレと呼ばれる鈍角な潰れ面（Ｒ面）が形成される。このダレとバリは打ち抜き加工品に特有の形状であって、打ち抜き型の構造や打ち抜き条件等によって多少は目立たなくすることはできるが、皆無にすることはできない。また、バリの張出し部分はバレル処理等により簡単に取り除くことができるが、潰れによって生じたダレ面の方はなくすことができない。
【００２５】
上記中間磁性体６０には、プレス加工で打ち抜いたまま、あるいはその打ち抜きの後に簡単なバレル処理だけを行ったものを使用する。このため、上記中間磁性体６０の縁端には、図中にその部分の拡大図および断面図（Ｃ切断面）を示すように、ダレ面７１とバリ（またはバリ跡）７２が残っているが、そのダレ面７１を上記永久磁石２２に対して反対側に位置させている。これにより、中間磁性体６０による磁界形成を、ダレ面７１が形成された側よりも、バリ７２が形成された磁極通過面側に集中させて、上記磁界分布をさらに最適化することができる。
【００２６】
このダレ面７１とバリ７２の位置関係によるディテントトルクの軽減効果は、ステータヨーク３ａ，３ｂの磁極部３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２においても得ることができる。ステータヨーク３ａ，３ｂは、中間磁性体６０と同様、パーマロイ、ＳＵＹ、ＳＰＣ等の軟磁性かつ強磁性の金属薄板をプレス加工で所定形状に打ち抜くことにより、簡単かつ低コストに形成することができる。このプレス加工で打ち抜いたまま、あるいはその打ち抜きの後に簡単なバレル処理だけを行ったステータヨーク３ａ，３ｂには、図中にその断面形状（Ｂ矢視断面）を示すように、ダレ面７１とバリ（またはバリ跡）７２が形成されている。ステータヨーク３ａ，３ｂの場合は、そのダレ面７１を上記中間磁性体６０に対して反対側に位置させることにより、上記磁界分布の最適化によるディテントトルク軽減効果の向上をはかることができる。
【００２７】
さらに、ディテントトルクを軽減させるためには、ステータヨーク３ａ，３ｂの各磁極部３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２の両幅端部７３をそれぞれ先鋭端いわゆるピン角にすることが有効である。これは、ピン角にすることで磁界分布が最適化されるためと考えられる。しかし、このようなピン角は通常、金型の構造上、プレスによる打ち抜き加工では形成できない。そこで、本発明で使用するステータヨーク３ａ，３ｂでは、強磁性金属薄板から打ち抜いて形成するに際し、その打ち抜き加工を、磁極部３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２の先端面（磁極対向面）をなす輪郭部分と、それ以外の輪郭部分とに分けて行う。これにより、２つの打ち抜き輪郭線の交点に上記ピン角を形成することができる。
【００２８】
上述したステッピングモータでは、プレス加工で打ち抜いたままの形状、あるいはその打ち抜きの後に簡単なバレル処理等を行っただけの形状でもって、ディテントトルクを軽減させるのに有効な構成を得ることができる。これにより、生産性およびコスト性を向上させながら、ディテントトルクを効率的に軽減させることができる。尚、プレスによる打ち抜き加工されたステータヨークと中間磁性体は、形式的にはそのまま或いはバレル処理のみだが、加工応力による歪みを取り除き、軟磁性体としての磁気特性を回復させるために、磁気焼鈍処理を施してもよい。
【００２９】
図２は、上述したステッピングモータを複数のギヤからなる減速機構とともにケース１０内に組み込んだ構成例を示す。同図において、ステッピングモータの回転出力は永久磁石２２の回転軸２４から取り出される。この回転出力は、その軸２４に軸結（同軸連結）された第１小歯車２５、この第１小歯車２５に噛合する第１大歯車２６、この第１大歯車２６に軸結された第２小歯車２７、およびこの第２小歯車２７に噛合する第２大歯車２８によって順次減速伝動され、最終的にその第２大歯車２８に軸結する回転出力軸２９から取り出すことができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では、生産性およびコスト性を向上させながら、ディテントトルクを効率的に軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステッピングモータの一実施例を平面図とその部分断面図および拡大図によって示す複合図である。
【図２】本発明によるステッピングモータを複数のギヤからなる減速機構とともにケース内組み込んだ構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０  ケース
２０  ロータ
２２  永久磁石
２４  永久磁石２２の回転軸
２５  第１小歯車
２６  第１大歯車
２７  第２小歯車
２８  第２大歯車
２９  回転出力軸
３ａ，３ｂ  ステータヨーク
３ａ１，３ａ２  ステータヨーク３ａの磁極部
３ｂ１，３ｂ２  ステータヨーク３ｂの磁極部
４０  巻線ボビン
５０  コイル
６０  中間磁性体
７１  ダレ面
７２  バリまたはバリ跡
７３  ピン角をなす端部
ｔ１  中間磁性体６０の近接対向部分の厚み幅
ｔ２  磁極通過面の厚み幅
【図１】
0004031930.tif 000002
【図２】
0004031930.tif 000003