(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多極着磁された永久磁石からなるロータの回転をギヤで減速して出力する減速機構付のステッピングモータであって、
前記ロータに同軸連結された樹脂成形品からなる小歯車と、当該小歯車のギヤ歯と前記ロータの磁極との間に一定の位置関係を定めるために、前記ロータを多極着磁する際の位置決めと固定に使われる治具と係合する形状の位置決め部とを備え、
前記ロータは、インサート成形により樹脂製ボス部材と一体化され、
前記ボス部材は、一端に前記小歯車を形成してなり、他端に前記位置決め部を形成してなり、
前記位置決め部は、ロータの回転中心と同心となる多角形の溝、または柱であり、当該多角形のいずれかの頂点が前記小歯車のギヤ歯の山または谷のピークに位置対応させられている
ことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記ボス部材は、ＴＰＥＥなどの弾性樹脂で形成されていることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項３】
請求項１または２において、前記減速機構は、ロータに軸結する第１小歯車、この第１小歯車に噛合する第１大歯車、この第１大歯車に軸結する第２小歯車、およびこの第２小歯車に噛合する第２大歯車によって構成され、最終減速段の第２大歯車の軸がモータの回転出力軸としてケースの外部に導出さ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】
この発明はステッピングモータ、とくに多極着磁された永久磁石からなるロータ（回転子）の回転をギヤで減速して出力する減速機構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クロコンピュータ等によるデジタル制御が主流になりつつある。
【０００３】
指示計器は目盛盤上での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ことができるが、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・サーボ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、たとえば米国特許５，９５９，３７８号に開示されているように、多極着磁された永久磁石からなる円形ロータと、このロータに回転磁界を与えるステータ（固定子）と、上記回転磁界によって回転駆動されるロータの回転運動を減速して出力軸に伝達するギヤ減速機構とによって構成される。
【０００５】
図５は従来のステッピングモータの構成例を示し、とくに、モータ内部の平面配置図とその切断面図を示す。同図に示すステッピングモータは、略円形の輪郭形状を有する薄型の樹脂製ケーシング１０内に、ロータ２０、ステータ３０、およびギヤ減速機構（６２〜６８）が組み込まれている。
【０００６】
ロータ２０は硬磁性体を使用した永久磁石であって、同図に示すように、円周方向にてＳ極とＮ極が等角間隔（６０度）で交互に現れるように多極着磁されている。ステータ３０はステータヨーク４０とコイル５０からなる。ステータヨーク４０は軟磁性体であって、その平面形状が変形Ｕ字状（またはＣ字状）に形成されている。そのＵ字の両端はロータ２０の外周囲面すなわち磁極通過面に近接対向する磁極部をなす。
【０００７】
コイル５０は、ステータヨーク４０の中間部に嵌着させられた巻線ボビンに巻回されている。ステータスヨーク４０とコイル５０は通常、同図に示すように、２組設けられている。その２組のコイル５０，５０に２相のパルス駆動電流を通電することにより、回転磁界を生成してロータ２０をステップ回転駆動することができる。そして、その回転量は２相パルス駆動電流の通電回数すなわちパルス数により、その回転方向は２相パルス駆動電流の位相により、それぞれ制御することができる。
【０００８】
ギヤ減速機構は、ロータ２０に軸結（同軸連結）する第１小歯車６２、この第１小歯車６２に噛合する第１大歯車６４、この第１大歯車６４に軸結する第２小歯車６６、およびこの第２小歯車６６に噛合する第２大歯車６８とによって構成され、最終減速段の第２大歯車６８の軸がモータの回転出力軸７０としてケース１０の外部に導出されている。
【０００９】
【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をたとえば車載用指示計器の指針駆動に使用するためには、まず、速度等のアナログ量を違和感なく指示するために、スムースな回転が要求されるが、さらに最近は、車内の静音特性が向上したため、静音性に対する要求レベルがとくに高くなってきている。
【００１０】
上述したステッピングモータでは、パルス駆動電流の通電ごとにロータに回転トルクが発生する。しかし、ロータとステータ間に作用する磁気吸引力により、ロータを特定の回転位置に引き込んで停止させようとする力いわゆるディテントトルクが、ステッピングモータの回転出力にトルクリップルを生じさせて、モータの連続的でスムースな回転を阻害するとともに、ノイズの発生原因となる。とくに、上述した減速機構付のステッピングモータでは、ギヤ歯同士の当たり音いわゆるギヤ音が大きなノイズ発生原因となるが、そのギヤ音はディテントトルクの影響によって増大する。
【００１１】
そこで、パルス駆動電流を疑似正弦波形化したり、磁気回路構造を工夫したりして、上記ディテントトルクを抑える試みが従来から行なわれてはいるが、これだけではまだ不十分であった。また、回転量をパルス数に応じてステップ制御するというステッピングモータの特性上、多少のディテントトルクが残るのは防ぎ得なかった。
【００１２】
上述した減速機構付ステッピングモータでは、ギヤ歯や軸などでの当たり音を小さくするために、回転トルクは必要最小限に設計される。しかし、回転トルクを小さくすると、減速機構に使用できる潤滑オイルは低粘度のものに限られ、その使用量も極力少なくする必要がある。一般的な動力用のギヤ付モータでは、ギヤ歯や軸などの隙間を高粘度のグリスで満たすことによって回転のスムース化および低ノイズ化をはかることができるが、上述したステッピングモータでは、それができない。
【００１３】
この発明は上述のような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、多極着磁された永久磁石からなるロータの回転をギヤで減速して出力するステッピングモータにおいて、たとえばオープンループ制御によって指針の位置決めが可能であるなどのステッピングモータ本来の特性を損なうことなく、よりスムースな回転と低ノイズ化を再現性良く実現することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による手段は、以下の事項（１）〜（５）によって特定されるものである。
（１）多極着磁された永久磁石からなるロータの回転をギヤで減速して出力する減速機構付のステッピングモータであること
（２）前記ロータに同軸連結された樹脂成形品からなる小歯車と、当該小歯車のギヤ歯と前記ロータの磁極との間に一定の位置関係を定めるために、前記ロータを多極着磁する際の位置決めと固定に使われる治具と係合する形状の位置決め部とを備えること
（３）前記ロータは、インサート成形により樹脂製ボス部材と一体化されること
（４）前記ボス部材は、一端に前記小歯車を形成してなり、他端に前記位置決め部を形成してなること、
（５）前記位置決め部は、ロータの回転中心と同心となる多角形の溝、または柱であり、当該多角形のいずれかの頂点が前記小歯車のギヤ歯の山または谷のピークに位置対応させられていること
この手段によれば、たとえばオープンループ制御によって指針の位置決めが可能であるなどのステッピングモータ本来の特性を損なうことなく、よりスムースな回転と低ノイズ化を再現性良く実現することができるようになる。
【００１５】
また、上記小歯車を樹脂成形品で形成するとともに、インサート成形により上記ロータと一体化するので、ギヤ音等を緩衝して一層の低ノイズ化をはかることができる。また、上記ロータをインサート成形により樹脂製ボス部材と一体化するとともに、上記ボス部材の一端に上記小歯車を形成し、その他端に上記位置関係を定めるための位置決め部を形成するので、小歯車のギヤ歯と上記ロータの磁極との間に一定の位置関係があらかじめ形成された複合部品を構成することができ、これにより、モータの組立て精度及び作業性が向上する。
【００１６】
前記ボス部材をＴＰＥＥ（ポリエステル系熱可塑性エラストマー）などの弾性樹脂で形成すれば、ギヤや軸の当たり音等をさらに緩衝して一層の低ノイズ化をはかることができる。
【００１７】
上記減速機構は、ロータに軸結する第１小歯車、この第１小歯車に噛合する第１大歯車、この第１大歯車に軸結する第２小歯車、およびこの第２小歯車に噛合する第２大歯車とによって構成することができる。この場合、最終減速段の第２大歯車の軸をモータの回転出力軸としてケースの外部に導出させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による減速機構付ステッピングモータの一実施例を示し、とくに、モータ内部の平面配置図とその切断面図を示す。同図に示すステッピングモータは、略円形の輪郭形状を有する薄型の樹脂製ケーシング１０内に、ロータ２０、ステータ３０、およびギヤ減速機構（６２〜６８）が組み込まれている。
【００１９】
ロータ２０は硬磁性体を使用した永久磁石であって、円周方向にてＳ極とＮ極が等角間隔（６０度）で交互に現れるように多極着磁されている。図示の場合、ロータ２０は３対６極に着磁されている。
【００２０】
ステータ３０はステータヨーク４０とコイル５０からなる。ステータヨーク４０は軟磁性体であって、その平面形状が変形Ｕ字状（またはＣ字状）に形成されている。そのＵ字の両端はロータ２０の外周囲面すなわち磁極通過面に近接対向する磁極部をなす。コイル５０は、ステータヨーク４０の中間部に嵌着させられた巻線ボビンに巻回されている。ステータスヨーク４０とコイル５０は２組設けられている。
【００２１】
上記２組のコイル５０，５０に２相のパルス駆動電流を通電することにより、回転磁界を生成してロータ２０をステップ回転駆動することができる。そして、その回転量は２相パルス駆動電流の通電回数すなわちパルス数により、その回転方向は２相パルス駆動電流の位相により、それぞれ制御することができる。
【００２２】
ギヤ減速機構は、ロータ２０に軸結（同軸連結）する第１小歯車６２、この第１小歯車６２に噛合する第１大歯車６４、この第１大歯車６４に軸結する第２小歯車６６、およびこの第２小歯車６６に噛合する第２大歯車６８とによって構成され、最終減速段の第２大歯車６８の軸がモータの回転出力軸７０としてケース１０の外部に導出されている。
【００２３】
各歯車６２〜６８はそれぞれ樹脂成形品であって、第１小歯車６２はロータ２０と共に回転自在に軸支されている。この第１の小歯車６２は、図２に示すように、略円柱状の樹脂製ボス部材８０の一端（上端）側に一体成形により形成されている。また、第１大歯車６４と第２小歯車６６は互いに一体成形されるとともに回転自在に軸支されて、第１小歯車６２と第２大歯車６８にそれぞれ噛合する。
【００２４】
図２はボス部材８０の実施例を示し、とくに、その側面図と断面図および全体の斜視図（Ｃ方向）を示す。同図に示すように、ボス部材８０は、樹脂成形時に永久磁石からなるロータ２０と一体化されたインサート成形品である。このボス部材８０の円柱軸心には貫通軸孔８２が形成されている。この貫通軸孔８２にはロータ２０の回転支軸２２が嵌挿される。この支軸２２により、ボス部材８０と一体のロータ２０と第１小歯車６２が回転自在に軸支される。支軸２２はケース１０内の所定位置に立設される（図１）。
【００２５】
上記ボス部材８０の他端には位置決め部８４が一体に形成されている。この位置決め部８４は、ボス部材８０の他端に突出する円形台部に形成されている。この台部には、ロータ２０の回転中心と同心の正６角形溝が形成されるとともに、その正６角溝を特定方向に横断する切欠溝が形成されている。この６角溝および／または切欠溝は、ボス部材８０を治具に固定する際に、回転方向の位置決め基準として使用できるように形成されている。治具はロータ２０を多極着磁する際の位置決めと固定に使われる。
【００２６】
図３は、上記ボス部材８０に形成された位置決め部８４と第１小歯車６２間の位置関係を示す。同図に示すように、上記位置決め部８４は、ボス部材８０の一端に一体形成されている第１小歯車６２のギヤ歯６２ａに対して、一定の位置関係（角度）を持つように形成されている。具体的には、同図に示すように、位置決め部８４の正６角形のいずれかの頂点がギヤ歯６２ａの山（または谷）のピークに合致（位置対応）するようになっている。そして、そのギヤ歯６２ａの山（または谷）のピークを位置基準（角度）にしてロータ２０が多極着磁されている。
【００２７】
図４は上記ボス部材８０と一体にインサート成形されたロータ２０の多極着磁を行う際の段取り状態を示す。同図に示すように、ロータ２０の多極着磁は、このロータ２０と一体化されたボス部材８０を治具９２に固定した状態で、着磁装置９４を用いて行う。着磁装置９４による多極着磁は治具９２に対して一定の位置関係で行われる。治具９２とボス部材８０の間は上記位置決め部８４によって一定の位置決め状態が確保されるようになっている。これにより、ロータ２０の多極着磁は、第１小歯車６２のギヤ歯に対して、常に一定の位置関係で行われる。
【００２８】
上述のように、本発明のステッピングモータでは、多極着磁されたロータ２０の磁極と、このロータ２０と一体になって回転する減速用歯車（第１小歯車６２）のギヤ歯との間に、一定の位置関係が形成されるようになっている。この位置関係は、本発明者が知得したところによれば、回転のスムース化と低ノイズ化に非常に大きく関与し、その最適化によって、よりスムースな回転と低ノイズ化を実現できることが判明した。
【００２９】
すなわち、ステッピングモータでは、パルス駆動電流の通電によってロータ２０がステップ回転駆動されるので、そのロータ２０の回転トルクは、ロータ２０の磁極とステータヨーク４０の磁極との間の位置関係により、一定角度ごとに変動し、且つ、ディテントトルクの影響を受けてトルクリップルを生じる。ディテントトルクは、磁気回路構造の最適化などによって低減はできるものの、若干残ることは避けられない。また、ロータ２０の回転をスムース化するためには駆動電流の正弦波化が有効であるが、上記ディテントトルが若干残っているために、１通電ステップ（マイクロステップ）ごとの回転角にムラが生じる。結局、ロータ２０の回転量は、そのロータ２０の回転位置により、また１通電ステップごとに、それぞれ変動するのを避けることができない。
【００３０】
一方、減速機構におけるギヤ歯同士の噛み合いは、現実に得られる機械精度や温度等の環境条件の変動を考慮しなければならないので、その噛み合いに若干の遊び余裕（tolerance）を持たせて設計される。このため、ギヤ歯同士の噛み合いが密になるところでロータが大きく回転した場合と、ギヤ歯同士の噛み合いが疎になるところでロータが大きく回転した場合とでは、回転の伝動量に大きな差が生じ、これを出力軸７０側から見ると、大きく動いたり小さく動いたりといったぎこちない動きになってしまう。
【００３１】
しかし、上述した本発明の構成では、ロータ２０の磁極と第１小歯車６２のギヤ歯６２ａとの間に一定の位置関係が形成されるようになっているので、上述したような回転ムラを生じない最適な位置関係を再現性良く形成することができる。さらに、上記ボス部材８０をＴＰＥＥ（ポリエステル系熱可塑性エラストマー）などの弾性樹脂で形成すれば、ロータ２０とその支軸２２とが当たる音や、第１小歯車６２とこれに噛合する大１歯車６４間での当たり音等も効果的に緩衝・低減できるようになって、一層の低ノイズ化が達成される。
【００３２】
上述した以外の位置決め手段としては、歯車のギヤ歯を位置決め部として利用することも可能であるが、たとえばＴＰＥＥなどの樹脂製の歯車のギヤ歯は柔軟で変形あるいは損傷しやすいため、治具による機械的な位置決めには適さない。しかし、たとえば光学読取りなどの非機械的な手段も用いた位置決め手段を使用できる場合は、歯車のギヤ歯を位置決め基準として利用することができる。
【００３３】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、上記位置決め部８４は６角溝ではなく６角突起あるいは６角以外の多角形であってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、多極着磁された永久磁石からなるロータの回転をギヤで減速して出力するステッピングモータにおいて、たとえばオープンループ制御によって指針の位置決めが可能であるなどのステッピングモータ本来の特性を損なうことなく、よりスムースな回転と低ノイズ化を再現性良く実現することができるようになる。また、ギヤ音等を緩衝して一層の低ノイズ化をはかることができる。さらに、小歯車のギヤ歯と上記ロータの磁極との間に一定の位置関係があらかじめ形成された複合部品を構成することができ、これにより、モータの組立て精度及び作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による減速機構付ステッピングモータの一実施例を示し、とくにモータ内部の平面配置図とその切断面図を示す図である。
【図２】図１のモータで使用しているボス部材の実施例を示し、とくにその側面図と断面図および全体の斜視図を示す図である。
【図３】ボス部材に形成された位置決め部と第１小歯車間の位置関係を示す図である。
【図４】ボス部材と一体にインサート成形されたロータの多極着磁を行う際の段取り状態を示す図である。
【図５】従来のステッピングモータの構成例を示し、とくにモータ内部の平面配置図とその切断面図を示す図である。
【符号の説明】
１０  ケース
２０  ロータ
２２  支軸
３０  ステータ
４０  ステータヨーク
５０  コイル
６２  第１小歯車
６２ａ  ギヤ歯
６４  第１大歯車
６６  第２小歯車
６８  第２大歯車
７０  回転出力軸
８０  ボス部材
８２  貫通軸孔
８４  位置決め部
９２  治具
９４  着磁装置
【図１】
0004072336.tif 000002
【図２】
0004072336.tif 000003
【図３】
0004072336.tif 000004
【図４】
0004072336.tif 000005
【図５】
0004072336.tif 000006