(57)【要約】  【課題】市場性のある珪素鋼板の板厚で，小形化に適したモータ構造で，９０回転積層が可能であるステータコアの製作方法に関するものである。  【解決手段】本発明のモータは，フォトエッチング加工によりコアを製作するもので，珪素鋼板の圧延方向による方向性をキャンセルして磁気バランスを改善するために，珪素鋼板の圧延方向に対して，基準部分とコアを交互に９０回転させて，連続して多数のコアのエッチング用のマスク露光を施し，エッチング後に基準部分を用いてコアを積層するものである。  【選択図】図１
2009005539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個の主磁極から延びる突極部の先端に複数個の小歯を有し、該主磁極の外周を一体に連結するコアバック部と主磁極毎に巻回されたＮ相巻線とを有し，電磁鋼板の積層からなるステータコア組と，該ステータコア組にモータ軸方向と直角にエアギャップを介して電磁鋼板の積層からなるロータコア組とより成り、該ロータコア組は軸方向に互いに離間した２個のロータコアと、該２個のロータコアによって挟持されるモータ軸方向に磁化されたマグネットとより成り、前記ロータコア組がその外周面に複数Ｎｒ個の小歯を有し、前記２個のロータコアが互いに小歯の１／２ピッチ円周方向にずらして配置されるステッピングモータにおいて，前記ステータコア組とロータコア組のそれぞれのコア素子をフォトエッチング加工で製作し，該製作過程でステータコア素子とロータコア素子を電磁鋼板の圧延方向に対して，交互に９０度回転させた形状で，前記電磁鋼板シートへマスク露光を実施し，フォトエッチング処理後，順次に積層したことを特徴とする外形寸法２０ｍｍ角又は外径２０ｍｍ丸以下のハイブリッド型ステッピングモータとその製作方法。
【請求項２】
前記フォトエッチング加工時のステータコア素子とロータコア素子を，電磁鋼板の圧延方向に対して同一としたシートと，９０度回転させたシートの２種類を，電磁鋼板へのマスク露光を施し，フォトエッチング処理後，２種類のシートのステータコア素子同士，ロータコア素子同士を交互に積層したことを特徴とする外形寸法２０ｍｍ角又は外径２０ｍｍ丸以下のハイブリッド型ステッピングモータとその製作方法。
【請求項３】
前記フォトエッチング加工時に電磁鋼板のシート面に多数のステータコア素子とロータコア素子が連結されて製作され，前記電磁鋼板のシート面のマークを基準に，電磁鋼板のシートを接着等で積層し，ステータコア素子とロータコア素子の各連結部をレーザ加工等でカットして，同時に多数のステータコアとロータコアを製作することを特徴とする請求項２に記載の外形寸法２０ｍｍ角又は外径２０ｍｍ丸以下のハイブリッド型ステッピングモータとその製作方法。
【請求項４】
３相で主磁極数３，３相で主磁極数６，２相で主磁極数２の構造で，請求項１と２，３に記載の外形寸法２０ｍｍ角以下のハイブリッド型ステッピングモータとその製作方法。
【請求項５】
板厚が０．３５〜０．５ｍｍの電磁鋼板をフォトエッチング加工によりステータ素子とロータ素子を形成し，それを積層してステータコアとロータコアとしたことを特徴とする請求項１から４に記載の外形寸法２０ｍｍ角又は外径２０ｍｍ丸以下のハイブリッド型ステッピングモータとその製作方法。
【請求項６】
前記電磁鋼板として，珪素鋼板，冷間圧延鋼板，パーマロイ，アモルファス，ステンレス鋼板を使用したことを特徴とする請求項１から４に記載の外形寸法２０ｍｍ角又は外径２０ｍｍ丸以下のハイブリッド型ステッピングモータとその製作方法。
【請求項７】
前記ロータコア組をモータ軸方向に２組並べて配置したことを特徴とする請求項１から６に記載の外形寸法２０ｍｍ角又は外径２０ｍｍ丸以下のハイブリッド型ステッピングモータとその製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小形のハイブリッド型ステッピングモータ（以下モータと称する）のロータコアとステータコアの製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
使用される機器の小形化に伴い，モータの小形化が強く要求されている。本構造のモータの特徴は微少ステップ角で駆動できる点にある。モータの相数をｍ，ロータ外周の小歯の数をＰとすると，ステップ角θは，θ＝３６０／（ｍ×２Ｐ）で表すことができる。例えば２相でロータ外周小歯５０枚の場合，ｍ＝２，Ｐ＝５０となり，ステップ角は１．８度と計算される。ステップ角を変えずに，モータを小形化する場合，ロータの外径も小さくなるが，ロータ外周の小歯の枚数を同一に維持する場合，小歯の歯幅が狭く設計される。
【０００３】
また，本モータ構造では，特開２００４−６４９６８号公報等で開示されているように，珪素鋼板の圧延方向による方向性をキャンセルして磁気バランスを改善し，ギャップ磁束密度も正弦波に近づけ高調波を低減する目的で，ステータコアは９０度の回転積層が必須である。また９０度回転積層後の厚みむらも均一で、そのためロータ小歯とステータ小歯のエヤギャップも均一にすることができる。
【０００４】
また，特開２００３−１３４７８８号公報等で開示されているように，主磁極数を少なくすることでモータ出力アップを図るモータ構造が多く提案されている。しかし，主磁極数が少なくなると上述したステータコアを９０度回転させて積層する際に，主磁極の位置が合わなくなり，プレス積層工程上での問題があり製作が難しかった。
【０００５】
例えば，従来の３相モータの多くは，図１０のように，９０度回転積層を考慮して，ステータ３の主磁極４の数が１２個となっている。つまり９０度回転前後で主磁極４と小歯５の位置が同じ位置である必要がある。しかしモータの小形化に伴い巻線を効率的に行うため，主磁極の数を低減することが考えられていたが，９０度回転させて同じ位置にならないため，プレス加工にて実施するには９０度回転させた抜き型を追加して製作して交互に積層することが考えられるが，本モータのように高精度を必要とする抜き型を２種類有する順送型を製作することは，金型の価格が非常に高価になり実現性が無い。
図１１は３相モータの断面図であり，モータの構成を説明する図である。２２は電磁鋼板をプレス抜きされた１枚のステータコア素子，２１はステータコア素子を積層したステータコア，２３はステータコア２２に施されたモータ巻線，２４はステータコア組である。また，２５は１枚のロータコア素子，２６は積層されたロータコア，２７はロータコア２６間に挟持されるマグネット，２８はロータコア組であり，２９はモータ軸である。
【特許文献１】特開２００４−６４９６８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３４７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータの小形化に伴い，ロータとステータに形成される小歯の歯幅を狭く設計する必要が生じる。従来のプレス加工技術では歯幅と珪素鋼板の板厚には，歯幅＞板厚の関係が存在する。しかし，市場で大量に使用される珪素鋼板の板厚は，０．３５ｍｍと０．５ｍｍである。それ以外は市場性が悪く大幅なコストアップを伴う。
【０００７】
モータの歯幅が０．３ｍｍ以下になると，上記理由で珪素鋼板がコストアップになる。さらにプレス加工では，加工磁気歪みが大きく，透磁率が著しく劣化し，結果としてモータの出力ダウン，損失増加の原因になる。対策としては焼鈍があるが，バッチ処理となるため大量に生産されるモータには適用が難しい。
【０００８】
また，モータの外形形状とステータコア素子の主磁極の極数，相数の関係から，９０度回転積層が出来ない構造が従来から存在し，９０度回転積層が適用できないモータ構造は，そのモータ特性等が優れていても量産化された例はほとんど無かった。  
【０００９】
本発明の目的は，市場性のある珪素鋼板の板厚で，小形化に適したモータ構造で，９０回転積層が可能であるステータコアの製作方法に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のモータは，フォトエッチング加工によりコア素子を製作するもので，珪素鋼板の圧延方向による方向性をキャンセルして磁気バランスを改善するために，珪素鋼板の圧延方向に対して，基準部分とコア素子を交互に９０回転させて，連続して多数のコア素子のエッチング用のマスク露光を施し，エッチング後に基準部分を用いてコア素子を積層するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータは下記のような，多くの優れた特徴を有する。
（１）ステップ角の小さな小形モータを高精度に製作することが可能になる。
（２）モータの相数や主磁極数，小歯数に関係なくコア素子を９０度回転積層することが可能となり，設計の自由度が広がり，モータ特性が向上できる。
（３）市場性がある板厚の珪素鋼板が使用できるため，コストダウンが図れる。
（４）加工磁気歪みが無く，小歯の透磁率の劣化が生じないためモータの効率アップが図れる。
（５）コア素子のエッジ部分にプレス加工で生じるバリが無く，モータ組立時の後工程が簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下，図面によって本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は本発明の請求項１に係わるモータのコア素子の実施例を示す図である。１はロータ素子であり，外周に５０枚の小歯２を有する。３はステータ素子であり，６個の主磁極４と小歯５が形成されている。ロータ部分１には積層用の基準となるガイド穴６が，ステータ部分３では７がガイド穴となる。図２は図１の拡大図であり，ステータ小歯５とロータ小歯２のエアギャップは５０μｍに設定されている。９はステータ部分３と素材８の接続部，ステータ素子３とロータ素子１の連結部で２カ所の接続部１０，１１を有する。
本モータのステップ角は１．２度となり，ステータコアの外形寸法は１５ｍｍ角である。また本モータでは小歯の歯幅は０．２４ｍｍとなっている。    
【００１４】
フォトエッチング加工では，写真技術により高精度にマスク露光し製作できるため，１枚の珪素鋼板に，多数のコア素子を交互に９０度回転させた形状をマスク露光することは容易である。図３は１枚の珪素鋼板に，３相で主磁極数６のモータのエッチング加工する場合のマスク露光するコア形状を示す図である。珪素鋼板素材の厚みは０．３５ｍｍであり，従来のプレス加工で難しかった歯幅は０．２４ｍｍの小歯を変形無く，加工磁気歪みも無く形成することができる。
図４は圧延方向の一列分の拡大図である。コア素子が交互に９０度回転させてマスク露光されている状態を示すものである。
【００１５】
フォトエッチングの製造工程の概略は，珪素鋼板の表面を洗浄し，レジストコーティングを施し，マスク露光，現像し，エッチングで不要部分を溶解させ，レジスト部分を剥離するものである。
【００１６】
エッチング工程終了後に接続部９，１１，１２を切断しながら，ガイド穴６，７を基準にステータ部分とロータ部分に分けて積層する。また，積層の基準はガイド穴に限らず，マークで代用し画像認識技術を使用することで更に高精度に積層することも可能である。
【００１７】
図５と図６は，請求項２に係わる実施例を示すもので，珪素鋼板の圧延方向に対して，コア形状を９０度回転させた２種類のフォト露光を実施する方法である。図５の第一のシート素子１２と図６の第二のシート素子１３を交互に積層することで，プレス加工の９０度回転積層に相当する工程を実現するものである。
【００１８】
実施例を１５ｍｍ角のモータで説明したが，更に小形化が要求されると，その巻線作業の効率アップから，主磁極の数は更に少なくなり，小歯の歯幅は狭くなる。本願の方式はコストを抑制して，モータの停止位置精度，出力を著しく向上できるものである。
【００１９】
図７は請求項３に係わる実施例を示すもので，図５と図６に記載の珪素鋼板のシート上のマークを基準に，図５のようにフォトエッチング加工された第一のシート素子１２と，図６のようにフォトエッチング加工された第二のシート素子１３とを交互に接着剤等を介在させて接着し，接続部９，１０，１１をレーザーカット工法等で切断するものである。本方式によれば同時に多数の積層されたステータコアとロータコアを製作することが可能となる。
【００２０】
また，図８は３相で主磁極数３のモータのフォトエッチング加工のマスク露光するコア形状を示す図であり，図９は２相で主磁極数２のフォトエッチング加工のマスク露光するコア形状を示す図である。いずれも従来のプレス加工による積層技術では９０度回転積層はできなかったが，本発明のフォトエッチンング工法では，如何なる相数，主磁極数のコアであっても９０度回転積層が可能である。
【００２１】
以上，軟磁性材の電磁鋼板を珪素鋼板として説明してきたが，ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）やアモルファス材，パーマロイ，軟磁性のステンレス鋼板等の薄板の電磁鋼板であれば同様の方法により加工が可能であることは言うまでもない。
【００２２】
また，図示は省略するが，請求項７に記載するように，ロータコア組をモータ軸方向に２組並べて配置することで，モータ出力をアップ出来ることも言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
ハイブリッド型ステッピングモータの小形化に伴う，小歯の歯幅と珪素鋼板の板厚，９０度回転積層，プレス加工による磁気歪み等の問題を，既に確立されているフォトエッチング加工技術を適用することで解決が可能であり，高精度位置決め，高出力化が図れ，ロボットハンド等の限られたスペース内で使用される用途の駆動源として使用でき，機器の小形化に大きく貢献できるものである。  
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のモータのコアの実施例を示す図である。
【図２】本発明のモータのコアの実施例の拡大図である。
【図３】本発明のモータのコアの実施例を示す図である。
【図４】本発明のモータのコアの実施例を拡大図である。
【図５】本発明のモータのコアの実施例を示す図である。
【図６】本発明のモータのコアの実施例を示す図である。
【図７】本発明のモータのコアの実施例を示す図である。
【図８】本発明のモータのコアの実施例を示す図である。
【図９】本発明のモータのコアの実施例を示す図である。
【図１０】従来のモータのコアの実施例を示す図である。
【図１１】従来のモータの断面構造図である。
【符号の説明】
【００２５】
１：ロータ素子
２：小歯
３：ステータ素子
４：主磁極
５：小歯
６：ガイド穴
７：ガイド穴
８：素材
９：接続部
１０：接続部
１１：接続部
１２：第一のシート素子
１３：第二のシート素子
２１：ステータコア素子
２２：ステータコア
２３：モータ巻線
２４：ステータコア組
２５：ロータコア素子
２６：ロータコア
２７：マグネット
２８：ロータコア組
２９：モータ軸
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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