JP2005124258A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁極板とケースとを十分に密着させること、大型化やトルクの低下を防止することにある。
【解決手段】巻線（コイル）２３が巻回されたボビン２２の内周面に沿って配置される極歯（磁極部）２１ｄおよびボビン２２の軸方向の端面に沿って配置される中空円板部（板状部）２１ｃを有する磁性材製のヨーク（磁極板）２１と、ヨーク２１における中空円板部２１ｃを内方に配した状態で中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに嵌合する周壁部（筒状部）４１を有し、ヨーク２１とともに磁気回路の一部を構成する磁性材製のケース４とを備え、中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂには、外周縁２１ｂに対して窪んだ形状の凹状部２１ｆを設け、周壁部４１には、中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに嵌合した状態で凹状部２１ｆに没入させてなる連結凹部４１ａを設けるべく構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁性材製の磁極板と当該磁極板の周囲を囲む同じく磁性材製のケースとを備えたステッピングモータに関するものである。

この種のステッピングモータとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。このステータは、図６に示すように、２つのボビンｂが軸方向に一体的に連結されており、各ボビンｂに巻線（コイル）ａが巻回されるようになっている。また、各ボビンｂには、磁性材製の磁極板ｃが一体的に設けられている。

磁極板ｃは、ボビンｂの内周面に沿って配置される複数の極歯（磁極部）ｃ１および当該ボビンｂの軸方向の端面に沿って配置される板状部ｃ２を有しており、１つのボビンｂに対して２つ設けられるようになっている。すなわち、磁極板ｃは、ボビンｂの軸方向の各端面に板状部ｃ２を配置し、極歯ｃ１をボビンｂの内周面に沿って交互に配置することにより、１つのボビンｂに対して２つ設けられるようになっている。また、２つのボビンｂが隣接する端面に配置された板状部ｃ２は、互いに背中合わせに当接した状態になっている。

一方、一体的に連結された各ボビンｂの外周側は、磁性材製のケースｄによって覆われるようになっている。ケースｄは、各磁極板ｃにおける板状部ｃ２の外周縁と嵌合する円筒部（筒状部）ｄ１を有しており、磁極板ｃとともに磁気回路の一部を構成するようになっている。

各磁極板ｃとケースｄとは、巻線ａを挟んで配置された板状部ｃ２の間の円筒部ｄ１の一部を巻線ａ側に押圧することにより形成した凹部ｄ２によって、円筒部ｄ１の内周面を板状部ｃ２の外周縁に密着させ、これによって円筒部ｄ１と各板状部ｃ２との境界部における磁力線の漏れを抑えるようになっている。

また、このステッピングモータは、極歯ｃ１の内方に、周方向に多極着磁された永久磁石を有するロータｅを備えた構成になっている。

ところで、上記ステッピングモータにおいては、円筒部ｄ１の一部を内方に塑性変形させることによって凹部ｄ２を形成しているが、このように凹部ｄ２を形成した場合でも、その形成後のスプリングバックによって円筒部ｄ１の一部が板状部ｃ２の外周縁から離れる方向に若干変位することになる。このため、円筒部ｄ１の内周面を板状部ｃ２の外周縁に十分に密着させることができないことがある。

このような不具合を防止するためには、凹部ｄ２の内方への塑性変形量を増加させる必要があるが、この場合には、ケース２４が巻線ａに近接することになることから、巻線ａとケース２４との間の絶縁耐圧抵抗が低下することになる。

この場合、巻線ａとケース２４との間の絶縁耐圧抵抗を十分得るためには、巻線ａの巻き数を減少させるか、板状部ｃ２の外周縁および円筒部ｄ１の内周面の径を増大させる必要がある。

ただし、巻線ａの巻き数を低減した場合には、ロータｅに発生するトルクが低下することになり、板状部ｃ２の外周縁および円筒部ｄ１の内周面の径を増大させた場合には、ステッピングモータが大型化してしまうという新たな問題が生じることになる。
特開平５−２８４７１７号公報

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁極板とケースとを十分に密着させることができ、かつ大型化やトルクの低下を防止することのできるステッピングモータを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、この発明のステッピングモータは、コイルが巻回されたボビンの内周面に沿って配置される磁極部および上記ボビンの軸方向の端面に沿って配置される板状部を有する磁性材製の磁極板と、この磁極板における上記板状部を内方に配した状態で当該板状部の外周縁に嵌合する筒状部を有し、上記磁極板とともに磁気回路の一部を構成する磁性材製のケースとを備えたステッピングモータであって、上記板状部の外周縁には、当該外周縁に対して窪んだ形状の凹状部を設け、上記筒状部には、上記板状部の外周縁に嵌合した状態で上記凹状部に没入させてなる連結凹部を設けていることを特徴としている。

上記のように構成された発明によれば、磁極板における板状部の外周縁に凹状部を設け、ケースにおける筒状部に上記外周縁に嵌合した状態で上記凹状部に没入させてなる連結凹部を設けているので、筒状部の内周面を板状部の外周縁に確実に密着させることができる。

すなわち、板状部の外周縁に筒状部を嵌合した状態において、板状部の外周縁と筒状部の内周面との間に嵌合上の隙間が若干あいていても、筒状部の一部を連結凹部として板状部の凹状部に没入させることによって、筒状部の周方向の長さを縮減することができ、これにより筒状部の内周面を板状部の外周縁に密着させることができる。この場合、連結凹部も板状部の凹状部に密着させることができる。

しかも、連結凹部が板状部の凹状部に係合した状態になるので、筒状部の内周面と板状部の外周縁との密着状態を確実に維持することができるとともに、磁極板とケースとを強固に連結することができる。

したがって、磁極板とケースとの境界部における磁力線の漏れを極力防止することができるとともに、磁極板とケースとを強固に連結することができる。

また、筒状部における板状部の外周縁に対応する部分を連結凹部によって縮径することができるので、連結凹部としては小さな変形量であっても、筒状部の内周面の径を板状部の外周縁の径に対して十分縮小することができ、筒状部の内周面を板状部の外周縁に強く密着させることができる。すなわち、筒状部における板状部から離れた部分に凹部を形成する従来例に比べて、連結凹部の変形量を小さく抑えても、筒状部の内周面を板状部の外周縁に確実に密着させることができる。

したがって、連結凹部を形成した後においても、コイルとケースとの間の絶縁耐圧抵抗を十分高い状態に維持することができるので、コイルの巻き数を低減することによりステッピングモータのトルクが低下したり、板状部の外周縁および筒状部の内周面の径を増大させることによりステッピングモータが大型化したりするという弊害が生じるのを防止することができる。

以下、この発明の一実施の形態を図１〜図５を参照しながら説明する。

この実施の形態で示すステッピングモータ１は、図１〜図３に示すように、ステータ２と、周方向に多極着磁された永久磁石を有するロータ３と、ケース４と、ロータ３の軸心部に配置されたシャフト３１をステータ２およびケース４に対して回転自在に保持する一対のボールベアリング（軸受）５とを備えた構成になっている。

ステータ２は、磁気回路を構成するための複数のヨーク（磁極板）２１と、これらのヨーク２１を一体的に保持し、軸方向に連結された一対の樹脂製のボビン２２と、各ボビン２２に巻回される巻線（コイル）２３と、一方のボビン２２の軸線方向の一端部側に配置されたコネクタ２４とを備えている。また、コネクタ２４は、各ボビン２２に巻回された巻線２３を図示しない雌コンタクト（外部の導体）に接続するための複数（この実施の形態では６本）のピン２５と、これらのピン２５を一体的に保持する樹脂製のコネクタハウジング２６とを備えた構成になっている。ピン２５と巻線２３とは例えば半田付けにより接続されるようになっている。

ヨーク２１は、図５に示すように、鉄等の磁性体によって一体的に形成されたものであり、円形状の内周縁２１ａおよび外周縁２１ｂが同軸状に形成された中空円板部（板状部）２１ｃと、当該中空円板部２１ｃの内周縁２１ａから軸線方向に屈曲成形された複数（この実施の形態では６個）の極歯（磁極部）２１ｄと、中空円板部２１ｃにおける外周縁２１ｂの一部を直線状に切り欠いてなる切欠部２１ｅとを備えている。

すなわち、ヨーク２１は、後述するボビン２２の内周面に沿って配置される極歯２１ｄおよびボビン２２の軸方向の端面に沿って配置される中空円板部２１ｃによって一体的に形成されている。

さらに、ヨーク２１には、切欠部２１ｅを除く外周縁２１ｂに、当該外周縁２１ｂに対して内周縁２１ａ側に窪んだ形状の凹状部２１ｆが複数（この実施の形態では３つ）設けられている。

各凹状部２１ｆは、円弧状の凹状に形成されており、外周縁２１ｂにおける、切欠部２１ｅの一端および他端に近接する２位置およびこれらの２位置の間のほぼ中央の位置に設けられている。

このように構成されたヨーク２１は、図１〜図４に示すように、１つのボビン２２に対して２つ設けられるようになっている。すなわち、ヨーク２１は、図２に示すように、ボビン２２の軸方向の各端面に中空円板部２１ｃを配置し、極歯２１ｄをボビン２２の内周面に沿って交互に配置することにより、１つのボビン２２に対して２つ設けられるようになっている。また、各ボビン２２の隣接する端面に配置された中空円板部２１ｃは、互いに背中合わせの状態で当接するようになっている。

また、各ヨーク２１は、同一軸線上に配置されるようになっており、各中空円板部２１ｃの外周縁および各極歯２１ｄの内周面を除く部分が一対のボビン２２を構成する樹脂によって覆われているとともに、当該樹脂によって固定的に保持されるようになっている。

さらに、背中合わせに当接した中央の中空円板部２１ｃは、各凹状部２１ｆが同一の位置となるように設置されている。

各ボビン２２は、図２に示すように、円筒部２２ａと、当該円筒部２２ａの軸方向の各端部から円板状に拡径するフランジ部２２ｂとにより一体に形成されており、円筒部２２ａの内周面に沿って上述の極歯２１ｄが配置されるようになっているとともに、各フランジ部２２ｂの軸方向外方の端面に沿って上述の中空円板部２１ｃが配置されるようになっている。

また、各ボビン２２は、樹脂（例えばＰＢＴ）で一体に成形されることにより、上記各ヨーク２１を取り入れた状態で軸方向に連結された状態になるようになっている。なお、ボビン２２は、後述するコネクタハウジング２６とも一体に成形されるようになっている。

また、各ヨーク２１は、中空円板部２１ｃにおける切欠部２１ｅを除く外周縁２１ｂに沿う部分がボビン２２における各フランジ部２２ｂの外周縁から半径方向の外方に突出されている。さらに、各凹状部２１ｆは、中空円板部２１ｃにおける各フランジ部２２ｂから半径方向の外方に突出した部分に形成されている。

コネクタハウジング２６は、連結されたボビン２２の軸線方向の一方に、当該ボビン２２と同一の樹脂により一体に形成されている。

また、コネクタハウジング２６には、図３に示すように、ボビン２２側の端面に、上述した一対のボールベアリング５のうち一方を保持する軸受孔２６ａが形成されている。この軸受孔２６ａは、ボビン２２の中心線Ｃと同軸上の位置に形成されている。

ケース４は、鉄等の磁性体によって一体的に形成されたものであり、円筒状の周壁部（筒状部）４１と、当該周壁部４１の一方の端部を閉塞する平板状の蓋体４２とを備えている。周壁部４１は、その内周面が各ヨーク２１の外周縁２１ｂおよびコネクタハウジング２６の外周面２６ｂに嵌合するように形成されており、蓋体４２は、ステータ２における連結されたボビン２２のコネクタハウジング２６が一体に形成された端部とは反対側の端面に当接するようになっている。

また、蓋体４２には、その軸心位置に、上記一対のボールベアリング５のうち他方を保持する軸受突部４２ａが形成されており、この軸受突部４２ａの端面４２ｂにはロータ３と一体化されたシャフト３１を挿通する貫通孔４２ｃが形成されている。

さらに、ケース４の周壁部４１には、当該周壁部４１をヨーク２１の外周縁２１ｂおよびコネクタハウジング２６の外周面２６ｂに嵌合させ、かつ蓋体４２をステータ２における連結されたボビン２２のコネクタハウジング２６が一体に形成された端部とは反対側の端面に当接させた状態において、ヨーク２１の外周縁２１ｂの各凹状部２１ｆに没入させるべく塑性変形させてなる連結凹部４１ａが形成されている。

また、図４において、２２ｄは、ボビン２２のフランジ部２２ｂの外周部に設けられた巻線２３を通す溝である。

次ぎに、上記のように構成されたステッピングモータ１の製造方法を説明する。

まず、ボビン２２およびコネクタハウジング２６を成形する図示しない金型内に上述した複数のヨーク２１およびピン２５をインサートしてから、当該金型内に樹脂を注入する。これにより、各ヨーク２１および各ピン２５を組み込んだボビン２２およびコネクタハウジング２６が完成する。

そして、図１および図３に示すように、各ボビン２２に巻線２３を巻回してから、各巻線２３の端部を各ピン２５の一端部に半田付けする。

また、コネクタハウジング２６の軸受孔２６ａに一方のボールベアリング５を嵌合させ、このボールベアリング５にロータ３におけるシャフト３１の基端部を挿入する。さらに、軸受突部４２ａに他方のボールベアリング５を嵌合したケース４の周壁部４１をヨーク２１の外周縁２１ｂおよびコネクタハウジング２６の外周面２６ｂに嵌合するとともに、シャフト３１の先端部を他方のボールベアリング５および貫通孔４２ｃから外方に突出さ、かつ蓋体４２をステータ２における連結されたボビン２２のコネクタハウジング２６が一体に形成された端部とは反対側の端面に当接させる。

次に、図２および図４に示すように、周壁部４１における各中空円板部２１ｃの各凹状部２１ｆに対応する部分を、当該各凹状部２１ｆに没入させるべくかしめることにより、当該各凹状部２１ｆに密着する連結凹部４１ａを形成する。

これにより、ケース４は、各ヨーク２１を介してステータ２に強固に固定された状態になり、かつ当該ステータ２とともに、各ボールベアリング５を介してロータ３を回転自在に支持する状態になる。

なお、接着剤、溶接、ねじ等の固定手段を用いてケース４とステータ２とをさらに強固に連結するようにしてもよい。また、ステータ２を、上述のように、ヨーク２１と、ボビン２２と、巻線２３と、コネクタ２４とを備えたものと定義したが、ケース４をステータ２の一構成要素としてもよい。

上記のように構成されたステッピングモータ１においては、中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに凹状部２１ｆを設け、周壁部４１に凹状部２１ｆに没入すべく形成した連結凹部４１ａを設けているので、周壁部４１の内周面を中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに確実に密着させることができる。

すなわち、中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに周壁部４１を嵌合した状態において、当該外周縁２１ｂと周壁部４１の内周面との間に嵌合上の隙間が若干あいていても、周壁部４１の一部を連結凹部４１ａとして中空円板部２１ｃの凹状部２１ｆに没入させることによって、周壁部４１の周方向の長さを縮減することができ、当該周壁部４１の内周面を中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに密着させることができる。この際、連結凹部４１ａも凹状部２１ｆに密着させることができる。

しかも、連結凹部４１ａが中空円板部２１ｃの凹状部２１ｆに係合した状態になるので、周壁部４１の内周面と中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂとの密着状態を確実に維持することができるとともに、ヨーク２１とケース４とを強固に連結することができる。

したがって、一の巻線２３で発生した磁気が当該巻線２３に対応する一のヨーク２１における極歯２１ｄからロータ３の所定の磁極に流れ、当該磁極から他のヨーク２１の極歯２１ｄに流れるとともに、当該他のヨーク２１から周壁部４１を介して再び一のヨーク２１に流れる磁気回路の一部を上記各ヨーク２１および周壁部４１によって構成することができる。しかも、ヨーク２１とケース４との境界部における磁力線の漏れを極力防止することができる。よって、ステッピングモータの効率の向上を図ることができる。

また、周壁部４１における中空円板部２１ｃに対応する部分を連結凹部４１ａによって縮径することができるので、連結凹部４１ａとしては小さな変形量であっても、周壁部４１の径を中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂの径に対して十分縮径することができ、周壁部４１の内面を中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに強固に密着させることができる。すなわち、周壁部４１における中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂから離れた位置に凹部を形成する従来例の場合に比べて、連結凹部４１ａの変形量を小さく抑えても、周壁部４１の内周面を中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに確実に密着させることができる。

したがって、連結凹部４１ａを形成した後においても、巻線２３とケース４との間の絶縁耐圧抵抗を十分高い状態に維持することができる。よって、巻線２３の巻き数を低減することによりステッピングモータのトルクが低下したり、中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂおよび周壁部４１の内周面の径を増大させることによりステッピングモータが大型化するという弊害が生じるを防止することができる。

さらに、中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂにおける、切欠部２１ｅの一端および他端に近接する２位置およびこれらの２位置の間のほぼ中央の位置の３カ所に凹状部２１ｆを設けているので、切欠部２１ｅの近傍の各凹状部２１ｆに対して連結凹部４１ａを形成した後に、ほぼ中央の位置の凹状部２１ｆに対して連結凹部４１ａを形成することにより、切欠部２１ｅに対応する部分の周壁部４１の縮径を抑えながら、外周縁２１ｂに対応する部分の周壁部４１を縮径することができる。

したがって、切欠部２１ｅを有する場合でも、周壁部４１を中空円板部２１ｃの外周縁２１ｂに確実に密着させることができる。

なお、上記実施の形態においては、ヨーク２１に３つの凹状部２１ｆを設けるように構成したが、この凹状部２１ｆは、１つであってもよく、また２以上の複数であってもよい。

ただし、上述のように、切欠部２１ｅが１以上ある場合には、外周縁２１ｂにおける切欠部２１ｅの近傍の各位置に凹状部２１ｆを設け、これらの凹状部２１ｆの間に１以上の凹状部２１ｆを設けるとともに、各凹状部２１ｆに没入する連結凹部４１ａを周壁部４１に形成することが好ましい。

この発明の一実施の形態として示したステッピングモータを示す断面図である。 同ステッピングモータの要部断面図である。 同ステッピングモータの分解断面図である。 同ステッピングモータを示す図であって、図１のIV−IV線に沿う断面図である。 同ステッピングモータのヨークを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。 従来例として示したステッピングモータの断面図である。

符号の説明

１ ステッピングモータ
４ ケース
２１ ヨーク（磁極板）
２１ｂ 外周縁
２１ｃ 中空円板部（板状部）
２１ｄ 極歯（磁極部）
２１ｆ 凹状部
２２ ボビン
２３ 巻線（コイル）
４１ 周壁部（筒状部）
４１ａ 連結凹部

Claims (1)

1. コイルが巻回されたボビンの内周面に沿って配置される磁極部および上記ボビンの軸方向の端面に沿って配置される板状部を有する磁性材製の磁極板と、この磁極板における上記板状部を内方に配した状態で当該板状部の外周縁に嵌合する筒状部を有し、上記磁極板とともに磁気回路の一部を構成する磁性材製のケースとを備えたステッピングモータであって、
   上記板状部の外周縁には、当該外周縁に対して窪んだ形状の凹状部を設け、
   上記筒状部には、上記板状部の外周縁に嵌合した状態で上記凹状部に没入させてなる連結凹部を設けていることを特徴とするステッピングモータ。

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