JP2013150401A - ステッピングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で軸受板をヨーク及び端板に固定する。
【解決手段】凸部６３が係合用孔部７１ｂに移動した状態では、軸受板６は、凸部６３の延出面６３ａが端板７に上側から当接し、外側端面６４が端板７に下側から当接している。すなわち、軸受板６は端板７を上下から挟み込むよう結合する。また、軸受板６の外周の半径と、外ヨーク４２内の内周面４５の半径が等しいため、端板７を外ヨーク４２端部へ固定するだけで、軸受板６は外ヨーク内で水平方向の移動することがなく端部に位置が維持される。軸受板６はその外周面が外ヨーク４２と当接するだけで、端板７と外ヨーク４２の間には介在しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を軸受板により支持するステッピングモータに関する。

ステッピングモータは、入力されたパルス信号に応じて回転軸が回転するモータであり、光学ドライブやデジタルカメラなどに用いられている。このようなステッピングモータの構成としては、例えば、円筒状の永久磁石を備えた回転軸の周囲を、軟磁性材料で構成された円筒状のヨークが覆い、ヨーク内には励磁コイルを巻回したボビンが収納される。

この種のステッピングモータでは、回転軸の駆動部と逆側の端部は、ヨーク端部に配置された軸受板に支持されている。軸受板は、孔部を設けた端板に溶接や圧入等で固着されている。この端板をヨーク端面に溶接等により固定させることで、軸受板はヨークに固定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２９５０７０号公報

しかしながら、このような構成では、端板の表面に設けた複数の凸部をヨークの極歯間に差し込んでヨークへの位置合わせをしていたが、複数の凸部を極歯間に正確に位置合わせするのは容易ではなく、作業効率に問題があった。さらに、その組立工程においては、軸受板の端板への圧入固定と、端板のヨークへの溶接固定という二段階の固定の工程が必要であった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、ステッピングモータの組み立てにおいて、位置決めや取り付けを容易に行うことができるステッピングモータを提供することにある。

本発明のステッピングモータは、以下のように構成される。
（ａ）軸周りに磁石が固定された回転軸と、磁石を取り囲む筒状のヨークとから構成される。ヨークの内周部には、複数の極歯が形成されている。
（ｂ）筒状のヨークの端部には軸受板が配置され、回転軸の一端を支持する。
（ｃ）軸受板のヨークと反対側の外側端面上には、端板が配置される。
（ｄ）軸受板の外側端面には凸部が設けられており、この凸部は端板の端面上に延出される延出面を備える。
（ｅ）端板には、孔部が設けられる。この孔部に軸受板の凸部を挿通し且つ該凸部を移動させることで、凸部の延出面を端板の端面上に配置させる。

端板に対しては、一方の端面上に軸受板の凸部の延出面を配置し、他方の端面上に軸受板の外側端面を配置するようにしても良いし、凸部の延出面で端板の端面を押圧するようにしても良い。また、軸受板には凸部を複数設けても良い。

以上のような本発明によれば、軸受板に凸部を設け、端板に孔部を設ける簡単な構造としながらも軸受板、端板及びヨークの位置決めを容易とすることができる。特に、軸受板は、凸部を端板の孔部へ挿通してスライドするだけで位置決め作業とともに端板に取り付けを行うことができる。これにより、モータ組立時に軸受板をヨークまたは端板に対して圧入等で固定する必要がなく、軸受板と端板およびヨークを容易に組み立てることができ、作業効率や生産効率を向上させることができる。

本発明の実施形態のステッピングモータの全体構成を示す、モータ軸線方向断面図である。 実施形態に係る軸受板および端板の分解斜視図であり、（ａ）はヨーク側から見た図であり、（ｂ）はヨークと反対側から見た図である。 （ａ）、（ｂ）は軸受板と端板との取り付け方法を示す斜視図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は端板のヨークへの取り付け方法を示す斜視図であり、（ｂ）は取り付け後を示す斜視図である。（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 他の実施形態に係る軸受板および端板の模式図であり、（ａ）は軸受板と端板との係合部の厚み方向断面図であり、（ｂ）は端板の上面図である。 （ａ）は、ステッピングモータに使用するカバーを示す斜視図であり、（ｂ）はカバーをモータに取り付けた状態を示すモータ軸線方向断面図である。

本実施形態に係るステッピングモータについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、ステッピングモータの全体構成を説明し、次に詳細部分についての構成を説明する。さらに、各部の配置及び組立の態様について説明する。

（１．全体構成）
図１に示すように、ステッピングモータ１は、大別すると回転磁界により回転するロータ２と、回転磁界を発生させるステータ３から構成される。

ロータ２の回転軸２１は、一部がステータ３の内部に収容され、残りの部分は外部へ突出する。回転軸２１のステータ３内部に収容されている部分の周囲には、永久磁石２２が配置されている。永久磁石２２は、円周上にＮＳＮＳ…と交互に多極着磁され、ステータ３と所定の間隔を介して対向している。回転軸２１の、ステータ３外部に突出した部分は、その表面にねじ部が設けられ、図示しないが、ナット等がねじ部に嵌入され、回転軸２１の回転によってナットを移動させ、このナットを介して他の部材の移動を行っている。

ステータ３は、２つのステータユニット３ａ及び３ｂから構成され、これら２つのステータユニット３ａ及び３ｂはモータ軸線Ｌ方向に重ねて配置されている。２つのステータユニットはそれぞれ、外ヨーク４２と、コイルボビン５と、コイルボビン５を外ヨーク４２との間で挟んで支持する内ヨーク４１とを備えている。

内ヨーク４１及び外ヨーク４２は軟磁性材料で構成されている。内ヨーク４１は環状部材であり、外ヨーク４２は筒状部材である。それぞれの内周部には、複数の極歯４３がモータ軸線Ｌ方向に沿うように設けられ、円周等配位置に配置されている。内ヨーク４１の外周縁は外ヨーク４２の外周縁に嵌合して固定され、１つのヨーク（ステータコアともいう）を形成する。それぞれの極歯４３はステータ３内部で周方向に交互に並んだ配置となり、ロータ２の永久磁石２２と対向する。

コイルボビン５には端子ピン５１が設けられ、この端子ピンに励磁コイルの端部が把持されてコイルボビン５の周面に巻回される。

ステータユニット３ｂの外ヨーク４２の端部には、軸受板６が取り付けられ、ステータ３内部に収容された回転軸２１の一端を支持する。本明細書では、この一端を反出力端とし、ステータ３外部に延びる他端を出力端と定義する。ステータ３の端面には、軸受板６を覆うように端板７が取り付けられ固定されている。

回転軸２１の出力端は、モータ取付板８に支持される。モータ取付板８は、ステータ３の出力端側端面に固定される基端側垂直部８１と、そこから垂直に立設する水平部８２と、水平部８２の先端から直角に折れ曲がり、基端側垂直部８１と平行に延びる先端側垂直部８３を有する。先端側垂直部８３には、出力端側軸受板９が設けられている。回転軸２１は、ステータ３から基端側垂直部８１に設けられた孔８１ａを介して延び、出力端側軸受板９に回転可能に支持される。水平部８２には孔８２ａが設けられている。この孔８２ａを介して、ステッピングモータ１を各種機器にボルト締め等によって取り付ける。

（２．詳細構成）
本実施形態に係る軸受板６および端板７の詳細構成について、図２を参照しつつ説明する。外ヨーク４２の詳細構成については、後述の組立方法で説明する。

（２−１．軸受板）
軸受板６は、所定の厚みを有する円盤部材であり、樹脂成形品で構成される。本実施形態では、外ヨーク４２側に位置する方を底面とし、端板７側に位置する方を外面とする。図２（ａ）に示すように、軸受板６の底面側の中央部には、底面から外面に貫通した軸受孔６１が設けられ、この軸受孔６１に回転軸２１が挿通される。

軸受板６の外面側の外側端面６２には、図２（ｂ）に示すように、その表面中心部分に軸受孔６１よりも大径の円形の凹部６５が形成されている。また、この凹部６５の縁には、切り欠き部６４が形成され、この切り欠き部６４が凹部６５と軸受板６の外周面とを連通する。この凹部６５と切り欠き部６４には、ステッピングモータを組み立てたときに、後述の板バネ７２の先端部分と基端部分が収容される。また、軸受板６の外周面には、半径方向外方へ突出した突起部６６が設けられている。この突起部６６は、後述する外ヨーク４２の凹部４４と同等の大きさ、若しくは若干小さく設けられている。

外側端面６２には、下面が外側端面６２よりも一段高い凸部６３が設けられている。この凸部６３は、外側端面６２から端板７側へ所定の面積を持って立ち上がり、わずかに立ち上がったところで屈曲し、外側端面６２と並行な延出面６３ａ及び挿入面６３ｂを有している。すなわち、本実施形態の凸部６３は、鈎形状に形成されている。この延出面６３ａは後述するが、端板７の端面上に延出され、端板の端面上に配置されることになる。延出面６３ａと外側端面６２との距離は、端板７の厚みとほぼ同等に寸法合わせをされているが、端板７の厚みよりも少し短くなるように寸法合わせするとよい。また、挿入面６３ｂの周縁の角部分は面取加工等によって、傾斜面又は湾曲面が形成されている。

本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、軸受板６は凸部６３を２個備えている。凸部６３は、外側端面６２の外周部に凹部６５を挟んで対向して配置され、それぞれ半径方向外方へ屈曲して形成されている。

（２−２．端板）
端板７は孔部が形成された薄肉の金属円板である。この端板７には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、挿入用孔部７１ａと係合用孔部７１ｂ、および板バネ７２が設けられている。本実施形態では、軸受板６側に位置する方の端面を底面とし、その反対側の端面を外面とする。

板バネ７２は、端板７の表面に対して所定角度斜めになり、軸受板６側に向かうように切り起こされ、途中で当初角度より緩やかな角度となるように折り曲げられている。

本実施形態では、端板７は、２個の孔部を備える。この孔部としては挿入用孔部７１ａと係合用孔部７１ｂがあり、それぞれ板バネ７２の長手方向に繋がって形成され、板バネ７２を挟んで対向する位置に設けられている。

挿入用孔部７１ａは板バネ７２の先端側に位置し、板バネ７２を挟んで対向する挿入用孔部７１ａの間には、鍔部７５が設けられている。鍔部７５は板バネ７２と離間しかつ対向するように設けられている。係合用孔部７１ｂは、挿入用孔部７１ａに対して板バネ７２の基端側に、挿入用孔部７１ａに繋がって形成されている。

挿入用孔部７１ａは、軸受板６に設けた凸部６３の挿入面６３ｂと等しいか若干広い大きさとなるように形成されている。一方、係合用孔部７１ｂは凸部６３の挿入面６３ｂよりも一回り小さく形成されている。この係合用孔部７１ｂは、挿入用孔部７１ａの縁と繋がった縁部７４ａと、挿入用孔部７１ａと対向する縁部７４ｂによって画成される。

（３．各部の配置と組立方法）
図３および図４を用いて、軸受板６の端板７への取付方法、および端板７の外ヨーク４２への取付方法について、それぞれの配置の態様含めて説明する。また、これらの部分と他の部分との配置についても簡潔に述べる。

（３−１．軸受板の端板への取付）
図３（ａ）に示すように、軸受板６は、凸部６３が設けられた外側端面６２を端板７側に向けて配置する。このとき、軸受部６は凸部６３が挿入用孔部７１ａに入るように、かつ板バネ７２が切り欠き部６４に入るように位置合わせする。次に、図中の点線矢印のように凸部６３が挿入用孔部７１ａに挿通するように軸受板６を端板７の方へ移動して、軸受板６の外側端面６２と端板７の底面とを当接させる。このとき、凸部６３は角部分が面取り加工されているため、挿入用孔部７１ａに容易に挿通することができる。

次に、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、軸受板６を端板７に取り付ける。上述のように、挿入用孔部７１ａと係合用孔部７１ｂは板バネ７２の長手方向に繋がって形成されているため、凸部６３を図３（ｂ）点線矢印の方向、すなわち挿入用孔部７１ａから係合用孔部７１ｂへ移動することができる。延出面６３ａは縁部７４ａ上を凸部６３が縁部７４ｂに当接するまで摺動し、同時に板バネ７２の先端部は、切り欠き部６４から凹部６５へと移動することで、軸受孔６１と板バネ７２が位置決めされる。つまり、凸部６３を係合用孔部７１ｂの縁部７４ｂに当接するまで移動することで、軸受板６と端板７との位置合わせができる。

凸部６３が係合用孔部７１ｂに移動した状態では、図３（ｃ）に示すように延出面６３ａは端板７の外面上に配置される。一方、軸受板６の外側端面６２は端板７の底面上に配置される。ここで、延出面６３ａは、外側端面６２から端板７の厚みと等しいか、少し短い長さに調整されている。そのため、延出面６３ａは縁部７４ａ周辺の外面と当接し、外面側から端板を押圧する。また、軸受板６の外側端面６２は、縁部７４ｂの底面および鍔部７５の底面と当接し、軸受板６は端板７を上下から挟み込むように端板７に装着される。

（３−２．端板の外ヨークへの取付）
先ず、外ヨーク４２の構成について説明する。図１に示したように、外ヨーク４２は、ステータユニット３ａ及び３ｂのそれぞれに備えられているが、本実施形態では反出力端側のステータユニット３ｂの外ヨーク４２について述べる。

図４（ａ）に示すように、外ヨーク４２は複数の極歯４３を備えている。極歯４３はモータ軸線Ｌを囲うように外ヨーク４２の端部から円周等配位置に設けられる。隣接する極歯４３の間には、半径方向に凹む凹部４４が形成されている。この極歯４３の内周面４５のモータ軸線Ｌからの距離と、軸受板６の外周面のモータ軸線Ｌからの距離は等しくなるよう調整されている。

次に、端板７の外ヨーク４２への取付方法について図４を参照しつつ説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、端板７は底面を外ヨーク４２に向け、軸受板６が外ヨーク４２端部の開口部と対向させ且つ外ヨークの凹部４４と軸受板の突起部６６の位置が一致するように配置する。次に、図中の点線矢印に示すように、軸受板６が外ヨーク４２内に収容されるように端板７を外ヨーク４２の端部へ移動して、図４（ｂ）の状態とする。このとき、軸受板６の突起部６６が外ヨーク４２の凹部４４に入るように位置合わせを行いながら端板７を移動させる。突起部６６が凹部４４内に収容されることで、軸受板６の外ヨーク４２内における回転方向の動きを制限することができる。次に、端板７の底面と外ヨーク４２の端部とを溶接又は接着剤等によって固定することで、取り付けが完了する。

ここで、モータ軸線Ｌから軸受板６の外周面に至る距離と、モータ軸線Ｌから極歯４３の内周面４５にかけての距離は等しくＲであるため、図４（ｃ）に示すように、軸受板６の外周面と極歯４３の内周面４５が当接する。これによって、軸受板６は水平方向への移動が抑止され、外ヨーク４２の端部に位置が維持される。

（３−３．他の部分の配置）
図１に示すように、端板７の固定後に、外ヨーク４２の外周面と極歯４３との間にコイルボビン５を取り付ける。さらに、外ヨーク４２と内ヨーク４１とを組み合わせ、ステータユニット３ｂを構成する。又、先端側垂直部８３に出力端側の軸受板９を設置し、モータ取付板８の基端側垂直部８１にステータユニット３ａを構成する外ヨーク４２を取り付ける。この外ヨーク４２に回転軸２１を挿入し、回転軸２１の先端側を軸受板９にはめるとともに、外ヨーク４２の外周面と極歯４３との間にコイルボビン５を取り付け、外ヨーク４２と内ヨーク４１とを組み合わせ、ステータユニット３ａを構成する。さらに、ステータユニット３ｂを回転軸２１に挿通させ、ステータユニット３ａとステータユニット３ｂを接合してステータ３を構成し、ステッピングモータ１が完成する。この時、回転軸２１の反出力端は軸受板６の軸受部６１に収容され、貫通孔６２を挿通して、端板７の板バネ７２に当接し、係止される。外ヨーク４２及び内ヨーク４１の極歯４３は、回転軸２１の周囲に並んで、永久磁石２２を取り囲む。反出力端側の軸受板６及び出力端側の軸受板９は、ラジアル軸受として回転軸２１のラジアル荷重を支持する。さらに、板バネ７２はその弾性力によって回転軸２１を出力端側方向に付勢し、アキシャル軸受として回転軸２１のアキシャル荷重を支持する。

（４．本実施形態の効果）
（１）本実施形態では、ステッピングモータ１の軸受板６は、凸部６３の延出面６３ａが端板７の外面上に配置され、外側端面６２が端板７の底面上に配置されることで、端板７の上下方向での移動を制限する。このため、軸受板６は端板７に大きく突出させることなく強固に固定することができ、軸受板やモータ全体の小型化に貢献する。さらに、軸受板６の外ヨーク４２の端部へ配置するときの位置決めを、軸受板６の突起部６６を外ヨーク４２の凹部４４に収納することで実現できる。

（２）本実施形態では、軸受板６は、凸部６３を挿入用孔部７１ａから係合用孔部７１ｂへスライド移動させるだけで端板７へ装着することができる。このとき同時に、軸受孔６１と板バネ７２は回転軸２１に対して位置合わせされる。このような構成により、軸受板６は圧入等の工程を要せず容易に端板７へ取り付けが可能であり、同時に回転軸２１に対する位置合わせもできることから、作業効率や生産効率を向上させることができる。

（５．他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、下記の様な他の実施形態も包含する。

（１）本実施形態では、凸部６３を鈎状としているが、このような形状に限定するものではなく、例えば図５（ａ）に示すように軸受板６の外周部から、半径方向外方へ突出するように設けてもより。この場合、端板７の延出面６３ａと係合する部分は、、板厚方向ヨーク４２側へ一段凹ませて形成すれば良い。

（２）本実施形態では、凸部６３は挿入用孔部７１ａから係合用孔部７１ｂへ直線的に移動させたが、このような移動方法に限定するものではない。例えば、図５（ｂ）に示すように、端板７に軸受板６の外周円（図中点線）上に挿入用孔部７１ａおよび係合用孔部７１ｂを繋げて設けることで、凸部６３を挿入用孔部７１ａに挿通し、軸受板６を水平方向に回転することで、凸部６３の延出面６３ａを端板７の外面上に配置するようにしても良い。

（３）端板７には、さらに図６（ａ）に示すような金属製のカバー７３をつけても良い。カバー７３で被覆することにより、図６（ｂ）に示すように端板７の外面を露出させず、端板７を保護することができる。カバー７３は、端板７の端面に重ねて溶接又は接着剤等で固定される。

（４）本実施形態では、軸受板６に凸部６３を２個設けたが、凸部６３は１個でも良く、また３個以上設けても良い。軸受板６に凸部６３を複数設けた場合、端板７の挿入用孔部７１ａおよび係合用孔部７１ｂは凸部６３と同数設けるようにすると良い。

（５）上述の実施形態では、内ヨーク４１を環状部材、外ヨーク４２を筒状部材としたが、内ヨーク４１を筒状部材、外ヨーク４２を環状部材としても良い。

（６）回転軸２１を回転可能に支持する軸受として、樹脂成形で形成された滑り軸受けである軸受板６を使用したが、ボール軸受やころ軸受等を用いても良い。

（７）本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ ステッピングモータ
２ ロータ
２１ 回転軸
２２ 永久磁石
３ ステータ
３ａ ３ｂ ステータユニット
４１ 内ヨーク
４２ 外ヨーク
４３ 極歯
４４ 凹部
４５ 内周面
５ コイルボビン
５１ 端子ピン
６ 軸受板
６１ 軸受孔
６２ 外側端面
６３ 凸部
６３ａ 延出面
６３ｂ 挿入面
６４ 切り欠き部
６５ 凹部
６６ 突起部
７ 端板
７１ａ 挿入用孔部
７１ｂ 係合用孔部
７２ 板バネ
７３ カバー
７４ａ、７４ｂ 縁部
７５ 鍔部
８ モータ取付板
８１ 基端側垂直板
８１ａ 孔部
８２ 水平板
８２ａ 孔部
８３ 先端側垂直板
９ 出力端側の軸受板
Ｌ モータ軸線

Claims (6)

1. 軸周りに磁石が固定された回転軸と、
   前記磁石を取り囲み、内周部に複数の極歯を備える筒状のヨークと、
   前記ヨークの端部に配置され前記回転軸の一端を支持する軸受板と、
   前記軸受板の前記ヨークと反対側の外側端面上に配置される端板とを備え、
   前記軸受板の外側端面には、延出面を備えた凸部が設けられ、
   前記端板には孔部が設けられ、
   前記端板の孔部に前記軸受板の凸部を挿通させ、且つ該凸部を移動させることで、該凸部の延出面を前記端板の端面上に配置させたことを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記端板は、一方の端面上に前記軸受板の凸部の延出面が配置され、他方の端面上に前記軸受板の外側端面が配置され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。
3. 前記軸受板には凸部が複数設けられ、
   前記端板には、前記複数の凸部を挿通可能な孔部が設けられていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータ。
4. 前記端板の端面は前記凸部の延出面によって押圧されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のステッピングモータ。
5. 前記凸部の角部分には、傾斜面又は湾曲面が形成されていること、
   を特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のステッピングモータ。
6. 前記軸受板には、
   板圧方向に貫通し、回転軸を支持する軸受孔が貫設され、
   前記外側端面には前記軸受孔よりも大径の凹部が形成されるとともに、当該凹部から前記軸受板の外周面にかけて切り欠かれた切り欠き部が設けられ、
   前記端板には、外周部から前記切り欠き部を通って前記凹部に向けて切り起こされた板バネが設けられ、
   前記回転軸は、前記軸受孔を挿通して板バネに当接し、前記板バネにより付勢されること、
   を特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載のステッピングモータ。