(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来の技術においては、ロータの回転とともに予圧バネが回転していた。このため、回転により予圧バネが振動し、予圧バネと他の部材とがぶつかることで騒音が発生するという問題があった。
【0008】
特許文献1の技術では、ロータの出力側端面に設けられた環状凹部内に、バネの一端が収容されているので、回転によるバネの振動をある程度防ぐことができる。しかし、ロータの端面において環状凹部を設けるスペースは限られているため、モータに搭載することのできるバネのサイズには限度がある。特に、モータが小さいサイズである場合には、ロータを十分に付勢することのできる付勢力を、モータに搭載したバネから得ることは難しかった。
【0009】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、騒音を抑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である。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一の局面に従うステッピングモータは、回転軸と、回転軸に固定されたマグネットとを含むロータと、ロータの外径側に配置されたステータであって、回転軸を回転可能に支持する軸受を含むステータと、板バネとを備えている。板バネは、ステータに固定された外径部と、軸受とマグネットとの間の空間に位置し、ロータを回転軸方向に付勢する内径部とを含
み、ステータは、流された電流により磁界を発生するコイルと、コイルにおける回転軸方向の端部に設けられたヨークと、ヨークにおける回転軸方向の端部に設けられ、軸受が固定されたフランジとをさらに含み、外径部は、ヨークとフランジとに挟まれて固定されている。
【0013】
上記ステッピングモータにおいて好ましくは、外径部は、ヨークおよびフランジのうち少なくともいずれか一方に、溶接にて固定されている。
【0014】
上記ステッピングモータにおいて好ましくは、ヨークは、コイルにおける回転軸方向の両端部に設けられており、フランジは、ヨークにおける回転軸方向の一方の端部に設けられた第1のフランジと、ヨークにおける回転軸方向の他方の端部に設けられた第2のフランジとを含み、軸受は、第1のフランジに固定された第1の軸受と、第2のフランジに固定された第2の軸受とを含み、内径部は、第1の軸受とロータとの間に位置し、ロータを第2の軸受に向かう方向に付勢し、第2の軸受は、ロータの回転軸方向の荷重をさらに支持する。
【0015】
上記ステッピングモータにおいて好ましくは、内径部とロータとの間、およびロータと第2の軸受との間のうち少なくともいずれか一方に設けられたワッシャをさらに備える。
【0016】
上記ステッピングモータにおいて好ましくは、板バネは、回転軸の外周面に沿って円弧状に延在し、外径部と内径部とを接続する複数の腕部をさらに含む。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、騒音を抑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ができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【0021】
始めに、本実施の形態におけるステッピングモータの構成について説明する。
【0022】
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるステッピングモータの構成を模式的に示す外観図である。
図2は、
図1のII−II線に沿う断面図である。
【0023】
図1および
図2を参照して、本実施の形態のステッピングモータは、クローポール型PM(Permanent Magnet)モータであり、ロータ10と、ステータ20と、板バネ51と、ワッシャ61および62とを備えている。
【0024】
ロータ10は、回転軸11と、マグネット12とを含んでいる。
【0025】
回転軸11は、ロータ10の回転の中心である中心軸Rを含んでおり、
図2中横方向に延在している。回転軸11に沿った
図2中左方向が出力軸方向となっており、回転軸11に沿った
図2中右方向が反出力軸方向となっている。
【0026】
マグネット12は円筒形状を有しており、回転軸11の外周面に固定されている。マグネット12の外周面は着磁されている。マグネット12の外周面には、周方向に沿ってN極とS極とが交互に形成されている。
【0027】
ステータ20は、ロータ10の外径側に配置されている。ステータ20は、第1のステータ20Aと、第2のステータ20Bと、フランジ41および43と、軸受42および44とを含んでいる。
【0028】
第1のステータ20Aは、コイル21と、ボビン22と、ヨーク23および24とを含んでいる。コイル21はボビン22に巻き付けられている。ボビン22は円筒形状を有している。ボビン22における回転軸方向の両端部は、外径側に延在している。コイル21の回転軸方向の両端部は、ボビン22における外径側に延在した部分によって覆われている。
【0029】
ヨーク23は、コイル21およびボビン22の外径側に設けられた外径側部分23aと、外径側部分23aの出力軸方向端部から内径側に向かって延在し、コイル21およびボビン22における出力軸方向端部(回転軸方向の一方の端部)に設けられた延在部分23bと、延在部分23bの内径側端部からヨーク24に向かって等間隔で突出した複数のクローポール23cとを含んでいる。複数のクローポール23cは、コイル21およびボビン22の内径側に設けられている。
【0030】
ヨーク24は、外径側部分23aの内周面から内径側に向かって延在した延在部分24aと、延在部分24aの内径側端部から出力軸方向に等間隔で突出した複数のクローポール24bとを含んでいる。複数のクローポール24bは、コイル21およびボビン22の内径側に設けられている。複数のクローポール23cの各々と、複数のクローポール24bの各々とは、第1のステータ20Aの内周面を構成しており、周方向に沿って交互に設けられている。
【0031】
第2のステータ20Bは、コイル31と、ボビン32と、ヨーク33および34とを含んでいる。コイル31はボビン32に巻き付けられている。ボビン32は円筒形状を有している。ボビン32における回転軸方向の両端部は、外径側に延在している。コイル31の回転軸方向の両端部は、ボビン32における外径側に延在した部分によって覆われている。
【0032】
ヨーク33は、コイル31およびボビン32の外径側に設けられた外径側部分33aと、外径側部分33aの反出力軸方向端部から内径側に向かって延在し、コイル31およびボビン32の反出力軸方向端部(回転軸方向の他方の端部)に設けられた延在部分33bと、延在部分33bの内径側端部から出力軸方向に等間隔で突出した複数のクローポール33cとを含んでいる。複数のクローポール33cは、コイル31およびボビン32の内径側に設けられている。
【0033】
ヨーク34は、外径側部分33aの内周面から内径側に向かって延在した延在部分34aと、延在部分34aの内径側端部から延在部分33bに向かって等間隔で突出した複数のクローポール34bとを含んでいる。複数のクローポール34bは、コイル31およびボビン32の内径側に設けられている。複数のクローポール33cの各々と、複数のクローポール34bの各々とは、第2のステータ20Bの内周面を構成しており、周方向に沿って交互に設けられている。
【0034】
ヨーク23における出力軸方向端部には、円盤状のフランジ41が設けられている。フランジ41はヨーク23に固定されている。フランジ41は、軸受42を挿入するための孔41aを有しており、孔41a内には軸受42が嵌め込まれて固定されている。軸受42は回転軸11を挿入するための孔42aを有している。軸受42は、回転軸11との間で滑り軸受を構成し、回転軸11を回転可能に支持する。
【0035】
ヨーク33における反出力軸方向端部には、円盤状のフランジ43が設けられている。フランジ43はヨーク33に固定されている。フランジ43は、軸受44を挿入するための孔43aを有しており、孔43a内には軸受44が嵌め込まれて固定されている。軸受44は回転軸11を挿入するための孔44aを有している。軸受44は、回転軸11との間で滑り軸受を構成し、回転軸11を回転可能に支持する。軸受44は、ロータ10の回転軸方向の荷重をさらに支持する。
【0036】
なお、軸受42および44は、ここでは滑り軸受であるが、玉軸受などの別の種類の軸受であってもよい。第1のステータ20Aおよび第2のステータ20Bは一体化していてもよい。ステータ20は、第1のステータ20Aおよび第2のステータ20Bの一方のみを含んでいてもよい
【0037】
コイル21および31の各々にはコネクタ63および64の各々が接続されている。コイル21および31は、コネクタ63および64に接続された電源(図示無し)から電力の供給を受ける。
【0038】
図3は、板バネ51の構成を模式的に示す側面図である。
図4は、板バネ51の構成を模式的に示す平面図である。
【0039】
図3および
図4を参照して、板バネ51は、外径部52と、連結部53(板バネの内径部の一例)と、腕部54a、54b、および54cとを含んでいる。外径部52は、板バネ51の最外径部に形成されており、環状平板の形状を有している。外径部52は、ヨーク23および33やフランジ41および43の外径とほぼ同じサイズの外径を有している。連結部53は、外径部52よりも内径側に形成されており、環状平板の形状を有している。連結部53は外径部52よりも
図3中上方向に突出している。連結部53の中心には、回転軸11を貫通させるための中心孔56が形成されている。外径部52、連結部53、および中心孔56は同芯である。
【0040】
腕部54a、54b、および54cは、外径部52と連結部53とを接続している。腕部54a、54b、および54cの各々は、中心孔56の外周(言い換えれば、回転軸11の外周面)に沿って等間隔に配置されており、約120度の中心角を有する円弧状の形状を有している。腕部54aと腕部54bとの間にはスリット55aが設けられており、腕部54bと腕部54cとの間にはスリット55bが設けられており、腕部54cと腕部54aとの間にはスリット55cが設けられている。スリット55a、55bおよび55cの各々は、約240度の中心角を有する円弧(渦巻き状)の形状をしている。なお、腕部の長さや個数は任意である。腕部54a、54b、および54cは、スリット55a、55b、および55cを形成することにより形成されている。腕部54a、54b、および54cは、バネとして機能する。
【0041】
板バネ51は、スリット55a、55bおよび55cを形成し、連結部53を外径部52から引き上げ、腕部54a、54b、および54cの各々を、連結部53との接続部、および外径部52との接続部の各々で所定の角度で折り曲げることで、作製される。板バネ51は、ステンレス製のバネ鋼をプレス加工で打ち抜き、打ち抜き後のバネ鋼を曲げ加工することで作製されてもよい。
【0042】
図2〜
図4を参照して、板バネ51の外径部52は、ステータ20に固定されている。具体的には、外径部52は、ヨーク23とフランジ41との間に挟まれている。外径部52は、ヨーク23およびフランジ41のうち少なくともいずれか一方に固定されていてもよい。また外径部52は、溶接または接着などにより固定されていてもよい。
【0043】
板バネ51の連結部53、ならびに腕部54a、54b、および54cは、軸受42とマグネット12との間の空間に位置している。連結部53は、ロータ10を軸受44に向かう方向に付勢している(ロータ10に反出力軸方向の予圧を与えている)。連結部53は、ワッシャ61と対向摺接し、弱い摩擦力で円滑に滑る滑り面となる。
【0044】
ワッシャ61は、連結部53とマグネット12との間に設けられている。ワッシャ62は、マグネット12と軸受44との間に設けられている。ワッシャ61および62は、省略されてもよいし、いずれか一方のみが設けられてもよい。
【0045】
次に、本実施の形態におけるステッピングモータの動作について説明する。電源(図示無し)からコイル21および31に電力が供給されると、コイル21および31に電流(励磁電流)が流れ、コイル21および31から磁界が発生する。この磁界により、複数のクローポール23cおよび複数のクローポール24bの各々は、周方向に沿ってN極とS極とに交互に磁化され、複数のクローポール33cおよび複数のクローポール34bの各々は、周方向に沿ってN極とS極とに交互に磁化される。複数のクローポール23c、複数のクローポール24b、複数のクローポール33c、および複数のクローポール34bの各々の磁極と、マグネット12に形成された磁極との相互作用により、ロータ10は回転する。
【0046】
ロータ10が回転する際、板バネ51はステータ20に固定されているので、回転しない。ロータ10が回転する際、板バネ51とワッシャ61との間、およびワッシャ61とマグネット12との間のうち少なくともいずれか一方が摺動する。また、軸受44とワッシャ62との間、およびワッシャ62とマグネット12との間のうち少なくともいずれか一方が摺動する。さらに、軸受42および軸受44の各々と、回転軸11との間が摺動する。コイル21および31への電力の供給が停止されると、コイル21および31から発生されていた磁界が消滅し、ロータ10の回転は停止する。
【0048】
図5は、本発明の第2の実施の形態におけるステッピングモータの構成を模式的に示す断面図である。なお、第2〜第4の実施の形態におけるステッピングモータは、
図1に示すと同様の外観を有しており、
図5〜
図7は、
図1のII−II線に沿う断面を示している。
【0049】
図5を参照して、本実施の形態におけるステッピングモータは、板バネ51がマグネット12よりも軸受44側に設けられている点において、第1の実施の形態におけるステッピングモータと異なっている。
【0050】
板バネ51の外径部52は、ヨーク33とフランジ43との間に挟まれている。外径部52は、ヨーク33およびフランジ43のうち少なくともいずれか一方に固定されていてもよい。また外径部52は、溶接または接着により固定されていてもよい。
【0051】
板バネ51の連結部53、ならびに腕部54a、54b、および54cは、軸受44とマグネット12との間の空間に位置している。連結部53は、ロータ10を軸受42に向かう方向に付勢している(ロータ10に出力軸方向の予圧を与えている)。連結部53は、ワッシャ62と対向摺接し、弱い摩擦力で円滑に滑る滑り面となる。
【0052】
軸受42は、ロータ10の回転軸方向の荷重をさらに支持する。
【0053】
ワッシャ62は、連結部53とマグネット12との間に設けられている。ワッシャ61は、マグネット12と軸受42との間に設けられている。
【0055】
図6は、本発明の第3の実施の形態におけるステッピングモータの構成を模式的に示す断面図である。
【0056】
図6を参照して、本実施の形態ステッピングモータは、フランジを有しておらず、軸受42および44の各々がヨーク23および33の各々に固定されている点で、第1の実施の形態におけるステッピングモータと異なっている。
【0057】
ヨーク23は、外径側部分23aと延在部分23bとの境界部分から出力軸方向に突出した突出部23dをさらに含んでいる。突出部23dは円筒状の形状を有している。突出部23dの内径側には軸受42が嵌め込まれて固定されている。
【0058】
ヨーク33は、外径側部分33aと延在部分33bとの境界部分から反出力軸方向に突出した突出部33dをさらに含んでいる。突出部33dは円筒状の形状を有している。突出部33dの内径側には軸受44が嵌め込まれて固定されている。
【0059】
板バネ51の外径部52は、ヨーク23の延在部分23bと軸受42との間に挟まれている。
【0060】
なお、上述以外のステッピングモータの構成及びステッピングモータの動作は、第1の実施の形態におけるステッピングモータの構成及び動作と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【0062】
図7は、本発明の第4の実施の形態におけるステッピングモータの構成を模式的に示す断面図である。
【0063】
図7を参照して、本実施の形態ステッピングモータは、HB(Hybrid)型であり、コイルにおける出力軸方向端部にヨークが設けられていない点で、第1の実施の形態におけるステッピングモータと異なっている。
【0064】
ステータ20は、コイル21と、ヨーク25と、複数のティース26と、フランジ41および43と、軸受42および44とを含んでいる。ヨーク25は円筒状の形状を有している。複数のティース26の各々はヨーク25の内周面から等間隔で突出している。コイル21は、複数のティース26の各々に巻回されている。
【0065】
ヨーク25は、複数のティース26およびコイル21よりも出力軸方向および反出力軸方向に突出している。ヨーク25は、コイル21の出力軸方向端部および反出力軸方向端部には設けられていない。フランジ41はヨーク25の出力軸方向端部に設けられており、フランジ43はヨーク25の反出力軸方向端部に設けられている。
【0066】
板バネ51の外径部52は、ヨーク25とコイル21との間に位置しており、フランジ41に固定されている。
【0067】
なお、上述以外のステッピングモータの構成及びステッピングモータの動作は、第1の実施の形態におけるステッピングモータの構成及び動作と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【0069】
上述の実施の形態によれば、板バネがステータに固定されているので、ロータが回転する際に板バネがロータとともに回転せず、静止する。その結果、板バネの予圧効果によりロータのスラスト方向のブレを抑えるとともに、板バネの回転による騒音を抑止することができる。
【0070】
また、コイルバネでなく板バネを用いてロータを付勢するので、モータの回転軸方向の寸法をより小さくすることができ、モータの小型化を図ることができる。
【0071】
コイルへの電力の供給が停止された場合、ロータは、直ちに停止せずに、コギングトルクによってステータとの磁気的バランスが保たれる位置まで動く傾向がある。しかし、板バネとワッシャとの間などの各摺接部分には適度な摩擦力があるので、コイルへの電力の供給が停止された場合にロータの回転を停止することができ、不要なロータの動きを止めることができる。
【0073】
上述の実施の形態におけるステッピングモータは、PM型の他、VR(Variable Reluctance)型やHB型などであってもよい。
【0074】
上述の実施の形態は互いに組み合わせることができる。たとえば、第2、第3、または第4の実施の形態におけるステッピングモータにおいて、ワッシャが省略されてもよい。第1、第2、または第3の実施の形態におけるステッピングモータが、VR型またはHB型の構成を有していてもよい。第4の実施の形態におけるステッピングモータが、PM型またはHB型の構成を有していてもよい。
【0075】
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。