JP2008199835A - ステッピングモータ、それを用いた電子機器、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ステッピングモータ1が、円周方向に多極磁化された円筒状の永久磁石2を有するロータ3と、その周囲を囲んだ状態で、軸線L方向に互いに隣接するように配された環状のステータ4、5とを備え、それらステータが、環状の空芯コイル15と、磁極歯16aを有する外ヨーク16と、磁極歯17aを有し、磁極歯17aが外ヨーク16の磁極歯16aに対して非接触状態で交互に等間隔で並ぶように配置される内ヨーク17とを有し、ステータ4、5の間には、ステータ4、5を軸線L方向に離間させる非磁性体のスペーサ6が設けられた構成とする。
【選択図】 図3
Description
コイル巻線を巻きつけるためのボビンを使用するタイプのステッピングモータでは、一般にボビンを利用してコイル巻線の端末処理を行うことができるが、特許文献1に記載されたようなボビンを用いないタイプのステッピングモータでは、コイル巻線の端末処理をどのように行うかが問題となる。
特許文献1では、内ステータコアのフランジ部の外縁部から側方に2本の端子ピンを突出させ、この端子ピンに巻線を巻き付けている。そして、A相、B相の内ステータコアを隣接させた状態で、それぞれの外周を外ステータコアで覆ってステッピングモータを構成している。
また、特許文献2には、空芯コイルを収納した第1、第2のステータコアを隣接させてから、それぞれの空芯コイルの巻線の端末を外周部に出し、ステータコアの側面に嵌合可能な端子台を、ステータコアに嵌合するとともに、端子台上の端子ピンに巻線の端末を巻き付けるようにした2相PM型のステッピングモータが記載されている。
特許文献1に記載の技術では、A相ステータとB相ステータとは、直接隣接し、1つの外ステータコアで覆われている。また、ボビンを設けず、コイル巻線の端末処理のための部材も設けないため、内ステータコアの外縁部から側方に端子ピンを突出させている。
このため、A相、B相ステータの磁気回路は分離されておらず、これに加えて外ステータコアの切り欠きにより磁気分布の乱れた生じるため、ディテントトルクが大きくなり、駆動トルクが増大したり、振動が大きくなったりするという問題がある。
また、特許文献2に記載の技術では、別部材の端子台をステータの側方に設けるため、端子台を設置するために外ステータコアの切り欠きが必要となる。また、2つのステータが直接接している点は、特許文献1のステッピングモータと同様のため、やはりその影響によりディテントトルクや振動が増大するという問題がある。
また、ステータに空芯コイルを取り付けてから、端子台への端末処理を行うため、組立に手間がかかるという問題がある。
そして、これらの技術では端子ピンや端子台がステータの径方向に張り出してしまうため、実際的にモータの大きさが増大してしまうという欠点を有していた。
この発明によれば、非磁性体の離間部材により、第1及び第2のステータをロータの軸線方向に離間させるので、第1及び第2のステータによるA相、B相のそれぞれの磁気回路がロータの軸線方向に離されるため、ディテントトルクを低減することができる。
また、第1及び第2のステータに挟まれた離間部材により巻線の端末処理を行うための部材を配置したり、端末処理を行うスペースを離間部材の側方に確保したりすることができるので、各ステータの側方を利用することなく巻線の端末処理を行うことができる。そのため、空芯コイルの側方の外ヨークに磁気分布を乱すような切り欠きなどを設ける必要がないので各ステータの磁界分布の乱れを低減することができる。
この発明によれば、離間部材に第1及び第2のステータの各内ヨークの基体部を固定するため各内ヨークの磁極歯の位置合わせが容易となるとともに、磁極歯がそれぞれロータの軸線方向の両側に延ばされた状態に組み付けることができるため空芯コイルの形成、取り付けを両側から効率的に行うことができる。
この発明によれば、離間部材に複数の位置決め部を備えるので、第1及び第2のステータの各内ヨークの基体部の被位置決め部にそれぞれ嵌合させることで、各内ヨークの周方向位置を容易かつ高精度に位置決めすることができる。
この発明によれば、端末処理部が、離間部材の外縁部に設けられているので、空芯コイルから延びる巻線の端末を離間部材の外縁部に導いて端末処理部に接続することができる。そのため、端末処理のために、例えば端子台などの部材を設けることなく、また第1及び第2のステータの側方の空間を端末処理に用いないので、構成が簡素になり、端末処理の作業が容易となる。
また、空芯コイルの側方の外ヨークに切り欠きなどを設ける必要がないので各ステータの磁界分布の乱れを低減することができる。
この発明によれば、離間部材に設けられた端末処理部に、ランド部が形成されているので、はんだ付けによる端末処理を行うことができる。
また、ランド部に巻線端末をはんだ付けしてから、離間部材に固定された内ヨークに巻線の巻き付けを行って空芯コイルを形成することが容易となる。
該板状部の基端側に前記複数のランド部が設けられ、該複数のランド部から、前記板状部の先端側に向かって導電パターンが形成された構成とする。
この発明によれば、板状部が折り曲げ可能なため、板状部をモータ外周側に折り曲げることにより、端子をモータ径方向に突出させることなく設置することができ、モータを小型化できる。また、板状部を延出方向の適宜位置で折り曲げてはいまわすことにより、モータの側面部に限らず、軸方向の両端部や周方向の任意の位置に端子を自由に設置することができる。特に、モータ外周面に沿ってはいまわすことで配線スペースを節減できるため、モータの配置スペースを低減することが可能となる。
ここで、板状部はFPC等の可撓性を有する基板等により構成され、折り曲げ部に切欠部が設けられていることが望ましい。
この発明によれば、巻線巻き付け部を備えるので、空芯コイルの巻線の端末を巻線巻き付け部に巻き付けて端末処理することができる。
この発明によれば、請求項1〜7のいずれかに記載のステッピングモータを用いるので、請求項1〜7のいずれか一つに記載の発明と同様の作用効果を奏する。
この発明によれば、内ヨーク組立体形成工程により、内ヨーク組立体を形成し、次に、空芯コイル形成工程により、端末処理部に空芯コイルの巻線の端末を固定して、各内ヨークの磁極歯の外周側に巻線を巻き付けて空芯コイルを、それぞれ形成する。そのため、空芯コイルを形成してから内ヨークに取り付ける場合のように、未固定の巻線の端末を残したまま組み付けなくてもよいので、効率的な製造を行うことができる。
また、離間部材を端末処理部材として利用することで、端子を小型化し、モータ全体の小型化を図ることが可能である。
本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータについて説明する。
図1(a)、(b)は、本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータの正面図および平面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータの分解斜視図である。図3は、図1(b)におけるA−A断面図である。図4は、本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータに用いる離間部材の斜視図である。図5は、図2におけるB部の拡大斜視図である。図6は、本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータに用いる内ヨークの平面図である。
永久磁石2は、本実施形態では、一例として、円周方向Rに磁極が8分割され、交互に極性が異なるように着磁されている。
スペーサ6は、ステータ4、5を軸線L方向に離間させて、それぞれの磁気回路を分離できるような厚さを有する非磁性体から構成される。
非磁性体の材質、種類は特に限定されないが、本実施形態では、少なくとも一部が表面に露出する導電パターン6Aが形成できる、合成樹脂などの非磁性の絶縁体材料を採用している。例えば、プリント基板や、フレキシブルプリント配線板(FPC)なども好適に採用することができる。
これら位置決め穴6f、6gと端末処理部6bとの位置関係は、適宜設定することができるが、本実施形態では、一例として、各位置決め穴6fと、各位置決め穴6gとを、軸線Lと端末処理部6bの中心とを通る中心線mに関して対称に配置している。すなわち、中心線mは、位置決め穴6f、6gの中心を結ぶ2本の直線とそれぞれ45°で交差している。
一対のランド部6cは、空芯コイル15の巻線端末15a、15b(図8参照)をそれぞれはんだ付けするためのもので、端末処理部6bの基端側に円周方向Rに隣接して設けられている。内ヨーク17との干渉を避けるためには、スペーサ本体6aの外周位置に相当する位置の近傍に設けることが好ましい。
導体部6dは、各ランド部6cから端末処理部6bの先端側に向けて延ばされたリード線パターンである。
端子部6eは、導体部6dの先端に接続され、適宜の外部回路と電気的に接続するためのもので、外部回路の必要に応じて、適宜のピッチ、形状で設けられている。例えば、フレキシブル基板をはんだ付けしたり、コネクタと接触させたりすることで、電気的に接続できるようになっている。
このように、端末処理部6bを板状部として構成するため、外部回路と接続するための汎用的なフレキシブル基板、コネクタ等に対応した端子部6eを形成することが容易である。
なお、スペーサ6をプリント基板や、FPCなどで形成する場合には、導電パターン6Aは、基板内の配線パターンとしてスペーサ6に一体形成することができる。この場合、例えば、導体部6dなど、表面に露出させる必要がないパターンは、基板内部に設けられていてもよい。
そこで、以下では、ステータ4について説明し、ステータ5の構成の説明は省略する。
空芯コイル15の表面は、本実施形態では、コイル線材外皮に設けられた絶縁層及び接着層により絶縁状態となっている。
磁極歯16aの側面視形状は、背面部16c側の基端部から先端に向かって徐々に幅が狭くなる台形形状とされている。
このため、外筒部16b、背面部16c、磁極歯16aとで囲まれた径方向断面が略コ字状で、周方向には円筒状をなすスペースは、空芯コイル15をちょうど収納できるようになっている。
このような外ヨーク16は、例えば、プレス加工などによって形成することができる。
なお、本実施形態では、一例として、磁極歯16aが円周方向Rに一定の間隔を空けて4つ並んで形成された場合で説明する。
なお、本実施形態では、ヨーク17の磁極歯17aは、外ヨーク16の磁極歯16aに対応して、円周方向Rに一定の間隔を空けて4つ並ぶように設けられている。
内ヨーク17の材質は、外ヨーク16と同様の、純鉄等の磁性体の金属材料を採用することができる。
すなわち、ステータ4の空芯コイル15は、組立時に、外筒部16b、背面部16c、磁極歯16a、17a、リング部17bで囲まれる状態で収納されている。特に、空芯コイル15の側面視では、外筒部16bにより略覆われた状態とされている。
空芯コイル15の内周面では、磁極歯16a、17aの台形の斜辺同士が隙間を空けて隣接し、互いの磁極歯16a、17aが非接触状態で円周方向Rに交互に等間隔で並ぶようになっている。
これらの突起部17cは、軸線Lを中心として、位置決め穴6f、6gが位置するのと同一径の円周上の1/4円弧の両端となる位置に設けられている。
突起部17cは、適宜の突起により形成することができるが、本実施形態では、ハーフパンチ(半抜き)加工によりスペーサ6に対向する側に突出された突起として形成されている。そのため、リング部17bの裏面の突起部17cに対応する位置に凹部が形成されている(図5参照)。図6では、便宜的にこの凹部が見える実線を突起部17cとして指示しており、実際の突起部17cは、図示のリング部17bの裏面側(紙面奥側)に突出されている。
ステータ4の突起部17cは、本実施形態では、スペーサ6の位置決め穴6f、6fにそれぞれ嵌合するようになっている。そのため、内ヨーク17がスペーサ6に固定されたとき、切り欠き部17dによって、スペーサ6の端末処理部6b上に開放されたスペースが形成される。したがって、スペーサ6の導電パターン6A上に巻線を固定するための配線スペースおよび配線作業のためのスペースが確保される。
また、外ヨーク16は、スペーサ6、もしくは内ヨーク17に対して、上記の位置関係に位置決めされた状態で、例えば、接着または溶接などの適宜の固定手段により固定される。外ヨーク16の位置決めは、位置決め治具などを用いてもよいし、図示しない位置決め形状をそれぞれに設けて位置決めしてもよい。
そのため、ステータ5の磁極歯17aの位置は、図6における各磁極歯17aを、中心線Mに対して線対称に折り返した位置に配置される。このため、図7に示すように、ステータ4の各磁極歯17aとステータ5の各磁極歯17aとが、円周方向R上で、磁極歯17aの幅の半分だけずらされた状態で位置決めされるようになっている。すなわち、本実施形態では、例えば、ステータ4の磁極歯17Aの中心線PAに対して、ステータ5の磁極歯17Dの中心線PDが平面視において、円周方向Rに22.5°だけ回転した位置に配置されている。
図7は、本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータの製造方法における内ヨーク組立体形成工程について説明する斜視図である。図8は、本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータの製造方法における空芯コイル形成工程について説明する斜視図である。図9は、本発明の第1の実施形態に係るステッピングモータの製造方法における外ヨーク組付工程について説明する斜視図である。
まず、内ヨーク組立体形成工程では、図7に示すように、2つの内ヨーク17を、それぞれの突起部17cを、位置決め穴6f、6gに嵌合させて位置決めし、それぞれの内ヨーク17をスペーサ6上に溶接などによって固定し、内ヨーク組立体7を形成する。
そして、巻線15Aを図示上側の内ヨーク17の磁極歯17aの外周面に巻き付け、巻線15Bを図示下側の内ヨーク17の磁極歯17aの外周面に巻き付けていく。巻き付ける磁極歯17aはそれぞれスペーサ6の両側に分かれているので、それぞれを並行して同時に巻き付けることができる。
また、このとき、巻き付け開始側の巻線端末15aはすでにランド部6cにはんだ付けされているので、巻線端末15aが空中に浮遊たりして巻き付け作業の支障とならず、巻き付け作業が容易となる。
このようにして、それぞれの巻線15A、15Bを所定の巻数だけ、各磁極歯17aの上下方向にわたって巻き付ける。これにより所定の厚さ、高さの環状の2つの空芯コイル15が形成される。
この巻き付け作業終了後、巻線15A、15Bのそれぞれの終端の巻線端末15bを、それぞれ端末処理部6bの表裏において、巻線端末15aがはんだ付けされたのと異なるランド部6c上に導き、ランド部6cにはんだ付けして固定する。
ここで、端末処理部6b上には、内ヨーク17の切り欠き部17dにより、開放されたスペースを形成しているので、把持された巻線端末15bやはんだ付け装置などが、容易にランド部6cに接近することできるので、はんだ付け作業が容易となる。
はんだ付けが終了すると、各端子部6eと各巻線端末15a、15bとが、導体部6d、ランド部6cを介して電気的に接続された状態となる。
この状態で、各外ヨーク16を、溶接などによってスペーサ6、もしくは内ヨーク17に固定する。
このとき、側面視では、各空芯コイル15が、外筒部16bで覆われる状態となってい。そして、導電パターン6Aの上方には、内ヨーク17の切り欠き部17dが配置されているため、各外ヨーク16は、ランド部6c上にはんだ付けされた巻線端末15a、15b上を跨いだ状態で固定される。
そして、ロータ3を、ステータ4、5を貫くように挿入する。ロータ3の挿入後、軸受け部8a、9aにシャフト10を挿通させながら、ステータ4、5を両側から挟み込むように一対のプレート8、9を取り付け、例えば、溶接などによって接合する。この際、図3に示すように、永久磁石2とステータ4、5の磁極歯16a、17aとの間は、所定の距離Hが空いた状態になるように治具等により調整されている。
このようにして、ステッピングモータ1が製造される。
例えば、空芯コイル15を別体に形成してから、内ヨーク17に挿入し、巻線端末15a、15bをそれぞれランド部6cのはんだ付けしてもよいが、この場合、不安定な形状の巻線端末15a、15bを有した空芯コイル15を搬送、挿入し、巻線端末15a、15bを把持して、ランド部6cに導く必要があるので、大がかりな治具やロボットなどを用いる必要があり、本実施形態で説明した製造方法と比べると組付工程を完全には自動化しにくいものとなる。
すなわち、ステッピングモータ1は、空芯コイル15に電流を流すと、ステータ4、5の各磁極歯16a、17aが順にN極、S極に励磁される。その結果、ロータ3を軸線L回りに回転させることができる。
また、巻線の端末処理などのために端子台などが不要なので、部品点数を削減することができる。
また、端末処理部6bは、スペーサ6に一体化され、側方に突出して設けられているので、空芯コイル15を形成する妨げとならず効率的な製造が行える。
図10は、本発明の第1実施形態に係るステッピングモータの第1変形例の主要部の構成を示す斜視図である。
なお、端子ピン60aは、巻線端末15a、15bを巻き付けてはんだ付けしても、隣接する端子ピン60a同士が導通しないような隙間を形成しておくものとする。
すなわち、上記の空芯コイル形成工程において、各巻線端末15aを、端子ピン60aに巻き付けて固定してから、空芯コイル15の巻き付けを開始する。そして、空芯コイル15が形成されてから、巻線端末15bを各端子ピン60aに巻き付けて固定する。
これらを、端子ピン60aの4箇所について行った後、各端子ピン60aにおいて、各巻線端末15a、15bを一斉にはんだ付けする。はんだ付けは、フロー方式でも、リフロー方式でもよい。
このはんだ付けにより、端子ピン60aには、はんだ層による導体部が形成されるので、外部回路と電気的に接続することが可能な端末処理部を形成することができる。
また、はんだ付けする際に、巻線端末15a、15bを押さえておく必要がないため、巻線装置の動作が簡素化され、さらに自動化に適する製造方法となる。
図11は、本発明の第1実施形態に係るステッピングモータの第2変形例の主要部の構成を示す斜視図である。
すなわち、板状部61aの表面側の先端部に形成された4つの端子部61eは、それぞれ、表裏面の4つのランド部6cに導通されている。
また、板状部61aには、端子部61e、ランド部6cの間に、板状部61aの幅方向外側に幅方向に交差して折り曲げる目印となるノッチ61c、61cが、2組、形成されている。
そして、必要に応じて、板状部61aを折り曲げることで端子部61eを適宜の位置、方向、例えば、モータ径方向、軸方向、周方向などに向けることができるので、端子部61eの配置位置を、モータの側面部に限らず、軸方向の両端部や周方向の任意の位置に自由に設定することができるようになり、汎用性を向上することができる。
また、切り欠き61bの基端部で折り曲げて、板状部61aを外ヨーク16の外周面に沿って配置することで、モータ側方への突出部分を低減することができるため、ステッピングモータ1の一層の小型化を図ることができる。この場合、シート状の板状部61aを外ヨーク16の外周面に沿って配線のはいまわしを行うことで、配線スペースを低減し、省スペースかを図ることができる。外ヨーク16の外周面に沿ってはいまわす場合、板状部61aは、外ヨーク16と、例えば接着などにより固定することが好ましい。
次に、本発明の第2の実施形態に係る電子機器について説明する。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る電子機器の概略構成を示す断面図である。
また、第1の支持プレート110の裏面には、図示しない制御部、モータドライバ及び信号処理部や上記撮像素子103が実装された回路基板114が取り付けられている。このうち、撮像素子103は、第1の支持プレート110に形成された開口部110a内に収まるように、設置位置が調整されている。なお、この撮像素子103は、例えば、CCDやCMOS等の半導体デバイスである。
信号処理部は、撮像素子103から出力された信号を処理して制御部に出力している。
ステッピングモータ1のシャフト10の先端には、レンズ駆動手段102の入力ギヤ123aに噛み合う駆動ギヤ122が設けられている。
移動ホルダ116、117は、送りネジ軸120の回転によって、レンズ体101の位置およびズーム動作を実現する移動機構を構成している。
3 ロータ
4 ステータ(第1のステータ)
5 ステータ(第2のステータ)
6、60、61 スペーサ(離間部材)
6A、6B 導電パターン
6c ランド部
6d、61d 導体部
6e、61e 端子部
6a スペーサ本体
6b 端末処理部
6f、6g 位置決め穴(位置決め部)
7 内ヨーク組立体
8、9 プレート
L 軸線
15 空芯コイル
15a、15b 巻線端末
16 外ヨーク
17 内ヨーク
16a、17a 磁極歯
17b リング部(基体部)
17c 突起部(被位置決め部)
17d 切り欠き部
60a 端子ピン(端末処理部)
61a 板状部(端末処理部)
61c ノッチ(分断用加工)
100 カメラ付き携帯電話器(電子機器)
Claims (9)
- 円周方向に多極磁化された円筒状の永久磁石を有するロータと、
該ロータの周囲を囲んだ状態で、前記ロータの軸線方向に互いに隣接するように配された環状の第1及び第2のステータとを備え、
該第1及び第2のステータは、それぞれ、
環状の空芯コイルと、
該空芯コイルを内部に収納するとともに、該空芯コイルの内周側に周方向に沿って一定の間隔を空けて複数形成された磁極歯を有する外ヨークと、
環状の基体部上に前記空芯コイルの内周側に周方向に沿って一定の間隔を空けて複数立設された磁極歯を有し、該磁極歯が前記外ヨークの磁極歯に対して非接触状態で交互に等間隔で並ぶように配置される内ヨークとを有し、
前記第1及び第2のステータの間には、前記第1及び第2のステータを前記ロータの軸線方向に離間させる非磁性体の離間部材が設けられたことを特徴とするステッピングモータ。 - 前記第1及び第2のステータの各内ヨークは、前記各基体部で、前記離間部材にそれぞれ固定されてな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。
- 前記第1及び第2のステータの各内ヨークは、
前記各基体部に、周方向位置の位置決めに用いる被位置決め部を備え、
前記離間部材は、
前記各内ヨークの前記各被位置決め部に嵌合する複数の位置決め部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のステッピングモータ。 - 前記離間部材は、
前記第1及び第2のステータの前記各空芯コイルから延びる巻線の端末をそれぞれ固定して外部回路との電気的な接続を可能にする端末処理部を、外縁部に設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のステッピングモータ。 - 前記端末処理部は、
前記離間部材の表面に、はんだ付け用の複数のランド部が形成されてなることを特徴とする請求項4に記載のステッピングモータ。 - 前記端末処理部は、
前記離間部材の外周側の側方に延出された折り曲げ可能な板状部に形成され、
該板状部の基端側に前記複数のランド部が設けられ、
該複数のランド部から、前記板状部の先端側に向かって導電パターンが形成されたことを特徴とする請求項4に記載のステッピングモータ。 - 前記端末処理部は、
前記離間部材の外周側の側方に突出されてなる巻線巻き付け部からなることを特徴とする請求項4に記載のステッピングモータ。 - 請求項1〜7のいずれか一つに記載のステッピングモータを用いた電子機器。
- 円周方向に多極磁化された円筒状の永久磁石を有するロータと、該ロータの周囲を囲んだ状態で、前記ロータの軸線方向に互いに隣接するように配された環状の第1及び第2のステータとを備え、該第1及び第2のステータは、それぞれ、環状の空芯コイルと、該空芯コイルを内部に収納するとともに、該空芯コイルの内周側に周方向に沿って一定の間隔を空けて複数形成された磁極歯を有する外ヨークと、環状の基体部上に前記空芯コイルの内周側に周方向に沿って一定の間隔を空けて複数立設された磁極歯を有し、該磁極歯が前記外ヨークの磁極歯に対して非接触状態で交互に等間隔で並ぶように配置される内ヨークとを有し、前記第1及び第2のステータの間には、前記第1及び第2のステータを前記ロータの軸線方向に離間させる非磁性体の離間部材が設けられたステッピングモータの製造方法であって、
前記離間部材の表裏面に、前記2つの内ヨークを前記基体部でそれぞれ固定して、内ヨーク組立体を形成する内ヨーク組立体形成工程と、
前記内ヨーク組立体の前記端末処理部に、前記巻線の端末を固定し、前記各内ヨークの磁極歯の外周側に、前記巻線を巻き付けて前記空芯コイルをそれぞれ形成する空芯コイル形成工程とを備えることを特徴とするステッピングモータの製造方法。
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