JP3867286B2

JP3867286B2 - ステッピングモータ及びその製造方法

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Publication number: JP3867286B2
Application number: JP2000285365A
Authority: JP
Inventors: 英二眞弓; 泰弘太田; 量世岡嶌
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: CN1345113A; CN1205732C; JP2002101633A; US6596215B2; US20020036433A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造時におけるステータコアの極歯の倒れが発生しない構造のステッピングモータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された円筒形の永久磁石をロータとし、このロータの外周面に、極歯を備えたステータコアを一体的に樹脂で固めたコイルボビンにコイルを巻回して構成したステータを配置したステッピングモータが種々提案されている。このような構成のステッピングモータは、ステータコアをコイルボビンと一体的に樹脂成形する際、極歯が樹脂の成形圧によって外側に曲がってしまうという問題を抱えている。極歯が外側に曲がってしまうと、極歯とロータとのギャップが広くなりすぎてモータ特性に重大な影響を与える。このため、従来は、上述の成形圧を慎重に調整し、極歯が外側に曲がらないように配慮する必要があるため、これが製造コストを上昇させる原因となる。
【０００３】
なお、特開平６−１６５４６７号公報記載のステッピングモータは、上述した極歯の外側への曲がりを防止する構成を備えている。このステッピングモータは２相式となっており、図５に示すように、極歯をそれぞれ備えた２つのステータコア４１ａ，４１ｂを１組とするコア組を２相に重ねたものとなっている（他のコア組を構成する各ステータコアを４１ｃ，４１ｄで示す）。そして、各コア組においては、それぞれ極歯間のみを合成樹脂８１にて一体成形しており、極歯の半径方向外側部分には合成樹脂８１が回り込まない構成となっている。このため、合成樹脂８１の成形圧が、極歯に対して半径方向には影響を与えず外側への曲がりが生じさせないようになっている。そして、このように構成されたステッピングモータは、上述の極歯の外周面に絶縁被膜がなされたコイル（図示省略）が直接巻回される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したように、特開平６−１６５４６７号公報記載のステッピングモータにおいては、極歯間に合成樹脂８１を充填し固めるだけで各組のステータコア４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを一体的に連結させる構成となっている。そのため、各ステータコア４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを一体的に保持する保持力、すなわち成形後のコイルボビンの剛性が弱いという問題がある。また、上述したように、極歯の外周面に直接接触するようにコイルが巻回されているため、絶縁がなされているとはいうものの、その絶縁性には問題がある。すなわち、コイルには絶縁被膜が形成されているが、コイルの表面は巻回する際の取り扱い状態によっては傷が生じたりすることもあるため、コイルの通電部（銅線部分）が露出してしまう危険もある。この露出したコイルの通電部と極歯とが接触してしまうと短絡等が生じるという問題が生じる。また、このような問題を解消するために、極歯側に絶縁被膜を形成しておくとすると、製造工程が増加し製造コストの上昇の原因となる。
【０００５】
本発明の目的は、極歯の半径方向外側への曲がりを防止しつつ、ステータコアを一体とするコイルボビンの剛性を確保し、かつ短絡等の問題が生じない構成のステッピングモータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明のステッピングモータは、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石で構成されたロータと、このロータの外周に対向配置される極歯を備えたステータコアと、このステータコアを樹脂成形により一体としかつコイルが巻回されるコイルボビンとを備えたステッピングモータにおいて、コイルボビンに、その外壁から極歯の外周面まで通じる孔を設けている。
【０００７】
そのため、樹脂成形時において、コイルボビンの外壁から極歯の外周面まで通じる孔を利用してステータコアの極歯の半径方向外側への倒れを防止できる。すなわち、樹脂成形時において、上述の孔の内側に配置される凸部を成型用の金型に設け、この金型の凸部の先端を極歯の外周面に当接させながら樹脂の充填を行うことにより極歯の外側への倒れを防止できる。また、コイルボビンは、極歯に通じる孔を有するものの、この孔は剛性の低下に繋がるものとはならない。加えて、コイルが極歯の外周面に直接接触する構成とはならず、樹脂で形成されたコイルボビンの外周面に巻回される構成となるため、コイルの絶縁被膜が剥がれたとしても極歯と接触して短絡するという恐れは生じない。
【０００８】
また、他の発明は、上述のステッピングモータにおいて、孔の周方向における幅が、極歯の孔に対応する位置での周方向における幅より狭いことを特徴としている。そのため、コイルボビンの剛性をさらに高められる。また、コイルボビンに巻回されたコイルが弛んで、孔の奥に配置される極歯に接触するという危険がさらに防止される。
【０００９】
また、他の発明は、上述のステッピングモータにおいて、孔は複数設けられ、その全ての孔のそれぞれ周方向における一側の内壁が当該ステッピングモータの中心部を含む所定の仮想面に対し垂直となっていることを特徴としている。そのため、当該ステッピングモータのコイルボビンを樹脂成形する金型を、上述の所定の仮想面を境として垂直方向に２分割する構成とすることができる。これにより、単純な金型構成とすることができ、製造コストを低減することができる。
【００１０】
また、他の発明は、上述のステッピングモータにおいて、当該ステッピングモータの外径を２０ｍｍφ以下としたことを特徴としている。通常、小型と言われる外径５０ｍｍφ以下のステッピングモータの中でも、外径２０ｍｍφ以下の極小のものは、ステータコアの板厚が非常に薄く、樹脂成形時の成形圧による極歯の倒れが発生しやすい。しかも、コイルの巻回スペースが小さくコイル巻回数が大型のものに比して少ないため、極歯の倒れによる特性の低下の影響は大きいものとなる。しかし、本発明では、極歯の倒れが生じないため、このような問題が生じない。
【００１１】
また、本発明のステッピングモータの製造方法は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石で構成されたロータと、このロータの外周に対向配置される極歯を備えたステータコアと、このステータコアを樹脂成形により一体としかつコイルが巻回されるコイルボビンとを備えたステッピングモータの製造方法において、極歯の内周側に円柱状の芯部材を配置し、極歯の外周側に芯部材に向かって突出する凸部を備えた外側金型を少なくとも２つ以上配置し、極歯の外周面に凸部を当接させて極歯の外側への倒れを防止しながら、芯部材と外側金型との間に形成される隙間に樹脂を充填することにより、この樹脂とステータコアとを一体化させてコイルボビンを形成することを特徴とする。
【００１２】
そのため、樹脂成形時において、外側金型の凸部をステータコアの極歯の外周面に当接させながら樹脂を充填させることにより、成形圧による極歯の半径方向外側への倒れを防止できる。なお、このように成形されたコイルボビンには、上述の凸部を型抜きすることにより、外周面から極歯の外周面に通じる孔が形成されるが、この孔は剛性の低下に繋がるものとはならない。加えて、コイルが極歯の外周面に直接接触する構成とはならず、樹脂で形成されたコイルボビンの外周面に巻回される構成となるため、コイルの絶縁被膜が剥がれたとしても極歯と接触して短絡するという恐れが生じない。
【００１３】
また、他の発明は、上述のステッピングモータの製造方法において、凸部の幅は、極歯の凸部との当接部位での周方向における幅より狭いことを特徴としている。そのため、凸部によって形成される孔の周方向における幅が狭いものとなり、樹脂成形によってステータコアを一体とするコイルボビンの剛性をさらに高められる。また、コイルボビンに巻回されたコイルが弛んで、孔の奥に配置される極歯に接触するという危険も防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のステッピングモータ及びその製造方法について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態のステッピングモータ全体を示す平面図で、その一部が断面図となっている。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図４は、本発明の実施の形態のステッピングモータの製造方法を説明するための図で、金型をステータコアの極歯の外周面に当接させた状態を模式的に示した断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施の形態のステッピングモータは、周方向にＮ極とＳ極とが周方向に交互に着磁された永久磁石で構成されたロータ（図示省略）と、このロータの外周に対向配置されるステータ１から構成される。なお、本実施の形態のステッピングモータは、外径が２０ｍｍφ（端子部の突出部位を除く）以下の超小型といわれるタイプで構成されている。
【００１６】
ステータ１は、２相式となっており、ロータの外周に対向配置されるそれぞれ極歯１１，１２を備えた２つのステータコア４ａ，４ｂを１組とするコア組４−１と、ロータの外周に対向配置されるそれぞれ極歯１３，１４を備えた２つのステータコア４ｃ，４ｄを１組とするコア組４−２とを有しており、これら２つのコア組４−１，４−２が軸方向に２相に重ねられたものとなっている。なお、これら４つのステータコア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、樹脂で構成されるコイルボビン３と一体的にインサート成形される。
【００１７】
ステータコア４ａは、略円板状の磁性金属部材の中心側を所定形状に切り欠いて折り曲げることにより、それぞれ４つの極歯１１を略円周上に立設配置し、これらの各極歯１１の根本部分を最内周とするフランジ４ａ−１を有するものとなっている。他のステータコア４ｂ，４ｃ，４ｄも同様の構成となっている。コア組４−１は、ステータコア４ａの極歯１１とステータコア４ｂの極歯１２とが周方向に交互に配置するように構成されている。また、コア組４−２は、ステータコア４ｃの極歯１３とステータコア４ｄの極歯１４とが周方向に交互に配置するように構成されている。
【００１８】
コイルボビン３は、上述したように周方向に交互に配置されたコア組４−１の極歯１１，１２及びコア組４−２の極歯１３，１４の外周面を覆うと共に各極歯間を埋めるように樹脂が充填され固められることによって形成される。すなわち、その内周部分にはロータ２の周囲を囲む穴部２１が形成されており、この穴部２１の内周面に上述の極歯１１，１２，１３，１４の金属表面を露出させている。
【００１９】
なお、樹脂は、上述した各コア組４−１，４−２の各フランジ４ａ−１，４ｂ−１の軸方向における対向面側及び各フランジ４ｃ−１，４ｄ−１の軸方向における対向面側にもそれぞれ回り込む。この樹脂の回り込みによって、２つの断面コの字状のスペースが軸方向に重合配置される。この断面コの字状に形成されたスペースは、コイル（図示省略）巻回するため巻回スペース１９，２０となっている。
【００２０】
そして、各巻回スペース１９，２０の内側に配置される外壁３ａの外周面には、コイルが巻回される。本発明では、このように樹脂で構成されるコイルボビン３の外壁３ａにコイルが巻回されるため、コイル表面の絶縁被膜が剥がれて導線部分が露出しても、この露出部分が極歯に接触せず短絡等の恐れはない。なお、各巻回スペース１９，２０にそれぞれ巻回されたコイルの巻き始め部分及び巻き終わり部分は、端子部２３に立設された４本の端子ピン２３ａ（図１には１本のみ示されている）にそれぞれ絡げられている。また、コイルボビン３には、上述の外壁３ａから極歯１１，１２，１３，１４の外周面まで通じる複数の孔３０が設けられている。
【００２１】
また、コイルボビン３の穴部２１の縁には、図１において左側に延出され図示しないフレームにはまり込む立設円筒部２２が形成されている。さらに、コイルボビン３の軸方向略中間部分であって上述の両巻回スペース１９，２０との間の部分には、隣接するステータコア４ｂ，４ｃの両フランジ４ｂ−１，４ｃ−１を連結する連結部３ｂが設けられている。この連結部３ｂには、４本の端子ピン２３ａが立設された端子部２３が半径方向外側に突出するように一体的に形成されている。さらに、コイルボビン３には、図１において右側に延出されたキャップ部２５が一体的に形成されている。上述の穴部２１は、このキャップ部２５から立設円筒部２２まで軸方向に直線的に伸びる円筒状の穴となっている。
【００２２】
コイルボビン３の外壁３ａに形成された複数の孔３０について、さらに詳述する。
【００２３】
各孔３０は、コイルボビン３の外壁３ａから各極歯１１，１２，１３，１４の外周面に通じるように形成されている。すなわち、これらの各孔３０は、各巻回スペース１９，２０の軸方向におけるそれぞれ中間部分に、周方向に等間隔に配置されている。そして、各孔３０の周方向における幅は、各極歯１１，１２，１３，１４のその孔３０に対応する位置での周方向における幅より狭く形成されていると共に、外壁３ａの表面から極歯１１，１２，１３，１４に向かって奥に行くほど徐々に狭く形成されている。したがって、外壁３ａに巻回されるコイルが弛んだとしても、その弛んだ部分が孔３０の中に入り込んで極歯に直接触れるという危険性が少ないものとなっている。また、これらの各孔３０の幅を狭くすることによりその体積を小さく構成することで、孔３０があることを原因とする剛性の低下を防止し、ある程度の剛性を確保するためである。
【００２４】
なお、本実施の形態では、各孔３０の周方向における幅をこのように設定したが、この幅は特にこれに限定されるものではない。すなわち、孔３０の幅は、各極歯１１，１２，１３，１４のその孔３０に対応する位置での周方向における幅より大きく設定されていても良い。加えて、奥側の幅を各極歯１１，１２，１３，１４のその孔３０に対応する位置での周方向における幅より小さく設定し、入り口側（外壁３ａの表面側）の幅を各極歯１１，１２，１３，１４のその孔３０に対応する位置での周方向における幅より大きく設定しても良い。
【００２５】
また、各孔３０は、図２及び図３に示すように、それぞれ異なる形状を有している。具体的には、全ての孔３０は、周方向における一側の内壁３０ａが、図２及び図３に示すような、当該ステッピングモータの中心部を含む所定の仮想面Ｌに対して垂直となるように形成されている。
【００２６】
上述したように構成されたステッピングモータの製造方法の特徴的な工程、具体的にはステータコア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄをインサート成形によりコイルボビン３と一体的に形成する際の製造方法について、図４を用いて以下に説明する。なお、図４は本発明の要部のみを模式的に示した図となっており、実際の製造時には後述する外側金型３６の一部がキャップ部２５の外側部分にも配置されるようになる。
【００２７】
まず、各ステータコア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の治具（図示省略）に保持する。そして、各ステータコア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの各極歯１１，１２，１３，１４の内周側に円筒状の芯部材３５を配置し、各極歯１１，１２，１３，１４の内周面にこの芯部材３５の外周面を当接させる。
【００２８】
次に、各極歯１１，１２，１３，１４の外周側には、芯部材３５に向かって突出する複数の凸部３６ａを備えた外側金型３６が配置される。各凸部３６ａの先端部分は、各極歯１１，１２，１３，１４の外周面に当接される。なお、凸部３６ａの周方向における幅は、各極歯１１，１２，１３，１４の当接部位での周方向における幅より狭くなっている。これは、上述したようにある程度の剛性を確保し、かつ弛んだコイルの進入を防止するために、この凸部３６ａによって形成されてしまう孔３０の幅を狭くするためである。
【００２９】
そして、外側金型３６の各極歯１１，１２，１３，１４側に臨む面３６ｂと各極歯１１，１２，１３，１４との間には、凸部３６ａが各極歯１１，１２，１３，１４に当接していることにより隙間Ｓが形成される。また、極歯１１，１２，１３，１４の無い部分では、面３６ｂと芯部材３５との間にやはり隙間が形成される（図示省略）。また、外側金型３６と各フランジ４ａ−１，４ｂ−１，４ｃ−１，４ｄ−１との間にも所定の隙間Ｓ１が形成されるようになっている。なお、これらの各隙間は一連の隙間となっている。
【００３０】
このときの状態は、コイルボビン３を構成する樹脂の充填前の状態であり、各ステータコア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは上述した完成品のステッピングモータのそれぞれ所定位置に配置された状態である。そして、この状態で芯部材３５と外側金型３６との間に形成される隙間Ｓ，Ｓ１に樹脂が充填され成形される。このとき、樹脂の成形圧が、各極歯１１，１２，１３，１４を半径方向外側へ倒す方向に働く。
【００３１】
しかし、上述したように、各極歯１１，１２，１３，１４の外周面には、外側金型３６の凸部３６ａが当接しているため、樹脂の成形圧が多少強力であったとしても各極歯１１，１２，１３，１４の倒れは生じない。凸部３６が、極歯の倒れ防止部として働くためである。このため、本実施の形態の製造方法によれば、樹脂の成形圧をそれほど厳密に設定する必要がなく、製造コストを安価にすることができる。
【００３２】
そして、充填された樹脂が固まった後、外側金型３６の型抜きを行う。なお、外側金型３６は２部材から構成され、その分割位置は上述した仮想面Ｌとなる（図２及び図３参照）。外側金型３６を構成する各部材は、樹脂充填後の型抜きの際には、仮想面Ｌを基準としこの仮想面Ｌに垂直に離れる方向へスライド移動する（図２及び図３において矢示Ｘ方向参照）。そして、このような型抜きが行われると、上述したような、ステータコア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが一体に組み込まれたコイルボビン３が形成される。
【００３３】
なお、上述したように充填される樹脂は、上述の隙間Ｓ，Ｓ１だけでなく隣接する各極歯間にも回り込む。これによって、各極歯間は樹脂によって固められることとなる。また、各極歯で形成された円周の外周側にも、樹脂が回り込んだ状態で固められる。この部分の外周面部分が、上述したコイルボビン３の外壁３ａとなる。また、型抜き後、上述の各凸部３６ａがあった部分が、コイルボビン３の外壁３ａから各極歯１１，１２，１３，１４の外周面に通じる孔３０となる。
【００３４】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形実施が可能である。例えば、上述の実施の形態では、各孔３０の一側の内壁３０ａを仮想面Ｌ（図２及び図３参照）に対して垂直とし、外側金型３６を２方向に分割するだけで型抜きが可能なものとしたが、各孔３０の両内壁を孔の中心線に対して平行としかつその中心線はステッピングモータの中心部へ向かうように形成しても良い。
【００３５】
その場合、孔３０の数と同数の金型が必要となり、かつ型抜き方向は放射状に分割されることとなる。このため、製造コストは金型が２分割で済む上述の実施の形態に比して高価なものとなるが、極歯１１，１２，１３，１４の倒れを防止しかつコイルボビン３の剛性をある程度以上とする本発明の効果を奏することとなる。
【００３６】
また、上述の実施の形態では、ステッピングモータをその外径が２０ｍｍφ以下の超小型モータとした。これは、超小型モータの場合、従来の製造方法及び構成とすると、樹脂の成形圧により極歯１１，１２，１３，１４の倒れが発生しやすく、本発明を超小型モータに採用するとその危険を防止する効果が極めて高くなるためである。しかし、極歯の倒れは、超小型モータの場合ほど大きな問題ではないものの、例えば５０ｍｍφ程度の大きさのモータでも発生する恐れがある。したがって、本発明は、上述したサイズに限らず、大き目のモータにも採用可能なものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、コイルボビンにその外壁から極歯の外周面まで通じる孔を設けている。そのため、樹脂成形時において上記の孔を利用してステータコアの極歯の半径方向外側への倒れを防止できると共に、ある程度コイルボビンの剛性を確保できる。加えて、コイルが極歯の外周面に直接接触する構成とはならず、樹脂で形成されたコイルボビンの外周面に巻回される構成となるため、コイルの絶縁被膜が剥がれたとしても極歯と接触して短絡するという恐れは生じない。
【００３８】
また、全ての孔のそれぞれ周方向における一側の内壁を当該ステッピングモータの中心部を含む所定の仮想面に対し垂直に構成すると、当該ステッピングモータのコイルボビンを樹脂成形する金型を、上述の所定の仮想面を境として垂直方向に２分割する構成とすることができる。これにより、単純な金型構成とすることができ、製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、本発明のステッピングモータの製造方法は、極歯の内周側に円柱状の芯部材を配置し、極歯の外周側に芯部材に向かって突出する凸部を備えた外側金型を少なくとも２つ以上配置し、芯部材と外側金型との間に形成される隙間に樹脂を充填することによりこの樹脂とステータコアとを一体化させてコイルボビンを形成すると共に、極歯の外周面に凸部を当接させて極歯の外側への倒れを防止しながら、コイルボビンにその外壁から極歯の外周面まで通じる孔を形成している。
【００４０】
そのため、樹脂成形時において、外側金型の凸部で樹脂成形圧による極歯の半径方向外側への倒れを防止できる。なお、型抜き後は凸部があった部分に孔が形成されるが、この孔は剛性の低下に繋がるものとはならない。加えて、コイルが極歯の外周面に直接接触する構成とはならず、樹脂で形成されたコイルボビンの外周面に巻回される構成となるため、コイルの絶縁被膜が剥がれたとしても極歯と接触して短絡するという恐れが生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のステッピングモータのステータの全体構成をコイルを省略した状態で示した図で、その一部を断面で示した平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態のステッピングモータの製造方法を示す図で、金型を極歯の外周面側に配置した状態を示した断面図である。
【図５】従来のステッピングモータの要部となるステータの外観図で、その一部を切り欠いた状態で示した斜視図である。
【符号の説明】
１ステータ
３コイルボビン
３ａ外壁
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄステータコア
１１，１２，１３，１４極歯
３０孔
３０（孔の一側の）内壁

Claims

周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石で構成されたロータと、このロータの外周に対向配置される極歯を備えたステータコアと、このステータコアを樹脂成形により一体としかつコイルが巻回されるコイルボビンとを備えたステッピングモータにおいて、上記コイルボビンに、その外壁から上記極歯の外周面まで通じる孔を設けたことを特徴とするステッピングモータ。
前記孔の周方向における幅が、前記極歯の前記孔と対応する位置での周方向における幅より狭いことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
前記孔は複数設けられ、その全ての孔のそれぞれ周方向における一側の内壁が当該ステッピングモータの中心部を含む所定の仮想面に対し垂直となっていることを特徴とする請求項１または２記載のステッピングモータ。
当該ステッピングモータの外径を２０ｍｍφ以下としたことを特徴とする請求項１，２または３記載のステッピングモータ。
周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石で構成されたロータと、このロータの外周に対向配置される極歯を備えたステータコアと、このステータコアを樹脂成形により一体としかつコイルが巻回されるコイルボビンとを備えたステッピングモータの製造方法において、上記極歯の内周側に円柱状の芯部材を配置し、上記極歯の外周側に上記芯部材に向かって突出する凸部を備えた外側金型を少なくとも２つ以上配置し、上記極歯の外周面に上記凸部を当接させて上記極歯の外側への倒れを防止しながら、上記芯部材と上記外側金型との間に形成される隙間に樹脂を充填することにより、この樹脂と上記ステータコアとを一体化させて上記コイルボビンを形成したことを特徴とするステッピングモータの製造方法。
前記凸部の幅は、前記極歯の前記凸部との当接部位での周方向における幅より狭いことを特徴とする請求項５記載のステッピングモータの製造方法。