JP6343331B2 - ステッピングモータ - Google Patents

Description

本発明は、回路基板に固定するための構造に特徴があるステッピングモータに関する。

回路基板に直接固定するステッピングモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この構造では、ステッピングモータの端面に通電用の通電端子ピンを配置し、この通電端子ピンを回路基板に直接半田付けで固定することで、ステッピングモータを回路基板に固定している。

特開２００１−６６１６１号公報

引用文献１に記載の通電端子ピンの配置を採用した場合、通電端子ピン同士の距離が開き、ステータコイルから通電端子ピンへの配線の引き回しが制限される。これは、製造時における作業性の悪さ、配線の無理な引き回しに起因する断線の問題、設計上の制約の問題等を招く。このような背景において、本発明は、ステッピングモータを回路基板に確実に固定できる構造において、モータ内での配線の引き回しに制約が生じない構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ステータと、前記ステータに対し軸方向の一端側に接触し、回路基板に接合されるフロントプレートと、前記ステータに対し軸方向の他端側に接触するエンドプレートと、前記フロントプレートと前記エンドプレートとの間であって前記ステータの外周に架け渡され、前記フロントプレートと前記エンドプレートとを前記ステータを挟持した状態で互いに結合させるバンドとを備え、前記フロントプレートは、前記ステータの側面に位置し、前記エンドプレートの側に延在すると共に、外側に係合部が形成された複数のバンド結合部を備え、前記バンドは、前記エンドプレート側に配置され、前記フロントプレートの方向に延在すると共に前記複数のバンド結合部のそれぞれにおける前記係合部に係合する複数のアーム部を備え、前記アーム部の前記係合部への係合により、前記エンドプレートと前記ステータを間に挟んだ状態で、前記フロントプレートと結合し、前記フロントプレートは、内側に回転軸を納め、軸方向に突出し、前記回路基板に嵌め込むためのボス部と、軸方向に突出し、前記回路基板に半田付けされる通電端子ピンと、前記通電端子ピンとの間に前記ボス部を挟んだ位置に配置され、前記回路基板に半田付けされ、電極として機能しない固定ピンとを備え、前記ボス部は前記フロントプレートと一体成形されており、該ボス部には割りが形成され、該ボス部は前記回路基板に形成されたボス孔に圧入され、かつ、前記割りの機能によって前記ボス孔に反発力で嵌合していることを特徴とするステッピングモータである。

請求項１に記載の発明によれば、回転中心にあるボス部を挟んだ位置にある通電端子ピンと固定ピンとが回路基板に半田付けにより固定される。この構造によれば、回転中心位置におけるボス部が回路基板にはめ込みにより固定され、そこを挟んだ位置で通電端子ピンと固定ピンとが回路基板に半田付けにより固定される。仮に、通電端子ピンのみで回路基板への半田付けが行なわれた構造の場合、通電端子ピンに負荷が集中するが、本発明の構造では、ボス部を挟んだ２箇所で半田付けが行なわれるので、通電端子ピンへの負荷の集中が避けられる。また、通電端子に加えて固定ピンを用いて回路基板へのステッピングモータの固定が行われるので、通電端子の配置の自由度が高く、ステータコイルから通電端子ピンへの配線の引き回しに制限が生じない。また、バンドによってフロントプレートとエンドプレートとがステータを挟持して結合した状態を固定化することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回転軸は、前記フロントプレートおよび前記エンドプレートにそれぞれ設けられた孔に通され、それら孔の内周面に接触して回転自在に軸受されていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記フロントプレートは、前記回路基板に対する当該ステッピングモータの位置決めを行う位置決めピンを備えていることを特徴とする。
また、本発明では、前記通電端子ピンおよび前記固定ピンが均等な角度位置に設けられていることを特徴とする。この特徴によれば、通電端子ピンと固定ピンによる回路基板への固定機構の配置バランスが良いので、通電端子ピンへの負荷の集中が抑えられる。また、安定したステッピングモータの回路基板への固定構造が得られる。

本発明によれば、ステッピングモータを回路基板に確実に固定できる構造において、モータ内での配線の引き回しに制約が生じない構造が提供される。

実施形態のステッピングモータの斜視図（Ａ）および（Ｂ）である。 実施形態のステッピングモータの断面図である。 実施形態におけるフロントプレートの斜視図（Ａ）および（Ｂ）である。 実施形態における他のフロントプレートの斜視図（Ａ）および（Ｂ）である。

（構成）
図１および図２には、実施形態のステッピングモータ１００が示されている。ステッピングモータ１００は、クローポール型のステッピングモータである。図２に示すように、ステッピングモータ１００は、ステータ側の構造として、フロント側ステータアッシー２００とエンド側ステータアッシー３００を軸方向で結合した構造を有している。そして、フロント側ステータアッシー２００とエンド側ステータアッシー３００を軸方向で結合した構造体の内側に、ロータ４００が回転自在な状態で収められている。

フロント側ステータアッシー２００は、フロントプレート２１０、外側ステータ２２０、ボビン２３０、内側ステータ２４０により構成されている。フロントプレート２１０は、フロント側のハウジングを構成する略円板形状の部材であり、射出成形された樹脂により構成されている。図３には、フロントプレートの斜視図（Ａ）および（Ｂ）が示されている。フロントプレート２１０は、略円板形状の縁の部分から軸方向に延在したバンド結合部２１１を有している。バンド結合部２１１は、外側に突出した爪部２１２を備えている。また、軸を挟んだ反対側にも同様の構造のバンド結合部２１７および爪部２１８が設けられている。バンド結合部２１１は、後述するバンド５００と結合する。バンド結合部２１１がバンド５００と結合することで、フロント側ステータアッシー２００とエンド側ステータアッシー３００の軸方向における結合の状態が固定化されている。

フロントプレート２１０は、フロントプレート２１０と一体に成形された端子部２１３を有している。端子部２１３には、回路基板６００への通電端子として機能する４本の金属性の通電端子ピン２１４が埋め込まれている。通電端子ピン２１４は、回路基板６００のコンタクトホール６０２に差し込まれる軸方向に突出した端部２１４ａと、ステータコイル２３１，３３１からの配線が接続された端子２３３，３３３に接触する端部２１４ｂを有している。なお、図２には、回路基板６００にステッピングモータ１００を固定する途中の段階、あるいは、回路基板６００からステッピングモータ１００を引き離した途中の段階が示されている。また、実際の回路基板６００には、各種の電子デバイスが搭載されているが、図２において、それらの記載は省略されている。

フロントプレート２１０は、一体に成形された固定ピン配置部３１３を備えている。固定ピン配置部３１３は、ボス部２１６を中心として、端子部２１３と対称な位置に設けられている。すなわち、端子部２１３と固定ピン配置部３１３を結ぶ線上の中央付近（厳密に中央でなくてもよい）にボス部２１６（回転軸となるシャフト４０３）が位置している。固定ピン配置部３１３には、軸方向に突出する２本の固定ピン３１４が配置されている。固定ピン３１４は、略Ｕ字型の金属部材であり、固定ピン配置部３１３に設けられた孔部に差し込まれて固定されている。固定ピン３１４は、半田付けが可能な材質で構成され、ステッピングモータモータ１００を回路基板６００に固定する部材であるが、通電端子としては機能しない。

フロントプレート２１０は、一体成形され、軸方向に突出したボス部２１６を備えている。ボス部２１６には、軸方向に延在した複数の割り（スリット）２１６ａが形成され、略筒形状を有しており、その内側にロータ側のシャフト４０３が回転自在な状態で収められている。また、フロントプレート２１０は、回路基板６００への位置決めを行なう位置決めピン２１９（図１および図３参照）を備えている。位置決めピン２１９は、フロントプレート２１０と一体に形成された樹脂製の部材であり、位置決めピン２１９が回路基板６００の側に設けられた位置決め孔（図示せず）に嵌合することで、ステッピングモータ１００の回路基板６００に対する位置決めが行われる。

外側ステータ２２０および内側ステータ２４０は、磁路が形成されるステータヨークとして機能する部分であり、電磁軟鉄あるいは圧延鋼板などの磁性材料により構成されている。外側ステータ２２０および内側ステータ２４０の構造は、通常のクローポール型のステータの構造と同じである。

ボビン２３０は、樹脂製であり、ボビン２３０には、ステータコイル２３１が巻回されている。ステータコイル２３１が巻回されたボビン２３０は、外側ステータ２２０の内側と内側ステータ２４０によって囲まれたドーナツ状の空間（円環状の空間）に配置されている。ボビン２３０は、２箇所の端子部２３２を備えている。端子部２３２のそれぞれには、ステータコイル２３１の巻線の端部が絡げられ接続される金属製の端子２３３が埋め込まれている。

エンド側ステータアッシー３００は、エンドプレート３１０、外側ステータ３２０、ボビン３３０、内側ステータ３４０により構成されている。ここで、外側ステータ３２０は、外側ステータ２２０と同じ部品であり、軸方向における向きを逆向きとした状態で用いられている。ボビン３３０は、ボビン２３０と同じ部品であり、軸方向における向きを逆向きとした状態で用いられている。内側ステータ３４０は、内側ステータ２４０と同じ部品であり、軸方向における向きを逆向きとした状態で用いられている。

エンドプレート３１０は、エンド側のハウジングを構成する略円板形状の部材であり、射出成形された樹脂により構成されている。エンドプレート３１０は、バンド５００のアーム部５０１に内側から接触するバンド接触部３１１（図１および図３参照）を有している。バンド接触部３１１は、アーム部５０１に内側から接触し、組み立てた後にアーム部５０１が変形し、アーム部５０１がフロントプレート２１０から外れないようにアーム部５０１を内側から支える。バンド接触部３１１と軸を挟んだ反対側にも同様な機能を有し、バンド５００のアーム部５０２が接触するバンド接触部３１２が設けられている。

バンド５００は、バネ性を有する金属材料で構成された概略コの字形状の部材である。図１および図３に示すように、バンド５００は、両端に軸方向に延在するアーム部５０１，５０２を備えている。アーム部５０１，５０２には、矩形の孔部が設けられている。この孔部には、フロントプレート２１０が備えるバンド結合部２１１，２１７の爪部２１２，２１８がひっかかり、バンド５００がフロントプレート２１０に係合する。

図２に示すロータ４００は、円筒形状のロータマグネット４０１を備えている。ロータマグネット４０１は、ロータ部材４０２の外周に固定され、周方向にＮＳＮＳと交互に着磁がされた磁極の構造を有している。ロータ４００（ロータ部材４０２）の軸中心には、回転軸となるシャフト４０３が固定されている。シャフト４０３は、フロントプレート２１０とエンドプレート３１０に設けられた孔に通され、その内周面に直接接触することで回転自在な状態で軸受されている。なお、シャフト４０３を転がり軸受等の軸受装置を介して、フロントプレート２１０とエンドプレート３１０に回転自在な状態で保持することも可能である。

シャフト４０３には、ゴム製の円筒形状を有するゴムワッシャ４０４，４０５が装着されている。ゴムワッシャ４０４は、ロータ４００とフロントプレート２１０との間に位置し、ゴムワッシャ４０５は、ロータ４００とエンドプレート３１０との間に位置している。ゴムワッシャ４０４，４０５により、ロータ４００における軸方向のガタによる衝撃が吸収される。

（回路基板へのステッピングモータの固定方法）
以下、ステッピングモータ１００を回路基板６００に固定する手順の一例を説明する。まず、ステッピングモータ１００と回路基板６００とを図２に示す位置関係とする。そして、ステッピングモータ１００を回路基板６００に押し付け、ボス部２１６をモータ固定用のボス孔６０１に押し込み、ボス部２１６をモータ固定用のボス孔６０１に圧入する。この際、ボス部２１６が自身に形成されている割り２１６ａの機能によって縮径し、その際に生じる拡径しようとする反発力により、ボス部２１６がモータ固定用のボス孔６０１に嵌合する。

ここで、ステッピングモータ１００を回路基板６００に押し付けた状態で、回路基板６００のコンタクトホール６０２に４本の通電端子ピン２１４の端部２１４ａが挿入される。また、回路基板６００のピン固定用孔６０４に固定ピン３１４が挿入される。コンタクトホール６０２の周囲には、回路パターンを構成する銅箔パターン（プリントパターン）６０３が形成されており、この銅箔パターン６０３と通電端子ピン２１４とが半田によって接合する。また、ピン固定用孔６０４の周囲には、銅箔パターン６０３を構成する銅箔を利用した半田付け用パターン６０５が形成されており、この半田付け用パターン６０５と固定ピン３１４とを半田によって接合する。こうして、４本の通電端子ピン２１４と２本の固定ピン３１４が回路基板６００に半田付けにより固定される。ここで、半田付け用パターン６０５は、回路基板６００の銅箔パターンを利用してはいるが、電極としては機能しない。

（優位性）
通電端子ピン２１４に負荷が集中しない構造とできる。また、通電端子ピン２１４の配置が制限されないので、ステータコイル２３１，３３１から端子２３３，３３３への配線の引き回しが無理なく行なえる。また、回路基板６００側の半田付け用パターン６０５は、回路基板６００が備える銅箔パターンを利用して構成されるので、コストの増加が抑えられる。

（その他）
図１〜図３には、通電端子ピン２１４と固定ピン３１４が、回転中心を挟んだ位置に配置された例が示されているが、固定ピンを軸方向から見た左右の位置に追加し、軸方向から見て９０度の角度間隔の４箇所の位置で金属ピンの半田付けによる回路基板への固定を行なう構造も可能である。また、通電端子ピン２１４および固定ピン３１４の数は、図示する数に限定されない。

図４には、フロントプレートの他の例が示されている。図４に示す例では、フロントプレート７０１が端子部７０２を備えている。端子部７０２には、通電端子ピン(図示せず)を固定するための孔７０３が設けられている。また、フロントプレート７０１は、その中央に軸方向に突出するボス部７０４を備えている。ボス部７０４は、ボス部２１６と同様な機能を有している。この例では、ボス部７０４の外周に軸方向に延在する突条７０４ａが設けられ、この突条により、図示しない回路基板側の孔への圧入が行なわれる。端子部７０２のボス部７０４を挟んだ反対側には、固定ピン７０５が埋め込まれている。固定ピン７０５の機能は、固定ピン３１４と同じである。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、ステッピングモータに利用することができる。

１００…ステッピングモータ、２００…フロント側ステータアッシー、２１０…フロントプレート、２１１…バンド結合部、２１２…爪部、２１３…端子部、２１４…通電端子ピン、２１４ａ…通電端子ピンの一方の端部、２１４ｂ…通電端子ピンの他方の端部、２１６…ボス部、２１６ａ…割り（スリット）、２１７…バンド結合部、２１８…爪部、２１９…位置決めピン、２２０…外側ステータ、２３０…ボビン、２３１…ステータコイル、２３２…端子部、２３３…端子、２４０…内側ステータ、３００…エンド側ステータアッシー、３１０…エンドプレート、３１１…バンド接触部、３１２…バンド接触部、３１３…固定ピン配置部、３１４…固定ピン、３１４ａ…固定ピンの端部、３２０…外側ステータ、３３１…ステータコイル、３３３…端子、３３０…ボビン、３４０…内側ステータ、４００…ロータ、４０１…ロータマグネット、４０２…ロータ部材、４０３…シャフト、４０４…ゴムワッシャ、４０５…ゴムワッシャ、５００…バンド、５０１…アーム部、５０２…アーム部、６００…回路基板、６０１…モータ固定用のボス孔、６０２…コンタクトホール、６０３…銅箔パターン、６０５…半田付け用パターン。

Claims (3)

1. ステータと、
   前記ステータに対し軸方向の一端側に接触し、回路基板に接合されるフロントプレートと、
   前記ステータに対し軸方向の他端側に接触するエンドプレートと、
   前記フロントプレートと前記エンドプレートとの間であって前記ステータの外周に架け渡され、前記フロントプレートと前記エンドプレートとを前記ステータを挟持した状態で互いに結合させるバンドと
   を備え、
   前記フロントプレートは、前記ステータの側面に位置し、前記エンドプレートの側に延在すると共に、外側に係合部が形成された複数のバンド結合部を備え、
   前記バンドは、前記エンドプレート側に配置され、前記フロントプレートの方向に延在すると共に前記複数のバンド結合部のそれぞれにおける前記係合部に係合する複数のアーム部を備え、前記アーム部の前記係合部への係合により、前記エンドプレートと前記ステータを間に挟んだ状態で、前記フロントプレートと結合し、
   前記フロントプレートは、
   内側に回転軸を納め、軸方向に突出し、前記回路基板に嵌め込むためのボス部と、
   軸方向に突出し、前記回路基板に半田付けされる通電端子ピンと、
   前記通電端子ピンとの間に前記ボス部を挟んだ位置に配置され、前記回路基板に半田付けされ、電極として機能しない固定ピンとを備え、
   前記ボス部は前記フロントプレートと一体成形されており、該ボス部には割りが形成され、該ボス部は前記回路基板に形成されたボス孔に圧入され、かつ、前記割りの機能によって前記ボス孔に反発力で嵌合していることを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記回転軸は、前記フロントプレートおよび前記エンドプレートにそれぞれ設けられた孔に通され、それら孔の内周面に接触して回転自在に軸受されてい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. 前記フロントプレートは、前記回路基板に対する当該ステッピングモータの位置決めを行う位置決めピンを備え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。

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