JP2005253137A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】従来用いていた軸受を削除することにより小型化を図ることにある。
【解決手段】ロータ本体（支持軸部）の外周面にロータマグネットが固定されたロータを備えたモータであって、前記支持軸部を自己潤滑性を有する材料で形成し、当該支持軸部の第１摺動面（外周面）３３ｃを回転自在に支持するように構成している。また、ロータ本体３３の第２摺動面（端面）３３ｄを摺動自在に支持するように構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、外周にロータマグネットが配置されたロータを備えたモータに関するものである。

この種のモータとしては、例えば、特許文献１に記載されたステッピングモータが知られている。このステッピングモータは、支持軸部の外周面にロータマグネットが固定されたロータを有し、上記支持軸部の外周面を転がり軸受で回転自在に支持する構成になっている。
特公平８−２８９５８号公報

ところが、上記従来のステッピングモータにおいては、ロータにおける支持軸部を転がり軸受で支持していることから、この転がり軸受の占める空間領域が大きく、小型化を図る上で問題となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来用いていた軸受を削除することにより小型化を図ることのできるモータを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、支持軸部の外周面にロータマグネットが固定されたロータを備えたモータであって、前記支持軸部を自己潤滑性を有する材料で形成し、当該支持軸部における例えばロータマグネットから軸方向に突出する位置の外周面を回転自在に支持するように構成したことを特徴としている。

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、前記支持軸部の軸方向の端面を摺動自在に支持するように構成したことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記支持軸部の前記材料は、自己潤滑性を有する樹脂であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記支持軸部の外周面に前記ロータマグネットが圧入、接着又は樹脂マグネットの後成形により固定されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記ロータマグネットを外周に配した状態で前記支持軸部を成形加工することにより、前記支持軸部の外周面に前記ロータマグネットが固定されていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記支持軸部の軸方向の一方の端面に対応する位置に、当該一方の端面と摺動自在に当接するスラスト軸受面を設け、前記支持軸部の軸方向の他方の端面に対応する位置に、当該他方の端面側から前記スラスト軸受面側に付勢する付勢手段を設けたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ロータの支持軸部を自己潤滑性を有する材料で形成し、当該支持軸部の外周面を回転自在に支持するように構成しているので、ロータを回転支持するために従来必要であった転がり軸受等の軸受を省くことができる。

従って、小型化を図ることができる。しかも、軸受の削除により、部品点数を低減することができるので、軽量化、構造の簡素化、低コスト化を図ることができると共に、構造の簡素化等に基づいて生産性の向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、支持軸部の軸方向の端面を摺動自在に支持するように構成しているので、スラスト方向の軸受も削除することができる。

請求項３に記載の発明によれば、支持軸部の材料として自己潤滑性を有する樹脂を用いているので、当該支持軸部をモールド成形により簡単に成形することができると共に、その成形の過程で、当該支持軸部にロータマグネットを確実に固定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、圧入、接着又は樹脂マグネットの後成形により、ロータマグネットを支持軸部に簡単に固定することができる。

請求項５に記載の発明によれば、ロータマグネットを外周に配した状態で支持軸部を成形加工することにより、支持軸部を簡単に成形することができると共に、その成形過程で、支持軸部にロータマグネットとを確実に固定することができる。

請求項６に記載の発明によれば、付勢手段からの付勢力によって、支持軸部の一方の端面をスラスト軸受面に当接させることができるので、ロータが軸方向に変位するのを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本発明を密閉型のステッピングモータに適用した実施の形態の断面図、図２は同ステッピングモータのコネクタ方向から見た外観側面図である。

この実施の形態で示すステッピングモータは、例えば、ガソリンエンジンの混合気流量調整弁（取付対象部材）の駆動源等に使用されるもので、取付状態において高い気密性が要求されるものである。一般にステッピングモータは、電気パルス信号を機械的断続のステップ動作に変換するデバイスであり、ここで示すステッピングモータは、ＰＭ形のものであって、ステータコイル２１に流す電流を切り換えることによって回転磁界を作り、周方向に多極着磁したロータマグネット３２を同期回転させるように構成されている。

このステッピングモータは、モータケース１０と、ステータ２０と、ロータ３０と、蓋体４０と、コネクタ本体５０とを備えた構成になっている。

モータケース１０は、円筒状に形成された周壁部１１ａ及びこの周壁部１１ａの一端開口部を閉塞する端壁部１１ｂを有し、磁性金属（例えば鉄）によってカップ状に一体に形成にされている。ステータ２０は、モータケース１０内のロータ３０の周囲に設けられ当該ロータ３０を回転駆動するようになっており、コイル２１と、ボビン２２と、ヨーク（ステータコアとも呼ばれる）２３、２４とを備えた構成になっている。ロータ３０は、モータケース１０内のステータ２０の内側に配置され、モータケース１０内から端壁部１１ｂに形成された軸孔１４を介して突出するモータ軸（出力軸）３１を回転駆動するようになっており、モータ軸３１の外周面に同軸状に固定された円筒状のロータ本体（支持軸部）３３と、このロータ本体３３の外周に同軸状に固定された円筒状のロータマグネット３２とを備えた構成になっている。蓋体４０は、モータケース１０の他端開口部１２を閉塞するように設けられるようになっており、内部にロータ３０の後端部を支持するラジアル軸受面（軸受部）４２を備え、樹脂で一体に形成されている。コネクタ本体５０は、蓋体４０の外側からモータケース１０の他端開口部１２を密閉するように樹脂で一体的に成形されるようになっており、組立の最終工程においてモールド成形（例えば射出成形）されることで、モータケース１０の他端開口部１２を完全に気密にするようになっている。

蓋体４０は、ステータ２０を一体的に構成する樹脂によって当該ステータ２０と一体的に形成されていると共に、コネクタ本体５０が成形された際に先端側の部分が当該コネクタ本体５０内に配置された状態になるコネクタピン５２を一体的に保持するように形成されている。コネクタピン５２は、その基端部がステータ２０におけるコイル２１の端部を接続する端子５２ａとなっている。

そして、例えば、ステータ２０と蓋体４０とをボビン２２を成形する樹脂で一体的に構成するに際し、複数のヨーク２３、２４及び複数のコネクタピン５２を金型内にインサートした状態でボビン２２と蓋体４０を同時に射出成形（インサート射出成形）する。その上で、ボビン２２にコイル２１を巻き付け、そのコイル２１の端部をコネクタピン５２の端子５２ａに巻回し半田付けや溶接等で接続することで、蓋体４０と一体化されたステータ２０を得ることができる。

また、コネクタピン５２の端子５２ａは、ステータ２０におけるボビン２２の軸方向の外側に位置し、当該ボビン２２の軸方向の端部に配置された端面に沿って当該ボビン２２の外周側に延在するように設けられている。

なお、コネクタ本体５０とコネクタピン５２によって防水コネクタ５１が構成されるようになっている。また、蓋体４０には、コネクタピン５２の端子５２ａの配置を可能とする空間部４０ａが設けられている。この空間部４０ａは、サブ蓋体４０ｂを蓋体４０に取り付けることによって当該蓋体４０内に形成され、サブ蓋体４０ｂを外すことによって外部に開放されるようになっている。即ち、サブ蓋体４０ｂは、端子５２ａに対応する部分に空間部４０ａを形成すべく、蓋体４０の一構成要素として当該蓋体４０に着脱自在に設けられており、端子５２ａを露出させることによって当該端子５２ａへのコイル２１の巻回、接続等を可能とし、端子５２ａを覆うことにより当該端子５２ａ等を保護するようになっている。また、蓋体４０は、サブ蓋体４０ｂを取り付けることによって、モータケース１０における他端開口部１２の全体を閉塞するようになっている。

また、モータケース１０は、他端開口部１２の周縁に外向きのフランジ１３を有している。端壁部１１ｂの軸心部に形成された軸孔１４には、軸受ブッシュ１５が嵌合固定されている。軸受ブッシュ１５は外周に段部１６を有し、段部１６をモータケース１０の内側から軸孔１４に嵌めることで、軸孔１４から前方に脱落するのを防止するようになっている。また、軸受ブッシュ１５は、その軸方向における内方の端面がロータ３０の軸線に対して直交する方向の平面によって形成されたスラスト軸受面１７となっている。

ロータ３０は、モータケース１０の他端開口部１２からモータケース１０内に挿入されており、ロータ３０の軸心に配置されたモータ軸３１が、軸受ブッシュ１５に回転自在に嵌合している。また、ステータ２０は、ロータ３０の外周面に近接した状態となるように、モータケース１０の周壁部１１ａに嵌合されている。

また、ステータ２０は、コイル２１を巻回する一対のボビン２２を軸方向に隣接させて設けたもので構成されており、各ボビン２２のそれぞれに一対のヨーク２３、２４が配置されている。各ヨーク２３、２４は、ボビン２２の軸方向の各端面から当該ボビン２２の内周面に沿って軸方向に延在する複数の極歯２３ａ、２４ａを有している。各極歯２３ａ、２４ａは円周方向に交互に配置されている。

このように構成されたステータ２０は、モータケース１０内に挿入された状態において、周壁部１１ａを部分的に縮径することによって、当該周壁部１１ａを各ヨーク２３、２４の外周縁に密着させるようになっている。これにより、モータケース１０の一部と、ヨーク２３、２４と、ロータマグネット３２によって、閉じた磁気回路が構成されることになる。

一方、ロータ本体３３は、自己潤滑性を有する樹脂（材料）によって一体に形成されたものであり、円筒部３３ａと、この円筒部３３ａの軸方向の後端部外周に形成された鍔部３３ｂとを備えている。そして、円筒部３３ａにおける鍔部３３ｂの前方の外周面にロータマグネット３２が嵌合されて固定されるようになっている。また、円筒部３３ａにおける鍔部３３ｂの後方の外周面がラジアル軸受面４２に回転自在に嵌合する第１摺動面（外周面）３３ｃになっており、円筒部３３ａの先端面が軸受ブッシュ１５のスラスト軸受面１７に摺動自在に当接する第２摺動面（一方の端面）３３ｄになっている。自己潤滑性を有する樹脂としては、固体潤滑剤を配合したＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が使用されている。

そして、ロータ３０は、例えば、モータ軸３１及びロータマグネット３２を金型内にインサートした状態でロータ本体３３を射出成形（インサート射出成形）することで、一体化されるようになっている。なお、ここでは、ロータ３０をロータマグネット３２とロータ本体３３とで構成しているが、当該ロータ３０はモータ軸３１を含むものであってもよい。

蓋体４０は、内方の軸心部に凹部４１を有している。この凹部４１は、その開口部側の内周面がラジアル軸受面４２になっている。即ち、ロータ３０をモータケース１０に組み付けた後に、蓋体４０をモータケース１０の他端開口部１２に嵌合することにより、ロータ本体３３の第１摺動面３３ｃが蓋体４０のラジアル軸受面４２に回転自在に嵌合するようになっている。これにより、ロータ３０の先端部及び後端部がそれぞれ軸受ブッシュ１５及びラジアル軸受面４２によって回転自在に支持されるようになっている。

また、凹部４１の最奥部には、モータ軸３１の後端部を導入可能とする小径のガイド凹部４３がラジアル軸受面４２と同軸状に形成されている。ガイド凹部４３には、鋼球４４と、この鋼球４４をモータ軸３１の後端面に押し当てることにより、ロータ本体３３の第２摺動面３３ｄを軸受ブッシュ１５のスラスト軸受面１７に当接させるための押圧バネ（付勢手段）４５が収容されている。

コネクタ本体５０は、組立工程の最終段階において、蓋体４０の外方からモータケース１０のフランジ１３を包み込むようにモールド成形されることで、モータケース１０の他端開口部１２を完全に封止すると共に、当該モータケース１０に強固に固定されるようになっている。この場合、モータケース１０は、他端開口部１２の近傍部分を除く大部分がそのまま外方に露出された状態になる。

また、コネクタ本体５０は、モータケース１０における軸方向の端壁部１１ｂ側を向く面が上述した混合気流量調整弁に取り付けるためのフランジ面５０ａとなっている。このフランジ面５０ａは、モータケース１０の軸方向に直交する平面によって形成されており、モータケース１０を例えば混合気流量調整弁の開口部に挿入し、この開口部の周縁の平面状の取付面に密着させることで、Ｏリング等のシール部材を介して気密を保持するようになっている。また、コネクタ本体５０及びコネクタピン５２を備えた防水コネクタ５１は、他のコネクタとの連結を図る連結部５１ａがモータケース１０の軸方向に対して直交する方向に向けられている。

次に上記構成のステッピングモータの作用効果を説明する。
このステッピングモータでは、カップ状のモータケース１０の他端開口部１２を閉塞する蓋体４０の外方から、コネクタ本体５０をモールド成形することにより、当該他端開口部１２を確実に密閉することができる。また、コネクタ本体５０にフランジ面５０ａを設けているので、混合気流量調整弁との連結部における気密性も充分に確保することができる。

また、このステッピングモータでは、オープンループで使用することにより、コイル２１に常時電流が流れ、ジュール熱の発生量が多くなることがあっても、大部分が露出した状態の金属製のモータケース１０を通して、上記熱を外部に効率よく放出することができる。この場合、コイル２１で発生した熱は、ボビン２２及びヨーク２３、２４を介してモータケース１０に伝達されると共に、放射によってコイル２１からモータケース１０に直接伝達されることになる。

従って、コイル２１自体の温度を低減することができるので、絶縁被膜が溶けるなどの絶縁不良の防止を図ることができると共に、コイル２１、ボビン２２、ヨーク２３、２４、モータケース１０、蓋体４０等の部品の熱変形を防止することができる。しかも、コイル２１の温度が低下することから、コイル２１に近接するロータ３０のマグネット３２に熱減磁が生じるおそれがなくなり、トルクなどのモータとしての特性が劣化するのを防止することができる。よって、耐久性の向上を図ることができる。

また、樹脂で覆う部分が少なくなることから、小径、軽量化を図ることができると共に、樹脂の使用の低減によりコストの低減を図ることができる。

一方、モータケース１０内に一体化されたステータ２０及び蓋体４０を挿入することにより、当該モータケース１０の他端開口部１２を閉塞することができ、蓋体４０の外方からコネクタ本体５０をモールド成形するだけで、他端開口部１２を確実に封止することができるので、製造が容易であり、生産性を高めることができる。

また、ステータ２０と蓋体４０とコネクタピン５２が一体的に構成されているので、部品点数の低減を図ることができる。しかも、コネクタピン５２の基端部がコイル２１の端部を接続するための端子５２ａになっているので、ステータ２０においてコイル２１を巻回し、そのコイル２１の端部を端子５２ａに半田付け等で接続する作業を連続的に行うことができると共に、この作業を機械化することができる。そして、端子５２ａがボビン２２の軸方向の端面に沿って当該ボビン２２の外周側に延在するように設けられているので、コイル２１の端部を端子５２ａにより簡単に接続することができる。従って、組立作業や組立工程の簡素化を図ることができるので、不良率の低減を図ると共に、コストの低減を図ることができる。

更に、蓋体４０における端子５２ａに対応する部分に、当該端子５２ａを露出可能にするサブ蓋体４０ｂが設けられているので、端子５２ａに対するコイル２１の端部の接続が容易になると共に、モータケース１０の他端開口部１２を確実に閉塞して、コネクタ本体５０を成形する際の樹脂がモータケース１０内に流入するのを確実に防止することができる。

また、ロータ本体３３を自己潤滑性を有する樹脂（ＰＰＳ）で形成し、そのロータ本体３３に形成した第１摺動面３３ｃを直接、モータハウジング８１を構成する蓋体４０のラジアル軸受面４２に摺動自在に嵌合して、ラジアル方向の支持力を得るようにしているので、通常設置する必要のあるラジアル軸受（従来例で示した転がり軸受）を削除することができる。同様にして、ロータ本体３３の第２摺動面３３ｄを直接、軸受ブッシュ１５のスラスト軸受面１７に摺動自在に当接させるように構成しているので、通常設置する必要のあるスラスト軸受を削除することができる。従って、部品点数の低減、小型・軽量・低コスト化を図ることができると共に、構造の簡素化により生産性を高めることができる。

更に、ロータ本体３３を自己潤滑性を有する樹脂で構成しているので、当該ロータ本体３３を射出成形（モールド成形）により簡単に成形することができると共に、その成形の過程で、当該ロータ本体３３にモータ軸３１及びロータマグネット３２を確実に固定することができる。

また、押圧バネ４５の付勢力が鋼球４４及びモータ軸３１を介してロータ本体３３に伝達され、当該ロータ本体３３が第２摺動面３３ｄ側に付勢されることになるので、当該第２摺動面３３ｄがスラスト軸受面１７に常時当接することになる。従って、ロータ３０が軸方向に変位するのを防止することができる。しかも、鋼球４４がモータ軸３１の端面の軸心位置に当接することになるので、ロータ３０に生じる回転抵抗を最小限に抑えることができる。

なお、上記実施の形態は、モータ軸３１をロータ３０と一体的に回転するように構成したが、ロータ３０の回転によりモータ軸３１を直線移動させるように構成してもよい。即ち、ロータ本体３３の内周部に設けた雌ネジ部と、モータ軸３１の外周部に設けた雄ネジ部とを互いに螺合させることにより、ロータ３０の回転に伴って、モータ軸３１が軸方向に移動するように構成してもよい。

また、本発明をステッピングモータに適用した例を示したが、本発明を他の種類のモータに適用することも可能である。

更に、ロータ本体３３を射出成形することによって当該ロータ３０にモータ軸３１及びロータマグネット３２を固定するように構成したが、ロータ本体３３の内周面にモータ軸３１を圧入し、ロータマグネット３２の内周面にロータ本体３３を圧入することにより、モータ軸３１及びロータマグネット３２をロータ本体３３に固定するように構成してもよい。この場合も、簡単に固定することができる。

また、モータ軸３１とロータ本体３３とロータマグネット３２とを接着剤によって一体的に固定するように構成してもよい。更に、ロータマグネット３２として樹脂マグネットを用い、この樹脂マグネットをロータ本体３３の外周面に一体的に成形することにより、ロータ本体３３の外周面にロータマグネット３２を固定するように構成してもよい。即ち、ロータマグネット３２をロータ本体３３の外周面に樹脂マグネットの後成形により固定することも可能である。

本発明の一実施の形態として示したステッピングモータの断面図である。 同ステッピングモータのコネクタ方向から見た外観側面図である。

符号の説明

１０ モータケース
１１ａ 周壁部
１１ｂ 端壁部
１２ 他端開口部
１４ 軸孔
１５ 軸受ブッシュ
１７ スラスト軸受面
２０ ステータ
２１ コイル
３０ ロータ
３１ モータ軸
３２ マグネット
３３ ロータ本体（支持軸部）
３３ｃ 第１摺動面（外周面）
３３ｄ 第２摺動面（一方の端面）
４０ 蓋体
４０ｂ サブ蓋体
４２ ラジアル軸受面
４４ 鋼球
４５ 押圧バネ（付勢手段）
５０ コネクタ本体
５０ａ フランジ面
５１ 防水コネクタ
５２ コネクタピン
５２ａ 端子

Claims (6)

1. 支持軸部の外周面にロータマグネットが固定されたロータを備えたモータであって、
   前記支持軸部を自己潤滑性を有する材料で形成し、当該支持軸部の外周面を回転自在に支持するように構成したことを特徴とするモータ。
2. 前記支持軸部の軸方向の端面を摺動自在に支持するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記支持軸部の前記材料は、自己潤滑性を有する樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記支持軸部の外周面に前記ロータマグネットが圧入、接着又は樹脂マグネットの後成形により固定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のモータ。
5. 前記ロータマグネットを外周に配した状態で前記支持軸部を成形加工することにより、前記支持軸部の外周面に前記ロータマグネットが固定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のモータ。
6. 前記支持軸部の軸方向の一方の端面に対応する位置に、当該一方の端面と摺動自在に当接するスラスト軸受面を設け、前記支持軸部の軸方向の他方の端面に対応する位置に、当該他方の端面側から前記スラスト軸受面側に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のモータ。

Images