JP2005278309A

JP2005278309A - モータ

Info

Publication number: JP2005278309A
Application number: JP2004088249A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Uragami; 斉浦上
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP4572554B2

Abstract

【課題】駆動時のノイズが低減されるカラーホイール回転用のモータの高温環境下での長寿命化を図る手法を提供する。
【解決手段】モータ１は、カラーホイールが取り付けられるとともにシャフト２１を有する回転部２、および、潤滑油が含浸された多孔質材料にて形成されるスリーブ３１を有する固定部３を備え、スリーブ３１は有底の略円筒状のスリーブ保持部３２に挿入されて固定される。スリーブ保持部３２の内周面３２２には環状の凹部３２４が形成され、凹部３２４には潤滑油が含浸された環状の含油部材３７が設けられる。また、凹部３２４上端のスリーブ保持部３２開口側の内周面３２２と対向するスリーブ３１の外周面との間には、一定間隙４１が形成され、加えてスリーブ保持部３２の上端部に形成された傾斜面と、スリーブ３１の上端面に当接する円環状の油飛散防止部３５３との間にて微小間隙４２が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動式のモータ、特にカラーホイール回転用モータに関する。

ＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の単板式プロジェクタでは、回転するカラーホイールにより光源から出射される光からＲＧＢいずれかの周波数帯の光が順次取り出され、１つのデジタルマイクロミラーデバイスに照射される。そして、デジタルマイクロミラーデバイスからの反射光が所定のスクリーンに導かれ、画像が表示される。このようなプロジェクタでは、カラーホイール回転用のモータが用いられている。従来のカラーホイール回転用モータでは、カラーホイールが取り付けられる回転部がボールベアリングにより回転可能に支持される。

なお、特許文献１では、カラーホイール回転用のモータにおいて、ハブの円筒部の外周面を２段形状とすることによりボールベアリングからハブに伝わった振動をカラーホイールが固定されるホイールハブに伝わりにくくする等して、モータ駆動時のノイズを低減する技術が開示されている。

また、特許文献２では含油軸受の外径部のくぼみに含油フェルトワッシャを設けるとともに、含油軸受を保持するインシュレータの開口側において含油軸受の外径部に油回収用溝を形成することにより、含油軸受から溢れ出た油を循環させる経路を構成して軸受装置の長寿命化を実現する技術が開示されている。

特開２００２−５８２２５号公報特開平５−３４４６７５号公報

ところで、プロジェクタでは各構成が配置される筐体内が、光源が発生する熱により高温となる。近年、プロジェクタの画質を向上させるため光源の出力も大きくなる傾向にあり、設計によっては筐体内の温度が８５℃以上になる場合もある。従来のカラーホイール回転用モータでは、前述のようにボール軸受（ボールベアリング）が利用されるため、高温環境下において、ボール軸受の内部に充填されたグリースの粘度の変化によりノイズが顕著になることがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、カラーホイール回転用モータの駆動時のノイズを低減することを主たる目的としている。また、多孔質材料にて形成されるスリーブを有するモータの長寿命化を図る手法を提供することも目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、所定の部位に一端が固定されたシャフトを有する回転部と、潤滑油が含浸された多孔質材料にて形成されるとともに前記シャフトの他端が挿入されるスリーブを有する固定部と、前記回転部を前記シャフトの中心軸を中心として前記固定部に対して回転する駆動機構とを備え、前記固定部が、前記スリーブが挿入される有底の略円筒状のスリーブ保持部と、前記スリーブ保持部の内周面に形成される凹部と、前記凹部に設けられ、前記潤滑油が含浸された含油部材とを有し、前記スリーブの外周面と、これに対面するスリーブ保持部の内周面との間に、スリーブの外周面でのオイルの滲み出し幅以上の一定間隙を前記凹部から前記一端側に設けられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記スリーブの前記端側の端面に当接する該端面より大径の油飛散防止部を有し、前記スリーブ保持部の内周面における前記スリーブの端面に対応する位置に、内径が前記端側に行くに従い小さくなる傾斜面を形成すると共に、該傾斜面と前記油飛散防止部の外周端面との間に前記一定間隙より小さい微小間隙が形成される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータであって、前記一定間隙は、０．１ｍｍ以上である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、前記シャフトが水平となる状態で取り付ける。

請求項１の発明では、多孔質材料にて形成されるスリーブを有するモータの潤滑油の枯渇を防止してモータの駆動時のノイズを低減することができ、長寿命化を図ることができる。特に、高温環境下での長寿命化を図ることができる。また、スリーブの外周面と対面するスリーブ保持部の内周面との間の一定間隙が、スリーブ保持部外の不要な箇所への潤滑油の付着を防止することができる。

また、請求項２の発明では、スリーブおよびスリーブ保持部から外部への潤滑油の飛散を防止することができる。

また、請求項３および４の発明では、潤滑油の漏れをさらに抑制することができる。

図１は所定のスクリーンに画像を表示するプロジェクタ８の概略構成を示す図である。プロジェクタ８は、円板状のカラーホイール８１１が後述するモータの回転部に取り付けられたカラーホイールアセンブリ８１、カラーホイール８１１に向けて光を出射する光源８２、カラーホイール８１１を透過した光を反射するデジタルマイクロミラーデバイス（以下、「ＤＭＤ」という。）８３、および、ＤＭＤ８３からの光を所定のスクリーンに投射する投射光学系８４を備える。

カラーホイール８１１は周方向に関して、例えば１２０度ずつに分割された３つの領域がそれぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の周波数帯の光を透過するフィルタとされ、モータにより高速に回転する。ＤＭＤ８３は、微細な多数個の姿勢変更可能な反射ミラーが２次元に配列して設けられる。カラーホイール８１１からのＲＧＢのいずれかの光は、集光レンズ８５を介してＤＭＤ８３の各反射ミラーへと導かれ、各反射ミラーの姿勢に応じて投射光学系８４または投射光学系８４とは異なる所定の位置に向けて反射され、投射光学系８４へと入射する光のみがスクリーンに投射される。このとき、外部から入力される信号に応じてＤＭＤ８３がカラーホイール８１１の回転角に同期して制御され、各反射ミラーの姿勢が高速に変更される。これにより、プロジェクタ８では入力信号に応じて画像（Ｒ画像、Ｇ画像およびＢ画像）が高速に切り替えられ、スクリーン上にカラーの動画が映し出される。

図２はカラーホイールアセンブリ８１のモータ１の構成を示す縦断面図である。モータ１は、一端が固定されたシャフト２１を有する回転部２、および、潤滑油が含浸された多孔質材料（例えば、多孔質焼結体）にて形成されるとともにシャフト２１の他端（自由端）が挿入されるスリーブ３１を有する固定部３を備える。

回転部２は中央にシャフト２１が固定された略円板状のハブ２２を有し、シャフト２１の固定端の周囲にはシャフト２１の中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状に固定部３側に突出するボス部２２１が形成される。ハブ２２の外周部には、前述のカラーホイール８１１が、例えば所定の取付部材を介して取り付けられる円環状のカラーホイール載置部２２２が形成され、カラーホイール載置部２２２の外周部には、シャフト２１の自由端側（図２において下側）に突出する円環状のヨーク２３が取り付けられる。ヨーク２３の内周面には多極着磁された円環状の界磁用磁石２４が固定される。

固定部３はスリーブ３１が挿入される有底の略円筒状のスリーブ保持部３２を有し、スリーブ保持部３２は、中心軸Ｊ１に垂直な方向に広がるベースプレート３３に形成される貫通孔に挿入されて固定される。スリーブ保持部３２の周囲には、環状コアに設けた複数の突極に巻線を施した電機子３４が界磁用磁石２４の中心軸Ｊ１側において対向して設けられる。界磁用磁石２４および電機子３４はモータ１の駆動機構を構成し、電機子３４に接続された図示省略の電流供給回路により供給される電流が制御されることにより、回転部２をシャフト２１の中心軸Ｊ１を中心として固定部３に対して回転するトルク（回転力）が発生する。

スリーブ保持部３２の底部は略椀状のキャップ部３２１とされ（すなわち、スリーブ保持部３２は略円筒状の部材にキャップ部３２１が、接着またはかしめ等の機械的締結により固定されて構成される。）、キャップ部３２１内の中央にて上方を向く面上にはシャフト２１の球面状の下端面に当接するスラストプレート３５１が設けられる。シャフト２１の下部の外周面上には環状に切り欠かれた環状溝２１１が形成される。また、キャップ部３２１とスリーブ３１との間には、例えば樹脂により形成される円環状の抜止部材３５２が設けられ、抜止部材３５２は環状溝２１１と非接触状態にて嵌り合うことにより、シャフト２１がスリーブ３１から抜けることを防止する抜止機構が構成される。なお、抜止部材３５２は弾性変形するため、シャフト２１を抜止部材３５２に球面状の下端面から挿入して容易に嵌合することができる。

シャフト２１の固定端側において、スリーブ３１の上端面に当接し、上端面に当接する面が上端面よりも大きい端面を持つ円環状の油飛散防止部３５３が取り付けられ、油飛散防止部３５３によりスリーブ３１に含浸された潤滑油がスリーブ３１の上面側から飛散することが防止される。

スリーブ保持部３２の上端面において環状突出部３２３の外周には、中心軸Ｊ１方向に両磁極が並ぶように着磁された円環状の補助磁石３６が設けられる。また、回転部２において中心軸Ｊ１方向に関して補助磁石３６に対向する位置には円環状の磁性体２５が設けられる。補助磁石３６と磁性体２５との間には磁気的吸引力が生じ、シャフト２１をスリーブ３１に挿入する方向の力が回転部２と固定部３との間に作用する。ここで、補助磁石３６は環状突出部３２３の外周に沿って配置するのみで位置決めされるため、モータ１が小型化される際に、補助磁石３６が微小な部材とされる場合でも、容易に配置することができる。なお、補助磁石３６および磁性体２５の双方が必ずしも円環状とされる必要はなく、例えば、磁性体２５のみが円環状とされ、複数の補助磁石３６が環状突出部３２３の外周に配置されてもよい。

また、スリーブ保持部３２の内周面３２２には、中心軸Ｊ１を中心とする環状の溝である凹部３２４が形成され、凹部３２４には潤滑油が含浸された円環状の含油部材３７が設けられる。含油部材３７の内周面はスリーブ３１の外周面と当接しており、含油部材３７から滲み出した潤滑油はスリーブ３１へと供給される。すなわち、含油部材３７がスリーブ３１に含浸される潤滑油を補充する補油機構としての役割を果たす。

ここで、スリーブ保持部３２に凹部３２４を形成する際には、スリーブ保持部３２（正確には、キャップ部３２１を除く略円筒状の部材）を中心軸Ｊ１と所定の回転軸とを一致させた状態で加工機にチャックして回転し、スリーブ保持部３２の内部にバイトを挿入して加工が行われる。したがって、中心軸Ｊ１を中心とする環状の溝である凹部３２４は、切削加工により容易に形成することが可能である。

また、スリーブ３１の外周面には中心軸Ｊ１方向に伸びる複数の溝３１１が形成される。複数の溝３１１は、モータ１の製作においてシャフト２１をスリーブ３１に挿入する際に、スリーブ３１内の空気を外部に円滑に排出する呼吸通路としての役割を果たし、これにより、シャフト２１をスリーブ３１に容易に（すなわち、内部に残存する空気に押し戻されることなく）挿入することが可能となる。

スリーブ３１の内周面において、中心軸Ｊ１方向に関して凹部３２４より下側には、中心軸Ｊ１方向に比較的長く円環状に切り欠かれて形成される切欠部３１２が設けられる。中心軸Ｊ１に沿って切欠部３１２より上側および下側には、シャフト２１の外周面とスリーブ３１の内周面とが滑る状態で接する摺接部５１，５２がそれぞれ設けられる。なお、摺接部５１は中心軸Ｊ１方向に関して摺接部５２より長くされる（すなわち、図２中に示す摺接部５１の軸長Ｌ１が摺接部５２の軸長Ｌ２より長い。）。

図２のモータ１が駆動する際には、摺接部５１，５２においてシャフト２１がスリーブ３１により潤滑油を介して中心軸Ｊ１に垂直な方向であるラジアル方向に支持される。このとき、モータ１では回転部２の重心がシャフト２１の上部に位置するため、ラジアル方向に関する負荷が軸長の長い摺接部５１に集中的に作用するが、含油部材３７が摺接部５１の外側に設けられる（すなわち、中心軸Ｊ１方向に関して含油部材３７と摺接部５１とがほぼ同じ位置とされる）ため、含油部材３７からの潤滑油が摺接部５１に効率よく供給され、シャフト２１はラジアル方向に関して安定して支持される。また、前述のように、補助磁石３６と磁性体２５との間に生じる磁気的吸引力により、シャフト２１の先端がスラストプレート３５１から離れることなく一定の状態にて中心軸Ｊ１方向に支持され（すなわち、スラスト支持され）、カラーホイール８１１の安定した回転が実現される。

図３は図２のスリーブ３１及びスリーブ保持部３２並びに含油部材３７付近の構成を拡大して示す部分拡大断面図である。スリーブ保持部３２の内周面３２２には、中心軸Ｊ１方向に関して凹部３２４より上側（スリーブ保持部３２開口側）にスリーブ３１の外周面と一定間隙４１が形成されている。この一定間隙４１は、モータ１の取り付け姿勢をシャフト２１（及び中心軸Ｊ１）が水平となる状態とした（すなわち、横向きとなる状態とした）場合の、回転時における潤滑油の滲み出し幅以上の間隙であることを前提とし、好ましくは０．１ｍｍ以上の間隙であることが望ましい。この一定間隙４１により、含油部材３７から滲み出した潤滑油がスリーブ３１及びスリーブ保持部３２から伝わり、スリーブ３１の上面側から漏れ出すことが防止される。

また、油飛散防止部３５３の外周面と対面するスリーブ保持部３２の上端部には、鍔状に内径がスリーブ保持部３２の上端側に行くに従い小さくなる傾斜面を形成している。このスリーブ保持部３２上端部に形成された傾斜面と油飛散防止部３５３の外周端面との間に一定間隙４１より小さい微小間隙４２が形成されているこれにより、潤滑油がスリーブ保持部３２を伝わり外側に漏出しそうな場合であっても、微小間隙４２により構成される封止構造（ラビリンス構造の一形態と捉えることもできる。）により、潤滑油がスリーブ保持部３２内に保持される。

以上のように、カラーホイール回転用のモータとして潤滑油が含浸されたスリーブ３１を有するモータ１を用いることにより、従来、ボール軸受のボールに起因して発生していたノイズを低減することが実現される。また、スリーブ３１が有底の略円筒状のスリーブ保持部３２に挿入され、スリーブ保持部３２の内周面３２２に形成される凹部３２４には潤滑油が含浸された含油部材３７が設けられ、含油部材３７によりスリーブ保持部３２内に十分な量の潤滑油が確保される。さらに、凹部３２４上端のスリーブ保持部３２の開口側内周面３２２と対向するスリーブ３１の外周面は、一定間隙４１が形成されることにより、含油部材３７から滲み出した潤滑油がスリーブ３１及びスリーブ保持部３２から伝わり、スリーブ３１上面側から漏れ出すことが防止される。加えて、スリーブ保持部３２上端部に形成された傾斜面と油飛散防止部３５３の外周端面との間にて微小間隙４２が形成されることにより、潤滑油の漏れ出すことを防ぐシール構造が形成され、不要な箇所への潤滑油の付着を防止しつつ潤滑油がスリーブ保持部３２内に確保される。その結果、高温環境下においても潤滑油の枯渇を防止して、モータ１の長寿命化を図ることができる。

なお、潤滑油が含浸された多孔質材料にて形成されるスリーブ（いわゆる、含油すべり軸受）を有するモータは、高温環境下において使用されると潤滑油が枯渇して寿命が短くなる傾向にあり、例えば、高温環境下ではカラーホイール回転用モータとして一般的に要求される寿命（例えば、ＭＴＴＦ（Mean Time to Failure）が２万時間以上）を満たすことが困難となる。これに対して、本実施の形態に係るモータ１は、多孔質材料により形成されるスリーブを有しながらも封止構造や補油機構を有さない同型のモータと比較して、高温環境下での寿命が２倍以上となることが確認されており、カラーホイール回転用のモータとして利用することが実現される。

また、モータ１を前述のプロジェクタ８におけるカラーホイール回転用のモータとして用いることにより、高信頼性が求められるプロジェクタ８の駆動時におけるノイズの発生を抑制することができる。

なお、シャフト２１とスリーブ３１との間には、中心軸Ｊ１に沿って３箇所以上の摺接部が設けられてもよく、この場合、含油部材３７は３箇所以上の摺接部のうち回転部２の重心に最も近いものの外側に設けられることで、潤滑油が必要な箇所に効率よく供給され、シャフト２１をラジアル方向に安定して支持することが実現される。

なお、含油部材３７は必ずしも中心軸Ｊ１方向に関してシャフト２１の自由端側の端部近傍に設けられる必要はなく、スリーブ３１の中央よりもシャフト２１の自由端側に設けられることにより、固定端側に設けられる場合に比べて潤滑油の漏れを抑制することが実現される。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

上記実施の形態では、スリーブ保持部３２は略円筒状の部材にキャップ部３２１が固定されて形成されるが、スリーブ保持部は有底の略円筒状の部材として一体的に形成されてもよい。

また、凹部３２４はスリーブ保持部の製作手法によっては必ずしも環状の溝とされる必要はなく、含油部材３７もスリーブ３１の周囲に部分的に設けられてもよい。さらに、凹部３２４には含油部材として例えば、フェルトや多孔質焼結体等により形成される含油可能な部材が設けられればよい。

スリーブ３１の上端面に当接する油切り用油飛散防止部３５３に代えて、環状の含油部材等の含油可能な飛散防止部材を設けてもよい。この含油可能な飛散防止部材の材料としては、潤滑油の毛細管現象による保持力がスリーブの保持力より小さくなるものを選定する。こうすることにより、スリーブ３１の端面に滲み出した潤滑油は一旦飛散防止部材に保持されるが、モータ運転停止後、スリーブ内部の圧力が低下するに従い、潤滑油は飛散防止部材からスリーブ３１内部に毛細管現象により引き戻される。この結果、潤滑油の飛散は勿論のことその蒸発も防がれ、寿命向上も図れる。

モータ１では、磁性体２５が磁石（すなわち、磁性を帯びた磁性体）とされ、補助磁石３６が磁石ではない磁性体とされてもよく、また、磁性体２５および補助磁石３６の双方が磁石とされてスリーブ３１にシャフト２１を挿入する方向の力が回転部２と固定部３との間に作用してもよい。さらに、ハブ２２が磁性体により形成され、補助磁石３６と中心軸Ｊ１方向に関して補助磁石３６に対向するハブ２２の部位との間において磁気的吸引力を生じさせてもよい。

上記実施の形態では、モータ１は界磁用磁石２４が電機子３４の外側に位置する、いわゆる、アウターロータ型とされるが、界磁用磁石２４が電機子３４より中心軸Ｊ１側に位置する、いわゆる、インナーロータ型とされてもよい。

モータ１は、スクリーンが別途設置されるプロジェクタ以外の表示装置に利用されてもよく、例えば、リアプロジェクション式ＴＶ装置に用いられてもよい。この場合、ＤＭＤからの光はＴＶ装置の画面であるスクリーンに投射される。さらに、モータ１は表示装置以外の用途に利用することも可能であり、例えば、ディスク駆動装置に用いられてもよい。

プロジェクタの概略構成を示す図である。モータの構成を示す縦断面図である。図２のスリーブ３１及びスリーブ保持部３２並びに含油部材３７付近の構成を拡大して示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１モータ
２回転部
３固定部
８プロジェクタ
２１シャフト
２４界磁用磁石
２５磁性体
３１スリーブ
３２スリーブ保持部
３４電機子
３６補助磁石
３７含油部材
４１一定間隙
４２微小間隙
５１，５２摺接部
８１カラーホイールアセンブリ
８２光源
８３デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）
８４投射光学系
３２２内周面
３２３環状突出部
３２４凹部
３５３油飛散防止部
８１１カラーホイール
Ｊ１中心軸

Claims

電動式のモータであって、
所定の部位に一端が固定されたシャフトを有する回転部と、
潤滑油が含浸された多孔質材料にて形成されるとともに前記シャフトの他端が挿入されるスリーブを有する固定部と、
前記回転部を前記シャフトの中心軸を中心として前記固定部に対して回転する駆動機構と、
を備え、
前記固定部が、
前記スリーブが挿入される有底の略円筒状のスリーブ保持部と、
前記スリーブ保持部の内周面に形成される凹部と、
前記凹部に設けられ、前記潤滑油が含浸された含油部材と、
を有し、
前記スリーブの外周面と、これに対面するスリーブ保持部の内周面との間に、スリーブの外周面でのオイルの滲み出し幅以上の一定間隙を前記凹部から前記一端側に設けたことを特徴とする、モータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記スリーブの前記端側の端面に当接する該端面より大径の油飛散防止部を有し、
前記スリーブ保持部の内周面における前記スリーブの端面に対応する位置に、内径が前記端側に行くに従い小さくなる傾斜面を形成すると共に、該傾斜面と前記油飛散防止部の外周端面との間に前記一定間隙より小さい微小間隙が形成されていることを特徴とするモータ。
請求項１または２に記載のモータであって、
前記一定間隙は、０．１ｍｍ以上であることを特徴とするモータ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、
前記シャフトが水平となる状態で取り付けられることを特徴とするモータ。