JP2006254663A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型モータであってもモータケースと取付用プレートとを溶接可能にする。
【解決手段】 開口部４６を設けたモータケース３７と、該モータケース３７を取り付ける取付用プレート４５とを有するモータ１において、モータケース３７の開口部４６断面の取付用プレート４５と接する平面と取付用プレート４５の平面とがレーザ溶接により固定される。
【選択図】図８

Description

本発明はモータに関する。さらに詳述すると、本発明はモータケースの溶接に関する。

図１０に示すように、モータのモータケース１００と該モータケース１００を取り付ける取付用プレート１０１とを固着するために、スポット溶接やレーザ溶接が採用されている。例えばスポット溶接をする場合は、モータケース１００に３箇所以上の凸部を形成し、取付用プレート１０１に加圧しながら通電することで凸部が溶解して溶接される。

ここで、凸部は取付用プレート１０１に設けることも可能ではあるが、取付用プレート１０１は顧客ごとのカスタムパーツであるために機種ごとに凸部形状がばらつく原因となり溶接が安定しなくなってしまう。このため、共通部品であるモータケース１００に凸部を設けるようにしている。

一方、近年ではモータの小型化が進み、直径５ｍｍ程度のモータも開発されている。

特開２００４−１１２９８５号公報

しかしながら、上述したスポット溶接を利用したモータでは、特にモータ径が６ｍｍ未満になるとモータケース１００あるいは取付用プレート１０１に凸部を精度良く加工することが困難であるため、取付用プレート１０１を固着することが困難になっている。

また、レーザ溶接ではモータケース１００の絞りＲ面１０１ａと取付用プレート１０１との溶接になるので、モータケース１００の絞りＲ面１０１ａの影響で溶接部分でのレーザの焦点合わせが難しく溶接が不安定になって量産性を図れなくなってしまう。

そこで、本発明は小型モータであってもモータケースと取付用プレートとを溶接可能なモータを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、開口部を設けたモータケースと、該モータケースを取り付ける取付用プレートとを有するモータにおいて、モータケースの開口部断面の取付用プレートと接する平面と取付用プレートの平面とがレーザ溶接により固定されるようにしている。

したがって、モータケースの開口部にレーザを照射するので、モータケースのＲ面などの形状の影響を受けなくなると共にモータケースに対して垂直方向および水平方向からレーザ照射が可能になる。よって、溶接部分でのレーザの焦点合わせが簡単になるので、レーザの焦点が合わないことに起因するモータケースや取付用プレートの偏った溶接を防止することができる。さらに、平面同士が溶接されるので安定した溶接を確保することができる。

上述したように、請求項１記載のモータによれば、溶接部分でのレーザの焦点合わせが簡単になるので、レーザの焦点が合わないことに起因するモータケースや取付用プレートの偏った溶接を防止することができ、モータケースや取付用プレートの変形を防止してモータ製造時の歩留まりを良好にすることができる。

さらに、平面同士が溶接されるので安定した溶接を確保することができる。よって、モータの精度や強度を高めることができる。

（モータの構造）
図１は、本発明が適用されるＰＭ（永久磁石）型ステッピングモータの要部の断面図である。

図２は、図１に示すステッピングモータ１のステータ部３の構造を示す説明図である。

（モータの構成）
図１に示す本実施の形態に係るステッピングモータ１は、回転軸２１とロータマグネット（永久磁石）２２とを有するロータ部２と、このロータマグネット２２と間隙を介して対向配置されたステータ部３とを有しており、回転軸２１は軸受４で回転自在に支持されるとともに回転軸２１の一端に当接するバネ部材５により軸線方向にバネ付勢されている。尚、回転軸２１の他端側の支持は、図示していない軸受４とは別の軸受により回転自在に支持されている。この別の軸受は、例えば第１のステータコア３１の出口端開口あるいは取付プレートの内側の開口付近に設けるか、あるいは回転軸２１の先端部分に図示しないケーシングを介して設けられている。

ロータ部２を構成する回転軸２１には、ロータマグネット２２が回転軸２１上に接着により固定されており、ロータマグネット２２は略円筒状した永久磁石で構成されている。

また、ロータマグネット２２には、その軸方向の両端面に、円形の凹所が形成されており、これら凹所を形成することによって、ロータマグネット２２自体をさらに軽量化させている。このように、軽量化することによって、ロータマグネット２２の慣性モーメントを少なくしている。

回転軸２１の他端は、ステッピングモータ１の回転を出力するように延長された出力軸となっている。

ステータ部３は、第１のステータコア３１と、この第１のステータコア３１と背中合わせに固定される第２のステータコア３２によって２相構造に構成されている。

第１および第２のステータコア３１、３２は、それぞれ複数の極歯が交互に入り組むように構成されている。これらの極歯の外周部および極歯間の菊座は面取り加工されている。このため、極歯のバリによる空芯コイル３３，３４の絶縁不良を低減させることができる。ここでの面取り加工によりバリの大きさは０．０３ｍｍ以下にすることが好ましい。

第１のステータコア３１における各極歯の外周には、円環状の空芯コイル３３が配置されており、同様に、第２のステータコア３２における各極歯の外周には、円環状の空芯コイル３４が配置されている。

この円環状の空芯コイル３３、３４の表面全体には、絶縁性を高める絶縁膜５０が形成されている。

さらに、第１のステータコア３１と空芯コイル３３との間には、絶縁性シート４０が介在しており、本実施の形態では、絶縁性シート４０は接着剤を用いて第１のステータコア３１及び空芯コイル３３に固着されている。

同様に、第２のステータコア３２と空芯コイル３４との間には、絶縁性シート４０が接着剤を用いて固着されている。

このステッピングモータ１は、ステータコア３１，３２と、該ステータコア３１，３２に組み付けられる空芯コイル（駆動コイル）３３，３４と、該空芯コイル（駆動コイル）３３，３４の巻線の端末３３ａ，３４ａが巻き付けられる複数の端子ピン３６とが設けられた端子台３５とを有するものであって、図３および図４に示すように端子台３５の嵌合部３５ａがステータコア３１，３２の嵌合部３１ｂ，３２ｂに嵌合すると共に、端子台３５と駆動コイル３３，３４との間には隙間４１が設けられている。

端子台３５の嵌合部３５ａは透孔とされている。また、ステータコア３１，３２の嵌合部３１ｂ，３２ｂは嵌合部３５ａに圧入される突起からなる。これにより、簡易な組立が可能になると共に端子台３５の倒れ防止を図ることができる。図５に示すように、端子ピン３６は金属製のＬ字形状のピンからなる。そして、端子ピン３６は液晶ポリマーから成る絶縁材と共にインサート成形されて端子台３５として形成される。液晶ポリマーを利用することにより高い耐熱性を得ることができる。

端子ピン３６は正方形状に配置されている。これにより、従来のように直線状に配置する場合に比べて端子台３５のモータ周方向の長さを短くすることができるので、モータ１の小型化を図ることができる。

各端子ピン３６はモータ１の径方向と平行方向に向けて設けられている。各端子ピン３６の基部３６ａはモータ１の軸方向に向けて設けられると共に端子台３５から僅かに突出している。このため、基部３６ａに対しても配線が可能になるので、例えば設置スペースの関係で端子ピン３６に配線できない時でも基部３６ａに配線することができる。また、モータ１を装置に設置した後であっても基部３６ａを利用してモータ１の電気特性の確認をすることができる。さらに、端子ピン３６がＬ字形状であるので抜けに対する強度が極めて強い。

また、ステータコア３１，３２の嵌合部３１ｂ，３２ｂに嵌合される側の端子台３５の嵌合部３５ａ周辺には複数の突起４２が形成されている。これにより、図５（ａ）に示すように巻線の端末３３ａ，３４ａがモータケース３７の巻線を出すための透孔のエッジに当接することを防止して、エッジによる断線防止を図ることができる。また、突起４２がモータケース３７のエッジに引っ掛かることにより端子台３５の倒れ防止を図ることができる。

さらに、端子台３５の端子ピン３６の周辺には段部４３が形成されると共に、巻線の端末３３ａ，３４ａが段部４３に這わせて端子ピン３６に巻き付けられている。よって、図６および図４に示すように、巻線の端末３３ａは段部４３の中で端子ピン３６に達するので、後にＦＰＣ４４などを取り付けたとしても巻線の端子ピン３６に達する直前の部分３３ｂが干渉することが無い。これにより、当該部分３３ｂがＦＰＣ４４により切断される虞がなく、モータ１を取り付ける時の歩留まりを上げることができる。

さらに、第１のステータコア３１は別の第１のステータコア３７に収納されており、同様に、第２のステータコア３２は別の第２のステータコア３８に収納されている。

なお、本実施の形態では、別の第１のステータコア３７は、モータケースとしても機能しており、以下では第１のモータケース３７とする。同様に、別の第２のステータコア３８は、第２のモータケース３８として記載する。

第１および第２のステータコア３１、３２及び第１のモータケース３７、第２のモータケース３８は、図１に示すように、回転軸２１の軸線と同心上に配設され、溶着により固着されている。

ここで、このモータ１は、図７および図８に示すように開口部４６を設けたモータケース３７と、該モータケース３７を取り付ける取付用プレート４５とを有するものであって、モータケース３７の開口部４６断面の取付用プレート４５と接する平面と取付用プレート４５の平面とがレーザ溶接により固定されている。

第１のモータケース３７は、絞り加工により底付きの円筒形状に形成され、周側面の向き合う２面を軸方向に剪断して底面３７ａが小判型になるように形成されている。また、取付用プレート４５はモータケース３７の底面３７ａより十分大きいものとしている。そして、図８に示すように、モータケース３７の底面３７ａと取付用プレート４５との段差部分に対して軸方向に沿った方向からレーザ溶接を行う（図中符号４７は溶接箇所）。溶接箇所４７の位置や数は適宜設定することができる。

本実施の形態では、図１及び図２に示すように、第１のステータコア３１と第１のモータケース３７とで形成される軸線方向の長さＸと、空芯コイル３３の軸線方向の長さＹと、絶縁性シート４０の厚さＺとの関係は、Ｘ＞Ｙ＋Ｚとなるようにする。

第１のモータケース３７の軸線方向の端面と、この端面に対向する空芯コイル４０の端面との間には絶縁性を確保するために隙間Ｓが形成されている。第２のモータケース３８と空芯コイル３４との軸線方向には、同様に隙間Ｓが形成されている。

軸受４は、潤滑性を有する樹脂で形成されており、回転軸２１の一端をラジアル方向に回転自在に支持している。

ラジアル方向を支持する軸受４には、挿通する回転軸２１を支持する軸受部と、第２ステータコア３２の内径に圧入固定する圧入部と、外周部の一部が径方向に突出したつば部とが形成されている。

軸受４の上記軸受部は、ロータマグネット２２に形成した凹所に入り込むように配置され、ステッピングモータ１全体の軸方向の寸法を抑えている。

さらに、上記軸受部の内径は、回転軸２１の外径に比べて、クリアランスを形成できる程度の大きさとなっている。

また、軸受４の上記つば部は、第２のステータコア３２上に載置されて軸線方向への位置決めが行われている。

バネ部材５は、１枚の金属板から形成され、回転軸２１の一端に当接するバネ片と、中心孔とが設けられている。

また、バネ部材５は、第２のモータケース３８に溶着されて固定されている。

ばね部材５の上記バネ片は、回転軸２１の一端に当接し、回転軸２１を軸線方向にバネ付勢している。

つぎに、ステータ部を構成する空芯コイルおよび絶縁性シートについて図２を用いて説明する。

なお、本実施の形態では、ステータ部３は、２組で構成されているが、同じ構造であるので、ここでは第1のステータコア３１について説明し、第２のステータコア３２の説明は省略する。

第1のステータコア３１に嵌合される空芯コイル３３は、複数回巻回されたコイル巻線の表面全体に絶縁膜５０が塗布されたものである。

上記コイル巻線は、その表面に薄い自己融着層が形成されており、熱を加えることで自己融着層が溶けて隣接するコイル巻線同士を固着するようになっている。

また、複数回巻回されたコイル巻線の表面全体に形成される絶縁膜５０は、本実施の形態ではポリアミドイミド樹脂を主体とする塗料となっている。

この空芯コイル３３の製造はつぎのとおりである。

まず、上記コイル巻線が、巻芯となる棒材に、巻始め端３３ａと巻終わり端３３aとが巻回層の表面に露出するようにして、所定のモータトルクを得られる回数巻回される。

なお、巻芯となる棒材は、その外径は第1のステータコア３１に形成された複数の極歯で構成する外周とほぼ同じ径としている。

巻線は、巻回しの最中に外部より熱風を吹き付け、巻回しと同時に自己融着させ、巻芯上に巻回されたコイル巻線同士を接着させる。融着後、巻芯である棒材を引き抜き、巻回されたコイル巻線は空芯コイル３３に形成される。

なお、巻線の自己融着は、巻回後、巻始め端３３ａと巻終わり端３３ａとの間に所定の電圧を印加させ、コイル巻線に電流を流し、発熱させてコイル巻線の表面の自己融着層を融着固化し、巻芯上に巻回されたコイル巻線同士を接着しても良い。

つぎに、空芯コイル３３の表面にディッピング塗装により絶縁膜５０を形成する。

簡単に説明すれば、ディッピング塗装は、空芯コイル３３をポリアミドイミド樹脂を主体とする塗料槽の中に浸漬して、引き上げてエアーブローを用いて塗料を吹き飛ばし、乾燥させるようになっている。上記工程を所定の膜厚、例えば、本実施の形態では３０μｍ程度の膜厚が確保されるまで繰り返し実施する。絶縁膜の厚さは、空芯コイルが嵌合、若しくは固着されるステータコアのバリやひけの大きさ以上あることが好ましい。他方、絶縁膜を厚くするとコイルが大型化するので１００μｍ以下であることが好ましい。

空芯コイル３３の軸線方向の端面３３ｈには、第１のステータコア３１の端面３１ａとの間に絶縁性シート４０が介在されている。

絶縁性シート４０は、リング形状であるとともに、本実施の形態では、その材質はポリエチレンテレフタレートである。本実施例では、その厚みは１６μｍであるが、その耐圧電圧は１００Ｖ以上と良好な絶縁性能を確保できる。

絶縁性シート４０は、絶縁膜５０に比べて靭性を有している。

さらに、本実施の形態では、絶縁シート４０の内径は、第１のステータコア３１の複数の極歯の外周とほぼ同じ径となっているとともに、その外径は、第１のステータコア３１の外径よりも小さい径となっている。

第１のステータコア３１の外径よりも小さくすることで、第１のステータコア３１と第２のステータコア３２とを溶着する際、邪魔にならないようになっている。

さらに、空芯コイル３３、絶縁性シート４０、第１のステータコア３１は接着剤を用いて固定されている。固定することで、空芯コイル３３が軸線方向に移動して、軸線方向に対向する第１のモータケース３７の端面に接触することを防止できるようになっている。

また、ディッピング塗装では、空芯コイル３３の外周面３３ｂおよび内周面３３ｃに比べて角部３３ｄ〜３３ｇは塗料がつきにくく、エアーブローをかけることで吹き飛ばされる易くなっている。そのため、これら角部３３ｄ〜３３ｇは外周面３３ｂや内周面３３ｃと比べて膜厚が薄くなることもある。

すなわち、第１のステータコア３１の端面３１ａにバリ等が残っている場合、また、第１のステータコア３１の複数の極歯の根元部分がＲ形状となっていることで、空芯コイル３３を嵌合する場合に、そのバリやＲ部に押され、絶縁膜５０がはがれて、コイル巻線と第１のステータコア３１とが短絡したり、コイル巻線が断線する虞がある。

しかし、絶縁性シート４０を介在することで、絶縁性シート４０が絶縁膜５０に比べて靭性を有しているので、第１のステータコア３１に生じたバリに接した場合でも、破れることなく、バリを覆いかぶせるようになっている。

このため、絶縁性シート４０は、空芯コイル３３の端面３３ｈ（角部を含む）の絶縁膜５０の厚みを補うようになっており、第１のステータコア３１との絶縁を確保することができるようになっている。

上述したステッピングモータ１を組み立てる際は、図２に示すように第１のモータケース３７（または第２のモータケース３８）を取り外した第１のステータコア３１（または第２のステータコア３２）に絶縁性シート４０を接着剤で固着する。

接着後、空芯コイル３３（または空芯コイル３４）を第１のステータコア３１（または第２のステータコア３２）の極歯の外周に嵌合し、空芯コイル３３を接着固定する。そして、各ステータコア３１，３２の嵌合部３１ｂ，３２ｂに端子台３５を圧入して仮止めする。また、各コイル３３，３４の端末３３ａ，３４ａを端子ピン３６に巻き付ける。

つぎに、第１のモータケース３７（または第２のモータケース３８）を取り付けてステータ部３が組み立てられる。このステータ部３は、図１に示すようにロータマグネット２２と間隙を介して対向配置されて組みつけられる。ここで、モータケース３７，３８に端子台３５を接着して本止めする。

なお、ステッピングモータ１の組み付けについては、従来公知のステッピングモータ等と同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。
（他の実施の形態）

なお、上述した形態は、本発明の好適な形態の一例では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変形実施可能である。

例えば本実施形態ではレーザ溶接を軸方向に沿った方向から行っているが、これには限られず斜め方向から行っても良い。また、上述した実施形態では取付用プレート４５はモータケース３７の底面３７ａより十分大きいものとしているが、これには限られず図９に示すように、取付用プレート４５をモータケース３７の底面３７ａと同じ幅としても良い。この場合、レーザ照射方向は軸方向に対して直交する方向、即ち取付用プレート４５と平行な方向が好ましい。

また、本実施形態ではモータとしてステッピングモータを使用しているが、これには限られず他の種類のモータを使用しても良い。

例えば本実施形態では端子ピン３６の基部３６ａはモータ１の軸方向に設けているが、これには限られず周方向であっても良い。また、基部３６ａの端部が端子台３５から突出しているが、突出していなくても良い。さらに、本実施形態では端子部３５に突起４２や段部４３を設けているが、これらは無くても良く適宜必要に応じて設ければ良い。

また、本実施形態では端子ピン３６は液晶ポリマーから成る絶縁材と共にインサート成形されているが、これには限られず他の材質によるインサート成形であっても良い。あるいは端子ピン３６を圧入などにより端子台３５に設けるようにしても良い。

さらに、本実施形態ではステータコア３１，３２を２つ有するステッピングモータ１を使用しているが、これには限られずステータコアが１つのものであっても良い。また、駆動コイルとして空芯コイルを利用したボビンの無いステッピングモータを採用しているが、これには限られずコイルを巻いたボビンを有するステッピングモータであっても良い。

本実施の形態では、絶縁性シート４０の材質はポリエチレンテレフタレートであるが、これには限られずポリエステルやポリアミドイミド樹脂などであってもよい。

なお、絶縁性シート４０が、絶縁膜５０と同じポリアミドイミド樹脂で形成した場合には絶縁性及び耐熱性に優れたステッピングモータを構成することができる。

また、本実施の形態では、絶縁性シート４０を接着剤を用いて固定しているが、これには限られず接着せずに圧入などにより固定するようにしてもよい。

さらに、本実施の形態では、絶縁性シート４０はリング形状であるようにしているが、これには限られず断片的に設けるなど他の形状であってもよい。

（ステッピングモータの動作）
上述のように構成されたステッピングモータ１は、ステータ部３の空芯コイル３３、３４に所定の電流を通電することにより、ステータ部３とロータマグネット２２との間の磁気相互作用により、ロータマグネットが回転付勢され、これと一体の回転軸２１が回転する。
なお、ステッピングモータ１の動作は従来公知のステッピングモータ等の動作と同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。

開口部を設けたモータケース３７と、該モータケースを取り付ける取付用プレート４５とを有するモータにおいて、モータケース３７の開口部断面の取付用プレート４５と接する平面と取付用プレート４５の平面とがレーザ溶接により固定されるようにしている。

したがって、モータケース３７の開口部にレーザを照射するので、モータケース３７のＲ面などの形状の影響を受けなくなると共にモータケース３７に対して垂直方向および水平方向からレーザ照射が可能になる。よって、溶接部分４６、４７でのレーザの焦点合わせが簡単になるので、レーザの焦点が合わないことに起因するモータケース３７や取付用プレート４５の偏った溶接を防止することができる。さらに、平面同士が溶接されるので安定した溶接を確保することができる。

上述したように、溶接部分４６、４７でのレーザの焦点合わせが簡単になるので、レーザの焦点が合わないことに起因するモータケース３７や取付用プレート４５の偏った溶接を防止することができ、モータケース３７や取付用プレート４５の変形を防止してモータ製造時の歩留まりを良好にすることができる。

さらに、平面同士が溶接されるので安定した溶接を確保することができる。よって、モータの精度や強度を高めることができる。

ステッピングモータの概略を示す断面側面図である。 空芯コイル及び絶縁性シートを示す分解組立図である。 端子台とステータとの関係を示す正面図である。 端子台とステータとの関係を示す平面図である。 端子台を示す図であり、（ａ）は（ｂ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図、（ｄ）は底面図である。 段部の詳細を示す側面図である。 モータを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。 本発明のモータケースと取付用プレートとの溶接を示す底面図である。 他の例のモータケースと取付用プレートとの溶接を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は底面図である。 従来のモータケースと取付用プレートとの溶接を示す側面図である。

符号の説明

１ ステッピングモータ
３７ モータケース
４５ 取付用プレート
４６ 開口部

Claims (1)

1. 開口部を設けたモータケースと、該モータケースを取り付ける取付用プレートとを有するモータにおいて、前記モータケースの開口部断面の前記取付用プレートと接する平面と前記取付用プレートの平面とがレーザ溶接により固定されていることを特徴とするモータ。
   
   

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