JP2007110834A

JP2007110834A - モータ

Info

Publication number: JP2007110834A
Application number: JP2005299026A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Uematsu; 郁夫上松
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: US20070085433A1; JP4600886B2; CN1960142A

Abstract

【課題】軸受（ベアリング）の十分な強度を確保しつつ、更なる小型化を実現しうるモータを提供する。
【解決手段】回転軸１１に固着された永久磁石１２を備えたロータ１０と、ロータ１０が挿入されるロータ挿入穴１３を備えたステータ２０と、ロータ１０の回転軸１１の一方の軸端１８を支持する軸受３０と、軸受３０が挿入される軸受挿入穴１５を備えた軸受ホルダ４０と、を有するモータ１において、ロータ１０の外径をＡ、軸受挿入穴１５の内径をＢ、ロータ挿入穴１３の内径をＣとしたとき、Ａ<Ｂ<Ｃの関係を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関し、特に、小型化に適したモータに関する。

一般に、入力パルス数に比例して回転駆動する電動機として、ＰＭ型ステッピングモータがある。例えば、爪状の誘導子（極歯）を用いたＰＭ型ステッピングモータでは、ロータの回転軸に永久磁石が固着されており、ステータに巻回されたリング状のコイルにパルス電流を供給することによって、ステータの極歯に磁界が現れ、入力パルス数に比例して回転駆動する。

図４は、極歯を用いたＰＭ型ステッピングモータ１００の従来構造を示す断面図である。

図４において、ＰＭ型ステッピングモータ１００には、回転軸１０１に固着された永久磁石１０２を備えたロータ１１０と、ロータ１１０が挿入されるロータ挿入穴１０３を備えたステータ１２０と、が設けられており、回転軸１０１の下端は、鋼球１０４を介して軸受１３０で支持されている。また、軸受１３０は、軸受挿入穴１０５を備えた軸受ホルダ１４０によって、回転軸１０１の軸方向Ｌに変位可能に支持されている。軸受１３０の下面には、ロータ１１０に対し、回転軸１０１の軸方向Ｌに与圧を付与する板バネ１０６が当接されている。

ここで、ＰＭ型ステッピングモータ１００におけるロータ１１０やステータ１２０、軸受１３０などの寸法に着目すると、ロータ１１０（永久磁石１０２）の外径をφＡ２（ｍｍ）、軸受挿入穴１０５の内径（軸受１３０の外径）をφＢ２（ｍｍ）、ステータ１２０（ロータ挿入穴１０３）の内径をφＣ２（ｍｍ）としたとき、Ａ２<Ｂ２＝Ｃ２の関係が満たされている（図４参照）。この関係を満たす従来のＰＭ型ステッピングモータ１００は、次のようにして組み立てられる。すなわち、まず、フレーム１０７に、スラスト軸受１０８を固定し、ステータ１２０を取り付ける。次に、軸受ホルダ１４０をステータ１２０の下面に取り付ける。次に、永久磁石１０２が固着された回転軸１０１（ロータ１１０）を、軸受ホルダ１４０の軸受挿入穴１０５からステータ１２０のロータ挿入穴１０３に通して、その先端をスラスト軸受１０８に係合させる。最後に、回転軸１０１との間で鋼球１０４を挟持するように、軸受１３０を軸受ホルダ１４０の軸受挿入穴１０５にリア側から組み込んだ後、板バネ１０６によってその下面を付勢する。

このように、従来のステッピングモータ１００では、その組み立ての際には、ロータ１１０を、軸受ホルダ１４０の軸受挿入穴１０５からステータ１２０のロータ挿入穴１０３に通す関係上、それぞれＡ２<Ｂ２及びＡ２<Ｃ２の関係は必須である。そして、Ｂ２とＣ２との関係は、製造（組立）工程の簡易化の観点からＢ２＝Ｃ２となる場合が多かった。

また、例えば特許文献１に開示されたステッピングモータでは、Ａ２<Ｃ２<Ｂ２の関係が満たされている。すなわち、Ｂ２＝Ｃ２の関係が満たされたステッピングモータ１００（図４参照）では、軸受１３０がロータ挿入穴１０３に突出してステータ１２０（特に極歯）と接触し、モータ損傷の危険性があるので、特許文献１に開示されたステッピングモータでは、Ｃ２<Ｂ２の関係を満たすようにして、軸受１３０がロータ挿入穴１０３に突出するのを完全に排除している。

特開平９−１３５５６２号公報（図１）

しかしながら、デジタルカメラなどの電子機器の薄型化・小型化に伴って、モータ自体の小型化が極めて重要な課題になっている昨今において、上述した従来のステッピングモータ（図４及び特許文献１参照）では、十分な小型化を図ることができない。

すなわち、図４において、外径が例えば約φ８ｍｍ程度の従来のステッピングモータ１００では、軸受ホルダ１４０の高さＥ２は、強度確保の観点から設計された軸受１３０の高さＤ２より大きく、ステータ１２０の高さＨ２と比べると十分小さいもの（約１／５）となっている。しかし、ステッピングモータ１００の外径が例えば約φ６ｍｍ程度になった場合（これに伴い、ステータ１２０の長さＨ２が、より短いＨ２'になった場合）には、軸受ホルダ１４０の高さＥ２は、少なくとも、上述のとおり強度確保の観点から設計された軸受１３０の高さＤ２よりも大きくしなければならないことから、ステータ１２０の高さＨ２'（<Ｈ２）と比べて十分小さいものとはならない。その結果、モータの全丈を短く（小さく）できず、軸受ホルダ１４０が、ステッピングモータ１００をデジタルカメラ等の実機に搭載する際の障害になってしまう。

また、特許文献１に開示されたステッピングモータは、上述のとおり、モータ損傷の危険性を低下させる観点からＡ２<Ｃ２<Ｂ２（図４参照）の関係が満たされているものであるが、その外径が例えば約φ６ｍｍ程度になったときには、ステッピングモータ１００と同様、軸受ホルダ１４０の高さＥ２（図４参照）を十分に小さくすることができず、ステッピングモータの十分な小型化を図ることができない。

そこで、本発明者は、軸受（ベアリング）の十分な強度確保を考慮した上で、モータ自体の更なる小型化という昨今の重要な課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を着想するに至った。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受（ベアリング）の十分な強度を確保しつつ、更なる小型化を実現しうるモータを提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１）回転軸に固着された永久磁石を備えたロータと、前記ロータが挿入されるロータ挿入穴を備えたステータと、前記回転軸の一方の軸端を支持する軸受と、前記軸受が挿入される軸受挿入穴を備えた軸受ホルダと、を有するモータにおいて、前記ロータの外径をＡ、前記軸受挿入穴の内径をＢ、前記ロータ挿入穴の内径をＣとしたとき、Ａ<Ｂ<Ｃの関係を満たすことを特徴とするモータ。

本発明によれば、ロータ，ステータ，軸受，及び軸受ホルダが設けられたモータにおいて、軸受ホルダに設けられた軸受挿入穴の内径を、ロータの外径をより大きくするとともに、ステータに設けられたロータ挿入穴の内径よりも小さくすることとしている。

本発明に係るモータでは、軸受挿入穴の内径Ｂ、すなわち軸受の外径Ｂを、ロータ挿入穴の内径Ｃよりも小さくなるようにしているので、軸受は、ロータ挿入穴に突出することが可能である。そして、軸受がロータ挿入穴に突出することが可能であれば、軸受の高さは従来のままで、軸受ホルダの高さ（ステータのリア側における飛び出し）を小さくすることができる。しかも、軸受がロータ挿入穴に突出したとしても、Ｂ<Ｃの関係が満たされていることから、軸受がステータ（特に極歯）と接触してモータを損傷する危険性は小さい。

従って、軸受（ベアリング）の十分な強度確保とモータ損傷の危険性低下とを考慮した上で、モータ自体の更なる小型化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した「Ａ<Ｂ<Ｃ」の関係を満たしていれば、実際に軸受がロータ挿入穴に突出しているか否かは問わない。

（２）前記軸受の一部は、前記軸受ホルダから前記ロータ挿入穴に突出していることを特徴とする（１）記載のモータ。

本発明によれば、軸受の一部は、軸受ホルダからロータ挿入穴に突出していることとしたので、軸受の高さは従来のままで、軸受ホルダの高さを小さくすることができ、軸受の強度を十分に確保しつつ更なる小型化を図ることができる。

すなわち、本発明は、軸受をロータ挿入穴に突出させることによって、軸受ホルダの高さを小さくすることができ、それによってモータの長さを小さくすることができる。そして、本発明は、このような形状にすることによって、突出した軸受がステータと接触しないし、軸受自体も軸受としての強度を確保したままで、軸受としての機能を損なわないものである。なお、本発明は、軸受ホルダが、例えば焼結体など弾性又は可塑性を有しない変形不可能な素材であったとしても、軸受の高さは従来のままで、軸受ホルダの高さを小さくすることができる。

（３）前記軸受ホルダに設けられた軸受挿入穴は、前記ロータを挿入するための穴として用いられることを特徴とする（１）又は（２）記載のモータ。

本発明によれば、軸受ホルダに設けられた軸受挿入穴を、ロータをステータの内部に挿入するための穴（入り口）として用いることとしたので、モータの全丈を短くすることができる。

すなわち、本発明によれば、軸受ホルダを小さくすることで、モータの全丈を短くすることができるようになっており、また、軸受ホルダを小さくしても、強度を保って当該機能（軸受を保持する機能）を十分に果たしうるものとなっている。

また、従来のＰＭ型ステッピングモータ１００（図４参照）では、製造（組立）工程の簡易化の観点から、軸受ホルダ１４０の軸受挿入穴１０５の内径Ｂ２と、ステータ１２０のロータ挿入穴１０３の内径Ｃ２とを等しくしていたため、モータの組み立て時において、ロータ１１０をステータ１２０に挿入する際に、永久磁石１０２とステータ１２０（特に極歯）とが接触し、モータ損傷の危険性が高かった。しかし、本発明によれば、例えば図４において、ステータ１２０のロータ挿入穴１０３よりも内径が小さい軸受挿入穴１０５を、ロータ１１０を挿入するための穴として用いることとしたので、回転軸１０１の中心とロータ挿入穴１０３の中心とをより正確に一致させた状態でロータ１１０を挿入することができ、ひいては、ロータ１１０の回転軸１０１が偏心した状態で挿入されるのを防ぐことができる。従って、モータ損傷の危険性を低下させることができる。

本発明に係るモータによれば、軸受挿入穴の内径をロータ挿入穴の内径よりも小さくすることとしたので、軸受の高さは従来のままで、軸受ホルダの高さを小さくすることができ、ひいては軸受の強度は保ったまま更なる小型化を図ることができる。また、モータ組み立て時にモータ損傷の危険性を低下させることもできる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

［機械構造］
図１は、本発明の実施の形態に係るＰＭ型ステッピングモータ１の機械構造を示す断面図である。なお、ＰＭ型ステッピングモータ１は、例えば、デジタルカメラ，デジタルビデオカメラ，ＦＤＤ，ＯＤＤなどの電子機器に搭載される。

図１において、ＰＭ型ステッピングイモータ１は、回転軸１１に固着された永久磁石１２を備えたロータ１０と、ロータ１０が挿入されるロータ挿入穴１３を備えたステータ２０と、鋼球１４を介して回転軸１１の下端を支持する軸受３０と、軸受挿入穴１５が形成され、軸受３０を回転軸１１の軸方向Ｌに変位可能に支持する軸受ホルダ４０と、を有している。軸受３０の下面には、ロータ１０に対して軸方向Ｌに与圧を付与する板バネ１６が当接している。

ステータ２０では、コイル２１が巻回された環状の第１ボビン２２Ａと第２ボビン２２Ｂとが回転軸１１の軸方向Ｌに重ねて配置されている。第１ボビン２２Ａにおいて、回転軸１１の軸方向Ｌの両側には、環状の内ステータコア２３Ａ及び外ステータコア２４Ａが重ねて配置され、第２ボビン２２Ｂにおいて、回転軸１１の軸方向Ｌの両側には、環状の内ステータコア２３Ｂ及び外ステータコア２４Ｂが重ねて配置されている。第１ボビン２２Ａの内周面では、内ステータコア２３Ａの複数の極歯２５Ａと外ステータコア２４Ａの複数の極歯２６Ａが周方向に噛み合うように並んだ状態で配置されている。第２ボビン２２Ｂの内周面では、内ステータコア２３Ｂの複数の極歯２５Ｂと外ステータコア２４Ｂの複数の極歯２６Ｂが周方向に噛み合うように並んだ状態で配置されている。なお、第１ボビン２２Ａ及び第２ボビン２２Ｂは、樹脂部材で構成されており、内ステータコア２３Ａ，２３Ｂ及び外ステータコア２４Ａ，２４Ｂは、いずれも磁性金属部材で構成されている。

このようにして、ロータ１０が挿入されるロータ挿入穴１３を備えたステータ２０が構成されており、このロータ挿入穴１３の内側には、ロータ１０の基端側が同軸上に配置されている。ロータ１０の基端側では、回転軸１１の周りに永久磁石１２が固着されており、この永久磁石１２は、ステータ２０の極歯２５Ａ，２６Ａ，２５Ｂ，２６Ｂと所定の間隔を隔てて対向配置されている。

外ステータコア２４Ａの先端面にはコの字状のフレーム（金属フレーム）１７が固着されており、ロータ１０の回転軸１１は、このフレーム１７の先端側屈曲部分に固定されたスラスト軸受１９によって支持されている。すなわち、ロータ１０の回転軸１１は、その先端がフレーム１７によって支承されている。そして、回転軸１１のフレーム１７側に突出している部分の外周には、リードスクリュー部１１Ａが形成されている。このリードスクリュー部１１Ａには、搭載する実機におけるヘッド部材のネジ部（図示せず）が螺合されており、リードスクリュー部１１Ａが回転することによって、このヘッド部が図１における回転軸１１の軸方向Ｌに対して上下方向に移動可能となっている。

一方で、ロータ１０の回転軸１１は、軸方向Ｌの基端側の軸端１８が鋼球１４を介して軸受３０によって支持されている。鋼球１４は、軸端１８における凹錐面からなる凹部１８Ａと、軸受３０における凹錐面からなる凹部３０Ａとによって保持されている。

ステータ２０の下には、軸受挿入穴１５が形成され、焼結体などからなる軸受ホルダ４０が配置されている。軸受３０は、この軸受挿入穴１５の内部において、回転軸１１の軸方向Ｌに変位可能な状態で装着されている。

ここで、ＰＭ型ステッピングモータ１では、軸受ホルダ４０に形成された軸受挿入１５穴の内径Ｂ１を、ロータ１０（永久磁石１２）の外径Ａ１よりも大きくするとともに、ステータ２０に形成されたロータ挿入穴１３の内径Ｃ１よりも小さくしている。また、軸受３０の一部は、軸受ホルダ４０の上端（ロータ１０側の端）からＦ１だけ飛び出して、ステータ２０におけるロータ挿入穴１３側に突出している。これらの寸法に関して、図２を用いて詳細に説明する。

図２は、図１に示すＰＭ形ステッピングモータ１における軸受３０付近の拡大図である。

図２に示すように、ＰＭ型ステッピングモータ１では、軸受挿入穴１５の内径Ｂ１、すなわち軸受３０の外径Ｂ１を、ロータ挿入穴１３の内径Ｃ１よりも小さくしており、軸受３０は、ロータ挿入穴１３に突出している。従って、軸受３０の高さＤ１は従来のままで（図４に示すＤ２と等しいままで）、軸受ホルダ４０の高さＥ１を小さくすることができる（図４に示すＥ２よりも小さくすることができる）。従って、ＰＭ型ステッピングモータ１の外径が例えば約φ６ｍｍ程度になった場合であっても、軸受ホルダ４０の高さＥ１を、ステータ２０の高さと比べて相対的に十分小さくすることができ、ひいてはモータの全丈を短く（小さく）することができるので、デジタルカメラ等の実機に搭載する際の障害になるのを防ぐことができる。

また、軸受３０がロータ挿入穴１３に突出したとしても、軸受３０の外径Ｂ１はロータ挿入穴１３の内径Ｃ１よりも小さいので、軸受３０がステータ２０（特に極歯２５Ｂ，２６Ｂ）と接触してモータを損傷する危険性は低い。

このようなことから、ＰＭ型ステッピングモータ１は、軸受３０の強度を十分に確保した上で、モータ損傷の危険性を低下させつつ、更なる小型化を図ることができる。

［組み立て方法］
図３は、本発明の実施の形態に係るＰＭ型ステッピングモータ１の組立方法を説明するための分解斜視図である。なお、図３は、ＰＭ形ステッピングモータ１における軸受３０付近の組立方法に着目している。従って、スラスト軸受１９が固定されたフレーム１７は、外ステータコア２４Ａの先端面に予め固着されているものとする。

図３において、まず、軸受ホルダ４０を外ステータコア２４Ｂの下面に取り付ける。より具体的には、外ステータコア２４Ｂの下面には、溶接用の４個の突起部５１が形成されており、これらの突起部５１に、軸受ホルダ４０を位置決めして当接させる。そして、これらの突起部５１に電流を流してスポット溶接を行うことによって、軸受ホルダ４０は外ステータコア２４Ｂに固定される。

次に、軸受ホルダ４０の軸受挿入穴１５を、ロータ１０（図３では図示せず。図１参照）を挿入するための穴（入り口）として用いる。より具体的には、ロータ１０を軸受挿入穴１５から通して、その先端をスラスト軸受１９（図１参照）に係合させる。

ここで、本実施形態に係るＰＭ型ステッピングモータ１では、軸受挿入穴１５の内径Ｂ１を、外ステータコア２４Ｂのロータ挿入穴１３の内径Ｃ１よりも小さくしている。従って、強度を保ったままで軸受ホルダ４０を小さくすることができ、ひいてはモータの全丈を短くすることができる。また、ロータ１０をステータ２０に挿入する際、回転軸１１の中心とロータ挿入穴１３の中心とをより正確に一致させた状態でロータ１０を挿入することができ、ひいては回転軸１１が偏心した状態で挿入されるのを防ぐことができる。従って、モータ損傷の危険性を低下させることができる。

なお、ロータ１０をステータ２０に挿入した後、軸受３０を軸受ホルダ４０の軸受挿入穴１５に挿入する。このとき、回転軸１１の軸端１８に形成された凹部１８Ａ（図３では図示せず。図１参照）と、軸受３０に形成された凹部３０Ａとによって、鋼球１４が保持されることになる。最後に、板バネ１６を有する板バネ押圧キャップ部材６０を軸受ホルダ４０に取り付ける。より具体的には、板バネ押圧キャップ部材６０には、外周縁から軸受ホルダ４０側に伸びた４個の爪部６０Ａが形成されており、これらの爪部６０Ａが軸受ホルダ４０の外周縁に係合することによって、板バネ押圧キャップ部材６０が軸受ホルダ４０に取り付けられる。なお、軸受３０の下面は、板バネ６０によって付勢されており、回転軸１１の振れに起因した異音が発生するのを防いでいる。

また、本実施形態では、軸受ホルダ４０は焼結体等の部材で構成することとしたが、例えば、樹脂材等の部材で構成することとしてもよい。

本発明に係るモータは、軸受の強度を保ったままで更なる小型化に資するものとして有用である。

本発明の実施の形態に係るＰＭ型ステッピングモータの機械構造を示す断面図である。図１に示すＰＭ形ステッピングモータにおける軸受付近の拡大図である。本発明の実施の形態に係るＰＭ型ステッピングモータの組み立て方法を説明するための分解斜視図である。極歯を用いたＰＭ型ステッピングモータの従来構造を示す断面図である。

符号の説明

１ＰＭ型ステッピングモータ
１０ロータ
１１回転軸
１２永久磁石
１３ロータ挿入穴
１４鋼球
１５軸受挿入穴
１６板バネ
１７フレーム
１８軸端
１８Ａ凹部
１９スラスト軸受
２０ステータ
２１コイル
２２Ａ第１ボビン
２２Ｂ第２ボビン
２３Ａ，２３Ｂ内ステータコア
２４Ａ，２４Ｂ外ステータコア
２５Ａ，２６Ａ，２５Ｂ，２６Ｂ極歯
３０軸受
３０Ａ凹部
４０軸受ホルダ

Claims

回転軸に固着された永久磁石を備えたロータと、
前記ロータが挿入されるロータ挿入穴を備えたステータと、
前記回転軸の一方の軸端を支持する軸受と、
前記軸受が挿入される軸受挿入穴を備えた軸受ホルダと、を有するモータにおいて、
前記ロータの外径をＡ、前記軸受挿入穴の内径をＢ、前記ロータ挿入穴の内径をＣとしたとき、Ａ<Ｂ<Ｃの関係を満たすことを特徴とするモータ。
前記軸受の一部は、前記軸受ホルダから前記ロータ挿入穴に突出していることを特徴とする請求項１記載のモータ。
前記軸受ホルダに設けられた軸受挿入穴は、前記ロータを挿入するための穴として用いられることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ。