JP2007178235A - Rotary encoder for motor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、モータ用ロータリエンコーダ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a rotary encoder for a motor and a manufacturing method thereof.
モータの回転変位量を検出するために、モータに直結したロータリエンコーダが用いられることがある。通常ロータリエンコーダは、周方向に遮光部と透光部とが交互に形成された円盤状もしくは円筒状のスケールと、透光部を挟んで対向するように配置される発光素子及び受光素子からなるセンサとを備えている。そして、モータの出力軸にスケールを取り付け、モータの駆動とともに回転するスケールで光の通路を断続することにより、回転変位量を検出するのである。この種のロータリエンコーダには、光路が軸方向であるもの(例えば特許文献1の図3)と径方向であるもの(例えば特許文献1の図1、特許文献2の図3)との2つのタイプがある。
In order to detect the rotational displacement amount of the motor, a rotary encoder directly connected to the motor may be used. Usually, a rotary encoder is composed of a disk-shaped or cylindrical scale in which light-shielding portions and light-transmitting portions are alternately formed in the circumferential direction, and a light-emitting element and a light-receiving element disposed so as to face each other with the light-transmitting portion interposed therebetween. And a sensor. Then, a scale is attached to the output shaft of the motor, and the amount of rotational displacement is detected by intermittently connecting the light path with the scale rotating as the motor is driven. There are two types of rotary encoders of this type, one having an optical path in the axial direction (for example, FIG. 3 of Patent Document 1) and one having a radial direction (for example, FIG. 1 in
軸方向光路タイプの場合、図7(a)に平面図、図7(b)に軸方向断面図として示すように円盤状のスケール23の外縁に近い円周線に沿って多数のスリット23bからなる透光部が形成されている。従って、スケール23は、薄板をエッチングしたり打ち抜いたりすることにより、数多くの細い透光部を容易に形成することができ、高分解能なエンコーダ21を実現することができる。
しかし、エンドプレーと称してモータ2のON/OFF時に生じる回転軸2aの上下動により、光路を断続するタイミングが変動することから、特性変化が大きい。また、このエンドプレーにより、スケール23とセンサ24内部のいずれかの素子とが接触して検出不可能となることもある。更に、スケール23の上側の素子をモータ2上面の回路基板7に接続するために、センサ24における素子間の連結部をスケール23の外側に迂回させなければならない。従って、エンコーダ21全体を小径化することが困難である。
In the case of the axial optical path type, as shown in FIG. 7 (a) as a plan view and as shown in FIG. 7 (b) as an axial cross-sectional view, from a number of slits 23b along the circumferential line close to the outer edge of the disk-
However, the characteristic change is large because the timing at which the optical path is interrupted varies due to the vertical movement of the rotating shaft 2a that occurs when the
一方、径方向光路タイプは、図8(a)に軸方向断面図、図8(b)にスケールのみの斜視図として示すようにスケール33が円盤状のハブ35と円筒状のリム36からなり、リム36に例えば櫛歯状に透光部が形成されている。従って、エンドプレーが生じても各素子と透光部及び遮光部との間隔は変わらず、特性が安定している。また、センサ34をモータ2に取り付けた後、スケール33を出力軸2aに挿入することができるので、組立てが容易である。更に、センサ34における素子間の連結部がスケール33の下側に存在すること、及びエンドプレーを抑える機構を省けることなどから、エンコーダ31全体の小径化もしくはモータ2の小型化を図ることができる。
しかし、ハブ35とリム36を別々に成形した後、両者を接合して一体化させる場合は、接合コストがかかる。他方、ハブ35とリム36を同時に一体成形する場合は、リム36が円筒状であることから、透光部のピッチや幅を軸方向光路タイプほど細かくすることができず、分解能が粗い。
On the other hand, in the radial optical path type, the scale 33 is composed of a disk-shaped hub 35 and a cylindrical rim 36 as shown in FIG. The rim 36 is formed with a translucent portion, for example, in a comb shape. Therefore, even if end play occurs, the distance between each element, the light transmitting portion and the light shielding portion does not change, and the characteristics are stable. Since the scale 33 can be inserted into the output shaft 2a after the
However, when the hub 35 and the rim 36 are separately molded and then joined together, a joining cost is required. On the other hand, when the hub 35 and the rim 36 are integrally formed at the same time, since the rim 36 is cylindrical, the pitch and width of the light transmitting portions cannot be made as fine as the axial direction optical path type, and the resolution is rough.
上記のように、いずれのタイプも一長一短があって、双方の長所を兼備したものはない。
それ故、この発明の課題は、径方向光路タイプの長所を保持しつつ、高分解能なモータ用ロータリエンコーダを提供することにある。
As mentioned above, each type has advantages and disadvantages, and none of them has the advantages of both.
Therefore, an object of the present invention is to provide a high-resolution rotary encoder for a motor while maintaining the advantages of the radial optical path type.
その課題を解決するために、この発明のモータ用ロータリエンコーダは、
中心にモータの出力軸と嵌合する軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に設けられた円筒状のリムとからなり、リムの周方向に遮光部と透光部が交互に形成されたスケールと、
リムの内外に各々位置するようにモータに固定された発光素子及び受光素子を含むセンサとを備えたロータリエンコーダにおいて、
前記ハブとリムとは透光性材料にて一体成形されたものであり、前記遮光部は径方向に入射する光が入射方向に対して角度を有する方向に反射するように加工されているか又は遮光材料にて印刷されていることを特徴とする。
In order to solve the problem, a rotary encoder for a motor of the present invention is
Consists of a disc-shaped hub with a shaft hole that fits in the center with the output shaft of the motor, and a cylindrical rim provided on the periphery of the hub. Light-shielding parts and light-transmitting parts are alternately formed in the circumferential direction of the rim. Scaled,
In a rotary encoder comprising a light emitting element and a sensor including a light receiving element fixed to a motor so as to be located inside and outside the rim,
The hub and the rim are integrally formed of a translucent material, and the light shielding portion is processed so that light incident in the radial direction is reflected in a direction having an angle with respect to the incident direction, or It is printed with a light shielding material.
このロータリエンコーダは、円筒状のリムの周方向に遮光部と透光部が形成された径方向光路タイプであるから、エンドプレーの影響を受けない、組立が容易である、小径化もしくは小型化を図ることができるなどの利点を有する。そして、ハブとリムとが透光性材料にて一体成形されたものであるから、透光部はそのままで光を透して受光素子に至らせる。一方、遮光部は入射光を角度を有する一定もしくは不定方向に反射させる、あるいは遮光材料にて入射光を吸収する。従って、モータの駆動に伴ってスケールを回転させることで、光路が断続される。
前記遮光部としては、外周面又は内周面に、粗面もしくは半径線と非直角に交差する面を有するものがよい。粗面の場合は入射光を乱反射させ、半径線と非直角に交差する面の場合は一定方向に反射させる。
This rotary encoder is a radial optical path type in which a light-shielding part and a light-transmitting part are formed in the circumferential direction of a cylindrical rim, so it is not affected by end play, is easy to assemble, and has a reduced diameter or reduced size. It has the advantage that it can aim at. Since the hub and the rim are integrally formed of a translucent material, the translucent part transmits light to the light receiving element as it is. On the other hand, the light shielding part reflects incident light in a constant or indefinite direction having an angle, or absorbs incident light by a light shielding material. Therefore, the optical path is interrupted by rotating the scale as the motor is driven.
The light-shielding part preferably has a rough surface or a surface that intersects the radial line non-perpendicularly on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface. In the case of a rough surface, incident light is diffusely reflected, and in the case of a surface that intersects the radius line at a non-right angle, it is reflected in a certain direction.
このモータ用ロータリエンコーダを製造する適切な第一の方法は、
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形と同時に、リムの外周面又は内周面に、粗面もしくは半径線と非直角に交差する面、及び半径線と直角に交差する滑面を周方向に交互に形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とする。
A suitable first method for producing this motor rotary encoder is
A disc-shaped hub having a shaft hole that can be fitted to the output shaft of the motor at the center, and a cylindrical rim connected to the periphery of the hub are integrally formed of a translucent material,
Simultaneously with the forming, on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the rim, a rough surface or a surface that intersects the radial line non-perpendicularly and a smooth surface that intersects the radial line perpendicularly are alternately formed in the circumferential direction,
After fixing the sensor including the light emitting element and the light receiving element to the motor,
The output shaft of the motor is fitted to the shaft hole.
同じく適切な第二の製造方法は、
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に粗面を形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とする。
また第三の製造方法は、
中心にモータの出力軸と嵌合しうる軸孔を有する円盤状のハブと、ハブの周縁に連なる円筒状のリムとを透光性材料にて一体的に成形し、
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に遮光材料を印刷するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とする。
A suitable second manufacturing method is also
A disc-shaped hub having a shaft hole that can be fitted to the output shaft of the motor at the center, and a cylindrical rim connected to the periphery of the hub are integrally formed of a translucent material,
After molding, on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the rim, a rough surface is intermittently formed in the circumferential direction,
After fixing the sensor including the light emitting element and the light receiving element to the motor,
The output shaft of the motor is fitted to the shaft hole.
The third manufacturing method is
A disc-shaped hub having a shaft hole that can be fitted to the output shaft of the motor at the center, and a cylindrical rim connected to the periphery of the hub are integrally formed of a translucent material,
After molding, on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the rim, intermittently printing a light shielding material in the circumferential direction,
After fixing the sensor including the light emitting element and the light receiving element to the motor,
The output shaft of the motor is fitted to the shaft hole.
これらの製造方法の記載順序は、方法の優劣と無関係である。これらの製造方法によれば、ハブとリムとを一体的に成形するので、成形後に両者を接合する工程を省くことができる。成形手段は射出成形が好ましい。打ち抜きなどの機械加工と異なりバリを生じることがなく仕上げ加工を要しないからである。第一の製造方法においてスケールに形成された半径線と非直角に交差する面は遮光部として、滑面は透光部として機能する。第二の製造方法における粗面及び第三の製造方法において印刷された部分は遮光部として、面粗しされていない部分及び印刷されていない部分は透光部として機能する。いずれの方法においても全体が透光性材料からなるので、透光部はスリットなどの空間である必要はなく、格別綿密な加工の必要もなく、成形型から転写される滑面であってよい。従って、透光部及び遮光部のピッチを細かく設定できる。また、センサをモータに固定した後、出力軸とハブの軸孔を嵌合することでスケールを固定するので、組立が容易である。 The order of description of these production methods is independent of the superiority or inferiority of the methods. According to these manufacturing methods, since the hub and the rim are formed integrally, the step of joining the two after forming can be omitted. The molding means is preferably injection molding. This is because unlike machining such as punching, burrs are not generated and finishing is not required. In the first manufacturing method, the surface that intersects the radius line formed on the scale at a non-right angle functions as a light shielding portion, and the smooth surface functions as a light transmitting portion. The rough surface in the second manufacturing method and the portion printed in the third manufacturing method function as a light-shielding portion, and the portion not roughened and the portion not printed function as a light-transmitting portion. In any method, since the whole is made of a light-transmitting material, the light-transmitting portion does not need to be a space such as a slit, and does not require any special meticulous processing, and may be a smooth surface transferred from a mold. . Therefore, the pitch of the light transmitting part and the light shielding part can be set finely. Since the scale is fixed by fitting the output shaft and the shaft hole of the hub after the sensor is fixed to the motor, assembly is easy.
以上のように、この発明のロータリエンコーダは、エンドプレーの影響を受けないので、負荷(Duty)の変動や位相差の変動を生じにくく正確に出力する。エンドプレーを抑制する機構が不要であるし、組立も容易であるから、低コストである。透光部と遮光部のピッチを細かく設定できるから、高分解能なエンコーダを構築できる。 As described above, since the rotary encoder according to the present invention is not affected by end play, it accurately outputs a load (Duty) and a phase difference with little difficulty. Since a mechanism for suppressing the end play is unnecessary and assembly is easy, the cost is low. Since the pitch between the light transmitting part and the light shielding part can be set finely, a high-resolution encoder can be constructed.
−実施形態1−
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図1(a)は実施形態1のロータリエンコーダを示す平面図(モータは省略)、図1(b)は同じく軸方向断面図(モータを含む)、図1(c)は同エンコーダに用いるスケールを示す斜視図、図1(d)は図1(c)のA部拡大図である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view showing a rotary encoder according to the first embodiment (a motor is omitted), FIG. 1B is an axial sectional view (including a motor), and FIG. 1C is a scale used for the encoder. FIG. 1D is an enlarged view of a portion A in FIG.
ロータリエンコーダ(以下、単に「エンコーダ」という。)1は、モータ2の出力軸2aに取り付けられて、その回転変位量を検出するもので、スケール3及び位置センサ4からなる。スケール3は、透明樹脂からなり、中心にモータ2の出力軸2aと嵌合する軸孔を有する円盤状のハブ5と、ハブ5の周縁に連なる円筒状のリム6とが一体成形されたものである。リム6の外周面における周方向には平面視等脚台形の凸部と逆等脚台形の凹部とが交互に形成されている。凸部の頂面6a及び凹部の底面6bはいずれも出力軸2aを中心とする円周線に沿っており、透光部として機能する。そして、凸部(又は凹部)の両側面6c、6dはその円周線を通る接線に対して45°の角度をなしており、遮光部として機能する。
A rotary encoder (hereinafter simply referred to as “encoder”) 1 is attached to an output shaft 2 a of a
位置センサ4は、リム6の外側に発光部4a、内側に受光部4b、両者の連結部4cが下側に各々位置するようにモータ2上面の回路基板7に近い偏芯位置に固定されている。発光部4a及び受光部4bは、それぞれ図略の発光素子及び受光素子を内蔵している。受光素子は、周方向に少なくとも2個内蔵されており、互いに位相の異なる出力信号を取り出すことができる。発光部4aと受光部4bとは、間に位置する透光部及び遮光部が接触せずにリム6が回転できる程度の間隙を介して対向している。
エンコーダ1は、以下のようにして製造される。
スケール3と相補する内部空間を有する金型に透明樹脂を射出成形することにより、スケール3を得る。そして、センサ4を連結部4cが下になるようにモータ2の上面に固定した後、スケール3の軸孔を出力軸2aに嵌合することにより、エンコーダ1が完成すると同時にモータ2に組み付けられた状態となる。
The
The
The
エンコーダ1においては、図2に示すように発光素子から発せられた光は透光部に入射するとリム6を透過して受光素子に至る。一方、遮光部に入射するとほぼ直角に反射するので受光素子に到達しない。従って、出力軸2aの回転とともに光路が断続され、回転変位量を検出することができる。上記の通り、リム6が出力軸2aと同心の円筒状をなし、その外周面に透光部及び遮光部が形成されていることから、モータ2がエンドプレーを生じても発光部4aとリム6外周面との間、受光部4bとリム6内周面との間の各距離が一定に保たれる。従って、エンドプレーに係わらず、出力特性は安定している。また、細かいピッチと幅で高精度に加工された金型の形状を透光部と遮光部が反映しているので、分解能が高い。
In the
−実施形態2−
図3は、実施形態2のロータリエンコーダに用いるスケールを示す斜視図である。この実施形態では、実施形態1における斜面に代えて、遮光部が粗面にて形成されている。その他の構成は、実施形態1と同様であり、以下に相違点を詳述する。
即ち、スケール13のリム16の外周面には、実施形態1ほど大きな高低差を有する凹凸は無く、代わって軸方向に長い方形の粗面16aと滑面16bとが周方向に交互に形成されている。そして、粗面16aが遮光部、滑面16bが透光部として機能する。
スケール13は、これとほぼ相補する内部空間を有する金型に透明樹脂を射出成形した後、粗面16aとすべき領域を研削盤にて研削することにより、製造される。
FIG. 3 is a perspective view showing a scale used in the rotary encoder of the second embodiment. In this embodiment, instead of the slope in the first embodiment, the light shielding portion is formed with a rough surface. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and differences will be described in detail below.
That is, the outer peripheral surface of the rim 16 of the scale 13 has no unevenness having a level difference as large as that of the first embodiment, and instead, the rough surface 16a and the smooth surface 16b that are long in the axial direction are alternately formed in the circumferential direction. ing. The rough surface 16a functions as a light shielding portion, and the smooth surface 16b functions as a light transmitting portion.
The scale 13 is manufactured by injecting a transparent resin into a mold having an internal space substantially complementary to the scale 13 and then grinding a region to be the rough surface 16a with a grinder.
このスケール13を実施形態1におけると同じセンサ4とともにモータ2に組み付けた場合、図4に示すように発光素子から発せられた光は透光部に入射するとリム16を透過して受光素子に至る。一方、遮光部に入射すると乱反射するので受光素子に到達しない。従って、実施形態1と同様に回転変位量を検出することができる。しかも各素子とリム16の内外面との間の距離が一定であるから、エンドプレーに係わらず、出力特性は安定している。また、研削盤にて所望のピッチと幅で高精度に粗面16aを形成することができるから、分解能が高い。
なお、上記研削加工に代えて圧電アクチュエータに接続された針状具による引っかき加工を適用しても良い。
When the scale 13 is assembled to the
Note that scratching with a needle-like tool connected to the piezoelectric actuator may be applied instead of the grinding process.
−実施形態3−
図5は、実施形態3のロータリエンコーダに用いるスケールを示す斜視図である。この実施形態では、実施形態1における斜面に代えて、遮光部が遮光材料にて印刷されている。その他の構成は、実施形態1と同様であり、以下に相違点を詳述する。
即ち、スケール43のリム46の外周面には、実施形態1ほど大きな高低差を有する凹凸は無く、代わって軸方向に長い黒色の方形パターン46aが周方向に等間隔に印刷されている。スケール43は、これとほぼ相補する内部空間を有する金型に透明樹脂を射出成形した後、黒色インクによって方形パターン46aを印刷し加熱することにより、製造される。黒色インクとしては、カーボンブラック、黒色酸化鉄などの黒色顔料を含むペースト状のものが挙げられる。印刷は、スケール43を断続的に回転させながら、メッシュスクリーンを介して行ってもよいし、あるいは先に帯状のフィルムに必要数のパターンを印刷しておき、リム46に転写するなどしてもよい。また、微細な吐出口からインクジェット方式で吹き付けてもよい。そして、方形パターン46aが遮光部、方形パターン46aに挟まれた印刷されていない部分46bが透光部として機能する。
FIG. 5 is a perspective view showing a scale used in the rotary encoder of the third embodiment. In this embodiment, instead of the slope in the first embodiment, the light shielding portion is printed with a light shielding material. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and differences will be described in detail below.
That is, the outer peripheral surface of the rim 46 of the scale 43 has no unevenness having a level difference as large as in the first embodiment, and instead, black square patterns 46a that are long in the axial direction are printed at equal intervals in the circumferential direction. The scale 43 is manufactured by injection-molding a transparent resin in a mold having an interior space substantially complementary to the scale 43, and then printing and heating the square pattern 46a with black ink. Examples of the black ink include pastes containing black pigments such as carbon black and black iron oxide. Printing may be performed via a mesh screen while the scale 43 is rotated intermittently, or a necessary number of patterns may be printed on a strip-shaped film and transferred to the rim 46. Good. Moreover, you may spray by an inkjet system from a fine discharge port. The rectangular pattern 46a functions as a light shielding portion, and the unprinted portion 46b sandwiched between the rectangular patterns 46a functions as a light transmitting portion.
このスケール43を実施形態1におけると同じセンサ4とともにモータ2に組み付けた場合、図6に示すように発光素子から発せられた光は透光部に入射するとリム46を透過して受光素子に至る。一方、遮光部に入射すると黒色顔料が光を吸収するので受光素子に到達しない。従って、実施形態1と同様に回転変位量を検出することができる。しかも各素子とリム46の内外面との間の距離が一定であるから、エンドプレーに係わらず、出力特性は安定している。また、印刷機にて所望のピッチと幅で高精度に方形パターン46aを形成することができるから、分解能が高い。
When the scale 43 is assembled to the
1,21,31 エンコーダ
2 モータ
3,13,23,33,43 スケール
4,24,34 位置センサ
5,15,35,45 ハブ
6,16,36,46 リム
7 回路基板
2a 出力軸
1, 21, 31
Claims (7)
リムの内外に各々位置するようにモータに固定された発光素子及び受光素子を含むセンサとを備えたロータリエンコーダにおいて、
前記ハブとリムとは透光性材料にて一体成形されたものであり、前記遮光部は径方向に入射する光が入射方向に対して角度を有する方向に反射するように加工されているか又は遮光材料にて印刷されていることを特徴とするモータ用ロータリエンコーダ。 Consists of a disc-shaped hub with a shaft hole that fits in the center with the output shaft of the motor, and a cylindrical rim provided on the periphery of the hub. Light-shielding parts and light-transmitting parts are alternately formed in the circumferential direction of the rim. Scaled,
In a rotary encoder comprising a light emitting element and a sensor including a light receiving element fixed to a motor so as to be located inside and outside the rim,
The hub and the rim are integrally formed of a translucent material, and the light shielding portion is processed so that light incident in the radial direction is reflected in a direction having an angle with respect to the incident direction, or A rotary encoder for a motor, which is printed with a light shielding material.
成形と同時に、リムの外周面又は内周面に、半径線と非直角に交差する面、及び半径線と直角に交差する滑面を周方向に交互に形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とするモータ用ロータリエンコーダの製造方法。 A disc-shaped hub having a shaft hole that can be fitted to the output shaft of the motor at the center, and a cylindrical rim connected to the periphery of the hub are integrally formed of a translucent material,
Simultaneously with the molding, on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the rim, a surface that intersects the radial line at a non-right angle and a smooth surface that intersects the radial line at a right angle are alternately formed in the circumferential direction.
After fixing the sensor including the light emitting element and the light receiving element to the motor,
A method for manufacturing a rotary encoder for a motor, wherein the output shaft of the motor is fitted into the shaft hole.
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に粗面を形成するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とするモータ用ロータリエンコーダの製造方法。 A disc-shaped hub having a shaft hole that can be fitted to the output shaft of the motor at the center, and a cylindrical rim connected to the periphery of the hub are integrally formed of a translucent material,
After molding, on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the rim, a rough surface is intermittently formed in the circumferential direction,
After fixing the sensor including the light emitting element and the light receiving element to the motor,
A method for manufacturing a rotary encoder for a motor, wherein the output shaft of the motor is fitted into the shaft hole.
成形の後に、リムの外周面又は内周面に、周方向に間欠的に遮光材料を印刷するとともに、
発光素子及び受光素子を含むセンサをモータに固定した後、
モータの出力軸と前記軸孔を嵌合することを特徴とするモータ用ロータリエンコーダの製造方法。 A disc-shaped hub having a shaft hole that can be fitted to the output shaft of the motor at the center, and a cylindrical rim connected to the periphery of the hub are integrally formed of a translucent material,
After molding, on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of the rim, intermittently printing a light shielding material in the circumferential direction,
After fixing the sensor including the light emitting element and the light receiving element to the motor,
A method for manufacturing a rotary encoder for a motor, wherein the output shaft of the motor is fitted into the shaft hole.
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