JP2008131738A - 軸への合成樹脂部材の固定構造およびロータアッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】軸の外周に合成樹脂製の部材を射出成形して一体的に固定する際に、構造簡易な構造によって確実に軸と部材との間にガタを生じることを防止することができる軸への合成樹脂部材の固定構造およびこれを用いたロータアッセンブリを提供する。
【解決手段】軸８の外周部に、当該外周部の一部が軸線と交差する方向の取り除かれることにより、底面１７ａとこの底面１７ａの上記軸線方向の両端部から外周面に至る側面１７ｂとを有する凹部１７が形成され、凹部１７を含む部分に合成樹脂製の部材１５がインサート成形により固定されてなる軸８への合成樹脂部材の固定構造において、凹部１７の底面１７ａに、軸線方向と交差する方向に延在する凸部２１、３１、４１を形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸の外周に合成樹脂製の部材を一体的に固定するための構造、およびモータ等の各種回転機器類に用いられるロータアッセンブリに関するものである。

例えば、モータの一種であるステッピングモータは、高い回転角精度が得られることから空調設備のルーバー開閉用や、各種弁の開閉制御用等として広く用いられている。
図４および図５は、上記ステッピングモータとして、本出願人が先に下記特許文献１において提案したものを示すものである。

このステッピングモータは、磁性金属からなる有底円筒状のモータケース１と、それぞれコイル２、ボビン３、一対のヨーク４ａ、４ｂよりなるＡ相とＢ相の２相のステータ５ａ、５ｂを備えたステータユニット６と、ロータ７とその中心に配した回転軸８とが一体化されたロータアッセンブリ９と、内部にロータアッセンブリ９の後端を支持する軸受部１０を備えた樹脂製の蓋体１１と、組立工程の最後にモールド成形されることにより、防水コネクタ１２を有するハウジングを一体に構成するモールド樹脂部１３とから概略構成されている。

ここで、ステータユニット６は、ヨーク４ａ、４ｂを金型内にインサートした状態でボビン３と蓋体１１が同時に一体成形されるとともに、成形後のボビン３にコイル２が巻回されることにより構成されている。また、対をなす各ヨーク４ａ、４ｂには、ボビン３の内周面に位置する複数の極歯が円周方向に等間隔で屈曲形成されており、ヨーク４ａ、４ｂの極歯は、交互に噛み合う形で円周方向に並んでいる。そして、蓋体１１と共に一体化されたステータユニット６は、モータケース１の内周に挿入されている。

また、モータケース１の底板の中央には軸孔が穿設され、この軸孔に軸受１４が嵌合固定されている。そして、ロータアッセンブリ９は、モータケース１の後端開口部からステータユニット６内に挿入され、ロータアッセンブリ９の中心に固定された回転軸８の先端が、軸受１４に回転自在に支承されている。なお、出力軸８の先端側には、リードスクリュー８ａが形成されており、出力軸８の回転方向に応じて当リードスクリュー８ａに連結された図示しない移動体を軸線方向に往復駆動するようになっている。

また、図５に拡大して示すように、ロータアッセンブリ９を構成するロータ７は、さらに合成樹脂によって回転軸８上に成形加工されたロータ本体１５と、このロータ本体１５の外周上に成形一体化されるとともに周方向に多極着磁が施された外観略円筒形のマグネット１６とで構成されている。

ここで、回転軸８の外周にはＤカット部（凹部）１７が設けられている。このＤカット部１７は、回転軸８の外周部の一部が、グラインダー等により軸線と直交する方向に取り除かれることにより形成されたもので、平坦な底面１７ａとこの底面１７ａの軸線方向の両端部から当該回転軸８の外周面に至る側面１７ｂとによって画成されている。そして、回転軸８の外周にロータ本体１５を成形するための合成樹脂が射出される際に、当該合成樹脂の一部がＤカット部１７内に充填されることにより、回転軸８に対するロータ本体１５の回り止め効果を発揮するようになっている。また、ロータ本体１５の外周には、マグネット１６との回り止めを果たす複数（図では４）の突起１８が、周方向に等間隔をおいて設けられている。

ところで、本発明者等は、上記構成からなるステッピングモータにおいて、回転軸８にＤカット部１７を形成してロータ本体１５と一体化したにも拘わらず、回転軸８とロータ本体１５との間に、軸線方向に向けて相対的に僅かなガタが生じていることを見出した。
このような回転軸８に対するロータ本体１５の軸線方向へのガタは、僅かといえども出力軸８の先端側のリードスクリュー８ａに連結された移動体を高い位置精度で往復駆動させる要請がある場合には弊害となる。

そこで、その原因を調査研究したところ、回転軸８の外周にロータ本体１５をインサート成形した際に、図６に示すように、Ｄカット部１７内に充填された合成樹脂がその冷却・硬化の過程において図中矢印で示すように中央に向けて収縮（所謂ヒケが発生）し、この結果、側壁１７ｂとの間に数十μｍの間隙が生じて、回転軸８とロータ本体１５との間に上記ガタが生じてしまうとの知見を得るに至った。
特開２００６−１９７７１３号公報

本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、軸の外周に合成樹脂製の部材を射出成形して一体的に固定する際に、構造簡易な構造によって確実に軸と部材との間にガタを生じることを防止することができる軸への合成樹脂部材の固定構造およびこれを用いたロータアッセンブリを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、軸の外周部に、当該外周部の一部が軸線と交差する方向に取り除かれることにより、底面とこの底面の上記軸線方向の両端部から外周面に至る側面とを有する凹部が形成され、上記凹部を含む部分に合成樹脂製の部材がインサート成形により固定されてなる軸への合成樹脂部材の固定構造において、上記凹部の底面に、上記軸線方向と交差する方向に延在する凸部を形成したことを特徴とするものである。

ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の凸部が、上記側面間の中央に上記軸線と直交する方向に形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、モータの回転軸と、この回転軸の外周に固定されて外周面に着磁が施された外観円筒状のロータとを備えたロータアッセンブリにおいて、上記モータの回転軸は、請求項１または２に記載の上記軸であり、かつ上記ロータが請求項１または２に記載の合成樹脂製の部材であるとともに、上記ロータが上記モータ回転軸に、請求項１または２に記載の軸への合成樹脂部材の固定構造によって固定されてなることを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、軸または回転軸に形成した凹部の底面に、さらに当該底面から突出する凸部が上記軸線方向と交差する方向に形成されているために、軸または回転軸の外周に合成樹脂製の部材またはロータをインサート成形した際に、凹部内の合成樹脂が冷却・硬化の過程において収縮することにより上記凸部に上記軸線方向の両側から密着する。
そして、この凸部に対する上記合成樹脂の所謂食い付きにより、軸または回転軸と部材またはロータとの間に軸線方向のガタを生じることを確実に防止することができる。

なお、上記部材またはロータを構成する合成樹脂は、その冷却・硬化時に軸線方向の両端部からそれぞれ凹部の中央に向けて収縮する。そこで、請求項２に記載の発明のように、上記凸部を、凹部の側面間の中央に上記軸線と直交する方向に形成すれば、上記凸部に対する合成樹脂による高い食い付き効果を得ることができる。

図１〜図３は、本発明に係る軸への合成樹脂部材の固定構造およびロータアッセンブリを、図４に示したステッピングモータに用いられるロータアッセンブリに適用した第１〜第３の実施形態を示すものであり、図５に示したロータアッセンブリ９と共通する構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。

すなわち、図１〜図３に示す第１〜第３の実施形態のロータアッセンブリ２０、３０、４０においても、モータの回転軸（軸）８の外周に、ロータ本体１５が合成樹脂のインサート成形により一体化され、このロータ本体１５の外周上に、周方向に着磁が施された外観略円筒形のマグネット（図示を略す。）が固定されることにより上記ロータ７（部材）が構成されている。そして、いずれも回転軸８の外周部に、グラインダーによりその一部を軸線と直交する方向に取り除くことにより底面１７ａとこの底面１７ａの軸線方向の両端部から外周面に至る側面１７ｂとを有するＤカット部（凹部）１７が形成されている。

そして、図１に示す第１の実施形態のロータアッセンブリ２０においては、回転軸８に形成されたＤカット部１７の底面１７ａであって、かつ側面１７ｂ間の中央位置に、凸部２１が形成されている。
この凸部２１は、等しい面積を有する２傾斜側面２２によって画成された断面二等辺三角形に形成されたもので、軸線と直交する方向、すなわち側面１７ｂと平行に底面１７ａの全長にわたって形成されている。

また、図２に示す第２の実施形態のロータアッセンブリ３０においては、Ｄカット部１７の底面１７ａであって、かつ側面１７ｂ間の中央位置に、凸部３１が形成されている。
この凸部３１は、上面３２と両側面３３とによって画成された断面長方形に形成されており、同様に軸線と直交する方向に底面１７ａの全長にわたって形成されている。

さらに、図３に示す第３の実施形態のロータアッセンブリ４０においては、Ｄカット部１７の底面１７ａの全面にわたって凸部４１が形成されている。この凸部４１は、底辺４２ａを側壁１７ｂの基端部に位置させるとともに、頂辺部４２ｂを側面１７ｂ間の中央に位置させた２傾斜側面４２によって断面二等辺三角形に形成されており、同様に軸線と直交する方向にＤカット部１７の全長にわたって形成されている。

次に、以上の構成からなる凸部２１、３１、４１を備えたＤカット部１７を形成する方法を図３に示した第３の実施形態を例に説明する。
先ず、回転軸８の外周部の一部を切削してＤカット部１７を形成するための砥石として、形成すべきＤカット部１７の側面１７ｂ間の幅寸法Ｗを有し、かつ外周面に凸部４１の形状を付与するための断面二等辺三角形状の凹部５１が形成された円板状の砥石５０を準備する。

そして、この砥石５０を、回転軸８のＤカット部１７を形成すべき位置に臨ませ、回転させつつ、その外周面を回転軸８の外周に押し当てるとともに、回転軸８の軸線と直交する方向に移動させて行くことにより、所定の深さまで当該回転軸８の外周部の一部を切削除去する。これにより、上記Ｄカット部１７と凸部４１とを同時に切削加工することができる。次いで、この回転軸８の外周に図示されないロータ本体１５を合成樹脂のインサート成形により一体化し、さらにこのロータ本体１５の外周上にマグネットを固定することにより、ロータアッセンブリ４０が完成する。

以上の構成からなるロータアッセンブリ２０、３０、４０によれば、回転軸８に形成したＤカット部１７の底面１７ａに、さらにこの底面１７ａから突出する凸部２１、３１、４１が軸線方向と交差する方向にＤカット部１７の全長にわたって形成されているために、回転軸８の外周に合成樹脂製のロータ本体１５をインサート成形した際に、Ｄカット部１７内の合成樹脂が、冷却・硬化の過程において両側面１７ａ側から中央にむけて収縮する。

すると、上記合成樹脂は、凸部２１、３１、４１の側面２２、４２または上面３２および両側面３３に軸線方向の両側から強く密着する。そして、上記凸部２１、３１、４１に対する上記合成樹脂の所謂食い付きにより、回転軸８とロータ本体１５との間に軸線方向のガタを生じることを確実に防止することができる。

この際に、これら凸部２１、３１、４１を、いずれもＤカット部１７の側面１７ｂ間の中央に形成しているために、凸部２１、３１、４１に対する合成樹脂による高い食い付き効果を得ることができる。

なお、上記第１〜第３の実施形態においては、いずれも本発明に係る軸への合成樹脂部材の固定構造およびこれを用いたロータアッセンブリを、ステッピングモータのロータアッセンブリに適用した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、外周部に凹部を形成してインサート成形により部材を固定する様々な軸に対して、同様に適用することができる。

さらに、ロータアッセンブリについても、ステッピングモータ用のものに限るものではなく、各種のモータ等の回転機器類におけるロータアッセンブリにも、同様に用いることができる。

また、上記実施形態においては、ロータ７として、合成樹脂によって回転軸８上に成形加工されたロータ本体１５と、このロータ本体１５の外周上に成形一体化された外観略円筒形のマグネット１６とで構成したものに付いてのみ示したが、これに限定されるものではなく、ロータ本体１５とマグネット１６とが一体化された構成のロータ（マグネット）であって、上記回転軸の外周にインサート成形されるものに対しても適用することが可能である。

本発明の第１の実施形態を示す要部の縦断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す要部の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す要部の縦断面図である。 従来のステッピングモータを示す縦断面図である。 図４のロータアッセンブリを示す図で、（ａ）は一部縦断面視した正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線視断面図である。 図５のロータアッセンブリにおけるＤカット部を示す縦断面図である。

符号の説明

７ ロータ
８ 回転軸（軸）
１５ ロータ本体（合成樹脂製の部材）
１６ マグネット
１７ Ｄカット部（凹部）
１７ａ 底面
１７ｂ 側面
２０、３０、４０ ロータアッセンブリ
２１、３１、４１ 凸部

Claims (3)

1. 軸の外周部に、当該外周部の一部が軸線と交差する方向に取り除かれることにより、底面とこの底面の上記軸線方向の両端部から外周面に至る側面とを有する凹部が形成され、上記凹部を含む部分に合成樹脂製の部材がインサート成形により固定されてなる軸への合成樹脂部材の固定構造において、
   上記凹部の底面に、上記軸線方向と交差する方向に延在する凸部を形成したことを特徴とする軸への合成樹脂部材の固定構造。
2. 上記凸部は、上記側面間の中央に上記軸線と直交する方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸への合成樹脂部材の固定構造。
3. モータの回転軸と、この回転軸の外周に固定されて外周面に着磁が施された外観円筒状のロータとを備えたロータアッセンブリにおいて、
   上記モータの回転軸は、請求項１または２に記載の上記軸であり、かつ上記ロータが請求項１または２に記載の合成樹脂製の部材であるとともに、上記ロータが上記モータ回転軸に、請求項１または２に記載の軸への合成樹脂部材の固定構造によって固定されてなることを特徴とするロータアッセンブリ。

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