JP2008253080A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受ホルダにカシメ加工でバックヨークが固定されていても、回転ムラが悪化せず大きな振動が発生せず側圧電流が増加せず軸受寿命が短縮することがないブラシレスモータ（５０）を提供する。
【解決手段】軸（２５）とその両端をそれぞれ支持する第１及び第２軸受（２２，２３）と、第１及び第２軸受がそれぞれ固定された第１及び第２腕部（１０ａ，１０ｂ）とそれらを連結する基部（１０ｃ）とを有するコ字状軸受ホルダ（１０）と、第１腕部の外側面（１０ａ２）に、軸と直交してカシメ固定されたバックヨーク（２０）と、を備え、第１腕部の内側面（１０ａ３）と、それに対向する第２腕部の内側面（１０ｂ２）とは、基部から離れる程互いに遠ざかる面であり、内側面（１０ａ３）と軸に直交する直交面とのなす角度β１と、内側面（１０ｂ２）とその直交面とのなす角度β２を、β１＜β２とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ブラシレスモータに係り、特に、その軸受を固定する軸受ホルダの改良に関する。

ブラシレスモータとして、例えば、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）のテープ駆動用に用いられるキャプスタンモータがある。
このモータにおいては、回転軸を支持する軸受ホルダーに対して、金属材料を用いて形成されたステータ基板をカシメ等で固定する構造が一般的であり、その一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたキャプスタンモータは、いわゆる両持ちタイプと称される、回転軸の両端側を略コ字状の軸受ホルダの各腕部に圧入などで固定された一対の軸受で支持する軸支持タイプである。
そして、軸受ホルダのステータ基板に接合する接合面をほぼ円形としたことにより、ステータ基板に対する軸受ホルダの直角度を良好に保てる効果が得られるものとされている。

このステータ基板は、金属により形成されたバックヨークと、そのバックヨークに貼着されたＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）基板とで構成される場合もある。

実開平６−２９６３号公報

ところで、ブラシレスモータに対しては、高い特性を維持しつつ小型化されることが市場から強く望まれている。
そのため、モータを構成する各部品に対しても小型化及び薄肉化が要求される。

従来、ブラシレスモータの一例であるビデオカメラ用のキャプスタンモータにおいては、軸受ホルダを樹脂により形成していたが、樹脂ではこの小型化及び薄肉化に耐え難い。
具体的には、回転軸に側圧を印加した際に剛性が不足して十分な特性が得られにくいという課題があった。

そのため、特に、このような小さい軸受ホルダにおいては、材質を樹脂ではなく、亜鉛やアルミニウムとし、そのダイキャスト成形により軸受ホルダを形成することが行われてきた。
その場合、軸受としては、小型化しても良好な特性が得られる焼結含油軸受を用いるのが一般的である。

しかしながら、このように軸受ホルダをダイキャスト成形により形成した場合は、成形品形状において、その成形品を金型から取り出す離型の際の抜き勾配を樹脂成形の場合よりも大きく設ける必要がある。

例えば、図９に示すような、焼結含油タイプの軸受１１４，１１５が圧入されたコ字状の軸受ホルダ１１０において、後述するステータ基板１１１をＤ１方向からカシメ固定する際の基準となる基準面１１０ａと、その反対側の面であるカシメの押圧力を受けるための当て面１１０ｂと、が平行ではなく、さらに具体的には、当て面１１０ｂにおいては、コ字状の内側面を成形するためのスライド金型の移動方向Ｄ２に対して、α＝０．４°〜１．０°の抜き勾配αを設定するのが一般的である。
この抜き勾配は、当て面１１０ｂに対向するコ字状の内側面１１０ｃにも同様にα＝０．４°〜１．０°として設定される。

そして、ステータ基板１１１を軸受ホルダ１１０にカシメ固定する際には、図１０に示すように、当て治具１１２で当て面１１０ｂを受け、カシメ治具１１３により、軸受ホルダ１１０ａにおいて環状に立設形成されたカシメ壁１１０ａ１を力Ｆで押圧してつぶすことでカシメ固定する。

しかしながら、当て面１１０ｂには、上述したような抜き勾配αが設定されていることから、基準面１１０ａに対してカシメ治具１１３によって付与される力Ｆが、軸受ホルダ１１０に均一に加わらず、軸受ホルダ１１０や固定されている軸受１１４が変形したり、軸受１１４の内径の真円度が悪化したり、一対の軸受１１４，１１５の同芯度が悪化するなどの不具合が生じ易いという課題があった。

軸受１１４の内径の真円度が悪化すると、モータとして回転ムラが悪化し、より大きな振動が発生しやすくなる。

また、軸受１１４が変形すると、軸と軸受１１４の内面とが点接触する場合があり、その場合、点接触した部分で面圧が異常に増加して、側圧電流が増えたり、油膜が切れて回転軸と軸受１１４とが金属接触して軸受寿命が短くなる、という不具合が生じる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、回転ムラが悪化することがなく、大きな振動が発生することがなく、側圧電流が増えることなく、軸受寿命が短くなることがないブラシレスモータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の１）及び２）の構成を有する。
１） 回転軸（２５）と、該回転軸（２５）の両端側をそれぞれ支持する第１及び第２の軸受（２２，２３）と、を有するブラシレスモータにおいて、
前記第１及び第２の軸受（２２，２３）がそれぞれ固定された第１及び第２の腕部（１０ａ，１０ｂ）と、該第１及び第２の腕部（１０ａ，１０ｂ）を連結する基部（１０ｃ）と、を有して略コ字状に形成された軸受ホルダ（１０）と、
前記第１の腕部（１０ｃ）の軸方向における外側面（１０ａ２）に、前記回転軸（２５）と直交するようにカシメ固定されたバックヨーク（２０）と、を備え、
前記第１の腕部（１０ａ）の軸方向における内側面（１０ａ３）と、該内側面（１０ａ３）に対向する前記第２の腕部（１０ｂ）の内側面（１０ｂ２）とは、前記基部（１０ｃ）から離れるに従って違いに遠ざかるように形成されており、
前記第１の腕部（１０ａ）の内側面（１０ａ３）と前記回転軸（２５）と直交する直交面とのなす角度をβ１とし、
前記第２の腕部（１０ｂ）の内側面（１０ｂ２）と前記直交面とのなす角度をβ２としたときに、β１＜β２であることを特徴とするブラシレスモータ（５０）である。
２） 前記角度β１は、 ０°≦β１≦０．４°であり、前記角度β２は、０．４°＜β２であることを特徴とする１）に記載のブラシレスモータである。

本発明によれば、回転ムラが悪化することがなく、大きな振動が発生することがなく、側圧電流が増えることなく、軸受寿命が短くなることがない、という効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図８を用いて説明する。

実施例のブラシレスモータは、ビデオカメラのテープ駆動用として用いられるキャプスタンモータ５０であり、６コイル１０磁極数の構成とされている。

図１において、ステータＳは、平板状のバックヨーク２０と、このバックヨーク２０に貼着されたＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）基板１３と、バックヨーク２０にカシメにより固定された略コ字状の軸受ホルダ１０と、を有している。

具体的には、バックヨーク２０は厚さが０．５ｍｍの珪素鋼板を用いて形成されており、軸受ホルダ１０の後述する基底部１０ａがカシメ固定される貫通孔２０ａとその軸受ホルダ１０の位置決めとなる嵌合孔２０ｂとが形成されている。
ＦＰＣ基板１３には、ステータ基板として複数個（例えば６個）の駆動用コイル３１が取り付けられている。

また、ＦＰＣ基板１３上の駆動用コイル３１の外側となる位置に、後述するＦＧマグネット２９と微少間隔で対向しＦＧパルスを検出する磁気センサであるＭＲ素子３２が１つ取り付けられている。
この駆動用コイル３１は、図３に示すように、バックヨーク２０の貫通孔２０ａの軸Ｃの回りの周方向に略等角度間隔で配設されている。

このキャプスタンモータ５０は６コイル１０磁極にて構成されており、隣接する駆動用コイル３１が４８°ピッチＰで配設される一方、６つの駆動用コイル３１の両端間は、（４８°／２）＋４８°×５＋（４８°／２）＝２８８°の角度範囲を占めている。
従って、駆動用コイル３１の非占有角度範囲θＨは、３６０°−２８８°＝７２°となっている。

実施例のキャプスタンモータ５０においては、この非占有角度範囲θＨに、コイル切換用の３つのホール素子３５をＦＰＣ基板１３に配設すると共にリール駆動用ベルト（図示せず）の張架経路を配している。

図１に戻り、軸受ホルダ１０は、本体部１０Ｃとその両端側から延出する腕部である基底部１０ａと基端部１０ｂとを有する略コ字状を呈してアルミニウムのダイキャスト成形により形成されている。
基底部１０ａと基端部１０ｂとには、同心（軸Ｃ）で貫通孔１０ａ１，１０ｂ１が形成されており、各貫通孔１０ａ１，１０ｂ１には、それぞれ焼結含油軸受２２，２３（図１におけるハッチング部分）が圧入により装着されている。
本体部１０ｃの底面部１０ｔには、バックヨーク２０の嵌合孔２０ｂと嵌合して位置決めとなる突起１０ｄが形成されている。

各焼結含油軸受２２，２３には、ステンレス材で形成された回転軸２５が挿通されている。この回転軸２５は、基底部１０ａ側においてバックヨーク２０からさらに外方に突出するように挿通されている。

図１において、ロータＲは、略円板状のロータヨーク２８と、このロータヨーク２８の外周部に固定された環状のＦＧマグネット２９と、内周側に固定されたリール駆動用歯車３０と、このリール駆動用歯車３０の外方側でロータヨーク２８に固定された駆動用マグネット２４と、を有している。

図４も併せて具体的に説明すると、ロータヨーク２８は、鉄板をプレス加工して形成されており、略円板状の基部２８ｋと、その中心に設けられた中心孔２８ａと、中心孔２８ａの周囲において軸Ｃ方向に立ち上げられた中心孔壁２８ｂと、外周部において軸Ｃ方向に立ち上げられた外周壁２８ｃと、中心軸Ｃの回りに所定の角度間隔で設けられた複数の貫通孔２８ｄと、を有している。

基部２８ｋ上には、中心孔壁２８ｂの外周面に嵌着してリール駆動用歯車３０が取り付けられている。さらに、そのリール駆動用歯車３０から突出した４カ所の突起３０ａがロータヨーク２８の貫通孔２８ｄに挿通され、その先端が超音波でカシメられてリール駆動用歯車３０はロータヨーク２８に強固に取り付けられている。

基部２８ｋ上の、ロータヨーク２８の外周壁２８ｃの内周面とリール駆動用歯車３０の外周面との間には、扁平なるリング状の駆動マグネット２４が接着剤により固着されている。
この駆動マグネット２４は、例えば、外径φ２２．０５ｍｍ，内径φ１３ｍｍ，厚さ０．８ｍｍの希土類磁石（一例としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ〔ネオジウム−鉄−ボロン系磁石〕）であり、表面にはニッケルメッキが施されている。
また、図４に示されるように、この駆動マグネット２４は、周方向に複数の極（この実施例では５極対の１０極）を有するように着磁されている。

ロータヨーク２８における外周壁２８ｃの外側の面には、ＦＧマグネット２９がアウトサート成形により一体的に形成されている。
このＦＧマグネット２９は、ＦＧパルス（回転速度信号）を得るために、周方向に駆動マグネット２４と異なる極数（この実施例では１４７極対の２９４極）の極を有するように着磁されている。

このロータＲの構成において、ロータヨーク２８における中心孔壁２８ｂの内周面にスピンドル２５が圧入固定されており、これによってロータヨーク２８とスピンドル２５とは一体化して、ロータＲはステータＳに対して焼結含油軸受２２，２３を介して回転自在に支持される。

一方、スピンドル２５における軸受ホルダ１０の基底部１０ａ及び基端部１０ｂの近傍には、各焼結含油軸受２２，２３から湧出した潤滑油がスピンドル２５におけるテープ接触部ＴＰに入り込まないように、一対のオイル止め１７が嵌着されている。
その具体的な位置は、焼結含油軸受２２，２３の同士が対向する面から０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの位置である。

また、スピンドル２５における軸受ホルダ１０の基端部１０ｂ側の端部２５ａには、スラストシート２７が当接している。
このスラストシート２７は、軸受ホルダ１０にネジ２６で固定されたスラストプレート１８により軸Ｃ方向の位置が規制されている。
すなわち、このスラストプレート１８によって、ロータＲとステータＳとの間隙が所定の値となるようにスピンドル２５の軸Ｃ方向の位置が規制されている。

これにより、ＦＰＣ基板１３に配設された複数の駆動用コイル３１と、ロータヨーク２８に固着された駆動用マグネット２４とが、軸Ｃ方向に所定の間隙をもって対向し、この構成において駆動コイル３１に所定の電流を印加することにより回転駆動力が得られてロータＲはステータＳに対して回転する。

ＦＧマグネット２９の外周面は、上述したステータＳ側のＭＲ素子３２と近接対向しているので、ロータヨーク２８と共にＦＧマグネット２９が回転するとＭＲ素子３２からＦＧ信号が送出される。

次に、軸受ホルダ１０における基底部１０ａの貫通孔１０ａ１近傍の構成について、図５を用いて詳述する。
図５は軸受ホルダ１０の側面図であり、図１に対して上下反転した図となっている。すなわち、図５において、基底部１０ｂが上側、基端部１０ａが下側となっている。

基底部１０ａの貫通孔１０ａ１には、別工程で焼結含油軸受２２が圧入固定されている。
また、基底部１０ａの外側面１０ａ２には、バックヨーク２０が当接した際の位置の基準となる基準面ＫＪＭが複数箇所形成されている。
また、外周面１０ａ２には、回転軸Ｃと同心で外方に突出する環状壁部１０ｅが形成されている。
この環状壁部１０ｅは、その内径φ_３が、貫通孔１０ａ１の内径φ_４よりも若干大きく設定されている。その差であるφ_３−φ_４は、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度である。

この軸受ホルダ１０のコ字状の内面は、回転軸Ｃと直交する方向である矢印Ｄ３方向に開閉するスライド金型によって形成される。そのため、基底部１０ａにおいてバックヨーク２０をカシメ固定する際の押圧力を後述する当て治具１２で受ける当て面１０ａ３と、基端部１０ｂにおいてコ字状の内面として当て面１０ａ３に対向する内面１０ｂ２と、には、回転軸Ｃに直交する面に対してそれぞれ所定の抜き勾配β１，β２が与えられている。

具体的には、バックヨーク２０をカシメ固定する基底部１０ａの当て面１０ａ３については、β１を、０°≦β１≦０．４°とし、内面１０ｂ２については、β２を、０．４°＜β２とする。ダイキャスト成形においては、抜き勾配が２．０°以上の場合、抜き勾配の違いによる離型効果に顕著な差はないので、β２≦２．０°と限定してもよい。
すなわち、両面の抜き勾配を異なる角度とし、バックヨーク２０をカシメ固定する側である当て面１０ａの抜き勾配β１を、カシメ固定に供されない内面１０ｂ２の抜き勾配β２より小さく設定している。

この当て面１０ａ３の抜き勾配β１は、０°あるいは０°に近い値であることがカシメ固定に対して好ましい。
一方、内面１０ｂ２の抜き勾配β２は、スライド金型からの離型をスムーズに行うために、２．０°あるいはそれに近い値とするのが好ましい。
このように、内面１０ａ２の抜き勾配β２が２．０°に近ければ、当て面１０ａ３の抜き勾配β１が０°であっても、離型を良好に行うことができる。
また、スライド金型のスライド方向を、回転軸に直交する方向Ｄ３ではなく、抜き勾配β１と抜き勾配β２とがなす角度β１＋β２に対して、（β１＋β２）／２＝β３で示される中線方向Ｄ４方向（図５参照）としてもよい。
これにより、当て面１０ａ３と内面１０ｂ２とのスライド金型の移動方向Ｄ４に対する傾斜角度（抜き角度）が等しくなるので、離型がさらに良好に行われる。
このようにスライド金型の移動方向Ｄ４が、Ｄ３に対して傾斜するようなスライド金型構造の場合は、当て面１０ａ３の抜き勾配β１は、図５における反時計回りの角度に限らず、時計回り方向の角度で傾斜するいわゆるアンダーカットの面として形成することもできる。

上述した軸受ホルダ１０に対してバックヨーク２０をカシメ固定する工程について、図６を用いて説明する。

図６に示すように、カシメ固定には、略コ字状であって、その一方の腕部１２ａが他方の腕部１２ｂより短い当て治具１２を用いる。
まず、当て治具１２の腕部１２ａにおける外側面１２ａ１を、軸受ホルダ１０における基底部１０ａの内面１０ａ３に当接させる。
バックヨーク２０を、軸受ホルダ１０における基底部１０ａの外側面１０ａ２に載置する。その際、基準面ＫＪＭがバックヨーク２０に当接してバックヨーク２０の位置が規制される。

次に、頂角γが鈍角なる円錐形状の先端部１４ａを有するカシメ治具１４を用い、その先端部１４ａの表面がバックヨーク２０と平行になるように軸ＣＫを回転軸Ｃに対して傾斜させ、軸受ホルダ１０の環状壁部１０ｅを所定の押圧力Ｆ１にて押圧する。
押圧は、軸ＣＫの回転軸Ｃに対する傾斜角度を一定にして回転軸Ｃの回りに環状壁部１０ｅを一周するように行う。すなわち、このカシメは、カシメ治具１４がすりこぎ運動をしつつカシメる、いわゆるハイスピンカシメである。
この押圧力Ｆ１により環状壁部１０ｅは塑性変形してバックヨーク２０はカシメ固定される。

上述したように、当て面１０ａ３の抜き勾配β１は、０°≦β１≦０．４°、すなわち、０°あるいは０°近くの極めて小さい角度に設定されているので、図７に示すように、押圧力Ｆ１は環状壁部１０ｅに対してその周方向にほぼ均等に伝達され、ばらつきのない良好なカシメ固定が行われる。

そのため、軸受ホルダ１０や、その基底部１０ａに圧入されている焼結含油軸受２２が変形したり、焼結含油軸受２２の内径の真円度が悪化したり、一対の焼結含油軸受２２，２３の同芯度が悪化するなどの不具合が生じにくい。
従って、スピンドルモータ５０の回転ムラが悪化することがなく、大きな振動が発生することがない。

また、カシメ固定によって焼結含油軸受２２の変形が生じにくいので、これによりスピンドル２５と焼結含油軸受２２の内面とが点接触する可能性はほとんどなく、側圧電流が増えたり、油膜が切れてスピンドル２５と焼結含油軸受２２とが金属接触して軸受寿命が短くなる、という不具合が生じることがない。

上述した実施例の軸受ホルダ１０にバックヨーク２０をカシメ固定した場合と、従来例の軸受ホルダ１１０にバックヨーク１１１をカシメ固定した場合とでの、カシメ高さＨと焼結含油軸受２２の内径φｓとの関係を調べ、比較した結果を図８（ａ）に示す。
この結果においては、バックヨークをカシメ固定する基底部の当て面の抜き勾配について以下の場合を代表として示している。
すなわち、実施例については、抜き勾配β１＝０．４°の場合であり、従来例については、抜き勾配α＝０．８°と１．６°との場合である。
また、図８（ｂ）は、カシメ固定後の断面図であり、焼結含油軸受２２の内径φｓの初期値はφ２．０１２ｍｍである。

この結果から、従来例においては、カシメ高さＨに応じて軸受内径が変化しており、カシメ高さＨが小さい程、カシメ加工による影響が顕著であることがわかる。
また、抜き勾配αが大きい程、軸受内径の変化量が大きく、カシメ加工による影響が顕著であることがわかる。
一方、実施例においては、カシメ高さＨによらず、焼結含油軸受２２の内径に変化がなく、カシメ加工による軸受内径への影響が認められない。
この結果から、抜き勾配が小さい程、軸受内径の変化量が少なく、０．４°の場合に変化が認められないので、抜き勾配が０．４°以下であれば、カシメによって軸受内径が変化しないことがわかる

本発明の実施例は、上述した構成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変形例としてもよいのは言うまでもない。
軸受ホルダ１０は、アルミニウムのダイキャスト成型で形成するものに限らず、亜鉛のダイキャスト成型で形成してもよい。
また、軸受ホルダ１０とバックヨーク２０とは、カシメのみで固定するものに限らず、接着剤を併用して固定するものでもよい。

実施例によれば、高性能で底コストの小型アキシャルギャップ型のブラシレスモータを得ることができる。
上述した実施例のブラシレスモータ５０は、ビデオカメラに用いるキャプスタンモータを説明したが、もちろんこれに限るものではない。
また、ブラシレスモータは、回転軸の両端側を軸受で支持しその軸受間の範囲であるスピンドル部から出力を取り出すタイプであれば、本発明を適用することができる。

本発明のブラシレスモータの実施例を示す断面図である。 本発明のブラシレスモータの実施例を示す天面図である。 本発明のブラシレスモータの実施例におけるステータ基板を説明するための図である。 本発明のブラシレスモータの実施例におけるロータを説明するための図である。 本発明のブラシレスモータの実施例における軸受ホルダを説明するための図である。 本発明のブラシレスモータの実施例の製造工程におけるカシメ工程を説明するための図である。 本発明のブラシレスモータの実施例を説明するための部分断面図である。 本発明のブラシレスモータの実施例の効果を説明するためのグラフである。 従来のブラシレスモータの軸受ホルダを説明する図である。 従来のブラシレスモータにおけるカシメ工程を説明する図である。

符号の説明

１０ 軸受ホルダ
１０ａ 基底部
１０ａ１ 貫通孔
１０ａ２ 外側面
１０ａ３ 当て面
１０ｂ 基端部
１０ｂ１ 貫通孔
１０ｃ 本体部
１０ｄ 突起
１０ｅ 環状壁部
１０ｔ 底面部
１２ 当て治具
１２ａ，１２ｂ 腕部
１２ａ１ 外側面
１３ ＦＰＣ基板
１４ カシメ治具
１７ オイル止め
２０ バックヨーク
２０ａ 貫通孔
２０ｂ 嵌合孔
２２，２３ 焼結含油軸受
２４ 駆動マグネット
２５ スピンドル
２７ スラストシート
２８ ロータヨーク
２８ａ 中心孔
２８ｂ 中心孔壁
２８ｃ 外周壁
２８ｄ 貫通孔
２８ｋ 基部
２９ ＦＧマグネット
３０ リール駆動用歯車
３１ 駆動用コイル
３２ ＭＲ素子
５０ キャプスタンモータ
Ｃ （回転）軸
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
ＴＰ テープ接触部
α，β１，β２ 抜き勾配

Claims (2)

1. 回転軸と、該回転軸の両端側をそれぞれ支持する第１及び第２の軸受と、を有するブラシレスモータにおいて、
   前記第１及び第２の軸受がそれぞれ固定された第１及び第２の腕部と、該第１及び第２の腕部を連結する基部と、を有して略コ字状に形成された軸受ホルダと、
   前記第１の腕部の軸方向における外側面に、前記回転軸と直交するようにカシメ固定されたバックヨークと、を備え、
   前記第１の腕部の軸方向における内側面と、該内側面に対向する前記第２の腕部の内側面とは、前記基部から離れるに従って違いに遠ざかるように形成されており、
   前記第１の腕部の内側面と前記回転軸と直交する直交面とのなす角度をβ１とし、
   前記第２の腕部の内側面と前記直交面とのなす角度をβ２としたときに、β１＜β２であることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記角度β１は、 ０°≦β１≦０．４°であり、前記角度β２は、０．４°＜β２であることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。

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