JP2009011019A - ロータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータマグネットとシャフトとの嵌合における強固な固着力を得ると共に、ロータマグネットとシャフトとの間に充填される接着剤の量を容易に判断することができるロータ構造を提供することである。
【解決手段】円筒状のロータマグネットと、該ロータマグネットの軸孔に嵌着されたシャフトとからなるロータ構造において、前記ロータマグネットの軸孔の断面形状が平面部と角部とから構成される正多角形であって、前記シャフトの外周面が前記軸孔の平面部に当接して嵌合し、前記角部と前記平面部と前記シャフトとの間に隙間が形成され、前記軸孔の少なくとも一端には端面に向けて漸次拡径されてテーパー状の面取り部が形成され、該テーパー状の面取り部に接着剤を注入することにより、該接着剤が前記隙間に充填されてなることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、たとえば小型のＰＭ型ステッピングモータに使用されるロータ構造に関する。

近年、クローポール形ステッピングモータ、所謂、ＰＭ型ステッピングモータは、使用される機器の小型化に伴い、小型で高性能化の要求がなされている。

このＰＭ型ステッピングモータの小型高性能化の要求に伴い、ロータマグネットの小型化、そのロータマグネットをシャフトに固定する手段の工夫も必要となってきた。

たとえば、ロータマグネットとしては高性能の磁気特性を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類ボンド磁石が多く使用されるようになり、そのロータマグネットをシャフトに固定する手段としては、シャフトの外周面に接着剤を塗布した上で、このシャフトをロータマグネットの軸孔に挿入し、シャフトとロータマグネットとの隙間に接着剤を介してすきま嵌めで接着する方法が知られている。

この方法は、シャフトの外周面に接着剤を塗布した後、シャフトをロータマグネットの軸孔に挿入し、ロータマグネットをシャフトに沿ってスライドさせて所定位置まで移動させているが、ロータマグネットのスライドによって接着剤がロータマグネットの端面からはみ出してしまうため、はみ出した接着剤を拭き取る作業が生じる。

また、接着力の維持のためにシャフトの外周面とロータマグネットの軸孔との間に必要とされる接着剤までが、上記スライドによってはみ出してしまい、そのはみ出した分を拭き取りによって取除いてしまうため、十分な接着力が維持できないという問題がある。

このようなロータマグネットの端面からの接着剤のはみ出しを改善するため、ロータマグネットの軸孔の一端をすり鉢状に拡開させ、この空間を接着剤の溜まり溝として利用した構造が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載のロータを示す図であり、（ａ）は組立前の状態を示す側面図であり、（ｂ）は円筒状マグネットの側断面図である。

ロータの組立は、シャフト１０２の周面に点状または線状に接着剤１０５を塗布した上、シャフト１０２の一端側から円筒状マグネット１０１を、角度θの傾斜を有するすり鉢状溜まり溝１０４が形成された側から外嵌する。

挿入側の軸孔１０３の端部にはすり鉢状溜まり溝１０４が存在することから、接着剤１０５はすり鉢状溜まり溝１０４の傾斜面に沿って軸孔１０３内面とシャフト１０２の間の隙間内に円滑に侵入し、両部材の接触面における広い範囲に行き渡らせることが可能で、シャフト１０２の円筒状マグネット１０１に対する引き抜き強度を高めることができる。そして嵌挿後は、はみ出した接着剤１０５はすり鉢状溜まり溝１０４内に残存するが、接着剤１０５は円筒状マグネット１０１の端部より外方には存在しないため、ロータの回転動作の障害となることはない。

しかしながら、この特許文献１のロータでは、円筒状マグネット１０１の軸孔１０３内面とシャフト１０２周面との間の隙間内に接着剤１０５を介在させた構成のため、軸孔１０３の軸中心線とシャフト１０２の軸中心線とが必ずしも一致せず、軸孔１０３の軸中心線とシャフト１０２の軸中心線とが一致しない場合には、ロータ回転時に回転振れが生じ、振動の原因となる。

このように、従来は、シャフトとロータマグネットとの間に接着剤の層を必要とするため、すきま嵌めとなり、接着剤が硬化するまでの間、ロータマグネットの軸孔中でシャフトの軸中心線がずれないように所定の位置に保持する必要があり、そのための治具等を必要とする結果、作業性が悪いという問題もあった。

これに対し、マグネットの軸孔の軸中心線とシャフトの軸中心線とが一致するように固着したロータが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

図６は特許文献２に記載のロータの一部断面を示した側面図であり、図７は図６のロータマグネットの平面図である。

この特許文献２においては、軸孔２１１の内壁面２１１ａに、軸方向にわたる受け手段２１４を、内壁面２１１ａの円周方向に複数個有し、且つこの受け手段２１４における頂面または頂端間を結ぶ仮想円が正円をなす構成としてある。

受け手段２１４が軸方向にわたって備えられ、且つ仮想の正円にある複数個の弧状湾曲面２１６の互いに隣り合う弧状湾曲面２１６、２１６間を連設するように軸方向にわたって備えられる平らな面２１７として構成されている。

シャフト２２０は、その外周面が受け手段２１４によって支承され、シャフト２２０と弧状湾曲面２１６との間の隙間に接着剤が充填され、ロータマグネット２１０の軸孔２１１の軸中心線とシャフト２２０の軸中心線とを一致させることができると共に、強固に接着できる。

実開平４−０９７４４５号公報 特開平９−２００９８３号公報

しかしながら、特許文献２に記載のロータにあっては、ロータマグネット２１０の軸孔２１１にシャフト２２０を挿入した後、シャフト２２０と弧状湾曲面２１６との間の隙間に接着剤を充填しているが、シャフト２２０と弧状湾曲面２１６との間の隙間は僅かなため、この隙間へ接着剤を充填する作業性が容易ではない。

また、シャフト２２０と弧状湾曲面２１６との間の隙間へ充填された接着剤の量を判断することが難しいという問題がある。

本発明は係る問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ロータマグネットとシャフトとの嵌合における強固な固着力を得ると共に、ロータマグネットとシャフトとの間に充填される接着剤の量を容易に判断することができるロータ構造を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するために、円筒状のロータマグネットと、該ロータマグネットの軸孔に嵌着されたシャフトとからなるロータ構造において、前記ロータマグネットの軸孔の断面形状が平面部と角部とから構成される正多角形であって、前記シャフトの外周面が前記軸孔の平面部に当接して嵌合し、前記角部と前記平面部と前記シャフトとの間に隙間が形成され、前記軸孔の少なくとも一端には端面に向けて漸次拡径されてテーパー状の面取り部が形成され、該テーパー状の面取り部による空間に接着剤を注入することにより、該接着剤が前記隙間に充填されてなることを特徴とする。

また本発明は、前記ロータマグネットに前記シャフトを圧入したときに、前記テーパー状の面取り部による空間の容積から、該面取り部による空間中にある前記シャフトの体積を差し引いた容積が、前記隙間全体の容積とほぼ等しいことを特徴とする。

また本発明は、前記正多角形の角部がＲ面に形成されていると共に、前記角部と前記シャフトとの距離が０．０５ｍｍ以下に形成されてなることを特徴とする。

また本発明は、前記面取り部の軸方向からの角度は３０度〜６０度の範囲に形成されてなることを特徴とする。

本発明によれば、ロータマグネットとシャフトとの嵌合における強固な固着力を得ると共に、ロータマグネットとシャフトとの間に充填される接着剤の量を容易に判断することができるロータ構造を提供することができる。

すなわち本願請求項１に係る発明によれば、円筒状のロータマグネットと、該ロータマグネットの軸孔に嵌着されたシャフトとからなるロータ構造において、前記ロータマグネットの軸孔の断面形状が平面部と角部とから構成される正多角形であって、前記シャフトの外周面が前記軸孔の平面部に当接して嵌合し、前記角部と前記平面部と前記シャフトとの間に隙間が形成され、前記軸孔の少なくとも一端には端面に向けて漸次拡径されてテーパー状の面取り部が形成され、該テーパー状の面取り部に接着剤を注入することにより、該接着剤が前記隙間に充填されてなるロータ構造のため、ロータマグネットの軸孔の軸中心線とシャフトの軸中心線とを一致させることができ、かつロータマグネットの軸孔とシャフトとの間に形成される隙間に充填する接着剤の注入作業が容易となる。

また、シャフトがロータマグネットに圧入されているため、マグネットを所定位置に保持するための治具を必要としない。なお、シャフトと嵌合するロータマグネットの軸孔が正多角形の形状のため、シャフト圧入によるシャフトとの接触は部分接触の線接触となり、発生する応力が周方向に分散できるため、シャフト圧入による保持力を確保してもロータマグネットの割れが防止できる。

また、本願請求項２に係る発明によれば、前記ロータマグネットに前記シャフトを圧入したときに、前記テーパー状の面取り部の容積から、該面取り部中にある前記シャフトの体積を差し引いた容積が、前記隙間全体の容積とほぼ等しくなるように形成されているため、面取り部に残存する接着剤の量を見ることによって、前記隙間充填された接着剤の量を容易に推測できる結果、接着強度の良否を判断することができる。

また、本願請求項３に係る発明によれば、前記正多角形の角部がＲ面に形成されていると共に、前記角部と前記シャフトとの距離が０．０５ｍｍ以下に形成することによって、前記面取り部に注入された接着剤が毛細管現象により前記隙間内へ侵入し、接着剤が隙間内に過大に流れ込むことなく、効率よく充填される。

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て説明する。

なお、本発明は、ＰＭ型ステッピングモータにおけるロータ構造に関するものであり、ステッピングモータにおける他の部分については、その説明および図示を省略する。

図１は、本発明によるロータ構造の一実施の形態を示す側断面図であり、ロータマグネットにシャフトを取付けた状態を示す図である。

図１において、ロータ構造１は、金属製の丸棒状のシャフト２とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類ボンド磁石からなる円筒状のロータマグネット３とから構成され、ロータマグネット３の外周面には周方向に多極着磁が施されている。

また、ロータマグネット３の中央には軸方向に貫通する軸孔３ａが形成され、軸孔３ａの軸方向に直角な面における断面形状は正六角形にて形成されている。

正六角形に形成された軸孔３ａの各角部３ｃは応力集中を緩和するためにＲ面に形成されている。また、軸孔３ａの一端は端面に向けて漸次拡径されてテーパー状の面取り部４を形成している。

図２は、図１のロータマグネット３を面取り部４の側から見た（図１の左側から見た）側面図である。

また、図３は、図１のロータマグネット３を軸方向に破断させて見た側断面図である。

本実施の形態では、ロータマグネット３を図２や図３に示すような形状としたので、シャフト２をロータマグネット３の軸孔３ａに圧入すると、シャフト２の外周面は軸孔３ａの平面部３ｂに当接して嵌合し、正六角形に形成された軸孔３ａの角部３ｃと平面部３ｂとシャフト２の外周面との間には隙間３ｄが形成され、これによって周方向で均等に６箇所の隙間３ｄが形成される。

次に、本実施の形態のロータ構造を製造する工程について説明する。

図４は、図１のロータ構造を製造する工程を説明する図であり、（ａ）はロータマグネット３にシャフト２を圧入する直前の状態を示す側面図であり、（ｂ）はロータマグネット３にシャフト２を圧入した後に接着剤５を注入する様子を示す側面図であり、（ｃ）は接着剤５が注入される、面取り部４による空間の容積を説明する斜視図であり、（ｄ）は接着剤５を熱硬化させた後のロータ構造１を、面取り部４の側から見た（図４（ｂ）の上側から見た）平面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、ロータマグネット３の軸孔３ａにシャフト２を圧入し、ロータマグネット３を所定の位置までスライドさせて嵌着した後、図４（ｂ）に示すように、簡単な治具（図示せず）を用いてテーパー状の面取り部４を上にした状態に保持し、ディスペンサー（吐出機）の吐出口６から所定量の接着剤５を面取り部４による空間に注入する。

この接着剤５は、たとえば熱硬化性の接着剤であるエポキシ系接着剤であり、常温ではある程度の粘度を有してほとんど流れずに、面取り部４による空間に充填される。その後に加熱すると、接着剤５は流動性を増し、さらにその後に熱硬化して接着力を発揮する。

ロータマグネット３にはシャフト２が圧入されているため、面取り部４による空間の容積（以下、単に「面取り部４の容積」という）はそのシャフト２の分だけ減り、図４（ｃ）に網掛けをして示す部分ｖに対して接着剤５が充填される。

なお、この時点では、接着剤５はその粘度のために軸孔３ａの角部３ｃと平面部３ｂとシャフト２の外周面との間に形成された隙間３ｄへは流れずに面取り部４による空間に留まっている。

このように面取り部４による空間に充填された接着剤５は、その後に加熱されることによって流動性を増し、毛細管現象により隙間３ｄへと流れて侵入し、これによって、図４（ｄ）に示すように、隙間３ｄ内に接着剤５が充填される。

本実施の形態では、軸孔３ａの角部３ｃとシャフト２との間の距離が０．０５ｍｍ以下になるように設定している。軸孔３ａの角部３ｃとシャフト２との間の距離を０．０５ｍｍよりも大きくした場合、隙間３ｄに接着剤が流れ込み過ぎてしまうため好ましくない。これに対して、軸孔３ａの角部３ｃとシャフト２との間の距離を０．０５ｍｍ以下に設定した場合、毛細管現象により接着剤５が隙間３ｄに効率よく侵入して軸方向全長に亘って充填することができる。

しかしながら、接着剤５の種類によっては、軸孔３ａの角部３ｃとシャフト２との間の距離が小さすぎると、隙間３ｄに接着剤が流れ込まなくなってしまう虞もあるし、十分な接着強度が得られない虞もある。軸孔３ａの角部３ｃとシャフト２との間の距離はこの点を考慮して定められる。

面取り部４に所定量の接着剤５を充填した後、所定の条件下で加熱して隙間３ｄ内に接着剤５を充填させて接着剤５を硬化させる。これによってロータマグネット３とシャフト２とが固着される。

本実施の形態では、面取り部４の角度（すなわちテーパ部の角度）θを４５度に形成している。

本実施の形態のロータ構造が使用される小型のステッピングモータの中でもデジタルカメラや携帯電話機のカメラモジュール用に用いられるステッピングモータはその外径寸法が約６ｍｍと小さく、そのステッピングモータに使われるロータマグネットの外径寸法は３ｍｍ程度となり、極めて小さい。このため、面取り部４の角度θを小さくすると、面取り部４の半径方向長さに対して軸方向長さ（深さ）が大きくなるため、接着剤５の硬化後、面取り部４に残る接着剤５の体積が減っても上から見た見かけ上の差が小さく、減り具合が分かり難い。また、面取り部４の端面における面積が小さくなってしまうため、ディスペンサーの吐出口６からの接着剤５の注入作業が行い難くなってしまう。

逆に面取り部４の角度θを大きくすると、ディスペンサーの吐出口６からの接着剤５の注入の作業性は向上するが、面取り部４の傾斜が緩やかになって接着剤５が面取り部４の傾斜を流れ難くなり、付着して残存してしまう虞がある。また、面取り部４の外周縁がロータマグネット３の外周縁に接近してしまうため、ロータマグネット３の外周縁が欠け易くなるという問題が生じる。

そこで、面取り部４の角度θは３０度〜６０度の範囲に形成することが望ましく、面取り部４の角度θを４５度にすると、半径方向の長さと軸方向の長さ（深さ）とが等しいため、接着剤５が隙間３ｄへと流れていく過程で面取り部４による空間の残存量が減少していく様子がわかり易く、一方、面取り部４がある程度の急勾配を形成しているので、接着剤５が面取り部４に付着して残存することも避けられ、望ましい。

接着剤５を加熱して硬化させた後、面取り部４に残存する接着剤５の量を見ることによって隙間３ｄに充填された接着剤５の量を推測し、接着強度の良否を判定することができるようにした。

すなわち、本実施の形態では、面取り部４による空間の容積から、面取り部４による空間中にあるシャフト２の体積を差し引いた容積が、隙間３ｄ全体の容積と等しくなるように形成しており、このようにすることによって、面取り部４に残存する接着剤５の量を見ることによって隙間３ｄに充填された接着剤５の量を概略推測することができ、この結果
により、接着強度の良否を判断することができる。

なお、上述の実施の形態では、軸孔３ａの断面形状は正六角形にて形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、正三角形、正四角形、正八角形などの正多角形であっても良く、隙間３ｄに充填される接着剤５の粘度は軸孔３ａの形状に対応して適宜選択される。

また、ロータマグネット３は希土類ボンド磁石に限定されるものではなく、フェライトボンド磁石であっても、焼結磁石であっても勿論良い。

上述のように、軸孔３ａの一端が端面に向けて漸次拡径されてテーパー状の面取り部４を形成し、このテーパー状の面取り部４に接着剤５を注入することにより、ロータマグネット３の軸孔３ａとシャフト２の軸中心線を一致させることができると共に、充填する接着剤５の注入作業が容易となる。

本発明によるロータ構造の一実施の形態を示す側断面図であり、ロータマグネットにシャフトを取付けた状態を示す図である。 図１のロータマグネット３を面取り部４の側から見た（図１の左側から見た）側面図である。 図１のロータマグネット３を軸方向に破断させて見た側断面図である。 図１のロータ構造を製造する工程を説明する図であり、（ａ）はロータマグネット３にシャフト２を圧入する直前の状態を示す側面図であり、（ｂ）はロータマグネット３にシャフト２を圧入した後に接着剤５を注入する様子を示す側面図であり、（ｃ）は接着剤５が注入される、面取り部４による空間の容積を説明する斜視図であり、（ｄ）は接着剤５を熱硬化させた後のロータ構造１を、面取り部４の側から見た（図４（ｂ）の上側から見た）平面図である。 特許文献１に記載のロータを示す図であり、（ａ）は組立前の状態を示す側面図であり、（ｂ）は円筒状マグネットの側断面図である。 特許文献２に記載のロータの一部断面を示した側面図である。 図６のロータマグネットの平面図である。

符号の説明

１ ロータ構造
２ シャフト
３ ロータマグネット
４ 面取り部
５ 接着剤
６ 吐出機の吐出口

Claims (4)

1. 円筒状のロータマグネットと、該ロータマグネットの軸孔に嵌着されたシャフトとからなるロータ構造において、
   前記ロータマグネットの軸孔の断面形状が平面部と角部とから構成される正多角形であって、
   前記シャフトの外周面が前記軸孔の平面部に当接して嵌合し、前記角部と前記平面部と前記シャフトとの間に隙間が形成され、前記軸孔の少なくとも一端には端面に向けて漸次拡径されてテーパー状の面取り部が形成され、該テーパー状の面取り部による空間に接着剤を注入することにより、該接着剤が前記隙間に充填されてなることを特徴とするロータ構造。
2. 前記ロータマグネットに前記シャフトを圧入したときに、前記テーパー状の面取り部による空間の容積から、該面取り部による空間中にある前記シャフトの体積を差し引いた容積が、前記隙間全体の容積とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載のロータ構造。
3. 前記正多角形の角部がＲ面に形成されていると共に、前記角部と前記シャフトとの距離が０．０５ｍｍ以下に形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ構造。
4. 前記面取り部の軸方向からの角度は３０度〜６０度の範囲に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載のロータ構造。

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