JP2010102176A - カラーホイール用駆動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】製品精度の安定と組立工程の低減を可能にしかつモータの小型化を実現したカラーホイール用駆動モータを提供する。
【解決手段】ロータ５の回転軸４に連結され、カラーホイール17と共転可能なカラーホイール取付盤９を有するカラーホイール用駆動モータ１において、位置信号発生用のマグネット10を、モータの一端側に対面するカラーホイール取付盤９に配置し、回転位置検出用の磁気検出器８を、マグネットに対向してモータ内に配置された、コイル配線引出し用の中継基板７上に配置する。この結果、マグネット10と磁気検出器８が、モータ１の外形寸法の範囲内に設けられて互いに対面するため、小径、薄型の小型モータとして構成でき、かつ、１つの中継基板7で、コイル結線と磁気検出器の配線を行うことにより、組立工程を低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクター等の光学機器、リアプロジェクションＴＶ等の表示装置などにおいて、カラーホイールを駆動回転するためのカラーホイール用駆動モータに関するものである。

近年、ホームシアター、プレゼンテーションといった大画面表示が、にわかに注目を集めており、最近では、小型の液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）の表示画像を投写レンズなどにより拡大投影し、大画面の表示画像を得る液晶プロジェクター又はＤＭＤプロジェクターが商品化されている。
このようなプロジェクターには、主に、単板式プロジェクターを用いたカラー表示装置があり、時分割による混色を利用した時分割色順次方式のカラー表示装置が用いられる。

この単板式プロジェクターは、光源より照射された光がＲＧＢのカラーホイール（ガラスディスク）を通過する際に、ＲＧＢいずれかの周波数帯の光が順次取り出され、１つのデジタルマイクロミラーデバイスに照射される。そして、デジタルマイクロミラーデバイスからの反射光は、所定のスクリーンに導かれてカラー画像が表示される構成となっている。このような装置に用いられるカラーホイール用駆動モータは、一般的に、ＤＣブラシレスモータが使用されている。

このカラーホイール用駆動モータは、内部に軸受を保持する中空の軸受ハウジングの外周に設けられ、珪素鋼板をプレス加工にて積層し、マグネットワイヤーを巻回させてコイルを構成したステータヨークと、ステータヨークの外周面に対応するロータマグネットを有し、このマグネットの片側端面に磁性材料からなるカラーホイール装着用のプレート部備えて中心部にシャフトを貫通させ、軸受によって回転自在に保持したロータとを含むアウターロータ型のＤＣブラシレスモータとして構成されている。

カラーホイール用駆動モータは、ロータ側に取り付けた複数色からなるカラーホイールを制御するため、カラーホイールの基準位置を検出する必要があり、ロータの外周に位置検出用の反射シールを貼付け、モータ以外の部分に光学センサを設置し、カラーホイールの位置検出を行っている。

このため、図４に示すように、カラーホイール３０を回転させるブラシレスアウターロータモータ３２のロータの外周面３４に、光の反射率の高い検出用反射シール３６を貼り付け、外付けされた光学センサ用中継基板３８に設けた、光学センサ４０を用いて、検出用反射シール３６の通過を検出している。

このように、カラーホイール３０の回転位置検出には、図４のようにロータ３４の外周に位置検出用の反射シール３６を貼付け、モータ以外の部分に光学センサ４０を設置し、カラーホイール３０の位置検出を行っている。このため光学センサ４０のスペースを必要とする。また、別部品となるため、光学センサ４０の位置調整作業が必要となり、組立作業が煩雑になるという問題がある。

また、図５に示す従来例では、カラーホイール３０を固定する保持リング４２の下面に位置マーキング４４を設け、モータ支持体４６に設けた位置検出器５０にてカラーホイール３０の回転位置を検出した構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の構成では、支持体４８と保持リング４２により固着されたフィルターセグメント（カラーホイール）３０は、モータ４５内のロータ３５により駆動回転する。保持リング４２の下面には、位置マーキング４４が設けられている。モータ支持体４６において、モータ４５のハウジングの外径より外側の箇所に、位置報告器５０が設けられている。

以上のような構成で、位置報告器５０は、モータ４５の外径よりも外側のモータ支持体４６に設けられているため、位置マーキング４４もモータ４５の外径よりも外側に配置されており、カラーホイール３０は、光ビームを受けるスペースがモータ支持体４６よりも外側に必要となり、上記位置報告器５０および位置マーキング４４は、モータ外径より外側に離れた位置にあって、径方向外側に伸びたモータ支持体４６及びカラーホイール支持体４８に取り付けられるために、装置の小型化の妨げとなる。

位置報告器５０が、モータ４５の外側に設けたモータ支持体４６に配置されるため、モータ４５内の配線と位置報告器５０の配線は、それぞれ別配線となるため小型化の妨げとなる。
また、カラーホイール３０とモータ支持体４６にそれぞれ配置される上記位置マーキング４４と位置報告器５０の位置調整作業が必要となり、組立作業が煩雑になるという問題がある。

また、カラーホイール用駆動モータの別の形態として、特許文献２に示す構成がある。この装置は、図６に示すように、複数の色領域に分割された円盤状カラーフィルタ５２と、これを回転させるロータ部５４とで構成されるカラーホイールモータ５６において、高速回転時、及び高温時においても正確にカラーホイール５２の位置検出が可能なカラーホイールモータを開示する。

図６において、モータ５６は、概略、ロータ部５４とブラケット部５８から構成され、ロータ部５４に円盤状カラーフィルタ５２が接合され、ブラケット部５８には磁気センサとしてホールＩＣ６０が設置されている。ロータ部５４に設置された検出用のマグネット６２が回転して通過する毎にホールＩＣ６０の磁電変換特性によりパルス信号が発生する。

これにより、円盤状カラーフィルタ５２とロータ部５４のみにより、円盤状カラーフィルタ５２の位置検出を行うためのパルス信号を発生させることができ、磁気センサ６０をモータ内部に設けることにより、従来の円盤状カラーフィルタ５２にインデックスマークを貼り付ける必要がなく、高速回転時、及び高温時においても安定して位置検出信号を得ることができる。

しかし、このモータ５６では、モータと円盤状カラーフィルタ５２との位置合わせを、カラーフィルタ５２の位置決め穴とモータの位置決め穴とに共通のピンを挿入する方法、あるいは、位置決め用のキー溝とキーとのはめ合わせによって行う等の面倒な作業が必要となる。

さらに、磁気センサとしてのホールＩＣ６０がブラケット部５８の内周面に配置され、検出用のマグネット６２をロータ部５４の外周面に配置するため、これらの検出手段およびその間隙をモータの径方向に並置した形で設ける必要があり、その結果、アウターロータ形ブラシレスＤＣモータの外形寸法を小型化することができない。
特開平１０−４８５４２号公報 特開２００１−３３７３９０号公報

今後、市場拡大が期待される小型モバイルプロジェクターにおいて、小径、薄型のカラーホイール用駆動モータの開発が急務の課題となっている。
上記従来技術の第１形態（図４参照）では、カラーホイールの回転位置検出は、モータ以外の場所に外付けで回転位置検出器を必要とするため、回転位置検出器用のスペースを必要としている。

図４において、回転位置検出器は、光学センサであって、別部品となるため、部品点数が増加し、回転位置検出器の取り付けとその調整に手間が掛かり、さらにモータの他に、回転位置検出器のためのコストがかかるという問題もある。

また、図５に示す第２形態では、モータに設けられた支持体に位置報告器が設けられ、カラーホイールの保持リングに位置マーキングが設けられているが、これらの検出手段が、ブラケット部の内周面とロータ外周面に設けられるため、モータの外径よりも外側に位置することから小型化の妨げとなる。

さらに、図６の第３形態では、検出手段をモータ内に配置することはできるが、カラーフィルタとモータとの位置合わせにピン等の治具や、キーとキー溝との加工が必要であり、その位置合わせの調整が面倒であり、また、モータ内の検出手段により、モータ外形寸法を小型化することが困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、モータ外形寸法の範囲内で、カラーホイールとモータの対向位置に位置信号発生手段と回転位置検出手段を設置するとともに、モータ内に配置される回転位置検出手段を、モータのコイル配線引出しのための中継基板上に組み付けて、製品精度の安定と組立工程の低減を可能にしかつモータの小型化を実現したカラーホイール用駆動モータを提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明は、ロータの回転軸に連結され、カラーホイールと共転可能なカラーホイール取付盤を有するカラーホイール用駆動モータにおいて、
前記カラーホイール取付盤に配置され、前記モータの一端側に対面する位置信号発生手段と、この位置信号発生手段に対向して前記モータ内に配置され、かつ前記モータのコイル配線引出しのために前記モータ内から径方向外側に突出する中継基板上に位置して、前記位置信号発生手段からの信号を受ける回転位置検出手段と、を含むことを特徴としている。

上記構成によれば、本発明は、カラーホイールと一体に回転するカラーホイール取付盤に、位置信号発生手段を配置し、この位置信号発生手段からの信号を受ける回転位置検出手段をモータ内に配置したので、モータの外形寸法を越えて回転位置検出手段を設けるスペースが不要となり、また、モータとカラーホイールとの位置合わせがモータの組立時点で完了する。

この結果、モータでのカラーホイールの位置信号の保証ができると共に、回転位置検出手段の面倒な取付けとその調整を不要にする。
さらに、回転位置検出手段をモータのコイル配線引出し用の中継基板上に位置させるので、コイル配線及び回転位置検出手段の接続端子を１つの基板上に配置できることから、プロジェクター製造時における部品組立が簡素化され、カラーホイール用駆動モータの製品精度の安定と組立工程の低減、モータの小型化を達成することができる。

また、他の構成によれば、位置信号発生手段は、マグネットまたは光反応媒体であり、回転位置検出手段は、磁気検出器または光学センサであることを特徴とする。
この構成により、位置信号発生手段及び回転位置検出手段として、カラーホイールとモータに対応して種々の選択が可能である。

さらに、前記回転位置検出手段は、前記モータ内から、前記中継基板が突出する前記モータのハウジング側壁または前記モータのフロントプレートから露出した状態で、位置信号発生手段に対面している。
この構成により、回転位置検出手段の取付け確認と、位置信号発生手段からの信号をより確実に検出することができる。

この位置信号発生手段は、カラーホイール取付盤の径方向に対称に２箇所設けられている。さらに、位置信号発生手段はプラスチック磁石とし、カラーホイール取付盤に位置決め用ボスを設けたことを特徴とする。
この構成により、回転位置検出手段からの信号の検出をカラーホイールの１回転あたり２度検出することができ、また位置信号発生手段がプラスチック磁石なので、その加工を容易にし、かつカラーホイール取付盤との位置合わせ及び固定を確実にできる。

位置信号発生手段は、カラーホイール取付盤の下面より、突出しない位置に設けたことを特徴とする。
この構成により、位置信号発生手段がカラーホイール取付盤から突出しないため、モータのフロントプレートとの間隙をより接近させることができ、カラーホイール取付盤の外周面をモータのハウジングの外形寸法に合わせることを可能にして、小径、薄型のカラーホイール用駆動モータを作ることができる。

また、磁石が下面から突出しないので、モータ回転時の風切り音を低減でき、モータ外径から外に位置信号発生手段がはみ出さないため、カラーホールを通過する光をさえぎることがない。

カラーホイール取付盤は、位置信号発生手段のための取付溝と、この位置信号発生手段用の位置決め用ボスに嵌合する貫通穴または凹部を設けたことを特徴とする。
この構成により、カラーホイール取付盤が、位置信号発生手段の形状に合わせて、取付溝と貫通穴または凹部が設けられるので、カラーホイール取付盤と位置信号発生手段の位置合わせ及び固定を確実にできる。

回転位置検出手段の出力は、中継基板を介してモータの外部に出力されることを特徴とする。
この構成により、回転位置検出手段の出力端子を中継基板に形成できるので、配線を簡単にかつ配線部品を削除することができる。

カラーホイール取付盤と回転位置検出手段の中間に設けられるモータのフロントプレートを非磁性材料としたことを特徴とする。また、フロントプレートは、回転位置検出手段を露出させるように形成されていることを特徴とする。

この構成により、フロントプレートが非磁性材料であるため、位置信号発生手段と回転位置検出手段との間で生じる信号の受信に影響を与えることなく、また、回転位置検出手段の一部が露出することにより、確実に信号を検出することができる。

本発明は、カラーホイールからの位置信号を受ける回転位置検出手段をモータ内に配置したことにより、モータでのカラーホイールの位置信号の検出が確実となり、プロジェクターの製造において、モータ組立後の調整を不要し、カラーホイールからの位置信号に対する検出精度を高めるとともに、組立及び調整工程の低減、さらにモータの小型化を達成することができる。

以下、本発明に係るカラーホイール用駆動モータ１の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のカラーホイール用駆動モータ１の外形構造を示す斜視図、図２は、該駆動モータにおいて、位置信号発生手段と回転位置検出手段の取付位置を示す断面図、図３は、本発明の駆動モータ内に組み付けられる中継基板７を示す図である。

図１、図２において、本発明のカラーホイール用駆動モータ１は、ハウジング２内に設けた軸受３,３に支持される回転軸４に組み付けられたロータ５と、このロータ５に対抗してハウジング２に固定されるステータ６とを有し、モータ１内に配置した中継基板７にホールＩＣからなる磁気検出器８等の回転位置検出手段を配置するとともに、カラーホイール取付盤９にマグネット１０等の位置信号発生手段を取り付けたことを特徴としている。

このカラーホイール用駆動モータ１は、図１に示すように、円筒形状のハウジング２の側壁から外側に突出した中継板受けプレート１６に支持され、その開口１６aから横方向に長く伸びた中継基板７が取り付けられている。

中継基板上には、開口１６aから露出した磁気検出器８が配置され、ロータ５の回転軸４に取り付けられたカラーホイール取付盤９の裏面側には、マグネット１０が配置されている。このマグネット１０は、モータ１のフロントプレート１４の切欠き部分１４aを臨むようにして、中継基板上の磁気検出器８に対面している。そして、モータ１は、底面を固定用プレート１３に、上面のカラーホイール取付盤９にカラーホイール１７（図２参照）をそれぞれ取り付けるように構成されている。

図２aの断面図で示すモータ１の内部構造では、ステータ６は、内周に複数の突極を有する珪素鋼板をプレス加工にて積層して構成したステータヨーク１１と、このステータヨーク１１に高分子材料からなるボビンにマグネットワイヤーを巻回したコイル１２とを有し、一方のロータ５は、ステータヨーク１１の内周に配置された突極と微小間隔を有し、外周に多極着磁を施したロータマグネット５aを回転軸４上に備えている。

また、軸受３,３は、ステータヨーク１１の外周に嵌合するハウジング２の後端凹部２aと、ハウジング２の前端に取り付けられるフロントプレート１４に固定された軸受ホルダー１５とに設けられ、回転軸４を回転自在に保持している。

中継基板７が取付けられる中継板受けプレート１６は、軸受ホルダー１５に固定され、その一端側がロータ外周よりも外側に突出した部分を有し、細長く伸びた中継基板７を支持する。このため、モータ１のハウジング２の側壁には、中継板受けプレート１６上に配置される中継基板７が突き出るための開口１６aが設けられる。

また、磁気検出器８は、カラーホイール取付盤９に設けた位置信号発生用のマグネット１０に対向して配置されるもので、このマグネット１０からの磁気信号を受けるホールＩＣ等で構成されている。

磁気検出器８は、中継基板７に取り付けられ、カラーホイール取付盤９の下面に設けた外径寸法に合わせて配置され、好ましくは、磁気検出器８の先端がモータ１のハウジング外径に一致した位置とすることが望ましい。このため、この先端が、フロントプレート１４の外径寸法よりわずかに外側に突出しており、磁気検出器８は、モータ１から露出した部分を有してカラーホイール側のマグネット１０に対面している。

本発明のカラーホイール用駆動モータ１では、カラーホイール１７は、図２ｂに示すように、カラーホイール取付盤９とカラーホイール固定盤１８とに挟み付けられて固定される。カラーホイール取付盤９は、ロータ５の回転軸４が嵌挿される中心穴９aを有する軸部９ｂと、モータ１の外形寸法に対応したフランジ部９ｃを有する。また、カラーホイール固定盤１８は、中心孔を有して、カラーホイール１７に対面する底面に複数の嵌合用ボス１８aを有している。

カラーホイール１７の固定は、先ず、カラーホイール固定盤１８の嵌合用ボス１８aをカラーホイールの貫通孔１７aにはめこんで接着して結合体となし、ロータ５の回転軸４に嵌合したカラーホイール取付盤９の軸部９ｂに前側からこの結合体を組み付けて接着剤を用いて固定することで行うことができる。

また、カラーホイール取付盤９には、モータ１のフロント側に面する底面にマグネット１０を埋め込むための取付溝９ｄと位置決め用の凹部９eまたは貫通孔が配置されている。

この取付溝９ｃ及び凹部９ｄには、成形容易なプラスチック磁石で構成されるマグネット１０がはめ込まれ、マグネット１０の一面に突出した位置決め用凸部１０aと凹部９eを係合させ、接着剤を用いて固定される。位置信号発生手段であるマグネット１０は、１個以上、より好ましくは、カラーホイール取付盤９の径方向に対称に２箇所設けられ、マグネット１０の外表面は、風切り音を低減させるため、カラーホイール取付盤９の底面に一致させている。

このような構造により、マグネット１０は、その表面がモータ側に露出し、かつカラーホイール取付盤９の下面より突出しない位置に組み込まれて固定される。また、磁気検出器８は、マグネット１０に対向して配置されているので、モータ内の中継基板上に位置することになる。

本発明の駆動用モータ１に用いる中継基板７は、中継板受けプレート１６上に配置され、コイル１２の端末を外部に引き出すためのものであり、図３に示すように、プリント配線基板として構成されているが、フレキシブル基板等の利用も可能である。

この中継基板７は、一端側にコイル１２の端子が接続される６つの穴２０を有するコイル接続端部２２が設けられ、他端側に伸びた直線部分７ｂにコイルモータ励磁用の端子２５、磁気検出器用の端子２６がそれぞれプリント配線されている。

そして、中継基板７の円形部分７aと直線部分７ｂとの間に磁気検出器（回転位置検出手段）８を配置するための３つの接続端子２７を備えている。このため、本発明は、コイルの結線と磁気検出器８の配線が、１つの基板に設けた接続端子２５，２６によって接続できる。
この中継基板７の配線で、コイル１２の配線に加えて磁気検出器８の出力を得ることができる。また、磁気検出器８のための配線をモータ内部で引き回す必要が無いため、配線の途中で混入するノイズを少なくすることができ、また、配線のために特別な部材を用意する必要がなく、コストを安く構成することができるという利点を生じる。

また、中継基板７上に回転位置検出手段を、また、カラーホイール取付盤９に位置信号発生手段が設けることができ、本実施形態では、回転位置検出手段は、ホールＩＣ等の磁気検出器８であり、位置信号発生手段は、位置信号発生用のマグネット１０として構成されている。

しかし、この組合せは、例えば、回転位置検出手段を光学センサとし、位置信号発生手段を光反応媒体とすることも可能である。そして、本発明のカラーホイール駆動用モータでは、これらのセンサを、モータの外形寸法内の配置できるので、小径、薄型のカラーホイール用駆動モータを製作することができる。

本発明に係る実施形態のカラーホイール用駆動モータの組み付け状態を示す外観構成図である。 本発明に係る図１の駆動モータの断面図である。 本発明の駆動モータに用いる中継基板の配線形状を示す平面図である。 従来例のカラーホイールモータの検出用反射シールと光学センサとの配置関係を示す斜視図である。 他の従来例を示すカラーホイールモータの断面図である。 更に他の従来例を示すカラーホイールモータの断面図である。

符号の説明

１ カラーホイール駆動用モータ
２ ハウジング
７ 中継基板
８ 磁気検出器
９ カラーホイール取付盤
９d 取付溝
9 e 位置決め用凹部
１０ マグネット
１４ フロントプレート
１６ 中継板受けプレート
１７ カラーホイール
１８ カラーホイール固定盤

Claims (10)

1. ロータの回転軸に連結され、カラーホイールと共転可能なカラーホイール取付盤を有するカラーホイール用駆動モータにおいて、
   前記カラーホイール取付盤に配置され、前記モータの一端側に対面する位置信号発生手段と、
   この位置信号発生手段に対向して前記モータ内に配置され、かつ前記モータのコイル配線引出しのために前記モータ内から径方向外側に突出する中継基板上に位置して、前記位置信号発生手段からの信号を受ける回転位置検出手段と、を含むことを特徴とするカラーホイール用駆動モータ。
2. 前記位置信号発生手段は、マグネットまたは光反応媒体であり、前記回転位置検出手段は、磁気検出器または光学センサであることを特徴とする請求項１記載のカラーホイール用駆動モータ。
3. 前記回転位置検出手段は、前記モータ内から、前記中継基板が突出する前記モータのハウジング側壁または前記モータのフロントプレートから露出した状態で、位置信号発生手段に対面することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラーホイール用駆動モータ。
4. 前記位置信号発生手段は、前記カラーホイール取付盤に径方向に対称に２箇所設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカラーホイール用駆動モータ。
5. 前記位置信号発生手段は、プラスチック磁石とし、前記カラーホイール取付盤に位置決め用ボスを設けたことを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載のカラーホイール用駆動モータ。
6. 前記位置信号発生手段は、前記カラーホイール取付盤の下面より、突出しない位置に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカラーホイール用駆動モータ。
7. 前記カラーホイール取付盤は、前記位置信号発生手段のための取付溝と、前記位置信号発生手段の位置決め用ボスに嵌合する貫通穴または凹部を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカラーホイール用駆動モータ。
8. 前記回転位置検出手段の出力は、前記中継基板を介して前記モータの外部に出力されることを特徴とする請求項１記載のカラーホイール用駆動モータ。
9. 前記カラーホイール取付盤と前記回転位置検出手段の中間に設けられる前記モータのフロントプレートを非磁性材料としたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のカラーホイール用駆動モータ。
10. 前記フロントプレートは、前記回転位置検出手段を露出させるように形成されていることを特徴とする請求項３または請求項９に記載のカラーホイール用駆動モータ。

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