JP2010187512A - Motor damper, and motor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステッピングモータ等の各種モータを駆動させた際に発生する振動を抑止するためのモータ用ダンパ等に関する。 The present invention relates to a motor damper or the like for suppressing vibrations generated when various motors such as stepping motors are driven.
ステッピングモータは、高精度な位置決めを簡単に行うことができ、小型で高トルクが得られるという特徴を有しているため広く使用されるに至っており、従来からのトルクアップ、高応答性の要請に加えて低振動及び低騒音についても新たに要請されている。 Stepping motors are widely used because they can easily perform high-precision positioning, and are small in size and capable of obtaining high torque. In addition to this, there is a new demand for low vibration and low noise.
ステッピングモータの低振動化等を図るには、低速域から高速域にわたる駆動に際して現れる共振や不安定現象(回転ムラの増大や脱調等)を短時間に抑えることが必要不可欠になり、その対策としてダンパを使用し、振動を吸収させるという方法がある(例えば、特許文献1 、2等) 。
In order to reduce the vibration of stepping motors, etc., it is indispensable to suppress resonance and instability phenomena (increased rotation unevenness, step-out, etc.) that appear when driving from low speed to high speed in a short time. There is a method in which a damper is used to absorb vibration (for example,
図10は従来のステッピングモータ用ダンパの断面図、図11は同ダンパの裏面図を示している。図中1はステッピングモータ用ダンパ、2はステッピングモータのモータ軸、3はモータ軸2に固定される筒状のフランジ部、4はフランジ部3の外側に固着され且つゴム材が使用された環状の弾性部材、5は弾性部材4と同等の外形を有した環状の慣性体である。なお、図中6はダンパ1をモータ軸2に固定する止めネジ、7はフランジ部3の外周面に形成された止めネジ6のネジ穴、8はフランジ部3に形成されたモータ軸2が通される穴、9は弾性部材4内に45度ピッチ間隔で放射状に設けられた鋼線である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional stepping motor damper, and FIG. 11 is a rear view of the damper. In the figure, 1 is a damper for a stepping motor, 2 is a motor shaft of a stepping motor, 3 is a cylindrical flange portion fixed to the
図12はダンパ1を使用したステッピングモータの過渡応答特性を示している。同モータのステップ動作時にモータ軸2の回転力はフランジ部3及び弾性部材4を介して慣性体5に伝達される。この際、同図に示すように同モータの停止のタイミングで慣性体5の慣性によってモータ軸2が回転しようとするが、弾性部材4によりその回転が制限され、その後、減衰振動を経てモータ軸が停止する。同モータの減衰振動は弾性部材4のねじり力として吸収される。このような同モータの振動については、モータの基本的構造だけでなく、ドライバや負荷等にも大きく左右されることから、これを十分に抑止するには最適なダンパ1を使用することが必要となる。
FIG. 12 shows the transient response characteristics of the stepping motor using the
しかしながら、ステッピングモータにダンパ1を使用すると、同モータの振動が効果的に部分吸収されるものの、図13に示すように約1kHz 以下の低速度領域の振動を十分に抑えることが非常に困難である。この問題を解消しない限り、ユーザの要望に十分に応え得るような低価格及び低振動のステッピングモータを開発することが困難である。また、振動を生じる周波数帯域が異なるものの、ステッピングモータ以外の各種モータについても同様の問題が指摘されており、モータの低振動化を容易に図ることが困難である。
However, when the
本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その目的とするところは、モータの低振動化を容易に図ることが可能なモータ用ダンパ等を提供することにある。 The present invention has been created under the above-described background, and an object of the present invention is to provide a motor damper and the like that can easily reduce the vibration of the motor.
上記課題を解決するために、本発明のモータ用ダンパは、モータのモータ軸に固定される軸部と、軸部の径方向の外側に同軸状に配置される環状の慣性体と、軸部と慣性体との間に固着される弾性部材とを備え、弾性部材が軸部の軸方向に沿って複数の部位から構成され、当該複数の部位の全て又はその一部につき少なくとも硬度が互いに異なるゴム材が使用されている。ここでいうゴム材は、外力で伸び、外力を除くと殆ど瞬間的に元に戻る性質を有した物質をいい、例えば、ブチルゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム等がある。 In order to solve the above-described problems, a motor damper according to the present invention includes a shaft portion fixed to a motor shaft of a motor, an annular inertial body coaxially disposed on a radially outer side of the shaft portion, and a shaft portion. And an elastic member fixed between the inertial body and the inertial body, the elastic member is composed of a plurality of portions along the axial direction of the shaft portion, and at least the hardness of each of the plurality of portions is different from each other. Rubber material is used. The rubber material here refers to a substance that has the property of extending by an external force and returning almost instantaneously when the external force is removed. Examples thereof include butyl rubber, nitrile rubber, and chloroprene rubber.
この発明によると、モータのステップ動作時にモータ軸の回転力は軸部及び弾性部材を介して慣性体に伝達される。この際、同モータの発するトルクが瞬間的にゼロになっても慣性体の慣性によってモータ軸が回転するが、弾性部材によりその回転が制限され、その後、減衰振動を経てモータ軸が停止する。同モータの減衰振動については弾性部材を構成する複数の部位のねじり力として吸収される。この点、弾性部材は、複数の部位の全て又はその一部につき少なくとも硬度が互いに異なるゴム材が使用されていることから、減衰振動時の各部位に作用するねじりモーメントの大きさが各部位に応じて異なることになる。よって、弾性部材を構成する各部位の硬度、寸法等を変更すると、減衰振動に含まれる周波数成分の吸収の度合いが効果的に変化し、同モータの低振動化を容易に図ることが可能になる。特に、ステッピングモータの場合、約1kHz以下の低速度領域の振動を容易に抑えることが可能になり、これに伴って、同モータの低速から高速域にわたる駆動に際して現れる共振や不安定現象(回転ムラの増大や脱調等)を効果的に抑えることが可能になる。 According to the present invention, the rotational force of the motor shaft is transmitted to the inertial body via the shaft portion and the elastic member during the step operation of the motor. At this time, even if the torque generated by the motor instantaneously becomes zero, the motor shaft rotates due to the inertia of the inertial body. However, the rotation is limited by the elastic member, and then the motor shaft stops through the damping vibration. The damping vibration of the motor is absorbed as a torsional force of a plurality of parts constituting the elastic member. In this respect, since the elastic member is made of rubber materials having different hardnesses at least for all or a part of the plurality of parts, the magnitude of the torsional moment acting on each part at the time of damped vibration is in each part. Depending on it. Therefore, if the hardness, dimensions, etc. of each part constituting the elastic member are changed, the degree of absorption of the frequency component contained in the damped vibration is effectively changed, and the motor can be easily reduced in vibration. Become. In particular, in the case of a stepping motor, it is possible to easily suppress vibrations in a low speed region of about 1 kHz or less, and accordingly, resonance and unstable phenomena (rotational unevenness) that appear when the motor is driven from a low speed to a high speed range. Increase or step-out) can be effectively suppressed.
同ダンパにおいて弾性部材の具体例としては、軸部の外周面と慣性体の内周面との間に配置される円筒部と、円筒部の軸方向の少なくとも一端部に同軸状に設けられた鍔部であり且つ慣性体の軸方向面に当接する環状部とを有した構成のものがある。特に、円筒部については、軸方向に接触して並べられる複数の環状体から構成すると良い。 As a specific example of the elastic member in the damper, a cylindrical portion disposed between the outer peripheral surface of the shaft portion and the inner peripheral surface of the inertia body, and at least one end portion in the axial direction of the cylindrical portion are provided coaxially. There exists a thing of the structure which has an annular part which contact | abuts the axial direction surface of an inertia body as a collar part. In particular, the cylindrical portion may be composed of a plurality of annular bodies arranged in contact with each other in the axial direction.
この下位概念の発明によると、非常に組み立て易い簡単な構成であることから、低コス
ト化を図る上でメリットがある。
According to the invention of this subordinate concept, since it is a simple configuration that is very easy to assemble, there is an advantage in reducing the cost.
本発明のモータは、モータ本体と、モータ本体のモータ軸に連結された上記モータ用ダンパとを備えている。 The motor of the present invention includes a motor body and the motor damper connected to the motor shaft of the motor body.
この発明によると、上記したモータ用ダンパを使用しているので、同モータの低振動化を容易に図ることが可能になる。特に、ステッピングモータの場合、低速域から高速域にわたる駆動に際して現れる共振や不安定現象(回転ムラの増大や脱調等)を効果的に抑えることが可能であり、その結果、同モータの低コスト化及び低振動化を図ることが可能になる。 According to the present invention, since the motor damper described above is used, it is possible to easily reduce the vibration of the motor. In particular, in the case of a stepping motor, it is possible to effectively suppress resonance and instability phenomenon (increase in rotation unevenness, step-out, etc.) that appear when driving from a low speed range to a high speed range. And reduction in vibration can be achieved.
同モータにおいて、モータ本体のモータ軸がモータ用ダンパの軸部の穴に圧入固定することが好ましい。 In the motor, it is preferable that the motor shaft of the motor main body is press-fitted and fixed in the hole of the shaft portion of the motor damper.
この下位概念の発明によると、ダンパの固定が容易であるだけでなく、ダンパの重心位
置にズレが生じ難く、同モータの一層の低振動化を図ることが可能になる。
According to the invention of this subordinate concept, not only is it easy to fix the damper, but also the deviation of the center of gravity of the damper is unlikely to occur, and it is possible to further reduce the vibration of the motor.
以下、ステッピングモータを例として本発明の実施の形態について図1乃至図3を参照して説明する。なお、特許請求の範囲に記載された発明の発明特定事項と明細書の実施形態に係る発明の構成要素との間で対応関係が不明なものについては、後記する発明の符号の欄において併せて示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 by taking a stepping motor as an example. In addition, for those in which the correspondence between the invention specific matters of the invention described in the claims and the constituent elements of the invention according to the embodiments of the specification is unclear, it will be combined in the column of the reference numerals of the invention described later. Shall be shown.
図1はステッピングモータMの概略図であり、ステッピングモータ用ダンパ100a の
断面図を併せて示している。図2(a)、(b)は同ダンパ100a の正面図、裏面図を各々示している。
FIG. 1 is a schematic view of a stepping motor M, and also shows a cross-sectional view of a
図1中aはモータ本体、bはモータ軸、100aはステッピングモータ用ダンパである。これらによりステッピングモータMが構成されている。また、図中10はモータ軸bに固定されるフランジ部、20はフランジ部10の径方向の外側に同軸状に配置される環状の慣性体、30aはフランジ部10と慣性体20との間に固着される弾性部材である。これらの各部によりステッピングモータ用ダンパ1が構成されている。
In FIG. 1, a is a motor body, b is a motor shaft, and 100a is a stepping motor damper. These constitute the stepping motor M. Further, in the figure, 10 is a flange portion fixed to the motor shaft b, 20 is an annular inertial body disposed coaxially on the radially outer side of the
フランジ部10については、その中心部に穴11が軸方向に形成された金属パイプである。フランジ部10の穴11にモータ軸bが通されて圧入固定されている。
The
慣性体20については、フランジ部10の約半分の厚さを有する金属円板であり、フランジ部10の外側に弾性部材30aを介して固着されている。
The
弾性部材30aについては、フランジ部10と慣性体20との間に介在された軸状弾性体であって、フランジ部10の外周面12と慣性体20の内周面21との間に配置される円筒部31aと、円筒部31aの軸方向の一端部311aに同軸状に設けられた鍔部であり且つ大部分が慣性体20の軸方向の表面22に当接する環状部32aを有した構成となっている。
The
本実施形態においては、円筒部31aの長さは慣性体20の厚みと同一であり、環状部
32aは慣性体20に比べて小径となっている。また、円筒部31a及び環状部32aの
材質としてブチルゴムを使用し、円筒部31aの硬度がHS30であり、環状部32aの
硬度がHS50である。なお、硬度については、JISK6253に定められた硬さ測定法(ゴム試験片の表面に球を介して微小な接触力を与え、その後さらに大きな押込み力を加えた合計押込み力を与えたとき、合計押込み力による球の押込み深さと接触力による球の押込み深さとの差を測定して行う。)に基づいて測定した。後述する硬度の記載についても同様である。
In the present embodiment, the length of the
即ち、弾性部材30aについては、フランジ部10の軸方向に沿って円筒部31a、環状部32aという部位から構成され、円筒部31a、環状部32aとして使用されているゴム材の硬度が互いに異なっている。なお、弾性部材30aを一体的に作成しても良いし、円筒部31aと環状32aとを接着材等により接着してもかまわない。
That is, the
このように構成されたステッピングモータ用ダンパ100aをステッピングモータMのモータ軸軸bに固定し、同モータを実際に駆動させた場合の速度−振動特性については図3に示す通りである。この速度−振動特性を測定した際のモータ、ドライバ及びモータ電流等の実験条件については図13に示す場合と全く同一である。なお、この点は後述する図5、図7及び図9のグラフについても同様である。
FIG. 3 shows the speed-vibration characteristics when the stepping
図3に示すようにステッピングモータMにステッピングモータ用ダンパ100aを使用した場合、約1kHz 以下の低速度領域の振動レベルを従来に比べて約1/3に抑えられたことが実験により確かめられている。
As shown in FIG. 3, when the stepping
図4は第1変形例に係るステッピングモータ用ダンパ100bの断面図を示している。図1に示すステッピングモータ用ダンパ100aと異なるのは弾性変部材30bの材質である。即ち、円筒部31bの材質としてクロロプレンゴム、環状部32bの材質としてブチルゴムが使用され、円筒部31bの硬度がHS60であり、環状部32bの硬度がHS50である。これ以外の構成についてはステッピングモータ用ダンパ100aと全く同一である。
FIG. 4 is a sectional view of a stepping
このようなステッピングモータ用ダンパ100bを使用した場合の速度−振動特性については図5に示す通りである。ステッピングモータ用ダンパ100aを使用した場合に比べて約0.8kHz以下の低速度領域の振動レベルのピークを低く抑えられたことが確かめられた。
The speed-vibration characteristics when such a
図6は第2変形例に係るステッピングモータ用ダンパ100cの断面図を示している。図1に示すステッピングモータ用ダンパ100aと異なるのは弾性部材30cの材質等である。即ち、円筒部31cの材質としてブチルゴム、環状部32cの材質としてニトリルゴムが使用され、円筒部31cの硬度がHS30、環状部32cの硬度がHS80である。また、環状部32cの大部分が慣性体20の軸方向の裏面23に当接している。これ以外の構成についてはステッピングモータ用ダンパ100aと全く同一である。
FIG. 6 shows a sectional view of a stepping
このようなステッピングモータ用ダンパ100cを使用した場合の速度−振動特性については図7に示す通りである。約1kHz 以下の低速度領域の振動レベルをステッピングモータ用ダンパ100aを使用した場合と同程度に抑えられたことが実験により確かめられた。
The speed-vibration characteristics when such a
図8は第3変形例に係るステッピングモータ用ダンパ100dの断面図を示している。図1に示すステッピングモータ用ダンパ100aと異なるのは弾性部材30dの材質等である。即ち、円筒部31dがフランジ部10の軸方向に接触して並べられる環状体311d、312dから構成されている。環状体311dの材質としてブチルゴム、環状体312dの材質としてクロロプレンゴムであり、環状体311dの硬度がHS30、環状体312dの硬度がHS60である。環状部32dの材質がニトリルゴム、その硬度がHS80である。これ以外の構成についてはステッピングモータ用ダンパ100aと全く同一である。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of a stepping
このようなステッピングモータ用ダンパ100dを使用した場合の速度−振動特性については図9に示す通りである。約1kHz 以下の低速度領域の振動レベルをステッピングモータ用ダンパ100aを使用した場合と略同程度に抑えられたことが実験により確かめられた。
The speed-vibration characteristics when such a
このような実験結果から、ステッピングモータ用ダンパ100a〜100dに使用される弾性部材30a〜30dを構成する複数部位の材質、硬度、寸法、形状等を実験を通じて最適化すると、低速域から高速域にわたる駆動に際して現れる共振や不安定現象(回転ムラの増大や脱調等)を短時間に抑えることができ、ステッピングモータMの低振動化等を図ることが可能になる。また、ダンパ全体の構成は非常に簡単であり、最適化作業も従来に比べて非常に容易であることから、同モータMの低コスト化を図ることも可能になる。
From these experimental results, when the materials, hardness, dimensions, shape, etc. of the plurality of parts constituting the
なお、本発明に係るモータ用ダンパは、ステッピングモータだけの適用に止まらず、直流モータ、誘導電動機、同期電動機、超音波モータ等の各種モータにも同様に適用可能であり、これらのモータに対応した基本形状等にすれば良い。モータのモータ軸に固定される軸部については、その形状等が限定されず、例えば、鍔が設けられた形状であったりモータ軸を貫通させない形態でも良い。軸部の径方向の外側に同軸状に配置される環状の慣性体については、モータ本体又は軸部との間の位置関係若しくは厚み、外形等の寸法等が問われず、必要とされる速度−振動特性に応じて適宜調整すれば良い。また、慣性体の外側をプーリーやギア等として利用してもかまわない。軸部と慣性体との間に固着される弾性部材については、軸部の軸方向に沿って複数の部位から構成され、当該複数の部位の全て又はその一部につき少なくとも硬度が互いに異なるゴム材が使用されている限り、その形状、厚み、素材等が問われない。例えば、図10に示すダンパ1において、弾性部材4をフランジ部3の軸方向に沿って複数の部位で構成するものとし、各部位の全て又はその一部につき少なくとも互いに硬度が異なるゴム材を使用しても良い。
The motor damper according to the present invention can be applied not only to the stepping motor but also to various motors such as a DC motor, an induction motor, a synchronous motor, and an ultrasonic motor. The basic shape may be used. The shape or the like of the shaft portion fixed to the motor shaft of the motor is not limited. For example, the shaft portion may have a shape provided with a flange or may not penetrate the motor shaft. Regarding the annular inertial body arranged coaxially on the outer side of the shaft in the radial direction, the required speed- What is necessary is just to adjust suitably according to a vibration characteristic. Further, the outside of the inertial body may be used as a pulley or a gear. About the elastic member fixed between the shaft portion and the inertial body, the rubber material is composed of a plurality of portions along the axial direction of the shaft portion, and the hardness is different from each other at least for all or a part of the plurality of portions. As long as is used, its shape, thickness, material, etc. are not questioned. For example, in the
本発明に係るモータは、上記モータ用ダンパを有した構成である限り、ステッピングモータだけでなく直流モータ、誘導電動機、同期電動機、超音波モータ等の各種モータにも同様に適用可能である。モータ軸とモータ用ダンパとの間の固定方法が問われず、例えば、モータ軸に圧入固定するのではなく、図10に示すダンパ1のようにモータ軸2にネジ止めする形態でも良い。また、モータ本体とモータ用ダンパとの位置関係も問われない。例えば、モータ本体内に位置するモータ軸にモータ用ダンパを接続する形態であっても良い。さらに、上記モータ用ダンパをモータ軸に連結する形態ではなく、モータのロータに一体的にした形態でもかまわない。
The motor according to the present invention can be similarly applied to various motors such as a DC motor, an induction motor, a synchronous motor, and an ultrasonic motor as well as a stepping motor as long as the motor damper is provided. The fixing method between the motor shaft and the motor damper is not limited. For example, the motor shaft may be screwed to the
M ステッピングモータ(モータ)
a モータ本体
b モータ軸
100 ステッピングモータ用ダンパ(モータ用ダンパ)
10 フランジ部(軸部)
20 慣性体
30 弾性部材
31 円筒部
32 環状部
M Stepping motor (motor)
a Motor body b Motor shaft 100 Stepper motor damper (motor damper)
10 Flange (shaft)
20 Inertial body 30 Elastic member 31 Cylindrical part 32 Annular part
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