JP2011167054A - モータおよびモータの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータの製造コストを削減する。また、磁気センサをロータマグネットに対して精度良く位置決めする。
【解決手段】モータのカバー部材121が、内側面にてステータ122を支持する外筒部222と、外筒部222と同軸であり、内側面にて軸受13を支持する内筒部221と、外筒部222の下端と内筒部221の下端とを接続する底部223と、を備え、金属の1つの板部材のプレス加工により成型される。ステータ122が、ステータコア231と、ステータコア231を覆うインシュレータ232と、インシュレータ232上からステータコアの複数のティース242に導線を捲回することにより形成されたコイル233と、を備える。インシュレータが、コイルの径方向外側にて外筒部222の上端よりも上方に突出する突出部261を備え、コイル233の上端が、外筒部の上端よりも上方に位置する。
【選択図】図3

Description

本発明は、インナロータ型のモータに関する。
従来より、複写機や複合機等の事務機器では、駆動源としてインナロータ型のモータが用いられている。このようなモータとして、例えば、特開2006−109575号公報に開示されたものがある。このモータでは、ハウジング10とカバー20とが設けられる。ハウジング10内には、軸受30,31が保持される。カバー20にはステータ70が設けられる。これにより、軸受を上下に離して設ける場合に比べて、モータの高さを低くすることができる。
また、特開2008−54390号公報のDCブラシレスモータ10では、段落0006,0008および図1に示されるように、固定子20の電気絶縁部材22の前面に、センサ基板30が取り付けられる。センサ基板30は、電気絶縁部材22に設けられた3本の係合爪32により、電気絶縁部材22の前端面である段差部22aの底部に押し付けられて固定される。センサ基板30には、回転子11の磁極の位置を検出する3個の磁気センサ31が取り付けられる。
特開2006−109575号公報 特開2008−54390号公報
ところが、特開2006−109575号公報に開示されるように、ハウジングとカバーとを設ける場合、これらの部材の高い同軸度を得るために、確認や調整の作業工数が増してしまう。一方、これらの部材に代えてプレスにて成型された1つの部材を用いようとした場合、複雑な深絞りが必要となる。その結果、プレス回数が多くなり、製造コストが増大してしまう。
また、特開2008−54390号公報に開示されるようなモータでは、固定子のステータコアがカバーに当接することにより、ステータコアのカバーに対する相対位置が決定される。これにより、ステータコアが、軸方向においてロータマグネットに対して適切に位置決めされる。一方、磁気センサが設けられたセンサ基板は、ステータコアに取り付けられたインシュレータに固定されている。ステータコアは、薄い鋼板を積層した積層鋼板構造を有するため、各鋼板の公差が累積することにより、磁気センサがロータマグネットから軸方向に大きく離間し、ロータマグネットの回転位置の検出精度が低下するおそれがある。さらに、センサ基板は、電子部品の実装の際に加えられた圧力や熱等の影響によって変形している場合がある。この場合も、磁気センサがロータマグネットから離間し、ロータマグネットの回転位置の検出精度がより低下するおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モータの製造コストを削減することを主な目的とする。また、磁気センサをロータマグネットに対して精度良く位置決めすることも目的とする。
本発明の一の側面に係る例示的なモータは、上下方向を向く中心軸を中心とする環状のステータと、軸受と、前記ステータおよび前記軸受が固定されるカバー部材と、前記軸受により前記中心軸を中心として回転可能に支持されるシャフトと、前記シャフトに接続されたロータホルダと、前記ロータホルダに取り付けられ、前記ステータの内側に配置されるロータマグネットと、を備え、前記カバー部材が、内側面にて前記ステータを支持する外筒部と、前記外筒部と同軸であり、内側面にて前記軸受を支持する内筒部と、前記外筒部の下端と前記内筒部の下端とを接続する底部と、を備え、前記ステータが、ステータコアと、前記ステータコアを覆うインシュレータと、前記インシュレータ上から前記ステータコアの複数のティースに導線を捲回することにより形成されたコイルと、を備え、前記カバー部材が、金属の1つの板部材のプレス加工により成型され、前記インシュレータが、前記コイルの径方向外側にて前記外筒部の上端よりも上方に突出する突出部を備え、前記コイルの上端が、前記外筒部の上端よりも上方に位置する。
本発明の他の側面に係る例示的なモータは、上下方向を向く中心軸を中心とする環状のステータと、軸受と、前記ステータおよび前記軸受が固定されるカバー部材と、前記軸受により前記中心軸を中心として回転可能に支持されるシャフトと、前記シャフトに接続されたロータホルダと、前記ロータホルダに取り付けられ、前記ステータの内側に配置されるロータマグネットと、前記ロータマグネットの回転位置を検出する磁気センサと、前記磁気センサを前記ロータマグネットの上方にて支持する回路基板と、を備え、前記カバー部材が、内側面にて前記ステータを支持する外筒部と、前記外筒部と同軸であり、内側面にて前記軸受を支持する内筒部と、前記外筒部の下端と前記内筒部の下端とを接続する底部と、を備え、前記ステータが、ステータコアと、前記ステータコアを覆うインシュレータと、前記インシュレータ上から前記ステータコアの複数のティースに導線を捲回することにより形成されたコイルと、を備え、前記インシュレータが、前記コイルの径方向外側にて前記外筒部の上端よりも上方に突出する突出部を備え、前記回路基板が、前記インシュレータに固定され、前記インシュレータが、前記カバー部材に軸方向に当接する。
本発明のさらに他の側面に係る例示的なモータは、上下方向を向く中心軸を中心とする環状のステータと、軸受と、前記ステータおよび前記軸受が固定されるカバー部材と、前記軸受により前記中心軸を中心として回転可能に支持されるシャフトと、前記シャフトに接続されたロータホルダと、前記ロータホルダに取り付けられ、前記ステータの内側に配置されるロータマグネットと、前記ロータマグネットの回転位置を検出する磁気センサと、前記磁気センサを前記ロータマグネットの上方にて支持する回路基板と、前記ステータの上方を覆う有蓋略円筒状のキャップ部材と、を備え、前記カバー部材が、内側面にて前記ステータを支持する外筒部と、前記外筒部と同軸であり、内側面にて前記軸受を支持する内筒部と、前記外筒部の下端と前記内筒部の下端とを接続する底部と、を備え、前記ステータが、ステータコアと、前記ステータコアを覆うインシュレータと、前記インシュレータ上から前記ステータコアの複数のティースに導線を捲回することにより形成されたコイルと、を備え、前記インシュレータが、前記コイルの径方向外側にて前記外筒部の上端よりも上方に突出する突出部を備え、前記回路基板が、前記キャップ部材と前記突出部の上端面との間にて挟持される。
請求項1ないし10の発明では、モータの製造コストを削減することができる。請求項11ないし23の発明では、磁気センサをロータマグネットに対して精度良く位置決めすることができる。
図1は、第1の実施形態に係るモータの正面図である。 図2は、モータの縦断面図である。 図3は、モータの縦断面図である。 図4は、回路基板を取り付ける前のモータの平面図である。 図5は、モータの製造の流れを示す図である。 図6.Aは、製造途上のカバー部材を示す図である。 図6.Bは、製造途上のカバー部材を示す図である。 図6.Cは、製造途上のカバー部材を示す図である。 図6.Dは、カバー部材を示す図である。 図7は、上側部分インシュレータの他の例を示す平面図である。 図8.Aは、上側部分インシュレータのさらに他の例を示す断面図である。 図8.Bは、上側部分インシュレータのさらに他の例を示す断面図である。 図9は、第2の実施の形態に係るモータの縦断面図である。 図10は、キャップ部材の斜視図である。 図11は、キャップ部材を取り付ける前のモータの平面図である。 図12は、回路基板を取り付ける前のモータの平面図である。
本明細書では、中心軸方向において、図中の上側を「上側」と呼び、図中の下側を単に「下側」と呼ぶ。「上側」および「下側」という表現は、必ずしも重力方向と一致する必要はない。また、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の例示的な第1の実施形態に係るモータ1の正面図である。図2および図3は、モータ1の縦断面図である。モータ1は、複写機、プリンタ、複合機等の事務機器の駆動源として用いられるインナロータ型のモータである。
図2に示すように、モータ1は、回転部11と、静止部12と、2つの軸受13と、エンコーダ14と、キャップ部材15と、を備える。回転部11は、上下方向を向く中心軸J1を中心に回転する。図2では、回転部11が静止部12の下側に位置し、出力軸が下方を向く。
軸受13は、静止部12に固定され、回転部11を回転可能に支持する。軸受13は、含油スリーブである。キャップ部材15は有蓋略円筒状であり、ステータ122の上方を覆う。エンコーダ14は、キャップ部材15内に位置する。
回転部11は、シャフト111と、ロータホルダ112と、ロータマグネット113と、を備える。シャフト111は、中心軸J1を中心とする略円柱状であり、軸受13により回転可能に支持される。ロータホルダ112は、シャフト111の出力側とは反対側に取り付けられる。ロータホルダ112は、シャフト固定部211と、接続部212と、円筒部213と、を備える。シャフト固定部211は上側の軸受13の上側にてシャフト111に固定される。接続部212はシャフト固定部211から径方向外方へと広がる。円筒部213は、接続部212の外縁から下方へと延びる。ロータマグネット113は、円筒部213の外側面に固定される。ロータマグネット113は、円筒状であってもよく、複数のマグネットが周方向に配列されたものであってもよい。ロータホルダ112は、薄板をプレス加工することにより形成される。薄板は、例えば、金属である磁性体にて形成される。
シャフト固定部211と上側の軸受13との間には、2枚の樹脂板214が配置される。シャフト111には、下側の軸受13の下側に止め具215が取り付けられる。シャフト固定部211および止め具215により、シャフト111の上下方向への移動が防止される。
図3に示すように、静止部12は、カバー部材121と、ステータ122と、回路基板123と、を備える。カバー部材121は、内筒部221と、外筒部222と、底部223と、を備える。内筒部221および外筒部222は、中心軸J1を中心とする円筒状であり、同軸に配置される。底部223は、外筒部222の下端と内筒部221の下端とを接続する。底部223には、モータ1を所望の位置に取り付けるための複数の取付孔224が設けられる。内筒部221は、内側面225にて軸受13を支持する。外筒部222は、内側面226にてステータ122を支持する。後述するように、カバー部材121は、金属である1つの板部材のプレス加工により成型される。好ましくは、カバー部材121は導電性部材である。また、さらに好ましくは、カバー部材121は磁性体である。
ステータ122は、ステータコア231と、インシュレータ232と、コイル233と、を備える。ステータ122は、中心軸J1を中心とする環状である。ステータコア231は、複数の薄板の磁性鋼板を上下方向に積層して形成される。ステータコア231は、円環状のコアバック241と、複数のティース242と、により構成される。コアバック241は、外筒部222に圧入される。ティース242は、コアバック241から径方向内方へと延びる。ティース242の先端は、ロータマグネット113に径方向に対向する。インシュレータ232は、樹脂により形成される。インシュレータ232は、ステータコア231を覆う。
回路基板123は、インシュレータ232の上方に位置し、インシュレータ232の上端面上に固定される。図4は、回路基板123を取り付ける前のモータ1の平面図である。図3は、図4に示す矢印A−Aの位置での断面を示す。図3および図4に示すように、インシュレータ232は、9個の上側部分インシュレータ251と、9個の下側部分インシュレータ252と、を備える。上下に配置される1組の上側部分インシュレータ251および下側部分インシュレータ252が、1つのティース242に対応する1つの部分インシュレータを構成する。換言すれば、インシュレータ232は、複数のティース242にそれぞれ対応する部分インシュレータを含む。上側部分インシュレータ251は、1つのティース242の上面および側面の上半分を覆う。上側部分インシュレータ251は、外側突出部261と、内側突出部262と、を備える。外側突出部261は、コイル233の径方向外側にて外筒部222の上端227よりも上方に突出する。外側突出部261は、インシュレータ232の外筒部222の上側の部位でもある。内側突出部262は、ティース242の先端の上側にて上方へと突出する。
下側部分インシュレータ252は、1つのティース242の下面および側面の下半分を覆う。下側部分インシュレータ252は、コイル233の径方向外側に、下方へと突出する外側突出部263を有し、ティース242の先端の下側に、下方へと突出する内側突出部264を有する。上側部分インシュレータ251および下側部分インシュレータ252により、ステータコア231は、コアバック241の外側面およびティース242の先端面を除いて覆われる。
上側部分インシュレータ251は3つの異なる形状を有する。図4に示すように、1つは、外側突出部261の上端面上に設けられてさらに上方に突出する凸部であるピン265を有する。他の1つは、外側突出部261の外側面270に高さが低い凸部266を有する。外側突出部261の外側面270は、上側部分インシュレータ251の外側面でもある。他の1つは、外側突出部261をステータコア231まで上下に貫通する貫通孔267を有する。これら3種類の上側部分インシュレータ251は、周方向に3組配列される。
図3に示すように、樹脂製のピン265は、回路基板123に設けられた貫通孔に挿入され、回路基板123上に溶着される。これにより、回路基板123が外側突出部261の上端面に固定される。図3では、溶着前のピン265を破線にて示している。図9においても同様である。溶着後のピン265は、挿通部265aと、頭部265bと、を備える。挿通部265aは、回路基板123に設けられた貫通孔に挿通される。頭部265bは、挿通部265aに連続する。頭部265bは、回路基板123の上側において貫通孔の周囲に広がる。頭部265bは、破線にて示すピン265の上部を熱変形させることにより形成される。
凸部266は、周囲が凹部とされることにより、相対的に径方向外方に突出している。図1に示すように、凸部266は、キャップ部材15のリング状の係合部151と係合する。これにより、キャップ部材15がインシュレータ232に固定される。図3に示すように、回路基板123は、キャップ部材15と外側突出部261の上端面との間にて挟持される。キャップ部材15は、回路基板123の外周を囲む。これにより、キャップ部材15と回路基板123との間からキャップ部材15内に異物が侵入することを抑制することができる。なお、回路基板123の側面の大部分はキャップ部材15により覆われるが、一部はキャップ部材15から露出している。
図3および図4に示すように、1つの貫通孔267内には、導電性材料にて形成されたコイルばね268が挿入される。コイルばね268は、コアバック241および回路基板123の電極を押圧する。導電性を有する部材であるカバー部材121は、導電性を有する部材であるステータコア231と直接接触することから、カバー部材121は、ステータコア231およびコイルばね268を介して回路基板123と導通される。その結果、カバー部材121を接地することにより、回路基板123が接地される。
上下方向において、ステータコア231の上面の位置とカバー部材121の外筒部222の上端227の位置とが一致する。これにより、ステータコア231を外筒部222に固定する強度を低下させることなく外筒部222の高さを最小とすることができる。上側部分インシュレータ251の外側面270は、外筒部222の上側にて外筒部222の内側面226よりも径方向外側に位置する。好ましくは、外側面270は、外筒部222の外側面よりも径方向外側には位置しない。下側部分インシュレータ252の外側突出部263は、カバー部材121の底部223に中心軸J1に平行な方向(以下、「中心軸J1方向」という。)に当接する。底部223への当接により、ステータ122は容易に位置決めされる。上側部分インシュレータ251の外側面270の下端と、外筒部222の上端227とは上下方向に近接する。これにより、モータ1の外側面の凹凸を低減することができる。なお、外側面270の下端と外筒部222の上端227とを当接させることにより、ステータ122の位置が決定されてもよい。
一方、キャップ部材15の下端は上側部分インシュレータ251の外側突出部261に上方から当接する。図1に示すように、上側部分インシュレータ251は、外筒部222の上側にて径方向外側に露出する。すなわち、カバー部材121およびキャップ部材15にてモータ1の高さ方向の全域は覆われない。これにより、外筒部222の高さは、同程度の大きさのモータに比べて低くなる。図4に示すように、外側突出部261は、周方向の全周に亘って存在する。外側突出部261の周方向における両側部269は、平面視した際に周方向に突出する側部突起272を有する。側部突起272は上端から下端まで径方向に重なる。換言すれば、外筒部222の上側にて、各上側部分インシュレータ251の周方向の両側部269が、隣接する上側部分インシュレータ251と径方向において重なる。これにより、ラビリンス構造が形成され、インシュレータ232が露出するモータ1において、塵埃の内部への進入を抑制することができる。
なお、インシュレータ232に外側突出部261を設けることにより、別途スペーサ等を設けてキャップ部材15を取り付ける場合に比べて製造コストを削減することができる。モータ1では、上側に機器への取付部を設けると、樹脂製のインシュレータ232の影響により取付強度を確保することができない。しかし、モータ1では、底部223に取付孔224が設けられ、出力軸が下方へ突出するため、取付強度を確保することができる。さらに、回路基板123やエンコーダ14を底部223上ではなく出力軸とは反対側に設けることにより、ステータ122の位置を底部223に近づけることができ、トルクの発生中心を軸受スパンの間に容易に位置させることができる。
コイル233は、導線がインシュレータ232上から各ティース242に多層に巻回されることにより形成される。図3に示すように、コイル233は、上側部分インシュレータ251および下側部分インシュレータ252の外側突出部261,263と内側突出部262,264との間に形成される。コイル233の上端234は、外筒部222の上端227よりも上方に位置する。これにより、ステータコア231の積み厚を高くしてもカバー部材121の外筒部222を上側に伸ばす必要はない。回路基板123からコイル233に電流を流すことにより、コイル233とロータマグネット113との間にトルクが発生する。これにより、回転部11が中心軸J1を中心として回転する。
エンコーダ14は、センサ部141と、プレート部142と、を備える。センサ部141は回路基板123の上面に取り付けられる。プレート部142は中心軸J1に垂直であり、シャフト111に取り付けられる。センサ部141が、プレート部142に形成されたスリットの通過を光学的に検出することにより、シャフト111の回転速度が検出される。エンコーダ14に代えて、回路基板123にFG(Frequency Generator)パターンが形成され、ロータホルダ112の接続部212上にFGマグネットが配置されてもよい。
回路基板123の下面には、磁気センサ124が取り付けられる。磁気センサ124は、ロータマグネット113の上方にて回路基板123により支持される。磁気センサ124により、ロータマグネット113の回転位置、すなわち、回転部11の回転が検出される。モータ1では、磁気センサ124として、ホール素子が利用される。磁気センサ124として、回路基板123に形成されてロータマグネット113の上方にて回路基板123により支持されるFGパターンが利用されてもよい。
上述のように、ステータコア231は複数の磁性鋼板が積層されて形成されるため、各磁性鋼板が公差により少しずつ厚くなると、ステータコア231の中心軸J1方向の厚さである積み厚が大きくなる。仮に、ステータがカバー部材に当接することにより、ステータの中心軸方向の位置が決定されるとすると、ステータコアが厚くなった分だけ、上側部分インシュレータおよび回路基板が、所望の位置よりも上側に位置することになる。その結果、カバー部材に対して位置決めされた回転部のロータマグネットと、回路基板に固定された磁気センサとの間の中心軸方向の距離が、所望の距離よりも大きくなり、ロータマグネットの回転位置の検出精度が低下してしまう。
モータ1では、下側部分インシュレータ252の外側突出部263が、カバー部材121の底部223に中心軸J1方向に当接することにより、中心軸J1方向におけるインシュレータ232のカバー部材121に対する相対位置が決定される。そして、これにより、中心軸J1方向におけるステータ122および回路基板123のカバー部材121に対する相対位置が決定される。このため、ステータコア231の積み厚の誤差による影響を抑制して、磁気センサ124をロータマグネット113に対して精度良く位置決めすることができる。その結果、磁気センサ124をロータマグネット113に近接させて配置することができ、ロータマグネット113の回転位置を精度良く検出することができる。ロータマグネット113の回転位置の検出精度が十分に高い場合には、安価で低グレードな磁気センサ124を採用したり、ロータマグネット113の中心軸J1方向の高さを小さくすることができる。
回路基板123には、磁気センサ124や他の電子部品(図示省略)等が実装されることにより、反りや歪み等の変形が生じている場合がある。モータ1では、インシュレータ232の外側突出部261のピン265を、回路基板123の貫通孔に挿入して溶着することにより、回路基板123の変形を抑制することができる。これにより、磁気センサ124のロータマグネット113に対する相対位置の精度を向上することができる。また、キャップ部材15と外側突出部261の上端面との間にて回路基板123を挟持することにより、回路基板123の変形をより抑制することができる。その結果、磁気センサ124のロータマグネット113に対する相対位置の精度をさらに向上することができる。
回路基板123は、インシュレータ232の外側突出部261の上端面上に固定されるため、外筒部222の内側に固定される場合に比べて、回路基板123の面積を容易に大きくすることができる。その結果、回路基板123に実装される電子部品として、大きくはあるが低価格の電子部品を採用することができ、モータ1の製造コストを低減することができる。また、キャップ部材15の下端部に切り欠きを設けるだけで、回路基板123を外部電源に接続するコネクタ(図示省略)を、モータ1の外部に容易に配置することができる。
(モータの製造)
図5は、モータ1の製造の流れを示す図である。モータ1の製造では、まず、プレス加工にてカバー部材121が成型される(ステップS11)。図6.Aないし図6.Dは、カバー部材121の製造の様子を示す図である。カバー部材121は、金属のリボン状の1つの板部材から、この板部材と一部が繋がった状態で成型されてもよく、円形に打ち抜かれた1つの板部材から1個だけ製造されてもよい。換言すれば、カバー部材121は、順送型またはトランスファー型のいずれの金型により成型されてもよい。
まず、数回のプレス加工による深絞りにより、図6.Aに示すように、板部材が有蓋略円筒状に成型される。さらに数回のプレス加工による深絞りにより、図6.Bに示すように、上部の中央が下方へと突出する形状となる。その後、数回のプレス加工により、図6.Cに示すように、中央部が打ち抜かれ、内筒部221、外筒部222および底部223の形状精度が高められる。最後に、図6.Dに示すように、外周が取り除かれ、モータ取り付け用の取付孔224が底部223に形成される。同程度の大きさの通常のモータと比べて、外筒部222の長さは短い。
これにより、カバー部材121を成型する際のプレス回数を削減することができる。プレス機におけるステージ数は少なく抑えられ、金型の製造コストが低減される。その結果、モータ1の製造コストを削減することができる。また、生産タクトも短縮することができる。カバー部材121が1つの部材として成型されるため、内筒部221と外筒部222の高い同軸度を容易に得ることができる。これによっても、モータ1の製造コストが削減される。
次に、内筒部221の内側面225に軸受13が圧入されて固定される(ステップS12)。さらに、外筒部222の内側面226に、別途組み立てられたステータ122が圧入されて固定される(ステップS13)。
回転部11も別途組み立てられる。具体的には、ロータホルダ112にシャフト111が圧入されて固定される(ステップS14)。そして、ロータホルダ112の外側面にロータマグネット113が接着剤により取り付けられる(ステップS15)。
シャフト111は図2の上方から軸受13に挿入される(ステップS16)。このとき、樹脂板214が介挿される。これにより、ロータマグネット113がステータ122の内側に配置される。シャフト111には止め具215が取り付けられる。回路基板123は、上方からインシュレータ232上に載置される。ピン265の溶着により、回路基板123が、インシュレータ232の外側突出部261の上端面上に強固に固定される(ステップS17)。また、ステータ122の導線と回路基板123とが接続される。シャフト111にはエンコーダ14のプレート部142が取り付けられる。回路基板123にはセンサ部141が取り付けられる。
最後に、キャップ部材15が、外筒部222の上方にて外側突出部261の外側面270に取り付けられる(ステップS18)。このとき、キャップ部材15が上方からインシュレータ232にはめ込まれると、係合部151が径方向外方へと弾性変形して凸部266を乗り越える。そして、係合部151の中央の孔に凸部266が嵌り込むと同時にキャップ部材15の円筒部の下端がインシュレータ232の上部に当接し、静止部12の上部が封止される。このように、弾性変形を利用するスナップフィットにより、キャップ部材15はインシュレータ232に容易に取り付けられる。
(インシュレータの他の例)
図7は、上側部分インシュレータ251の他の例を示す平面図である。図7では、上側部分インシュレータ251の外側突出部261は、隣接する外側突出部261と連続する。これにより、複数の上側部分インシュレータ251が、1つの境界を除いて外筒部222の上側にて周方向に連続することとなる。両端に位置する2つの上側部分インシュレータ251には、図4と同様に側部突起272が設けられる。すなわち、ステータコア231に取り付けられた状態では、両端の2つの部分インシュレータの間に連続しない境界が形成され、この境界にて隣接する2つの部分インシュレータの両側部が、径方向において重なる。境界にはラビリンス構造が形成される。このような構造により、モータ内部への塵埃の進入がさらに抑制される。複数の下側部分インシュレータ252も連続構造とされてよい。
図8.Aは、ステータコア231の上面の位置が、外筒部222の上端227の位置よりも低い場合の上側部分インシュレータ251を示す断面図である。上側部分インシュレータ251では、外側突出部261の外側面270が、外筒部222の上側にて外筒部222の内側面226よりも径方向外側に位置する。これにより、上側部分インシュレータ251と外筒部222の上端227とが上下方向に近接または当接する。なお、コイル233の上端234は、外筒部222の上端227よりも上方に位置する。外側突出部261は、コイル233と外筒部222とを絶縁する。
図8.Bは、ステータコア231の上面の位置が、外筒部222の上端227の位置よりも高い場合の上側部分インシュレータ251を示す断面図である。上側部分インシュレータ251では、外側突出部261の外周部から下方に延びる部位271が設けられる。部位271はコアバック241の外側面の上部を覆う。これにより、上側部分インシュレータ251と外筒部222の上端227とが上下方向に近接または当接する。
カバー部材121は多数の金型を用いて成型されるため、設計変更に要するコストは大きい。モータ1では、図8.Aおよび図8.Bに示すようにステータコア231やインシュレータ232の変更のみで、モータ1の高さ変更を容易に実現することができる。
(第2の実施形態)
図9は、本発明の例示的な第2の実施形態に係るモータ1aの断面図である。図10は、キャップ部材15aの斜視図である。図11は、キャップ部材15aを取り付ける前のモータ1aの平面図である。図12は、回路基板123を取り付ける前のモータ1aの平面図である。モータ1aは、図1に示すキャップ部材15とは形状の異なるキャップ部材15aを備える。また、モータ1aでは、ステータ122が、図3に示すインシュレータ232とは形状の異なるインシュレータ232aを備える。他の構造は、図1ないし図3に示すモータ1とほぼ同様であり、同符号を付す。
図12に示すように、インシュレータ232aは、略円環状の1つの部材である。インシュレータ232aにおいて、各ティース242の上面および側面の上半分を覆う部分を上側部分インシュレータ251と捉えると、各上側部分インシュレータ251の外側突出部261は、隣接する上側部分インシュレータ251の外側突出部261と連続する。図9に示すように、上側部分インシュレータ251の外側面270の下端、すなわち、外側突出部261の外側面270近傍の部位の下端は、カバー部材121の外筒部222の上端227と中心軸J1方向に当接する。下側部分インシュレータ252は、カバー部材121から離間して底部223の上方に位置する。
インシュレータ232aのカバー部材121に対する当接により、中心軸J1方向におけるインシュレータ232aのカバー部材121に対する相対位置が決定される。これにより、中心軸J1方向におけるステータ122および回路基板123のカバー部材121に対する相対位置が決定される。その結果、モータ1と同様に、ステータコア231の積み厚の誤差による影響を抑制して、磁気センサ124をロータマグネット113に対して精度良く位置決めすることができる。
特に、ステータ122よりも上側に位置する上側部分インシュレータ251によりインシュレータ232aの位置決めを行うことにより、ステータコア231の積み厚の誤差による影響を防止して、回路基板123の位置を高精度に決定することができる。その結果、磁気センサ124をロータマグネット113に対してより高精度に位置決めすることができる。また、下側部分インシュレータ252が、中心軸J1方向において、カバー部材121から離間して配置されることにより、上側部分インシュレータ251をカバー部材121に当接させる際に、下側部分インシュレータ252がカバー部材121に対して押圧されて変形することを防止することができる。
モータ1aでは、モータ1と同様に、インシュレータ232の外側突出部261のピン265を、回路基板123の貫通孔に挿入して溶着することにより、回路基板123の変形を抑制することができる。これにより、磁気センサ124のロータマグネット113に対する相対位置の精度を向上することができる。また、キャップ部材15aと外側突出部261の上端面との間にて回路基板123を挟持することにより、回路基板123の変形をより抑制することができる。その結果、磁気センサ124のロータマグネット113に対する相対位置の精度をさらに向上することができる。
キャップ部材15aは、回路基板123の外周を囲む。これにより、キャップ部材15aと回路基板123との間からキャップ部材15a内に塵埃が進入することを抑制することができる。なお、回路基板123の側面の大部分はキャップ部材15aにより覆われるが、一部はキャップ部材15aから露出している。
図9および図11に示すように、回路基板123は、インシュレータ232の外側突出部261の上端面上に固定されるため、外筒部222の内側に固定される場合に比べて、回路基板123の面積を容易に大きくすることができる。その結果、回路基板123に実装される電子部品として、大きくはあるが安価な電子部品を採用することができ、モータ1aの製造コストを低減することができる。また、キャップ部材15aの下端部に切り欠きを設けるだけで、図11に示すように、回路基板123を外部電源に接続するコネクタ125を、モータ1aの外部に容易に配置することができる。
コネクタ125は、回路基板123の上面に面実装される。具体的には、コネクタ125の下面に設けられた電極が、回路基板123の上面に設けられた電極に接合される。これにより、回路基板123の下側に接続ピンが突出することを防止し、回路基板123をステータ122に近接させて配置することができる。その結果、磁気センサ124とロータマグネット113(図9参照)との間の中心軸J1方向における距離を小さくすることができる。また、モータ1aの中心軸J1方向の高さを小さくすることもできる。
図10に示すように、有蓋略円筒状のキャップ部材15aは、側壁部152と、天蓋部153と、複数の係合部151と、を備える。側壁部152は、天蓋部153から下方へと延びる複数の溝部154を備える。本実施の形態では、3つの係合部151、および、3つの溝部154が設けられる。側壁部152は、溝部154を含めて厚さが略一定である。複数の溝部154の下端部には、中心軸J1に略垂直な溝端面155が設けられる。溝端面155は、回路基板123よりも上方に位置する。
複数の係合部151は、複数の溝部154の下方において、側壁部152から下向きに突出する。係合部151は、カバー部材121の外筒部222の上方にて、外側突出部261の外側面270に設けられた凸部266(図1参照)に係合する。これにより、キャップ部材15aがインシュレータ232aに固定される。
キャップ部材15aをインシュレータ232aに固定する際には、溝部154の溝端面155が下方に向けて押圧される。キャップ部材15aの天蓋部153は押圧されないため、天蓋部153の変形を防止することができる。また、係合部151が溝部154の下方に設けられることにより、溝端面155に加えられる力が係合部151に伝わりやすく、キャップ部材15aをインシュレータ232aに容易に固定することができる。キャップ部材15aの固定の際には、天蓋部153の溝部154近傍の部位が下方に向けて押圧されてもよい。この場合も、溝部154の溝側面により側壁部152の強度が向上されるため、キャップ部材15aの変形を防止することができる。
モータ1aの製造では、カバー部材121は第1の実施形態と同様の方法により形成され、外筒部222の長さは、同程度の大きさの通常のモータと比べて短い。これにより、カバー部材121を成型する際のプレス回数を削減することができる。プレス機におけるステージ数は少なく抑えられ、金型の製造コストが低減される。その結果、モータ1aの製造コストを削減することができる。また、生産タクトも短縮することができる。カバー部材121が1つの部材として成型されるため、内筒部221と外筒部222の高い同軸度を容易に得ることができる。これによっても、モータ1aの製造コストが削減される。
(変形例)
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々に変更されてよい。例えば、軸受13は、ボール軸受であってもよい。この場合、軸受13は、接着剤にて内筒部221に固定される。エンコーダ14として、例えば、中心軸J1を中心とする円筒状のプレート部142を有するものが利用されてもよい。エンコーダ14は取り付けられなくてもよい。回路基板123は、溶着以外の様々な方法によりインシュレータ232,232aに取り付けられてよい。
インシュレータ232,232aをカバー部材121に軸方向に当接させることにより、磁気センサ124のロータマグネット113に対する位置精度が十分に確保できるのであれば、回路基板123は、必ずしも、キャップ部材15,15aとインシュレータ232,232aの外側突出部261の上端面との間にて挟持される必要はない。また、回路基板123をキャップ部材15,15aとインシュレータ232,232aの外側突出部261の上端面との間にて挟持することにより、磁気センサ124のロータマグネット113に対する位置精度が十分に確保できるのであれば、インシュレータ232,232aは、必ずしも、カバー部材121に中心軸J1方向に当接する必要はない。
磁気センサ124をロータマグネット113に対して精度良く位置決めするという観点からは、カバー部材121の内筒部221は、必ずしも、底部223および外筒部222と共にプレス加工により成型される必要はない。例えば、樹脂等により形成された内筒部221が、底部223に圧入されてもよい。一方、モータの製造コストを削減するという観点からは、必ずしも、インシュレータ232,232aをカバー部材121に軸方向に当接させて位置決めする必要はなく、回路基板123をキャップ部材15,15aとインシュレータ232,232aの外側突出部261の上端面との間にて挟持する必要もない。また、回路基板123やキャップ部材15,15aは省略可能である。
モータ1,1aの組み立て順序は可能な範囲内で様々に変更されてよい。シャフト111とロータホルダ112とは、切削加工にて一体に形成されることにより接続されていてもよい。
ステータコア231は、ティース242毎に分割された分割コアであってもよい。隣接する分割コアを両側部で僅かに連続させ、分割コアの配列を折り曲げることにより円環状のステータコア231が形成されてもよい。ステータコア231は、円環状のコアバック部と、コアバック部から内側に延びる複数のティース部とを有する形状で打ち抜かれた磁性鋼板が積層されたものであってもよい。
第1の実施形態に係るモータ1では、上側部分インシュレータ251の外側突出部261同士は、両側部269が径方向において他の外側突出部261と重なるのであれば、互いに接触する必要はない。両側部269の形状は側部突起272以外の凹凸構造であってもよい。図7において、外側突出部261は2箇所以上で連続していなくてもよい。少なくとも2つの上側部分インシュレータ251が、外筒部222の上側にて周方向に連続することにより、塵埃の進入の抑制が向上される。上側部分インシュレータ251の外側面270は、外筒部222の上側にて外筒部222の内側面226よりも径方向外側に位置しなくてもよい。
ステータコア231と回路基板123との間に配置され、弾性変形してステータコア231および回路基板123を押圧することにより、回路基板123とカバー部材121とを導通することができるのであれば、コイルばね268以外の導電性弾性部材が用いられてもよい。例えば、導電性ゴムや板ばねが利用可能である。また、カバー部材121と回路基板123との間に導線性弾性部材が配置され、導電性弾性部材がカバー部材121および回路基板123を押圧することにより、回路基板123がカバー部材121と導通されてもよい。さらには、回路基板123に電気的に接続可能であれば、コイルばね268に代えて弾性に乏しい導電性部材が用いられてもよい。すなわち、回路基板123は、導電性部材を介して、直接的または間接的にカバー部材121に導通される。
キャップ部材15,15aは、外筒部222まで延ばされてインシュレータ232,232aが露出しなくてもよい。スナップフィットを実現する係合部151も、環状ではなく、先端が折り曲げられた爪状であってもよい。
モータ1,1aのカバー部材121やインシュレータ232,232a、キャップ部材15,15a等の構造は、ステッピングモータ等の他のモータに利用可能である。また、モータ1,1aは、事務機器以外の様々な機器に用いることができる。
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。
本発明は、様々な用途のモータに利用することができる。
1,1a モータ
13 軸受
15,15a キャップ部材
112 ロータホルダ
113 ロータマグネット
121 カバー部材
122 ステータ
123 回路基板
124 磁気センサ
125 コネクタ
151 係合部
152 側壁部
153 天蓋部
154 溝部
155 溝端面
211 シャフト
221 内筒部
222 外筒部
223 底部
225 (内筒部の)内側面
226 (外筒部の)内側面
227 (外筒部の)上端
231 ステータコア
232,232a インシュレータ
233 コイル
234 (コイルの)上端
242 ティース
251 上側部分インシュレータ
261 外側突出部
267 貫通孔
268 コイルばね
270 (上側部分インシュレータの)外側面
J1 中心軸
S11〜S18 ステップ

Claims (24)

  1. 上下方向を向く中心軸を中心とする環状のステータと、
    軸受と、
    前記ステータおよび前記軸受が固定されるカバー部材と、
    前記軸受により前記中心軸を中心として回転可能に支持されるシャフトと、
    前記シャフトに接続されたロータホルダと、
    前記ロータホルダに取り付けられ、前記ステータの内側に配置されるロータマグネットと、
    を備え、
    前記カバー部材が、
    内側面にて前記ステータを支持する外筒部と、
    前記外筒部と同軸であり、内側面にて前記軸受を支持する内筒部と、
    前記外筒部の下端と前記内筒部の下端とを接続する底部と、
    を備え、
    前記ステータが、
    ステータコアと、
    前記ステータコアを覆うインシュレータと、
    前記インシュレータ上から前記ステータコアの複数のティースに導線を捲回することにより形成されたコイルと、
    を備え、
    前記カバー部材が、金属の1つの板部材のプレス加工により成型され、
    前記インシュレータが、前記コイルの径方向外側にて前記外筒部の上端よりも上方に突出する突出部を備え、
    前記コイルの上端が、前記外筒部の上端よりも上方に位置する、モータ。
  2. 前記インシュレータが、前記外筒部の上側にて、径方向外側に露出するとともに全周に亘って存在する、請求項1に記載のモータ。
  3. 前記ステータコアが前記外筒部に圧入され、上下方向において、前記ステータコアの上面の位置と前記外筒部の前記上端の位置とが一致する、請求項2に記載のモータ。
  4. 前記インシュレータが、前記複数のティースにそれぞれ対応する複数の部分インシュレータを含み、
    前記外筒部の上側にて、各部分インシュレータの周方向の両側部が、隣接する部分インシュレータと径方向において重なる、請求項2または3に記載のモータ。
  5. 前記インシュレータが、前記複数のティースにそれぞれ対応する複数の部分インシュレータを含み、
    前記複数の部分インシュレータの少なくとも2つが、前記外筒部の上側にて周方向に連続する、請求項2または3に記載のモータ。
  6. 前記複数の部分インシュレータが、1つの境界を除いて前記外筒部の上側にて周方向に連続し、前記境界にて隣接する2つの部分インシュレータの両側部が、径方向において重なる、請求項5に記載のモータ。
  7. 前記ステータの上方を覆う有蓋略円筒状のキャップ部材をさらに備え、
    前記キャップ部材が、前記外筒部の上方にてスナップフィットにより前記インシュレータの外側面に取り付けられる、請求項2ないし6のいずれかに記載のモータ。
  8. 前記インシュレータの上方に位置する回路基板と、
    前記回路基板に電気的に接続される導電性部材と、
    をさらに備え、
    前記カバー部材が導電性を有する部材であり、
    前記回路基板が、前記導電性部材を介して、直接的または間接的に前記カバー部材と導通される、請求項1ないし7のいずれかに記載のモータ。
  9. 前記導電性部材が、コイルばねであり、
    前記ステータコアが前記外筒部に圧入され、
    前記インシュレータが、前記ステータコアまで上下方向に貫通して前記コイルばねが挿入される貫通孔を有する、請求項8に記載のモータ。
  10. 金属の1つの板部材をプレス加工することにより、上下方向を向く中心軸を中心とする外筒部と、前記外筒部と同軸の内筒部と、前記外筒部の下端と前記内筒部の下端とを接続する底部と、を備えるカバー部材を成型する工程と、
    前記内筒部の内側面に軸受を固定する工程と、
    前記外筒部の内側面に環状のステータを固定する工程と、
    回転部を組み立てる工程と、
    前記軸受に前記回転部のシャフトを挿入する工程と、
    を備え、
    前記ステータが、
    ステータコアと、
    前記ステータコアを覆うインシュレータと、
    前記インシュレータ上から前記ステータコアの複数のティースに導線を捲回することにより形成されたコイルと、
    を備え、
    前記インシュレータが、前記コイルの径方向外側にて前記外筒部の上端よりも上方に突出する突出部を備え、
    前記コイルの上端が、前記外筒部の上端よりも上方に位置する、モータの製造方法。
  11. 上下方向を向く中心軸を中心とする環状のステータと、
    軸受と、
    前記ステータおよび前記軸受が固定されるカバー部材と、
    前記軸受により前記中心軸を中心として回転可能に支持されるシャフトと、
    前記シャフトに接続されたロータホルダと、
    前記ロータホルダに取り付けられ、前記ステータの内側に配置されるロータマグネットと、
    前記ロータマグネットの回転位置を検出する磁気センサと、
    前記磁気センサを前記ロータマグネットの上方にて支持する回路基板と、
    を備え、
    前記カバー部材が、
    内側面にて前記ステータを支持する外筒部と、
    前記外筒部と同軸であり、内側面にて前記軸受を支持する内筒部と、
    前記外筒部の下端と前記内筒部の下端とを接続する底部と、
    を備え、
    前記ステータが、
    ステータコアと、
    前記ステータコアを覆うインシュレータと、
    前記インシュレータ上から前記ステータコアの複数のティースに導線を捲回することにより形成されたコイルと、
    を備え、
    前記インシュレータが、前記コイルの径方向外側にて前記外筒部の上端よりも上方に突出する突出部を備え、
    前記回路基板が、前記インシュレータに固定され、
    前記インシュレータが、前記カバー部材に軸方向に当接する、モータ。
  12. 前記外筒部の前記上端が、前記インシュレータと軸方向に当接する、請求項11に記載のモータ。
  13. 前記回路基板が、前記突出部の上端面上に固定される、請求項11または12に記載のモータ。
  14. 前記突出部の前記上端面に前記回路基板を固定するピンが設けられ、
    前記ピンが、
    前記回路基板に設けられた貫通孔に挿通される挿通部と、
    前記挿通部に連続するとともに前記回路基板の上側において前記貫通孔の周囲に広がる頭部と、
    を備える、請求項13に記載のモータ。
  15. 前記ピンが樹脂製であり、前記頭部が、熱変形にて形成される、請求項14に記載のモータ。
  16. 前記ステータの上方を覆う有蓋略円筒状のキャップ部材をさらに備え、
    前記キャップ部材と前記突出部の前記上端面との間にて前記回路基板が挟持される、請求項13ないし15のいずれかに記載のモータ。
  17. 前記キャップ部材が、前記回路基板の外周を囲む、請求項16に記載のモータ。
  18. 前記キャップ部材の側壁部が、前記キャップ部材の天蓋部から下方へと延びる複数の溝部を備え、
    前記側壁部が、前記複数の溝部を含めて厚さが略一定であり、
    前記複数の溝部のそれぞれの下端部に、前記中心軸に略垂直な溝端面が設けられ、前記溝端面は、前記回路基板よりも上方に位置する、請求項16または17に記載のモータ。
  19. 前記キャップ部材が、前記複数の溝部の下方において前記側壁部から下向きに突出するとともに、前記外筒部の上方にて前記インシュレータの外側面に係合する複数の係合部を備える、請求項18に記載のモータ。
  20. 前記回路基板を外部電源に接続するコネクタが、前記回路基板の上面に面実装される、請求項11ないし19のいずれかに記載のモータ。
  21. 上下方向を向く中心軸を中心とする環状のステータと、
    軸受と、
    前記ステータおよび前記軸受が固定されるカバー部材と、
    前記軸受により前記中心軸を中心として回転可能に支持されるシャフトと、
    前記シャフトに接続されたロータホルダと、
    前記ロータホルダに取り付けられ、前記ステータの内側に配置されるロータマグネットと、
    前記ロータマグネットの回転位置を検出する磁気センサと、
    前記磁気センサを前記ロータマグネットの上方にて支持する回路基板と、
    前記ステータの上方を覆う有蓋略円筒状のキャップ部材と、
    を備え、
    前記カバー部材が、
    内側面にて前記ステータを支持する外筒部と、
    前記外筒部と同軸であり、内側面にて前記軸受を支持する内筒部と、
    前記外筒部の下端と前記内筒部の下端とを接続する底部と、
    を備え、
    前記ステータが、
    ステータコアと、
    前記ステータコアを覆うインシュレータと、
    前記インシュレータ上から前記ステータコアの複数のティースに導線を捲回することにより形成されたコイルと、
    を備え、
    前記インシュレータが、前記コイルの径方向外側にて前記外筒部の上端よりも上方に突出する突出部を備え、
    前記回路基板が、前記キャップ部材と前記突出部の上端面との間にて挟持される、モータ。
  22. 前記キャップ部材が、前記回路基板の外周を囲む、請求項21に記載のモータ。
  23. 前記キャップ部材の側壁部が、前記キャップ部材の天蓋部から下方へと延びる複数の溝部を備え、
    前記側壁部が、前記複数の溝部を含めて厚さが略一定であり、
    前記複数の溝部の下端部に、前記中心軸に略垂直な溝端面が設けられ、前記溝端面は、前記回路基板よりも上方に位置する、請求項21または22に記載のモータ。
  24. 前記キャップ部材が、前記複数の溝部の下方において前記側壁部から下向きに突出するとともに、前記外筒部の上方にて前記インシュレータの外側面に係合する複数の係合部を備える、請求項23に記載のモータ。
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