JP2017046488A

JP2017046488A - ステッピングモータ

Info

Publication number: JP2017046488A
Application number: JP2015167888A
Authority: JP
Inventors: 行真松村; Yukimasa Matsumura
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-03-02

Abstract

【課題】振動を効果的に低減できるダンパーを備えたステッピングモータを得る。
【解決手段】ロータコア４とダンパー１０を備えたステッピングモータ１であって、ダンパー１０は、金属製のスリーブ、金属製のウエイト、前記スリーブと前記ウエイトの間に位置する弾性材を備え、前記弾性材は、１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１００）と１０００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１０００）の関係がＥ’（１０００）／Ｅ’（１００）＝１〜１．３であり、ロータコア４の外径（２ｒ）に対するダンパー１０の外径（２Ｒ）の比率が８８％〜９０％であり、前記弾性材の径方向の厚さＴと前記ウエイトの外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）は０．２５〜０．４であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダンパーを備えたステッピングモータに関する。

ダンパーをロータに装着することで、ステッピングモータの振動を低減する技術が知られている（特許文献１参照）。

図６は特許文献１に記載されたステッピングモータである。図６の構造では、回転軸１１２のほぼ中央部に円板状の第１のロータヨーク１１３および第２のロータヨーク１１４が設けられている。第１のロータヨーク１１３と第２のロータヨーク１１４の間には、輪状のマグネット１１５が挟持されている。ロータヨーク１１３および１１４、更にマグネット１１５により、ロータ１１６が構成されている。

第１軸受部１０９および第１ロータヨーク１１３との間における回転軸１１２には、ダンパーホイール１１９が一体状に設けられている。ダンパーホイール１１９は、取付基部１１９ａ、ゴム等の弾性体からなる中間体１１９ｂおよび外部ロール１１９ｃから構成されている。

実開昭６３−４１８０号公報

しかしながら、特許文献１はステッピングモータに内蔵したダンパー構成を記載しているのみであって、振動を低減するための具体的なダンパーの形状に関しては記載していない。このため、振動を低減するためのダンパーを効果的に製作できない。本発明は、振動を効果的に低減できるダンパーを備えたステッピングモータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ロータコアとダンパーを備えたステッピングモータであって、前記ダンパーは、金属製のスリーブ、金属製のウエイト、前記スリーブと前記ウエイトの間に位置する弾性材を備え、前記弾性材は、１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１００）と１０００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１０００）の関係がＥ’（１０００）／Ｅ’（１００）＝１〜１．３であり、前記ロータコアの外径に対する前記ダンパーの外径の比率が８８％〜９０％であり、前記弾性材の径方向の厚さＴと前記ウエイトの外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）は０．２５〜０．４であることを特徴とするステッピングモータである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性材は、シリコーンゴムであることを特徴とする。

本発明によれば、振動を効果的に低減できるダンパーを備えたステッピングモータが得られる。

ＨＢ型ステッピングモータの構成を示す図である。図１のダンパーを示す図である。シリコーンゴムの周波数と貯蔵弾性率の関係を示したグラフである。ダンパーの弾性材の径方向の厚さＴとウエイトの外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）と、ステッピングモータの振動の振幅のピーク値との関係を示したグラフである。振動の振幅ピークと３０００ｐｐｓで駆動時のフラッタの関係を示したグラフである。従来のＨＢ型ステッピングモータの構成を示す図である。

（構造）
図１はＨＢ型（ハイブリッド型）ステッピングモータ１の構成を示す図であり、図２はダンパー１０を示す図である。ＨＢ型ステッピングモータ１は、ロータ２を備えている。ロータ２は、シャフト３と、ロータコア４と、永久磁石７により構成されている。ロータコア４は、シャフト３に固定された第１のロータコア５および第２のロータコア６により構成されている。第１のロータコア５と第２のロータコア６の間には、円盤形状の永久磁石７が挟まれた状態で固定されている。すなわち、永久磁石７は、ロータコア４と一体化され、ロータコア４と共にシャフト３に固定されている。

第１のロータコア５と第２のロータコア６は、それぞれ軟磁性材からなるコアを複数枚積層することで構成されている。第１のロータコア５の軸方向の一方端側にはダンパー１０が配置されている。ダンパー１０は、シャフト３に固定されている。図２に示すように、ダンパー１０は、中空円筒状の金属製のスリーブ１１と、環状の弾性材１２と、円板状の金属製のウエイト１３から構成されている。ここで、スリーブ１１の外周に環状の弾性材１２が固定され、弾性材１２の外周に円盤状のウエイト１３が固定されている。

弾性材１２は、シリコーンゴムから構成されている。ダンパー１０は、シリコーンゴムを原料とした射出成形によって形成されており、スリーブ１１とウエイト１３とを弾性材１２（シリコーンゴム）によって一体成形した構造を有している。ウエイト１３は、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）、スリーブ１１はアルミ合金で形成されている。

（特性）
図３は、２種類のシリコーンゴムＡおよびＢの周波数（横軸）と貯蔵弾性率（縦軸）との関係を示したグラフである。図３には、０℃、２５℃、６０℃、それぞれの場合におけるグラフが示されている。図３において、横軸は周波数（Frequency(Hz)）であり、縦軸は貯蔵弾性率（（Storage modulus(MPa)）である。図３（Ａ）は、シリコーンゴムＡのデータであり、図３（Ｂ）は、シリコーンゴムＡとは材質が異なるシリコーンゴムＢのデータである。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、シリコーンゴムは貯蔵弾性率の周波数と温度による変化が小さいことがわかる。図３のデータから、シリコーンゴムの貯蔵弾性率Ｅ’に係り、環境温度０℃での１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率をＥ’（１００）、１０００Ｈｚにおける貯蔵弾性率をＥ’（１０００）とすると、１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１００）と１０００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１０００）の関係は、Ｅ’（１０００）／Ｅ’（１００）＝１〜１．３となる。

実施例として、シャフト径＝５ｍｍ、スリーブ径＝７ｍｍ、ウエイト厚Ｗ＝４ｍｍで作製し、弾性材の径方向の厚さＴを可変したときの振幅のピークを調べた。図４は、各温度におけるダンパー１０の弾性材１２の径方向の厚さＴとウエイト１３の外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）と、ダンパーを装着したＨＢ型ステッピングモータ１の振動の振幅のピーク値を示したグラフである。

図４（Ａ）は、６０℃の環境下における弾性材１２の径方向の厚さＴとウエイト１３の外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）（横軸）と、振動の振幅のピーク値の相対値（縦軸）のグラフである。図４（Ｂ）は、０℃の環境下における弾性材１２の径方向の厚さＴとウエイト１３の外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）と、振動の振幅のピーク値のグラフである。図４（Ａ）および（Ｂ）では、ダンパー１０（ウエイト１３）の外径（２Ｒ）とロータコア４の外径（２ｒ）の比率（Ｒ／ｒ）を可変（約９０％〜８２％の範囲で可変）させた場合のデータが示されている。すなわち、ロータコア４の外径（２ｒ）に対するダンパー１０の外径（２Ｒ）の比率を８８％〜９０％とした場合のデータが示されている。

図５は、ダンパー１０を装着したときにおけるＨＢ型ステッピングモータ１の振動の振幅のピークの相対値（横軸）と３０００ｐｐｓにおけるフラッタ（回転ムラ）（縦軸）の関係を示したグラフである。図５には、振動の振幅のピークの相対値（横軸）が５０以下の場合に、フラッタ（回転ムラ）が０．５％程度以下に低減されることが示されている。ところで、フラッタを０．５％以下程度に抑えることができれば、実用上問題のないレベルに振動が抑えられることが判っている。したがって、上記の振動の振幅のピークの相対値（横軸）が５０以下となるように、各種の条件を整えれば、実用上問題のないレベルに振動が抑えられたＨＢ型ステッピングモータが得られることになる。

ここで、上記の振動の振幅のピークの相対値（横軸）が５０以下となる条件の下で図４を考える。図４（Ａ）から判るように、６０℃の環境下でみた場合、振動の振幅のピークの相対値が５０以下となるのは、（ダンパー１０の外径）／（ロータコア４の外径）の比率が８０％〜９０％で、弾性材の径方向の厚さＴとウエイト外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）は０．２〜０．４５のときである。このことから、温度６０°の条件下では、ロータコア４の外径（２ｒ）に対するダンパー１０の外径（２Ｒ）の比率が８０％〜９０％であり、弾性材の径方向の厚さＴとウエイト外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）が０．２〜０．４５のときに、振幅のピークを小さくでき、回転ムラが抑えられることが結論される。

また、図４（Ｂ）からわかるように、０℃の環境下でみた場合、振幅のピークが５０以下となるのは、ダンパーの外径／ロータコアの外径の値が８８％〜９０％で、弾性材の径方向の厚さＴとウエイト外径の半径Ｒの比率が、０．２５〜０．４の場合である。

以上のことから、図１の構造において、ダンパーの外径／ロータコアの外径の比率を８８％〜９０％とし、弾性材の径方向の厚さＴとウエイト外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）を０．２５〜０．４とすることで、０°〜６０°の温度範囲における振動を低減できることが結論される。

１…ＨＢ型ステッピングモータ、２…ロータ、３…シャフト、４…ロータコア、５…第１のロータコア、６…第２のロータコア、７…永久磁石、１０…ダンパー、１１…スリーブ、１２…弾性材、１３…ウエイト。

Claims

ロータコアとダンパーを備えたステッピングモータであって、
前記ダンパーは、金属製のスリーブ、金属製のウエイト、前記スリーブと前記ウエイトの間に位置する弾性材を備え、
前記弾性材は、１００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１００）と１０００Ｈｚにおける貯蔵弾性率Ｅ’（１０００）の関係がＥ’（１０００）／Ｅ’（１００）＝１〜１．３であり、
前記ロータコアの外径に対する前記ダンパーの外径の比率が８８％〜９０％であり、
前記弾性材の径方向の厚さＴと前記ウエイトの外径の半径Ｒの比率（Ｔ／Ｒ）は０．２５〜０．４であることを特徴とするステッピングモータ。
前記弾性材は、シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。