JP2019161800A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受部の構成を簡素化することによって、低コスト化を図ることのできるモータを提供すること。【解決手段】モータ１において、第１軸受部７では、ステータ２０の出力側Ｌａに位置する金属製の端板７０に形成された円筒部７５によって回転軸１１の第１円筒部１１５の外周面が直接、摺動可能に支持されている。第２軸受部３では、ステータ２０の反出力側Ｌｂに位置する基板保持部材３０によって回転軸１１が摺動可能に支持されている。基板保持部材３０は基板６０を保持する樹脂体３０ａを有しており、樹脂体３０ａの円筒部３５によって回転軸１１の第２円筒部１１７の内周面が直接、摺動可能に支持されている。このため、第１軸受部７および第２軸受部３でも高価なボール軸受を用いる必要がない。【選択図】図３

Description

本発明は、ロータの回転軸がステータの出力側の端部および反出力の端部で回転可能に支持されたモータに関するものである。

モータは、回転軸の周りロータマグネットが固定されたロータと、ロータマグネットの周りに配置されたステータとを有しており、回転軸は、ステータの出力側に配置された第１ボール軸受と、ステータの反出力側に配置された第２ボール軸受とによって回転可能に支持されている（特許文献１参照）。

特許４２７４４７３号公報

しかしながら、第１ボール軸受および第２ボール軸受は、内輪、ボールベアリングおよび外輪等の複数の部材からなるため、高価である。従って、第１ボール軸受および第２ボール軸受は、モータの低コストを図る際の妨げになっている。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、軸受部の構成を簡素化することによって、低コスト化を図ることのできるモータを提供することにある。

上記課題を解消するため、本発明に係るモータは、回転軸の周りにロータマグネットが固定されたロータと、前記ロータマグネットの周りに配置されたステータと、前記ロータを前記ステータの出力側で回転可能に支持する第１軸受部と、前記ロータを前記ステータの反出力側で回転可能に支持する第２軸受部と、を有し、前記第１軸受部では、前記ステータの出力側に位置する端板部に形成された円筒部の内周面に対して前記回転軸の外周面が摺動可能に支持されていることを特徴とする。

本発明において、第１軸受部では、ステータの出力側に位置する端板部に形成された円筒部によって回転軸の外周面が摺動可能に支持されているため、高価なボール軸受を用いる必要がない。従って、モータの低コスト化を図ることができる。

本発明において、前記端板部は、前記ステータの最も出力側に位置するステータコアの出力側の面に固定された端板である態様を採用することができる。

本発明において、前記端板部は金属製であり、前記回転軸の外周面が前記円筒部の内周面に直接、摺動可能に支持されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、ボール軸受を用いなくても、第１軸受部に高い耐久性を得ることができる。

本発明において、前記第１軸受部では、前記円筒部と前記回転軸との間に筒状の第１金属部材が配置されており、前記回転軸の外周面が前記円筒部の内周面に前記第１金属部材を介して摺動可能に支持されている態様を採用してもよい。かかる態様によれば、端板部の材質等にかかわらず、第１軸受部の耐久性や摺動特性を向上することができる。

本発明において、前記ステータの反出力側の端部には、ステータコイルに電気的に接続する基板を保持する基板保持部材が重なっており、前記第２軸受部では、前記回転軸が前記基板保持部材によって摺動可能に支持されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１軸受部と同様、第２軸受部でも高価なボール軸受を用いる必要がない。従って、モータの低コスト化を図ることができる。

本発明において、前記基板保持部材は、前記ステータの内側を反出力側から封止している態様を採用することができる。

本発明において、前記基板保持部材は、前記基板を保持する樹脂体を有し、前記第２軸受部では、前記樹脂体が前記回転軸の外周面を直接、摺動可能に支持している態様を採用することができる。

本発明において、前記基板保持部材は、前記第２軸受部に設けられた第２金属部材と、前記第２金属部材および前記基板を保持する樹脂体と、を有し、前記第２軸受部では、前記樹脂体が前記第２金属部材を介して前記回転軸の外周面を摺動可能に支持している態様を採用してもよい。かかる態様によれば、ボール軸受を用いなくても、第２軸受部の耐久性等を向上することができる。

本発明において、前記回転軸には、前記回転軸の出力側の端部から反出力側に延在する軸穴が形成されており、前記回転軸は、前記端板部と前記第２軸受部とによって前記回転軸の軸線方向の移動が阻止されており、前記軸穴には、出力軸が嵌っており、前記軸穴の内周面と前記出力軸の外周面との間には、前記ロータの回転を前記出力軸の軸線方向の直線移動に変換する送りねじ機構が構成されている態様を採用することができる。

本発明において、第１軸受部では、ステータの出力側に位置する端板部に形成された円筒部によって回転軸の外周面が摺動可能に支持されているため、高価なボール軸受を用いる必要がない。従って、モータの低コスト化を図ることができる。

本発明を適用したモータを出力側からみた斜視図である。 図１に示す状態からホルダを省略した様子を示す説明図である。 図１に示すモータの断面図である。 図１に示すステータ等の分解斜視図である。 図２に示すロータ等の説明図である。 本発明の変形例１に係るモータの説明図である。 本発明の変形例２に係るモータの説明図である。

図面を参照して、本発明を適用したモータを説明する。以下に説明するモータ１では、回転軸１１の回転中心軸線を軸線Ｌとし、回転軸１１の回転中心軸線が延在している方向を軸線Ｌ方向とする。また、出力軸が位置する一方側を出力側Ｌａとし、出力軸が位置する側とは反対側（他方側）を反出力側Ｌｂとして説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用したモータ１を出力側Ｌａからみた斜視図である。図２は、図１に示す状態からホルダ５０を省略した様子を示す説明図である。図３は、図１に示すモータ１の断面図である。図１、図２、および図３に示すモータ１は、例えば、車載用ヘッドライトの光軸調整装置やガス流量制御弁等においてアクチュエータとして使用される。モ
ータ１は、ＰＭ型のステッピングモータである。

図２に示すように、モータ１は、回転軸１１の周りにロータマグネット１２が固定されたロータ１０と、ロータマグネット１２の周りに配置されたステータ２０と、ロータ１０をステータ２０の出力側Ｌａで回転可能に支持する第１軸受部７と、ロータ１０をステータ２０の反出力側Ｌｂで回転可能に支持する第２軸受部３とを有している。ロータマグネット１２の外周面には、Ｎ極とＳ極が周方向において交互に配置されている。ステータ２０からは、出力側Ｌａに向けて出力軸４０が突出しており、出力軸４０は、ロータ１０が回転した際に軸線Ｌに沿って移動する直動軸である。

（ステータ２０の構成）
図４は、図１に示すステータ２０等の分解斜視図である。図３および図４に示すように、ステータ２０は、軸線Ｌ方向に重ねて配置された一対のステータ組２１、２２を有している。ステータ組２１、２２は各々、インシュレータ２１６、２２６と、インシュレータ２１６、２２６に巻回されたステータコイル２１３、２２３と、インシュレータ２１６、２２６の軸線Ｌ方向の両側に配置されたステータコア２１１、２１２、ステータコア２２１、２２２とを備えている。ステータコア２１１は、インシュレータ２１６の出力側Ｌａの面に被さる外ステータコアであり、ステータコア２１２は、インシュレータ２１６の反出力側Ｌｂの面に被さる内ステータコアである。ステータコア２２１は、インシュレータ２２６の反出力側Ｌｂの面に被さる外ステータコアであり、ステータコア２２２は、インシュレータ２２６の出力側Ｌａの面に被さる内ステータコアである。ステータコア２１１、２２１は、断面Ｕ字形状を有しており、外周側の筒状部同士が溶接等によって連結された状態でモータケースが構成されている。

ステータコア２１１、２１２、２２１、２２２は各々、インシュレータ２１６、２２６の内周面に沿って起立する複数の極歯２１７、２２７を備えている。ステータ組２１を構成した状態で、ステータコア２１１に形成された極歯２１７は、ステータコア２１２に形成された極歯２１７の間に入り込み、ステータコア２１１に形成された極歯２１７とステータコア２１２に形成された極歯２１７とは、周方向に交互に配置された状態となる。また、ステータ組２２を構成した状態で、ステータコア２２１に形成された極歯２２７は、ステータコア２２２に形成された極歯２２７の間に入り込み、ステータコア２２１に形成された極歯２２７とステータコア２２２に形成された極歯２２７とは、周方向に交互に配置された状態となる。

インシュレータ２１６、２２６には端子ピン２６が固定されており、端子ピン２６には、ステータコイル２１３、２２３を構成するコイル線が接続されている。

（端板７０の構成）
ステータ２０の出力側Ｌａの端面（ステータコア２１１）には端板７０が固定されており、端板７０によってステータ２０の出力側Ｌａの端板部が構成されている。本形態において、端板７０は、金属板あるいは焼結部品であり、ステータ２０にスポット溶接やレーザ溶接等の方法で固定された略円形の板部７１を有している。

板部７１において、後述する出力軸４０を出力側Ｌａに突出させる部分が、出力側Ｌａに向けて突出した円筒部７５になっている。端板７０は、板部７１の縁から出力側Ｌａに向けて折れ曲がった複数の支持板部７３を有している。また、板部７１には、複数の貫通穴７１１が形成されている。

（基板保持部材３０の構成）
図２、図３および図４に示すように、ステータ２０の反出力側Ｌｂの端部には基板保持
部材３０が重なっており、基板保持部材３０は、ステータコイル２１３、２２３に電気的に接続する基板６０を保持している。より具体的には、基板保持部材３０は、ステータ２０の反出力側Ｌｂの端部に重なる底板部３１と、底板部３１の外縁からステータ２０の側面に沿って出力側Ｌａに延在する側板部３２とを有しており、基板６０は、側板部３２に対して爪状の係合部３２５によって保持されている。ここで、端子ピン２６は、側板部３２の切り欠き３２０から基板６０に向けて突出し、基板６０に電気的に接続されている。基板６０には、ピン状のコネクタ端子６６を保持するコネクタ６５が固定されており、コネクタ端子６６は、基板６０を介して端子ピン２６に電気的に接続されている。基板保持部材３０は、ステータ２０に対して、溶着、接着、カシメ、係合等の方法で固定されている。

基板保持部材３０は、底板部３１および側板部３２を含む略全体が樹脂体３０ａになっており、底板部３１は、ステータ２０の内側を反出力側Ｌｂから封止している。底板部３１の出力側Ｌａの面の中央には円形の凹部３７が形成されており、凹部３７の底部の中央からは、軸線Ｌと同軸状に出力側Ｌａに突出した円筒部３５が構成されている。従って、円筒部３５の周りでは凹部３７が環状になっており、円筒部３５の内側は有底の凹部３６になっている。凹部３７の外周側には、円弧状に延在する複数の凹部３８が形成されている。凹部３８は、基板保持部材３０（樹脂体３０ａ）を成形する際に樹脂のヒケを防止する肉盗み部である。

（ロータ１０、第１軸受部７、および第２軸受部８の構成）
図５は、図２に示すロータ１０等の説明図である。図３および図５に示すように、ロータ１０において、回転軸１１には、ロータマグネット１２に出力側Ｌａから重なるフランジ部１１２が形成されており、フランジ部１１２は、端板７０の板部７１に対して反出力側Ｌｂで対向している。従って、ロータ１０の出力側Ｌａへの可動範囲は、端板７０の板部７１によって規定されている。

本形態では、回転軸１１の出力側Ｌａの端部から反出力側Ｌｂに延在する軸穴１１０が形成されており、軸穴１１０には、出力軸４０が嵌っている。軸穴１１０は、回転軸１１を軸線Ｌ方向に貫通しており、軸穴１１０の出力側Ｌａの端部１１６、および反出力側Ｌｂの端部１１９は、軸線Ｌ方向の中間部１１８より内径が大になっている。

回転軸１１の出力側Ｌａの端部は、第１円筒部１１５になっており、端板７０の円筒部７５の内側に位置する。かかる構成を利用して、ロータ１０をステータ２０の出力側Ｌａで回転可能に支持する第１軸受部７が構成されており、第１軸受部７では、端板７０の第１円筒部１１５の内周面に対して回転軸１１の第１円筒部１１５の外周面が摺動可能に支持されている。本形態において、第１軸受部７では、端板７０の第１円筒部１１５の内周面に対して回転軸１１の第１円筒部１１５の外周面が直接、摺動可能に支持されている。

回転軸１１の反出力側Ｌｂの端部は、第２円筒部１１７になっており、第２円筒部１１７は、基板保持部材３０の底板部３１に形成された円筒部３５の周りで凹部３７の内側に位置する。この状態で、凹部３７の底部は、回転軸１１の第２円筒部１１７に対して反出力側Ｌｂで対向している。従って、ロータ１０の反出力側Ｌｂへの可動範囲は、基板保持部材３０の凹部３７の底部によって規定されている。かかる構成を利用して、ロータ１０をステータ２０の反出力側Ｌｂで回転可能に支持する第２軸受部３が構成されており、第２軸受部３では、基板保持部材３０の円筒部３５の外周面に対して回転軸１１の第２円筒部１１７の内周面が摺動可能に支持されている。本形態において、第２軸受部３では、基板保持部材３０の円筒部３５の外周面に対して回転軸１１の第２円筒部１１７の内周面が直接、摺動可能に支持されている。

基板保持部材３０は、第２軸受部３に設けられた板状の金属部材８０を有しており、樹脂体３０ａは、金属部材８０を保持している。かかる構成は、基板保持部材３０の樹脂体３０ａを金型成形する際、金属部材８０をインサート成形することによって実現することができる。ここで、金属部材８０は、底板部３１の内部において円筒部３５を囲むように設けられた円環部８１を有しており、回転軸１１から軸線Ｌ方向のスラスト荷重を受ける凹部３７の底部を補強している。

（出力軸４０およびホルダ５０の構成）
出力軸４０は、ステータ２０から出力側Ｌａに突出した第１軸部４１と、第１軸部４１から反出力側Ｌｂに延在する第２軸部４２とを有しており、第２軸部４２は、第１軸部４１より外径が小である。第２軸部４２は、全体が回転軸１１の軸穴１１０の内側に位置する。第２軸部４２の反出力側Ｌｂの端部は、回転軸１１から反出力側Ｌｂに突出して、基板保持部材３０の底板部３１に形成された円筒部３５の内側（凹部３６の内側）に位置する。

本形態において、第２軸部４２の外径は、回転軸１１の中間部１１８の内径と略同一である。ここで、第２軸部４２の外周面と回転軸１１の中間部１１８の内周面との間には、螺旋溝等を利用して、ロータ１０の回転を出力軸４０の軸線Ｌ方向の直線移動に変換する送りねじ機構９０が構成されている。

図１および図３に示すように、端板７０の板部７１に対して出力側Ｌａにはホルダ５０が固定されている。ホルダ５０は、円筒状の胴部５１と、胴部５１から出力側Ｌａに突出した先端部５２とを有しており、先端部５２は胴部５１より小径である。本形態では、胴部５１に形成された溝５１６に端板７０の支持板部７３が嵌り、胴部５１から反出力側Ｌｂに突出した凸部５１１が端板７０の貫通穴７１１に嵌ることにより、ホルダ５０が端板７０に位置決めされている。かかるホルダ５０は、モータ１を機器に搭載する際、位置決めや固定等に利用される。

ホルダ５０には、出力軸４０の第１軸部４１が嵌った貫通穴５５が形成されている。第１軸部４１の外周面には、軸線Ｌ方向の途中位置から第２軸部４２まで平面部４４１が形成されている一方、貫通穴５５の内周面には、軸線Ｌ方向の途中位置から反出力側Ｌｂの端部まで平面部５５１が形成されており、第１軸部４１の平面部４４１と貫通穴５５の平面部５５１とが重なっている。すなわち、第１軸部４１および貫通穴５５は、平面部５５１、５５１が形成されている部分の断面がＤ字形状になっている。従って、ロータ１０が回転した際、出力軸４０は供回りしないので、ロータ１０が回転した際、出力軸４０は軸線Ｌに沿って直動することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のモータ１において、第１軸受部７では、ステータ２０の出力側Ｌａに位置する端板７０（端板部）に形成された円筒部７５によって回転軸１１の外周面が直接、摺動可能に支持されているため、高価なボール軸受を用いる必要がない。従って、モータ１の低コスト化を図ることができる。また、端板７０は金属製であるため、ボール軸受を用いなくても耐久性を確保することができる。

また、第２軸受部３では、ステータ２０の反出力側Ｌｂに位置する基板保持部材３０の樹脂体３０ａによって回転軸１１が直接、摺動可能に支持されている。このため、第１軸受部７と同様、第２軸受部３でも高価なボール軸受を用いる必要がない。従って、モータ１の低コスト化を図ることができる。ここで、基板保持部材３０は、基板６０を保持するとともに、ステータ２０の内側を反出力側Ｌｂから封止している等、他の機能を担う部材であり、第２軸受部３を構成する目的のみに設けられた部材ではない。従って、第２軸受
部３を設けるにあたって、新たな部材を追加する必要がないので、モータ１の低コスト化に適している。

［本発明の変形例１］
図６は、本発明の変形例１に係るモータ１の説明図である。上記実施形態において、第１軸受部７では、ステータ２０の出力側Ｌａに位置する端板７０（端板部）に形成された円筒部７５によって回転軸１１の第１円筒部１１５の外周面が直接、摺動可能に支持されていたが、本形態では、図６に示すように、円筒部７５と回転軸１１との間に筒状の金属部材７７（第１金属部材）が配置されている。従って、回転軸１１の第１円筒部１１５の外周面は、端板７０の円筒部７５の内周面に金属部材７７を介して摺動可能に支持されている。金属部材７７は、焼結部品等からなる。かかる態様によれば、端板７０の材質等にかかわらず、第１軸受部７の耐久性や摺動特性を向上することができる。

［本発明の変形例２］
図７は、本発明の変形例２に係るモータ１の説明図である。上記実施形態において、第２軸受部３では、基板保持部材３０の樹脂体３０ａの円筒部３５によって回転軸１１の第２円筒部１１７の内周面が直接、摺動可能に支持されていたが、本形態では、図７に示すように、回転軸１１の第２円筒部１１７の内周面が、金属部材８０（第２金属部材）を介して樹脂体３０ａの円筒部３５に摺動可能に支持されている。より具体的には、金属部材８０は、底板部３１の内部において円筒部３５を囲むように設けられた円環部８１と、円環部８１の内縁から出力側Ｌａに突出して円筒部３５の外周面を覆う円筒部８２とを有しており、金属部材８０の円筒部８２が回転軸１１の第２円筒部１１７の内周面を摺動可能に支持している。従って、樹脂体３０ａの材質等にかかわらず、第２軸受部３の耐久性や摺動特性を向上することができる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、出力軸４０を直動させるモータ１であったが、回転軸１１の回転を直接、出力するようなモータ１に本発明を適用してもよい。

１…モータ、３…第２軸受部、７…第１軸受部、１０…ロータ、１１…回転軸、１２…ロータマグネット、２０…ステータ、３０…基板保持部材、３０ａ…樹脂体、３１…底板部、３２…側板部、３５、７５…円筒部、４０…出力軸、５０…ホルダ、６０…基板、７０…端板（端板部）、７１…板部、７７…金属部材（第１金属部材）、８０…金属部材（第２金属部材）、８１…円環部、８２…円筒部、９０…送りねじ機構、１１０…軸穴、１１２…フランジ部、１１５…第１円筒部、１１７…第２円筒部、２１１、２１２、２２１、２２２…ステータコア、２１３、２２３…ステータコイル、Ｌ…軸線、Ｌａ…出力側、Ｌｂ…反出力側

Claims (9)

1. 回転軸の周りにロータマグネットが固定されたロータと、
   前記ロータマグネットの周りに配置されたステータと、
   前記ロータを前記ステータの出力側で回転可能に支持する第１軸受部と、
   前記ロータを前記ステータの反出力側で回転可能に支持する第２軸受部と、
   を有し、
   前記第１軸受部では、前記ステータの出力側に位置する端板部に形成された円筒部の内周面によって前記回転軸の外周面が摺動可能に支持されていることを特徴とするモータ。
2. 前記端板部は、前記ステータの最も出力側に位置するステータコアの出力側の面に固定された端板であることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記端板部は金属製であり、
   前記回転軸の外周面が前記円筒部の内周面に直接、摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記第１軸受部では、前記円筒部と前記回転軸との間に筒状の第１金属部材が配置されており、
   前記回転軸の外周面が前記円筒部の内周面に前記１金属部材を介して摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
5. 前記ステータの反出力側の端部には、ステータコイルに電気的に接続する基板を保持する基板保持部材が重なっており、
   前記第２軸受部では、前記回転軸が前記基板保持部材によって摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１から４までの何れか一項に記載のモータ。
6. 前記基板保持部材は、前記ステータの内側を反出力側から封止していることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
7. 前記基板保持部材は、前記基板を保持する樹脂体を有し、
   前記第２軸受部では、前記樹脂体が前記回転軸の外周面を直接、摺動可能に支持していることを特徴とする請求項５または６に記載のモータ。
8. 前記基板保持部材は、前記第２軸受部に設けられた第２金属部材と、前記第２金属部材および前記基板を保持する樹脂体と、を有し、
   前記第２軸受部では、前記樹脂体が前記第２金属部材を介して前記回転軸の外周面を摺動可能に支持していることを特徴とする請求項５または６に記載のモータ。
9. 前記回転軸には、前記回転軸の出力側の端部から反出力側に延在する軸穴が形成されており、
   前記回転軸は、前記端板部と前記第２軸受部とによって前記回転軸の軸線方向の移動が阻止されており、
   前記軸穴には、出力軸が嵌っており、
   前記軸穴の内周面と前記出力軸の外周面との間には、前記ロータの回転を前記出力軸の軸線方向の直線移動に変換する送りねじ機構が構成されていることを特徴とする請求項１から８までの何れか一項に記載のモータ。

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