JP2023074052A - モータ用のロータおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸に圧入されるスリーブを備えるモータ用のロータにおいて、回転軸へのスリーブの圧入作業を容易に行うことが可能なモータ用のロータを提供する。【解決手段】モータ用のロータ４は、回転軸２と、回転軸２の外周面に固定される円筒状のスリーブ１８と、スリーブ１８の外周面に固定される円筒状の永久磁石３とを備えている。スリーブ１８は、回転軸２に圧入されて固定される圧入固定部１８ａと、内周側に回転軸２の一部分が配置される軸挿通部１８ｂとを備えている。軸挿通部１８ｂの内径は、圧入固定部１８ａの内径よりも大きくなっている。回転軸２の軸方向の一方側をＸ１方向側とし、Ｘ１方向側の反対側をＸ２方向側とすると、圧入固定部１８ａは、スリーブ１８のＸ１方向側の端部に配置され、軸挿通部１８ｂは、圧入固定部１８ａのＸ２方向側に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、モータで使用されるモータ用のロータに関する。また、本発明は、かかるロータを備えるモータに関する。

従来、ステッピングモータで使用されるモータ用のロータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のロータは、回転軸と、回転軸の外周面に固定される円筒状のスリーブと、スリーブの外周面に固定される円筒状の永久磁石とを備えている。スリーブは、回転軸に圧入されて固定されている。スリーブの内周面は、回転軸の軸方向における中心部に配置される小径部と、回転軸の軸方向における小径部の両側に配置される大径部とから構成されている。小径部の内径は、大径部の内径よりも小さくなっている。小径部は、回転軸の外周面に所定の接触圧で接触している。大径部と回転軸の外周面との間には、隙間が形成されている。

特開２０１１－９１９０６号公報

特許文献１に記載のロータのように、スリーブが回転軸に圧入されて固定される場合には、回転軸へのスリーブの圧入作業を容易に行えることが好ましい。そこで、本発明の課題は、回転軸に圧入されるスリーブを備えるモータ用のロータにおいて、回転軸へのスリーブの圧入作業を容易に行うことが可能なモータ用のロータを提供することにある。また、本発明の課題は、かかるロータを備えるモータを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のモータ用のロータは、回転軸と、回転軸の外周面に固定される円筒状のスリーブと、スリーブの外周面に固定される円筒状の永久磁石とを備え、スリーブは、回転軸に圧入されて固定される圧入固定部と、内周側に回転軸の一部分が配置される軸挿通部とを備え、軸挿通部の内径は、圧入固定部の内径よりも大きくなっており、軸挿通部の内周面と回転軸の外周面との間には、隙間が形成され、回転軸の軸方向の一方側を第１方向側とし、第１方向側の反対側を第２方向側とすると、圧入固定部は、スリーブの第１方向側の端部に配置され、軸挿通部は、圧入固定部の第２方向側に配置されていることを特徴とする。

本発明のモータ用のロータでは、回転軸の軸方向の一方側を第１方向側とし、第１方向側の反対側を第２方向側とすると、圧入固定部は、スリーブの第１方向側の端部に配置されている。そのため、本発明では、圧入固定部の第２方向側に配置される軸挿通部の、回転軸の軸方向における長さを長くすることが可能になる。また、本発明では、圧入固定部の第２方向側に軸挿通部が配置されているため、第２方向側から回転軸をスリーブの内周側に挿入して、スリーブの第１方向側の端部に形成される圧入固定部を回転軸に圧入固定するときに、回転軸の軸方向における長さが長くなっている軸挿通部の内周面をガイドにして圧入固定部の内周面まで回転軸を案内することが可能になる。したがって、本発明では、圧入固定部の内周面に到達する回転軸の軸心の、圧入固定部の軸心に対する傾きを抑制することが可能になる。その結果、本発明では、回転軸へのスリーブの圧入作業を容易に行うことが可能になる。

本発明において、スリーブは、圧入固定部と軸挿通部とから構成されていることが好ましい。このように構成すると、回転軸の軸方向における軸挿通部の長さを確保しやすくなる。

本発明において、スリーブには、スリーブの第１方向側の端面から第２方向側に向かって窪む円環状の凹部が形成され、凹部は、回転軸の径方向において圧入固定部の内周面の外側に配置され、第１方向側から見たときに、凹部は、回転軸の周方向の全域で圧入固定部の内周面を囲んでいることが好ましい。このように構成すると、圧入固定部を回転軸に圧入固定するときに、圧入固定部の内周面が径方向の外側に広がりやすくなる。したがって、回転軸へのスリーブの圧入作業をより容易に行うことが可能になる。

本発明において、圧入固定部の、少なくとも第１方向側の端部の外径は、軸挿通部の外径よりも小さくなっていても良い。この場合であっても、圧入固定部を回転軸に圧入固定するときに、圧入固定部の内周面が径方向の外側に広がりやすくなるため、回転軸へのスリーブの圧入作業をより容易に行うことが可能になる。

本発明において、スリーブは、焼結金属によって形成されていることが好ましい。このように構成すると、たとえば、切削加工された金属材料によってスリーブが形成されている場合と比較して、スリーブのコストを低減することが可能になる。また、このように構成すると、スリーブに、永久磁石のバックヨークとしての機能を持たせることが可能になる。

なお、スリーブが焼結金属で形成されている場合には、圧入固定部を回転軸に圧入固定するときの圧入力を低減するために圧入固定部の内周面に潤滑オイルを塗布しても、スリーブのポーラス（空隙）の中に潤滑剤が染み込んでしまい、圧入固定部を回転軸に圧入固定するときの圧入力を低減できなくなり、その結果、回転軸へのスリーブの圧入作業が困難になるおそれがある。しかしながら、上述の凹部がスリーブに形成されていれば、あるいは、圧入固定部の、少なくとも第１方向側の端部の外径が軸挿通部の外径より小さくなっていれば、スリーブが焼結金属で形成されていても、圧入固定部を回転軸に圧入固定するときに、圧入固定部の内周面が径方向の外側に広がりやすくなるため、回転軸へのスリーブの圧入作業をより容易に行うことが可能になる。

本発明のモータ用のロータは、永久磁石の外周側に配置される駆動用コイルを有するステータを備えるモータに用いることができる。このモータでは、回転軸へのスリーブの圧入作業を容易に行うことが可能になる。

以上のように、本発明では、回転軸へのスリーブの圧入作業を容易に行うことが可能になる。

本発明の実施の形態にかかるモータの断面図である。 図１に示す回転軸にスリーブを圧入するときの状態を説明するための断面図である。 本発明の他の実施の形態にかかるスリーブの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（モータの全体構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるモータ１の断面図である。

本形態のモータ１は、ステッピングモータである。モータ１は、回転軸２および永久磁石３を有するロータ（モータ用のロータ）４と、永久磁石３の外周側に配置される駆動用コイル５を有するステータ６とを備えている。以下の説明では、回転軸２の軸方向である図１のＸ方向を前後方向とし、前後方向の一方側である図１等のＸ１方向側を「前」側とし、前後方向の他方側である図１等のＸ２方向側を「後ろ」側とする。本形態の前側（Ｘ１方向側）は、回転軸２の軸方向の一方側である第１方向側となっており、後ろ側（Ｘ２方向側）は、第１方向側の反対側である第２方向側となっている。

ステータ６は、永久磁石３の外周面に対向配置される複数の極歯が形成される外ステータコア８および内ステータコア９と、駆動用コイル５が巻回されるボビン１０と、外ステータコア８に固定される平板状の軸受保持プレート１１、１２と、駆動用コイル５の端部が電気的に接続される複数の端子ピン１３とを備えている。ステータ６は、前後方向において間隔をあけた状態で配置される２個の駆動用コイル５を有する２相構造となっており、２個の外ステータコア８と２個の内ステータコア９と２個のボビン１０とを備えている。

外ステータコア８は、複数の極歯の根本が繋がる平板状かつ略円環状の環状板部８ａと、駆動用コイル５の外周面を覆う円筒状のケース部８ｂとを備えている。環状板部８ａは、環状板部８ａの厚さ方向と前後方向とが一致するように配置されている。外ステータコア８の極歯は、環状板部８ａの内周端に繋がっている。ケース部８ｂは、環状板部８ａの外周端に繋がっている。内ステータコア９は、複数の極歯の根本が繋がる平板状かつ略円環状の環状板部９ａを備えている。環状板部９ａは、環状板部９ａの厚さ方向と前後方向とが一致するように配置されている。内ステータコア９の極歯は、環状板部９ａの内周端に繋がっている。外ステータコア８の極歯と内ステータコア９の極歯とは、回転軸２の周方向（ロータ４の周方向）において交互に配列されている。

２個の環状板部９ａは、前後方向において隣接配置されている。また、２個の環状板部９ａは、前後方向において２個の駆動用コイル５の間に配置されている。２個の環状板部８ａは、前後方向において２個の駆動用コイル５の外側に配置されており、駆動用コイル５は、前後方向において環状板部８ａと環状板部９ａとの間に配置されている。ボビン１０は、前後方向において環状板部８ａと環状板部９ａとの間に配置されている。また、ボビン１０は、回転軸２の径方向（ロータ４の径方向）において駆動用コイル５と複数の極歯との間に配置されており、駆動用コイル５は、ボビン１０を介して、複数の極歯の外周側に配置されている。

軸受保持プレート１１は、前側に配置される環状板部８ａの前面に固定されている。軸受保持プレート１１は、回転軸２を回転可能に支持する軸受１４を保持している。軸受保持プレート１２は、後ろ側に配置される環状板部８ａの後面に固定されている。軸受保持プレート１２は、回転軸２を回転可能に支持する軸受１５を保持している。端子ピン１３は、ボビン１０に形成される端子台１０ａに固定されている。

（ロータの構成）
図２は、図１に示す回転軸２にスリーブ１８を圧入するときの状態を説明するための断面図である。

上述のように、ロータ４は、回転軸２と永久磁石３とを備えている。永久磁石３は、円筒状に形成されている。永久磁石３は、ステータ６の内部に配置されている。ロータ４は、回転軸２および永久磁石３に加えて、回転軸２の外周面に固定される円筒状のスリーブ１８を備えている。永久磁石３は、スリーブ１８の外周面に固定されている。すなわち、永久磁石３の内周面は、スリーブ１８の外周面に固定されている。永久磁石３の前端は、スリーブ１８の前端よりも前側に配置され、永久磁石３の後端は、スリーブ１８の後端よりも後ろ側に配置されている。

スリーブ１８は、焼結金属によって形成されている。スリーブ１８は、肉厚の円筒状に形成されており、回転軸２の径方向におけるスリーブ１８の厚さは、回転軸２の径方向における永久磁石３の厚さよりも厚くなっている。スリーブ１８の内周側には、回転軸２が挿通される貫通穴が形成されている。スリーブ１８の内周面は、回転軸２の外周面に固定されている。回転軸２の前端は、永久磁石３の前端よりも前側に配置され、回転軸２の後端は、永久磁石３の後端よりも後ろ側に配置されている。

スリーブ１８は、回転軸２に圧入されて固定される圧入固定部１８ａと、内周側に回転軸２の一部分が配置される軸挿通部１８ｂとを備えている。本形態のスリーブ１８は、圧入固定部１８ａと軸挿通部１８ｂとから構成されている。軸挿通部１８ｂの内径は、圧入固定部１８ａの内径よりも大きくなっている。圧入固定部１８ａは、スリーブ１８の前側の端部に配置されており、スリーブ１８の前端部を構成している。回転軸２には、圧入固定部１８ａの内周側が圧入されている。軸挿通部１８ｂは、圧入固定部１８ａの後ろ側に配置されている。軸挿通部１８ｂの内周面と回転軸２の外周面との間には隙間が形成されている。軸挿通部１８ｂの長さ（前後方向の長さ）は、圧入固定部１８ａの長さ（前後方向の長さ）の２倍程度となっている。

圧入固定部１８ａの内周面は、内径が一定な円筒面１８ｃと、円筒面１８ｃの前端に繋がるテーパ面１８ｄとによって構成されている。テーパ面１８ｄは、前側に向かうにしたがって内径が次第に大きくなるテーパ状に形成されている。円筒面１８ｃは、回転軸２の外周面に所定の接触圧で接触している。軸挿通部１８ｂの内周面は、内径が一定な円筒面１８ｅと、円筒面１８ｅの前端に繋がるテーパ面１８ｆと、円筒面１８ｅの後端に繋がるテーパ面１８ｇとによって構成されている。テーパ面１８ｆ、１８ｇは、前側に向かうにしたがって内径が次第に小さくなるテーパ状に形成されている。テーパ面１８ｆの前端は、圧入固定部１８ａの内周面の後端（すなわち、円筒面１８ｃの後端）に繋がっている。

スリーブ１８には、スリーブ１８の前端面から後ろ側に向かって窪む円環状の凹部１８ｈが形成されている。凹部１８ｈは、回転軸２の径方向において圧入固定部１８ａの内周面の外側に配置されている。前側から見たときに、円環状に形成される凹部１８ｈの曲率中心は、スリーブ１８の軸心と一致している。すなわち、前側から見たときに、円環状に形成される凹部１８ｈの曲率中心は、スリーブ１８の内周側に形成される貫通穴の中心と一致している。

前側から見たときに、凹部１８ｈは、回転軸２の周方向の全域で圧入固定部１８ａの内周面を囲んでいる。凹部１８ｈの底面（凹部１８ｈの後端）は、圧入固定部１８ａの後端よりも前側に配置されている。ただし、凹部１８ｈの底面と圧入固定部１８ａの後端とが前後方向において同じ位置に配置されていても良い。また、凹部１８ｈの底面が圧入固定部１８ａの後端より後ろ側に配置されていても良い。

回転軸２にスリーブ１８を圧入して固定するときには、図２に示すように、回転軸２を後ろ側からスリーブ１８の内周側に挿入して、圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定する。このときには、軸挿通部１８ｂの内周面は、圧入固定部１８ａの内周面まで回転軸２を案内するガイドとしての機能を果たしている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、圧入固定部１８ａは、スリーブ１８の前端部を構成している。そのため、本形態では、圧入固定部１８ａの後ろ側に配置される軸挿通部１８ｂの前後方向の長さを長くすることが可能になる。特に本形態では、スリーブ１８が圧入固定部１８ａと軸挿通部１８ｂとから構成されているため、軸挿通部１８ｂの前後方向の長さを確保しやすくなる。

また、本形態では、回転軸２を後ろ側からスリーブ１８の内周側に挿入して圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定するときに、前後方向の長さが長くなっている軸挿通部１８ｂの内周面が、圧入固定部１８ａの内周面まで回転軸２を案内するガイドとしての機能を果たしている。そのため、本形態では、圧入固定部１８ａの内周面に到達する回転軸２の軸心の、圧入固定部１８ａの軸心に対する傾きを抑制することが可能になる。したがって、本形態では、回転軸２へのスリーブ１８の圧入作業を容易に行うことが可能になる。

本形態では、スリーブ１８に、スリーブ１８の前端面から後ろ側に向かって窪む円環状の凹部１８ｈが形成されており、凹部１８ｈは、回転軸２の径方向における圧入固定部１８ａの内周面の外側に配置されている。また、前側から見たときに、凹部１８ｈは、回転軸２の周方向の全域で圧入固定部１８ａの内周面を囲んでいる。そのため、本形態では、圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定するときに、圧入固定部１８ａの内周面が径方向の外側に広がりやすくなる。したがって、本形態では、回転軸２へのスリーブ１８の圧入作業をより容易に行うことが可能になる。

本形態では、スリーブ１８は、焼結金属によって形成されている。そのため、本形態では、たとえば、切削加工された金属材料によってスリーブ１８が形成されている場合と比較して、スリーブ１８のコストを低減することが可能になる。また、本形態では、スリーブ１８が焼結金属によって形成されているため、スリーブ１８に、永久磁石３のバックヨークとしての機能を持たせることが可能になる。したがって、本形態では、モータ１の磁気特性を高めることが可能になる。

なお、本形態では、スリーブ１８が焼結金属で形成されているため、圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定するときの圧入力を低減するために圧入固定部１８ａの内周面に潤滑オイルを塗布しても、スリーブ１８のポーラス（空隙）の中に潤滑剤が染み込んでしまい、圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定するときの圧入力を低減できなくなり、その結果、回転軸２へのスリーブ１８の圧入作業が困難になるおそれがある。しかしながら、本形態では、スリーブ１８に凹部１８ｈが形成されているため、スリーブ１８が焼結金属で形成されていても、圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定するときに、圧入固定部１８ａの内周面が径方向の外側に広がりやすくなる。したがって、本形態では、スリーブ１８が焼結金属で形成されていても、回転軸２へのスリーブ１８の圧入作業をより容易に行うことが可能になる。

（スリーブの変更例）
図３は、本発明の他の実施の形態にかかるスリーブ１８の断面図である。

上述した形態において、スリーブ１８に凹部１８ｈが形成されていなくても良い。この場合には、図３（Ａ）に示すように、圧入固定部１８ａの、少なくとも前端部の外径が、軸挿通部１８ｂの外径より小さくなっていても良い。すなわち、スリーブ１８は、段付きの円筒状に形成されていても良い。図３（Ａ）に示す例では、圧入固定部１８ａの大半部分の外径が軸挿通部１８ｂの外径より小さくなっている。この場合であっても、圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定するときに、圧入固定部１８ａの内周面が径方向の外側に広がりやすくなるため、回転軸２へのスリーブ１８の圧入作業をより容易に行うことが可能になる。

なお、回転軸２へのスリーブ１８の圧入作業をより容易に行うことを可能にするために、スリーブ１８に凹部１８ｈが形成されている場合には、圧入固定部１８ａの、少なくとも前端部の外径が軸挿通部１８ｂの外径より小さくなっている場合と比較して、スリーブ１８の外周面の、永久磁石３の内周面に接触する部分の長さを長くすることが可能になる。したがって、スリーブ１８に凹部１８ｈが形成されている場合には、回転軸２へのスリーブ１８の圧入作業をより容易に行うことを可能しつつ、スリーブ１８に固定される永久磁石３の状態を安定させることが可能になる。

また、上述した形態において、図３（Ｂ）に示すように、軸挿通部１８ｂの内周面は、前側に向かうにしたがって内径が次第に小さくなるテーパ面１８ｊと、テーパ面１８ｊの後端に繋がるテーパ面１８ｇとによって構成されていても良い。この場合には、テーパ面１８ｊは、テーパ面１８ｆ、１８ｇよりも傾斜が緩やかなテーパ状に形成されている。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態において、スリーブ１８は、焼結金属以外の金属材料で形成されていても良いし、樹脂材料で形成されていても良い。また、上述した形態において、モータ１は、ステッピングモータ以外のモータであっても良い。なお、上述した形態において、回転軸２にスリーブ１８を圧入して固定するときに、前側から回転軸２をスリーブ１８の内周側に挿入して、圧入固定部１８ａを回転軸２に圧入固定することも可能である。

１ モータ
２ 回転軸
３ 永久磁石
４ ロータ（モータ用のロータ）
５ 駆動用コイル
６ ステータ
１８ スリーブ
１８ａ 圧入固定部
１８ｂ 軸挿通部
１８ｈ 凹部
Ｘ 回転軸の軸方向
Ｘ１ 第１方向側
Ｘ２ 第２方向側

Claims (6)

1. 回転軸と、前記回転軸の外周面に固定される円筒状のスリーブと、前記スリーブの外周面に固定される円筒状の永久磁石とを備え、
   前記スリーブは、前記回転軸に圧入されて固定される圧入固定部と、内周側に前記回転軸の一部分が配置される軸挿通部とを備え、
   前記軸挿通部の内径は、前記圧入固定部の内径よりも大きくなっており、
   前記軸挿通部の内周面と前記回転軸の外周面との間には、隙間が形成され、
   前記回転軸の軸方向の一方側を第１方向側とし、第１方向側の反対側を第２方向側とすると、
   前記圧入固定部は、前記スリーブの第１方向側の端部に配置され、
   前記軸挿通部は、前記圧入固定部の第２方向側に配置されていることを特徴とするモータ用のロータ。
2. 前記スリーブは、前記圧入固定部と前記軸挿通部とから構成されていることを特徴とする請求項１記載のモータ用のロータ。
3. 前記スリーブには、前記スリーブの第１方向側の端面から第２方向側に向かって窪む円環状の凹部が形成され、
   前記凹部は、前記回転軸の径方向において前記圧入固定部の内周面の外側に配置され、
   第１方向側から見たときに、前記凹部は、前記回転軸の周方向の全域で前記圧入固定部の内周面を囲んでいることを特徴とする請求項１または２記載のモータ用のロータ。
4. 前記圧入固定部の、少なくとも第１方向側の端部の外径は、前記軸挿通部の外径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１または２記載のモータ用のロータ。
5. 前記スリーブは、焼結金属によって形成されていることを特徴とする請求項３または４記載のモータ用のロータ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のモータ用のロータと、前記永久磁石の外周側に配置される駆動用コイルを有するステータとを備えることを特徴とするモータ。

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