JP2023095221A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】静電気による電子基板の破損を抑制しつつ、電子基板を小型化させ、モータの製造コストを低減させる。【解決手段】基板１を備えるモータであって、軸方向の一端部に当該一端部以外の他部の外径よりも小径かつ同心の棒状の突起部４１が形成された段付き構造であるシャフト４と、基板１に設けられ、特定の電子部品１４が接続される第１の回路パターン１３と、基板１において、静電気を帯電するシャフト４からの最短距離が第１の回路パターン１３及び電子部品１４の双方よりも近い位置に形成され、突起部４１からの静電気を放電する第２の回路パターン１１と、備える。【選択図】図３

Description

本発明は、基板を備えたモータ（別言すれば、電動機）に関し、特にシャフトに帯電した静電気を放電する構造に関する。

基板（電子基板や制御基板とも呼ばれる）が内蔵或いは付設されたモータでは、シャフトに帯電した静電気をいかにして放電するかが重要である。シャフトの近傍の基板上に信号線があると、シャフトからの静電気の放電により、集積回路（ＩＣ）等の静電気に弱い部品において素子破壊を発生させることがあるからである。特に、シャフトに樹脂製のファン等が取り付けられている場合には、シャフトに静電気が帯電しやすい。

従来、基板を備えたモータに、放電用の構成を設ける技術が提案されている。例えば、基板を内蔵したブラシレスモータにおいて、導体性の部材で形成された筐体及び蓋を接地し、蓋に設けた突起をシャフトの先端に対向配置して、シャフトに帯電した静電気をシャフト先端から突起に放電させる技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のブラシレスモータでは、シャフト先端をテーパー状にすることで接地効果が向上するとされている。

また、基板を内蔵したブラシレスモータにおいて、電子部品が接続される回路よりもシャフトに近い位置に静電気を放電するための回路を配置して静電気を放電させる技術が存在する（例えば、特許文献２参照）。特許文献２のブラシレスモータでは、ＧＮＤパターンに接続させたスルーホールを制御基板上に配置し、シャフトをスルーホールに貫通させ、シャフトとスルーホールとの間で静電気を放電させている。

特開平４－３２５８５２号公報 特開２０２１－８９７９７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、シャフト先端をテーパー状にすることで接地効果を得ようとしているが、例えば直径３ｍｍ以上のシャフトにおいてテーパー構造を採用する場合には、テーパー状にした先端が鈍角になり、高い放電特性が得にくくなるおそれがある。また、特許文献２に開示された技術では、基板の貫通孔の大きさがシャフトの外径によって決まる。このため、シャフトの外径を大きくする必要がある場合、例えばモータの高回転化によりシャフトの剛性を高める必要がある場合には、基板の貫通孔も大きくせざるを得ず、基板の大型化を回避できず、ひいてはモータの小型化が難しい。

本明細書に開示の技術は、このような課題に鑑み案出されたもので、静電気による基板の破損を抑制しつつ、基板及びモータの小型化を実現し、モータの製造コストを低減させることを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）ここで開示するモータは、基板を備えるモータであって、軸方向の一端部に当該一端部以外の他部の外径よりも小径かつ同心の棒状の突起部が形成された段付き構造であるシャフトと、前記基板に設けられ、特定の電子部品が接続される第１の回路パターンと、前記基板において、静電気を帯電する前記シャフトからの最短距離が前記第１の回路パターン及び前記電子部品の双方よりも近い位置に形成され、前記突起部からの前記静電気を放電する第２の回路パターンと、を備えたことを特徴としている。
（２）前記特定の電子部品、又は第１の回路パターンの少なくとも一部は、前記軸方向から見て、前記基板上における前記シャフトの前記他部と重なる領域に位置することが好ましい。

（３）前記第２の回路パターンは、スルーホールによって前記基板上に形成されることが好ましい。
（４）前記第２の回路パターンは、前記基板における電源の正極側又は負極側に前記静電気を放電することが好ましい。
（５）前記基板において、前記第２の回路パターンと前記正極側又は前記負極側との間に配置されたコンデンサを備えることが好ましい。

（６）前記突起部と前記第１の回路パターン又は前記電子部品との間の最短距離と、前記突起部と前記第２の回路パターンとの間の最短距離との差は、０．３ミリメートルよりも大きいことが好ましい。
（７）前記シャフトの前記他部と前記第１の回路パターン又は前記電子部品との間の最短距離と、前記突起部と前記第２の回路パターンとの間の最短距離との差は、０．３ミリメートルよりも大きいことが好ましい。

開示のモータによれば、静電気による基板の破損を抑制しつつ、基板及びモータを小型化でき、モータの製造コストを低減させることができる。

実施形態に係るモータの分解斜視図である。 図１に示したモータの断面図である。 図２に示したモータの断面図の部分拡大図である。 変形例に係るモータの断面図の部分拡大図（図３に対応する図）である。 図１に示したモータが備える基板の表面を例示する図である。 図５の基板の裏面を例示する図である。

図面を参照して、実施形態としてのモータについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。以下、図中において、同一の各符号は同様の部分を示しているので、その説明は省略する場合がある。

［１．構成］
図１は本実施形態に係るモータ１００の分解斜視図であり、図２は図１に示したモータ１００を軸方向に切断して適宜簡略化した断面図である。図２の断面図では、便宜上、ハッチングを適宜省略している。本実施形態のモータ１００は、例えば事務機器や家庭用電気機器などに使用される小型のブラシレスモータである。なお、モータ１００の種類や用途は特に限定されない。例えば、モータ１００は、ブラシ付きモータやリニアモータであってもよい。

図１及び図２に示すように、モータ１００は、ケーシングとしてエンドベル１０３，ケース部１０１及びカバー１０２を有し、エンドベル１０３とカバー１０２とはケース部１０１を介して接続される。モータ１００は、いずれもエンドベル１０３とカバー１０２との間に取り付け又は内蔵される、基板１，ステータ３，ロータマグネット６，ロータマグネット６と一体回転するシャフト４，センサマグネット５及びファン７を備える。図２に示すように、エンドベル１０３には、シャフト４の一端側（基板１側）を回転自在に支持するボールベアリング８が取り付けられる。また、図２に示すように、ケース部１０１には、シャフト４の他端側（カバー１０２側）を回転自在に支持するボールベアリング９が取り付けられる。ケース部１０１，カバー１０２及びエンドベル１０３は、例えば樹脂製である。

シャフト４は、基板１側の一端部（基板１側）の外周に固定された円盤状のセンサマグネット５を備える。また、図２に示すように、シャフト４の他端部（カバー１０２側）であってボールベアリング９よりも軸方向外側の先端部付近には、ファン７が取り付けられる。ファン７は、例えば樹脂製であり、モータ１００のステータ３やロータマグネット６等の各種部品の冷却のために設けられる。ファン７が作動することで周囲の空気中に浮遊する塵等によって静電気が発生し、この静電気は、金属製のシャフト４へ移動しやすい。

基板１は、絶縁性の板材に電子回路が形成された電子基板（制御基板）である。モータ１００は、基板１に設けられた第１の回路パターン１３及び第２の回路パターン１１を備える。第１の回路パターン１３は、特定の電子部品１４が接続される回路パターンである。第２の回路パターン１１は、シャフト４の一端部からの静電気を放電するための放電パターンである。電子部品１４は、例えばＩＣや抵抗，トランジスタ，コンデンサである。

本実施形態のモータ１００では、図２に示すように、基板１をモータ１００に取り付けた状態で、基板１のモータ１００の内側を向く面に、回路パターン１３（第１の回路パターン）が形成される。回路パターン１３上には、センサマグネット５の回転角度を計測するためのホールセンサ１２が備えられる。また、基板１において回路パターン１３が形成されていない領域に、放電パターン１１（第２の回路パターン）が形成される。

図３は、図２中の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。
図３に示すように、シャフト４は、軸方向の一端部（基板１側の端部）に突起部４１（別言すれば、段付き部）が形成された段付き構造を持つ。突起部４１は、シャフト４の軸方向の一端面から同心に突設された棒形状であり、当該突起部４１以外の他部（突起部４１を除く部分、以下「本体」ともいう）の外径よりも小径である。突起部４１は、放電用の避雷針としての機能を持ち、シャフト４の本体と同様に円柱状であってよい。また、突起部４１は、三角柱状や四角柱状を含む多角柱状であってもよいし、中空状であってもよい。突起部４１の外周面は軸方向に延在しており、軸方向に交差するテーパー形状にはなっていない。

放電パターン１１は、シャフト４からの最短距離が回路パターン１３及び電子部品１４の双方よりも近い位置に形成される。放電パターン１１は、基板１のＶｃｃ１１２又はＧＮＤ１１１（図５及び図６を用いて後述）に接続される。これにより、ファン７において発生してシャフト４に帯電した静電気を、放電パターン１１へ放電させることができる。なお、放電パターン１１は、モータ１００におけるファン７以外の種々の部品において発生してシャフト４に帯電した静電気の放電にも使用されてよい。

突起部４１と放電パターン１１との最短距離をＡとし、突起部４１と回路パターン１３又は電子部品１４との最短距離をＢとし、シャフト４の本体と回路パターン１３又は電子部品１４との最短距離をＣとするとき、好ましくは、モータ１００は以下の条件が成り立つように構成される。
Ａ＋０．３＜Ｂ［ｍｍ］ かつ Ａ＋０．３＜Ｃ［ｍｍ］

すなわち、突起部４１と回路パターン１３又は電子部品１４との間の最短距離Ｂと、突起部４１と放電パターン１１との間の最短距離Ａとの差は、０．３ミリメートルよりも大きくてよい。また、シャフト４の本体と回路パターン１３又は電子部品１４との間の最短距離Ｃと、突起部４１と放電パターン１１との間の最短距離Ａとの差は、０．３ミリメートルよりも大きくてよい。図３では、最短距離Ｂが突起部４１と電子部品１４との距離を図示しているが、回路パターン１３の方が突起部４１に近い場合には、当然、最短距離Ｂは突起部４１と回路パターン１３との距離となる。

図３に示すように、電子部品１４又は回路パターン１３の少なくとも一部は、シャフト４の軸方向から見て、基板１上におけるシャフト４の本体と重なる領域Ｄに位置してよい。つまり、領域Ｄ内であっても放電パターン１１が形成される領域以外に電子部品１４又は回路パターン１３を配置してよい。これにより、領域Ｄ内の放電パターン１１の近傍にも電子部品１４又は回路パターン１３を配置することができ、基板１を小型化させることができる。なお、電子部品１４又は回路パターン１３を領域Ｄの内側と外側とに亘って配置してもよいし、当然ながら、領域Ｄの外側に配置することも可能である。

図４は、変形例に係るモータ１００の断面図の部分拡大図であり、図３に対応する図である。
図４に示すように、本変形例のモータ１００では、基板１の第２の回路パターンがスルーホール１１ａによって形成されている点で異なる。スルーホール１１ａは、軸方向から見て突起部４１と重なる位置（突起部４１の軸方向の延長線上）に形成された貫通孔である。スルーホール１１ａでは、符号Ｅ１で示すパターン（ハッチング部を参照）がＶｃｃ１１２又はＧＮＤ１１１（図５及び図６を用いて後述）に接続されていると共に、符号Ｅ１から符号Ｅ３へ向かう方向及び符号Ｅ２から符号Ｅ４へ向かう方向のそれぞれにおいてパターンが形成されている。なお、突起部４１はスルーホール１１ａの内側に入っておらず、スルーホール１１ａと突起部４１とは径方向から見て互いに重ならない。この変形例に係るモータ１００であっても、図２及び図３に示した放電パターン１１と同様に、シャフト４に帯電した静電気をスルーホール１１ａへ放電させることができる。

図５は、図１に示した基板１の表面（おもて面）１ａを例示する図であり、図６は、図５の基板１の裏面１ｂを例示する図である。
図５及び図６に示すように、基板１は、例えば円盤状であり、表面１ａ及び裏面１ｂの略全体に亘って回路パターン１３が形成されており、その中心部に放電パターン１１が形成される。

図５に示すように、放電パターン１１よりも表面１ａの径方向の外側部分には、３つのホールセンサ１２を含む複数の電子部品１４が設置される。なお、図５では、放電パターン１１の近傍に位置する一部の電子部品にのみ符号「１４」を付し、その他の電子部品への符号の図示は省略している。また、電子部品１４は、静電気による破損を防止したい種々の電子部品であってよく、例えばＩＣや抵抗，トランジスタ，コンデンサであってよい。

図５及び図６に示すように、基板１には、Ｖｃｃ１１２（別言すれば、電源ライン又は電源の正極）及びＧＮＤ１１１（別言すれば、グランドライン又は電源の負極）が接続される。Ｖｃｃ１１２又はＧＮＤ１１１は、放電パターン１１に接続されることによって、シャフト４からの静電気を放電させる。

図５に示すように、基板１において、放電パターン１１とＶｃｃ１１２又はＧＮＤ１１１との間には、１以上（図５に示す例では３つ）のコンデンサ１５が設置されてよい。コンデンサ１５及び電子部品１４に含まれるコンデンサは、目的に応じて仕様を適宜選定するため、設置される全てを同一形状，同一規格としなくてもよい。図５に示す例では、コンデンサ１５と電子部品１４に含まれるコンデンサとでは、形状及び規格が異なっている。シャフト４からの静電気は、放電パターン１１を通じ、コンデンサ１５によりバイパスされた後に、Ｖｃｃ１１２又はＧＮＤ１１１から放電されてよい。コンデンサ１５は、基板１上に放電される電流をパルス状にして（別言すれば、高周波の信号として）出力する。コンデンサ１５は、比較的小さなインピーダンスを有するものであってよい。

［２．効果］
（１）上述したモータ１００では、シャフト４の一端部に突起部４１が設けられるとともに、シャフト４と放電パターン１１との最短距離が、回路パターン１３及び電子部品１４の双方よりも近くなるように各要素４，１１，１３，１４の配置関係が設定されている。このため、段付き構造のシャフト４の突起部４１から放電パターン１１へ静電気を放電させることにより、静電気による基板１の破損を抑制することができる。また、モータ１００の高回転化によりシャフト４の径が大きくなる場合であっても、シャフト４を貫通させるための孔を基板１に形成しなくてよいため、基板１を小型化でき、モータ１００の小型化を実現しやすく、また、モータ１００の製造コストを低減させることができる。

なお、直径３ｍｍ以上のシャフトにおいてテーパー構造を採用する場合には、テーパー状にした先端が鈍角になり、高い放電特性が得にくいが、段付き構造のシャフト４によれば、高い放電特性を得ることができる。更に、放電用の避雷針としての機能を持つ突起部４１をシャフト４の一端部に設けたため、追加の部品を設置する必要がなく、静電気対策を実現できる。

（２）上述したモータ１００によれば、特定の電子部品１４、又は第１の回路パターン１３の少なくとも一部が、軸方向から見て基板１上におけるシャフト４の本体と重なる領域Ｄに配置されることから、電子部品１４又は第１の回路パターン１３の高密度実装により、基板１をより小型化でき、モータ１００の製造コストをより低減させることができる。

（３）また、図４に示す変形例では、シャフト４に帯電した静電気をスルーホール１１ａへ放電させることができる。また、ある程度の厚みがある放電パターン１１の代わりに、スルーホール１１ａが形成されることにより、シャフト４の突起部４１が基板１に接触することを防ぐことができる。このため、放電パターン１１を基板１上に形成する構成と比較して、シャフト４を基板１側により近づけて配置することができ、モータ１００の小型化をより実現しやすくすることができる。

（４）放電パターン１１は、基板１における電源の正極側又は負極側に静電気を放電するため、基板１上の電子部品１４を適切に保護できる。
（５）また、基板１において放電パターン１１と電源の正極側又は負極側との間にコンデンサ１５が備えられる場合、基板１上に放電される電流をパルス状にして（別言すれば、高周波の信号として）比較的小さなインピーダンスを有するコンデンサ１５に流すことができる。これにより、電子部品１４に静電気が流れ出すことなく、確実にしかも迅速にコンデンサ１５を通じて静電気を流すことができ、電子部品１４の故障の可能性をより低減できる。

（６）また、突起部４１と回路パターン１３又は電子部品１４との間の最短距離Ｂと、突起部４１と放電パターン１１との間の最短距離Ａとの差は、０．３ミリメートルよりも大きいため、突起部４１から回路パターン１３及び電子部品１４の双方へ放電することがない。これにより、基板１上の電子部品１４を適切に、しかも確実に保護できる。

（７）また、シャフト４の本体と回路パターン１３又は電子部品１４との間の最短距離Ｃと、突起部４１と放電パターン１１との間の最短距離Ａとの差は、０．３ミリメートルよりも大きいため、シャフト４の本体から回路パターン１３及び電子部品１４の双方へ放電することがない。これにより、基板１上の電子部品１４を適切に、しかも確実に保護できる。

［３．その他］
開示の技術は、上述したモータ１００の構成に限定されない。例えば、図１及び図２に示すモータ１００は一例であり、エンドベル１０３やファン７が省略されてもよいし、シャフト４を支持するボールベアリング８，９がボールベアリング以外の軸受であってもよい。また、図５及び図６に示す基板１の構成は一例であり、コンデンサ１５を省略してもよいし、回路パターン１３，放電パターン１１の形状が図示するものでなくてもよい。

１００ ：モータ
１０１ ：ケース部
１０２ ：カバー
１０３ ：エンドベル
１ ：基板
１ａ ：表面
１ｂ ：裏面
３ ：ステータ
４ ：シャフト
４１ ：突起部
５ ：センサマグネット
６ ：ロータマグネット
７ ：ファン
８，９ ：ボールベアリング
１１ ：放電パターン
１１ａ ：スルーホール
１１１ ：ＧＮＤ
１１２ ：Ｖｃｃ
１２ ：ホールセンサ
１３ ：回路パターン
１４ ：電子部品
１５ ：コンデンサ

Claims (7)

1. 基板を備えるモータであって、
   軸方向の一端部に当該一端部以外の他部の外径よりも小径かつ同心の棒状の突起部が形成された段付き構造であるシャフトと、
   前記基板に設けられ、特定の電子部品が接続される第１の回路パターンと、
   前記基板において、静電気を帯電する前記シャフトからの最短距離が前記第１の回路パターン及び前記電子部品の双方よりも近い位置に形成され、前記突起部からの前記静電気を放電する第２の回路パターンと、
   を備えることを特徴とする、モータ。
2. 前記特定の電子部品、又は第１の回路パターンの少なくとも一部は、前記軸方向から見て、前記基板上における前記シャフトの前記他部と重なる領域に位置する
   ことを特徴とする、請求項１に記載のモータ。
3. 前記第２の回路パターンは、スルーホールによって前記基板上に形成される
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記第２の回路パターンは、前記基板における電源の正極側又は負極側に前記静電気を放電する
   ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記基板において、前記第２の回路パターンと前記正極側又は前記負極側との間に配置されたコンデンサを備える
   ことを特徴とする、請求項４に記載のモータ。
6. 前記突起部と前記第１の回路パターン又は前記電子部品との間の最短距離と、前記突起部と前記第２の回路パターンとの間の最短距離との差は、０．３ミリメートルよりも大きい
   ことを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 前記シャフトの前記他部と前記第１の回路パターン又は前記電子部品との間の最短距離と、前記突起部と前記第２の回路パターンとの間の最短距離との差は、０．３ミリメートルよりも大きい
   ことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載のモータ。
   

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