JP3712100B2 - 回転子の組立方法、回転子、ステッピングモータ - Google Patents
回転子の組立方法、回転子、ステッピングモータ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種モータの回転子、回転子の組立方法、ステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カメラ、ビデオカメラのフォーカシングやズーミング、プリンターのの印字機能に小型のステッピングモータが用いられている。このようなステッピングモータには、その用途に関連した理由から、低消費電力であること、できるだけ低い入力値（電流）で駆動に必要なトルクが得られること、作動精度を高めるために振動を低くすること、駆動の高速化のために高周波数域まで回転が可能であること、角度精度が良いこと等の特性を要求される。このようにモータの小型化、高性能化に伴い、回転子の寸法精度の向上が要求される。
【０００３】
図１２は、従来のステッピングモータの回転子の構造を示す縦断面図である。同図に示すように、回転子１０は、シャフト１１（回転軸）と、金属板１２１を積層してなる一対のコア１２と、両コア１２の間に配置された永久磁石１３とで構成されている。
【０００４】
また、ローレット加工によって、シャフト１１の外周面１１１の一部に、シャフト１１の回転方向の滑りを防止するための、ローレット部（凹凸）１１２が形成されている。シャフト１１とコア１２とは、このローレット部１１２の凹凸を介して圧着固定されている。
【０００５】
しかし、このような従来の回転子１０では、ローレット加工する際のシャフトに加わる応力によりシャフト１１自身が変形し、要求される真直度が得られないという欠点がある。
【０００６】
また、ローレット部１１２に成形される凹凸は、高い寸法精度で形成することができないため、シャフト１１の径寸法にばらつきが生じ、シャフト１１とコア１２との固定力に不均一が生じやすい。さらには、コア４の真直度が要求される基準よりも大きくなる。
【０００７】
また、ローレット部１１２の代わりに、例えば、ステーキング加工によるステーキング（圧痕）を形成する方法もあるが、この場合でも、前記ローレット加工と同様に、加工時に、シャフト１１の変形を起こし、同様の欠損を生じる。
【０００８】
このようなことから、従来の回転子１０では、シャフト１１をコア１２の孔内に嵌入したとき、シャフト１１とコア１２の高い同軸度を得ることができず、固定強度にもばらつきが生じる。したがって、回転子１０を回転させたとき、偏心回転により振動・騒音が生じ、モータにおける回転精度の向上・高性能化の妨げとなっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、シャフトとコアとの同軸度を向上し、モータの高性能化に寄与する回転子、その組立方法およびステッピングモータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（１９）の本発明により達成される。
【００１１】
（１） 金属板を複数枚積層してなるコアと、前記コアの中心部に固定されるシャフトとを備えた回転子の組立方法であって、
前記シャフトの外周部に硬化層を形成する工程と、
そのシャフトを前記コアの中心部に形成された孔内に圧入する工程とを有することを特徴とする回転子の組立方法。
【００１２】
（２） 金属板を複数枚積層してなるコアと、前記コアの中心部に固定されるシャフトとを備えた回転子の組立方法であって、
前記シャフトの外周部に硬化層を形成する工程と、
前記硬化層の表面を研磨して、その厚さ方向の一部を除去する工程と、
そのシャフトを前記コアの中心部に形成された孔内に圧入する工程とを有することを特徴とする回転子の組立方法。
【００１３】
（３） 前記研磨による前記硬化層の除去量は、平均厚さ２０μｍ以下である上記（２）に記載の回転子の組立方法。
【００１４】
（４） 前記研磨による前記硬化層の除去量は、研磨以前の硬化層の厚さの０．０３〜０．８５倍である上記（２）または（３）に記載の回転子の組立方法。
【００１５】
（５） 前記コアは、前記孔の内面の形状により、その少なくとも一部が、前記硬化層の表面に圧着されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１６】
（６） 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板は、前記孔内において、当該金属板の厚さ方向の一部が、前記硬化層の表面に圧着されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１７】
（７） 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板が、前記シャフトの圧入に関与している上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１８】
（８） 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板は、前記孔内において、当該金属板の周方向の一部が、前記硬化層の表面に圧着されている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１９】
（９） 前記硬化層の形成は、熱処理によりなされたものである上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２０】
（１０） 処理温度が４５０〜６５０℃、処理時間が０．１〜３時間である上記（９）に記載の回転子の組立方法。
【００２１】
（１１） 前記硬化層の形成は、窒化処理によりなされたものである上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２２】
（１２） シャフトの圧入工程の直前における前記硬化層の厚さが、３〜１００μｍである上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２３】
（１３） 前記シャフトは、軟磁性または非磁性材料で構成される上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２４】
（１４） 前記コアの内周面のビッカース硬度をＨｖ1、前記硬化層のビッカース硬度をＨｖ2としたとき、Ｈｖ2＞Ｈｖ1である上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２５】
（１５） 前記コアの内周面のビッカース硬度をＨｖ1、前記シャフトの前記硬化層より中心側の部分のビッカース硬度をＨｖ3としたとき、Ｈｖ1≧Ｈｖ3である上記（１）ないし（１４）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２６】
（１６） 前記シャフトの前記コアに対し圧着している部分の圧着力は、２０〜７００ｋｇｆ／ｍｍ2である上記（１）ないし（１５）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２７】
（１７） 前記回転子は、ステッピングモータに用いられるものである上記（１）ないし（１６）いずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２８】
（１８） 上記（１）ないし（１７）のいずれかに記載の回転子の組立方法により組み立てられたことを特徴とする回転子。
【００２９】
（１９） 上記（１８）に記載の回転子をインナーロータとして備えたことを特徴とするステッピングモータ。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転子、回転子の組立方法およびステッピングモータを添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明で、シャフトの回転軸方向（図１、３、６、７、８、９、１１中の上下方向）を、単に「軸方向」、シャフトの周軸方向を、「周方向」と言う。
【００３１】
図１は、本発明の回転子の第１実施形態を示す縦断面図、図２は、図１中の円形で囲んだ部分の拡大図である。
【００３２】
図１、図２に示す回転子１は、後述する本発明の回転子の組立方法により組み立てられたものであり、シャフト（回転軸）２と、永久磁石３と、一対のコア４とを備えている。この回転子１は、例えば、ＰＭ型、ＶＲ型、ＨＢ型のステッピングモータにおけるステータ（図示せず）の内側に配置されるインナーロータ型の回転子である。以下、これらの構造について詳述する。
【００３３】
図１に示すように、回転子１は、一対のコア４を有し、各コアの中心部には、孔４２が形成されている。シャフト２は、この孔４２に圧入され、固定されている。このとき、シャフト２の外周面２１は、後述するような孔４２の内面の形状により、コア４の少なくとも一部に圧着されている。また、永久磁石３は、一対のコア４により挟持され、回転子１を構成している。
【００３４】
本実施形態において、コア４は、複数枚の円盤形状の金属板４１を積層、一体化したものである。また、各金属板４１同士の固定は、例えば、接着剤による接着、溶接、カシメ等の方法により行なわれている。
【００３５】
図２に示すように、コア４を構成する各金属板４１のうちの少なくとも一部の金属板４１は、このコア４の孔４２内において、この金属板４１の厚さ方向の一部が、シャフト２の外周面２１、すなわち硬化層５の表面に圧着されている。特に、コア４を構成する金属板４１の全てが、このような圧着に関与していることが好ましい。
【００３６】
各金属板４１の厚さをＴ1、各金属板４１のシャフト２に圧着されている部分の厚さをＴ2としたとき、Ｔ2／Ｔ1は、特に限定されないが、Ｔ2／Ｔ1が、０．１〜０．９であることが好ましく、０．３〜０．８がより好ましい。Ｔ2／Ｔ1が、０．１未満であると、シャフト２とコア４との固定が不安定となり易く、また、０．９超であると、固着力は高いが、シャフト２を圧入する際に、高い押込力が必要となる。
【００３７】
図２に示すように、金属板４１の内周面（孔４２に臨む部分）の形状は、金属板４１の片面側の角部が、テーパ状に欠損した形状であり、この欠損部６以外の部分が、シャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）と圧着されている。
【００３８】
このように、金属板４１の内周面の形状により、金属板４１のシャフト２に対する圧着面積を調整することができる。この圧着面積を所望に設定することにより適度な圧着力で圧入固定することができる。また、この実施形態の場合、後述する実施形態４、５、６に比べ、シャフト２の圧着力が軸方向に適度に分散され、シャフト２の曲りをより有効に防止することができるという利点がある。
【００３９】
なお、欠損部６の形状は、図示のテーパ状に限らず、例えば、円弧状等の曲線状でもよい。
【００４０】
また、コア４を構成する各金属板４１は、プレス加工により成形されたものが好ましい。プレス加工によれば、所望の形状の金属板４１が、連続的に製造可能であり、そのため、生産性が高く、量産に適している。
【００４１】
コア４を構成する全ての金属板４１の形状は、同じであるのが好ましい。同形状の金属板４１を使用することにより、例えば、プレス成形で製造したときに、同じ金型で、連続的に製造することができる。このため、量産性が高く、生産性に優れて、安価となる。
【００４２】
金属板４１の構成材料としては、例えば、珪素鋼板、ステンレス鋼板、純鉄のような金属材料等が挙げられる。
【００４３】
シャフト２は、円柱状の部材であり、コア４の孔４２内に圧入され、固定されている。
【００４４】
このとき、シャフト２の外周面２１とコア４の内周面とが圧着している部分の圧着力（圧入力）は、２０〜７００ｋｇｆ／ｍｍ2であることが好ましく、８０〜５００ｋｇｆ／ｍｍ2であることがより好ましい。圧着力が、２０ｋｇｆ／ｍｍ2未満であると、シャフト２の固定が不安定となり、７００ｋｇｆ／ｍｍ2超であると、圧着部の変形や破損が生じるおそれがある。
【００４５】
シャフト２を構成する材料としては、インナーロータ型の回転子の機能上、磁化されないまたはされ難いもの、すなわち、弱磁性または非磁性材料が好ましい。その具体的な例としては、オーステナイト系ステンレス鋼、チタンまたはチタン合金、真鍮、銅または銅合金等の金属材料が挙げられる。本実施形態において、オーステナイト系ステンレス鋼製のシャフト２について代表的に説明する。
【００４６】
シャフト２は、その外周部に硬化層５を有する。シャフト２に使用される弱磁性または非磁性材料は、比較的硬度の低い材料が多いため、このような硬化層５を設けることにより、シャフト２をコア４の孔４２に圧入する際、シャフト２の外周面２１の傷付きや破損が防止される。この硬化層５の形成方法については、後に詳述する。
【００４７】
シャフト２に形成される硬化層５は、コア４の内周面（シャフト２に対する圧着面）のビッカース硬度をＨｖ1、硬化層５のビッカース硬度をＨｖ2としたとき、Ｈｖ2＞Ｈｖ1を満足するようなものであるのが好ましく、Ｈｖ2＞３Ｈｖ1を満足するようなものがより好ましい。これにより圧入の際のシャフト２の外周面２１の傷付き、破損をより有効に防止することができる。
【００４８】
また、コア４の内周面のビッカース硬度をＨｖ1、シャフト２の硬化層５より中心側の部分のビッカース硬度をＨｖ3としたとき、Ｈｖ1≧Ｈｖ3を満足することが好ましく、Ｈｖ1≧１．２Ｈｖ3を満足することがより好ましい。この場合には、硬化層５が有効に機能し、圧入の際のシャフト２の外周面２１の傷付き、破損をより確実に防止することができる。
【００４９】
前記Ｈｖ2と、前記Ｈｖ3とは、その差Ｈｖ2−Ｈｖ3が、２００以上であるのが好ましく、４００以上であることがより好ましい。これによりシャフト２の圧入の際、シャフト２の外周面２１の傷付き、破損をより有効に防止することができる。
【００５０】
前記Ｈｖ1は、５０〜４００であるのが好ましく、１００〜３００であるのがより好ましい。Ｈｖ1が、５０未満では、コア４の内周面が変形してしまう。４００超では、圧入時の圧着力が増大することとなる。
【００５１】
前記Ｈｖ2は、６００以上であるのが好ましく、８００以上であることがより好ましい。このような値とすることにより、圧入の際、シャフト２の外周面２１の傷付きをより有効に防止することができる。
【００５２】
シャフト２の材料として前述した非磁性や弱磁性材料を用いた場合、Ｈｖ3は、通常、１００〜４００程度となる。
【００５３】
なお、硬化層５は、図１に示すように、シャフト２の外周部の全体にわたって形成する場合に限らず、一部分であってもよい。例えば、図３に示すように、シャフト２をコア４に対し、矢印Ｙ方向に圧入する場合、圧入する方向の先端（シャフト２の図中下端）から圧入完了時にコア４の孔４２に対応する部分までの範囲に形成されていてもよい。すなわち、圧入の際、シャフト２の孔４２を通過しない部分には、硬化層５が形成されていなくてもよい。このような場合でも、前記と同様に、圧入の際、シャフト２の外周面２１の傷付きが防止できる。
【００５４】
永久磁石３は、リング状（円盤状）であり、両コア４間に挟持され、固定されている。また、この永久磁石３は、厚さ方向に二極着磁されている。
【００５５】
永久磁石３としては、磁気特性に優れたものが用いられ、例えば、希土類元素と遷移金属とを基本成分とするもの（例：Ｓｍ−Ｃｏ系磁石）、あるいは希土類元素と遷移金属とボロンとを基本成分とするもの（例：Ｎｄ−Ｆｅ―Ｂ系磁石）のような各種希土類磁石が好適に使用される。また、永久磁石３の形態（種類）は、例えば、ボンド磁石、焼結磁石、鋳造磁石等、いずれでもよい。
【００５６】
次に、第２実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００５７】
図４は、本発明の回転子の第２実施形態を示す部分拡大断面図である。
【００５８】
本実施形態の回転子１は、コア４を構成する金属板４１において、金属板４１の内周面の形状が前記第１実施形態と異なる。すなわち、金属板４１の両面側の角部が、テーパ状に欠損した形状（欠損部７）であり、金属板４１の厚さ方向の中央部分がシャフト２の外周面２１に圧着される。これによる作用・効果は、前記第１実施形態と同様である。
【００５９】
次に、第３実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００６０】
図５は、本発明の回転子の第３実施形態を示す部分拡大断面図である。
【００６１】
本実施形態の回転子１は、コア４を構成する金属板４１において、金属板４１の内周面の形状が前記第１実施形態と異なる。すなわち、金属板４１の中央部が、円弧状に欠損した形状（欠損部８）であり、金属板４１の厚さ方向の両端部がシャフト２の外周面２１に圧着される。これによる作用・効果は、前記第１実施形態と同様である。
【００６２】
次に、第４実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００６３】
図６は、本発明の回転子の第４実施形態を示す縦断面図である。
【００６４】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第１実施形態と異なる。すなわち、コア４は、シャフト２の圧入に関与しない金属板４１ａとシャフト２の圧入に関与する金属板４１ｂとで構成されている。
【００６５】
金属板４１ａは、中心部にシャフト２の外径よりも大きい孔４３を有し、シャフト２との間に、所定の間隙が形成されている。一方、金属板４１ｂの内周面は、シャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）に圧着している。
【００６６】
各コア４における金属板４１ｂの軸方向における位置は、コア４、４中、それらが互いに接近するような配置（すなわち、永久磁石３に近い側とされている）とされている。
【００６７】
このような構成の回転子１では、圧入に関与する金属板４１ｂの枚数を調整することにより、圧入の圧着面積を調節することができる。したがって、適度な圧着力で、シャフト２とコア４とを安定的に圧入、固定することができる。
【００６８】
金属板４１の全枚数をＮ1、圧入に関与する金属板４１の枚数をＮ2としたとき、Ｎ2／Ｎ1は、特に限定されないが、Ｎ2／Ｎ1が０．１〜０．９であることが好ましく、０．３〜０．８がより好ましい。Ｎ2／Ｎ1が、０．１未満であれば、シャフト２とコア４との固定が不安定となり易く、また、０．９超であれば、固着力は高いが、シャフト２を圧入する際に、高い押込力が必要となる。
【００６９】
次に、第５実施形態について説明する。この場合、第４実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００７０】
図７は、本発明の回転子の第５実施形態を示す縦断面図である。
【００７１】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第４実施形態と異なる。すなわち、厚入に関与する金属板４１ｂが、軸方向に、両コア４の中、永久磁石３を介して、互いに離間するように配置されている。これによる作用・効果は、前記第４実施形態と同様である。
【００７２】
次に、第６実施形態について説明する。この場合、第４実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００７３】
図８は、本発明の回転子の第６実施形態を示す縦断面図である。
【００７４】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第４実施形態と異なる。すなわち、圧入に関与する金属板４１ｂは、１つのコア４において、金属板４１ｂが、コアの厚さ方向の中心部に配置されている。これによる作用・効果は、前記第４実施形態と同様である。
【００７５】
次に、第７実施形態について説明する。この場合、第４実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００７６】
図９は、本発明の回転子の第７実施形態を示す縦断面図である。
【００７７】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第４実施形態と異なる。すなわち、圧入に関与する金属板４１ｂは、軸方向に、両コア４の中、金属板４１ａと、金属板４１ｂとが、交互に積層されている。これによる作用・効果は、前記第４実施形態と同様である。なお、この実施形態の場合、前述した実施形態４、５、６に比べ、シャフト２の圧着力が軸方向に適度に分散され、シャフト２の真直度がより良好となるという利点がある。
【００７８】
なお、コア４の積層構造を各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、図６〜図９では、両コア４は、永久磁石３を介して対称的な構造となっているが、これに限らず、非対称であってもよい。
【００７９】
次に、第８実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００８０】
図１０は、本発明の回転子の第８実施形態を示す平面図、図１１は、本発明の回転子の第８実施形態を示すＡ-Ａ線断面図である。
【００８１】
本実施形態の回転子１は、コア４を構成する金属板４１の形状が異なる。すなわち、コア４を構成する各金属板４１のうちの少なくとも一部の金属板４１は、孔４２内において、金属板４１の周方向の一部が、シャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）に圧着されている。
【００８２】
図１０、図１１に示すように、金属板４１は、孔４２に連通する切り欠き４４を有し、切り欠き４４のない部分がシャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）に圧着されている。この切り欠き４４は、周方向に沿って、等角度間隔に配置されている。本実施形態においては、周方向に、４つの切り欠き４４が９０°の角度間隔で配置されている。
【００８３】
また、各金属板４１は、それら切り欠き４４が軸方向に一致するように積層、配置されている。なお、図１１に示すように、各金属板４１において切り欠き４４の位置は、軸方向に一致しているが、この限りではなく、切り欠き４４の位置は、必ずしも一致していなくてもよい。
【００８４】
このように、シャフト２と圧着される金属板４１の内周面に、切り欠き４４を設けることにより、シャフト２の外周面２１との圧着面積を調整することができる。特に、切り欠き４４の面積や個数を調整することにより、適度な圧着力で、シャフト２とコア４とを安定的に圧入、固定することができる。
【００８５】
このとき、シャフト２の圧入部における外径をＬ1、金属板４１のシャフト２に接触している部分の周方向の長さの合計をＬ2としたとき、Ｌ2／Ｌ1が、０．５〜３．０であることが好ましく、１．０〜２．５がより好ましい。Ｌ2／Ｌ1が、０．５未満であると、シャフト２とコア４との固定が不安定となり易く、また、３．０超であると、固着力は高いが、シャフト２を圧入する際に、高い押込力が必要となる。
【００８６】
切り欠き４４の形状は、図１０に示すように、ほぼ台形であるが、これに限らず、例えば、円弧状、Ｖ字状等でもよい。
【００８７】
なお、図４〜図１１に記載の回転子１においても、硬化層５の形成領域は、シャフト２の全長に限らず、例えば、図３に示すように、シャフト２の軸方向の一部でもよい。
【００８８】
以上より、本発明は、第１に、図１〜図５に示すような、圧着に関与する金属板４１の内周面の形状により、第２に、図６〜図９に示すような、圧着に関与する金属板４１ｂの枚数を調整することにより、第３に、図１０〜図１１に示すような、金属板４１の圧着する部分の周方向の長さを調整することにより、シャフト２との圧着面積を調整し、シャフト２との適度な圧着力で、シャフト２とコア４とを安定的に圧入、固定することができる。
【００８９】
また、本発明では、上記第１〜第３の構成のうち、２つ以上の構成を組み合わせてもよい。
【００９０】
次に、回転子１の組立方法の一例について説明する。
【００９１】
回転子１は、シャフト２の外周部に硬化層５を形成する工程と、硬化層５の表面を研磨して、その厚さ方向の一部を除去する工程と、このシャフト２をコア４の中心部に形成された孔４２内に圧入する工程とを経て組み立てられる。
【００９２】
[１] 硬化層の形成工程
シャフト２の外周部に硬化層５を形成する。その方法は、例えば、熱処理、めっき、蒸着、スパッタリングのような表面硬化処理等が挙げられる。本実施形態の硬化層５の形成は、熱処理によりなされたものである。熱処理は、処理雰囲気、加熱温度、処理時間等を適宜調節することにより、容易に、必要な条件の硬化層５を形成することができる。
【００９３】
この熱処理は、処理温度が４００〜８００℃、処理時間が０．１〜３時間であることが好ましく、処理温度が４５０〜６５０℃、処理時間が０．５〜２時間であることがより好ましい。低温、短時間の熱処理では、シャフト２の構成材料等の条件によっては、硬化層５の硬度が不十分となるかまたは硬化層５の厚さが薄くなることがあり、また、高温、長時間の熱処理では、シャフト２自体の機械的特性（強度、靭性）等が必要以上に変化してしまうことがある。
【００９４】
この熱処理としては、例えば、窒化処理、浸炭処理、高周波焼き入れのような熱処理等が挙げられる。本実施形態は、窒化処理によりなされたものである。これにより幅広い金属材料に対応でき、必要な硬化層５を形成させることができる。また、窒素を利用することでコストの低減化が図れる。
【００９５】
また、窒化処理としては、例えば、塩浴窒化処理、ガス窒化処理のような軟窒化処理等が挙げられる。これらのうちでも、塩浴窒化処理の１種であるタフトライド処理により軟窒化処理された硬化層５が好ましい。
【００９６】
[２]硬化層の研磨工程
次に、必要に応じ、工程[１]で形成された硬化層５の表面を研磨して、その厚さ方向の一部を除去する。このように、硬化層５の一部を研磨することにより、シャフト２の真直度を向上させることができる。また、この研磨により、シャフト２の外径の寸法精度や面粗度等が向上し、シャフト２とコア４との固定力の安定化が図れる。このように、シャフト２の真直度や外径寸法精度等の向上により、回転子１の回転精度、同軸度をより高いものとすることができる。
【００９７】
また、シャフト２の面粗度が向上することは、シャフト２を保持する軸受け（滑り軸受け）との摩擦が緩和されることになるため、シャフト２および軸受けの耐久性が向上し、寿命が長くなる。
【００９８】
研磨方法としては、例えば、バフ研磨、バレル研磨、ショットブラストのような砥粒加工、化学研磨、電解研磨のような特殊加工等の研磨方法が挙げられる。これらのうちでも特に、砥粒加工により硬化層５を研磨することが好ましい。
【００９９】
本実施形態において、研磨の際の硬化層５の除去量は、２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。除去量が、２０μｍ超であると、硬化層５の形成の際にその厚さを厚くしなければならないので、硬化層５の形成に手間と時間がかかり、また、研磨作業にも手間と時間がかかる。
【０１００】
本実施形態において、研磨による硬化層５の除去量は、特に限定されないが、研磨以前の硬化層５の厚さの０．０３〜０．８５倍以下であることが好ましく、０．１〜０．７５倍がより好ましく、０．２〜０．６倍がさらに好ましい。硬化層５の除去量の硬化層５の研磨前の厚さに対する比率が小さすぎると、前述の研磨による効果が十分に発揮されないおそれがある。一方、この比率が０．８５倍を超えると、硬化層５の残存部分が少なくなり、硬化層５を形成したことによる前述の効果が十分に発揮されないおそれがある。
【０１０１】
シャフト２の圧入工程（次記工程[３]）の直前における硬化層５の厚さ（以下単に「硬化層の厚さ」と言う）Ｔ3は、３〜１００μｍであることが好ましく、１０〜８０μｍはより好ましい。３μｍ未満であると、硬化層５を形成したことによる前述の効果が十分に発揮されないことがあり、また、１００μｍを超えても、その効果の向上がみられない。なお、本発明は、硬化層５の研磨を行なわない場合も含んでおり、この場合には、厚さＴ3は、工程[１]で形成された硬化層５の厚さそのものとなる。
【０１０２】
[３]圧入工程
次に、この硬化層５を有するシャフト２を両コア４の中心部に形成された孔４２内に圧入する。これにより永久磁石３を介して接合された一対のコア４に、シャフト２が同軸で固定され、回転子１の組み立てが完了する。
【０１０３】
圧入方法としては、例えば、油圧プレス機、エアプレス機、ハンドプレス機等が挙げられる。これらのうちでも特に、油圧プレス機によりシャフト２を圧入することが好ましい。
【０１０４】
このとき、シャフト２を圧入するコア４の内周面の形状、すなわち、孔４２の形状は、図６〜図１１のいずれでもよい。
【０１０５】
なお、本発明の回転子１の組立方法を各工程に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、[１] 〜[３]の各工程の前後に、任意の工程があってもよい。
【０１０６】
以上のようにして得られた各実施形態の回転子１を、ステータの内側に組み込んで本発明のステッピングモータとすることができる。この場合、当該ステッピングモータを構成する回転子以外の部品、すなわち、ステータ、モータハウジング、通電回路等は、公知の任意の構成のものとすることができるので、本明細書では、それらの図示および詳細な構造、作用等の説明は省略する。
【０１０７】
以上、本発明の回転子およびステッピングモータを各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０１０８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シャフトが硬化層を有することにより、圧入の際のシャフトの傷付きや破損を防止することができる。
【０１０９】
また、シャフト側に、ローレット加工やステーキング加工等を施さなくてもよいので、加工時のシャフトの変形がなく、高い真直度を保持することができるとともに、コアとシャフトとの同軸度の向上が図れる。
【０１１０】
また、硬化層の表面を研磨することにより、シャフトの真直度、外径の寸法精度、面粗度等がより高まり、同軸度や歩留まりの向上、固定の安定化、均一化が図れる。
【０１１１】
また、シャフトとコアとを、部分的に圧着した場合には、圧入作業が容易であるとともに、コアとシャフトの接触面圧を調整し、圧着力を適度な値に設定することができる。
【０１１２】
以上のことから、ステッピングモータ等のモータに適用した場合、駆動時の振動・騒音が低減され、高トルク（高性能）なモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転子の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１中の円形で囲んだ部分の拡大図である。
【図３】本発明の回転子の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の回転子の第２実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明の回転子の第３実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図６】本発明の回転子の第４実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明の回転子の第５実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明の回転子の第６実施形態を示す縦断面図である。
【図９】本発明の回転子の第７実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の回転子の第８実施形態を示す平面図である。
【図１１】図１０中のＡ-Ａ線断面図である。
【図１２】従来の回転子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 回転子
２ シャフト
２１ 外周面
３ 永久磁石
４ コア
４１ 金属板
４１ａ 金属板
４１ｂ 金属板
４２ 孔
４３ 孔
４４ 切り欠き
５ 硬化層
６ 欠損部
７ 欠損部
８ 欠損部
１０ 回転軸
１１ シャフト
１１１ 外周面
１１２ ローレット部
１２ コア
１２１ 金属板
１３ 永久磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種モータの回転子、回転子の組立方法、ステッピングモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カメラ、ビデオカメラのフォーカシングやズーミング、プリンターのの印字機能に小型のステッピングモータが用いられている。このようなステッピングモータには、その用途に関連した理由から、低消費電力であること、できるだけ低い入力値（電流）で駆動に必要なトルクが得られること、作動精度を高めるために振動を低くすること、駆動の高速化のために高周波数域まで回転が可能であること、角度精度が良いこと等の特性を要求される。このようにモータの小型化、高性能化に伴い、回転子の寸法精度の向上が要求される。
【０００３】
図１２は、従来のステッピングモータの回転子の構造を示す縦断面図である。同図に示すように、回転子１０は、シャフト１１（回転軸）と、金属板１２１を積層してなる一対のコア１２と、両コア１２の間に配置された永久磁石１３とで構成されている。
【０００４】
また、ローレット加工によって、シャフト１１の外周面１１１の一部に、シャフト１１の回転方向の滑りを防止するための、ローレット部（凹凸）１１２が形成されている。シャフト１１とコア１２とは、このローレット部１１２の凹凸を介して圧着固定されている。
【０００５】
しかし、このような従来の回転子１０では、ローレット加工する際のシャフトに加わる応力によりシャフト１１自身が変形し、要求される真直度が得られないという欠点がある。
【０００６】
また、ローレット部１１２に成形される凹凸は、高い寸法精度で形成することができないため、シャフト１１の径寸法にばらつきが生じ、シャフト１１とコア１２との固定力に不均一が生じやすい。さらには、コア４の真直度が要求される基準よりも大きくなる。
【０００７】
また、ローレット部１１２の代わりに、例えば、ステーキング加工によるステーキング（圧痕）を形成する方法もあるが、この場合でも、前記ローレット加工と同様に、加工時に、シャフト１１の変形を起こし、同様の欠損を生じる。
【０００８】
このようなことから、従来の回転子１０では、シャフト１１をコア１２の孔内に嵌入したとき、シャフト１１とコア１２の高い同軸度を得ることができず、固定強度にもばらつきが生じる。したがって、回転子１０を回転させたとき、偏心回転により振動・騒音が生じ、モータにおける回転精度の向上・高性能化の妨げとなっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、シャフトとコアとの同軸度を向上し、モータの高性能化に寄与する回転子、その組立方法およびステッピングモータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（１９）の本発明により達成される。
【００１１】
（１） 金属板を複数枚積層してなるコアと、前記コアの中心部に固定されるシャフトとを備えた回転子の組立方法であって、
前記シャフトの外周部に硬化層を形成する工程と、
そのシャフトを前記コアの中心部に形成された孔内に圧入する工程とを有することを特徴とする回転子の組立方法。
【００１２】
（２） 金属板を複数枚積層してなるコアと、前記コアの中心部に固定されるシャフトとを備えた回転子の組立方法であって、
前記シャフトの外周部に硬化層を形成する工程と、
前記硬化層の表面を研磨して、その厚さ方向の一部を除去する工程と、
そのシャフトを前記コアの中心部に形成された孔内に圧入する工程とを有することを特徴とする回転子の組立方法。
【００１３】
（３） 前記研磨による前記硬化層の除去量は、平均厚さ２０μｍ以下である上記（２）に記載の回転子の組立方法。
【００１４】
（４） 前記研磨による前記硬化層の除去量は、研磨以前の硬化層の厚さの０．０３〜０．８５倍である上記（２）または（３）に記載の回転子の組立方法。
【００１５】
（５） 前記コアは、前記孔の内面の形状により、その少なくとも一部が、前記硬化層の表面に圧着されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１６】
（６） 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板は、前記孔内において、当該金属板の厚さ方向の一部が、前記硬化層の表面に圧着されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１７】
（７） 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板が、前記シャフトの圧入に関与している上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１８】
（８） 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板は、前記孔内において、当該金属板の周方向の一部が、前記硬化層の表面に圧着されている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００１９】
（９） 前記硬化層の形成は、熱処理によりなされたものである上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２０】
（１０） 処理温度が４５０〜６５０℃、処理時間が０．１〜３時間である上記（９）に記載の回転子の組立方法。
【００２１】
（１１） 前記硬化層の形成は、窒化処理によりなされたものである上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２２】
（１２） シャフトの圧入工程の直前における前記硬化層の厚さが、３〜１００μｍである上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２３】
（１３） 前記シャフトは、軟磁性または非磁性材料で構成される上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２４】
（１４） 前記コアの内周面のビッカース硬度をＨｖ1、前記硬化層のビッカース硬度をＨｖ2としたとき、Ｈｖ2＞Ｈｖ1である上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２５】
（１５） 前記コアの内周面のビッカース硬度をＨｖ1、前記シャフトの前記硬化層より中心側の部分のビッカース硬度をＨｖ3としたとき、Ｈｖ1≧Ｈｖ3である上記（１）ないし（１４）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２６】
（１６） 前記シャフトの前記コアに対し圧着している部分の圧着力は、２０〜７００ｋｇｆ／ｍｍ2である上記（１）ないし（１５）のいずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２７】
（１７） 前記回転子は、ステッピングモータに用いられるものである上記（１）ないし（１６）いずれかに記載の回転子の組立方法。
【００２８】
（１８） 上記（１）ないし（１７）のいずれかに記載の回転子の組立方法により組み立てられたことを特徴とする回転子。
【００２９】
（１９） 上記（１８）に記載の回転子をインナーロータとして備えたことを特徴とするステッピングモータ。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転子、回転子の組立方法およびステッピングモータを添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明で、シャフトの回転軸方向（図１、３、６、７、８、９、１１中の上下方向）を、単に「軸方向」、シャフトの周軸方向を、「周方向」と言う。
【００３１】
図１は、本発明の回転子の第１実施形態を示す縦断面図、図２は、図１中の円形で囲んだ部分の拡大図である。
【００３２】
図１、図２に示す回転子１は、後述する本発明の回転子の組立方法により組み立てられたものであり、シャフト（回転軸）２と、永久磁石３と、一対のコア４とを備えている。この回転子１は、例えば、ＰＭ型、ＶＲ型、ＨＢ型のステッピングモータにおけるステータ（図示せず）の内側に配置されるインナーロータ型の回転子である。以下、これらの構造について詳述する。
【００３３】
図１に示すように、回転子１は、一対のコア４を有し、各コアの中心部には、孔４２が形成されている。シャフト２は、この孔４２に圧入され、固定されている。このとき、シャフト２の外周面２１は、後述するような孔４２の内面の形状により、コア４の少なくとも一部に圧着されている。また、永久磁石３は、一対のコア４により挟持され、回転子１を構成している。
【００３４】
本実施形態において、コア４は、複数枚の円盤形状の金属板４１を積層、一体化したものである。また、各金属板４１同士の固定は、例えば、接着剤による接着、溶接、カシメ等の方法により行なわれている。
【００３５】
図２に示すように、コア４を構成する各金属板４１のうちの少なくとも一部の金属板４１は、このコア４の孔４２内において、この金属板４１の厚さ方向の一部が、シャフト２の外周面２１、すなわち硬化層５の表面に圧着されている。特に、コア４を構成する金属板４１の全てが、このような圧着に関与していることが好ましい。
【００３６】
各金属板４１の厚さをＴ1、各金属板４１のシャフト２に圧着されている部分の厚さをＴ2としたとき、Ｔ2／Ｔ1は、特に限定されないが、Ｔ2／Ｔ1が、０．１〜０．９であることが好ましく、０．３〜０．８がより好ましい。Ｔ2／Ｔ1が、０．１未満であると、シャフト２とコア４との固定が不安定となり易く、また、０．９超であると、固着力は高いが、シャフト２を圧入する際に、高い押込力が必要となる。
【００３７】
図２に示すように、金属板４１の内周面（孔４２に臨む部分）の形状は、金属板４１の片面側の角部が、テーパ状に欠損した形状であり、この欠損部６以外の部分が、シャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）と圧着されている。
【００３８】
このように、金属板４１の内周面の形状により、金属板４１のシャフト２に対する圧着面積を調整することができる。この圧着面積を所望に設定することにより適度な圧着力で圧入固定することができる。また、この実施形態の場合、後述する実施形態４、５、６に比べ、シャフト２の圧着力が軸方向に適度に分散され、シャフト２の曲りをより有効に防止することができるという利点がある。
【００３９】
なお、欠損部６の形状は、図示のテーパ状に限らず、例えば、円弧状等の曲線状でもよい。
【００４０】
また、コア４を構成する各金属板４１は、プレス加工により成形されたものが好ましい。プレス加工によれば、所望の形状の金属板４１が、連続的に製造可能であり、そのため、生産性が高く、量産に適している。
【００４１】
コア４を構成する全ての金属板４１の形状は、同じであるのが好ましい。同形状の金属板４１を使用することにより、例えば、プレス成形で製造したときに、同じ金型で、連続的に製造することができる。このため、量産性が高く、生産性に優れて、安価となる。
【００４２】
金属板４１の構成材料としては、例えば、珪素鋼板、ステンレス鋼板、純鉄のような金属材料等が挙げられる。
【００４３】
シャフト２は、円柱状の部材であり、コア４の孔４２内に圧入され、固定されている。
【００４４】
このとき、シャフト２の外周面２１とコア４の内周面とが圧着している部分の圧着力（圧入力）は、２０〜７００ｋｇｆ／ｍｍ2であることが好ましく、８０〜５００ｋｇｆ／ｍｍ2であることがより好ましい。圧着力が、２０ｋｇｆ／ｍｍ2未満であると、シャフト２の固定が不安定となり、７００ｋｇｆ／ｍｍ2超であると、圧着部の変形や破損が生じるおそれがある。
【００４５】
シャフト２を構成する材料としては、インナーロータ型の回転子の機能上、磁化されないまたはされ難いもの、すなわち、弱磁性または非磁性材料が好ましい。その具体的な例としては、オーステナイト系ステンレス鋼、チタンまたはチタン合金、真鍮、銅または銅合金等の金属材料が挙げられる。本実施形態において、オーステナイト系ステンレス鋼製のシャフト２について代表的に説明する。
【００４６】
シャフト２は、その外周部に硬化層５を有する。シャフト２に使用される弱磁性または非磁性材料は、比較的硬度の低い材料が多いため、このような硬化層５を設けることにより、シャフト２をコア４の孔４２に圧入する際、シャフト２の外周面２１の傷付きや破損が防止される。この硬化層５の形成方法については、後に詳述する。
【００４７】
シャフト２に形成される硬化層５は、コア４の内周面（シャフト２に対する圧着面）のビッカース硬度をＨｖ1、硬化層５のビッカース硬度をＨｖ2としたとき、Ｈｖ2＞Ｈｖ1を満足するようなものであるのが好ましく、Ｈｖ2＞３Ｈｖ1を満足するようなものがより好ましい。これにより圧入の際のシャフト２の外周面２１の傷付き、破損をより有効に防止することができる。
【００４８】
また、コア４の内周面のビッカース硬度をＨｖ1、シャフト２の硬化層５より中心側の部分のビッカース硬度をＨｖ3としたとき、Ｈｖ1≧Ｈｖ3を満足することが好ましく、Ｈｖ1≧１．２Ｈｖ3を満足することがより好ましい。この場合には、硬化層５が有効に機能し、圧入の際のシャフト２の外周面２１の傷付き、破損をより確実に防止することができる。
【００４９】
前記Ｈｖ2と、前記Ｈｖ3とは、その差Ｈｖ2−Ｈｖ3が、２００以上であるのが好ましく、４００以上であることがより好ましい。これによりシャフト２の圧入の際、シャフト２の外周面２１の傷付き、破損をより有効に防止することができる。
【００５０】
前記Ｈｖ1は、５０〜４００であるのが好ましく、１００〜３００であるのがより好ましい。Ｈｖ1が、５０未満では、コア４の内周面が変形してしまう。４００超では、圧入時の圧着力が増大することとなる。
【００５１】
前記Ｈｖ2は、６００以上であるのが好ましく、８００以上であることがより好ましい。このような値とすることにより、圧入の際、シャフト２の外周面２１の傷付きをより有効に防止することができる。
【００５２】
シャフト２の材料として前述した非磁性や弱磁性材料を用いた場合、Ｈｖ3は、通常、１００〜４００程度となる。
【００５３】
なお、硬化層５は、図１に示すように、シャフト２の外周部の全体にわたって形成する場合に限らず、一部分であってもよい。例えば、図３に示すように、シャフト２をコア４に対し、矢印Ｙ方向に圧入する場合、圧入する方向の先端（シャフト２の図中下端）から圧入完了時にコア４の孔４２に対応する部分までの範囲に形成されていてもよい。すなわち、圧入の際、シャフト２の孔４２を通過しない部分には、硬化層５が形成されていなくてもよい。このような場合でも、前記と同様に、圧入の際、シャフト２の外周面２１の傷付きが防止できる。
【００５４】
永久磁石３は、リング状（円盤状）であり、両コア４間に挟持され、固定されている。また、この永久磁石３は、厚さ方向に二極着磁されている。
【００５５】
永久磁石３としては、磁気特性に優れたものが用いられ、例えば、希土類元素と遷移金属とを基本成分とするもの（例：Ｓｍ−Ｃｏ系磁石）、あるいは希土類元素と遷移金属とボロンとを基本成分とするもの（例：Ｎｄ−Ｆｅ―Ｂ系磁石）のような各種希土類磁石が好適に使用される。また、永久磁石３の形態（種類）は、例えば、ボンド磁石、焼結磁石、鋳造磁石等、いずれでもよい。
【００５６】
次に、第２実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００５７】
図４は、本発明の回転子の第２実施形態を示す部分拡大断面図である。
【００５８】
本実施形態の回転子１は、コア４を構成する金属板４１において、金属板４１の内周面の形状が前記第１実施形態と異なる。すなわち、金属板４１の両面側の角部が、テーパ状に欠損した形状（欠損部７）であり、金属板４１の厚さ方向の中央部分がシャフト２の外周面２１に圧着される。これによる作用・効果は、前記第１実施形態と同様である。
【００５９】
次に、第３実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００６０】
図５は、本発明の回転子の第３実施形態を示す部分拡大断面図である。
【００６１】
本実施形態の回転子１は、コア４を構成する金属板４１において、金属板４１の内周面の形状が前記第１実施形態と異なる。すなわち、金属板４１の中央部が、円弧状に欠損した形状（欠損部８）であり、金属板４１の厚さ方向の両端部がシャフト２の外周面２１に圧着される。これによる作用・効果は、前記第１実施形態と同様である。
【００６２】
次に、第４実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００６３】
図６は、本発明の回転子の第４実施形態を示す縦断面図である。
【００６４】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第１実施形態と異なる。すなわち、コア４は、シャフト２の圧入に関与しない金属板４１ａとシャフト２の圧入に関与する金属板４１ｂとで構成されている。
【００６５】
金属板４１ａは、中心部にシャフト２の外径よりも大きい孔４３を有し、シャフト２との間に、所定の間隙が形成されている。一方、金属板４１ｂの内周面は、シャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）に圧着している。
【００６６】
各コア４における金属板４１ｂの軸方向における位置は、コア４、４中、それらが互いに接近するような配置（すなわち、永久磁石３に近い側とされている）とされている。
【００６７】
このような構成の回転子１では、圧入に関与する金属板４１ｂの枚数を調整することにより、圧入の圧着面積を調節することができる。したがって、適度な圧着力で、シャフト２とコア４とを安定的に圧入、固定することができる。
【００６８】
金属板４１の全枚数をＮ1、圧入に関与する金属板４１の枚数をＮ2としたとき、Ｎ2／Ｎ1は、特に限定されないが、Ｎ2／Ｎ1が０．１〜０．９であることが好ましく、０．３〜０．８がより好ましい。Ｎ2／Ｎ1が、０．１未満であれば、シャフト２とコア４との固定が不安定となり易く、また、０．９超であれば、固着力は高いが、シャフト２を圧入する際に、高い押込力が必要となる。
【００６９】
次に、第５実施形態について説明する。この場合、第４実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００７０】
図７は、本発明の回転子の第５実施形態を示す縦断面図である。
【００７１】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第４実施形態と異なる。すなわち、厚入に関与する金属板４１ｂが、軸方向に、両コア４の中、永久磁石３を介して、互いに離間するように配置されている。これによる作用・効果は、前記第４実施形態と同様である。
【００７２】
次に、第６実施形態について説明する。この場合、第４実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００７３】
図８は、本発明の回転子の第６実施形態を示す縦断面図である。
【００７４】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第４実施形態と異なる。すなわち、圧入に関与する金属板４１ｂは、１つのコア４において、金属板４１ｂが、コアの厚さ方向の中心部に配置されている。これによる作用・効果は、前記第４実施形態と同様である。
【００７５】
次に、第７実施形態について説明する。この場合、第４実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００７６】
図９は、本発明の回転子の第７実施形態を示す縦断面図である。
【００７７】
本実施形態の回転子１は、コア４の積層構造が前記第４実施形態と異なる。すなわち、圧入に関与する金属板４１ｂは、軸方向に、両コア４の中、金属板４１ａと、金属板４１ｂとが、交互に積層されている。これによる作用・効果は、前記第４実施形態と同様である。なお、この実施形態の場合、前述した実施形態４、５、６に比べ、シャフト２の圧着力が軸方向に適度に分散され、シャフト２の真直度がより良好となるという利点がある。
【００７８】
なお、コア４の積層構造を各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、図６〜図９では、両コア４は、永久磁石３を介して対称的な構造となっているが、これに限らず、非対称であってもよい。
【００７９】
次に、第８実施形態について説明する。この場合、第１実施形態の回転子１との共通点については説明を省略し、主な相違点を説明する。
【００８０】
図１０は、本発明の回転子の第８実施形態を示す平面図、図１１は、本発明の回転子の第８実施形態を示すＡ-Ａ線断面図である。
【００８１】
本実施形態の回転子１は、コア４を構成する金属板４１の形状が異なる。すなわち、コア４を構成する各金属板４１のうちの少なくとも一部の金属板４１は、孔４２内において、金属板４１の周方向の一部が、シャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）に圧着されている。
【００８２】
図１０、図１１に示すように、金属板４１は、孔４２に連通する切り欠き４４を有し、切り欠き４４のない部分がシャフト２の外周面２１（硬化層５の表面）に圧着されている。この切り欠き４４は、周方向に沿って、等角度間隔に配置されている。本実施形態においては、周方向に、４つの切り欠き４４が９０°の角度間隔で配置されている。
【００８３】
また、各金属板４１は、それら切り欠き４４が軸方向に一致するように積層、配置されている。なお、図１１に示すように、各金属板４１において切り欠き４４の位置は、軸方向に一致しているが、この限りではなく、切り欠き４４の位置は、必ずしも一致していなくてもよい。
【００８４】
このように、シャフト２と圧着される金属板４１の内周面に、切り欠き４４を設けることにより、シャフト２の外周面２１との圧着面積を調整することができる。特に、切り欠き４４の面積や個数を調整することにより、適度な圧着力で、シャフト２とコア４とを安定的に圧入、固定することができる。
【００８５】
このとき、シャフト２の圧入部における外径をＬ1、金属板４１のシャフト２に接触している部分の周方向の長さの合計をＬ2としたとき、Ｌ2／Ｌ1が、０．５〜３．０であることが好ましく、１．０〜２．５がより好ましい。Ｌ2／Ｌ1が、０．５未満であると、シャフト２とコア４との固定が不安定となり易く、また、３．０超であると、固着力は高いが、シャフト２を圧入する際に、高い押込力が必要となる。
【００８６】
切り欠き４４の形状は、図１０に示すように、ほぼ台形であるが、これに限らず、例えば、円弧状、Ｖ字状等でもよい。
【００８７】
なお、図４〜図１１に記載の回転子１においても、硬化層５の形成領域は、シャフト２の全長に限らず、例えば、図３に示すように、シャフト２の軸方向の一部でもよい。
【００８８】
以上より、本発明は、第１に、図１〜図５に示すような、圧着に関与する金属板４１の内周面の形状により、第２に、図６〜図９に示すような、圧着に関与する金属板４１ｂの枚数を調整することにより、第３に、図１０〜図１１に示すような、金属板４１の圧着する部分の周方向の長さを調整することにより、シャフト２との圧着面積を調整し、シャフト２との適度な圧着力で、シャフト２とコア４とを安定的に圧入、固定することができる。
【００８９】
また、本発明では、上記第１〜第３の構成のうち、２つ以上の構成を組み合わせてもよい。
【００９０】
次に、回転子１の組立方法の一例について説明する。
【００９１】
回転子１は、シャフト２の外周部に硬化層５を形成する工程と、硬化層５の表面を研磨して、その厚さ方向の一部を除去する工程と、このシャフト２をコア４の中心部に形成された孔４２内に圧入する工程とを経て組み立てられる。
【００９２】
[１] 硬化層の形成工程
シャフト２の外周部に硬化層５を形成する。その方法は、例えば、熱処理、めっき、蒸着、スパッタリングのような表面硬化処理等が挙げられる。本実施形態の硬化層５の形成は、熱処理によりなされたものである。熱処理は、処理雰囲気、加熱温度、処理時間等を適宜調節することにより、容易に、必要な条件の硬化層５を形成することができる。
【００９３】
この熱処理は、処理温度が４００〜８００℃、処理時間が０．１〜３時間であることが好ましく、処理温度が４５０〜６５０℃、処理時間が０．５〜２時間であることがより好ましい。低温、短時間の熱処理では、シャフト２の構成材料等の条件によっては、硬化層５の硬度が不十分となるかまたは硬化層５の厚さが薄くなることがあり、また、高温、長時間の熱処理では、シャフト２自体の機械的特性（強度、靭性）等が必要以上に変化してしまうことがある。
【００９４】
この熱処理としては、例えば、窒化処理、浸炭処理、高周波焼き入れのような熱処理等が挙げられる。本実施形態は、窒化処理によりなされたものである。これにより幅広い金属材料に対応でき、必要な硬化層５を形成させることができる。また、窒素を利用することでコストの低減化が図れる。
【００９５】
また、窒化処理としては、例えば、塩浴窒化処理、ガス窒化処理のような軟窒化処理等が挙げられる。これらのうちでも、塩浴窒化処理の１種であるタフトライド処理により軟窒化処理された硬化層５が好ましい。
【００９６】
[２]硬化層の研磨工程
次に、必要に応じ、工程[１]で形成された硬化層５の表面を研磨して、その厚さ方向の一部を除去する。このように、硬化層５の一部を研磨することにより、シャフト２の真直度を向上させることができる。また、この研磨により、シャフト２の外径の寸法精度や面粗度等が向上し、シャフト２とコア４との固定力の安定化が図れる。このように、シャフト２の真直度や外径寸法精度等の向上により、回転子１の回転精度、同軸度をより高いものとすることができる。
【００９７】
また、シャフト２の面粗度が向上することは、シャフト２を保持する軸受け（滑り軸受け）との摩擦が緩和されることになるため、シャフト２および軸受けの耐久性が向上し、寿命が長くなる。
【００９８】
研磨方法としては、例えば、バフ研磨、バレル研磨、ショットブラストのような砥粒加工、化学研磨、電解研磨のような特殊加工等の研磨方法が挙げられる。これらのうちでも特に、砥粒加工により硬化層５を研磨することが好ましい。
【００９９】
本実施形態において、研磨の際の硬化層５の除去量は、２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。除去量が、２０μｍ超であると、硬化層５の形成の際にその厚さを厚くしなければならないので、硬化層５の形成に手間と時間がかかり、また、研磨作業にも手間と時間がかかる。
【０１００】
本実施形態において、研磨による硬化層５の除去量は、特に限定されないが、研磨以前の硬化層５の厚さの０．０３〜０．８５倍以下であることが好ましく、０．１〜０．７５倍がより好ましく、０．２〜０．６倍がさらに好ましい。硬化層５の除去量の硬化層５の研磨前の厚さに対する比率が小さすぎると、前述の研磨による効果が十分に発揮されないおそれがある。一方、この比率が０．８５倍を超えると、硬化層５の残存部分が少なくなり、硬化層５を形成したことによる前述の効果が十分に発揮されないおそれがある。
【０１０１】
シャフト２の圧入工程（次記工程[３]）の直前における硬化層５の厚さ（以下単に「硬化層の厚さ」と言う）Ｔ3は、３〜１００μｍであることが好ましく、１０〜８０μｍはより好ましい。３μｍ未満であると、硬化層５を形成したことによる前述の効果が十分に発揮されないことがあり、また、１００μｍを超えても、その効果の向上がみられない。なお、本発明は、硬化層５の研磨を行なわない場合も含んでおり、この場合には、厚さＴ3は、工程[１]で形成された硬化層５の厚さそのものとなる。
【０１０２】
[３]圧入工程
次に、この硬化層５を有するシャフト２を両コア４の中心部に形成された孔４２内に圧入する。これにより永久磁石３を介して接合された一対のコア４に、シャフト２が同軸で固定され、回転子１の組み立てが完了する。
【０１０３】
圧入方法としては、例えば、油圧プレス機、エアプレス機、ハンドプレス機等が挙げられる。これらのうちでも特に、油圧プレス機によりシャフト２を圧入することが好ましい。
【０１０４】
このとき、シャフト２を圧入するコア４の内周面の形状、すなわち、孔４２の形状は、図６〜図１１のいずれでもよい。
【０１０５】
なお、本発明の回転子１の組立方法を各工程に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、[１] 〜[３]の各工程の前後に、任意の工程があってもよい。
【０１０６】
以上のようにして得られた各実施形態の回転子１を、ステータの内側に組み込んで本発明のステッピングモータとすることができる。この場合、当該ステッピングモータを構成する回転子以外の部品、すなわち、ステータ、モータハウジング、通電回路等は、公知の任意の構成のものとすることができるので、本明細書では、それらの図示および詳細な構造、作用等の説明は省略する。
【０１０７】
以上、本発明の回転子およびステッピングモータを各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０１０８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シャフトが硬化層を有することにより、圧入の際のシャフトの傷付きや破損を防止することができる。
【０１０９】
また、シャフト側に、ローレット加工やステーキング加工等を施さなくてもよいので、加工時のシャフトの変形がなく、高い真直度を保持することができるとともに、コアとシャフトとの同軸度の向上が図れる。
【０１１０】
また、硬化層の表面を研磨することにより、シャフトの真直度、外径の寸法精度、面粗度等がより高まり、同軸度や歩留まりの向上、固定の安定化、均一化が図れる。
【０１１１】
また、シャフトとコアとを、部分的に圧着した場合には、圧入作業が容易であるとともに、コアとシャフトの接触面圧を調整し、圧着力を適度な値に設定することができる。
【０１１２】
以上のことから、ステッピングモータ等のモータに適用した場合、駆動時の振動・騒音が低減され、高トルク（高性能）なモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転子の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１中の円形で囲んだ部分の拡大図である。
【図３】本発明の回転子の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の回転子の第２実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明の回転子の第３実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図６】本発明の回転子の第４実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明の回転子の第５実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明の回転子の第６実施形態を示す縦断面図である。
【図９】本発明の回転子の第７実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の回転子の第８実施形態を示す平面図である。
【図１１】図１０中のＡ-Ａ線断面図である。
【図１２】従来の回転子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 回転子
２ シャフト
２１ 外周面
３ 永久磁石
４ コア
４１ 金属板
４１ａ 金属板
４１ｂ 金属板
４２ 孔
４３ 孔
４４ 切り欠き
５ 硬化層
６ 欠損部
７ 欠損部
８ 欠損部
１０ 回転軸
１１ シャフト
１１１ 外周面
１１２ ローレット部
１２ コア
１２１ 金属板
１３ 永久磁石
Claims (18)
- 金属板を複数枚積層してなるコアと、前記コアの中心部に固定されるシャフトとを備えた回転子の組立方法であって、
前記シャフトの外周部に硬化層を形成する工程と、
前記コアを構成する各金属板のうち、前記シャフトの表面と接触する個々の金属板は、前記コアの中心部に形成された孔内において、当該金属板の厚さの範囲内に、その厚さ方向に平らな平坦部と、円周方向に欠損した欠損部とを備え、前記平坦部のみが前記シャフトの表面に圧着されるように構成されたコアの前記孔内に、前記工程で得るシャフトを圧入する工程とを有することを特徴とする回転子の組立方法。 - 金属板を複数枚積層してなるコアと、前記コアの中心部に固定されるシャフトとを備えた回転子の組立方法であって、
前記シャフトの外周部に硬化層を形成する工程と、
前記硬化層の表面を研磨して、その厚さ方向の一部を除去する工程と、
前記コアを構成する各金属板のうち、前記シャフトの表面と接触する個々の金属板は、前記コアの中心部に形成された孔内において、当該金属板の厚さの範囲内に、その厚さ方向に平らな平坦部と、円周方向に欠損した欠損部とを備え、前記平坦部のみが前記シャフトの表面に圧着されるように構成されたコアの前記孔内に、前記工程で得るシャフトを圧入する工程とを有することを特徴とする回転子の組立方法。 - 前記研磨による前記硬化層の除去量は、平均厚さ２０μｍ以下である請求項２に記載の回転子の組立方法。
- 前記研磨による前記硬化層の除去量は、研磨以前の硬化層の厚さの０．０３〜０．８５倍である請求項２または３に記載の回転子の組立方法。
- 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板は、前記孔内において、当該金属板の厚さ方向の一部が、前記硬化層の表面に圧着されている請求項１ないし４のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板が、前記シャフトの圧入に関与している請求項１ないし５のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記コアを構成する各金属板のうちの少なくとも１つの金属板は、前記孔内において、当該金属板の周方向の一部が、前記硬化層の表面に圧着されている請求項１ないし６のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記硬化層の形成は、熱処理によりなされたものである請求項１ないし７のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 処理温度が４５０〜６５０℃、処理時間が０．１〜３時間である請求項８に記載の回転子の組立方法。
- 前記硬化層の形成は、窒化処理によりなされたものである請求項１ないし９のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- シャフトの圧入工程の直前における前記硬化層の厚さが、３〜１００μｍである請求項１ないし１０のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記シャフトは、軟磁性または非磁性材料で構成される請求項１ないし１１のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記コアの内周面のビッカース硬度をＨｖ1、前記硬化層のビッカース硬度をＨｖ2としたとき、Ｈｖ2＞Ｈｖ1である請求項１ないし１２のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記コアの内周面のビッカース硬度をＨｖ1、前記シャフトの前記硬化層より中心側の部分のビッカース硬度をＨｖ3としたとき、Ｈｖ1≧Ｈｖ3である請求項１ないし１３のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記シャフトの前記コアに対し圧着している部分の圧着力は、２０〜７００ｋｇｆ／ｍｍ2である請求項１ないし１４のいずれかに記載の回転子の組立方法。
- 前記回転子は、ステッピングモータに用いられるものである請求項１ないし１５いずれかに記載の回転子の組立方法。
- 請求項１ないし１６のいずれかに記載の回転子の組立方法により組み立てられたことを特徴とする回転子。
- 請求項１７に記載の回転子をインナーロータとして備えたことを特徴とするステッピングモータ。
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