JP4145083B2 - モータおよび計器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータおよび計器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時の自動車のスピードメータ、タコメータ等の計器の可動部には、アクチュエータ部品としてステッピングモータが用いられている。自動車等の計器に用いられるステッピングモータに関する技術としては、例えば特開平5−161333号公報、あるいは特開平9−222338号公報に記載されたものがある。
【0003】
ステッピングモータは、例えば、計測量や計測値を表示するための目盛りが配置された表示板と、プリント回路板(Printed Circuit Board=PCB)と、の間に配置され、計器の可動部を構成している。ステッピングモータの、回転軸の一方(表示板側)の縁端には、指針が備え付けられている。
【0004】
計器は、視認性向上のために指針と、文字、数字等の目盛りを備える表示板に、光を誘導させる必要がある。指針および表示板の、特に指針の視認性を向上させる手段としては、例えば、PCBに発光素子を配置し、表示板の背面とステッピングモータとの間に、アクリル等の光透過性樹脂で形成される導光板を配置して光路を形成する。そして、光源である発光素子から、光を表示板の背後から指針に導いて、指針及び表示板に光を照射する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、比較的広範囲に照射された光を効率良く指針に誘導するのは困難である。このため、指針等の高い視認性を得るには、光を集約させ、光の利用効率を高めるための工夫がさらに必要となる。
従って、上記従来技術では、指針等に光を導くための導光板等を必要とするため、計器は複雑な構造となる。ひいては、導光板の厚み等を考慮しなくてはならないので、計器の設計の自由度は限定されてしまう。
【0006】
本発明は、前記従来技術が持っていた問題点に鑑みてなされ、簡単な構成で計器の視認性を向上させることが可能なモータおよびこれを備えた計器を提供することを目的とする。
また、本発明は、モータ回転軸先端に光を導いて指針を発光させることが可能なモータおよびこれを備えた計器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明の第1の観点に係るモータは、
円筒状ロータマグネットとスリーブと回転軸から構成されるロータ部と、
前記ロータ部を内側に収容し、励磁コイルを備えたステータ部と、
樹脂製のフロントプレートと、
樹脂製のエンドプレートと、
両端が開放された円筒形状を有する回転軸と、を備えたモータであって、
前記回転軸は軸方向に光が通過可能で、前記回転軸の内側に光反射層をコーティングしてなることを特徴とする。
このような構成を採用することにより、高い利用効率でモータ回転軸の先端に光を導くことができる。
【0008】
前記回転軸が中空パイプであってもよい。
前記回転軸の内部に光透過性樹脂が充填されてなるものであってもよい。
前記回転軸の内部に挿通される光ファイバを備えてもよい。
【0009】
前記フロントプレートと前記エンドプレートはそれぞれ中央部に前記ロータ部のスラスト方向へのアキシャルプレイを防止するための突起を備え、該突起にはそれぞれ前記回転軸を軸支する軸受を具備してもよい。
【0010】
前記の課題を解決するため、本発明の第2の観点に係る計器は、
指標部を有し、貫通孔が形成された表示板と、
前記表示板の一面側に配置され、一端が前記貫通孔を介して前記表示板の他面側に突出する、軸方向に光が通過可能な回転軸を備えるモータと、
前記回転軸の前記一端に前記回転軸を通過した光を受光するように設置され、光透過性材料から構成される指針と、
前記モータを載置するプリント回路板とからなり、
前記回転軸の内側に光反射層をコーティングし、前記回転軸の他端に前記光を供給可能な光源を備える、ことを特徴とする。
このような構成を採用することにより、計器の視認性を向上させることが可能となる。
前記光源が前記プリント回路板に具備されてもよい。
前記回転軸の内部に光ファイバを挿通し、該光ファイバの一端が前記光源に接続されると共に他端が前記指針の内部に伸長し、前記光ファイバの光が前記表示板の所定の位置に配置された検出器にて検出されることによって電気信号を生成し、該電気信号にて警報を作動させるようにしてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施の形態では、本発明をステッピングモータおよびこれを備えた計器に用いた例について説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るステッピングモータの断面図である。
ステッピングモータ1は、例えば、スピードメータ、タコメータ等の指示計器の可動部に、アクチュエータ部品として用いられ、ロータ部10と、ステータ部20と、フロントプレート31と、エンドプレート32と、を備える。
【0012】
ロータ部10は、円筒状ロータマグネット11と、樹脂スリーブ12と、スリーブ13と、回転軸14と、から構成される。
円筒状ロータマグネット11は、例えば、ハードフェライト等の磁性材料から構成され、その中央部には、貫通孔15が設けられる。この貫通孔15は、樹脂スリーブ12を収容可能な径を有する。
【0013】
樹脂スリーブ12は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PolyButylene Terephthalate=PBT)樹脂等の熱可塑性樹脂から構成され、スリーブ13を固着する。スリーブ13と円筒状ロータマグネット11は樹脂スリーブ12によりモールド一体化されている。スリーブ13は、例えば、アルミ、真鍮等から形成されており、中央に貫通孔16が設けられている。この貫通孔16は、回転軸14の外周とほぼ等しい大きさの径を有する。
【0014】
回転軸14は、例えば、ステンレス等の金属製パイプから形成されている。また、回転軸14は、図1及び図2に示すように、円筒形状を有し、中空部17を有する。この中空部17は回転軸14の先端に光を誘導するための光路を形成している。中空部17の内壁には、光を反射させて光の減衰を防止するための光反射層18がコーティングされている。光反射層18は、例えば、銀等の反射性材料から構成されている。なお、光反射層18を設けない構成としてもよい。
なお、図2において、図を見やすくするために回転軸14の一部を省略する。
【0015】
ステータ部20は、図1に示すように、モールド樹脂4と、ボビン21、22と、励磁コイル23,24と、ステータヨーク25,26,27,28と、樹脂製のカバーリング2,3と、から構成されている。
モールド樹脂4は、ステータ部20の各部品の位置決め及びモールド一体化を行い、例えばPBT樹脂から構成される。
【0016】
ステータヨーク25,26,27,28は、例えば、純鉄等の磁性を有する薄鋼板から形成される。ステータヨーク25、26と、ステータヨーク27、28とはそれぞれ、ボビン21,ボビン22を包容する。それぞれの中央部には、中空部25a,26a,27a,28aが設けられる。
【0017】
中空部25a,26a,27a,28aの円周に沿って、励磁コイル23,24の磁路を形成する複数の極歯25b、26b、27b、28bが配置されている。
なお、図1において、図を見やすくするため極歯25b、26b、27b、28bを除いて、その他複数の極歯を省略する。
【0018】
ステータヨーク25と26,ステータヨーク27と28がそれぞれ組み合わされ、積層される。これにより、各中空部25a,26a,27a,28aが相まって、中空部20aを形成する。
【0019】
この中空部20aは、ロータ部10を収容し、かつロータ部10の回転動作を自在に行える大きさの径を有する。従って、中空部20aは、ロータ部10が収容された状態で、複数の極歯25b、26b、27b、28bと円筒状ロータマグネット11との間に必要なクリアランスを持つ。
【0020】
ボビン21、22は、PBT等の樹脂にて構成され、「H」字状の断面を有する。また、ボビン21、22は、マグネットワイヤーを巻くための円筒部を備える。円筒部の周囲にマグネットワイヤーが幾層にも巻かれることにより、励磁コイル23,24が形成されている。励磁コイル23,24の外周には、絶縁および励磁コイル23,24の飛び出し防止のために樹脂製のカバーリング2,3が配置されている。
【0021】
励磁コイル23,24を有するボビン21,22は、それぞれステータヨーク25,26と、ステータヨーク27,28とに収容され、ステータヨーク25,26,27,28と、励磁コイル23,24とにより、ステータが構成されている。また、ボビン21,22には、励磁コイル23,24に電流を供給するための端子5,6が設けられている。
【0022】
フロントプレート31とエンドプレート32は、ともに樹脂製であり、その中央部には、ロータ部10のスラスト方向へのアキシャルプレイを防止するために突起33,34が設けられている。突起33,34には、それぞれ回転軸14の回転を支えるためにベアリング33a,34aが備えられている。
【0023】
次に、このステッピングモータ1の組み立て方法を説明する。
ロータマグネット11とスリーブ13とをPBT等の樹脂スリーブ12を用いてモールド一体化し、次にスリーブ13の貫通孔16に、回転軸14を圧入してロータ部10を形成する。
【0024】
ボビン21,22にマグネットワイヤーを巻き付けて励磁コイル23,24を形成する。なお、導線の太さ、巻数、長さ、またはボビン21,22の円筒の直径は、ステッピングモータ1の用途に応じて任意で決定する。
励磁コイル23,24の外周を樹脂製のカバーリング2,3で被覆する。
【0025】
励磁コイル23,24を有するボビン21,22を、それぞれ、ステータヨーク25、26と、ステータヨーク27、28とに収容してステータを組み立てる。ステータヨーク25,26を、他のステータヨーク27,28に積み重ねて、モールド成型により、各部品の位置決め、及び一体化を行う。積層されたステータヨーク25,26とステータヨーク27,28とによって形成される中空部20aにロータ部10を収容する。
【0026】
エンドプレート32のベアリング34aに回転軸14の一端を縦貫させ、ロータ部10及びステータ部20を、エンドプレート32上に配置する。一方、フロントプレート31のベアリング33aに回転軸14の他端を縦貫させ、ロータ部10及びステータ部20に被せるようにフロントプレート31を配置する。なお、ここでフロントプレート31は、ステータ部20の組み立てと同様にPBT等の熱可塑性樹脂にて形成される。
【0027】
このように組み立てられたステッピングモータ1を、指示計器のアクチュエータ部品として利用する。
図3に示すように、ステッピングモータ1をプリント回路板(PCB)35上に載置して、例えば、外部図示しない演算回路や駆動回路から信号(電流)を励磁コイル23,24の端子5,6に供給することにより、ステッピングモータ1はロータ部10を回転駆動させる。
【0028】
アクチュエータ部品を構成するため、ステッピングモータ1は、指針7と、表示板9と、PCB35とを備えている。
指針7は、例えば、アクリル、ポリカーボネイト等の透明樹脂から構成されており、透光性を有する。このため、光が回転軸14の中空部17を通過して指針7の内部に導かれると、指針7は光輝を放つ。
【0029】
表示板9は、例えば、ステンレス、アルミニウム等から形成されるシートメタルであり、表面は、光沢を防止するために塗装されている。一方の塗装面には、走行速度やエンジン回転数等の、計測量表示のための、文字あるいは数字等の目盛りがプリントされている。目盛りには、例えば、蛍光塗料が用いられ、照射されると光輝を放つ。表示板9の中央には、ロータ部10の回転軸14を通す貫通孔9aが設けられている。
【0030】
PCB35は、励磁コイル23,24に流れる電流を給電、制御する。このPCB35には、回転軸14の中空部17(光路)に光を通過させるための貫通孔36が設けられ、光源として、LED37が配置されている。なお、図6に示すように、エンドプレート32の形状を変えれば、PCB35に孔36が不要となり、PCB35の簡素化が図れる。
【0031】
上述のステッピングモータ1の励磁コイル23,24に信号を供給し、ステッピングモータ1を駆動させる。励磁コイル23,24に供給される信号は、例えば、車両の走行速度やエンジン回転数に応じて、外部の演算回路や駆動回路によって制御される。ステッピングモータ1は、計測量に応じた信号に従って、ロータ部10を回転させる。よって、指針7が表示板9上の信号に応じた数字または文字を指し示すことにより、ステッピングモータ1は計測量及び計測値表示を行う。
【0032】
計測量値表示中に、LED37からの光が中空部17を通る。光は光反射層18によって反射、屈折されつつ回転軸14の先端に導かれ、指針7の内部に到達する。指針7に到達した光により、指針7は光輝を発する。
【0033】
以上のような構成を採用することにより、本実施の形態のステッピングモータ1は、以下の利点を有する。
(1)回転軸14を通して光を直接指針7に導くことができ、光の分散は防止され、効率良く光を利用することが可能となる。従って、比較的低い発光エネルギ消費量で、指針7の高い輝度が得られ、この結果、計器の視認性の向上が可能となる。
【0034】
(2)また、上記した構成では、中空円筒状の回転軸14を用いるだけで、光の効率的な利用が可能となる。従って、指針7に光を導くための構造(光透過性樹脂層)を用いる必要がなく、簡単な構成で上記効果が得られる。
さらに、光源のLED37をPCB35の背後に設けることから、ステッピングモータの全体を高い自由度で設計することが可能である。
(3)あるいは、回転軸14を金属から構成していることから、軸受部の耐久性が劣化することなく、通常のステッピングモータと同様の長寿命が得られる。
【0035】
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、ロータ部10の回転軸14に中空部17を設けたが、図4に示すように、この中空部17に、例えば、ポリカーボネイト等の光透過性樹脂17aを充填してもよい。この場合には、光路は光透過性樹脂17aにより形成される。
【0036】
光透過性樹脂17aの充填工程は、回転軸14とロータマグネット11とをモールド樹脂12で一体化する工程で、同時に行うことができる。そのため特に新たな工程を必要としない。
【0037】
光透過性樹脂17aを充填することにより、このステッピングモータ1は、回転軸14に形成された光路に埃が進入するのを防止することができる。よって、光路の密閉性が向上し、光路に埃が詰まって光が遮断されることがない。すなわち、このステッピングモータ1は、常に光路を確保することができる。
【0038】
(第3の実施の形態)
第2の実施の形態では、回転軸14の中空部17に光透過性樹脂17aを充填したが、図5に示すように、透明樹脂17aの代わりに光ファイバ17bを通してもよい。この光ファイバ17bの一端は、LED37に接続され、他端は、指針7の内部に延びている。このように光ファイバ17bを回転軸14内に挿通させて光を導くことにより、光の発散、減衰が防止され、光の利用効果を一層高めることができる。
【0039】
また、光ファイバ17bを挿通することにより、指針7は、光信号を表示板9上に伝搬することができる。例えば、スピードメータの表示板に刻まれている80km/h値の目盛り付近に光検出器を配置する。指針7が80km/h値の目盛りを指し示すと、光検出器は光を検出し、電気信号を生成する。この電気信号を利用して、スピードオーバー警報ブザーを作動させることも可能である。
【0040】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、円筒状ロータマグネット11には、永久磁石ではなく、電磁石を用いてもよい。
回転軸14に、複数のスリットを入れてもよい。この場合には、表示板9の複数箇所を照射することも可能である。
あるいは、回転軸14を金属以外の材料、例えば、樹脂、強化プラスチックから構成してもよい。
上記実施の形態では、本発明をステッピングモータに用いた例について説明したが、これに限定されず、サーボモータ等の他のモータに適用することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で計器の視認性を向上させることが可能なモータ及びこれを備えた計器が提供される。また、本発明によれば、モータ回転軸先端に光を導いて指針を発光させることが可能なモータを備えた計器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るステッピングモータの断面図である。
【図2】図1のステッピングモータに用いられる回転軸を示す斜視図である。
【図3】図1のステッピングモータを利用した計器のアクチュエータ部の断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態にかかるステッピングモータの回転軸の断面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態にかかるステッピングモータの回転軸及び指針の断面図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態にかかるステッピングモータの変形例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1 ステッピングモータ
7 指針
9 表示板
14 回転軸
17a 光透過性樹脂
17b 光ファイバ
18 光反射層
37 光源
40 計器
Claims (8)
- 円筒状ロータマグネットとスリーブと回転軸から構成されるロータ部と、
前記ロータ部を内側に収容し、励磁コイルを備えたステータ部と、
樹脂製のフロントプレートと、
樹脂製のエンドプレートと、
両端が開放された円筒形状を有する回転軸と、を備えたモータであって、
前記回転軸は軸方向に光が通過可能で、前記回転軸の内側に光反射層をコーティングしてなることを特徴とするモータ。 - 前記回転軸が中空パイプであることを特徴とする請求項1に記載のモータ。
- 前記回転軸の内部に光透過性樹脂が充填されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ。
- 前記回転軸の内部に挿通される光ファイバを備える、ことを特徴とする請求項2に記載のモータ。
- 前記フロントプレートと前記エンドプレートはそれぞれ中央部に前記ロータ部のスラスト方向へのアキシャルプレイを防止するための突起を備え、該突起にはそれぞれ前記回転軸を軸支する軸受を具備してなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のモータ。
- 指標部を有し、貫通孔が形成された表示板と、
前記表示板の一面側に配置され、一端が前記貫通孔を介して前記表示板の他面側に突出する、軸方向に光が通過可能な回転軸を備えるモータと、
前記回転軸の前記一端に前記回転軸を通過した光を受光するように設置され、光透過性材料から構成される指針と、
前記モータを載置するプリント回路板とからなり、
前記回転軸の内側に光反射層をコーティングし、前記回転軸の他端に前記光を供給可能な光源を備える、ことを特徴とする計器。 - 前記光源が前記プリント回路板に具備されてなることを特徴とする請求項6に記載の計器。
- 前記回転軸の内部に光ファイバを挿通し、該光ファイバの一端が前記光源に接続されると共に他端が前記指針の内部に伸長し、前記光ファイバの光が前記表示板の所定の位置に配置された検出器にて検出されることによって電気信号を生成し、該電気信号にて警報を作動させるようにしたことを特徴とする請求項6又は7に記載の計器。
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