JP4751761B2 - モータおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、モータおよびその製造方法に関するものである。
デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、FDD、ODDなどに用いられるステッピングモータなどにおいてロータの慣性モーメントが小さい場合には、ロータの回転ムラや振動が発生する。そのため、回転軸に円筒状のイナーシャリングを取り付けることが多いが、イナーシャリングの外径寸法が大きいほど大きな慣性モーメントを得ることができる。
しかしながら、回転軸の長手方向のうち、ステータの内側に位置する部分にイナーシャリングを設けると、イナーシャリングが占有する部分だけモータが大型化してしまう。また、ステータの内側にイナーシャリングを配置すると、ステータの内径寸法以上のイナーシャリングを設けることは不可能である。一方、ロータの共振を防止するための技術であるが、慣性負荷を回転軸の長手方向のうち、ステータの反出力端部から突出した基端側に固着した構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平7−236263号公報
しかしながら、特許文献1に開示の構成のように、イナーシャリングを回転軸の長手方向のうち、ステータの反出力端部から突出した基端側に固着した構成では、モータの全長が長くなってしまう。また、ロータの振動を防止するために、回転軸の先端側を軸受で支持するとともに、回転軸の基端側で回転軸を先端側に向けてバネにより付勢する構成を採用しようとした際、バネを保持する部分がなくなってしまうという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、回転軸の基端側で回転軸を先端側に向けて付勢する構成を採用する場合でも、回転軸の慣性モーメントを大きくすることのできるモータおよびその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、回転軸の周りにロータマグネットを備えたロータと、前記ロータマグネットに半径方向外側で対向するステータとを有するモータにおいて、前記回転軸の基端側で当該回転軸をモータ軸線の先端側に向けて付勢する付勢手段を有するとともに、前記回転軸の先端側で前記ステータの出力側端部から突出する出力軸部に金属製のイナーシャリングが固着され、前記出力軸部は、第1の段部を挟む両側のうち、先端側に小径の第1の軸部を備え、基端側に第2の軸部を備え、前記第1の段部はテーパ面になっており、前記イナーシャリングは前記第1の軸部に固着されているとともに、当該イナーシャリングの中央穴において前記第2の軸部側に位置する開口縁は、前記第1の段部がモータ軸線となすテーパ角よりも大きな角度をモータ軸線となす傾斜面を備えていることを特徴とする。
本発明では、回転軸の先端側でステータの出力側端部から突出する出力軸部に金属製のイナーシャリングが固着されているため、ステータの内側でイナーシャリングを設けた場合と違って、モータを小型化でき、かつ、ステータの内径寸法以上のイナーシャリングを設けることができる。また、回転軸の先端側の出力軸部にイナーシャリングを固着したため、ステータの反出力端部から突出した基端側にイナーシャリングを固着した構成と違って、回転軸の基端側で回転軸を先端側に向けて付勢するための付勢手段をステータの反出力側端部などに固定した構造を採用することができる。このように構成すると、イナーシャリングを第1の段部で位置決めできる。また、イナーシャリングを第1の軸部に通した際、イナーシャリングの傾斜面と第1の段部のテーパ面でイナーシャリングの半径方向における位置を規定でき、イナーシャリングを出力軸部に同心状に取り付けることができる。
本発明において、前記ステータの出力側端部にモータフレームが固着され、当該モータフレームは、前記回転軸が貫通する回転軸挿通穴をもって前記ステータの出力側端部に固着された固定板部と、該固定板部に対向して前記回転軸の先端部を支持する支持板部と、前記固定板部と前記支持板部とを連結する連結板部とを備えている構成を採用することができる。
このような構成のモータを製造するには、ステータの出力側端部にモータフレームを固着した後、前記回転軸を該回転軸の先端側から前記ステータの内側および前記回転軸挿通穴に通し、次に、前記出力軸部に前記イナーシャリングを通し、しかる後に、当該イナーシャリングを前記出力軸部に固着することを特徴とする。このように構成すると、ステータの出力側端部にモータフレームを固着した後でも、ロータをステータの内側に通すことができる。また、イナーシャリングの外径寸法が回転軸挿通穴の内径寸法に比して大きく、かつ、ロータマグネットの外径寸法が回転軸挿通穴の内径寸法に比して大きい場合でもモータの組み立てが可能である。
本発明において、前記イナーシャリングの外径寸法は、前記ロータマグネットの外径寸法に比して大きいことが好ましい。このように構成すると、大きな慣性モーメントを得ることができる。
本発明において、前記イナーシャリングは、前記出力軸部のうち、外部に回転力を伝達する回転伝達部よりも先端側に固着されていることが好ましい。このように構成すると、出力軸部の回転伝達部にイナーシャリングを通す必要がないので、回転伝達部を大径に形成した場合でも、イナーシャリングを取り付けることができる。また、出力軸部の先端側を細径にすれば、内径寸法の小さなイナーシャリングを取り付けることができので、外径寸法が同一であっても質量の大きなイナーシャリングを用いることができ、大きな慣性モーメントを得ることができる。さらに、出力軸部の回転伝達部にイナーシャリングを通す必要がないので、回転伝達部に形成されたネジ溝などを、イナーシャリングを通す際に傷つけることがない。
本発明において、前記第1の段部、および前記イナーシャリングの中央穴において前記第2の軸部側に位置する開口縁は、いずれも円錐面になっている構成を採用することが好ましい。
本発明において、前記イナーシャリングは前記出力軸部に接着剤により固着され、前記イナーシャリングの中央穴の一方側の開口縁に形成された前記傾斜面と前記出力軸部の前記第1の段部との間に接着剤溜まりとしての隙間が構成されていることが好ましい。このように構成すると、イナーシャリングを出力軸部に接着剤により固着した際、イナーシャリングと出力軸部との間から溢れた接着剤が余計な場所まで流れない。それ故、接着剤が回転伝達部に付着してしまうことを防止することができる。
本発明において、前記出力軸部は、前記第2の軸部に対して前記第1の軸部とは反対側に前記第2の軸部の外径寸法よりも大きな外径寸法の第3の軸部を備え、当該第3の軸部と前記第2の軸部との間に第2の段部が形成されていることが好ましい。このように構成すると、イナーシャリングと出力軸部との間から溢れた接着剤は第2の段部で確実に堰き止められるので、接着剤が第3の軸部に付着してしまうことを確実に防止することができる。
本発明において、前記出力軸部のうち前記イナーシャリングが固着された部分に接着剤を保持するための溝が形成されていることが好ましい。このように構成すると、出力軸部のうち、溝が形成されている部分に接着剤を塗布した後、出力軸部上でイナーシャリングをずらして出力軸部とイナーシャリングとの間に接着剤を介在させた状態とする際、溝によって十分な量の接着剤を保持することができる。
本発明では、回転軸の先端側でステータの出力側端部から突出する出力軸部に金属製のイナーシャリングが固着されているため、ステータの内側でイナーシャリングを設けた場合と違って、モータを小型化でき、かつ、ステータの内径寸法以上のイナーシャリングを設けることができる。また、回転軸の先端側の出力軸部にイナーシャリングを固着したため、ステータの反出力端部から突出した基端側にイナーシャリングを固着した構成と違って、回転軸の基端側で回転軸を先端側に向けて付勢するための付勢手段をステータの反出力側端部などに固定した構造を採用することができる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用したモータの一例を説明する。
(全体構成)
図1は、本発明を適用したステッピングモータの半断面図である。図1に示すように、本形態のモータ1は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、FDD、ODDなどに用いられる小型のステッピングモータであり、ステータ40では、コイル25が巻回された環状の第1のボビン2Aと第2のボビン2Bとがモータ軸線L方向に重ねて配置されている。第1のボビン2Aにおいてモータ軸線L方向の両側には、環状の内ステータコア3Aおよび外ステータコア4Aが重ねて配置され、第2のボビン2Bにおいてモータ軸線L方向の両側には、環状の内ステータコア3Bおよび外ステータコア4Bが重ねて配置されており、第1のボビン2Aおよび第2のボビン2Bの内周面では、内ステータコア3A、3Bおよび外ステータコア4A、4Bの複数の極歯49が周方向に並んだ構成となっている。このようにして、ロータ配置穴30を備えた円筒状のステータ40が構成されており、このロータ配置穴30の内側には、ロータ5の基端側が同軸状に配置されている。ロータ5は、回転軸51の基端側の周りにロータマグネット55を備えており、このロータマグネット55は、ロータ配置穴30の内側において、ステータ40の極歯49と所定の間隔を介して対向している。
本形態では、外ステータコア4A、4Bの外周部分によって円筒状のケース10が構成され、かかるケース10の内部に、コイル25、内ステータコア3A、3B、および外ステータコア4A、4Bを備えたステータ40と、ロータ5の基端側とが配置された構造になっている。
回転軸51は、基端側の軸端53が鋼球71を介して軸受72によって支持され、鋼球71は、回転軸51の軸端53において凹錐面を備えた凹部530と、軸受72において凹錐面を備えた凹部720とによって保持されている。ステータ40の反出力側端部(外ステータコア4A)には、ステータ40と少なくとも一部が重なるように、金属の焼結体などからなる板状の軸受ホルダ70が配置されており、軸受72は、軸受ホルダ70の貫通穴700に移動可能に装着されている。
軸受ホルダ70よりさらに反出力側には、金属板からなる与圧付与部材90(付勢手段)が軸受ホルダ70と少なくとも一部が重なるように配置されており、与圧付与部材90は、外周縁から軸受ホルダ70の側に延びた4つの爪部が軸受ホルダ70の外周縁に係合することにより、軸受ホルダ70に固定されている。与圧付与部材90では、板バネ部91が軸受72の側に切り起こされており、板バネ部91は、貫通穴80内の軸受72を回転軸51に向けて付勢し、回転軸51に対して与圧を付与している。
ステータ40の出力側にはモータフレーム6が配置されており、このモータフレーム6は、回転軸51が貫通する回転軸挿通穴60をもってステータ40の出力側端部(外ステータコア4B)に固着された固定板部61と、この固定板部61に対向して回転軸51の先端部を支持する支持板部62と、固定板部61と支持板部62とを連結する連結板部63とを備えている。支持板部62には軸受77が保持されており、軸受77において凹錐面を備えた凹部770と、回転軸51の先端側の軸端54において凹錐面を備えた凹部540との間に鋼球76が配置されている。
(イナーシャリングおよびその取り付け構造)
図2(a)、(b)、(c)は、図1に示すステッピングモータのロータの説明図、その先端部分を拡大して示す説明図、およびイナーシャリングの断面図である。
本形態のモータ1において、ロータ5の慣性モーメントが小さい場合には、ロータ5に回転ムラや振動が発生する。そこで、本形態では、以下に説明するように、回転軸51に対して金属製のイナーシャリング8を取り付けてロータ5の慣性モーメントを大きくしている。
図1および図2(a)、(b)に示すように、本形態では、まず、回転軸51の先端側でステータ40の出力側端部から突出する出力軸部52には、外部に回転力を伝達するネジ溝を備えた回転伝達部520が形成されており、イナーシャリング8は、出力軸部52のうち、回転伝達部520よりも先端側に固着されている。ここで、出力軸部52は、先端側から基端側に向けて、小径の第1の軸部521、第1の段部526、第1の軸部521より大径の第2の軸部522、第2の段部527、第2の軸部522より大径の第3の軸部523が構成され、第3の軸部523が回転伝達部520になっている。
第1の段部526は、外周面が円錐面(テーパ面)になっており、第2の段部527も外周面が円錐面(テーパ面)になっている。ここで、第1の段部526および第2の段部527を構成する円錐面は、出力軸部52の基端側から先端側に向かって縮径している。なお、回転軸51の基端側においてロータマグネット55が固着されている部分は、第1の軸部521よりもわずかに小径になっている。
本形態では、第1の軸部521にイナーシャリング8が接着剤により固定されており、第1の軸部521には、接着剤を保持するための周溝525が形成されている。
図2(c)に示すように、イナーシャリング8は軸線方向の両端部が同一の形状を有しており、イナーシャリング8において出力軸部52を通す中央穴80において、軸受77の側に位置する開口縁81、および第2の軸部522の側に位置する開口縁82のいずれにも円錐面(傾斜面)が形成されている。ここで、開口縁81、82は、端部から奥に向かって縮径する円錐面になっている。
本形態においては、図2(b)に示すように、イナーシャリング8の中央穴80の開口縁81、82に形成された円錐面がモータ軸線Lとなすテーパ角は、第1の段部526の円錐面がモータ軸線Lとなすテーパ角よりも大きい。このため、イナーシャリング8を第1の軸部521に通した際、イナーシャリング8の開口縁82に形成された円錐面(傾斜面)と第1の段部526の円錐面(テーパ面)でイナーシャリング8の半径方向における位置を規制でき、イナーシャリング8を出力軸部52に対して同芯状に取り付けることができる。また、イナーシャリング8の中央穴80の開口縁82に形成された円錐面(傾斜面)と、第1の段部526に形成された円錐面(テーパ面)との間には隙間85が形成され、この隙間85は、イナーシャリング8と出力軸部52との間から溢れた接着剤の溜まり部になっている。
ここで、イナーシャリング8により発生する慣性モーメントは、以下の式
J=(1/8)m(D1 2+D2 2
=(π/32)ρL((D1 4+D2 4
J:慣性モーメント[kg・m2
m:質量[kg]
1:内径寸法[m]
2:外径寸法[m]
ρ:密度[kg/m3
L:長さ[m]
で表わされ、イナーシャリング8の外径寸法が大きいほど大きな慣性モーメントを得ることができる。そこで、本形態では、イナーシャリング8の外径寸法は、回転軸挿通穴60の内径寸法に比して大きく、かつ、ロータマグネット55の外径寸法に比しても大きく設定されている。ここで、回転軸51は例えばSUS(密度=7.9×103kg/m3)製であり、イナーシャリング8は例えば黄銅(密度=8.5×103kg/m3)製である。
(モータの製造方法)
図3は、本形態のモータ1の製造方法を示す説明図である。本形態のモータ1において、回転軸挿入穴60やロータマグネット55の外径寸法よりも外径寸法の大きなイナーシャリング8を出力軸部52に取り付けると、モータ1を製造する際、回転軸51を回転軸51の先端側からステータ40の内側および回転軸挿通穴60に通すことができない。そこで、本形態では、図3(a)に示すように、ステータ40の出力側端部にモータフレーム6を固着した後、イナーシャリング8を取り付ける前の回転軸51を、回転軸51の先端側からステータ40の内側および回転軸挿通穴60に通す。次に、図3(b)に示すように、出力軸部52にイナーシャリング8を通す。次に、鋼球76を介して軸受77で回転軸51の先端側を支持する。次に、鋼球71を介して軸受72で回転軸51の基端側の軸端を支持し、この状態で与圧付与部材90を取り付けて回転軸51に対して先端側に向かう与圧を付与する。
次に、図3(c)に示すように、第2の段部527に対してU字溝を備えた仕切り板10を配置した状態で、第1の軸部521において周溝525が形成されている領域に嫌気性のUV硬化型の接着剤を塗布する。この時点では、イナーシャリング8は第1の軸部521の先端側に位置しているので、接着剤を塗布した後、イナーシャリング8を回転軸51の基端側に向けて移動させ、イナーシャリング8を第1の段部526で位置決めする。その結果、イナーシャリング8の中央穴80と第1の軸部521との間に接着剤が介在することになる。また、イナーシャリング8の開口縁82に形成した円錐面(傾斜面)と第1の段部526の円錐面(テーパ面)でイナーシャリング8の半径方向における位置を規定でき、イナーシャリング8を出力軸部52に対して同芯状に取り付けることができる。また、イナーシャリング8と第1の軸部521との間から溢れた接着剤は、イナーシャリング8の円錐面(傾斜面)と第1の段部526の円錐面(テーパ面)との間に形成された隙間85(接着剤の溜まり部)に溜まる。また、イナーシャリング8と出力軸部52との間から溢れた接着剤が多量であっても、第2の段部527で確実に堰き止められる。
しかる後に、接着剤にUVを照射し、硬化させる。その結果、モータ1が完成する。
(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では、回転軸51の先端側でステータ40の出力側端部から突出する出力軸部52に金属製のイナーシャリング8を固着したため、ステータ40の内側でイナーシャリング8を設けた場合と違って、モータ1を小型化でき、かつ、ステータ40の内径寸法以上の外径寸法をもったイナーシャリング8を用いることができる。それ故、大きな慣性モーメントを得ることができるので、ロータ5の回転ムラや振動を防止することができる。
また、回転軸51の先端側の出力軸部52にイナーシャリング8を固着したため、ステータ40の反出力端部から突出した基端側にイナーシャリング8を固着した構成と違って、与圧付与部材90をステータ40の反出力側端部に固定した構造を採用することができる。
さらに、本形態では、モータ1を製造する際、ステータ40の出力側端部にモータフレーム6を固着した後、回転軸51を回転軸51の先端側からステータ40の内側およびフレーム6の回転軸挿通穴60に通し、次に、出力軸部52にイナーシャリング8を通し、しかる後に、イナーシャリング8を出力軸部52に接着剤により固着する。このため、ステータ40の出力側端部にモータフレーム6を固着した後でも、ロータ5をステータ40の内側に通すことができる。また、イナーシャリング8の外径寸法が回転軸挿通穴60の内径寸法に比して大きく、かつ、ロータマグネット55の外径寸法に比して大きい場合でもモータ1の組み立てが可能である。
また、イナーシャリング8は、出力軸部52のうち、外部に回転力を伝達する回転伝達部520よりも先端側に固着されている。このため、出力軸部52の回転伝達部520にイナーシャリング8を通す必要がないので、回転伝達部520が大径である場合でも、イナーシャリング8を取り付けることができる。また、出力軸部52の先端側を細径にすれば、内径寸法の小さなイナーシャリング8を取り付けることができので、外径寸法が同一であっても質量の大きなイナーシャリング8を用いることができ、大きな慣性モーメントを得ることができる。さらに、出力軸部52の回転伝達部520にイナーシャリング8を通す必要がないので、回転伝達部520に形成されたネジ溝などを、イナーシャリング8を通す際に傷つけることがない。
さらに、本形態では、回転軸51を段付き軸としたため、以下の効果を相する。まず、イナーシャリング8を第1の段部526で位置決めすることができる。また、イナーシャリング8の開口縁82に形成した円錐面(傾斜面)と第1の段部526の円錐面(テーパ面)でイナーシャリング8の半径方向における位置を規定でき、イナーシャリング8を出力軸部52に対して確実に同芯状に取り付けることができる。それ故、回転軸51の振れ、およびロータ5の振動を確実に防止することができる。さらに、イナーシャリング8と第1の軸部521との間から溢れた接着剤は、イナーシャリング8の開口縁82に形成した円錐面(傾斜面)と第1の段部526の円錐面(テーパ面)との間に形成された隙間85(接着剤溜まり部)に溜まるため、接着剤が溢れ出すことがない。また、イナーシャリング8と出力軸部52との間から溢れた接着剤が多量であっても、第2の段部527で確実に堰き止められるので、接着剤が第3の軸部523(回転伝達部520)に付着してしまうことを確実に防止することができる。
さらにまた、出力軸部52には、接着剤を保持するための周溝525が形成されているため、出力軸部52のうち、周溝525が形成されている部分に接着剤を塗布した後、出力軸部52上でイナーシャリング8をずらして出力軸部52とイナーシャリング8との間に接着剤を介在させた状態とする際、周溝525によって十分な量の接着剤を保持することができる。
なお、上記形態は、イナーシャリング8を慣性モーメント増大のために取り付けたが、イナーシャリング8をダンパー用の慣性負荷として取り付けるためにも本発明を適用することができる。但し、ダンパー用の慣性負荷の場合には、イナーシャリング8を弾性体を介して取り付けるため、出力軸部52の基端側に取り付けても回転伝達部520に形成されたネジ溝などを傷つけることがないので、本形態は、イナーシャリング8を出力軸部52に直接取り付ける場合には特に効果的である。
(その他の実施の形態)
上記形態では、慣性モーメント増大のためのイナーシャリング8を出力軸部52の先端側に取り付けたが、出力軸部52の基端側に取り付けてもよい。また、本発明は、ステッピングモータ以外のモータにも適用できることは勿論である。
本発明を適用したステッピングモータの半断面図である。 (a)、(b)、(c)は、図1に示すステッピングモータのロータの説明図、その先端部分を拡大して示す説明図、およびイナーシャリングの断面図である。 図1に示すステッピングモータの製造方法を示す説明図である。
符号の説明
1 モータ
5 ロータ
6 モータフレーム
8 イナーシャリング
90 与圧付与部材(付勢手段)
40 ステータ
51 回転軸
52 出力軸部
520 回転伝達部
521 第1の軸部
522 第2の軸部
523 第3の軸部
525 周溝
526 第1の段部
527 第2の段部

Claims (9)

  1. 回転軸の周りにロータマグネットを備えたロータと、前記ロータマグネットに半径方向外側で対向するステータとを有するモータにおいて、
    前記回転軸の基端側で当該回転軸をモータ軸線の先端側に向けて付勢する付勢手段を有するとともに、
    前記回転軸の先端側で前記ステータの出力側端部から突出する出力軸部に金属製のイナーシャリングが固着されており、
    前記出力軸部は、第1の段部を挟む両側のうち、先端側に小径の第1の軸部を備え、基端側に第2の軸部を備え、
    前記第1の段部はテーパ面になっており、
    前記イナーシャリングは前記第1の軸部に固着されているとともに、当該イナーシャリングの中央穴において前記第2の軸部側に位置する開口縁は、前記第1の段部がモータ軸線となすテーパ角よりも大きな角度をモータ軸線となす傾斜面を備えていることを特徴とするモータ。
  2. 請求項1において、前記ステータの出力側端部にモータフレームが固着され、
    当該モータフレームは、前記回転軸が貫通する回転軸挿通穴をもって前記ステータの出力側端部に固着された固定板部と、該固定板部に対向して前記回転軸の先端部を支持する支持板部と、前記固定板部と前記支持板部とを連結する連結板部とを備えていることを特徴とするモータ。
  3. 請求項1または2において、前記イナーシャリングの外径寸法は、前記ロータマグネットの外径寸法に比して大きいことを特徴とするモータ。
  4. 請求項1ないし3のいずれかにおいて、前記イナーシャリングは、前記出力軸部のうち、外部に回転力を伝達する回転伝達部よりも先端側に固着されていることを特徴とするモータ。
  5. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記第1の段部、および前記イナーシャリングの中央穴において前記第2の軸部側に位置する開口縁は、いずれも円錐面になっていることを特徴とするモータ。
  6. 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記イナーシャリングは前記出力軸部に接着剤により固着され、
    前記イナーシャリングの中央穴の一方側の開口縁に形成された前記傾斜面と前記出力軸部の前記第1の段部との間に接着剤溜まりとしての隙間が構成されていることを特徴とするモータ。
  7. 請求項6において、前記出力軸部は、前記第2の軸部に対して前記第1の軸部とは反対側に前記第2の軸部の外径寸法よりも大きな外径寸法の第3の軸部を備え、
    当該第3の軸部と前記第2の軸部との間に第2の段部が形成されていることを特徴とするモータ。
  8. 請求項1ないし7のいずれかにおいて、前記出力軸部のうち前記イナーシャリングが固着された部分に接着剤を保持するための溝が形成されていることを特徴とするモータ。
  9. 請求項2に記載のモータの製造方法において、
    前記ステータの出力側端部に前記モータフレームを固着した後、
    前記回転軸を該回転軸の先端側から前記ステータの内側および前記回転軸挿通穴に通し、次に、前記出力軸部に前記イナーシャリングを通し、しかる後に、当該イナーシャリングを前記出力軸部に固着することを特徴とするモータの製造方法。
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