JP5654256B2 - 低振動小型モータ - Google Patents

Description

本願発明は、小型モータから発生する振動を吸収又は低減させる技術分野に属し、特に、これをモータの構造内で行う技術に関する。

従来から、ステッピングモータやＤＣモータを他製品（例えば、プリンタ、ハードディスク、ファックス、等）に部品として取り付ける場合には、モータの駆動時の振動の影響を低減するため、その取り付け部位に緩衝手段を介在させるなどの対策が施されていた。

例えば、図７の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、緩衝手段として防振ゴム７１を２枚の金属板７２で狭持させた構造のダンパー７を用い、このダンパー７を介してモータ６を他製品の所定部位に取り付けることによって、モータ６から発生する振動をダンパー７で吸収して外部への伝播を防止又は低減させるものであった。

しかし、かかる構成は、従来構造のモータ６にダンパー７を介在させるものであるため、そのダンパー分だけモータ部分の実質軸長が増し、かつ重量も嵩むものであった。このことは、近年の省スペース化の要請から部品小型化の課題となっていた。

また、防振効果を高めるためには、防振ゴムを低弾性率（低いバネ定数）のもの（柔らかい材質）を用いれば良いが、このことは逆にモータの自重による取り付け面に対する傾きや回転時の所謂ごますり運動等が顕著になって、モータのシャフトと外部との連結時の位置精度、特に芯出し精度が低下する問題があった。

このような問題点を改善するモータが特許文献１として開示されている。当該モータは、他製品への取り付け部材となるモータのカバーを前後に２分割し、ロータのシャフトを前後で軸支持する軸受部の一部をステータ内径に嵌合させて固定し、該軸受部に弾性体を介在させて前後のカバーを固定する構成であった。

特開２００８−２７８５５０号公報（第３―４頁、第１図）

特許文献１のモータは、上記構成により、ダンパーを省略した防振構造となるため、他製品に取り付け後のモータの実質軸長を短くできると共に、モータ全体を軽量化した点が改善されている。

しかし、モータの他製品への取り付けは前後カバーの何れかで行っているため、取り付けた時の位置精度と防振効果は、カバーと軸受部の間隙に位置する弾性体の弾性率に依存するものであった。

すなわち、弾性体が高弾性率であれば、カバーを除いた他のモータ部材が傾斜することなく高い位置精度を確保できるが、防振効果が低下するおそれがある。一方、弾性体が低弾性率であれば、防振効果が向上するが傾斜等が発生しやすく位置精度が低くなるおそれがあった。

そこで、本願発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、他製品にモータを取り付けた時の防振効果を向上させると共に、位置精度を向上、特にシャフトの芯出し精度を向上させた低振動小型モータを提供する。

上記目的を実現するため、本願発明にかかる低振動モータ（以下、「モータ」と略称する。）は、以下のように構成している。

すなわち、外部取り付け用のブラケットと、該ブラケットで軸受されたシャフトと、該シャフトを軸受したステータと、前記ブラケットの軸受と前記ステータの軸受との間に形成した緩衝部と、前記シャフトに固定されて前記ステータに対して軸回転するロータと、から成り、前記ステータとブラケットとを、回転軸から半径方向に離隔させた位置で緩衝手段を介して連結すると共に、緩衝手段が対面するステータとブラケットのいずれか一方側に形成した凸部と、他方側に形成した凹部とを、緩衝材を介在して嵌合させた構成であることを特徴としている。

ブラケットに配置する軸受としては、ステータの軸受に比べてシャフトに対する軸受部が長いもの、例えば、中逃げ軸受が好適であるが、２以上の複数の軸受を配置して構成しても良い。

なお、上記モータはステータ及びシャフトを備えた構成であれば、アウターロータ型、インナーロータ型のステッピングモータやＤＣモータの各形態に適用が可能である。

上記緩衝手段は、少なくともモータの回転方向の振動に対応することを特徴としている。ここで「少なくとも」としたのは、緩衝手段はステータとブラケットとを連結する部位の構成において、モータの回転方向に沿った振動を吸収又は緩和させることのみを目的として緩衝材を配置すれば良いことを意味し、さらに加えて、シャフトの軸方向（スラスト方向）の振動をも吸収又は緩和し得る緩衝材の形状で構成しても良いことを意味するものである。

かかる緩衝手段は、上述したように、対面するステータとブラケットの一方側及び他方側に形成した凸部と凹部とが緩衝材を介在して嵌合させた構成である。

また、緩衝手段のより具体的な形態例としては、凸部をその断面が円や角等の柱状体とし、緩衝材を前記柱状体に環装させた弾性チューブとして構成する。一方、凹部は、この弾性チューブを環装させた凸部の全体又は先端側の一部が嵌入する形状の嵌合口としても良く、または該弾性チューブ全体に環装して被冠する筒状体、例えば、ボスを形成する構成としても良い。

また、前記緩衝部の形成は、必要により、シャフトにリング状の弾性材を環装させて両軸受間に介在させる形態が好適な例である。

上記構成により、本願発明は、以下の効果を奏する。
モータの駆動時の振動をモータ全体の回転方向とシャフトの軸方向（スラスト方向）とに分離し、各方向の振動に対して個別に対応（具体的には振動伝達の緩和と吸収）させることができる。すなわち、シャフトの軸方向の振動は、ブラケットの軸受の摺動で吸収し、ステータの回転方向の振動は、緩衝手段の緩衝材で吸収している。この結果、モータから発生する振動や唸りを効果的かつ十分に抑制又は防止することができる。

また、モータの他製品への取り付け時の軸合わせ精度や同軸精度などは、シャフトとブラケットの軸受の嵌合公差により決まるため、３軸方向で撓みが発生する弾性材に依存した従来のダンパー方式を用いた場合と比較すると格段に向上している。この結果、モータの自重による取り付け面に対する傾斜や傾動を抑えることができ、シャフトの芯出し精度や同軸精度が確保され、回転駆動時のごますり運動等を防止できる効果を奏する。

さらに、モータ全体の傾斜等の位置精度低下を考慮せずに、緩衝手段の緩衝材の弾性率を設定でき、効率的な防振効果の最適設定を行うことができる。

さらにまた、上述したダンパー取り付け方式に比べて、モータの実質長を短縮することができるため、取り付け部位に対する駆動手段部分の占有容積を小さくすることができ、コンパクト化の要請に副うものとなっている。

実施例１のモータの縦断面図である。 実施例１のモータの組立斜視図である。 実施例２のモータの縦断面図である。 実施例２のモータの組立斜視図である。 実施例１、２を変形したモータの縦断面図（Ａ）、（Ｂ）である。 実施例２のモータの変形例を示す縦断面図である。 ダンパー用いた従来例を示す側面図（Ａ）と組立斜視図（Ｂ）である。

以下に、本願発明にかかるモータの実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。

図１に示すモータ１Ａは、アウターロータ型のＰＭ型（永久磁石型）ステッピングモータである。このモータ１Ａは、円筒状のステータ２の外周面及び一端面を覆うようにロータ３を配置し、ステータ２の内部空間をシャフト３３が貫通して出力軸を成し、このシャフト３３の出力側を外部取り付け用のブラケット４が軸支持する構成である。

ステータ２は、円筒状に巻線して成るコイル２２の外周側を所定数の極歯２１ａを有するヨーク２１で覆いつつ２段重ねして円筒状を成し、内部空間に軸受２３を配置して成る。

ロータ３は有低筒状のロータケース３１の内周面にヨーク２１の極歯２１ａと所定のエアギャップを持って対向する永久磁石３２を配置し、ロータケース３１の底部中心からロータケース３１の開口側に向かってシャフト３３を立設して成る。このシャフト３３の一端側は、ステータ２の内部空間に配置した軸受２３によって軸支持されている。

モータ１Ａの出力側となるシャフト３３の先端側には、円筒状を呈するステータ２の一端面と対向するように、外部取り付け用となる板状のブラケット４を配設している。ブラケット４の略中心部には軸受４１を配置し、この軸受４１をもってシャフト３３を回動自在、かつ、その軸方向に若干の摺動代（間隙）を持って摺動自在に軸支持している。本実施形態例では、このブラケット４の軸受４１として、全長が長い所謂中逃げ軸受を用いており、シャフト３３を離れた２箇所で軸支持している。また、この軸受４１は、その大部分をステータ２の内部空間に収納して配置し、シャフト３３を除いたモータ１Ａの全長を短くしている。

また、この軸受４１により、ブラケット４に対するシャフト３３の芯出し精度の向上を図っている。その結果、モータ１Ａのブラケット４に対する傾斜やずれの発生を防止することができる。なお、ブラケット４に配置する軸受は、本実施形態例の構造に限定するものではなく、２個の軸受を離して配置することによりシャフト３３を軸支持するようにしても良い。

軸受４１のステータ２の内部側に突出させた側には、緩衝材である防振ゴム（天然ゴム、合成ゴム、等）から成る弾性リング４４をシャフト３３に環装させて軸受４１と軸受２３との間に装填している。

軸受４１の弾性リング側と反対側には、シャフト３３に対するブラケット４の軸方向の移動を規制するストッパ４３を配置している。

なお、弾性リング４４は、必須ではなく、必要により配設されるものであり、シャフト先端側と同様のストッパ４３に変更しても良い。この変更に当たっては、振動の伝播を避けるためステータ２の軸受２３とは一定の間隙を設けて置くと良い。また、ブラケット４の外周部には、他製品への取付口４２を形成している。

次に、シャフト３３の回転軸から半径方向に離隔した前記ブラケット４とステータ２との対面位置には、４個の緩衝手段５を円周等分で配設している。この緩衝手段５は、ステータ側に形成した凸部とブラケット側に形成した凹部とを緩衝材を介し連結する構成である。

具体的には、ステータ２の一端側（図面上において、左側）の端面に軸方向に突出状に形成した円柱状のピン５１と、このピン５１に外周形に適合して環装させる防振ゴム製の弾性チューブ５２と、この弾性チューブ５２に環装する嵌合径をもった嵌合口５３をブラケット４に形成して成る。この嵌合口５３は、別部材（筒体）を溶着させて配設しても良いが、本実施形態例では、ブラケット４へのバーリング加工によって形成している。この緩衝手段５の配設位置や個数は、モータ１Ａの仕様や組立性を考慮して適宜に設定されるものである。

なお、上述したように、対向する凸部と凹部との嵌合形態とした緩衝手段５の仕様は、上記に限定するものでなく、ピン５１を多角形の角柱状や筒状にしても良く、弾性チューブ５２もピン５１の外周側に適合するように変更しても良い。さらには弾性チューブ５２はキャップ状（又は、碗状）に変更することも可能である。

上記構成のモータ１Ａは、以下のように作用する。
まず、ブラケット４を介したモータ１Ａの保持は、ブラケット４でシャフト３３を直接的に軸受４１により行っているため、モータ１Ａの軸と外部取り付け部との同軸性（又は芯出し）が確保及び維持される。また、回転停止時に対する回転駆動時の軸ずれや軸揺れが防止される。特に、ステップ駆動であるステッピングモータにあって、振動源となるステータ２を、緩衝手段５を介してブラケット４と連結し、ステータ２から発生した振動を緩衝手段５で吸収するようにしているため、他製品への取付精度や位置精度を確保しながら防振性を高めている。

特に、モータ駆動時の振動の発生要因は様々であるが、ステッピングモータにおいては、機構上必然的に回転方向の振動が発生し易いものであり、この回転方向の振動を、大きな回転モーメントに対抗できるように回転軸であるシャフト３３から半径方向に離隔ささせて緩衝手段５を配置しているため、より効果的な振動の吸収を図ることができる。

次に、第２の実施例として、モータがインナーロータ型のＰＭ型ステッピングモータである場合について説明する。図３は実施例２のモータの縦断面図であり、図２は実施例２のモータの組立斜視図である。なお、モータの構成要素として機能が共通するものは、実施例１のアウターロータ型のモータ１Ａと同一符号を付して説明する。

図３に示すモータ１Ｂは、モータケース１１に配置した円筒状を呈するステータ２の内部空間内に配置したシャフト３３を備えるロータ３を配置し、シャフト３３の出力側を他製品への取り付け用のブラケット４が軸支持する構成である。

ステータ２は円筒状に巻線して成るコイル２２をその内周側に極歯２１ａが位置するようにヨーク２１で覆いつつ２段重ねして円筒状を成し、このヨーク２１を有低筒状のモータケース１１の内部に収納して成る。

また、ステータ２は、モータケース１１の底部の略中央に軸受２３を配置すると共に、モータケース１１の開口部を閉塞するように円盤状のカバープレート１２を配設している。

ロータ３は、有低筒状のカラー３４の外周面にヨーク２１の極歯２１ａと所定のエアギャップを持って対向する永久磁石３２を配置し、カラー３４の底部中心を貫通するシャフト３３を一体的に取り付けて成る。このシャフト３３の一端側はモータケース１１の配置した軸受２３によって軸支持されている。

モータ１Ｂの出力側となるシャフト３３の先端側には、ステータ２のカバープレート１２と対向するように、外部取り付け用のブラケット４を配設している。

ブラケット４には、シャフト３３を軸支持する軸受４１を配置すると共に、シャフト３３の周囲にモータ１Ａと同様の緩衝手段５を配設している。なお、緩衝手段５のピン５１はカバープレート１２に形成している。また、軸受４１の前後にはストッパ４３を配置している。

上記構成のモータ１Ｂの他製品への取り付け時の位置精度確保と、防振機能については、実施例１のモータ１Ａと同様であるため、モータ１Ｂの作用についてはその説明を省略する。
［他の実施形態の可能性］

上記実施例１、２は共に、ステータ側に凸部となるピン５１を形成すると共に弾性チューブ５２を環装させ、ブラケット側に凹部となるピン５１が嵌入する嵌合口５３を形成して緩衝手段５を構成する形態であるが、この形態に限定するものではない。

すなわち、図５の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ブラケット側に凸部であるピン５１を形成すると共に弾性チューブ５２を環装し、ステータ側のヨーク２１又はカバープレート１２にそれぞれ凹部となる嵌合口５３を形成する形態に変更しても良い。

また、上記実施例１のモータ１Ａは、アウターロータ型のＰＭ型ステッピングモータの実施例である。当該実施例の形態は、アウターロータ型であって、ステータ２の中心空間をロータ３のシャフト３３が貫通する形態であれば、ＨＢ型（ハイブリット型）及びＶＲ型（可変リアクタンス型）のステッピングモータ、さらには、ＤＣブラシレスモータにも適用が可能である。

一方、上記実施例２のモータ１Ｂは、インナーロータ型のＰＭ型ステッピングモータの実施例である。この形態は、インナーロータ型のＨＢ型ステッピングモータ、ＶＲ型のステッピングモータ、ＤＣモータ（ブラシ、ブラシレスの両型）には、適用ができない。これは、上記の各モータのロータを積層コア等で構成しているためであり、ロータ側に軸受４１の収納空間を確保できないからである。

しかし、従来例と比べてモータ全長を大幅に短くすることはできないが、位置精度向上を目的とした以下の形態に変形し、インナーロータ型のＨＢ型ステッピングモータ、ＶＲ型のステッピングモータ、ＤＣモータへの適用も可能となる。

すなわち、図６に示すように、このモータ１Ｃは、ブラケット４に配置する軸受には軸支持部が短い通常の軸受４５を採用し、当該軸受４５をロータ３の内部側に収納しない形態である。かかる形態のモータ１Ｃは、振動をモータ１Ｃの回転方向とシャフト３３の軸方向とに分離して吸収できることはモータ１Ａ及びモータ１Ｂと同様であり、防振機能を得ながら取り付け時の位置精度を確保できるメリットがある。

１Ａ モータ
１Ｂ モータ
１Ｃ モータ
１１ モータケース
１２ カバープレート
２ ステータ
２１ ヨーク
２１ａ 極歯
２２ コイル
２３ 軸受
３ ロータ
３１ ロータケース
３２ 永久磁石
３３ シャフト
３４ カラー
４ ブラケット
４１ 軸受（中逃げ軸受）
４２ 取付口
４３ ストッパ
４４ 弾性リング
４５ 軸受（通常の）
５ 緩衝手段
５１ ピン
５２ 弾性チューブ
５３ 嵌合口
６ 従来のモータ
７ ダンパー
７１ 防振ゴム
７２ 金属板

Claims (5)

1. 外部取り付け用のブラケットと、
   該ブラケットで軸受されたシャフトと、
   該シャフトを軸受したステータと、
   前記ブラケットの軸受と前記ステータの軸受との間に形成した緩衝部と、
   前記シャフトに固定されて前記ステータに対して軸回転するロータと、
   から成り、
   前記ステータとブラケットとを、回転軸から半径方向に離隔させた位置で緩衝手段を介して連結すると共に、
   該緩衝手段が、対面するステータとブラケットのいずれか一方側に形成した凸部と、他方側に形成した凹部とを、緩衝材を介在して嵌合させた構成であることを特徴とする低振動小型モータ。
2. 緩衝手段が、少なくとも回転方向の振動に対応することを特徴とする請求項１記載の低振動小型モータ。
3. 凸部が柱状体であり、緩衝材が該柱状体に環装する弾性チューブであり、及び凹部が該弾性チューブに環装する筒状体であることを特徴とする請求項１、又は２記載の低振動小型モータ。
4. 柱状体が円柱状であり、かつ筒状体が円筒状であることを特徴とする請求項３記載の低振動小型モータ。
5. 緩衝部の形成が、弾性材の介在であることを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の低振動小型モータ。

Images