JP6900794B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

従来、モータを収容するハウジングが知られている。例えば、特開２０１３−０９９０９４号公報には、モータケースの開放された部分を覆うエンドキャップを備えるモータが開示されている。

特開２０１３−０９９０９４号公報

エンドキャップの上面が、中心軸に垂直な方向に広がる平面である場合、エンドキャップの剛性が低い。そのため、モータの回転時に、エンドキャップの固有振動数とモータの固有振動数が共振し、騒音が発生する場合がある。

エンドキャップの剛性を高めることで、エンドキャップとモータとの固有振動数をずらすことができる。例えば、エンドキャップの厚みを増加させることで、エンドキャップの剛性が高くなる。しかしながら、厚みが増加することで、エンドキャップの内部の空間が狭くなる。エンドキャップの内部に部材を収容する場合、エンドキャップを大きく作成する必要があり、モータが大型化してしまう。

本発明の例示的な一実施形態のモータは、モータ本体部と、モータ本体部に取り付けられるキャップ部材と、を備える。モータ本体部が、静止部と、上下方向を向く中心軸を中心に回転する回転部と、静止部に固定され、回転部を回転可能に支持する軸受と、を含む。キャップ部材は、中心軸に略垂直に延びる天面部と、天面部よりも下側に配置され、天面部よりも外径が大きい底面部と、天面部と底面部とを接続する接続部と、を含む。接続部は、天面部の外縁と、底面部の外縁とを接続する第１接続部と、天面部の外縁と、底面部の内縁とを接続する第２接続部と、を含み、前記第１接続部の外縁から軸方向に延びる面と、前記第１接続部の内縁から径方向に延びる面と、前記第１接続部からなる空間に、空隙部を有する。

本発明の例示的な一実施形態のモータによれば、モータの大型化を抑制しながら、キャップ部材の剛性を高めることで、キャップ部材の固有振動数を上昇することができる。

図１は、モータの縦断面図である。 図２は、キャップ部材の斜視図である。 図３は、キャップ部材の斜視図である。 図４は、モータの平面図である。

本明細書では、中心軸に平行な方向において、図１中の上側を「上側」と呼び、図１中の下側を単に「下側」と呼ぶ。「上側」および「下側」という表現は、必ずしも重力方向と一致する必要はない。また、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」、中心軸に平行な方向を単に「軸方向」と呼ぶ。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るモータ１の縦断面図である。

図１に示すように、モータ１は、回転部１１と、静止部１２と、２つの軸受１３と、エンコーダ１４と、キャップ部材１５と、を含む。回転部１１は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心に回転する。回転部１１の出力軸は下方を向く。以下、モータ１のキャップ部材１５以外の部位を、「モータ本体部１０」と呼ぶ。

軸受１３は、静止部１２に固定され、回転部１１を回転可能に支持する。軸受１３は、シャフト１１１の下側に配置される第１軸受と、シャフト１１１の上側に配置される第２軸受を含む。軸受１３は、ボールベアリングである。なお、軸受１３は、含油スリーブであってもよい。

回転部１１は、シャフト１１１と、ロータホルダ１１２と、ロータマグネット１１３と、を含む。シャフト１１１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円柱状であり、軸受１３により回転可能に支持される。ロータホルダ１１２は、シャフト１１１の出力側とは反対側に接続される。ロータホルダ１１２は、シャフト固定部２１１と、接続面２１２と、円筒部２１３と、を含む。シャフト固定部２１１は第２軸受の上側にてシャフト１１１に固定される。接続面２１２は、シャフト固定部２１１の軸方向上側縁部から径方向外方へと広がる。円筒部２１３は、接続面２１２の径方向外側縁部から下方へと延びる。ロータマグネット１１３は、円筒部２１３の外側面に取り付けられる。ロータマグネット１１３は、円筒状であってもよく、複数のマグネットが周方向に配列されたものであってもよい。ロータホルダ１１２は、薄板をプレス加工することにより形型される。薄板は、例えば、金属である磁性体にて形成される。

図１に示すように、静止部１２は、カバー部材１２１と、ステータ１２２と、回路基板１２３と、を含む。

カバー部材１２１は、内筒部２２１と、外筒部２２２と、底部２２３と、を含む。内筒部２２１および外筒部２２２は、中心軸Ｊ１を中心とする円筒状であり、同軸に配置される。底部２２３は、外筒部２２２の下端と内筒部２２１の下端とを接続する。底部２２３には、モータ１を所望の位置に取り付けるための複数の取付孔２２４が設けられる。内筒部２２１は、内側面にて第１軸受を支持する。外筒部２２２は、ステータ１２２の外周を覆い、内側面にてステータ１２２を支持する。カバー部材１２１は、金属である１つの板部材のプレス加工により成型される。好ましくは、カバー部材１２１は導電性部材である。さらに好ましくは、カバー部材１２１は磁性体である。

ステータ１２２は、さらにスペーサ（図示略）を有する。スペーサは、中心軸Ｊ１を中心とし、軸方向に延びる筒状である。スペーサは、カバー部材１２１の内筒部２２１および外筒部２２２と、同軸に配置される。スペーサは、下方に内筒部２２１と固定される固定部と、上方に第２軸受を保持する軸受保持部とを備える。スペーサは、金属である１つの板部材のプレス加工により成型される。好ましくは、スペーサは導電性部材である。さらに好ましくは、スペーサは磁性体である。

ステータ１２２は、ステータコア２３１と、インシュレータ２３２と、コイル２３３と、を含む。ステータ１２２は、中心軸Ｊ１を中心とする環状である。ステータコア２３１は、複数の薄板の磁性鋼板を上下方向に積層して形成される。図示は省略するが、ステータコア２３１は、円環状のコアバックと、複数のティースと、により構成される。コアバックは、外筒部２２２に圧入される。ティースは、コアバックから径方向内方へと延びる。ロータマグネット１１３は、ステータ１２２の内側に配置される。ティースの先端は、ロータマグネット１１３に径方向に対向する。

インシュレータ２３２は、樹脂により形成される。インシュレータ２３２は、ステータコア２３１を覆う。インシュレータ２３２は、９個の上側インシュレータ２５１と、９個の下側インシュレータ２５２と、により構成される。上側インシュレータ２５１は、１つのティースの上面および側面の上半分を覆う。下側インシュレータ２５２は、１つのティースの下面および側面の下半分を覆う。

図示は省略するが、上側インシュレータ２５１は、外側突出部と、内側突出部と、を含む。外側突出部は、コイル２３３の径方向外側にて外筒部２２２の上端よりも上方に突出する。外側突出部は、インシュレータ２３２の外筒部２２２の上側の部位でもある。内側突出部は、ティースの先端の上側にて上方へと突出する。外側突出部は、上方へ突出する凸部を含む。すなわち、少なくとも１つの上側インシュレータ２５１は、径方向外側に上方へ突出する凸部を含む。凸部は、周囲が凹部１５９とされることにより、相対的に径方向外方に突出する。

下側インシュレータ２５２は、コイル２３３の径方向外側に、下方へと突出する外側突出部を含み、ティースの先端の下側に、下方へと突出する内側突出部を含む。上側部分インシュレータ２５１および下側部分インシュレータ２５２により、ステータコア２３１は、コアバックの外側面およびティースの先端面を除いて覆われる。

モータ本体部１０は、軸方向上側に回路基板１２３を有する。回路基板１２３は、キャップ部材１５に覆われる。回路基板１２３は、ステータ１２２の上方に位置し、中心軸Ｊ１に対して垂直な方向に広がる。回路基板１２３は、インシュレータ２３２の上方にて保持される。

コイル２３３は、導線がインシュレータ２３２上から各ティースに多層に巻回されることにより形成される。回路基板１２３からコイル２３３に電流を流すことにより、コイル２３３とロータマグネット１１３との間にトルクが発生する。これにより、回転部１１が中心軸Ｊ１を中心として回転する。

モータ本体部１０は、軸方向上側にエンコーダ１４を有する。エンコーダ１４は、キャップ部材１５に覆われる。エンコーダ１４は、センサ部１４１と、カップ部１４２と、を含む。センサ部１４１は回路基板１２３の上面に配置される。カップ部１４２は、シャフト１１１に取り付けられ、下方に開口する有蓋状である。センサ部１４１が、カップ部１４２に形成されたスリットの通過を光学的に検出することにより、シャフト１１１の回転速度が検出される。エンコーダ１４に代えて、回路基板１２３にＦＧ（Frequency Generator）パターンが形成され、ロータホルダ１１２の接続面２１２上にＦＧマグネットが配置されてもよい。

本実施形態において、エンコーダ１４は、後述する第２接続部と径方向に対向する。すなわち、キャップ部材１５の内部空間にエンコーダ１４が配置される。これにより、キャップ部材１５の内部空間を有効活用できる。さらに、キャップ部材１５の外部から衝撃等が加わった際にも、剛性の高いキャップ部材１５であるため、エンコーダ１４へ衝撃が伝わることを抑制できる。

本実施形態において、センサ部１４１の少なくとも一部は、後述する、壁面と周方向に重なる位置および第１接続部と軸方向に重なる位置に配置される。すなわち、センサ部１４１の少なくとも一部は、第１接続部の内表面と、向かい合う２つの壁面の内表面とで形成される内部空間に配置される。これにより、キャップ部材１５が大型化することを抑制しながら、内部に部品を配置するスペースをとることができる。

回路基板１２３の下面には、磁気センサ（図示略）が取り付けられる。磁気センサは、ロータマグネット１１３の上方にて回路基板１２３により支持される。磁気センサにより、ロータマグネット１１３の回転位置、すなわち、回転部１１の回転が検出される。モータ１では、磁気センサとして、ホール素子が利用される。磁気センサとして、回路基板１２３に形成されてロータマグネット１１３の上方にて回路基板１２３により支持されるＦＧパターンが利用されてもよい。

図２は、キャップ部材１５を斜め上方から見た斜視図である。本実施形態において、キャップ部材１５は樹脂の射出成型にて成形されたものである。射出成型により、キャップ部材１５を容易に得ることができる。なお、キャップ部材１５は、金属である１つの板部材のプレス加工により成型されてもよい。キャップ部材１５は、下方に開口する有蓋状である。キャップ部材１５は、天面部１５１と、底面部１５２と、接続部１５３と、スナップフィット部１５４と、弾性部１５５と、筒状部１５６と、切欠部１５７と、を含む。

天面部１５１は、キャップ部材１５の上面であり、中心軸Ｊ１に垂直に延びる。天面部１５１は、エンコーダ１４の上方を覆う。底面部１５２は、天面部１５１よりも下側に配置され、天面部１５１よりも外径が大きい。接続部１５３は、天面部１５１と底面部１５２を接続する。なお、本願において「垂直に延びる」とは、略垂直に延びる場合も含む。

底面部１５２の外径が天面部１５１の外径よりも大きいとは、底面部１５２の最大の外径が、天面部１５１の最大の外径よりも大きいことを含む。すなわち、底面部１５２の外径が天面部１５１の外径よりも大きいとは、底面部１５２の最大の外径が天面部１５１の最大の外径よりも大きければ、底面部１５２の一部の外径が、天面部１５１の最大の外径よりも小さい場合も含む。

接続部１５３は、第１接続部１５３１と、第２接続部１５３２とを含む。第１接続部１５３１は、天面部１５１の外縁と、底面部１５２の外縁とを接続する部位である。なお、第１接続部１５３１の外表面は、軸方向上側から軸方向下側に向かって外径が大きくなる傾斜面である。これにより、天面部１５１と底面部１５２とが径方向および軸方向の両方向から支持され、キャップ部材１５の剛性を高めることができる。第２接続部１５３２は、天面部１５１の外縁と、底面部１５２の内縁とを接続する部位である。底面部１５２の内縁は、天面部１５１の外縁と同等の直径または天面部１５１の外縁よりも直径が大きい。本実施形態において、第２接続部１５３２は、天面部１５１と垂直に交わる部位である。すなわち、第２接続部１５３２は、中心軸Ｊ１に平行な面を有する。なお、第２接続部１５３２の外表面は、軸方向上側から軸方向下側に向かって外径が大きくなる傾斜面であってもよい。その場合、中心軸とＪ１、第２接続部１５３２の外表面とのなす角は、中心軸Ｊ１と、第１接続部１５３１の外表面とのなす角αよりも小さい。

第１接続部１５３１と、第２接続部１５３２とは、周方向において隣接する。第１接続部１５３１は、第２接続部１５３２が隣接する周方向に向く面側に、軸方向に延びる壁面１５８を有する。壁面１５８を設けることで、第１接続部１５３１、第２接続部１５３２、および底面部１５２を強固に支持することができる。これにより、第１接続部１５３１は天面部１５１と底面部１５２を支持する梁となり、キャップ部材１５の剛性が上がる。したがって、キャップ部材１５の固有振動数と、モータ本体部１０の固有振動数とに周波数差が生じて、共振による騒音を抑制することができる。

本実施形態において、キャップ部材１５は、複数の接続部１５３を有する。より好ましくは、第１接続部１５３１は、３つ配置される。３つの第１接続部１５３１は、周方向に等間隔に配置され、各第１接続部１５３１の間には、第２接続部１５３２が配置される。なお、接続部１５３の数はそれぞれ３つに限定されることはなく、２つ、または４つ以上でもよい。接続部１５３の数は、モータ本体部１０の固有振動数の周波数との差異を得るためにキャップ部材１５の剛性を変える目的で適時、選択することができる。

本実施形態では、第１接続部１５３１は、天面部１５１の外縁と、底面部１５２の外縁とを接続する１つの面を示した。当該１つの面を複数に分割してもよい。たとえば、天面部１５１の外縁と底面部１５２の外縁とを接続する際に、屈曲部を設けて、２つの面で天面部１５１の外縁と底面部１５２の外縁とを接続してもよい。この場合、より好ましくは、底面部１５２の内縁の径と、当該屈曲部の径とが異なる。これら双方の径が異なることでトラス構造をとり、キャップ部材１５をより剛性の高い部品とすることができる。

筒状部１５６は、底面部１５２の外縁から下方に延びる。切欠部１５７は、筒状部１５６の下端部から上方に窪む。モータ本体部１０は、軸方向上側に、モータ本体部１０の外径よりも径方向外側に突出する外部接続部１６を有する。外部接続部１６の少なくとも一部は、切欠部１５７に収容される。本実施形態において、外部接続部１６は、回路基板１２３からモータ本体部１０の外径から径方向外側に延びる部位である。たとえば、外部接続部１６には、回路基板１２３の電子部品に接続可能なコネクタが配置される。なお、外部接続部１６は、回路基板１２３に接続されたリード線であってもよい。外部接続部１６の少なくとも一部が、切欠部１５７からモータ本体部１０の径方向外側に引き出されることで、キャップ部材１５の内部に水、埃などの異物の浸入を防止することができる。つまり、回路基板１２３は、キャップ部材１５によって、水、埃などの異物から保護することができる。

スナップフィット部１５４は、底面部１５２の外縁からから下方へと突出する。スナップフィット部１５４は、径方向外方から見た場合に、環状である。弾性部１５５は、スナップフィット部１５４に対して周方向に隣接する。筒状部１５６は、その上端、すなわち、底面部１５２から下方に向かって延び、かつ、径方向内方へと窪む凹部１５９を含む。凹部１５９は、中心軸Ｊ１に平行な複数の側面により構成される。複数の同形状のスナップフィット部１５４は、周方向に配列される。複数の同形状の弾性部１５５も周方向に配列される。本実施形態では、複数のスナップフィット部１５４は、周方向に等間隔に配置される。複数の弾性部１５５は、周方向に等間隔に配置される。

弾性部１５５は、凹部１５９の下端において、凹部１５９を構成する面から径方向外方へと延びる。弾性部１５５をこのように設けることにより、射出成型の金型を容易に製造することができる。弾性部１５５は凹部１５９内に位置する。凹部１５９を設けることにより、キャップ部材１５内の空間を大きく確保することができる。また、凹部１５９を上下方向に延びるように設けることにより、キャップ部材１５の成形、特に、樹脂による射出成型を容易に行うことができる。

弾性部１５５は、底面部１５２に軸方向に可動可能である。弾性部１５５は、回路基板１２３の上面に接して弾性変形する。弾性部１５５は、復元力を利用して回路基板１２３に下方へと向かう力を与える。これにより、弾性部１５５は、回路基板１２３を軸方向に保持する。

モータ本体部１０は、スナップフィット部１５４に固定されることでキャップ部材１５に取り付けられる。本実施形態において、スナップフィット部１５４は、インシュレータ２３２に設けられた凸部と係合する。これにより、キャップ部材１５がインシュレータ２３２に固定される。キャップ部材１５は、外筒部２２２の上方にて外側突出部の外側面に取り付けられる。

第１接続部１５３１の少なくとも一部は、スナップフィット部１５４と周方向に重なる位置に配置される。すなわち、固定される位置に、第１接続部１５３１が配置される。これによりキャップ部材１５の剛性をより上げることができる。なお、周方向に重なるとは、径方向視において重なることである。

図３は、キャップ部材１５を斜め下方から見た斜視図である。第１接続部１５３１の内側には、空間１６０が設けられる。エンコーダ１４は、空間１６０の内部に配置される。なお、空間１６０が第１接続部１５３１に設けられなくてもよい。すなわち、第１接続部１５３１の厚みが、天面部１５１の厚みよりも大きくてもよい。

本実施形態では、第１接続部１５３１、第２接続部１５３２、および底面部１５２は、傾斜面などの平面な面を示したが、この限りではない。これらの少なくとも１つの面が湾曲面であってもよい。つまり、第１接続部１５３１と底面部１５２とが連続する湾曲面によって、天面部１５１の外縁と底面部１５２の外縁とを接続してもよい。また、第１接続部１５３１においても同様に、湾曲面によって、天面部１５１の外縁と底面部１５２の外縁とを接続してもよい。

本発明によると、モータ１は、例えば、複写機、プリンタ、複合機等の事務機器の駆動源として用いられるインナロータ型のモータに利用することができる。

１ モータ
１０ モータ本体部
１１ 回転部
１１１ シャフト
１１２ ロータホルダ
２１１ シャフト固定部
２１２ 接続面
２１３ 円筒部
１１３ ロータマグネット
１２ 静止部
１２１ カバー部材
２２１ 内筒部
２２２ 外筒部
２２３ 底部
１２２ ステータ
２３１ ステータコア
２３２ インシュレータ
２３３ コイル
１２３ 回路基板
１３ 軸受
１４ エンコーダ
１４１ センサ部
１４２ カップ部
１５ キャップ部材
１５１ 天面部
１５２ 底面部
１５３ 接続部
１５３１ 第１接続部
１５３２ 第２接続部
１５４ スナップフィット部
１５５ 弾性部
１５６ 筒状部
１５７ 切欠部
１５８ 壁面
１５９ 凹部
１６０ 空間
１６ 外部接続部

Claims (12)

1. モータ本体部と、
   前記モータ本体部に取り付けられるキャップ部材と、
   を備え、
   前記モータ本体部が、
   静止部と、
   上下方向を向く中心軸を中心に回転する回転部と、
   前記静止部に固定され、前記回転部を回転可能に支持する軸受と、
   を含み、
   前記キャップ部材は、
   前記中心軸に略垂直に延びる天面部と、
   前記天面部よりも下側に配置され、前記天面部よりも外径が大きい底面部と、
   前記天面部と前記底面部とを接続する接続部と、
   を含み、
   前記接続部は、
   前記天面部の外縁と、前記底面部の外縁とを接続する第１接続部と、
   前記天面部の外縁と、前記底面部の内縁とを接続する第２接続部と、を含み、
   前記第１接続部の外縁から軸方向に延びる面と、前記第１接続部の内縁から径方向に延びる面と、前記第１接続部からなる空間に、空隙を有する
   モータ。
2. 前記中心軸と、前記第２接続部の外表面とのなす角は、前記中心軸と、前記第１接続部の外表面とのなす角よりも小さい、請求項１に記載のモータ。
3. 前記第１接続部の外表面は、軸方向上側から軸方向下側に向かって外径が大きくなる傾斜面である、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記第２接続部の外表面は、前記中心軸に平行な面である、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のモータ。
5. 前記第１接続部と、前記第２接続部とは、周方向において隣接し、
   前記第１接続部は、前記第２接続部が隣接する周方向に向く面側に、軸方向に延びる壁面を有する、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のモータ。
6. 前記モータ本体部は、軸方向上側にエンコーダを有し、
   前記エンコーダは、前記キャップ部材に覆われている、請求項１〜５のいずれかに記載のモータ。
7. 前記エンコーダは、前記第２接続部と径方向に対向する、請求項６に記載のモータ。
8. 前記モータ本体部は、軸方向上側 に回路基板を有し、
   前記エンコーダは、
   前記回路基板の上面に配置されるセンサ部と、
   シャフトに取り付けられ、下方に開口する有蓋状のカップ部と、
   を有し、
   前記センサ部の少なくとも一部は、前記壁面と周方向に重なる位置および前記第１接続部と軸方向に重なる位置に配置される、請求項６または請求項７のいずれかに記載のモータ。
9. 前記モータ本体部は、軸方向上側 に回路基板を有し、
   前記回路基板は、前記キャップ部材に覆われている、請求項１〜８のいずれかに記載のモータ。
10. 前記キャップ部材は、前記底面部に軸方向に可動可能な弾性部をさらに有し、
    前記弾性部は、前記回路基板を軸方向に保持する、請求項８または請求項９に記載のモータ。
11. 前記キャップ部材は、前記底面部の外縁から下方へと突出するスナップフィット部をさらに有し、
    前記モータ本体部は、前記スナップフィット部に固定されることでキャップ部材に取り付けられ、
    前記第１接続部の少なくとも一部は、前記スナップフィット部と周方向に重なる位置に配置される、請求項１〜１０のいずれかに記載のモータ。
12. 前記モータ本体部は、軸方向上側に、前記モータ本体部の外径よりも径方向外側に突出する外部接続部を有し、
    前記キャップ部材は、
    前記底面部の外縁から下方に延びる筒状部と、
    前記筒状部の下端部から上方に窪む切欠部と、
    を有し、
    前記外部接続部の少なくとも一部は、前記切欠部に収容される、請求項１〜１１のいずれかに記載のモータ。

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