JPWO2018135450A1 - 振動モータ、振動モータの製造方法 - Google Patents

Abstract

中心軸に沿って配置されるシャフトを有するロータと、ロータと径方向に対向するステータと、を有するモータと、シャフトの軸方向一方側の端部が配置される溝部を有する金属製の振動子と、を備え、溝部の径方向を向く開口部に位置し、シャフトの周面を固定するカシメ部と、カシメ部と異なる位置において振動子とシャフトとを固定する溶接部と、を有する、振動モータ。

Description

本発明は、振動モータ、振動モータの製造方法に関する。
本願は、２０１７年１月１７日に、米国に出願された米国仮特許出願第６２／４４６，９９０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、振動モータの振動子は、例えば特許文献１，２に記載のように、モータのシャフトにカシメや圧入により取り付けられていた。

特開２００６−２４６５８８号公報 特開２００６−３４５５９９号公報

しかし、高信頼性が求められる用途においては、振動や温度衝撃が加えられた場合であっても振動子が脱落しにくい構造が求められる。

本発明の態様は、振動子の脱落が抑制された高信頼性の振動モータを提供することを目的の一つとする。

本発明の第１の態様によれば、中心軸に沿って配置されるシャフトを有するロータと、前記ロータと径方向に対向するステータと、を有するモータと、前記シャフトの軸方向一方側の端部が配置される溝部を有する金属製の振動子と、を備え、前記溝部の径方向を向く開口部に位置し、前記シャフトの周面を固定するカシメ部と、前記カシメ部と異なる位置において前記振動子と前記シャフトとを固定する溶接部と、を有する、振動モータが提供される。

本発明の第２の態様によれば、中心軸に沿って配置されるシャフトを有するロータと、前記ロータと径方向に対向するステータと、を有するモータと、前記シャフトの軸方向一方側の端部が配置される溝部を有する金属製の振動子と、を備える振動モータの製造方法であって、前記シャフトの軸方向一方側の端部を前記振動子の溝部に配置した状態で、前記溝部の開口部に対して径方向に加圧部材を押しつけて前記開口部を変形させ、前記加圧部材により前記振動子と前記シャフトとを固定した状態で前記振動子と前記シャフトとを溶接する、振動モータの製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、振動子の脱落が抑制された高信頼性の振動モータとその製造方法が提供される。

図１は、実施形態の振動モータの平面図である。 図２は、実施形態の振動モータを軸方向に見た側面図である。 図３は、実施形態の振動モータの軸方向一方側の端部を拡大して示す部分平面図である。 図４は、実施形態の振動モータを軸方向と直交する側方から見た図である。 図５は、実施形態の振動モータのカシメ部を示す断面図である。 図６は、実施形態の振動モータの製造装置を示す側面図である。 図７は、レーザー溶接工程の説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態の振動モータの平面図である。図２は、本実施形態の振動モータを軸方向に見た側面図である。図３は、本実施形態の振動モータの軸方向一方側の端部を拡大して示す部分平面図である。図４は、本実施形態の振動モータを軸方向と直交する側方から見た図である。図５は、本実施形態の振動モータのカシメ部を示す断面図である。

本実施形態の振動モータ１は、モータ２と、モータ２に連結される金属製の振動子１０とを備える。モータ２は、本実施形態では、ブラシ付きＤＣモータである。モータ２はブラシレスＤＣモータであってもよい。

モータ２は、モータケース２Ａと、中心軸Ｊに沿って配置されるシャフト５を有するロータ４と、ロータ４と径方向に対向するステータ３と、を有する。ステータ３は、モータケース２Ａの内面に固定される永久磁石からなる。ロータ４は、シャフト５に固定されるコアと、コアに巻き回されるコイルと、シャフト５に固定されるコミテータとを有する。モータケース２Ａ内には、コミテータに接触するブラシが配置される。２本のリード線６は、モータケース２Ａ内のブラシと接続される。

本実施形態では、中心軸Ｊに平行な方向を単に「軸方向」と呼ぶ。軸方向のうち、モータ２から振動子１０へ向かう方向を軸方向一方側と呼び、振動子１０からモータ２へ向かう方向を軸方向他方側と呼ぶ。軸方向一方側は、中心軸Ｊに沿ってモータ２からシャフト５が突出する方向であり、シャフト５の先端側である。軸方向他方側は、シャフト５の基端側である。また、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Ｊに接近する方向を径方向内側と呼び、中心軸Ｊから離れる方向を径方向外側と呼ぶ。中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

振動子１０は、中心軸Ｊを中心とするほぼ半円柱状の金属部材である。振動子１０は、軸方向に見て中心軸Ｊから径方向に広がる扇形の偏心荷重部１０ｂを有する。偏心荷重部１０ｂを軸方向から見た扇形の中心角は１８０°である。振動子１０は、例えばタングステン、モリブデンなどの高比重金属、または高比重金属を含む合金からなる。振動子１０は、例えば、タングステン粉末を用いた粉末冶金法により作製される。

振動子１０は、シャフト５の軸方向一方側の端部が配置される溝部１１を有する。溝部１１は、軸方向からみて、偏心荷重部１０ｂの扇形の中心に位置する。溝部１１は、径方向一方側に開口する直線状の凹溝である。溝部１１は、中心軸Ｊに沿って延び、軸方向の両側の端面１０ｃ、１０ｄに開口する。振動子１０は、溝部１１の開口部を挟んで配置される２つの側壁部１３と、２つの側壁部１３のそれぞれの径方向外側の端部から径方向外側へ広がる平面部１０ａとを有する。図２に示すように、平面部１０ａを水平方向に沿って配置した状態において、中心軸Ｊは平面部１０ａを含む水平面Ｈ内に位置する。溝部１１は、中心軸Ｊを通って水平面Ｈと直交する垂直方向Ｐの上側に向かって開口する。

側壁部１３は、図１に示すように、中心軸Ｊに沿って軸方向に延びる。側壁部１３は、偏心荷重部１０ｂの軸方向一方側の端部から軸方向他方側の端部にわたって延びる。図２において、２つの側壁部１３は、平面部１０ａよりも垂直方向Ｐの上側へ突出する。側壁部１３は、溝部１１の側壁となる第１突出部１３ａと、第１突出部１３ａの径方向外側に位置する第２突出部１３ｂとを有する。

側壁部１３は、軸方向に見て、階段状である。第１突出部１３ａの平面部１０ａからの突出高さは、第２突出部１３ｂの平面部１０ａからの突出高さよりも大きい。２つの側壁部１３の垂直方向Ｐにおける上側端部が、溝部１１の開口端である。

振動モータ１は、振動子１０とシャフト５とを固定するカシメ部１２を有する。カシメ部１２は、図１に示すように、溝部１１の径方向を向く開口部に位置し、シャフト５の外周面を固定する。カシメ部１２は、図５に示すように、側壁部１３の第１突出部１３ａの一部を、溝部１１の開口部から溝部１１の底部側へ押し込んで変形させた部位である。カシメ部１２において、第１突出部１３ａをシャフト５の外周面に沿って変形させた変形部１３ｃが、シャフト５の外周面を押すことにより、振動子１０がシャフト５に固定される。

図４に示すように、カシメ部１２は、側壁部１３の軸方向の中央部に位置する。カシメ部１２は、軸方向に延びる。カシメ部１２の軸方向における一端１２ａは、振動子１０の重心Ｗよりも軸方向一方側に位置する。カシメ部１２の軸方向における他端１２ｂは、振動子１０の重心Ｗよりも軸方向他方側に位置する。すなわち、振動子１０の重心Ｗは、軸方向においてカシメ部１２の範囲内に配置される。この構成により、振動モータ１を動作させたときに、振動子１０を軸方向に揺動させる振動が抑制される。これにより、カシメ部１２の緩みが抑制される。

振動モータ１は、図２および図４に示すように、カシメ部１２と異なる位置において振動子１０とシャフト５とを固定する溶接部２０を有する。溶接部２０は、例えばレーザー溶接による振動子１０とシャフト５との連結部である。振動子１０とシャフト５との溶接方法としては、ガス溶接、アーク溶接を含む公知の溶接方法が使用可能である。

本実施形態の振動モータ１は、振動子１０とシャフト５とが、カシメ部１２と溶接部２０とにより固定されているため、カシメ固定のみで振動子１０を固定する場合と比較して振動子１０の脱落が大幅に抑制される。振動モータ１は、高信頼性が要求される用途に好適な振動モータである。

溶接部２０は、本実施形態では、振動子１０の軸方向一方側の端面１０ｃに位置する。溶接部２０は、振動子１０の軸方向他方側の端面１０ｄに位置してもよい。振動子１０の端面１０ｃまたは端面１０ｄにおいて振動子１０とシャフト５とを溶接することにより、振動子１０とシャフト５の軸方向の移動を抑制できる。

振動モータ１では、図３に示すように、シャフト５は、振動子１０の軸方向一方側の端面１０ｃから軸方向一方側へ突出する。シャフト５は、軸方向一方側の端部に面取り部５ａを有する。面取り部５ａは、本実施形態ではテーパー状であるが、シャフト５の角部が丸められた角Ｒ部であってもよい。溶接部２０は、図２に示すように、シャフト５の面取り部５ａと、振動子１０の軸方向一方側の端面１０ｃとにわたって配置される。この構成によれば、シャフト５の面取り部５ａと振動子１０の端面１０ｃを含む領域が溶接されるので、振動子１０とシャフト５とが強固に溶接される。

面取り部５ａは、図３に示すように、振動子１０の端面１０ｃよりも軸方向一方側へ突出して配置されることが好ましい。面取り部５ａの一部が端面１０ｃよりも軸方向他方側に位置する場合、端面１０ｃにおける溝部１１の開口端と、面取り部５ａとの間に空隙ができ、溶接する際に溶融される体積が小さくなる。面取り部５ａよりも軸方向他方側に位置するシャフト５の外周面を端面１０ｃから突出させることで、溶接時に溶融する部分の体積を確保でき、溶接強度を高めることができる。

一方、面取り部５ａの一部を端面１０ｃよりも軸方向他方側に位置させることで、シャフト５を短くでき、振動モータ１の軸方向の全長を短縮できる。したがって、溶接部２０における溶接強度が十分に確保可能であれば、面取り部５ａの一部が端面１０ｃよりも軸方向他方側に位置していてもよい。

本実施形態では、図２に示すように、溶接部２０は、振動子１０の端面１０ｃに位置する一箇所の溶接スポットである。この構成によれば、シャフト５と振動子１０とを固定するために、振動子１０の端面１０ｃにおいてレーザースポット溶接を１箇所のみ行えばよいため、効率よく製造可能である。

溶接部２０は、振動子１０の軸方向一方側の端面１０ｃにおいて、シャフト５の中心軸Ｊよりも溝部１１の底面側に配置される。溶接部２０は、図２に示す垂直方向Ｐにおいて、中心軸Ｊの下側に配置される。この構成によれば、径方向において溝部１１の開口部と反対側を溶接するので、溶接範囲を確保しやすく、強度が得られやすい。

本実施形態において、溶接部２０が配置される好ましい範囲は、端面１０ｃにおける溝部１１の底面近傍の範囲である。具体的には、図５に示すように、軸方向に見て、カシメ部１２とシャフト５との接触位置Ｃ１とシャフト５の中心軸Ｊを通る平面Ｐ１と、カシメ部１２とシャフト５との接触位置Ｃ２とシャフト５の中心軸Ｊを通る平面Ｐ２とを規定する。溶接部２０は、振動子１０の軸方向一方側の端面１０ｃにおいて、シャフト５の中心軸Ｊよりも溝部１１の底面側に位置し、かつ２つの平面Ｐ１、Ｐ２に挟まれる溝部１１の端縁上に配置される。すなわち、溶接部２０は、軸方向に見て、図５に示す角度範囲２０Ａの内側に配置される。角度範囲２０Ａ内には、溶接部２０の中心が配置されていればよい。角度範囲２０Ａ内に溶接部２０の全体が配置されることが好ましい。

上記構成によれば、径方向において、溶接部２０と、接触位置Ｃ１、Ｃ２とが、中心軸Ｊを挟んで互いに反対側に位置するので、シャフト５は、カシメ部１２と溶接部２０とにより径方向に挟まれるように固定される。これにより、振動子１０の脱落が抑制される。
なお、溶接部２０は、溶接領域を十分に確保可能であれば、角度範囲２０Ａの外側に位置することも可能である。

次に、図６および図７を参照して本実施形態の振動モータの製造方法について説明する。図６は、本実施形態の振動モータの製造装置を示す側面図である。図７は、レーザー溶接工程の説明図である。

本実施形態の振動モータの製造装置１００は、図６に示すように、基台１０１と、モータ固定部１０２と、振動子固定部１０３と、レーザー射出部１０５と、加圧部材１０６と、を有する。基台１０１は、製造装置全体の支持部であり、基台１０１上にモータ固定部１０２と振動子固定部１０３とが配置される。

モータ固定部１０２は、モータ２を、シャフト５が水平方向に延びる姿勢で支持する。モータ固定部１０２は、モータ２を、水平方向に位置決めした状態で支持する。
振動子固定部１０３は、振動子１０を、溝部１１が鉛直上方に向かって開口する姿勢で支持する。本実施形態では、偏心荷重部１０ｂの平面部１０ａが水平に配置される。振動子固定部１０３は、振動子１０を、水平方向に位置決めした状態で支持する。
レーザー射出部１０５は、シャフト５と振動子１０との境界部に、レーザー光を照射し、レーザー溶接を行う。レーザー射出部１０５は、基台１０１に固定されていてもよく、他の支持部材に支持されていてもよい。
加圧部材１０６は、振動子固定部１０３の振動子１０が配置される領域の鉛直上方に配置される。加圧部材１０６は、振動子１０の側壁部１３の鉛直上方に配置される。加圧部材１０６は、図示しない駆動装置に接続され、カシメ装置を構成する。加圧部材１０６は、鉛直方向に移動可能である。

振動モータの製造装置１００を用いる振動モータ１の製造方法は、モータ２および振動子１０を配置する第１工程と、シャフト５と振動子１０とを固定する第２工程と、を含む。
第１工程では、振動子固定部１０３に振動子１０が位置決め固定される。また、モータ固定部１０２にモータ２が位置決め固定される。第１工程において、振動子１０の溝部１１にシャフト５の軸方向一方側の端部が挿入される。

第２工程では、シャフト５の軸方向一方側の端部を振動子１０の溝部１１に配置した状態で、加圧部材１０６を鉛直下方に移動させる。これにより、溝部１１の開口部に加圧部材１０６を押しつけて溝部１１の開口部を変形させ、振動子１０とシャフト５とをカシメ固定する。この工程により、振動モータ１にカシメ部１２が設けられる。

第２工程では、加圧部材１０６により振動子１０とシャフト５とを固定した状態で振動子１０とシャフト５とを溶接する。すなわち、図７に示すように、加圧部材１０６が側壁部１３に押し込まれた状態で、レーザー射出部１０５からシャフト５および振動子１０の軸方向一方側の端面にレーザー光を照射する。これにより、シャフト５および振動子１０の一部が溶接される。この工程により、振動モータ１に溶接部２０が設けられる。

本実施形態の製造方法では、第２工程において、振動子１０とシャフト５とのカシメおよび溶接を一工程で実施する。これにより、別々の工程でカシメと溶接を行う場合と比較して、製造効率が大きく向上する。また、加圧部材１０６を押しつけて振動子１０とシャフト５とを固定した状態で溶接を行うため、カシメ部１２と溶接部２０との配置の再現性が高くなり、信頼性に優れた振動モータ１を製造することができる。

第２工程において、加圧部材１０６がシャフト５に最も近づいた位置で振動子１０とシャフト５とを溶接することが好ましい。この製造方法によれば、カシメ部１２の変形が完了した位置で溶接を行うことができ、カシメ部１２と溶接部２０との相対的な位置精度がより高くなる。

本実施形態では、第２工程において、シャフト５の軸方向一方側の端部を振動子１０の軸方向一方側の端面１０ｃから軸方向一方側に突出させた状態で、シャフト５に対して斜め方向からレーザー光を照射することによりシャフト５と振動子１０とを溶接する。この製造方法によれば、レーザー溶接によりシャフト５と振動子１０との境界領域を容易に溶接できる。また、振動子１０において、カシメ部１２が設けられる面とは異なる端面１０ｃにレーザー光を照射するので、カシメ工程を阻害することなく効率よく溶接可能である。

１…振動モータ、２…モータ、３…ステータ、４…ロータ、５…シャフト、５ａ…面取り部、１０…振動子、１０ｃ，１０ｄ…端面、１１…溝部、１２…カシメ部、１２ａ…一端、１２ｂ…他端、２０…溶接部、１０６…加圧部材、Ｃ１，Ｃ２…接触位置、Ｊ…中心軸、Ｐ１，Ｐ２…平面、Ｗ…重心

Claims (10)

1. 中心軸に沿って配置されるシャフトを有するロータと、前記ロータと径方向に対向するステータと、を有するモータと、
   前記シャフトの軸方向一方側の端部が配置される溝部を有する金属製の振動子と、
   を備え、
   前記溝部の径方向を向く開口部に位置し、前記シャフトの周面を固定するカシメ部と、
   前記カシメ部と異なる位置において前記振動子と前記シャフトとを固定する溶接部と、
   を有する、振動モータ。
2. 前記溶接部は、前記振動子の軸方向一方側または他方側の端面に位置する、請求項１に記載の振動モータ。
3. 前記シャフトは、前記振動子の軸方向一方側の端面から軸方向一方側へ突出し、軸方向一方側の端部に面取り部を有しており、
   前記溶接部は、前記シャフトの前記面取り部と、前記振動子の軸方向一方側の端面とにわたって配置される、請求項２に記載の振動モータ。
4. 前記溶接部は、一箇所の溶接スポットである、請求項１から３のいずれか１項に記載の振動モータ。
5. 前記溶接部は、前記振動子の軸方向一方側の端面において、前記シャフトの中心軸よりも前記溝部の底面側に配置される、請求項４に記載の振動モータ。
6. 軸方向に見て、前記カシメ部と前記シャフトとの２箇所の接触位置のうちの一方または他方と、前記シャフトの中心軸とを通過する２つの平面を規定したとき、
   前記溶接部は、前記振動子の軸方向一方側の端面において、前記シャフトの中心軸よりも前記溝部の底面側に位置し、かつ前記２つの平面に挟まれる前記溝部の端縁上に配置される、請求項５に記載の振動モータ。
7. 前記カシメ部は、軸方向に延びており、
   前記カシメ部の軸方向における一端が振動子の重心よりも軸方向一方側に位置すると共に、カシメ部の軸方向における他端が振動子の重心よりも軸方向他方側に位置する、請求項１から６のいずれか１項に記載の振動モータ。
8. 中心軸に沿って配置されるシャフトを有するロータと、前記ロータと径方向に対向するステータと、を有するモータと、
   前記シャフトの軸方向一方側の端部が配置される溝部を有する金属製の振動子と、
   を備える振動モータの製造方法であって、
   前記シャフトの軸方向一方側の端部を前記振動子の溝部に配置した状態で、前記溝部の開口部に対して径方向に加圧部材を押しつけて前記開口部を変形させ、
   前記加圧部材により前記振動子と前記シャフトとを固定した状態で前記振動子と前記シャフトとを溶接する、
   振動モータの製造方法。
9. 前記加圧部材が前記シャフトに最も近づいた位置で前記振動子と前記シャフトとを溶接する、請求項８に記載の振動モータの製造方法。
10. 前記シャフトの軸方向一方側の端部を前記振動子の軸方向一方側の端面から軸方向一方側に突出させた状態で、前記シャフトに対して斜め方向からレーザー光を照射することにより前記シャフトと前記振動子とを溶接する、請求項８または９に記載の振動モータの製造方法。

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