JP2016182013A - アウターロータ型モータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子軸と回転子ヨークとの直角度を向上させて天面振れを減少させたアウターロータ型モータを提供する。【解決手段】カップ状に成形された回転子ヨーク１０のヨーク天面部１０ｃのヨーク開口側を受け駒１６に重ねて支持され、受け駒支持面と反対側の軸孔外周縁部を押し駒１４により押圧されてヨーク開口側から回転子軸９が軸孔１０ｂに圧入プレスされ、かつ押し駒１４によって軸孔外周縁部を鍛造プレスされて回転子ヨーク１０に回転子軸９が一体に組み付けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、例えばＯＡ機器、家電製品、産業機器などに用いられるアウターロータ型モータ及びその製造方法に関する。

アウターロータ型のＤＣブラシレスモータの一例について説明する。
固定子の構造について説明する。筒状に形成されたハウジングの軸孔には、焼結金属よりなる筒状のメタル含油軸受が同軸状に組み付けられている。このハウジングの一端側外周には、外周側に向かって放射状に突設された極歯にコイルが巻かれた固定子コアが組み付けられる。固定子コアは樹脂塗装により絶縁された極歯に銅線を巻き付けてコイルが形成されている。また、ハウジングの他端側には取付板が一体に形成されている。取付板にはモータ基板が組み付けられている。

次に、回転子の一例について説明する。図６に示すように、カップ状に形成された回転子ヨーク５１の中心部には真鍮などの合金を切削加工して形成された回転子ハブ５２には、回転子軸５３の一端側が圧入固定されている。この回転ハブ５２にカップ状に形成された回転子ヨーク５１がかしめられて一体に組み付けられている。回転子ヨーク５１の内周面には、周方向に多極着磁されたリング状のマグネット５４が組み付けられている。回転子は、回転子軸５３を図示しない固定子ハウジングの軸孔に組み付けられた軸受の軸孔に挿入されて、マグネット５４が固定子コアの極歯と対向配置されて組み付けられる。

或いは、図７に示すように、カップ状に形成された回転子ヨーク５１の中心部には、カップ開口側に向けて筒状のボス部５１ａが起立形成されている。このボス部５１ａには、軸孔５１ｂ（貫通孔）が形成されている。軸孔５１ｂには回転子軸５３が圧入により一体に組み付けられている。回転子ヨーク５１の内周壁には、周方向に多極着磁されたリング状のマグネット５４が一体に組み付けられている。

以上のように、図６に示すように、回転子軸５３は回転子ハブ５２に圧入した後、回転子ハブ５２を回転子ヨーク５１とかしめ固定されるか、図７に示すように回転子軸５３は直接回転子ヨーク５１に圧入固定されている。
また、回転子に搭載されるポリゴンミラーの面倒れや上下振動を防ぐため、予め回転子軸と直交する方向に一体形成されたヨーク部にマグネットを組み付けたスキャナモータも提案されている（特許文献１参照）。或いは、回転子ヨークに対する軸直角度が低下するのを防ぐため、シャフトとカップ状バックヨークを圧入結合した後、これらをダイキャスト結合したブラシレスモータも提案されている（特許文献２参照）。

特開平７−２４１０５６号公報 特開２０１３−２９０８６号公報

図６に示す回転子軸５３を回転子ハブ５２に圧入した後、回転子ハブ５２を回転子ヨーク５１とかしめ固定する場合には、部品点数が多いためコスト高になるうえに回転子ハブ５２の切削加工や回転子ハブ５２と回転子軸５３の圧入プレス加工、更には回転子ハブ５２と回転子ヨーク５１とのかしめ加工など工数が多く製造コストが嵩むという課題がある。

また、図７に示す回転子軸５３を直接回転子ヨーク５１に圧入固定する場合には、回転子軸５３基準の回転子ヨーク５１の直角度は軸孔５１ｂとヨーク天面部５１ｃとの直角度に依存してしまい組み立て規格を満たすことができない。これは、圧入治具により回転子ヨーク５１のヨーク天面部５１ｃをクランプして、ヨーク天面部５１ｃと軸孔５１ｂとの直角度を弾性変形により強制しているため、圧入後に回転子ヨーク５１がスプリングバックしてもとの形態に戻ってしまうことが考えられる。

また、特許文献１のように回転子軸と直交するヨーク部を一体形成するのは、加工コストが嵩み現実的ではないうえに、特許文献２のようにシャフトとカップ状バックヨークを圧入結合した後、これらをダイキャスト結合する場合には、工数が増えるうえにプレス装置のみならず金型鋳造設備を要し設備コストが嵩む。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、回転子軸と回転子ヨークとの直角度を向上させて天面振れを減少させたアウターロータ型モータ及び回転性能を向上させたアウターロータ型モータを安価に量産可能なアウターロータ型モータの製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
カップ状に成形された回転子ヨークの中心部に形成された軸孔に回転子軸が圧入された回転子が、固定子ハウジングに設けられた軸受を介して前記回転子軸が回転可能に軸支されたアウターロータ型モータであって、前記回転子ヨークをヨーク天面部のヨーク開口側を受け駒に重ねて支持され、当該ヨーク天面部の受け駒支持面と反対側の軸孔外周縁部を押し駒により押圧されて前記ヨーク開口側から前記回転子軸が前記軸孔に圧入され、かつ前記押し駒によって前記軸孔外周縁部を鍛造されて前記回転子ヨークに前記回転子軸が一体に組み付けられていることを特徴とする。

上述したアウターロータ型モータを用いれば、回転子軸が回転子ヨークの軸孔に圧入され、かつ軸孔外周縁部を押し駒によって鍛造されて回転子ヨークに回転子軸が一体に組み付けられているので、回転子軸と回転子ヨークの軸直角度が高く、鍛造プレスによりスプリングバックなどの弾性変形を防いで回転安定性の高いアウターロータ型モータを提供することができる。

カップ状に成形された回転子ヨークの中心部に形成された軸孔に回転子軸が圧入された回転子が、固定子ハウジングに設けられた軸受を介して前記回転子軸が回転可能に軸支されたアウターロータ型モータの製造方法であって、回転子軸を筒状ブッシュに挿入して直立姿勢で保持する工程と、前記筒状ブッシュの外周側に同心状に配置された受け駒に、前記回転子ヨークをヨーク開口側から重ね合わせてヨーク天面部を受け部によって支持する工程と、前記ヨーク天面部の上方に配置された押し駒によって前記回転子ヨークを前記受け駒と共に押し下げることで前記軸孔に前記回転子軸を相対的に上昇させて圧入する工程と、前記回転子軸を前記軸孔に圧入したまま前記押し駒と前記受け駒によって前記ヨーク天面部をクランプしたまま前記押し駒による更なる押圧により前記軸孔外周縁部を鍛造する工程と、を含むことを特徴とする。

上記アウターロータ型モータの製造方法を用いれば、押し駒と受け駒によって回転子ヨークの軸孔に回転子軸を圧入する圧入工程に続いて、押し駒と受け駒によってヨーク天面部をクランプしたまま押し駒の更なる押圧により軸孔外周縁部を鍛造することにより、回転子軸と回転子ヨークとの直角度を向上させて天面振れを減少させるとともに、加工後のスプリングバック等の弾性変形を防いで加工精度を維持することができる。また、同一のプレス設備を用いて１回のプレス動作で回転子軸と回転子ヨークを組み立てることができるので、回転子を安価に効率良く量産することができる。

また、前記押し駒には、前記回転子軸の軸端面に当接する中子が押し駒本体より所定量突出するように付勢支持されており、前記押し駒本体の前記ヨーク天面部への押圧によって前記中子が前記回転子軸の軸端面に当接したまま前記受け駒が相対移動することにより前記中子が前記回転子軸によって前記押し駒本体内へ押し込まれて圧入されるのが好ましい。
更には、前記回転子軸を前記ヨーク天面部と端面を揃えるまで軸孔に圧入する際に、前記中子が前記押し駒本体内に収納される突出量吸収分だけ前記ヨーク天面部の軸孔外周縁部を前記押し駒によって鍛造するのが好ましい。
これにより、押し駒本体より突出して付勢支持される中子の突出量を調整しておくことで、１回のプレス動作により回転子ヨークへの回転子軸の圧入と回転子ヨークのヨーク天面部に対する鍛造が同じタイミングで実現できるので、回転子の天面振れの少ない回転性能を向上させたアウターロータ型モータを安価な製造設備でコストを削減して量産することができる。

上述したアウターロータ型モータを用いれば、回転子軸と回転子ヨークとの直角度を向上させて天面振れを減少させたアウターロータ型モータを提供することができる。
また、回転性能を向上させたアウターロータ型モータを安価に量産することが可能なアウターロータ型モータの製造方法を提供することができる。

アウターロータ型ＤＣブラシレスモータの断面説明図である。 図１の回転子ヨークに回転子軸を組み付ける工程を示す状態説明図である。 図２に続く回転子ヨークに回転子軸を組み付ける工程を示す状態説明図及び一部拡大断面図である。 鍛造加工の有無に対する回転子ヨークの天面振れ量の対比を示す表図である。 図４のデータをヒストグラムに表した表図である。 従来の回転子軸と回転子ヨークとの組み付け構造を示す断面説明図である。 従来の回転子軸と回転子ヨークとの組み付け構造を示す断面説明図である。

以下、本発明に係るアウターロータ型モータの実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータを用いて説明する。

図１を参照して、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータの概略構成について説明する。固定子１の構造について説明する。筒状に形成されたハウジング２の軸孔２ａには、焼結金属よりなる筒状のメタル含油軸受３が同軸状に組み付けられている。このハウジング２の一端側端部２ｂ及び外周部に沿って固定子コア４がその中心孔４ａに形成された段付き部４ｂを当接させて接着固定されている。固定子コア４は、積層コアであり、平面視で外周側に向かって放射状に突設された極歯４ｃの周囲にモータコイル５が巻かれている。

また、ハウジング２の他端側は径方向外側に延設された基板受け部２ｃが形成されている。基板受け部２ｃにはモータ基板６が固定されている。モータ基板６には、ホール素子等を搭載したセンサ基板（図示せず）が設けられる。ハウジング２の他端側は中心孔に後述する回転子軸９が駆動伝達する取付部７が圧入され若しくはかしめられて組み付けられる。

次に図１において回転子８の構造について説明する。回転子軸９の一端側は、カップ状に形成された回転子ヨーク１０の中心部に開口側に起立形成された筒状のボス部１０ａの軸孔１０ｂ（貫通孔）に圧入固定されている。この回転子軸９は、後述するように回転子ヨーク１０の軸孔１０ｂに対して圧入プレスされ、更にヨーク天面部１０ｃの軸孔１０ｂの外周縁部を鍛造プレスされて一体に組み付けられている。

回転子ヨーク１０は金属磁性体（例えば亜鉛めっき鋼板）を絞り加工してカップ状に成形したものが用いられる。この回転子ヨーク１０の内周面には、周方向にＮ極Ｓ極が交互に多極着磁されたリング状のマグネット１１が組み付けられている。マグネット１１の軸方向の長さは固定子コア４の極歯４ｃの軸方向の長さより大きなサイズのものが用いられる。固定子１を組立てた後、回転子８の回転子軸９がメタル含油軸受３を挿通して嵌め込まれる。このとき、固定子コア４の極歯４ｃとマグネット１１が対向するように組み付けられる。回転子８は、マグネット１１が対向する固定子極歯４ｃと磁気吸引されて組み付けられ、回転子軸１０がハウジング２にメタル含油軸受３を介して回転可能に軸支されている。

ここで回転子８の回転子軸９と回転子ヨーク１０との組み付け工程について図２及び図３を参照して説明する。
先ず、プレス用ダイセットの一例について説明する。図示しないダイプレートに対してパンチプレートがガイドポストにガイドされてプレス動作（接離動）するようになっている。また、ダイプレートとパンチプレートとの間には中間プレート１７（ストリッパプレート）がガイドポストにコイルばね等によってダイプレート上に付勢支持されている。

図２（Ａ）において、図示しないダイプレートには、受けブロック１３が設けられている。この受けブロック１３は、起立姿勢の回転子軸９の端部を支持する。また図示しないパンチプレートには、押し駒１４が設けられている。押し駒１４は、押し駒本体１４ａ内に、中子１４ｂが挿入されている。中子１４ｂは、先端部が押し駒本体１４ａの押圧面１４ｃよりに突出するようにコイルばね１４ｄにより付勢支持されている。中子１４ｂは、後述するように回転子軸９の軸端面と当接する。

中間プレート１７には、筒状ブッシュ１５及び該筒状ブッシュ１５の周囲に受け駒１６が同心状に配置されている。筒状ブッシュ１５は、受け駒１６の中心孔（貫通孔）１６ａの下方に支持されている。筒状ブッシュ１５は回転子軸９を受けブロック１３上に起立姿勢で保持する。受け駒１６にはカップ状の回転子ヨーク１０をヨーク開口側から重ね合わせ（図２（Ｂ）参照）、ヨーク天面部１０ｃが受け部１６ｂで支持されるように装着される（図２（Ｃ）参照）。尚、回転子ヨーク１０の中心部にヨーク開口側に突設されたボス部１０ａは、受け駒１６の中心孔１６ａ内に挿入されるため受け部１６ｂと干渉することはない。

図２（Ａ）に示すように、中間プレート１７の受け駒１６の中心孔１６ａ内に同心状に設けられた筒状ブッシュ１５に回転子軸９を上方から挿入する。回転子軸９の下端部は受けブロック１３に支持されて筒状ブッシュ１５に直立姿勢で保持される。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、受け駒１６にカップ状に成形された回転子ヨーク１０をヨーク開口側からセットし、中心孔１６ａの周縁部に設けられた受け部１６ｂによってヨーク天面部１０ｃを支持する。

図２（Ｃ）に示すように、回転子ヨーク１０の上方に配置された押し駒１４を下動させて、中子１４ｂを軸孔１０ｂに挿入すると共に押し駒本体１４ａの押圧面１４ｃをヨーク天面部１０ｃに押し当てたまま、押し駒１４を押し下げることによって、回転子ヨーク１０を受け駒１６と共に中間プレート１７の付勢に抗して押し下げる。このとき、軸孔１０ｂには回転子軸９の上端がヨーク開口側（下方側）から挿入されており回転子軸９が相対的に押し上げられるため軸端面が中子１４ｂと当接して、当該中子１４ｂをコイルばね１４ｄ（図２（Ａ）参照）の付勢力に抗して押し駒本体１４ａ内に押し戻しながら軸孔１０ｂ内に回転子軸９が圧入されてゆく（圧入工程）。

次に、図３（Ａ）に示すように、回転子軸９を軸孔１０ｂ圧入したまま、押し駒１４の押圧面１４ｃと受け駒１６の受け部１６ｂによって回転子ヨーク１０のヨーク天面部１０ｃをクランプしたまま、押し駒１４による更なる押圧により軸孔１０ｂの外周縁部を鍛造する（鍛造工程）。

具体的には、図３（Ｂ）の拡大図に示すように、ヨーク天面部１０ｃを受け部１６ｂで受けたまま、押し駒本体１４ａ（押圧面１４ｃ）のヨーク天面部１０ｃへの更なる押圧によって押圧面１４ｃと接するヨーク天面部１０ｃが下方へ押し下げられる。これにより、中子１４ｂが回転子軸９に当接したまま相対的に押し駒本体１４ａ内へ押し込まれ、回転子軸９をヨーク天面部１０ｃと端面を揃えるまで軸孔１０ｂに圧入する。このとき、中子１４ｂが押し駒本体１４ａ内に収納される突出量吸収分（例えば３０μｍ程度）だけヨーク天面部１０ｃの軸孔１０ｂの外周縁部を押し駒１４（押圧面１４ｃ）によって鍛造する。実験によれば、ヨーク天面部１０ｃに、軸孔１０ｂと同心円状の打痕がわずかに残る。

これにより、押し駒本体１４ａより突出して付勢支持される中子１４ｂの突出量を調整しておくことで、１回のプレス動作により回転子ヨーク１０への回転子軸９の圧入プレスと回転子ヨーク１０のヨーク天面部１０ｃに対する鍛造プレスが同じタイミングで実現できるので、回転子８の天面振れの少ない回転性能を向上させたアウターロータ型モータを安価な製造設備でコストを削減して量産することができる。

ちなみに、回転子軸９の圧入プレスのみ行った回転子ヨーク１０のサンプル３０個と圧入プレス及び鍛造プレスを行った回転子ヨーク１０のサンプル３０個の圧入前後の天面振れを表にまとめたものを図４に示す。いずれの場合も回転子軸９の圧入前より圧入後の回転子ヨーク１０の方が天面振れが減少していることがわかる。また、鍛造プレスを伴ったサンプルの方が圧入プレスのみ行ったサンプルより天面振れの度合いがより低くなっていることがわかる。

図５（Ａ）（Ｂ）は、図４のデータをヒストグラム（度数分布表）として表した図である。図５（Ａ）は圧入プレスのみ行った回転子ヨーク１０のサンプル３０個のヒストグラムであり、図５（Ｂ）は圧入プレス及び鍛造プレスを行った回転子ヨーク１０のサンプル３０個のヒストグラムである。
この結果、圧入プレスのみ行った回転子ヨーク１０の場合、回転子軸９の圧入前後の天面振れが平均値で３０μｍ程度から１６μｍ程度に改善するのに対し、圧入プレス及び鍛造プレスを行った回転子ヨーク１０の場合、回転子軸９の圧入前後の天面振れが平均値で３７μｍ程度から１０μｍ程度に改善し、天面振れの度合いが著しく改善していることが判明した。

以上より、アウターロータ型モータの回転子８においては、鍛造プレス方法を用いることで、回転子軸９と回転子ヨーク１０の軸直角度が良くなり、回転安定性を高めることができる。
また、同一のプレス設備を用いて１回のプレス動作で回転子軸９と回転子ヨーク１０を組み立てることができるので、回転子８を安価に効率良く量産することができる。

上記アウターロータ型ＤＣブラシレスモータは、ＯＡ機器、家電製品、産業機器など幅広い機器の駆動源として用いられる。

１ 固定子 ２ ハウジング ２ａ 軸孔 ２ｂ 端部 ２ｃ 基板受け部 ３ メタル含油軸受 ４ 固定子コア ４ａ 中心孔 ４ｂ 段付き部 ４ｃ 極歯 ５ モータコイル ６ モータ基板 ７ 取付部 ８ 回転子 ９ 回転子軸 １０ 回転子ヨーク １０ａ ボス部 １０ｂ 軸孔 １０ｃ ヨーク天面部 １１ マグネット １３ 受けブロック １４ 押し駒 １４ａ 押し駒本体 １４ｂ 中子 １４ｃ 押圧面 １４ｄ コイルばね １５ 筒状ブッシュ １６ 受け駒 １６ａ 中心孔 １６ｂ 受け部 １７ 中間プレート

Claims (4)

1. カップ状に成形された回転子ヨークの中心部に形成された軸孔に回転子軸が圧入された回転子が、固定子ハウジングに設けられた軸受を介して前記回転子軸が回転可能に軸支されたアウターロータ型モータであって、
   前記回転子ヨークをヨーク天面部のヨーク開口側を受け駒に重ねて支持され、当該ヨーク天面部の受け駒支持面と反対側の軸孔外周縁部を押し駒により押圧されて前記ヨーク開口側から前記回転子軸が前記軸孔に圧入され、かつ前記押し駒によって前記軸孔外周縁部を鍛造されて前記回転子ヨークに前記回転子軸が一体に組み付けられていることを特徴とするアウターロータ型モータ。
2. カップ状に成形された回転子ヨークの中心部に形成された軸孔に回転子軸が圧入された回転子が、固定子ハウジングに設けられた軸受を介して前記回転子軸が回転可能に軸支されたアウターロータ型モータの製造方法であって、
   回転子軸を筒状ブッシュに挿入して直立姿勢で保持する工程と、
   前記筒状ブッシュの外周側に同心状に配置された受け駒に、前記回転子ヨークをヨーク開口側から重ね合わせてヨーク天面部を受け部によって支持する工程と、
   前記ヨーク天面部の上方に配置された押し駒によって前記回転子ヨークを前記受け駒と共に押し下げることで前記軸孔に前記回転子軸を相対的に上昇させて圧入する工程と、
   前記回転子軸を前記軸孔に圧入したまま前記押し駒と前記受け駒によって前記ヨーク天面部をクランプしたまま前記押し駒による更なる押圧により前記軸孔外周縁部を鍛造する工程と、を含むことを特徴とするアウターロータ型モータの製造方法。
3. 前記押し駒には、前記回転子軸の軸端面に当接する中子が押し駒本体より所定量突出するように付勢支持されており、前記押し駒本体の前記ヨーク天面部への押圧によって前記中子が前記回転子軸の軸端面に当接したまま前記受け駒が相対移動することにより前記中子が前記回転子軸によって前記押し駒本体内へ押し込まれて圧入される請求項２記載のアウターロータ型モータの製造方法。
4. 前記回転子軸を前記ヨーク天面部と端面を揃えるまで軸孔に圧入する際に、前記中子が前記押し駒本体内に収納される突出量吸収分だけ前記ヨーク天面部の軸孔外周縁部を前記押し駒によって鍛造する請求項３記載のアウターロータ型モータの製造方法。