JP4685642B2

JP4685642B2 - モータ

Info

Publication number: JP4685642B2
Application number: JP2006015036A
Authority: JP
Inventors: 郁夫上松
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: US20070170797A1; US7414340B2; CN101034843B; CN101034843A; JP2007202240A

Description

本発明は、モータの構成に関するものであり、さらに詳しくは、回転軸をスラスト方向に付勢させた構成を有するモータに関するものである。

環状のステータの内側に、回転軸の外周面に永久磁石が固着されたロータが配置されたモータにおいて、回転軸をスラスト方向に付勢しないと、回転軸が回転した際に回転軸がスラスト方向にぶれてラジアル軸受に摩耗が発生するとともに、大きな異音が発生する。

このような不具合を解消可能な手段としては、ステータの出力側端面にコの字形状の取り付け板が固定されたモータにおいて、ロータの反出力側端部を板バネにより出力側に付勢するとともに、取り付け板の先端部に固着された袋状の軸受で回転軸の出力側の軸端を支持した構成や、回転軸の段部とステータの出力側端面との間に配置したコイルバネにより回転軸を出力側に付勢するとともに、取り付け板の先端部に固着された袋状の軸受で回転軸の出力側の軸端を支持した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２０８５７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている構成は、回転軸を出力側に付勢するとともに、回転軸の出力側の軸端をスラスト方向で支持する構成であるため、回転軸に送りねじが形成されたモータのように、ステータの出力側端面にコの字形状の取り付け板が固定された場合、あるいはモータが搭載される機器において回転軸の出力側の軸端を支持する部分がある場合など、回転軸の出力側の軸端を支持可能な構成を採用した場合のみに適用できる構成であり、適用できる範囲が狭いという問題点がある。

また、特許文献１に開示のモータにおいて、送りねじとキャリッジとの間のバックラッシュを防止することを目的にキャリッジに出力側に向かう付勢力を印加した場合、回転軸の出力側の軸端をスラスト方向で支持する部分には、回転軸のスラスト方向のぶれを防止するための付勢力と、バックラッシュ防止用の付勢力の双方が加わるため、大きなトルク損失が発生するという問題点がある。

なお、回転軸を反出力側に付勢する構成を採用した場合には、従来のモータでは、回転軸を反出力側で支持するラジアル軸受の出力側端面で、ロータの反出力側端面で支持する必要があり、このような構成を採用すると、ロータの反出力側端面と軸受の出力側端面とが面接触するため、トルクの損失が大きいという問題点がある。

以上の問題点において、本発明の課題は、回転軸の出力側の軸端をスラスト方向で支持不能な場合でも回転軸がスラスト方向にぶれることを防止でき、かつ、かかるぶれを防止した場合でもトルクの損失を低く抑えることのできるモータ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、回転軸の外周面に永久磁石を備えたロータと、前記永久磁石の外周面に内周面が対向するステータと、前記回転軸を出力側で回転可能に支持する第１のラジアル軸受と、前記回転軸を反出力側で回転可能に支持する第２のラジアル軸受とを有するモータにおいて、前記第１のラジアル軸受は、前記ステータの出力側端部に固定され、前記第１のラジアル軸受と前記ロータの出力側端面との間には、当該ロータを反出力側に付勢するバネ部材が配置され、前記ステータの反出力側端部には、前記回転軸の反出力側の軸端が当接するスラスト受け板が固定されており、前記バネ部材は、コイルバネであって、前記永久磁石の出力側端面には、前記コイルバネの反出力側端部が内側に収容された環状凹部が形成され、当該環状凹部は、前記第１のラジアル軸受側に向けて拡径しながら開口していることを特徴とする。

本発明において、「前記第１のラジアル軸受が前記ステータの出力側端部に固定されている」とは、前記第１のラジアル軸受が前記ステータの出力側端部に直接、固定されている構成の他、前記第１のラジアル軸受が前記ステータの出力側端部に他の部材を介して固定されている構成も含む意味である。また、「前記ステータの反出力側端部にスラスト受け板が固定されている」とは、前記スラスト受け板が前記ステータの反出力側端部に直接、固定されている構成の他、前記スラスト受け板が前記ステータの反出力側端部に他の部材を介して固定されている構成も含む意味である。

本発明では、バネ部材が回転軸を反出力側に付勢するとともに、回転軸の反出力側の軸端はスラスト受け板で支持されている。このため、回転軸が回転した際に回転軸がスラスト方向にぶれることがなく、ラジアル軸受の摩耗および大きな異音の発生を防止することができる。また、バネ部材は、出力側の第１のラジアル軸受とロータの出力側端面との間に配置され、スラスト受け板は、ステータの反出力側に固定されているため、モータ本体内で回転軸のスラスト方向のぶれを防止できる。従って、回転軸の出力側の軸端を支持不能な場合でも回転軸がスラスト方向にぶれることを防止できる。さらに、反出力側に付勢された回転軸は、その軸端が当接するスラスト受け板に概ね点接触状態で支持されているため、受け部分での摺動に起因するトルクの損失を小さく抑えることができる。さらにまた、回転軸に送りねじを設け、送りねじ機構によりキャリッジを回転軸に沿って移動させるにあたって、キャリッジに反出力側方向の付勢力を印加して送りねじとキャリッジとの間のバックラッシュを防止した場合でも、回転軸の反出力側の軸端は、スラスト受け板で点接触状態で支持されているので、受け部分での摺動に起因するトルクの損失を小さく抑えることができる。

また、前記バネ部材としては、コイルバネの他にも皿バネを用いることができるが、本発明において、前記バネ部材は、コイルバネである。このため、皿バネと比較して、小径でかつ安定した付勢力を発揮するという利点がある。また、前記永久磁石の出力側端面には、前記第１のラジアル軸受側に向けて拡径しながら開口する環状凹部が形成されており、前記コイルバネの反出力側端部は、前記環状凹部内に収容されている。このため、第１のラジアル軸受とロータの出力側端面とのスラスト方向における隙間を狭くしたまま、コイルバネを配置することができる。それ故、モータの小型化および薄型化を図ることができる。

本発明において、前記コイルバネの出力側端部と前記第１のラジアル軸受の反出力側端面との間には第１のワッシャが配置され、前記コイルバネの反出力側端部と前記環状凹部の底部との間には第２のワッシャが配置されており、前記第１のラジアル軸受と前記第１のワッシャとの間、または／および前記環状凹部の底部と前記第２のワッシャとの間が摺動面になっていることが好ましい。

本発明において、前記スラスト受け板は、前記ステータの反出力側端面に固定された円環状鍔部、および該円環状鍔部の内周縁から反出力側に延びた有底の筒部を備え、当該筒部の底部が前記回転軸の反出力側の軸端を支持していることが好ましい。このようなカップ状のスラスト受け板を用いると、筒部の内側をオイル溜めなどとして利用することができ、オイルの流出を防止することができる。

本発明に係るモータにおいて、回転軸を反出力側に付勢するバネ部材は、出力側の第１のラジアル軸受とロータの出力側端面との間に配置され、回転軸の反出力側の軸端を受けるスラスト受け板は、ステータの反出力側に固定されているため、モータ本体内で回転軸のスラスト方向のぶれを防止できる。従って、回転軸の出力側の軸端をスラスト方向で支持不能な場合でも回転軸がスラスト方向にぶれることを防止できる。さらに、反出力側に付勢された回転軸は、その軸端が当接するスラスト受け板で概ね点接触状態で支持されているため、受け部分での摺動に起因するトルクの損失を小さく抑えることができる。さら
にまた、回転軸に送りねじを設け、送りねじ機構によりキャリッジを回転軸に沿って移動させるにあたって、キャリッジに反出力側方向の付勢力を印加して送りねじとキャリッジとの間のバックラッシュを防止した場合でも、回転軸の反出力側の軸端は、スラスト受け板で点接触状態で支持されているので、受け部分での摺動に起因するトルクの損失を小さく抑えることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したモータについて説明する。

［実施の形態１］
（構成）
図１は、本発明を適用した実施の形態１に係るモータの構成を示す半断面図である。図１に示すように、本形態のモータ１ａはステッピングモータであり、出力軸を構成する回転軸１２、およびこの回転軸１２の外周面に固着された円筒状の永久磁石１１を備えたロータ１０と、永久磁石１１の外周面に内周面が対向する円筒状のステータ２０とを有している。永久磁石１１の外周面には、Ｎ極とＳ極が周方向において交互に配置されている。また、回転軸１２の出力側には歯車５０が固着されている。

ステータ２０は、軸線方向に重ねて配置された一対のステータ組２１、２２を有しており、ステータ組２１、２２は各々、インシュレータに巻回された環状のコイル２１３、２２３、およびコイル２１３、２２３の軸線方向の両側に配置されたステータコア２１１、２１２、２２１、２２２を備えている。ステータコア２１１、２１２、２２１、２２２は、コイル２１３、２２３の内周面に沿って多数の極歯を備えており、ステータコア２１１、２１２、２２１、２２２の各々に形成された極歯は、ステータ２０の内周面で周方向に交互に配置されている。

ステータ２０の両端面のうち、出力側端面に位置するステータコア２１１には、モータ１ａを機器に搭載する際の固定板などとして利用される第１の端板７０が固定されており、第１の端板７０には穴７０ａが形成されている。穴７０ａには、回転軸１２を出力側で回転可能に支持する円筒状の第１のラジアル軸受３０が固着されており、第１のラジアル軸受３０は、第１の端板７０を介してステータ２０の出力側端部に固定されている。

また、ステータ２０の反出力側端面に位置するステータコア２２１には第２の端板７１が固定されており、第２の端板７１には穴７１ａが形成されている。穴７１ａには、回転軸１２を反出力側で回転可能に支持する円筒状の第２のラジアル軸受３１が固着されており、第２のラジアル軸受３１は、第２の端板７１を介してステータ２０の反出力側端部に固定されている。

このように構成したモータ１ａにおいて、ロータ１０の回転時に回転軸１２がスラスト方向にぶれることを防止する目的に、まず、第１のラジアル軸受３０とロータ１０の出力側端面（永久磁石１１の出力側端面）との間には、回転軸１２を反出力側に付勢するバネ部材としてのコイルバネ５が回転軸１２の周りに配置されている。このようにコイルバネ５を配置するにあたって、本形態では、永久磁石１１の出力側端面には、出力側に向けて拡径しながら開口する環状凹部１１ａが回転軸１２と同心状に形成されており、コイルバネ５の反出力側の端部は、環状凹部１１ａの内部に収容されている。ここで、コイルバネ５の出力側の端部と第１のラジアル軸受３０の反出力側端面との間には大径の第１のワッシャ４１が配置され、コイルバネ５の反出力側の端部と環状凹部１１ａの底部との間には小径の第２のワッシャ４２が配置されている。ここで、回転軸１２が回転したとき、第１のラジアル軸受３０とワッシャ４１との間、または／および環状凹部１１ａの底部と第２のワッシャ４２との間が摺動面となる。

また、第２の端板７１に対して反出力側には、回転軸１２の反出力側の軸端を受けるスラスト受け板６が重ねて配置されている。ここで、スラスト受け板６は、第２の端板７１を介してステータ２０の反出力側端部に固定された円環状鍔部６１と、この円環状鍔部６１の内周縁から反出力側に延びた有底の筒部６２とを備えており、筒部６２の底部６３が回転軸１２の反出力側の軸端を支持している。また、回転軸１２の反出力側の軸端は略半球面になっており、スラスト受け板６は、回転軸１２の反出力側の軸端を概ね、点接触状態で支持している。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のモータ１ａでは、コイルバネ５が回転軸１２を反出力側に付勢するとともに、回転軸１２の反出力側の軸端はスラスト受け板６で支持されている。このため、回転軸１２が回転した際に回転軸１２がスラスト方向にぶれることがなく、ラジアル軸受３０、３１の摩耗および大きな異音の発生を防止することができる。

また、コイルバネ５は、出力側の第１のラジアル軸受３０とロータ１０の出力側端面（永久磁石１１の出力側端面）との間に配置され、スラスト受け板６は、ステータ２０の反出力側端部に固定されているため、モータ本体内で回転軸１２のスラスト方向のぶれを防止できる。従って、回転軸１２の出力側の軸端を支持不能な場合でも回転軸１２がスラスト方向にぶれることを防止できる。

さらに、反出力側に付勢された回転軸１２は、その軸端が当接するスラスト受け板６で支持され、概ね、点接触状態にあるため、受け部分での摺動に起因するトルクの損失を小さく抑えることができる。

さらにまた、バネ部材としては、コイルバネ５の他にも皿バネを用いることができるが、本形態では、コイルバネ５を用いたため、皿バネと比較して、小径でかつ安定した付勢力を発揮する。

また、ロータ１０の出力側端面（永久磁石１１の出力側端面）には、コイルバネ５の反出力側端部が収容された環状凹部１１ａが形成されているため、第１のラジアル軸受３０と永久磁石１１の出力側端面とのスラスト方向における隙間を狭くしたまま、コイルバネ５を配置することができる。それ故、モータ１ａの小型化および薄型化を図ることができる。

また、スラスト受け板６は、円環状鍔部６１および有底の筒部６２を備えたカップ形状を有しているため、筒部６２の内側をオイル溜めなどとして利用することができ、第２のラジアル軸受３１の摺動部分にオイルを塗布した場合でもオイルの流出を防止することができる。

［実施の形態２］
図２は、本発明を適用した実施の形態２に係るモータの構成を示す半断面図である。なお、本形態のモータは、基本的な構成（モータ本体）の構成が実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細な説明を省略する。

図２に示すモータ１ｂも、実施の形態１と同様、コイルバネ５が回転軸１２を反出力側に付勢するとともに、回転軸１２の反出力側の軸端はカップ状のスラスト受け板６で概ね、点接触状態で支持されている。コイルバネ５は、出力側の第１のラジアル軸受３０とロータ１０の出力側端面との間に配置され、スラスト受け板６は、ステータ２０の反出力側端部に固定されている。ロータ１０の出力側端面において、永久磁石１１の端面には環状凹部１１ａが形成されており、この環状凹部１１ａの内部にコイルバネ５の反出力側端部が収容されている。

本形態では、回転軸１２の先端部は、回転軸１２よりも大径の送りねじ軸１５になっており、この送りねじ軸１５にはキャリッジ１６が搭載されている。

このように構成したモータ１ｂは、機器に搭載された状態でキャリッジ１６に対してバックラッシュ防止用のバネ（図示せず）により反出力方向の付勢力を印加して送りねじ軸１５とキャリッジ１６との間のバックラッシュが防止される。この場合でも、回転軸１２の反出力側の軸端は、スラスト受け板６で点接触状態で支持されているので、受け部分での摺動に起因するトルクの損失を小さく抑えることができる。しかも、外部から回転軸１２に対しては、バックラッシュを抑えるだけの荷重をかけるだけでよいので、バックラッシュ防止用のバネのバネ係数を小さくすることができる。それ故、キャリッジ１６が、例えば実線で示す位置から一点鎖線で示す位置まで変化した場合でも回転軸１２にかかる荷重のばらつきを小さくすることができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、第１のラジアル軸受３０が第１の端板７０を介してステータ２０の出力側端部に固定されている構成であったが、第１のラジアル軸受３０がステータ２０の出力側端部に直接、固定されている構成を採用してもよい。また、上記実施の形態では、第２のラジアル軸受３１も第２の端板７１を介してステータ２０の反出力側端部に固定されている構成であったが、第２のラジアル軸受３１がステータ２０の反出力側端部に直接、固定されている構成を採用してもよい。このように、第１のラジアル軸受３０および／または第２のラジアル軸受３１を端板を介さず直接、ステータ２０に固定する構成を使用することにより、第１のラジアル軸受３０および／または第２のラジアル軸受３１をステータ２０の内部に内蔵することが可能となるため、モータの小型化、薄型化を図ることができる。

また、上記実施の形態では、スラスト受け板６が第２の端板７１を介してステータ２０の反出力側端部に固定されている構成であったが、スラスト受け板６がステータ２０の反出力側端部に直接、固定されている構成を採用してもよい。

さらに、上記実施の形態では、コイルバネ５を第１のラジアル軸受３０とロータ１０の出力側端面との間に配置するにあたって、コイルバネ５を第１のラジアル軸受３０と永久磁石１１の出力側端面との間に配置したが、ロータ１０の出力側において第１のラジアル軸受３０よりも反出力側に段差状の端面（ロータ１０の出力側端面）と第１のラジアル軸受３０との間にコイルバネ５を配置してもよい。

本発明を適用した実施の形態１に係るモータの構成を示す半断面図である。本発明を適用した実施の形態２に係るモータの構成を示す半断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂモータ
５コイルバネ（バネ部材）
６スラスト受け板
１０ロータ
１１永久磁石
１１ａ環状凹部
１２回転軸
２０ステータ
３０第１のラジアル軸受
３１第２のラジアル軸受

Claims

回転軸の外周面に永久磁石を備えたロータと、前記永久磁石の外周面に内周面が対向するステータと、前記回転軸を出力側で回転可能に支持する第１のラジアル軸受と、前記回転軸を反出力側で回転可能に支持する第２のラジアル軸受とを有するモータにおいて、
前記第１のラジアル軸受は、前記ステータの出力側端部に固定され、
前記第１のラジアル軸受と前記ロータの出力側端面との間には、当該ロータを反出力側に付勢するバネ部材が配置され、
前記ステータの反出力側端部には、前記回転軸の反出力側の軸端が当接するスラスト受け板が固定されており、
前記バネ部材は、コイルバネであって、
前記永久磁石の出力側端面には、前記コイルバネの反出力側端部が内側に収容された環状凹部が形成され、当該環状凹部は、前記第１のラジアル軸受側に向けて拡径しながら開口していることを特徴とするモータ。
請求項１において、前記コイルバネの出力側端部と前記第１のラジアル軸受の反出力側端面との間には第１のワッシャが配置され、
前記コイルバネの反出力側端部と前記環状凹部の底部との間には第２のワッシャが配置されており、
前記第１のラジアル軸受と前記第１のワッシャとの間、または／および前記環状凹部の底部と前記第２のワッシャとの間が摺動面になっていることを特徴とするモータ。
請求項１または２において、前記スラスト受け板は、前記ステータの反出力側端部に固定された円環状鍔部、および該円環状鍔部の内周縁から反出力側に延びた有底の筒部を備え、
当該筒部の底部が前記回転軸の反出力側の軸端を支持していることを特徴とするモータ。