JP2020099149A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の高い与圧を与えることが可能な玉軸受を用いたブラシレスモータを提供する。【解決手段】 第１玉軸受２２の外輪２２ｂの下端が、軸受ハウジング２１の内鍔部２１ａの上端に当接するとともに、第１玉軸受２２の内輪２２ａの上端が第２ワッシャ２６を介してロータケース４２の内側円筒部４２ａの下端に当接している。第２玉軸受２３は、与圧部材２４によって外輪２３ｂの上端に与圧を付与されるとともに、内輪２３ａの下端がシャフト４１に装着された第１ワッシャ２５に当接している。【選択図】 図１

Description

本発明は、玉軸受を用いたブラシレスモータに関する。

プロジェクタ装置のカラーホイールやプリンタ装置のポリゴンミラー等を回転駆動させるスピンドルモータとして、アウターロータ型のブラシレスモータが用いられている。このようなモータでは極めて高精度な回転性能が要求されており、軸受には一般的に玉軸受が用いられている。玉軸受を用いたモータでは、回転軸の振れ精度向上や振動を低減するために、玉軸受にある程度の軸方向の与圧を与えた状態で使用される。

特許文献１に記載のブラシレスモータでは、ロータのハブから遠い方の玉軸受に、ハブ方向のスラスト力を与える与圧手段を設けている。この与圧手段は、ばね受け板と、この受け板とハブから遠い方の玉軸受との間に圧縮状態で挟持されるリング状のスラストばねとで構成されている。
特許文献１に記載のブラシレスモータによれば、ばね受け板は、回転軸に圧入または接着剤により固定され、回転軸の軸方向および周方向に移動することなく設けられて、スラストばねを支持する。そのため、ばね受け板を動き止めする止め輪を省略でき、それに伴い止め輪を回転軸に取付けるための回転軸への溝加工を省略できるとされている。

特許文献２には、ハウジングと、このハウジングの内部に嵌合固定された一対のボールベアリングと、この一対のボールベアリングに回転可能に支持された回転軸と、この回転軸に固定されたロータヨークと、このロータヨークの上部に固定された回転多面体を有する光走査装置が記載されている。この光走査装置では、与圧バネと与圧部材によって一方のボールベアリングを与圧している。

実開平５−４１３８７号公報 特開平５−１８４１１５号公報

特許文献１に記載のブラシレスモータでは、スラストばねによって玉軸受の外輪ではなく径の小さい内輪に与圧を付与している。このため、スラストばね自体も小径のものを用いることになる。
スラストばねとして用いられるウエーブワッシャでは、与圧と撓み量は比例関係にあり、この比例定数はウエーブワッシャの平均直径に反比例し、材質、板厚、波数などが同じであれば、平均直径が小さいほど比例定数が大きくなる。
したがって、特許文献１に記載のブラシレスモータでは、僅かな撓み量の変化で与圧が大きく変化し易い。
このため、特許文献１に記載のブラシレスモータでは、回転軸へのばね受け板の圧入量にバラツキがあると、与圧に大きなバラツキが生じ易く、適性な与圧を付与するのが困難である。
また、特許文献１に記載のブラシレスモータでは、ばね受け板を回転軸の外周に圧入または接着剤により固定しているため、モータを分解・再利用することが困難である。

特許文献２に記載の光走査装置では、回転軸にねじ穴を加工し、ねじの締め付け量でボールベアリングに与圧を与える構造となっている。
このため、部品公差や組立公差の他に、ねじの締め付け量のバラツキが与圧のバラツキに大きく影響し、適性な与圧を付与するのが困難である。
また、特許文献２に記載の光走査装置では、駆動時にねじが緩むと与圧が変化するため、ねじを接着剤等で完全に固定する必要があり、モータを分解・再利用することが困難である。

そこで、本発明の目的は、精度の高い与圧を与えることが可能な玉軸受を用いたブラシレスモータを提供しようとするものである。

以下、上記の課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意な組み合わせで採用することができる。また、本発明の態様あるいは技術的特徴は以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載されたもの、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものである。

本発明の一実施態様は、
シャフトと駆動用マグネットを有するロータと、
前記シャフトを支持する軸受部と、
前記軸受部の外周に位置し、前記駆動用マグネットと対向するステータと、
を備えるブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、前記シャフトに固定された内側円筒部と、前記内側円筒部から径方向に延びた天板部と、前記天板部から下方に延びて内側に前記駆動用マグネットが固定された外側円筒部を有し、
前記軸受部は、内部に内鍔部を有する筒状の軸受ハウジングと、前記内鍔部の上部に装着された第１玉軸受と、前記内鍔部の下部に装着された第２玉軸受と、与圧部材を有し、
前記第１玉軸受は、外輪の下端が前記内鍔部の上端に当接し、内輪の上端が前記内側円筒部の下端に当接し、
前記第２玉軸受は、前記与圧部材によって外輪の上端に与圧を付与され、内輪の下端が前記シャフトに装着された第１ワッシャに当接している、
ことを特徴とする。

本発明の他の実施態様では、更なる特徴として、
「前記与圧部材は円環状のウェーブワッシャであり、前記ウェーブワッシャは、前記内鍔部と前記第２玉軸受の外輪との間に挟みこまれ、圧縮バネとして機能することにより、前記第２玉軸受の外輪に与圧を付与すること」、
「前記シャフトは円周溝を有し、前記第１ワッシャは前記円周溝に装着されていること」、
「前記内側円筒部と前記天板部と前記外側円筒部は、一体金属の板金加工品からなり、前記内側円筒部の下端は、前記第１玉軸受の内輪の上端に第２ワッシャを介して接していること」、
「前記内側円筒部と前記天板部は一体金属の切削加工品からなり、前記外側円筒部は板金加工品からなり、前記内側円筒部の下端は前記第１玉軸受の内輪の上端に直接接していること」、
を含む。

本発明のブラシレスモータによれば、与圧部材と第１ワッシャによって玉軸受に精度の高い与圧を与えることができる。

本発明の第１の実施形態例に係るブラシレスモータの縦断面図である。 本発明の第１の実施形態例に係るブラシレスモータの軸受部を拡大して示した縦断面図である。 本発明の第２の実施形態例に係るブラシレスモータの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。
なお、本明細書では、各図面の上方向を「上側」と呼び、下方向を「下側」と呼ぶ。また、上下方向は、ブラシレスモータが実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。また、シャフトの中心軸に平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする半径方向を「径方向」と呼ぶ。

（第１の実施形態例）
本発明の第１の実施形態例を、図１と図２を用いて説明する。
本例のブラシレスモータは、主に、取付板１０と、軸受部２０と、ステータ３０と、ロータ４０で構成されている。

取付板１０は、表面に印刷回路を形成したいわゆる鉄基板、あるいは鉄基板に印刷配線板１１を重ねた基板などが用いられ、中央部分に軸受部２０を嵌め込んで固定できるように所定の開口が設けられている。
この取付板１０もしくは印刷配線板１１には、後述の駆動用マグネット４３の下端と軸方向（図１の上下方向）で対向するようにホール素子（不図示）が設けられており、このホール素子によってロータ４０の回転を検出することができる。

軸受部２０は、ロータ４０を回転自在に支持するものであり、軸受ハウジング２１と、第１玉軸受２２と、第２玉軸受２３と、予圧部材２４を備えている（図２参照）。

軸受ハウジング２１は、第１玉軸受２２と第２玉軸受２３を内部に保持する。この軸受ハウジング２１は、上端と下端が開口した略円筒状を成し、内部に円環状の内鍔部２１ａを有している。
なお、軸受ハウジング２１は、例えば金属材料の切削品や樹脂の一体成形品などを用いることができ、本例では真鍮製の切削品を用いている。

第１玉軸受２２は、シャフト４１に嵌着される内輪２２ａと、軸受ハウジング２１の内面に当接される外輪２２ｂと、内輪２２ａと外輪２２ｂの間に転動自在に支持された複数のボール２２ｃを有する。
第１玉軸受２２は、外輪２２ｂの下端が内鍔部２１ａの上端に当接している。

第２玉軸受２３は、シャフト４１に嵌着される内輪２３ａと、軸受ハウジング２１の内面に当接される外輪２３ｂと、内輪２３ａと外輪２３ｂの間に転動自在に支持された複数のボール２３ｃを有する。
この第２玉軸受２３は、内鍔部２１ａの下方に配されている。

予圧部材２４は、第２玉軸受２３の外輪２３ｂの上端に与圧を付与できるものであれば特に限定されるものではないが、本例では予圧部材２４としてウェーブワッシャを用いている。ウェーブワッシャは、円環状の薄板に波形状を設けたものであり、波数を適宜設計することで軸方向荷重を全周で平均して受けることができるとともに、軸方向の高さを低くでき、予圧部材２４として好適である。

本例では予圧部材２４を、内鍔部２１ａと第２玉軸受２３の外輪２３ｂとの間に挟み、圧縮バネとして機能させることで第２玉軸受２３の外輪２３ｂに軸方向の与圧を付与している。
予圧部材（ウェーブワッシャ）２４の外径は、第２玉軸受２３の外輪２３ｂの外径とほぼ同じである。また、予圧部材２４の内径は、第２玉軸受２３の内輪２３ａの外径よりも大きい。つまり、予圧部材２４は、第２玉軸受２３の内輪２３ａには当接せず、外輪２３ｂだけに当接している。
なお、予圧部材２４としてウエーブワッシャを用いる場合、与圧の大きさに応じて材質、内径、外径、板厚、波数を適宜設定することができる。

ステータ３０は、ステータコア３１、コアカバー３２及びコイル（不図示）を備えている。
ステータコア３１は、中心に円形の開口を有し複数の突極が形成された板状コアの積層体からなり、軸受ハウジング２１の外周面の所定の位置に固定されている。
ステータコア３１の表面は絶縁性樹脂からなるコアカバー３２で被覆され、このコアカバー３２を介して各突極にコイルが巻かれている。

ロータ４０は、シャフト４１と、シャフト４１と一体に回転するロータケース４２と、ロータケース４２の内側に固定された駆動用マグネット４３を備えている。

シャフト４１は、細長い略円柱状を成し、軸受部２０によって回転自在に支持されている。
シャフト４１の下端近傍に位置する部分には、円周溝４１ａが設けられている。この円周溝４１ａは、シャフト４１の外周に形成された環状の凹部で形成されている。

円周溝４１ａには、第１ワッシャ２５が装着されている。この第１ワッシャ２５の外径は、第２玉軸受２３の内輪２３ａの外径よりも大きく、第２玉軸受２３の外輪２３ｂの内径よりも小さい。つまり、第１ワッシャ２５の上面は、第２玉軸受２３の外輪２３ｂの下面には当接せず、内輪２３ａの下面だけに当接している。
第１ワッシャ２５の材質や形状は特に限定されるものではなく、耐久性と装着容易性の面で、耐環境性・耐摩耗性の高い樹脂製のスリットワッシャあるいは金属製のＥリング（Ｅ形止め輪）もしくはＣリング（Ｃ形止め輪）が好適である。

ロータケース４２は、磁性を有する一体金属の板金加工品から成る。このロータケース４２は、シャフト４１と同軸で円筒状に形成された内側円筒部４２ａと、この内側円筒部４２ａの上端から径方向に延びた天板部４２ｂと、この天板部４２ｂから下方に延びる外側円筒部４２ｃで構成されている。
内側円筒部４２ａの内側には、シャフト４１が圧入等によって固定されている。
外側円筒部４２ｃの内側には、ステータコア３１の突極と所定の間隙を介して径方向で対向するように円環状の駆動用マグネット４３が固定されている。この駆動用マグネット４３は、周方向にＮ極とＳ極が交互に複数着磁されている。

内側円筒部４２ａの下端は、第１玉軸受２２の内輪２２ａの上端に第２ワッシャ２６を介して接している。この第２ワッシャ２６の外径は、第１玉軸受２２の内輪２２ａの外径よりも大きく、第１玉軸受２２の外輪２２ｂの内径よりも小さい。つまり、第２ワッシャ２６の下面は、第１玉軸受２２の外輪２２ｂの上面には当接せず、内輪２２ａの上面だけに当接している。
第２ワッシャ２６の材質や形状は特に限定されるものではないが、耐環境性、耐摩耗性の高い樹脂製ワッシャが好適である。なお、第２ワッシャ２６は、１枚に限らず、複数枚使用してもよい。

シャフト４１には、ロータケース４２の上方にターンテーブル５０が圧入等によって固定されている。
ターンテーブル５０はテーブル部５１とボス部５２を有し、プロジェクタ装置のカラーホイールやプリンタ装置のポリゴンミラーは、テーブル部５１の上に搭載され、ボス部５２によって位置決めされる。
このターンテーブル５０の材料は特に限定されるものではなく、例えば真鍮等の金属や、ポリカーボネートやポリエーテルイミド等の樹脂を用いることができる。

本例のブラシレスモータにおいて、ロータ４０を軸受部２０によって支持する際は、まず、ステータ３０が装着された軸受部２０に、第１ワッシャ２５を装着しない状態でシャフト４１を第１玉軸受２２と第２玉軸受２３に嵌着する。これにより、ロータケース４２の内側円筒部４２ａの下端は、第１玉軸受２２の内輪２２ａの上端に第２ワッシャ２６を介して接することとなる。次に、第２玉軸受２３の内輪２３ａを僅かに押し上げながら、シャフト４１の円周溝４１ａに第１ワッシャ２５を装着する。これにより、予圧部材２４が所定量圧縮され、予圧部材２４が圧縮バネとして機能する。

本例のブラシレスモータでは、第１玉軸受２２の外輪２２ｂの下端が内鍔部２１ａの上端に当接するとともに、第１玉軸受２２の内輪２２ａの上端が第２ワッシャ２６を介してロータケース４２の内側円筒部４２ａの下端に当接している。また、第２玉軸受２３は、与圧部材２４によって外輪２３ｂの上端に与圧を付与されるとともに、内輪２３ａの下端がシャフト４１に装着された第１ワッシャ２５に当接している。
このため、与圧部材２４によって第２玉軸受２３の外輪２３ｂの上端に付与された与圧は、第１ワッシャ２５および内側円筒部４２ａ（および第２ワッシャ２６）を介して第１玉軸受２２にも作用することとなる。

このように本例のブラシレスモータでは、与圧部材２４によって第２玉軸受２３の外輪２３ｂに与圧を付与するため、内輪２３ａに与圧を付与する場合に比べ、径が大きく、与圧と撓み量との関係を示す比例定数が大きな与圧部材を用いることができる。それに加え、管理が難しいねじの締め付け量に応じて与圧を付与するものではないため、与圧のバラツキを小さく管理でき、適性な与圧を付与することができる。

また、本例のブラシレスモータでは、与圧部材２４として円環状のウェーブワッシャを用い、このウェーブワッシャを内鍔部２１ａと第２玉軸受２３の外輪２３ｂとの間に挟み込んで圧縮バネとして機能させ、与圧を付与している。このため、ブラシレスモータの軸方向の高さを抑制できるとともに、軸受の全周に与圧を均等に付与することができる。

また、本例のブラシレスモータでは、第１玉軸受２２と第２玉軸受２３に与圧部材２４と協働で与圧を付与する第１ワッシャ２５を、シャフト４１の円周溝４１ａに装着している。このため、接着剤を用いることなく第１玉軸受２２と第２玉軸受２３に与圧を付与することが可能であり、モータを分解・再利用することが可能になる。

（第２の実施形態例）
本発明の第２の実施形態例を、図３を用いて説明する。図３において、図１および図２中の部材と同等の部材には同一の符号を付しており、重複する部分については説明を省略する。
本例のブラシレスモータは、ロータの構造だけが第１の実施形態例と異なる。

本例のロータ１４０は、シャフト１４１と、シャフト１４１と一体に回転するロータケース１４２と、ロータケース１４２の内側に固定された駆動用マグネット１４３を備えている。

シャフト１４１は、軸受部２０によって回転自在に支持されている。シャフト１４１の下端近傍には、第１ワッシャ２５が装着された円周溝１４１ａが設けられている。

ロータケース１４２は、シャフト１４１と同軸で円筒状に形成された内側円筒部１４２ａと、この内側円筒部１４２ａから径方向に延びた天板部１４２ｂと、この天板部１４２ｂから下方に延びる外側円筒部１４２ｃで構成されている。内側円筒部１４２ａと天板部１４２ｂは一体金属の切削加工品からなり、駆動用マグネット１４３のバックヨークとなる外側円筒部１４２ｃは磁性を有する一体金属の板金加工品からなる。なお、外側円筒部１４２ｃは、カシメ加工や接着等によって天板部１４２ｂに固定される。

内側円筒部１４２ａの内側にはシャフト１４１が圧入等によって固定されており、内側円筒部１４２ａの下端は第１玉軸受２２の内輪２２ａの上端に直接接している。
外側円筒部１４２ｃの内側には、ステータコア３１の突極と所定の間隙を介して径方向で対向するように円環状の駆動用マグネット１４３が固定されている。この駆動用マグネット１４３は、周方向にＮ極とＳ極が交互に複数着磁されている。

本例では、ロータケース１４２の天板部１４２ｂがターンテーブルとして機能する。なお、プロジェクタ装置のカラーホイールやプリンタ装置のポリゴンミラーは、天板部１４２ｂの上に搭載され、内側円筒部１４２ａの上部のボス形状によって位置決めされる。

本例のブラシレスモータにおいても、与圧部材２４によって第２玉軸受２３の外輪２３ｂの上端に付与された与圧は、第１ワッシャ２５および内側円筒部１４２ａを介して第１玉軸受２２にも作用することとなる。
また、本例のブラシレスモータにおいても、与圧部材２４によって第２玉軸受２３の外輪２３ｂに与圧を付与するため、径が大きく、与圧と撓み量との関係を示す比例定数が大きな与圧部材を用いることができる。それに加え、管理が難しいねじの締め付け量に応じて与圧を付与するものではないため、与圧のバラツキを小さく管理でき、適性な与圧を付与することができる。

また、本例のブラシレスモータにおいても、与圧部材２４として円環状のウェーブワッシャを用い、このウェーブワッシャを内鍔部２１ａと第２玉軸受２３の外輪２３ｂとの間に挟み込んで圧縮バネとして機能させ、与圧を付与している。このため、ブラシレスモータの軸方向の高さを低くできるとともに、軸受の全周に与圧を均等に付与することができる。

また、本例のブラシレスモータにおいても、第１玉軸受２２と第２玉軸受２３に与圧部材２４と協働で与圧を付与する第１ワッシャ２５を、シャフト１４１の円周溝１４１ａに装着している。このため、接着剤を用いることなく第１玉軸受２２と第２玉軸受２３に与圧を付与することが可能であり、モータを分解・再利用することが可能になる。

また、本例のブラシレスモータでは、第１玉軸受２２の内輪２２ａの上端に接する内側円筒部１４２ａは一体金属の切削加工品からなる。このため、内側円筒部１４２ａはバリのない高い寸法精度を有するものとなり、内輪２２ａと内側円筒部１４２ａの間に装着する第２ワッシャを省略することができる。

また、本例のブラシレスモータでは、駆動用マグネット１４３のバックヨークとなる外側円筒部１４２ｃとターンテーブルとなる天板部１４２ｂを別部材で形成し、外側円筒部１４２ｃの部分だけを板金加工品としているため、バックヨーク加工時の偏肉を抑制し、モータ回転中の振動を低減することもできる。

以上、本発明の２つの実施形態例を説明したが、本発明はこれらの実施形態例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態例を適宜に変形可能である。

具体的には、与圧部材としては、ウェーブワッシャに限らず、例えば皿バネや圧縮コイルバネなども用いることができる。
また、軸受ハウジングの内鍔部は、円環状に限らず、軸受ハウジングの内周に部分的に形成してもよい。

１０ 取付板
１１ 回路基板
２０ 軸受部
２１ 軸受ハウジング
２１ａ 内鍔部
２２ 第１玉軸受
２２ａ 内輪
２２ｂ 外輪
２２ｃ ボール
２３ 第２玉軸受
２３ａ 内輪
２３ｂ 外輪
２３ｃ ボール
２４ 与圧部材
２５ 第１ワッシャ
２６ 第２ワッシャ
３０ ステータ
３１ ステータコア
３２ コアカバー
４０、１４０ ロータ
４１、１４１ シャフト
４１ａ、１４１ａ 円周溝
４２、１４２ ロータケース
４２ａ、１４２ａ 内側円筒部
４２ｂ、１４２ｂ 天板部
４２ｃ、１４２ｃ 外側円筒部
４３、１４３ 駆動用マグネット
５０ ターンテーブル
５１ テーブル部
５２ ボス部

Claims (5)

1. シャフトと駆動用マグネットを有するロータと、
   前記シャフトを支持する軸受部と、
   前記軸受部の外周に位置し、前記駆動用マグネットと対向するステータと、
   を備えるブラシレスモータにおいて、
   前記ロータは、前記シャフトに固定された内側円筒部と、前記内側円筒部から径方向に延びた天板部と、前記天板部から下方に延びて内側に前記駆動用マグネットが固定された外側円筒部を有し、
   前記軸受部は、内部に内鍔部を有する筒状の軸受ハウジングと、前記内鍔部の上部に装着された第１玉軸受と、前記内鍔部の下部に装着された第２玉軸受と、与圧部材を有し、
   前記第１玉軸受は、外輪の下端が前記内鍔部の上端に当接し、内輪の上端が前記内側円筒部の下端に当接し、
   前記第２玉軸受は、前記与圧部材によって外輪の上端に与圧を付与され、内輪の下端が前記シャフトに装着された第１ワッシャに当接している。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記与圧部材は、円環状のウェーブワッシャであり、
   前記ウェーブワッシャは、前記内鍔部と前記第２玉軸受の外輪との間に挟みこまれ、圧縮バネとして機能することにより、前記第２玉軸受の外輪に与圧を付与する。
3. 請求項１または２に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記シャフトは、円周溝を有し、
   前記第１ワッシャは、前記円周溝に装着されている。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記内側円筒部と前記天板部と前記外側円筒部は、一体金属の板金加工品からなり、
   前記内側円筒部の下端は、前記第１玉軸受の内輪の上端に第２ワッシャを介して接している。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記内側円筒部と前記天板部は、一体金属の切削加工品からなり、
   前記外側円筒部は、板金加工品からなり、
   前記内側円筒部の下端は、前記第１玉軸受の内輪の上端に直接接している。

Images