JP4703845B2 - 小型回転モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型回転モータ、特に回転モータ単独で使用可能な与圧機能を有する高精度の小型回転モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
精密機械、特に光学機器に使用される小型回転モータは、高い回転精度を要求されている。一般にモータの回転は歯車等から構成される回転伝達部を介して駆動対象物に伝達されている。回転の精度は、回転速度の制御、回転角の制御等回転に関する制御の精度を向上すること、又回転伝達部の軸受のガタを抑制すること等で高めていた。
【０００３】
ところが、小型機器等では増々小型軽量化が要請され、回転モータも回転伝達部を使用することなく単独で使用される場合が多くなっている。回転モータを単独で使用する場合には回転に関する制御を向上すると共に回転モータの出力軸が持つガタ自体を抑制することも精度の向上に必要となる。
【０００４】
従来、回転モータの出力軸のガタ抑制の方法としては、回転モータ自体が出力軸を支持する為に具備する軸受に与圧を与えることが用いられている。
【０００５】
図４により従来の回転モータについて説明する。
【０００６】
外筒１の内部にロータ２が収納され、該ロータ２は両端より軸３，４が延出し、一方の軸４は出力軸となっている。前記軸３，４は玉軸受５，６を介して前記外筒１に回転自在に支持されている。
【０００７】
前記ロータ２の外周面には交互に磁極が異なる様永久磁石７が円周方向に沿って設けられ、該永久磁石７に対向する前記外筒１の中央部分はステータ８となっており、該ステータ８は円周方向に所要等分され、該ステータ８の分割部分にはそれぞれコイル９が巻設されている。該コイル９に電流を通電することで、前記ロータ２が回転する。
【０００８】
前記玉軸受５，６は製作上、構造上誤差を有することは避けられなく、特にロータ２の軸心方向のガタは微少ではあるが避けられない。この為、従来玉軸受５，６に内輪１１、外輪１２間に軸心方向の与圧を掛け、玉軸受５，６のガタを抑止している。
【０００９】
図５は玉軸受５，６の内輪１１、外輪１２間に軸心方向の与圧を掛けた状態を誇張して示している。尚、玉軸受５，６の外輪１２の支持構造について図４とは異なるが、外輪の軸心方向の動きが拘束されれば同様である。
【００１０】
軸受保持部１４は逃げ孔１５、該逃げ孔１５より若干大径の軸受嵌合孔１６、該軸受嵌合孔１６より大径の螺子孔１７を有している。玉軸受５，６は前記軸受嵌合孔１６に嵌合され、玉軸受５，６間にはカラー１８が嵌設され、玉軸受６の外輪１２が前記螺子孔１７に螺合するリングナット１９により締込まれ、玉軸受５，６の外輪１２が軸心方向に拘束される。
【００１１】
又、軸３には玉軸受５の内輪１１が嵌合し、前記軸４には玉軸受６の内輪１１が嵌合している。前記玉軸受５の内輪１１は図中左方への変位が拘束され、前記玉軸受６の内輪１１は軸４に螺着されたナット２１により、図中右方への動きが拘束される。該ナット２１と前記玉軸受６の内輪１１間にはウェーブワッシャ２２が圧縮された状態で介設されている。
【００１２】
前記ウェーブワッシャ２２の反力で前記玉軸受５，６の内輪１１，１１間には近接方向の力（与圧）が付与され、玉軸受５，６自身が有する軸心方向のガタが抑止される。又、同時に玉軸受５，６の半径方向のガタも完全に抑止される。而して、前記軸４は振れ、軸心方向のガタなく、回転を出力する。
【００１３】
尚、外輪１２，１２に対して近接方向に与圧を与えても同様にガタが抑止される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した玉軸受は製作誤差により、個々のガタが微妙に異なる。この為、精度を優先する場合、手作業により個々のガタに対応した調整が必要となり、又緩いと精度が低下し、又締めすぎると玉軸受の寿命が短くなる等、調整が難しく、精度は熟練度に左右されるという問題があった。
【００１５】
又、ウェーブワッシャ等で一定の与圧を掛ける場合、構造が複雑になるという問題があった。更に、光学機器等の小型機器に使用されるモータでは、駆動エネルギを小さくする為、軸受のトルク損失を低減する為、軸受を１つにするタイプの回転モータもある。上記した様に従来のガタ抑制機構では、２つの軸受間で与圧を与える構造であるので、軸受が１つの場合は与圧が与えられないという問題があった。
【００１６】
本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構成で而も軸受が１つの場合でも、与圧を与えることが可能であり、更に作業者の熟練度に関係なく適正な与圧を与えることが可能な小型回転モータを提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転体が軸受を介してステータ側に支持され、前記回転体とステータとの間で前記回転体に軸心方向の磁力を作用させる様にした小型回転モータに係り、又ステータ側にドーナツ状の磁性板を設け、該磁性板を回転体の端面に対峙させ設け、前記磁性板と回転体間で磁力を作用させる様にした小型回転モータに係り、又前記磁性板は珪素鉄である小型回転モータに係り、又ステータ側に中空固定軸を固定し、該中空固定軸の周囲に円筒状の空間を形成する様にし、該中空固定軸に軸受を介して中空の回転体を外嵌し、該回転体に軸心方向の磁力が作用する様構成した小型回転モータに係り、又回転体の周囲に設けられた磁石の端面に対向して磁性板が設けられた小型回転モータに係り、又中空固定軸とステータ側とを固定する部位に前記回転体の端面を対峙させ、回転体の端面と前記部位間に磁力を作用させた小型回転モータ係り、又前記部位を珪素鉄とした小型回転モータに係り、更に又回転体の中空部に光学部材を設けた小型回転モータに係るものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は第１の実施の形態を示すものであり、該実施の形態は２つの軸受を有する小型回転モータに実施されたものである。
【００２０】
尚、図１中、図４中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明を省略する。
【００２１】
外筒１はステータ８を端板２５，２６で挾持した構成であり、前記端板２５に玉軸受５が嵌合され、前記端板２６に玉軸受６が嵌合される。又、前記ステータ８と前記端板２６との間には磁性板２７が挾設され、該磁性板２７は前記ステータ８、端板２６とは磁気的に絶縁されている。
【００２２】
ロータ２から延出する軸３は前記玉軸受５に支持され、軸４は玉軸受６に支持されている。特に、詳細は図示していないが、前記玉軸受５、玉軸受６の外輪は軸心方向の変位が拘束され、前記玉軸受５、玉軸受６の少なくとも１つの内輪はロータ２に固定され、一体に変位する様になっている。
【００２３】
前記磁性板２７はドーナツ形状をしており、内周部は前記永久磁石７と僅かな間隙を持って対峙し、内径は前記ロータ２の外形と等しいか若干小径となっている。前記磁性板２７の材質としては、強磁性体で且つヒステリシスの少ない材質例えば前記ステータ８と同系列の材質である珪素鋼板を使用する。
【００２４】
上記構成であるので、前記永久磁石７により前記磁性板２７が磁化され、永久磁石７と磁性板２７間で磁力による吸引力が発生し、ロータ２は図１中右方に付勢される。
【００２５】
前記ロータ２は前記玉軸受５、玉軸受６が持つガタ分だけ軸心方向に変位する。又、前記玉軸受５、玉軸受６の外輪１２は軸心方向に拘束されているので、前記ロータ２が変位することで、玉軸受５、玉軸受６の少なくとも一方については、内輪１１と外輪１２間で相対変位が発生し、与圧が与えられ、軸受のガタが抑止される。
【００２６】
ロータ２、即ち軸４のガタは一方の軸受でガタが抑止されれば充分であり、他方の軸受に与圧が発生しなくても精度には影響しない。
【００２７】
又、玉軸受５、玉軸受６双方の内輪１１を軸３、軸４に拘束する構造とした場合、玉軸受５、玉軸受６の製作誤差によりガタが一定しているとは限らず、玉軸受５，６に同時に同等の与圧が発生することはないが、前述した様に一方の軸受で完全にガタが抑止されれば機能上充分であるので、軸受個々の製作誤差は問題とならない。
【００２８】
本実施の形態では、機械的な反発力ではなく磁力を利用しているので、構造が非常に単純化され、手作業による物理的な調整が必要ない。又、精度が要求される複雑な加工も必要なくなる。
【００２９】
尚、上記実施の形態に於いて、磁性板２７を円周方向に分割すると共に前記ステータ８と磁気的に一体化し、前記コイル９により前記磁性板２７が磁化され、永久磁石７と磁性板２７間で吸引力のみが発生する様にしてもよい。
【００３０】
図２は第２の実施の形態を示すものであり、該実施の形態は１つの軸受を有する小型回転モータ２９に実施されたものである。
【００３１】
図１中の外筒１に相当する筒状のケーシング３０がフランジ３１を有し、前記ケーシング３０は前記フランジ３１を介して所定の支持部に固着される。
【００３２】
中空固定軸３２がフランジ部３２ａを介して前記ケーシング３０に固定一体化され、該ケーシング３０と前記中空固定軸３２との間には円筒状の空間が形成される。該円筒状の空間に回転筒３３が収納されると共に前記中空固定軸３２に軸受３４を介して回転自在に外嵌されている。尚、中空固定軸３２とケーシング３０との固定はフランジ部３２ａの代りに別途リング状の固定部材を設け、該固定部材を介して中空固定軸３２とケーシング３０間を固定してもよく、或はケーシング３０に内側に突出するフランジを設け、該フランジを介してケーシング３０と中空固定軸３２とを固定してもよい。
【００３３】
前記ケーシング３０の内筒はステータとなっており、内筒面には円周方向に沿って所要ピッチでコイル３５が固着され、該コイル３５に接続されたリード線３６が前記フランジ３１とフランジ部３２ａとの間を貫通して延出し、モータの電源、制御部（図示せず）に接続される。
【００３４】
前記回転筒３３の外筒面には前記コイル３５と対峙する様に円周方向所要ピッチでマグネット３７が固着されている。該マグネット３７の図中右側の端面は前記フランジ部３２ａに僅かな間隙をもって対峙している。前記中空固定軸３２の材質は前記磁性板２７と同様、強磁性体で且つヒステリシスの少ない材質例えば珪素鋼を使用する。前記回転筒３３は焼結により形成してもよい。又、ケーシング３０とフランジ部３２ａとを一体化してもよい。更に、中空固定軸３２自体は非磁性体金属でフランジ部３２ａのマグネット対向部分に磁性体金属を埋設してもよい。
【００３５】
前記回転筒３３には前記中空固定軸３２と干渉しない位置に内鍔３３ａが形成され、該内鍔３３ａに被駆動物が取付けられる。即ち、回転筒３３が出力軸となっている。又、前記内鍔３３ａには突起或は窪み等（図示せず）が形成されており、該突起により被駆動物と回転筒３３間の位置決めが可能となっている。
【００３６】
而して、前記マグネット３７と前記フランジ部３２ａ間で磁力による吸引力が作用し、前記回転筒３３がフランジ部３２ａ側に引寄せられる。前記回転筒３３に図中右方の力が作用することで軸受３４の内輪１１と外輪１２間に与圧が与えられ、軸受３４が持つガタが抑止される。又、前記リード線３６を介して前記コイル３５に給電することで、前記回転筒３３が回転軸の振れもなく、軸心方向の変位もなく高精度で回転する。
【００３７】
本実施の形態によれば従来の与圧付与方式ではできなかった、１軸受の小型回転モータにも与圧が与えられ、高精度の回転が得られる。
【００３８】
尚、本発明に於いて、磁力により回転部と固定部間に磁力が作用する構成であればよく、例えば回転筒３３を強磁性体とし、中空固定軸３２に回転筒３３を吸引する磁石を設けてもよい。更に、磁石により反発力が発生する様にしてもよい。
【００３９】
次に、図３により第２の実施の形態の応用例を説明する。
【００４０】
該応用例は、図２で示した回転モータ２９を光波距離測定装置光学系のミキシング手段、光路切換え手段、光量調整手段の駆動源として使用したものである。
【００４１】
前記光学系は、投光部４０、測距光学部４１、受光部４２、測距回路４３から主に構成されている。
【００４２】
前記投光部４０はレーザ光線を発する半導体レーザ４４、該半導体レーザ４４から発せられたレーザ光線をレンズ４５、レンズ４６により光ファイバ４７に入射させる光学エキスパンダ４８、前記レンズ４５とレンズ４６との間に設けられたミキシング手段５０、前記光ファイバ４７から射出されるレーザ光線を位置角度変換して光ファイバ４９に入射させる為のセルホックレンズ５１，５２とから構成される。
【００４３】
前記ミキシング手段５０について、図２を参照して説明する。
【００４４】
前記回転モータ２９を光路と回転軸とが合致する様に配設し、前記回転モータ２９の内鍔３３ａに位相板５３を取付ける。前記コイル３５に通電して回転筒３３を回転することで、前記位相板５３が回転し、前記半導体レーザ４４から発せられたレーザ光線の波形班が解消される。
【００４５】
又、前記測距光学部４１について説明する。
【００４６】
測距光出入光軸上にプリズム５４、対物レンズ５５が配設され、前記プリズム５４を挾んで前記プリズム５４への入射光軸上に光量調整手段５６、前記プリズム５４の反射光軸上に光路切替え手段５９が配設され、更に前記光量調整手段５６の入射側に分割プリズム５７が又前記光路切替え手段５９の射出側に分割プリズム６１がそれぞれ配設され、前記測距光学部４１が構成される。
【００４７】
前記受光部４２は前記分割プリズム６１から射出されたレーザ光線を受光素子６２に導く為の光ファイバ６３、更にレーザ光線を前記受光素子６２に集光させる為の集光レンズ６４，６５から構成される。
【００４８】
前記測距回路４３は、前記半導体レーザ４４を駆動発光させ、前記受光素子６２からの受光信号に基づき測定対象物迄の距離を演算する。
【００４９】
前記光量調整手段５６は図２で示した回転モータ２９が用いられる。光量調整手段５６では前記回転モータ２９の内鍔３３ａに光量調整板６６が取付けられる。該光量調整板６６は円周方向に沿って濃度が変化している光学フィルタであり、前記光量調整板６６の回転位置によりレーザ光線の透過量が変化する様になっている。
【００５０】
前記光路切替え手段５９は前記回転モータ２９の内鍔３３ａに前記光路切替え板６７を設けたものである。該光路切替え板６７は円弧状の２つのスリット孔を有し、２つのスリット孔は半径方向、円周方向のいずれも位置がずれており、一方のスリット孔は反射測距光６８′が通過し、他方のスリット孔は内部参照光６９が通過する様になっている。而して、前記回転モータ２９により前記光路切替え板６７を回転させることで、前記受光素子６２に到達するレーザ光線が反射測距光６８′か内部参照光６９かに切替え得る様になっている。
【００５１】
前記測距回路４３により半導体レーザ４４が駆動されると共に前記ミキシング手段５０が駆動され、前記位相板５３が回転する。該位相板５３の回転と、前記セルホックレンズ５１，５２により波形斑が解消される。前記光ファイバ４９より射出されたレーザ光線は前記分割プリズム５７で測距光６８と内部参照光６９とに分割され、該測距光６８と内部参照光６９は測定対象物迄の距離に応じて、又測定対象物からの反射状況に応じて、前記光量調整手段５６が前記光量調整板６６を回転し、前記受光素子６２での受光光量が同一になる様に前記光量調整板６６の回転位置が選択される。
【００５２】
又、所定時間間隔で前記光路切替え手段５９により前記光路切替え板６７が正逆回転され、前記受光部４２に入射する反射測距光６８′、内部参照光６９とが交互に切替えられる。
【００５３】
前記測距回路４３では前記受光素子６２が受光した反射測距光６８′、内部参照光６９の受光信号に基づき測定対象物迄の距離が演算される。
【００５４】
上記した様に、位相板５３、光量調整板６６、光路切替え板６７を回転するものは、回転モータ２９であり、更に前記フランジ部３２ａとマグネット３７間の磁力で軸受３４のガタが抑止されている。
【００５５】
レーザ光線はこれら回転モータ２９の中空部を通過する構造としてあるので、前記位相板５３、光量調整板６６、光路切替え板６７の回転中心をレーザ光線の光軸と略一致させることができる。従って、前記位相板５３、光量調整板６６、光路切替え板６７の全域を無駄なく使用できるので、形状を大幅に小さくできる。
【００５６】
尚、中空モータにより回転移動させるものは、位相板５３、光量調整板６６、光路切替え板６７等に限らず、焦点合せ機構の移動部であってもよい。中空モータを使用することで回転体、或は移動部とモータ間の動力伝達の為のギア機構等を省略でき、構造が簡潔化する。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、回転体が軸受を介してステータ側に支持され、前記回転体とステータとの間で前記回転体に軸心方向の磁力を作用させる様にし、磁力により軸受に与圧を与える様にしたので、簡単な構造で軸受に与圧を与えることができ、而も軸受が１つの場合でも、与圧を与えることが可能であり、更に作業者の熟練度に関係なく適正な与圧を与えることが可能である等優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図３】本発明の応用例である光波距離測定装置の概略構成図である。
【図４】従来例を示す断面図である。
【図５】従来例の軸受与圧機構を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 外筒
２ ロータ
３ 軸
４ 軸
５ 玉軸受
６ 玉軸受
７ ステータ
９ コイル
１１ 内輪
１２ 外輪
２７ 磁性板
３２ 中空固定軸
３３ 回転筒
３５ コイル
３７ マグネット

Claims (5)

1. 中空固定軸が強磁性体のフランジ部を有し、該フランジ部にステータが外嵌され、前記中空固定軸の周囲に円筒状の空間を形成する様にし、該空間に収納される様に中空の回転体を前記中空固定軸に軸受を介して外嵌し、
   前記中空回転体の外筒面に円周方向に沿って所要ピッチでマグネットを固着し、該マグネットの端面を前記フランジ部に対峙させ、該マグネットと前記フランジ部との間に磁力を作用させ、
   前記軸受に軸心方向の与圧を作用させる様構成したことを特徴とする小型回転モータ。
2. 前記回転体の中空部に光が通過可能な光学部材を設けた請求項１の小型回転モータ。
3. 前記フランジ部は珪素鉄である請求項１の小型回転モータ。
4. 光波距離測定装置の光学系に用いられる請求項１の小型回転モータであって、該小型回転モータは前記光学系の光路が中空回転体の中空部を通過する様に配設され、該中空部に前記光路を遮る様に光学部材が設けられたことを特徴とする小型回転モータ。
5. 前記光学部材は、ミキシング手段、光路切換え手段、光量調整手段のいずれかである請求項４の小型回転モータ。

Images