特許第6142529号(P6142529)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6142529
(24)【登録日】2017年5月19日
(45)【発行日】2017年6月7日
(54)【発明の名称】サーボユニット構造
(51)【国際特許分類】
   H02K 5/00 20060101AFI20170529BHJP
   H02K 11/30 20160101ALI20170529BHJP
   H02K 5/22 20060101ALI20170529BHJP
   H02K 7/116 20060101ALN20170529BHJP
【FI】
   H02K5/00 A
   H02K11/30
   H02K5/22
   !H02K7/116
【請求項の数】3
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2012-287818(P2012-287818)
(22)【出願日】2012年12月28日
(65)【公開番号】特開2014-131406(P2014-131406A)
(43)【公開日】2014年7月10日
【審査請求日】2015年12月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】000240477
【氏名又は名称】並木精密宝石株式会社
(72)【発明者】
【氏名】清野 秀明
(72)【発明者】
【氏名】小田桐 琴也
【審査官】 土田 嘉一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−136591(JP,A)
【文献】 特開2006−240465(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02K 5/00 − 5/26
H02K 7/00 − 7/20
H02K 11/00 − 11/40
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケース本体と蓋部材からなる矩形箱状のサーボケースと、該サーボケース内のインナーロータタイプのモータとを具備したサーボユニット構造において、
前記ケース本体は、前記モータが軸方向に挿入される凹状のモータ室と、検出器が同方向に挿入される凹状の検出器室とを一体に有し、
前記蓋部材は、前記モータ室及び前記検出器室の開口部を閉鎖するようにして前記ケース本体に装着され、
前記モータは、外周部にケーシングの無い筒状の固定子と、該固定子内に回転自在に挿入される回転子とを具備し、
前記固定子は、円筒状のステータコアと、該ステータコアの内周面に沿うように配置されたコイルとで構成されており、
前記固定子を前記モータ室の内壁面に直接接触させて嵌め合せていることを特徴とするサーボユニット構造。
【請求項2】
前記回転子から軸方向の両側へ突出する回転軸を備え、該回転軸の一端側を前記ケース本体により回転自在に支持するとともに、同回転軸の他端側を前記蓋部材により回転自在に支持するようにしたことを特徴とする請求項1記載のサーボユニット構造。
【請求項3】
前記検出器の信号に応じて前記モータを制御する制御基板を、前記ケース本体と前記蓋部材との間における、前記モータ室から前記検出器室にわたる範囲に一体状に設け、前記回転軸の前記他端側を、前記制御基板に貫通させて前記蓋部材により回転自在に支持したことを特徴とする請求項2記載のサーボユニット構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線操縦(通称:ラジオコントロール、以下、ラジコン(登録商標)という)式の模型飛行機、ヘリコプター、自動車、船舶、人型ロボット、その他の産業用ロボット等に搭載される小型動作装置としてのサーボユニットの構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の発明は、例えば特許文献1に記載されるように、ケース本体(下部筐体2)と該ケース本体の開口部を閉鎖する蓋部材とからなるサーボケースと、該サーボケース内に装着された検出器(可変抵抗器18)及びモータ(4)と、モータの出力軸の回転を検出器に伝達する減速機構(5)とを備え、検出器から出力される検出信号と、外部から入力される操作信号とを比較して、モータの回転量を適正に制御するようにしたものがある。
【0003】
近年、上記の従来技術によるサーボユニットを搭載する各種小型動作装置の運動性能向上と小型化の要請から、サーボユニット自体について、より一層の小型・高性能化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平8−331657号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記従来事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、サーボケース内のモータスペースを小さくすることでサーボユニットを小型化すること、及びモータの放熱性を良くして運動性能を向上することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための一手段は、ケース本体と蓋部材からなるサーボケースと、該サーボケース内のインナーロータタイプのモータとを具備したサーボユニット構造において、前記ケース本体は、前記モータが軸方向に挿入される凹状のモータ室と、検出器が同方向に挿入される凹状の検出器室とを一体に有している。そして前記蓋部材は、前記モータ室及び前記検出器室の開口部を閉鎖するようにして前記ケース本体に装着され、前記モータは、外周部にケーシングの無い筒状の固定子と、該固定子内に回転自在に挿入される回転子とを具備し、前記固定子を前記モータ室の内壁面に直接接触させて嵌め合せていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明は、以上説明したように構成されているので、サーボケース内のモータスペースを小さくすること、サーボユニットを小型化すること、モータの放熱性を向上すること、生産性を向上すること等、本発発明の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明に係るサーボユニット構造を有するサーボユニットの一例を示す断面図である。
図2】同サーボユニットのサーボケースの一例を示す断面図である。
図3】同サーボユニットの底面図である。
図4】本発明に係るサーボユニット構造の他例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本実施の形態の第一の特徴は、ケース本体と蓋部材からなるサーボケースと、該サーボケース内のインナーロータタイプのモータとを具備したサーボユニット構造において、前記ケース本体は、前記モータが軸方向に挿入される凹状のモータ室と、検出器が同方向に挿入される凹状の検出器室とを一体に有している。そして前記蓋部材は、前記モータ室及び前記検出器室の開口部を閉鎖するようにして前記ケース本体に装着され、前記モータは、外周部にケーシングの無い筒状の固定子と、該固定子内に回転自在に挿入される回転子とを具備し、前記固定子を前記モータ室の内壁面に直接接触させて嵌め合せている。
この構成によれば、固定子をモータ室の内壁面に直接接触させてモータを構成するようにしているため、従来技術のような固定子の周囲のケーシングが不要になり、モータ室およびサーボユニット全体を小型化することができ、逆に従来と同外形寸法のサーボユニットによりモータのみを大型化して出力アップすることも可能である。その上、サーボケースに対し固定子及び回転子を装着する際の生産性も良好である。
しかも、ケーシングを有さない固定子を、比較的体積の大きいケース本体に直接接触させる構造としているため、放熱性が良好であり、その結果として、モータ温度上昇を抑制することができる。
【0010】
第二の特徴は、前記回転子から軸方向の両側へ突出する回転軸を備え、該回転軸の一端側を前記ケース本体により回転自在に支持するとともに、同回転軸の他端側を前記蓋部材により回転自在に支持するようにした。
この構成によれば、回転軸を回転自在に支持する構造を、生産性の良好な簡素な構造とすることができる。
【0011】
第三の特徴は、前記検出器の信号に応じて前記モータを制御する制御基板を、前記ケース本体と前記蓋部材との間における、前記モータ室から前記検出器室にわたる範囲に一体状に設け、前記回転軸の前記他端側を、前記制御基板に貫通させて前記蓋部材により回転自在に支持した。
この構成によれば、一体状の制御基板によりモータ及び検出器の双方の信号を入出力可能な上、制御基板を組付ける際の生産性も良好である。
【0012】
さらに、生産性の良好な具体的軸受構造を得るためには、前記ケース本体と前記蓋部材にそれぞれ軸受保持部が設けられ、前記回転軸の一端側と他端側は、それぞれ、前記軸受保持部に嵌合するベアリングを介して、前記ケース本体と前記蓋部材に支持される。
【0013】
さらに、よりモータ部分の生産性や放熱性を向上する具体的態様としては、前記モータは、筒状のステータコアの内壁に筒状のコイルを重ね合わせてなり、前記ステータコアの外周部を、前記モータ室の内壁面に直接接触させている。
【0014】
さらに、生産性の良好な回転軸の支持構造を得るためには、前記回転軸の他端側を、前記制御基板に貫通して前記蓋部材に支持する。
【0015】
また、生産性の良好な回転軸の支持構造を得る他の態様としては、前記蓋部材に、前記制御基板を貫通する凹状の突起を設け、この凹状の突起に、前記回転軸の他端側を回転自在に支持する。
【0016】
また、他の態様としては、前記検出器室に検出器を装着して、前記サーボユニット構造を具備したサーボユニットを構成する。
【0017】
次に、上記特徴を有する本実施の形態の好ましい具体例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0018】
このサーボユニット構造Aは、図1に示すように、矩形箱状のサーボケース10内に、外周部にケーシング等を持たないモータ20と、検出器30と、検出器30の信号に応じてモータ20を制御する制御基板40とを具備し、サーボユニット1を構成している。
【0019】
サーボケース10は、一面を開口した矩形箱状のケース本体11と、該ケース本体11の開口部を閉鎖するようにして装着される蓋部材12とを組み合わせて構成される(図2参照)。ケース本体11及び蓋部材12は、それぞれ合成樹脂材料によって一体成形されている。
【0020】
ケース本体11は、四方の側壁部11aと、これら側壁部11aで囲まれる空間の一端側(図1及び図2によれば上端側)をマウント壁部11bにより閉鎖するとともに他端側を開口した横長立方体状に形成される。
このケース本体11の内部には、外周部にケーシングを持たないモータ20を第一の開口部10a1から軸方向に挿入する凹状のモータ室10aと、検出器30を第二の開口部10b1から同方向に挿入する凹状の検出器室10bとが設けられ、これらモータ室10aと検出器室10bとの間には、これら二つの室間を仕切る仕切壁11cが設けられる(図2参照)。
【0021】
マウント壁部11bは、ケース本体11内に挿入されるモータ20及び検出器30を受けて支持する矩形板状の壁部である。
このマウント壁部11bには、モータ室10aに対応して軸受保持部11b1が形成され、検出器室10bに対応して軸挿通孔11b2が形成される。
【0022】
軸受保持部11b1は、マウント壁部11bをモータ軸方向へ貫通する孔であり、その内周面により後述するモータ20のベアリング26を嵌合固定する。
【0023】
軸挿通孔11b2は、後述する検出器30の回転軸31を回転自在に挿通するとともに外部に露出するための貫通孔である。
【0024】
モータ室10aは、三つの側壁部11a、仕切壁11c、およびマウント壁部11bから構成され、モータ20の固定子20aを嵌合可能な円筒状の空間を確保している。三つの側壁部11aと仕切壁11cの内壁面が円筒面状に形成され、この内壁面の内径は、固定子20aの外周面に近接又は接触するように設定される。
このモータ室10aにおけるマウント壁部11bと逆側の端部には、固定子20aを挿入するための第一の開口部10a1が形成されている。
【0025】
検出器室10bは、三つの側壁部11a、仕切壁11c、およびマウント壁部11bから構成され、検出器30および該検出器30の電気配線等を収容可能な空間を確保している。
この検出器室10bにおけるマウント壁部11bと逆側の端部には、検出器30を挿入するための第二の開口部10b1が形成されている。
【0026】
また、蓋部材12は、ケース本体11の第一の開口部10a1及び第二の開口部10b1を閉鎖して、モータ室10aから検出器室10bに跨る矩形板状の部材であり、ケース本体11に対し着脱可能に接続されている。
この蓋部材12は、モータ室10aに対応する箇所に、ベアリング27を内在し嵌合固定する軸受保持部12aを有する。この軸受保持部12aは、蓋部材12からモータ20側へ突出する凹状の突起である(図2参照)。
【0027】
モータ20は、外周部に円筒状のケーシング等を有さない固定子20aと、該固定子20aの内周面に対し所定のギャップを置いて配置される回転子20bと、該回転子20bの中心側に挿通された回転軸25と、この回転軸25を両端側で回転自在に支持するベアリング26,27とから構成される(図1参照)。
【0028】
固定子20aは、ステータコア21と、該ステータコア21内のコイル22とから構成されている。ステータコア21の外周部には、一般的なモータに備えるような円筒状の外装ケースを配置していない。
【0029】
ステータコア21は、薄板円環状の磁性材(例えばパーマロイ等)をモータ軸方向に積層して円筒状に構成したものである。
【0030】
このステータコア21は、モータ室10aの内周壁面に対し直接接触して回転不能に嵌め合せられている。ここで、直接接触している状態とはステータコア21とモータ室10aの内周壁面との間に接着剤が介在している状態を含む。
【0031】
ステータコア21を回転不能に保持する手段は、ステータコア21をモータ室10aに対し圧入するようにしてもよいし、ステータコア21をモータ室10aに挿入した後にリブ等によって回転不能に固定するようにしてもよい。
【0032】
コイル22は、制御基板40側から供給される電力により磁束を発生するよう導線を巻回してなり、ステータコア21の内周面に沿うようにして円筒状に構成される。このコイル22の軸方向の端部からはリード線22aが引き出されており、該リード線22aは制御基板40に電気的に接続されている。
【0033】
回転子20bは、円筒状のロータ23と、該ロータ23を回転軸25に固定する筒状スペーサ24とから一体に構成される。なお、他例としては、筒状スペーサ24を省き、ロータ23と回転軸25を直接接合した構成とすることも可能である。
【0034】
ロータ23は、マグネット(永久磁石)からなる長尺な円筒状の部材である。
筒状スペーサ24は、ロータ23の内周面に圧入固定された円筒状の部材(ヨーク)であり、図1に示す好ましい一例では、該筒状スペーサ24の下端側をロータ23よりも下方へ長く形成することで、回転軸25周りの強度を増加している。
また、回転軸25は、筒状スペーサ24に挿通されてロータ23の軸方向両側へ突出する円柱状の軸体である。
そして、これらロータ23、筒状スペーサ24および回転軸25は、一体として回転可能に接合される。
【0035】
また、ベアリング26,27は、回転軸25を挿通して回転自在に支持するすべり軸受であり、一方のベアリング26はケース本体11の軸受保持部11b1に嵌合固定され、他方のベアリング27は蓋部材12の軸受保持部12aに嵌合固定される。
なお、これらベアリング26,27は、ボールベアリングやローラベアリング等の転がり軸受に置換することが可能である。
【0036】
また、検出器30は、回転軸31の回転量に応じて本体部32内の可変抵抗の抵抗値を変化させる可変抵抗器である。この検出器30は、回転軸31をマウント壁部11bに挿通して外部に露出した状態で、本体部32をマウント壁部11b内面に固定している。この検出器30の抵抗値を出力する電気配線33は、制御基板40に電気的に接続されている。
【0037】
制御基板40は、操作信号電線41により外部から入力される操作信号と、検出器30による検出信号とを比較して、モータ20の回転量を適正に制御する制御回路であり、例えば、図示しないマイクロプロセッサや、ホールIC42等を具備した電子回路として構成される(図1参照)。
この制御基板40は、モータ室10aから検出器室10bにわたる一体の矩形板状に構成され、ケース本体11の開口部側の内壁に嵌め合せられるとともに、仕切壁11cの突端により受けられている。
この制御基板40のモータ室10a側に対応する部位には、貫通孔40aが設けられる。この貫通孔40aには、回転軸25が挿通され、図1の一例によれば回転軸25の周囲の筒状スペーサ24も挿通されている。そして、この貫通孔40aに挿通された回転軸25の端部側は、蓋部材12に固定されたベアリング27によって回転自在に支持される。
【0038】
操作信号電線41は、ケース本体11側の切欠と蓋部材12側の切欠により挟まれるようにして、サーボケース10内に挿通され、制御基板40に電気的に接続されている。
【0039】
図中、符号29は、回転軸25の一端側に固定されたギヤである。このギヤ29は、図示しない減速機構(例えば複数の歯車等)を介して、検出器30の回転軸31に連動するように係合している。
図中、符号28は、回転子20bとベアリング26(又は27)の間の摩耗や摩擦抵抗を軽減する平板環状のスラスト受けである。
また、回転軸31の突端側は、例えば駆動円盤やワイヤ等を介して、図示しない制御対象物(例えばラジコン模型やロボット等の動作部位)に接続される。
【0040】
よって、上記構成のサーボユニット1によれば、ステータコア21をモータ室10aの内壁面に直接接触させてモータ20を構成するようにしているため、従来技術のような固定子の周囲のケーシングが不要となる。このため、サーボユニット1全体を小型化したり、同外形寸法のサーボユニット1によりモータ20のみを大型化して出力アップしたりすることが可能である。
また、ステータコア21を比較的体積の大きいケース本体11に直接接触し、ケース本体11を放熱のための熱伝導媒体としているため、モータ温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、固定子の周囲のケーシングや、モータと検出器ごとの制御基板、モータと制御基板間のスペーサ等、従来技術にあるような構成を省いているため、部品点数が少なく、構造が簡素であり、これらの結果として、生産性を著しく向上することができる。
【0041】
次に、図4に示すサーボユニット2について説明する。このサーボユニット2は、サーボユニット1に対し、蓋部材12を蓋部材12’に置換した構成としている。なお、図4では、検出器30及び操作信号電線41を省略し図示しているが、これらは上記サーボユニット1(図1参照)と同様に構成される。
【0042】
蓋部材12’は、蓋部材12に対し、軸受保持部12aを、より突出量の大きい軸受保持部12a’に置換した構成とされる。
軸受保持部12a’は、蓋部材12の内面からモータ20側へ突出して制御基板40に貫通しており、その突端側の内面に、ベアリング27を不動に嵌合している。
【0043】
よって、図4に示すサーボユニット2によれば、上記サーボユニット1と略同様の作用効果を奏する上、筒状スペーサ24及び回転軸25を短くできるので、コストを削減にもなる。
【0044】
なお、上記具体例によれば、固定子20aをステータコア21内にコイル22を有する構造としたが、固定子の他例としては、ステータコアの外周側にコイルを配置した構造とすることも可能である。
【0045】
また、上記具体例によれば、検出器30は、回転軸31の回転量に応じた抵抗値を出力する可変抵抗器としたが、他例としては、検出器を回転軸の回転速度に応じた信号を出力する構成とし、この検出器の出力信号に応じてモータ20の回転速度を所定値に制御する態様とすることも可能である。
【符号の説明】
【0046】
1,2:サーボユニット
10:サーボケース
11:ケース本体
11b1:軸受保持部
12,12’:蓋部材
12a,12a’:軸受保持部
10a:モータ室
10b:検出器室
20:モータ
20a:固定子
21:ステータコア
22:コイル
20b:回転子
22:コイル
25:回転軸
30:検出器
31:回転軸
40:制御基板
A:サーボユニット構造
図1
図2
図3
図4