(57)【要約】【課題】回路基板とベアリングホルダー支持部との機械的な接続強度および基準電位を安定化した機電一体型のモータを提供する。【解決手段】機電一体型のモータ１の静止部２によって回転可能に支持された回転部３の軸受機構を保持するベアリングホルダー支持体２０の所定位置に設けた貫通孔２０ａと、ベアリングホルダー支持体２０の下面側に配置された回路基板３０の所定位置に設けた貫通孔３０ａとにリベット４５を挿通する。挿通後のリベット４５の頭部と反対側の端部４６を、回路基板３０の基準グランドに接続されたランド４７上でかしめる。リベット４５を回路基板３０の電源入力部付近に配置することで、モータ１の基準電位が安定化し、モータの回転ムラが低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータを有する静止部と、
軸中心に配置され前記静止部によって回転可能に支持された回転部と、
前記回転部の軸受機構を保持する金属製の支持部と、
前記支持部の下面側に配置された回路基板と、
を備え、
前記支持部と前記回路基板のグランド電位部とが電気的に接続され、該電気的に接続された個所が該回路基板の電源入力部付近に位置することを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記電気的に接続された個所は、前記電源入力部のうちマイナス端子側に位置することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記回路基板に実装されたパワー素子を挟み込む位置に、前記電気的に接続された個所に配置したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
前記電気的に接続された個所を前記回路基板の対角線上の複数個所に設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項５】
前記電気的に接続された個所を前記回路基板における前記軸中心の周辺の複数箇所において対向する位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項６】
前記電気的に接続された個所は、前記支持部と前記回路基板とに設けた貫通孔を有し、該貫通孔を挿通したリベットの一方端部がかしめ部、あるいははんだ付け部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項７】
前記電気的に接続された個所は、前記回路基板に設けた貫通孔と、前記支持部に設けた突起部を有し、該貫通孔を挿通した前記突起部の端部がかしめ部、あるいははんだ付け部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項８】
前記グランド電位部は前記貫通孔の周縁部に設けたランドであり、該ランドが前記回路基板のグランドパターンに接続されていることを特徴とする請求項６または７に記載のモータ。
【請求項９】
前記グランド電位部において前記回路基板の電源グランドと信号グランドとが一点接地されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１０】
前記支持部と前記回路基板は、厚さ方向に対向しながら電気的な絶縁部を介して相互に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１１】
前記絶縁部は所定厚の絶縁シートからなることを特徴とする請求項１０に記載のモータ。
【請求項１２】
前記絶縁部は空気層からなることを特徴とする請求項１０に記載のモータ。
【請求項１３】
前記支持部と前記回路基板を所定長のスペーサで離間して前記空気層を形成することを特徴とする請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
前記支持部と前記回路基板は平面視したときの面積が同一であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１５】
前記回転部の軸受機構は流体動圧発生機構を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１６】
仮想空間において対象物の位置等を追跡する位置トラッキングシステムであって、
レーザ光源と、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のモータを使用して、所定空間内において前記レーザ光源からのレーザ光を回転させる手段と、
前記対象物からの反射レーザ光をもとに該対象物の少なくとも位置と動きを検出する手段と、
を備えることを特徴とする位置トラッキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば機電一体型構造を採用したモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ、複写機等の事務機器、映像・音楽データ等が記録されたディスクを駆動するディスクドライブ装置等や位置トラッキングシステムに使用するモータには、回転ムラの低い、正確かつ安定した回転性能が要求される。
【０００３】
これらの機器にはブラシレスモータが多用されているが、モータを搭載した装置の小型化等のため、モータ本体と駆動回路基板とを一体化した機電一体型モータが採用されている。
【０００４】
特許文献１は、例えばディスク駆動装置にモータを取り付けるための取付板の上面に回路基板を固定する際の固定構造に関する技術を開示している。特許文献１では、かしめを利用してモータの取付板と回路基板を固定し、回路基板上のグラウンドパターンとかしめ部との間の接触電気抵抗を低減して、安定した電気的導通を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の構造によれば、かしめ部によって回路基板を取付板に固定するとともに、かしめ部を介して回路基板のグランドパターンと取付板とを電気的に導通させているが、電気的なグランド基準が浮いている。そのため、例えば、電源からのノイズが回路基板側に回り込むことでモータの回転ムラが引き起こされることが想定される。
【０００７】
このことから、特許文献１に開示された構造では、機電一体型モータにおいて安定した高精度の回転を得ることが困難であり、回転ムラの抑制、低減が難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの駆動用回路基板とモータの軸受機構を保持する支持部との機械的な接続強度および電気的な接続を確保した機電一体型のモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第１の発明は、モータであって、ステータを有する静止部と、軸中心に配置され前記静止部によって回転可能に支持された回転部と、前記回転部の軸受機構を保持する金属製の支持部と、前記支持部の下面側に配置された回路基板とを備え、前記支持部と前記回路基板のグランド電位部とが電気的に接続され、該電気的に接続された個所が該回路基板の電源入力部付近に位置することを特徴とする。
【００１０】
本願の例示的な第２の発明は、仮想空間において対象物の位置等を追跡する位置トラッキングシステムであって、レーザ光源と、上記例示的な第１の発明に係るモータを使用して、所定空間内において前記レーザ光源からのレーザ光を回転させる手段と、前記対象物からの反射レーザ光をもとに該対象物の少なくとも位置と動きを検出する手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、モータ駆動回路基板の駆動電力供給路の付近に回路グランドの基準電位を設けることでグランドが安定化し、モータの回転ムラとなる電気的要因を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施形態に係るモータの構造を示す縦断面図である。
【図２】図２は実施形態に係るモータのベアリングホルダー支持体と回路基板との接続構造を示す断面図である。
【図３】図３は貫通孔を挿通したリベットを回路基板側から見たときの部分的拡大図である。
【図４】図４はベアリングホルダー支持体と回路基板とをスペーサを介して接続した例を示す図である。
【図５】図５はリベットの配置位置を示す図である。
【図６】図６はリベットの他の配置位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモータの構造を示す縦断面図である。図１に示すモータ１は機電一体型のモータであり、固定組立体である静止部２と、中心軸９を中心に配置され、静止部２によって回転可能に支持された回転組立体である回転部３とからなるモータ部１０、回転部３の軸受機構を保持する金属製のベアリングホルダー支持体２０、ベアリングホルダー支持体２０の下面側に配置された回路基板３０を備える。
【００１４】
モータ１は、アウタロータ型モータである。ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０との間には、両者の電気的な絶縁を図るための絶縁体４０が配置されている。また、ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０は、平面視したときの外形形状と面積がほぼ同一である。なお、面積については異なる構成としてもよい。
【００１５】
回路基板３０のベアリングホルダー支持体２０と反対側の面３３には、例えば制御用マイクロプロセッサ、モータ駆動用の半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）、モータ駆動電源用のコンデンサ、制御用電源素子、制御電源用コンデンサ、電流センサ等の各種センサが実装されている。
【００１６】
このように、回路基板３０をベアリングホルダー支持体２０の下面側に配置したことで、上記の電子部品等の配置について、モータ部１０に影響されずに回路基板３０上での設計の自由度が向上する。
【００１７】
モータ部１０は流体動圧軸受機構を有し、シャフト１１の径方向外側には、潤滑オイル等の流体が充填された微小間隙を介してスリーブ１２が配置されている。スリーブ１２の内側面１２ａには、シャフト１１の外側面１１ａとの間に流体動圧を発生する複数の動圧溝部が設けられている。
【００１８】
よって、回転部３は、潤滑油を介して、モータ部１０の中心軸９を中心に、静止部２に対して回転可能に支持される。モータ回転部の軸受機構に流体動圧発生機構を採用したことで、特に高速回転において安定した回転性能を得ることができる。
【００１９】
シャフト１１の下側にはキャップ１３が配置されている。シャフト１１は、これらスリーブ１２とキャップ１３により回転可能に支持されている。また、シャフト１１の上側端部には、ロータハブ１４が固定されている。したがって、シャフト１１とロータハブ１４とは共に回転する。
【００２０】
さらに、シャフト１１の下側端部には、環状部材１５が固定されている。シャフト１１と環状部材１５は、別部材であってもよいし、単一の部材であってもよい。環状部材１５の軸方向の上面１５ａは、スリーブ１２の下面１２ｂと微小間隙を介して対向している。また、環状部材１５の軸方向の下面１５ｂは、キャップ１３の上面１３ａと微小間隙を介して対向している。
【００２１】
環状部材１５の上面１５ａと、スリーブ１２の下面１２ｂとの一方には、動圧溝列が設けられている。また、環状部材１５の下面１５ｂと、キャップ１３の上面１３ａとの一方にも、動圧溝列が設けられている。
【００２２】
静止部２は、複数のコイル３１と、ステータコア３２を有する。複数のコイル３１は、ティースに巻かれて、回転軸９を中心として環状に配置されている。ロータマグネット２４は、外側円筒部（ロータハブ）２１の内側に固定されている。ロータマグネット２４は、静止部２と径方向に対向し、静止部２とロータマグネット２４との間にトルクが発生する。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る機電一体モータにおけるベアリングホルダー支持体と回路基板との接続構造を示す断面図である。図２に示すように、ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０の平面部どうしを対向させて配置し、あらかじめベアリングホルダー支持体２０の所定位置に設けた貫通孔２０ａと、回路基板３０の所定位置に設けた貫通孔３０ａとにリベット４５を挿通する。
【００２４】
図３は、回路基板３０の貫通孔３０ａ等に挿通されたリベット４５を、図２の矢印Ａで示す方向から見たときの部分的拡大図である。図３に示すように、回路基板３０の貫通孔３０ａの周縁部には、回路基板の基準グランドに接続された、例えば銅箔等によるランド４７が設けられている。
【００２５】
ここでは、図２に示すように、挿通後のリベット４５の頭部と反対側の端部４６を、ランド４７を覆うようにかしめるか、あるいはランド４７上にはんだ付けする。これにより、回路基板３０とベアリングホルダー支持体２との機械的な接続が確保され、同時に回路基板３０のグランド基準とベアリングホルダー支持体２０とが電気的に接続される。
【００２６】
ランド４７を貫通孔３０ａの周縁部に設けたことで、リベット４５の端部のかしめ、はんだ付けが容易になり、グランド基準電位を確実に確保できる。
【００２７】
なお、リベット４５の挿入方向は、ベアリングホルダー支持体２０側にリベット４５の頭部を位置させ、回路基板３０側で端部をかしめるか、これとは逆に、回路基板３０側にリベット４５の頭部を位置させ、ベアリングホルダー支持体２０側で端部をかしめてもよい。
【００２８】
図２に示す例では、ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０との間に絶縁体４０を介挿して、それらの電気的な絶縁を図っているが、絶縁構造はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０との間に、リベット４５を挿通するためリベット４５の胴部径と同径の穴を有するスペーサ５１を配置し、スペーサ５１で形成される空間（空気層）によって、ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０間に絶縁を確保してもよい。
【００２９】
スペーサ５１によって空気層を形成することで、特別な絶縁材料を使用せず簡易かつ安価な方法でベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０との間に電気的な絶縁を確保できる。
【００３０】
なお、絶縁体４０として、例えば、シート状絶縁体を使用することで、ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０の平面方向に広い面積で絶縁を確保できる。
【００３１】
次に、上述したリベットの配置位置について説明する。ここでは、機電一体モータにおいて基準電位を設けるため、リベットの最適な配置位置を検討した。図５および図６は、リベットの配置位置の一例であり、回路基板３０の裏面（モータの反対側）を平面視した概略図である。
【００３２】
図５は、回路基板３０への電源入力部５５の付近にリベット４５ａを配置した例である。図５に示す例では、電源入力部５５の付近におけるリベット４５ａの配置位置として、回路の電源グランドと信号グランドとが一点接地された部位に合せることで、一点接地と同電位の安定した基準電位を確保できる。
【００３３】
なお、電源入力部５５のうち、マイナス端子側に近づけてリベット４５ａを配置することで、より安定した基準電位を得て、モータの回転ムラを排除できる。
【００３４】
さらには、図５に示すようにリベット４５ａとともに、半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）等のパワー素子５３を挟み込む位置にリベット４５ｂを配置してもよい。これは、大電流が流れてノイズ発生源となり得るパワー素子付近にグランド基準電位を設けることで、モータの回転ムラが生じる電気的要因を排除するためである。
【００３５】
また、回路基板３０の対角線５６上であって、中心軸９からほぼ等距離の位置にリベット４５ａとリベット４５ｃを配置してもよい。このような配置により、安定したグランド基準が得られることに加え、回路基板３０とベアリングホルダー支持体２０との機械的な接続も安定化される。
【００３６】
また、図６に示すように、リベット４５ａに加えて、マイクロプロセッサからなる制御部（ＣＰＵ）、オペアンプ等の制御素子５４の付近にリベット４５ｄを配置してもよい。これにより、ノイズとなり得る高周波の制御信号を抑制できる。
【００３７】
リベットの配置数は、上記の例に限定されず、回路基板３０上の部品配置に影響がなく、部品配置に干渉しない限り、例えば、中心軸９の周辺の複数箇所において対向する位置に３個以上のリベットを配置してもよい。
【００３８】
このように、複数個のリベットによって複数個所にグランド基準を設けることで、より安定した基準電位を確保できる。また、同一面積のベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０の複数個所をリベットで固定することで、相互のより強固な機械的接続強度を確保できる。
【００３９】
なお、ベアリングホルダー支持体２０と回路基板３０間の電気的な接続を実現する手段は、上記のリベットに限定されない。例えば、図示を省略するが、ベアリングホルダー支持体２０の所定位置に、回路基板３０を貫通する長さを有する突起部を設け、その突起部を、あらかじめ回路基板３０の所定位置に設けた貫通孔を挿通させた後、突起部の端部をかしめ、あるいははんだ付けしてもよい。
【００４０】
これにより、上記のリベットによる接続と同様、複数個所にグランド基準を設けることができる。すなわち、ベアリングホルダー支持体に設けた突起部による回路基板との接続という、簡単かつ安価な構成で支持部と回路基板とを機械的に強固に接続でき、同時に安定した基準電位を確保できる。
【００４１】
上述した本実施形態に係るモータの適用対象として、例えば、仮想空間において対象物の位置等を追跡する位置トラッキングシステムが想定される。位置トラッキングシステムに本実施形態に係るモータを使用して、所定空間内においてレーザ光源からのレーザ光を回転させ、対象物からの反射レーザ光をもとに対象物の少なくとも位置と動きを検出する構成を実現できる。
【００４２】
位置トラッキングシステムにおいて、対象物を検知する位置センサの更新周期がモータの回転数に依存することから、モータの回転精度を高い精度に維持することが重要な要素となる。よって、位置トラッキングシステムに本実施形態のモータを使用することで、モータの回転精度と同時にレーザ光の回転精度も向上するので、仮想現実（ＶＲ）における対象物（ゲームプレイヤー）の位置座標、動きを確実に検知できる。
【００４３】
上述した位置トラッキングシステムにおいて使用した本実施形態に係るモータの評価結果について説明する。ここでは、回転ムラ測定装置に組み込んだ位置トラッキングシステムの制御部をモータの負荷装置とする構成をとる測定系において、以下の３条件で回転ムラを測定した。
【００４４】
条件Ａ：モータのベアリングホルダー支持体と、回転ムラ測定装置筐体と、負荷装置の基板グランドとを短絡
【００４５】
条件Ｂ：モータのベアリングホルダー支持体と、回転ムラ測定装置筐体と、負荷装置の基板グランドと、モータ駆動回路グランドとを短絡
【００４６】
条件Ｃ：モータのベアリングホルダー支持体を回転ムラ測定装置筐体からも、負荷装置の基板グランドからも、また、モータ駆動回路グランドからも開放
【００４７】
上記測定の結果、回転ムラの数値は、条件Ｃ＞条件Ａ＞条件Ｂとなり、条件Ｂの数値が一番低いことが判明した。例えば、条件Ｂは、条件Ｃと比較して回転ムラが１／３となった。このことから、基板グランドとベアリングホルダー支持体を電気的に接続して同電位とすることで、モータの回転ムラに影響のある信号の検出精度が向上し、その結果、回転ムラの値が低減されたと考えられる。
【００４８】
以上説明したように、機電一体型のモータ１の静止部２によって回転可能に支持された回転部３の軸受機構を保持する金属製のベアリングホルダー支持体２０の所定位置に設けた貫通孔２０ａと、ベアリングホルダー支持体２０の下面側に配置された回路基板３０の所定位置に設けた貫通孔３０ａとにリベット４５を挿通する。そして、挿通後のリベット４５の頭部と反対側の端部４６を、回路基板３０の基準グランドに接続されたランド４７を覆うようにかしめるか、あるいはランド４７上にはんだ付けする。
【００４９】
こうすることで、回路基板３０の電源入力部付近において、回路基板３０のグランド基準とベアリングホルダー支持体２０とが電気的に接続される。すなわち、モータ駆動回路基板のグランドとベアリングホルダー支持体とを電気的に同一のグランド電位とすることで基準電位が安定化し、モータの回転ムラが低減される。
【００５０】
よって、モータ駆動電力の供給路付近にグランド基準電位を設けて、モータの回転ムラとなるノイズ等の電気的要因を排除することで、モータを、例えばモータの回転数に依存するセンシング構成に使用した場合、センサ信号の検出精度が向上する。
【００５１】
また、モータの駆動回路基板とベアリングホルダー支持体との接続にリベットを使用することで、作業性に課題がある接着剤による接続が不要となり、リベットによる電気的な導電性の確保とともに強固な機械的接続を維持できる。
【符号の説明】
【００５２】
１  モータ
２  静止部
３  回転部
９  中心軸
１０  モータ部
１１  シャフト
１２  スリーブ
１３  キャップ
１４  ロータハブ
１５  環状部材
２０  ベアリングホルダー支持体
２０ａ，３０ａ  貫通孔
２１  外側円筒部（ロータハブ）
２４  ロータマグネット
３０  回路基板
３１  コイル
３２  ステータコア
４０  絶縁体
４５，４５ａ〜４５ｄ  リベット
４７  ランド
５１  スペーサ
５４  制御素子
５５  電源入力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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