(57)【要約】【課題】  サーボユニットを小型化するともにモータの放熱性を向上する。【解決手段】  ケース本体１１と蓋部材１２からなるサーボケース１０と、該サーボケース１０内のインナーロータタイプのモータ２０とを具備したサーボユニット構造において、ケース本体１１は、モータ２０が軸方向に挿入される凹状のモータ室１０ａと、検出器３０が同方向に挿入される凹状の検出器室１０ｂとを一体に有している。そして蓋部材１２は、モータ室１０ａ及び検出器室１０ｂの開口部を閉鎖するようにしてケース本体１１に装着され、モータ２０は、外周部にケーシングの無い筒状の固定子２０ａと、該固定子２０ａ内に回転自在に挿入される回転子２０ｂとを具備し、固定子２０ａをモータ室１０ａの内壁面に直接接触させて嵌め合せている。【選択図】  図１
2014131406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014131406.tif 000006