(57)【要約】【課題】シャフトが金属部材に溶接又は溶着されたモータを提供する。【解決手段】モータは、金属で形成されたシャフト５と、被覆層８３で覆われた金属基板８１を有するベースとを備える。被覆層８３は開口８３ｂを有し、金属基板８１は、開口８３ｂから露出する凹部８４を有する。シャフト５の外周部と凹部８４とが溶着又は溶接されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属で形成されたシャフトと、
被覆層で覆われた金属部材を有するベースと、を備え、
前記被覆層は開口を有し、
前記金属部材は、前記開口から露出する露出部を有し、
前記シャフトの外周部と前記露出部とが溶着又は溶接されている、モータ。
【請求項２】
前記シャフトの外周部は、周方向に延在する凹面を備え、
前記凹面と前記露出部とが溶着又は溶接されている、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記シャフトの外周部は円筒状の面を備え、
前記シャフトの長手方向において、前記凹面と前記円筒状の面とは並んでおり、
径方向において、前記凹面の全体が前記円筒状の面よりも内側にある、請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記ベースは、配線が形成された樹脂部材を有する、請求項１から３のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】
前記被覆層は亜鉛を有する、請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
前記シャフトは、鉛を含まないマルテンサイト系ステンレス鋼により形成されている、請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
【請求項７】
前記シャフトに対して回転可能なロータと、
前記ロータに取り付けられているポリゴンミラーと、を備える、請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
【請求項８】
軸受を備え、
前記ポリゴンミラーは、前記軸受に設けられている、請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
被覆層で覆われた金属部材の一部の被覆層を除去する第１の工程と、
前記第１の工程により露出した前記金属部材の露出部に、金属で形成されたシャフトの外周部を溶着又は溶接する第２の工程と、を備える、モータの製造方法。
【請求項１０】
前記第１の工程において、前記金属部材に孔部を設けるとともに前記孔部の周囲の被覆層を切削することにより前記被覆層を除去し、
前記第２の工程において、前記孔部に挿入された前記シャフトの外周部と前記露出部とを溶着又は溶接する、請求項９に記載のモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ及びモータの製造方法に関し、特に、金属部材に溶接又は溶着されたシャフトを備えるモータ及びモータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属部材にシャフトを溶接又は溶着した構造を有するモータが知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、モータ等の回転体のシャフトと平板との接合時に、シャフトと平板との接合部に平板を回転させながらレーザ照射することによりレーザ溶接を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０９００３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、シャフトが金属部材に溶接又は溶着されたモータ及びモータの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータは、金属で形成されたシャフトと、被覆層で覆われた金属部材を有するベースと、を備え、被覆層は開口を有し、金属部材は、開口から露出する露出部を有し、シャフトの外周部と露出部とが溶着又は溶接されている。
【０００７】
好ましくは、シャフトの外周部は、周方向に延在する凹面を備え、凹面と露出部とが溶着又は溶接されている。
【０００８】
好ましくは、シャフトの外周部は円筒状の面を備え、シャフトの長手方向において、凹面と円筒状の面とは並んでおり、径方向において、凹面の全体が円筒状の面よりも内側にある。
【０００９】
好ましくは、ベースは、配線が形成された樹脂部材を有する。
【００１０】
好ましくは、被覆層は亜鉛を有する。
【００１１】
好ましくは、シャフトは、鉛を含まないマルテンサイト系ステンレス鋼により形成されている。
【００１２】
好ましくは、シャフトに対して回転可能なロータと、ロータに取り付けられているポリゴンミラーと、を備える。
【００１３】
好ましくは、軸受を備え、ポリゴンミラーは、軸受に設けられている。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、モータの製造方法は、被覆層で覆われた金属部材の一部の被覆層を除去する第１の工程と、第１の工程により露出した金属部材の露出部に、金属で形成されたシャフトの外周部を溶着又は溶接する第２の工程と、を備える。
【００１５】
好ましくは、第１の工程において、金属部材に切削工具により孔部を設けるとともに孔部の周囲の被覆層を切削することにより被覆層を除去し、第２の工程において、孔部に挿入されたシャフトの外周部と露出部とを溶着又は溶接する。
【００１６】
これらの発明に従うと、シャフトが金属部材に溶接又は溶着されたモータ及びモータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態におけるモータの一例を示す斜視図である。
【図２】モータの断面図である。
【図３】金属基板とシャフトとの接合部の部分を示す断面図である。
【図４】モータの製造工程を説明する第１の図である。
【図５】モータの製造工程を説明する第２の図である。
【図６】モータの製造工程を説明する第３の図である。
【図７】モータの製造工程を説明する第４の図である。
【図８】本実施の形態の一変形例に係るモータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
本実施の形態においては、レーザビームプリンタなどのレーザスキャニングに用いられるポリゴンミラーを回転させるモータ（ポリゴンミラースキャナモータ）について説明する。
【００２０】
［実施の形態］
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態におけるモータ１の一例を示す斜視図である。図２は、モータ１の断面図である。
【００２２】
以下の説明において、シャフト５に沿ってポリゴンミラー７０から離れて基板８０に近づく方向（図２において下方向）を下方向と呼び、シャフト５に沿って基板８０から離れてポリゴンミラー７０に近づく方向（図１において上方向）を上方向と呼ぶことがある。
【００２３】
図１及び図２を参照して、本実施の形態におけるモータ１は、ロータ１０に取り付けられているポリゴンミラー７０を駆動するものである。モータ１は、シャフト５と、ロータ１０と、ステータ２０と、ポリゴンミラー７０と、基板８０とを主に備えている。
【００２４】
シャフト５は、基板８０に固定されている。ステータ２０は、基板８０上に配置されている。ロータ１０は、シャフト５に対して回転可能に取り付けられている。
【００２５】
ロータ１０は、フレーム１１、マグネット１２、スリーブ（軸受の一例）４０を備えている。
【００２６】
フレーム１１は、フレーム１１内部からの磁界の漏れを防ぐものであり、例えば磁性体を用いて構成されている。フレーム１１は、シャフト５に対して垂直な方向（外周方向、図２において横方向）に延在する部位と、シャフト５に対して平行な方向（図２において上下方向）に延在して側壁をなす部位とを有している。フレーム１１は、上部が塞がれており下方に開口する円筒形状を有している。
【００２７】
マグネット１２は、環状であり、より具体的には、円筒形状を有している。マグネット１２は、フレーム１１の外周部の内壁面に取り付けられている。
【００２８】
スリーブ４０は、フレーム１１の中心部を貫くように上下方向に延在している。スリーブ４０は、フレーム１１の上面中央に形成された孔に固定されている。スリーブ４０の上部には、ポリゴンミラー７０が固定されている。スリーブ４０の中央は筒部としての円筒部４１となっており、円筒部４１の内側にシャフト５が挿入される。スリーブ４０とシャフト５との間の隙間には、例えば潤滑剤が充填されており、ラジアル方向の動圧流体軸受が構成されている。これにより、ロータ１０は、シャフト５に対して回転可能である。なお、スリーブ４０の円筒部４１の内側には、ヘリングボーン溝が軸方向に離間して２箇所形成されているが（図示せず）、これに限られるものではない。
【００２９】
スリーブ４０の円筒部４１の上部には、スラスト板４５及びスラストカバー４６が取り付けられている。スラストカバー４６は、円筒部４１の上端部を覆っている。スラスト板４５は、スラストカバー４６とシャフト５の上端面との間に配置されている。
【００３０】
ステータ２０は、中央から径方向外側へ放射状に延びるように形成された複数のティースを有するステータコア２１と、ティースの周囲に巻回されたステータコイル２２とを備えている。ステータ２０は、マグネット１２と空間を隔てて対向するようにマグネット１２よりも内周側に配置されている。ステータコイル２２は、電流が流された場合に磁界を発生する。ステータコイル２２の磁界とマグネット１２の磁界との相互作用により、駆動力（ロータ１０を回転させる力）が発生する。
【００３１】
ポリゴンミラー７０は、スリーブ４０の上部に固定されており、フレーム１１の上方に位置している。ポリゴンミラー７０は、上方に設けられたスプリング５１とスリーブ４０の一部とに挟まれて、固定されている。スプリング５１の上部にはグリップリング５２が配置されており、スプリング５１の上下方向の位置がグリップリング５２により位置決めされている。
【００３２】
基板（ベースの一例）８０は、金属基板（金属部材の一例）８１と、回路基板（樹脂部材の一例）８９とを有している。金属基板８１の上面に、回路基板８９が重ねられて、１つの基板８０が構成されている。
【００３３】
回路基板８９は、例えばプリント配線基板であって、配線が形成された樹脂部材である。樹脂部材は、例えばエポキシ樹脂で形成されている。回路基板８９の上面（図１において上側の面）には、電子部品９５が実装されている。電子部品９５は、例えば、モータを駆動及び制御するための駆動・制御集積回路を備えている。電子部品９５は、はんだを介して、回路基板８９の上面に接合されている。なお、回路基板８９には、そのほか、例えば、マグネット１２から受ける磁界の変化に基づいてマグネット１２の回転角度や回転数を検出するホール素子や、チップ型回路素子（抵抗、コンデンサ）や、各ステータコイル２２への電流の印加をオン／オフするための駆動用ＩＣなど、種々の回路素子が配置されていてもよい。
【００３４】
金属基板８１は、例えば、鉄で形成された基板で構成されている。金属基板８１には、孔部８５が形成されている。孔部８５には、シャフト５が挿入されている。シャフト５と金属基板８１とは、後述のように、金属基板８１の下表面側でシャフト５と孔部８５との接合部をレーザ溶接することにより、互いに堅固に固定されている。モータ１は、金属基板８１にシャフト５を固定した後に、金属基板８１に回路基板８９を取り付け、ステータ２０やロータ１０を取り付けることにより製造される。
【００３５】
なお、シャフト５は、基板８０から下に突出する突出部５ｃを有している。突出部５ｃが設けられていることにより、モータ１を利用する機器等にモータ１を搭載するときに、突出部５ｃを機器側に設けられた孔部に嵌め込むことで、モータ１の位置決めを行うことができる。突出部５ｃの軸は、モータ１のポリゴンミラー７０の回転軸に一致するため、モータ１を利用する機器におけるポリゴンミラーの位置決めを容易にかつ正確に行うことができる。
【００３６】
図３は、金属基板８１とシャフト５との接合部の部分を示す断面図である。
【００３７】
図３において、金属基板８１とシャフト５とが示されており、他の構成要素は示されていない。また、金属基板８１については、シャフト５の中心軸を通る断面が示されている。
【００３８】
本実施の形態において、金属基板８１は、ＪＩＳ規格番号で特定されるＪＩＳ記号で「ＳＥＣＣ」、「ＳＥＣＤ」、「ＳＥＣＥ」、「ＳＥＣＦ」、「ＳＥＣＧ」等に該当する、亜鉛めっき鋼板である。すなわち、金属基板８１の表面は、被覆層８３で覆われている。金属基板８１は、上面と下面とのそれぞれを覆う、亜鉛めっき層である被覆層８３を有している。被覆層８３は、防蝕のために設けられている。なお、図３以降において、被覆層８３は模式的に示されている。広く流通しており入手性の高い亜鉛めっき鋼板を用いて金属基板８１が形成されているので、モータ１の製造コストを低く抑えることができる。
【００３９】
シャフト５は、金属部材で形成されている。本実施の形態において、シャフト５は、鉛を含まないマルテンサイト系ステンレス鋼により形成されている。例えば、シャフト５は、耐摩耗に優れた組成を有し、被削性が改良されており、成分として鉛が添加されていない（鉛をほぼ含まない）、ＪＩＳ規格番号で特定されるＪＩＳ記号で「ＳＵＳ４２０Ｆ」、「ＳＵＳ４２０Ｊ２」、「ＳＵＳ４２０Ｊ１」、「ＳＵＳ４０３」、「ＳＵＳ４１０」、「ＳＵＳ４１６」、「ＳＵＳ４３１」、「ＳＵＳ４４０Ｃ」等に該当するステンレス鋼である。よって、鉛を含まないマルテンサイト系ステンレス鋼とは、成分として鉛が添加されていない（鉛をほぼ含まない）ものをいう。シャフト５は、マンガンを成分として含むステンレス鋼である。なお、シャフト５の材質はこれに限られるものではない。
【００４０】
図３において、金属基板８１の下側の表面において、金属基板８１は、凹部（露出部の一例）８４を有している。凹部８４は、例えば、直径Ｄ２の大きさで、金属基板８１の表面から寸法ｔ１だけ上方に凹んでいる領域であり、孔部８５と略同心に形成されている。凹部８４の深さ（寸法ｔ１）は、被覆層８３の厚みよりも若干大きい。凹部８４は、後述のように、金属基板８１の表面を切削することにより形成されている。すなわち、凹部８４が設けられていることにより、下側の被覆層８３は開口８３ｂを有している。換言すると、金属基板８１は、被覆層８３に設けられている開口８３ｂを通して、被覆層８３に覆われていない鉄部分が下方に露出する露出部（凹部８４）を有しているといえる。
【００４１】
シャフト５は、金属基板８１を貫通するように孔部８５に挿入されている。シャフト５の直径Ｄ１は、孔部８５の内径よりごくわずかに小さい。
【００４２】
本実施の形態において、例えば、寸法ｔ１は、０．０１ミリメートル以上０．１ミリメートル以下の範囲の寸法であり、直径Ｄ１は、２．３６８ミリメートルプラスマイナス０．０００５ミリメートルであり、直径Ｄ２は、３．３ミリメートル以上４．８ミリメートル以下の範囲の寸法である。孔部８５の内径は、２．０ミリメートル以上５．０ミリメートル以下の範囲の寸法である。
【００４３】
孔部８５から下方に突出するシャフト５の外周部と凹部８４とは、レーザ溶接により溶接されている。溶接は、シャフト５の全周にわたって行われている。溶接が行われることにより、シャフト５のうち凹部８４から下方に突出する部分の上端部には、径方向に凹んだ凹面８７が形成されている。凹面８７は、シャフト５の周方向に延在している。凹面８７は、シャフト５の全周にわたって、周方向に延在している。凹面８７の表面には、溶接痕が形成されている。凹部８４の表面のうち、シャフト５の近傍には、溶接時に形成された合金が溶接痕となって表れている。すなわち、凹面８７と凹部８４とが溶接されており、互いに繋がっている。
【００４４】
シャフト５の外周部は、円筒状の面を有している。そして、シャフト５の長手方向において、突出部５ｃと凹面８７とは並んでいる。径方向において、凹面８７の全体が、突出部５ｃの円筒状の面よりも内側にある。すなわち、凹面８７が形成されている部分において、直径Ｄ１をなすシャフト５の外周面よりも外側にある凹面８７の部分はない。
【００４５】
このようにシャフト５に凹面８７が形成されているので、金属基板８１の下面からシャフト５の下方への突出寸法Ｚ２のうち、凹面８７の上下方向の寸法の一部を除いた寸法Ｚ１の全域にわたって、高い精度で成形されたシャフト５の円筒面が確保されている。シャフト５の円筒面の上下方向の寸法Ｚ１を比較的大きく確保することができるので、突出部５ｃを利用して、モータ１を高い精度で位置決めすることができる。シャフト５の下方への突出寸法Ｚ２を比較的小さくすることができるので、モータ１が取り付けられる機器を小型化することができる。
【００４６】
なお、モータ１の製造工程において、金属基板８１に対するシャフト５の固定は、以下のような工程で行われる。そして、以下のようにして金属基板８１にシャフト５を固定した後に、電子部品９５等が実装された回路基板８９を金属基板８１に取り付け、ステータ２０やロータ１０を基板８０に取り付けることにより、モータ１が製造される。
【００４７】
図４は、モータ１の製造工程を説明する第１の図である。
【００４８】
まず、図４に示されるように、金属基板８１に対して、ドリル、エンドミル、リーマ等の切削工具９０１により孔部８５を設ける。このとき、孔部８５を設けるとともに、孔部８５の周囲の被覆層８３を切削することにより、被覆層８３を除去する。これにより、孔部８５と共に、凹部８４が形成される。なお、例えば、切削工具９０１と同軸に配置された、エンドミル又はヤスリなどの第２切削工具９０３を用いて、金属基板８１の下側から加工を行うことにより、孔部８５の形成と同じ工程で被覆層８３の除去を行うことができる。これにより、製造工程を短くすることができる。なお、孔部８５の形成と被覆層８３の除去（凹部８４の形成）とを別々の工程で行うようにしてもよい。また、孔部８５の形成や被覆層８３の除去に用いる工具・工法は、上述のものに限られない。例えば、プレス加工により孔部８５を形成するようにしてもよい。
【００４９】
図５は、モータ１の製造工程を説明する第２の図である。
【００５０】
次に、図５に示されるように、シャフト５を孔部８５に挿入する。このとき、シャフト５は、金属基板８１の上方から挿入するようにすればよい。
【００５１】
図６は、モータ１の製造工程を説明する第３の図である。
【００５２】
その後、図６に示されるように、シャフト５の一部を孔部８５に挿入した状態で、シャフト５の外周部と露出部である凹部８４とのレーザ溶接を行う。このとき、孔部８５付近の凹部８４とシャフト５とが接する接合部の近傍の２箇所が２つのレーザＬ１，Ｌ２のそれぞれの照射点となるようにして、レーザＬ１，Ｌ２に対して金属基板８１及びシャフト５を相対的に回転させる。例えば、２つのレーザＬ１，Ｌ２のそれぞれの照射点がシャフト５周りに１８０度ずれているようにして、レーザＬ１，Ｌ２の位置を変化させずに金属基板８１及びシャフト５をシャフト５周りに１８０度回転させる。これにより、シャフト５の外周部と凹部８４とを全周にわたって溶接し、シャフト５を金属基板８１に対して固定することができる。なお、レーザ溶接は、シャフト５と金属基板８１との上下を逆に向けて（シャフト５の突出部５ｃが上に位置する姿勢で）行うようにすればよい。
【００５３】
図７は、モータ１の製造工程を説明する第４の図である。
【００５４】
図７においては、レーザ溶接を行った後の状態が模式的に示されている。レーザ溶接が行われることにより、シャフト５の外周部の一部と凹部８４の一部とが溶融し、溶接痕を形成する溶接部８６となる。シャフト５の一部が溶融して流れ、溶接部８６となることで、シャフト５の外周面に凹面８７が形成される。また、溶接部８６は、凹部８４において、孔部８５の近傍から径方向に広がる。溶接部８６は、凹部８４の内側に留まっている。換言すると、溶接部８６が凹部８４よりも径方向に広がらないように、凹部８４の大きさが設定されている。これにより、溶接部８６が金属基板８１の表面から突出するのを避けることができ、金属基板８１の表面を基準面としたモータ１の位置決めをより高精度に行うことができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態においては、被覆層８３で覆われた金属基板８１の一部の被覆層８３を除去する工程と、その工程により露出した金属基板８１の凹部８４に、金属で形成されたシャフト５の外周部を溶接する工程とを含む製造方法により、モータ１が形成されている。すなわち、モータ１は、金属基板８１の凹部８４とシャフト５の外周部とが溶接された構造を有している。金属基板８１にシャフト５を溶接によって直接に固定するので、金属基板８１の下面に大きく突出する構成備品を廃止しながら、シャフト５を堅固に固定することができる。そのため、モータ１の信頼性を高めることができる。また、モータ１を薄型化することが可能である。また、モータ１の製造コストを低くすることができる。
【００５６】
ここで、被覆層８３により覆われた金属基板８１にシャフト５を溶接する際において、被覆層８３が溶融したり蒸発したりすると、それに起因してシャフト５の外周部に付着し、突出部５ｃの外周部に起伏が生じる場合がある。例えば、被覆層８３が亜鉛めっき層である場合、被覆層８３が溶融することにより錫が発生し、シャフト５の外周部に付着することがある。そうすると、突出部５ｃを用いたモータ１の位置決めに不都合が発生する場合がある。シャフト５の材料としてマンガンの成分が比較的多いステンレス鋼を用いた場合には、比較的融点が低いマンガンが蒸発しやすくなる。そうすると、シャフト５の溶融又は蒸発に起因して、シャフト５の外周部に異物が付着し、上記の問題がより顕著に発生することがある。
【００５７】
これに対して、本実施の形態においては、金属基板８１上で被覆層８３が除去されている凹部８４とシャフト５とが直接溶接される。したがって、被覆層８３等が溶融したり蒸発したりすることがなくなり、上記の問題が発生することを防止することができる。
【００５８】
なお、レーザ溶接のためのレーザＬ１，Ｌ２の照射位置や角度、強さ等を適宜調整することにより、シャフト５や金属基板８１において溶融する部分を少なくすることができる。例えば、レーザＬ１，Ｌ２の照射位置を、シャフト５のうち孔部８５の近傍部位に近づけることにより、レーザＬ１，Ｌ２の出力を比較的弱くして、確実にシャフト５を金属基板８１に固定することができる。
【００５９】
図８は、本実施の形態の一変形例に係るモータ１０１の断面図である。
【００６０】
図８に示されるように、モータ１０１と上述の実施の形態に係るモータ１とは、ポリゴンミラー７０の固定方法の点で相違する。すなわち、モータ１０１においては、スリーブ１４０の上部に径方向に凸となるように形成されている凸部１４０ｂによってスプリング５１が上下方向に位置決めされている。このような構造においては、スプリング５１を位置決めするためのグリップリング等を設ける必要がなくなり、モータ１０１の部品点数を削減することができる。
【００６１】
［その他］
【００６２】
シャフトと金属基板の凹部とは、溶着により互いに接合されていてもよい。また、レーザ溶接以外の方法で溶接されていてもよい。
【００６３】
モータの各部の構成は、上述の実施の形態に示されるようなものに限定されない。本発明の目的に適合するように構成された、様々な構成を適用できる。
【００６４】
基板は、金属基板と回路基板とを合わせたものに限られない。基板は、金属基板上に絶縁層を介して配線を施したものであってもよいし、上述の実施の形態のような層構成に限られず、より多くの層を有するものであってもよい。
【００６５】
モータは、上記のようなポリゴンミラーを回転させるためのものに限られない。上記の実施の形態の基板へのシャフトの取り付け構造は、種々の用途に用いられる、基板を有するモータに採用することができる。
【００６６】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６７】
１，１０１  モータ
５  シャフト
１０  ロータ
４０，１４０  スリーブ（軸受の一例）
７０  ポリゴンミラー
８０  基板（ベースの一例）
８１  金属基板（金属部材の一例）
８３  被覆層
８３ｂ  開口
８４  凹部（露出部の一例）
８５  孔部
８６  溶接部
８７  凹面
８９  回路基板（樹脂部材の一例）
【図１】
2019208345.tif 000003
【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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【図７】
2019208345.tif 000009
【図８】
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