(57)【要約】永久磁石モータの精密軸を製作するシステムは精密軸の作動表面領域およびそれと同軸に配置された回転子領域とを利用する。切削工具を用いて作動領域および回転子領域の全長に沿って第１の加工パス即ち切削パスを実行する。それに続く切削工具のパスはモータ軸の作動領域についてのみ実行し、これによってねじ切りされたボールスクリュー軸部を形成する。それに対して回転子領域は、精密軸の元来の直径を有する螺旋軸部分の間の連続的な浅い溝を除いて元のままに保たれる。このようにして、磁石回転子の取り付けを行うための軸の加工は、軸の直径に影響しない。回転子領域のこの浅い溝の深さは、およそ０．００１インチ〜０．００４インチであり、好適には０．００３インチである。永久磁石回転子は精密軸の回転子表面領域に、Ａ＋Ｂ熱硬化型エポキシ樹脂を用いて接着される。
2004514387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石モータの精密軸を製作する方法であって、
作動表面を有する精密軸の作動領域を定義する第１定義ステップと、
回転子表面領域を有する精密軸の回転子領域であって、第１の所定の断面直径を有する回転子領域を定義する第２定義ステップと、
精密軸の作動表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による第１の切削パスを実行するステップを含む第１加工ステップと、
精密軸の回転子表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による前記第１の切削パスを精密軸の回転子表面領域内に及んで継続するステップを含む第２加工ステップと、
精密軸の作動表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、精密軸の作動表面領域に対する切削工具による少なくとも第２の切削パスを含む第３加工ステップと、を含む永久磁石モータの精密軸を製作する方法。
【請求項２】
精密軸の作動表面領域を加工する前記第１加工ステップと精密軸の回転子表面領域を加工する前記第２ステップとは、精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切り込みを形成するステップを含み、その際、精密軸の回転子表面領域の螺旋間の領域は前記第１の所定の断面直径に保たれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切削を形成する前記ステップは、回転子表面領域に対して０．００１インチ〜０．００４インチの深さで行われることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切削を形成する前記ステップは、回転子表面領域に対して０．００３インチの深さで行われることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切削を形成する前記ステップは、半径約０．０２０インチの切削工具を用いて行われることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
精密軸の回転子表面領域に永久磁石を取り付けるステップを更に含む請求項２記載の方法。
【請求項７】
精密軸の回転子表面領域に永久磁石を取り付ける前記ステップはエポキシ樹脂を接着剤として用いて行われることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記エポキシ樹脂はＡ＋Ｂ熱硬化型のエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記エポキシ樹脂は仕様ＭＭＭ−Ａ−１３２に準拠したタイプものであることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
永久磁石モータの回転子であって、
機械的エネルギを伝達するための作動領域と、前記作動領域と同軸に配置された回転子領域表面を有する回転子領域とを備え、前記回転子領域表面には回転子領域表面切り込みをが形成されている回転子軸と、
前記回転子軸の回転子領域に接着によって取り付けられた、電磁エネルギを機械エネルギに変換するための永久磁石装置とを含み、前記永久磁石装置と回転子領域表面との接着は前記回転子表面切り込みにより増強されていることを特徴とする回転子。
【請求項１１】
前記回転子領域表面の切り込みは作動領域表面の切り込みと連続していることを特徴とする請求項１０記載の回転子。
【請求項１２】
前記回転子軸の作動領域はねじ切りされた部分を有し、かつ前記作動領域表面の切り込みは前記回転子軸の作動領域のねじ切りされた部分における第１の切削パスに一致することを特徴とする請求項１１の回転子。
【請求項１３】
永久磁石モータの回転子軸であって、以下の工程、即ち：
精密軸の作動表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による第１の切削パスを実行するステップを含む第１加工ステップと、
精密軸の回転子表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による前記第１の切削パスを精密軸の回転子表面領域内に及んで継続するステップを含み、前記回転子表面領域は第１の所定の断面直径を有し、切削工具による第１の切削パスを継続する前記ステップは精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切り込みを形成し、その際、精密軸の回転子表面領域の螺旋間の領域は前記第１の所定の断面直径が保たれる第２加工ステップと、
精密軸の作動領域を切削工具を用いて加工するステップであって、精密軸の作動表面領域に対する切削工具による少なくとも第２の切削パスを含む第３加工ステップと、
接着剤を用いて永久磁石を精密軸の回転子表面領域に取り付け、精密軸の回転子表面領域に取り付けられた永久磁石を永久磁石モータの回転軸となすこと、
によって製作された永久磁石モータの回転子軸。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には精密電気モータの電機子に関するものであり、詳しくは、モータ軸（シャフト）および永久回転子磁石を取り付けるようにモータ軸を製作する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密電機モータにおいて、電機子（アーマチュア）を構成する永久磁石の精密軸（シャフト）への取り付けは困難を伴う。たいていの場合、軸は平滑面に仕上げられており、永久磁石の接着を許さない。更に、精密軸は接着剤の接着性を強化して付着力をもたらすための従来方式の表面加工に耐えられない。このような表面加工は軸の直径を変化させ、それによって軸は仕様から逸脱してしまうからである。
【０００３】
従って、軸直径の許容公差からの逸脱を引き起こすことなく、回転子（ロータ）の永久磁石の接着が可能となるような軸の製作方法が必要となる。
【０００４】
従来の精密モータ軸は作動部と回転子領域とを有している。作動部は複数回の加工パス（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐａｓｓ）で形成された螺旋溝を有する。一回一回の加工パスにより、この螺旋溝は深められて行く。このような公知の精密永久磁石モータでは、回転子領域は平滑仕上げされたままになっており、これが上に述べた永久磁石の十全なる接着を困難にしている。
【０００５】
以上に鑑みて、本発明の一つの目的は、軸の直径を変えることなく永久磁石モータの接着を許容するように仕上げられた回転子領域を有する精密永久磁石モータ軸を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、精密永久磁石モータの軸を製作する方法であって、該軸はその作動領域に螺旋状の溝を有し、かつ同時に回転子領域は永久磁石の接着性を高めるようになされるような方法を提供することである。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は上記およびその他の目的を達成するものであり、その第１の方法態様において、永久磁石モータの精密シャフトを製作する方法を提供する。本発明のこの第１の方法態様は以下の工程を含む、即ち、
作動表面を有する精密軸の作動領域を定義する第１定義ステップと、
【０００８】
回転子表面領域を有する精密軸の回転子領域であって、第１の所定の断面直径を有する回転子領域を定義する第２定義ステップと、
精密軸の作動表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による第１の切削パスを実行するステップを含む第１加工ステップと、
【０００９】
精密軸の回転子表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による前記第１の切削パスを精密軸の回転子表面領域内に及んで継続するステップを含む第２加工ステップと、
【００１０】
精密軸の作動表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、精密軸の作動表面領域に対する切削工具による少なくとも第２の切削パスを含む第３加工ステップ、を含む。
この請求項１の方法において、精密軸の作動表面領域を加工する前記第１加工ステップと精密軸の回転子表面領域を加工する前記第２ステップとは、精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切り込みを形成するステップからなり、その際、精密軸の回転子表面領域の螺旋間の領域は前記第１の所定の断面直径に保たれる。
【００１１】
本発明のこの方法態様を例示する特定の一実施例においては、精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切り込みを形成するステップは、回転子表面領域に対しておよそ０．００１インチ〜０．００４インチの深さで行なう。好適には、精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切削は、回転子表面領域に対しておよそ０．００３インチの深さで行なう。この特定の実施例における精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切り込みを形成するステップは、半径約０．０２０インチの切削工具を用いて行う。
【００１２】
精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切り込みが形成されたならば、更に精密軸の作動表面領域のみにおいて加工パスとしての複数の連続的な螺旋切削を施してもよい。
【００１３】
本発明のこの特定の実施例においては、作動表面領域が所望の深さの連続的な螺旋溝を形成するように切削されたならば、精密軸の回転子表面領域に永久磁石を取り付けるステップを行う。このステップは接着剤としてエポキシ樹脂を用いて行うことができる。きわめて効果的な実施例では、このエポキシ樹脂はＡ＋Ｂ熱硬化型のエポキシ樹脂であり、好適には仕様ＭＭＭ−Ａ−１３２に準拠したものである。
【００１４】
本発明はその装置態様において、回転子を有する永久磁石モータの回転子を提供する。本発明による回転子は回転子軸を有し、該回転子軸は機械的エネルギを伝達するための作動領域と、前記作動領域と同軸に配置された回転子領域表面を有する回転子領域とを備え、前記回転子領域表面には回転子領域表面切り込みをが形成されている。これに加えて前記回転子軸の回転子領域に接着によって取り付けられた、電磁エネルギを機械エネルギに変換するための永久磁石装置を備えている。永久磁石装置と回転子領域表面との接着は回転子表面の切り込みにより強化されている。
【００１５】
お気づきの通り、回転子領域表面切り込みは作動表面領域切り込みと連続しており、回転子軸の作動領域はねじ切りされた部分を有している。従ってそのような作動領域表面切り込みは回転子軸の作動領域のねじ切りされた部分の第１の切削パスに他ならない。
【００１６】
本発明のプロセス態様によれば、永久磁石モータの回転子軸は以下のプロセスによって製作される、即ち：
【００１７】
精密軸の作動表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による第１の切削パスを実行するステップを含む第１加工ステップと、
【００１８】
精密軸の回転子表面領域を切削工具を用いて加工するステップであって、切削工具による前記第１の切削パスを精密軸の回転子表面領域内に及んで継続するステップを含み、前記回転子表面領域は第１の所定の断面直径を有し、切削工具による第１の切削パスを継続する前記ステップは精密軸の作動表面領域と回転子表面領域とに沿った連続的な螺旋切り込みを形成し、その際、精密軸の回転子表面領域の螺旋間の領域は前記第１の所定の断面直径が保たれる第２加工ステップと、
【００１９】
精密軸の作動領域を切削工具を用いて加工するステップであって、精密軸の作動表面領域に対する切削工具による少なくとも第２の切削パスを含む第３加工ステップと、
接着剤を用いて永久磁石を精密軸の回転子表面領域に取り付け、精密軸の回転子表面領域に取り付けられた永久磁石を永久磁石モータの回転軸となすこと、
である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の原理に従って製作されたボールスクリューナット１２と制限部材１３および１４とを有するモータ軸（モータシャフト）１０の簡略化された平面図であり、回転子表面領域（ｒｏｔｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｇｉｏｎ） が示されている。ボールスクリューナットと制限部材とはモータ軸１０の作動領域（ｗｏｒｋｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）１６に取り付けられている。この図には更に、モータ軸の作動領域１６は回転子領域１８と同軸に設けられていることを示している。後に述べるように、この回転子領域１８には永久磁石回転子（本図には示されていない）が取り付けられる。
【００２１】
動作時にモータ軸１０が回転すると、ボールスクリューナット１２が軸方向に沿って制限部材１３，１４による並進移動制限内で駆動される。即ち、本発明のこの特定の実施例においてはモータ軸１０の回転運動がボールスクリューナット１２の軸方向移動に変換される。
【００２２】
図２Ａは図１に示すボールスクリューナット１２の等角図である。この特定のボールスクリューナットは円筒形状で、貫通するボア（内孔）２０を有している。
【００２３】
図２Ｂは図２Ａに示すボールスクリューナット１２の端面図である。ボールスクリューナットは図示のような内部のねじ山を有しており、これが別の内部構造（図示せず）と協働してボールスクリュー機能をもたらす。当業者であれば、ボールスクリューナット１２をこのようなボールスクリュー機能を持つように構成することができ、あるいは市販品を入手することもできる。
【００２４】
再び図１を参照すると、モータ軸１０の回転子領域１８は、加工あるいは切削された連続的な螺旋溝２６を有する。この後図３に関連して詳しく説明するが、この螺旋溝は作動領域１６の螺旋溝を形成する際の第１の加工パスと連続的に連なるものである。本実施形態にかかるモータ軸の回転子領域は更に、ベアリング（不図示）が取り付けられるベアリング領域２７とねじを切られた部分２８とを有している。
【００２５】
図３はモータ軸３１の回転子領域３０のある特定実施例の一部分を示す簡略図である。このモータ軸３１は本発明に従い、軸直径を変えることなく永久磁石回転子（この図には示されていない）の接着に適するように製作されたものである。図４は図３で指定されている部分の拡大図である。図３に示すように、螺旋ピッチＰを有する連続的な螺旋溝３３が設けられている。この特定の実施例における螺旋ピッチＰは０．１０インチ／回である。また本発明のこの特定の実施例では、モータ軸３１の直径Ｄはおよそ０．１８７０インチである。
【００２６】
図４はこの特定の実施例において半径約０．０２０インチの切削工具（カッタ・ツール）３５を用いて形成される連続的な螺旋溝３３を示している。切削工具３５はこの図では図式的に示されており、本実施例では０．００１インチ〜０．００４インチ、好適には０．００３インチの切削深さＣまで切削する。ここで、連続的な螺旋溝３３の周り（間）には軸の元の直径を維持した螺旋状の軸部分３７が存在することに注目することが重要である。
【００２７】
図５は本発明に従って製作されたモータ軸４０の等角図であり、作動表面領域４２、および回転子表面領域４４、そして更に回転子表面領域４４に接着された永久磁石回転子４６を示している。この特定の実施例の図示された作動表面領域４２は、図４に示す切削工具のような切削器具を用いた複数の切削パスによって形成された連続的な螺旋溝５０を有している。本発明の方法態様の実施時において、まさに最初の切削パスをモータ軸４０の作動表面領域に限ることなく、回転子表面領域４４にまで連続させて施し、浅い連続的な螺旋溝５１を形成する。この連続的な螺旋溝５１は図３および図４に関連して上に説明した連続的な螺旋溝３３と同様のものである。
【００２８】
永久磁石モータの軸を永久磁石回転子の接着に備えて製作するこの方法により、確実な接着をなし得るという効果が得られる。これは特に熱硬化エポキシ樹脂Ａ＋Ｂ（図示せず）（仕様ＭＭ−Ａ−１３２に準拠したものなど）の場合に顕著である。更に、浅い連続的な螺旋溝５１の各ターンの間にある螺旋領域５２はモータ軸の元の直径のままであり、これによって軸直径の元来の寸法仕様との一致が保たれる。この実施形態では永久磁石回転子４６は一体的な円筒状のものであり、従ってモータ軸４０の端部から取り付けられる。しかし別の実施形態においては、磁石回転子を複数の磁石部分で形成し、接着剤で取り付ける。
【００２９】
本発明を特定の実施形態および適用例に即して説明してきたが、当業者はこの教示に基づいて、請求項に記載された本発明の範囲を超えることなく、またその精神を逸脱することなく更なる実施形態を作り出すものである。従って、本開示における図面および説明は発明の理解を促進するために提示されたものであって、発明の範囲を限定するように解釈されるべきではないということを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の原理に従って製作されたボールスクリューナットと制限部材とを有するモータ軸の簡略化された平面図であり、回転子表面領域が示されている。
【図２Ａ】
図１に示されたボールスクリューナットの等角図である。
【図２Ｂ】
図１に示されたボールナットの端面図である。
【図３】
本発明に従い、軸直径を変えることなく永久磁石回転子（この図には示されていない）の接着に適するように製作されたモータ軸の回転子領域を簡略化して示す図である。
【図４】
図３の一部分を拡大して示す図である。
【図５】
本発明に従って製作されたモータ軸の等角図であり、作動表面領域、および回転子表面領域、そして更に回転子表面領域に接着された永久磁石回転子を示している。
【図１】
2004514387.tif 000003
【図２Ａ】
2004514387.tif 000004
【図２Ｂ】
2004514387.tif 000005
【図３】
2004514387.tif 000006
【図４】
2004514387.tif 000007
【図５】
2004514387.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004514387.tif 000009
2004514387.tif 000010
2004514387.tif 000011
2004514387.tif 000012
2004514387.tif 000013
2004514387.tif 000014
2004514387.tif 000015
2004514387.tif 000016
2004514387.tif 000017
2004514387.tif 000018
2004514387.tif 000019
2004514387.tif 000020
2004514387.tif 000021
2004514387.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514387.tif 000023
【国際調査報告】
2004514387.tif 000024
2004514387.tif 000025