JP6504908B2 - モータの軸受構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を軸支持する転がり軸受に対して予圧を付与するモータの軸受構造に関するものである。

従来の一般的なモータは、一端が開放した円筒状のハウジングと、このハウジングの開放端部を閉塞するブラケットと、前記ハウジング内で回転可能に配置される回転軸（シャフト）、コイルが巻回されたコア及び整流子等を有するロータと、前記コアを取り囲むようにして配置されてシャフトの回転に必要な磁束を生じさせるマグネット等を有するステータとを備えている。また、前記ロータの軸受構造として、転がり軸受を用いて構成される場合が多い。

特許文献１には、上記構成からなるモータの軸受構造として、転がり軸受の他に、この転がり軸受を構成する外輪に対して予圧を付与するためのスプリングと、転がり軸受の電食を防止するための絶縁材とを備えている。

特開２０００−１５６９５２号公報

前記転がり軸受を用いた軸受構造におけるスプリングは、振動及び騒音を低減しつつ高速回転を行う際に必要な部材となっている。しかしながら、前記スプリングは微小部材である絶縁材の内側に挿入しているため、その組立作業が煩わしいといった問題があった。また、前記スプリングを取り付けなくてもモータは回転可能となるため、スプリングの取り付け漏れに気が付かない場合がある。このため、当初予定していたモータとしての性能を得ることができず、また、不具合や性能劣化を早める要因ともなっていた。

そこで本発明は、最小構成の部材によって、電食を防止すると共に、転がり軸受の外輪に対して適切な予圧を付与することが可能なモータの軸受構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のモータの軸受構造は、回転軸を有する転がり軸受が絶縁性のスリーブを介して軸受保持部材に嵌合されるモータの軸受構造において、前記スリーブには、前記軸受保持部材に対して前記転がり軸受の一端を前記回転軸の軸方向に付勢する弾性片が形成されていることを特徴とする。

本発明のモータの軸受構造によれば、回転軸の軸方向に対して付勢力を有する弾性片をスリーブに形成することによって、このスリーブ単体で転がり軸受に対して所定の予圧を与えることができる。また、転がり軸受の電食による劣化を防止することができる。

本発明に係る軸受構造を備えたモータの断面図である。 上記軸受構造の分解断面図である。 上記軸受構造の要部断面図である。 第１実施形態のスリーブの断面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。 第１実施形態のスリーブを用いた軸受部分の断面図である。 第２実施形態のスリーブの断面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。 第２実施形態のスリーブを用いた軸受部分の断面図である。 第２実施形態と類似する他のスリーブを用いた軸受部分の断面図である。 第３実施形態のスリーブの断面図（ａ）及び底面図（ｂ）である。 第３実施形態のスリーブを用いた軸受部分の断面図である。 第３実施形態と類似する他のスリーブを用いた軸受部分の断面図である。 縦壁部をテーパ状に変形したスリーブを用いた軸受部分の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のモータ１は、ロータ１１とステータ１２とによって構成されている。前記ロータ１１には、回転力を外部に伝達するための回転軸（シャフト）３と、このシャフト３の回転を支持する一対の転がり軸受２２と、シャフト３の長手方向の中央部に設けられ、磁束の通路となる鉄心（コア）４とを備えている。前記シャフト３には、前記コイル１７に流れる電流の方向と相を切り替えるための整流子９及びブラシ５が配置され、前記コア４には複数の溝（コアスロット）が形成されている。また、前記コアスロットには、巻線（コイル）１７が多数回巻き付けられている。このため、コア４の両側にコイル１７が膨らむように配設された構造となる。なお、コア４とコイル１７との間には両者の絶縁を保つ絶縁層１６が介在しており、絶縁層１６の材質には例えばエポキシ樹脂が用いられる。

前記ステータ１２は、前記ロータ１１を収容するハウジング２と、このハウジング２の内周面に沿って等間隔で固定される複数のマグネット１５とを備えている。この複数のマグネット１５によって、前記ロータ１１のトルク発生に必要な磁束を発生させている。

前記ハウジング２は、鋼板に深絞り加工を施すことで円筒状に形成されており、対向する一対の開放端には前記シャフト３の先端部を突出させた状態でロータ１１をハウジング２に組み込み固定させるための円板状のブラケット２１が取り付けられる。前記シャフト３は、ブラケット２１の中央部に設けられている軸孔２９を通して回転支持されている。前記ブラケット２１は、ハウジング２と同様の鋼板が用いられている。

図２は、図１に示した上記モータ１の下方側の軸受部分における構成を示したものである。この軸受部分は、中心にシャフト３が貫通する転がり軸受２２と、この転がり軸受２２を保護するスリーブ２４と、このスリーブ２４を介して転がり軸受２２が組み込まれるブラケット２１とからなっている。前記スリーブ２４は、転がり軸受２２の電食を防止するためのもので、絶縁性の高い耐熱樹脂によって円筒形状に形成されている

図３は、前記ブラケット２１にスリーブ２４及び転がり軸受２２を組み込んだ状態を示したものである。前記ブラケット２１には、転がり軸受２２を嵌合させるための軸受保持部材（ホルダ部）２５が設けられている。このホルダ部２５には、前記転がり軸受２２を収容する円筒状の凹部３３と、この凹部３３の中心に前記転がり軸受２２によって軸支持されているシャフト３を通す軸孔２９が設けられている。

図１に示したように、前記ブラケット２１はハウジング２の開放端を閉塞するようにして嵌合することで、転がり軸受２２に取り付けられているシャフト３の位置決めがなされる。前記シャフト３は、ホルダ部２５に設けられている軸孔２９と接触しないように保持されている。

前記転がり軸受２２は、導電性部材によって形成され、シャフト３の回転面に沿って摺動する内輪１８ａと、凹部３３の内周面３４に当接する外輪１８ｂと、内輪１８ａと外輪１８ｂの間で転動する複数の転動体１９とによって構成されている。

本発明の特徴的なところは、前記スリーブ２４が電食を防止するための機能を有していると共に、このスリーブ２４単体で前記転がり軸受２２に予圧を付与する機能を備えていることにある。具体的には、図２及び図３に示したように、前記スリーブ２４は、前記ホルダ部２５の凹部３３の内周面３４に沿う円筒状の縦壁部３１と、前記凹部３３の底面３５に対向する底壁部３２とを有して形成され、前記縦壁部３１及び底壁部３２の少なくとも一方をホルダ部２５又は転がり軸受２２に対して弾性的に保持することで、外輪１８ｂをシャフト３の軸方向に付勢するように構成されている。これによって、転がり軸受２２に予圧が付与され、シャフト３の回転を円滑且つ安定させることができる。以下、前記スリーブの各実施形態について説明する。

図４及び図５は第１実施形態のスリーブ２４及びこのスリーブ２４を用いた軸受構造の構成例を示したものである。このスリーブ２４は、図２に示したように、転がり軸受２２の外輪１８ｂの外周面２３を覆う縦壁部３１と、外輪１８ｂの底部２６を覆う底壁部３２と、この底壁部３２から切り起こされた複数の第１の底壁弾性片３６とが一体に樹脂形成されている。前記底壁弾性片３６は、底壁部３２の中心を通る軸心Ｏを中心とした接線Ａ方向に沿って設けられている。また、この底壁弾性片３６は、板状に形成されており、その先端部３８は底壁部３２の裏面側から外側に向けて所定の角度で突出するようにフリー端として成形される。すなわち、前記底壁弾性片３６は樹脂性の板バネとなっており、この板バネによる付勢力によって、外輪１８ｂを凹部３３の底面に対して弾性的に支持することができる。

本実施形態では、前記底壁弾性片３６の切り起こした先端部３８が軸心Ｏを中心とする円の接線Ａ方向に向けているため、外輪１８ｂの底面を支持する底壁部３２の幅ｄに制限されることなく底壁弾性片３６を所定の長さに設定することができる。このため、前記底壁弾性片３６を設けるための加工が容易であり、所定の付勢力を得ることができる。また、すべての底壁弾性片３６が均等間隔に形成され、前記先端部３８が一方向に向いているため、外輪１８ｂに対して均等に安定した予圧力を付与することができる。

図６及び図７は第２実施形態のスリーブ４１及びこのスリーブ４１を用いた軸受構造の構成例を示したものである。この実施形態のスリーブ４１では、第２の底壁弾性片４４を底壁部４３の中心を通るシャフト３の軸心Ｏに向かう方向に放射状に形成している。この底壁弾性片４４は、底壁部４３の軸心Ｏに向かう中心線Ｂに沿った方向に底壁部４３と一体に樹脂形成されている。また、前記底壁弾性片４４の先端部４６は、底壁部３２から凹部３３の底面３５に向けて所定の角度で突出成形され、板バネとして付勢力を有したフリー端となっている。

また、図８に示すように、スリーブ４１の前記底壁弾性片４４の先端部４６を転がり軸受２２の外輪１８ｂの底面２６に向けて切り起こすように樹脂形成してもよい。このように、底壁弾性片４４の切り起こし方向がいずれであっても、シャフト３の軸方向に対した弾性力を有しているため、転がり軸受２２に対して所定の予圧を付与することができる。なお、図４及び図５に示した実施形態のスリーブ２４についても、第１の底壁弾性片３６を転がり軸受２２の外輪１８ｂの底面２６に向けて切り起こすように樹脂形成してもよい。

図６乃至図８に示した実施形態では、底壁弾性片４４の切り起こし方向が軸心Ｏに向かっているため、外輪１８ｂの底面を支持する底壁部４３の幅によって、切り込み線４５の長さが制限されるが、外輪１８ｂの外周から転動体１９を保持する内輪１８ａに向かう方向で所定の予圧を付与することができる。本実施形態では、底壁弾性片４４を４か所に設定したが、配置が均等となるようにそれ以上に増やすことで、より高い予圧力を得ることができる。なお、上記実施形態における第１の底壁弾性片３６及び第２の底壁弾性片４４は、スリーブ２４，４１の底壁部３２，４３に切り込み線３７，４５を設け、設定された切り起こし方向に沿った凸状部を有する金型に前記底壁部３２，４３を押し込みながら熱変形させる方法、あるいは、ホルダ部２５の凹部３３に適合する縦壁部、底壁部及び突出した底壁弾性片が予め形成された金型に樹脂を充填することによって一括成形する方法などによって形成することができる。

図９及び図１０は第３実施形態のスリーブ５１及びこのスリーブ５１を用いた軸受構造の断面を示したものである。この実施形態のスリーブ５１には、外輪１８ｂの外周面２３を保持する縦壁部５２の上端から外方向に折り返す第１の縦壁弾性片５４が複数樹脂形成されている。この縦壁弾性片５４は、ホルダ部２５の凹部３３の上縁部３３ａ上で屈曲する屈曲部５５と、この屈曲部５５から傾斜してホルダ部２５上に当接する先端部５６とによって一体に樹脂形成され、縦壁部５２の円周方向に沿って均等に配置されている。

前記縦壁弾性片５４は、その先端部５６が凹部３３の上縁部３３ａに屈曲部５５を介して弾性的に係合されているため、底壁部５３上に載置された外輪１８ｂを上方に押し上げる付勢力を得ることができる。これによって、図４乃至図８に示した底壁弾性片３６，４４と同様な予圧を転がり軸受２２に対して付与することができる。

また、図１１に示すように、図１０に示したスリーブ５１における縦壁弾性片５４の屈曲部５５を凹部３３の上縁部３３ａ上から僅かに外方向にずらせた位置に設け、この位置からホルダ部２５上に先端部５６が当接するように形成してもよい。このように、屈曲部５５を外側にずらすことによって、予圧力を適度に緩和させることができる。

勿論、上記各実施形態におけるスリーブの材料として絶縁性の高い耐熱樹脂を用いているので、転がり軸受２２に電流が流れるのを阻止し、電食の発生を未然に防止する効果も有したものとなっている。

本発明のモータの軸受構造は、図１及び図２に示したように、シャフト３が挿入された転がり軸受２２にスリーブ２４を圧入して取り付けた状態で、ブラケット２１に設けられているホルダ部２５の凹部３３に挿入して取り付けられる。これによって、底壁弾性片３６の先端部３８が前記凹部３３の底面３５に当接する。この状態で前記ブラケット２１をハウジング２にネジ等の固定具１３で固定すると、前記凹部３３の底面３５が前記底壁弾性片３６の先端部３８を押し上げながら撓み変形し、底壁弾性片３６に板バネ状の弾性力が発生する。この発生した弾性力によって、転がり軸受２２の外輪１８ｂに対して上方に付勢するようにな予圧が付与されることになる。このように、スリーブ２４を装着した転がり軸受２２をホルダ部２５の凹部３３に嵌合させるだけで、所定の予圧が付与されるため、別途ワッシャースプリング等の弾性部品が不要となるので、モータの軸受の製造工数及びコストの低減化が図られることとなる。

図１２は図９及び図１０に示した実施形態のスリーブ５１に対して、縦壁部５２の外周面をホルダ部２５の凹部３３の底面に向けたテーパ６１を付して形成したものである。ここでは、前記スリーブ５１に対する変形例を示すが、図４乃至図７に示した実施形態のスリーブ２４，４１に対しても同様である。

図１２に示したように、スリーブ５１の縦壁部５２の外周面にテーパ６１を付することによって、ホルダ部２５の凹部３３との間に所定の位置調整用の隙間６２を設けることができる。この隙間６２によって、シャフト３の軸心とこれを保持する転がり軸受２２の軸心とに無理な力が作用しないように双方の軸心が一致した状態を保持しつつ、凹部３３内で自己調整しながら嵌合させることができる。これによって、シャフト３と転がり軸受２２との軸心が一致すると共に、転がり軸受２２の外輪１８ｂに対して適度な予圧が付与されるので、振動や騒音が少なく精度の高い回転動力を得ることが可能となる。

上記各実施形態によれば、電食を防止するための絶縁性の樹脂スリーブ２４，４１，５１に樹脂性の板バネとして機能する底壁弾性片３６，４４又は縦壁弾性片５４を形成し、少なくともいずれかの弾性片によって転がり軸受２２に予圧を付与するようにしたので、確実に転がり軸受２２の予圧を付与することができると共に、転がり軸受２２の軸受構造が簡素化されて組立工数を削減することができる。

Ｏ 軸心
１ モータ
２ ハウジング
３ シャフト（回転軸）
４ コア
５ ブラシ
９ 整流子
１１ ロータ
１２ ステータ
１３ 固定具
１５ マグネット
１６ 絶縁層
１７ コイル
１８ａ 内輪
１８ｂ 外輪
１９ 転動体
２１ ブラケット
２２ 転がり軸受
２３ 外周面
２４ スリーブ
２５ ホルダ部（軸受保持部材）
２６ 底部
２９ 軸孔
３１ 縦壁部
３２ 底壁部
３３ 凹部
３３ａ 上縁部
３４ 内周面
３５ 底面
３６ 第１の底壁弾性片
３７ 切り込み線
３８ 先端部
４１ スリーブ
４２ 縦壁部
４３ 底壁部
４４ 第２の底壁弾性片
４５ 切り込み線
５１ スリーブ
５２ 縦壁部
５３ 底壁部
５４ 縦壁弾性片
５５ 屈曲部
５６ 先端部
６１ テーパ
６２ 隙間

Claims (8)

1. 回転軸を有する転がり軸受が絶縁性のスリーブを介して軸受保持部材に嵌合されるモータの軸受構造において、
   前記スリーブには、前記軸受保持部材に対して前記転がり軸受の一端を前記回転軸の軸方向に付勢する弾性片が形成されていることを特徴とするモータの軸受構造。
2. 前記転がり軸受は、前記回転軸の回転面に沿って摺動する内輪と、前記スリーブを介して前記軸受保持部材に嵌合される外輪とを備え、該外輪を前記弾性片によって前記回転軸の軸方向に付勢する請求項１に記載のモータに軸受構造。
3. 前記軸受保持部材は、前記転がり軸受を収容する内周面及び底面からなる凹部を有し、
   前記スリーブは、前記凹部の内周面に沿う円筒状の縦壁部と、前記凹部の底面に対向する底壁部とを有し、前記縦壁部及び底壁部の少なくとも一方に前記弾性片が形成されている請求項１又は２に記載のモータの軸受構造。
4. 前記スリーブの底壁部に形成される底壁弾性片は該底壁部の一部から突出するように形成され、この突出した底壁弾性片の先端部が前記回転軸を中心とする円の接線方向又は前記回転軸に向けて配設されている請求項３に記載のモータの軸受構造。
5. 前記底壁弾性片の先端部が、前記軸受保持部の底面又は転がり軸受の外輪に弾性的に当接する請求項４に記載のモータの軸受構造。
6. 前記スリーブの縦壁部に形成される縦壁弾性片は該縦壁部の上端部を外方向に折り返して形成され、その先端部が前記軸受保持部材の凹部の上縁部に弾性的に係合している請求項３に記載のモータの軸受構造。
7. 前記縦壁弾性片は、前記軸受保持部材の凹部の上縁部に沿って所定間隔ごとに複数配設されている請求項５に記載のモータの軸受構造。
8. 前記スリーブの縦壁部の外周面には、前記軸受保持部材の凹部の底面に向けたテーパが付けられている請求項３に記載のモータの軸受構造。

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