JP2006005987A - モータの軸受保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動制御弁を駆動するモータの回転子を軸受で回転可能に保持したモータの軸受保持構造において、信頼性、耐久性を向上したモータの軸受保持構造を得ること。
【解決手段】 モールド成形した回転子１２に金属部材２２を一体化し、この金属部材２２を介して軸受１６を回転子１２に保持した。その際、金属部材にワッシャ２４を固定し、このワッシャで前記軸受の回転部を保持することで、軸受保持性能、耐久性を向上する。モータ出力軸の移動を制限するストッパプレート２１を金属部材２２として利用することで、部品数を増やすことなく、軸受保持性能、耐久性を向上することができる。各金属部材２２の基端部は回転子１２と一体的にモールド成形することで、金属部材２２の保持を確実にできる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電動制御弁を駆動するモータの軸受保持構造に関する。

従来、電動制御弁を駆動するモータの回転子を軸受で回転可能に保持したモータの軸受保持構造として、「内燃機関のＥＧＲ（排ガス還流）バルブを駆動するモータのロータ部は、インサート成形により、マグネット、ボールベアリング及びこれらを支持する樹脂製のマグネットホルダが一体的に成形されている」とする例がある（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、回転子を構成するマグネットホルダの一部が鍔状に突出して回転子を保持する軸受の内輪を支える構造となっている。

しかし、このような軸受保持構造では、軸受保持強度として樹脂による保持強度しか確保することができず、信頼性、耐久性の点で懸念がある。特に高出力の電制モータの場合、モータの出力が出力軸から回転子を介して軸受内輪保持部に伝わり軸受内輪を固定する樹脂が破損し、モータの動作不良の原因となる。

特開平１０−８２３４９号公報

従来のモータの軸受保持構造は、軸受保持強度として樹脂による保持強度しか確保することができず、信頼性、耐久性が低いという課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信頼性、耐久性を向上したモータの軸受保持構造を得ることを目的とする。

この発明に係るモータの軸受保持構造は、回転子と一体的にモールドした金属部材を介して軸受を回転子に保持したものである。

また、この発明に係るモータの軸受保持構造は、軸線方向に往復移動するモータ軸の移動を制限するように回転子と一体的にモールドした金属部材を介して、軸受を回転子に保持したものである。

この発明によれば、樹脂による保持強度よりも強大な保持力を有する金属部材を用いて軸受を保持するように構成したので、回転子軸受部の信頼性、耐久性の向上を図ることができる。

この発明によれば、モータ軸の移動を制限する金属部材を利用して軸受を保持するように構成したので、部品数を増やすことなく、軸受を強固に保持することができる。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１によるモータ軸受保持構造を備えた電動制御弁を示したＥＧＲバルブ装置の断面図であり、図２は軸受部を拡大して示している。これらの図を参照しつつ説明する。
図１に示すＥＧＲバルブ装置１は、エンジンからの排気ガスを循環させる流体通路（排気ガス還流路）３を形成しているバルブハウジング２を備えている。このバルブハウジング２にはバルブロッド４が軸方向へ移動可能に取り付けられている。そのバルブロッド４は、前記バルブハウジング２内に取り付けられたバルブシート６に接離可能なバルブ５を有している。前記バルブロッド４は、これに一体的に嵌着されたスプリングホルダ７と前記バルブハウジング２の外側凹部の底壁との間に介在させたスプリング８によって上方向（閉弁方向）に付勢されている。また、バルブロッド４は頭部４ａを一体に有している。

そして、バルブハウジング２の外側には、バルブロッド４を軸方向に駆動するための電制モータ１０が装着されている。この電制モータ１０は、固定子としてのコイル１１とこのコイル１１の内部に配置された回転子１２と、この回転子１２の中心孔部に螺合されたスクリューロッド部１３を一端側に有して軸方向に移動可能なモータ出力軸としてのモータシャフト１４とを備えた構成となっている。電制モータとしては、スクリューロッド部１３を入れることのできるタイプのものを適用することができる。例えば、ＤＣモータ、ステップモータが挙げられる。本例のバルブでは高出力が要求されることから、ＤＣモータが主な対象となる。回転子１２は上下の軸受１５、１６によって回転自在でかつ一定範囲だけ軸方向に移動可能に保持されている。

ここで、回転子１２の下側の軸受１６の外輪１６ｂは、電制モータ１０のモータハウジング１０ａの下端開口部に嵌着されているボス部材（押さえ部材）１７との間に介在させたワッシャ１８によって、与圧を与えられ軸方向に弾性的に可動に保持されている。なお、ボス部材１７はバルブハウジング２の上端とモータハウジング１０ａとの間に挟み込まれ、これらモータハウジング１０ａ、ボス部材１７、バルブハウジング２は締結ボルト１９によって一体的に締め付け固定されている。

軸受１６の内輪１６ａは、回転子１２に本発明にかかる保持手段である金属部材２２の一部を一体化し、この金属部材２２を介して保持する構成としている。図の例では金属部材２２はＬ字状に折曲した折曲片からなり、その基端側が回転子１２と一体化され、他端側の端部をかしめて内輪１６ａに当接させている。このように、樹脂による保持強度よりも強大な保持力を有する金属部材２２を用いて軸受１６の内輪１６ａを保持するので、回転子軸受部の信頼性、耐久性の向上を図ることができる。

金属部材２２は、回転子１２の回転中心軸Ｏ―Ｏのまわりに等しい間隔をおいて複数箇所で軸受の回転部、つまり内輪１６ａを保持するように構成している。これにより、安定した保持を図ることができ、軸受保持の信頼性が向上する。図１、図２は断面図であるので、左右２箇所に金属部材２２が表れているが、回転中心軸Ｏ―Ｏのまわりに９０度おきに４箇所で内輪１６ａを保持している。もちろん、２箇所、３箇所、或いは６箇所等、保持する箇所は必要に応じて任意に定めることができる。

金属部材２２の基端部は、回転子１２と一体化されている。この一体化の手段としては、接着、ねじ止め、係合等いずれでもよいが、本例では、基端部を回転子１２と一体的にモールド成形した。モールド成形することで、回転子１２との一体化形成を容易かつ、確実に行なうことができる。
従来技術では、軸受を回転子１２にインサート成形する際、少なからず性能低下を及ぼす工程を経ていた。例えば、軸受をインサート成形で保持する際は、作業工程で高温の金型に軸受をセットする必要があるため、軸受内部のグリースの粘性低下が懸念されるが、この実施の形態１の発明によれば、軸受（内輪１６ａ）は金属部材２２により回転子に保持されるため、回転子１２にインサート成形する必要がなくなり、これにより、軸受内部のグリースの粘性低下はない。

また、従来技術では、軸受を回転子にインサート成形する際、軸受をガタツキなく保持する工夫、配慮が必要で、組み付け工程（作製方法）が複雑、困難であった。例えば、軸受をインサート成形で保持するには、成形時に金型で軸受を固定する必要があり、その固定荷重が大きいと軸受が変形して性能が低下するので、これを考慮しなければならなかったが、この実施の形態１の発明によれば、軸受（内輪１６ａ）は金属部材２２により回転子が保持されるため、かかる考慮は不要であり作業が容易となる。

モータシャフト１４の下端（バルブロッド４との被接続部）にはカシメ用の突起部１４ａが一体形成されている。この突起部１４ａはプレート２０を介してバルブロッド４と連結されている。スクリューロッド部１３は雄ねじになっていて、回転子１２の中心孔部に形成された雌ねじに螺合されている。スクリューロッド部１３の下方はスクリューロッド部１３よりも大径のモータシャフト１４になっていて、この径差による段部１４ｂが形成されている。

回転子１２の中心孔部の下端部には金属製のリング状をしたストッパプレート２１が回転子１２と一体的にモールドされている。ストッパプレート２１は回転子１２の中心孔部に連通する大径の穴内で円形の露出当接面２１ａを形成しており、この円形の露出当接面２１ａに前記段部１４ｂが接離可能である（図２の拡大図参照）。図１、図２では露出当接面２１ａに段部１４ｂが当接した状態が示されている。また、モータシャフト１４はボス部材１７を貫通しているが、この貫通部で軸方向の移動は可能であるが回転できない支持手段、例えば、Ｄ型嵌合或いはキーなど適宜の手段を用いて支持されている。

図１に示すＥＧＲバルブ装置１の動作の概要を説明する。
図１において、円形の露出当接面２１ａに段部１４ｂが当接しているとき、バルブ５は伸張性のスプリング８の弾性により着座しており、頭部４ａとカシメ用突起部１４ａとはプレート２０内で離間してバルブ５の着座を確実にしている。電制モータ１０が駆動され、回転子１２が所定の向きに回転することで、回転子１２の回転運動がモータシャフト１４の下向きの運動に変換されて、モータシャフト１４が下向きに移動する。これに伴い円形の露出当接面２１ａから段部１４ｂが離れ、同時に、カシメ用突起部１４ａが頭部４ａに近づき、遂に当接すると、それ以後はスプリング８の弾性力がモーターシャフト１４に作用し、スクリューロッド部１３を介して回転子１２に及び上向きの弾性力を受ける。回転子１２が回転することでスプリング８の弾性力に抗してバルブロッド４が押し下げられ、バルブ５が開く。バルブ５の開度は電制モータ１０の回転量により制御される。

バルブ５を閉じるときは、回転子１２を逆転させることで、モータシャフト１４が上向きに移動し、その移動量に応じてバルブロッド４が追随して上向きに移動する。やがてバルブ５がバルブシート６の座面に着座すると、以後はスプリング８の弾性力は着座したバルブ５が受けるのでバルブロッド４の上向きの移動は止まり、頭部４ａからカシメ用突起部１４ａが上に離れていき、円形の露出当接面２１ａに段部１４ｂが当接したのちに回転子１２の回転が停止される。このように、バルブ５が着座した後で円形の露出当接面２１ａに段部１４ｂを当接させることで、モータシャフト１４の最大引き込み位置を規制し着座を確保している。

上記ＥＧＲバルブ装置１の動作の概要からわかるように、回転子１２はスプリング８により上向きの弾性力Ｆを繰り返し受けるため、この発明に係る金属部材２２の内輪１６ａに掛かる部位もこの弾性力による繰返し応力が作用し、過酷な状況にある。しかし、従来構造のように回転子と一体のモールド樹脂で保持する構成に比べ、本発明は強度を有する金属部材で保持することにより信頼性が向上する。

実施の形態２.
実施の形態１で説明した図２に示した金属部材２２は、回転子１２の内部にインサートされた基端部の形状が直線状であり、これでは実施の状況によっては、回転子１２から引き抜かれる向きの弾性力Ｆにより内輪１６ａの保持が不安定になる場合も考えられる。そこで、この実施の形態２では、図３に示すように、金属部材２２の基端部を折り曲げてＬ字状の凸部２２ａを形成し、或いは図４に示すように、金属部材２２の基端部を折り曲げてＴ字状の凸部２２ｂを形成する。これにより、金属部材２２の回転子１２に対する一体化機能が向上し、軸受の耐久性、信頼性が向上する。これ以外にも、この実施の形態２では、前記した実施の形態１における構成上の利点をすべて備えている。

実施の形態３.
前記した実施の形態１、２で説明した金属部材２２はその先端部を直接、かしめて内輪１６ａに当接させて保持していた。しかし、このようなかしめ工法では、かなり慎重に作業しないと、軸受を破損するおそれがある。また、複数の各金属部材２２について均等な当接力で内輪１６ａを保持するのも困難と考えられる。そこで、この実施の形態３では、各金属部材にワッシャを固定し、このワッシャで軸受の回転部（内輪１６ａ）を保持することとした。

図５において、この実施の形態３による発明では、金属部材２３は前記した実施の形態１、２における金属部材２２と同じように、その基端部（図中の上端部）を回転子１２の内部に収めた状態で一体にモールド成形されている。該基端部の形状は前記実施の形態２で図３により説明したようにＬ字状の凸部２３ａで形成され回転子１２との一体化が強化され弾性力Ｆに耐えるようにしてある。また、形状的にはワッシャの取付を考慮して、金属部材２３の下端側が回転子１２の下方に突出するようにしている。
金属部材２３は、回転子１２の回転中心軸Ｏ―Ｏのまわりに等しい間隔をおいて複数箇所に設けられている。ワッシャ２４はその外径が内輪１６ａに重なる大きさで、その中央部にはモータシャフト１４が貫通できる大きさの穴が設けられ、かつ、複数設けられた各金属部材２３に対応する位置に、これら金属部材２３が貫通できる大きさの穴が形成されている。

図５に示すように、ワッシャ２４に形成した上記各穴をモータシャフト１４及び各金属部材２３により貫通させ、かつ、内輪１６ａに対して該ワッシャ２４が均等な圧力で当接するように押し当てる。このとき、各金属部材２３の下端部はワッシャ２４を突き抜けて下方に突出している。この下方に突出した金属部材２３とワッシャ２４とを溶接で、或いはかしめることで、これら金属部材２３とワッシャ１４とを固定する。
このように、ワッシャ２４で内輪１６ａを保持する構造では、内輪１６ａに対して均一な荷重をかけて保持するのが容易となり、軸受の信頼性を損なわない。金属部材２２のかしめにより直接内輪を保持する実施の形態１、２の構造に比べ、内輪１６ａへの影響が少なく、必要な保持強度を確保する材質及び寸法を適用することにより軸受へのダメージもなくなり、軸受の信頼性、耐久性を向上させることができる。金属部材２３の数はワッシャ１４を用いる本実施の形態では、２個では不安定であるので、好ましくは３個以上が適当である。

特に、ワッシャ２４を用いた構成では、実施の形態１、２におけるように、複数の金属部材で個々に直接内輪１６ａを保持する例と比較して、量産工程においても安定して内輪１６ａを保持する性能が確保される。つまり、ワッシャ２４を介在させることで、かしめたり、溶接したりする手段で金属部材２３にワッシャ２４を固定しても軸受まで影響が及び難いので、軸受の精度に与える影響が少ない。
図６に示した例は、図５により説明したこの実施の形態３の変形例であり、図５に示した例との相違は、金属部材２３の基端部（図における上端部）の形状をＴ字状の凸部２３ｂにした点だけであり、基本的な機能性能は共通している。この実施の形態３においても、前記した実施の形態１で述べた利点を全部備えている。

実施の形態４.
電動制御弁を駆動するモータの回転子には、この回転子の回転に伴い往復動して弁の開閉を行なうモータ出力軸に当接して該モータ出力軸の移動を制限し、モータの出力軸の最大引き込み位置を規制するストッパプレート２１を設けたものがある。この実施の形態４は、このような、ストッパプレート２１を具備したタイプの電動制御弁に対して適用できる。この実施の形態４を前記した実施の形態３と対比して説明すると、前記実施の形態３では図５、図６に示したようにストッパプレート２１とは別個に金属部材２３が設けられている。これに対し、この実施の形態４では図７に示すように、これまでの例におけるストッパプレート２１と金属部材２３に代えて、これらストッパプレート２１と金属部材２３を一体化した一体化部材２５を設けた。

この一体化金属部材２５は、露出当接面２１ａを構成する底部２６、抜け止め機能を果たす抜け止め部２７、ワッシャ３０を保持する保持プレート部２８を有していてリング状をしている。中心部には穴２９が形成されている。この穴２９はスクリューロッド部１３の径より大きく、モーターシャフト１４の径よりも小さい。この穴２９の周囲には露出当接面２１ａが形成される。

この一体化金属部材２５を上から見た形状を図８、正面から見た形状を図９、下方から見た形状を図１０にそれぞれ示す。これらの図において、回転子１２内にモールド一体化され、弾性力Ｆと平行な方向に突出している抜け止め部２７は、その先端部が逆三角形状に形成され、保持プレート部２８には凹凸部２８ａが形成されてモールド一体化における樹脂のまわり込みによる強固な一体化を可能にしている。保持プレート部２８の下端部にはＵ字状の溝２８ｂが形成されることで二股に分かれている。
図７に示すように、一体化金属部材２５はその中心軸線を回転子１２の中心軸線と合致させ、底部２６の内側面であって、かつ穴２９の縁部近傍の露出当接面２１ａを回転子１２から露出させ、抜け止め部２７と保持プレート部２８の基端部を回転子１２の内部に位置させモールドで一体化させて設けられている。

前記実施の形態３における図５、図６に示したワッシャ２４に準じた構成のワッシャ３０が、穴２９の同心円上に等間隔に形成された穴部を保持プレート部２８により貫通されたうえで、該ワッシャ３０の外周縁部が内輪１６ａに当接した状態で保持プレート部２８に保持固定されている。このワッシャ３０の固定の手順としては、任意の対向する保持プレート２８について、ワッシャ３０を貫通した部分であって、溝２８ｂで二股に分岐した部位を利用してワッシャ３０に溶接仮止めした上で、残りの保持プレート部２８の下端部をかしめて固定する。かしめ後の状態は図１１に丸印で囲って指示した指示部３１を拡大した図７に示すように、溝２８ｂで分岐された２片のそれぞれを開く方向に変形させてかしめることにより止めている。

かしめで止める方法と、溶接で止める方法とでは、溶接の方が強度が強い。しかし、ワッシャ３０を固定するときには内輪１６ａに押し付けながら固定しないと、接触不良によるガタが出てしまうおそれがある。これを回避するため、全部を溶接しないで、数箇所のポイントで溶接で固定し、この溶接箇所を支えにして、残りの複数箇所をかしめにより内輪１６ａに押し付けることで、内輪１６ａの均等間隔の位置でワッシャ３０を介して内輪１６ａを保持する。その後、かしめ部も溶接すれば、強度が確保される。
このように、溶接、かしめという手順を踏んで、複数箇所で固定することで、軸受ガタ防止をはかるかしめ部と、保持強度向上をはかる溶接部とでワッシャ３０を保持し、これにより、軸受の組み付け時ガタツキを防止し、より強度を向上させることによって電動制御弁の信頼性、耐久性の向上を可能にした。

図７に示した保持プレート部２８によるワッシャ２４の保持状態を下から見た様子を図１２に示す。図７において穴２９のまわりに４つの保持プレート部２８のかしめ部が見える。ワッシャ３０の外縁部に沿って円形の輪郭で軸受１６を示している。２重の破線で示した部位が内輪１６ａに相当する。

従来、ストッパプレート２１は、回転子１２にインサート成形されているのみで当該ストッパプレート２１の保持強度を向上させる機能はなく、脱落、破損という不具合が生じていたが、この実施の形態４で説明したように、内輪１６ａを保持するための金属部材（実施の形態１〜３における金属部材２２、２３など）と一体化して一体化金属部材２５を構成することで、部品数を増やすことなく複数の各保持プレート２８の精度も向上させることができる。また、回転子１２へのインサート部が増すことで回転子１２との一体化が強化され、ストッパプレートとしての機能部分及び金属部材としての機能部分のそれぞれの部材の回転子１２との一体化が強化される。この実施の形態４においても、ここで述べたほか、前記した実施の形態１で述べた利点を全部備えている。結果として、電動制御弁の性能が長期にわたり安定して確保される。

電動制御弁の全体構成を示した断面図である。 図1に示した電動制御弁の下の軸受部近傍を拡大して示した断面図である。 金属部材を例示した斜視図である。 金属部材を例示した斜視図である。 電動制御弁の下の軸受部近傍を拡大して示した断面図である。 電動制御弁の下の軸受部近傍を拡大して示した断面図である。 電動制御弁の下の軸受部近傍を拡大して示した断面図である。 一体化金属部材の平面図である。 一体化金属部材の正面図である。 下面図である。 一体化金属部材で保持されたワッシャの断面を示した部分断面図である。 一体化金属部材で保持されたワッシャの下面図である。

符号の説明

１０ 電制モータ、１２ 回転子、１６ａ 内輪、２２，２３ 金属部材、２５ 一体化金属部材。

Claims (4)

1. モールド成形した回転子と、この回転子と一体的にモールドした金属部材と、この金属部材を介して前記回転子に回転可能に保持した軸受けとを備えたモータの軸受保持構造。
2. モールド成形した回転子の回転により軸線方向に往復移動するモータ軸と、このモータ軸が当接して該モータ軸の移動を制限するように前記回転子と一体的にモールドした金属部材と、この金属部材を介して前記回転子に回転可能に保持した軸受けとを備えたモータの軸受保持構造。
3. 回転子より突出した金属部材に嵌め合わせたワッシャを軸受けに加圧させた状態で該金属部材に固定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のモータの軸受保持構造。
4. 金属部材のモールド部分に凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のモータの軸受保持構造。

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