JP2007252130A - 直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでありながら振動等を防止する定圧予圧を実現し、さらには大きな側圧が作用する対象物を回転させる用途にも対応可能な直流モータを提供する。
【解決手段】ブラシ付き直流モータにおいて、少なくとも、回転子３の反負荷側の軸端部を焼結含油軸受６にて軸支持すると共に、回転子をその軸の負荷側に付勢する板バネ７を配置する。板バネは、整流子３２と焼結含油軸受の間のモータ軸３１に環装させ、一方側を整流子の端部に当接させて負荷側に付勢すると共に、他方側は焼結含油軸受と接触させないようにエンドプレート２２から支持を得る配置としている。また、板バネは、整流子の端部に２枚の樹脂ワッシャ８を介在させて当接させている。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、回転子の回転軸の両端部を軸受により軸支持する構成のブラシ付き直流モータに関する。

直流モータ、例えば、ブラシ付き直流モータは、外側のモータケースにマグネットを配置して固定子（ステータ）を構成し、この固定子の内側に所定の空隙（エアギャップ）をもって回転子（ロータ）を回転自在に配置する構造が一般的である。回転子は、回転軸となるモータ軸に整流子とコイルを巻回した積層コアとを固定して構成されており、モータ軸の両端部をモータケース等に配置した軸受によって軸支持されている。当該構造の直流モータでは、通常、負荷側（反整流子側）がモータケース外に延出して出力軸を成している。

上記構造の直流モータで採用される軸受は、小型の玉軸受が一般的である。この玉軸受を採用した直流モータは、主に、モータ軸にある程度大きな側圧が作用する用途、例えば、プリンタの印字ヘッド用のベルト駆動に用いられていた。一方、モータ軸に大きな側圧が作用しない用途、例えば、スピンドルモータ若しくはギアドモータのピニオン駆動等では、玉軸受より低コストの焼結含油軸受が採用され、コスト低減が図られていた。

焼結含油軸受を採用する直流モータとしては、例えば、特許文献１に示すものがある。この直流モータは、焼結含油軸受の外周面に円筒状または有底筒状の弾性部材を配してモータケースに取り付けたことが特徴であり、これにより回転時の振動音を減少させている。

他にも、直流モータではないが、焼結含油軸受を採用するモータとして特許文献２に示すＰＭ形ステッピングモータがある。このステッピングモータは、ロータに配設したモータ軸の両端部に対向させて焼結含油軸受（金属スリーブ軸受）を環装すると共に、各ロータと焼結含油軸受の間に２枚以上のワッシャ間に狭持した板バネやコイルバネを環装する構成である。この板バネ等はモータ軸方向（アキシアル方向）に所定の付勢力をもって伸縮するため、ロータをモータ軸方向の磁気バランス均等位置で安定させることとなり、ステッピングモータの回転時の振動等を減少させている。
特開平１１−９８７５８号公報（第３−５頁、第１図） 特開２０００−３５４３５９号公報（第２−３頁、第２図）

しかしながら、焼結含油軸受を採用する特許文献１の直流モータは、以下の問題点があった。すなわち、特許文献１の直流モータは回転子の軸支持に焼結含油軸受を採用しているため、直流モータ自体の用途は大きな側圧が作用しないものに限定されることは上述の通りであり、汎用性に乏しいものであった。また、いずれの軸受にもモータ軸方向に予圧を付与する構成を採用していないため、モータ回転時の振動、共振、異音除去の根本的な解決には至らないものであった。

特許文献２のステッピングモータは、ロータと焼結含油軸受間に板バネを配置しているため、これらの焼結含油軸受にもいわゆる定圧予圧が付与されているが、当該構成をそのまま直流モータに採用するには問題があった。すなわち、モータ軸の出力側にも焼結含油軸受を採用している点で、モータの用途は大きな側圧が作用しないものに限定されることは特許文献１と同様である。さらに、ワッシャを介した板バネ等によって焼結含油軸受の端面を押圧する構成であるため、経年使用によって潤滑油が漏れ易い状態を招いていた。漏れた潤滑油は、噴霧状となって直流モータの整流子やブラシに付着することとなり、その結果、直流モータの誤動作の原因となっていた。

そこで、本願発明は上記問題に鑑み為されたものであり、低コストでありながら振動等を防止する定圧予圧を実現し、さらには大きな側圧が作用する対象物を回転させる用途にも対応可能な直流モータを提供する。

上記課題を解決するために、本願発明の直流モータは、以下のように構成している。
すなわち、ブラシ付き直流モータにおいて、少なくとも、回転子（３）の反負荷側の軸端部を焼結含油軸受（６）にて軸支持すると共に、回転子（３）をその軸方向、例えば、負荷側に付勢する付勢手段（７）を配置したことを特徴としている。

前記の付勢手段（７）は、例えば、板バネ、コイルバネである。この付勢手段（７）は、回転子（３）の整流子（３２）と焼結含油軸受（６）の間のモータ軸（３１）に環装させ、一方側を整流子（３２）の端部（３２ａ）に当接させて負荷側に付勢すると共に、他方側は焼結含油軸受（６）と接触させない配置、例えば、ブラシ配置用のブラシホルダ（４１）又はモータケース（２）、エンドプレート（２２）から支持を得る配置としている。この配置により、付勢手段（７）は軸回転する整流子（３２）を介して回転子（３）に負荷側への付勢力が作用し、この結果、回転子（３）を軸支持する負荷側の軸受（５）に定圧予圧が付与されることなる。

また、付勢手段（７）は、整流子（３２）の端部（３２ａ）に１又は複数枚の樹脂板（８）、例えば、樹脂ワッシャを介在させて当接させることが好ましいものである。特に、摩擦係数の低い複数枚の樹脂ワッシャを介在させることがより好ましい。

さらに、付勢手段（７）に、回転子（３）の回転に従動させないように回転阻止手段を配置することがより好ましいものである。この回転阻止手段としては、付勢手段（７）とブラシ（４）のブラシホルダ（４１）又はモータケース（２）、エンドプレート（２２）等に形成する突起（２２ａ、４１ａ）とを係合させる構成とすれば良い。

上記の樹脂板（８）の介在及び付勢手段（７）の回転阻止手段の配置により、付勢手段（７）は回転子（３）と一体的に回転する整流子（３２）との従動回転が阻止される一方、整流子（３２）との当接部では摩擦係数の低い樹脂板（８）により、摩耗や発熱等の不具合発生が抑制されることとなる。

なお、特許請求の範囲の書類と上記の課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したもので、この図面上の形態に限定するものでないことはもちろんである。

本願発明の直流モータは、回転子の軸支持において、側圧が大きい負荷側を玉軸受とし、側圧が小さい反負荷側を焼結含油軸受としている。このため、両側を玉軸受で軸支持する従来の直流モータと比較すると大幅なコスト削減を実現している。

また、回転子を負荷側へ付勢する付勢手段を配置しているため、負荷側を軸支持する玉軸受に対して所定の定圧予圧が付与され、直流モータ全体の振動、共振、及び異音の発生が防止される効果を得ている。

上記の定圧予圧を付与する付勢手段は、焼結含油軸受の端面と直接的に接触しない配置としているため、当該軸受からの油漏れを引き起こすことがほとんどなく、その結果、漏れた油が整流子等に付着して電気的な不具合を発生させることを抑制している。

さらに、付勢手段と整流子端部間に樹脂板を介在させているため、付勢手段と整流子端部間の摩擦による摩耗や発熱の低減が図れることとなる。

加えて、付勢手段に回転阻止手段を配置したために、付勢手段の摺動による摩耗や発熱等の不具合が発生する部位が整流子端部との当接部に限定されることとなり、上記の樹脂板の介在の効果をより効果的に向上させ、直流モータ全体の不具合発生が抑制されることとなる。

以下に、本願発明にかかる直流モータ１（以下、「モータ」と略称する。）の最良の実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は本実施例のモータの構造を示す断面図あり、図２は本実施例のモータの部分拡大断面図であり、図３は本実施例のモータの要部組立斜視図であり、図４は本実施例の板バネ（付勢手段）の配置を示す斜視図であり、図５は板バネ（付勢手段）の別形態の配置を示す斜視図である。

本実施例のモータ１は、主に、有底筒状を成すモータケース２（環状ヨーク）の内周面に界磁を形成する２個のマグネット２１を配置すると共に、マグネット２１と所定の空隙を持って回転自在に回転子３を配置し、モータケース２の開口側をエンドプレート２２で閉塞する構成である。

回転子３は、モータ軸３１に整流子３２とコイル３４を巻回した積層コア３３とを固定して構成している。前記の整流子３２にはブラシ４を接触させて回転子３への通電を確保している。このブラシ４はエンドプレート２２から延出する電極４２と接続すると共にモータケース内部に配置したブラシホルダ４１に対向状に固定されている。また、モータ軸３１は、反エンドプレート側をモータケース２から所定長さにおいて突出させ、出力軸としている。通常、この出力軸は、回転対象物を接続して負荷を担うこととなる。以上の構成は従来技術と同様である。

回転子３は、モータケース２及びエンドプレート２２に配置した２つの軸受５、６によって軸支持されて回転自在にモータケース内に配置されている。モータ軸３１の負荷側（出力軸側）はモータケース２に形成した軸受収納部２３に配置した玉軸受５によって軸支持され、反負荷側（整流子側）はエンドプレート２２に形成した軸受収納部２４に配置した焼結含油軸受６によって軸支持されている。つまり、モータ軸３１は、側圧の大きい側を玉軸受５で軸支持し、側圧の小さい側を焼結含油軸受６で軸支持されている。

整流子３２と焼結含油軸受６の間には、付勢手段として放射方向に複数の脚部７２を拡げると共に中心部の環状を成す当接面７１を整流子側に撓ませた呈を成す板バネ７を環装している。この板バネ７は、当接面７１を整流子３２の端部３２ａに２枚の樹脂ワッシャ８を介在させて当接する一方、脚部側の各先端を焼結含油軸受６の端面とは接触しない状態をもって、エンドプレート２２に当てている。

また、板バネ７の脚部間にはブラシ４のブラシホルダ４１から延出する突起４１ａを形成しており、脚部７２とこの突起４１ａにて板バネ７の回転阻止手段を構成している。なお、板バネ７の焼結含油軸受側には、組立時の板バネ７の撓み量調整や撓み量にいわゆる"ヘタリ"が発生することを考慮し、樹脂性のスペーサ６１をモータ軸３１に環装させて配置している。このスペーサ６１は、省略することも可能である。

板バネ７は、上記の構成により、エンドプレート２２を支持面として回転子３を整流子３２の端部３２ａを介して負荷側（出力軸側）に付勢することとなり、玉軸受５に定圧予圧を付与している。この定圧予圧の付与によって、高負荷を軸支持する玉軸受５が負のすきまとなり、モータ１の振動や共振、異音の発生を防止することとなる。

また、板バネ７を支持する脚部側は、焼結含油軸受６に接触、又は当接していないため、その端面を押圧して潤滑油が漏れ易くなる状態とはならない。なお、スペーサ６１は、原則、板バネ７と接触する構成ではなく、板バネ７から積極的に押圧される構成でもないため、焼結含油軸受６を押圧する恐れは極めて少ないものである。

さらに、上記の２枚の樹脂ワッシャ８は、板バネ７の付勢力調整に板厚を選定の上、特に摩擦係数の低いものを選定している。このため、整流子３２の端部３２ａと板バネ７の当接面７１との当接状態は樹脂ワッシャ同士によって担っており、摩耗は低減されている。加えて、樹脂ワッシャ間には底摩擦による回転差が生じるため、整流子３２の回転力が２枚の樹脂ワッシャ８により大きく減衰されて板バネ側に伝達されることとなる。この作用は、板バネ７の脚部７２とブラシホルダ４１の突起４１ａが構成する回転阻止手段とも相俟って、回転子３と板バネ７との従動回転の阻止に寄与している。
［他の実施形態の可能性］

上記実施例では、板バネ７の脚部７２とブラシ４のブラシホルダ４１に形成した突起４１ａによって、板バネ７の回転阻止手段を構成している。しかし、この突起４１ａの形成箇所はブラシホルダ４１に限定されず、例えば、図５に示すように、エンドプレート２２から形成した１又は複数個の突起２２ａとしても良い。

また、上記実施例では付勢手段を放射状に複数脚部７２を有する板バネ７としているが、この形態に限定するものではない。すなわち、付勢手段は、整流子３２の端部３２ａと当接して押圧すると共に焼結含油軸受６と接触しない構成を有すれば良く、例えば、略円錐状（テーパ状）に形成したコイルバネ（図示省略）の形態とすることも可能である。

本実施例のモータの構造を示す断面図ある。 本実施例のモータの部分拡大断面図である。 本実施例のモータの要部組立斜視図である。 本実施例の板バネ（付勢手段）の配置を示す斜視図である。 板バネ（付勢手段）の別形態の配置を示す斜視図である。

符号の説明

１ モータ
２ モータケース
２１ マグネット
２２ エンドプレート
２２ａ 突起
２３ 軸受収納部（玉軸受用）
２４ 軸受収納部（焼結含油軸受用）
３ 回転子
３１ モータ軸
３２ 整流子
３２ａ 端部
３３ 積層コア
３４ コイル
４ ブラシ
４１ ブラシホルダ
４１ａ 突起
４２ 電極
５ 玉軸受
６ 焼結含油軸受
６１ スペーサ
７ 板バネ
７１ 当接面
７２ 脚部
８ 樹脂ワッシャ

Claims (5)

1. ブラシ付き直流モータにおいて、少なくとも、回転子（３）の反負荷側の軸端部を焼結含油軸受（６）にて軸支持すると共に、回転子（３）をその軸方向に付勢する付勢手段（７）を配置したことを特徴とする直流モータ。
2. 付勢手段（７）を、回転子（３）の整流子（３２）と焼結含油軸受（６）の間に配置したことを特徴とする請求項１記載の直流モータ。
3. 付勢手段（７）の一方側を回転子（３）の整流子（３２）の端部（３２ａ）に当接させる共に、他方側を焼結含油軸受（６）とは接触しないように配置したことを特徴とする請求項２記載の直流モータ。
4. 付勢手段（７）と整流子（３２）の端部間に樹脂板（８）を介在させたことを特徴とする請求項２又は３記載の直流モータ。
5. 付勢手段（７）に、回転子（３）と従動回転しないように回転阻止手段を配置したことを特徴とする請求項２、３又は４記載の直流モータ。
   

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