JP2010001897A

JP2010001897A - 軸受け構造

Info

Publication number: JP2010001897A
Application number: JP2006083643A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Koyama; 弘小山; Hirofumi Doi; 弘文土井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2010-01-07
Also published as: WO2007111032A1

Abstract

【課題】予圧部材のへたりを防止しつつ、ベアリングの摩耗や破損、変形の発生を低減することができる軸受け構造を提供する。
【解決手段】モータからの駆動力を受ける回転部１と、回転部１の軸方向の端部に内輪２ａが固定され、軸受け筐体側に外輪２ｂが支持されるベアリング２と、ベアリング２の外輪２ｂに当接して回転部１に対し軸受け筐体内で軸方向に押し上げる圧縮荷重を加える予圧部材３と、回転部１の軸方向に押し下がる動き量をベアリング２の内輪２ａに当接して規制するストッパ４とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ等の軸受け構造に関するものである。

特許文献１は、回転部の軸端でボールベアリングを介して弾性部材に当接させており、この弾性部材により軸方向に働くスラスト荷重に反する予圧を回転部に加えている。つまり、上記弾性部材は予圧部材として働く。この構成において、特許文献１では、予圧部材の軸方向の動き量を規制するストッパとなる突起を設置している。この突起で動き量を規制することにより、予圧部材の過度の動きによる塑性変形、いわゆるへたりを低減することができる。

実開昭６３−８１６５４号公報

特許文献１に開示される構造では、比較的軽いスラスト荷重に対しては有効であるが、予圧部材に予圧荷重以上の荷重が加わり、ストッパに衝突した予圧部材の衝撃がボールベアリングに直に伝わる。このため、ボールベアリングの摩耗が進み、また破損や変形が発生する可能性があった。

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、予圧部材のへたりを防止しつつ、ベアリングの摩耗や破損、変形の発生を低減することができる軸受け構造を得ることを目的とする。

この発明に係る軸受け構造は、モータからの駆動力を受ける回転部と、回転部の軸方向の端部に内輪が固定され、軸受け筐体側に外輪が支持されるベアリングと、ベアリングの外輪に当接して回転部に対し軸受け筐体内で軸方向に押し上げる圧縮荷重を加える予圧部材と、回転部の軸方向に押し下がる動き量を前記ベアリングの内輪に当接して規制するストッパとを備えるものである。

この発明によれば、ベアリングの外輪を予圧部材で支持し、回転部の軸方向への動き量を制限するストッパをベアリングの内輪で受けるように設置したので、予圧部材のへたりを防止しつつ、ベアリングの摩耗や破損、変形の発生を低減することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による軸受け構造を示す断面図であり、回転軸に沿った断面である。実施の形態１による軸受け構造は、不図示のモータ等からの駆動力が伝達される回転部１、回転部１に設けたベアリング２、ベアリング２の外輪２ｂを支持する予圧部材３、回転部１の動き量を規制すると共にベアリング２の内輪２ａを支持するストッパ４、ハウジング（筐体）５ａとカバー（筐体）５ｂを組み付けてなる軸受け筐体を含んで構成される。

回転部１は、ハウジング５ａとカバー５ｂに収容され、外部のモータと接続するようにハウジング５ａから突出している。また、回転部１の軸方向の端部を保持するベアリング２は、図に示すようにその内輪２ａが回転部１側に固定され、外輪２ｂが予圧部材３により軸方向に支持される。

予圧部材３は、複数の部品により構成される回転部１の軸方向の寸法ばらつきを吸収するために設けられる。つまり、予圧部材３で回転部１を軸方向に押し上げるように圧縮することにより、部品寸法のばらつきによる軸方向のがたつきを抑える。

ベアリング２の内輪２ａ側には、軸方向の動き量を規制するストッパ４が設けられる。つまり、ストッパ４の軸方向の高さＨ以下に回転部３が動くことはできず、予圧部材３に過大なスラスト荷重がかかることはない。また、予圧部材３による回転部１を軸方向に押し上げる荷重は、ベアリング２の内輪２ａとストッパ４との軸方向のクリアランスＤ以上のセット高さ（図１中のセット高さＥ以上）には働かない。このため、予圧部材３が回転部１を過圧縮することはない。

この発明による軸受け構造は、例えば車両等のターボチャージャーの羽を駆動するモータの軸受けとして用いられる。ターボチャージャーの羽駆動用のモータでは、車両の振動等の外力が軸受けに加わることにより、軸受けの回転部に筐体から突出する方向（図１中、矢印で示す方向）若しくは筐体内に押し込まれる方向の荷重がかかる。

予圧部材３は、ベアリング２の外輪２ｂを介してある程度の荷重で回転部１を軸方向に押し上げて圧縮している。この状態で、上述のような外力によって回転部１が筐体から突出する方向に荷重が加わると、予圧部材３に同方向のスラスト荷重が印加されてその応力上昇によりベアリング２の破損等が発生してしまう可能性がある。そこで、この発明では、回転部１の軸方向の動き量を規制するストッパ４を設けている。

次に、ベアリング２の外輪２ｂ側でなく、内輪２ａ側にストッパ４を設ける理由について説明する。図２は、ベアリングに荷重が加わった際における図１中の符号Ａを付した部分の状態を示す拡大図であり、回転部１が筐体から突出する方向の荷重が加わってベアリングがストッパに当接した状態を示している。図２（ａ）に示す構造は、この発明と異なりベアリング２の外輪２ｂ側にストッパ４ａを設けた構成を示しており、図２（ｂ）は、この発明と同様にベアリング２の内輪２ａ側にストッパ４を設けた構成を示している。

図２（ａ）に示す構成では、回転部１が筐体から突出する方向に荷重が加わり、ベアリング２の外輪２ｂがストッパ４ａに当接すると、ベアリング２の外輪２ｂの軸方向の動き量が規制される。これにより、予圧部材３に過大な荷重が印加されることはない。また、ベアリング２の外輪２ｂがストッパ４ａに当接した際の衝撃荷重は、図中に矢印で示すように軸方向上側にかかる。

また、ベアリング２の内輪２ａでは、ベアリング２の外輪２ｂがストッパ４ａに当接した際の衝撃荷重が図中に矢印で示す軸方向下側にかかるため、軸方向の下方にさらに動くことになる。このため、ベアリング２のボール２ｃが、ベアリング２の内輪２ａと外輪２ｂの周縁部に強く擦れて、ボール２ｃが損傷する可能性がある。

これに対して、この発明のように、ベアリング２の内輪２ａ側にストッパ４を設けた構成では、図２（ｂ）に示すように、回転部１が筐体から突出する方向に荷重が加わり、ベアリング２の内輪２ａがストッパ４に当接すると、ベアリング２の内輪２ａの軸方向の動き量が規制される。また、ベアリング２の内輪２ａがストッパ４に当接したときの衝撃荷重は、図中に矢印で示すように軸方向上側にかかる。

一方、ベアリング２の外輪２ｂには、ベアリング２の内輪２ａがストッパ４に当接した際の衝撃荷重が、図２（ｂ）に矢印で示すように予圧部材３の方向に加わる。しかしながら、ベアリング２の内輪２ａがストッパ４により軸方向の動き量が規制されているため、一定以上の荷重が予圧部材３に加わることがない。これにより、予圧部材３へのダメージを低減することができる。

また、ベアリング２への過大なスラスト荷重も規制され、内輪２ａと外輪２ｂを介してボール２ｃに強い衝撃荷重が加わることがない。従って、ボール２ｃの摩耗や破損、変形の発生を低減することもできる。

このように、この発明では、回転部１に配置されるベアリング２の内輪２ａ側にストッパ４を設けることで、予圧部材３のへたり防止及びベアリング２内部の摩耗や損傷の防止の双方の効果を得ることができる。これは、従来のように、単に予圧部材３に過大な荷重が加わることを防止するためにストッパを設けただけの構成では得られないこの発明に特有の効果である。

図３は、回転部１を筐体から突出する方向（軸方向に押し下げる方向）に動かした際における予圧部材３の反力の荷重変化を示すグラフである。横軸はセット高さ、つまり軸受け筐体内に組み込んだ予圧部材３の軸方向における高さである（図１中のＥに相当する）。ここで、セット高さＨは、図１と同様にストッパ４の軸方向の高さである。また、縦軸の予圧部材３の反力は、筐体内に組み込んだときに回転部１を圧縮（軸方向に押し上げる方向の圧縮）する荷重に相当する。また、図中の実線の曲線は１回目の圧縮（軸方向に押し下げる方向の圧縮）による結果を示し、破線の曲線は２回目の圧縮（軸方向に押し下げる方向の圧縮）による結果を示している。

図３に示すように、回転部１を軸方向に押し下げて最初に予圧部材３をストッパ４まで圧縮すると、当該圧縮により予圧部材３が塑性変形（へたる）するため、圧縮前のセット高さに戻らず、予圧部材３の荷重が大幅に低下する。これに対して、２回目の圧縮では、最初のストッパ４の高さＨまでの押し下げで予圧部材３が塑性変形しているので、ほぼ同一のセット高さに戻り荷重の低下もほとんど発生しない。また、図示していないが２回目以降の圧縮でも同様にほぼ同一のセット高さに戻り荷重の低下もほとんど発生しない。

このように、あるセット高さまで圧縮することによる予圧部材３の塑性変形は、圧縮を最初に行った時点で大きく発生し、同じセット高さでの圧縮を繰り返しても大きな塑性変形はほとんど発生しない。つまり、予圧部材３による回転部１を軸方向に押し上げる方向に圧縮する荷重は、あるセット高さで最初に塑性変形させて当該荷重を低下させた後であれば、このセット高さ以上で回転部１が軸方向に上下動してもほとんど変化しない。

そこで、この発明では、組み込み前又はモータ使用前にベアリング２がストッパ４に当接する高さ（高さＨ）又はそれ以下の高さまで予圧部材３を圧縮しておく。このように、ストッパ４に当接する高さ又はそれ以下の高さに圧縮して予圧部材３を予め塑性変形させておけば、使用時における予圧部材３の大幅な荷重低下を抑制することができる。

また、図３に示す現象を利用して、ベアリング２の内輪２ａとストッパ４の間におけるクリアランスＤを予圧部材３の荷重が収束する間隔に設定する。例えば、ストッパ４のセット高さＨ以下に予圧部材３を圧縮して最初に塑性変形させ、その後に戻ったセット高さにおけるベアリング２の内輪２ａの軸方向の位置とストッパ４との間の距離をクリアランスＤとする。

これにより、使用時には塑性変形がほとんど発生せず、クリアランスＤの範囲で回転部１が軸方向に上下動しても、予圧部材３により回転部１を軸方向に押し上げる荷重はほぼ一定になる。また、予圧部材３は、クリアランスＤ以上に回転部１を圧縮することがなく、モータの設計上の強度検討を容易にすることができる。

なお、ストッパ４とハウジング５ａとを樹脂等を用いて一体構造としてもよい。これにより、ストッパ４とベアリング２の衝突による衝撃荷重に対する強度を確保することができる上、ストッパ４をハウジング５ａとは別個に設ける場合と比較して、部品点数を削減することができる。また、ベアリング２の内輪２ａとストッパ４との間におけるクリアランスＤの精度を上げることも可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、回転部１をベアリング２で支持し、軸方向の寸法ばらつき吸収用に予圧部材３を設置する軸受け構造において、ベアリング２の外輪２ｂを予圧部材３で支持し、回転部１の軸方向への動き量を制限するストッパ４をベアリング２の内輪２ａで受けるように設置したので、回転部１が軸方向に動くことによる予圧荷重の増加でベアリング２内部のボール２ｃと内輪２ａと外輪２ｂの接触力が増加して摩耗が増加することを防止することができる。また、内輪２ａをストッパ４で受けるためにボール２ｃに衝撃が加わらず、衝撃力によるボール２ｃの破損を防止することが可能となる。

また、この実施の形態１によれば、初期にストッパ４まで予圧部材３を圧縮することによりへたりを発生させるので、使用時における予圧部材３の回転部１を軸方向に押し上げる圧縮荷重の低下を低減することができる。また、ベアリング２とストッパ４との間のクリアランスＤを設定することにより、使用時に回転部１を圧縮する荷重を一定に設定することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ストッパ４とハウジング５ａを一体構造とすることにより、回転部１の軸方向の動きに起因する衝撃に対する予圧部材３の強度を向上させることができる上、部品点数の削減が可能となる。また、ベアリング２とストッパ４と間のクリアランスＤの精度を上げることも可能である。

この発明の実施の形態１による軸受け構造の軸方向断面である。ベアリングに荷重が加わった際における図１中の符号Ａを付した部分の状態を示す拡大図である。予圧部材のセット高さに対する荷重変化を示すグラフである。

符号の説明

１回転部、２ベアリング、２ａ内輪、２ｂ外輪、３予圧部材、４ストッパ、５ａハウジング（筐体）、５ｂカバー（筐体）。

Claims

モータからの駆動力を受ける回転部と、
前記回転部の軸方向の端部に内輪が固定され、軸受け筐体側に外輪が支持されるベアリングと、
前記ベアリングの外輪に当接して前記回転部に対し前記軸受け筐体内で軸方向に押し上げる圧縮荷重を加える予圧部材と、
前記回転部の軸方向に押し下がる動き量を前記ベアリングの内輪に当接して規制するストッパとを備えたことを特徴とする軸受け構造。
予圧部材の圧縮荷重が収束するように、ベアリングの内輪とストッパとの間の軸方向のクリアランスを設定したことを特徴とする請求項１記載の軸受け構造。
軸受け筐体とストッパを一体に構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の軸受け構造。