JP2011239622A - 小型モータおよびモータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 部品コストの上昇を抑えつつ、組立が容易な側圧付加部材によって、シャフトと軸受との間のクリアランスに起因する振動や騒音を低減し得るモータアクチュエータを提供する。
【解決手段】 小型モータのシャフトの一端に装着されるウォームギアと、該ウォームギアの一側に噛合するウォームホイールとを具備するモータアクチュエータにおいて、軸受ハウジングに設けられた段差部とラジアル軸受の間に、シャフトの他端をウォームホイール側に付勢させる側圧付与部材を挟持したことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、自動車用電装機器や音響映像機器などに使用される小型モータおよびモータアクチュエータに係り、詳しくはロータシャフトと軸受との間のクリアランスに起因する騒音や振動を低減する技術に関する。

例えば、自動車用空気調整装置の流路調節弁などを駆動するアクチュエータに用いられるモータや、ディスク状情報記録媒体のドライブ装置に用いられるスピンドルモータにおいては、軸受内でシャフト（回転軸）を回転可能に支承するために、軸受とシャフトとの間に僅少なクリアランスが確保されている。そのため、ロータが回転運動をすると、ロータ及びシャフトが中心軸方向に対して直角方向（ラジアル方向）に振動し、大きな振動や騒音が発生する場合がある。

この軸受クリアランスに起因する振動や騒音を抑制するために、軸受に対しシャフトをラジアル方向に押圧することが考えられている。
例えば特許文献１には、バイアスマグネットの磁気吸引によってシャフトに側圧を印加するスピンドルモータが開示されている。
また、特許文献２には、一対の軸受の中間位置に相当する軸受ホルダの外周に円弧状の吸引磁石を取り付け、この吸引磁石が軸受ホルダを介してシャフトをラジアル方向に磁気吸引して、一対の軸受にそれぞれ側圧を付与するスピンドルモータが開示されている。

また、特許文献３には、シャフトに片寄軸受を遊嵌し、この片寄軸受をラジアル方向に押圧するトーションバネが配置されているモータが開示されている。
また、特許文献４には、軸受を支持するケースの内周面から延出してシャフトの外周面に当接される押圧弾性部材を備え、この押圧弾性部材によってシャフトを軸受の一方向に押圧するようにしたモータが開示されている。

特開２００２−２８１７１２号公報 特開２００２−３３０５６９号公報 特開平８−３４０６５５号公報 特開２００４−６４９６７号公報

しかしながら、特許文献１または特許文献２に開示されている発明では、側圧付与の目的のためだけに高価なマグネット部品を必要とするため、部品コストが上昇する問題がある。また、特に小型モータの場合は、元々トルクは小さいため、磁気的な側圧を付与することにより、トルクリップルやコギングトルクが大きくなり、安定した性能を発揮することができないという問題もある。さらに、磁気的な側圧を加えるためにモータ内部の構造が複雑になり、製造工程も複雑になるという問題もある。

また、特許文献３に開示されている発明では、軸受とは異なる形状の片寄軸受とトーションバネとを必要とするため、部品点数が増大するとともに、製造工程が煩雑になるという問題もある。

特許文献４に開示されている発明では、シャフトに側圧を付加するためにモータ径に匹敵する大きな専用部品を必要とするため、部品コストが大幅に上昇するという問題がある。

そこで本発明は、従来技術が抱える上記の問題に鑑み、部品コストの上昇を抑えつつ、組立が容易な側圧付加部材によって、シャフトと軸受との間のクリアランスに起因する振動や騒音を低減し得る小形モータおよびモータアクチュエータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく為された本発明の小型モータは、少なくとも軸受ハウジングに設けられたラジアル軸受とスラスト軸受によって、回転自在に支承されるシャフトを備える小形モータにおいて、前記軸受ハウジングは、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受の間に段差部を有し、該段差部と前記ラジアル軸受の間に、前記シャフトを径方向に付勢させる側圧付与部材を挟持させてなることを特徴としているものである。

本発明の小型モータは、更なる好ましい特徴として、
「前記側圧付与部材はリング形状の内側に弾性突起部を有し、該弾性突起部が前記シャフトに当接して前記シャフトを径方向に付勢させること」、
「前記側圧付与部材の弾性突起部の長さは、前記段差部から前記スラスト軸受までの距離よりも短いこと」、
「前記軸受ハウジングは、前記段差部に隣接する凸部もしくは凹部を有し、前記側圧付与部材は、リング形状の外側に凹部もしくは凸部を有し、前記側圧付与部材は、前記軸受ハウジングに凹凸嵌合されていること」、
を含む。

また、上記の目的を達成すべく為された本発明のモータアクチュエータは、上記本発明の小型モータと、該小型モータのシャフトの一端に装着されるウォームギアと、該ウォームギアの一側に噛合するウォームホイールとを具備するモータアクチュエータであって、前記側圧付与部材は、前記シャフトの他端を前記ウォームホイール側に付勢させるように配置されていることを特徴としているものである。

本発明によれば、シャフトと軸受との間のクリアランスに起因する振動や騒音を効果的に低減できる、安価な小型モータおよびモータアクチュエータを実現することができる。

本発明の第一の実施形態例に係る小型モータを模式的に示す断面図である。 図１の小型モータを説明するための図であり、（ａ）は軸受ハウジングを兼ねるブラケットの断面図、（ｂ）はブラケットに側圧付与部材とラジアル軸受及びシャフトを装着した状態を示す断面図、（ｃ）は側圧付与部材の平面図である。 本発明に用いることができる側圧付与部材の別の例を示す平面図である。 本発明の第二の実施形態例に係る小型モータを説明するための図であり、（ａ）は軸受ハウジングを兼ねるブラケットの断面図、（ｂ）は側圧付与部材の平面図である。 本発明の第三の実施形態例に係るモータアクチュエータの内部を模式的に示す図である。 本発明の第三の実施形態例に係るモータアクチュエータにおける側圧付与状態を説明するための図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態例を説明する。

（第一の実施形態例）
図１は、本例に係る小型モータの断面図である。図１に示すように、本例の小型モータ１は、内面に固定子２が取付けられたケーシング３と、ケーシング３の内部に配設された回転子４とを備えている。

ケーシング３は、金属材料によって有底中空筒状に形成されたハウジング５と、ハウジング５の開口部に嵌着され、樹脂等の絶縁材料によって形成された軸受ハウジングを兼ねるブラケット６を備えている。

ハウジング５は、円筒部５ａと底板５ｂからなり、底板５ｂの中央部にはラジアル軸受軸１１が圧入されている。
ブラケット６の中央部には、図２（ａ）に示すように、円形の凹部６ａが形成されており、凹部６ａの底面はスラスト軸受１３となっている。そして、凹部６ａにラジアル軸受軸１２が圧入されている。

固定子２は、ハウジング５の円筒部５ａの内周面に固着されており、円筒形状で円周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に着磁された永久磁石からなる。

回転子４は、回転中心となる中心軸Ｘの方向に延びるシャフト７と、シャフト７に取付けられ薄い鋼鈑を複数枚積層してなる電機子コア８と、電機子コア８にコイル状に巻回された銅線９と、銅線９に電気的に接続された整流子１０とを備えている。
この回転子４は、ラジアル軸受１１，１２によりシャフト７を回転自在に支承されている。そして、シャフトの一端はケーシング３から突出し、他端はスラスト軸受１３により支承されている。

ブラケット６には、２本のブラシ１４が整流子１０に摺接して電流を流すように設けられている。また、各ブラシ１４にそれぞれ電気的に接続された端子１５がブラケット６に取付けられて外方に突出している。

本例のラジアル軸受１１，１２は、低価格な焼結含油メタルを用いている。特に焼結含油メタルを用いたラジアル軸受では、シャフト７との間に比較的大きなクリアランスが設けられる。このため、シャフト７が軸受クリアランス内で暴れる現象が生じ易く、それによって大きな騒音や振動が発生し易くなる。

そこで、本例の小型モータでは、図２（ａ）に示すように、ブラケット６のラジアル軸受１２が装着される部分で且つスラスト軸受１３に近接する部分に段差部６ｂを形成している。そして、この段差部６ｂとラジアル軸受１２の間に、図２（ｂ）に示すように、シャフト７を中心軸Ｘに直交する径方向に付勢させる側圧付与部材１６を挟持させている。

本例の側圧付与部材１６は、図２(ｃ)に示すように、リング形状の外環部１６ａと、外環部１６ａの内側に突出して設けられた弾性突起部１６ｂを有している。
この側圧付与部材１６は、外環部１６ａが段差部６ｂに載置された状態において、弾性突起部１６ｂがシャフト７に当接して湾曲し、シャフト７を中心軸Ｘに直交する径方向に付勢させることができるものである。
側圧付与部材１６の材料としては、所望の弾性を有し耐摩耗性に優れるものを用いることができ、例えばポリエチレンテレフタレートやポリエチレンなどの樹脂材料が好ましく、潤滑性樹脂が特に好ましい。

このように、シャフト７を径方向に付勢させることにより、回転運動をするシャフト７が軸受クリアランス内で径方向に振動しようとしても、シャフト７はラジアル軸受１１、１２の内周面に接触した状態を保ち、振動することなく滑らかに回転することができる。
また、シャフト７の端部を支承するスラスト軸受１３とこのスラスト軸受１３に近接して配置されるラジアル軸受１２との間で、シャフト７を径方向に付勢させることにより、比較的弱い力で十分な付勢力を付与することができる。このため、側圧付与部材１６として小径且つ薄肉の部材を用いることが可能になり、特別なスペースを要することがなく、モータ全体をコンパクトにすることができる。

また、側圧付与部材１６は、ブラケット６に形成されている段差部６ｂとラジアル軸受１２の間に挟持して固定されるため、小径で薄肉の部材であってもシャフト７の回転時に回転してしまうことがなく、シャフト７を信頼性良く一定方向に付勢することができる。
また、側圧付与部材１６の固定は、ブラケット６の段差部６ｂの上に側圧付与部材１６を載置した後、ラジアル軸受１２をブラケット６に圧入する通常の工程によって簡単に行うことができるため、煩雑な組立工程を伴うこともない。
また、磁気による側圧を加えていないため、小型モータの性能が安定するとともに始動性に悪影響を与えることもない。

本発明においては、側圧付与部材１６の弾性突起部１６ｂの長さは、段差部６ｂからスラスト軸受１３までの距離よりも短いことが好ましい。このようにすれば、シャフト７によって弾性突起部１６ｂが湾曲しても、弾性突起部１６ｂがシャフト７とスラスト軸受１３の間に入り込むことがなく、回転子２は常に滑らかに回転することができる。

また、側圧付与部材１６としては、シャフト７を径方向に付勢させることができるものであれば、図２(ｃ)の他にも様々な形状のものを用いることができる。具体的には、例えば図３（ａ）や図３（ｂ）に示すように弾性突起部１６ｂを片側に複数形成したものや、図３（ｃ）や図３（ｄ）に示すようにリング状ではない基部１６ｃに弾性突起部１６ｂを形成したものであってもよい。

（第二の実施形態例）
図４は本例に係る小型モータを説明するための図であり、図４（ａ）は軸受ハウジングを兼ねるブラケットの断面図、図４（ｂ）は側圧付与部材の平面図である。
本例の小型モータの基本的な構造は第一の実施形態例のものと同様であり、以下に異なる点を説明する。

図４（ａ）に示すように、本例のブラケット６には、段差部６ｂの上に隣接して凸部６ｃが形成されており、外周部分に凸部６ｃと同じ方向に凸状の目印部６ｄが形成されている。
また、図４（ｂ）に示すように、本例の側圧付与部材１６のリング形状の外環部１６ａの外側（外周）には、弾性突起部１６ｂに対応する位置に凸部６ｃに嵌合する形状の凹部１６ｄが形成されている。
そして、凸部６ｃが凹部１６ｃに嵌め込まれるようにして、側圧付与部材１６はブラケット６に凹凸嵌合される。

本例の小型モータによれば、第一の実施形態例の小型モータが有する作用効果に加え、側圧付与部材１６を簡単に所定の向きに配設することができ、シャフト７を所定の径方向に確実に付勢させることができる。
また、シャフト７の付勢方向は、完成された小型モータの外部に表れる目印部６ｄによって確認することができる。
また、側圧付与部材１６はブラケット６に凹凸嵌合されているため、側圧付与部材１６がシャフト７の回転時に回転してしまうのを簡単且つ確実に防止することができ、常にシャフト７を一定方向に付勢することができる。

なお、本例ではブラケット６側に凸部を形成し、側圧付与部材１６側に凹部を形成したが、これとは逆にブラケット６側に凹部を形成し、側圧付与部材１６側に凸部を形成して、これらを凹凸嵌合させることもできる。

（第三の実施形態例）
図５は本例に係るモータアクチュエータの内部を示す模式図である。
図５に示すように、モータアクチュエータ１００は下ケース１０１と不図示の上ケースによりほぼ直方体の箱状に形成され、内部に小型モータ１、減速歯車列となるウォームギヤ１０２、第一中間ギヤ１０３、第二中間ギヤ１０４、第三中間ギヤ１０５および出力軸１０６ａを有する出力ギヤ１０６が収容されている。
なお、図５には示していないが、このケース内には回路基板が収容され、この回路基板にはモータ駆動回路や減速ギヤの回転を検出するための回路等が構成されている。

本例のモータアクチュエータ１００は、第二の実施形態例の小型モータを用いたアクチュエータであって、例えば出力軸１０６ａに自動車のワイパアームを動作させるリンク機構や流路調節弁などを取り付けることによって、ワイパアームの駆動や空気調整装置の流路調節弁などを駆動することができるものである。

ウォームギヤ１０２は、小型モータ１のシャフト７の一端側に圧入、接着等で取り付けられている。
このウォームギヤ１０２には、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、小型モータ１の回転時にウォームホイールである第一中間ギヤ１０３との噛み合い部分で力Ｆが作用する。
そして、小型モータ１によって第一中間ギヤ１０３を図６（ａ）のように反時計回りに回転させる場合でも、図６（ｂ）のように時計回りに回転させる場合でも、力Ｆの径方向の分力であるＦｘは、第一中間ギヤ１０３がウォームギヤ１０２を径方向に押圧する力として作用するので、シャフト７は力Ｆｘが向く方向に付勢される。すなわち、シャフト７の一端が図５の紙面右方向に付勢される。

そして、本例の小型モータ１の側圧付与部材１６は、シャフト７の他端をウォームホイール側（第一中間ギヤ１０３側）に付勢させるように配置されている。すなわち、シャフト７の他端が図５の紙面左方向に付勢される。
これにより、ラジアル軸受１１、１２の内周面に対してシャフト７を確実に付勢することができ、回転運動をするシャフト７が軸受クリアランス内で径方向に振動しようとしても、シャフト７はラジアル軸受１１、１２の内周面に接触した状態を保ち、振動することなく滑らかに回転することができる。

また、側圧付与部材１６が薄肉部材であると、シャフト７との接触面圧が高くなり、耐摩耗性において不利であるが、本例のようにシャフト７をウォームホイール側（第一中間ギヤ１０３側）に付勢させるように側圧付与部材１６を配置し、ウォームホイールからの付勢力によってシャフト７が傾く方向と同じ方向にシャフト７が傾くように付勢させることにより、より小さい接触面圧でシャフト７を効果的に付勢させることができ、側圧付与部材１６の摩耗を防ぐこともできる。

以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明はこれらの実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜の変更や部品の追加等ができることは言うまでもない。
例えば小型モータとしては、ブラシモータに限らずブラシレスモータ等にも適用することができる。

１ 小型モータ
２ 固定子
３ ケーシング
４ 回転子
５ ハウジング
５ａ 円筒部
５ｂ 底板
６ ブラケット（軸受ハウジング）
６ａ 凹部
６ｂ 段差部
６ｃ 凸部
６ｄ 目印部
７ シャフト
８ 電機子コア
９ 銅線
１０ 整流子
１１、１２ ラジアル軸受
１３ スラスト軸受
１４ ブラシ
１５ 端子
１６ 側圧付与部材
１６ａ 外環部
１６ｂ 弾性突起部
１６ｃ 基部
１６ｄ 凹部
１００ モータアクチュエータ
１０１ 下ケース
１０２ ウォームギヤ
１０３ 第一中間ギヤ
１０４ 第二中間ギヤ
１０５ 第三中間ギヤ
１０６ 出力ギヤ
１０６ａ 出力軸

Claims (5)

1. 少なくとも軸受ハウジングに設けられたラジアル軸受とスラスト軸受によって、回転自在に支承されるシャフトを備える小形モータにおいて、
   前記軸受ハウジングは、前記ラジアル軸受と前記スラスト軸受の間に段差部を有し、該段差部と前記ラジアル軸受の間に、前記シャフトを径方向に付勢させる側圧付与部材を挟持させてなることを特徴とする小型モータ。
2. 前記側圧付与部材はリング形状の内側に弾性突起部を有し、該弾性突起部が前記シャフトに当接して前記シャフトを径方向に付勢させることを特徴とする請求項１に記載の小型モータ。
3. 前記側圧付与部材の弾性突起部の長さは、前記段差部から前記スラスト軸受までの距離よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の小型モータ。
4. 前記軸受ハウジングは、前記段差部に隣接する凸部もしくは凹部を有し、
   前記側圧付与部材は、リング形状の外側に凹部もしくは凸部を有し、
   前記側圧付与部材は、前記軸受ハウジングに凹凸嵌合されていることを特徴とする請求項２または３に記載の小型モータ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の小型モータと、該小型モータのシャフトの一端に装着されるウォームギアと、該ウォームギアの一側に噛合するウォームホイールとを具備するモータアクチュエータであって、
   前記側圧付与部材は、前記シャフトの他端を前記ウォームホイール側に付勢させるように配置されていることを特徴とする小型モータ。
   

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