JP2012065524A - 回転軸支持構造およびそれを有するマグネット式モータ - Google Patents

回転軸支持構造およびそれを有するマグネット式モータ Download PDF

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Abstract

【課題】回転軸の一端部をベアリングによって支持しない場合に、回転軸の軸振れによる破損や組付け性の悪化を抑制できるようにする。
【解決手段】駆動対象50に組付ける前の状態のときに回転軸11の一端部をベアリングによって支持しない構造とされるが、その状態のときにはコイルバネ22によって回転軸11がブラケット20側に押し付けられ、回転軸11がセンタリング保持されるようにする。これにより、マグネット式モータ10を駆動対象50に組付ける前の回転軸11の軸振れが抑制される。したがって、回転軸11の軸振れによる破損や組付け性の悪化、例えばマグネット17とアーマチャコア16に巻回されたコイルとが吸着して組付け性が悪化することを抑制することが可能となる。
【選択図】図3

Description

本発明は、回転軸の支持構造およびそれを有するマグネット式モータに関するものである。
従来、特許文献1において、モータによって駆動される無潤滑真空ポンプが開示されている。この無潤滑真空ポンプは、モータに備えられる回転軸とポンプ部に備えられる回転軸をそれぞれ別々の2つのベアリング、つまり合計4つのベアリングにて支持し、各回転軸の先端同士を連結させることで、モータ駆動によるポンプ駆動が行える構造とされている。
特開平7−217567号公報
しかしながら、2つの回転軸をそれぞれ別々の2つのベアリングによって支持する場合、2つの回転軸を連結させる際の軸心合わせが困難である。これを回避するためには、例えば片方の回転軸について連結側の先端を支持するベアリングを省略し、他の回転軸との連結によって、もしくは、他の回転軸の連結側の先端を支持するベアリング内への嵌め込みによって、ベアリングが省略された側の回転軸の支持がなされるようにすることが考えられる。ところが、連結前の状態では、ベアリングが省略された側の回転軸が軸振れし、その軸振れによって回転軸が損傷したり、回転軸に隣接している部品などを破損させたり、組付け性を悪化させたりする可能性がある。例えば、マグネット式モータの回転軸の場合、軸振れによってマグネットとコイルとが吸着して組付け性が悪化する虞がある。
本発明は上記点に鑑みて、回転軸の一端部をベアリングによって支持しない場合に、回転軸の軸振れによる破損や組付け性の悪化を抑制できる回転軸支持構造およびそれを有するマグネット式モータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、回転軸(11)の一端部が他の回転体(51)に連結されていないときには、付勢手段(22)によって回転軸(11)の一端部を筐体(20)に当接させることで回転軸(11)の軸振れを規制すると共に、回転軸(11)の一端部が他の回転体(51)に連結されると、付勢手段(22)による付勢に抗して回転軸(11)の一端部を筐体(20)から離間させることを特徴としている。
このように、回転軸(11)の一端部が他の回転体(51)に連結されていないときでも、付勢手段(22)によって回転軸(11)の一端部を筐体(20)に当接させることで回転軸(11)の軸振れを規制することができる。これにより、回転軸(11)の一端部をベアリングによって支持しない場合に、回転軸(11)の軸振れによる破損や組付け性の悪化を抑制できる回転軸支持構造とすることが可能となる。そして、回転軸(11)を回転体(51)との当接などによって軸方向に移動させるといった簡単な操作によって回転軸(11)と回転体(51)とを連結できると共に、回転軸(11)と回転体(51)を共に回転可能にすることができる。なお、ここでいう「一端部」は回転軸(11)において第1ベアリング(19)に支持される他端部よりも回転体(51)との連結箇所に近い部分を指す。
請求項2に記載の発明では、回転軸(11)の一端部には筐体(20)と当接する回転軸側当接部(11b)が設けられるとともに、筐体(20)には回転軸側当接部(11b)と当接する筐体側当接部(20b)が設けられ、両当接部(11b、20b)の少なくとも一方には、付勢手段(22)の付勢方向側ほど径の小さいテーパ面(11d、20d)が形成され、両当接部(11b、20b)がテーパ面(11b、20d)にて当接することで回転軸(11)の軸振れが規制されることを特徴としている。
このように、回転軸(11)と筐体(18、20)との当接する箇所をテーパ面(11b)とすることにより、回転軸(11)と筐体(18、20)との当接位置合わせが容易に行われ、回転軸(11)をセンタリング保持することができる。
請求項3に記載の発明では、他の回転体(51)は、筐体(18、20)とは異なる筐体(52)に回転可能に支持され、回転軸(11)は、両筐体(18、20、52)が固定されたときに他の回転体(51)との連結によって一端部が軸支されることを特徴としている。
このように、両筐体(18、20、52)を固定するときの組付け作業によって、容易に回転軸(11)を軸支することができる。
請求項4に記載の発明では、回転軸(11)の一端部は、異なる筐体(52)に設けられて他の回転体(51)を軸支する第2ベアリング(53)に挿通されることで軸支されることを特徴としている。
このように、他の回転体(51)を軸支する第2ベアリング(53)内に回転軸(11)の一端部を挿通させることで回転軸(11)を軸支すれば、共通のベアリングによってこれらを軸支できる。このため、両者の軸心合わせを容易に行うことが可能となる。
請求項5に記載の発明では、回転軸(11)と他の回転体(51)とは、第2ベアリング(53)内にて直接的に回転伝達可能に連結されていることを特徴としている。
このように、回転軸(11)と他の回転体(51)とが直接的に回転伝達可能に連結されるようにすることで、これらが簡素な構造によって連結されるようにでき、回転軸(11)および他の回転体(51)の間に回転伝達を行うための他の中継部材が必要にならないようにできる。このため、回転軸支持構造が適用される装置の軸方向の小型化を図ることが可能となる。
これら請求項1ないし5のいずれか1つに記載の回転軸支持構造は、例えば、請求項6に示したように、回転軸(11)を囲むように配置されたアーマチャコア(16)を有するとともに、アーマチャコア(16)の周囲に配置されたステータ(17)が筐体(18、20)に設けられ、アーマチャコア(16)およびステータ(17)の一方が永久磁石からなるマグネット式モータに適用される。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
本発明の第1実施形態にかかる回転軸支持構造が適用されたマグネット式モータ10およびマグネット式モータ10により駆動される駆動対象50の一部断面図である。 駆動対象50への組付け前のマグネット式モータ10の拡大断面図である。 駆動対象50への組付け前および組付け時のマグネット式モータ10の回転軸11の連結側端部の近傍の様子を表した断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態にかかる回転軸支持構造が適用されたマグネット式モータ10およびマグネット式モータ10により駆動される駆動対象50の一部断面図である。以下、この図を参照して本実施形態にかかる回転軸支持構造およびそれが適用されたマグネット式モータ10の詳細について説明する。
図1に示すように、マグネット式モータ10は、駆動対象50に固定され、マグネット式モータ10の回転軸11が駆動対象50に備えられた回転体に相当する駆動軸51に対して連結されている。駆動対象50としては、例えばブレーキ液圧制御用アクチュエータに備えられるブレーキ液の吸入吐出用の回転式ポンプ装置等が挙げられる。駆動軸51を駆動することによって回転式ポンプ装置内に備えられたトロコイドポンプ等の回転式ポンプを駆動し、ブレーキ液の吸入吐出を行うことでブレーキ液圧制御を行う。このような駆動対象50のケーシング(筐体)52内に固定されたベアリング53内において、回転軸11と駆動軸51とが連結されている。
なお、本実施形態では、回転軸11および駆動軸51の連結側の先端が半円柱状とされ、その先端部が互いに180°ずらされることで連結されるカップリング構造を例に挙げているが、他のカップリング構造であっても構わない。
マグネット式モータ10は、図示しない電源からの電力供給に基づいて駆動され、電源側とコミュテータ14とを導通させる各ブラシ13の先端はスプリング12によってコミュテータ14に対し押接させられている。
具体的には、コミュテータ14は、円筒形状をなすと共に、周方向において等間隔に複数に分割された構造とされており、分割された各部が回転に伴って順番に各ブラシ13と接触させられる。各ブラシ13は、コミュテータ14を中心とした周方向に等間隔に並べられてブラシホルダ15に保持されている。そして、各ブラシ13の先端がコミュテータ14と接触させられ、コミュテータ14が回転させられると、コミュテータ14の周方向に並べられた各ブラシ13に対して順番に接触させられる。なお、上記スプリング12は、ブラシホルダ15内において常にブラシ13をコミュテータ14側に付勢しており、ブラシ13をコミュテータ14に常に接触させるようにしている。
コミュテータ14は、当該コミュテータ14に対して同軸的に配置された回転軸11と、この回転軸11の外周においてコミュテータ14と同軸的に配置されたアーマチャコア16と一体化されている。アーマチャコア16は、回転軸11の軸方向を長手方向として巻回されたコイルが回転軸11の周方向に複数個等間隔に備えられることで構成されている。
また、アーマチャコア16の外周には、アーマチャコア16から所定間隔離間してマグネット17が配置されていると共に、アーマチャコア16が固定されるモータケース18が備えられている。モータケース18は、有底円筒状とされ、その中央部にベアリング19が配置されている。回転軸11は、駆動軸51と連結される一端と反対側となる他端がこのベアリング19に嵌め込まれることにより軸支されている。具体的には、ベアリング19は、内輪19aと外輪19bおよび転動体19cを備えた構成とされ、回転軸11の後端が内輪19aの穴内に嵌め込まれることで回転軸11を軸支している。そして、外輪19bがモータケース18の底部に曲げ加工などによって形成された凹部18a内に挿入されることにより、ベアリング19がモータケース18に装着されている。
一方、モータケース18のうちの開口部側、つまりベアリング19が備えられる底部とは反対側には、モータケース18の蓋部材となるブラケット20が配置されており、モータケース18およびブラケット20により、モータ10を構成する各部を収容する筐体が構成されている。なお、本実施形態では、ブラシホルダ15がブラケット20の一部として樹脂により一体成形されている。
ブラケット20には中心孔20aが形成されており、この中心孔20aに回転軸11の一端が挿通されている。中心孔20aの内径は、回転軸11のうち中心孔20aに挿通させられる部分の外径よりも大きくされており、これらの間に所定のクリアランスが設けられている。また、中心孔20aの内径は、回転軸11のうち最大径とされる部位(後述する大径部11aに相当)の外径よりも小さくされている。このようなブラケット20によってモータケース18の開口部側が覆われた状態で、ネジ21などを用いてモータケース18の開口端を駆動対象50のケーシング52に締結することで、マグネット式モータ10が駆動対象50に組み付けられている。
このようにして、マグネット式モータ10の基本構造が構成されている。そして、本実施形態では、このマグネット式モータ10に対して、回転軸11の軸振れを抑制できる構造の回転軸支持構造を採用している。
図2に、駆動対象50への組付け前のマグネット式モータ10の拡大断面図を示すと共に、図3(a)、(b)に駆動対象50への組付け前および組付け時のマグネット式モータ10の回転軸11の連結側端部の近傍の様子を表した断面図を示し、これらの図を参照して本実施形態の回転軸支持構造について説明する。
図2に示すように、回転軸11は、ベアリング19に嵌め込まれる側の端部と駆動対象50の駆動軸51に連結される側の端部との間において、外径がブラケット20の中心孔20aの内径よりも大きくされた大径部11aが備えられている。大径部11aの先端は、段付形状とされ、ブラケット20に当接させられる回転軸側当接部11bとされる。この回転軸側当接部11bは、先細りとされたテーパ面11dとされており、大径部11aの外径がテーパ面11dの最大径とされている。さらに、回転軸11における大径部11aよりも更に先端側には、段付部11cが形成されている。この段付部11cの外径は、ベアリング53の内輪53aの内径よりも大きくされている。
また、大径部11aにおけるベアリング19側の端部とベアリング19との間にコイルバネ22が備えられ、このコイルバネ22が付勢手段として機能して回転軸11を軸方向(ブラケット20側)に付勢している。すなわち、大径部11aとベアリング19の内輪19aとの間においてコイルバネ22が収縮されており、その復元力によって大径部11aをブラケット20側に付勢している。このため、図3(a)に示すように、マグネット式モータ10を駆動対象50に組付ける前の状態のときには、回転軸11における回転軸側当接部11bがブラケット20に当接し、中心孔20aの開口端に押し付けられた状態となっている。
そして、マグネット式モータ10を駆動対象50に組付けると、回転軸11が駆動対象50側の駆動軸51に連結されると共にベアリング53の内輪の端部によって回転軸11のうち大径部11aよりも先端に位置する段付部11cが押され、回転軸11がモータケース18の底部側に押される。これにより、図3(b)に示すように、コイルバネ22の弾性力(付勢力)に抗して回転軸11が図中矢印方向に移動させられ、ブラケット20の中心孔20aの開口端に押し付けられていた大径部11aとブラケット20との接触が解除されて、大径部11aとブラケット20との間が所定距離離間した状態となる。
ここで、図3(a)、(b)に示すように、ブラケット20の中心孔20aのうち大径部11aと接する部分を筐体側当接部20bとして、この筐体側当接部20bと回転軸11における回転軸側当接部11bの少なくとも一方に、コイルバネ22の付勢方向側ほど径が小さくされたテーパ面11d、20dが形成されるようにしている。本実施形態では、これら両当接部11b、20bの双方にテーパ面11d、20dを備えるようにしている。このようなテーパ面11d、20dを設けているため、マグネット式モータ10を駆動対象50に組付ける前において、回転軸側当接部11bがブラケット20の中心孔20aにおける筐体側当接部20bに押し付けられているときには、少なくともいずれか一方の当接部11b、20bがそれに対向するテーパ面11d、20dにて当接させられる。
そして、回転軸11における回転軸側当接部11b(テーパ面11d、および同当接部11bにおけるテーパ面11d以外の部分のいずれでもよい)がブラケット20におけるテーパ面20dに押し付けられること、もしくは回転軸11におけるテーパ面11dがブラケット20における筐体側当接部20b(テーパ面20d、および同当接部20bにおけるテーパ面20d以外の部分のいずれでもよい)に押し付けられることにより、これらの当接位置合わせが容易に行われ、回転軸11をセンタリング保持することが可能となる。
例えば、本実施形態の場合は、図3に示されるように、回転軸11におけるテーパ面11dがブラケット20における筐体側当接部20bのうちテーパ面20d以外の部分(角隅部)に押し付けられる。このように押し付けられると、テーパ面11dの全周にわたって筐体側当接部20dが当接した状態となる。そして、テーパ面11dが回転軸11の中心線を中心とする円錐台形状とされているため、回転軸11の中心線と中心孔20aの中心線とが一致させられ、回転軸11がセンタリング保持される。
また、回転軸11における回転軸側当接部11bのうちテーパ面11d以外の部分がブラケット20におけるテーパ面20dに押し付けられる場合であっても、上記と同様に、テーパ面20dの全周にわたって回転軸側当接部11dが当接した状態となる。そして、テーパ面20dが中心孔20aの中心線を中心とする円錐台の内周面形状とされているため、回転軸11の中心線と中心孔20aの中心線とが一致させられ、回転軸11がセンタリング保持される。
このように、回転軸11をセンタリング保持することができるため、マグネット式モータ10を駆動対象50に組付ける前の回転軸11の軸振れが抑制される。
以上のような構成により、本実施形態に掛かる回転軸支持構造を備えたマグネット式モータ10が構成されている。このようなマグネット式モータ10では、駆動対象50に組付ける前の状態のときに回転軸11の一端をベアリングによって支持しない構造とされるが、その状態のときにはコイルバネ22によって回転軸11がブラケット20側に押し付けられ、回転軸11をセンタリング保持することができる。
このため、マグネット式モータ10を駆動対象50に組付ける前の回転軸11の軸振れが抑制される。したがって、回転軸11の軸振れによる破損や組付け性の悪化、例えばマグネット17とアーマチャコア16に巻回されたコイルとが吸着して組付け性が悪化することを抑制することが可能となる。これにより、回転軸11の一端をベアリングによって支持しない場合に、回転軸11の軸振れによる破損や組付け性の悪化を抑制できる回転軸支持構造とすることが可能となる。そして、回転軸11を駆動軸51との当接などによって軸方向に移動させるといった簡単な操作によって回転軸11と駆動軸51の連結できると共に、回転軸11と駆動軸51を共に回転可能にすることが可能となる。
また、駆動軸51を軸支するベアリング53内に回転軸11の一端を挿通させることで回転軸11を軸支しており、共通のベアリングによって回転軸11と駆動軸51を軸支している。このため、両者の軸心合わせを容易に行うことが可能となる。
なお、マグネット式モータ10については、出荷前にモータ性能測定を行うことになるが、モータ性能測定時にも、回転軸11をモータケース18の底部側に押すことで大径部11aとブラケット20との接触を解除すれば、容易にモータ性能を測定することができる。
(他の実施形態)
上記実施形態では、駆動対象50に備えられたベアリング53内において、回転軸11と駆動軸51の両先端が連結させられるようなカップリング構造とし、このカップリング構造を介して回転軸11の回転が駆動軸51に伝えられるようにしている。しかしながら、これは回転伝達構造の一例を示したに過ぎず、他の形態を採用することもできる。すなわち、回転軸11の先端と駆動軸51の先端が直接連結させられるのではなく、これらがベアリング53の内輪を介して回転軸11の先端と駆動軸51の先端が間接的に連結させられるようにし、ベアリング53の内輪を介して回転軸11から駆動軸51への回転伝達が行われるようにしても良い。
ただし、回転軸11と駆動軸51が直接的に回転伝達可能に連結されるようにすることで、これらが簡素な構造によって連結されるようにでき、回転軸11と駆動軸51の間に回転伝達を行うための他の中継部材が必要にならないようにできる。このため、回転軸支持構造が適用される装置の軸方向の小型化を図ることが可能となるという効果が得られる。
また、上記実施形態では、回転軸11における連結側の先端に段付部11cを形成しておき、ベアリング53の内輪によって段付部11cが押されることで、回転軸11をモータケース18の底部側に押す構造としたが、駆動軸51が回転軸11に直接連結されることにより、駆動軸51によって回転軸11がモータケース18の底部側に直接押されるようにしても良い。
さらに、上記実施形態では、ブラケット20のうち中心孔20aを構成する周壁部分が回転軸11のテーパ面11dに当接させられる当接部となり、その中心孔20aが円形状となるようにしている。しかしながら、必ずしも円形状である必要はなく、例えば正多角形としても良い。このような形状とされていても、例えば回転軸11における回転軸側当接部11bにテーパ面11dを設けることにより回転軸11を容易にセンタリング保持することができる。また、このように中心孔20aが正多角形とされる場合にも、回転軸11における回転軸側当接部11bと当接する部位をテーパ面20dとすれば、容易に回転軸11をセンタリング保持することが可能となる。
上記実施形態では、筐体側当接部20bにおけるテーパ面20dと異なる部分(角隅部)を回転軸側当接部11bのテーパ面11dと当接させることで回転軸11の軸振れを規制するようにした。しかしながら、上記したように、筐体側当接部20bのテーパ面20dと回転軸側当接部11bとを当接させるように構成し、これにより回転軸11の軸振れを規制するようにしても良い。この場合、筐体側当接部20bのテーパ面20dには、回転軸側当接部11bのテーパ面11dを当接させるように構成してもよいし、テーパ面11d以外の部分を当接させるように構成しても良い。また、両当接部11b、20dの一方にのみテーパ面(11dまたは20d)を設け、このテーパ面に他方を当接させるようにしてもよい。なお、本発明においては、各当接部11b、20bにテーパ面(11d、20d)を設けることを必須とはしていない。よって、各当接部11b、20bにおいてテーパ面を省略して、単なる段差部(径の異なる部分)を設けてもよい。この場合、段差部における大径部が筐体に当接することで回転軸11の軸振れが規制される。
上記実施形態では、コイルバネ22による付勢方向を回転軸11の一端部側(駆動軸51側)としたが、これに限らず、例えば、その逆方向である他端部側に回転軸を付勢する付勢手段を設け、この付勢によって回転軸が筐体に当接することで回転軸の軸振れが規制されるようにしてもよい。この場合、回転軸と回転体との連結によって回転軸がその一端部側にスライドされた状態(回転軸側当接部と筐体側当接部とが離間した状態)で両者の連結状態が維持されるよう、例えば、回転軸と回転体(あるいは両者を回転伝達可能に連結する他の連結部材)とが係止されるように構成する。
なお、本発明は、アーマチャコアが永久磁石からなるマグネット式モータに対して適用されても良い。また、上記実施形態では、モータの一例としてマグネット式モータ10を例に挙げて説明したが、他の形態のモータや他の回転軸を有する装置に対して本発明の回転軸支持構造を適用しても良い。また、駆動対象50の一例として回転式ポンプ装置を例に挙げ、回転体として駆動軸51を例に挙げて説明したが、回転式ポンプ装置以外の装置を駆動対象50としても良い。
10…マグネット式モータ、11…回転軸、11a…大径部、11b…回転軸側当接部、11c…段付部、11d…テーパ面、12…スプリング、13…ブラシ、14…コミュテータ、15…ブラシホルダ、16…アーマチャコア、17…マグネット、18…モータケース、18a…凹部、19…ベアリング、19a…内輪、19b…外輪、19c…転動体、20…ブラケット、20a…中心孔、20b…筐体側当接部、20d…テーパ面、21…ネジ、22…コイルバネ、50…駆動対象、51…駆動軸、52…ケーシング、53…ベアリング、53a…内輪

Claims (6)

  1. 一端部が他の回転体(51)に連結される回転軸(11)と、
    前記回転軸(11)の前記一端部が挿通される孔(20a)が備えられ、前記回転軸(11)が収容される筐体(18、20)と、
    前記筐体(18、20)内に配置され、前記回転軸(11)の他端部を回動可能に支持する第1ベアリング(19)と、
    前記第1ベアリング(19)にて回動可能に支持された前記回転軸(11)を更に軸方向に付勢する付勢手段(22)と、を有し、
    前記回転軸(11)の前記一端部が前記他の回転体(51)に連結されていないときには、前記付勢手段(22)によって前記回転軸(11)の前記一端部を前記筐体(20)に当接させることで前記回転軸(11)の軸振れを規制すると共に、
    前記回転軸(11)の前記一端部が前記他の回転体(51)に連結されると、前記付勢手段(22)による付勢に抗して前記回転軸(11)の前記一端部を前記筐体(20)から離間させることを特徴とする回転軸支持構造。
  2. 前記回転軸(11)の前記一端部には前記筐体(20)と当接する回転軸側当接部(11b)が設けられるとともに、前記筐体(20)には前記回転軸側当接部(11b)と当接する筐体側当接部(20b)が設けられ、前記両当接部(11b、20b)の少なくとも一方には、前記付勢手段(22)の付勢方向側ほど径の小さいテーパ面(11d、20d)が形成され、前記両当接部(11b、20b)が前記テーパ面(11b、20d)にて当接することで前記回転軸(11)の軸振れが規制されることを特徴とする請求項1に記載の回転軸支持構造。
  3. 前記他の回転体(51)は、前記筐体(18、20)とは異なる筐体(52)に回転可能に支持され、前記回転軸(11)は、両筐体(18、20、52)が固定されたときに前記他の回転体(51)との連結によって前記一端部が軸支されることを特徴とする請求項1または2に記載の回転軸支持構造。
  4. 前記回転軸(11)の前記一端部は、前記異なる筐体(52)に設けられて前記他の回転体(51)を軸支する第2ベアリング(53)に挿通されることで軸支されることを特徴とする請求項3に記載の回転軸支持構造。
  5. 前記回転軸(11)と前記他の回転体(51)とは、前記第2ベアリング(53)内にて直接的に回転伝達可能に連結されていることを特徴とする請求項4に記載の回転軸支持構造。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1つに記載の回転軸支持構造を含み、
    前記回転軸(11)を囲むように配置されたアーマチャコア(16)を有するとともに、前記アーマチャコア(16)の周囲に配置されたステータ(17)が前記筐体(18、20)に設けられ、前記アーマチャコア(16)および前記ステータ(17)の一方が永久磁石からなるマグネット式モータ。
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