JP2012244890A - モータの軸受構造、モータ及び軸受保持体 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受及び軸受を保持する部品における蓄熱に起因する変形等の悪影響を回避するとともに、モータ本体の小型化を実現するモータの軸受構造、モータ及び軸受保持体を提供することを目的とする。
【解決手段】 軸受保持体８は、底面部８１と、底面部８１上において上記回転軸４と略同心円周上に沿って周方向に略均等な間隔で、軸線方向に複数立設してなり、その先端は軸受６を係止可能に上記底面部８１の上記略円周の中心を向いて屈曲形成され、上記底面部８１とともに実質的に篭状を形成する保持爪部８２とを有して構成される。この軸受保持体８の軸線方向の長さは、保持体固定部１０の凹部深さと略同一か、または当該凹部深さより短く形成される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、モータの軸受構造、モータ及び軸受保持体に関し、特に、軸受を確実に保持するとともにモータの小型化を実現するモータの軸受構造、モータ及び軸受保持体に関する。

従来から、大型の工場機械の他、家電製品や自動車、オーディオ製品等の小型の機械製品等幅広い様々な分野でモータが用いられている。
一般に、モータは、軸まわりに回転する回転子と、回転子と相互作用して回転モーメントを発生させる固定子と、上記回転子が回転する際の軸であって当該回転子の回転を外部に伝える回転軸と、回転軸を支える軸受等を有して構成される。
モータは、上記固定子と回転子のいずれかが回転変化する磁界を発生して、その磁界の変化によって、駆動力を得るものである。
このモータの安定した駆動を維持するためには、回転軸を正確かつ滑らかに回転させることが必要である。このために上記軸受が用いられる。その軸受を用いることにより、回転軸とこれに接する部品間の摩擦によるエネルギー損失や発熱を減少させ、部品の焼きつきを防ぐことが可能となる。

一般に、軸受は、ポリアセタール系樹脂（ポリアセタール、デルリン、ジュラコン等）等からなる軸受保持体により、モータのエンドベル側又はハウジング側において固定支持される。
この軸受保持体は、例えば井戸状の円筒凹部を形成し、当該円筒凹部の内部に上記軸受を密着嵌合させて固定支持する。

このような上記の軸受の固定支持方法では、以下のような問題が生じる。
すなわち、上記軸受保持体の円筒凹部の内周面が軸受の外周面に接触しているので、回転子のコイルから発生した熱が軸受保持体に蓄積され、熱の発散が円滑に行われにくいという問題が生じる。従って、モータ全体の耐熱性が低下してしまう。
また、上記軸受保持体の円筒凹部の内周面全体によって軸受を抱持する構造であるので、抱持力の調整が極めて煩雑である。従って、上記のように熱が軸受保持体に蓄積することを理由に軸受保持体が変形して抱持力が不均一になったり、軸受の自動調心機能に悪影響を与えたりするという問題が生じてしまう。

上記問題点を解決するものとして、特許文献１が開示するところの小型モータの軸受装置が提案されている。
上記小型モータの軸受装置は、上記問題を解決するため、軸受を支持する軸受抱持体（軸受支持体）を以下のような構成にした。すなわち、当該軸受抱持体は、各々円環状に形成したフランジと底面部とを軸線方向に延びかつ円周方向に複数個配設した連結部によって連結し、底面部の内端面に軸線方向に延びる支持柱を円周方向に複数個配設し、かつ全体を樹脂材料によって一体の篭状に形成してなる。
この軸受抱持体は、例えば特許文献１の図１〜３に示されているように、モータのハウジング側またはエンドベル側に設けられた凹状の保持部に嵌着して固定される。このとき、軸受抱持体の一定の厚みを持った円環状のフランジは、上記凹状の開口からその厚み分だけ突出する（特許文献１の図１）。
このように小型モータのハウジングおよび／またはエンドベルに取り付けられた軸受抱持体は、篭状に形成された支持柱において軸受を抱持するので、熱の放散が容易であり、熱の蓄積による局所的な変形を回避し、軸受の抱持力を均一化することが可能となる。

特開平５−１６１２９９

しかしながら、上記特許文献１に開示される小型モータの軸受装置には、以下の問題がある。
すなわち、上記のように、篭状の軸受抱持体は、モータの保持部に嵌着された際、そのフランジの厚み分だけその凹状の保持部から突出するので、モータを設計する際には、当該フランジの厚み分の空間をモータ内に確保するように事前に設計しなければならない。従って、特許文献１の軸受抱持体を用いると、モータの小型化の障害になるという問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軸受及び軸受を保持する部品における蓄熱に起因する変形等の悪影響を回避するとともに、モータ本体の小型化を実現するモータの軸受構造、モータ及び軸受保持体を提供することを目的とする。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回転子の回転力を回転軸を介して外部へ伝達するモータの軸受構造であって、回転軸を軸支する軸受と、軸受を保持しモータのケースに固定する軸受保持体と、深さ方向を回転軸の軸線方向とする一方が開口した中空筒状の凹部をモータのケースに形成し、凹部において軸受保持体を嵌合する保持体固定部とを有し、軸受保持体は、中空筒状の凹部の底面と略同形状の底面部と、底面部上において略円環周方向に略均等な間隔で回転軸の軸線方向に立設する複数の保持爪部と、が可撓性を有する材質により一体に篭状を形成し、全体の軸線方向の長さが保持体固定部の凹部深さと略同一又は凹部深さより短く構成されていることを特徴とする。

また、本発明によれば、上記保持体固定部において、回転軸の軸線方向視、底面部は中空筒状の凹部の底面と実質的に略同一形状をなすことを特徴とする。

また、本発明によれば、上記保持爪部は、回転軸の軸線方向視、底面部において、底面部の外周よりも回転軸の径方向内側に立設し、軸受保持体を凹部と嵌合したとき、保持爪部の外側と凹部の内壁との間に間隙を有することを特徴とする。

また、本発明によれば、上記軸受保持体は、保持体固定部の凹部と嵌合した状態で、軸受を保持爪部の先端側から押圧して保持すると、保持爪部の先端における回転軸の径方向外側部分は、凹部の内壁に圧接することを特徴とする。

また、本発明によれば、上記保持爪部は、回転軸の軸線方向において底面部に近づくにつれて、回転軸の径方向内側に断面幅広に構成されていることを特徴とする。

また、本発明によれば、上記モータのケースは、一端が開口し回転子を収容する筒状のハウジングと、ハウジングと係合し、ハウジングの開口を封止するエンドベルとを有して構成され、保持体固定部は、ハウジング又はエンドベルにおいて、回転軸の軸線方向に凹部を形成してなることを特徴とする。

また、本発明は、上記軸受構造を有するモータであることを特徴とする。

また、本発明は、回転子の回転力を回転軸を介して外部へ伝達するモータにおいて、モータのケースに形成される深さ方向を回転軸の軸線方向とする一方が開口した中空筒状の凹部と嵌合して、回転軸を軸支する軸受を保持する軸受保持体であって、中空筒状の凹部の底面と略同形状の底面部と、底面部上において略円環周方向に略均等な間隔で回転軸の軸線方向に立設する複数の保持爪部とが可撓性を有する材質により一体に篭状を形成し、保持体固定部の凹部と嵌合しているとき、全体が凹部内に完全に収容されていることを特徴とする。

本発明によれば、軸受保持体は、凹部の底面と略同形状の底面部と底面部上において略円環周方向に略均等な間隔で軸線方向に立設する複数の保持爪部とが可撓性を有する材質により一体に篭状を形成し、この軸受保持体が凹部と嵌合しているとき、全体の軸線方向の長さが保持体固定部の凹部深さと略同一又は凹部深さより短く構成されているので、軸受及び軸受を保持する部品における蓄熱に起因する変形等の悪影響を回避するとともに、軸受保持体を収容するためのスペースを凹部以外にさらに確保する必要がなく、モータの小型化を容易に実現することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるモータの全体構成を示す一部断面図である。 本発明の実施の形態における軸受保持体を示す上面図である。 図２のＡ−Ａにおける断面図である。 本発明の実施の形態におけるモータのエンドベル側の断面拡大図であり、保持体固定部に軸受保持体を嵌合し、軸受を取り付ける前の状態を示す図である。 本発明の実施の形態におけるモータのエンドベル側の断面拡大図であり、保持体固定部に軸受保持体を嵌合し、さらに軸受を取り付けた後の状態を示す図である。 本発明の変形例において、６本の爪保持部を有する場合の軸受保持体を示す上面図である。 図６のＢ−Ｂにおける軸受保持体を示す断面図である。 本発明の変形例におけるモータのエンドベル側の断面拡大図であり、保持体固定部に軸受保持体を嵌合し、さらに軸受を取り付けた後の状態を示す図である。

＜構成＞
（１）モータの全体構成
図１は、本発明の実施の形態におけるモータの全体構成を示す一部断面図である。
図に示すように、モータは、
一方の端が開口した筒形状をなし、ケースを構成するハウジング１と、
上記ハウジング１の開口側に係合し当該開口を封止してハウジング１とともにモータのケースを構成するエンドベル２と、
ハウジング１の内部に収容され、巻線が巻回されて軸まわりに回転する回転子３と、
回転子３と一体に回転する軸であって、回転子３が生成する出力トルクを外部へ伝達する回転軸４と、
回転軸４をそれぞれハウジング１側及びエンドベル２側で回転可能に軸支する軸受５，６と、
軸受５，６をハウジング１側及びエンドベル２側に保持する軸受保持体７，８と、
ハウジング１、エンドベル２において凹部状に設けられ、上記軸受保持体７，８をそれぞれハウジング１、エンドベル２に嵌合して固定する保持体固定部９，１０と、
ハウジング１の筒状内周に固着され、モータの回転力を生み出す基となる磁界を作る永久磁石１１と、
モータに電力を供給するために設けられ、モータのケース外部に突出した端子である入力端子１２と、
上記回転子３に固着され、入力端子１２から供給される電流を回転子３に巻回される巻線にタイミングよく流すための接点である整流子１３と、
整流子１３に摺動接触して電流を回転子３の巻線に流すブラシ１４と、
適正な圧力でブラシ１４を整流子１３に摺動接触させるブラシアーム１５と、
を有して構成される。

本実施の形態では、上記軸受５，６は、中央に回転軸４を軸支する孔部が設けられた環状のいわゆる玉軸受（球軸受、転がり軸受）であるが、当該軸受５，６の種類及び形状はこれに限定されない。

上記保持体固定部９，１０は、上記回転軸４の軸線方向（以下、単に軸線方向という）を深さ方向とする一端が開口した中空筒状の凹部を形成する。当該凹部にそれぞれ上記軸受保持体７，８を嵌合して固定する。
本実施の形態における凹部は、上記回転軸４の径方向をそのまま径方向とする円が底面の略円柱状をなす。この他、当該凹部は、上記底面を多角形とする略多角柱状をなすように構成してもよい。

（２）軸受保持体８の構成
図２は、本発明の実施の形態における軸受保持体８を示す上面図（軸線方向から見た図）である。
また、図３は、その図２のＡ−Ａにおける断面図である。
以下、これらの図を用いて、本実施の形態における軸受保持体８の構成について説明する。

図に示すように、軸受保持体８は、
上記回転軸４と略同心円環状に構成される底面部８１と、
底面部８１上において上記回転軸４と略同心円周上に沿って周方向に略均等な間隔で、軸線方向に複数立設してなり、その先端は軸受６を係止可能に上記底面部８１の上記略円周の中心を向いて屈曲形成され、上記底面部８１とともに実質的に篭状を形成する保持爪部８２と、
上記底面部８１の篭状内側に上記回転軸４に対し略同心円状に設けられる凹状の底面凹部８３と、
上記底面凹部８３上に上記回転軸４に対し略対し同心円状に貫通する孔である孔部８４とを有して構成される。

軸線方向から見たときの上記底面部８１は、上記保持体固定部１０における中空筒状の凹部の底面と略同一形状をなしており、当該底面部８１の外周部分が、保持体固定部１０の凹部の内壁と当接することにより、軸受保持体８が保持体固定部１０と嵌合する。

また、図に示すように、軸受保持体８が保持爪部８２を５本有する場合には、上記回転軸４と略同心円上において、中心角７２°（＝３６０°÷５）間隔で保持爪部８２が設けられる。

上記底面部８１及び５本の保持爪部８２は、例えば熱可塑性樹脂材料（ポリアミド樹脂等）により一体に形成する。当該軸受保持体８の材料は、優れた耐熱性、耐摩耗性、可撓性を有していることが好ましい。
この底面部８１及び保持爪部８２により構成される篭状の軸受保持体８は、その篭内部において、上記軸受６を抱持する。

図３に示すように、５本の保持爪部８２の先端は径方向内側に突出しており、各保持爪部８２先端における径方向の間隔Ｆは、保持爪部８２の軸線方向中央における径方向の間隔Ｈと比べ径方向にやや幅狭に構成されている（Ｈ＞Ｆ）。
また、保持爪部８２は、保持爪部８２の軸線方向中央から底面部８１に近づくにつれて、径方向内側に断面幅広に構成されている（Ｈ＞Ｇ）。

また、図２に示すように、軸線方向から見たとき、各保持爪部８２は、底面部８１の外周よりもわずかに回転軸４の径方向（以下、単に径方向という）内側に立設している。
そして、底面部８１において当該保持爪部８２の立設部分は、軸線方向視、一部切欠している。このように一部切欠していることにより、各保持爪部８２が径方向外側に弾性変形しやすいようになっている。

なお、本実施の形態における底面部８１の形状は、中央に底面凹部８３及び孔部８４を有して略円環状をなすものであるが、保持体固定部１０に嵌合可能であれば、この形状に限定されない。
例えば、底面部８１は多角形板状等の形状を有していてもよい。
また、底面部８１中央には、底面凹部８３及び回転軸４が貫通可能に孔部８４が設けられているが、エンドベル側２において、回転軸４の先端が軸受６よりエンドベル２側に突出しない場合には、底面部８１中央に底面凹部８３及び孔部８４を設けなくてもよい。

（３）モータの軸受構造の構成
図４は、本発明の実施の形態におけるモータのエンドベル２側の断面拡大図であり、保持体固定部１０に軸受保持体８を嵌合し、軸受６を取り付ける前の状態を示す図である。
また、図５は、本発明の実施の形態におけるモータのエンドベル２側の断面拡大図であり、保持体固定部１０に軸受保持体８を嵌合し、さらに軸受６を取り付けた後の状態を示す図である。
これら図４，５を用いて、保持体固定部１０と嵌合した軸受保持体８が、軸受６を保持する構造、すなわちモータの軸受構造について説明する。

図に示すように、底面部８１の最大径Ｃ（上記保持爪部８２が立設していない部分の径）は、保持体固定部１０の内径Ｄと略同一又は内径Ｄよりわずかに大径に形成されている。
従って、図４に示すように、軸受保持体８を保持体固定部１０の凹部奥まで押入すると、底面部８１の最大径Ｃの部分の外側が中空筒状の凹部の側面内壁を圧接して、軸受保持体８を保持体固定部１０に嵌合し確実に固定することが可能となる。

また、底面部８１における保持爪部８２が立設している部分の径Ｅは、上記保持体固定部１０の内径Ｄよりも小径に形成されている。
従って、上記のように軸受保持体８を保持体固定部１０の凹部に押入したとき（軸受６は未押入）、保持爪部８２の径方向外側と、保持体固定部１０における中空筒状の凹部の側面内壁との間には若干のスペース（間隙）が存在する。

上記のように軸受保持体８を凹部に押入した後に、円環状の軸受６を保持爪部８２の先端側から押入する。
上記の通り、本実施の形態における軸受構造では、保持爪部８２と保持体固定部１０との間にスペースを有している。このため、可撓性を有する各保持爪部８２は、その押入された軸受６に押圧されて、当該スペースにおいてそれぞれ径方向外側に弾性変形し、各保持爪部８２の径方向の間隔Ｆが拡径する。

そのまま軸受６を底面部８１方向へ押入し続けると、図５に示すように、軸受６は、その外周面が５本の保持爪部８２の内周面上に実質的に形成される略球面内に抱持される。
このとき、上記径方向外側に弾性変形した各保持爪部８２は、それぞれ径方向内側に所定分復元する。このとき、各保持爪部８２の先端及び径方向内側の一部が、円環状の軸受６の径方向外側部分に上記復元力により圧接するので、軸受６全体を確実に抱持することが可能となる。

ここで、本実施の形態では、軸受保持体８の軸線方向の長さは、保持体固定部１０の凹部深さと略同一か、または当該凹部深さより短く形成される。
従って、上記のように、軸受保持体８を保持体固定部１０の凹部奥に当接するまで押入して嵌合したときには、上記軸受保持体８全体は当該保持体固定部１０の凹部内に完全に収容される。すなわち、各保持爪部８２は保持体固定部１０の凹部から突出しない。
このように、当該軸受保持体８全体を当該凹部内に収容することができるので、モータのケース内（ハウジング１及びエンドベル２内）において、軸受保持体８を収容するために保持体固定部１０以外にスペースを確保する必要がなく、モータ全体の小型化を実現することが可能となる。

また、図３，５に示すように、軸受保持体８における保持爪部８２の先端部分の径方向の間隔Ｆは、軸受６において当該保持爪部８２先端が当接する部分の径Ｇより小さく形成されている。
加えて、上述の通り、上記保持爪部８２は、軸線方向に底面部８１に近づくにつれて、径方向内側に断面幅広に（テーパ状に）構成されている。つまり、５つの保持爪部８３の径方向内側を結ぶことにより実質的に形成される円の径は、軸線方向において底面部８１に近づくにつれて小さくなっている。
このように構成されていることから、上記のように軸受６を篭状の軸受保持体８内に押入すると、その軸受６は、可撓性を備えた保持爪部８２の径方向内側への復元力により、各保持爪部８２の先端部分、及び底面部８１近傍の断面幅広の部分でしっかりと抱持される。

また、上記のように軸受保持体８に抱持された軸受６は、各保持爪部８２を当該篭内側から径方向外側へ押圧する。
この軸受６による篭内側からの押圧により、各保持爪部８２は、軸受６抱持前よりも径方向外側へ開いた状態で軸受６を抱持するとともに、その先端の外側の一部は、保持体固定部１０の凹部の内壁に圧接する。
このように、上述した底面部８１の一部に加えて、各保持爪部８２の先端外側が保持体固定部１０の凹部の内壁を押圧しながら当接するので、軸受保持体８を保持体固定部１０に確実に固定することが可能となる。

また、以上説明した実施の形態では、エンドベル２側におけるモータの軸受構造について説明したが、ハウジング１側においても同様の構成を有している。
すなわち、ハウジング１側の保持体固定部９に軸受保持体７を嵌合し、その嵌合した軸受保持体７が軸受５を保持するモータの軸受構造については、エンドベル２側におけるモータの軸受構造と同様の構成を有しているので、当該ハウジング１側の構成については、その説明を省略する。

＜変形例＞
以上説明した実施の形態では、軸受保持体８は５本の保持爪部８２を有している。
この保持爪部８２の本数については、特に限定されないが、略円環上において等間隔に立設することが好ましい。
図６は、６本の爪保持部８２を有する場合の軸受保持体８を示す上面図である。
また、図７は、その図６のＢ−Ｂにおける軸受保持体８を示す断面図である。
図に示す例では、回転軸４と略同心円環上において、中心角６０°（＝３６０°÷６）間隔で保持爪部８２が設けられている。

また、図６，７に示す例では、図２〜５と異なり、底面部８１中央に底面凹部及び孔部を有していないが、適宜これらを有して構成してもよい。

＜実施形態のまとめ＞
以上説明したように、本実施の形態によれば、軸受６を保持する軸受保持体８は、底面部８１と、この底面部８１上において円環上に所定間隔をもって軸線方向に立設する複数の保持爪部８２とが一体に形成されて篭状に構成され、当該軸受保持体８の軸線方向の長さは、保持体固定部１０における中空筒状の凹部の深さと略同一長さか又はこれより短く構成されている。
従って、軸受保持体８が上記凹部と嵌合したとき、当該凹部から軸受保持体８が突出せず、全体が収容されるので、軸受６及び軸受保持体８における蓄熱に起因する変形等の悪影響を回避するとともに、軸受保持体８を収容するためのスペースを凹部以外にさらに確保する必要がなく、モータの小型化を容易に実現することが可能となる。

また、保持爪部８２は、軸線方向視、底面部８１の外周よりも径方向内側に立設しているので、軸受６を軸受保持体８に押入するとき、保持爪部８２が径方向外側へ弾性変形する間隙を確保でき、軸受６を容易に押入することが可能となる。

また、軸受保持体８に軸受６を押入したとき、その押入した軸受６より保持爪部８２を径方向内側から外側へ押し出して、保持爪部８２が径方向外側へ弾性変形し、凹部の内壁に圧接するので、軸受保持体８を保持体固定部１０に確実に固定することが可能となる。

なお、上記の実施の形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明の実施の形態は、これ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において種々変形して実施することが可能となる。

１ ハウジング
２ エンドベル
３ 回転子
４ 回転軸
５，６ 軸受
７，８ 軸受保持体
９，１０ 保持体固定部
１１ 永久磁石
１２ 入力端子
１３ 整流子
１４ ブラシ
１５ ブラシアーム
８１ 底面部
８２ 保持爪部
８３ 底面凹部
８４ 孔部

Claims (8)

1. 回転子の回転力を回転軸を介して外部へ伝達するモータの軸受構造であって、
   前記回転軸を軸支する軸受と、
   前記軸受を保持し前記モータのケースに固定する軸受保持体と、
   深さ方向を前記回転軸の軸線方向とする一方が開口した中空筒状の凹部を前記モータのケースに形成し、該凹部において前記軸受保持体を嵌合する保持体固定部とを有し、
   前記軸受保持体は、前記中空筒状の凹部の底面と略同形状の底面部と、該底面部上において略円環周方向に略均等な間隔で前記回転軸の軸線方向に立設する複数の保持爪部と、が可撓性を有する材質により一体に篭状を形成し、全体の軸線方向の長さが前記保持体固定部の凹部深さと略同一又は該凹部深さより短く構成されていることを特徴とするモータの軸受構造。
2. 前記保持体固定部において、前記回転軸の軸線方向視、前記底面部は前記中空筒状の凹部の底面と実質的に略同一形状をなすことを特徴とする請求項１記載のモータの軸受構造。
3. 前記保持爪部は、前記回転軸の軸線方向視、前記底面部において、該底面部の外周よりも前記回転軸の径方向内側に立設し、
   前記軸受保持体を前記凹部と嵌合したとき、前記保持爪部の外側と前記凹部の内壁との間に間隙を有することを特徴とする請求項１又は２記載のモータの軸受構造。
4. 前記軸受保持体は、前記保持体固定部の凹部と嵌合した状態で、前記軸受を前記保持爪部の先端側から押圧して保持すると、前記保持爪部の先端における前記回転軸の径方向外側部分は、前記凹部の内壁に圧接することを特徴とする請求項３記載のモータの軸受構造。
5. 前記保持爪部は、前記回転軸の軸線方向において前記底面部に近づくにつれて、前記回転軸の径方向内側に断面幅広に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータの軸受構造。
6. 前記モータのケースは、一端が開口し前記回転子を収容する筒状のハウジングと、前記ハウジングと係合し、該ハウジングの開口を封止するエンドベルとを有して構成され、
   前記保持体固定部は、前記ハウジング又は前記エンドベルにおいて、前記回転軸の軸線方向に凹部を形成してなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータの軸受構造。
7. 前記請求項１から６のいずれか１項に記載の軸受構造を有することを特徴とするモータ。
8. 回転子の回転力を回転軸を介して外部へ伝達するモータにおいて、該モータのケースに形成される深さ方向を前記回転軸の軸線方向とする一方が開口した中空筒状の凹部と嵌合して、前記回転軸を軸支する軸受を保持する軸受保持体であって、
   前記中空筒状の凹部の底面と略同形状の底面部と、底面部上において略円環周方向に略均等な間隔で前記回転軸の軸線方向に立設する複数の保持爪部とが可撓性を有する材質により一体に篭状を形成し、
   前記保持体固定部の凹部と嵌合しているとき、全体が前記凹部内に完全に収容されていることを特徴とする軸受保持体。

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