JP2014033542A - 回転子のバランス調整構造を有する電動機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子のバランスを簡易な方法で調整できる電動機及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電動機は、回転子のバランスを調整するための挿入部材を回転子に形成された挿入孔内に備えている。挿入部材は円筒形の本体の周方向の一部が欠けていてそれらの間に間隙が形成されている。挿入部材は、間隙の両側縁から半径方向内側に向かって突出する一対の内方突出部をさらに有している。間隙の寸法は、挿入部材の外径が挿入孔の直径よりも小さくなるように挿入部材が弾性変形するときに、間隙が閉塞されない範囲に定められる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機及びその製造方法に関する。

回転子を回転させる電動機においては、回転子に高精度のバランスが要求される。例えば、回転子の重心が回転軸線からずれていると、回転子が回転する際に振動が発生して、電動機の動作が不安定になる。特許文献１には、回転子のバランスを調整する方法が提案されている。

特許第３６２１９２９号明細書

回転子のバランスを簡易な方法で調整できる電動機及びその製造方法が求められている。

本願の１番目の発明によれば、回転子の少なくとも一方の端面から他方の端面に向かって回転子の中心軸線に対して平行に延在する挿入孔内に位置決めされていて円筒形の本体を有する挿入部材を備える、電動機であって、前記挿入部材の前記本体は、周方向の一部が欠けていて前記中心軸線に対して平行に延在する間隙を形成しており、前記挿入部材の前記本体は、前記間隙の両側縁から半径方向内側に向かって突出する一対の内方突出部をさらに有する、電動機が提供される。

本願の２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記挿入部材の前記本体の外径は前記挿入孔の直径よりも大きく寸法決めされており、前記挿入部材は、前記本体の外径が前記挿入孔の直径よりも小さくなるように弾性変形可能であり、前記挿入部材の前記本体によって形成される前記間隙の寸法は、前記本体の外径が前記挿入孔の直径よりも小さくなるように前記挿入部材が弾性変形するときに、前記間隙が閉塞されないように定められる、電動機が提供される。

本願の３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明において、前記挿入部材の前記本体が部分的に平坦面を有する、電動機が提供される。

本願の４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明に係る電動機を製造する製造方法であって、前記挿入部材の前記一対の内方突出部を受容可能な溝が形成されていて前記挿入部材の前記本体の内径よりも小さい外径を有する冶具を使用して、前記挿入部材を前記挿入孔に挿入することを含み、前記冶具の前記溝は、前記挿入部材を弾性変形させて前記挿入部材の前記本体の外径が前記挿入孔の直径よりも小さくなるように、前記一対の内方突出部を受容する、製造方法が提供される。

本願の５番目の発明によれば、３番目の発明に係る電動機を製造する４番目の発明に係る製造方法において、前記挿入部材の前記本体に形成された前記平坦面によって、前記挿入部材及び前記冶具を周方向に位置合せすることを含む、製造方法が提供される。

１番目の発明において、挿入部材には、半径方向内側に突出する一対の内方突出部が形成されている。一対の内方突出部を互いに接近させるように挿入部材を弾性変形させれば、小さい力で挿入部材の外径を小さくすることができる。このように挿入部材を挿入孔に容易に挿入できるようになっている。挿入部材の挿入工程が効率よく実行されるので、作業効率が向上し、安価な電動機を提供できるようになる。

２番目の発明において、挿入部材が弾性変形することによって初めて挿入孔に挿入可能になる。そして、挿入部材が挿入孔の所定位置に配置された状態では、挿入部材を拡径しようとする弾性復元力によって挿入部材がその位置に保持されるようになる。また、挿入部材の本体によって形成される間隙は、挿入部材が挿入孔内に挿入可能になるまで挿入部材を十分に弾性変形できるように寸法決めされる。したがって、信頼性の高い電動機が提供される。

３番目の発明において、挿入部材の本体が平坦面を有しているので、挿入部材の周方向の位置を容易に検出できるようになり、作業効率が向上する。したがって、安価な電動機を提供できるようになる。

４番目の発明において、挿入部材を縮径させるために冶具が利用される。冶具に形成された溝は、内方突出部を受容した状態において、挿入部材が挿入孔内に挿入され得る寸法になるように定められる。それにより、挿入部材を冶具に装着することによって、挿入部材を容易に弾性変形させられる。したがって、挿入部材の挿入孔への挿入工程を効率よく実行できるようになる。

５番目の発明において、挿入部材の本体に形成された平坦面を利用して挿入部材及び冶具の位置合わせを行う。したがって、挿入部材を冶具に取付ける取付工程が効率よく実行されるようになる。

第１の実施形態に係る電動機の回転子に使用されるスプリングピンを示す斜視図である。 図１のスプリングピンを示す端面図である。 図１のスプリングピンを回転子に取付ける際に使用される冶具を示す斜視図である。 図１のスプリングピンを図３の冶具に装着した状態で示す斜視図である。 図４の線Ｖ−Ｖに沿って見た断面図である。 冶具を回転子の挿入孔に挿入した状態を示す概略斜視図である。 スプリングピンを冶具とともに回転子の挿入孔に挿入した状態を示す概略断面図である。 スプリングピンを挿入孔内に取付けた状態を示す概略断面図である。 第２の実施形態に係る電動機の回転子に使用されるスプリングピンを示す斜視図である。 電動機の回転子を示す概略斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の各構成要素は、本発明の理解を助けるためにその縮尺が実用的な縮尺から変更されている場合があることに留意されたい。

先ず、図１０を参照して本実施形態に係る発明を適用可能な電動機の回転子の例について説明する。図１０は、電動機の回転子５０を示す概略斜視図である。回転子５０は、概ね円筒状の形状を有する鉄心５２と、鉄心５２の中空部分を通って延在する回転軸５４と、を備えている。回転子５０は、一点鎖線によって表される中心軸線Ｏの回りに回転する。

回転子５０の端面５０ａには、反対側の端面５０ｂに向かって延在する挿入孔５６が形成されている。挿入孔５６は回転子５０の中心軸線Ｏに対して概ね平行に形成される。挿入孔５６は、例えば回転子５０の長手方向、すなわち中心軸線Ｏに対して平行な方向に回転子５０を貫通するように形成される。しかしながら、他の実施形態において、回転子５０に形成される挿入孔５６は、貫通孔ではなく有底の窪みであってもよい。例えば、回転子５０の一方の端面５０ａのみに窪みが形成されていてもよいし、両方の端面５０ａ，５０ｂに窪みがそれぞれ形成されてもよい。図示された実施形態においては、周方向に概ね等間隔に８つの挿入孔５６（１つの挿入孔は回転軸５４の後方に位置していて図面には表わされない）が形成されているものの、挿入孔５６の配置及び個数は、必要に応じて任意に変更され得る。

挿入孔５６内には、後述する挿入部材が挿入され、所定位置に取付けられる。挿入部材は、必要な位置に必要な個数だけ取付けられ、回転子５０のバランスを調整する重りとして作用する。したがって、回転子５０に形成された挿入孔５６のすべてに挿入部材が取付けられてもよいし、又は一部の挿入孔５６のみに取付けられてもよい。また、１つ又は２つ以上の挿入孔に複数の挿入部材が取付けられてもよい。

次に、回転子５０のバランスを調整するために使用される挿入部材の例として、スプリングピンを説明する。図１は、第１の実施形態に係る電動機の回転子に使用されるスプリングピン１０を示す斜視図である。図２は、図１のスプリングピン１０を示す端面図である。スプリングピン１０は、周方向の一部が欠けた略円筒形を有する本体１２を有している。より具体的には、スプリングピン１０の本体１２は、図示されるように断面Ｃ字の形状を概ね有していて、第１の周端１２ａと、第１の周端１２ａから間隙１４を空けて対向する第２の周端１２ｂと、これら第１の周端１２ａ及び第２の周端１２ｂの間にわたって連続して延在していて本体１２の周壁を形成する円弧部１２ｃと、から形成される。

スプリングピン１０の本体１２は、図１に示されるように、第１の周端１２ａ及び第２の周端１２ｂから半径方向内側に向かってそれぞれ突出する第１の内方突出部１６ａと、第２の内方突出部１６ｂと、をさらに有している。第１の周端１２ａと第２の周端１２ｂとの間に形成される間隙１４は、第１の内方突出部１６ａと第２の内方突出部１６ｂとの間を通って連続して形成される。間隙１４は、本体１２の中心軸線Ｏ’に沿ってスプリングピン１０の本体１２の全長にわたって形成されている。すなわち、間隙１４の一方の側縁は、第１の周端１２ａ及び第１の内方突出部１６ａによって形成され、他方の側縁は、第２の周端１２ｂ及び第２の内方突出部１６ｂによって形成されている。図示される実施形態において、間隙１４は、第１の周端１２ａと第２の周端１２ｂとの間及び第１の内方突出部１６ａと第２の内方突出部１６ｂとの間にわたって、概ね同一の寸法Ｇ１を有している。別の実施形態においては、間隙の長さが第１の内方突出部及び第２の内方突出部の末端に向かって徐々に大きくなるように、内方突出部が互いに傾斜するように形成されていてもよい。

スプリングピン１０の外径、すなわち本体１２の外径の寸法Ｄ１は、スプリングピン１０に何ら外力が作用していない状態では、前述した回転子５０の挿入孔５６の直径よりも僅かに大きくなるように寸法決めされている。しかしながら、スプリングピン１０の本体１２には間隙１４が形成されていて、比較的小さい力で本体１２が変形できるようになっている。具体的には、スプリングピン１０の第１の内方突出部１６ａ及び第２の内方突出部１６ｂを互いに接近させるように、すなわち間隙１４を閉塞する方向にスプリングピン１０を弾性変形させれば、その結果として本体１２の外径が縮小され、挿入孔５６の直径よりも小さく変形できるようになっている。

このように本実施形態に係るスプリングピン１０は、第１の内方突出部１６ａ及び第２の内方突出部１６ｂを互いに接近させるように外力を付与することによって、挿入孔５６に容易に挿入できる寸法に変形可能である。しかしながら、第１の周端１２ａと第２の周端１２ｂとの間の間隙１４が完全に閉塞されてしまうと、スプリングピン１０をそれ以上縮径方向に変形させるのが実質的に不可能になる。一般的には、間隙１４の寸法が大きいほど、スプリングピン１０の外径を縮小できる範囲は大きくなる。その一方で、間隙１４の寸法が大きすぎると、スプリングピン１０を変形させるのにより大きい力が必要になったり、スプリングピン１０の構造的強度が低下する場合がある。したがって、間隙１４の寸法は、スプリングピン１０の材料、挿入孔５６の寸法等の要因に応じて定められる。本実施形態との関係においては、間隙１４が完全に閉塞されない範囲において、スプリングピン１０の外径を挿入孔５６の直径よりも小さく変形できるように定められる。当業者は、スプリングピン１０の各部位の具体的寸法について、過度の試行錯誤の負担を伴うことなく所与の仕様条件に従って決定できるであろう。

スプリングピン１０の材料は特に限定されない。任意の金属材料、例えばステンレス鋼、又はエラストマ材料、プラスチック材料その他の本明細書において述べる本発明の作用効果を奏するのに適切な弾性及び構造的強度を有する材料が使用され得る。

図３は、図１のスプリングピン１０を回転子５０に取付ける際に使用される冶具３０を示す斜視図である。冶具３０は、スプリングピン１０を回転子５０の挿入孔５６に挿入し、所定の位置に取付ける取付工程を補助するために使用される。冶具３０は、円柱形を概ね有していて長尺の本体３２と、本体３２の一方の端面３２ａから長手方向に沿って本体３２の外周面３２ｂに形成された溝部３４と、を有している。

冶具３０の外周面３２ｂに形成される溝部３４は、概ね一定の幅を有していて溝部３４の大部分を占める平行部３４ａと、端面３２ａの近傍に位置していて平行部３４ａよりも大きい幅を有する幅広部３４ｂと、を有している。図示された実施形態において、溝部３４は、一方の端面３２ａから他方の端面３２ｃに向かって冶具３０の途中まで形成されているものの、端面３２ａから端面３２ｃにわたって冶具３０の全長に溝部３４が形成されていてもよい。また、その場合、幅広部３４ｂは反対側の他方の端面３２ｃにも形成されてもよい。冶具３０は、少なくともスプリングピン１０よりも変形し難い比較的剛性が高い材料、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス鋼、樹脂等から形成される。

冶具３０の溝部３４は、スプリングピン１０が冶具３０に取付けられた状態において、スプリングピン１０の第１の内方突出部１６ａ及び第２の内方突出部１６ｂを受容する。図４は、図１のスプリングピン１０を図３の冶具３０に装着した状態で示す斜視図である。図５は、図４の線Ｖ−Ｖに沿って見た断面図である。図５を参照すると、第１の内方突出部１６ａ及び第２の内方突出部１６ｂが溝部３４の平行部３４ａの各側縁に当接しているのが分かる。

図５に示される状態において、第１の内方突出部１６ａと第２の内方突出部１６ｂとの間の間隙１４の寸法Ｇ２は、外力が付与されていない状態の間隙１４の寸法Ｇ１（図２参照）よりも小さくなっている。すなわち、スプリングピン１０は、溝部３４の平行部３４ａの幅の寸法に適合するように変形した状態で溝部３４に係合されている。それにより、第１の内方突出部１６ａ及び第２の内方突出部１６ｂが互いに接近するようになっている。溝部３４の平行部３４ａの幅の寸法は、図４及び図５のようにスプリングピン１０が溝部３４に係合された状態で、スプリングピン１０の外径が前述した回転子５０の挿入孔５６の直径よりも小さくなるように定められる。

スプリングピン１０は、冶具３０の端面３２ａに形成される幅広部３４ｂを通って溝部３４に導入される。幅広部３４ｂは、端面３２ａから平行部３４ａに向かって幅が漸次小さくなるように側縁が平面視にて傾斜している。端面３２ａにおける溝部３４の幅広部３４ｂの寸法は、外力が付与されていない状態のスプリングピン１０を受容できるように定められるのが好ましい。それにより、溝部３４の入口、すなわち幅広部３４ｂにおいて、スプリングピン１０は容易に溝部３４内に進入できる。そして、スプリングピン１０は、幅広部３４ｂを通過しながら、徐々に間隔が狭くなる幅広部３４ｂの側壁によって、間隙１４を狭くする方向に弾性変形する。このような構成によれば、スプリングピン１０を溝部３４に導入する工程が円滑に行われるとともに、スプリングピン１０を押し込む力が比較的小さくてもよいので、スプリングピン１０及び冶具３０の破損を防止できる。

図６は、冶具３０を回転子５０の挿入孔５６に挿入した状態を示す概略斜視図である。図４及び図５に関連して前述したように、スプリングピン１０を冶具３０の溝部３４に対して係合させた状態で、冶具３０を挿入孔５６に挿入する。図７は、スプリングピン１０を冶具３０とともに回転子５０の挿入孔５６に挿入した状態を示す概略断面図である。スプリングピン１０は、冶具に装着された状態では挿入孔５６の直径よりも小さい外径Ｄ２を有するので、スプリングピン１０を挿入孔５６内に通して所定位置まで容易に移動させられる。

そして、図７の状態から、スプリングピン１０を挿入孔５６内において保持しながら、スプリングピン１０を冶具３０との係合状態から解放し、冶具３０を挿入孔５６から引出す。そうすると、スプリングピン１０は、弾性復元力によって外径Ｄ２から挿入孔５６の内面の直径に概ね等しい直径Ｄ３まで拡経する。図８は、スプリングピン１０を挿入孔５６内に取付けた状態を示す概略断面図である。図８に示される状態において、スプリングピン１０は、外力が加えられていない状態の外径Ｄ１よりも小さい外径Ｄ３を有しているので、スプリングピン１０を拡径しようとする弾性復元力が挿入孔５６の内壁に対して半径方向外側に作用する。スプリングピン１０は、この挿入孔５６の内壁に対する力によって所定の取付位置に保持される。

本実施形態において、スプリングピン１０は、回転子５０の挿入孔５６内に容易に挿入され、回転子５０のバランス調整に資する位置に取付けられる。例えば、第１の内方突出部１６ａ及び第２の内方突出部１６ｂを有しない従来の挿入部材をそのままの状態で挿入孔５６内に押し込むのには大きい力が要求される。その結果、挿入部材が変形して破損したり、挿入孔５６が破損したりする場合が考えられる。これに対し、本実施形態に係るスプリングピン１０は、間隙１４を形成する一対の内方突出部１６ａ，１６ｂを設けることによって、回転子５０の挿入孔５６内に容易に挿入され得るように小さい力で弾性変形させられる。したがって、スプリングピン１０の挿入孔５６への挿入工程及び取付工程を効率的に実行でき、結果として電動機を安価に製造できるようになる。一方、スプリングピン１０の本体１２によって形成される間隙１４の寸法は、スプリングピン１０が挿入孔５６に挿入され得る範囲まで十分に弾性変形できるように適切に定められる。そして、スプリングピン１０は、それ自体の弾性復元力によって挿入孔５６内に保持される。したがって、信頼性の高い電動機を提供できるようになる。

また、本実施形態によれば、回転子のバランス調整を目的として、穴を回転子に形成することに付随する追加の工程が不要である。本実施形態においては、鉄心５２をプレス成形する時点で回転子５０の挿入孔５６を一緒に形成することができる。したがって、回転子のバランスを測定した後に穴を回転子に形成する従来技術に比べて工程数が削減されるとともに、切削加工の際に生じる切りくずが回転子に付着する虞もないので、有利である。また、回転子の側面に樹脂を接着することによってバランスを調整する従来技術に比べて、樹脂を付与する工程及び樹脂を硬化させる工程が省略されるので、電動機を短時間で効率よく製造できる。さらに、回転子に形成されたねじ穴に雄ねじを螺合させることによってバランスを調整する従来技術に比べても、ねじ穴を形成するための工程が不要なので有利である。

続いて、前述した実施形態とは異なる本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明において、既に述べた内容と重複する事項については説明を適宜省略する。また、同一又は対応する構成要素には同一の参照符号が使用される。

図９は、電動機の回転子５０に使用される第２の実施形態に係るスプリングピン６０を示す斜視図である。本実施形態に係るスプリングピン６０は、図１及び図２に示される第１の実施形態に係るスプリングピン１０に類似する形態を有している。すなわち、スプリングピン６０は、スプリングピン１０は、周方向の一部が欠けた略円筒形を有する本体６２を有している。また、スプリングピン６０は、本体６２から半径方向内側に向かって突出する一対の内方突出部１６ａ，１６ｂを有している。スプリングピン６０においても、第１の実施形態に関連して説明したように、内方突出部１６ａ，１６ｂが互いに接近するようにスプリングピン６０を弾性変形させた状態で、スプリングピン６０が回転子５０の挿入孔５６に挿入される。かかる構成の詳細を含め、第１の実施形態に関連して説明したものと同様の構成については詳細な説明を省略する。

第１の実施形態のスプリングピン１０は、本体１２の第１の周端１２ａ及び第２の周端１２ｂの表面は、円弧部１２ｃに連続するように湾曲していた。しかしながら、本実施形態のスプリングピン６０においては、第１の周端６２ａ及び第２の周端６２ｂの表面に平坦部６４が形成されている。平坦部６４は、スプリングピン６０を前述した冶具３０に装着する際にスプリングピン６０及び冶具３０を周方向に位置合せする際に利用される。すなわち、スプリングピン６０の平坦部６４を検出することによって、内方突出部１６ａ，１６ｂの周方向における位置を容易に特定できる。こうすることによって、スプリングピン６０を冶具３０に取付ける取付工程が円滑になり、作業効率が向上する。

以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、本明細書において明示的又は暗示的に開示される実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０ スプリングピン（挿入部材）
１２ 本体
１４ 間隙
１６ａ，１６ｂ 内方突出部
３０ 冶具
３４ 溝部（溝）
５０ 回転子
５６ 挿入孔
６０ スプリングピン（挿入部材）
６２ 本体
６４ 平坦部（平坦面）

Claims (5)

1. 回転子の少なくとも一方の端面から他方の端面に向かって回転子の中心軸線に対して平行に延在する挿入孔内に位置決めされていて円筒形の本体を有する挿入部材を備える、電動機であって、
   前記挿入部材の前記本体は、周方向の一部が欠けていて前記中心軸線に対して平行に延在する間隙を形成しており、
   前記挿入部材の前記本体は、前記間隙の両側縁から半径方向内側に向かって突出する一対の内方突出部をさらに有する、電動機。
2. 前記挿入部材の前記本体の外径は前記挿入孔の直径よりも大きく寸法決めされており、前記挿入部材は、前記本体の外径が前記挿入孔の直径よりも小さくなるように弾性変形可能であり、
   前記挿入部材の前記本体によって形成される前記間隙の寸法は、前記本体の外径が前記挿入孔の直径よりも小さくなるように前記挿入部材が弾性変形するときに、前記間隙が閉塞されないように定められる、請求項１に記載の電動機。
3. 前記挿入部材の前記本体が部分的に平坦面を有する、請求項１又は２に記載の電動機。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機を製造する製造方法であって、
   前記挿入部材の前記一対の内方突出部を受容可能な溝が形成されていて前記挿入部材の前記本体の内径よりも小さい外径を有する冶具を使用して、前記挿入部材を前記挿入孔に挿入することを含み、
   前記冶具の前記溝は、前記挿入部材を弾性変形させて前記挿入部材の前記本体の外径が前記挿入孔の直径よりも小さくなるように、前記一対の内方突出部を受容する、製造方法。
5. 請求項３に記載の電動機を製造する請求項４に記載の製造方法であって、
   前記挿入部材の前記本体に形成された前記平坦面によって、前記挿入部材及び前記冶具を周方向に位置合せすることを含む、請求項４に記載の製造方法。

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