JP2014156879A - フローティング軸受の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品精度に依存することなく振動・騒音を低減すると共に、ラジアル方向への荷重に対応することのできるフローティング軸受の支持構造、および振動低減方法を提供する。
【解決手段】フローティング軸受の支持構造１であって、軸受嵌合部２０の取付穴２１とすべり軸受１０の外周面１２との間に弾性を有する環状の弾性部材３０を介在させ、弾性部材３０の内周面３１には、すべり軸受１０の外周面１２に向けて突出する複数の突部３３を設け、すべり軸受１０の外周面１２には、弾性部材３０とすべり軸受１０を組み付けた状態で、突部３３の位置と対応して周方向で係合する溝部１３を設けた。また、フローティング軸受の振動低減方法であって、突部３３と溝部１３の形状や数または穴部３５の径のいずれか一方或いは両方を変えることによって、フローティング軸受の固有振動数を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータのシャフトを支持するためのフローティング軸受の支持構造、およびフローティング軸受の振動低減方法に関する。

モータにおいて、シャフトを支持するすべり軸受内周面に傷等が生じると、この軸受部分から振動或いは騒音が発生する。また、シャフトのずれ、傾きが生じることによっても、同様に振動や騒音が発生する。このような振動や騒音は、特に、車両の運転者の耳に近い位置にあるモータ（例えば、サンルーフ開閉用のモータやシート調整用モータなど）では、運転者にとって耳障りに聞こえてしまうことがある。

また、ウォームギヤを用いた装置の場合、モータハウジングの嵌合穴ところがり軸受の外周面との間に弾性体を設け、この弾性体の復元力によってウォームギヤのバックラッシュ量を吸収する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３１５６５３号公報

この軸受振動や騒音を回避・低減する方法としては、主にすべり軸受やシャフトの精度を上げることで対策しているが、各部品のコストが高くなってしまい、製品コスト低減の阻害要因になっている。また、部品の精度を上げたとしても、組み立てラインで組み付け中にシャフトのずれや傾きが生じてしまうこともある。

また、特許文献１に開示されている技術は、バックラッシュを吸収するためのものであり、振動・騒音についての課題は問題にされていない。仮に、振動・騒音が低減される構造であったとしても、弾性体がころがり軸受の外周面にゴム加硫によって接着されているので、ラジアル方向に作用する荷重に対して十分な強度が確保されるものなのかが懸念される。また、特許文献１の軸受構造では、装置全体で共振が生じた場合に対応ができない。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、部品精度に依存することなく振動・騒音を低減すると共に、ラジアル方向への荷重に対して強度を向上させることができるフローティング軸受の支持構造を提供することにある。また、軸受部分の固有振動数を調整することができるフローティング軸受の振動低減方法を提供することにある。

本発明に係るフローティング軸受の支持構造では、軸受嵌合部とすべり軸受との間に弾性を有する環状の弾性部材を介在させ、前記弾性部材の内周面には、前記すべり軸受の外周面に向けて突出する複数の突部を設け、前記すべり軸受の外周面には、前記弾性部材と前記すべり軸受を組み付けた状態で、前記突部の位置と対応して周方向で係合する溝部を設けた。

また、前記すべり軸受の外周面と前記弾性部材の内周面との間であって、前記突部と前記溝部とが係合する箇所以外の部分にクリアランスを設けてもよい。

さらに、前記突部には、前記すべり軸受が支持するシャフトの軸方向に延在する穴部を設けてもよい。

さらにまた、前記軸受嵌合部をモータハウジングとし、前記モータハウジングの取付穴に前記弾性部材を２色成形で一体に成形することもできる。

また、前記弾性部材の内周面に前記溝部を設け、前記すべり軸受の外周面に前記突部を設けるようにしてもよい。

他方、本発明に係るフローティング軸受の振動低減方法では、軸受嵌合部とすべり軸受との間に弾性を有する環状の弾性部材を介在させ、前記弾性部材の内周面には、前記すべり軸受の外周面に向けて突出する複数の突部を設け、前記すべり軸受の外周面には、前記弾性部材と前記すべり軸受を組み付けた状態で、前記突部の位置と対応して周方向で係合する溝部を設け、前記突部には、前記すべり軸受が支持するシャフトの軸方向に延在する穴部を形成したフローティング軸受の支持構造に用いられ、前記突部と前記溝部の形状や数または前記穴部の径や数のいずれか一つ或いは複数を変えることによって、前記フローティング軸受の固有振動数を調整する。

本発明に係るフローティング軸受の支持構造では、すべり軸受が弾性部材の複数の突部によって支持されているので、弾性部材を介在して軸受嵌合部の取付穴からすべり軸受を浮かせた状態で支持することができる。また、突部の弾性力および復元力によってシャフトのずれ等を吸収することで、部品精度に依存しないで振動・騒音を低減することができる。

また、複数の突部と溝部が周方向で係合しているので、すべり軸受がシャフトから受けるラジアル荷重によって回転方向に供回りしないようになる。そのため、ラジアル方向の荷重に対して強度を確保することができる。さらに、すべり軸受が供回りしないので、弾性部材が摩擦によって摩耗することがない。他方、突部および溝部を形成した簡単な構造であるため、弾性部材の成形金型を簡素な構造にすることができる。

他方、本発明に係るフローティング軸受の振動低減方法では、突部や溝部の形状や数、または穴部の径や数を変えることによって、支持剛性を調整することで、モータ全体或いはモータが組み付けられる装置全体の固有振動数を調整することができる。特に、機器の固有振動数を変えるためには、支持剛性を調整することが最も効果的な方法である。また、これらの形状等を変えることによって、振動伝搬経路を変えることもできる。そのため、モータ全体で共振が発生するような場合であっても、簡単に共振点をずらして対応することができる。

本発明の実施形態に係るフローティング軸受の支持構造を示す斜視図であって、（Ａ）は、全体斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の分解斜視図である。 図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ部の拡大図であって、（Ａ）は通常時の状態であり、（Ｂ）は、突部に荷重Ｆが作用したときの状態である。

以下、本発明の実施形態に係るフローティング軸受の支持構造１について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るフローティング軸受の支持構造を示す斜視図であって、（Ａ）は、全体斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の分解斜視図である。また、図２は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図３は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。さらに、図４は、図２のＣ部の拡大図であって、（Ａ）は通常時の状態であり、（Ｂ）は、突部に荷重Ｆが作用したときの状態である。
なお、以下の説明で使用する前後、上下、左右の方向は、正面側（図２の紙面手前側）から見たときの方向をいうものとする。また、シャフトの軸方向とは、図１（Ｂ）および図３で示す符号Ｘ方向をいう。

フローティング軸受の支持構造１は、図１〜図３に示すように、すべり軸受１０と、このすべり軸受１０の外側に位置する軸受嵌合部２０と、すべり軸受１０および軸受嵌合部２０との間に位置する弾性部材３０とで構成されている。

すべり軸受１０は、円筒形状に形成されており、その内周面１１でモータシャフト（図示せず）を回転可能に軸支するものである。また、すべり軸受１０の外周面１２には、図１（Ｂ）、図２に示すように、円周方向に約１２０度の間隔を空けて、３つの溝部１３が形成されている。この溝部１３の形状は、図２に示すように、断面において略円弧状に形成されている。また、溝部１３は、図１（Ｂ）および図３に示すように、モータシャフトの軸方向Ｘの全長に亘って延在している。

軸受嵌合部２０は、例えば、モータハウジングなどであり、図１〜図４では簡略して円筒形状に図示してある。この軸受嵌合部２０には、弾性部材３０が取り付けられる取付穴２１が形成されている。

弾性部材３０は、図１〜図３に示すように、円筒形状に形成されており、弾性を有する樹脂材料（例えば、熱可塑性エラストマ、天然ゴム、合成ゴム、熱硬化性樹脂系エラストマ（ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム）など）によって成形されている。この弾性部材３０の内周面３１には、図１（Ｂ）、図２〜図４に示すように、円周方向に約１２０度の間隔を空けて、３つの突部３３が形成されている。すなわち、この３つの突部３３は、弾性部材３０の内部にすべり軸受１０が取り付けられた状態で、上述した溝部１３の位置と対応するように形成されている。

突部３３の形状は、図２に示すように、断面において略円弧状に形成されている。この突部３３の円弧の径は、図４（Ａ）に示すように、溝部１３の円弧の径よりも小さい径になっている。また、突部３３は、図１（Ｂ）および図３に示すように、モータシャフトの軸方向Ｘの全長に亘って延在している。また、突部３３の部分には、図１（Ｂ）、図２〜図４に示すように、法線方向外側の位置に３つの穴部３５が形成されている。この穴部３５は、モータシャフトの軸方向Ｘの全長に亘って貫通する態様で延在している。

これらの突部３３および穴部３５は、弾性部材３０を金型で製作する場合、軸方向Ｘに沿って型を引き抜くことで成形される。このとき、突部３３および穴部３５を成形するためのピン等の一部の金型部分を交換可能に構成しておくことで、突部３３の形状や穴部３５の径寸法を任意に変更して製作できるようになる。

また、内周面３１の前後方向の両端部には、図３に示すように、内周面３１よりも径が小さな前側フランジ部３４Ａおよび後側フランジ部３４Ｂが形成されている。これらのフランジ部３４Ａ、３４Ｂは、弾性部材３０の内部にすべり軸受１０を組み込んだ状態で、すべり軸受１０の前後の側面と接してすべり軸受１０がスラスト方向の荷重によって内部から抜けないように機能する。なお、前側フランジ部３４Ａは、上述した金型で成形する際に金型から抜けないアンダーカット形状であるが、無理抜きによって成形している。

弾性部材３０の内部にすべり軸受１０を組み込んだ状態では、図４（Ａ）に示すように、弾性部材３０の突部３３が、すべり軸受１０の溝部１３に嵌り込んで係合する。より詳細には、溝部１３の径寸法よりも突部３３の径寸法が小さいために、突部３３の先端が溝部１３の底部と点で接触するようになる。また、この状態では、図４（Ａ）に示すように、すべり軸受１０の外周面１２と弾性部材３０の内周面３１との間であって、突部３３および溝部１３が係合する箇所以外の部分にクリアランス４０を設けている。すなわち、すべり軸受１０は、弾性部材３０の３つの突部３３によってのみ支持され、他の部分では非接触の状態になるようにしている。

一方、弾性部材３０は、その外周面３２を軸受嵌合部２０の取付穴２１に隙間なく嵌合することによって取り付けられる。また、弾性部材３０を軸受嵌合部２０と共に２色成形によって一体に成形することもできる。特に、軸受嵌合部２０をモータハウジングとして構成することもでき、２色成形で一体に成形することで、弾性部材３０をモータハウジングに取り付ける作業がなくなり、組み立て作業を軽減することができる。

次に、本発明の実施の形態に係るフローティング軸受の支持構造の作用について、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を用いて説明する。
すべり軸受１０は、弾性部材３０の突部３３に溝部１３を合わせ、軸方向Ｘに押し込むことによって取り付けられる。このとき、突部３３と溝部１３は、すべり軸受１０を軸方向Ｘに押し込むときのガイド機能も果たすようになる。

モータシャフトが回転していない状態、或いは、モータシャフトが軸ずれしないで回転している状態では、図４（Ａ）に示すように、すべり軸受１０は、３つの突部３３によってのみ支持される、いわゆるフローティング構造になる。また、モータシャフトが回転してすべり軸受１０にラジアル方向に荷重が作用した場合には、突部３３と溝部１３との係合によってすべり軸受１０が固定され、回転しないようになる。

一方、組み立て作業で芯ずれが生じている場合、或いは、シャフト回転中に軸ずれが生じた場合等には、図４（Ｂ）に示すように、すべり軸受１０の法線方向外側に向けて荷重Ｆが生じることになる。このとき、突部３３は、軸ずれが生じた方向に弾性によって変形し、このずれを吸収するように機能する。また、荷重Ｆが大きくてクリアランス４０が完全になくなる（密着する）状態まで変形した場合には、弾性部材３０の全体で変形しながら軸ずれを吸収するようになる。

このとき、穴部３５は、突部３３周辺の弾性力を補助するように機能する。すなわち、穴部３５が変形することによって弾性部材３０全体が荷重Ｆ方向へ変形し易くなる。このように、モータシャフトが軸ずれを起こしたとしても、弾性部材３０が変形して軸ずれを自動調芯することで、振動・騒音を低減するようになる。

次に、フローティング軸受の振動低減方法について説明する。
弾性部材３０の変形量は、穴部３５の径寸法、形状、数や、すべり軸受１０との接触面積を変化させることによってチューニングすることが可能である。これの要素を適宜チューニングすることで、モータ構造による固有の振動に対応することができる。

特に、突部３３や溝部１３の形状や、穴部３５の径寸法を変更することで、この突部３３周辺の弾性を変化させて、モータの固有振動数をずらすことができる。このような寸法・形状の変更は、上述した成形金型の一部を交換可能に構成しておくことで、任意に行うことができる。さらには、すべり軸受１０と弾性部材３０との接触面積を変化させることによって、振動伝搬経路を変化させることもできる。

本発明の実施の形態に係るフローティング軸受の支持構造によれば、軸受嵌合部２０の取付穴２１とすべり軸受１０の外周面１２との間に弾性を有する環状の弾性部材３０を介在させ、弾性部材３０の内周面３１には、すべり軸受１０の外周面１２に向けて突出し、周方向に間隔を空けて複数の突部３３を設け、すべり軸受１０の外周面１２には、弾性部材３０とすべり軸受１０を組み付けた状態で、突部３３の位置と対応して周方向で係合する溝部１３を設けているので、弾性部材３０を介在して軸受嵌合部２０の取付穴２１からすべり軸受１０を浮かせた状態で支持することができる。また、突部３３の弾性力および復元力によってシャフトのずれ等を吸収することで、部品精度に依存しないで振動・騒音を低減することができる。

また、複数の突部３３と溝部１３が周方向で係合しているので、すべり軸受１０がシャフトから受けるラジアル荷重によって回転方向に供回りしないようになる。そのため、ラジアル方向の荷重に対して強度を確保することができる。さらに、すべり軸受１０が供回りしないので、弾性部材３０が摩擦によって摩耗することがない。他方、突部３３および溝部１３を形成した簡単な構造であるため、弾性部材３０の成形金型を簡素な構造にすることができる。

また、すべり軸受１０の外周面１２と弾性部材３０の内周面３１との間であって、突部３３と溝部１３とが係合する箇所以外の部分にクリアランス４０を設けているので、すべり軸受１０が突部３３によってのみ支持される、いわゆるフローティング構造にすることができる。

さらに、突部３３には、すべり軸受１０が支持するシャフトの軸方向に延在する穴部３５を形成しているので、穴部３５が変形することで、弾性部材３０全体が荷重Ｆ方向へ変形し易くなる。そのため、軸ずれ等を吸収し易くなる。さらには、この穴部３５の径寸法や形状を変更することで、軸受部の固有振動数を容易にずらすことができる。

また、モータハウジングに取付穴２１を形成し、モータハウジングと弾性部材３０とを２色成形で一体に成形しているので、弾性部材３０をモータハウジングに取り付ける作業がなくなり、組み立て作業を軽減することができる。特に、従来では、シャフトと軸受の組み付け精度を出すために多くの調整時間が必要であったが、本発明のようにフローティング構造で支持することで、必要以上に芯出し作業を精度良く行う必要がなくなるので、組み立て作業が軽減される。

一方、本発明の実施の形態に係るフローティング軸受の振動低減方法では、軸受嵌合部２０の取付穴２１とすべり軸受１０の外周面１２との間に弾性を有する環状の弾性部材３０を介在させ、弾性部材３０の内周面３１には、すべり軸受１０の外周面１２に向けて突出し、周方向に間隔を空けて複数の突部３３を設け、すべり軸受１０の外周面１２には、弾性部材３０とすべり軸受１０を組み付けた状態で、突部３３の位置と対応して周方向で係合する溝部１３を設け、突部３３には、すべり軸受１０が支持するシャフトの軸方向に延在する穴部３５を形成したフローティング軸受の支持構造１に用いられ、突部３３と溝部１３の形状や数または穴部３５の径や数のいずれか一つ或いは複数を変えることによって、フローティング軸受の固有振動数を調整しているので、モータ全体或いはモータが組み付けられる装置全体の固有振動数を調整することができる。また、これらの形状を変えることで、振動伝搬経路を変えることもできる。そのため、モータ全体で共振が発生するような場合であっても、簡単に共振点をずらして対応することができる。

また、このような突部３３、穴部３５の形状変更は、成形金型のピン等の一部の金型部分を交換することによって、容易に行うことができる。また、これらの金型の一部分を交換可能にすることも、金型の製作において容易に行うことができる。そのため、最も容易な方法で、これらの形状を変更し、固有振動数を調整することができる。

以上、本発明の実施の形態に係るフローティング軸受の支持構造１について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、対応する突部３３および溝部１３を周方向に等間隔に３つ構成しているが、３つに限定するものではない。すなわち、安定的にシャフトの回転を支持できるものであれば、４つ以上であっても構わない。同様に、穴部３５についても、３つ以上であっても構わない。

また、本実施の形態では、突部３３および溝部１３の形状を略円弧状にしているが、これに限られない。例えば、突起を三角形状に形成し、溝部をそれに対応する三角形状のノッチにしても構わない。そのた、楕円形状、台形形状などでもよい。すなわち、突部３３ですべり軸受１０をフローティングし、かつ、周方向で係止されているものであればよい。

さらに、穴部３５の形状も、円形に限られず、楕円形、角形などでもよい。この場合、金型で成形する際に、金型から抜き易い形状であれば本発明に適用することができる。

また、弾性部材３０側に溝部を設け、すべり軸受１０側の対応する位置に突部を設ける構造で構成することもできる。

１ フローティング軸受の支持構造
１０ すべり軸受
１１ 内周面
１２ 外周面
１３ 溝部
２０ 軸受嵌合部
２１ 取付穴
３０ 弾性部材
３１ 内周面
３２ 外周面
３３ 突部
３４Ａ、３４Ｂ フランジ
３５ 穴部
４０ クリアランス
Ｆ 荷重
Ｘ 軸方向

Claims (6)

1. 軸受嵌合部とすべり軸受との間に弾性を有する環状の弾性部材を介在させ、前記弾性部材の内周面には、前記すべり軸受の外周面に向けて突出する複数の突部を設け、前記すべり軸受の外周面には、前記弾性部材と前記すべり軸受を組み付けた状態で、前記突部の位置と対応して周方向で係合する溝部を設けたことを特徴とするフローティング軸受の支持構造。
2. 前記すべり軸受の外周面と前記弾性部材の内周面との間であって、前記突部と前記溝部とが係合する箇所以外の部分にクリアランスを設けたことを特徴とする請求項１に記載のフローティング軸受の支持構造。
3. 前記突部には、前記すべり軸受が支持するシャフトの軸方向に延在する穴部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフローティング軸受の支持構造。
4. 前記軸受嵌合部をモータハウジングとし、前記モータハウジングの取付穴に前記弾性部材を２色成形で一体に成形したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のフローティング軸受の支持構造。
5. 前記弾性部材の内周面に前記溝部を設け、前記すべり軸受の外周面に前記突部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のフローティング軸受の支持構造。
6. 軸受嵌合部とすべり軸受との間に弾性を有する環状の弾性部材を介在させ、前記弾性部材の内周面には、前記すべり軸受の外周面に向けて突出する複数の突部を設け、前記すべり軸受の外周面には、前記弾性部材と前記すべり軸受を組み付けた状態で、前記突部の位置と対応して周方向で係合する溝部を設け、前記突部には、前記すべり軸受が支持するシャフトの軸方向に延在する穴部を形成したフローティング軸受の支持構造に用いられ、前記突部と前記溝部の形状や数または前記穴部の径や数のいずれか一つ或いは複数を変えることによって、前記フローティング軸受の固有振動数を調整することを特徴とするフローティング軸受の振動低減方法。

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