JP2017190825A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】外輪の連れ回りを簡単な構成で抑制したモータを提供する。
【解決手段】本発明のモータ１は、シャフト１１と、シャフト１１の一端側の外周面側に位置する第１内輪１３ａ及び第１内輪１３ａの外側に位置する第１外輪１３ｂを有する第１転がり軸受１３と、シャフト１１の他端側の外周面側に位置する第２内輪１４ａ及び第２内輪１４ａの外側に位置する第２外輪１４ｂを有する第２転がり軸受１４と、第１転がり軸受１３及び第２転がり軸受１４を収容するケーシング３０と、第１転がり軸受１３の一端側に配置され、第１転がり軸受１３及び第２転がり軸受１４に予圧を付与する弾性部材４０と、を含み、第１転がり軸受１３は、第１外輪１３ｂがケーシング３０に隙間嵌めされており、弾性部材４０は、第１外輪１３ｂを他端側に付勢する付勢力を発生する本体部４１と、第１外輪１３ｂを挟持する挟持部４２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はモータに関する。

特許文献１には、回転軸に設けられた軸受に予圧ばねで予圧を付与するようにしたモータが開示されている（特許文献１参照）。

特開平９―４６９５４号公報

ところで、スプリングを用いた予圧方式では、シャフトに軸受の内輪を固定し、軸受の外輪をケーシング等に隙間嵌めするようにして、その外輪をスプリングで付勢することが行われているが、内輪の回転によって、外輪が連れ回るクリープ現象が発生する場合がある。
そして、このようなクリープ現象が発生すると、軸受の外輪とケーシング等との間に摩耗が生じるといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外輪の連れ回りを簡単な構成で抑制したモータを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のモータは、シャフトと、前記シャフトの軸方向における一端側に設けられ、前記シャフトの外周面側に位置する第１内輪及び前記第１内輪の径方向外側に位置する第１外輪を有する第１転がり軸受と、前記シャフトの軸方向における他端側に設けられ、前記シャフトの外周面側に位置する第２内輪及び前記第２内輪の径方向外側に位置する第２外輪を有する第２転がり軸受と、前記第１転がり軸受及び前記第２転がり軸受を収容するケーシングと、前記第１転がり軸受の前記シャフトの軸方向における一端側に配置され、前記第１転がり軸受及び前記第２転がり軸受に予圧を付与する弾性部材と、を含み、前記第１転がり軸受は、前記第１外輪が前記ケーシングに隙間嵌めされており、前記弾性部材は、前記第１外輪を前記シャフトの軸方向における他端側に付勢する付勢力を発生する本体部と、前記第１外輪を挟持する挟持部と、を備える。

（２）上記（１）の構成において、前記弾性部材の前記挟持部は、前記第１外輪の周方向に均等間隔で設けられた複数の挟持体を備える。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記第１内輪及び前記第２内輪が前記シャフトに固定されるとともに、前記第２外輪が前記ケーシングに固定されている。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記弾性部材の本体部は、コイルドウェーブスプリング又はウェーブワッシャーである。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記ケーシングは、前記挟持部に当接して、前記弾性部材が前記シャフトの周方向に回転するのを規制する規制部を備える。

本発明によれば、外輪の連れ回りを簡単な構成で抑制したモータを提供することができる。

本発明に係る実施形態のモータのシャフトに沿った断面図である。 本発明に係る実施形態の弾性部材の他端側を見るようにした斜視図である。 本発明に係る実施形態のケーシング端面部の弾性部材を収容する弾性部材収容部側が見える一端側から見た平面図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は本発明に係る実施形態のモータ１のシャフト１１に沿った断面図である。
図１に示すように、モータ１は、ロータ１０と、ステータ２０と、ケーシング３０と、弾性部材４０と、を含んでいる。

（ロータ）
ロータ１０は、シャフト１１と、シャフト１１の外側に配置され、シャフト１１の外周面に固定されたマグネット１２を含んでいる。

シャフト１１へのマグネット１２の固定方法は、例えば、圧入固定や接着固定等でよく、特に限定されるものではない。
また、シャフト１１をインサート部材としてインサート成形でシャフト１１上に、直接、マグネット１２を成形するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、シャフト１１の外周面に、直接、マグネット１２を固定しているが、シャフト１１の外周面にロータヨークを固定し、そのロータヨークの外周面にマグネット１２を固定するようにしてマグネット１２がシャフト１１の外側に配置されているものであってもよい。

さらに、ロータ１０は、シャフト１１の軸方向における一端側（図右側）に設けられた第１転がり軸受１３と、シャフト１１の軸方向における他端側（図左側）に設けられた第２転がり軸受１４と、を含んでいる。

第１転がり軸受１３は、シャフト１１の外周面側に位置し、シャフト１１の外周面に固定された第１内輪１３ａと、第１内輪１３ａの径方向外側に位置する第１外輪１３ｂと、第１内輪１３ａと第１外輪１３ｂとの間に介在し、第１内輪１３ａと第１外輪１３ｂを相互に回転可能に架橋する第１ボール１３ｃと、を備えている。

なお、シャフト１１の外周面への第１内輪１３ａの固定は、特に限定されるものではなく、シャフト１１の外周面に、直接、固定する場合には、例えば、圧入固定や接着固定を用いればよく、シャフト１１の外周面に間接的に固定する場合には、第１内輪１３ａとシャフト１１の外周面との間に隙間を設け、その隙間に圧入部材を挿入するようにすればよい。

第２転がり軸受１４は、シャフト１１の外周面側に位置し、シャフト１１の外周面に固定された第２内輪１４ａと、第２内輪１４ａの径方向外側に位置する第２外輪１４ｂと、第２内輪１４ａと第２外輪１４ｂとの間に介在し、第２内輪１４ａと第２外輪１４ｂを相互に回転可能に架橋する第２ボール１４ｃと、を備えている。

なお、シャフト１１の外周面への第２内輪１４ａの固定も、第１内輪１３ａと同様に、特に限定されるものではなく、シャフト１１の外周面に、直接、固定する場合には、例えば、圧入固定や接着固定を用いればよく、シャフト１１の外周面に間接的に固定する場合には、第２内輪１４ａとシャフト１１の外周面との間に隙間を設け、その隙間に圧入部材を挿入するようにすればよい。

（ステータ）
ステータ２０は、電磁鋼板が積層された円筒状のステータコア２１と、ステータコア２１の内周面及び両端面を覆うように設けられたインシュレータ２２と、インシュレータ２２を介してステータコア２１と絶縁されるようにステータコア２１の内側に設けられたコイル２３と、を含んでいる。

また、ステータ２０は、ステータコア２１の一端側（図右側）にインシュレータ２２を介して一体化され、インシュレータ２２によってステータコア２１と絶縁状態に保たれている給電端子２４を含んでおり、この給電端子２４には、コイル２３の端部２３ａが接続されている。

したがって、給電端子２４に電力を供給すると、コイル２３に電流が流れ、ロータ１０を回転させることができるようになっている。

（ケーシング）
ケーシング３０は、一端側（図右側）が開放され、他端側（図左側）が有底状とされたケーシング本体３１と、ケーシング本体３１の一端側（図右側）に設けられるケーシング端面部３２と、ケーシング端面部３２の一端側（図右側）に設けられるケーシングキャップ３３と、を含んでいる。

ケーシング本体３１は、ステータ２０、ステータ２０と離間してステータ２０内に配置されるマグネット１２を含むロータ１０の一部を収容する円筒部と、円筒部の他端側（図左側）に一体に設けられ、シャフト１１の他端側（図左側）を導出する貫通孔３１ａが形成された底部を有している。
なお、ケーシング本体３１の円筒部は、一端側（図右側）の一部に給電端子２４を外部に導出するための切り欠き部が形成されており、この切り欠き部には、給電端子２４を収容して外部コネクタ（図示せず）との接続を行うためのコネクタ部材（図示せず）が配置される。

そして、この貫通孔３１ａの一端側（図右側）を、例えば、第２転がり軸受１４の第２外輪１４ｂが圧入できる直径に拡径することで、ケーシング本体３１の底部が第２外輪１４ｂを圧入固定の状態で収容する第２外輪収容部３１ｂを有するようになっている。

ただし、この第２外輪収容部３１ｂの直径は、必ずしも第２外輪１４ｂを圧入固定できる直径とする必要はなく、例えば、第２外輪１４ｂを隙間嵌めで収容できる程度の直径として、第２外輪１４ｂの外周面と第２外輪収容部３１ｂの内周面との間を接着剤で固定するようにしてもよい。

なお、第２外輪１４ｂは、一端側（図左側）の一部がステータ２０のインシュレータ２２に挿入され、固定されているため、シャフト１１とともに回転する第２内輪１４ａによって連れ回りが発生し難い状態になっている。
このため、第２外輪１４ｂは、第２外輪収容部３１ｂに隙間嵌めの状態で収容されていてもよい。

ケーシング端面部３２には、第１転がり軸受１３を収容するとともにシャフト１１の一端側（図右側）を導出する貫通孔３２ａが形成されている。
この貫通孔３２ａの他端側（図左側）の直径が小さい部分は第１転がり軸受１３の第１外輪１３ｂが隙間嵌めの状態で収容できる直径とされており、貫通孔３２ａの一端側（図右側）は、弾性部材４０が収容できる直径に拡径されることで弾性部材収容部３２ｂが形成されている。

このようにして、第１転がり軸受１３及び第２転がり軸受１４がケーシング３０に収容されるようになっている。

ケーシングキャップ３３には、シャフト１１の一端側（図左側）を導出する貫通孔３３ａが形成されている。
そして、この貫通孔３３ａを弾性部材４０の外径よりも小さく形成することでケーシングキャップ３３が弾性部材４０の一端側（図右側）を受けることができるようにされている。

なお、図示を省略しているが、ケーシング本体３１の一端側（図右側）の端面には、図示しないネジを螺合固定するネジ固定穴が形成されており、そのネジ固定穴に対応するケーシング端面部３２及びケーシングキャップ３３の位置には、図示しないネジを通す図示しないネジ孔が形成されている。

したがって、図示しないネジを用いてケーシング本体３１に対してケーシング端面部３２及びケーシングキャップ３３が共締めによって固定できるようになっている。

（弾性部材）
弾性部材４０は、第１転がり軸受１３及び第２転がり軸受１４に予圧を付与するための部材であり、本実施形態では、弾性部材４０は、第１転がり軸受１３のシャフト１１の軸方向における一端側（図右側）に配置されている。
弾性部材４０は、材料として、例えば、ばね鋼、ピアノ線などが用いられるが、以下に記載する機能を満足するものであれば、材料は特に限定されない。

そして、弾性部材４０は、第１転がり軸受１３の第１外輪１３ｂをシャフト１１の軸方向における他端側（図左側）に付勢する付勢力を発生する本体部４１と、本体部４１の他端側（図左側）に設けられ、第１外輪１３ｂの外周面を挟持する挟持部４２と、を備えている。

図２は、弾性部材４０の他端側を見るようにした斜視図である。
図２に示すように、弾性部材４０の本体部４１は、波状にうねらせた板材が螺旋状に巻かれた構造をしており、本体部４１は、いわゆるコイルドウェーブスプリングで構成されている。
本体部４１をコイルドウェーブスプリングで構成することにより、モータ１の軸方向の全高を抑制しつつ、荷重変化のなだらかな適切な付勢力を与えることが可能である。

そして、本体部４１の一端側（図左側）には、本体部４１から延出するように形成された板状部を、本体部４１の外側から内側にロールさせるようにすることで弾性力を持たせた複数（本例では６個）の挟持体が図示しない第１外輪１３ｂの周方向に均等間隔で設けられるように形成されることで挟持部４２が構成されている。

また、本実施形態では、本体部４１の一部を加工することで挟持体を構成しているが、別部品で作製しておいた挟持体を本体部４１に、例えば、溶接、接着、圧接及びカシメ等といった接合手段で接合することで、本体部４１に挟持部４２を形成するようにしてもよい。

このため、第１転がり軸受１３に、この挟持部４２側を向けた状態で弾性部材４０を第１転がり軸受１３に当接させるように第１転がり軸受１３に対して押し込んでいくと、挟持部４２を構成する複数の挟持体が外側に拡がるように弾性変形し、挟持体が第１転がり軸受１３の第１外輪１３ｂの外周面に当接する状態となるが、挟持体自体は元の状態に戻ろうとするため、この複数の挟持体からなる挟持部４２によって第１外輪１３ｂが挟持されることになる。

そして、このように挟持部４２で第１外輪１３ｂが挟持されていると、シャフト１１とともに回転する第１内輪１３ａによって第１外輪１３ｂに回転方向の力が作用したときに、第１外輪１３ｂと弾性部材４０との間で滑りが発生することが抑制される。

一方、図１に示すように、弾性部材４０の一端側（図右側）は、ケーシングキャップ３３に当接しており、ケーシングキャップ３３の表面は、一般に平滑度が極めて高くされている転がり軸受の外輪の端面に比べ、抵抗が大きいため、上述のような回転方向の力が弾性部材４０に加わったとしてもケーシングキャップ３３と弾性部材４０の間で滑りが発生することが少ない。
このため、第１内輪１３ａの回転によって、第１外輪１３ｂが連れ回ることが抑制される。

本発明においては、挟持部４２は、弾性部材４０の本体部４１が一体として構成されているため、挟持部４２は、本体部４１が軸方向へ伸縮するときに連動して移動するため、挟持部４２が本体部４１に対して軸方向に対する負荷になることはない。

また、軸方向への付勢力の発生と第１外輪１３ｂの連れ回りの抑制の２つの機能を弾性部材４０という一つの構成部材で可能となるため、部品点数が増えることが無く、生産性に優れ、コスト抑制にも寄与する。

なお、本実施形態で示した、挟持部４２を構成する挟持体の形状は、あくまで一例であって、本実施形態で言えば、挟持体は、第１内輪１３ａの回転により第１外輪１３ｂが連れ回る現象が抑制されるように、第１外輪１３ｂを挟持する機能を有するものであればよく、特に形状は限定されない。また、挟持体は、求められる挟持力に見合った形状に調整することができる。

また、挟持体の数は特に限定されるものではなく、適宜設ける数を変更してよい。例えば、モータの使用される回転速度に応じて挟持体の数を調整することにより、使用条件に見合った適切な連れ回り抑制機能を持たせることができる。

ところで、ロータ１０を高速回転させることが求められるモータ１の場合、その回転速度の増加に伴って、第１外輪１３ｂにかかる回転力も増加することになり、そのような場合、ケーシングキャップ３３と弾性部材４０との間でも滑りが発生するおそれがある。

そこで、ケーシング３０に、弾性部材４０がシャフト１１の周方向に回転するのを規制する規制部を設けるようにすることが好適であり、以下では、ケーシング３０に設ける規制部の具体的な一例について説明する。

図３は、ケーシング端面部３２の弾性部材４０を収容する弾性部材収容部３２ｂ側が見える一端側から見た平面図である。
なお、図３では、弾性部材収容部３２ｂに弾性部材４０が収容されている状態がわかるように仮想的に点線で弾性部材４０を併せて記載している。

図３に示すように、弾性部材収容部３２ｂの内周面には、内周面から内側に突出するように形成された挟持部４２の挟持体に当接して、弾性部材４０がシャフト１１の周方向に回転するのを規制する規制部３２ｃを設けるようにしている。

本実施形態では、２つの規制部３２ｃを設けるようにし、１つの規制部３２ｃは弾性部材４０が反時計回りに回転しようとするときに挟持部４２の挟持体に接触する側に設け、もう一つの規制部３２ｃは弾性部材４０が時計回りに回転しようとしたときに挟持部４２の挟持体に接触する側に設けている。

このため弾性部材４０は、反時計回り方向及び時計回り方向のどちら側に回ろうとしても規制部３２ｃによって回転が規制される。
したがって、上述したように、ロータ１０を高速回転させ、強い回転方向の力が弾性部材４０に加わったとしても、弾性部材４０が回転することを確実に抑制することができる。
なお、規制部３２ｃの数は特に限定されるものではなく、１つでも３つ以上であってもよい。

規制部３２ｃの数が１つの場合には、弾性部材４０が回転方向に動く可能性があるものの、通常、ロータ１０は逆回転させるような制御が行われるまでは、同方向に回転し続けるため、弾性部材４０が、一旦、規制部３２ｃに当接して動かなくなれば、それ以上動くことが規制されることになり、弾性部材４０自体が回転方向に動く頻度が十分に低いことを考えれば、規制部３２ｃの数が１つであっても十分であるケースは多くある。

一方、図３に示す規制部３２ｃは、あくまでも一例であり、別の構成の規制部を設けるようにしてもよい。
図３では、弾性部材収容部３２ｂの内周面から内側に突出するようにして規制部３２ｃが構成されているが、例えば、弾性部材収容部３２ｂの内径を弾性部材４０の本体部４１の外径より少しだけ大きな内径としておき、弾性部材４０の挟持部４２を構成する挟持体を位置させる部分に、その挟持体を収容する溝が弾性部材収容部３２ｂの内周面に形成されているような態様であってもよい。

このような溝からなる規制部の場合でも、弾性部材４０が回転しようとするときには、その溝の側面が挟持部４２の挟持体に当接することになるので、上述した規制部３２ｃと同様に、弾性部材４０の回転を規制することが可能である。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、弾性部材４０の本体部４１が、波状にうねらせた板材が螺旋状に巻かれた構造とすることでコイル構造とした、いわゆるコイルドウェーブスプリングのような構成のものである場合を示したが、このようなコイル構造を有することに限定されるものではない。
例えば、弾性部材４０の本体部４１は、ワッシャーを波状にうねらせた、いわゆるウェーブワッシャーのような構造であってもよい。

また、上記実施形態では、ケーシング本体３１は、一端側が開放され、他端側が有底状である形状のものとしたが、ケーシング本体３１を両端に開放した円筒状のものとし、ケーシング本体３１の底部に当たる部分を別部品で構成して円筒状のケーシング本体３１の他端側にネジ等で取り付けるようにしてもよい。

さらに、ケーシング本体３１を両端に開放した円筒状のものとして、ケーシング本体３１の他端側に一端側と同様にケーシング端面部とケーシングキャップを設けるような構成としてもよい。

加えて、上記実施形態では、弾性部材４０の挟持部４２が複数の挟持体を用いて構成されるようにした場合について示したが、例えば、第１外輪１３ｂの外周面の半周以上の範囲を挟持するような１つの挟持体で挟持部４２を構成するようにしてもよい。

また、モータ１に求められるロータ１０の回転速度によっては、弾性部材４０の回転を規制する規制部３２ｃを設けなくても、ケーシングキャップ３３と弾性部材４０との間の滑り抵抗を高めるだけで十分な場合もあり、そのためにケーシングキャップ３３の弾性部材４０を受ける面にサンドブラスト等で粗面化処理を行い、表面粗度を大きくしてケーシングキャップ３３と弾性部材４０との間の滑り抵抗を高めるようにしてもよいし、ケーシングキャップ３３を滑り抵抗が発生しやすい樹脂等の材質で形成するようにしてケーシングキャップ３３と弾性部材４０との間の滑り抵抗を高めるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、ケーシング端面部３２の弾性部材収容部３２ｂの内周面に、弾性部材４０が接触していない状態の場合を示したが、弾性部材４０の外周を弾性部材収容部３２ｂの内周面に接触させるようにして、弾性部材４０の保持状態の安定性を高めるようにしてもよい。
ただし、弾性部材４０は、第１転がり軸受１３の第１外輪１３ｂに対して、シャフト１１の軸方向に沿った付勢力を付与するためのものであるため、弾性部材収容部３２ｂの内周面に弾性部材４０の外周を接触させる場合には、この弾性部材４０の伸縮にあまり影響がないようにするのがよい。

このように、本発明は、具体的な実施形態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種々変更が可能であり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…モータ、１０…ロータ、１１…シャフト、１２…マグネット、１３…第１転がり軸受、１３ａ…第１内輪、１３ｂ…第１外輪、１３ｃ…第１ボール、１４…第２転がり軸受、１４ａ…第２内輪、１４ｂ…第２外輪、１４ｃ…第２ボール、２０…ステータ、２１…ステータコア、２２…インシュレータ、２３…コイル、２３ａ…端部、２４…給電端子、３０…ケーシング、３１…ケーシング本体、３１ａ…貫通孔、３１ｂ…第２外輪収容部、３２…ケーシング端面部、３２ａ…貫通孔、３２ｂ…弾性部材収容部、３２ｃ…規制部、３３…ケーシングキャップ、３３ａ…貫通孔、４０…弾性部材、４１…本体部、４２…挟持部

Claims (5)

1. シャフトと、
   前記シャフトの軸方向における一端側に設けられ、前記シャフトの外周面側に位置する第１内輪及び前記第１内輪の径方向外側に位置する第１外輪を有する第１転がり軸受と、
   前記シャフトの軸方向における他端側に設けられ、前記シャフトの外周面側に位置する第２内輪及び前記第２内輪の径方向外側に位置する第２外輪を有する第２転がり軸受と、
   前記第１転がり軸受及び前記第２転がり軸受を収容するケーシングと、
   前記第１転がり軸受の前記シャフトの軸方向における一端側に配置され、前記第１転がり軸受及び前記第２転がり軸受に予圧を付与する弾性部材と、を含み、
   前記第１転がり軸受は、前記第１外輪が前記ケーシングに隙間嵌めされており、
   前記弾性部材は、
   前記第１外輪を前記シャフトの軸方向における他端側に付勢する付勢力を発生する本体部と、
   前記第１外輪を挟持する挟持部と、を備えるモータ。
2. 前記弾性部材の前記挟持部は、前記第１外輪の周方向に均等間隔で設けられた複数の挟持体を備える請求項１に記載のモータ。
3. 前記第１内輪及び前記第２内輪が前記シャフトに固定されるとともに、前記第２外輪が前記ケーシングに固定されている請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. 前記弾性部材の本体部は、コイルドウェーブスプリング又はウェーブワッシャーである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記ケーシングは、前記挟持部に当接して、前記弾性部材が前記シャフトの周方向に回転するのを規制する規制部を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。

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