JP2020085176A - 軸受組立体およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下でも安定した回転を実現する軸受組立体を提供する。【解決手段】軸受組立体７は、円筒部材からなる外側ホルダ１０と、円筒部材からなり、外側ホルダ１０の内周に挿入された内側ホルダ２０と、内側ホルダ２０の内周に固定され、軸部材が挿入されて固定される転がり軸受３０と、を有し、外側ホルダ１０には、軸方向端面１２にホルダ溝部１３が形成され、内側ホルダ２０には、外周面２１から径方向に延びるアーム部２６が形成され、ホルダ溝部１３とアーム部２６が、周方向に係合して外側ホルダ１０と内側ホルダ２０との相対回転を規制する。【選択図】図２

Description

本発明は、軸受組立体およびモータに関する。

従来から、ロータ部とステータ部との間に、転がり軸受を含む軸受組立体が配置されたモータが知られている。このようなモータでは、軸受の内輪と外輪の共回りを抑制するために、軸受を取り囲むようにスリーブを設け、スリーブと軸受が接着剤で固定された軸受組立体が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−４４４３５号公報

しかしながら、接着剤の特性は温度の影響を受けやすい。そのため、例えば車載用モータなど、１００℃以上の高温環境下での使用を想定したモータに上述の軸受組立体を用いた場合、モータ自身の発熱も影響し、スリーブと軸受との接着強度が低下することがある。その結果、軸受の内輪と外輪の共回りを抑制することが困難になり、高温環境下で安定した回転を実現することが難しいという問題があった。さらに、上述した軸受組立体を備えたモータは、振動や音などの発生によってモータの安定した回転を維持することが困難になり、モータの寿命が短くなるという問題があった。

そこで、上記問題点を鑑みて、本発明の課題は、高温環境下でも安定した回転を維持することが可能な軸受組立体を提供することである。また、本発明の課題は、かかる軸受組立体を備えたモータを提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の軸受組立体は、円筒部材からなる外側ホルダと、円筒部材からなり、外側ホルダの内周に挿入された内側ホルダと、内側ホルダの内周に固定され、軸部材が挿入されて固定される転がり軸受と、を有し、外側ホルダには、軸方向端面にホルダ溝部が形成され、内側ホルダには、外周面から径方向に延びるアーム部が形成され、ホルダ溝部とアーム部が、周方向に係合して外側ホルダと内側ホルダとの相対回転を規制することを特徴とする。

本発明の軸受組立体では、接着剤を用いることなく、外側ホルダに対する軸部材の相対回転に伴って転がり軸受すなわち内側ホルダが共回りすることを抑制することが可能になる。その結果、高温環境下でも安定した回転を維持することが可能になる。

本発明において、外側ホルダが、複数のホルダ溝部を有し、複数のホルダ溝部のうちの１つとアーム部が係合することが好ましく、あるいは、外側ホルダが、複数のホルダ溝部を有し、内側ホルダが、複数のアーム部を有し、複数のホルダ溝部と複数のアーム部がそれぞれ個別に係合することが好ましい。このような構成により、周方向において特定の位置関係でアーム部とホルダ溝部を係合させる必要がなく、軸受組立体の組立性の低下を抑制することが可能になる。

本発明において、複数のホルダ溝部と複数のアーム部がそれぞれ個別に係合する場合、複数のホルダ溝部の数が複数のアーム部の数の整数倍であり、複数のホルダ溝部と複数のアーム部が、それぞれ周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。このような構成により、成形が容易になるとともに、製品寿命を延ばすことが可能になる。

本発明において、軸受組立体は、外側ホルダの底面と内側ホルダとの間に配置され、転がり軸受に予圧を付与する予圧付与手段を有していることが好ましい。

また、本発明において、転がり軸受が、内側ホルダの内周に圧入されていることが好ましい。このような構成により、接着剤を用いることなく、転がり軸受と内側ホルダを固定することが可能になる。

また、本発明のモータは、上述した軸受組立体と、外側ホルダと軸部材の一方に固定されたロータと、外側ホルダと軸部材の他方に固定されたステータとを備えたことを特徴とする。本発明のモータでは、高温環境下でも安定した回転を維持することが可能になり、ひいてはモータの長寿命化を実現することが可能になる。

本発明において、モータは、円筒部材からなり、外側ホルダを内周に固定するハウジングを有し、ハウジングには、内周面に軸方向に延びるハウジング溝部が形成され、アーム部が、外側ホルダの軸方向端面の外周縁を越えて延び、ハウジング溝部が、一方の端部で、外側ホルダの軸方向端面と同じ方向を向いたハウジングの軸方向端面に開口し、他方の端部で、ホルダ溝部に連通していることが好ましい。このような構成により、軸受組立体を組み立てる際に、アーム部をハウジング溝部に沿って案内させることで、アーム部とホルダ溝部を容易に係合させることが可能になる。さらに、ハウジング溝部は、一方の端部から他方の端部に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ状に形成されていることが好ましい。このような構成により、アーム部のハウジング溝部に沿った案内が容易になる。

本発明において、ステータが、ハウジングの内部に周方向に間隔を置いて配置された複数のステータコアを有し、ハウジング溝部が、ハウジングの上記間隔に対応する位置に形成されていることが好ましい。このような構成により、ハウジングを樹脂で形成する場合、ハウジング溝部をいわゆる肉盗みとして機能させることが可能になる。

以上のように、本発明の軸受組立体およびモータでは、高温環境下でも転がり軸受の共回りを抑制して安定した回転を維持することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る軸受組立体を備えたモータの概略断面図である。 本実施形態の軸受組立体のハウジングに対する概略分解斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本明細書では、本発明の軸受組立体について、モータに適用される場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、ポンプやコンプレッサなどにも適用可能である。また、本発明が適用されるモータとしては、本明細書で示すように、シャフト（軸部材）にロータが固定され、外側ホルダにステータが固定されたものだけでなく、外側ホルダにロータが固定され、シャフトにステータが固定されたものでもよいことは言うまでもない。

（モータの全体構成）
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る軸受組立体を備えたモータの構成について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の軸受組立体を備えたモータの概略断面図であり、モータの回転軸に平行な断面を示している。図１（ｂ）は、図１（ｂ）の円Ａで囲まれた領域の拡大図である。ここでは、モータ１の回転軸Ｒの方向を上下方向とした場合を示しているが、これは、本発明によるモータ１の使用時における姿勢を限定するものではない。また、以下では、説明の便宜上、モータ１の回転軸Ｒの方向を「軸方向」と呼び、その回転軸Ｒを中心とする径方向および周方向をそれぞれ単に「径方向」および「周方向」と呼ぶことにする。

モータ１は、ロータ部２と、ステータ部３と、シャフト４と、ハウジング５と、ハウジングカバー６と、軸受組立体７とを有している。モータ１は、固定子（ステータ部３）をモールド樹脂によって一体成形してモータフレーム（ハウジング５）を形成したモールドモータである。さらに、モータ１は、モータフレーム内部に固定子が配され、この固定子の内周に回転子（ロータ部２）が配されたインナーロータ型のモールドモータである。

（ロータ部）
ロータ部２は、金属製の円柱部材であるシャフト４に固定され、シャフト４と共に回転する回転子であり、ロータマグネット２ａと、マグネットカバー２ｂと、プレート２ｃとを有している。

ロータマグネット２ａは、フェライトからなる永久磁石であり、シャフト４の周囲で周方向に沿って配置されている。ロータマグネット２ａの外周側には、径方向でステータ部３と対向する磁極面が形成され、この磁極面には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されている。マグネットカバー２ｂは、ロータマグネット２ａを覆うように設けられ、フェライトからなるロータマグネット２ａの飛散を防止している。その軸方向の両側には、ステンレスなどの非磁性材料からなるプレート２ｃが設けられている。プレート２ｃのマグネットカバー２ｂと対向する面には、皿ばねなどの弾性部（詳細には図示せず）が形成されている。マグネットカバー２ｂがプレート２ｃに押し付けられることにより、ロータマグネット２ａは、弾性部の付勢力によって確実に締結されるようになっている。また、プレート２ｃは、ロータ部２を組み立てた後、モータ１のロータバランスを調整する機能を備えている。具体的には、ロータバランスを測定し、バランス調整のためにプレート２ｃに孔が形成される。

（ステータ部）
ステータ部３は、ロータ部２の周囲に円筒状に配置され、モータ１の電機子として機能する固定子である。本形態では、ステータ部３は、ステータコア３ａと、コイル３ｂと、インシュレータ３ｃとを有している。ステータ部３は、内周面がロータマグネット２ａの外周面と間隔を置いて対向するように、その内周面が露出した状態で、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの耐熱性の高い絶縁性樹脂からなるハウジング５の内部に埋め込まれている。

ステータコア３ａは、ケイ素鋼板などの磁性鋼板が軸方向に複数積層された積層鋼板からなる。各磁性鋼板は、円環状部と、円環状部から径方向内側に突出する複数本の磁極歯とを有している。すなわち、ステータ部３の内周面は、磁極歯の端面により構成されている。コイル３ｂは、インシュレータ３ｃを介してステータコア３ａの磁極歯に巻回された巻線からなる。インシュレータ３ｃは、ＰＰＳなどの絶縁性樹脂からなり、ステータコア３ａとコイル３ｂとを電気的に絶縁している。

このように、コイル３ｂに駆動電流を供給することで、磁芯である磁極歯に沿って径方向に磁束が発生する。それにより、磁極歯とロータマグネット２ａとの間に周方向のトルクが発生し、シャフト４の中心軸を回転軸Ｒとしてロータ２部がシャフト４と共に回転する。

ハウジング５は、モータ１の出力側に開口する有底の円筒形状を有し、その内部空間５ａにロータ部２が収容されている。ハウジング５は、２つのモールド部５１，５２から構成され、各モールド部５１，５２は、いわゆるインサート成形により形成されている。すなわち、ステータ部３と後述する外側ホルダ１０をそれぞれ別の金型内に挿入した後、各金型内に樹脂を注入し、ステータ部３と外側ホルダ１０をそれぞれ樹脂と一体化させることで形成される。ハウジングカバー６は、ハウジング５の開口を覆うようにハウジング５に取り付けられ、第２の転がり軸受８を保持している。

（軸受組立体）
図１および図２を参照して、本実施形態の軸受組立体の構成について説明する。図２は、本実施形態の軸受組立体のハウジングに対する概略分解斜視図である。軸受組立体は、摺動運動あるいは回転運動を与えるために用いられており、典型的には、最小の摩擦で回転自在なシャフト要素を支持して回転させるために用いられている。

軸受組立体７は、モータ１のロータ部２とステータ部３とを相対回転可能に支持するものであり、外側ホルダ１０と、内側ホルダ２０と、第１の転がり軸受（以下、単に「転がり軸受」という）３０とを有している。

外側ホルダ１０は、軸方向に延びる有底の円筒部材であり、ハウジング５の内部空間５ａの奥側（モータ１の反出力側）で、インサート成形によりハウジング５に一体的に固定されている。内側ホルダ２０は、軸方向に延びる円筒部材であり、外側ホルダ１０の内周に挿入されている。内側ホルダ２０の外周面２１には、制振や吸音、シャフト４の軸合わせのために、２つのＯリング２１，２２が設けられている。転がり軸受３０は、内側ホルダ２０の内周に圧入されて固定されている。

転がり軸受３０は、内輪３０ａと、２つ以上の転動体３０ｂと、外輪３０ｃとを備え、シャフト４を回転可能に支持する玉軸受である。内輪３０ａおよび外輪３０ｃは、いずれも金属製の円環状部材であり、内輪３０ａの径方向外側に外輪３０ｂが配置されている。転動体３０ｂは、球状の部材であり、内輪３０ａの外周面と外輪３０ｃの内周面との間に配置されている。転がり軸受３０の内周に、シャフト４が圧入されて固定されている。

外側ホルダ１０の底面１１と内側ホルダ２０との間には、コイルばねである予圧ばね（予圧付与手段）４０が配置されている。予圧ばね４０は、シャフト４に固定された転がり軸受３０の内輪３０ａに対して、内側ホルダ２０の円環状の底面２４を通じて外輪３０ｃを軸方向に押圧することで、転がり軸受３０に予圧を付与している。なお、内側ホルダ２０には、外側ホルダ１０の底面１１に対向する側に、予圧ばね４０の直径よりも小さい外径を有する小径部２５が設けられている。これにより、内側ホルダ２０を外側ホルダ１０に挿入する際に、間に挟んだ予圧ばね４０の周方向の位置決めを容易に行うことができる。

さらに、外側ホルダ１０と内側ホルダ２０にはそれぞれ、外側ホルダ１０と内側ホルダ２０の相対回転を規制する機構が設けられている。具体的には、外側ホルダ１０には、モータ１の出力側の軸方向端面１２に径方向に延びるホルダ溝部１３が形成され、内側ホルダ２０には、外周面２１から径方向に延びるアーム部２６が形成されている。これらホルダ溝部１３とアーム部２６が周方向に係合することで、外側ホルダ１０と内側ホルダ２０との相対回転が規制される。

ところで、外側ホルダ１０は、内部空間５ａの奥側（モータ１の反出力側）でハウジング５に一体的に固定されている。そのため、内側ホルダ２０を外側ホルダ１０に挿入する際に、アーム部２６がホルダ溝部１３に係合しているかどうかを確認することが難しく、軸受組立体７の組み立て時の作業性が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態では、アーム部２６が、外側ホルダ１０の軸方向端面１２の外周縁を越える長さを有し、これに加えて、ハウジング５が、内部空間５ａを規定する内周面５ｂに、軸方向に沿って形成されたハウジング溝部５ｃを有している。ハウジング溝部５ｃは、外側ホルダ１０のホルダ溝部１３と周方向において同じ位置に設けられ、一方の端部（モータ１の反出力側）でホルダ溝部１３に連通し、他方の端部（モータ１の出力側）でハウジング５の軸方向端面５ｄに開口している。これにより、内側ホルダ２０を外側ホルダ１０に挿入する際に、アーム部２６をハウジング溝部５ｃに沿って案内させることで、アーム部２６とホルダ溝部１３を容易に係合させることができる。その結果、軸受組立体７の組み立て時の作業性を向上させることができる。ハウジング溝部５ｃは、アーム部２６の案内が容易になる点で、ハウジング５の軸方向端面５ｄから離れるにつれて（すなわち、ホルダ溝部１３に向かうにつれて）幅が狭くなるテーパ状に形成されていることが好ましい。

ハウジング５の内部には、複数のステータコア３ａが周方向に間隔を置いて配置されているが、ハウジング溝部５ｃは、この間隔に対応する位置でハウジング５の内周面５ｂに形成されている。すなわち、ハウジング溝部５ｃは、樹脂からなるハウジング５の肉厚部分に形成されており、いわゆる肉盗みとして機能し、均等な肉厚に近づけることでヒケの発生を抑制することができる。

なお、ハウジング溝部５ｃは、アーム部２６と周方向に係合して内側ホルダ２０のハウジング５（すなわち外側ホルダ１０）に対する相対回転を規制する係合部として機能させることもできる。その場合、外側ホルダ１０のホルダ溝部１３は省略されていてもよい。

（本実施形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の軸受組立体７は、円筒部材からなる外側ホルダ１０と、円筒部材からなり、外側ホルダ１０の内周に挿入された内側ホルダ２０と、内側ホルダ２０の内周に固定され、シャフト４が挿入されて固定される転がり軸受３０と、を有し、外側ホルダ１０には、軸方向端面１２にホルダ溝部１３が形成され、内側ホルダ２０には、外周面２１から径方向に延びるアーム部２６が形成され、ホルダ溝部１３とアーム部２６が、周方向に係合して外側ホルダ１０と内側ホルダ２０との相対回転を規制している。これにより、接着剤を用いることなく、外側ホルダ１０に対するシャフト４の相対回転に伴って転がり軸受３０すなわち内側ホルダ１０が共回りすることを抑制することが可能になる。その結果、軸受組立体７は、高温環境下でも安定した回転を実現することが可能になる。

本実施形態では、軸受組立体７は、外側ホルダ１０の底面１１と内側ホルダ２０との間に配置され、転がり軸受３０に予圧を付与する予圧ばね４０を有している。このため、部品点数を減らすことが可能になる。

また、本実施形態では、転がり軸受３０が、内側ホルダ２０の内周に圧入されている。このような構成により、接着剤を用いることなく、転がり軸受３０と内側ホルダ２０を固定することが可能になる。

また、本実施形態のモータ１では、上述した軸受組立体７が設けられているため、高温環境下（たとえば、１００℃以上）でも安定した回転を維持することが可能になり、ひいてはモータ１の長寿命化を実現することが可能になる。

本実施形態では、モータ１は、円筒部材からなり、外側ホルダ１０を内周に固定するハウジング５を有し、ハウジング５には、内周面５ｂに軸方向に延びるハウジング溝部５ｃが形成され、アーム部２６が、外側ホルダ１０の軸方向端面１２の外周縁を越えて延び、ハウジング溝部５ｃが、一方の端部で、外側ホルダ１０の軸方向端面１２と同じ方向を向いたハウジング５の軸方向端面５ｄに開口し、他方の端部で、ホルダ溝部１３に連通している。このような構成により、軸受組立体７を組み立てる際に、アーム部２６をハウジング溝部５ｃに沿って案内させることで、アーム部２６とホルダ溝部１３を容易に係合させることが可能になる。さらに、ハウジング溝部５ｃは、一方の端部から他方の端部に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ状に形成されている。このような構成により、アーム部２６のハウジング溝部５ｃに沿った案内が容易になる。

本実施形態では、ステータ３が、ハウジング５の内部に周方向に間隔を置いて配置された複数のステータコア３ａを有し、ハウジング溝部５ｃが、ハウジング５の上記間隔に対応する位置に形成されていることが好ましい。このような構成により、ハウジング５を樹脂で形成する場合、ハウジング溝部５ｃをいわゆる肉盗みとして機能させることが可能になる。

（本実施形態の変形例）
上述した実施形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した実施形態に対して、本発明の要旨を変更しない範囲において様々な変形が可能である。

アーム部２６とホルダ溝部１３の構成は、それらが周方向に係合して外側ホルダ１０と内側ホルダ２０との相対回転を規制するものであれば、特定の構成に限定されるものではない。例えば、アーム部２６の数は１つであっても３つ以上であってもよく、この場合、ホルダ溝部１３の数は、必ずしもアーム部２６よりも多くする必要はなく、アーム部２６と同じであってもよい。ただし、周方向においてより多くの位置でアーム部２６をホルダ溝部１３に係合させることができる点で、アーム部２６の数は複数であり、ホルダ溝部１３の数は、アーム部２６の数と同じか、それよりも多いことが好ましい。また、アーム部２６とホルダ溝部１３の数が共に複数の場合、成形の容易さや製品寿命を考慮すると、ホルダ溝部１３の数がアーム部２６の数の整数倍であり、ホルダ溝部１３とアーム部２６が、それぞれ周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。また、アーム部２６とホルダ溝部１３の幅も、ホルダ溝部１３がアーム部２６を収容可能であれば特に制限はなく、周方向に多少の遊びがある状態であってもよく、あるいは、周方向に互いに密接する状態であってもよい。なお、ハウジング溝部５ｃの数は、アーム部２６をハウジング溝部５ｃまで案内するための案内部として機能させる観点から、ホルダ溝部１３の数と同じであることが好ましい。

本実施形態では、転がり軸受３０として玉軸受を用いたが、玉軸受以外の転がり軸受、例えば、円錐ころ軸受を用いてもよい。また、シャフト４の固定は、圧入に限定されず、ボルト締めなど他の方法を用いて、転がり軸受３０に挿入されたシャフト４を固定してもよい。

１ モータ
２ ロータ部
２ａ ロータマグネット
２ｂ マグネットカバー
２ｃ プレート
３ ステータ部
３ａ ステータコア
３ｂ コイル
３ｃ インシュレータ
４ シャフト
５ ハウジング
５１，５２ モールド部
６ ハウジングカバー
７ 軸受組立体
８ 第２の転がり軸受
１０ 外側ホルダ
１１ 底面
１２ 軸方向端面
１３ ホルダ溝部
２０ 内側ホルダ
２１ 外周面
２２，２３ Ｏリング
２４ 底面
２５ 小径部
２６ アーム部
３０ 第１の転がり軸受（転がり軸受）
３０ａ 内輪
３０ｂ ボール
３０ｃ 外輪
４０ 予圧ばね

Claims (10)

1. 円筒部材からなる外側ホルダと、
   円筒部材からなり、前記外側ホルダの内周に挿入された内側ホルダと、
   前記内側ホルダの内周に固定され、軸部材が挿入されて固定される転がり軸受と、を有し、
   前記外側ホルダには、軸方向端面にホルダ溝部が形成され、前記内側ホルダには、外周面から径方向に延びるアーム部が形成され、
   前記ホルダ溝部と前記アーム部が、周方向に係合して前記外側ホルダと前記内側ホルダとの相対回転を規制することを特徴とする軸受組立体。
2. 前記外側ホルダが、複数の前記ホルダ溝部を有し、前記複数のホルダ溝部のうちの１つと前記アーム部が係合することを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体。
3. 前記外側ホルダが、複数の前記ホルダ溝部を有し、前記内側ホルダが、複数の前記アーム部を有し、前記複数のホルダ溝部と前記複数のアーム部がそれぞれ個別に係合することを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体。
4. 前記複数のホルダ溝部の数が前記複数のアーム部の数の整数倍であり、前記複数のホルダ溝部と前記複数のアーム部が、それぞれ周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の軸受組立体。
5. 前記外側ホルダの底面と前記内側ホルダとの間に配置され、前記転がり軸受に予圧を付与する予圧付与手段を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の軸受組立体。
6. 前記転がり軸受が、前記内側ホルダの内周に圧入されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の軸受組立体。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の軸受組立体と、前記外側ホルダと前記軸部材の一方に固定されたロータと、前記外側ホルダと前記軸部材の他方に固定されたステータとを備えたことを特徴とするモータ。
8. 円筒部材からなり、前記外側ホルダが内周に固定されたハウジングを有し、
   前記ハウジングには、内周面に軸方向に延びるハウジング溝部が形成され、
   前記アーム部が、前記外側ホルダの前記軸方向端面の外周縁を越えて延び、
   前記ハウジング溝部が、一方の端部で、前記外側ホルダの前記軸方向端面と同じ方向を向いた前記ハウジングの軸方向端面に開口し、他方の端部で、前記ホルダ溝部に連通していることを特徴とする、請求項７に記載のモータ。
9. 前記ハウジング溝部は、前記一方の端部から前記他方の端部に向かうにつれて幅が狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする、請求項８に記載のモータ。
10. 前記ステータが、前記ハウジングの内部に周方向に間隔を置いて配置された複数のステータコアを有し、
    前記ハウジング溝部が、前記ハウジングの前記間隔に対応する位置に形成されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のモータ。

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