JP2020085177A - 軸受組立体、モータ、および軸受組立体の組立方法 - 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、軸部材４の外周に固定された２つの転がり軸受１１，１２と、円筒部材からなり、２つの転がり軸受１１，１２の径方向外側に配置された軸受ホルダ１５と、円筒部材からなる弾性スリーブ１６であって、径方向に圧縮された状態で２つの転がり軸受１１，１２の外周と軸受ホルダ１５の内周との間に配置され、軸受ホルダ１５に対して２つの転がり軸受１１，１２を周方向に固定する弾性スリーブと、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、軸受組立体、モータ、および軸受組立体の組立方法に関する。

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実現し、ひいては長寿命化を実現する、軸受組立体および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、軸部材の外周に固定された２つの転がり軸受と、円筒部材からなり、２つの転がり軸受の径方向外側に配置された軸受ホルダと、円筒部材からなる弾性スリーブであって、径方向に圧縮された状態で２つの転がり軸受の外周と軸受ホルダの内周との間に配置され、軸受ホルダに対して２つの転がり軸受を周方向に固定する弾性スリーブと、を有することを特徴とする。

本発明の軸受組立体では、転がり軸受と軸受ホルダとの間に介在する弾性スリーブにより、接着剤を用いることなく、転がり軸受を軸受ホルダに固定することが可能になる。また、軸部材の高速回転時に、振動や音などの発生や転がり軸受の破損を抑制することも可能になる。その結果、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実現することが可能になる。

本発明において、軸受組立体が、２つの転がり軸受の外周にそれぞれ圧入された２つのスペーサを有し、弾性スリーブが、２つのスペーサの外周と軸受ホルダの内周とにそれぞれ接触することが好ましい。このような構成により、弾性スリーブが転がり軸受と直接接触することを回避して、その悪影響を回避することが可能になる。

本発明において、２つの転がり軸受の外周にそれぞれスペーサが圧入されている場合、弾性スリーブの内周面には、２つのスペーサの間で径方向に突出し、軸方向に圧縮された状態で２つのスペーサにそれぞれ接触する環状凸部が形成されていることが好ましい。このような構成により、弾性スリーブが２つの転がり軸受に予圧を付与する予圧付与手段としても機能するため、部品点数を減らして製造コストを下げることが可能になる。

本発明において、弾性スリーブがゴム製であることが好ましい。

本発明において、２つの軸受ホルダが、軸部材の一方の端部に配置されていることが好ましい。このような構成により、例えば高温環境下で使用される場合にも、転がり軸受を熱源からより遠い位置に配置することが可能になり、温度上昇による転がり軸受の性能変化を抑え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、軸受ホルダと軸部材の一方に固定されたロータと、軸受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。

以上のように、本発明の軸受組立体では、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。また、本発明のモータでは、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となり、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。

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、軸受ホルダにステータが固定されたものだけでなく、軸受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は、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り、モータの回転軸に平行な断面を示す図である。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。本実施形態では、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、一方のモールド部５１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を金型内に挿入した後、金型内に樹脂を注入し、ステータ部３と樹脂とを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に取り付けられている。

（軸受組立体）
軸受組立体７は、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、２つの転がり軸受１１，１２と、２つのスペーサ１３，１４と、軸受ホルダ１５と、弾性スリーブ１６とを有している。

２つの転がり軸受１１，１２は、モータ１の出力側で、軸方向に互いに間隔を置いてそれぞれシャフト４の外周に圧入されて固定されている。具体的には、第１の転がり軸受１１は、ロータ部２に対向する側（以下、「ロータ側」という）でシャフト４の外周に圧入され、第２の転がり軸受１２は、ロータ部２に対向する側と反対側（以下、「反ロータ側」という）でシャフト４の外周に圧入されている。第１の転がり軸受１１の外周に、金属製の円環部材である第１のスペーサ１３が圧入され、第２の転がり軸受１２の外周に、同じく金属製の円環部材である第２のスペーサ１４が圧入されている。

第１の転がり軸受１１は、内輪１１ａと、２つ以上の転動体１１ｂと、外輪１１ｃ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１１ａおよび外輪１１ｃは、いずれも金属製の円環状部材であり、内輪１１ａの径方向外側に外輪１１ｃが配置されている。転動体１１ｂは、球状の部材であり、内輪１１ａの外周面と外輪１１ｃの内周面との間に配置されている。第２の転がり軸受１２は、内輪１２ａと、２つ以上の転動体１２ｂと、外輪１２ｃ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１２ａおよび外輪１２ｃは、いずれも金属製の円環状部材であり、内輪１２ａの径方向外側に外輪１２ｃが配置されている。転動体１２ｂは、球状の部材であり、内輪１２ａの外周面と外輪１２ｃの内周面との間に配置されている。第１の転がり軸受１２と第２転がり軸受１２は、ほぼ同一の形状およびサイズである。

軸受ホルダ１５は、軸方向に延びる金属製の円筒部材であり、２つの転がり軸受１１，１２の径方向外側に配置されている。軸受ホルダ１５は、反ロータ側の端部にフランジ部１５ａを有し、ハウジングカバー６とフランジ部１５ａが図示しないボルトによってハウジング５に共締めされることでハウジング５に固定されている。

弾性スリーブ１６は、軸方向に延びるゴム製の円筒部材である。弾性スリーブ１６は、径方向に圧縮された状態で２つの転がり軸受１１，１２の外周と軸受ホルダ１５の内周との間に配置されており、具体的には、２つのスペーサ１３，１４の外周と軸受ホルダ１５の内周とにそれぞれ接触している。このような弾性スリーブ１６により、接着剤を用いることなく、軸受ホルダ１５に対して転がり軸受１１，１２を周方向に固定することができる。また、弾性スリーブ１６は、ロータ部２の高速回転時にアンバランスが発生した場合に、振動や音などの発生を抑制したり、転がり軸受１１，１２の破損を抑制したりすることもできる。その結果、モータ１は、高温環境下（例えば、１００℃以上）でも転がり軸受１１，１２の共回りを抑制して安定した回転を維持することができ、すなわちモータ１の長寿命化を実現することができる。

なお、軸受ホルダ１５に対して転がり軸受１１，１２を周方向に固定するためには、弾性スリーブ１６と転がり軸受１１，１２との間のスペーサ１３，１４を省略して、弾性スリーブ１６と転がり軸受１１，１２とを直接接触させることもできる。しかしながら、この場合には、弾性スリーブ１６が転がり軸受１１，１２に擦れることで異物が発生したり、転がり軸受１１，１２からの熱により弾性スリーブ１６が損傷を受けたりする可能性がある。したがって、このような不具合を回避するためにも、弾性スリーブ１６と転がり軸受１１，１２との間にはスペーサ１３，１４が設けられていることが好ましい。

弾性スリーブ１６の内周面には、２つのスペーサ１３，１４の間で径方向に突出する環状凸部１６ａが形成されている。環状凸部１６ａは、軸方向に圧縮された状態で２つのスペーサ１３，１４にそれぞれ接触している。そのため、弾性スリーブ１６は、２つの転がり軸受１１，１２の外輪１１ｃ，１２ｃを軸方向に沿って互いに離れる方向に押圧することで、２つの転がり軸受１１，１２に予圧を付与する予圧付与手段としても機能することができる。したがって、２つの転がり軸受１１，１２に予圧を付与するために別の部材を設ける必要がなく、部品点数を減らして製造コストを下げることが可能になる。

（軸受組立体の組立方法）
ここで、本実施形態の軸受組立体の組立方法について簡単に説明する。

まず、軸受ホルダ１５の内周に弾性スリーブ１６を挿入し、その内周に、第１の転がり軸受１１の外周に第１のスリーブ１３を圧入したものを挿入する。これにより、弾性スリーブ１６が径方向に圧縮された状態で第１のスリーブ１３と軸受ホルダ１５との間に固定される。次に、第１の転がり軸受１１の内周にシャフト４を圧入する。そして、第２の転がり軸受１２をシャフト４に圧入する。これにより、弾性スリーブ１６が径方向に圧縮された状態で第２のスリーブ１４と軸受ホルダ１５との間に固定される。また、第２の転がり軸受１２のシャフト４への圧入は、２つの転がり軸受１１，１２の外輪１１ｃ，１２ｃが弾性スリーブ１６の環状凸部１６ａによって互いに離れる方向に押圧されるまで行われる。以上により、２つの転がり軸受１１，１２は、予圧が付与された状態でシャフト４に固定される。こうして、軸受組立体７が完成する。

（本実施形態の主な効果）
以上説明したように、本実施形態の軸受組立体７は、シャフト４の外周に固定された２つの転がり軸受１１，１２と、円筒部材からなり、２つの転がり軸受１１，１２の径方向外側に配置された軸受ホルダ１５と、円筒部材からなる弾性スリーブ１６とを有し、弾性スリーブ１６は、径方向に圧縮された状態で２つの転がり軸受１１，１２の外周と軸受ホルダ１５の内周との間に配置され、軸受ホルダ１５に対して２つの転がり軸受１１，１２を周方向に固定している。これにより、接着剤を用いることなく、転がり軸受１１，１２を軸受ホルダ１５に固定することが可能になる。また、シャフト４の高速回転時に、振動や音などの発生や転がり軸受１１，１２の破損を抑制することも可能になる。その結果、高温環境下でも転がり軸受１１，１２の共回りを抑制して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が、２つの転がり軸受１１，１２の外周にそれぞれ圧入された２つのスペーサ１３，１４を有し、弾性スリーブ１６が、２つのスペーサ１３，１４の外周と軸受ホルダ１５の内周とにそれぞれ接触している。このため、弾性スリーブ１６が転がり軸受１１，１２と直接接触することを回避して、それによる悪影響を抑制することが可能になる。

本実施形態では、弾性スリーブ１６の内周面に、２つのスペーサ１３，１４の間で径方向に突出し、軸方向に圧縮された状態で２つのスペーサ１３，１４にそれぞれ接触する環状凸部１６ａが形成されている。このため、弾性スリーブ１６は２つの転がり軸受１１，１２に予圧を付与する予圧付与手段としても機能することができ、その結果、部品点数を減らして製造コストを下げることが可能になる。

本実施形態では、２つの転がり軸受１１，１２が、シャフト４の一方の端部であるモータ１の反出力側に配置されている。このような構成により、例えば高温環境下で使用される場合にも、２つの転がり軸受１１，１２を熱源からより遠い位置に配置することが可能になり、温度上昇による２つの転がり軸受１１，１２の性能変化を抑え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、接着剤を用いることなく、転がり軸受１１，１２を軸受ホルダ１５に固定することが可能になる。また、振動や音などの発生を抑制したり、転がり軸受１１，１２の破損を抑制したりすることも可能になる。その結果、高温環境下（例えば、１００℃以上）でも転がり軸受１１，１２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。したがって、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。

本実施形態では、転がり軸受１１，１２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。

弾性スリーブ１６の材料としては、耐熱性に優れている点でシリコーンゴムを用いることが好ましいが、これに限定されるものではなく、モータ１の使用環境や用途に応じて他のゴム（例えば、フッ素ゴムなど）を用いることができる。また、モータ１の使用温度範囲内でゴム弾性を有し、上述した機能を果たすものであれば、弾性スリーブ１６は、ゴム製でなくてもよく、他の材料（例えば、樹脂材料など）から形成されていてもよい。

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
１１ 第１の転がり軸受
１２ 第２の転がり軸受
１１ａ，１２ａ 内輪
１１ｂ，１２ｂ 転動体
１１ｃ，１２ｃ 外輪
１３ 第１のスリーブ
１４ 第２のスリーブ
１５ 軸受ホルダ
１５ａ フランジ部
Ｒ 回転軸

Claims (6)

1. 軸部材の外周に固定された２つの転がり軸受と、
   円筒部材からなり、前記２つの転がり軸受の径方向外側に配置された軸受ホルダと、
   円筒部材からなる弾性スリーブであって、径方向に圧縮された状態で前記２つの転がり軸受の外周と前記軸受ホルダの内周との間に配置され、前記軸受ホルダに対して前記２つの転がり軸受を周方向に固定する弾性スリーブと、を有することを特徴とする軸受組立体。
2. 前記２つの転がり軸受の外周にそれぞれ圧入された２つのスペーサを有し、
   前記弾性スリーブが、前記２つのスペーサの外周と前記軸受ホルダの内周とにそれぞれ接触することを特徴とする、請求項１に記載の軸受組立体。
3. 前記弾性スリーブの内周面には、前記２つのスペーサの間で径方向に突出し、軸方向に圧縮された状態で前記２つのスペーサにそれぞれ接触する環状凸部が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の軸受組立体。
4. 前記弾性スリーブがゴム製であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の軸受組立体。
5. 前記２つの転がり軸受が、前記軸部材の一方の端部に配置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項に記載の軸受組立体。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の軸受組立体と、前記軸受ホルダと前記軸部材の一方に固定されたロータと、前記軸受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。

Images