JP4461375B2 - モータの軸受構造 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク回転軸に連動連結されるモータの軸受構造に関する。

一般に、駆動側となるモータの回転駆動力を被駆動側となるワークに伝達するには、同心軸上にあるモータのモータ軸の一端をクラッチ機構などを介した機械的接続（接触）によりワークの回転軸に芯ズレすることなく精度良く連結する必要がある。従来、この様な機械的接続による好適な技術手段として、例えば、特許文献１に開示されたものの如く、ワーク側のクラッチ機構とモータとを一体的に構成した電磁クラッチ内蔵（一体）型モータが知られる。
ところで、モータは、種類に応じた製作精度が要求され、例えば、モータ軸を軸受間に軸架する構成において、ＤＣモータではモータ軸の軸方向移動が１ｍｍ程度許容されるが、ステッピングモータやサーボーモータなどでは、モータ軸の軸方向移動にＤＣモータの様な許容誤差があると、２コイル間の中心位置に配設されるべき回転子が軸受間を往復運動して衝突音が発生してしまうため、Ｍａｘ０．３ｍｍ程度の精度をもって軸受に略軸方向不移動に支承される。また、何れのモータも軸架構成において、直角度の組み付け精度において誤差を生じる。

しかしながら、上記のようなモータ自体の製作精度上の問題から、同心軸上となるようモータのモータ軸とワークの回転軸とを連動連結しても、両者間には軸芯ズレや偏心が生じる。この芯ズレ状態で連結した軸は、結局、モータの２つの軸受とワークの軸受で支承された状態で一体回動するため、回転ブレが生じワークおよびモータの装置全体に振動を誘発し、特に、モータのワーク側軸受に大きな側圧（回転負荷）が掛かり伝達ロスが生じてしまい、モータのトルク損失を招来し、モータ寿命の恒久性を損ねる問題がある。さらに、従来の電磁クラッチを内蔵したモータのように、モータのモータ軸に嵌挿されたモータ側クラッチ片をスライド可能に構成したものにあっては、モータ自体の製作誤差に加えて、クラッチ片相互の接合時に両者間に芯ズレを生じるという不具合がある。

特開２００１−２１１６０４号公報

本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、モータの軸受に支承されたモータ軸とワークの軸受に支承されたワーク回転軸とを連動連結した際に、モータ自体の製作誤差および軸相互の連結に伴う接続誤差により、軸芯ズレや角度ズレ等の誤差の問題が生じても、連結軸全体で芯ズレや角度ズレ誤差を吸収するようにして、ワーク側のモータ軸受にかかるサイドロードを解消し、モータの耐久性を高めることができるモータの軸受構造の提供と、かかる目的達成の前提となるクラッチ一体型モータにおけるモータの軸受構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明が採用した技術手段は、ワーク側に備える軸受構造によって回転可能に支承されたワーク回転軸に対し、出没動作するモータ軸を連動連結して駆動力を伝達するに、前記モータ軸を、モータ軸受間に軸心方向スライド可能に軸架すると共に、前記ワーク側のモータ軸受に対するモータ軸の支承を、前記スライド移動に伴って当該支承が解離され、前記ワーク回転軸に連結可能な軸架手段で構成せしめ、前記モータ軸は、該軸架手段によって、前記ワーク回転軸との連結前にはワーク側のモータ軸受に支承を保持させ、連結後には当該支承を解離させてワーク軸受に支承されることを特徴とするものである。

本発明におけるモータの軸受構造は、モータの軸受に支承されたモータ軸とワークの軸受に支承された回転軸とが連動連結されて一体回動するものでありながら、モータ自体の製作上および両軸間の連結に伴う接続誤差により、軸芯ズレや角度誤差等の問題を有していても、ワーク側のモータ軸受に対してその回転軸を、連結前には仮支承された状態で軸芯位置を保持することができ、連結後においては当該モータ軸受の支承に依存することなく、連結軸をワーク軸受と他方のモータ軸受とで軸架させた所謂２点支承により軸架間距離を大きくして、芯ズレや角度ズレ誤差を連結軸全体で吸収することができ、その結果、ワーク側のモータ軸受にかかるサイドロードが一切無くなり、モータのトルク損失を軽減せしめて回動伝達の効率化が図られ、モータの耐久性を高めることができる。しかも、サーボモータやステッピングモータなどの様に、モータ軸をモータ軸受に対して略軸方向不移動に支承させる組み付け精度が強いられるものにおいても、ＤＣモータの如きのスライド公差をもって製作でき、製作し易いという利点を合わせ奏するものである。

以下、本発明の実施の形態を、好適な実施の形態として例示するモータの軸受構造を図面に基づいて詳細に説明する。図１はモータの軸受構造の半部断面構成図、図２は軸の連結状態のモータの軸受構造を示す要部断面である。図に示すように、１はクラッチ一体型モータであって、該クラッチ一体型モータ１は、ワーク側となる電磁クラッチ機構２とステッピングモータ３（以下端にモータという）をそれぞれ形成する鉄、磁性ステンレス等よりなるヨーク２１および３１と、該ヨーク２１と３１の区画中央および両側に配設されたフランジ２２および３２、３２の各々中心に設けられたワーク軸受２３およびモータ軸受３３１、３３２と、該ワーク軸受２３およびモータ軸受３３１、３３２にそれぞれ回転可能に支承されるワーク回転軸２４およびモータ軸３４を有する回転子３４ａとを備え、前記ヨーク２１および３１内には、その内壁に設けられた樹脂製のコイルボビン２５および３５、３５に各々巻着されたコイル２５ａおよび３５ａ、３５ａが配設されると共に、クラッチ機構２を構成する一対のクラッチ片２６と３６が接合／離間するスライド間隙Ｓを存して各々ワーク回転軸２４とモータ軸３４の端部に対向配設されている。なお、これら構成は、特許文献１に開示されている如くクラッチ一体型モータの基本構成として概略公知の技術である。また、前記ワーク回転軸２４の先端側には図示しない弁体が設けられており、このクラッチ一体型モータ１は、空調等のガス流路を閉鎖・開放することで流量制御行うような流量制御装置として用いられる。

前記モータ軸３４は、軸受３３１と軸受３３２間に軸方向略０．７ｍｍ程度の移動組み付け許容誤差をもってスライド可能に軸架される軸架手段により支承され、ワーク側の軸受３３１と回転子３４ａとの間のモータ軸３４内には、前記クラッチ片２６、３６相互を常時離間方向に付勢せしめるコイルスプリング３４１が嵌挿配設されている。これにより、電磁クラッチ機構２のコイル２５ａへのＯＮ／ＯＦＦ切り替え通電に伴うモータ軸３４の出没動作によって、クラッチ片３６が、前記クラッチ片２６と３６の接合／離間するスライド間隙Ｓとして設定された０．５ｍｍ幅を往復移動するよう構成されている。

スプリング３４１は、両端部に配設された樹脂製の滑りワッシャー３４３、３４３により挟持される状態で、回転子３４ａに設けられた凹状溝３４２内に挿入され配設される。スプリング３４１をこのように配設すると、ヨーク３１の内周面に回転子３４ａの磁極間隔に対応して定ピッチに形成される複数の凹凸状極歯に対し、回転子３４ａの外周面幅を幅狭に形成することなく対面することができ、モータの回動力を損なうことが無く、回転子３４ａの回動に伴う摩擦抵抗が少なくスプリング３４１自体の回転が抑制される。

前記軸架手段は、モータ軸３４を、ワーク側の軸受３３１に対するモータ軸３４の支承が前記スライド移動に伴って、当該支承が解離可能、かつ前記ワーク回転軸２４に連結可能に構成され、前記ワーク回転軸２４との連結前（クラッチ片２６と３６との接合前）にはワーク側のモータ軸受３４に支承を保持させ、連結後には当該支承を解離させてワーク軸受２３の支承に依存される構成となっている。つまり、モータ軸３４とモータ軸受３３１とは一対の凹凸関係を持ってモータ軸３４の出没動作に追随して支承・解離されるようになっており、具体的には、前記モータ軸３４の周面にモータ軸受３３１側に傾斜する円錐状凸部３４４を設ける一方、モータ軸受３３１には、ワーク側外方に向けて拡開する前記円錐状凸部３４４の形状に対応した凹状の受け部３３１ａを設けることで、クラッチ片２６、３６相互が離間した状態では、前記凸部３４４が受け部３３１ａに所謂仮支承されており、クラッチ片３６がクラッチ片２６と接合して軸相互が連結すると、モータ軸３４と共に前記凸部３４４もスライド間隙Ｓ分だけ移動してモータ軸３４との軸承が解離される構成となっている。なお、凸部３４４と凹状の受け部３３１ａの凹凸関係は逆の関係で構成しても良く、その形状も任意である。

前記ワーク軸受２３にはベアリング軸受が用いられ、ワーク軸受３３２には焼結含油軸受が用いられるが、前記ワーク側のモータ軸受３３１には、フッ素系の樹脂製部材で構成される。また、クラッチ片３６とクラッチ片２６はテーパー面接合されるように形成されており、前記軸承が解離された際にクラッチ片３６がクラッチ片２６の中心位置に接合するようになっている。この様にすると、ワーク回転軸２４とモータ軸３４との軸芯ズレを軽減でき、クラッチ一体型モータ１を起立姿勢ではなく倒伏姿勢で使用した際に有効である。なお、クラッチ片の面接は、従来の平面対向の接合で行うようにしても良いことは言うまでもない。

叙述の如く構成された本発明の実施例の形態において、ワーク軸受２３によって回転可能に支承されたワーク回転軸２４に対し、モータ軸３４を同心軸上となるように連動連結して駆動力を伝達する際、モータ自体の製作精度上の問題から、両者間には軸芯ズレや偏心が生じ、モータのトルク損失を招来し、モータ寿命の恒久性を損ねるなどの問題が起こる。ところが、本発明におけるモータの軸受構造は、前記モータ軸３４を、モータ軸受３３１、３３２間に軸心方向スライド可能に軸架させた構成となっているため、これをクラッチ一体型モータ１に適用することで、モータ軸３４は、モータ軸受３３１、３３２間に設けたスプリング３４１によりクラッチ片３６をクラッチ片２６に対して常時離間方向に付勢せしめ、前記クラッチ片２６，３６相互の接合／離間が、電磁クラッチ２のＯＮ／ＯＦＦ切り替え通電に伴うモータ軸３４の出没動作によって行われるべく構成することができる。

これにより、軸方向移動不能なスライド公差の精度をもって製作が強いられるステッピングモータやサーボーモータなどにおいても、ＤＣモータと同様のラフな許容誤差をもって製作でき、作業が簡略化され量産し易くなる。つまり、クラッチ片２６，３６が接合することにより、ワーク回転軸２４が軸方向不移動となっており、モータ軸３４も軸方向不移動の状態となり、コイル３５ａ、３５ａ間の中心位置に配設されるべき回転子３４ａにスライド間隙Ｓとして０５ｍｍ程度のズレが生じても回動に影響することはなく、モータ軸受３３１、３３２間を往復運動する際に衝突音が発生してしまうこともない。

また、モータ３の軸架構成において、直角度の組み付け精度において製作誤差を生じることと相俟って、同心軸上となるようクラッチ片２６と３６を接合してモータ軸３４とワーク回転軸２４とを連動連結しても、両者間には０．１５ｍｍ程度の軸芯ズレや偏心が生じてしまうのであるが、本発明におけるモータの軸受構造は、モータ軸３４が軸心方向スライド可能に軸架されると共に、ワーク側のモータ軸受３３１に対するモータ軸３４の支承が、前記スライド移動に伴って、当該支承が解離され、前記ワーク回転軸２４に連結可能な軸架手段で構成されており、モータ軸３４は、この軸架手段によって、前記ワーク回転軸２４との連結前、即ち、前記クラッチ片２６と３６との接合クラッチ片２６側のワークとの連結前には、モータ軸３４（凸部３４４）とモータ軸受３３１（受け部３３１ａ）との支承を仮軸受した状態で保持し、連結後には当該支承を解離させてワーク軸受２３に支承される構成となっている。

つまり、モータ軸３４は、モータ３の非駆動時に、ワークとは連結されず仮支承状態にある。この仮支承された状態のモータ軸３４が、コイル２５ａへの通電（本実施例ではコイル３５ａ、３５ａへの通電も同時に行われモータ駆動される）により、０．５ｍｍのスライド間隙Ｓをもって移動し、例えば、クラッチ片３６がクラッチ片２６に対して０．１５ｍｍ程度の軸芯ズレを生じて接合される。なお、モータ軸３４は反復して出没駆動されるため、クラッチ片３６のクラッチ片２６に対する軸芯ズレ値は異なる。その際、モータ軸３４に角度ズレが生じるが、この角度ズレは、回転子３４ａの外周面とヨーク３１の極歯面（内周面）との組付け間隔（約０．３ｍｍ）内で許容される。前記仮支承されたモータ軸３４は、モータ軸受３３１との支承が解離（解放）され、連結軸（ワーク回転軸２４とモータ軸３４）がワーク軸受２３とモータ軸受３３２の所謂２点支承により軸架された状態で回動することになる。

このため、モータ３の軸受３３１、３３２に支承されたモータ軸３４とワークの軸受２３に支承された回転軸２４とが連動連結されて一体回動するものでありながら、モータ自体の製作上および両軸間の連結に伴う接続誤差により、軸芯ズレや角度誤差等の問題を有していても、ワーク側のモータ軸受３３１に対してそのモータ軸３４を、連結前には仮支承された状態で軸芯位置を保持することができ、連結後においては当該軸受３３１に支承依存することなく、連結軸をワーク軸受２３と他方のモータ軸受３３２とで軸架させた所謂２点支承により軸架間距離を大きくして、芯ズレや角度ズレ誤差を連結軸全体で吸収することができる。その結果、ワーク側のモータ軸受３３１にかかるサイドロードが一切無くなり、モータのトルク損失を軽減せしめて回動伝達の効率化が図られ、モータの耐久性を高めることができる。しかも、サーボモータやステッピングモータなどの様に、モータ軸３４を軸受３３１，３３２に対して略軸方向不移動に支承させる組み付け精度が強いられるものにおいても、ＤＣモータの如きのスライド公差をもって製作でき、製作し易いという利点を合わせ奏するものである。
なお、本発明をクラッチ一体型モータ１として例示したが、単独のモータのモータ軸を機械的接続（接触）によりワークの回転軸に連結するもので有れば良く、クラッチ機構に及びモータの種類に限定されるものでない。

また、前記軸架手段は、前記モータ軸３４の出没動作に追随して、その周面に設けられた凸部３４４（凹部であっても良い）が、ワーク側のモータ軸受３３１に対して没入することで支承され、突出することで解離される。つまり、前記モータ軸３４の周面には、ワーク側のモータ軸受３３１側に傾斜する円錐状凸部３４４が設けられ、このモータ軸受３３１には、ワーク側外方に向けて拡開する前記凸部形状に対応した円錐形の凹状受け部３３１ａが設けられているので、スライド間隙Ｓが小さくモータ軸３４の移動が僅かな距離であっても、凸部３４４に対するモータ軸受面を大きく設定でき、モータ軸３４を確実に仮支承することができ、モータ軸３４が突出後、没入する際に、凸部３４４が受け部３３１ａの傾斜面に案内されて常に軸芯ズレを回避する位置決めができる。したがって、この様なワークへ連結されるモータ軸３４の支承・解離構成によれば、モータ３が単独で回転駆動する必要性が無く、専ら軸芯ズレを規制する位置保持用の軸受として機能するものであり、モータ軸受３３１は、焼結含油軸受を用いる必要が無くなり、安価な樹脂製部材で構成することができる。

モータの軸受構造の半部断面構成図。 軸の連結状態のモータの軸受構造を示す要部断面図。

符号の説明

１ クラッチ一体型モータ
２ クラッチ機構
３ モータ
２１ ヨーク
２２ フランジ
２３ ワーク軸受
２４ ワーク回転軸
２５ コイルボビン
２５ａ コイル
２６ クラッチ片
３１ ヨーク
３４ モータ軸
３４ａ 回転子
３５ａ コイル
３６ クラッチ片
３３１ モータ軸受
３３１ａ 受け部
３３２ モータ軸受
３４１ スプリング
３４２ 凹状溝
３４３ ワッシャー
３４４ 凸部
Ｓ スライド間隙

Claims (6)

1. ワーク側に備える軸受構造によって回転可能に支承されたワーク回転軸に対し、出没動作するモータ軸を連動連結して駆動力を伝達するに、
   前記モータ軸を、モータ軸受間に軸心方向スライド可能に軸架すると共に、
   前記ワーク側のモータ軸受に対するモータ軸の支承を、前記スライド移動に伴って当該支承が解離され、前記ワーク回転軸に連結可能な軸架手段で構成せしめ、
   前記モータ軸は、該軸架手段によって、前記ワーク回転軸との連結前にはワーク側のモータ軸受に支承を保持させ、連結後には当該支承を解離させてワーク軸受に支承されることを特徴とするモータの軸受構造。
2. 請求項１において、前記軸架手段は、前記モータ軸の出没動作に追随して、その周面に設けられた凹部または凸部が、ワーク側のモータ軸受に対して没入することで支承され、突出することで解離されることを特徴とするモータの軸受構造。
3. 請求項２において、前記モータ軸の周面には、ワーク側のモータ軸受側に傾斜する円錐状凸部が設けられ、該モータ軸受には、ワーク側外方に向けて拡開する前記凸部形状に対応した円錐形の凹状受け部が設けられていることを特徴とするモータの軸受構造。
4. 請求項１乃至３の何れかにおいて、前記ワーク側のモータ軸受は、樹脂製部材で構成されていることを特徴とするモータの軸受構造。
5. 請求項１乃至４の何れかにおいて、前記モータには、前記ワーク側のモータ軸とワーク回転軸の一端とを連結する一対のクラッチ片を接合／離間することで駆動力を伝達する電磁クラッチ機構が一体的に設けられていることを特徴とするモータの軸受構造。
6. 請求項５において、前記モータ軸の出没動作は、モータの軸受間に設けたスプリングにより前記クラッチ片相互を常時離間方向に付勢せしめ、電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ切り替え通電に伴う前記クラッチ片相互の接合／離間動作によって行われるべく構成されていることを特徴とするモータの軸受構造。