JP6500759B2 - 圧入治具 - Google Patents

Description

この発明は、の圧入治具に関し、特に、回転電機の軸受の圧入に好適な圧入治具に関する。

電動モータ等の回転電機は、通常、ロータに備えられた回転軸をモータカバーに回転可能に支持するラジアル軸受を備えている。これらのラジアル軸受は回転軸の所定の位置に圧入する必要があり、回転軸の出力端部付近と出力端部の反対側の端部にラジアル軸受がそれぞれ圧入される。回転電機にラジアル軸受を圧入する場合、プレス機を用いることがあり、通常、出力端部の反対側の端部へラジアル軸受を圧入した後、出力端部付近にさらにラジアル軸受を圧入する。出力端部付近にラジアル軸受をプレス機により圧入する場合には、既に圧入したラジアル軸受にプレス機による過度の荷重が作用しないように、先に圧入したラジアル軸受を押さえる押さえ治具を設ける必要がある。さらに、押さえ治具を設ける場合には、押さえ治具がプレスのタイミングに合わせて先に圧入したラジアル軸受へ向けて移動されるように、押さえ治具を進退させるための進退機構を備える必要がある。

圧入治具に関係する従来の技術としては、モータシャフトの先端部にギアを圧入して取付けるためのモータシャフトのギア取付用治具が存在する（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に開示されたギア取付用治具は、モータシャフトのねじ穴にねじ込まれる連結部を有すると共に固定側ねじ部を有する固定シャフトと、可動側ねじ部及びハンドルを有する可動シャフトと、を備える。さらに、ギア取付用治具は、固定シャフトの外周部に相対的に回り止め状態に設けられ、スラストベアリングを介して可動シャフトからの螺進力が伝達される押圧部材を備えている。

特開平９−３２９２１３号公報

しかしながら、プレス機を用いて回転電機の回転軸にラジアル軸受を圧入する場合、プレス機が必要であり、回転電機の製造設備が大掛かりになるという問題がある。
一方、特許文献１に開示されたギア取付用治具を適用する場合、回転電機の製造設備が大掛かりになることはないものの、ギア取付用治具の構造が複雑であり、部品点数が多いという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、大掛かりな回転電機の製造設備を必要とすることなく、簡単な構造の圧入治具の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、圧入対象物を回転電機が備える回転軸の予め設定された位置に圧入するための圧入治具であって、治具本体と、前記回転軸の先端部に形成された雄ねじ部と螺合するナットと、を備え、前記治具本体は、前記回転軸を挿通する挿通孔と、前記挿通孔にて前記回転軸と相対回転が規制された状態にて係合される係合部と、前記圧入対象物と当接する対象物当接部と、前記治具本体と当接する一方の軌道体および前記雄ねじ部に螺合した状態の前記ナットと当接する他方の軌道体を有するスラスト軸受と、前記治具本体の前記ナットとの共回りを規制する回り止め手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回転軸が治具本体の挿通孔に挿通されると、治具本体は係合部により回転軸に対する相対回転が規制される。治具本体が回転軸と係合された状態で、回り止め手段により治具本体とナットとの共回りを規制しつつ、ナットを回転軸に螺合させ、締め付ける方向へ回転すると、圧入治具は対象物当接部を介して圧入対象物を予め設定された位置へ向けて圧入する。従って、治具本体とナットを用いることにより簡単に圧入対象物を回転軸に圧入することができる。また、治具本体とナットを備える圧入治具であるため、部品点数も少なく構造も簡単である。

また、上記の圧入治具において、前記係合部は、前記回転軸に形成されたスプライン部又はキーに係合する構成としてもよい。
この場合、治具本体の係合部が、回転軸のスプライン部又はキーに係合し、治具本体と回転軸との相対回転を規制することができる。

また、上記の圧入治具において、前記ナットはフランジ付ナットである構成としてもよい。
この場合、ナットをフランジ付ナットにすることにより、ナットの締め付けによる軸力に対するナットの強度を高めることができる。

本発明によれば、大掛かりな回転電機の製造設備を必要とすることなく、簡単な構造の圧入治具を提供することができる。

本発明の実施形態に係る圧入治具の概要を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る圧入治具の平面図である。 本発明の実施形態に係る圧入治具の分解断面図である。 （ａ）圧入前の軸受および圧入治具を示す縦断面図であり、（ｂ）は、圧入後の軸受および圧入治具を示す縦断面図である。 （ａ）は別例１に係る圧入治具の平面図であり、（ｂ）は別例２に係る圧入治具の平面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る圧入治具について図面を参照して説明する。本実施形態では、回転電機としての電動モータの回転軸に対して圧入対象物であるラジアル軸受を圧入する圧入治具を例示して説明する。

まず、図１に示す電動モータ１０の概要について説明する。電動モータ１０は、ステータ１１と、ステータ１１に対して回転するロータ１２と、ステータ１１の両端部に接合された一対のモータカバー１３、１４とを備えている。ステータ１１は円筒状のステータコア１５と、ステータコア１５に巻線されたコイル１６とを備える。ステータコア１５の両側の端面からコイル１６のコイルエンドがそれぞれ突出している。

ロータ１２は、ステータコア１５の内部に位置するロータコア１７と、ロータコア１７の中心を貫通してロータコア１７に固定された回転軸１８を備えている。回転軸１８は、一方のモータカバー１３から外部へ突出する突出端部１９と、他方のモータカバー１４の内部に位置する端部２０と、突出端部１９と端部２０との間の軸本体部２１とを有する。

回転軸１８の突出端部１９は、先端からロータコア１７へ向けて形成された雄ねじ部２２と、雄ねじ部２２からロータコア１７へ向けて形成されたスプライン部２３と、スプライン部２３から軸本体部２１まで形成された小径部２４と、を備えている。雄ねじ部２２はスプライン部２３よりも小径であり、スプライン部２３の外径と小径部２４の外径は同径である。軸本体部２１の突出端部１９側には、小径部２４より大径の圧入部２５が形成されている。圧入部２５は、ラジアル軸受２６が圧入される位置が予め設定された部位である。軸本体部２１における圧入部２５のロータコア１７側には、圧入部２５よりも大径の軸本体部２１が形成されている。

回転軸１８には端部２０からロータコア１７へ向けて形成された圧入部２７が形成されている。圧入部２７は、ラジアル軸受２８が圧入される位置が予め設定された部位である。回転軸１８における圧入部２７のロータコア１７側には、圧入部２７よりも大径の軸本体部２１が形成されている。

次に、モータカバー１３、１４について説明する。モータカバー１３、１４は、略有底円筒状で形態を呈している。一方のモータカバー１３は、円筒状の胴部２９と胴部２９の一方を塞ぐ底部３０を備えている。胴部２９の他方の端部にはステータコア１５と接合される接合部３１が形成されている。底部３０の中心には、回転軸１８が挿通される軸孔３２が形成されている。モータカバー１３の軸孔３２付近には、軸方向において外側から内側へ窪む凹部３３が形成されている。凹部３３はラジアル軸受２６が圧入により装着される部位である。ラジアル軸受２６は内輪、外輪および球状の転動体を有する公知のラジアル軸受である。モータカバー１３には、凹部３３に装着されたラジアル軸受２６の抜け出しを防止するための環状板３４がボルト３５により取り付けられている。

他方のモータカバー１４は、円筒状の胴部３６と胴部３６の一方を塞ぐ底部３７を備えている。胴部３６の他方の端部にはステータコア１５と接合される接合部３８が形成されている。底部３７の中心には、回転軸１８が挿通される軸孔３９が形成されている。
モータカバー１３の軸孔３９付近には、軸方向において内側から外側へ窪む凹部４０が形成されている。凹部４０はラジアル軸受２８が圧入により装着される部位である。ラジアル軸受２８は内輪、外輪および球状の転動体を有する公知のラジアル軸受である。

次に、圧入治具５０について説明する。圧入治具５０は電動モータ１０の回転軸１８に対して圧入対象物であるラジアル軸受２６を圧入するための治具である。図１〜図３に示すように、本実施形態の圧入治具５０は、治具本体５１およびナット５２を備える。図２に示すように、治具本体５１は、平面視略方形状の本体部５３を有する。図３に示すように、治具本体５１は、本体部５３の板面５４、５５と直交する方向に突出する筒部５６を備えている。本体部５３と筒部５６は一体形成されている。筒部５６の先端部５７は、ラジアル軸受２６の回転軸１８への圧入時にラジアル軸受２６と当接する対象物当接部に相当する。本体部５３および筒部５６を貫通する挿通孔５８が形成されている。挿通孔５８は、回転軸１８の突出端部１９を挿通する。先端部５７は、挿通孔５８の一方の開口の外周に環状に形成されている。

本体部５３には板面５４から軸方向に窪む凹部５９が形成されている。凹部５９は、スラスト軸受６０を収容する空間である。図３に示すように、スラスト軸受６０は一対の軌道体６０Ａ、６０Ｂと、球状の転動体６０Ｃを有する公知のスラスト軸受である。スラスト軸受６０が凹部５９に収容された状態では、スラスト軸受６０における凹部５９の開口側の軌道体６０Ｂが露出された状態となる。スラスト軸受６０の一対の軌道体６０Ａ、６０Ｂのうち、一方の軌道体６０Ａは本体部５３と当接する。スラスト軸受６０の他方の軌道体６０Ｂは、ラジアル軸受２６の回転軸１８への圧入時に、雄ねじ部２２に螺合した状態のナット５２と当接する。つまり、スラスト軸受６０は、治具本体５１と当接する一方の軌道体６０Ａおよび雄ねじ部２２に螺合した状態のナット５２と当接する他方の軌道体６０Ｂを有する。本実施形態では、凹部５９に収容されたスラスト軸受６０が抜け出さないように、環状の押さえ板６１がボルト６２により固定されている。押さえ板６１の中心の孔の径は、スラスト軸受６０の外径より小さく、スラスト軸受６０の内径よりも大きい。さらに、押さえ板６１の中心の孔の径は、ナット５２の外径よりも大きく設定されている。環状の押さえ板６１が固定されることにより、露出されていた軌道体６０Ｂの一部は覆われ、軌道体６０Ｂにおいて押さえ板６１に覆われない部位は露出される。軌道体６０Ｂにおいて押さえ板６１に覆われない部位は、ナット５２との当接可能な部位である。

図３に示すように、本実施形態では、本体部５３における挿通孔５８の一部の部位は、回転軸１８のスプライン部２３と係合するスプライン係合部６３に形成されている。スプライン部２３がスプライン係合部６３に係合されることにより、治具本体５１は回転軸１８との相対回転が規制された状態となるとともに、治具本体５１と回転軸１８の軸方向の相対移動は可能である。筒部５６における挿通孔５８の一部は、断面円形の円孔６４となっている。

本体部５３の外周付近には、アーム部材６５がボルト６６により固定されている。アーム部材６５の長手方向は挿通孔５８の径方向と一致する。アーム部材６５は、ナット５２との共回りを防止するための回り止め手段に相当する。

ナット５２は、フランジ付六角ナットであり、ナット本体６７の一方の端部に、ナット本体６７より径の大きなフランジ部６８が形成されている。ナット５２の雌ねじ部６９は回転軸１８の雄ねじ部２２と螺合するように形成されている。ナット５２におけるフランジ部６８側の端面は、ナット５２に雄ねじ部２２が螺入されるとき、スラスト軸受６０と当接する螺進側の端面である。ナット５２におけるフランジ部６８側の端面は、反対側の端面と比較してフランジ部６８が形成されている分だけ面積が大きい。

次に、圧入治具５０を用いたラジアル軸受２６の回転軸１８への圧入の手順について説明する。本実施形態では、回転軸１８の突出端部１９が上となり、端部２０が下となるように、電動モータ１０がパレット（図示せず）に置かれる。作業者がインパクト回転工具を用いてナット５２を締結することにより、治具本体５１がラジアル軸受２６を回転軸１８の圧入部２５へ圧入する。インパクト回転工具は圧縮空気又は電気により駆動される回転工具である。

ラジアル軸受２６を圧入する前は、ラジアル軸受２８は回転軸１８に圧入されているほか、モータカバー１４に既に装着されている。また、ステータコア１５とモータカバー１４は既に接合され、ステータコア１５の内部にロータコア１７が配置されている状態である。一方、図４（ａ）に示すように、ラジアル軸受２６はモータカバー１３に装着された状態であるが、回転軸１８における圧入部２５に圧入されず、小径部２４に位置する状態である。従って、モータカバー１３とステータコア１５は接合されていない状態にあり、突出端部１９のうち雄ねじ部２２およびスプライン部２３のみがモータカバー１３から突出する状態である。

ラジアル軸受２６を圧入する前には、圧入治具５０を予め組み立てておく。具体的には、治具本体５１の凹部５９にスラスト軸受６０を収容し、押さえ板６１をボルト６２により固定する。さらに、アーム部材６５を治具本体５１にボルト６６により固定しておく。

ラジアル軸受２６を回転軸１８の圧入部２５へ圧入する場合、作業者は、治具本体５１の筒部５６の先端部５７がラジアル軸受２６の内輪と当接するように、治具本体５１を回転軸１８に装着する。回転軸１８のスプライン部２３が治具本体５１のスプライン係合部６３に係合されることにより、回転軸１８と治具本体５１との相対回転が規制された状態となる。雄ねじ部２２の先端は治具本体５１の板面５４より突出しており、作業者は雄ねじ部２２の先端にナット５２を螺合させる。

次に、作業者がインパクト回転工具（図示せず）を用いてナット５２を締結する。インパクト回転工具には、予めナット５２の締結に必要な最大トルクを設定しておき、ナット５２の締結時のトルクが最大トルクを超えたときに、空転するように設定しておく。ナットを締結する際に、作業者は、アーム部材６５を把持してナット５２とアーム部材６５が共回りしないようにする。

作業者がインパクト回転工具によりナット５２を締結すると、ナット５２は締結により回転軸１８においてスプライン部２３へ向けて移動する。ナット５２の締結時において、ナット５２はスラスト軸受６０を介して治具本体５１に対して摺接することなく回転する。ナット５２の移動に伴い、治具本体５１が回転軸１８に対して軸方向に移動し、治具本体５１の移動によりラジアル軸受２６は圧入部２５へ向けて圧入される。ナット５２の締結時に、ナット５２はスラスト軸受６０の上の軌道体とともに回転するため、ナット５２と治具本体５１との間の摩擦力は殆どない。ラジアル軸受２６が圧入部２５へ向けて圧入されるにつれて、モータカバー１３の接合部３１はロータコア１７に接近する。

図４（ｂ）に示すように、ラジアル軸受２６が圧入部２５に完全に圧入されると、モータカバー１３の接合部３１はロータコア１７に接合される。モータカバー１３とステータコア１５は接合されると、突出端部１９の全てがモータカバー１３から突出する。ラジアル軸受２６が圧入部２５に完全に圧入されたとき、ナット５２の締結時のトルクが最大トルクを超え、インパクト回転工具が空転してナット５２に対して空転する。インパクト回転工具の空転により、作業者はラジアル軸受２６の圧入部２５への圧入が完了したことを把握することができる。ラジアル軸受２６の圧入部２５への圧入が完了後、ナット５２の締結を解除して、治具本体５１およびナット５２を電動モータ１０から取り外す。

本実施形態の圧入治具５０によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）回転軸１８が治具本体５１の挿通孔５８に挿通されると、治具本体５１はスプライン係合部６３におけるスプライン部２３との係合により、回転軸１８に対する相対回転が規制される。治具本体５１が回転軸１８と係合された状態で、治具本体５１とナット５２との共回りを規制しつつ、ナット５２を回転軸１８に螺合させ、締め付ける方向へ回転すると、治具本体５１は先端部５７を介してラジアル軸受２６を予め設定された位置へ向けて圧入する。治具本体５１とナット５２を用いることにより簡単にラジアル軸受２６を回転軸１８の圧入部２５に圧入することができる。また、治具本体５１とナット５２を備える圧入治具５０であるため、部品点数も少なく構造も簡単である。

（２）治具本体５１の係合部としてのスプライン係合部６３が、回転軸１８のスプライン部２３に係合し、治具本体５１と回転軸１８との相対回転を規制することができる。回転軸１８と治具本体５１の相対回転が規制されつつ、治具本体５１と回転軸１８の軸方向の相対移動は可能である。

（３）ナット５２をフランジ付ナットにすることにより、ナット５２の締め付けによる軸力に対するナット５２の強度を高めることができる。また、ナット本体６７およびフランジ部６８における軸方向の長さを大きくするほど、締め付けによる軸力に対する強度をより高めることができる。

（４）圧入治具５０およびインパクト回転工具を用いてラジアル軸受２６を回転軸１８の圧入部２５に圧入させることができるため、従来のような大掛かりなプレス機を必要としない。その結果、電動モータ１０の製造コストを大幅に低減することができる。

（５）治具本体５１に備えられたスラスト軸受６０は、治具本体５１とナット５２との摩擦を殆ど無くすことができる。従って、治具本体５１とナット５２とはラジアル軸受２６の圧入時において摺接せず、治具本体５１とナット５２との摺接による摩耗粉の発生を防止することができる。また、治具本体５１とナット５２とはラジアル軸受２６の圧入時において摺接しないことから、治具本体５１およびナット５２の耐用期間を長くすることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

○ 上記の実施形態では、圧入対象物としてのラジアル軸受を回転軸に圧入する例を説明したが、圧入対象物はラジアル軸受に限定されない。圧入対象物は、例えば、環状のオイルシールであってもよく、オイルシールの場合も、ラジアル軸受と同様に回転軸において予め設定された位置にオイルシールを圧入すればよい。
○ 上記の実施形態では、回転軸におけるスプライン部に係合するスプライン係合部を係合部として設けるようにしたが、係合部はスプライン係合部に限定されない。突出端部のスプライン部に代えてキーが設けられる場合には、図５（ａ）に示す別例１のように、キーに係合するキー係合部７２を治具本体７１に設けるようにしてもよい。また、突出端部のスプライン部に代えて回転軸の突出端部の外周の一部に平面が形成される場合には、図５（ｂ）に示す別例２のように、平面に係合する平面係合部７４を治具本体７３に設けるようにしてもよい。別例１、２の場合も、回転軸と治具本体との相対回転を規制することができる。
○ 上記の実施形態では、作業者が、治具本体に設けたアーム部材を把持するとしたが、アーム部材は、電動モータや電動モータの近傍の設備に固定する等、作業者以外により固定するようにしてもよい。また、アーム部材は治具本体と一体形成されてもよい。
○ 上記の実施形態では、作業者がインパクト回転工具を用いてナットを締結したが、スパナを用いてナットを締結してもよい。この場合、ナットから突出する雄ねじ部の軸方向の長さを計測することにより、圧入が完了したか否かを確認すればよい。
○ 上記の実施形態では、治具本体は平面視略方形としたが、治具本体の形状は特に限定されない。治具本体は、例えば、平面視円形であってもよい。
○ 上記の実施形態では、ナットをフランジ付六角ナットとしたが、ナットはフランジ付六角ナットに限定されない。ナットは六角ナットであってもよく、この場合、ワッシャをナットとスラスト軸受との間に介在させることが好ましい。
○ 上記の実施形態では、スラスト軸受の治具本体からの抜け出しを防止するように、押さえ板をボルトにより治具本体に固定したが、押さえ板を設けなくてもよく、押さえ板を設けない場合でも、圧入対象物の圧入を行うことは可能である。
○ 上記の実施形態では、回転電機として電動モータを例示して説明したが、回転電機は電動モータだけでなく発電機であってもよい。

１０ 電動モータ
１３ モータカバー
１４ モータカバー
１５ ステータコア
１７ ロータコア
１８ 回転軸
１９ 突出端部
２１ 軸本体部
２２ 雄ねじ部
２３ スプライン部
２５、２７ 圧入部
２６、２８ ラジアル軸受
５０ 圧入治具
５１ 治具本体
５２ ナット
５６ 筒部
５７ 先端部
５８ 挿通孔
５９ 凹部
６０ スラスト軸受
６３ スプライン係合部
６５ アーム部材

Claims (3)

1. 圧入対象物を回転電機が備える回転軸の予め設定された位置に圧入するための圧入治具であって、
   治具本体と、
   前記回転軸の先端部に形成された雄ねじ部と螺合するナットと、を備え、
   前記治具本体は、
   前記回転軸を挿通する挿通孔と、
   前記挿通孔にて前記回転軸と相対回転が規制された状態にて係合される係合部と、
   前記圧入対象物と当接する対象物当接部と、
   前記治具本体と当接する一方の軌道体および前記雄ねじ部に螺合した状態の前記ナットと当接する他方の軌道体を有するスラスト軸受と、
   前記治具本体の前記ナットとの共回りを規制する回り止め手段と、を備えることを特徴とする圧入治具。
2. 前記係合部は、前記回転軸に形成されたスプライン部又はキーに係合することを特徴とする請求項１記載の圧入治具。
3. 前記ナットはフランジ付ナットであることを特徴とする請求項１又は２記載の圧入治具。

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