JP6576727B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は軸受のオイルの飛散防止を図ったブラシレスモータに関する。

プロジェクタ装置のカラーホイールやプリンタ装置のポリゴンミラー等を回転駆動させるスピンドルモータとして、アウターロータ型のブラシレスモータが用いられている。
このようなブラシレスモータでは、ロータのシャフト（回転軸）と、シャフトを径方向を支持する軸受との間に所定のクリアランスが設けられ、表面張力の作用によってオイルのシールを行っているが、回転するシャフトによるポンピング作用によって軸受内のオイルが軸受の内周面に滲み出してくる。軸受の内周面に滲み出したオイルの量が多くなると、回転するシャフトの遠心力によって周囲に飛散し、軸受の寿命が低下してしまう。

そこで、例えば特許文献１に記載のモータでは、オイルを媒介としてシャフトを支持する軸受が収容された軸受ハウジングの上端面を、内径方向に向かって低くなる傾斜面に形成している。
特許文献１に記載のモータによれば、仮にシャフトを伝わって一時的にロータ側にオイルが染み出した場合であっても、このオイルがロータ側から軸受ハウジングの上端面に落下すると、オイルは上記傾斜面に沿って内径方向に流れ軸受に戻される。したがって、軸受から漏れたオイルによって他の部品が汚染されることやモータの寿命が低下するのをある程度防止することができる。

また、特許文献２に記載のモータでは、軸受の一端面に軸線方向外方に突出する環状突起を設け、この環状突起に当接するようにプレート状部材を配置し、軸受の一端面とプレート状部材との間にオイル空間を形成している。
特許文献２に記載のモータによれば、軸受から滲み出たオイルは上記オイル空間に飛散し、飛散したオイルはオイル空間を通して軸受の一端面から軸受内部に浸透する。このため、飛散によるオイルの減少を抑え、軸受の寿命を長く保つことができる。

特開２０１３−１７６２７７号公報 特開２０００−３２７０３号公報

特許文献１に記載のモータでは、直立状態で使用された場合には、軸受から滲み出たオイルは循環して軸受に戻ることになる。しかしながら、水平状態（シャフトが水平の状態）で使用された場合には、軸受から滲み出たオイルは軸受ハウジングの外部に流出したままで軸受に戻ることができず、モータの寿命が低下してしまう。

一方、特許文献２に記載のモータでは、水平状態で使用した場合でも、軸受から滲み出たオイルの外部への飛散、流出を抑制できる可能性がある。
しかしながら、特許文献２に記載のモータでは、モータを水平状態で使用した場合、オイル空間に飛散したオイルを効率良く軸受内部に循環させることが困難である。また、シャフトを伝わるオイルは例えばモータが静止した後にオイル空間の外部に達する危険性が有り、一度オイル空間の外部に達したオイルは、その後のシャフトの回転によって外部に飛散してしまい、軸受に戻ることができず、モータの寿命が低下してしまう危険性がある。

そこで、本発明の目的は、直立状態に限らず水平状態で使用する場合にも軸受から滲み出たオイルを軸受に循環させ、周囲へのオイルの飛散や、モータの寿命低下を抑制することができるブラシレスモータを実現しようとするものである。

以下、上記の課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意な組み合わせで採用することができる。また、本発明の態様あるいは技術的特徴は以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載されたもの、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものである。

本発明の一実施態様は、
シャフトを有するロータと、オイルを媒介として前記シャフトの径方向を支持する筒状の軸受と、上端が開口し内部に前記軸受を支持する軸受ハウジングとを備えたブラシレスモータにおいて、
前記シャフトの外表面には、前記軸受から前記軸受ハウジングの開口側に突出した部分に、周方向に連なる環状溝が形成されており、
前記軸受ハウジングの内表面には、径方向から見て前記環状溝と少なくとも一部が重なる位置に下方へ拡大傾斜した第一傾斜面と、前記第一傾斜面の下側に下方へ縮小傾斜した第二傾斜面が形成されている、
ことを特徴とする。

本発明の他の実施態様では、更なる特徴として、
「前記第一傾斜面の下端は、前記軸受の上端よりも低い位置にあること」、
「前記第一傾斜面の上端は、前記環状溝の上端よりも高い位置にあること」、
「前記軸受ハウジングの前記開口に環状部材が装着されており、前記環状部材の下面は前記環状溝の上端よりも高い位置にあること」、
「前記第一傾斜面と前記第二傾斜面が連続していること」、
「前記第一傾斜面と前記第二傾斜面の間にこれらを連絡する連絡面が形成されていること」、
を含む。

本発明のブラシレスモータによれば、直立状態に限らず水平状態で使用する場合にも軸受から滲み出たオイルを軸受に循環させることができ、周囲へのオイルの飛散や、モータの寿命低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態例に係るブラシレスモータの断面図である。 図１中のＡ部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２の実施形態例に係るブラシレスモータの断面図である。 図３中のＢ部を拡大して示す断面図である。 本発明の別の実施形態例に係るブラシレスモータの要部断面図である。

以下、本発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。
なお、本明細書では、図面の上方向を「上側」と呼び、下方向を「下側」と呼ぶ。また、上下方向は、モータが実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。また、シャフトの中心軸に平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を「径方向」と呼ぶ。

（第１の実施形態例）
本発明の第１の実施形態例を図１及び図２を用いて説明する。
本例のブラシレスモータは、主に、取付板１０と、ステータ２０と、ロータ３０と、軸受部４０で構成されている。

取付板１０は、表面に印刷回路を形成したいわゆる鉄基板、あるいは鉄基板に印刷配線板を重ねた基板などが用いられる。取付板１０には、後述の駆動用マグネット３３と軸方向（図１の上下方向）で対向するようにホール素子（不図示）が設けられており、このホール素子によってロータ３０の回転を検出することができるようになっている。

ステータ２０は、ステータコア２１、コアカバー２２及びコイル２３を備えている。
ステータコア２１は、中心に開口を有し複数の突極が形成された板状コアの積層体からなり、その表面を絶縁性樹脂からなるコアカバー２２で被覆し、このコアカバー２２を介して各突極にコイル２３が巻かれている。

ロータ３０は、シャフト３１と、シャフト３１と一体に回転するロータケース３２と、ロータケース３２の内側に固定された駆動用マグネット３３を備えている。

シャフト３１は、略円柱状を成し、後述の軸受部４０によって回転自在に支持されている。
シャフト３１の下端近傍に位置する部分には被係止部３１ａが形成され、シャフト３１の中間よりやや上方に位置する部分には環状溝３１ｂが形成されている。この被係止部３１ａと環状溝３１ｂは、いずれもシャフト３１の外周に形成された断面矩形の環状の凹部で構成されている。

ロータケース３２は、磁性を有する金属板から成り、シャフト３１と同軸で円筒状に形成された円筒部３２ａと、この円筒部３２ａの上面を覆う平板状の上面部３２ｂを有している。上面部３２ｂの中心には円筒状のバーリング部３２ｃが下方を向くように形成されており、このバーリング部３２ｃにシャフト３１の上部が圧入され固定されている。

ロータケース３２の円筒部３２ａの内側には、ステータコア２１の突極と径方向（図１の左右方向）で対向するように円筒状の駆動用マグネット３３が取り付けられている。この駆動用マグネット３３は、周方向にＮ極とＳ極が交互に複数着磁されている。

軸受部４０は、ロータ３０を回転自在に支持するものであり、軸受４１と、軸受ハウジング４２と、スラスト板４３と、抜止め部材４４と、環状部材４５を備えている。

軸受４１は、オイルを媒介としてシャフト３１の径方向を回転自在に支持するラジアル軸受であり、筒状の焼結メタルにオイル（潤滑油）が含浸されている。
軸受４１の内表面には、周方向に連なる切欠部４１ａと、切欠部４１ａの上に位置し切欠部４１ａよりも内径が小さい上部摺接部４１ｂと、切欠部４１ａの下に位置し切欠部４１ａよりも内径が小さい下部摺接部４１ｃが形成されている。軸受４１の内孔に挿入されたシャフト３１は、切欠部４１ａには接触せず、上部摺接部４１ｂと下部摺接部４１ｃに接して径方向を回転自在に支持される。

軸受ハウジング４２は、軸受４１を内部に保持して固定するものであり、上端が開口した有底筒状を成している。この軸受ハウジング４２は、金属材料の切削品などを用いることができ、本例では真鍮製の切削品を用いている。

軸受ハウジング４２の外周には径方向に突出した鍔４２ａが形成されており、鍔４２ａの下面が取付板１０の上面に当接し、鍔４２ａよりも下側の部分が取付板１０に設けられた取付孔に挿入されている。この軸受ハウジング４２は、圧入やカシメ等によって取付板１０に固定される。ステータコア２１は、軸受ハウジング４２の外周上部に嵌め込まれ、鍔４２ａの上面に載置された状態で固定されている。

軸受ハウジング４２の内側には、下端近傍に段差部４２ｂが形成されている。
軸受ハウジング４２の開口端近傍の内表面には、下方へ拡大傾斜した第一傾斜面４２ｃと、下方へ縮小傾斜した第二傾斜面４２ｄが形成されている。
第一傾斜面４２ｃは、軸受ハウジング４２の内径が下側ほど大きくなるように、軸方向に対して所定角度だけ傾斜した傾斜面であり、全周に亘って形成されている。また、第二傾斜面４２ｄは、第一傾斜面４２ｃの下側に位置し、軸受ハウジング４２の内径が下側ほど小さくなるように、軸方向に対して所定角度だけ傾斜した傾斜面であり、全周に亘って形成されている。

スラスト板４３は、耐摩耗性の樹脂板からなり、軸受ハウジング４２内の底部に配されてシャフト３１の下端を支持する。

抜止め部材４４は、リング状のワッシャからなり、軸受ハウジング４２の段差部４２ｂの上に配されている。そして、抜止め部材４４の内径部は、シャフト３１の被係止部３１ａに挿入されている。これにより、シャフト３１は上方への移動を制限され、ロータ３０が軸受部４０から抜けるのを防止することができる。

環状部材４５は、中央に貫通口を有し、表面が撥油処理された円環状の金属板からなり、軸受ハウジング４２の上端部に圧入されている。環状部材４５の貫通口の直径はシャフト３１の外径よりも若干大きく、シャフト３１と環状部材４５との間に僅かな隙間が設けられている。

本例のブラシレスモータでは、図２に示すように、シャフト３１の環状溝３１ｂは軸受４１から軸受ハウジング４２の開口側に突出している。具体的には、本例では環状溝３１ｂの下端は軸受４１の上端よりも距離Ｈ１だけ上方に位置している。
また、軸受ハウジング４２の内表面には第一傾斜面４２ｃと第二傾斜面４２ｄが形成されており、第一傾斜面４２ｃは径方向から見て環状溝３１ｂと一部が重なるように配されている。具体的には、本例では第一傾斜面４２ｃの上端は環状溝３１ｂの上端よりも距離Ｈ２だけ上方に位置している。そして、環状溝３１ｂと第一傾斜面４２ｃとの間には所定の空間Ｓが形成されている。
このため、本例のブラシレスモータでは、シャフト３１の回転によって軸受４１の内周面に滲み出したオイルは、軸受４１の上端面を超えるとシャフト３１の回転に伴う遠心力によって空間Ｓを介して第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされる。
本例のブラシレスモータが直立状態で使用された場合には、第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされたオイルは、第一傾斜面４２ｃと第二傾斜面４２ｄを伝わって流下し軸受４１に戻される。また、ブラシレスモータが水平状態（シャフト３１が水平の状態）で使用された場合には、第一傾斜面４２ｃが下方へ拡大傾斜していることにより、第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされたオイルは、第一傾斜面４２ｃの傾斜に沿って軸受４１側に流下する。また、第二傾斜面４２ｄが下方へ縮小傾斜していることにより、第二傾斜面４２ｄの下方ほど軸受４１との隙間が小さくなるため表面張力が大きく働き、軸受４１側に流下したオイルは効率良く軸受４１側に留まることができる。
また、本例のブラシレスモータでは、モータが静止し遠心力によって飛ばされずにシャフト３１の表面に残ったオイルは、モータを直立状態で用いた場合には軸受４１側にそのまま流下する。一方、モータを水平状態で用いた場合には、シャフト３１の表面に残ったオイルを環状溝３１ｂで保持することができ、環状溝３１ｂに保持されたオイルはモータが駆動されるとシャフト３１の回転に伴う遠心力によって空間Ｓを介して第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされる。
したがって、本例のブラシレスモータは、直立状態に限らず水平状態で使用する場合にも軸受から滲み出たオイルを軸受に効率良く循環させることができ、周囲へのオイルの飛散や、モータの寿命低下を抑制することができる。

また、本例のブラシレスモータでは、第一傾斜面４２ｃの上端は環状溝３１ｂの上端よりも高い位置にある。具体的には、本例では第一傾斜面４２ｃの上端は、環状溝３１ｂの上端よりも距離Ｈ２だけ上方に位置している。このため、シャフト３１の回転に伴う遠心力によってオイルが径方向に対してある程度斜めに飛ばされたとしても、飛ばされたオイルを第一傾斜面４２ｃで受けることができ、より確実にオイルを軸受に循環させることができる。

また、本例のブラシレスモータでは、第一傾斜面４２ｃの下端は軸受４１の上端よりも低い位置にある。具体的には、本例では第一傾斜面４２ｃの下端は軸受４１の上端よりも距離Ｈ３だけ下方に位置している。このため、特にモータが水平状態で使用された場合において、シャフト３１の回転に伴う遠心力によって空間Ｓを介して第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされたオイルは、軸受４１側の深くまで流下することになり、より一層効率良くオイルを軸受に循環させることができる。

また、本例のブラシレスモータでは、第一傾斜面４２ｃと第二傾斜面４２ｄが軸方向で連続している。このため、軸受ハウジング４２の高さを抑えつつ、周囲へのオイルの飛散を抑制することができる。

また、本例のブラシレスモータでは、軸受ハウジング４２の開口に環状部材４５が嵌め込まれ、この環状部材４５の下面は環状溝３１ｂの上端よりも高い位置にある。具体的には、本例では環状部材４５の下面は、第一傾斜面４２ｃの上端と同じ高さにあり、環状溝３１ｂの上端よりも距離Ｈ２だけ上方に位置している。
このような環状部材４５を設けることにより、特にモータを水平状態で用いる場合において、シャフト３１の回転に伴う遠心力によって第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされるオイルの量が多い場合であっても、周囲へのオイルの飛散や、モータの寿命低下を抑制することができる。
また、本例では環状部材４５の表面を撥油処理しているため、より一層周囲へのオイルの飛散を抑制することができる。

（第２の実施形態例）
本発明の第２の実施形態例を図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４において、図１及び図２中の部材と同等の部材には同一の符号を付しており、重複する部分については説明を省略する。

本例は、軸受ハウジング４２の形状が第１の実施形態例と若干異なる。また、第１の実施形態例で用いた環状部材４５の替わりに樹脂ワッシャ４６とキャップ４７を用いている。

本例の軸受ハウジング４２の開口端近傍の内表面には、下方へ拡大傾斜した第一傾斜面４２ｃと、第一傾斜面４２ｂの下側に下方へ縮小傾斜した第二傾斜面４２ｄと、第一傾斜面４２ｃと第二傾斜面４２ｄを連絡する連絡面４２ｅが形成されている。この連絡面４２ｅは、軸方向に平行に形成されている。
第一傾斜面４２ｃの上端は環状溝３１ｂの上端よりも距離Ｈ２だけ上方に位置し、第一傾斜面４２ｃの下端は軸受４１の上端よりも距離Ｈ３だけ下方に位置している。

軸受ハウジング４２の上端部には、上方に突き出た環状突起４２ｆと、環状突起４２ｆの外周部分に位置する嵌め込み溝４２ｇが形成されている。そして、環状突起４２ｆの内側に樹脂ワッシャ４６が圧入や接着等によって固定され、さらに嵌め込み溝４２ｇに金属製のキャップ４７が圧入等によって装着されている。
樹脂ワッシャ４６とキャップ４７は、中央に貫通口を有し、この貫通口の直径はいずれもシャフト３１の外径よりも若干大きく、シャフト３１と樹脂ワッシャ４６及びキャップ４７との間に僅かな隙間が設けられている。

本例のブラシレスモータにおいても、直立状態に限らず水平状態で使用する場合にも軸受から滲み出たオイルを軸受に循環させることができ、周囲へのオイルの飛散や、モータの寿命低下を抑制することができる。
また、本例では第一傾斜面４２ｃと第二傾斜面４２ｄを連絡する連絡面４２ｅを設けたことにより、これらの面と軸受外表面との距離を適正に保ち、表面張力の作用によってオイルのシールを行いつつ、オイル溜め空間をより広く確保することができる。

また、本例のブラシレスモータでは、樹脂ワッシャ４６とキャップ４７の下面は環状溝３１ｂの上端よりも高い位置にある。このため、特にモータを水平状態で用いる場合において、シャフト３１の回転に伴う遠心力によって第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされるオイルの量が多い場合であっても、周囲へのオイルの飛散や、モータの寿命低下を抑制することができる。

以上、本発明の２つの実施形態例を説明したが、本発明はこれらの実施形態例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態例を適宜に変形可能である。

例えば、環状溝３１ｂの断面形状に関しては、矩形状に限らず、図５に示すような台形状や、半円状など任意の形態を採用することができる。なお、環状溝３１ｂの断面形状を矩形状にすれば、加工が簡単で、且つ、軸受４１の内周面に滲み出して軸受４１の上端面を超えたオイルをシャフト３１の回転に伴う遠心力によって第一傾斜面４２ｃ側に効率良く飛ばすことができる。

また、第一傾斜面４２ｃの位置に関しては、径方向から見て、第一傾斜面４２ｃの少なくとも一部が環状溝３１ｂと重なる位置であれば、シャフト３１の回転に伴う遠心力によって飛ばされたオイルを効率良く第一傾斜面４２ｃで受けることができる。したがって、例えば図５に示すように第一傾斜面４２ｃの上端が環状溝３１ｂの上端と下端の間に位置したり、第一傾斜面４２ｃの下端が環状溝３１ｂの下端と軸受４１の上端の間に位置してもよい。

また、第一傾斜面４２ｃと第二傾斜面４２ｄの傾斜角度は、同じであっても異なっていてもよく、例えば図５に示すように、第一傾斜面４２ｃの傾斜角度を第二傾斜面４２ｄの傾斜角度よりも大きくしてもよい。
モータが水平状態で使用された場合には、第一傾斜面４２ｃの傾斜角度が大きいほど、第一傾斜面４２ｃ側に飛ばされたオイルは、第一傾斜面４２ｃの傾斜に沿って軸受４１側に流下し易くなる。一方、第一傾斜面４２ｃの傾斜角度が大き過ぎると、第一傾斜面４２ｃの軸方向の高さを大きく確保することが難しくなり、シャフト３１の回転に伴う遠心力によってオイルが径方向に対して斜めに飛ばされた際に第一傾斜面４２ｃでオイルを受け止めることが難しくなる。したがって、第一傾斜面４２ｃの傾斜角度は、５度〜６０度の範囲が好ましく、１０度〜４５度の範囲がさらに好ましく、１０度〜３０度の範囲が特に好ましい。
第二傾斜面４２ｄの傾斜角度については、軸受４１側に流下したオイルを表面張力によって効率良く軸受４１側に留めることができるようにするためには、５度〜４５度の範囲が好ましく、５度〜３０度の範囲がさらに好ましい。

１０ 取付板
２０ ステータ
２１ ステータコア
２２ コアカバー
２３ コイル
３０ ロータ
３１ シャフト
３１ａ 被係止部
３１ｂ 環状溝
３２ ロータケース
３２ａ 円筒部
３２ｂ 上面部
３２ｃ バーリング部
３３ 駆動用マグネット
４０ 軸受部
４１ 軸受
４１ａ 切欠部
４１ｂ 上部摺接部
４１ｃ 下部摺接部
４２ 軸受ハウジング
４２ａ 鍔
４２ｂ 段差部
４２ｃ 第一傾斜面
４２ｄ 第二傾斜面
４２ｅ 連絡面
４２ｆ 環状突起
４２ｇ 嵌め込み溝
４３ スラスト板
４４ 抜止め部材
４５ 環状部材
４６ 樹脂ワッシャ
４７ キャップ

Claims (6)

1. シャフトを有するロータと、オイルを媒介として前記シャフトの径方向を支持する筒状の軸受と、上端が開口し内部に前記軸受を支持する軸受ハウジングとを備えたブラシレスモータにおいて、
   前記シャフトの外表面には、前記軸受から前記軸受ハウジングの開口側に突出した部分に、環状溝が形成されており、
   前記軸受ハウジングの内表面には、径方向から見て前記環状溝と少なくとも一部が重なる位置に下方へ拡大傾斜した第一傾斜面と、前記第一傾斜面の下側に下方へ縮小傾斜した第二傾斜面が共に全周にわたって形成されている、
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
2. シャフトを有するロータと、オイルを媒介として前記シャフトの径方向を支持する筒状の軸受と、上端が開口し内部に前記軸受を支持する軸受ハウジングとを備えたブラシレスモータにおいて、
   前記シャフトの外表面には、前記軸受から前記軸受ハウジングの開口側に突出した部分に、環状溝が形成されており、
   前記軸受ハウジングの内表面には、径方向から見て前記環状溝と少なくとも一部が重なる位置に下方へ拡大傾斜した第一傾斜面と、前記第一傾斜面の下側に下方へ縮小傾斜した第二傾斜面が形成され、
   前記第一傾斜面の下端は、前記軸受の上端よりも低い位置にあることを特徴とするブラシレスモータ。
3. シャフトを有するロータと、オイルを媒介として前記シャフトの径方向を支持する筒状の軸受と、上端が開口し内部に前記軸受を支持する軸受ハウジングとを備えたブラシレスモータにおいて、
   前記シャフトの外表面には、前記軸受から前記軸受ハウジングの開口側に突出した部分に、環状溝が形成されており、
   前記軸受ハウジングの内表面には、径方向から見て前記環状溝と少なくとも一部が重なる位置に下方へ拡大傾斜した第一傾斜面と、前記第一傾斜面の下側に下方へ縮小傾斜した第二傾斜面が形成され、
   前記第一傾斜面と前記第二傾斜面の間にこれらを連絡する連絡面が形成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
4. 前記第一傾斜面の上端は、前記環状溝の上端よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記軸受ハウジングの前記開口に環状部材が装着されており、前記環状部材の下面は前記環状溝の上端よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
6. 前記第一傾斜面と前記第二傾斜面が連続していることを特徴とする請求項１、２、４、５のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。

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