JP7219375B1 - ロータ用スリーブおよびロータ - Google Patents

Abstract

外径寸法の異なる小径軸部と大径軸部とが軸線方向に並んで配置された軸を嵌合させる貫通孔を備え、貫通孔が、軸線方向に離れた位置に配置され小径軸部および大径軸部をそれぞれ密着状態に嵌合させる小径孔部および大径孔部と、小径孔部と大径孔部との間に配置された中間孔部とを備え、小径孔部および大径孔部の内面に、小径孔部および大径孔部の軸線方向の途中位置から中間孔部まで延びる溝を備え、中間孔部または溝の内面に開口する油圧供給孔を備えるロータ用スリーブである。

Description

本開示は、ロータ用スリーブおよびロータに関するものである。

段差部を有する軸と、軸に嵌合されるスリーブとを備えるロータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。スリーブは、段差部をカバーするように配置される中空部を有し、この中空部と連通する油圧供給孔を有する。

ロータの組立に当たっては、スリーブを軸に焼き嵌めにより嵌合する。これにより、スリーブと軸とは、中空部を軸線方向に挟んだ両側において、高い接触圧力によって相互に固定される。ロータの分解に当たっては、油圧供給孔から中空部内に油圧を供給し、スリーブを弾性変形により径方向に膨張させるとともに、軸の段差部にかかる軸線方向の力により、スリーブを軸から離脱させる。

特開昭６２－９８４４４号公報

スリーブを薄肉軽量化するなど、スリーブの剛性が低い場合に、中空部内に油圧をかけていくと、スリーブが樽状に変形する。すなわち、スリーブの軸線方向の両端における変形量は小さく、中空部を軸線方向に挟んだ両側におけるスリーブと軸との接触圧力を十分に低下させることができない。したがって、スリーブの剛性が低い場合であっても、より容易にスリーブから軸を離脱させることが望まれている。

本開示の一態様は、外径寸法の異なる小径軸部と大径軸部とが軸線方向に並んで配置された軸を嵌合させる貫通孔を備え、該貫通孔が、前記軸線方向に離れた位置に配置され前記小径軸部および前記大径軸部をそれぞれ密着状態に嵌合させる小径孔部および大径孔部と、前記小径孔部と前記大径孔部との間に配置された中間孔部とを備え、前記小径孔部および前記大径孔部の内面に、前記小径孔部および前記大径孔部の前記軸線方向の途中位置から前記中間孔部まで延びる溝を備え、前記中間孔部または前記溝の内面に開口する油圧供給孔を備えるロータ用スリーブである。

本開示の第１の実施形態に係るロータを示す縦断面図である。 図１のロータを構成する本開示の第１の実施形態に係るスリーブを示す縦断面図である。 図１のロータおよび図２のスリーブの作用を説明する縦断面図である。 図１のロータを構成する主軸を示す正面図である。 図２のスリーブの第１の変形例を示す縦断面図である。 図２のスリーブの第２の変形例を示す縦断面図である。 図２のスリーブの第３の変形例を示す縦断面図である。 本開示の第２の実施形態に係るロータを示す縦断面図である。 図８のロータの変形例を示す縦断面図である。

以下に、本開示の第１の実施形態に係るスリーブ４およびロータ１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るロータ１は、例えば、ステータが産業機械に組み込まれたビルトインモータ用のロータである。ロータ１は、図１に示すように、主軸（軸）２と、主軸２を嵌合させる貫通孔３を備える円筒状のスリーブ（ロータ用スリーブ）４とを備えている。

主軸２は、図１および図４に示すように、軸線Ｏ方向に並んで配置される小径軸部５と大径軸部６とを備える。また、主軸２は、スリーブ４の軸線方向の大径軸部６側の端面を突き当てる突当て面７を備える。

小径軸部５および大径軸部６は、それぞれ平滑な円筒面であり、大径軸部６は、小径軸部５よりも大きな外径寸法を有する。小径軸部５と大径軸部６との間には、外径寸法（半径）の差分に対応する高さの段差８が形成されている。

スリーブ４の外面には鉄心９が焼き嵌めにより嵌合されている。鉄心９の軸線Ｏ方向の両端にはサイドリング１０が固定されている。サイドリング１０は、鉄心９よりも大きな外径寸法を有し、ロータ１をステータ内に挿入する際にステータ内面に鉄心９が接触しないように保護する。また、サイドリング１０は、ロータ１のバランス調整用の質量を固定するための図示しない複数のネジ孔を備えている。

サイドリング１０は非磁性材料により構成され、鉄心９からの磁路を遮断している。非磁性材料の線膨張係数は、一般に鉄心９を構成する磁性材料よりも大きいため、鉄心９よりも大きな締め代によりスリーブ４の外面に焼き嵌めにより固定されている。

スリーブ４の貫通孔３は、軸線Ｏ方向の一端に主軸２の大径軸部６を密着状態に嵌合させる大径孔部１１を備えている。また、スリーブ４の貫通孔３は、軸線Ｏ方向の他端に、主軸２の小径軸部５を密着状態に嵌合させる小径孔部１２を備えている。本実施形態において、小径孔部１２と大径孔部１１の軸線Ｏ方向の長さ寸法はほぼ同等である。

さらに、スリーブ４の貫通孔３は、小径孔部１２と大径孔部１１との間に軸線Ｏ方向に挟まれる位置に、中間孔部１３を備えている。本実施形態においては、中間孔部１３は、小径孔部１２および大径孔部１１よりも大きな軸線Ｏ方向の長さ寸法と、大径孔部１１よりも大きな内径寸法とを有する。また、中間孔部１３の内面には、外部から油圧を供給するための油圧供給孔１４が開口している。

また、本実施形態においては、図２に示すように、スリーブ４の小径孔部１２および大径孔部１１の内面に、螺旋溝（溝）１５が形成されている。螺旋溝１５は、小径孔部１２および大径孔部１１の軸線Ｏ方向の途中位置から中間孔部１３との境界位置まで形成され、中間孔部１３に接続している。

螺旋溝１５は、図２に示す例では、所定の溝幅と所定のピッチとを有し、軸線Ｏ方向に沿って複数回周回している。螺旋溝１５の周回方向は任意でよい。

螺旋溝１５の幅、ピッチおよび周回数は、供給される油圧により得られる径方向の力の大きさから適宜設定されている。螺旋溝１５の幅を大きくし、ピッチを小さくし、周回数を多くすると油圧により得られる径方向の力を大きくすることができる。その反面、小径孔部１２と小径軸部５、および、大径孔部１１と大径軸部６との接触面積が小さくなり、両者間の摩擦力が小さくなる。

したがって、螺旋溝１５の幅、ピッチおよび周回数は油圧により得られる径方向の力の大きさと摩擦力との関係から適当な大きさに設定される。

このように構成された本実施形態に係るスリーブ４およびロータ１の作用について、以下に説明する。本実施形態に係るロータ１を組み立てるには、スリーブ４の外面に鉄心およびサイドリング１０を、予め焼き嵌めにより嵌合しておく。

そして、スリーブ４と鉄心９とサイドリング１０との組立体に対し、スリーブ４の貫通孔３内に、主軸２を、図１において左側から右側に向かって焼き嵌めにより挿入する。主軸２の突当て面７をスリーブ４の大径孔部１１側の端面に突き当てることにより、主軸２とスリーブ４とを軸線Ｏ方向に位置決めすることができる。

この状態において、主軸２の小径軸部５がスリーブ４の小径孔部１２に、主軸２の大径軸部６がスリーブ４の大径孔部１１に、それぞれ密着状態に嵌合し、主軸２とスリーブ４とが相互に固定される。その結果、主軸２とスリーブ４との間には、密閉された空間が画定される。

中間孔部１３の位置においては、中間孔部１３に径方向に対向する主軸２の外面との間に円筒状の第１空間Ａが画定される。また、小径孔部１２および大径孔部１１の位置においては、螺旋溝１５と螺旋溝１５に対向する主軸２の外面との間に、一端が行き止まりとなる螺旋状の第２空間Ｂがそれぞれ画定される。各螺旋状の第２空間Ｂは、他端において第１空間Ａに開口している。

ロータ１を分解するには、油圧供給孔１４を経由して第１空間Ａ内に、高圧の油圧を供給する。第１空間Ａに供給された油圧は、第１空間Ａに接続する螺旋状の第２空間Ｂにも供給される。

第１空間Ａにおいては、油圧により、図３に矢印によって示されるように、スリーブ４を径方向に拡大させる力が作用する。また、矢印によって示されるように、主軸２に設けられた段差８に、大径軸部６と小径軸部５との断面積の差分に比例する軸力が作用する。

さらに、本実施形態においては、第１空間Ａから螺旋状の第２空間Ｂに油圧が供給されることにより、小径孔部１２および大径孔部１１においても、矢印によって示されるように、スリーブ４が径方向に拡大させられる。

その結果、小径軸部５と小径孔部１２との間の接触圧力および大径軸部６と大径孔部１１との間の接触圧力が低減し、油圧によって発生した軸力により、スリーブ４から主軸２を容易に抜き出すことができる。
この場合において、中間孔部１３は、小径孔部１２および大径孔部１１よりも軸線Ｏ方向に長いので、低圧の油圧でも、スリーブ４の軸線Ｏ方向の中央部分に、スリーブ４を径方向に拡大させる大きな力を発生させることができる。

一方、スリーブ４の軸線Ｏ方向の両端には、サイドリング１０が大きな締め代によって嵌合されているので、油圧の径方向の拡大は軸線Ｏ方向の中央部分よりも抑制される。したがって、特に、スリーブ４を薄肉軽量化した場合には、スリーブ４は、油圧の供給により、軸線Ｏ方向の中央において大きく両端において小さく、いわゆる樽型に弾性変形し易い。

本実施形態によれば、小径孔部１２および大径孔部１１の内面に螺旋溝１５を設けることにより、軸線Ｏ方向の両端においてもスリーブ４を径方向に拡大させる力を発生させることができる。これにより、小径孔部１２と小径軸部５との間および大径孔部１１と大径軸部６との間の接触圧力を容易に低減させることができる。
すなわち、スリーブ４を薄肉軽量化しても、油圧の供給による樽型の弾性変形を緩和して、スリーブ４から主軸２を容易に抜き出すことができるという利点がある。

その結果、本実施形態に係るスリーブ４およびロータ１によれば、スリーブ４を薄肉軽量化することができ、ロータ１およびモータの軽量化、低コスト化、主軸２の大径高剛性化を図ることができる。

また、本実施形態に係るスリーブ４およびロータ１によれば、小径孔部１２および大径孔部１１の内面に螺旋溝１５を形成しているので、主軸２の外面に溝加工が不要である。ビルトインモータにおいては、ユーザが主軸２を用意するので、主軸２の外面の溝加工を不要とすることにより、ユーザに特殊な加工の負担をかけずに済むという利点がある。

また、本実施形態によれば、中間孔部１３の内径寸法が大径孔部１１よりも大きく設定されている。これにより、主軸２として、径寸法の異なる平滑な小径軸部５と平滑な大径軸部６の２つの円筒面を有する単純な形状のものを用意すれば、足りる。これによっても、ユーザが主軸２に特別な加工を施す必要がない。

さらに、中間孔部１３の内径を小径孔部１２の内径よりも大きくすることにより、主軸２をスリーブ４の貫通孔３内に挿入していく作業に当たり、小径軸部５を中間孔部１３の内面に接触させることなく小径孔部１２に嵌合させることができる。したがって、主軸２のスリーブ４への挿入作業が容易である。

また、本実施形態に係るスリーブ４およびロータ１によれば、中間孔部１３が小径孔部１２および大径孔部１１よりも軸線Ｏ方向に長く形成されている。中間孔部１３においては主軸２の外面との間に径方向に隙間が形成され、主軸２とスリーブ４とが相互に嵌合しないので、表面粗さおよび面精度に対する要求が低い。

精密な加工が必要となるのはスリーブ４の軸線Ｏ方向の両端に位置する小径孔部１２および大径孔部１１、および、これらと嵌合する小径軸部５および大径軸部６のみである。したがって、スリーブ４においては、精密加工される領域をスリーブ４の全長ではなく、スリーブ４の軸線Ｏ方向の一部に限定することができ、加工コストを低減することができるという利点がある。

また、主軸２においても、小径軸部５および大径軸部６の全範囲に精密加工を施す必要がなく、図４にハッチングによって示されるように、小径孔部１２および大径孔部１１と嵌合する領域のみを精密に加工すればよい。これによっても、ユーザにかかる負担を軽減することができる。

また、本実施形態においては、小径孔部１２および大径孔部１１に形成する螺旋溝１５を、所定のピッチで軸線Ｏ回りに複数回周回させている。螺旋溝１５は、小径孔部１２および大径孔部１１において周方向に分布する溝である。

これにより、油圧により発生させる径方向の力を小径孔部１２および大径孔部１１の軸線Ｏ方向および周方向にほぼ均一に分布させることができる。したがって、小径孔部１２および大径孔部１１を周方向に偏りなく拡大させて、満遍なく接触圧力を低減することができる。

なお、本実施形態に係るスリーブ４およびロータ１においては、小径孔部１２および大径孔部１１に螺旋溝１５を設けた。これに代えて、図５に示すように、周方向に円環状に延びる周溝１６を軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数設けるとともに、周方向のいずれかの位置に軸線Ｏ方向に沿って延びる直線状の接続溝１７を設けてもよい。接続溝１７は、複数の周溝１６を中間孔部１３に接続する。

これによっても、周溝１６が軸線Ｏ方向および周方向に分布し、第１空間Ａに供給した油圧を、接続溝１７を経由して各周溝１６内に供給することができる。円環状の周溝１６および直線状の接続溝１７の方が、螺旋溝１５よりも容易に加工することができる。

また、図６に示すように、軸線Ｏ方向に沿って直線状に延びる直線溝（溝）１８を周方向に間隔をあけて複数配置することにしてもよい。各直線溝１８は小径孔部１２および大径孔部１１の軸線Ｏ方向の途中位置から、中間孔部１３との境界まで延び、中間孔部１３に接続している。

これによっても直線溝１８を周方向に分布させることができ、第１空間Ａに供給された油圧を、各直線溝１８内に供給することができる。また、直線溝１８であれば、螺旋溝１５よりも容易に加工することができる。
また、周方向に間隔をあけて複数形成される直線溝１８は、図７に示されるように、軸線Ｏ回りに捩れていてもよい。

また、本実施形態においては、中間孔部１３の内径を大径孔部１１よりも大きく形成したが、大径孔部１１と同一でもよく、小径孔部１２よりも大きく、大径孔部１１以下であってもよい。小径孔部１２よりも大きければ、油圧による軸力を発生させることができ、主軸２のスリーブ４への挿入が容易である。

また、本実施形態においては、中間孔部１３の軸線Ｏ方向の寸法を小径孔部１２および大径孔部１１の軸線Ｏ方向の寸法よりも大きく設定した。これに代えて、中間孔部１３の軸線Ｏ方向の寸法は小径孔部１２および大径孔部１１の軸線Ｏ方向の寸法以下であってもよい

次に、本開示の第２の実施形態に係るロータ２０について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係るロータ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係るロータ２０は、図８に示すように、螺旋溝１５がスリーブ４に設けられず、主軸２の小径軸部５および大径軸部６に形成されている点において、第１の実施形態に係るロータ１と相違している。

螺旋溝１５は、小径孔部１２に対向する小径軸部５の軸線Ｏ方向の途中位置から小径孔部１２と中間孔部１３との境界を超える位置まで延びている。また、螺旋溝１５は、大径孔部１１に対向する大径軸部６の軸線Ｏ方向の途中位置から大径孔部１１と中間孔部１３との境界まで延びている。

これによっても、第１空間Ａへの油圧の供給により、油圧が第１空間Ａから螺旋状の第２空間Ｂにも供給される。そして、中間孔部１３のみならず小径孔部１２および大径孔部１１においてもスリーブ４を径方向に拡大させる力を発生させることができる。

また、螺旋溝１５に代えて、図５と同様の周溝１６と接続溝１７あるいは図６と同様の直線溝１８が主軸２の小径軸部５および大径軸部６に形成されていてもよい。
さらに、図９に示すように、複数の円環状の周溝１６を小径孔部１２および大径孔部１１の内面に、直線状の接続溝１７を主軸２の外面にそれぞれも設けてもよい。これとは逆に、複数の円環状の周溝１６を小径軸部５および大径軸部６の外面に、直線状の接続溝１７を小径孔部１２および大径孔部１１の内面にそれぞれも設けてもよい。

また、螺旋溝１５、周溝１６と接続溝１７および直線溝１８の少なくとも１つを小径孔部１２、小径軸部５、大径孔部１１および大径軸部６に設けてもよい。
また、本実施形態においては、油圧供給孔１４を中間孔部１３に開口させたが、これに代えて、小径孔部１２および大径孔部１１に設けられた螺旋溝１５、周溝１６、接続溝１７あるいは直線溝１８のいずれかに開口させてもよい。

本開示の実施形態について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、開示の要旨を逸脱しない範囲で、または、特許請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の思想および趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。

１，２０ ロータ
２ 主軸（軸）
３ 貫通孔
４ スリーブ（ロータ用スリーブ）
５ 小径軸部
６ 大径軸部
１１ 大径孔部
１２ 小径孔部
１３ 中間孔部
１４ 油圧供給孔
１５ 螺旋溝（溝）
１６ 周溝
１７ 接続溝
１８ 直線溝（溝）
Ｏ 軸線

Claims (12)

1. 外径寸法の異なる小径軸部と大径軸部とが軸線方向に並んで配置された軸を嵌合させる貫通孔を備え、
   該貫通孔が、前記軸線方向に離れた位置に配置され前記小径軸部および前記大径軸部をそれぞれ密着状態に嵌合させる小径孔部および大径孔部と、前記小径孔部と前記大径孔部との間に配置された中間孔部とを備え、
   前記小径孔部および前記大径孔部の内面に、前記小径孔部および前記大径孔部の前記軸線方向の途中位置から前記中間孔部まで延びる溝を備え、
   前記中間孔部または前記溝の内面に開口する油圧供給孔を備えるロータ用スリーブ。
2. 前記中間孔部が、前記小径孔部および前記大径孔部よりも大きな前記軸線方向の長さ寸法と、前記小径孔部よりも大きな内径寸法とを有する請求項１に記載のロータ用スリーブ。
3. 前記溝が、前記小径孔部および前記大径孔部の内面の周方向に分布している請求項１または請求項２に記載のロータ用スリーブ。
4. 前記溝が、螺旋溝である請求項１または請求項２に記載のロータ用スリーブ。
5. 前記溝が、全周にわたって環状に形成される１以上の周溝と、該周溝と前記中間孔部と接続する接続溝とを備える請求項１または請求項２に記載のロータ用スリーブ。
6. 前記溝が、周方向に間隔をあけて複数設けられている請求項１または請求項２に記載のロータ用スリーブ。
7. 外径寸法の異なる小径軸部と大径軸部とが軸線方向に並んで配置された軸と、該軸を嵌合させる貫通孔を有するロータ用スリーブとを備え、
   前記貫通孔が、前記軸線方向に離れた位置に配置され前記小径軸部および前記大径軸部をそれぞれ密着状態に嵌合させる小径孔部および大径孔部と、前記小径孔部と前記大径孔部との間に配置された中間孔部とを備え、
   前記小径孔部および前記大径孔部の内面、および、前記小径孔部に嵌合する位置の前記小径軸部および前記大径孔部に嵌合する位置の前記大径軸部の外面の少なくとも１つに、前記小径孔部および前記大径孔部の前記軸線方向の途中位置から前記中間孔部まで延びる溝を備え、
   前記中間孔部の内面、前記溝または前記中間孔部に径方向に対向する前記軸の外面に開口する油圧供給孔を備えるロータ。
8. 前記中間孔部が、前記小径孔部よりも大きな前記軸線方向の長さ寸法と、前記小径孔部よりも大きな内径寸法とを有する請求項７に記載のロータ。
9. 前記溝が、前記小径孔部および前記大径孔部の内面の周方向に分布している請求項７または請求項８に記載のロータ。
10. 前記溝が、螺旋溝である請求項７または請求項８に記載のロータ。
11. 前記溝が、全周にわたって環状に形成される１以上の周溝と、該周溝と前記中間孔部と接続する接続溝とを備える請求項７または請求項８に記載のロータ。
12. 前記溝が、周方向に間隔をあけて複数設けられている請求項７または請求項８に記載のロータ。

Images