JPWO2009084132A1

JPWO2009084132A1 - 回転電動機の軸受装置

Info

Publication number: JPWO2009084132A1
Application number: JP2009547867A
Authority: JP
Inventors: 横山　雅之; 雅之横山; 陽一藤田; 三好　帥男; 帥男三好
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: DE112008003499T5; JP4906927B2; KR20100057907A; US20100270872A1; KR101170239B1; WO2009084132A1; DE112008003499B4

Abstract

電流が供給されるコイル２２が設けられたステータ２０と、ステータ２０の内部を回転しロータマグネット３２を有するロータ３０と、ロータ３０の内部に設けられたネジ孔３１ａと螺合するネジ部を有するモータシャフト３３と、モータシャフト３３の軸受４１を有し熱可塑性樹脂により成型された軸受支持部材４０と、軸受支持部材４０を収納し熱可塑性樹脂により成型された軸受側ケース５０とを備えた回転電動機１の軸受装置において、軸受側ケース５０及び軸受支持部材４０に架設させてインサートナット４６をアウトサート成形により一体化した。

Description

この発明は、回転電動機の軸受装置に関し、特に軸受装置の固定構造に関するものである。

従来、回転電動機により軸を駆動するものとして、例えば特許文献１または特許文献２に記載されたものがある。この種の回転電動機の軸受装置の一例を図４及び図５に示す。図４は従来の回転電動機の軸受装置の構成を示す図であり、図５は軸受支持部材の固定構造を示す拡大図である。まず、軸受側ケース５０にタッピングネジ９０の外径よりも小さい下穴９１、軸受支持部材４０及び基板４７にはタッピングネジ９０を挿入可能なネジ通し穴９２，９３を形成しておく。次に、このネジ通し穴９２，９３にタッピングネジ９０を通すと共に、下穴９１にタッピングネジ９０をねじ込むことにより、軸受側ケース５０に軸受支持部材４０及び基板４７を固定している。

特開２００５−２５３１３８号公報特開昭４９−３９７０４号公報

従来の回転電動機の軸受装置は以上のように構成されているため、軸受支持部材が軸受側ケースに対してタッピングネジの軸力により固定されており、高温環境下で軸受支持部材及び軸受側ケースを形成する樹脂にクリープ現象が発生した場合に、タッピングネジ周囲の樹脂やネジ通し穴周囲の樹脂がへたり、軸受支持部材の固定強度が大幅に低下するという課題があった。さらに、軸受支持部材の固定強度が低下した状態で、モータの回転や外部振動による荷重が軸受支持部材の軸受に入力されると、軸受支持部材ががたついて摩耗が生じ、この摩耗が促進されるとロータの振動が加速され、各部の破損やモータ動作不能に至るという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高温環境下においても軸受支持部材の固定強度を確保することができる回転電動機の軸受装置を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電動機の軸受装置は、電流が供給されるコイルが設けられた固定子と、前記固定子の内部を回転し磁石を有する回転子と、前記回転子の内部に設けられたネジ穴と螺合するネジ部を有する出力軸と、前記出力軸の軸受を有し熱可塑性樹脂により成型された軸受支持部材と、前記軸受支持部材を収納し熱可塑性樹脂により成型されたケースとを備えた回転電動機の軸受装置において、前記ケース及び前記軸受支持部材に架設させてインサートナットをアウトサート成形により一体化したものである。

この発明によれば、ケース及び前記軸受支持部材に架設させてインサートナットをアウトサート成形により一体化したので、軸受支持部材とケースとの結合強度が増し、高温環境下においても軸受支持部材の固定強度が低下することがない。さらに、ロータの回転や振動により軸受部に径方向の荷重がかかった場合にも、軸受支持部材ががたつくことがなく、回転電動機の耐震性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電動機の軸受装置の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電動機の軸受装置の固定構造を示す拡大図である。この発明の実施の形態１に係る回転電動機の軸受装置のインサートナットの構造及び組み付け状態を示す図である。従来の回転電動機の軸受装置の構成を示す図である。従来の軸受支持部材の固定構造を示す拡大図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について添付した図に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電動機の軸受装置の構成を示す断面図であり、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電動機の軸受装置の固定構造を示す拡大図である。
この実施の形態１では、例えば排気ガスの再循環系を構成するためのＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブ装置に用いる回転電動機の軸受装置を例に説明する。回転電動機であるモータ１は、ＥＧＲバルブ装置において排気ガス通路を開閉するバルブの駆動手段（トルク発生源）である。このモータ（回転電動機）１は、モータ側ケース１０、ステータ（固定子）２０、ロータ（回転子）３０、軸受支持部材４０、軸受側ケース（ケース）５０とを備えている。

モータ側ケース１０は、ステータ２０及びロータ３０を内蔵するケースであり、一端部は軸受側ケース５０と嵌合する開口部１１、他端部には後述するバルブシャフトの回り止め手段１２が設けられている。ステータ２０は、ロータ３０の外周部に取り付けられるステータコア２１と、ステータコア２１の軸方向両側に配設されるコイル２２を備えている。ロータ３０は、ステータ２０の内側に配置され、モータシャフト（出力軸）３３の外周面に同軸状に固定された円筒状のロータ本体３１と、ロータ本体３１の外周に同軸状に固定された円筒状のロータマグネット（磁石）３２を備えている。モータシャフト３３は、外周面にネジ部を有し、このネジ部はロータ本体３１の軸心部に設けたネジ孔３１ａに螺合する。また、モータシャフト３３のバルブ側端部には、円周上略等間隔に、かつ軸線と平行して溝３４が設けられている。

軸受支持部材４０は、ロータ３０の軸部３０ａを支持する軸受４１、軸受４１の近傍に設けられた樹脂プレート４２、モータシャフト３３の上部に設けられてモータシャフト３３の軸方向の直動に伴って軸方向に移動するセンサシャフト４３及びセンサシャフト４３の位置を検出することによりバルブの開度を検出する位置検出センサ４４が一体化部品として構成されている。軸受４１は、軸受支持部材４０にインサート成形された円筒状のメタルブッシュなどのすべり軸受である。樹脂プレート４２は、軸受４１に対してロータ３０の軸部３０ａの挿入方向上側に嵌挿されている。樹脂プレート４２でロータ３０の軸部３０ａを係止することにより、ロータ３０の軸部３０ａを軸受４１に貫通させることができる。また、センサシャフト４３と軸受側ケース５０の間には、センサシャフト４３をモータシャフト３３側に付勢するスプリング４５が設けられている。

軸受支持部材４０と軸受側ケース５０はそれぞれ熱可塑性樹脂で形成されており、金属材料で形成されたインサートナット４６に熱を加えながら、該インサートナット４６を各部材に架設するようにアウトサート成形する。さらに、固定された軸受支持部材４０上に、位置検出センサ４４などのリード線を接続する基板４７を配置して、ネジ４８でインサートナット４６にネジ止めする。

上述の構成を有するモータ１は、軸受側ケース５０内の給電回路（図示せず）を介して外部からの信号に基づいてコイル２２に通電すると、この通電により発生する磁界がロータマグネット３２に作用してロータ本体３１が回転する。このロータ本体３１の回転によって、ネジ孔３１ａに螺合するモータシャフト３３に回転力が加えられるが、モータシャフト３３のバルブ側端部に設けられた溝３４に回り止め手段１２が係合しているため、モータシャフト３３は回転することなく軸方向に直線移動する。モータシャフト３３の軸方向の直動に伴って、バルブ（図示せず）の開閉動作が行われる。

次に、インサートナットの詳細及びインサートナットの組み付け方法の詳細について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る回転電動機の軸受装置のインサートナットの構造及び組み付け状態を示す図である。インサートナット４６は略筒形状に形成され、外周一端部に所定幅を有する環状の先端部４６ａを有すると共に、この先端部４６ａと外周他端部との間に所定幅を有する環状の第１のローレット部４６ｂ及び第２のローレット部４６ｃが所定間隔離間して形成されている。さらに、先端部４６ａと第１のローレット部４６ｂの間、及び、第１のローレット部４６ｂと第２のローレット部４６ｃの間には、それぞれ所定幅の環状の溝部４６ｄ，４６ｅが形成されている。

第１のローレット部４６ｂ及び第２のローレット部４６ｃには、インサートナット４６の軸方向に対して傾斜する方向に延びる複数のローレットが全周に渡り形成されている。第１のローレット部４６ｂのローレットと第２のローレット部４６ｃのローレットは互いに異なる方向、すなわち溝部４６ｅを中心として放射状に延びるように構成されている。インサートナット４６に第１のローレット部４６ｂ及び第２のローレット部４６ｃを設けることにより、インサートナット４６を軸受側ケース５０及び軸受支持部材４０に強固に固着させることができる。さらに、第１のローレット部４６ｂのローレットと第２のローレット部４６ｃのローレットを互いに異なる方向に延びるように設けることにより、インサートナット４６に左右いずれの方向の回転力が加えられても回転することがなく、軸受支持部材４０及び軸受側ケース５０から抜け落ちることを防止することができる。

軸受支持部材４０は孔部４０ａ、軸受側ケース５０は凹部５０ａを有している。孔部４０ａ及び凹部５０ａの内径は、インサートナット４６の外径よりも小さく構成されている。この孔部４０ａ及び凹部５０ａに対して、インサートナット４６をはんだごてなどを用いて加熱しながら挿入する。はんだごてからインサートナット４６に伝達された熱は熱可塑性樹脂からなる軸受側ケース５０及び軸受支持部材４０を溶融させる。インサートナット４６の周囲で溶融した樹脂は、インサートナット４６の第１のローレット部４６ｂ及び第２のローレット部４６ｃに形成されたローレットの隙間や溝部４６ｄ，４６ｅに流入する。

インサートナット４６の加熱をやめ、軸受側ケース５０及び軸受支持部材４０を熱変形温度以下まで冷却すると、インサートナット４６の第１のローレット部４６ｂ及び第２のローレット部４６ｃのローレットの隙間や溝部４６ｄ，４６ｅに流入した樹脂が固着し、インサートナット４６が孔部４０ａ及び凹部５０ａに架設した状態で、一体に固定される。インサートナット４６の内周面にはネジが切られているため、インサートナット４６をアウトサート成形した軸受支持部材４０上に基板４７を配置してネジ４８によりネジ止めすることができる。このように、インサートナット４６を軸受側ケース５０及び軸受支持部材４０に対してアウトサート成形することにより、軸受側ケース５０と軸受支持部材４０を一体化して固定すると共に、そのインサートナット４６を利用して基板４７をネジ止め固定することができる。

さらに、基板４７と接する軸受支持部材４０の外表面の孔部４０ａ縁部に円周状のざぐり溝４０ｂが設けられているので、組み付け時に溶融した余分な樹脂をこのざぐり溝４０ｂに逃がすことができ、樹脂の流動が抑制され、溶融後に固化した樹脂が軸受支持部材４０の外表面及びインサートナット４６の第２のローレット部４６ｃ端面よりも突出するのを抑制することができる。

なお、インサートナット４６を加熱するはんだごてのこて先温度は３２０℃程度が望ましく、３５０℃を超えると軸受側ケース５０及び軸受支持部材４０を形成する樹脂が破損する恐れがある。加熱する際の温度は、軸受側ケース５０及び軸受支持部材４０を形成する熱可塑性樹脂の種類により適宜調整可能である。また、アウトサート成形方法として、インサートナット４６に超音波を加えて微振動させながら挿入する方法も挙げられるが、この発明では内蔵する位置検出センサ４４が振動により損傷する恐れがあるため、熱的なアウトサート成形方法を用いている。内蔵するセンサなどが損傷する恐れのないアウトサート成形方法であれば、適宜変更可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、軸受支持部材と軸受側ケースに対してインサートナットが架設するようにアウトサート成形し、軸受支持部材、軸受側ケース及びインサートナットを一体化するように構成したので、軸受支持部材と軸受側ケースとの結合強度を向上させることができる。これにより、軸受支持部材と軸受側ケースとの結合が高温環境下でも緩まず、さらにロータの回転や振動により軸受に径方向の荷重がかかった場合にも軸受支持部材ががたつくことがないので、モータの耐震性を向上させることができる。さらに、軸受支持部材のがたつきが抑制されるので、軸受支持部材に位置検出センサを取り付けて一体化部品とすることが可能となり、モータシャフトの軸方向の寸法を縮小すると共に、組み付け工程を削減することができる。

また、この実施の形態１によれば、インサートナットの内周面にネジが切ってあるので、インサートナットを利用して基板をネジ止め固定することができる。

また、この実施の形態１によれば、軸受支持部材の外表面であり、インサートナットを挿入する孔部の縁部に円周状のざぐり溝を設けるように構成したので、インサートナットを熱的にアウトサート成形する際に溶融した樹脂がインサートナット端面から突出して固着するのを防止し、軸受支持部材上に配設する基板の座面を安定させることができる。

また、この実施の形態１によれば、インサートナットのローレット部に設けるローレットをインサートナットの軸方向に対して傾斜する方向に設けるように構成したので、インサートナットが軸受支持部材及び軸受側ケースに対して強固に固定される。

また、この実施の形態１によれば、第１のローレット部と第２のローレット部に設けるローレットがそれぞれ異なる方向に延びるように構成したので、インサートナットに左右いずれの方向の回転力が加えられても回転することがなく、軸受支持部材及び軸受側ケースから抜けるのを防止することができる。

また、この実施の形態１によれば、軸受支持部材に位置検出センサを取り付けて一体化部品としたので、部品点数を削減すると共に、組み付け工程を簡略化することができる。

また、この実施の形態１によれば、インサートナットを加熱してアウトサート成形するように構成したので、位置検出センサ周辺に振動を加えることなくアウトサート成形することができ、位置検出センサを損傷させることがない。

以上のように、この発明に係る回転電動機の軸受装置は、ケース及び前記軸受支持部材に架設させてインサートナットをアウトサート成形により一体化するように構成したので、軸受支持部材とケースとの結合強度が増し、高温環境下においても軸受支持部材の固定強度が低下することがない。さらに、ロータの回転や振動により軸受部に径方向の荷重がかかった場合にも、軸受支持部材ががたつくことがなく、回転電動機の耐震性を向上させることができるので、ＥＧＲバルブ装置に用いる回転電動機の軸受装置などに用いるのに適している。

Claims

電流が供給されるコイルが設けられた固定子と、前記固定子の内部を回転し磁石を有する回転子と、前記回転子の内部に設けられたネジ穴と螺合するネジ部を有する出力軸と、前記出力軸の軸受を有し熱可塑性樹脂により成型された軸受支持部材と、前記軸受支持部材を収納し熱可塑性樹脂により成型されたケースとを備えた回転電動機の軸受装置において、
前記ケース及び前記軸受支持部材に架設させてインサートナットをアウトサート成形により一体化したことを特徴とする回転電動機の軸受装置。
インサートナットは、内周面に雌ネジまたは雄ネジを有していることを特徴とする請求項１記載の回転電動機の軸受装置。
軸受支持部材は、インサートナットを挿入する孔部の縁部にざぐり溝を有していることを特徴とする請求項１記載の回転電動機の軸受装置。
インサートナットは、挿入方向に対して傾斜する方向に延びるローレットを有していることを特徴とする請求項１記載の回転電動機の軸受装置。
インサートナットは、アウトサート成形をした際に軸受支持部材側に位置する第１のローレット部とケース側に位置する第２のローレット部を有し、前記第１のローレット部に形成されたローレットと前記第２のローレット部に形成されたローレットは異なる方向に傾斜していることを特徴とする請求項４記載の回転電動機の軸受装置。
出力軸の軸方向の位置を検出する位置検出センサを備え、
前記位置検出センサは、軸受支持部材に一体に固定されたことを特徴とする請求項１記載の回転電動機の軸受装置。
アウトサート成形は、インサートナットを加熱してケース及び軸受支持部材を形成する熱可塑性樹脂を溶融させて圧入することを特徴とする請求項６記載の回転電動機の軸受装置。