JP2007143379A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】余計な部材を使用せず、かつシャフト加工の安易であり、シャフトの先端にギア部を構成しても信頼性の低下を防ぐブラシレスモータを提供すること。
【解決手段】シャフト３０のボールベアリング２１の下側には、ボールベアリング２１の位置決め保持を行う盛り上がり部３２が転造加工によって周方向等間隔に複数形成されている。この盛り上がり部３２を転造加工によって形成することにより、ギア部３１の力Ｆによるモーメントを一番受ける部分に形成された盛り上がり部３２の強度を向上させることができるので、信頼性の高いブラシレスモータを提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受を使用するブラシレスモータに関する。

高信頼性および長寿命を達成するために、従来からブラシレスモータの軸受部には、転がり軸受が使用されている。この転がり軸受の位置決めの方法としては、例えば、特許文献１の図１のような回転軸であるシャフトを段付にし、その段部に当接するように転がり軸受を配置する方法および特許文献２の図１のようなシャフトに環状リングを固定し、この環状リングに当接するように転がり軸受を配置する方法が採用されている。また特許文献３のようにシャフトにドーナツ状の盛り上がり部を設ける方法も提案されている。

特開平１１−１８３８６号公報 特開２００２−２０４５５７号公報 特開平９−１６３６６６号公報

しかしながら、特許文献１のシャフトを段付にする方法では、シャフトに段部を設けるために、シャフト加工の費用が多大にかかってしまう。また特許文献２では、環状リングの位置決めを行う位置決め溝を設けなければならない。さらに環状リングを用いるので部材点数の増加となる。よって組立工数も増加し、ブラシレスモータの原価を高くしてしまう。

また特許文献３のように、特許文献１および特許文献２を解決するためにシャフトにドーナツ状の盛り上がり部を設ける方法では、特許文献３のようにシャフトの出力軸とは反対側に盛り上がり部を設けるには適当である。しかしながらシャフトの出力軸側に盛り上がり部を設けた場合、シャフトの盛り上がり部に穴を開けてしまうために、シャフトの半径方向に力が加わった際に穴に応力集中を生じてしまう。加えて、転がり軸受より出力軸側に盛り上がり部が形成されていることから、この穴はモーメント力も大きく受けてしまうこととなる。さらにこの穴は回転周方向位置によって、応力集中の加わり方が異なる。その結果、この穴は、穴が開く方向の力と穴が閉じる方向の力が交互に働き、穴において金属疲労が甚大なものになってしまう。したがって、長時間回転を行った場合に、シャフトが変形したり、最悪にはギア部が折れたりする可能性がある。これは特に常にシャフト先端部に半径方向の力が加わるギア部が構成されるブラシレスモータでは不適である。よって、シャフトの先端部にギア部を構成する場合には、盛り上がり部は高強度である必要がある。

したがって、本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、余計な部材を使用せず、かつシャフト加工の安易であり、シャフトの先端にギア部を構成しても信頼性の低下を防ぐブラシレスモータを提供することである。

本発明の請求項１によれば、 シャフトと、該シャフトに固定され、一体的に回転する回転部材と、前記シャフトの軸方向に互いに離間して複数配置された転がり軸受と、該転がり軸受を保持し、該転がり軸受を介して前記シャフトを回転自在に支持する固定部材と、
を具備するブラシレスモータであって、前記シャフトの一端側には、前記転がり軸受の内径以下の外径を有するギア部が構成され、前記シャフトにおける前記一端側の前記転がり軸受よりさらに一端側には、当該転がり軸受を位置決め保持する盛り上がり部が転造加工にて形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に従えば、シャフトの転がり軸受を保持する部分からギア部の他端側までが同径にて形成されることから、ストレートシャフトを使用することができる。これによりストレートシャフト以外での段付シャフト等で必須であった円筒研磨を使用することなく、通し研磨にてシャフト仕上げを行うことができる。したがって、製造コストを大幅に削減することができる。さらに盛り上がり部を形成し、この盛り上がり部にて転がり軸受を支持するので従来必要であった転がり軸受を位置決め支持するＣリング等の保持リングを必要とすることがなくなる。したがって、保持リングの削除による部品点数の削減および保持リングを固定するための溝加工の削減をすることができる。さらに保持リングを固定する製造工程をも削減することができるので、大幅な製造コストの削減を図ることができる。加えて、転造加工にて盛り上がり部を形成するので、盛り上がり部の強度を向上することができる。したがって、ギア部に所定の力が加わっても高い信頼性をもつブラシレスモータを提供することができる。

本発明の請求項２によれば、請求項１に係わり、前記盛り上がり部は、周方向等間隔に複数形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項２に従えば、周方向等間隔に複数形成されることにより、転がり軸受の周方向の軸方向位置を容易に調節することができる。

本発明の請求項３によれば、請求項１および請求項２のいずれかに係わり、 前記盛り上がり部は、前記シャフトの転がり軸受を支持する支持部の外径に対して３〜５％の範囲内にて前記支持部より半径方向外方に形成されることを特徴とする。

本発明の請求項３に従えば、盛り上がり部の外径を支持部より３〜５％の範囲内にて支持部より大きく形成することにより、転がり軸受を良好に位置決め支持しつつ、シャフトに過剰な応力を加えることなく加工することができる。したがって、振れ精度や真円度精度の低下を防止することができる。

本発明の請求項４によれば、請求項３のいずれかに係わり、少なくとも前記一端側の前記転がり軸受の内輪は、前記シャフトに圧入もしくは接着にて固定され、前記盛り上がり部は、前記シャフトにおける前記内輪の軸方向の位置決めを行うことを特徴とする。

本発明の請求項４に従えば、転がり軸受の内輪を固定することによって転がり軸受に予圧をかける際にも、シャフトと転がり軸受との固定により保持するので、盛り上がり部には予圧による力が加わることがない。したがって、転がり軸受の予圧に対する保持のために盛り上がり部を必要以上に大きく形成する必要がなくなる。

本発明によれば、余計な部材を使用せず、かつシャフト加工の安易であり、シャフトの先端にギア部を構成しても信頼性の低下を防ぐブラシレスモータを提供することができる。

＜ブラシレスモータの全体構造＞
本発明に係わるブラシレスモータの全体構造の一例について図１を参照して説明する。図１はブラシレスモータの模式断面図である。

図１を参照して、ベアリングホルダ１０は、アルミニウム若しくは亜鉛をダイカスト等の鋳造にて略中空円筒形状に形成されている。このベアリングホルダ１０の上部および下部には、転がり軸受である２つのボールベアリング２０、２１が収容される上側凹部１１および下側凹部１２が形成されている。そしてベアリングホルダ１０の中空部１３に挿通し、各ボールベアリング２０，２１の中空部を略円柱状のシャフト３０が挿通し、ボールベアリング２０、２１によって回転自在に支持される。この下側に配置されたボールベアリング２１との下側凹部１２との軸方向の間には、ボールベアリング２１の外輪を支持して予圧を加える弾性部材２２が配置されている。この保持部材２３はシャフト３０に一体的に成形されてもよい。

またシャフト３０の下部には、ハスバ歯車等の歯車が一体的もしくは別体に構成されたギア部３１が形成されている。これにより、モータを取付ける機器側の歯車と噛み合い回転力を伝達する。

ベアリングホルダ１０の円筒下部の半径方向外側には、軸方向に高さの異なる２種類の突出部が各３個ずつ形成されている。軸方向の高さが高い第一突出部１４と軸方向の高さが低い第二突出部１５とは、半径方向同位置に形成される。そして、第一突出部１４と第二突出部１５とのそれぞれは周方向に等間隔（実施例では１２０°）にて形成される。

ベアリングホルダ１０の下端面１６には、第一円環突部１７が形成されており、この第一円環突部１７の外周面と係合するように鋼板をプレス等の塑性変形にて成形された取付板４０が固定される。この取付板４０は、モータを搭載する機器にモータを取り付ける取り付け穴４１が形成されている。また下端面１６には、第一円環突部１７より半径方向内側に第一円環突部１６より軸方向下側に突出した第二円環突部１８が形成されている。この第二円環突部１８により、モータを搭載する機器とのシャフト３０の位置決めを行う。

ベアリングホルダ１０の第一突出部１４の上端面および円筒部には、円環状のステータ５０が当接されるように固定配置される。これらの固定は、ステータ５０の第一突出部１４の対応部分に軸方向に貫通孔が設けられ、そして第一突出部１４の上端面にも穴が設けられ、これらに挿通するようにネジ６０にて締結することにて行われる。また第二突出部の上端面には、紙フェノール等にて成形された基板７０が固定配置されている。これらの固定も同様にネジ６１にて固定される。基板７０には、回転速度を検出するホール素子７１とホール素子７１からの信号を制御する集積回路７２が固定されている。

シャフト３０の上側のボールベアリング２０より上部には、鋼板をプレス等の塑性加工にて成形した略中空円筒形状のロータホルダ８０が軸心と同心状にステータ５０を覆うように固定される。このロータホルダ８０の中空部８１に、シャフト３０が圧入固定される。そして円筒部８２の内周面には、駆動用マグネット９０が軸心と同心状に接着等にて固定されている。そしてこの駆動用マグネット９０はロータホルダ８０の円筒部８２の下端面８２ａより、下側に突出する突出部９１を有しており、その突出部９１の外周面には、位置検出用マグネット１００が軸心と同心状に圧入接着により固定されている。駆動用マグネット９０の内周面は、ステータ５０の外周面と半径方向に間隙を介して対向するように配置される。また駆動用マグネット９０と位置検出用マグネット１００とは、基板７０の上面と軸方向に間隙をもって対向している。

モータの駆動は、ステータ５０に通電されることにより磁場が発生し、この磁場と駆動用マグネット９０との相互作用により回転トルクが発生することにより駆動する。

＜主要部＞
本発明の主要部であるシャフト３０およびボールベアリング２１との関係について図２乃至図４を参照して説明する。図２はボールベアリング２１からシャフト３０の先端部にかけての拡大図を示す。また図中のａ）は本発明における構造を示し、ｂ）は従来の構造を示す。図３は図２のＸ−Ｘ方向の模式断面図である。図４は盛り上がり部の他の実施例である。図４のａ）は軸方向面図を示し、ｂ）はＹ−Ｙ方向の模式断面図である。

図２のａ）を参照して、シャフト３０のギア部３１の軸方向上部には、ボールベアリング２１の軸方向位置を決定するための盛り上がり部３２が形成されている。この盛り上がり部３２は、周方向等間隔に複数個所形成される。またこの盛り上がり部３２は例えばローレット加工のような転造加工により形成される。これにより、盛り上がり部３２を形成しても切削加工とは異なりシャフト３０の強度は低下することなく、逆に強度を向上させることができる。

また本実施例のようなシャフト３０の下部にギア部３１を形成するような場合、相手歯車と伝達するために常に所定方向に力Ｆを受ける。そのため、ギア部３１から力Ｆによるモーメントを一番受けるボールベアリング２１の軸方向下側、すなわち盛り上がり部３２の位置では、絶対的に強度が必要となる。そのため、転造加工によって盛り上がり部３２を設けることによりシャフト３０の被加工面の部分の強度を向上させる本発明では好適である。さらにシャフト３０の力Ｆによるモーメントを一番受ける部分の強度を向上させていることにより、信頼性の向上を図ることができる。加えて、盛り上がり部３２の形成は転造加工であり切削加工ではないので、加工の際にバリが発生しない。これによりボールベアリング２１へのバリの侵入を防ぐことができる。したがって、信頼性の向上を図ることができる。

この本発明と比較して、図２のｂ）の従来の技術では、穴を設けることによりその穴の周囲を盛り上げて盛り上がり部３３を形成するものである。したがって、シャフト３０のギア部３１に力Ｆを加えた場合、力Ｆによるモーメントを一番受ける盛り上がり部３３の穴部３３ａに応力集中が発生してしまう。そのため、従来の技術では、特にモーメント等の力を大きく受ける位置での適用は好ましくない。さらに盛り上がり部３３に穴部３３ａを設けることにより、シャフト３０の強度を低下させている。したがって、シャフト３０の下部に常に力Ｆを受けているような構成である場合、信頼性の低下が懸念される。

また図３を参照して、この盛り上がり部３２は、シャフト３０のボールベアリング２１を支持する支持部２１ａの外径より３％〜５％程度大きくなるように形成される。これによりボールベアリング２１の位置決めを果たすとともに、ボールベアリング２１の当たりとなりボールベアリング２１の下面の周方向の高さズレを防止することができる。この盛り上がり部３２が３％より小さい場合、ボールベアリング２１の内周端面の縁部に形成されているＲ部２１ｂ（図３では図示せず。図２のａ）参照）より小さくなる可能性がある。その結果、ボールベアリング２１の周方向高さの調節を行うことができなくなる。さらに盛り上がり部３２が５％より大きい場合、盛り上がり部３２を形成するために多大な応力を外部からシャフト３０に加えることとなり、シャフト３０の振れ精度が低下してしまう。さらに転造加工をするためにはシャフト３０の一部をチャックにより保持しなければならないが、このシャフト３０を保持する保持部にも多大な応力を加えることとなり、この保持部が傷ついてしまう可能性がある。加えて、盛り上がり部３２は転造による塑性加工であるので、多大な応力を加えると盛り上がり部３２以外の部分の真円度精度を低下させてしまう可能性がある。したがって、３％〜５％の範囲内であれば、適正な応力を加えることにより、シャフト３０の他の部分の精度が低下することもなく、盛り上がり部３２もボールベアリング２１のＲ部２１ｂより大きく形成されるので、ボールベアリング２１の周方向高さも適切に調節することができる。

特に本実施例では、シャフト外径をφ６ｍｍ、盛り上がり部３２のシャフト３０の支持部２１ａの外径からの高さを０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ、およびφ６ｍｍのシャフト３０に固定されるボールベアリング２１のＲ部は一般的に０．２ｍｍ以下である。

以上、本発明の実施例に関して説明を記載したが、本発明は上記実施例に限定されることなく特許請求項の範囲内において種々の変形が可能である。

例えば、本発明の実施例では、盛り上がり部３２の形状は図２の様に軸方向に長い断面台形状であるが、これに限定されることなく、盛り上がり部３２が形成されていればよいので、この盛り上がり部の形状は半円形状や三角形状等のあらゆる種類の形状でもよい。

例えば、本発明の実施例では、盛り上がり部３２は図３のように３点であるが、これに限定されることはない。例えば、図４のようにローレット加工により多数の盛り上がり部３２ａを形成してもよい。

本発明に係わる実施例の一形態を示した模式断面図である ａ）は図１のシャフトの下端部からボールベアリングまでの拡大図であり、ｂ）は従来例を示すシャフトの下端部からボールベアリングまでの拡大図である 図２のＸ−Ｘ断面図である 本発明に係るシャフトの他の実施例である

符号の説明

１０ ベアリングホルダ
２０，２１ ボールベアリング
２１ａ 支持部
２１ｂ Ｒ部
３０ シャフト
３１ ギア部
３２、３２ａ、３３ 盛り上がり部
４０ 取付板
５０ ステータ
６０ ネジ
７０ 基板
８０ ロータホルダ
９０ 駆動用マグネット
１００ 位置検出用マグネット

Claims (4)

1. シャフトと、
   該シャフトに固定され、一体的に回転する回転部材と、
   前記シャフトの軸方向に互いに離間して複数配置された転がり軸受と、
   該転がり軸受を保持し、該転がり軸受を介して前記シャフトを回転自在に支持する固定部材と、
   を具備するブラシレスモータであって、
   前記シャフトの一端側には、前記転がり軸受の内径以下の外径を有するギア部が構成され、
   前記シャフトにおける前記一端側の前記転がり軸受よりさらに一端側には、当該転がり軸受を位置決め保持する盛り上がり部が転造加工に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. 前記盛り上がり部は、周方向等間隔に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記盛り上がり部は、前記シャフトの転がり軸受を支持する支持部の外径に対して３〜５％の範囲内にて前記支持部より半径方向外方に形成されることを特徴とする請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載のブラシレスモータ。
4. 少なくとも前記一端側の前記転がり軸受の内輪は、前記シャフトに圧入もしくは接着にて固定され、前記盛り上がり部は、前記シャフトにおける前記内輪の軸方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータ。
   

Images