JP4992006B2 - モータ内蔵ローラ - Google Patents

Description

本発明はモータ内蔵ローラに関するものであり、特にローラ本体の内部に収容されているモータの作動に伴って発生する熱を効率よく放出可能なものに関する。

従来より、下記特許文献１に開示されているようなモータ内蔵ローラがコンベア等に採用されている。モータ内蔵ローラは、筒状のローラ本体の内部に収容されたモータの動力によりローラ本体が回動する構成とされている。
特開２００４−１９０７０９号公報

ここで、上記したような構造のモータ内蔵ローラでは、モータにおいて発生した熱がローラ本体を介して外部に放出されていた。しかし、ローラ本体の内径がモータの外径に対して大きく、両者の間に大きな空間（クリアランス）がある場合は、当該空間に存在する空気が熱抵抗となってしまい、ローラ本体内においてモータで発生した熱がうまく放出されないといった問題があった。

そこで、かかる知見に基づき、本発明は、ローラ本体内においてモータで発生した熱をスムーズに放出可能なモータ内蔵ローラの提供を目的とした。

上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、筒状のローラ本体と、当該ローラ本体の内部に収容されたモータと、前記ローラ本体を回転可能なように支持する支軸とを備え、前記モータにおいて発生した動力によってローラ本体が支軸に対して回転するモータ内蔵ローラであって、モータの外周面とローラ本体の内周面との間には、空気よりも熱伝導率が高い放熱部材が設けられており、当該放熱部材は、前記モータの外周面に接触すると共に、前記ローラ本体の内周面には非接触状態でモータに取り付けられるもので、さらに当該放熱部材は、モータの外周面と接触した接触部と、モータの外周面から離れた離反部とを有し、当該接触部と当該離反部は環状に配されて最大径部の表面積がその他の径部よりも大きくなるように設定されていることを特徴とするモータ内蔵ローラである。

本発明のモータ内蔵ローラでは、モータの外周面に接触するように放熱部材が取り付けられている。また、本発明で採用されている放熱部材は、空気よりも熱伝導率が高い。本発明のモータ内蔵ローラでは、モータの外周面とロータ本体の内周面との間にある空気が熱抵抗となりにくく、モータにおいて発生した熱が放熱部材を介してローラ本体側に向けてスムーズに流れて放熱される。

本発明のモータ内蔵ローラでは、放熱部材がローラ本体の内周面には非接触状態となるように設けられている。そのため、本発明のモータ内蔵ローラでは、放熱部材の存在によってモータの作動に伴うローラ本体の回転が阻害されたり、放熱部材とローラ本体との間で摩擦熱が発生するといったような不具合の発生を防止できる。

ここで、モータを作動させると、固定子に相当する位置において多くの熱を発する。そのため、上記したモータ内蔵ローラにおいてモータで発生する熱をスムーズに排出するためには、少なくともモータにおいて固定子が設けられた部分に放熱部材が設けられていることが望ましい。

そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項２に記載の発明は、放熱部材が、少なくともモータの固定子に相当する位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ内蔵ローラである。

かかる構成によれば、モータにおいて発生した熱をスムーズに外部に排出可能なモータ内蔵ローラを提供することができる。

請求項３に記載の発明は、放熱部材が、モータの外周面と接触した接触部と、モータの外周面から離れた離反部とを有し、前記接触部と離反部とがモータの外周面において周方向に交互に並ぶように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ内蔵ローラである。

かかる構成とした場合は、放熱部材の表面積が大きく、モータ側からローラ本体側への熱の伝達をより一層スムーズなものとすることができる。

請求項４に記載の発明は、離反部が、モータの外周面に対して交差し、ローラ本体の内周面に向かって伸びると共に、ローラ本体の軸方向に拡がる交差面を有していることを特徴とする請求項３に記載のモータ内蔵ローラである。

かかる構成とした場合についても放熱部材の表面積が大きく、モータ側で発生した熱のローラ本体側への伝達をより一層スムーズなものとすることができる。

また、本発明のモータ内蔵ローラでは、モータが作動するとローラ本体が回転するため、これに伴ってローラ本体の内側に、ローラ本体の回転方向、すなわち周方向に幾ばくかの気流の発生が期待できる。また、本発明で採用されている放熱部材は、離反部がローラ本体の軸方向に拡がる交差面を有している。そのため、前記したようにローラ本体の内側に気流が発生すると、離反部がこの気流を受けることとなり、より一層放熱が促進される。よって、本発明のモータ内蔵ローラは、ローラ本体内にモータで発生した熱がこもりにくい。

ここで、上記各請求項に記載のモータ内蔵ローラは、モータの外周面に放熱部材を装着した構成とされているが、放熱部材の取り付けを容易化したり、放熱部材をモータの外周面にぴったりと装着可能な構成であることが望ましい。

そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項５に記載の発明は、放熱部材が、筒状であり、伸縮性を有するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータ内蔵ローラである。

かかる構成によれば、モータに対する放熱部材の取り付けや、組み立てが容易なモータ内蔵ローラを提供できる。また、上記した構成によれば、放熱部材をモータの外周面にぴったりと装着させることができる。

請求項６に記載の発明は、放熱部材の熱伝導率が、モータの外周面の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ内蔵ローラである。

かかる構成によれば、モータにおいて発生した熱をより一層確実に外部に放出可能なモータ内蔵ローラを提供することができる。

本発明によれば、ローラ本体内においてモータで発生した熱をスムーズに放出可能なモータ内蔵ローラを提供できる。

続いて、本発明の一実施形態にかかるモータ内蔵ローラ１について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、モータ内蔵ローラ１は、端部が開口したローラ本体２の両端に閉塞部材３，３を装着して構成される空間内にモータ５を内蔵している。モータ内蔵ローラ１は、ローラ本体２の軸心位置においてローラ本体２の内外を連通するように設けられた支軸８ａ，８ｂを有し、これらに対してローラ本体２が回転自在に支持されている。モータ内蔵ローラ１は、支軸８ａ，８ｂをコンベア用のフレーム等に固定して使用される。

閉塞部材３，３は、ローラ本体２の両端の開口部を閉塞するキャップ状の部材であり、ローラ本体２に対して一体的に取り付けられている。閉塞部材３，３の略中心部、すなわちローラ本体２への取り付け状態においてロータ本体２の軸心が通る側の位置には、貫通孔１０，１０が設けられている。貫通孔１０，１０には、支軸８ａ，８ｂが挿通されており、これらが貫通孔１０，１０内に設けられた軸受１１，１１によって回動自在なように支持されている。

モータ５は、外観が略円筒状の本体部２０を有し、この内部に固定子２１および回転子２２を内蔵した構成とされている。また、モータ５は、回転子２２に接続された回転軸２３を有し、これが本体部２０の一端側から外側に向けて突出している。回転軸２３は、図１（ｂ）や図２に示すように円筒形の軸を面取りしたような形状とされている。

モータ５は、ローラ本体２内において回転軸２３がローラ本体２の軸心位置に到来するように装着されている。モータ５に電力を供給するための電源線等の配線６は、支軸８ａに設けられた貫通孔８ｃを介してローラ本体２の外部に取り出されている。

ここで、モータ５の本体部２０の外径Ｄ１は、ローラ本体２の内径Ｄ２よりも小さい。そのため、モータ５を構成する本体部２０の外周面２５と、ローラ本体２の内周面４との間には、間隔Ｄ３（Ｄ３＝（Ｄ２−Ｄ１）／２）分の空隙がある。

図１や図２に示すように、上記したモータ５の外周面２５には、放熱部材３０が取り付けられている。放熱部材３０は、アルミニウム製の押し出し材によって構成されている。そのため、放熱部材３０の熱伝導率は、空気の熱伝導率（７．０７×１０^-2[Ｗ／ｍ・Ｋ]）よりも十分大きい。

図２や図３に示すように、放熱部材３０は、筒状であり、その径方向外側に向けて突出した凸部３１，３２（離反部）と径方向内側に向けて突出した凹部３３（接触部）とが、その周方向に所定の規則に従って並んだ構成とされている。凸部３１，３２は、モータ５への取り付け状態において、モータ５の外周面２５から離反した位置にある部分である。また凹部３３は、モータ５への取り付け状態において、外周面２５に接触する部分である。さらに具体的に説明すると、図３に示すように、凸部３１，３２は、放熱部材３０の軸心Ｃを中心とする直径Ｄ１，Ｄ４（Ｄ１＜Ｄ４＜Ｄ２）の仮想円Ｐ１，Ｐ２を想定した場合に、この仮想円Ｐ１側から仮想円Ｐ２側に向けて突出した部分である。

凸部３１は、仮想円Ｐ１，Ｐ２に対して交差し、仮想円Ｐ１側から仮想円Ｐ２側に向かうに連れて互いに近接する一対の交差面３１ａ，３１ｂと、仮想円Ｐ２に沿って放熱部材３０の周方向に伸び、交差面３１ａ，３１ｂ間を繋ぐ周面３１ｃとを有する。凸部３２は、一部の形状が異なるが、凸部３１とほぼ同様の形状とされている。さらに具体的には、凸部３２は、断面形状が略「π」字型となっている。凸部３２は、前記した交差面３１ａ，３１ｂと同様の交差面３２ａ，３２ｂを有しており、交差面３２ａ，３２ｂ間を繋ぐように周面３２ｃが設けられている。凸部３２の周面３２ｃは、周面３１ｃと同様に仮想円Ｐ２に沿って伸びる湾曲した面であるが、両端部が交差面３２ａ，３２ｂと仮想円Ｐ２とが交差する位置よりも仮想円Ｐ２の周方向外側に向けて突出している。凸部３１，３２は、仮想円Ｐ２上に周面３１ｃ，３２ｃが交互に並ぶように設けられている。

凹部３３は、上記した凸部３１，３２の間に存在している。凹部３３は、図３（ａ）に示す状態で正面視した場合に、凸部３１を構成する交差面３１ａと、凸部３２を構成する交差面３２ｂと、この交差面３１ａ，３２ｂ間を繋ぎ仮想円Ｐ１に沿って伸びる周面３３ｃとによって構成されている。凹部３３は、周方向に複数設けられた各凸部３１，３２間に存在している。放熱部材３０は、凸部３１，３２と同様に放熱部材３０の母線に沿って直線的に伸びている。放熱部材３０は、外側から観察した状態において、凹部３３に相当する部分が径方向内側に向けて窪んだように見える。

上記したように、放熱部材３０は、アルミニウム製であり、凸部３１，３２や凹部３３を環状に配したものであるため、径方向および周方向への伸縮性を有する。そのため、モータ５の本体部２０に対する放熱部材３０の取り付けは、適宜この放熱部材３０を伸縮させることにより容易に行うことができる。

放熱部材３０は、凹部３３を構成する周面３３ｃがモータ５の本体部２０に密着するように取り付けられる。そのため、本実施形態では、モータ５の作動に伴って発生した熱がモータ５側から放熱部材３０に向けてスムーズに伝達する。

モータ５は、回転軸２３がローラ本体２内に設けられた動力伝達部材４０に接続されており、これを介して回転動力をローラ本体２に伝達可能とされている。図１（ｂ）に示すように、動力伝達部材４０は、正面視した状態においてローラ本体２の内径Ｄ２に相当する大きさの円盤状の部材の一部を切り欠いたような形状とされている。換言すれば、動力伝達部材４０は、図１（ｂ）に示すように正面視が略十文字型の部材であり、その外接円の径がローラ本体２の内径Ｄ２に相当する大きさを有する。動力伝達部材４０の中央には、正面視した状態で回転軸２３の断面形状と合同な形状の軸挿通孔４１が設けられている。

動力伝達部材４０は、ローラ本体２の内側に内部空間を横断するように固定されている。モータ５の回転軸２３は、この動力伝達部材４０の略中心部に設けられた軸挿通孔４１に差し込まれ、動力伝達部材４０に連結されている。そのため、モータ５が回転すると、動力伝達部材４０が回転軸２３を中心として回転し、ローラ本体２も回転する。

モータ内蔵ローラ１は、支軸８ａ，８ｂをコンベアのフレーム等に固定して使用される。このように設置された状態において、モータ５に通電され、回転軸２３が回転すると、動力伝達部材４０を介してローラ本体２に回転動力が伝達される。これにより、ローラ本体２が、支軸８ａ，８ｂに対して相対回転する。

上記したようにしてモータ内蔵ローラ１が作動しはじめると、モータ５において熱が発生する。モータ５において発生した熱は、本体部２０の外周面２５に取り付けられた放熱部材３０にスムーズに伝達される。

ここで、上記したように、放熱部材３０とローラ本体２の内周面４との間には僅かな隙間があるが、凸部３１，３２の周面３１ｃ，３２ｃ、すなわち放熱部材３０を断面視した状態において外接円たる仮想円Ｐ１で表される面と、ローラ本体２の内周面４との間に形成された隙間５０はごく僅かなものである。すなわち、隙間５０は、モータ５の作動時に放熱部材３０がローラ本体２の内周面４に接触するのを防止するのに最低限必要な程度のものである。そのため、放熱部材３０の外周面をなす周面３１ｃ，３２ｃとローラ本体２との間には、熱抵抗となる空気がほとんど存在しない。よって、隙間５０にある空気は、モータ５側からローラ本体２側への伝熱においてほとんど熱抵抗として作用しない。さらに、本実施形態では、放熱部材３０としてアルミ製のものを採用しており、空気に比べて十分熱伝導率が高い。従って、モータ内蔵ローラ１では、モータ５から放熱部材３０に伝わった熱がスムーズにローラ本体２側に伝わり、外部に放出される。

なお、放熱部材３０とローラ本体２の内周面４との間に形成される隙間５０の大きさ、換言すればローラ本体２の内径Ｄ２と放熱部材３０の外接円をなす仮想円Ｐ２の径Ｄ４との差の１／２に相当する間隔Ｄ３は、放熱部材３０やローラ本体２の寸法公差や、軸受１１や動力伝達部材４０とモータ５の回転軸（出力軸）とのはめあい部の経時変化等を考慮した上で、放熱部材３０とローラ本体２とが接触しないと想定される最小の大きさに調整することが好ましい。

また、本実施形態のモータ内蔵ローラ１では、モータ５の作動に伴ってローラ本体２が回転すると、ローラ本体２の内側、具体的にはローラ本体２の内周面４と放熱部材３０の外周面（周面３１ｃ，３２ｃ）との間に幾ばくかの気流が発生する。この気流の大部分は、ローラ本体２の周方向に流れるものと想定される。

ここで、モータ内蔵ローラ１で採用されている放熱部材３０は、上記したように凸部３１，３２や凹部３３が周方向に規則的に並んだ形状とされている。そのため、放熱部材３０は、表面積が広く、その分だけ放熱がスムーズに行われる。

また、放熱部材３０は、凸部３１，３２や凹部３３を形成する交差面３１ａ，３１ｂや交差面３２ａ，３２ｂが、モータ５の外周面２５に対して交差し、ローラ本体２の内周面４に向かって伸びると共に、ローラ本体２の軸方向に拡がっている。そのため、ローラ本体２の回転に伴って内周面４側に気流が発生すると、この気流に交差面３１ａ，３１ｂや交差面３２ａ，３２ｂがさらされる。従って、モータ内蔵ローラ１では、ロータ本体２の回転に伴って発生する気流による冷却効果も期待できる。

本実施形態のモータ内蔵ローラでは、図１（ｂ）に示すように正面視が略十文字型の動力伝達部材４０が採用されている。そのため、モータ内蔵ローラ１は、ローラ本体２を図１（ａ）のように径方向に横切るように動力伝達部材４０を取り付けたとしても、図１（ｂ）のように空隙４２が形成される。そのため、モータ内蔵ローラ１は、動力伝達部材４０を境としてモータ５側の領域と、その反対側（支軸８ｂ側）の領域とが空隙４２を介して連通している。よって、本実施形態のモータ内蔵ローラ１では、モータ５において発生した熱が動力伝達部材４０を境としてモータ５側の領域にこもらず、支軸８ｂ側にも逃げることとなり、放熱がより一層スムーズに行われる。

また、上記した空隙４２は、動力伝達部材４０の外周側、すなわちローラ本体２の内周面４の近傍に位置している。そのため、ローラ本体２の回転に伴って上記したような気流が発生した場合は、この気流に乗ってモータ５で発生した熱が動力伝達部材４０を境界としてモータ５側の領域からこの反対側（支軸８ｂ側）の領域に放出されることなり、より一層放熱が促進される。

上記した空隙４２は、動力伝達部材４０の外周側、すなわちローラ本体２の内周面４に近い位置に設けられることが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに動力伝達部材４０の中心側（軸挿通孔４１側）に近い位置に設けられていてもよい。また、上記実施形態では、動力伝達部材４０を十文字型とすることにより空隙４２を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。

具体的には、動力伝達部材４０は、円盤状等の適宜の形状とすると共に、熱の移動を考慮して適当な位置に厚み方向に貫通した貫通孔を設けた構成としてもよい。また、動力伝達部材４０は、上記したようにローラ本体２の内周面４の周方向に４カ所で接触する形状であり、非接触部分に空隙４２が形成されるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、内周面４の周方向にさらに多数あるいは少数の箇所で接触する形状としてもよい。かかる構成とした場合についても、ローラ本体２の内周面４と動力伝達部材４０との非接触部分に形成される隙間４２等を介して熱や気流が流動可能であり、モータ５で発生した熱をローラ本体２の外部にスムーズに排出できる。

また、上記したモータ内蔵ローラ１では、モータ５が作動すると固定子２１に相当する位置で最も熱が発生することを考慮し、固定子２１に相当する部分に放熱部材３０を取り付けた構成を採用している。そのため、モータ内蔵ローラ１は、モータ５で発生した熱が放熱部材３０に効率よく伝達し、外部に放出される。

上記実施形態では、固定子２１に相当する位置での発熱量が多いことを想定し、放熱部材３０を固定子２１に相当する位置に設けた構成を例示したが本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、例えば放熱部材３０をモータ５の本体部２０全体に取り付けた構成としたり、固定子２１に相当する位置（領域）よりも狭い領域にしか放熱部材３０を取り付けない構成としてもよい。

また、上記実施形態では、放熱部材３０を本体部２０の全周にわたって取り付けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本体部２０の周方向の一部にのみ放熱部材３０に相当するものを取り付けた構成としてもよい。

上記したように、本実施形態で採用されている放熱部材３０は、径方向への伸縮性を有するものである。そのため、上記したモータ内蔵ローラ１は、モータ５に対して放熱部材３０を容易に装着することができ、生産性が高い。

上記実施形態では、放熱部材３０の製造の容易さを加味した上で放熱部材３０の最大径部の表面積、すなわち断面視した状態において図３に示す仮想円Ｐ２上に位置する部分の表面積をできる限り大きくすべく、断面形状が台形状の凸部３１に加え、断面形状「π」字型の凸部３２を設けた構成を例示した。しかし、上記実施形態で説明した放熱部材３０の形状は、本発明の一実施形態を示したものに過ぎず、台形の凸部３１の全てまたは一部を断面形状「π」字型の凸部３２としたり、凸部３１や凸部３２をさらに異なる形状として最大径部の表面積を大きくとる構成としてもよい。

上記実施形態において、放熱部材３０を形成している凸部３１，３２は、それぞれ周面３１ｃ，３２ｃの形状が異なるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、放熱部材３０は、２種類の形状の凸部３１，３２を設けたものに限定されるものではなく、凸部３１，３２のいずれか一方を他方で置き換えたようなものであってもよい。また、凹部３３の形状についても上記実施形態に示したものに限定されるものではなく、適宜異なる形状とすることも可能である。

上記実施形態で示したモータ内蔵ローラ１は、ローラ本体２の内部にモータ５を内蔵し、この回転軸２３を直接動力伝達部材４０に接続した構造のものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、従来公知のもののように減速機（減速機構）等を介在させたものであってもよい。

上記したモータ内蔵ローラ１は、図４に示すような搬送装置６０に好適に使用することができる。すなわち、図４に示す搬送装置６０は、いわゆるローラコンベアであり、平行に配された一対のフレーム６１，６１を有する。フレーム６１，６１の間には、モータ内蔵ローラ１や、動力を持たないフリーローラ７０がそれぞれフレーム６１，６１の伸びる方向に所定の間隔毎に設けられている。

（ａ）は本発明の一実施形態にかかるモータ内蔵ローラを示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１に示すモータ内蔵ローラの分解斜視図である。 （ａ）は放熱部材を示す正面図であり、（ｂ）は放熱部材を示す斜視図である。 図１に示すモータ内蔵ローラを採用した搬送装置を示す斜視図である。

１ モータ内蔵ローラ
２ ローラ本体
４ 内周面
５ モータ
８ 支軸
２０ 本体部
２１ 固定子
２５ 外周面
３０ 放熱部材
３１，３２ 凸部（離反部）
３１ａ，３１ｂ 交差面
３２ａ，３２ｂ 交差面
３３ 凹部（接触部）
５０ 隙間

Claims (6)

1. 筒状のローラ本体と、当該ローラ本体の内部に収容されたモータと、前記ローラ本体を回転可能なように支持する支軸とを備え、前記モータにおいて発生した動力によってローラ本体が支軸に対して回転するモータ内蔵ローラであって、
   モータの外周面とローラ本体の内周面との間には、空気よりも熱伝導率が高い放熱部材が設けられており、当該放熱部材は、前記モータの外周面に接触すると共に、前記ローラ本体の内周面には非接触状態でモータに取り付けられるもので、さらに当該放熱部材は、モータの外周面と接触した接触部と、モータの外周面から離れた離反部とを有し、当該接触部と当該離反部は環状に配されて最大径部の表面積がその他の径部よりも大きくなるように設定されていることを特徴とするモータ内蔵ローラ。
2. 放熱部材が、少なくともモータの固定子に相当する位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ内蔵ローラ。
3. 前記接触部と離反部とがモータの外周面において周方向に交互に並ぶように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ内蔵ローラ。
4. 離反部が、モータの外周面に対して交差し、ローラ本体の内周面に向かって伸びると共に、ローラ本体の軸方向に拡がる交差面を有していることを特徴とする請求項３に記載のモータ内蔵ローラ。
5. 放熱部材が、筒状であり、伸縮性を有するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモータ内蔵ローラ。
6. 放熱部材の熱伝導率が、モータの外周面の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモータ内蔵ローラ。

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