本発明は動力源となるモータに係り、特に、ロータを軸方向に付勢する構造を備えたモータに関するものである。

例えば、従来のモータにおいては、回転軸の基端部と先端部(出力側)を支持する軸受がその回転軸に固定される一方、両軸受はモータのハウジングとは遊嵌されて、ロータがモータのハウジングに対して軸方向に移動可能に支持されている。そして、基端側の軸受が付勢部材の付勢力を受けて、ロータを軸方向先端側に押圧する構成となっている(例えば、特許文献1参照)。

特許文献1には、ロータを軸方向に付勢する構造を備えたモータが開示されている。 当該技術では、電機子コア(ロータ)において、回転軸基端部を支承する軸受側に、回転軸径より若干大きい内径を有する円筒状の収容部を形成し、当該収容部に、回転軸に外嵌支持されるコイルスプリングが収容される。当該コイルスプリングは、上記軸受と収容部の底部(出力側の円環状の端面)との間にわたるように配設されており、当該構成により、電機子コア(ロータ)を軸方向先端側(出力側)へと押圧する。

特開2014−054014号公報

このように、特許文献1のような技術においては、ロータを軸方向先端側(出力側)へと押圧することができる。 一方、このようなモータにおいては、回転軸と軸受(内輪)との嵌合は、隙間嵌めが採用されているため、モータが作動し、回転軸が回転すると、回転軸と軸受が微小に衝突することとなる。 つまり、コイルスプリングが軸受の動きに追随することができず、これにより、回転軸と軸受が微小に衝突してフレッチングが起き、これにより、回転軸にフレッチング摩耗が発生してしまう。 よって、コイルスプリングにより予圧を確実に与えながら、回転軸のフレッチング摩耗を抑制することができる技術の開発が望まれていた。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、軸受に確実に予圧を与えるとともに、回転軸のフレッチング摩耗もまた確実に抑制することができるモータを提供することにある。

上記課題は、本発明に係るモータによれば、ケース部材の内部にロータが回転可能に収容され、該ロータを軸方向に貫通する回転軸先端の出力部が前記ケース部材の挿通孔を介して外部に突出するモータであって、前記回転軸を支持するボール軸受が前記ケース部材の基端部側に配置されるとともに、前記ケース部材に対して前記回転軸を軸方向に移動可能に支持し、前記ロータを前記回転軸の先端側に付勢する付勢部材を備え、前記ロータには、該ロータの基端部側の面から出力側へと穿孔されて前記回転軸周りに開口する収容部が形成されており、前記付勢部材は、前記収容部に収容されるとともに、前記収容部の基端部側端面と前記ボール軸受の内輪の出力側端面である付勢部材接触端面との間に介在するよう配置されており、前記付勢部材接触端面には、摩擦係数が大きくなる表面処理が施されていることにより解決される。

このように本発明では、ロータへの予圧のための付勢部材の基端部側終端部が接触するボール軸受に加工を施した。 つまり、ボール軸受を構成する内輪の出力側端面である付勢部材接触端面に表面加工を施し、当該付勢部材接触端面の摩擦係数を高めた。 これにより、付勢部材の基端部側終端部は、付勢部材接触端面との密着性が向上し、ボール軸受内輪の動きに追従することができる。 よって、ボール軸受内輪にも予圧を確実に印加することができ、回転軸と軸受が微小に接触することにより生じる回転軸のフレッチング摩耗を防止することができる。

また、このとき、具体的な適用としては、請求項2に記載のように、前記付勢部材接触端面に施された前記表面処理により、前記付勢部材接触端面に凹凸形状が形成されていると好適である。 更に、具体的な適用としては、請求項3に記載のように、前記付勢部材接触端面に施された前記表面処理により、前記付勢部材接触端面に、径方向に放射状に延びる溝部が形成されていると好適である。 このように構成されていると、簡易な表面処理により、付勢部材接触端面の摩擦係数を高くすることができる。

更に、このとき、より好適な適用構成としては、請求項4に記載のように、前記付勢部材接触端面に施された表面処理により、前記付勢部材接触端面に凹凸形状が形成されており、出力方向に突出している凸部には、前記付勢部材の基端部側終端部が圧接可能となるよう、前記基端部側終端部に対して回転方向において対向するように対向面が形成されているとよい。 このように構成されていると、付勢部材の基端部側終端部と凸部の対向面とがより有効に接触することができるため、より効果的に付勢部材の基端部側終端部と付勢部材接触端面(凸部の対向面)との摩擦力を高めることができる。

また更に、請求項5に記載のように、前記付勢部材はコイルスプリングであり、前記回転軸に外嵌された状態で、前記収容部に格納されていると好適である。 このように構成されていると、収容部内にて、ロータの基端部側端面とボール軸受内輪の出力側端面との間に効率よく付勢部材を介在設置してボール軸受内輪に予圧を与えることができるとともに、コイルスプリングの内部分に回転軸を内装して配置できるため、ロータの小型化ひいてはモータの小型化に寄与することができる。

本発明によれば、ボール軸受を構成する内輪の出力側端面である付勢部材接触端面に表面加工を施し、当該付勢部材接触端面の摩擦係数を高めたため、付勢部材の基端部側終端部は、ボール軸受内輪の動きに追従することができる。 よって、軸受に確実に予圧を与えるとともに、回転軸のフレッチング摩耗もまた確実に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るモータの概略構成図である。

本発明の一実施形態に係る軸受の構造を示す斜視説明図である。

改変例に係る軸受の内輪の構造を示す斜視説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。 本実施形態は、予圧付加用の付勢部材を軸受の動きに追随させることにより、軸受に確実に予圧を与えるとことができるよう改良されたモータに関するものである。この構成により、回転軸のフレッチングを抑制することができるという効果が奏される。

図1及び図2は、本発明の一実施形態を示すものであり、図1はモータの概略構成図、図2は軸受の構造を示す斜視説明図である。 また、図3には、上記実施形態の改変例を示した。詳しくは、本図は軸受の内輪の構造を示す斜視説明図である。

最初に、本実施形態に係るモータ10の構成の一例について簡単に説明する。 当該モータ10は、直流モータであり、アンチロックブレーキングシステム等に好適に使用されるポンプ用モータである。 図1に示すように、モータ10は、本実施形態のモータ10のケース部材として、有底円筒状のヨークハウジング11に囲繞されており、このヨークハウジング11の開口部(出力側に配設される)がエンドフレーム12で閉塞された基本構成を有する。 ヨークハウジング11の筒部内周面には、界磁用のマグネット13が固着されている。本実施形態においては、マグネット13の磁極数は6極である。ヨークハウジング11の底部中央部には、内側に向けて円筒状に突出形成された軸受保持部11aが設けられ、軸受保持部11aの内周面にはボール軸受14が圧入されている。マグネット13の内側にはロータ20が回転可能に収容され、ロータ20の回転軸21の基端部が軸受14にて支持されている。

ロータ20は、回転軸21と、回転軸21に一体回転可能に組み付けられるロータコア22と、ロータコア22に巻装されるコイル23と、回転軸21に固定されコイル23と電気的に接続される整流子24とを備えて構成されている。

図1に示すように、ロータコア22は、軸方向に4つの部位で構成されている。この場合、モータ10の基端部側(軸受14側)から順に、第1コアブロックA、第2コアブロックB、第3コアブロックC、第4コアブロックDとする。第1〜第4コアブロックA〜Dは、外周側に周方向等間隔にコイル23の巻装のための18個のティース部22xを備えている。つまり、本実施形態においては、マグネット13の磁極数「6」に対し、ロータ20側の突極数は「18」に設定されている。各ティース部22xは、第1〜第4コアブロックA〜Dで同形状に構成されている。

ロータコア22の内周側においては、各ティース部22xの基端部同士は互いに円環状に連結されるが、第1及び第4コアブロックA,D、第2コアブロックB、第3コアブロックCで各ブロックを構成するコアシートの環状形状を異ならせている。本実施形態においては、各ブロックを構成するコアシートの環状形状の外径を同じとし、内径を異ならせる。

第3コアブロックCは、その内周側の孔が回転軸21の圧入のための軸孔22c1となっており、第3コアブロックCは、その軸孔22c1への回転軸21の圧入にて回転軸21に固定される。なお、第1コアブロックAは第2コアブロックBに固定され、その第2コアブロックBは第3コアブロックCの一側面側に固定されるとともに、第4コアブロックDは第3コアブロックCの他側面側に固定される。つまり、第1,第2,第4コアブロックA,B,Dは、回転軸21に直接固定されず、第3コアブロックCを通じて回転軸21に対して間接的に固定されている。第3コアブロックCは、磁性金属板材よりなるコアシートを軸方向に複数枚積層して構成されている。

第2コアブロックBは、その内周側の孔の内径が第3コアブロックCの軸孔22c1の内径よりも若干大きい収容孔22b1となっており、この第2コアブロックBの収容孔22b1は、回転軸21に外嵌支持されるコイルスプリング15の収容に用いられる。第2コアブロックBは、磁性金属板材よりなるコアシートを軸方向に複数枚積層して構成されている。

第1及び第4コアブロックA,Dは、ティース部22xを含めて同様の形状をなしている。第1及び第4コアブロックA,Dの内周側の孔は、その内径が第2コアブロックBの収容孔22b1内径よりも大きい収容孔22a1,22d1となっており(図1参照)、第1コアブロックAの収容孔22a1はコイルスプリング15及び軸受保持部11a(軸受14)の一部の収容に用いられ、第4コアブロックDの収容孔22d1は整流子24の一部の収容に用いられる。第1及び第4コアブロックA,Dは、磁性金属板材よりなるコアシートをそれぞれ軸方向に複数枚積層して構成されている。 なお、第1〜第4コアブロックA〜Dの各コアシートは、環状部分に適宜に設けたかしめ固定部にて軸方向の積層前後で互いに連結されて、1つのロータコア22として構成されている。

このような第1〜第4コアブロックA〜Dよりなるロータコア22は、第3コアブロックCの軸孔22c1に回転軸21が圧入されることで、回転軸21に対して第3コアブロックCが直接的に固定、第1,第2,第4コアブロックA,B,Dが間接的に固定される。回転軸21の基端部はボール軸受14にて回転可能に支持され、軸受14の外輪14aがヨークハウジング11の軸受保持部11aに圧入されるのに対し、内輪14bには回転軸21が遊嵌されている。つまり、回転軸21(ロータ20)は、軸方向に移動可能に支持されている。そして、この軸受14及び軸受保持部11aの先端部の一部は、第1コアブロックAの収容孔22a1に挿入され収容される。

また、ボール軸受14の内輪14bと第3コアブロックCの軸方向に対向する面のうち基端部側の面との間には、コイルスプリング15が張設されている。コイルスプリング15は、回転軸21に外嵌支持され、第1及び第2コアブロックA,Bの収容孔22a1,22b1内に収容されている。ここで、コイルスプリング15は、軸方向両端に軸方向に直交する直交座面部が形成されており、各端部の直交座面部が、軸方向に直交する面であるボール軸受14の内輪14bの軸方向端面と、軸方向に直交する面であるロータコア22(第3コアブロックCの端面)の軸方向対向面とのそれぞれに面接触している。コイルスプリング15は、ボール軸受14の内輪14bを支点とし、自身の付勢力を第3コアブロックCの端面(基端部側端面)に作用させて、ロータ20を先端側に押圧するものである。

このように、本実施形態に係る構成では、コイルスプリング15が回転軸21に外嵌され、コイルスプリング15の内側空間を有効利用することで、モータ10の大型化の抑制に貢献できる。また、コイルスプリング15はボール軸受14の内輪14bと接触する構成のため、小さいコイル径のものを用いることができ、モータ10の大型化の抑制に貢献できる。 また、回転軸21に直接固定する機能を有しないコアブロックA,Bはその回転軸21周りに収容孔22a1,22b1の形成が容易なため、回転軸21に外嵌されるコイルスプリング15等の収容を効率良く行うことができ、モータ10の大型化の抑制に貢献できる。 なお、このコイルスプリング15とボール軸受14の接触、詳しくは、コイルスプリング15の終端部15aとボール軸受14の内輪14bとの接触においては、本実施形態の主要構成であるため、後に詳述する。

また、図1に示すように回転軸21の先端側には、整流子24が固定されている。この図1に示すように、整流子24の外周面には複数個のセグメント24aが固定されており、ロータコア22のティース部22xに巻装されたコイル23の端末線が対応のセグメント24aに対して接続されている。整流子24から突出する回転軸21の先端部は、負荷装置(図示せず)と連結し駆動力を伝達する出力部21aとして構成されている。 本実施形態においては、前述の通り、ロータ20は、18本のティース部22xを有するとともに、整流子24aには18個のセグメント24aが配置されている(18スロット及び18セグメント)。また、本実施形態においては、ステータであるヨークハウジング11に配設されるマグネット13は6磁極となるよう構成されている。 そして、本実施形態においては、例えば、均圧線は120°結線となるよう設計されている。 また、出力部21aは、本実施形態においては、例えば、アンチロックブレーキングシステム等のポンプ部を構成するポンプブランジャ等に間接的に接続されて、ポンプブランジャ等へ稼働力を付与する。

以上のように構成されたロータ20等を内部に収容したヨークハウジング11の開口部には、エンドフレーム12が装着される。エンドフレーム12の中心部に設けた挿通孔12aからは、回転軸21の先端部に設けた出力部21aが外部に突出している。 また、エンドフレーム12の内側面には、ブラシ装置25が備えられている。ブラシ装置25は、矩形筒状のホルダ部26を有し、直方体状のブラシ27が径方向に進退可能に収容されている。ブラシ27は、その後端面がスプリング28の付勢力を受け、整流子24の外周面のセグメント24aに圧接する。そして、ブラシ27及び整流子24を通じてロータ20のコイル23に給電が行われ、ロータ20に回転のための磁界を生じさせる。

また、エンドフレーム12に形成された挿通孔12a近方には、エンドフレーム12の出力側の面から軸方向出力側に突出する態様でエンドフレーム保持部12bが一体に形成されている。エンドフレーム保持部12bには、一端がブラシ22に電気的に接続された配線兼用プレート12cが埋設されている。エンドフレーム12は、エンドフレーム保持部12bが図示しない負荷装置(図示せず)の外郭となる(負荷装置の内部機構を囲繞する)ハウジング(例えば、ポンプハウジング等)に固定される。

次に、本実施形態の主要構成であるコイルスプリング15とボール軸受14の接触、詳しくは、コイルスプリング15の終端部15aとボール軸受14の内輪14bとの接触について、図2及び図3により説明する。 本実施形態のように、ボール軸受14の内輪14bと回転軸21とが遊嵌されるモータ10の構成では、モータ10の単体で回転軸21の不意な傾斜が懸念材料ではあるが、図1に示すようにコイルスプリング15を用い、その付勢力にて整流子24をエンドフレーム12に圧接させることで、回転軸21が不意に傾斜状態となることが抑制されるようになっており、また、軸受14を基端側へと押圧して、回転軸21を安定化させている。

しかしながら、回転軸21とボール軸受14の内輪14bとの嵌合は、隙間嵌めとなっているため、モータ10を稼働して回転軸21が回転すると、回転軸21とボール軸受14とが微小に衝突し、回転軸21にフレッチング摩耗が生じるという問題がある。 これは、予圧を与えているコイルスプリング15が、ボール軸受14の内輪14bの動きに追従できないために生じる事象であり、このため、この事象を解消するためには、コイルスプリング15をボール軸受14の内輪14bに密着させる必要がある。

このような背景の元、本実施形態においては、ボール軸受14の内輪14bの一端面(出力側を向く端面であり、コイルスプリング15と対面し接触する側の面:以下、「付勢部材接触端面14c」と記す)に加工を施した。 この加工の基本概念は、ボール軸受14の内輪14bの一端面である付勢部材接触端面14cの摩擦係数を大きくし、コイルスプリング15との接触摩擦係数を高めることにある。 このように、付勢部材接触端面14cとコイルスプリング15との接触摩擦係数を高めることにより、コイルスプリング15が付勢部材接触端面14cで滑る(つまり、ボール軸受14の内輪14bに追従しなくなる)ことを有効に防止する。 よって、本目的は、付勢部材接触端面14cに粗面加工することによって達成することができる。 この粗面加工に関しては、接触摩擦係数が上昇するものであれば、どのような加工でもよいが、最適に提供される例として、図2及び図3の例を示す。

図2の例では、付勢部材接触端面14cに、径方向に放射状に等間隔で延びる複数の溝部141を形成した。 このように、付勢部材接触端面14cに凹凸形状を形成することで、付勢部材接触端面14cの摩擦係数が大きくなり、よって、コイルスプリング15がボール軸受14の内輪14bの動きへの追従性が高くなる。

(改変例) また、図3に改変例を示す。本例では、付勢部材接触端面14cに凹凸形状を形成することには変わりないが、その凸形状を特殊なものとした。 図3に示す例では、付勢部材接触端面14cに、出力側へと突出する少なくとも1個の凸部142を設けた(図3では、4個形成された例を示した)。 この凸部142は、コイルスプリング15の終端部15aに対し、ロータ20回転方向側(コイルスプリング15回転方向側)に対向する対向面142aを有した形状の突起である。詳しくは、凸部142は、付勢部材接触端面14c(基準面)から出力方向に略垂直に起立する対向面142aと、この対向面142aの頂点から付勢部材接触端面14c(基準面)に延びる傾斜面142bを有する側面視略直角三角形状の突起であり、この対向面142aが、コイルスプリング15の終端部15aに対し、ロータ20回転方向側(コイルスプリング15回転方向側)に対向するように配置される。

このように構成されていることにより、回転方向にずれようとするコイルスプリング15の終端部15aに対し、回転方向側に対面している対向面142aが当接して、コイルスプリング15の回転方向側のずれを有効に阻止する。つまり、抵抗力を高くすることができる。よって、このように、凸部141が抵抗となるため、付勢部材接触端面14cの摩擦係数が大きくなり、有効にコイルスプリング15の追従性を高めることができ、有効にボール軸受14にもまた予圧を印加することができる。

以上のように、本実施形態(改変例含む)においては、ボール軸受14の内輪14bに回転軸21の基端部が遊嵌され、付勢部材であるコイルスプリング15は回転軸21に外嵌され、ボール軸受14の内輪14bとロータコア22(第3コアブロックCの基端部側端面)との軸方向対向面間に介在される。これにより、回転軸21とともに回転するロータコア22と同様にボール軸受14の内輪14bも回転可能なため、両者間に介在されるコイルスプリング15に捩れや摺接等が生じることが防止できるように構成されている。 これに加え、本実施形態の主要たる構成のとおり、ボール軸受14の内輪14bの一端面である付勢部材接触端面14cの摩擦力を大きくし、コイルスプリング15の追従性を良好としたため、回転軸21とボール軸受14との接触による回転軸21のフレッチング摩耗を抑制することができる。 このように、コイルスプリング15により、回転軸21を安定させるとともに、その耐久性もまた向上させることができる。

なお、ロータコア22の収容部も含めた構成(形状)は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、上記の構成に限られるものではない。つまり、回転軸21に外嵌されたコイルスプリング15が収納可能な構成であれば、例えば、上記のようにロータコア22をコアブロックA〜Dの4つに仮想分割し各ブロックに応じた形状とするに限らず、その分割数や各ブロックの形状は適宜変更されてもよい。

10・・モータ、 11・・ヨークハウジング(ケース部材)、11a・・軸受保持部、 12・・エンドフレーム(ケース部材)、 12a・・挿通孔、12b・・エンドフレーム保持部、12c・・配線兼用プレート、 13・・マグネット、 14・・ボール軸受、 14a・・外輪、14b・・内輪、14c・・付勢部材接触端面、 141・・溝部、142・・凸部、142a・・対向面、142b・・傾斜面、 15・・コイルスプリング(付勢部材)、15a・・終端部、 20・・ロータ、21・・回転軸、21a・・出力部、22・・ロータコア、 23・・コイル、 22a1,22b1・・収容孔(収容部)、22c1・・軸孔、22d1・・収容孔、 22x・・ティース部、 A〜D・・コアブロック、 24・・整流子、24a・・セグメント、 25・・ブラシ装置、26・・ホルダ部、27・・ブラシ、28・・スプリング