JP4058095B1

JP4058095B1 - 直流モータ

Info

Publication number: JP4058095B1
Application number: JP2006281438A
Authority: JP
Inventors: 誠古市
Original assignee: 古市製作所株式会社
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: JP2008099523A

Abstract

【課題】エンドキャップとケースとの締結精度を向上させることにより、ロータシャフトと軸受との嵌合精度を向上させて、シャフトの摺動音や振動を低減させると共に、ロータシャフトや軸受の偏摩耗等を防止し、さらに軸受への追加注油を減少させて、油量過多により生じる問題を解消させることによって、精度・信頼性・耐久性を著しく向上させた小型直流モータを提供する。
【解決手段】本発明に係る直流モータは、エンドキャップに、ケースの開口部の内径よりも大きな径の係止蓋部が設けられると共に、その内面にケース内壁と隙間なく嵌合する嵌合壁が周方向に設けられ、かつ、該嵌合壁の先端部外側には複数のスナップフィット係合片が設けられ、また、ケースの開口部側の側壁部にスナップフィット係合孔が設けられて、エンドキャップとケースとがスナップフィット係合により締結される。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流モータに関し、さらに詳細には、アーマチュアと、アーマチュアの径方向中心に設けられるロータシャフトと、ロータシャフトを回転自在に支持する２つの軸受と、アーマチュアを内包させると共に一方の軸受が配設されるケースと、ケースの開口部を閉塞させると共に他方の軸受が配設されるエンドキャップとを備える小型の直流モータに関する。

直流モータには、大小さまざまなサイズのものがあり、またその用途や要求される特性によって、構造も多種多様である。昨今では、電子デバイス機器の小型化と相俟って、小型直流モータの需要も多い。しかし、その反面、それら電子機器の高性能化に伴い、小型直流モータに要求される精度・信頼性が著しく高度なものとなっている。

ここで、従来の小型直流モータの例として、特許文献１に記載の直流モータ１００がある（図６）。直流モータ１００は、内周面に永久磁石１０２を固着したケース１０１と、電機子鉄心１０３と整流子１０４を備えた回転子１０５と、ブラシ１０８を備えたホルダーベース１０７と、ケース１０１の開口部に嵌着されるエンドキャップ１０６とからなる。

ところで、小型直流モータの精度および信頼性に大きな影響を与える要因の一つとして、エンドキャップとケースとの締結構造が挙げられる。従来の小型直流モータにおいては、エンドキャップとケースとを締結する方法として、加締め構造が用いられている。当該加締め構造について、小型直流モータ１００を例にとり説明すると、エンドキャップ１０６の周縁に折り曲げ縁部１２１を形成すると共に、この折り曲げ縁部１２１の内径寸法をケース１０１の開口部の外径寸法より大に形成し、エンドキャップ１０６の折り曲げ縁部１２１の一部に係止用爪１２２を設け、この係止用爪１２２を、ケース１０１の開口部の外周にかつ前記位置決め用の突起１２９と対応する部位に設けた凹部１２３に折り曲げ係止させる構造である。

特開平７−３２２５５１号公報

しかし、従来より小型直流モータにおけるエンドキャップとケースとの締結構造として用いられている加締め構造は、エンドキャップが設計上の所定位置に対して、径方向に位置ずれを起こしてしまうという問題が生じる場合がある。これは、係止用爪を折り曲げ加工する際に生じる径方向の応力がエンドキャップに作用することに起因するものである。この問題に対して、従来は、ロータシャフトを支持する軸受の内径を大きくすることによって位置ずれの影響を解消させて、ロータシャフトの組み付け位置を許容限度内に収める方法を採っていた。ところが、軸受の内径を大きくすると、ロータシャフトと軸受の嵌合クリアランスが大きくなってしまうため、シャフト摺動音等の機械的ノイズが大きくなるとともに、接触部分に偏摩耗が生じてしまう。さらに、そのようなノイズ・偏摩耗防止のために、頻繁に追加注油をしなければならず、その結果として、過剰油分がゴミ付着を招く等の二次的な問題も生じてしまうこととなる。そのような問題が重畳的に作用して、モータの耐久性は著しく低下してしまうという問題を抱えていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、特に小型の直流モータに関して、エンドキャップとケースとの締結精度を向上させることにより、ロータシャフトと軸受との嵌合クリアランスの精度を向上させて、それによりモータ動作時に発生するシャフト摺動音等の機械的ノイズや振動を低減させると共に、ロータシャフトや軸受の偏摩耗および粉塵の浸入を防止し、さらに軸受へのノイズ低減のための追加注油を減少させて、油量過多により生じる問題を解消させることによって、精度・信頼性・耐久性を著しく向上させた直流モータを提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明に係る直流モータは、アーマチュアと、前記アーマチュアの径方向中心に設けられるロータシャフトと、前記ロータシャフトを回転自在に支持する２つの軸受と、前記アーマチュアを内包させると共に前記一方の軸受が配設されるケースと、前記ケースの開口部を閉塞させると共に前記他方の軸受が配設されるエンドキャップとを備える直流モータにおいて、前記エンドキャップは、前記ケースの開口部の内径よりも大きな外径を有する係止蓋部が設けられると共に、前記ケース側の面にケース内壁と隙間なく嵌合する嵌合壁が周方向の全部もしくは一部に設けられ、かつ、該嵌合壁の先端部外側には複数のスナップフィット係合片が設けられ、前記スナップフィット係合片が外側に設けられた前記嵌合壁の内側が、前記ケース挿入側の端部から前記係止蓋部に至る略直状の壁面に形成されて、該嵌合壁の内側にブラシ設置用空間部が設けられ、前記スナップフィット係合片は、前記嵌合壁の前記ケース挿入側の端部から若干量前記係止蓋部寄りの位置から該嵌合壁の外側に向けて突起させる形状に構成され、前記ケースは、前記開口部側の側壁部に、前記複数のスナップフィット係合片を係合させるスナップフィット係合孔が設けられ、前記エンドキャップと前記ケースとがスナップフィット係合により締結されることによって前記アーマチュアが所定位置に位置決めされることを特徴とする。

また、前記係止蓋部は、ケース開口部における係止蓋当接面と当接させてエンドキャップとケースとの締結を強固にさせる複数のリブが設けられ、前記複数のリブは、前記エンドキャップと前記ケースとが前記スナップフィット係合により締結される際に、押し潰されて弾性力を生じさせる高さに形成されることを特徴とする。

また、前記嵌合壁は、スナップフィット係合片の両脇位置に、該嵌合壁の先端部から係止蓋部の方向に形成されるスリットが設けられることを特徴とする。

請求項１によれば、係止蓋部がケースの係止蓋当接面に当接することによって、エンドキャップがケースに対して所定位置で係止されて、軸方向の移動（取り付け方向の移動）が規制される。また、エンドキャップ内面に設けられる嵌合壁がケースの内壁と隙間なく嵌合することによって、エンドキャップの径方向の移動が規制される。さらに、当該嵌合壁の先端部外側に設けられるスナップフィット係合片をケースのスナップフィット係合孔にスナップフィット係合させることによって、エンドキャップの軸方向の移動（取り外し方向の移動）が規制される。これらにより、加締め構造を採用することなく、エンドキャップとケースとを締結させることが可能となる。また、その結果、エンドキャップが所定位置から位置ずれすることを防止することが可能となる。

請求項２によれば、エンドキャップがケースに締結される際に、係止蓋部と係止蓋当接面との間に生じる圧縮力によって高さ方向に圧縮されて押し潰されるように変形をするリブが、その変形を元に戻そうとする弾性力を生じさせて、その力が係止蓋部と係止蓋当接面とを離れさせる方向に作用する。その結果、エンドキャップ締結の際に生じ得る軸方向のがたつきを防止・解消することが可能となる

請求項３によれば、スリットを設けることによって、エンドキャップとケースとをスナップフィット係合により締結する際に生じる嵌合壁のたわみ量を低減させることが可能となり、嵌合壁がたわむことに起因して生じる締結の「ガタ」の発生を防止することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る直流モータ１の一例を示す概略図である。また、図２は、その直流モータ１のケース２１の構成を示す概略図である。図３は、その直流モータ１のエンドキャップ３１の構成を示す側面図である。図４は、その直流モータ１のエンドキャップ３１の構成を示す正面図である。図５は、その直流モータ１のエンドキャップ３１の構成を示す底面図である。

図１に示す直流モータ１は、ケース２１内にマグネット１０およびアーマチュア１１が組み込まれた後、エンドキャップ３１がケース２１の開口部２２を塞ぐように組み付けられて構成されている。アーマチュア１１は、その径方向中心に設けられるロータシャフト１２が２つの軸受２および軸受３により回転可能に支持されている。ここで、軸受２はケース２１の貫通孔２５に嵌め込まれて構成されている。この軸受２によって、ロータシャフト１２の一端側が支持されるとともに、アーマチュア１１がケース３１の内部において貫通孔２５方向に移動することを規制している。一方、軸受３はエンドキャップ３１におけるケース２１の開口部２２を閉塞する側の面（以下、「エンドキャップ内面」という）３３に嵌め込まれて構成されている。この軸受３によって、ロータシャフト１２の他端側が支持される。ここで、ロータシャフト１２の端部がエンドキャップ３１に接触して、アーマチュア１１がケース２１の内部において開口部２２方向に移動することを規制している。また、ブラシ４は、エンドキャップ３１により保持されている。
なお、本願においてはロータシャフト１２の長手方向に平行な方向を「軸方向」とし、軸方向に直行する方向を「径方向」として用語を用いる。

図２に示すように、ケース２１は一端側に開口部２２が設けられ、他端側に貫通孔２５が設けられる。直流モータ１の組み立ての際は、開口部２２からマグネット１０、アーマチュア１１がケース２１内に挿入される。ケース２１の開口部２２側の端部の面が係止蓋当接面２４である。また、ケース２１における側壁部２６の開口部２２寄りにスナップフィット係合孔２３が設けられる。スナップフィット係合孔２３は、一例として側壁部２６の相対する平面部に２箇所設ける構成としたが、相対する曲面部に設ける構成であってもよい。また、設ける個数も２箇所以上であってもよい。いずれの場合も、組み込まれるロータシャフト１２に対して径方向に対象となるように設けることが望ましい。

図３、図４、図５に示すように、エンドキャップ３１には、ケース２１の開口部２２の内径よりも大きな外径を有する係止蓋部３２が設けられる。エンドキャップ３１が、ケース２１に締結される際に、係止蓋部３２がケース２１の開口部２２における係止蓋当接面２４に当接することによって、エンドキャップ３１がケース２１に対して所定位置で係止されて、エンドキャップ３１の軸方向の移動（取り付け方向の移動）が規制される。また、エンドキャップ内面３３にケース２１の内壁と隙間なく嵌合する嵌合壁３４が周方向の全部もしくは一部に渡って設けられる。当該嵌合によって、エンドキャップ３１の径方向の移動が規制される。さらに、嵌合壁３４の先端部外側にスナップフィット係合片３５が設けられる。スナップフィット係合片３５の位置および個数は、ケース２１のスナップフィット係合孔２３の位置および個数に応じて係合可能なように設けられる。スナップフィット係合片３５をスナップフィット係合孔２３にスナップフィット係合させることによって、エンドキャップ３１の軸方向の移動（取り外し方向の移動）が規制される。ここで、スナップフィット係合片３５の両脇位置に、該嵌合壁３４の先端部から係止蓋部３２の方向に向けたスリット４１が設けられる。なお、スリット４１を設けることなく、嵌合壁３４とスナップフィット係合片３５とを連続的に形成する構成であってもよい。また、エンドキャップ内面３３の中央部には、軸受３を嵌合させるための溝部が設けられる。

また、図３、図４、図５に示すように、係止蓋部３２には微小高さのリブ４０を設ける構成としてもよい。その場合、エンドキャップ３１が、ケース２１に締結される際に、リブ４０が係止蓋当接面２４に当接することによって、エンドキャップ３１がケース２１に対して所定位置で係止されて、エンドキャップ３１の軸方向の移動（組み付ける方向の移動）が規制される。このとき、リブ４０は締結の際の係止蓋部３２と係止蓋当接面２４との間に生じる圧縮力によって、高さ方向に圧縮されて、押し潰されるように変形をする。このとき、変形が元に戻ろうとする弾性力が生じる。なお、リブ４０は、エンドキャップ３１と一体に形成しても、別体に形成してもいずれでもよい。また、リブ４０は、一例として、エンドキャップ３１の上下方向、左右方向にそれぞれ対称となる位置に４箇所設けられる。リブ４０の個数は４箇所以下もしくは４箇所以上であってもよく、非対称の配置であっても構わない。リブ４０の高さ等は、リブ４０の配設数やエンドキャップ３１の材質等に応じて適宜設定される。

通常、エンドキャップ３１は樹脂材料により製造され、係止蓋部３２、嵌合壁３４、スナップフィット係合片３５、リブ４０が一体的に形成される。ただし、それらの構成はいずれも別体として形成されるものであってもよい。また、材料も樹脂に限定されるものではない。

つづいて、上記構成に基づく作用と効果について説明する。
まず、ケース２１とエンドキャップ３１との締結に際し、ケース２１のスナップフィット係合孔２３とエンドキャップ３１のスナップフィット係合片３５とをスナップフィット係合させることによって、エンドキャップ３１の軸方向の移動（取り外し方向の移動）が規制される。ここで、従来の直流モータでは、エンドキャップを加締める構造により締結して軸方向の移動（取り外し方向の移動）を規制していたが、とりわけ小型モータに関しては、加締めを高精度に左右もしくは上下均等に行うことは困難であり、その結果エンドキャップに径方向の応力が作用し、所定位置から径方向の位置ずれが生じることがあった。その点、本発明に係るスナップフィット係合によるエンドキャップ３１の締結構造によれば、エンドキャップ３１に対して、不均等に径方向の応力が作用することを解消することが可能となる。それにより、エンドキャップ３１が所定位置から径方向に位置ずれすることを防止することが可能となる。これにより、ロータシャフト１２の組み付け位置の精度を上げることが可能となる。その結果、従来、軸受２および軸受３の内径を大きくすることによって当該位置ずれに対する調整を行っていた対策が不要となり、内径の小さな軸受２および軸受３の採用が可能となる。軸受２および軸受３の内径を大きくする必要がなくなることで、ロータシャフト１２と軸受２および軸受３との組み付け精度（嵌合クリアランス精度）を向上させることができ、それによりモータ動作時に発生するシャフト摺動音等の機械的ノイズや振動を著しく低減することと、モータの耐久性の向上が可能となる。これは、ロータシャフト１２と軸受２および軸受３の偏摩耗の防止および粉塵の浸入防止を達成するのみならず、追加注油の回数を減少させることとなり、油量過多に起因して生じる諸問題（例えば、ゴミ付着等）の解消を図ることにもつながる。これらのことによって、モータの耐久性を著しく向上させることが可能となる。

従来の直流モータでは、加締め構造により締結していた結果、エンドキャップに所定位置から径方向への位置ずれが生じることがあり、組み立て作業者の“勘”によって、エンドキャップを叩いて、位置ずれの修正を行っていた。しかし、本発明に係るスナップフィット係合によるエンドキャップ３１の締結構造によって、エンドキャップ３１の所定位置から径方向への位置ずれが防止できるため、モータ製造工程における位置ずれ修正工程を省略することが可能となる。これは、モータ製造に要する時間の短縮化を可能とし、それに伴うコスト削減が可能という著効を奏する。

また、従来の直流モータのエンドキャップ締結工程は、エンドキャップをケースの所定位置まで挿入して係止させる工程と、加締めを行って固定する工程との２工程（前記位置ずれ修正工程を加えると３工程）からなっていた。これに対し、本発明では、エンドキャップ３１をケース２１内に挿入する動作のみで、軸方向、径方向いずれも所定位置となるように係止されて締結が完了する。そのため、当該締結工程が省力化されて、その分の時間短縮が可能となる。さらに、組み立て作業の動作方向が直線動作のみとなるため、組み立て装置の簡素化を図ることができる。

しかしながら、前記スナップフィット結合に関して、締結の際に問題が生じる場合がある。その場合とは、スナップフィット係合孔２３およびスナップフィット係合片３５を形成する際に、設計値に対して加工精度が低い場合である。また、その問題とは、ケース２１のスナップフィット係合孔２３とエンドキャップ３１のスナップフィット係合片３５とのスナップフィット係合は、エンドキャップ３１の軸方向の移動における取り外し方向の移動の規制が主要作用であるところ、例えば、スナップフィット係合孔２３の加工精度が低く、スナップフィット係合孔２３の形成位置が設計位置よりもエンドキャップ３１寄りとなってしまった場合には、エンドキャップ３１の軸方向の移動における取り外し方向の移動を規制することとなる係止蓋部３２とケース２１の係止蓋当接面２４との当接が行われる前に、スナップフィット係合が完了してしまうこととなり、その時点では、エンドキャップ３１の軸方向の移動における取り外し方向の移動の規制は生じるものの、取り付け方向の移動の規制が生じていないため、エンドキャップ３１が軸方向における取り付け方向に移動可能となり、その移動可能長さが軸方向のがたつきを生じさせてしまうことである。

上記問題は、リブ４０を設けることによって解消が可能である。すなわち、エンドキャップ３１がケース２１に締結される際に、係止蓋部３２と係止蓋当接面２４との間に生じる圧縮力によって高さ方向に圧縮されて押し潰されるように変形をするリブ４０が、その変形を元に戻そうとする弾性力を生じさせて、その力は係止蓋部３２と係止蓋当接面２４とを離れさせる方向に作用する。その作用によって、エンドキャップ３１の軸方向の移動における取り付け方向の移動の規制を生じさせる。その結果、前記エンドキャップ３１締結の際の軸方向のがたつきを解消することが可能となる。

通常、エンドキャップ３１は樹脂材料により製造されるため、嵌合壁３４とスナップフィット係合片３５とを連続的に形成する構成を採用しても、樹脂材料が備える弾性によって、スナップフィット係合片３５を弾性変形させて、スナップフィット係合孔２３にスナップフィット係合させることは可能である。しかしながら、当該連続的構成を採用すると、エンドキャップ３１とケース２１とをスナップフィット係合により締結する際に、嵌合壁３４にたわみが生じ、その結果、締結のがたつきが生じる場合がある。この問題を解決する手段として、スナップフィット係合片３５の両脇位置に、嵌合壁３４の先端部から係止蓋部３２の方向に向けたスリット４１を設けることが好適である。すなわち、スリット４１を設けることによって、当該締結の際の嵌合壁３４のたわみ量を低減させて、がたつきの発生を防止することが可能である。なお、上記の効果は、樹脂材料のみならず金属材料の場合にも発揮し得る。

本発明は、特にφ２０ｍｍ以下の小型モータへの適用が好適である。上述の効果は、そのような小型モータへの適用において、より一層顕著に発揮されるものである。ここで、表１に本実施例に係る直流モータ１が達成している数値データの一例を示すことにより、本発明の有効性を証明する。本発明に係る直流モータ１により達成されている数値は従来モータに比して高精度なものであり、そのこと自体も大きな効果であると言えるが、そのような高精度のモータを、検査・修正工程を経ることなしに、簡単・容易な組み立て方法によって、かつ低コストで実現している点が、本発明の最大の効果であると言える。

なお、本発明に係る直流モータは、小型モータのみならず、大型モータに適用することができることはもちろんである。

本発明の実施の形態に係る直流モータの一例を示す概略図である。図１に示す直流モータの構成を示す概略図である。図１に示す直流モータのエンドキャップの構成を示す側面図である。図１に示す直流モータのエンドキャップの構成を示す正面図である。図１に示す直流モータのエンドキャップの構成を示す底面図である。従来の実施の形態に係る直流モータの一例を示す概略図である。

符号の説明

１直流モータ
２軸受
３軸受
４ブラシ
１０マグネット
１１アーマチュア
１２ロータシャフト
２１ケース
２２開口部
２３スナップフィット係合孔
２４係止蓋当接面
２５貫通孔
２６側壁部
３１エンドキャップ
３２係止蓋部
３３エンドキャップ内面
３４嵌合壁
３５スナップフィット係合片
４０リブ
４１スリット

Claims

アーマチュアと、前記アーマチュアの径方向中心に設けられるロータシャフトと、前記ロータシャフトを回転自在に支持する２つの軸受と、前記アーマチュアを内包させると共に前記一方の軸受が配設されるケースと、前記ケースの開口部を閉塞させると共に前記他方の軸受が配設されるエンドキャップとを備える直流モータにおいて、
前記エンドキャップは、前記ケースの開口部の内径よりも大きな外径を有する係止蓋部が設けられると共に、前記ケース側の面にケース内壁と隙間なく嵌合する嵌合壁が周方向の全部もしくは一部に設けられ、かつ、該嵌合壁の先端部外側には複数のスナップフィット係合片が設けられ、
前記スナップフィット係合片が外側に設けられた前記嵌合壁の内側が、前記ケース挿入側の端部から前記係止蓋部に至る略直状の壁面に形成されて、該嵌合壁の内側にブラシ設置用空間部が設けられ、
前記スナップフィット係合片は、前記嵌合壁の前記ケース挿入側の端部から若干量前記係止蓋部寄りの位置から該嵌合壁の外側に向けて突起させる形状に構成され、
前記ケースは、前記開口部側の側壁部に、前記複数のスナップフィット係合片を係合させるスナップフィット係合孔が設けられ、
前記エンドキャップと前記ケースとがスナップフィット係合により締結されることによって前記アーマチュアが所定位置に位置決めされること
を特徴とする直流モータ。
前記係止蓋部は、ケース開口部における係止蓋当接面と当接させる複数のリブが設けられ、
前記複数のリブは、前記エンドキャップと前記ケースとが前記スナップフィット係合により締結される際に、押し潰されて弾性力を生じさせる高さに形成されること
を特徴とする請求項１記載の直流モータ。
前記嵌合壁は、スナップフィット係合片の両脇位置に、該嵌合壁の先端部から係止蓋部の方向に形成されるスリットが設けられること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の直流モータ。