JP4058095B1 - 直流モータ - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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
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 (3)
- 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。
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JP2008099523A (ja) | 2008-04-24 |
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