特開 2024-35969 軸受装置およびモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024035969

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】軸受装置およびモータ

(51)【国際特許分類】

   F16C 27/06 20060101AFI20240308BHJP

   F16C 33/78 20060101ALI20240308BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20240308BHJP

   H02K 7/08 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

F16C27/06 B

F16C33/78 Z

F16C19/06

H02K7/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140634

(22)【出願日】2022-09-05

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096884

【弁理士】

【氏名又は名称】末成 幹生

(72)【発明者】

【氏名】土屋 邦博

(72)【発明者】

【氏名】安藤 伸樹

【テーマコード（参考）】

3J012

3J216

3J701

5H607

【Ｆターム（参考）】

3J012AB04

3J012AB07

3J012BB02

3J012CB03

3J012CB10

3J012DB14

3J216AA02

3J216AA12

3J216AB10

3J216AB29

3J216BA30

3J216CA01

3J216CA04

3J216CB03

3J216CB13

3J216CC45

3J216CC68

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA73

3J701FA01

3J701GA24

3J701GA60

5H607AA04

5H607BB01

5H607BB07

5H607BB14

5H607BB26

5H607CC01

5H607CC03

5H607DD03

5H607DD19

5H607GG01

5H607GG08

(57)【要約】

【課題】高速回転した際に発生する振動を抑制することができる軸受装置を提供する。
【解決手段】中央部に径方向内側へ突出する内周突出部１１１を備えた筒状のスリーブ１１０と、スリーブ１１０の内側に保持されたシャフト１５０と、内周突出部の両側に配置されてシャフト１５０をスリーブ１１０に対して回転可能な状態で保持する第１の玉軸受１２０および第２の玉軸受１３０とを備えた軸受装置である。第１、第２の玉軸受１２０，１３０の外輪１２２，１３２の外周とスリーブ１１０の内周との間に弾性接着剤を配置し、第１の玉軸受１２０の外輪１２２の端面とスリーブ１１０の内周突出部１１１の端面との間にＯリング１６０を配置した。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央部に径方向内側へ突出する内周突出部を備えた筒状の外側部材と、
前記外側部材の内側に保持された軸部材と、
前記内周突出部の両側に配置されて前記軸部材を前記外側部材に対して回転可能な状態で保持する第１の玉軸受および第２の玉軸受と、
を備え、
前記第１、第２の玉軸受の外輪の外周と前記外側部材の内周との間に第１弾性部材を配置し、
前記第１の玉軸受の外輪の端面と前記外側部材の前記内周突出部の端面との間に第２弾性部材を配置した軸受装置。

【請求項2】

前記第１弾性部材は弾性接着剤であり、前記第２弾性部材はＯリングである請求項１に記載の軸受装置。

【請求項3】

前記第２の玉軸受の外輪の端面と前記外側部材の前記内周突出部の端面との間に弾性接着剤を配置した請求項１に記載の軸受装置。

【請求項4】

前記第１の玉軸受の前記外輪の内周面に、前記外輪と前記内輪との間を覆うシール部材を設け、前記軸部材の前記第１の玉軸受に隣接した部分にスペーサを嵌合し、前記スペーサの外径を前記シール部材の内径よりも大きくした請求項１に記載の軸受装置。

【請求項5】

前記第１の玉軸受の前記外輪の内周面に、前記外輪と前記内輪との間を覆うシール部材を設け、前記軸部材の前記第１、第２の玉軸受の間にスペーサを嵌合し、前記スペーサの外径を前記シール部材の内径よりも大きくした請求項１に記載の軸受装置。

【請求項6】

前記外側部材の両端開口部に前記外輪の端面に当接する環状部材を固定した請求項１に記載の軸受装置。

【請求項7】

前記第１の玉軸受の前記外輪の内周面に、前記外輪と前記内輪との間を覆うシール部材を設け、前記シール部材と前記内輪との隙間と、前記環状部材とを軸方向で重複させた請求項６に記載の軸受装置。

【請求項8】

前記第２弾性部材による予圧荷重（Ｎ）と内輪の内径（ｍｍ）との比（荷重／内径）は２以下である請求項１に記載の軸受装置。

【請求項9】

前記外輪の軌道輪の曲率半径は玉の直径の５０．５～５６％である請求項８に記載の軸受装置。

【請求項10】

ケーシングに、請求項１乃至９のいずれかに記載の軸受装置と、ステータとを備え、前記軸受部材の前記軸部材に、外周面が前記ステータの内周面と隙間を空けて対向するロータマグネットを設けたモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば送風機等の家庭電化製品等に搭載される高速回転モータ用の軸受装置に係り、特に、高速回転した際に顕著となる振動（例えば回転一次振動）を抑制する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば、特許文献１は、ブラケット５０に形成されたベアリング保持部５２にボールベアリング４１を保持し、ベアリング保持部５２とボールベアリング４１との間に、弾性を有する封止剤７０を設けたモータを開示している。

【0003】

また、特許文献２は、ハウジング２にアンギュラ玉軸受５Ａ，５Ｂを互いに背面向き合わせにして保持し、軸方向後端側のアンギュラ玉軸受５Ｂの外輪１１Ｂとハウジング２の内径側突出部２ａとの間に、外輪１１Ｂを軸方向外側に付勢する弾性体１０を介在させた軸受装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１３８９９３号公報

【特許文献2】特開２０１０－９１０６５号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１および２の技術では、２つの玉軸受のうちの一方にのみ弾性体を設けているので、振動の抑制には不充分であった。すなわち、玉軸受では、回転に伴う振動が発生する。特に、シャフトが高速回転する場合には、機器の振動が顕著となり、軸受の性能に影響を及ぼすおそれがある。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高速回転した際に発生する振動を抑制することができる軸受装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、中央部に径方向内側へ突出する内周突出部を備えた筒状の外側部材と、前記外側部材の内側に保持された軸部材と、前記内周突出部の両側に配置されて前記軸部材を前記外側部材に対して回転可能な状態で保持する第１の玉軸受および第２の玉軸受と、を備え、前記第１、第２の玉軸受の外輪の外周と前記外側部材の内周との間に第１弾性部材を配置し、前記第１の玉軸受の外輪の端面と前記外側部材の前記内周突出部の端面との間に第２弾性部材を配置した軸受装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、第１弾性部材によって径方向の振動を抑制し、第２弾性部材によって軸方向の振動を抑制するから、軸受装置の振動が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態の軸受装置を示す断面図である。

【図2】図１の矢印IIで示す部分の拡大図である。

【図3】本発明の実施形態のモータを示す断面図である。

【図4】実施形態の変更例の軸受装置を示す断面図である。

【図5】図４の矢印Ｖで示す部分の拡大図である。

【図6】従来品の軸受装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

１．軸受装置
本発明の実施形態の軸受装置を説明する。本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明の開発の基礎となった従来品の軸受装置について図６を参照して説明する。この軸受装置１０は、スリーブ１１の両端部に一対の玉軸受１２を配置したものである。玉軸受１２の内輪１２ａ同士の間にはスペーサ１４が介装されて内輪１２ａがシャフト１３に固定され、玉軸受１２の外輪１２ｂ同士の間にはコイルばね１５が介装されている。コイルばね１５の付勢力により外輪１２ｂが軸方向外側に付勢され、玉軸受１２に予圧が付与された状態で外輪１２ｂがスリーブ１１の内周面に接着固定され、定位置予圧となっている。また、内輪１２ａと外輪１２ｂに形成された軌道輪には、保持器１６によって複数の玉１７が周方向に等間隔に配置されている。

【0011】

上記構成の軸受装置１０では、玉１７のピッチ円径（ｍｍ）と回転速度（ｍｉｎ^－１）の積であるｄｍｎ値が１００万以上といった高速回転をした場合には、スリーブ１１に伝わる振動を抑制しきれなくなっていた。

【0012】

図１および図２は本発明の実施形態の軸受装置１００を示すものである。軸受装置１００は円筒状をなすスリーブ（外側部材）１１０を備えている。スリーブ１１０の軸方向中央部には、径方向内側へ突出する内周突出部１１１が形成されている。内周突出部１１１の両側には、第１の玉軸受１２０と第２の玉軸受１３０が配置されている。

【0013】

第１の玉軸受１２０の内輪１２１と第２の玉軸受１３０の内輪１３１との間には、スペーサ１４０が介装されている。内輪１２１，１３１は、スペーサ１４０の両側でシャフト（軸部材）１５０に圧入や接着等の手段により強固に固定されている。

【0014】

第１の玉軸受１２０の外輪１２２と内周突出部１１１の端面との間には、Ｏリング（弾性部材）１６０が介装されている。図１および図２に示す状態でＯリング１６０は圧縮されており、その反力で外輪１２２は軸方向左側（外側）へ付勢されている。つまり、外輪１２２は、内輪１２１よりも軸方向左側（外側）に偏っており、玉軸受１２０に定圧予圧が付与されている。この定圧予圧は、例えば、第１の玉軸受１２０の内輪１２１と第２の玉軸受１３０の内輪１３１とが当接するスペーサ１４０の軸方向長さを、未圧縮のＯリング１６０の径と内周突出部１１１の軸方向長さの和よりも小さくすることで実現できる。これにより、外輪１２２は、スリーブ１１０に対して軸方向に移動可能となっている。なお、Ｏリング１６０は断面が円形のものに限定されず、矩形や楕円形など断面形状は任意である。

【0015】

図２において符号１２５は玉であり、玉１２５は保持器１２６により内輪１２１の軌道輪１２１ａと外輪１２２の軌道輪１２２ａの間で、周方向に一定間隔で複数配列されている。ここで、Ｏリング１６０による予圧荷重（Ｎ）と内輪１２１の内径（ｍｍ）との比（荷重／内径）は２以下に設定されている。このように、予圧を小さく設定することにより、玉１２５と軌道輪１２１ａ，１２２ａとの接触面積を小さくすることができる。したがって、高速回転時の摩擦抵抗を低減することができ、振動抑制効果を高めることができる。なお、比（荷重／内径）は、好ましくは１以下、より好ましくは０．５以下が好適である。

【0016】

Ｏリング１６０による予圧荷重（Ｎ）と内輪１２１の内径（ｍｍ）との比（荷重／内径）が２以下に設定されている場合において、外輪１２２の軌道輪１２２ａの曲率半径Ｒ１は玉１２５の直径の５０．５～５６％、好ましくは５０．５～５４％、より好ましくは５０．５～５３．５％とされている。このように設定することにより、外輪１２２と玉１２５との相対的な移動量を低減することができ、振動抑制効果を高めることができる。以上のような設定は、第２の玉軸受１３０においても行うことができる。なお、本発明の実施形態では、内輪１２１の軌道輪１２１ａの曲率半径Ｒ２は玉１２５の直径の５２．５～６０％とされている。

【0017】

外輪１２２の外周面は、弾性接着剤によってスリーブ１１０の内周面に接着されている。弾性接着剤は、塗布時には動粘性を有する液体状ないしペースト状のもので、硬化後に弾性を有する。弾性接着剤としては、湿気硬化型や光硬化型のシリコーン接着剤等を用いることができる。これにより、外輪１２２は、スリーブ１１０に対して軸方向と径方向に僅かに移動が可能である。本実施形態では、外輪１２２の外周面とスリーブ１１０の内周面との嵌めあいはＪＩＳ Ｂ ４１０１－１、－２で定義されるすきまばめの関係となっている。

【0018】

第２の玉軸受１３０の外輪１３２の外周面は、上記と同じ弾性接着剤によってスリーブ１１０の内周面に接着されている。これにより、外輪１３２は、スリーブ１１０に対して軸方向に移動可能となっている。また、外輪１３２の端面と内周突出部１１１の端面との間も同じ弾性接着剤（弾性部材）１６１によって接着されている。これにより、第２の玉軸受１３０における振動抑制効果を高めることができる。

【0019】

外輪１２２の内周面の軸方向両端部には、環状溝１２３が形成され、環状溝１２３には、リング状をなすシール部材１７０の外周縁部が嵌合している。一方、内輪１２１の内周面の両端部には、中央部よりも小径な段部１２４が形成され、シール部材１７０の内周縁部は、段部１２４に対して僅かな隙間を空けて対向している。これにより、内輪１２１と外輪１２２との軸受空間に充填されたグリースの漏出と外部からの水や塵埃等の侵入が抑制されている。このようなシール部材１７０は、第２の玉軸受１３０にも設けられている。また、シール部材１７０の内径は、スペーサ１４０の外径よりも小さい。これにより、グリースがスリーブ１１０の内側へ漏出することが抑制されている。なお、内輪１２１は段部１２４が形成されていなくてもよい。

【0020】

シャフト１５０には、第１の玉軸受１２０の内輪１２１に隣接してスペーサ１８０が固定されている。一方、スリーブ１１０の左側端部の開口部には、環状部材であるハブキャップ１９０が圧入または硬質性接着剤によって固定され、外輪１２２の端面に当接している。ハブキャップ１９０はリング状をなし、その内周縁部はスペーサ１８０の外周面に隙間を空けて対向している。これにより、シール部材１７０と段部１２４との隙間とハブキャップ１９０とが軸方向で重なり、グリースの漏出と外部からの水や塵埃等の侵入を効果的に抑制するとともに、外輪１２２のスリーブ１１０からの剥がれを防止している。なお、スリーブ１１０の開口部に周溝を設け、ハブキャップ１９０に代えてＣリングなどを嵌合させてもよい。

【0021】

２．モータ
図３を参照して本発明の実施形態のモータ２００を説明する。モータ２００は、上記軸受装置１００を用いたものである。図３において符号２１０はケーシングである。ケーシング２１０は円筒状をなしている。

【0022】

ケーシング２１０の内周面にはステータコア２２０が固定されている。ステータコア２２０は、環形状を有する薄板状の軟磁性材料（例えば、電磁鋼板）を軸方向で複数枚積層したものであり、径方向内側に突出した複数の極歯を備えている。複数の極歯は、周方向に沿って等間隔に設けられ、それぞれにコイル２２１が巻回されている。

【0023】

シャフト１５０には、スペーサ１８０に隣接して円筒状のロータマグネット２３０が固定されている。ロータマグネット２３０は、周方向に沿ってＳＮＳＮ・・と隣接する部分が交互に異極性となるように着磁されている。ロータマグネット２３０の外周は、隙間を有した状態でステータコア２２０の極歯の内周に対向している。そして、コイル２２１に駆動電流を供給することで、ロータマグネット２３０を回転させようとする駆動力が生じ、ロータマグネット２３０がシャフト１５０を軸として、ケーシング２１０に対して回転する。

【0024】

シャフト１５０は前蓋２１１に形成した開口２１１ａから突出し、その端部にはインペラ（動作部）２４０が取り付けられている。このように、モータ２００は、送風機として構成されている。

【0025】

３．効果
上記構成の送風機が高速で回転すると、第１、第２の軸受１２０，１３０の回転に伴って振動が生じるが、上記実施形態では、第１、第２の玉軸受１２０，１３０の外輪１２２，１３２の端面と内周突出部１１１の端面との間にＯリング１６０および弾性接着剤１６１を配置しているから軸方向の振動が抑制され、外輪１２２，１３２の外周面とスリーブ１１０の内周面とを弾性接着剤で接着しているから、玉１７の動的不つり合いから発生する一次振動を吸収し、軸受装置１００の振動を下げることができる。

【0026】

特に、上記実施形態では、ロータマグネット２３０側の第１の玉軸受１２０の外輪１２２と内周突出部１１１との間にＯリング１６０を配置しているから、シャフト１５０に装着されるインペラ２４０の位置決め精度を向上させることができる。

【0027】

また、上記実施形態では、スリーブ１１０の両端開口部に外輪１２２，１３２の端面に当接するハブキャップ１９０を固定しているから、第１、第２の玉軸受１２０，１３０に付与する予圧を維持することができる。

【0028】

４．変更例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
ｉ）図４および図５は上記実施形態の変更例を示す図である。この変更例では、スペーサ１８１の厚さを上記実施形態のものよりも厚くし、スペーサ１８１の外径をシール部材１７０の内径よりも大きくしている。これにより、シール部材１７０と段部１２４との隙間とスペーサ１８１とが軸方向で重なり、グリースの漏出と外部からの水や塵埃等の侵入が抑制されている。このため、変更例では、ハブキャップ１９１の内径が大きく設定されている。

【0029】

ii）上記実施形態において、第２の玉軸受１３０の外輪１３２の端面とスリーブ１１０の内周突出部１１１の端面との間に、弾性接着剤１６１に代えてＯリング１６０を介装してもよい。逆に、第１の玉軸受１２０の外輪１２２の端面と内周突出部１１１の端面との間に、Ｏリング１６０に代えて弾性接着剤１６１を介装してもよい。

【0030】

iii）第１の玉軸受１２０と第２の玉軸受１３０とを正確に位置決めすれば、スペーサ１４０は必ずしも必要ではない。
iv）上記実施形態は本発明を深溝玉軸受に適用したものであるが、アンギュラ玉軸受にも適用可能である。

【0031】

ｖ）弾性部材としては、Ｏリング１６０や弾性接着剤１６１以外に、コイルばね、皿ばね、ウェーブワッシャー等も用いることができる。

【0032】

vi）第１、第２の玉軸受１２０，１３０の中間に、第３、第４の玉軸受を左側から順番に配置することができる。その場合、第３の玉軸受は第１の玉軸受１２０と同等に構成し、第４の玉軸受は第２の玉軸受１３０と同等に構成することができる。

【0033】

vii）図３に示すモータ２００は、シャフトにインペラ２４０を取り付けるように構成しているが、インペラ２４０以外の任意の動作部を取り付けることができる。たとえば、ＬＩＤＡＲ装置用のミラーやドローン等の無人航空機用のプロペラ等を取り付けるように構成することができる。

【実施例0034】

図１に示す発明例の軸受装置をケーシングに取り付け、基台に、駆動用ロータとケーシングを取り付けて両者のシャフトを接続した。振動分析計（リオン株式会社製、ＶＡ－１２）の振動ピックアップ計を基台に接触させた状態で駆動用ロータを１４万ｒｐｍで回転させて振動レベル（ｍｍ／ｓ）を測定した。従来例として図６に示す軸受装置を用いて同様の測定を行った。その結果、発明例の回転一次振動レベルは従来例の約１１％であることが確認された。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明は、電気掃除機、ドライヤー、送風機などの家庭電化製品やＬＩＤＡＲや無人航空機等の電気機器などに利用することができる。

【符号の説明】

【0036】

１００…軸受装置、１１０…スリーブ（外側部材）、１１１…内周突出部、１２０…第１の玉軸受、１２１，１３１…内輪、１２２，１３２…外輪、１２１ａ，１２２ａ…軌道輪、１２３…環状溝、１２４…段部、１２５…玉、１３０…第２の玉軸受、１４０…スペーサ、１５０…シャフト（軸部材）、１６０…Ｏリング（弾性部材）、１６１…弾性接着剤（弾性部材）、１７０…シール部材、１８０，１８１…スペーサ、１９０，１９１…ハブキャップ、２００…モータ、２１０…ケーシング、２２０…ステータコア、２２１…コイル、２３０…ロータマグネット、２４０…インペラ（動作部）、Ｒ１…曲率半径、Ｒ２…曲率半径。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】