JP7464456B2 - 回転軸の軸受固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の軸受固定構造に関する。

従来、この種の回転軸の軸受固定構造として、一般的に実施されているのは、図５に示すようなものがある。
モータの回転軸１０１にボールベアリング１０４を装着する場合、回転軸１０１の軸受装設部１０２に予め段部１０２ａを形成し、適切な嵌合公差に研磨加工を施し、回転軸１０１の軸受装設部１０２にボールベアリング１０４を圧入することで、回転軸１０１にボールベアリング１０４を固定している。ボールベアリング１０４の外輪は、モータのブラケット１０３に固着されている。
特許文献１においては、仕上り精度を向上するための研磨加工の研磨時間が長くなること、研磨設備が必要なことや、作業性の悪さなどによるコスト高となる欠点が挙げられている。しかし、近年においては、研磨設備の精度向上もあり、特に接着等も必要なく、圧入のみで、真円度の精度も良く、回転軸にボールベアリングを固定できるため、直径φ５ｍｍより大きい径の回転軸の場合は、一般的に行われている。

しかしながら、直径φ５ｍｍ以下の径の回転軸の場合は、ボールベアリングも小径のものが採用されるので、ボールベアリングの内輪の強度も弱く、回転軸の軸受装設部に予め段部を、更に高精度の嵌合公差に研磨加工を施す必要があり、研磨加工の研磨時間が長くなることや、作業性の悪さなどによるコスト高となる欠点が解決できていない。

特許文献１の第１図に示されているように、回転軸を丸棒にして、ボールベアリングの装着部に予めローレット加工により軸方向に沿った複数の凹凸による係合部が形成され、その凹凸によって回転軸の外径よりも見かけ上の外径が増大し、これによって容易にボールベアリングの圧入が可能となることが記載されている。しかし、ローレット加工による、凹凸で回転軸の外径より見かけ上の外径が増大する場合は、転造加工によるローレット加工の場合である。転造加工によるローレット加工の場合、凹凸部にμオーダーの精度出しは困難である。転造加工する前に回転軸ごと測定の上加工する必要があり、転造加工を行うにつれダイス等の加工具も摩耗していく。このように、精度の維持及び管理が煩雑となり現実的ではなく、凹凸部の精度が悪くなり、ボールベアリングを圧入した時にボールベアリングの内輪が変形したり、回転軸の軸心が傾いたり、位置ずれしたりして、回転軸をモータに組み込んだ時の軸振れの精度が悪くなる恐れがある。また、転造加工は硬い材料には向かないため、焼入れ後には行えないという制約もある。

したがって、直径φ５ｍｍ以下の径の回転軸にボールベアリングを固定する場合は、回転軸とボールベアリングの内径とに５μｍほどの適正な隙間を設けて接着する固定構造や、特許文献２に記載されているように、さらに、回転軸の外周面に複数の保持溝を設けてボールベアリングの内径を接着する固定構造などが実施されている。特許文献２の場合においても、回転軸の周面が残るように保持溝が凹設され、保持溝内に接着剤が保持されるとともに、この接着剤により回転軸の周面とボールベアリングの内輪の内周面とが接合されているので、特許文献２においても、回転軸とボールベアリングの内径とに５μｍほどの適正な隙間を設けて接着する必要がある。

実開昭６０－１４７９７１号公報 特開２０００－３４６０８５号公報

しかしながら、このような従来の回転軸の軸受固定構造にあっては、特許文献２に記載されているように、保持溝を回転軸の周面に一定間隔をおいて均一に設けたとしても、ボールベアリングの内径とに５μｍほどの適正な隙間を設けて接着する場合、接着剤が周面に亘り均一の厚さ（２．５μｍ）となるように、回転軸にボールベアリングを接着することは困難であり、不均一に接着されてしまう（最悪の場合は、５μｍのずれが発生する）。
このため、回転軸の軸心が傾いたり、位置ずれしたりして、回転軸をモータに組み込んだ時の軸振れの精度が悪くなる恐れがある。また、軸受の内径の公差、回転軸の加工公差から、回転軸と軸受の隙間を５μｍより小さくすることも困難である。
という問題点があった。

本発明は、このような従来の課題（欠点）に着目してなされたもので、回転軸の軸受装設部に軸方向に３箇所以上の複数のレーザ照射を等間隔で行い、回転軸とベアリングを調芯させて、レーザ照射部および非レーザ照射部ともに、回転軸とベアリングの内輪とを接着して固定することにより、上記の課題を解決することができる回転軸の軸受固定構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、回転軸の外周面に軸線方向に延びるレーザ照射部が円周方向に等間隔に３箇所以上設けられた軸受装設部を設け、前記軸受装設部の周面には前記レーザ照射部と非レーザ照射部が交互に設けられ、外輪を介して被取付体に固着されたボールベアリングの内輪に前記回転軸が嵌挿され、前記レーザ照射部により前記回転軸と前記内輪との調芯がなされ、前記軸受装設部と前記内輪との間に介在させた接着剤により前記軸受装設部を前記内輪に接合して、前記被取付体に対し前記回転軸を回転可能に支持するように構成したことにある。

請求項１によれば、回転軸の外周面にレーザ照射部を形成することで、レーザ照射部の凸部で調心されるので、位置ずれが防止できる。さらに、レーザ照射部の凹凸面および非レーザ照射部に接着剤を介在させることができ、より強固に接着固定することができる。

図１は、回転軸をボールベアリングに、嵌挿して固定する前の、分解斜視図である。 図２は、回転軸をボールベアリングに、嵌挿して固定した、固定部の断面図である。 図３は、図２のレーザ照射部の拡大図である。 図４は、図１のレーザ照射部の部分拡大図である。 図５は、従来の回転軸とボールベアリングの固定構造を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は、レーザ照射をしたモータの回転軸１を示したもので、回転軸１を支持するボールベアリング５との固定構造を示したものである。回転軸１は、外径が一定の丸棒で構成されている。回転軸１には、周面部に軸受装設部２が設けられ、この軸受装設部２には、外周面に軸線方向に延びるレーザ照射部３が、周面の円周方向に沿って一定間隔で設けられている。図示例では円周方向に３か所のレーザ照射部３が設けられている。これらレーザ照射部３は、回転軸１の円周方向に等間隔に３箇所以上設けられており、レーザ照射部３は必要に応じて４か所、５か所、６か所以上と増加することができる。また、レーザ照射部３の軸方向長さｌも任意に設定することができ円周方向の幅ｍも任意に設定することができる。レーザ照射部３の幅ｍは、軸受装設部２のレーザを照射しない非レーザ照射部４の幅ｎとの関係で、一定の比率、ｍ：ｎ＝ｘにすることができる。この比率ｘも任意に設定することができる。

前記ボールベアリング５は、ボールベアリング５の内輪６と、ボールベアリングの外輪７との間に図示しない多数のボールが装填されたもので、ボールベアリング５の内輪６の内側に回転軸１が挿通されている。この回転軸１の軸受装設部２とボールベアリング５の内輪６との隙間８には、接着剤９が充填されている。この接着剤９の厚みｐも任意に設定することができる。

次に、上記の実施形態の作用を説明する。
図１に示す通り、モータ等の回転軸１の軸受装設部２に、軸方向に一定長さのレーザ照射を行い、このレーザ照射部３を回転軸１の軸受装設部２の周面に円周方向に沿って等間隔に３箇所レーザ照射部３を形成する。前記軸受装設部２の外周面において、レーザ照射されていない部分が非レーザ照射部４となる。
回転軸１は、外径が一定のステンレス製の丸棒である。回転軸１の軸受装設部２に嵌挿して固定するボールベアリング５の内輪６の内径と回転軸１の外径との嵌め合い公差は、隙間８が５μｍ程度の隙間嵌めとし、接着剤９により接着して固定する。回転軸１をボールベアリング５の内輪６に嵌挿して回転軸の軸受装設部２に接着して固定したときの断面図を図２に示す。

金属部材の接着固定の場合、レーザ照射により表面に凹凸を形成する下地処理を行い、接着固定することが行われている（特許文献：特開2014-114327号公報）。
本願においては、図１に示す通り、回転軸１の軸受装設部２の軸方向にレーザ照射を行い、そして、この軸受装設部２の円周方向に等間隔に３箇所、レーザ照射部３を形成することで、図３および図４に示すように、レーザ照射部３の表面３０は凹凸状の荒れた面３０ａとなる。レーザ照射部３の表面３０の凹凸状の大きさは、レーザ加工機の出力とスキャンスピード及びパルス周期により調整でき、図３に示すように、凸部分３１は、回転軸１の表面１ａよりも２μｍ程度のせり上がりが生じるようにしている。図４にレーザ照射した面３０ａの拡大図を示す。凸部分３１は、穴部分の周囲が表面１ａより環状にせり出した突起部に形成されている。

ボールベアリング５の内輪６の内径と回転軸１の外径との嵌め合い公差は、隙間が５μｍ程度の隙間嵌めとしているが、レーザ照射部３に２μｍ程度の凸部が形成されるので、図２に示されるように、３箇所のレーザ照射部３の凸部分３１でボールベアリング５の内輪６の内径と回転軸１の外径の隙間を埋めるように、調心して嵌合される。さらに、レーザ照射部３および非レーザ照射部４ともに接着剤９を介在させ、接着して固定している（図２参照）。接着剤９は、嫌気性接着剤が用いられる。

上記に説明した通り、５μｍの隙間嵌めで接着した場合、位置ずれを起こす恐れがあるが、レーザ照射部３を形成することで、レーザ照射部３の凸部分３１で調心されるので、位置ずれが防止できる。さらに、レーザ照射部３の凸部分３１および凹部分３２との凹凸面および非レーザ照射部４に接着剤９を介在させることができ、より強固に接着固定することができる。

次に、本発明の他の実施の形態を示す。
上記実施の形態では、回転軸１の軸受装設部２に設けられるレーザ照射部３は、円周方向に３箇所の事例で説明したが、３箇所以上であれば４個所、５個所、６個所、７個所、８個所以上であっても良い。強度や作業面の問題がなければ、全周にレーザ照射を施しても良い。
また、本願のモータの回転軸１は、外径５ｍｍ以下の場合がより効果があるが、外径５ｍｍより大きい外径の回転軸１と軸受の固定構造に適用しても良い。

このようにモータ等の回転軸１へ等間隔にレーザ照射して軸受装設部２の表面に凹凸を設けることで、レーザ照射部３の凸部分３１および凹部分３２との凹凸面に、接着剤９が入り込み、凹凸に留まり易くなり接着強度が安定する。
回転軸１のレーザ照射された凸部分３１でモータの回転軸１とボールベアリングが調芯されるので、回転軸１の軸心が傾いたり、位置ずれしたりして、回転軸１をモータに組み込んだ時の軸振れの精度が悪くなることを防止できる。

以上説明してきたように、上記実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
回転軸１の外周面に軸線方向に延びるレーザ照射部３が、円周方向に等間隔に３箇所以上設けられた軸受装設部２を設け、外輪７を介して被取付体に固着されたベアリング５の内輪６に前記回転軸１が嵌挿されるとともに、前記軸受装設部２に介在させた接着剤９により前記回転軸１の軸受装設部２を前記内輪６に接合して、前記被取付体に対し前記回転軸１を回転可能に支持するように構成したので、回転軸１の外周面にレーザ照射部３を形成することで、レーザ照射部３の凸部で調心されるので、位置ずれが防止できる。さらに、レーザ照射部の凹凸面および非レーザ照射部４に接着剤９を介在させることができ、より強固に接着固定することができる。
前記回転軸１の軸受装設部２の周面には、前記レーザ照射部３と非レーザ照射部４が交互に設けられるとともに、これらレーザ照射部３と非レーザ照射部４が設けられた前記軸受装設部２には、前記ベアリング５の内輪６との間に接着剤９が介在されているので、レーザ照射部３の凸部分３１および凹部分３２との凹凸面に、接着剤９が入り込み、凹凸に留まり易くなり接着強度が安定する。
前記回転軸１の軸受装設部２に設けられた前記レーザ照射部３は、回転軸１のレーザ照射された凸部分３１でモータの回転軸１とボールベアリング５の内輪６が調芯されるので、回転軸１の軸心が傾いたり、位置ずれしたりして、回転軸１をモータに組み込んだ時の軸振れの精度が悪くなることを防止できる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態では、モータの回転軸に適用したが、回転軸であれば、モータに限定されるものではなく、発電機など他の回転電機に適用することもできる。その他、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

１ 回転軸
２ 軸受装設部
３ レーザ照射部
４ 非レーザ照射部
５ ボールベアリング
６ 内輪
７ 外輪
８ 隙間
９ 接着剤
３０ 表面
３１ 凸部分
３２ 凹部分

Claims (5)

1. 回転軸の外周面に軸線方向に延びるレーザ照射部が円周方向に等間隔に３箇所以上設けられた軸受装設部を設け、前記軸受装設部の周面には前記レーザ照射部と非レーザ照射部が交互に設けられ、
   外輪を介して被取付体に固着されたボールベアリングの内輪に前記回転軸が嵌挿され、前記レーザ照射部により前記回転軸と前記内輪との調芯がなされ、前記軸受装設部と前記内輪との間に介在させた接着剤により前記軸受装設部を前記内輪に接合して、前記被取付体に対し前記回転軸を回転可能に支持するように構成したことを特徴とする回転軸の軸受固定構造。
2. 前記レーザ照射部の表面が凸部分及び凹部分を有し、前記凸部分により前記調芯がなされている、請求項１に記載の回転軸の軸受固定構造。
3. 前記凸部分が前記非レーザ照射部の表面よりもせり上がっており、前記凹部分が前記非レーザ照射部の表面よりも凹んでいる、請求項２に記載の回転軸の軸受固定構造。
4. 前記回転軸は前記軸受装設部を除き、外径が一定の丸棒であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転軸の軸受固定構造。
5. 前記回転軸は前記軸受装設部を除き、外径が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転軸の軸受固定構造。