(57)【要約】    【課題】  ベアリングに過度の与圧をかけることなく軸とケーシングとの軸線方向のガタつきをなくす手段を提供する。    【解決手段】  回転装置１は、シャフト２と、シャフト２に回転自在に支持されたケーシング３とを具備し、ケーシング３は、シャフト２の軸線方向に分割可能な一対の分割ケーシング３Ａ，３Ｂからなり、シャフト２は、分割ケーシング３Ｂに固定されたベアリング３３を介して、分割ケーシング３Ｂの軸線方向外側に対して固定され、且つ、分割ケーシング３Ａに波形ワッシャ４３を介在させて軸線方向に弾性移動可能に設けられたベアリング３４を介して、分割ケーシング３Ａの軸線方向外側に対して固定されたものである。【選択図】  図２
2006280042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、該軸に回転自在に支持されて該軸周りに相対的に回転する筐体とを具備してなる回転装置であって、
上記筐体は、上記軸の軸線方向に分割可能な一対の分割筐体からなり、該軸は、一方の分割筐体に固定された第１のベアリングを介して、少なくとも該分割筐体の軸線方向外側に対して固定され、他方の分割筐体に弾性付勢部材を介在させて軸線方向に弾性移動可能に設けられた第２のベアリングを介して、少なくとも該分割筐体の軸線方向外側に対して固定されたものである回転装置。
【請求項２】
上記軸は、一方の分割筐体の内側に固定された上記第１のベアリングに係止され、且つ他方の分割筐体の内側に上記弾性付勢部材を介設させて設けられた上記第２のベアリングに係止されたものである請求項１に記載の回転装置。
【請求項３】
上記回転装置は、上記筐体内に電動機を収容するものである請求項１又は２に記載の回転装置。
【請求項４】
上記回転装置は、上記筐体内に発電機を収容するものである請求項１又は２に記載の回転装置。
【請求項５】
上記回転装置は、上記軸をハブ軸として自転車の車輪の配設されるものである請求項１から４のいずれかに記載の回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸と、該軸に回転自在に支持されて該軸周りに相対的に回転する筐体とを具備してなる回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動自転車のモータやダイナモとして、例えば、円環状の外側回転子の内側に、複数の極部を有する内側固定子を配設した回転機が知られており、このようなモータやダイナモは、車輪のハブ軸として自転車に装着され、自転車の駆動源やランプの電源として用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記回転機では、モータやダイナモを構成する電気部材が中空のケーシング内に収容されており、該ケーシングが軸に回転自在に支持されている。例えば、モータとしての回転機であれば、通電により形成された回転磁界により、ハブ軸である軸周りにケーシングが回転して自転車の車輪が駆動される。また、ダイナモとしての回転機であれば、ケーシングと軸とが相対的に回転することに生ずる回転磁界により発電される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３１１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、上記ケーシングは、ベアリングを介して軸に支持されることにより回転自在となっている。また、ケーシング内にモータやダイナモを構成する電気部材を収容させるために、上記ケーシングは、軸の軸線方向に対して分割されて中空の内部を開放できるようになっている。このように分割可能なケーシングは、モータやダイナモとして組み立てられた後は、外部から浸水等しないようにネジ止めにより密閉される。
【０００６】
軸に回転自在に支持されたケーシングが、軸に対して軸線方向に動くと、例えば、自転車の車輪がぶれたり、回転により発生する騒音の原因となる。したがって、軸とケーシングとは軸線方向に極力移動しないように設計するのがよいが、加工や組み付けの際の寸法誤差を考慮すれば、軸及びケーシングに軸線方向の寸法余裕を持たせることになる。そして、組み付けの際に軸とケーシングとの間にワッシャを挿入し、該ワッシャの枚数により、ケーシングが軸線方向に移動しないように調整を行っている。
【０００７】
しかし、組み付け後に軸線方向に生じた寸法余裕は、必ずしもワッシャの厚みの整数倍とはならないので、軸とケーシングとの間にワッシャを挿入したとしても、該軸とケーシングとの間にはワッシャの厚み以下の隙間が残る。この隙間に対して、さらにワッシャを挿入しないとすれば、該隙間により軸に対して相対的に回転するケーシングが軸線方向にガタついて騒音等が発生する。一方、上記隙間に対してさらにワッシャを挿入するとすれば、ワッシャの厚みが該隙間以上なので、その分だけ分割されたケーシング間に隙間が生じ、これをケーシングのネジ止め等により密閉すると、ベアリングに過剰な与圧がかかり、ケーシングの回転に支障が生じたり、ベアリングの破損の原因となるおそれがある。
【０００８】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、ベアリングに過度の与圧をかけることなく軸とケーシングとの軸線方向のガタつきをなくす手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、軸と、該軸に回転自在に支持されて該軸周りに相対的に回転する筐体とを具備してなる回転装置であって、上記筐体は、上記軸の軸線方向に分割可能な一対の分割筐体からなり、該軸は、一方の分割筐体に固定された第１のベアリングを介して、少なくとも該分割筐体の軸線方向外側に対して固定され、他方の分割筐体に弾性付勢部材を介在させて軸線方向に弾性移動可能に設けられた第２のベアリングを介して、少なくとも該分割筐体の軸線方向外側に対して固定されたものである。他方の分割筐体と第２のベアリングとの間に介設された弾性付勢部材が、他方の分割筐体に対して第２のベアリングを軸線方向に弾性付勢することにより、軸と筐体との軸線方向の隙間がなくなる。また、分割筐体の密閉力は、第１のベアリング及び第２のベアリングに直接付与されず、弾性付勢部材に吸収される。これにより、第１のベアリング及び第２のベアリングに付与される与圧を適正な大きさにすることができる。
【００１０】
また、本発明は、上記回転装置において、上記軸は、一方の分割筐体の内側に固定された上記第１のベアリングに係止され、且つ他方の分割筐体の内側に上記弾性付勢部材を介設させて設けられた上記第２のベアリングに係止されたものである。これにより、分割筐体の内側から外側へ軸を挿通することにより、各分割筐体の内側に設けられた第１のベアリング及び第２のベアリングに軸が係止される。したがって、回転装置の組み付けが簡易となる。
【００１１】
また、好ましくは、上記回転装置は、上記筐体内に電動機又は発電機を収容するものである。
【００１２】
また、好ましくは、上記回転装置は、上記軸をハブ軸として自転車の車輪の配設されるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る回転装置によれば、他方の分割筐体と第２のベアリングとの間に介設された弾性付勢部材が、他方の分割筐体に対して第２のベアリングを軸線方向に弾性付勢することにより、軸と筐体との軸線方向の隙間がなくなるので、軸と筐体との相対的な回転により発生する騒音を低減することができる。また、分割筐体の密閉力は、第１のベアリング及び第２のベアリングに直接付与されず、弾性付勢部材に吸収されるので、第１のベアリング及び第２のベアリングに付与される与圧を適正な大きさにすることができ、軸と筐体との相対的な回転が円滑となり、また、ベアリングの信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る回転装置を電動機として説明するが、本発明に係る回転装置を同様の構成で発電機としても実施できる。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る回転装置１の構成を示すものである。本回転装置１は、シャフト２（軸）と、シャフト２に回転自在に支持されてシャフト２周りに相対的に回転するケーシング３（筐体）とを具備してなる。本実施の形態において、回転装置１は、電動自転車に車輪のハブとして装着されて電動機を構成するものであり、シャフト２が自転車のハブ軸となる。
【００１６】
ケーシング３は、円柱状の中空体であり、例えばアルミニウム合金をダイキャスト製法により所定の形状に成形してなるものであり、その中空部分に電動機の構成部材を収容するために、一対の分割ケーシング３Ａ，３Ｂ（分割筐体）がシャフト２の軸線方向に分割可能となっており、これらが分割されることによりケーシング３の中空部分が開放される。分割ケーシング３Ａは、ケーシング３の一端をなす円盤部分と側周壁とから構成された容器状のものであり、分割ケーシング３Ｂは、ケーシング３の他端をなす円盤部分から構成される蓋状のものである。そして、分割ケーシング３Ａ，３Ｂを円柱状のケーシング３とした状態で、分割ケーシング３Ｂの周縁に沿って穿設された複数の貫通孔１９（図２参照）に締結ボルト４が挿通され、該締結ボルト４が分割ケーシング３Ａの側周壁に形成されたネジ孔３０（図２参照）に螺合されることにより、分割ケーシング３Ａ，３Ｂが一体となって中空部分が密閉される。
【００１７】
上記分割ケーシング３Ａ，３Ｂには、円柱状のケーシング３の軸線方向両端面を構成する円盤部分の中心に軸孔５が穿設されており、該軸孔５に上記シャフト２が挿通されている。また、ケーシング３の側周壁には、その径方向へ突出する鍔部６が、軸線方向に隔てて並設されている。鍔部６には、スポーク孔７が円周状に所定間隔で穿設されており、該スポーク孔７に自転車の車輪のスポークが挿通される。なお、本実施の形態では、回転装置１を電動自転車用のものとして説明しているが、本発明に係る回転装置の用途が電動自転車に限定されるものではなく、回転装置の用途に応じて筐体の形状を本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。
【００１８】
図２に示すように、シャフト２の略中央には、コイル２１が巻回されたステータコア２２が連結部材２０を介して固定されており、これらにより内側固定子８が構成されている。一方、分割ケーシング３Ｂの内周面には、回転子ヨーク３１を介して磁石３２が固定されており、これらにより外側回転子９が構成されている。すなわち、回転装置１は、そのケーシング３内に、内側固定子８と外側回転子９とから構成されるアウターロータ型のモータ（電動機）を収容するものであり、内側固定子８により形成される回転磁界により外側回転子９とともにケーシング３がシャフト２周りに回転するように構成されている。なお、本実施の形態では、２０極・１８スロットのモータを例に説明するが、本発明において回転装置が収容する電動機又は発電機の極数及びスロット数は特に限定されるものではなく、回転装置の用途等に応じて適宜変更可能である。
【００１９】
図３に示すように、内側固定子８のステータコア２２は、１８個の分割コア２３が円環状に連結されてなるものである。各分割コア２３は、円環状に連結される配置が異なる他は同形状のものである。図４に示すように、分割コア２３は、コイル２１が巻回されるティース部２４が、他の分割コア２３と円環状に連結されるコアヨーク部２５から突出したものであり、平面視において同一形状の複数の鋼板が積層され、半抜きされたカシメ部２６が上下方向の鋼板と嵌合することにより一体とされている。コアヨーク部２５は、円環状のステータコア２２の周方向の幅の１８分の１となる弧状に形成されている。ティース部２４は、該コアヨーク部２５からステータコア２２の径方向外側へ突出しており、絶縁のためのインシュレータ等を介してコイル２１が巻回される。
【００２０】
コイル２１の巻回は、各分割コア２３が独立した状態でなされる。これにより、各分割コア２３のティース部２４周りに巻線作業のための空間を確保することができるので、ティース部２４にコイル２１を密に巻回することができる。コイル２１の巻回方法は特に限定されるものではないが、フライヤ式又はノズル式の巻線機を用いて複数の分割コア２３に対して１本の銅線を連続して巻回し、該複数の分割コア２３をコイル２１間の渡り線により連結させて１群のものとすれば、複数の分割コア２３の１群を、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応させて所定の配置で円環状に連結することができ、結線作業が簡略化されるので好適である。
【００２１】
図４に示すように、分割コア２３のコアヨーク部２５の隣接面２７には係合凹部２８及び係合凸部２９がそれぞれ形成されている。隣接面２７は、各分割コア２３が、図３に示すような円環状のステータコア２２として組み合わされる場合に、隣り合う分割コア２３のコアヨーク部２５と接触する面であり、ステータコア２２の周方向となるコアヨーク部２５の両端において、ステータコア２２の軸線方向となる平面をなしている。この隣接面２７の径方向略中央に、上下方向、換言すれば円環状のステータコア２２の軸線方向に沿って係合凹部２８及び係合凸部２９がそれぞれ形成されている。
【００２２】
上記係合凹部２８及び係合凸部２９は、所謂あり形状である。係合凹部２８が隣接面２７に開口する開口部の径方向の幅に対して、その奥部の径方向の幅が幅広となっており、開口部から奥部へは連続的に拡幅されるあり面が形成されている。一方、係合凸部２９は、隣接面２７に沿った基部の径方向の幅に対して、係合凸部２９の先端部の径方向の幅が幅広となっており、基部から先端部へは連続的に拡幅されるテーパ面が形成されている。
【００２３】
上記係合凹部２８と係合凸部２９とは、互いに対応した凹凸形状であり、図３に示すように、分割コア２３がステータコア２２として円環状に組み付けられた際には、係合凹部２８及び係合凸部２９が、それぞれ隣り合う他の分割コア２３の係合凸部２９又は係合凹部２８と係合する。これにより、隣接する分割コア２３は、ステータコア２２の径方向及び周方向に対して互いのコアヨーク部２５が固定される。
【００２４】
そして、１８個の分割コア２３を、互いの係合凹部２８と係合凸部２９とを係合させて組み付けることにより、１８個の分割コア２３がコイル２１が巻回されたティース部２４を外側へ放射線状に突出させた円環状のステータコア２２となる。そして、該ステータコア２２の中空部に、シャフト２及び連結部２０が圧入されて内側固定子８となる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、ステータコア２２は、ティース部２４毎に分割された分割コア２３が連結されてなるものとしたが、本発明においてステータコア２２は必ずしも分割コア２３からなる必要はなく、例えば、１８極のティース部２４を有するステータコア２２を一体として成形することとしてもよい。
【００２６】
外側回転子９は、図３に示すように、ケーシング３の側周壁の内面に固定された回転子ヨーク３１と、該回転子ヨーク３１の内面に固定された２０極の磁石３２とからなる。磁石３２は、磁石粒子が焼結された永久磁石であり、周方向にＮ極とＳ極とが交互となって２０極の磁極が形成されている。
【００２７】
回転子ヨーク３１は、磁石３２を略円環状に配置した状態で支持するものであり、鋼板等の磁性部材が、図に示すように円筒形状に形成されてなるものである。磁石３１は、磁石粒子が弧状に焼結された永久磁石であり、周方向にＮ極とＳ極とが交互となって２０極の磁極が形成されている。なお、磁石３１は、円筒状に焼結された所謂リングマグネットや各磁極で分割されたもの等、周知のモータ用磁石を用いることができる。
【００２８】
図２に示したように、シャフト２は、ベアリング３３，３４を介してケーシング３を回転自在に支持している。以下、この支持構造について詳述する。
【００２９】
図５に示すように、ベアリング３３（第１のベアリング）は、分割ケーシング３Ｂの内面側において、軸孔５と同心となるようにして、分割ケーシング３Ｂに固定されている。ベアリング３３の外輪側には、ベアリング３３から径方向外側へ突出する連結フランジ３５が固着されており、該連結フランジ３５に穿設された貫通孔３６にボルト３７が挿通され、該ボルト３７が、分割ケーシング３Ｂの内面の軸孔５周りに形成されたネジ孔３８に螺合されることにより、ベアリング３３が分割ケーシング３Ｂの内側に固定されている。
【００３０】
シャフト２には、端部側に上記ベアリング３３の内輪に挿通可能な小径部３９が形成されており、中央側にベアリング３３の内輪より径大の大径部４０が形成されている。この小径部３９と大径部４０との境界はシャフト２の径方向に拡がる係止面４１が形成されており、該係止面４１がベアリング３３の内輪の内側の端面に当接することによりシャフト２が係止され、該シャフト２が分割ケーシング３Ｂの軸線方向外側に対して固定される。
【００３１】
図６に示すように、ベアリング３４（第２のベアリング）は、分割ケーシング３Ａの内面側において、軸孔５と同心となるように配設されている。詳細には、分割ケーシング３Ａの軸孔５周りには、ベアリング３４の外径と略同径の凹陥部４２が形成されており、該凹陥部４２にベアリング３４が嵌入されることにより、分割ケーシング３Ａの軸孔５と同心にベアリング３４が位置決めされている。なお、ベアリング３４は、分割ケーシング３Ａに対して固定されておらず、凹陥部４２をガイドとしてケーシング３の軸線方向に摺動するように移動することが可能である。
【００３２】
上記凹陥部４２の奥部には、波形ワッシャ４３（弾性付勢部材）が配設されている。波形ワッシャ４３は、ベアリング３４の内輪より径大の中穴を有するドーナツ状の座金であり、径方向又は円周方向に波形に曲折されることにより、厚み方向に対して弾性付勢力を発揮するものである。該波形ワッシャ４３が、凹陥部４２の奥部において、分割ケーシング３Ａとベアリング３４との間に介在している。
【００３３】
シャフト２には、上記分割ケーシング３Ｂ側と同様に、端部側に上記ベアリング３３の内輪に挿通可能な小径部３９が形成されており、中央側にベアリング３３の内輪より径大の大径部４０が形成されており、この小径部３９と大径部４０との境界に、シャフト２の径方向に拡がる係止面４１が形成されている。該係止面４１がベアリング３４の内輪の内側の端面に当接することによりシャフト２が係止され、該シャフト２が分割ケーシング３Ａの軸線方向外側に対して固定される。
【００３４】
シャフト２の一端側が、図５に示すように、ベアリング３３に係止されて分割ケーシング３Ｂの軸線方向外側に対して固定され、且つ他端側が、図６に示すように、ベアリング３４に係止されて分割ケーシング３Ａの軸線方向外側に対して固定されることにより、図２に示すように組み付けれたシャフト２は、ケーシング３から引き抜き不能に固定され、また、ベアリング３３，３４により、シャフト２に対してケーシング３が回転自在となる。また、シャフト２とケーシング３との組み付けにおいて、分割ケーシング３Ａ，３Ｂの内側から外側へシャフト２を挿通することにより、分割ケーシング３Ａ，３Ｂの内側に設けられたベアリング３３，３４にシャフト２の係止面４１がそれぞれ係止されるので、回転装置１の組み付けが簡易である。
【００３５】
このようなシャフト２とケーシング３との固定状態において、図６に示すように、分割ケーシング３Ａの凹陥部４２の奥面４４と、ベアリング３４の外側面４５との間には、隙間Ｓが存在する。したがって、分割ケーシング３Ａ，３Ｂが密閉されるようにして締結ボルト４により締結されても、かかる締結力（密閉力）は隙間Ｓによりベアリング３３，３４には伝達されない。これにより、ベアリング３３，３４に過剰な与圧がかかることが防止される。したがって、ベアリング３３，３４が円滑に動作するので、シャフト２とケーシング３との相対的な回転が円滑となる。また、ベアリング３３，３４の破損要因を取り除くことができるので、ベアリング３３，３４の信頼性が向上する。
【００３６】
また、上記隙間Ｓにおいて、上記波形ワッシャ４３は弾性付勢力を発揮する状態となっている。すなわち、波形ワッシャ４３の波形状は、隙間Ｓより十分に大きな幅で湾曲するように形成されており、凹陥部４２の奥面４４とベアリング３４の外輪の外側の端面４５とに押接して、これらに弾性付勢力を付与している。したがって、ベアリング３４は、分割ケーシング３Ａの軸線方向内側へ、換言すればシャフト２の中央側へ弾性付勢されて、凹陥部４２に沿って摺動し、内輪の内側の端面がシャフト２の係止面４１に圧接する。これにより、波形ワッシャ４３の弾性付勢力がベアリング３４を介してシャフト２へ伝達される。
【００３７】
このように、波形ワッシャ４３によりシャフト２が分割ケーシング３Ｂ側へ弾性付勢されることにより、弾性付勢力に反する外力が作用しない限り、上記隙間Ｓに拘わらず、シャフト２が軸線方向に移動することなく定位置に固定される。これにより、シャフト２とケーシング３との軸線方向のガタツキがなくなり、回転装置１の回転による騒音や異音の発生が低減される。また、ベアリング３３，３４に作用する弾性付勢力は、ベアリング３３，３４の動作の障害や破損要因となるような過剰なものではないので、ベアリング３３，３４に対して適正与圧である。
【００３８】
一方、シャフト２やケーシング３に、軸線方向の過剰な外力が付与された場合には、波形ワッシャ４３が弾性変形して、該外力を隙間Ｓ分だけ吸収することができるので、ベアリング３３，３４に過剰な外力が付与されることがない。これにより、ベアリング３３，３４の破損を防止することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、分割ケーシング３Ａとベアリング３４との間に波形ワッシャ４３が介設されるものとしたが、本発明に係る弾性付勢部材は、波形ワッシャ４３に限定されるものではなく、皿形ワッシャやコイルバネ、板バネ等、その他の弾性付勢部材を用いることができる。また、本発明に係る電動機及び発電機の構成は、本実施の形態で示した回転装置１の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、公知の電動機又は発電機の構成に適宜変更できることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る回転装置１の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、回転装置１の内部構成を示す部分断面を有する正面図である。
【図３】図３は、回転装置１における電動機の主要構成を示す概略断面図である。
【図４】図４は、分割コア２３の外観構成を示す斜視図である。
【図５】図５は、シャフト２と分割ケーシング３Ｂとの支持構成を示す拡大断面図である。
【図６】図６は、シャフト２と分割ケーシング３Ａとの支持構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・回転装置
２・・・シャフト（軸）
３・・・ケーシング（筐体）
３Ａ，３Ｂ・・・分割ケーシング（分割筐体）
３３・・・ベアリング（第１のベアリング）
３４・・・ベアリング（第２のベアリング）
４３・・・波形ワッシャ（弾性付勢部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006280042.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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