(57)【要約】【課題】回転軸とギヤの圧入時における軸方向の圧入力は小さく抑えつつ、回転方向のギヤ保持トルクが大きくなるような電動機を提供する。【解決手段】転軸１１の外周には、複数の山１１ａが周方向に等間隔に形成され平目ナーリングを形成しているので、回転軸１１にギヤ１７を圧入させる際に、回転軸１１の山１１ａのみが、ギヤ１７の開口１７ｂの内周に当接して摺動するので、単純円柱を圧入する場合に比べて圧入力を減少させることができるから、ギヤ１７を鉄系焼結材から形成しても、その破損を抑制できる。一方、回転軸１１にギヤ１７が噛合した後は、回転軸１１の山１１ａに押されてギヤ１７の開口１７ｂの内周が微小に弾性変形し、これにより回転軸１１とギヤ１７との相対回動を抑制して、適切なトルク伝達を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸に圧入嵌合するギヤとを有する電動機において、
前記ギヤは鉄系焼結材から形成され、前記回転軸が嵌合する前記ギヤの内周は円筒形状であり、
前記回転軸の外周には、複数の谷と山とが周方向に交互に形成されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記回転軸の外周にはナーリングが形成されており、前記ナーリングの外径と、前記ギヤの内径との径方向の締め代が１０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業用電動機、及び自動車、船外機などに使用される電動機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機の回転軸のトルクは、回転軸の先端に取り付けられたギヤと、他のギヤとを噛合させ、かかるギヤセットにより減速或いは増速して出力されることが多い。ここで、電動機の回転軸とギヤの結合は、特許文献１，２に示されるように、電動機の回転軸形状を単純円柱とし、ギヤ内部を単純円筒として、両者を圧入することによって行うものである。
【特許文献１】特開２００２−３７０１０９号公報
【特許文献２】特開２０００−３２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般に円柱軸とギヤ円筒部との圧入では、圧入関係にある軸外径とギヤ内径の締め代により組立て強度が決まる。たとえば、電動機とその回転軸の先端に圧入されるギヤの場合では、電動機の発生するトルクを確実に外部へ伝達するには圧入部が緩むことを阻止しなければならず、また電動機の発生するトルクが大きければ大きな圧入力が得られるよう、強固な圧入関係を得る嵌め合い関係としなければならない。尚、組立て時の圧入力と嵌合部のトルク保持力は比例関係にある。
【０００４】
一方、電動機は回転部の慣性モーメントを出来るだけ低く抑えることを目的に出力軸を出来る限り質量を抑えた形状に抑えることが求められ、その外径寸法は小さく抑えられることが多い。その結果、回転軸とギヤの嵌合部の径寸法は小さくなる傾向があり、それに応じて圧入力も小さくせざるを得ない。また、細く長く形成されることの多い電動機の回転軸に、大きな締め代（大きな圧入荷重）を持ったギヤを組付ける際に、出力軸の変形や、最悪の場合に座屈を生じないように、圧入力が制限される。
【０００５】
また、圧入するギヤについては、ギヤの強度上の制約がある場合は一般的に金属で成形するが、金属ギヤとする場合は、コスト上の問題から一般に鉄系焼結が用いられることが多い。しかし、鉄系焼結ギヤは一般鋼材に比較すれば圧入に抗する強度が低いという問題がある。依って、回転軸とギヤの圧入代を大きくし、圧入力を大きくすることには、ギヤの材料面からも制限がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、回転軸とギヤの圧入時における軸方向の圧入力は小さく抑えつつ、回転方向のギヤ保持トルクが大きくなるような電動機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】
【０００７】
本発明の電動機は、回転軸と、前記回転軸に圧入嵌合するギヤとを有する電動機において、
前記ギヤは鉄系焼結材から形成され、前記回転軸が嵌合する前記ギヤの内周は円筒形状であり、
前記回転軸の外周には、複数の谷と山とが周方向に交互に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電動機によれば、前記回転軸の外周には、複数の谷と山とが周方向に交互に形成されているので、前記回転軸に前記ギヤを圧入させる際に、前記回転軸の山のみが前記ギヤの内周に当接して摺動するので、単純円柱を圧入する場合に比べて圧入力を減少させることができるから、前記ギヤを鉄系焼結材から形成しても、その破損を抑制できる。一方、前記回転軸に前記ギヤが噛合した後は、前記回転軸の山が弾性変形すると共に、山に押されて前記ギヤの内周も微小に弾性変形し、これにより生じた抗力で前記回転軸と前記ギヤとの相対回動を抑制して、適切なトルク伝達を行うことができる。
【０００９】
一般的に、単純円柱と円形開口を持つ部材同士の圧入力は、円柱と開口を持つ部材の嵌め合い締め代の接触面圧により決定される。この接触面圧と圧入力に比例関係が成り立っており、更に圧入力は圧入関係にある両者間の保持トルク（相対摺動に抗する力）と比例関係を持つ。故に、大きな保持トルクが必要な時には大きな締め代を相対的に持たせることとなる。これに対し、複数の谷と山が施された回転軸を円形開口を持つ部材に圧入する場合は、組立ての圧入力に寄らず保持トルクのみを大きくすることが可能となる。
【００１０】
前記回転軸の外周にはナーリングが形成されており、前記ナーリングの外径と、前記ギヤの内径との径方向の締め代が１０μｍ〜１００μｍであると好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる電動機の概略断面図であり、図２は、図１の構成を矢印II方向に見た図である。図１に示す電動機１０において、回転軸１１は、中空円筒状のハウジング１２内で、軸受１３，１４により回転自在に支持されている。回転軸１１の中央には、回転子１５が配置され、ハウジング１２の内周には、回転子１５に対向するようにして固定子（磁石）１６が配置されている。ハウジング１２から突出した回転軸１１の端部に、ギヤ１７が取り付けられている。鉄系焼結材から形成されたギヤ１７は、図２に示すように外周にギヤ歯１７ａを形成し、中央に円筒状の開口１７ｂを形成している。電動機の電気的構成及び動作については良く知られているので、詳細に説明しない。
【００１２】
図３は、回転軸１１の側面図であり、図４は、図３の回転軸を矢印IV方向に見た図である。回転軸１１の外周には、軸線方向に延在する複数の山１１ａと、隣接する山１１ａ間に配置された谷１１ｂとが形成されている。複数の山１１ａは、周方向に等間隔に配置され、いわゆる平目ナーリングを形成する。尚、平目ナーリングの外径Ｄ（山１１ａの頂点を結ぶ円の外径：図４参照）と、ギヤ１７の開口１７ｂの内径との径方向の締め代が１０μｍ〜１００μｍであると好ましい。
【００１３】
図５は、電動機１０の回転軸１１にギヤ１７を圧入する工程を示す図である。図５において、ギヤ１７以外を組み付けた電動機１０を、剛体Ｇに対して垂直に保持し、回転軸１１の下端を剛体Ｇに当接させる。かかる状態で、ギヤ１７を回転軸１１の上端に圧入する。
【００１４】
このとき、回転軸１１の外周には、複数の山１１ａが周方向に等間隔に形成され平目ナーリングを形成しているので、回転軸１１にギヤ１７を圧入させる際に、回転軸１１の山１１ａのみが、ギヤ１７の開口１７ｂの内周に当接して軸線方向に摺動するので、単純円柱を圧入する場合に比べて圧入力を減少させることができるから、ギヤ１７を鉄系焼結材から形成しても、その破損を抑制できる。一方、回転軸１１にギヤ１７が噛合した後は、回転軸１１の山１１ａにギヤ１７の開口１７ｂの内周が押されて、山１１ａと開口１７ｂの内周が微小に弾性変形し、これにより回転軸１１とギヤ１７との相対回動を抑制して、適切なトルク伝達を行うことができる。
【００１５】
図６は、本発明者らによって求められた圧入代と圧入力の関係を示したグラフである。図６において、破線は単純円柱を円筒開口を有するギヤに圧入するときの圧入力を示し、実線は同じ外径で平目ナーリングが施された軸を同じ円筒開口を有するギヤに圧入するときの圧入力を示しているが、平目ナーリングが施された回転軸の基準外径は、ナーリングの山部を外径としている。図６から明らかなように、平目ナーリングされた軸を、円筒開口を有するギヤに圧入するときの圧入力は、単純円柱を円筒開口を有するギヤに圧入するときの圧入力に対して、約１／５〜１／６程度の圧入力で済む。
【００１６】
図７は、本発明者らによって求められた圧入代と保持トルクの関係を示したグラフである。図７において、丸印は単純円柱を円筒開口を有するギヤに圧入した状態での保持トルクであり、実線は同じ外径で平目ナーリングが施された軸を同じ円筒開口を有するギヤに圧入した状態での保持トルクを示している。図７から明らかなように、圧入代すなわち締め代が同レベルであれば、平目ナーリングされた軸を円筒開口を有するギヤに圧入したときの保持トルクは、単純円柱を円筒開口を有するギヤに圧入したときの保持トルク以上となっている。
【００１７】
図６と図７の結果から、平目ナーリングされた軸と円筒開口を有するギヤとの組み合わせと、単純円柱を円筒開口を有するギヤとの組み合わせとを比較した場合において、同じ圧入代であっても、平目ナーリングされた軸と円筒開口を有するギヤとの組み合わせの方が低い圧入力となるが、圧入された部材（ギヤ）においての保持トルクは、平目ナーリングされた軸と円筒開口を有するギヤとの組み合わせの方が大きくなることが判明した。尚、平目ナーリングを成形した軸とギヤの嵌合において圧入代の下限を１０μｍとしたのは、それ未満では平目ナーリングの効果が薄くなり、一方、上限を１００μｍとしたのは、それを超えるとギヤ内径に対する応力集中が過大となり、ギヤ自身の破損を招く恐れがあるからである。
【００１８】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態にかかる電動機の概略断面図である。
【図２】図１の構成を矢印II方向に見た図である。
【図３】回転軸１１の側面図である。
【図４】図３の回転軸を矢印IV方向に見た図である。
【図５】電動機１０の回転軸１１にギヤ１７を圧入する工程を示す図である。
【図６】本発明者らによって求められた圧入代と圧入力の関係を示したグラフである。
【図７】本発明者らによって求められた圧入代と保持トルクの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１０ 電動機
１１ 回転軸
１１ａ 山
１２ ハウジング
１３，１４ 軸受
１５ 回転子
１６ 固定子
１７ ギヤ
１７ａ ギヤ歯
１７ｂ 開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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