(57)【要約】【課題】出力軸に外から力が加えられたときに、内部の動力伝達機構を安定的に保護可能なギヤードモータを提供する。【解決手段】出力軸と、過負荷保護機構と、を備え、前記過負荷保護機構は、所定の閾値を超える負荷が加えられたときに空転によりこれを受け流す歯車部材であり、前記出力軸は、前記過負荷保護機構に噛合する歯車部である小径歯車部を有し、前記過負荷保護機構は、前記小径歯車部に噛合する歯車部であって該小径歯車よりも大径の大径歯車部を有していることを特徴とするギヤードモータにより解決する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸と、
過負荷保護機構と、を備え、
前記過負荷保護機構は、所定の閾値を超える負荷が加えられたときに空転によりこれを受け流す歯車部材であり、
前記出力軸は、前記過負荷保護機構に噛合する歯車部である小径歯車部を有し、
前記過負荷保護機構は、前記小径歯車部に噛合する歯車部であって該小径歯車よりも大径の大径歯車部を有していることを特徴とするギヤードモータ。
【請求項２】
駆動源であるステータおよびロータを有し、
前記ロータの回転は減速歯車に減速されて前記過負荷保護機構に伝達されることを特徴とする請求項１に記載のギヤードモータ。
【請求項３】
前記過負荷保護機構は、
回転軸と、
前記回転軸が挿通される軸穴を有する回転部材と、
前記回転軸が挿通される円環形状の金属板である第１環状板および第２環状板と、を備え、
前記回転軸または前記回転部材のいずれか一方は前記大径歯車部であり、
前記回転軸の軸線方向における一方側を上、他方側を下としたときに、
前記第１環状板は、前記回転部材の上面と、前記回転軸に設けられた拡径部と、の間に挟まれ、
前記第２環状板は、前記回転部材の下面と、前記回転軸の一部が前記第２環状板に対して上方に押し潰されて塑性変形した変形部と、の間に挟まれ、
前記回転部材の下面のうち前記軸穴の周辺部は前記第２環状板に接する部分よりも窪んでおり、
前記第２環状板の内周側は、前記変形部に押圧されて上方に弾性変形していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のギヤードモータ。
【請求項４】
前記駆動源はステッピングモータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のギヤードモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はギヤードモータに関し、特に、ギヤードモータの破損防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、摩擦抵抗を利用したフリクションドライブ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−５８９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ロータの回転を減速して出力軸に伝えるギヤードモータでは、外部から加えられた力で出力軸が回転すると、その回転は減速歯車に加速されながらロータに伝達される。出力軸に突発的な力が加えられたときに内部の歯車機構を保護するためには、例えば特許文献１のフリクションドライブ装置のような過負荷保護機構を減速歯車列の途中に介在させることが考えられる。
【０００５】
出力軸に加えられたトルクは減速歯車による加速で小さくなる。そのため、過負荷保護機構がロータの近傍に配置される場合には、過負荷保護機構を作動させるトルクも小さく設定する必要がある。例えば、出力軸と過負荷保護機構との間に複数の減速歯車が介在する場合など、過負荷保護機構の作動トルクを著しく小さくする場合、作動トルクの誤差等により通常動作時にも過負荷保護機構がスリップするようになり、駆動力の伝達効率が低下する。また、歯車部品の歯部の折損等は大きなトルクが加えられる箇所で生じるため、出力軸に加えられた力が過負荷保護機構に至る前に歯車機構が破損するおそれもある。
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、出力軸に外から力が加えられたときに、内部の動力伝達機構を安定的に保護可能なギヤードモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のモータは、出力軸と、過負荷保護機構と、を備え、前記過負荷保護機構は、所定の閾値を超える負荷が加えられたときに空転によりこれを受け流す歯車部材であり、前記出力軸は、前記過負荷保護機構に噛合する歯車部である小径歯車部を有し、前記過負荷保護機構は、前記小径歯車部に噛合する歯車部であって該小径歯車よりも大径の大径歯車部を有していることを要旨とする。
【０００８】
歯車部材である過負荷保護機構を出力軸に噛合させ、過負荷保護機構側の歯車部の径を出力軸の歯車部よりも大径にすることにより、外部から加えられた力で出力軸が回転したときに、その回転を減速して過負荷保護機構に伝えることができる。つまり、過負荷保護機構に対して、出力軸に加えられたトルクよりも大きなトルクを加えることが可能となる。また、歯車部品の歯部の折損等は大きなトルクが加えられる箇所で生じやすい。本発明のギヤードモータでは、出力軸に加えられた過大トルクをその源流付近で遮断することで、以降の歯車部品を安全に保護することができる。
【０００９】
また、本発明のギヤードモータは、駆動源であるステータおよびロータを有し、前記ロータの回転は減速歯車に減速されて前記過負荷保護機構に伝達されることが好ましい。
【００１０】
例えば出力軸と過負荷保護機構との間に他の減速歯車が配置されている場合、外部から加えられた力で出力軸が回転すると、その回転は減速歯車に加速されて過負荷保護機構に伝えられる。そのため、出力軸に加えられたトルクよりも大きなトルクを過負荷保護機構に加えるためには、過負荷保護機構はより大径の歯車部を備える必要がある。本発明では過負荷保護機構が出力軸に直接噛合していることにより、過負荷保護機構を備えることによるギヤードモータの大型化が抑えられている。
【００１１】
また、前記過負荷保護機構は、回転軸と、前記回転軸が挿通される軸穴を有する回転部材と、前記回転軸が挿通される円環形状の金属板である第１環状板および第２環状板と、を備え、前記回転軸または前記回転部材のいずれか一方は前記大径歯車部であり、前記回転軸の軸線方向における一方側を上、他方側を下としたときに、前記第１環状板は、前記回転部材の上面と、前記回転軸に設けられた拡径部と、の間に挟まれ、前記第２環状板は、前記回転部材の下面と、前記回転軸の一部が前記第２環状板に対して上方に押し潰されて塑性変形した変形部と、の間に挟まれ、前記回転部材の下面のうち前記軸穴の周辺部は前記第２環状板に接する部分よりも窪んでおり、前記第２環状板の内周側は、前記変形部に押圧されて上方に弾性変形していることが好ましい。
【００１２】
過負荷保護機構を小さなトルクで作動させる場合、作動トルクに誤差があるとその影響が大きく現れる。そのため、小さなトルクで作動する過負荷保護機構には高い動作精度が求められる。一方、本発明では外部から加えられた力が減速されて過負荷保護機構に伝達される。これにより、摩擦抵抗を利用した過負荷保護機構で機械的に過大トルクを遮断することが可能となる。また、過負荷保護機構に加えられるトルクは歯車部の外径比に比例するところ、摩擦トルクは面積（外径比の２乗）に比例する。そのため、本構成によれば、過負荷保護機構のスリップ部（回転部材と第１・第２環状板との接触部）の面積を適宜調節することでこれらをスリップさせる閾値トルクを調整することが可能になる。
【００１３】
また、前記駆動源はステッピングモータであることが好ましい。
【００１４】
ステッピングモータはステップ数を指定した回転角制御が可能であり、別途ロータリエンコーダなどによるフィードバック制御を行う必要がない。これにより、装置全体における部品点数の削減および装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明のギヤードモータによれば、出力軸に外から力が加えられたときに、内部の動力伝達機構を安定的に保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態にかかるギヤードモータの透視斜視図である。
【図２】ステッピングモータの内部構造を示す側面視断面図である。
【図３】ギヤードモータの減速歯車機構を示す透視平面図である。
【図４】第８歯車（過負荷保護機構）の内部構造を示す側面視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［構成概要］
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下に説明するギヤードモータＧは、駆動源であるステッピングモータ１の回転を減速して出力するモータである。
【００１８】
図１はギヤードモータＧの透視斜視図である。以下の説明において、「上」および「下」とは、図１等に描かれた座標軸表示のＺ軸に平行な方向をいい、Ｚ１側を「上」、Ｚ２側を「下」とする。「前」および「後ろ」とは、同座標軸表示のＸ軸に平行な方向をいい、Ｘ１側を「前」、Ｘ２側を「後ろ」とする。同様に、「左右」とは同座標軸表示のＹ軸に平行な方向をいう。
【００１９】
本形態のギヤードモータＧは、ケース９０の前面に設けられた開口からステッピングモータ１のコネクタハウジング１５２が露出しており、ケース９０の上面に設けられた開口から出力軸９１の先端部９１２が突き出している。ステッピングモータ１と出力軸９１との間には複数の減速歯車が配置されており、ステッピングモータ１の出力トルクは減速歯車により増幅されて出力軸９１に伝達される。なお、図１ではケース９０内の各部品を支持する支軸や軸受等の記載は省略されている。
【００２０】
［ステッピングモータ］
図２は、ステッピングモータ１の内部構造を示す側面視断面図である。ステッピングモータ１はステップ数を指定した回転角制御が可能であり、別途ロータリエンコーダなどによるフィードバック制御を行う必要がない。これにより、ギヤードモータＧ全体における部品点数の削減および小型化が図られている。
【００２１】
ステッピングモータ１の給電端子２９は、その長手方向における両端が上下に折り曲げられたピン端子である。給電端子２９の下方に折り曲げられた部分はコネクタハウジング１５２内に配置され、図示しないオスコネクタの端子が接続される外部接続部２９２を構成している。給電端子２９の上方に折り曲げられた部分は、ステッピングモータ１のステータコイル２２，２７のコイル線が絡げられる絡げ部２９１を構成している。
【００２２】
本形態のステッピングモータ１は２相ステッピングモータであり、そのステータ２０は、Ａ相コイルボビン２１に巻回されたＡ相ステータコイル２２と、Ｂ相コイルボビン２６に巻回されたＢ相ステータコイル２７と、を有している。Ａ相コイルボビン２１の前縁には、給電端子２９を保持する厚肉部である端子保持部２１ａが形成されている。Ａ相ステータコイル２２はクローポール形の突極である上側ヨーク２３ａおよび下側ヨーク２３ｂを有している。Ｂ相ステータコイル２７も同様に、上側ヨーク２８ａと下側ヨーク２８ｂとを有している。なお、Ｂ相ステータコイル２７の下側ヨーク２８ｂはモータケース１１の底面の一部がモータケース１１内に切り起こされることで形成されている。
【００２３】
ステータコイル２２，２７の環内には所定のエアギャップを置いてロータ３０が配置されている。ロータ３０は、永久磁石であるロータマグネット３２と、ロータマグネット３２にインサート成形された樹脂製の軸体であるロータサポート３１と、により構成されている。ロータサポート３１の径方向中心には上下に貫通した軸穴が形成されており、その軸穴には固定軸であるロータ支軸３９が挿通されている。ロータ支軸３９はモータケース１１の底面とカバープレート１２に固定されている。ロータ３０の下面は板ばねであるリーフスプリング３５に支持されており、ロータ３０はリーフスプリング３５により上方に付勢されている。
【００２４】
ステータ２０の上面には、平板部材であるギヤプレート１３が配置されている。ロータサポート３１の上端には歯車部であるピニオンギヤ３１ａが形成されており、ピニオンギヤ３１ａはギヤプレート１３に設けられた貫通孔から上方に突出している。ステータ２０の上面とカバープレート１２には複数の支軸４９が固定されており、支軸４９には後述する第１歯車４１、第２歯車４２、および第３歯車４３が回転可能に支持されている。また、出力軸５０は第３歯車４３が噛合する歯車部である大径歯車部５９を有しており、出力軸５０の基端部５８は、ギヤプレート１３に形成された軸受１３１に回転可能に支持されている。
【００２５】
出力軸５０の先端部分である軸部５１は、カバープレート１２に設けられたバーリング部１２１から上方に突き出している。バーリング部１２１は、カバープレート１２に形成された貫通口の縁から上方に立ち上げられたフランジ状部である。軸部５１には大径歯車部５９よりも小径の歯車部材である出力歯車６０が装着されている。また、出力軸５０の軸線方向における中ほどには、軸部５１よりも大径の拡径部５５が設けられている。拡径部５５の位置はバーリング部１２１の位置に対応しており、拡径部５５はベアリング１２２を介してバーリング部１２１に回転可能に支持されている。出力軸５０の大径歯車部５９と、軸部５１に装着された出力歯車６０とは、後述する第４歯車４４を構成している。
【００２６】
また、軸部５１の先端は、ケース９０の内面に設けられた軸受部９１に囲まれている。軸部５１の外面と軸受部９１の内面との間には意図的に隙間が設けられている。かかる隙間は、ギヤードモータＧの正常動作時には軸部５１と軸受部９１とが接触しない程度の隙間であり、出力軸５０の拡径部５５とベアリング１２２との間のクリアランスや、出力軸５０の基端部５８と軸受１３１との間のクリアランスよりも大きく設けられている。
【００２７】
一般にモータの出力軸は、出力軸の回転が阻害されないよう、出力軸の先端は軸受に支持されない。そのため、出力軸に対してラジアル方向に大きな力が加えられると、出力軸が軸倒れを起こしてその回転が妨げられる。そこで本形態のギヤードモータＧでは、軸部５１の先端を所定の隙間をおいて囲む軸受部９１を設けることで、出力軸５０の通常時の回転を妨げることなく、出力軸５０に大きな側圧がかけられたときの影響を軽減している。
【００２８】
［減速歯車機構］
図３はギヤードモータＧの減速歯車機構を示す透視平面図である。以下、図３を参照してギヤードモータＧの減速歯車機構について説明する。
【００２９】
本形態のステッピングモータ１は、ロータ３０の回転を減速して出力軸５０に伝達する第１歯車４１、第２歯車４２、および第３歯車４３を有している。これら歯車はそれぞれ、ピッチ円径の異なる平歯車が軸線方向に一体化された複合歯車である。
【００３０】
ピニオンギヤ３１ａの回転は、第１歯車４１、第２歯車４２、および第３歯車４３を経て減速され、出力軸５０に伝達される。具体的には、ピニオンギヤ３１ａは第１歯車４１の大径歯車部４１ａと噛合しており、第１歯車４１の小径歯車部４１ｂは第２歯車４２の大径歯車部４２ａと噛合している。同様に、第２歯車４２の小径歯車部４２ｂは第３歯車４３の大径歯車部４３ａと噛合している。そして、第３歯車４３の小径歯車部４３ｂは出力軸５０の大径歯車部５９に噛合している。出力軸５０の大径歯車部５９と、軸部５１に装着された出力歯車６０とは、ギヤードモータＧの減速歯車列を構成する第４歯車４４を構成している。
【００３１】
ステッピングモータ１の出力歯車６０とギヤードモータＧの出力軸９１との間には、第５歯車４５、第６歯車４６、第７歯車４７、および第８歯車４８が配置されている。第５歯車４５から第７歯車４７までの歯車は減速歯車であり、それぞれ、ピッチ円径の異なる平歯車が軸線方向に一体化された複合歯車である。第８歯車４８は、ピッチ円径の異なる平歯車を摩擦抵抗で一体的に回転させる過負荷保護機構を備える歯車部材である。
【００３２】
出力歯車６０の回転は、第５歯車４５、第６歯車４６、および第７歯車４７を経て減速され、その後、第８歯車４８で加速されて出力軸９１に伝達される。具体的には、出力歯車６０は第５歯車４５の大径歯車部４５ａと噛合しており、第５歯車４５の小径歯車部４５ｂは第６歯車４６の大径歯車部４６ａと噛合している。同様に、第６歯車４６の小径歯車部４６ｂは第７歯車４７の大径歯車部４７ａと噛合しており、第７歯車４７の小径歯車部４７ｂは第８歯車４８の小径歯車部４８ｂと噛合している。これにより出力歯車６０の回転は減速されて第８歯車４８に伝達される。そして、第８歯車４８の大径歯車部４８ａは出力軸９１の歯車部９１１に噛合している。これにより第７歯車４７の回転は第８歯車４８により加速されて出力軸９１に伝達される。ただし、第５歯車４５から第８歯車４８までの歯車列は、全体としては出力歯車６０の回転を減速して出力軸９１に伝達する。
【００３３】
［過負荷保護機構］
図４は第８歯車４８の内部構造を示す側面視断面図である。本形態の第８歯車４８は、大径歯車部４８ａと小径歯車部４８ｂとを摩擦抵抗で一体的に回転させ、大径歯車部４８ａに所定の閾値を超える負荷が加えられたときには大径歯車部４８ａを空転させて負荷を受け流す過負荷保護機構である。
【００３４】
第８歯車４８は、回転軸である軸芯部７１、大径歯車部４８ａ、大径歯車部４８ａの上下面を挟むように配置された第１環状板７２および第２環状板７３、並びに、小径歯車部４８ｂにより構成されている。
【００３５】
軸芯部７１は略円柱形状の回転軸である。軸芯部７１には、その軸線Ｌ方向における中ほどに、直径寸法が部分的に大きく形成された拡径部７１ｂが設けられている。軸芯部７１の上端部７１ｅおよびその近傍部は、段状に先細るように形成されている。
【００３６】
軸芯部７１の下端付近には、小径歯車部４８ｂが装着される接続部７１ａが設けられている。接続部７１ａはその周方向における対称位置が平面状に切り欠かれており、小径歯車部４８ｂの軸穴も同形状に形成されている。軸芯部７１における拡径部７１ｂと上端部７１ｅとの間には、大径歯車部４８ａが装着される車軸部７１ｃが設けられている。車軸部７１ｃも接続部７１ａと同様に、その周方向における対称位置が平面状に切り欠かれている。
【００３７】
大径歯車部４８ａの下面７４および上面７５は、歯部およびその近傍部よりも内側の部分が一段低く形成されており、その低く形成された部分には環状に延びる凸部７４ａ，７５ａが形成されている。
【００３８】
第１環状板７２および第２環状板７３は円環形状の金属板であり、その穴は軸芯部７１の車軸部７１ｃと同形状に形成されている。第１環状板７２および第２環状板７３は車軸部７１ｃに嵌合され、車軸部７１ｃと一体的に回転する。
【００３９】
第１環状板７２および第２環状板７３は大径歯車部４８ａの上下面７４，７５の一段低く形成された部分に嵌められるように配置されている。第１環状板７２は、軸芯部７１の拡径部７１ｂと、大径歯車部４８ａの下面７４（凸部７４ａ）との間に挟まれている。第２環状板７３は、大径歯車部４８ａの上面７５（凸部７５ａ）と、後述する変形部７１ｄとの間に挟まれている
【００４０】
第２環状板７３の上面の内側の周縁は、軸芯部７１の一部がプレス加工により第２環状板７３に対して下方に押し潰されて塑性変形した変形部７１ｄに接している。このとき、大径歯車部４８ａの上面７５の軸穴周辺部は、第２環状板７３に接する凸部７５ａよりも窪んだ位置にあり、変形部７１ｄに押し下げられた第２環状板７３は、その内周縁が下方（Ｚ２方向）に反るように弾性変形している。これにより第２環状板７３は皿ばねとして作用し、大径歯車部４８ａを下方（Ｚ２方向）に付勢する。付勢された大径歯車部４８ａは第１環状板７２に押し付けられ、これにより大径歯車部４８ａは、第１環状板７２および第２環状板７３との間に生じる摩擦抵抗で軸芯部７１と一体に回転する。そして、その摩擦抵抗を超える外力が大径歯車部４８ａに加えられたときには、第１環状板７２および第２環状板７３と大径歯車部４８ａとが滑り、大径歯車部４８ａが空転する。
【００４１】
［破損防止構造］
以下、図３を参照して、外部から加えられた力で出力軸９１が回転したときにギヤードモータＧ内の歯車機構を過大トルクから保護する破損防止構造について説明する。
【００４２】
本形態のギヤードモータＧでは、第８歯車４８の大径歯車部４８ａが出力軸９１の歯車部９１１に噛合している。そして、第８歯車４８の大径歯車部４８ａは、出力軸９１の歯車部９１１よりも大径の歯車である。そのため、第８歯車４８の回転は加速されて出力軸９１に伝達される。
【００４３】
過負荷保護機構を備える第８歯車４８を出力軸９１に直接噛合させ、第８歯車４８側の歯車部の径を出力軸９１側の歯車部の径よりも大径にすることにより、外部から加えられた力で出力軸９１が回転したときに、その回転を減速して第８歯車４８に伝えることができる。つまり、第８歯車４８に対して、出力軸９１に加えられたトルクよりも大きなトルクを加えることができ、これにより第８歯車４８の過負荷保護機構を作動させるトルクを大きく設定することが可能となる。
【００４４】
過負荷保護機構を小さなトルクで作動させる場合、作動トルクに誤差があるとその影響が大きく現れる。そのため、小さなトルクで作動する過負荷保護機構には高い動作精度が求められる。本形態のギヤードモータＧでは、出力軸９１に加えられたトルクよりも大きなトルクが第８歯車４８に加えられることで作動トルクの設定が容易になり、かつ、作動トルクの誤差による影響が小さく抑えられている。これにより、第８歯車４８のような簡易な構造の過負荷保護機構を使って機械的に過大トルクを遮断することが可能とされている。
【００４５】
また、歯車部品の歯部の折損等は大きなトルクが加えられる箇所で生じやすい。本形態のギヤードモータＧでは、出力軸９１に加えられた過大トルクがその源流付近で遮断されるため、以降の歯車部品が安全に保護される。
【００４６】
また、例えば出力軸９１と第８歯車４８との間に他の減速歯車が配置されている場合、外部から加えられた力で出力軸９１が回転すると、その回転は減速歯車に加速されて第８歯車４８に伝えられる。そのため、出力軸９１に加えられたトルクよりも大きなトルクを第８歯車４８に加えるためには、第８歯車４８はより大径の歯車部を備える必要がある。本形態では第８歯車４８が出力軸９１に直接噛合していることにより、過負荷保護機構を備えることによるギヤードモータＧの大型化が抑えられている。
【００４７】
なお、第８歯車４８は過負荷保護機構の一例に過ぎず、過負荷保護機構の形態はこれに限られない。本発明の過負荷保護機構は、所定の閾値を超える負荷が加えられたときに空転によりこれを受け流す歯車部材であればよく、例えば電磁クラッチ等、他の方式を利用したものであってもよい。また、ステッピングモータ１のピニオンギヤ３１ａから第８歯車４８までの減速歯車の数は特に限定されず、例えば駆動源のピニオンギヤに第８歯車４８が直接噛合していても過大トルクの遮断効果は得られる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、本形態ではステッピングモータ１を採用することでギヤードモータＧ全体における部品点数の削減および小型化を図っているが、特にそのような要求や制約がなければ他のモータを採用することも考えられる。
【符号の説明】
【００４９】
Ｇ：ギヤードモータ，９０：ケース，９１：出力軸，９１１：歯車部，９１２：先端部，１：ステッピングモータ（駆動源），２０：ステータ，３０：ロータ，３１ａ：ピニオンギヤ，４１−４７：第１歯車−第７歯車（減速歯車列），４８：第８歯車（過負荷保護機構），４８ａ：大径歯車部（回転部材），４８ｂ：小径歯車部，５０：出力軸，７１：回転軸，７１ｂ：拡径部，７１ｄ：変形部，７２：第１環状板，７３：第２環状板，７４：大径歯車部４８ａの下面，７５：大径歯車部４８ａの上面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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