(57)【要約】    【課題】  簡単かつ安価な構成で迅速に回転停止又は逆回転を行い得るモータ、その制御方法を提供する。    【解決手段】  ウォームギヤ２を有するモータ（ギヤドモータ）１において、モータ１の回転軸１ａの端面と対向してマイクロスイッチ８を設け、このマイクロスイッチ８により過負荷時におけるモータ１の回転軸１ａの変位状態を検出し、この検出信号に基づいてモータ１を停止又は逆転させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォームギヤを有するモータにおいて、
前記モータの回転軸の端面と対向してマイクロスイッチを設けたことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記マイクロスイッチの出力端子は、前記マイクロスイッチの出力信号に基づいて前記モータを停止又は逆転させる制御回路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記マイクロスイッチは、前記制御回路が形成された回路基板に取付けられていることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記マイクロスイッチは、該マイクロスイッチのアクチュエータが前記モータの回転軸により押圧されない状態ではＯＦＦ状態であり、押圧されることによりＯＮ状態となることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のモータ。
【請求項５】
前記マイクロスイッチは、前記モータの回転軸の両端側に個別に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータ。
【請求項６】
前記ウォームギヤは、減速ギヤ列に接続されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のモータ。
【請求項７】
前記マイクロスイッチのアクチュエータに付勢力を与えるバネ部材を設けたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のモータ。
【請求項８】
前記バネ部材は、板バネにより構成されたことを特徴とする請求項７に記載のモータ。
【請求項９】
前記バネ部材による前記付勢力を調整する調整部材を設けたことを特徴とする請求項７又は８に記載のモータ。
【請求項１０】
前記モータ、ウォームギヤ、減速ギヤ列、マイクロスイッチ、回路基板、バネ部材、及び調整部材は、金属製の地板に一体に取付けられていることを特徴とする請求項９に記載モータ。
【請求項１１】
前記金属製の地板は、樹脂製のケースに収納されることを特徴とする請求項１０に記載のモータ。
【請求項１２】
前記モータは、便蓋、便座の開閉駆動に用いられるＤＣモータであることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のモータ。
【請求項１３】
ウォームギヤを有するモータの制御方法において、
前記モータの回転軸の端面と対向して設けられたマイクロスイッチの出力信号に基づいて前記モータを停止又は逆転させる制御ステップを有することを特徴とするモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ、その制御方法に関し、特にモータの回転軸にウォームギヤが取付けられたモータ、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小電力・高回転で大きなトルクを得るために小型直流モータと歯車減速機構を一体化したギヤドモータが知られている。また、この種のギヤドモータにおいて、モータの回転軸にウォームギヤを取付けると共に、この回転軸のアキシャル方向の位置を検出する位置検出装置を一体化したものも実現されている（特開２０００−５１１２２号公報：特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に係るギヤドモータは、便座・便蓋の自動開閉装置に適用されたものであり、上記の位置検出装置は、ギヤドモータで便座・便蓋を開閉する際に静かにモータを停止することにより、便座・便蓋の衝撃音を抑制するために設けられている。
【０００４】
なお、ギヤドモータで便座・便蓋を開閉している最中に手や物品等で便座・便蓋の開閉動作が抑制された場合に、ギヤドモータに規定以上の過負荷がかかってギヤドモータが破壊するのを防止すべく、モータ回転を停止したり逆回転したりするために、モータ回転軸の位置検出装置を一体化したギヤドモータも知られている。
【特許文献１】特開２０００−５１１２２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、従来のモータ回転軸の位置検出装置は、ホール素子とロータマグネットを有するエンコーダや、所定の配線パターンを形成した回路基板とコイルバネと板バネを用いており、回路構成、及びソフトウェアが複雑でコスト高となると共に、モータを回転停止又は逆回転するのに２００〜３００ｍｓ程度の時間を要していた。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、その目的は、簡単かつ安価な構成で迅速に回転停止又は逆回転を行い得るモータ、その制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、ウォームギヤを有するモータにおいて、前記モータの回転軸の端面と対向してマイクロスイッチを設けている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータの回転軸の端面と対向してマイクロスイッチを設けたので、簡単かつ安価な構成で迅速に回転停止又は逆回転を行い得るモータ、その制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータを適用したギヤドモータの概略構成を示す斜視図である。本ギヤドモータは、便蓋及び便座を開閉するためのモータとして使用されるものである。
【００１０】
本ギヤドモータは、ケース６に収納されておりモータ１の回転軸１ａには、ウォームギヤ２が取付けられている。すなわち、モータ１の回転軸１ａに固着されたウォーム２ａと、このウォーム２ａと歯合されたヘリカル歯車２ｂａを有するウォームホイール２ｂによりウォームギヤ２が構成されている。
【００１１】
このウォームホイール２ｂには、ヘリカル歯車２ｂａと同軸で小径の平歯車２ｂｂが一体に形成され、この平歯車２ｂｂと１番ギヤ３、２番ギヤ４、出力ギヤ５が順次接続されている。なお、１番ギヤ３は、大径の平歯車３ａと小径の平歯車３ｂが同軸で一体に形成され、２番ギヤ４は、大径の平歯車４ａと小径の平歯車４ｂが同軸で一体に形成されている。そして、１番ギヤ３の大径の平歯車３ａはウォームホイール２ｂの平歯車２ｂｂに歯合され、１番ギヤ３の小径の平歯車３ｂは２番ギヤ４の大径の平歯車４ａに歯合され、２番ギヤ４の小径の平歯車４ｂは出力ギヤ５に歯合されている。
【００１２】
換言すれば、モータ１の回転軸１ａには減速ギヤ列が接続され、モータ１の高速回転・小トルクの出力を低速回転・大トルクの出力に変換して出力している。なお、モータ１は、ＤＣモータ（ステッピングモータを含む）により構成され、実際には、図２に示したように、ケース６に固定されたモータ取付板７に取付けられている。
【００１３】
また、モータ１の回転軸１ａの端面（切断面）と対向する位置には、マイクロスイッチ８が配備されている。すなわち、マイクロスイッチ８は、モータ取付板７の延伸部７ａに固定され、そのマイクロスイッチ８の押ボタン形のアクチュエータ８ａがモータ１の回転軸１ａの先端部と接するか、或いは微小隙間を形成するようにマイクロスイッチ８が配備されている。
【００１４】
マイクロスイッチ８は、周知のように、アクチュエータ８ａを押圧することにより、内部のスナップアクション機構（引張りバネと圧縮バネにより構成：図示省略）により可動接点が固定接点に瞬時に移動して回路の開閉動作を行うものであり、エンコーダ等の位置検出装置に比べて取扱いが簡単であり、安価かつ迅速に位置検出を行えるものである。
【００１５】
このマイクロスイッチ８は、モータ１の回転軸１ａに固着されたウォームギヤ２の推力により変位する回転軸１ａの位置を検知することにより、モータ１の過負荷状態を検知し、その過負荷検知によりモータ１を回転停止、或いは逆回転させてモータ１、及びギヤ列が破壊するのを防止するために設けられている。
【００１６】
すなわち、ウォーム２ａの歯が図３のような方向に捩れている場合に、図３（ａ）に示したように、モータ１側からウォームギヤ２の方向を見て右回りにモータ１が回転した場合は、ウォーム２ａの歯は、ウォームホイール２ｂを左回転させるように作用し、その反作用としてウォーム２ａ（回転軸１ａ）には、モータ１から離れる方向、すなわちマイクロスイッチ８に近づく方向の推力が働くこととなる。逆に、図３（ｂ）に示したように、左回りにモータ１が回転した場合は、ウォーム２ａの歯は、ウォームホイール２ｂを右回転させるように作用し、その反作用としてウォーム２ａ（回転軸１ａ）には、モータ１に近づく方向、すなわちマイクロスイッチ８から離れる方向の推力が働くこととなる。
【００１７】
この回転軸１ａの変位量（推力）は、モータ１の軸受のクリアランス、ウォーム２ａの歯とウォームホイール２ｂの歯とのクリアランス、ウォームホイール２ｂのギヤ軸１２の軸受（ウォームホイール２ｂに圧入されている：図示省略）のクリアランス等により決まり、モータ１が定速回転している間は一定のトルクとなるため、回転軸１ａの変位量（推力）は一定となり回転軸１ａは所定の位置から動かなくなる。
【００１８】
ところが、モータ１が定速回転している最中（すなわち、便蓋・便座を開閉中）に、例えばユーザが便蓋・便座を押さえたためにモータ１（ウォームホイール２ｂ）に過負荷がかかると、回転軸１ａの変位量（推力）は大きくなり、回転軸１ａは、マイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを押したり、アクチュエータ８ａから離れたりする。
【００１９】
本実施の形態では、マイクロスイッチ８は、単接点方式（メーク接点方式）のものを使用し、図３（ａ）のように、モータ１の正転時（便蓋・便座の開成時、又は閉成時）に回転軸１ａの推力がマイクロスイッチ８の方向へ働くようにし、モータ定速回転時には、回転軸１ａがマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａに接触せずに微小の離間距離があり（マイクロスイッチ８はオープン（ＯＦＦ）状態）、過負荷がかかった場合に回転軸１ａがマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを押圧してマイクロスイッチ８をショート（ＯＮ）状態にするように、マイクロスイッチ８の接点や配備位置を設定している。
【００２０】
ただし、マイクロスイッチ８は、その接点方式（開閉切換接点、ブレーク接点、メーク接点等）に応じて、モータ定速回転時（非押圧時）にショート状態、過負荷時（押圧時）にオープン状態にすることも可能である。
【００２１】
なお、図３（ｂ）のように、モータ１の逆転時（便蓋・便座の閉成時、又は開成時）に回転軸１ａの推力がマイクロスイッチ８から離れる方向へ働くようにして過負荷を検知するように構成した場合は、モータ定速回転時に回転状態の回転軸１ａを長時間に亘ってマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａに摺動させておく必要があり、その摺動部の耐摺動性に問題があり実用的ではないので、本実施の形態では、図示省略したが、図１のモータ１の左側に回転軸１ａを延伸し、その対向位置に別のマイクロスイッチを設けている（他の実施の形態も同様）。
【００２２】
換言すれば、１個のマイクロスイッチを用い、モータ１の回転方向を一定にして出力ギヤ５の回転を逆転させる機構を追加するという複雑で高価な手法により便蓋・便座を開ける場合と閉める場合との両方の過負荷状態に対応するのではなく、本実施の形態では、回転軸１ａの両端の近傍に個別にマイクロスイッチを配備してモータ１を正転／逆転するという簡単で安価な手法により、便蓋・便座を開ける場合と閉める場合との両方の過負荷状態に対応している。
【００２３】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、モータ１の回転軸１ａでマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを直接押圧するようにしていた。しかし、モータ１の回転軸１ａでマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを直接押圧する場合は、マイクロスイッチ８をスナップアクションさせるための押圧ストロークや押圧力、モータ１の回転軸１ａの推力や変位量等の関係を考慮して、モータ１の回転軸１ａとマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａとの間のクリアランスを適正に調整する必要があり、組み立て作業が困難になる。
【００２４】
そこで、第２の実施の形態では、図４に示したように、モータ１の回転軸１ａとマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａとの間に板バネ１７を設けている。
【００２５】
図４において、モータ１は、モータ取付け板９にねじ止め固定され、このモータ取付け板９は、この上側の樹脂ケース１０ａと接合された下側の樹脂ケース１０ｂにネジ１１で固定されている。
【００２６】
モータ１の出力軸１ａには、ウォーム２ａが圧入、接着、ねじ止め等で固定されている。このウォーム２ａには、ギヤ軸１２に軸支されたウォームホイール２ｂの大径のヘリカル歯車２ｂａ（図４ではウォーム２ａに隠れて見えない）が歯合されてウォームギヤ２が構成されている。また、ウォームホイール２ｂの小径の平歯車２ｂｂは、出力ギヤ軸１３に軸支された出力ギヤ５が噛合されている。上下の樹脂ケース１０ａ，１０ｂには、それぞれギヤ軸１２を圧入固定するための軸受部１２ａ、１２ｂと、出力ギヤ軸１３をインサートするための軸受部１３ａ、１３ｂが形成されている。なお、出力ギヤ軸１３の回転は、図示省略した便蓋、便座の開閉機構に伝達される。
【００２７】
また、回路基板１４は取付け板１５に取付けられ、この取付け板１５は、下側の樹脂ケース１０ｂにネジ１６で固定されている。この回路基板１４には、モータ１の回転軸１ａの先端部と対向する位置にマイクロスイッチ８が半田付け等で取付けられると共に、「コ」の字状の板バネ１７が取付けられている。
【００２８】
なお、マイクロスイッチ８の出力端子は、このマイクロスイッチ８の出力信号（過負荷検知信号）に基づいてモータ１を回転停止、又は逆回転させる制御回路に接続され、この制御回路は、回路基板１４上に形成されている。  
【００２９】
図５に示したように、板バネ１７は、マイクロスイッチ８の押ボタン式のアクチュエータ８ａをその押圧方向に付勢するように、リベット１８による加締めで回路基板１４、及び取付け板１５に取付けられている。なお、マイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａに対する板バネ１７の付勢力は、マイクロスイッチ８がスナップアクション動作を起こさない範囲に設定されている。
【００３０】
このように、マイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａを板バネ１７により予め付勢しておくことにより、ウォームギヤ２の推力が小さくてもマイクロスイッチ８の可動接点を移動させることが可能となる。また、板バネ１７の板厚の分だけウォームギヤ２、すなわち回転軸１ａの変位量が小さくてもマイクロスイッチ８の可動接点を移動させることが可能となる。
【００３１】
換言すれば、モータ１の回転軸１ａとマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａとの間のクリアランスを厳密に管理しなくてもマイクロスイッチ８を作動させることができ、組み立て作業が楽になる。また、マイクロスイッチ８により過負荷状態を検出するための荷重、及びストローク量を小さくすることができ、迅速に過負荷状態を検出して素早くモータ１を停止、又は逆回転してモータ１やギヤ列の破壊等を防止することが可能となる。
【００３２】
［第３の実施の形態］
図４に示した第２の実施の形態では、モータ１は、マイクロスイッチ８は、それぞれ下側の樹脂ケース１０ｂに固定された取付け板９，１５に取付けられ、ギヤ軸１２、出力ギヤ軸１３は、それぞれ上下の樹脂ケース１０ａ，１０ｂに形成された軸受部１２ａ，１２ｂ、軸受部１３ａ，１３ｂにより支持されている。従って、歯車の噛み合い精度、ギヤ軸１２、出力ギヤ軸１３の同軸度は、上下の樹脂ケース１０ａ，１０ｂの寸法精度に依存することになる。
【００３３】
しかしながら、樹脂成形による収縮や変形を考えると、歯車の噛み合い精度やギヤ軸１２、出力ギヤ軸１３の同軸度の精度を向上することは困難であり、歯車やギヤ軸の軸受部１２ａ，１２ｂ、１３ａ，１３ｂでロス負荷が増大し、モータ１の消費電力が増大すると共に寿命が短くなってします。また、高出力を得るためにモータ出力や減速比を大きくした場合、出力ギヤ軸１３に多大なラジアル方向の荷重が加えられる場合には、樹脂ケース１０ａ，１０ｂ上に形成された軸受部１２ａ，１２ｂ、１３ａ，１３ｂでは、軸受部としての強度に問題がある。さらに、樹脂ケース１０ａ，１０ｂの寸法精度に依存せずにマイクロスイッチ８を適正に作動させるためには、モータ１の回転軸１ａとマイクロスイッチ８の位置関係を調整する必要があり、組立作業性が悪くなる。
【００３４】
そこで、第３の実施の形態では、図６に示したように、金属製のメインシャーシ（地板）１９にモータ１、ギヤ軸１２、出力ギヤ軸１３、回路基板１４等を一体に取付けるようにしている。
【００３５】
すなわち、金属製のメインシャーシ１９は、モータ１の取付け孔、ギヤ軸１２の圧入用孔、出力ギヤ軸１３の挿入用孔、板バネ１７及び回路基板１４の取付け孔等が形成され、プレス加工により製造される。このメインシャーシ１９にネジ２０ａ，２０ｂでモータ１を固定すると共に、減速ギヤ列を組込み、板バネ１７及び回路基板１４をリベット１８で取付けて一体化し、ギヤ軸１２の両端を樹脂ケース１０ａ，１０ｂの軸受部２１ａ，２１ｂに圧入することで、上下の樹脂ケース１０ａ，１０ｂでギヤドモータ全体を覆うようにする。
【００３６】
メインシャーシ１９の寸法・形状は、各機構の設計から決められるものであるが、出力ギヤ軸１３のための軸受をメインシャーシ１９に取付ける、或いは、出力ギヤ５の径を大きくする等に応じて形状を変更することも可能である（図７参照）。
【００３７】
このように、金属製のメインシャーシ１９に、モータ１、歯車減速機構、マイクロスイッチ８、板バネ１７、回路基板１４を一体に取付けることにより、ギヤ軸１２、出力ギヤ軸１３の軸受けの同軸度を向上させることができ、ロス負荷を低減してモータ１の消費電力を低減させ、長寿命化を図ることが可能となる。また、金属製のメインシャーシ１９にも軸受部が形成され、軸受部の強度が強くなるため、モータ出力や減速比を大きくしたり、ラジアル方向の荷重を大きくしたりすることも可能となる。さらに、モータ１の回転軸１ａとマイクロスイッチ８の位置関係を厳密に規定しなくてもマイクロスイッチ８を適正に作動させることができ、組立作業性が向上する。
【００３８】
［第４の実施の形態］
第２，第３の実施の形態のように、板バネ１７を設けただけでは、板バネ１７の取付位置の誤差、バネ圧の誤差、ウォームギヤ２の推力不足等により、マイクロスイッチ８を適正に作動させることができなくなる虞がある。
【００３９】
そこで、第４の実施の形態では、図８に示したように、板バネ１７が接するメインシャーシ１９の位置にネジ孔を形成し、このネジ孔に調整ネジ２２をねじ込むことにより、板バネ１７の支点と作用点及び曲げ角度を変位させるようにしている。この変位によりマイクロスイッチ８のアクチュエータ８ａに対する板バネ１７の付勢力を強くして、過負荷時のウォームギヤ２の推力が小さくても確実にマイクロスイッチ８を作動させることが可能となる。
【００４０】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、例えば、ギヤドモータ以外のモータに適用することも可能である。また、ウォームギヤ以外の機構等によりアキシャル方向の荷重がかかるモータに適用したり、便蓋・便座の開閉駆動用以外の駆動モータに適用したりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るモータを適用したギヤドモータの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のギヤドモータにおけるモータの取付け状態を示す図である。
【図３】ウォームギヤの推力を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るモータを適用したギヤドモータの概略構成を示す断面図である（板バネ追加）。
【図５】図４のギヤドモータにおける板バネの取付状態を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るモータを適用したギヤドモータの概略構成を示す断面図である（金属製のメインシャーシ）。
【図７】金属製のメインシャーシの変形例を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るギヤドモータでの板バネの取付状態を示す図である（調整ネジ追加）。
【符号の説明】
【００４２】
１…モータ、２…ウォームギヤ、２ａ…ウォーム、２ｂ…ウォームホイール、３…１番ギヤ、４…２番ギヤ、５…出力ギヤ、８…マイクロスイッチ、８ａ…マイクロスイッチのアクチュエータ、１７…板バネ、１９…メインシャーシ（金属製）、２２…調整ネジ
【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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【図８】
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