(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸の一端が負荷に接続される負荷駆動用減速機構をケース内に収容してなる負荷駆動用減速機と、前記ケースに取り付けられて回転軸が前記負荷駆動用減速機構の入力部に結合された電動機と、回転変位が与えられるセンサ入力軸を有して該センサ入力軸の回転角に相応した検出信号を発生する回転センサと、前記出力軸の回転数に比例した回転数で前記回転センサのセンサ入力軸を回転させるように前記電動機の回転を前記センサ入力軸に伝達するセンサ駆動機構とを備えて、前記回転センサから前記負荷駆動用減速機構の出力軸の回転角に相応した検出信号を得る減速機付き電動機において、
前記回転センサは、前記センサ入力軸を前記負荷駆動用減速機構の出力軸と平行に配置した状態で前記ケースに対して固定され、
前記センサ駆動機構は、前記負荷駆動用減速機構の出力軸または該出力軸よりも前段側に位置する前記負荷駆動用減速機構の回転軸に設けられたピニオンギアと、前記回転センサのセンサ入力軸に取り付けられた平歯車とを備えていて、該平歯車と前記ピニオンギアとが直接または他の歯車を介して噛み合わされていることを特徴とする減速機付き電動機。
【請求項２】
出力軸の一端が負荷に接続される負荷駆動用減速機構をケース内に収容してなる負荷駆動用減速機と、前記ケースに取り付けられて回転軸が前記負荷駆動用減速機構の入力部に結合された電動機と、回転変位が与えられるセンサ入力軸を有して該センサ入力軸の回転角に相応した検出信号を発生する回転センサと、前記出力軸の回転数に比例した回転数で前記回転センサのセンサ入力軸を回転させるように前記電動機の回転を前記センサ入力軸に伝達するセンサ駆動機構とを備えて、前記回転センサから前記負荷駆動用減速機構の出力軸の回転角に相応した検出信号を得る減速機付き電動機において、
前記回転センサは、前記センサ入力軸を前記負荷駆動用減速機構の出力軸と平行に配置した状態で、かつ前記センサ入力軸の先端を前記出力軸の他端が指向する方向と同方向に向けた状態で前記ケースに対して固定され、
前記センサ駆動機構は、前記負荷駆動用減速機構の出力軸または該出力軸よりも前段側に位置する前記負荷駆動用減速機構の回転軸に設けられたピニオンギアと、前記回転センサのセンサ入力軸に取り付けられた平歯車とを備えていて、該平歯車と前記ピニオンギアとが直接または他の歯車を介して噛み合わされていることを特徴とする減速機付き電動機。
【請求項３】
前記回転センサは、前記センサ入力軸の３６０度の回転範囲に亘って回転角度に相応した検出信号を出力するエンドレス形のセンサからなっている請求項１または２に記載の減速機付き電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力軸の回転変位を検出する回転センサを備えた減速機付き電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転センサを備えた減速機付き電動機は、例えば種々の制御装置において操作部を操作するために用いられる。例えば内燃機関用制御装置においては、内燃機関への燃料の供給量を調節する手段（スロットルバルブや燃料ポンプのコントロールラック）を操作するアクチュエータとして、回転センサを備えた減速機付き電動機が用いられる。
【０００３】
また電動機により減速機を介して駆動される負荷において、負荷の位置を目標位置に一致させるように制御する必要がある場合には、負荷の位置を検出するために、減速機付き電動機の出力軸の回転角を検出する回転センサを設ける場合がある。
【０００４】
図３は、出力軸の回転角を検出する回転センサを取り付けた従来の減速機付き電動機（実用新案登録第３００１３２０号）を示したもので、同図において１は第１のケース半部１Ａ及び第２のケース半部１Ｂに２つ割にされたケース、２はケース１内に収納された負荷駆動用の減速機構、３はケース１に支持されて減速機構２の出力部に結合された出力軸であり、ケース１と、減速機構２と、出力軸３とにより、負荷駆動用の減速機４が構成されている。５は第２のケース半部１Ｂに取り付けられた電動機で、その回転軸５ａはケース１内に導入されている。
【０００５】
負荷駆動用減速機構２は、電動機の回転を歯車２ａ〜２ｈにより減速して出力軸３に伝達するもので、この減速機構の入力部を構成する歯車２ａは電動機の回転軸５ａに設けられている。出力軸３は第２のケース半部１Ｂに軸受を介して回転自在に支持され、該出力軸３には減速機構２の出力部を構成する歯車２ｈが取り付けられている。出力軸３の負荷に接続される一端３ａは第２のケース半部１Ｂから外部に導出されている。
【０００６】
第１のケース半部１Ａに固定されたフレーム９Ａに回転センサ６が取り付けられている。回転センサ６は、センサ入力軸６Ａと該入力軸の回転角度の情報を含む検出信号を出力する信号発生部６Ｂとを有するもので、例えば、ポテンショメータ、差動変圧器、ロータリーエンコーダ等からなっている。この例では、回転センサ６がエンドレス型に構成されていて、センサ入力軸６Ａの３６０度の回転角に相応する検出信号を出力するようになっている。
【０００７】
回転センサ６は、出力軸３に取り付けられた歯車２ｈの前段の歯車２ｇの回転軸２ｉの延長上に配置されていて、そのセンサ入力軸６Ａと回転軸２ｉとの間が遊星歯車機構からなるセンサ駆動用減速機７とカップリング８とを介して結合されている。また減速機７とカップリング８と回転センサ６とを覆う保護カバー９Ｂが第１のケース半部１Ａに取り付けられ、回転センサ６の出力リード線は、保護カバー９Ｂを貫通させて設けられた孔に取り付けられたグロメット（図示せず。）を通して外部に導出されている。
【０００８】
この例では、電動機５の出力軸の回転を回転軸２ｉに伝達する歯車伝達機構と、回転軸２ｉと回転センサ６の入力軸との間に設けられたセンサ駆動用減速機７とにより、出力軸３の回転数に比例した回転数で回転センサのセンサ入力軸６Ａを回転させるように電動機５の回転をセンサ入力軸６Ａに伝達するセンサ駆動機構が構成されている。
【０００９】
上記の減速機付き電動機においては、電動機５の回転が減速機構２を介して出力軸３に伝達され、該出力軸３の回転により図示しない負荷が駆動される。電動機５の回転はまた負荷駆動用減速機構２の一部を構成する歯車とセンサ駆動用減速機７とを介して回転センサ６の入力軸に伝達され、センサの入力軸６Ａは、出力軸３の回転に対して１０対１の減速比で減速されて回転させられる。この時、信号発生部６Ｂは、出力軸３の１０回転に亘る回転角度（３６００度）を検出することができる。このように出力軸の回転を所定の減速比で減速した回転数でセンサ入力軸を回転させるように、電動機の回転をセンサ入力軸６Ａに伝達するようにすると、その減速比を適宜に選択することにより検出可能な回転角度範囲を任意に設定することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の減速機付き電動機では、該減速機の出力軸３が減速機構２の一部を構成する歯車２ｈ、２ｇ、２ｆと遊星歯車機構からなるセンサ駆動用減速機７とカップリング８とを介して、回転センサ６の入力軸６Ａに連結されていた。遊星歯車を用いた減速機構は、多くの歯車により構成されていて、該遊星歯車機構で生じる歯車のバックラッシュが非常に大きくなるため、負荷駆動用減速機構の回転軸２ｉと回転センサの入力軸６Ａとの間に遊星歯車機構が介在していると、出力軸の回転変位と回転センサの入力軸の回転変位とが正確に対応しなくなり、検出誤差が大きくなるという問題があった。例えば、負荷駆動用減速機構の回転軸２ｉの回転に対して２５対１の減速比で回転センサの入力軸を回転させるように遊星歯車機構からなるセンサ駆動用減速機７を構成した場合、約３０度ものバックラッシュが生じることが明らかになっている。
【００１１】
また負荷駆動用減速機構の回転を遊星歯車機構を用いた減速機を介して回転センサの入力軸に伝達するようにした場合、遊星歯車機構で生じる歯車のバックラッシュのために、回転センサの出力と減速機の出力軸の回転角度との間の関係を与えるセンサの出力特性に大きなヒステリシスが生じるという問題があった。
【００１２】
図４は、回転センサ６の出力特性にヒステリシスが生じた状態を示したもので、同図において横軸は減速機の出力軸３の回転角を示しており、縦軸は回転センサ６から得られる出力電圧を示している。なお、この例では、回転センサ６がポテンショメータからなっているものとし、ポテンショメータの抵抗体の両端に一定の電圧を印加した際にポテンショメータの出力端子間に得られる電圧を回転センサ６の出力電圧としている。
【００１３】
図４の直線ａ、ｂ及びｃは、回転センサ６の出力電圧と出力軸３の回転角との間の関係を与える特性直線で、減速機の出力軸３を一方向に回転させると回転センサ６の出力電圧は、図４の原点Ｏから直線ａに沿って上昇し、出力軸３の回転角が３６０度に達すると、出力電圧はＶ1 に達する。出力軸３を一方向に３６０度回転させた後、逆方向に回転させると、最初歯車のバックラッシュのために出力軸３の回転が回転センサ６の入力軸に伝達されないため出力軸３が逆方向にΔθ回転する間は、回転センサ６の出力電圧が、図４の直線ｂのように一定に保たれる。
【００１４】
出力軸３の逆方向への回転角がΔθを越える範囲では、出力軸３の回転に伴って回転センサの出力電圧が直線ｃに沿って低下していき、出力軸３の回転角度位置が原点を越えて図示のＯ´点に達したときに回転変位センサ６の出力電圧が０になる。このように減速機の出力軸と回転センサの入力軸との間に多くの歯車が存在すると、歯車のバックラッシュのために、大きなヒステリシスが生じるため、出力軸を一方向に回転させた場合と他方向に回転させた場合とで、回転センサの出力に差が生じることになり、出力軸の回転変位を適確に検出することができないという問題があった。
【００１５】
さらに従来は、回転センサ６とセンサ駆動用減速機７との間にカップリング８を必要としたため、回転センサ及びセンサ駆動用減速機が設けられる部分の軸線方向寸法が長くなって回転センサ部が大形化する上に、部品点数が多くなってコストが高くなるのを避けられなかった。
【００１６】
本発明の目的は、部品点数を削減し、歯車のバックラッシュを少なくすることができ、従来よりも更に高い精度で出力軸の角度を検出することができる減速機付き電動機を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、回転センサの出力電圧と負荷駆動用出力軸の回転角との間に生じるヒステリシスを低減することができる減速機付き電動機を提供することにある。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、部品点数を削減し、組み立てコストの低減を図ることができる減速機付き電動機を提供することにある。
【００１９】
また本発明の更に他の目的は、回転センサとセンサ駆動用減速機とが設けられる部分が大型化するのを防止した減速機付き電動機を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、出力軸の一端が負荷に接続される負荷駆動用減速機構をケース内に収容してなる負荷駆動用減速機と、ケースに取り付けられて回転軸が負荷駆動用減速機構の入力部に結合された電動機と、回転変位が与えられるセンサ入力軸を有して該センサ入力軸の回転角に相応した検出信号を発生する回転センサと、出力軸の回転数に比例した回転数で回転センサのセンサ入力軸を回転させるように電動機の回転をセンサ入力軸に伝達するセンサ駆動機構とを備えて、回転センサから負荷駆動用減速機構の出力軸の回転角に相応した検出信号を得る減速機付き電動機に係わるものである。
【００２１】
本発明においては、回転センサが、センサ入力軸を負荷駆動用減速機構の出力軸と平行に配置した状態でケースに対して固定されている。
【００２２】
またセンサ駆動機構は、負荷駆動用減速機構の出力軸または該出力軸よりも前段側に位置する前記負荷駆動用減速機構の回転軸に設けられたピニオンギアと、回転センサのセンサ入力軸に取り付けられた平歯車とを備えていて、該平歯車とピニオンギアとが直接または他の歯車を介して噛み合わされている。
【００２３】
本発明の好ましい態様では、回転センサが、センサ入力軸を負荷駆動用減速機構の出力軸と平行に配置した状態で、かつセンサ入力軸の先端を出力軸の他端が指向する方向と同方向に向けた状態でケースに対して固定される。
【００２４】
回転センサは、センサ入力軸の回転角に相応した検出信号を出力するもので、この種のセンサとしては、ポテンショメータのように抵抗値の変化を利用したものや、差動変圧器のようにインダクタンスの変化を利用したもの等のアナログ式のセンサと、微小回転角度毎にパルスを発生するロータリーエンコーダ等のデジタル式のセンサとがあるが、本発明で用いる回転センサは、これらいずれの形式でもよい。いずれの形式の回転センサを用いるかは、アクチュエータの用途及びその出力信号を入力する制御装置の構成に応じて決定する。回転センサが出力する検出信号は、電気信号（電圧、電流、抵抗値、リアクタンス値等）であってよく、光信号であってもよい。
【００２５】
上記のように、負荷駆動用減速機構の回転軸にピニオンギアを設けるとともに、回転センサの入力軸に平歯車を取り付けて、ピニオンギアと平歯車とを直接または他の歯車を介してかみ合わせるようにすると、遊星歯車機構を用いる場合のように多くのバックラッシュが生じることがないため、高い精度で出力軸の角度を検出することができる。
【００２６】
また上記のように構成すると、出力軸と回転センサの入力軸との間に存在する歯車伝達系で生じる歯車のバックラッシュを少なくすることができるため、回転センサの出力と負荷駆動用減速機構の出力軸の回転角との間に生じるヒステリシスを低減して、出力軸の回転角の検出精度を高めることができる。
【００２７】
さらに上記のように構成すると、回転センサの入力軸と負荷駆動用減速機構の回転軸との間にカップリングを介在させる必要がないため、回転センサ部の軸線方向寸法が大きくなるのを防いで、回転センサ部の小形化を図ることができる上に、部品点数の削減と組立て工数の削減とを図って、コストの低減を図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の−実施形態を示したもので、同図において、１１は第１のケース半部１１Ａ及び第２のケース半部１１Ｂに２つ割にされたケースであり、第１及び第２のケース半部１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれの開口部を突き合わせた状態で通しボルト１１Ｃにより相互に締結されている。
【００２９】
ケース１１には歯車１２ａ〜１２ｈを備えた歯車減速機構からなる負荷駆動用の減速機構１２が収容されている。減速機構１２の出力軸１３は、第１のケース半部１１Ａ及び第２のケース半部１１Ｂにそれぞれ軸受１４及び１４´を介して支持され、該出力軸１３の負荷に接続される一端１３ａは、第２のケース半部１１Ｂの底壁部１１B1に設けられた孔１１B2を通して外部に導出されている。ケース１１と、歯車減速機構１２と、出力軸１３とにより、負荷駆動用減速機１５が構成されている。
【００３０】
電動機１６は第１のケース半部１１Ａに取り付けられ、ケース１１内に挿入された電動機１６の回転軸１６ａの先端部に減速機構１２の入力部を構成する歯車１２Ａが直接刻まれている。ケース半部１１Ａには、筒状の突出部１１A1が一体に形成されており、突出部１１A1の内側に形成された空所内に減速機構１２の出力軸１３の他端が導入されている。
【００３１】
筒状突出部１１A1の内側の空所内には回転センサ１７が配置されている。回転センサ１７は、円形のパターンを有する抵抗体を保持した基板と、抵抗体上を摺動する摺動接点とを円筒状のケース内に収容したものからなるセンサ本体１７ａとセンサ本体１７ａの一端に突設された管状の首部１７ｂの内側を回転自在に貫通した状態で支持されて本体１７ａ内で上記摺動接点に連結されたセンサ入力軸１７ｃとを備えたエンドレス形のポテンショメータからなっている。回転センサ１７の回転軸は双方向に３６０度回転し得るようになっていて、センサ入力軸１７ｃが１回転すると接点と抵抗体の一端との間の抵抗値が零に戻るようになっている。
【００３２】
図示の例では、回転センサ１７を保持するために、有底の浅い円筒部１８ａと、該円筒部１８ａの外周部から径方向の外側に突出したつば板部１８ｂとを一体に有するセンサプレート１８が設けられている。回転センサ１７は、その首部１７ｂをセンサプレート１８の円筒部１８ａの底部中央に形成された孔に嵌合させた状態で配置されていて、円筒部１８ａ内で首部１７ｂの外周に設けられたネジに螺合されたナット１８ｃにより、センサプレート１８が回転センサ１７の本体１７ａに締結されている。
【００３３】
回転センサ１７を保持したセンサプレート１８は、第１のケース半部１１Ａに設けられた突出部１１A1の内側に挿入されて、そのつば板部１８ｂが突出部１１A1の内側に設けられたセンサ取り付け部１９に当接されてネジ２０により該センサ取り付け部１９に締結されている。このようにしてセンサプレート１８をセンサ取り付け部１９に固定した状態で、回転センサ１７のセンサ入力軸１７ｃが負荷駆動用減速機の出力軸１３と平行に、かつセンサ入力軸１７ｃの先端が出力軸１３の他端が指向する方向と同じ方向に向いた状態で配置されるようになっている。センサプレート１８のつば板部には軸貫通孔１８ａが形成され、負荷駆動用減速機の出力軸１３の他端が軸貫通孔１８ａを緩く貫通した状態で回転センサ１７のセンサ入力軸１７ｃの側方に配置されている。
【００３４】
回転センサ１７のセンサ入力軸１７ｃには、平歯車２３Ａが取り付けられている。図示の平歯車２３Ａは、ボス部２３A1を有していて、該ボス部の内側に断面がＤ字形を呈する孔が形成され、回転センサ１７のセンサ入力軸１７ｃに形成された断面Ｄ字形の部分がボス部２３A1の内側の孔に嵌合されて、平歯車２３Ａとセンサ入力軸１７ｃとが、両者間に相対的な回転が生じない状態で結合されている。平歯車２３Ａのボス部にはまた該ボス部を径方向に貫通したネジ孔が設けられていて、該ネジ孔に螺合されたネジ２４により平歯車２３Ａが回転センサのセンサ入力軸１７ｃに固定されている。
【００３５】
センサプレート１８のつば板部に設けられた軸貫通孔を緩く貫通した出力軸１３の他端の外周には、センサ駆動用減速機の入力部を構成するピニオンギア２３Ｂが刻設され、該ピニオンギア２３Ｂが平歯車２３Ａに噛み合わされている。ピニオンギア２３Ｂと平歯車２３Ａとによりセンサ駆動用減速機２３が構成され、負荷駆動用減速機構１２と、センサ駆動用減速機２３とにより、出力軸１３の回転数に比例した回転数で回転センサ１７のセンサ入力軸１７ｃを回転させるように電動機１６の回転をセンサ入力軸１７ｃに伝達するセンサ駆動機構が構成されている。突出部１１A1の開口部は、ネジ２５により該突出部１１A1の開口端部に固定された蓋板２６により閉鎖されている。
【００３６】
図１に示した例では、センサ駆動用減速機２３と回転センサ１７とにより、回転変位検出器２７が構成されている。
【００３７】
上記のように構成すると、負荷駆動用減速機の出力軸１３と回転センサ１７との間に多くの部品を配置する必要がないため、部品点数を削減することができる。また出力軸１３と回転センサ１７との間に介在する歯車の数を少なくすることができるため、歯車のバックラッシュを少なくして、高い精度で出力軸の角度を検出することができる。
【００３８】
また上記のように構成すると、歯車のバックラッシュを少なくすることができるため、回転センサ１７の出力と負荷駆動用減速機の出力軸１３の回転角との間に生じるヒステリシスを低減して、出力軸の回転角の検出精度を高めることができる。
【００３９】
さらに上記のように構成すると、図３に示した従来の減速機部品点数を削減し、組み立て工数を削減することができるため、コストの低減を図ることができる。
【００４０】
また上記のように構成すると、センサ駆動用減速機を直接回転センサに結合することができるため、回転センサとセンサ駆動用減速機との間にカップリングを設ける必要がない。従って回転センサ及びセンサ駆動用減速機が設けられる部分が大形化するのを防ぐことができる。
【００４１】
図２は、本発明に関わる減速機付き電動機の他の構成例の要部を示したもので、図２において、図１の各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号を付してある。図２に示した例では、負荷駆動用減速機構の出力軸１３（図２には図示せず。）よりも１つだけ前段の負荷駆動用減速機構１５の回転軸１２ｇの先端が回転センサ側に導出されて、該回転軸１２ｇの先端にピニオンギア２３Ｂが設けられている。この例ではまた、センサ１７の入力軸１７ｃに取り付けられる平歯車２３Ａとして、図１の例で用いたものと同じものが用いられて、該平歯車２３Ａのボス部２３A1がセンサ１７側に向けられている。また図２に示した例では、ピニオンギア２３Ｂと平歯車２３Ａとの間を回転センサの入力軸１７ｃと平行に延びる軸３０がセンサプレート１８に固定されていて、該軸３０に中間歯車２３Ｃが取り付けられている。中間歯車２３Ｃは、大歯車２３C1と小歯車２３C2とを一体に有していて、大歯車２３C1を回転センサ１７側に位置させた状態で軸３０に取り付けられ、大歯車２３C1がピニオンギア２３Ｂに、小歯車２３C2が平歯車２３Ａにそれぞれ噛み合わされている。
【００４２】
図２に示すように、平歯車２３Ａとピニオンギア２３Ｂとの間に中間歯車２３Ｃを介在させると、出力軸１３の回転に対する回転センサ１７のセンサ入力軸１７ｃの減速比を大きくすることができるため、回転センサ１７により検出できる回転角度範囲を拡大することができる。
【００４３】
また上記のように、必要に応じて平歯車２３Ａの向きを反転させて用いるようにすると、センサ駆動用減速機を２つの歯車２３Ａ，２３Ｂにより構成する場合と、３つの歯車２３Ａ〜２３Ｃにより構成する場合とに、同じ平歯車を共用することができるため、用意しておく歯車の種類を少なくしてコストの低減を図ることができる。
【００４４】
図２に示した例において、他の部分の構成は図１に示した例と同様に構成されている。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、負荷駆動用減速機構の回転軸にピニオンギアを設けるとともに、回転センサの入力軸に平歯車を取り付けて、ピニオンギアと平歯車とを直接または他の歯車を介して噛み合わせるようにしたので、遊星歯車機構を用いる場合のように多くのバックラッシュが生じるのを防いで、高い精度で出力軸の角度を検出することができる。
【００４６】
また本発明によれば、出力軸と回転センサのセンサ入力軸との間に存在する歯車伝達系で生じる歯車のバックラッシュを少なくすることができるため、回転センサの出力と負荷駆動用減速機構の出力軸の回転角との間に生じるヒステリシスを低減して、出力軸の回転角の検出精度を高めることができる。
【００４７】
さらに本発明によれば、回転センサのセンサ入力軸と負荷駆動用減速機構の回転軸との間にカップリングを介在させる必要がないため、回転センサ部の軸線方向寸法が大きくなるのを防いで、回転センサ部の小形化を図るとともに、部品点数の削減と組立て工数の削減とを図って、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関わる減速機付き電動機の構成例を示した縦断面図である。
【図２】  本発明に関わる減速機付き電動機の他の構成例の要部のみを示した縦断面図である。
【図３】  従来例を示した縦断面図である。
【図４】  従来の減速機付き電動機において回転センサの出力電圧と負荷駆動用出力軸の回転角との間に生じていたヒステリシスを説明するための線図である。
【符号の説明】
１３  出力軸
１７  回転センサ
１７ｃ  入力軸
１８  センサプレート
２３Ａ  平歯車
２３Ｂ  ピニオンギア
２３Ｃ  中間歯車
【図１】
0004403593.tif 000002
【図２】
0004403593.tif 000003
【図３】
0004403593.tif 000004
【図４】
0004403593.tif 000005