CN100368707C - 齿轮的齿隙消除结构及驱动器 - Google Patents

Abstract

一种具有以简单结构消除齿轮间的齿隙并能保持合适的啮合关系的齿轮的齿隙消除结构和具有这种机构的驱动器。在输出轴(7)上固定驱动齿轮(33)。在机架(15)上设置有能以支撑轴(37)为转动中心转动自如的转动板(35)，将检测输出轴(7)转动角度的旋转型电位器(30)固定在该转动板(35)上。另外，将从动齿轮(34)固定在电位器(30)的输出轴(31)上。将转动板(35)向输出轴(7)侧旋转所需角度，使从动齿轮(34)与驱动齿轮(33)进行无齿隙啮合。然后，用2只固定螺钉(38A、38B)将转动板(35)固定在机架(15)上。

Description

齿轮的齿隙消除结构及驱动器

技术区域

本发明涉及一种齿轮的齿隙消除结构及驱动器。

背景技术

在对蝶形阀、球形阀等阀的开度进行调整的电动式驱动器中，由动作位置检测机构检测出其输出轴的实际转动角度，并将检测信号向控制部反馈。作为动作位置检测机构，通常使用旋转型的电位器，并经齿轮系向其旋转轴传递驱动器输出轴的旋转。在此情况下，如果齿轮之间啮合，则产生齿隙，而由此引起噪音和振动等会大大影响检测精度。因此，在要求既防止噪音和振动的发生，又能进行高精度的角度检测的时候，如特开平6-82668号(在先文献1)，特开平6-226803号(在先文献2)和特开平11-082698号(在先文献3)所述那样，要附加消除齿轮的齿隙的机构。

所述在先文献1，涉及一种镜头驱动装置和照相机的镜头移动装置。在在先文献1中，在作为驱动源的马达和电位器输出端分别设置的齿轮和与这些齿轮啮合的中间齿轮被设置在单元台上。通过由弹簧机构对安装在驱动部本体并能转动的单元台施加弹力作用，可自动消除齿轮间产生的齿隙。

上述在先文献2涉及一种成形机的定位装置。在在先文献2中，在驱动机构上安装有齿条和齿条支撑部件。与齿条啮合并与旋转型电位器连接的副齿轮(Pinion)的一端，通过可摇动地由轴支撑的摇动部件，被安装在可旋转的固定部件上。用弹簧将摇动部件另一端靠压在固定部件上，以便使副齿轮推压齿条，同时能产生齿条轴向的分力。

上述在先文献3涉及一种齿轮的齿隙消除结构。在在先文献3中，将在气缸单元上固定安装的从动齿轮的旋转轴定位用孔，以对设置在气缸单元上的驱动齿轮进行轴支的固定轴的嵌合孔为基准，以保持驱动齿轮与从动齿轮具有消除齿隙的适当啮合关系的轴心间距离而设置。在旋转轴的轴心，设置带有定位部的贯穿孔，并在该贯穿孔中穿过具有嵌合在定位部和定位孔中的卡具部的定位用轴。以在定位部和定位孔中嵌合卡具部的状态，将旋转轴和从动齿轮的机箱组装在气缸单元上。

如在先文献1和在先文献2中公开的消除齿隙的以往的机构，都是利用由弹簧靠压摇动自如的部件、使齿轮之间啮合并消除其齿隙。因此，部件数量仅增加的弹簧就使得结构复杂并且造价高。而且，弹簧的组装作业也是很麻烦问题。

在在先文献3中公开的齿轮的齿隙消除结构中，由于必需高精度制作嵌合孔、定位孔、与这些孔嵌合的轴以及卡具部等，也带来了造价高的问题。

作为消除齿隙的其他方法，可使用提高齿轮尺寸的精度、或使齿厚变厚的无齿隙齿轮来消除齿隙。然而，在此情况下，由于需要订购特殊部件，造成齿轮造价高，因此不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有以简单结构来消除齿轮间的齿隙、并能保持其适当的啮合关系的齿轮的齿隙消除结构和驱动器。

为达到上述目的，本发明的齿轮的齿隙消除结构，具有：装配在输出轴上的驱动齿轮、检测输出轴的转动角度的电位器、装配在所述电位器的旋转轴上的从动齿轮、装配有所述电位器并通过转动使所述从动齿轮逐渐与所述驱动齿轮啮合来消除两齿轮间的齿隙的转动板和在消除了所述从动齿轮与驱动齿轮的齿隙的转动位置固定所述转动板的固定机构，若相对于所述从动齿轮的中心、将所述转动板的中心沿Y轴座标方向和X轴座标方向偏移的距离分别设为a，b，令连接两齿轮啮合前的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线、与连接两齿轮啮合后的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线所形成的角度为θ，则根据

$\frac{a}{b}>\frac{\sin \mathrm{\θ}}{1-\cos \mathrm{\θ}}$

决定a、b和θ的值。

本发明提供的驱动器，具有：驱动马达、由所述驱动马达进行正反旋转的输出轴、对所述输出轴的动作范围在单位范围作可变设定的动作范围设定机构、和检测所述输出轴的动作角度的动作位置检测机构；所述动作位置检测机构，具有：传递所述输出轴的旋转的旋转轴、检测所述旋转轴的动作角度的电位器、装配在所述输出轴上的驱动齿轮、装配在所述旋转轴上的从动齿轮、装配有所述电位器、并由转动使所述从动齿轮逐渐与所述驱动齿轮啮合来消除两齿轮间的齿隙的转动板、和在消除了所述从动齿轮与驱动齿轮的齿隙的转动位置、固定所述转动板的固定机构，其中，若将对于所述从动齿轮的中心、所述转动板的中心沿Y轴座标方向和X轴座标方向偏移的距离分别设为a，b，令连接两齿轮啮合前的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线、与连接两齿轮啮合后的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线所形成的角度为θ，则根据

$\frac{a}{b}>\frac{\sin \mathrm{\θ}}{1-\cos \mathrm{\θ}}$

决定a、b和θ的值。

根据这样的结构，不用弹簧等靠压机构，对各零配件也无高精度加工要求，能廉价消除齿轮的齿隙并能得到合适的啮合关系，而且也容易进行组装操作。

在齿轮之间啮合时，在使设有从动齿轮的板作直线移动进行啮合的情况下，当齿的前端面互相对合时而齿轮不相互啮合，必须使任意一方的齿轮稍微转动来进行啮合。与此相对，在用转动板的情况下，由于当该板的转动时从动齿轮也一体转动，所以，若从动齿轮和驱动齿轮的齿的前端面互相对合而未能正常啮合，则在两齿轮间会产生滑动。因此，这与板作直线移动使齿轮间啮合的情况相比，能实现可靠的啮合。

附图说明

图1为本发明一实施例中带有驱动器的阀的主视图。

图2为去掉图1所示的驱动器盖来表示内部结构的分解立体图。

图3为图2所示的驱动器的剖面图。

图4为表示图3所示的动作位置检测机构的安装结构俯视图。

图5为表示图3所示的动作位置检测机构的安装结构俯视图。

图6A～C为说明齿轮之间啮合状态的示意图。

图7为表示图6A～C所示的转动板的旋转支点在优选范围的示意图。

图8为表示转动中心的偏移、转动板的转动角度、电位器(从动齿轮)的移动量的示意图。

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本发明。

图1～图3为说明将本发明一实施例的齿轮的齿隙消除结构、应用于对在建筑物内空调设备配管中流动的流体流量进行控制的电动式驱动阀用的驱动器中的例子。

如图1所示，直动型的驱动阀1具有：形成流体流路的阀本体2、组装入阀本体2内并能在上下移动自如的、上端向外部突出的阀轴3、控制安装在阀轴3一端的阀本体2内的流路开闭的阀芯4。阀轴3的另一端通过曲柄机构5与驱动器6的输出轴7连接。驱动阀1的开度，全闭角为-80°(可变)，全开角为+80°(可变)，全动作角为160°(固定)。根据驱动器6调整的全闭角和全开角各角度可调整范围为±5°，以1°为单位进行调整。例如，若将全闭角设定为一83°，则连动设定全开角为77°。曲柄机构5由第1、第2的连杆5A、5B组成，把输出轴7的旋转转换成直线往复运动并向阀轴3传递。

如本实施例所示，作为由驱动器6开闭控制的驱动阀，其阀轴3作直线往复运动的直动型驱动阀1，不能直接以角度表示全閉和全开的状态。然而，由于阀轴3的移动量由输出轴7(第1连杆5A)的旋转角度θ、第1连杆5A的转动支点P₁、P₂间的距离R和第2连杆5B的转动支点P₂、P₃间的距离L来决定，所以在此输出轴7的实际动作角度用驱动阀1的全闭角和全开角来表示。而且，在适用于球形阀和蝶形阀等旋转型驱动阀的情况下，不必使用曲柄机构5，因此用连接帽直接连接阀轴3和输出轴7即可。

如图2、图3所示，驱动器6包括：通过驱动阀1上部设在的框架8(图1)上的托座10(图1)所设置的筐体9、遮蔽筐体9的开口部的盖(未图示)、在筐体9内配设的驱动马达11、由驱动马达11正反旋转的输出轴7、将输出轴7的动作范围可变设定在±5°范围的动作范围设定机构12、端子台13、电路基板组合体14、机架(固定部件)15、以及检测输出轴7的实际动作位置(角度)的动作位置检测机构16。输出轴7一端7A，向筐体9的外部突出，第1连杆5A(图1)一端被固定。在输出轴7的另一端7B，如图3所示，安装有动作范围设定机构12的多个构成部件的一部份。

动作范围设定机构12包括：由固定螺钉21将嵌合在输出轴7另一端7B上的下端筒部固定的凸轮支撑体20、通过窝模机构22和斜契机构23可装卸且可转动地安装在凸轮支撑体20上的凸轮24和刻度板25、通过凸轮24相对向地固定在电路基板组合体14上的一对限位开关(全闭开关，全开开关)26、27。全闭开关26，在阀1为全闭状态时，通过将辊28靠在凸轮24的大径部24A上来接通。全开开关27，在阀1为全开状态时，通过同样地将辊29靠在凸轮24的大径部24A上来接通。

如图5所示，使用旋转型的电位器30作为动作位置检测机构16，并且输出轴7的旋转由齿轮系32传递给该旋转轴31。齿轮系32，由装配在输出轴7上的驱动齿轮33和装配在旋转轴31上的从动齿轮34构成。驱动齿轮33，如图3所示，由大径齿轮部33A和小径齿轮部33B构成。大径齿轮部33A，与装配在驱动马达11的驱动轴上的驱动齿轮啮合，小径齿轮部33B与从动齿轮34啮合。这样构成的电位器30，固定在接近输出轴7配设的转动板35上。

如图4所示，由在机架15上突出设置的支撑轴37轴支着转动板35，使得该转动板35可在接近以及离开驱动齿轮33的方向上转动。转动板35，在消除齿轮系32的齿隙后，由2只固定螺钉38A，38B固定在机架15上。因此，在转动板35上，固定螺钉38A，38B穿过的2个长孔39A，39B被形成在支撑轴37的两侧。

对于驱动齿轮33(小径齿轮部33B)，使用模数m＝0.5、齿数Z₁＝57的标准直齿圆柱型轮。对于从动齿轮34，使用模数m＝0.5、齿数Z₂＝22的标准直齿圆柱型轮。

如图6A所示，在驱动齿轮33与从动齿轮34处于相离状态时，转动板35向图中左方(以支撑轴37为中心的逆时针方向)倾斜4°左右。在此状态下的两齿轮33，34的轴间距离A₁为21.2mm。

如图6B所示，在驱动齿轮33与从动齿轮34开始啮合的状态时，转动板35呈不倾斜的状态。在此状态下，两齿轮33、34的轴间距离A₂从21.2mm缩短至20.25mm。

而且，在此状态的转动板35的转动中心O₁(支撑轴37)，从电位器30(从动齿轮34)的中心O，在Y座标轴方向(与2个齿轮33、34的中心连接线40垂直的方向)仅以距离b(＝13.5mm)、在X座标轴方向(与中心连接线40平行的方向)仅以距离a(＝2.25mm)进行偏移。

如图6C所示，驱动齿轮33和从动齿轮34在正好啮合的状态时，两齿轮33，34的节距圆一致且齿隙被消除。在状态下，转动板35向图中右方(以支撑轴37为中心的顺时针方向)倾斜3°左右。两齿轮33、34的轴心间距离A为19.75mm。

关于转动板35设置转动中心O₁的优选范围，从组装、调整等方面考虑，是在如图7实斜线所示的范围I内。即，此范围I，由电位器30外形内的区域A、驱动齿轮33(小径齿轮部33B)内的区域B、在包含中心连接线40的该附近部且与从动齿轮34的驱动齿轮33的相反侧的白色细长的三角形区域C、以及除固定螺钉38A、38B的可动部份D、E以外的其外侧周边区域组成。

在安装电位器30时，预先松开2只固定螺钉38A、38B，使转动板35对于机架15能转动自如后，在此状态下、将电位器30固定设置在转动板35上。这时，如图6A所示，让转动板35从输出轴7向离开方向转动最大角度(4°程度)、以便使从动齿轮34与驱动齿轮33不发生啮合。

然后，使转动板35沿顺时针方转动所需角度，使从动齿轮34与驱动齿轮33啮合。转动板35沿顺时针方向转动大致4°后呈水平位置，从动齿轮34与驱动齿轮33便开始啮合(图6B)。使转动板35进一步转动小角度(3°程度)便完全啮合，使驱动齿轮33与从动齿轮34的节距圆一致，消除了两齿轮间的齿隙(图60C)。在此状态下，拧紧固定螺钉38A、38B，将转动板35固定在机架15上，便完成了对于驱动器6的电位器30的组装作业。

接着，研讨对于输出轴7安装电位器30情况下的设置条件。

在图8中，从电位器30(从动齿轮34)的中心O、将转动板35的转动中心O₁沿Y座标轴方向(与中心连接线40垂直的方向)和X座标轴方向分别偏移距离为a、b，若令通过转动板35的转动中心O₁的垂直线与连接啮合前的电位器30的中心O和转动板35的转动中心O₁的连线所形成的角度为θ₁，连接啮合前的电位器30的中心O与转动板35的转动中心O₁的连线所形成的角度为θ，转动板35转动而使齿轮33、34之间啮合时电位器30中心O的水平方向的移动量为Δx，则下列式(1)～(4)的关系成立：

$\sqrt{a^2+b^2}\·{\sin \mathrm{\θ}}_1=a.............\left(1\right)$ ${\sin \mathrm{\θ}}_1=\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}}.........{\left(1\right)}^{\′}$

$\sqrt{a^2+b^2}\·{\cos \mathrm{\θ}}_1=b..............\left(2\right)$ ${\cos \mathrm{\θ}}_1=\frac{b}{\sqrt{a^2+b^2}}.........{\left(2\right)}^{\′}$

$\sqrt{a^2+b^2}\·{\sin \mathrm{\θ}}_2=a+\mathrm{\Δx}......\left(3\right)$ ${\sin \mathrm{\θ}}_2=\frac{a+\mathrm{\Δx}}{\sqrt{a^2+b^2}}.........{\left(3\right)}^{\′}$

θ₁+θ＝θ₂………(4)

由上述(1)～(4)式可求出Δx和θ的关系，得到下式(5)：

${\sin \mathrm{\θ}}_2=\sin ({\mathrm{\θ}}_1+\mathrm{\θ})=\sin {\mathrm{\θ}}_1\·\cos \mathrm{\θ}+{\cos \mathrm{\θ}}_1\·\sin \mathrm{\θ}=\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}}\·\cos \mathrm{\θ}+\frac{b}{\sqrt{a^2+b^2}}\·\sin \mathrm{\θ}$

$\frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}}\·\cos \mathrm{\θ}+\frac{b}{\sqrt{a^2+b^2}}\·\sin =\frac{a+\mathrm{\Δx}}{\sqrt{a^2+b^2}}$

Δx＝a·(cosθ-1)+b·sinθ………(5)

在此，求出Δx＞0的条件(在将电位器组装只移动θ角度时，与齿轮33、34的中心间距离A接近的条件)，可以求得如图7所示的说明优选范围I。

在此，为了满足上式(5)式的条件式，如以下不等式(6)所示，要决定满足此不等式的a，b，θ的值。

$\frac{a}{b}>\frac{\sin \mathrm{\θ}}{1-\cos \mathrm{\θ}}.........\left(6\right)$

在具有由此结构构成的齿轮的齿隙消除结构的驱动器6中，能够消除驱动齿轮33与从动齿轮34之间的齿隙，使两齿轮进行正合适的啮合。因此，能高精度地检测输出轴7的实际动作角度，用动作位置检测机构16提高检测精度。

而且，转动转动盘35、使从动齿轮34与驱动齿轮33的节距圆一致地进行啮合，在此状态下，用固定螺钉38A、38B将转动板35固定在机架15上即可。因此，不需要用弹簧等靠压机构，能使结构简化而且能减少零配件和组装工序。

并且，若通过转动转动板35使从动齿轮34与驱动齿轮33啮合，则即使在两齿轮的齿的前端面互相对合但不啮合的情况下，也可由旋转自如的从动齿轮33的旋转而在两齿轮间产生滑动。因此，能使从动齿轮34与驱动齿轮33自动啮合，与由直线移动进行啮合情况相比要好。即，在由直线移动进行啮合的情况下，即使两齿轮的齿前端面之间互相对合，也不产生由旋转产生的两齿轮间滑动，操作者必须用手使齿轮转动进行啮合。

而且，在上述的实施例中，将驱动器6用于空调设备的电动式驱动阀，但不仅限于此。例如，也可用于开闭燃烧装置或通风管道的排气口的调节风门。

如以上说明的那样，本发明所涉及的齿轮的齿隙消除结构和驱动器，以简单结构能可靠地消除齿轮间的齿隙，确保合适的啮合关系。另外，能高精度地检测输出轴的实际动作角度。而且，由于不需要弹簧等，所以能减少零配件数量，能提供廉价的产品。

Claims (6)

1.一种齿轮的齿隙消除结构，其特征在于，具有：

装配在输出轴(7)上的驱动齿轮(33)、

检测输出轴的转动角度的电位器(30)、

装配在所述电位器的旋转轴(31)上的从动齿轮(34)、

装配有所述电位器、并通过转动使所述从动齿轮逐渐与所述驱动齿轮啮合来消除两齿轮间的齿隙的转动板(35)、和

在消除了所述从动齿轮与驱动齿轮的齿隙的转动位置、固定所述转动板的固定机构(38A、38B)，

其中，若相对于所述从动齿轮的中心、将所述转动板的中心沿Y轴座标方向和X轴座标方向偏移的距离分别设为a，b，令连接两齿轮啮合前的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线、与连接两齿轮啮合后的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线所形成的角度为θ，则根据

$\frac{a}{b}>\frac{\sin \mathrm{\θ}}{1-\cos \mathrm{\θ}}$

决定a、b和θ的值。

2.根据权利要求1所述的齿轮的齿隙消除结构，其特征在于：还具有由所述固定机构固定所述转动板的固定部件(15)。

3.根据权利要求2所述的齿轮的齿隙消除结构，其特征在于：还具有形成在所述转动板上的至少1个长孔(39A、39B)，

所述固定部件，至少由1个螺钉构成，所述螺钉，穿过所述长孔，并在所述转动位置将所述转动板固定在所述固定部件上。

4.一种驱动器，其特征在于，具有：

驱动马达(11)、

由所述驱动马达进行正反旋转的输出轴(7)、

对所述输出轴的动作范围在单位范围作可变设定的动作范围设定机构(12)、和

检测所述输出轴的动作角度的动作位置检测机构(16)；

所述动作位置检测机构，具有：

传递所述输出轴的旋转的旋转轴(31)、

检测所述旋转轴的动作角度的电位器(30)、

装配在所述输出轴上的驱动齿轮(33)、

装配在所述旋转轴上的从动齿轮(34)、

装配有所述电位器、并由转动使所述从动齿轮逐渐与所述驱动齿轮啮合来消除两齿轮间的齿隙的转动板(35)、和

在消除了所述从动齿轮与驱动齿轮的齿隙的转动位置、固定所述转动板的固定机构(38A，38B)，

其中，若将对于所述从动齿轮的中心、所述转动板的中心沿Y轴座标方向和X轴座标方向偏移的距离分别设为a，b，令连接两齿轮啮合前的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线、与连接两齿轮啮合后的所述从动齿轮的中心和所述转动板的转动中心的连线所形成的角度为θ，则根据

$\frac{a}{b}>\frac{\sin \mathrm{\θ}}{1-\cos \mathrm{\θ}}$

决定a、b和θ的值。

5.根据权利要求4所述的驱动器，其特征在于：还具有由所述固定机构固定所述转动板的固定部件(15)。

6.根据权利要求5所述的驱动器，其特征在于：还具有形成在所述转动板上的至少1个长孔(39A、39B)，

所述固定部件，至少由1个螺钉构成，所述螺钉，穿过所述长孔，并在所述转动位置将所述转动板固定在所述固定部件上。

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