CN101156298A - 微型电动机用的电动机轴及微型电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种，通过减速用齿轮机构能够得到大的减速比，并且能够确保轴和小齿轮之间的高同轴度的微型电动机用的电动机轴；微型电动机由于电动机转矩非常小，即使是直径小于等于轴直径的小齿轮对于电动机转矩也具有充分的强度，因此在轴的前端侧上与轴呈整体地形成了所具有的外径小于等于轴外径的小齿轮；由于能够使小齿轮充分地小直径化，因此通过减速用齿轮机构能够得到大的减速比，并且由于将小齿轮与电动机轴本身呈整体地形成，因此能够确保轴和小齿轮之间的高同轴度。

Description

微型电动机用的电动机轴及微型电动机
技术领域
本发明涉及的是，作为各种小型装置类的驱动源而被使用的微型电动机用的电动机轴(motor shaft)、以及利用该电动机轴的微型电动机和微型齿轮传动电动机。
背景技术
现有技术下，作为内装于便携式电话机的无声呼叫用产生振动装置的驱动源等，利用外径为数mm左右的微型电动机。另外，可以认为这种微型电动机作为医疗设备(例如，内视镜前端部的透镜驱动机构或子宫内诊断治疗装置的驱动机构)以及各种最尖端装置类的驱动源，今后其利用领域会日益扩大。
一般来说，在将微型电动机使用于如医疗设备等的小型装置类的情况下，是作为连接了具有减速用齿轮机构的齿轮头的微型齿轮传动电动机而装入装置内的(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本公开公报、特开2001-119894号
如图4所示，该微型齿轮传动电动机，由电动机轴22上固定有小齿轮(pinion)23的电动机部20(微型电动机)、和通过上述小齿轮23与该电动机部20驱动连接的减速用齿轮头部21构成。上述小齿轮23通过将电动机轴22压入或粘结于其安装孔(中心贯穿孔)内，而固定于电动机轴22上。另外，上述减速用齿轮头部21上内装有减速用齿轮机构部24，上述小齿轮23与其头档齿轮(first gear)26啮合，电动机轴22的驱动力经过减速用齿轮机构部24后传到输出轴25上。
发明内容
发明所要解决的课题
根据利用微型齿轮传动电动机的装置的不同，存在必须通过减速用齿轮机构部得到大的减速比的情况。减速比是由减速用齿轮机构部侧的齿轮齿数和电动机轴侧的小齿轮的齿数之间的关系来决定的，而且减速用齿轮机构部侧的齿轮齿数越多，另外小齿轮的齿数越少就越能够得到大的减速比。但是，由于减速用齿轮头部存在大小(直径)上的限制，因此在增加减速用齿轮机构部侧的齿轮齿数上有限度，另一方面，在如上述那样构造的现有技术下的微型齿轮传动电动机中，在缩小小齿轮直径从而减少齿数时也有限度。因此，在现有技术下的微型齿轮传动电动机中，存在无法得到充分大的减速比的问题。
另外，在现有技术下的微型电动机中，小齿轮通过粘结或压入等的方法接合于电动机轴，但是该接合构造上存在如下问题。
(a)由于需要用于将极小尺寸的小齿轮和电动机轴粘结或压入的工序，因此不仅会导致成本提高，而且会产生通过反复运转接合部发生松驰，从而小齿轮滑动等的不良情况。
(b)由于是极小尺寸的部件彼此之间的接合，因此难以确保电动机轴和小齿轮的同轴度，从而无法得到小齿轮和减速用齿轮机构部侧的头档齿轮之间的良好的啮合状态，容易成为电动机发生故障或产生噪音的原因。
因此，为了解决如以上所述的现有技术下的课题，本发明的目的在于提供一种，通过减速用齿轮机构能够得到大的减速比，同时，能够确保电动机轴和小齿轮的高同轴度，而且不会产生小齿轮滑动等的不良情况的微型电动机用的电动机轴。
另外，本发明的其他目的在于提供一种，利用上述电动机轴的微型电动机及微型齿轮传动电动机。
解决课题的手段
如上所述，在微型齿轮传动电动机中欲得到大的减速比的情况下，由于电动机大小(直径)上的限制，无法通过增大减速用齿轮机构部侧的齿轮直径来增加齿数。因此，本发明人从使电动机轴的小齿轮小直径化的角度出发进行了详细的研究，此时，相对于通过安装孔将小齿轮接合于电动机轴的现有技术下的构造，得到了通过将小齿轮与电动机轴本身整体地形成(成形)从而使小齿轮极限小直径化的、即形成为小于等于轴直径的小齿轮直径的启发。但是，从现有技术下的技术人员的技术常识来看，如果采用如上述那样使小齿轮小直径化至小于等于电动机轴的直径的构造的话，可以预料出小齿轮的强度会明显不足，而且由于因电动机转矩而引起的负荷，会频繁地发生小齿轮(＝电动机轴的一部分)的破损或疲劳断裂的情况。然而，本发明人通过实际地试制同构造的微型齿轮传动电动机，并进行反复运转试验后判明了，与当初的预想完全相反地并不会产生小齿轮因强度不足而引起的破损、或因反复负载的负荷而引起的疲劳断裂，实用上完全没有问题能够得到充分的耐久性。之所以这样，可以认为是由于微型齿轮传动电动机与一般的电动机或其他小型电动机相比电动机转矩非常小(通常为数μNm～数百μNm左右)，因此即使是直径小于等于轴直径的小齿轮对于电动机转矩也具有充分的强度，是现有技术下从未所知晓的微型齿轮传动电动机所特有的性能。
本发明是基于以上的启发和想法来进行的，其要点如下。
(1)一种微型电动机用的电动机轴，以在轴的前端侧与轴呈整体地形成有小齿轮、该小齿轮外径小于等于轴外径为特征。
(2)微型电动机用的电动机轴，以在上述(1)的电动机轴中，轴的外径为1mm以下为特征。
(3)一种微型电动机，以设有上述(1)或(2)的电动机轴为特征。
(4)微型电动机，以在上述(3)的微型电动机中，微型电动机的外径为4mm以下为特征。
[0009]
(5)一种微型齿轮传动电动机，以设有由上述(3)或(4)的微型电动机构成的电动机部、和通过形成于电动机轴上的小齿轮与该电动机部驱动连接的减速用齿轮头部为特征。
(6)微型齿轮传动电动机，以在上述(5)的微型齿轮传动电动机中，上述小齿轮和减速用齿轮的齿数被设定为，形成于电动机部的电动机轴上的小齿轮与减速用齿轮头部的第一档减速用齿轮之间的减速比在5以上为特征。
(7)微型齿轮传动电动机，以在上述(5)或(6)的微型齿轮传动电动机中，电动机部为无刷电动机，减速用齿轮头部的减速用齿轮机构为行星齿轮减速机构为特征。
(8)微型齿轮传动电动机，以在上述(5)～(7)的任意微型齿轮传动电动机中，微型齿轮传动电动机的外径为4mm以下为特征。
发明效果
如果采用本发明涉及的微型电动机用的电动机轴、以及利用该电动机轴的微型电动机和微型齿轮传动电动机的话，由于能够使小齿轮充分地小直径化，因此通过减速用齿轮机构能够得到大的减速比。另外，由于将小齿轮与电动机轴本身呈整体地形成，因此能够确保电动机轴和小齿轮之间的高同轴度，从而能够形成故障少、寿命长且很少产生噪音的电动机，而且也不会产生小齿轮滑动等的不良情况。另外，由于不需要通过粘结或压入等的小齿轮的接合工序，因此也具有能够削减制造工时和制造成本的优点。
具体实施方式
图1～图3表示本发明的电动机轴及利用该电动机轴的微型齿轮传动电动机的一实施形态，图1是纵剖面图，图2是沿图1中的II-II线的剖面图。
在图中，1是由微型电动机构成的电动机部，2是通过电动机轴的小齿轮与该电动机部1驱动连接的减速用齿轮头部。另外，在该实施形态中未设有减速用齿轮头部2的电动机为本发明的微型电动机。
在本发明中，构成上述电动机部1的微型电动机的机构是任意的，例如，可以作为空心(coreless)电动机、无刷(brushless)电动机等，但是在本实施形态中由无刷电动机构成。即，电动机部1，由外壳3A、电动机轴用的轴承4a、4b、旋转自如地支持于该轴承4a、4b的电动机轴5、外装固定于轴承4a、4b间的电动机轴部分的转子磁铁6、以及与该转子磁铁6相对而固定于外壳3A内侧的定子线圈7等构成，而且这种构造本身与现有技术下的微型齿轮传动电动机相同。
在上述电动机轴5的前端部上，与电动机轴5呈整体地形成(成形)有所具有的外径小于等于电动机轴5的外径的小齿轮8。
通常情况下，小齿轮8是通过对电动机轴5本身进行滚齿(hob)加工等的切削加工或滚轧加工等而形成(成形)的，但是也可以采用其他方法，例如，以将形成有小齿轮的部件接合于电动机轴的前端部等适当的方法来形成小齿轮8。
在对电动机轴5本身进行切削加工或滚轧加工而形成小齿轮8的情况下，在对由不锈钢等的圆棒料构成的轴用部件进行无心(centerless)加工从而调整外径尺寸精度和表面粗糙度之后，通过切削加工或滚轧加工等在其前端部上形成(成形)小齿轮8，接着经过热处理、滚磨处理等的工序从而加工成设有小齿轮8的电动机轴5。
小齿轮8形成于电动机轴5的前端侧，但是其形成位置也可以不是电动机轴5的最前端部。
图3是进一步详细表示小齿轮8的构造的立体图。该小齿轮8是对电动机轴5的前端进行滚齿加工而形成的，且图中以P表示的范围构成小齿轮8。
如上所述，由于在一般尺寸的电动机或小型电动机中的、大于微型电动机的电动机具有相应的电动机转矩，因此若使小齿轮直径过于小的话则较大的应力施加于齿的部分，从而容易产生破损或疲劳断裂。相对于此，可知在外径一般为4mm以下的微型电动机的情况下，电动机转矩非常小只有数μNm～数百μNm，因此即使锁定(lock)后施加最大负荷，也不会存在小齿轮的齿的部分破损、或因反复负载而疲劳断裂的情况。顺便说一下，本发明人试制的直径2mm的微型电动机的电动机转矩为7μNm。
在本发明中，之所以将小齿轮8的外径形成为小于等于电动机轴5的外径，当然是为了使小齿轮小直径化从而得到大的减速比，但是在通过切削加工或滚轧加工等对电动机轴5本身进行加工从而形成小齿轮8的情况下，将小齿轮8的外径形成为小于等于电动机轴5的外径，还具有如下优点。即，在使小齿轮的外径大于电动机轴的外径的情况下，形成小齿轮之前的坯料状态的电动机轴成为直径不同的阶梯式棒形状，特别是，难以将被切削加工的电动机轴的外径精度和表面粗糙度高精度地进行加工。相对于此，如果小齿轮的外径小于电动机轴的外径的话，形成小齿轮之前的坯料状态的电动机轴成为非阶梯式的圆杆形状，且通过进行无心加工能够高精度地加工电动机轴的外径精度和表面粗糙度。然后，在被这样无心加工的电动机轴上加工小齿轮，并经过热处理、滚磨处理等的工序后加工成设有小齿轮8的电动机轴5。
另外，在与电动机轴呈整体地形成的小齿轮的外径大于电动机轴的外径的情况下，必须在从前方侧使电动机轴穿通于轴承(齿轮头侧)的状态下利用粘结剂等固定转子磁铁，但是如果是介入有轴承的状态的话，难以以高精度的位置关系固定电动机轴和转子磁铁，另外在粘结剂溢出的情况下擦掉工序也变得困难。在这一点上，在小齿轮8的外径小于电动机轴5的外径的本发明的情况下，由于能够预先固定电动机轴5和转子磁铁6，因此能够高精度且容易地进行装配。
本发明对电动机自身的外径或电动机轴5的外径并没有特别的限制，但是如上所述，即使在将直径小于等于轴直径的小齿轮8与微型电动机的电动机轴5呈整体形成情况下，小齿轮在强度方面也能够得到充分的耐久性，这是电动机转矩非常小的微型电动机所特有的性质，从这种观点来看最为适宜的是电动机的外径为4mm以下、电动机轴5的外径为1mm以下的微型电动机(微型齿轮传动电动机)。
另外，小齿轮8的外径只要小于电动机轴5的外径即可，而且小齿轮外径的下限并没有特别的限定，但是一般从强度方面考虑以具有电动机轴5的外径的至少80％左右的外径为佳。
上述减速用齿轮头部2设有外壳3B、驱动连接上述小齿轮8的减速用齿轮机构部9、以及配置于输出侧(前端侧)且旋转自如地支持于轴承11的输出轴10，上述小齿轮8与减速用齿轮机构部9的头档齿轮啮合。
该减速用齿轮头部2所具有的减速用齿轮机构部9的构造是任意的，可以利用各种机构，但是在本实施形态中由行星齿轮减速机构构成。该行星齿轮减速机构的基本构造与图4所示那样的现有技术下的机构相同，在本实施形态中设有，从电动机部1侧朝向输出轴10侧依次配置的两组独立的齿轮架部件(carrier unit)12a、12b、和设置于输出轴10的底端部(基端部)的一组齿轮架部件12c。
上述各齿轮架部件12a、12b设有板状的齿轮架13和行星齿轮14；其中，齿轮架13中行星齿轮支持用的三个轴部130在圆周方向上以120度等分的配置关系突出设置于电动机部侧的面上，同时，中心轮15突出设置于上述电动机部侧的相反侧的面的中央部上；行星齿轮14旋转自如地支持于上述各轴部130(行星齿轮14在圆周方向上以120度等分关系配置)。
另外，齿轮架部件12c设有板状的齿轮架13c和行星齿轮14c；其中，齿轮架13c中行星齿轮支持用的三个轴部130c在圆周方向上以120度等分的配置关系突出设置于电动机部侧的面上，同时，在上述电动机部侧的相反侧的面的中央部输出轴10固定于底端部(或整体形成于底端部)；行星齿轮14c旋转自如地支持于上述各轴部130c。
另外，配置有减速用齿轮机构部9的外壳3B的内面上设有内齿轮16。
如上述那样的减速用齿轮机构部9中，齿轮架部件12a～12c的行星齿轮14、14c与内齿轮16啮合，同时，在相邻的齿轮架部件12之间电动机部侧的齿轮架部件12的中心轮15与电动机侧的相反侧的齿轮架部件12的各三个行星齿轮14、14c啮合，进而，第一档齿轮架部件12a的三个行星齿轮14与电动机轴5的小齿轮8啮合。由此，小齿轮8的旋转经过三个齿轮架部件12a～12c后传到输出轴10上，在该过程中，转数以下述公式所示的减速比依次减速，最后从输出轴10输出。
减速比＝(Z3/Z1+1)
Z1：小齿轮8或中心轮15的齿数
Z3：内齿轮16的齿数
在此，以将上述小齿轮8和减速用齿轮的齿数设定为，小齿轮8与减速用齿轮机构部9的第一档减速用齿轮(本实施形态中为内齿轮16)之间的减速比为5以上为佳。该5以上的减速比，在图4所示那样的现有技术下的微型齿轮传动电动机中是不可能实现的减速比，但是如果采用本发明的话就可以容易地实现。
以下表示，对于图4所示那样的现有技术例的微型齿轮传动电动机、和图1所示那样的本发明例的微型齿轮传动电动机所能够得到的减速比的一个例子。
·现有技术例
小齿轮(＝中心轮)的齿数Z1：14枚
行星齿轮的齿数Z2：15枚
内齿轮的齿数Z3：46枚
减速比＝(Z3/Z1+1)≈4.286(4.286∶1)
·本发明例
小齿轮(＝中心轮)的齿数Z1：8枚
行星齿轮的齿数Z2：18枚
内齿轮的齿数Z3：46枚
减速比＝(Z3/Z1+1)≈6.75(6.75∶1)
如以上所记载，在本发明例中与现有技术例相比能够将减速比提高50％以上。
附图说明
图1表示本发明的微型齿轮传动电动机一实施形态的纵剖面图。
图2是沿图1中的II-II线的剖面图。
图3是进一步具体地表示在图1的实施形态中、形成于电动机轴前端的小齿轮的构造的立体图。
图4是表示现有技术下的微型齿轮传动电动机的一个例子的纵剖面图。
符号说明
1        电动机部
2        减速用齿轮头部
3A、3B   外壳
4a、4b   轴承
5        电动机轴
6         转子磁铁
7         定子线圈
8         小齿轮
9         减速用齿轮机构部
10        输出轴
11        轴承
12a～12c  齿轮架部件
13、13c   齿轮架
130、130c 轴部
14、14c   行星齿轮
15        中心轮
16        内齿轮

Claims (8)

1.一种微型电动机用的电动机轴，其特征在于，在轴的前端侧与轴呈整体地形成有小齿轮，该小齿轮外径小于等于轴外径。
2.如权利要求1所述的微型电动机用的电动机轴，其特征在于，轴的外径为1mm以下。
3.一种微型电动机，其特征在于，设有权利要求1或2所述的电动机轴。
4.如权利要求3所述的微型电动机，其特征在于，该微型电动机的外径为4mm以下。
5.一种微型齿轮传动电动机，其特征在于设有，由权利要求3或4所述的微型电动机构成的电动机部、和通过形成于电动机轴上的小齿轮与该电动机部驱动连接的减速用齿轮头部。
6.如权利要求5所述的微型齿轮传动电动机，其特征在于，所说的小齿轮和减速用齿轮的齿数被设定为，形成于电动机部的电动机轴上的小齿轮与减速用齿轮头部的第一档减速用齿轮之间的减速比在5以上。
7.如权利要求5或6所述的微型齿轮传动电动机，其特征在于，电动机部为无刷电动机，减速用齿轮头部的减速用齿轮机构为行星齿轮减速机构。
8.如权利要求5～7的任意一项所述的微型齿轮传动电动机，其特征在于，该微型齿轮传动电动机的外径为4mm以下。
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