CN111749997A - 转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人 - Google Patents

Abstract

提供转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人，转矩限制器(1)具有：轴，其沿着中心轴线延伸；第1齿轮(3A)，其呈以中心轴线为中心的圆板状，在其中心轴线方向的一侧的面上具有多个第1齿部(31A)，并且该第1齿轮(3A)能够与轴一起绕中心轴线进行旋转；第2齿轮(3B)，其呈以中心轴线为中心的圆板状，在其中心轴线方向的另一侧的面上具有与多个第1齿部(31A)啮合的多个第2齿部(31B)；以及弹性部件，其将第1齿轮(3A)和第2齿轮(3B)中的一个齿轮向另一个齿轮按压，第1齿部(31A)和第2齿部(31B)具有在从与中心轴线方向垂直的方向观察时相互接触的齿面(32)呈正弦波形状的正弦波形状部(33)。

Description

转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人

技术领域

本发明涉及转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人。

背景技术

作为现有的转矩限制器，公知有如下的转矩限制器(例如，参照专利文献1)：其具有输入盘、输出盘以及将输入盘按压于输出盘的施力部件，构成为通过施加于输出轴的旋转负荷使输入盘克服施力部件的作用力而从输出盘分离。

专利文献1：国际公开2017/002464号

在专利文献1所记载的转矩限制器中，在输入盘的各齿部越过输出盘的各齿部时，双方的齿部成为点接触的状态，因此作用于各齿部的压力变得过高，容易产生磨损。存在如下的问题：该各齿部的磨损成为转矩限制器的动作转矩发生变动的原因。

发明内容

本发明的目的在于，提供能够防止或抑制动作转矩的变动的转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人。

本申请的例示的第1发明是转矩限制器，其特征在于，该转矩限制器具有：轴，其沿着中心轴线延伸；第1齿轮，其呈以所述中心轴线为中心的圆板状，在其所述中心轴线方向的一侧的面上具有多个第1齿部，并且该第1齿轮能够与所述轴一起绕所述中心轴线进行旋转；第2齿轮，其呈以所述中心轴线为中心的圆板状，在其所述中心轴线方向的另一侧的面上具有与多个所述第1齿部啮合的多个第2齿部；以及弹性部件，其将所述第1齿轮和所述第2齿轮中的一个齿轮向另一个齿轮按压，所述第1齿部和所述第2齿部具有在从与所述中心轴线方向垂直的方向观察时相互接触的齿面呈正弦波形状的正弦波形状部。

本申请的例示的第2发明是齿轮马达，其特征在于，该齿轮马达具有本申请的例示的第1发明的转矩限制器和向所述转矩限制器传递转矩的马达。

本申请的例示的第3发明是驱动机构，其特征在于，该驱动机构由本申请的例示的第2发明的齿轮马达来驱动。

本申请的例示的第4发明是机器人，其特征在于，该机器人具有本申请的例示的第2发明的齿轮马达和由所述齿轮马达驱动的臂。

根据本发明，能够防止或抑制动作转矩的变动。

附图说明

图1是示出本发明的齿轮马达的实施方式的图。

图2是示出图1所示的齿轮马达所具有的转矩限制器的分解立体图。

图3是示出图2所示的转矩限制器所具有的第1齿轮的第1齿部与第2齿轮的第2齿部啮合的状态的侧视图。

图4是示出图2所示的转矩限制器所具有的轴与第1齿轮的关系的横剖视图。

图5是示出图2所示的转矩限制器所具有的第2齿轮的立体图。

图6是从图5中的箭头A方向观察的图。

图7是图5中的B-B线剖视图。

图8是示出本发明的驱动机构的一例的图。

图9是示出本发明的机器人的一例的图。

标号说明

1：转矩限制器；2：轴；21：凸缘部；211：第1对置面；212：第2对置面；22：平面；23：小直径部；24：大直径部；25：外螺纹；26：平面；3A：第1齿轮；3B：第2齿轮；31A：第1齿部；31B：第2齿部；311：顶部；312：底部；32：齿面；33：正弦波形状部；34A：第1凹部；34B：第2凹部；35：贯通孔；351：抵接面；352：连结面；353：凹面；36：贯通孔；37：凸部；4：弹性部件；5：传递齿轮；51：凹部；6：垫圈；7：螺母；100：齿轮马达；101：减速器；102：马达；103：壳体；104：齿轮；200：驱动机构；500：智能手机；EL311：延长线；EL312：延长线；H3：全齿高度；O1：中心轴线；t3：齿厚。

具体实施方式

以下，根据附图所示的优选实施方式对本发明的转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人进行详细说明。

图1是示出本发明的齿轮马达的实施方式的图。图2是示出图1所示的齿轮马达所具有的转矩限制器的分解立体图。图3是示出图2所示的转矩限制器所具有的第1齿轮的第1齿部与第2齿轮的第2齿部啮合的状态的侧视图。图4是示出图2所示的转矩限制器所具有的轴与第1齿轮的关系的横剖视图。图5是示出图2所示的转矩限制器所具有的第2齿轮的立体图。图6是从图5中的箭头A方向观察的图。图7是图5中的B-B线剖视图。图8是示出本发明的驱动机构的一例的图。图9是示出本发明的机器人的一例的图。另外，以下，为了便于说明，有时将转矩限制器1的中心轴线O1方向的一侧简称为“一侧”，将其相反侧、即另一侧简称为“另一侧”。另外，有时将与中心轴线O1垂直的方向称为“径向”。另外，图3以坐标轴重叠的状态进行图示。

图1所示的齿轮马达100具有转矩限制器1、减速器101、马达102以及壳体103，例如被用作车载用驱动源。作为该车载用驱动源，可以举出轮内马达、车载导航的画面的驱动源、雨刷驱动源以及后视镜驱动源等。

马达102例如是DC马达，能够经由减速器101向转矩限制器1传递转矩(动力)。并且，被传递到转矩限制器1的转矩用于开闭部件的开闭。

减速器101具有相互啮合的多个正齿轮104。由此，能够将来自马达102的转矩迅速且顺畅地传递到转矩限制器1。

壳体103收纳减速器101和马达102，并维持它们的位置关系。另外，在壳体103中还收纳有转矩限制器1的一部分、即在本实施方式中为第1齿轮3A、第2齿轮3B、弹性部件4以及传递齿轮5等。

转矩限制器1是在作用有过剩的转矩时即在过载状态时空转以防止对马达102或减速器101的正齿轮104等施加负担的机构。由此，能够保护马达102等。该转矩限制器1具有轴2、第1齿轮3A、第2齿轮3B、弹性部件4、传递齿轮5、垫圈6以及螺母7。以下，对各部件的结构进行说明。

如图2所示，轴2是沿着中心轴线O1延伸的柱状的部件。

轴2在中心轴线O1方向的途中具有沿外周部的周向呈环状突出的凸缘部21。凸缘部21具有朝向中心轴线O1方向的一侧的第1对置面(对置面)211和朝向另一侧的第2对置面212。

轴2经由凸缘部21而具有小直径部23和大直径部24，该小直径部23设置于一侧，该大直径部24设置于另一侧，其外径比小直径部23大。

在小直径部23上从一侧朝向另一侧依次配置有垫圈6、传递齿轮5、第2齿轮3B、第1齿轮3A以4个弹性部件4。另外，小直径部23一并贯通这些部件。

在小直径部23的端面上朝向一侧突出地设置有外螺纹25。螺母7能够与外螺纹25螺合。该螺母7与垫圈6抵接。由此，防止传递齿轮5、第2齿轮3B、第1齿轮3A以及各弹性部件4从小直径部23脱离。

轴2在其外周部具有相互朝向相反方向的一对平面。小直径部23在其外周部具有相互朝向相反方向的一对平面22。一对平面22的配置数量在本实施方式中为1组，但不限定于此，例如也可以为多组。

另外，大直径部24也在其外周部具有相互朝向相反方向的一对平面26。一对平面26中的一个平面26和一对平面22中的一个平面22朝向相同的方向，另一个平面26和另一个平面22也朝向相同的方向。一对平面26的配置数量在本实施方式中为1组，但不限定于此，例如也可以为多组。

如图1所示，传递齿轮5是与减速器101所具有的多个正齿轮104中的1个正齿轮104啮合的正齿轮。传递齿轮5将来自马达102(驱动源)的动力传递到第2齿轮3B。来自马达102(驱动源)的动力被传递到减速器101，进而依次传递到传递齿轮5、第2齿轮3B、第1齿轮3A以及轴2。由此，能够使轴2绕中心轴线O1进行旋转而得到转矩。如上所述，该转矩用于开闭部件的开闭。

如图2所示，隔着第1齿轮3A和第2齿轮3B在与传递齿轮5相反的一侧配置环状的弹性部件4。另外，在本实施方式中，配置有4个弹性部件4，但弹性部件4的配置数量不限定于此，例如也可以是1个、2个、3个或5个以上。

弹性部件4将第1齿轮3A和第2齿轮3B中的一个齿轮向另一个齿轮按压。在本实施方式中，弹性部件4在中心轴线O1方向上重合，以压缩状态配置于轴2的第1对置面211与第1齿轮3A之间。由此，能够将第1齿轮3A向第2齿轮3B按压。并且，通过该按压状态，第1齿轮3A和第2齿轮3B能够可靠地啮合，因此，能够传递转矩(动力)。

如后所述，第1齿轮3A相对于轴2绕中心轴线O1的旋转被限制。由此，在转矩限制器1(轴2)旋转时，防止第1齿轮3A和与第1齿轮3A相邻的弹性部件4之间的滑动，因此，能够防止这些部件的磨损。与此相同，也防止了相邻的弹性部件4彼此之间的滑动，因此，能够防止这些弹性部件4的磨损。

另外，各弹性部件4由碟形弹簧构成。与此相对，例如在弹性部件4由螺旋弹簧构成的情况下，即使弹性部件4磨损，弹性力也不会大幅降低。但是，在各弹性部件4由碟形弹簧构成的情况下，有可能由于弹性部件4的磨损而导致弹性力降低，因此上述的弹性部件4的滑动防止起到防止弹性部件4磨损的效果。

作为弹性部件4的构成材料，只要是具有弹性的材料，则可以是金属材料，也可以是树脂材料，但例如根据齿轮马达100的使用环境，优选使用金属材料。

另外，在本实施方式中，转矩限制器1采用从一侧依次配置传递齿轮5、第2齿轮3B以及第1齿轮3A的结构，但不限定于此，例如也可以采用从一侧依次配置第1齿轮3A、第2齿轮3B以及传递齿轮5的结构。在该情况下，各弹性部件4经由传递齿轮5将第2齿轮3B向第1齿轮3A按压。

第1齿轮3A呈以中心轴线O1为中心的圆板状，是在其中心轴线O1方向的一侧的面上具有多个第1齿部31A的冠齿轮(crown wheel)。第1齿轮3A能够与轴2一起绕中心轴线O1旋转。该第1齿轮3A作为离合器板来发挥功能，能够取得通过弹性部件4的弹性力来接近第2齿轮3B的接近状态和克服弹性部件4的弹性力的作用力而从接近状态远离第2齿轮3B的分离状态。在接近状态下，第1齿轮3A与第2齿轮3B啮合(参照图3)，进行从第2齿轮3B向第1齿部31A的转矩传递。在分离状态下，第2齿轮3B相对于第1齿部31A空转，防止对上述过载状态下的马达102等造成负担。

如图4所示，第1齿轮3A具有供轴2的小直径部23贯通的贯通孔35。贯通孔35具有抵接面351，该抵接面351设置于贯通孔35的内周部，与轴2的各平面22抵接。由此，第1齿轮3A相对于轴2绕中心轴线O1的旋转被适当地限制。

另外，在贯通孔35的内周部设置有凹面353和圆弧状的连结面352，该连结面352连接抵接面351彼此之间的部分，该凹面353是抵接面351与连结面352的边界部向远离中心轴线O1侧的方向呈圆弧状凹陷而得的。由此，在使轴2贯穿贯通孔35时，例如无论贯通孔35的加工精度的程度如何，都能够防止轴2与第1齿轮3A的干涉，因此，能够容易且顺畅地进行轴2向贯通孔35的贯通。

另外，连结面352不限定于从中心轴线O1方向观察时的形状是呈圆弧状弯曲的形状，例如也可以是具有直线状的部分的形状。另外，凹面353也不限定于从中心轴线O1方向观察时的形状是呈圆弧状弯曲的形状，例如也可以是具有直线状的部分的形状。

如图2所示，相对于第1齿轮3A，在与弹性部件4相反的一侧配置有第2齿轮3B。这样的配置方式例如在想要隔着第2齿轮3B配置第1齿轮3A和传递齿轮5的情况下为有效的配置方式。由此，在转矩限制器1动作时，第2齿轮3B和弹性部件4不滑动，因此抑制第2齿轮3B和弹性部件4的磨损。

第2齿轮3B呈以中心轴线O1为中心的圆板状，是在其中心轴线O1方向的另一侧的面上具有多个第2齿部31B的冠齿轮(crown wheel)。如图3所示，第2齿轮3B的各第2齿部31B与第1齿轮3A的各第1齿部31A啮合。即，多个第2齿部31B与多个第1齿部31A啮合。

另外，第2齿轮3B具有供轴2的小直径部23贯通的贯通孔36。贯通孔36呈圆形状，与小直径部23的嵌合状态为“间隙嵌合”。由此，第2齿轮3B被支承为能够相对于轴2绕中心轴线O1进行旋转。

第2齿轮3B在其中心轴线O1方向的一侧的面上具有向一侧突出的多个(在本实施方式中为4个)凸部37。这些凸部37绕中心轴线O1以等角度间隔的方式配置。凸部37的配置数量是4个，但不限定于此，也可以是1个、2个、3个或5个以上。

另外，传递齿轮5具有供凸部37插入的凹部51。由此，第2齿轮3B与传递齿轮5连结，因此，在传递齿轮5进行旋转时，能够与传递齿轮5一起进行旋转。

第2齿轮3B和传递齿轮5在本实施方式中相互分体(不同部件)，采用了将这些分体彼此连结的结构，但不限定于此，例如也可以通过一体成形而由1个部件构成，即，第2齿轮3B也可以具有作为传递齿轮5的功能。

作为第1齿轮3A和第2齿轮3B的构成材料，没有特别限定，例如优选使用机械构造用合金钢、一般构造用轧制钢材以及不锈钢等各种金属材料。

如图3所示，第1齿部31A和第2齿部31B具有相互接触的齿面32。并且，各齿面32具有从与中心轴线O1方向垂直的方向观察时即从侧面观察时呈正弦波形状的正弦波形状部33。

在来自马达102的转矩传递至轴2时，转矩限制器1通过弹性部件4的弹性力使第1齿轮3A的各第1齿部31A成为与第2齿轮3B的各第2齿部31B啮合的状态(所述接近状态)。

然后，从该状态开始，在所述过载状态时，第2齿轮3B所旋转的力超过第1齿轮3A的各第1齿部31A与第2齿轮3B的各第2齿部31B啮合的力，第2齿轮3B的各第2齿部31B越过第1齿轮3A的各第1齿部31A而成为所述分离状态。由此，第2齿轮3B相对于第1齿轮3A空转。

在转矩限制器1中，在各第2齿部31B越过各第1齿部31A时，由于双方齿部的齿面32分别具有正弦波形状部33，因此在径向上线接触并且进行该越过。由此，例如与点接触并且越过的情况相比，接触面积增大，能够使施加在第1齿部31A的齿面32和第2齿部31B的齿面32上的力(压力)分散。通过这样的结构，防止第1齿部31A的齿面32和第2齿部31B的齿面32磨损(以下称为“磨损防止作用”)。并且，各齿面32的磨损有可能成为转矩限制器1的动作转矩变动的原因，但通过磨损防止作用，能够消除该原因，因此，能够防止或抑制动作转矩的变动。由此，能够稳定地传递转矩。

另外，通过磨损防止作用，例如能够省略对各齿面32实施低摩擦处理等，因此，能够实现制造成本的削减。

另外，通过正弦波形状部33，能够防止各第2齿部31B在越过各第1齿部31A的途中停止。由此，能够顺畅地越过。

第1齿部31A和第2齿部31B为相同的形状，因此以下代表性地对第2齿部31B进行说明。

如图3所示，在将正弦波的拐点设为原点、将齿轮(第2齿轮3B)的周向设为x轴、将中心轴线O1方向设为y轴时，第2齿部31B的正弦波形状部33的正弦波形状由下述数学式(1)表示。

【数学式1】

其中，在数学式(1)中，A是第2齿部31B的全齿高度。Z是第2齿部31B的总数、即齿数。r是从中心轴线O1至第2齿部31B上的任意点的距离(参照图7)。但是，满足(d/2)＜r＜(D/2)(d是第2齿部31B的内径，D是第2齿部31B的外径)。

另外，如图3所示，波长λ为(2πr)/Z，振幅为A/2。

如图6所示，第2齿部31B的齿厚t3朝向中心轴线O1侧减小。“齿厚(tooththickness)”是指在齿轮(第2齿轮3B)的节圆上测得的齿(第2齿部31B)的厚度。并且，通过减小齿厚t3，各第2齿部31B的顶部311的延长线EL311与中心轴线O1交叉。另外，各第2齿部31B的底部312的延长线EL312也与中心轴线O1交叉。通过使第2齿部31B处于这样的形成状态，能够更可靠地发挥磨损防止作用，因此，能够更可靠地防止或抑制动作转矩的变动。

如图7所示，第2齿部31B的全齿高度H3沿朝向中心轴线O1侧的方向恒定。“全齿高度(whole depth)”是指齿(第2齿部31B)的整体高度、即齿末的高度与齿尖的高度之和。并且，通过使全齿高度H3恒定，例如能够与所述齿厚t3的减小相配合地进一步可靠地防止或抑制动作转矩的变动。

如图3所示，第1齿轮3A在相邻的第1齿部31A彼此之间具有向中心轴线O1方向的另一侧凹陷的第1凹部34A。与此相同，第2齿轮3B在相邻的第2齿部31B彼此之间具有向中心轴线O1方向的一侧凹陷的第2凹部34B。在第1齿轮3A与第2齿轮3B啮合时，第1齿部31A的顶部311与第2齿部31B为非接触状态，第2齿部31B的顶部311与第1齿部31A为非接触状态。由此，能够在第1齿轮3A与第2齿轮3B之间设置齿隙，实现第1齿轮3A与第2齿轮3B的顺畅的啮合，即能够抑制第1齿轮3A与第2齿轮3B的啮合不均(产生松动)。另外，在转矩限制器1进行动作之后，在第1齿轮3A与第2齿轮3B的啮合脱离时，有可能因弹性部件4的弹性力而对第1齿轮3A施加冲击力，但能够防止该冲击力传递到各齿轮的齿顶。另外，第1凹部34A和第2凹部34B的宽度可以分别在径向上恒定，也可以朝向径向内侧、即中心轴线O1逐渐减小。

接下来，参照图8和图9对齿轮马达100的其他应用例进行说明。

图8所示的智能手机500具有使照相机出没自如的驱动机构200。而且，驱动机构200是由齿轮马达100驱动的照相机机构。由此，如上所述，能够防止或抑制动作转矩的变动，因此，稳定地进行照相机的出没。

如图9所示，机器人400具有齿轮马达100和由齿轮马达100驱动的臂300。齿轮马达100组装于臂300的关节。由此，如上所述，能够防止或抑制动作转矩的变动，因此，能够使臂300稳定地进行动作。

以上，基于图示的实施方式对本发明的转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人进行了说明，但本发明不限定于此，构成转矩限制器、齿轮马达、驱动机构以及机器人的各部分可以置换为能够发挥相同功能的任意结构的部件。另外，也可以附加任意的构成物。

Claims (13)

1.一种转矩限制器，其特征在于，

该转矩限制器具有：

轴，其沿着中心轴线延伸；

第1齿轮，其呈以所述中心轴线为中心的圆板状，在其所述中心轴线方向的一侧的面上具有多个第1齿部，并且该第1齿轮能够与所述轴一起绕所述中心轴线进行旋转；

第2齿轮，其呈以所述中心轴线为中心的圆板状，在其所述中心轴线方向的另一侧的面上具有与多个所述第1齿部啮合的多个第2齿部；以及

弹性部件，其将所述第1齿轮和所述第2齿轮中的一个齿轮向另一个齿轮按压，

所述第1齿部和所述第2齿部具有在从与所述中心轴线方向垂直的方向观察时相互接触的齿面呈正弦波形状的正弦波形状部。

2.根据权利要求1所述的转矩限制器，其中，

所述第1齿部和所述第2齿部的齿厚朝向所述中心轴线侧减小。

3.根据权利要求1或2所述的转矩限制器，其中，

所述第1齿部和所述第2齿部的全齿高度沿着朝向所述中心轴线侧的方向恒定。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的转矩限制器，其中，

所述第1齿轮在相邻的所述第1齿部彼此之间具有向所述中心轴线方向的另一侧凹陷的第1凹部，

所述第2齿轮在相邻的所述第2齿部彼此之间具有向所述中心轴线方向的一侧凹陷的第2凹部。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的转矩限制器，其中，

所述轴具有凸缘部，该凸缘部具有朝向所述中心轴线方向的对置面，

所述弹性部件配置在所述对置面与所述第1齿轮之间。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的转矩限制器，其中，

所述弹性部件由碟形弹簧构成。

7.根据权利要求5或6所述的转矩限制器，其中，

所述第2齿轮相对于所述第1齿轮配置在与所述弹性部件相反的一侧。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的转矩限制器，其中，

该转矩限制器具有传递齿轮，该传递齿轮将来自驱动源的动力向所述第2齿轮传递。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的转矩限制器，其中，

所述轴在其外周部具有相互朝向相反方向的至少一对平面，

所述第1齿轮具有供所述轴贯通的贯通孔，

所述贯通孔具有与各所述平面抵接的抵接面。

10.根据权利要求9所述的转矩限制器，其中，

在所述贯通孔的内周部设置有连结面和凹面，该连结面连接所述抵接面彼此之间的部分，该凹面是所述抵接面与所述连结面的边界部向远离所述中心轴线侧的方向凹陷而成的。

11.一种齿轮马达，其特征在于，

该齿轮马达具有：

权利要求1～10中的任意一项所述的转矩限制器；以及

马达，其向所述转矩限制器传递转矩。

12.一种驱动机构，其特征在于，

该驱动机构由权利要求10所述的齿轮马达来驱动。

13.一种机器人，其特征在于，

该机器人具有：

权利要求10所述的齿轮马达；以及

臂，其由所述齿轮马达来驱动。

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