JP2004293657A - Reduction gear for small motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、事務用機器、電子計算機用周辺機器、家電機器あるいは医療機器などに広く用いられている減速機付小形モータの減速機構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
減速機付小形モータは事務用機器や医療機器などに広く普及するに伴い、小形化、高精度化、低騒音化、低価額化等が要求されている。
この減速機付小形モータの減速機を構成する歯車にプラスチック材料を使用する事により低騒音化、低価額化をはかっている。
【0003】
図12に従来の減速機付小形モータの外観図を、図13に図12のF1−F2断面図で歯車噛合状況を示す。図14に図13のG1−G2−G3−G4−G5−G6−G7歯車展開断面図を示す。
図12において小形モータ1に減速機2が直結され、出力軸3より小形モータの動力が負荷に伝達される。
図14において小形モータ1の動力は、モータ出力軸20に結合されたモータ歯車21から2番歯車組立22の2番大歯車23に伝達されることにより減速器に伝えられる。次に2番歯車組立22の2番小歯車24と3番歯車組立25の3番大歯車26と噛合い、順次3番小歯車27、4番大歯車29、4番小歯車30、出力歯車32、出力軸3に伝えられる。この時2番歯車組立22、3番歯車組立25、4番歯車組立28は、前ケ−ス33と後ケ−ス34に平行且つ所定の間隔で固定された2番軸35、3番軸36、4番軸37で支えられ、出力歯車組立31は前ケース33に固定された前側軸受38と後ケース34に固定された後側軸受39で回転自在に保持されている。そしてモータ歯車21と2番大歯車23、2番小歯車24と3番大歯車26、3番小歯車27と4番大歯車29、更に4番小歯車30と出力歯車32はそれぞれ一個所ずつ噛合っている。
この様な歯車配列の減速器においては、従来の金属材料を用いた歯車構成に比べ、低騒音化、低価額化をはかるためプラスチック材料を用いると歯車の強度が低下すると言う問題が発生する事がある。
【0004】
前述の減速機付小形モータの減速機を構成する歯車材料には、一般的に軟鋼などの金属材料が用いられている。この軟鋼の引張強度は392[MPa]であり、一方歯車に用いられるプラスチック材料の一例であるポリアセタールの引張強度は67〜83[MPa]程度である。したがってこのポリアセタールを用いたプラスチック歯車は金属歯車に比べ歯車強度が約4.8分の一から約5.8分の一に低下することになる。
この様にプラスチック歯車を用いた場合の歯車強度の低下を補う為に、歯車の噛合歯幅を増加することが有効であるが、あまり歯幅を広くするとプラスチックで成形された歯車の歯筋誤差の影響で、かえって歯車の噛合精度が低下し歯車騒音が高くなる事がある。したがってプラスチック歯車においては歯幅を余り広くすることができないと言う欠点が現れる。
【0005】
【特許文献1】特開平10−311384 遊星歯車減速機及びその組立方法
特許文献1では一つの太陽歯車に三つの遊星歯車が噛合い、またこの三つの遊星歯車に一つの内歯車が噛合って動力を伝達している。
【0006】
前述の様に、図12、図13、図14で述べられた従来の歯車構成の減速機では、通常の歯車噛合個所は常に一個所である。従ってプラスチック歯車を用いると歯車強度が低下する欠点がある。また歯車歯幅をあまり広くすると歯筋誤差の影響で歯車騒音が大きくなる欠点がある。
更にモータ軸の中心と出力軸の中心が一致していない為、減速機の負荷装置への取付け面積が増加すると言う欠点がある。しかしながら歯車組立の両側で各歯車組立を支持しているので、両端支持構造となり減速機の剛性増加に役立っている。
特許文献1で述べられた遊星歯車減速機を用いて同時噛合い個所を複数個所にする事により歯車強度を上げることも有効な方法である。
しかしながらこの遊星歯車減速機の場合には、出力軸が片持支持構造となるので二個の軸受を直列に装着している。したがって軸受部分が大きくなり、減速器が長くなる等の欠点があるが、モータ軸の中心と減速機の出力軸の中心が一致しているので、負荷装置への取付け面積が小さいと言う長所がある。
【0007】
前述の様に本発明においては、遊星歯車減速機の長所である「複数の同時噛合い個所と中心出力軸」、及び従来減速機の長所である「両端支持構造」を合せ持ったプラスチック歯車を用いた減速機を提案するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
小形減速機付小形モータが広範囲に用いられる様になり、減速機付小形モ−タに使用される減速機においても小形化、軽量化、高強度化、低価額化の要求が高まっている。
本発明においては、「遊星歯車機構の同時噛合い個所は複数個所で、出力軸は減速機の中心位置にある」と言う長所を活かして、「従来の歯車機構の同時噛合い個所は一個所である」と言う欠点を補った「軸受が両端支持構造で、同時噛合い個所を複数個所にしたプラスチック歯車で構成され、しかも出力軸が中心に位置している事を特徴とした減速機」を提案する事が課題である。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に成る減速機は駆動歯車の外周に従動歯車を複数個配置し、減速1段当りの歯車の噛合い個所を複数個所としている。出力軸を支持する軸受を前ケースと後ケ−スに配置しいわゆる両端支持構造とし、出力軸の後部を歯車軸として使用し中間歯車を回転自在に支持している。更に出力軸に平行に配置した複数個の歯車軸に複数個の歯車を積重ねて配置している。
【0010】
【作用】
上述の如き構成においては、噛合個所が複数個所となるため歯車強度を増加する事が出来る。従って歯車強度の低いプラスチック歯車を使用することが可能となる。また出力軸及び歯車軸が前ケース及び後ケースの二個所で支えられ、両端支持構造となっているので、出力軸及び歯車軸はベンディング荷重等に耐える構造となっている。従って総合的にプラスチック歯車を用いて歯車強度を増加した減速機を提供する事ができる。
【0011】
【実施例】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
図1は減速機付小形モータの右側面図に、本発明の減速機断面図を示したものであり、図2は減速機付小形モータの正面図である。図2におけるC1−O−C2の減速機部の断面を図1の減速機断面図に示している。
【0012】
本発明に成る減速機の動力は、小形モータ51に結合されたモータ歯車52から2番歯車組立53の2番大歯車54に伝えられる。この2番大歯車54と一体となった2番小歯車55から、3番歯車組立56の3番大歯車57に伝えられる。この3番大歯車57と一体となった3番小歯車58から、4番歯車組立59の4番大歯車60に伝えられる。この4番大歯車60と一体となった4番小歯車61から出力歯車組立62の出力歯車63に伝えられる。この出力歯車63と結合した出力軸64から動力が負荷に伝えられる。そして出力軸64は出力軸前部軸受83と出力軸後部軸受82に支持されている。
【0013】
図3に図1のA1−A2断面図を示す。減速初段では、モータ歯車52と2個の2番歯車組立53の2番大歯車54が噛合っており、この2個の2番歯車組立53は、前ケース80と後ケース81に固定された歯車軸70に対して回転自在に組み立てられている。
【0014】
図4に図1のC1−C2断面図を示す。減速2段目では、2個の2番歯車組立53の2番小歯車55は3番歯車組立56の3番大歯車57と噛合っており、1個の3番歯車組立56は出力軸64の反負荷側出力軸65上を回転する。
【0015】
図5に図1のD1−D2断面図を示す。減速3段目では、1個の3番歯車組立56の3番小歯車58は、4番歯車組立59の4番大歯車60と噛合っており、4個の4番歯車組立59は4個の歯車軸70上を回転する。
【0016】
図6に図1のE1−E2断面図を示す。減速4段目では、4個の4番歯車組立59の4番小歯車61は、一個の出力歯車63と噛合っており、4個の4番歯車組立59は4個の歯車軸70上を回転する。
【0017】
図7に図1のB1−B2断面図を示す。後ケース81に出力軸後部軸受82が設けられ、反負荷側出力軸65を支持している。
【0018】
以上の説明から明らかの様に
減速初段におけるモータ歯車52と2番大歯車54の噛合個所は2個所、
減速2段目における2番小歯車55と3番大歯車57の噛合個所は2個所、
減速3段目における3番小歯車58と4番大歯車60の噛合個所は4個所、
減速4段目における4番小歯車61と出力歯車63の噛合個所は4個所、
2番歯車組立53及び4番歯車組立59を支える歯車軸70の固定個所は2個所、
出力歯車63及び3番歯車組立56を支える出力軸64の軸受は2個所となっている。
この様に減速の初段及び2段目は回転速度が速いが伝達トルクが小さいので噛合個所を2個所とし、減速が進み回転速度が遅く伝達トルクが大きくなる3段目、4段目では噛合個所を4個所としている。
一般に減速機の強度は、回転速度が遅く伝達トルクの大きい最終出力段の歯車強度で決められる。前述の様に本発明の減速機において出力歯車の噛合個所は4個所である。従って4番小歯車と出力歯車の噛合歯幅を1.5倍とすると、最終出力段の歯車強度は4個所×1.5倍=6倍となる。したがって金属歯車に匹敵する強度を有するプラスチック歯車を得る事が出来る。
又特許文献1の遊星歯車減速機では最終出力段の出力軸は片持支持構造となっているが、本発明の減速機においては、最終出力段の出力軸と3番歯車組立及び2番歯車組立と4番歯車組立を支持する歯車軸は、前カバー及び後カバーの2個所で固定されている。
【0019】
本発明の他の実施例として、図8に減速2段の減速機を示す。
本発明に成る減速機の動力は、小形モータ51に結合されたモータ歯車52から2番歯車組立91の2番大歯車92に伝えられる。この2番大歯車92と一体となった2番小歯車93から出力歯車組立94の出力歯車95に伝えられる。この出力歯車95と結合した出力軸96から動力が負荷に伝えられる。
【0020】
また図9には減速6段の減速機を示す。
本発明に成る減速機の動力は、小形モータ51に結合されたモータ歯車52から2番歯車組立101の2番大歯車102に伝えられる。この2番大歯車102と一体となった2番小歯車103から、3番歯車組立104の3番大歯車105に伝えられる。この3番大歯車105と一体となった3番小歯車106から、4番歯車組立107の4番大歯車108に伝えられる。この4番大歯車108と一体となった4番小歯車109から、5番歯車組立110の5番大歯車111に伝えられる。この5番大歯車111と一体となった5番小歯車112から、6番歯車組立113の6番大歯車114に伝えられる。この6番大歯車114と一体となった6番小歯車115から出力歯車組立116の出力歯車117に伝えられる。この出力歯車117と結合した出力軸118から動力が負荷に伝えられる。従って図1と合わせて2段、4段、6段の減速機が可能となる。
【0021】
更に本発明の他の実施例として、図10に歯車軸2本を等配分の場合、図11に歯車軸3本を等配分の場合を示す。
図10では歯車軸が180度に配置され、2個所で歯車が噛合うので、2の倍数の歯車歯数を選定する。図11では歯車軸が120度に配置され、3個所で歯車が噛合うので、3の倍数の歯車歯数を選定する。
この様にして奇数、偶数それぞれの歯数を用いて減速比を選定することが出来る。従って図5と合せ歯車の噛合個所を2個所、3個所、4個所と選定する事が出来る。
【0022】
【発明の効果】
本発明の様に、各段の歯車の噛合個所を複数個所にすると共に、歯車の歯幅を増加することにより、金属歯車に匹敵する強度を有するプラスチック歯車用いた減速機付小形モータの減速機を提供することができる。更に減速機の出力軸の中心はモータ軸の中心と一致しているので、取付面積が小さくなる長所がある。
従って本発明によれば「遊星歯車機構の同時噛合い個所は複数個所で、出力軸は減速機の中心位置にある」と言う長所を活かして、「従来の歯車機構の同時噛合い個所は一個所である」と言う欠点を補った「軸受が両端支持構造で、同時噛合い個所を複数個所にしたプラスチック歯車で構成され、しかも出力軸が中心に位置している事を特徴とした減速機」を実現する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による減速機付小形モータの右側面図における減速機断面図
【図2】本発明による減速機付小形モータの正面図
【図3】A1−A2断面図
【図4】C1−C2断面図
【図5】D1−D2断面図
【図6】E1−E2断面図
【図7】B1−B2断面図
【図8】減速2段の減速機
【図9】減速6段の減速機
【図10】歯車軸が180度に配置されたもの
【図11】歯車軸が120度に配置されたもの
【図12】従来の減速機付小形モータの外観図
【図13】F1−F2断面図
【図14】従来の減速機付小形モータのG1−G7歯車展開断面図
【符号の説明】
1、51 小形モータ
2 減速機
3、64、96、118 出力軸
20 モータ出力軸
21、52 モータ歯車
22、53、91、101 2番歯車組立
23、54、92、102 2番大歯車
24、55、93、103 2番小歯車
25、56、104 3番歯車組立
26、57、105 3番大歯車
27、58、106 3番小歯車
28、59、107 4番歯車組立
29、60、108 4番大歯車
30、61、109 4番小歯車
31、62、94、116 出力歯車組立
32、63、95、117 出力歯車
33、80 前ケース
34、81 後ケース
35 2番軸
36 3番軸
37 4番軸
38 前側軸受
39 後側軸受
65 反負荷側出力軸
70 歯車軸
82 出力軸後部軸受
83 出力軸前部軸受
110 5番歯車組立
111 5番大歯車
112 5番小歯車
113 6番歯車組立
114 6番大歯車
115 6番小歯車[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a reduction gear structure of a small motor with a reduction gear widely used in office equipment, peripheral equipment for electronic computers, home appliances, medical equipment, and the like.
[0002]
[Prior art]
As small motors with reduction gears are widely used in office equipment and medical equipment, they are required to be downsized, highly accurate, low in noise, low in price, and the like.
By using a plastic material for the gear constituting the reduction gear of the small motor with a reduction gear, the noise and the cost are reduced.
[0003]
FIG. 12 is an external view of a conventional small motor with a reduction gear, and FIG. 13 is a sectional view taken along line F1-F2 in FIG. FIG. 14 is a developed sectional view of the G1-G2-G3-G4-G5-G6-G7 gear of FIG.
In FIG. 12, the
In FIG. 14, the power of the
In the gear reducer having such a gear arrangement, there is a problem that the strength of the gear is lowered when a plastic material is used in order to reduce noise and cost compared to a gear configuration using a conventional metal material. There is.
[0004]
Generally, a metal material such as mild steel is used as a gear material constituting the reduction gear of the above-described small motor with a reduction gear. The tensile strength of this mild steel is 392 [MPa], while the tensile strength of polyacetal, which is an example of a plastic material used for gears, is about 67 to 83 [MPa]. Therefore, the gear strength of the plastic gear using this polyacetal is reduced from about 4.8 to about 5.8 compared to the metal gear.
In order to compensate for the reduction in gear strength when plastic gears are used in this way, it is effective to increase the meshing tooth width of the gears. As a result, the meshing accuracy of the gear may decrease and the gear noise may increase. Therefore, the plastic gear has a drawback that the tooth width cannot be increased too much.
[0005]
[Patent Document 1] JP-A-10-31384 Planetary gear reducer and its assembly method In
[0006]
As described above, in the speed reducer having the conventional gear configuration described in FIGS. 12, 13, and 14, there is always one normal gear meshing position. Therefore, when a plastic gear is used, there is a drawback that the gear strength is lowered. Further, if the gear tooth width is too wide, there is a drawback that gear noise increases due to the influence of tooth trace errors.
Further, since the center of the motor shaft and the center of the output shaft do not coincide with each other, there is a disadvantage that the mounting area of the reduction gear to the load device increases. However, since each gear assembly is supported on both sides of the gear assembly, a double-end support structure is provided, which helps increase the rigidity of the speed reducer.
It is also an effective method to increase the gear strength by using a planetary gear reducer described in
However, in the case of this planetary gear reducer, since the output shaft has a cantilever support structure, two bearings are mounted in series. Therefore, there is a disadvantage that the bearing part becomes large and the speed reducer becomes long, but the center of the motor shaft and the center of the output shaft of the speed reducer coincide with each other, so that the mounting area to the load device is small. is there.
[0007]
As described above, in the present invention, a plastic gear having both “a plurality of simultaneous meshing portions and a central output shaft” which is an advantage of a planetary gear speed reducer and “both end support structure” which is an advantage of a conventional speed reducer. The reduction gear used is proposed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Small motors with small reduction gears are used in a wide range, and reduction gears used in small motors with reduction gears are increasingly required to be smaller, lighter, stronger, and less expensive.
In the present invention, taking advantage of the fact that "the planetary gear mechanism has a plurality of simultaneous meshing locations and the output shaft is at the center of the speed reducer", "the conventional gear mechanism has one meshing location. "The speed reducer is characterized by the fact that the bearing has a double-sided support structure, is composed of plastic gears with multiple simultaneous meshing locations, and the output shaft is located at the center." It is a problem to propose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the reduction gear according to the present invention, a plurality of driven gears are arranged on the outer periphery of the drive gear, and a plurality of meshing locations of the gear per reduction gear are provided. Bearings for supporting the output shaft are arranged in a front case and a rear case to form a so-called both-end support structure, and the rear portion of the output shaft is used as a gear shaft to support the intermediate gear rotatably. Further, a plurality of gears are stacked on a plurality of gear shafts arranged in parallel with the output shaft.
[0010]
[Action]
In the configuration as described above, the gear strength can be increased because there are a plurality of meshing locations. Accordingly, it is possible to use a plastic gear having low gear strength. In addition, since the output shaft and the gear shaft are supported at two locations of the front case and the rear case and have a double-end support structure, the output shaft and the gear shaft have a structure that can withstand a bending load or the like. Therefore, it is possible to provide a speed reducer having a gear strength increased using plastic gears comprehensively.
[0011]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a right side view of a small motor with a reduction gear, and shows a cross-sectional view of the reduction gear of the present invention. FIG. 2 is a front view of the small motor with a reduction gear. The cross section of the reduction gear section of C1-O-C2 in FIG. 2 is shown in the reduction gear cross section of FIG.
[0012]
The power of the reduction gear according to the present invention is transmitted from the
[0013]
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A1-A2 of FIG. In the first reduction stage, the
[0014]
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line C1-C2 of FIG. In the second reduction stage, the second small gear 55 of the two second gear assemblies 53 meshes with the third large gear 57 of the third gear assembly 56, and one third gear assembly 56 is connected to the
[0015]
FIG. 5 is a sectional view taken along the line D1-D2 of FIG. In the third reduction stage, the third small gear 58 of one third gear assembly 56 meshes with the fourth large gear 60 of the fourth gear assembly 59, and four four fourth gear assemblies 59 are four. The
[0016]
FIG. 6 shows an E1-E2 cross-sectional view of FIG. In the fourth reduction stage, the fourth small gear 61 of the four fourth gear assemblies 59 meshes with one output gear 63, and the four fourth gear assemblies 59 move on the four
[0017]
FIG. 7 shows a B1-B2 cross-sectional view of FIG. An output shaft
[0018]
As is apparent from the above description, there are two meshing positions of the
There are two meshing positions of the second small gear 55 and the third large gear 57 in the second speed reduction stage,
There are four meshing positions of the third small gear 58 and the fourth large gear 60 in the third speed reduction stage,
There are four meshing positions of the fourth small gear 61 and the output gear 63 in the fourth speed reduction stage,
There are two fixed portions of the
There are two bearings for the
In this way, the first stage and the second stage of deceleration have a high rotational speed but a small transmission torque, so there are two meshing locations, and the third and fourth stages where the transmission speed increases as the deceleration progresses and the rotational speed is slow. 4 places.
Generally, the strength of the speed reducer is determined by the gear strength of the final output stage having a low rotational speed and a large transmission torque. As described above, in the speed reducer of the present invention, there are four meshing positions of the output gear. Therefore, if the meshing tooth width of the fourth small gear and the output gear is 1.5 times, the gear strength of the final output stage is 4 locations × 1.5 times = 6 times. Therefore, a plastic gear having a strength comparable to that of a metal gear can be obtained.
Further, in the planetary gear speed reducer of
[0019]
As another embodiment of the present invention, FIG. 8 shows a two-speed reduction gear.
The power of the reduction gear according to the present invention is transmitted from the
[0020]
FIG. 9 shows a 6-speed reduction gear.
The power of the reduction gear according to the present invention is transmitted from the
[0021]
Further, as another embodiment of the present invention, FIG. 10 shows a case where two gear shafts are equally distributed, and FIG. 11 shows a case where three gear shafts are equally distributed.
In FIG. 10, the gear shaft is arranged at 180 degrees, and the gear meshes at two locations, so a gear tooth number that is a multiple of 2 is selected. In FIG. 11, the gear shaft is arranged at 120 degrees, and the gear meshes at three locations. Therefore, the number of gear teeth that is a multiple of 3 is selected.
In this way, the reduction ratio can be selected by using the odd and even number of teeth. Accordingly, it is possible to select the meshing position of the gear wheel as shown in FIG. 5 as two places, three places, and four places.
[0022]
【The invention's effect】
As in the present invention, a reduction gear for a small motor with a reduction gear using a plastic gear having a strength comparable to that of a metal gear by increasing the gear tooth width of the gears in each stage and increasing the gear tooth width. Can be provided. Furthermore, since the center of the output shaft of the speed reducer coincides with the center of the motor shaft, there is an advantage that the mounting area is reduced.
Therefore, according to the present invention, taking advantage of the fact that "the planetary gear mechanism has a plurality of simultaneous meshing locations and the output shaft is at the center of the speed reducer", "the conventional gear mechanism has only one meshing location. A reduction gear characterized by the fact that the bearing is composed of plastic gears with double-end support structure and multiple simultaneous meshing locations, and the output shaft is located at the center. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a reduction gear in a right side view of a small motor with a reduction gear according to the present invention. FIG. 2 is a front view of the small motor with a reduction gear according to the invention. -C2 cross-sectional view [FIG. 5] D1-D2 cross-sectional view [FIG. 6] E1-E2 cross-sectional view [FIG. 7] B1-B2 cross-sectional view [FIG. 8] 2-speed reducer [FIG. [Fig. 10] Gear shaft arranged at 180 degrees [Fig. 11] Gear shaft arranged at 120 degrees [Fig. 12] External view of conventional small motor with reduction gear [Fig. 13] F1-F2 Sectional view [Fig.14] G1-G7 gear development sectional view of conventional small motor with reduction gear [Explanation of symbols]
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