JP2006349013A - 小型減速機およびこれを用いたシリンジポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 超小型であって動力伝達率が良好で、外力による破壊が発生しにくく、組立効率のよい小型減速機を提供すること。
【解決手段】 モータ２のモータケース２ｂと接続されたハウジング１ａ内に、モータ２の回転軸２ａに直結された太陽歯車３、太陽歯車３に噛合する遊星歯車４、遊星歯車４を自転自在かつ太陽歯車３の周りを公転自在に保持し、遊星歯車４に噛合する固定内歯車７、および遊星歯車４に噛合し、回転軸２ａ上に出力軸１１が一体形成された小型減速機１であって、可動内歯歯車８の外周壁にハウジング１ａとの摺接用の凸部９を形成して可動内歯歯車８とハウジング１ａとの摺動面積を小さくすることで、摺動抵抗を小さくして動力伝達効率を高くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遊星歯車機構を用いた小型減速機およびこの小型減速機を用いたシリンジポンプに関する。

一般に用いられている遊星歯車機構を用いた小型減速機は、モータのケースに固定される下側ハウジングとこの下側ハウジングと組み合わせられる上側ハウジングとからなり、前記下側ハウジングと上側ハウジングとを組み合わせた形状を略円筒状とするハウジングに、遊星歯車機構を内蔵して構成されている。

前記遊星歯車機構は、小型のモータの出力軸に直結され入力側として作用する太陽歯車と、この太陽歯車に噛合する複数個の遊星歯車と、各遊星歯車を自転させながら前記太陽歯車の周りを公転させるように保持し、前記遊星歯車に噛合する固定内歯歯車と、遊星歯車に噛合するとともに出力側として作用する出力軸が一体に形成された可動内歯歯車とから構成されている。

そして、モータの回転によって太陽歯車が回転し、この太陽歯車に噛合する複数の遊星歯車が固定内歯歯車よって自転しながら太陽歯車の周りを公転し、その遊星歯車が固定内歯歯車に噛合すると同時に可動内歯歯車にも噛合することで、可動内歯歯車に形成された出力軸を介して、該出力軸に配設されるねじ、歯車等の動力伝達構造から動力（回転）を伝達するようになっている。

特開２００３−１３０１４３号公報

このような遊星歯車を用いた小型減速機においては、可動内歯歯車はその外周面を上側ハウジングの内周面に摺接させた状態で回転可能に組み立てられており、その摺接部分での大きな摺動抵抗が解決すべき課題となっていた。

また、可動内歯歯車の出力軸には別部品の歯車等の動力伝達構造が圧入等で固定される構造となっており、別部品の動力伝達構造を圧入等で固定させる場合の精度劣化や部品組立作業のコストアップなどが問題となっていた。

さらに、減速機は小型であることで部品同士の摺動抵抗が動力伝達効率に大きな影響を及ぼす点も改良点として指摘されていた。

またさらに、小型減速機のハウジングとモータとを固定する方法として、下側ハウジングの底部をモータの出力側端面にねじ部を設けてねじ止めする方法が多く採用されている。しかしながら、この方法は、ハウジングの構成やねじ止めの手間などがコストアップに繋がるという欠点を有するものであった。

そこで、本発明は、超小型であって動力伝達率が良好で、外力による破壊が発生しにくく、組立効率のよい小型減速機と、この小型減速機を備えたシリンジポンプを提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る小型減速機は、モータのモータケースと接続されたハウジング内に、モータの回転軸に直結された太陽歯車、太陽歯車に噛合する複数個の遊星歯車、遊星歯車を自転自在かつ太陽歯車の周りを公転自在に保持し、遊星歯車に噛合する固定内歯歯車、および遊星歯車に噛合し、同軸上に出力軸が一体形成された可動内歯歯車を備えた小型減速機であって、前記可動内歯歯車の外周壁にハウジングとの摺接用の凸部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る小型減速機は、請求項１に記載の小型減速機において、前記可動内歯歯車の回転軸を同軸上に形成された出力軸の先端部に動力伝達構造が一体に形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る小型減速機は、請求項１に記載の小型減速機において、前記可動内歯歯車の回転軸と同軸上に形成された出力軸の先端部にクラッチ機構が形成されていることを特徴とする。

請求項４に係る小型減速機は、請求項１に記載の小型減速機において、前記可動内歯歯車の回転軸と同軸上に形成された出力軸の先端部にスラスト受け構造が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る小型減速機は、前記モータのケースとハウジングは溶接により接続されていることを特徴とする。

そして、本発明のシリンジポンプは、前述のいずれかの小型減速機を用いてプランジャの直動動作を行なうことを特徴とする。

本発明の請求項１に係る小型減速機によれば、前記可動内歯歯車の外周壁に形成した凸部をハウジングの内周壁と摺接させて摺動面積を小さくすることで、摺動抵抗を小さくして動力伝達効率を高くすることができる。

本発明の請求項２に係る小型減速機によれば、出力軸の先端部に動力伝達構造を一体に形成することで、部品点数を削減してコスト低減を図ることができ、さらに、一体に形成することにより、出力軸と動力伝達構造との取付精度を向上させ、精度のばらつきを抑えることが可能となる。

本発明の請求項３に係る小型減速機によれば、出力軸の先端部にクラッチ機構を一体に形成することで、出力軸に過大な外力が加わった場合に、歯車などの部品が破壊されることを防止することができる。

本発明の請求項４に係る小型減速機によれば、出力軸の先端部にスラスト受け構造を一体に形成することで、出力軸にスラスト方向の大きな外力が加わった場合に、歯車などの部品が破壊されることを防止することができる。

本発明の請求項５に係る小型減速機によれば、小型減速機のハウジングをモータのケースとスポット溶接や超音波溶接などによって溶接することで、ねじの加工等が不必要となるため大幅なコストダウンが可能であり、また溶接によってモータと小型減速機との接合強度が向上し、モータの端子の位置決め等を簡便にすることも可能となる。

このように、本発明の小型減速機によれば、超小型であって動力伝達率が良好で、外力による破壊が発生しにくく、組立効率のよい小型減速機を実現することができる。

また、本発明の小型減速機によれば、小型で低コストのマイクロシリンジポンプを実現することができる。

図１は、遊星歯車機構を用いた本発明の小型減速機の要部構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の小型減速機の組立て状態を示す斜視図である。

本実施形態の小型減速機１は外形状を略円筒状のハウジング１ａに遊星歯車機構を内蔵して構成されている。

前記遊星歯車機構を構成し、入力側として作用する太陽歯車３は、小型のモータ２の回転軸２ａに直結されている。この太陽歯車３に噛合する３つの遊星歯車４は、２枚のキャリア板５間に配設された遊星歯車軸６によって回転（自転）自在に軸支され、前記遊星歯車４の軸方向下側部分を固定内歯歯車７の内歯に噛合させ、各遊星歯車４が前記太陽歯車３の周りを公転するように構成されている。また、前記遊星歯車４の軸方向上側部分は遊星歯車軸６上に出力軸８ａが一体形成された可動内歯歯車８の内歯に噛合させ、前記可動内歯歯車８の出力軸８ａを介して動力（回転力）を伝達可能に構成されている。

このような基本的構成を有する本実施形態の小型減速機１においては、前記可動内歯歯車８の外周壁８ｂには、図１乃至図４に示すように、ハウジング１の内周壁との摺接用の凸部９が形成されている。前記凸部９は該可動内歯歯車８の回転軸上に中心点を配置させる円環状に形成されている。本実施形態の小型減速機１は、駆動時に可動内歯歯車８の外周壁８ｂに形成された凸部９がハウジング１ａの内周壁と摺接することになる。このように摺動面積を小さくすることで、摺動抵抗を小さくして動力伝達効率を高くすることができる。

さらに、前記可動内歯歯車８に形成された出力軸８ａの先端部には、小型減速機１のモータ２の動力を他の装置や機構に伝達するための動力伝達構造１１が一体に形成されている。図３は動力伝達構造１１がねじ１１ａである場合の一例を示したものであり、図４は前記動力伝達構造１１が歯車１１ｂである場合の一例を示したものである。前記動力伝達構造１１としては、歯車、ねじの他、ウォーム、カム等をも例示することができる。

このように出力軸８ａの先端部に動力伝達構造１１を一体に形成することで、部品点数を削減してコスト低減を図ることができる。さらに、一体に形成することにより、出力軸８ａと動力伝達構造１１との取付精度を向上させ、精度のばらつきを抑えることが可能となる。

また、前記モータ２のケース２ｂとハウジング１ａは溶接により接続されている。詳しくは、本実施形態の固定内歯歯車７の外周壁７ａは、前記ハウジング１ａの内周壁を摺接させながら嵌合させるように形成されている。つまり、その外周壁７ａにおける下端部の１８０°の対称位置には２つの係合用突起７ｂが形成されており、ハウジング１ａの下端部における１８０°の対称位置に形成された係合用切欠き部１ｂを係合させることで、ハウジング１ａを周方向および軸方向に位置決めされる。そして、その状態において、ハウジング１ａとモータ２のケース２ｂ（いずれも金属製）を溶接して一体に固定する（図２参照）。

このように、小型減速機１のハウジング１ａとモータ２のケース２ｂをスポット溶接や超音波溶接などによって溶接することで、ねじの加工等のコストダウンを図り、また溶接によって接合強度を向上させ、モータ２の端子の位置決め等を簡便にすることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、遊星歯車４、固定内歯歯車７、可動内歯歯車８等の各歯面や各歯車を軸支する遊星歯車軸６の表面などの摺動部における摺接面に樹脂潤滑剤を塗布して摺動抵抗を減少させるように構成されている。

図５は出力軸８ａにトルクリミッタ１３（クラッチ機構）を配設した場合の一例を示す斜視図である。

トルクリミッタ１３は、出力軸８ａに所定値以上のトルクが付加されたときに、該出力軸８ａを空転させるクラッチ機構を備えている。例えば、所定のトルク以上になるとクラッチのボールが外れて空転するボール式のクラッチ機構からなる公知の構成のものを使用することとし、その詳細な説明は省略する。

このように、小型減速機１の出力軸８ａにトルクリミッタ１３を配設すれば、出力軸８ａに過大な外力が加わった場合であっても、前記出力軸８ａに接続された出力機構１１としてのトルクリミッタ１３で出力軸８ａを滑らせ、空転させることができるので、モータ２のみならず、小型減速機１の遊星歯車４などの各種部品が破壊されることを防止することができる。

また、図６は出力軸８ａにスラスト方向の動きを制限した機構（スラスト受け構造）を設けた場合の一例を示す斜視図である。

本実施形態においては、前記出力軸８ａに段差部（図示せず）を形成し、その段差部にスラスト方向の力を吸収可能なＣリング１４を配設している。

このように、小型減速機１の前記出力軸８ａの段差部にＣリング１４を配設すれば、スラスト方向の動きを制限することができ、このスラスト方向の外力によって遊星歯車４などの各種部品が破壊されることを防止することができる。

そして、図７は前述の本実施形態の小型減速機１を用いてプランジャ１８の直動動作を行なうように構成されたシリンジポンプ１６の要部構成を示す斜視図である。

この図７に示すように、シリンジポンプ１６のバレル１７内に配設されるプランジャ１８の後端側に回転−直動変換機構としての送りねじ機構を配設する。この送りねじ機構の構成は公知であるので、その詳細な説明は省略するが、本実施形態の場合、前記小型減速機１の出力軸８ａの先端部に、この送りねじ機構を構成するねじを形成するとともに、前記小型減速機１を前記バレル１７の後端部側に配設する。

そして、このような構成のシリンジポンプ１６は、小型減速機１を駆動させて出力軸８ａを回転させることにより、該出力軸８ａに一体形成されたねじを有する送りねじ機構によって前記プランジャ１８を直動動作させることが可能となる。

本実施形態の場合、前述のように、減速機１は小型であるので、従来よりも小型のシリンジポンプ１６を低コストで提供することができる。

例えば、図８に示すように、小型減速機１の出力軸８ａにゴム等からなる栓体１９の中央孔に該中央孔からの液漏れを防止可能に密着させつつ貫通させるとともに、該栓体１９を前記出力軸８ａの基部に配設し、この栓体１９をバレル１７の後端側開口部に嵌合させてシール部材として作用させることで、該バレル１７の後端部側に小型減速機１を簡便に配設することが可能となる。また、小型減速機１およびプランジャ１８の軸部分と、シリンジポンプ１６のバレル１７、プランジャ１８の先端部分の分離や交換を簡単に行うことができる。

また、図９に示すように、シリンジポンプ１６に配設された小型減速機１に接続されるモータ２の駆動制御回路（図示せず）、駆動源（電源）、吸引・吐出の定量設定を行なうための表示部２２および入力部２３などを備えたコントローラ２４を、シリンジポンプ１６にケーブル２５を介して接続させる。これにより、送りねじ機構によって単純に前記プランジャ１８を直動動作させるのみならず、前記コントローラを用いて設定を行うことで、定量の液体の吸引又は吐出が可能となる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明の小型減速機の実施形態における要部構成を示す分解斜視図 図１の小型減速機の組立て状態を示す斜視図 可動内歯歯車の出力軸に動力伝達構造としてのねじが一体形成された状態を示す斜視図 可動内歯歯車の出力軸に動力伝達構造としての歯車が一体形成された状態を示す斜視図 可動内歯歯車の出力軸にクラッチ機構が配設された状態を示す斜視図 可動内歯歯車の出力軸にスラスト受け構造が配設された状態および溶接による接続部を示す斜視図 小型減速機を用いたシリンジポンプの実施形態を示す斜視図 図７のシリンジポンプを小型減速機を配設した部分と、その他の部分とに分解した状態を示す斜視図 本実施形態の小型減速機を用いたシリンジポンプの別の実施形態を示す斜視図

符号の説明

１ 小型減速機
１ａ ハウジング
１ｂ 係合用切欠き部
２ モータ
２ａ 回転軸
２ｂ ケース
３ 太陽歯車
４ 遊星歯車
５ キャリア板
６ 遊星歯車軸
７ 固定内歯歯車
７ａ 外周壁
７ｂ 係合用突起
８ 可動内歯歯車
８ａ 外周壁
９ 凸部
１１ 動力伝達構造
１１ａ ねじ
１１ｂ 歯車
１３ トルクリミッタ
１４ Ｃリング
１６ シリンジポンプ
１７ バレル
１８ プランジャ
１９ 栓体
２１ 駆動源
２２ 表示部
２３ 入力部
２４ コントローラ
２５ ケーブル

Claims (6)

1. モータのモータケースと接続されたハウジング内に、モータの回転軸に直結された太陽歯車、太陽歯車に噛合する複数個の遊星歯車、遊星歯車を自転自在かつ太陽歯車の周りを公転自在に保持し、遊星歯車に噛合する固定内歯歯車、および遊星歯車に噛合し、回転軸上に出力軸が一体形成された可動内歯歯車とを備えた小型減速機であって、
   前記可動内歯歯車の外周壁にハウジングとの摺接用の凸部が形成されているこを特徴とする小型減速機。
2. 前記可動内歯歯車の回転軸と同軸上に形成された出力軸の先端部に動力伝達構造が一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の小型減速機。
3. 前記可動内歯歯車の回転軸と同軸上に形成された出力軸の先端部にクラッチ機構が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の小型減速機。
4. 前記可動内歯歯車の回転軸と同軸上に形成された出力軸の先端部にスラスト受け構造が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の小型減速機。
5. 前記モータケースとハウジングは溶接により接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の小型減速機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の小型減速機を用いてプランジャの直動動作を行なうことを特徴とするシリンジポンプ。

Images