JP2007037363A - ギヤードモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 寸法的な制約がある場合でも大きな減速比を得ることができ、かつ、コストの低減を図ることのできるギヤードモータを提供すること。
【解決手段】 ギヤードモータ７では、モータ軸線方向Ｌにおいて外径寸法が略一定の円筒状のケース１６の内部に、ＤＣモータ１１の回転出力を減速して出力軸１９に伝達するための減速機構４０が配置されている。減速機構４０は、入力側の不思議遊星歯車減速機構２０と、出力側の遊星歯車減速機構３０とによって構成されている。不思議遊星歯車減速機構２０の減速比は７８．２であり、遊星歯車減速機構３０の減速比は５であり、減速機構４０全体としての減速比は３９１である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータの回転が減速機構を介して出力軸に伝達されるギヤードモータに関するものである。

洋式トイレの便座や便蓋を開閉するための駆動装置などでは、便座などに連結された出力軸に対してモータの回転出力が減速機構によって減速して伝達されるギヤードモータが用いられている。このようなギヤードモータでは、円筒状のケース内に配置されることが多いため、減速機構としては、このようなケース内に収納するのに適した遊星歯車減速機構が採用されることが多い。

しかしながら、遊星歯車減速機構は、一般的に減速比があまり大きく取れないため、減速機構に、例えば数百分の１などといった大きな減速比が求められる場合、複数の遊星歯車減速機構を直列に接続する必要がある。このため、ギヤードモータに対して、モータ軸線方向の寸法に制約がある場合には、十分な減速比を確保できないという問題点がある。また、遊星歯車減速機構を多段に配置すると、部品点数や組立工数が増大し、コストが増大してしまう。

以上の問題点に鑑みて、本発明では、寸法的な制約がある場合でも大きな減速比を得ることができ、かつ、コストの低減を図ることのできるギヤードモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、モータと、減速機構と、該減速機構を介して前記モータの回転出力が減速して伝達される出力軸とを有するギヤードモータにおいて、前記減速機構には、不思議遊星歯車減速機構と遊星歯車減速機構とが含まれ、前記不思議遊星歯車減速機構は、前記遊星歯車減速機構より入力側に構成されていることを特徴とする。

本発明においては、減速機構に、大きな減速比が得られる不思議遊星歯車減速機構を用いたため、大きな減速比を得る場合でも、例えば、不思議遊星歯車減速機構と遊星歯車減速機構の２段で済む。それ故、ギヤードモータに寸法的な制約がある場合でも、大きな減速比を得ることができる。また、部品点数が少なく済み、かつ、組立工数を削減できるので、コストを低減することができる。さらに、入力側に不思議遊星歯車減速機構を構成したため、遊星歯車減速機構は、大きく減速された状態で遊星歯車が回転するので、ノイズなどの発生を効果的に低減できる。

本発明は、前記モータ、前記減速機構、および前記出力軸は、モータ軸線方向で外径寸法が略一定の円筒状のケース内で当該モータ軸線方向に沿ってこの順に配置されているタイプのギヤードモータを構成するのに適している。すなわち、不思議遊星歯車減速機構は、中心側に配置されて前記モータによって回転駆動される入力歯車と、該入力歯車の周囲に配置されて前記入力歯車によって駆動される遊星歯車と、該遊星歯車の周囲に固定配置され、前記遊星歯車を前記入力歯車との間に保持して、前記遊星歯車の回転を規制する固定内歯車と、前記遊星歯車の周囲で前記固定内歯車と軸線方向で隣接配置されて前記遊星歯車によって駆動される可動内歯車とを備えており、このような構造は、基本的には遊星歯車減速機構と類似している。このため、不思議遊星歯車減速機構も、遊星歯車減速機構同様、円筒状のケース内に配置するのに適している。

本発明は、前記不思議遊星歯車減速機構の外径寸法と前記遊星歯車減速機構の外径寸法が略同一であることが求められるギヤードモータを構成するのに適している。不思議遊星歯車減速機構の外径寸法と遊星歯車減速機構の外径寸法が略同一であること求められる場合、双方の歯車機構を構成する部品については、概ね同等の機械的強度をもって形成されることになる。この場合でも、トルクが小さい入力側に減速比の大きな不思議遊星歯車を配置すれば、減速比の大きな不思議遊星歯車減速機構をトルクが大きな出力側に配置した場合と違って、無理な設計を行わなくても、不思議遊星歯車減速機構の外径寸法と遊星歯車減速機構の外径寸法とを略同一とすることができる。

本発明において、前記不思議遊星歯車減速機構は、遊星歯車の外周側に配置された可動内歯車が前記遊星歯車減速機構の太陽歯車と共通の回転体に構成されていることが好ましい。このように構成すると、各々の別々の部品を用いた場合と違って、部品点数や組立工数を削減できるとともに、減速機構が占有する部分が狭くてよいため、ギヤードモータの低コスト化および小型化の双方を図ることができる。

本発明において、前記不思議遊星歯車減速機構では、例えば、中心側に配置された入力歯車を挟んで２つの遊星歯車が対称位置に配置されている構成を採用することができる。すなわち、不思議遊星歯車減速機構では、遊星歯車の数と、固定内歯車の歯数と可動内歯車の歯数の差とを等しく設定するので、遊星歯車の数が２であれば、固定内歯車の歯数と可動内歯車の歯数の差が２であり、大きな減速比を得ることができる。

本発明において、前記モータから前記出力軸への動力伝達経路の途中位置にはトルクリミッタが配置されていることが好ましい。このように構成すると、出力軸の駆動中に外力が加わってもトルクリミッタが空回りするため、過大な力が減速機構に加わらないので、部品の破損が発生しない。特に本発明では、減速機構の減速比が大きい分、出力軸に外力が加わると、減速機構を構成する部品に過大な力が加わるので、トルクリミッタを付加した効果が大きい。

また、前記トルクリミッタは、前記モータの回転出力が入力される入力側部材と、前記モータの回転出力を前記動力出力部に向けて出力する出力側部材とを備え、前記モータの回転軸の回転中心軸線、前記入力側部材の回転中心軸線、および前記出力側部材の回転中心軸線とが同一の軸線上にあることが好ましい。

さらに、前記トルクリミッタは、例えば、前記入力側部材の外周面で軸線方向に延びた溝と、該溝内に収納されたピンと、前記出力側部材に保持されて前記ピンを前記溝内に向けて付勢するバネとを備えているものを用いることが好ましい。このように構成すると、トルクリミッタを付加した場合でも、大きなスペースを必要とせず、かつ、動力の伝達を効率よく行うことができる。

本発明において、不思議遊星歯車減速機構の可動内歯車に固定された支軸は、基端側が入力歯車のセンター出しを行い、先端側は、遊星歯車減速機構の遊星ホルダのセンター出しを行っていることが好ましい。このように構成すると、支軸自身のセンター出しを確実に行うことができ、不思議遊星歯車減速機構の入力歯車および可動内歯車、さらには遊星歯車減速気候の遊星ホルダの芯出しを確実に行うことができる。それ故、モータ軸の傾き、可動内歯車や遊星ホルダの位置ずれを確実に防止できるので、回転駆動力の伝達損失が少なく、かつ、ノイズの発生を確実に防止することができる。

本発明においては、減速機構に、大きな減速比が得られる不思議遊星歯車減速機構を用いたため、大きな減速比を得る場合でも、例えば、不思議遊星歯車減速機構と遊星歯車減速機構の２段で済む。それ故、ギヤードモータに寸法的な制約がある場合でも、大きな減速比を得ることができる。また、入力側に不思議遊星歯車減速機構を構成したため、遊星歯車減速機構は、大きく減速された状態で遊星歯車が回転するので、ノイズなどの発生を効果的に低減できる。

図面を参照して、本発明を適用したギヤードモータを説明する。

（全体構成）
図１は、本発明が適用されたギヤードモータを便座ユニットに用いた洋式トイレの説明図である。図２は、本発明を適用したギヤードモータの断面図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各々、図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線での断面図である。

図１に示す洋式トイレ１は、便器本体２、水タンク３、便蓋６、便座ユニット４などから構成され、便座ユニット４は、便座５と、この便座５を開閉駆動するギヤードモータ７とを備えている。

図２において、ギヤードモータ７は、全体として円柱形状を有しており、その基端側から先端側に向かって、概ね、ＤＣモータ１１、モータ軸線方向Ｌにおいて外径寸法が略一定の円筒状のケース体１６、およびカバー１５がこの順に配置されている。カバー１５からは先端側に向けて出力軸１９の先端部が突出しており、この出力軸１９の先端部は、図１に示した便座５に連結されている。ケース体１６は、ＤＣモータ１１の側に配置された第１のケース体１３と、第１のケース体１３の先端側端部に固定された第２のケース体１４とを備えており、第２のケース体１４の先端側端部にはカバー１５が固定されている。ＤＣモータ１１において、モータ本体の出力側の端面には連結プレート１２がネジ１１１により固着されており、この連結プレート１２に対しては第１のケース１６の基端側端部がネジ１１２により固着されている。

（減速機構の構成）
本形態のギヤードモータ７では、ケース１６の内部に、ＤＣモータ１１の回転出力を減速して出力軸１９に伝達するための減速機構４０が配置されており、本形態において、減速機構４０は、以下に詳述する不思議遊星歯車減速機構２０と遊星歯車減速機構３０とによって構成されている。

図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、不思議遊星歯車減速機構２０は、中心側でＤＣモータ１１からの駆動力が伝達される入力歯車２１と、この入力歯車２１の周囲に配置されて入力歯車２１によって駆動される遊星歯車２２と、プレート２６によって遊星歯車２２が回転可能に支持された軸部２５を備えた遊星ホルダ２７と、遊星歯車２２の周囲で遊星歯車２２を入力歯車２１との間に保持して、遊星歯車２２の回転を規制する固定内歯車２３と、遊星歯車２２の周囲で固定内歯車２３に対してモータ軸線方向Ｌで隣接配置されて遊星歯車２２によって駆動される可動内歯車２４とを備えている。本形態では、２つの遊星歯車２２が入力歯車２１を挟んで対称位置に配置されている。

このような不思議遊星歯車減速機構２０において、入力歯車２１の歯数をＺ1、遊星歯車の歯数をＺ2、固定内歯車２３の歯数をＺ3、可動内歯車２４の歯数をＺ4とすると、減速比は以下の式
減速比＝［（Ｚ3＋Ｚ1）／Ｚ1］×［Ｚ4／（Ｚ3−Ｚ4）］
で表され、遊星歯車減速機構３０と比較して大きな減速比が得られる。例えば、各歯数を以下の条件
入力歯車２１の歯数Ｚ1＝１０
遊星歯車の歯数Ｚ2＝１２
固定内歯車２３の歯数Ｚ3＝３６
可動内歯車２４の歯数Ｚ4＝３４
に設定すると、減速比は７８．２となる。すなわち、不思議遊星歯車減速機構２０では、遊星歯車２２の数と、固定内歯車２３の歯数Ｚ3と可動内歯車２４の歯数Ｚ4の差とを等しく設定するので、遊星歯車２２の数が２であれば、固定内歯車２３の歯数Ｚ3と可動内歯車２４の歯数Ｚ4の差が２であり、大きな減速比を得ることができる。

本形態において、入力歯車２１は、ＤＣモータ１１のモータ軸１１０の先端部に固着されたモータピニオンによって構成されている。固定内歯車２３は第１のケース体１３の内周面に形成されている。可動内歯車２４は、固定内歯車２３に対してモータ軸線方向Ｌの先端側で隣接する円筒状胴部を備えたカップ形状を有し、その円筒状胴部の内周面に内歯が形成されている。また、可動内歯車２４では、その底面部中央から先端側に向けて円筒部４２が延びており、この円筒部４２の内部は、金属製の支軸４５が嵌め込み固定された軸孔になっている。

ここで、支軸４５は、可動内歯車２４に固定され、支軸４５の基端側は、入力歯車２１の先端側で開口する孔内に嵌っている。また、支軸４５の先端側は、後述する遊星歯車減速機構３０の遊星ホルダ３４の基端側で開口する孔内に嵌っている。

遊星歯車減速機構３０において、太陽歯車３１は、可動内歯車２４の円筒部４２の外周面に形成されており、この太陽歯車３１の周りには遊星歯車３２が配置されている。本形態においては、減速機構４０では後段でトルクが大きいため、その分、遊星歯車減速機構３０に大きな強度が求められることから、遊星歯車３２が３つ、用いられている。これらの遊星歯車３２は、遊星ホルダ３４に固着された軸体３３に対して、その軸線周りに回転可能な状態に支持プレート３６によって支持されている。遊星歯車３２の外側には、遊星歯車３２を太陽歯車３１との間に保持して、遊星歯車３２の回転を規制する固定内歯車３５が配置されており、この固定内歯車３５は第２のケース体１３の内周面に所定の周り止め構造により固定されている。なお、本形態では、遊星歯車減速機構３０の減速比が５であるため、減速機構４０全体としては減速比が３９１である。

（トルクリミッタなどの構成）
図２および図３（ｃ）に示すように、遊星歯車減速機構３０の遊星ホルダ３４に対しては、出力軸１９が機構的に連結されており、遊星ホルダ３４の回転が出力軸１９に伝達される。ここで、遊星ホルダ３４と出力軸１９との間には、遊星ホルダ３４をＤＣモータ１１の回転出力が入力される入力側部材とし、出力軸１９自身を出力側部材とするトルクリミッタ５０が構成されている。

このようなトルクリミッタ５０を構成するにあたって、本形態では、図２および図３（ｄ）に示すように、まず、遊星ホルダ３４において先端側に向けて突出するホルダ側円筒部３４０の外周面にはモータ軸線方向Ｌに延びた複数本の溝３４１が断面半円弧状に形成され、これらの溝３４１の各々には丸棒状のローラピン５５が嵌っている。また、出力軸１９のモータ軸線方向Ｌの途中位置には、半径方向に広がるフランジ部１９５が形成され、このフランジ部１９５には、基端側に延びてホルダ側円筒部３４０を囲む出力軸側円筒部１９０が形成されている。ここで、出力軸側円筒部１９０には、モータ軸線方向Ｌに延びた複数本の孔１９１が出力軸側円筒部１９０を半径方向で貫通するように形成されており、ホルダ側円筒部３４０に形成された溝３４１に収納されているローラピン５５は、出力軸側円筒部１９０に形成された孔１９１内にも一部が嵌っている。この状態で、ローラピン５５は半径方向に移動可能、すなわち、図３（ｄ）に実線で示すように、ホルダ側円筒部３４０に形成された溝３４１に嵌った状態、および図３（ｄ）に点線で示すように、溝３４１から脱出して出力軸側円筒部１９に形成された孔１９０内に完全に移動可能な状態にある。但し、ホルダ側円筒部１９０の周りにはコイルバネ５７が装着されており、コイルバネ５７は、ローラピン５５を溝３４１内に向けて付勢している。

このようにして、ＤＣモータ１１のモータ軸１１０の回転中心軸線、遊星ホルダ３４の回転中心軸線、および出力軸１９の回転中心軸線を同一の軸線上に配置したまま、トルクリミッタ５０を構成してある。

このようなトルクリミッタ５０では、遊星ホルダ３４が回転した際、出力軸１９に加わっている負荷が小さい場合には、ローラピン５５が遊星ホルダ３４と出力軸１９とを連結しているので、遊星ホルダ３４の回転は、出力軸１９にも伝達される。これに対して、遊星ホルダ３４が回転した際、出力軸１９に大きな負荷が加わると、コイルバネ５７のバネ力に抗してローラピン５５が遊星ホルダの溝３４１から脱出して遊星ホルダ３４と出力軸１９との連結が解除されるので、遊星ホルダ３４が回転してもトルクリミッタ５０で空回りが起こり、遊星ホルダ３４の回転は出力軸１９に伝達されない。その際、ローラピン５５は、周方向で隣接する別の溝３４１に入り込み、再び、遊星ホルダ３４と出力軸１９とを連結した状態とする。

なお、第２のケース１６と出力軸１９との間には、第２のケース１６側に基板８２が保持されたポテンショメータ８１が構成され、その検出結果は、コネクタ８３を介して外部に出力されるようになっている。また、出力軸１９の外周面と第２のケース１６との間にはＯリング１７が配置され、カバー１５と出力ケース１６との間にもＯリング１８が配置されている。これらのＯリング１７、１８は、ポテンショメータ８１をグリスやオイルから保護するためのものである。

（本形態の主な効果）
このように構成したギヤードモータ７では、ＤＣモータ１１が回転すると、その回転出力が不思議遊星歯車減速機構２０によって減速された後、遊星歯車減速機構３０によってさらに減速されて出力軸１９に伝達される。ここで、減速機構４０には、大きな減速比が得られる不思議遊星歯車減速機構２０が用いられているため、大きな減速比を得る場合でも、不思議遊星歯車減速機構２０と遊星歯車減速機構３０の２段で済む。それ故、ギヤードモータ７に寸法的な制約がある場合でも、大きな減速比を得ることができる。また、部品点数が少なく済み、かつ、組立工数を削減できるので、コストを低減することができる。

また、入力側に不思議遊星歯車減速機構２０を構成したため、遊星歯車減速機構３０は、大きく減速された状態で遊星歯車３２が回転するので、ノイズなどの発生を効果的に低減できる。

さらに、不思議遊星歯車減速機構２０は、基本的には遊星歯車減速機構３０と類似しており、遊星歯車減速機構３０と同様、円筒状のケース１６内に配置するのに適している。従って、モータ軸線方向Ｌで外径寸法が略一定の円筒状のケース１６内に対して、ＤＣモータ１１、減速機構４０、および出力軸１９をモータ軸線方向Ｌに沿ってこの順に配置することができ、ギヤードモータ７の小型化を図ることができる。

また、本形態では、減速機構４０を外径寸法が略一定の円筒状のケース１６内に収納するため、不思議遊星歯車減速機構２０の外径寸法と遊星歯車減速機構３０の外径寸法を略同一にしてある。ここで、不思議遊星歯車減速機構２０の外径寸法と遊星歯車減速機構３０の外径寸法を略同一とすると、双方の歯車機構を構成する部品については、概ね同等の機械的強度をもって形成されることになるが、本形態では、トルクが小さい入力側に減速比の大きな不思議遊星歯車減速機構２０を配置したので、トルクが大きな出力側に減速比の大きな不思議遊星歯車減速機構を配置した場合と違って、不思議遊星歯車減速機構２０には過大な力が加わらない。それ故、無理な設計をしなくても、不思議遊星歯車減速機構２０の外径寸法と遊星歯車減速機構３０の外径寸法を略同一とすることができる。

本発明において、不思議遊星歯車減速機構２０は、遊星歯車２２の外周側に配置された可動内歯車２４が遊星歯車減速機構３０の太陽歯車３１と共通の回転体に構成されているため、各々の別々の部品を用いた場合と違って、部品点数や組立工数を削減できるとともに、減速機構４０が占有する部分が狭くてよいため、ギヤードモータ７の低コスト化および小型化の双方を図ることができる。

また、ＤＣモータ１１から出力軸１９への動力伝達経路の途中位置にはトルクリミッタ５０を構成したため、出力軸１９の駆動中に外力が加わってもトルクリミッタ５０が空回りする。従って、過大な力が減速機構４０に加わらないので、部品の破損が発生しない。特に本形態では、減速機構４０の減速比が大きい分、出力軸１９に外力が加わると、減速機構４０を構成する部品に過大な力が加わるので、トルクリミッタ５０を付加した効果が大きい。また、トルクリミッタ５０は、遊星ホルダ３４の側で軸線方向に延びた溝３４１と、溝３４１内に収納されたローラピン５５と、出力軸１９に保持されてローラピン５５を溝３４１内に向けて付勢するコイルバネ５７とを備えているものを用いたため、トルクリミッタ５０を付加した場合でも、大きなスペースを必要とせず、かつ、動力の伝達を効率よく行うことができる。

さらに、可動内歯車２４に固定された支軸４５の基端側は、入力歯車２１の先端側で開口する孔内に嵌り、支軸４５の先端側は、後述する遊星歯車減速機構３０の遊星ホルダ３４の基端側で開口する孔内に嵌っている。このため、支軸４５は、入力歯車２１のセンター出しを行うとともに、遊星ホルダ３４の孔に嵌ることにより、支軸４５自身のセンター出しを行っている。従って、入力歯車２１、可動内歯車２４および遊星ホルダ３４の芯出しを確実に行うことができるので、モータ軸１１０の傾き、可動内歯車２４や遊星ホルダ３４の位置ずれを確実に防止できる。それ故、回転駆動力の伝達損失が少なく、かつ、ノイズの発生を確実に防止することができる。

［その他の実施の形態］
出力軸１９の位置検出については、ポテンショメータ８１に限らず、磁気センサや光学センサなどのセンサ、あるいはリーフスイッチ、リードスイッチ、マイクロスイッチなどのスイッチ類を用いてもよい。また、出力軸１９に対しては、アシストバネを設け、便座の開駆動および閉駆動のうち、大きなトルクを必要とする開方向の駆動の際、付勢力を出力軸１９に加えてもよい。さらに、ギアードモータ７については便座５に限らず、便蓋６を開閉するのに用いてもよく、さらには、洋式トイレ１以外に構成された各種部材の開閉用に用いてもよい。

本発明が適用されたギヤードモータを便座ユニットに用いた洋式トイレの説明図である。 本発明を適用したギヤードモータの断面図である。 図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各々、図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線での断面図である。

符号の説明

７ ギヤードモータ
１１ ＤＣモータ
１６ ケース
１９ 出力軸
２０ 不思議遊星歯車減速機構
２１ 不思議遊星歯車減速機構の入力歯車
２２ 不思議遊星歯車減速機構の遊星歯車
２３ 不思議遊星歯車減速機構の固定内歯車
２４ 不思議遊星歯車減速機構の可動内歯車
３０ 遊星歯車減速機構
３１ 遊星歯車減速機構の太陽歯車
３２ 遊星歯車減速機構の遊星歯車
３５ 遊星歯車減速機構の固定内歯車
４０ 減速機構
４５ 支軸
５０ トルクリミッタ
５５ ローラピン
５７ コイルバネ
１９０ 出力軸側円筒部
３４０ ホルダ側円筒部

Claims (5)

1. モータと、減速機構と、該減速機構を介して前記モータの回転出力が減速して伝達される出力軸とを有するギヤードモータにおいて、
   前記減速機構には、不思議遊星歯車減速機構と遊星歯車減速機構とが含まれ、
   前記不思議遊星歯車減速機構は、前記遊星歯車減速機構より入力側に構成されていることを特徴とするギヤードモータ。
2. 請求項１において、前記モータ、前記減速機構、および前記出力軸は、モータ軸線方向で外径寸法が略一定の円筒状のケース内で当該モータ軸線方向に沿ってこの順に配置されていることを特徴とするギヤードモータ。
3. 請求項１または２において、前記不思議遊星歯車減速機構の外径寸法と前記遊星歯車減速機構の外径寸法が略同一であることを特徴とするギヤードモータ。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記不思議遊星歯車減速機構は、遊星歯車の外周側に配置された可動内歯車が前記遊星歯車減速機構の太陽歯車と共通の回転体に構成されていることを特徴とするギヤードモータ。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記不思議遊星歯車減速機構では、中心側に配置された入力歯車を挟んで２つの遊星歯車が対称位置に配置されていることを特徴とするギヤードモータ。

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