JP2012167747A - マグネットクラッチ付きモータ装置およびこれを備えた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間または高頻度でトルクの伝達と遮断が繰り繰り返されても、良好なトルクの伝達性能を維持する。
【解決手段】モータ装置は、ウォーム歯車９と、出力部６ａを有してウォーム歯車に噛み合うはすば歯車６と、モータ１の駆動力により回転される第１のマグネット２と、ウォーム歯車と一体回転可能かつ軸方向に一体移動可能な第２のマグネット３とを有する。ウォーム歯車は、第２のマグネットが第１のマグネットに吸着する第１の位置にてはすば歯車と噛み合い、第１の位置にあるウォーム歯車に被駆動機構１５側からの外力が軸方向の力として作用することにより、第２のマグネットが第１のマグネットから離脱してウォーム歯車がはすば歯車とのトルク伝達を遮断する第２の位置に移動する。第１および第２のマグネットの吸着面には、各マグネットの回転方向において複数の磁極が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネットクラッチを備えたモータ装置に関する。

モータ装置には、モータと、該モータの出力軸に取り付けられたウォーム歯車と、該ウォーム歯車に噛み合って、ウォーム歯車からのモータ駆動力を被駆動機構に伝達するはすば歯車とを有するものがある。モータの駆動力を被駆動機構に伝達することで、様々な機器を動作させることができる。

このようなモータ装置を便座・便蓋の開閉駆動に用いた便座便蓋開閉ユニットが、特許文献１にて開示されている。この便座便蓋開閉ユニットに用いられているモータ装置には、開閉駆動されている便座・便蓋にその動きを妨げるような外力が加わった場合に、モータや歯車に衝撃荷重や過大トルクが作用することを防止できるように、トルクリミッタ機構が備えられている。

特開２００６−９５１２０号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されているような従来のモータ装置に設けられたトルクリミッタでは、トルクの伝達と遮断を行う箇所に摩擦材や係合部材を用いており、長期間または高頻度でのトルクの伝達と遮断の繰り返しによって摩擦材が摩耗したり係合部材が破損したりすると、トルクの伝達が良好に行えなくなる。

本発明は、長期間または高頻度でトルクの伝達と遮断が繰り繰り返されても、良好なトルクの伝達性能を維持することができるようにしたマグネットクラッチ付きモータ装置を提供する。

本発明の一側面としてのマグネットクラッチ付きモータ装置は、モータと、回転可能かつ軸方向に移動可能に支持されたウォーム歯車と、モータの駆動力を被駆動機構に伝達するための出力部を有し、ウォーム歯車に噛み合うはすば歯車と、モータの駆動力により回転される第１のマグネットと、ウォーム歯車と一体回転可能であるとともに軸方向に一体移動可能な第２のマグネットとを有する。ウォーム歯車は、第２のマグネットが第１のマグネットに吸着する第１の位置においてはすば歯車と噛み合う。第１の位置にあるウォーム歯車に、被駆動機構側からの外力がはすば歯車を介して軸方向の力として作用することにより、第２のマグネットが第１のマグネットから離脱して該ウォーム歯車がはすば歯車とのトルク伝達を遮断する第２の位置に移動する。そして、第１および第２のマグネットの吸着面には、該各マグネットの回転方向において複数の磁極が形成されていることを特徴とする。

なお、上記モータ装置を備え、出力部からのモータの駆動力により駆動される被駆動機構を有する機器も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明では、ウォーム歯車が第１の位置にてはすば歯車に噛み合っている状態では、モータの駆動力が、磁力により吸着している第１および第２のマグネット（マグネットクラッチ）を介してウォーム歯車に伝達され、さらにはすば歯車を介して被駆動機構に伝達される。一方、被駆動機構側からの外力がはすば歯車を介してウォーム歯車に対して第２のマグネットを第１のマグネットから引き離す軸方向の力として作用すると、ウォーム歯車が軸方向に移動して、ウォーム歯車とはすば歯車とのトルク伝達が遮断される。したがって、過大な外力がはすば歯車を介してウォーム歯車に作用し、はすば歯車やウォーム歯車が破損したり、モータが強制的に停止または逆転されたりすることを防止できる。

さらに、ウォーム歯車とはすば歯車とのトルク伝達が遮断されることで、第１のマグネットはモータにより高速で回転されるのに対して第２のマグネットは停止するが、該第１および第２のマグネットの吸着面に複数の磁極が形成されているため、両マグネット間の回転数の差に応じてこれらマグネット間には反発力が発生し、両マグネットが再び吸着することはない。したがって、モータの駆動力（トルク）の伝達と遮断を行う第１および第２のマグネットが擦れ合って摩耗したり破損したりする可能性が少なく、長期間または高頻度でトルクの伝達と遮断が繰り繰り返されても、良好なトルクの伝達性能を維持することができる。

本発明の実施例１であるモータユニットの分解斜視図。 実施例１のモータユニットの側面図。 実施例１のモータユニットにおける第１のマグネットの磁極を示す図。 本発明の実施例２であるモータユニットの側面図。 本発明の実施例３であるモータユニットの側面図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１であるモータユニット（マグネットクラッチ付きモータ装置）を分解して示している。また、図２には、該モータユニットを側面から見て示している。

これらの図において、１はモータ１であり、５はモータ１の出力軸としてのモータ軸である。モータ１としては、ＤＣモータ、ステッピングモータ、振動型モータ等、どのような種類のモータであってもよい。また、以下の説明において、モータ軸５の中心軸が延びる方向をモータ軸方向という。

２はモータ軸５に該モータ軸５と一体回転可能に取り付けられた第１のマグネットである。モータ軸５は、第１のマグネット２の中心部に形成された孔部に圧入または挿入および接着されている。また、第１のマグネット２は、モータ軸方向の端面に、後述する第２のマグネット３と相互に吸着する吸着面を有する。吸着面には、図３に示すように、該第１のマグネット２の回転方向（周方向）に複数の磁極（Ｎ極およびＳ極）が形成されている。より具体的には、吸着面において周方向に４分割された領域に、交互にＮ極とＳ極とが形成されている。

９はモータ軸５上に、該モータ軸５周りで回転可能に、かつモータ軸方向に移動可能に取り付けられたウォーム歯車である。ウォーム歯車９の中心部には、内径がモータ軸５の外径よりも０．１〜０．２ｍｍ程度大きい孔が形成されており、該孔にモータ軸５が挿入されることで、ウォーム歯車９は、モータ軸５周りでの回転とモータ軸方向への移動とが可能となるように支持される。以下の説明において、ウォーム歯車９の中心軸が延びる方向をウォーム軸方向という。本実施例では、ウォーム軸方向とモータ軸方向とは一致する。

第２のマグネット３は、ウォーム歯車９におけるウォーム軸方向の２つの端面のうち第１のマグネット２に近い側の端面に、該ウォーム歯車９と一体回転可能およびウォーム軸方向に一体移動可能に取り付けられている。第２のマグネット３の中心部にも、内径がモータ軸５の外径よりも０．１〜０．２ｍｍ程度大きい孔が形成されており、該孔にモータ軸５が挿入される。また、第２のマグネット３におけるモータ軸方向の端面である吸着面にも、図３に示した第１のマグネット２の吸着面と同様に、周方向に複数（４つ）の磁極が形成されている。第１および第２のマグネット２，３により、マグネットクラッチが構成される。

７は固定部材であり、第１のマグネット２、ウォーム歯車９および第２のマグネット３を貫通したモータ軸５の先端に取り付けられる。８はコイルばねにより構成される付勢ばねであり、モータ軸５上における固定部材７とウォーム歯車９との間に配置されている。４は支持板であり、モータ１を固定的に支持するとともに、後述するはすば歯車６をモータ軸方向に直交する方向に延びる軸周りで回転可能に支持する。

はすば歯車６は、ウォーム歯車９に対して噛み合い可能な部分と、被駆動機構１５にモータ１の駆動力を伝達するための出力歯車部（出力部）６ａとを有する。被駆動機構１５は、該モータユニットが搭載された機器においてモータ１の駆動力を受けて駆動される機構である。機器としては、便座・便蓋をモータの駆動力を用いて開閉駆動する便座便蓋開閉ユニットや電動で開閉する機構を持つ蓋や窓、サンルーフ等がある。

ウォーム歯車９は、ウォーム軸方向において、第２のマグネット３が第１のマグネット２に吸着してウォーム歯車９がはすば歯車６と噛み合う第１の位置と、第２のマグネット３が第１のマグネット２から離脱してウォーム歯車９のはすば歯車６に対する噛み合いが解除される第２の位置との間で移動可能である。前述した付勢ばね８は、ウォーム歯車９および第２のマグネット３を、ウォーム軸方向（モータ軸方向）における第１のマグネット２の側、つまりは第２の位置から第１の位置の方向に付勢する。

このように構成されたモータユニットが機器に搭載された場合において、第１の位置にあるウォーム歯車９に、被駆動機構１５側からの外力がはすば歯車６を介してウォーム軸方向（モータ軸方向）の力として作用することにより、第２のマグネット３が第１のマグネット２から離脱し、ウォーム歯車９が第２の位置に移動する。言い換えれば、第１および第２のマグネット２，３の吸着力を上回るようなウォーム軸方向の力をはすば歯車６を介してウォーム歯車９に作用させる外力が被駆動機構１５側から入力されることにより、ウォーム歯車９が第２の位置に移動する。

ウォーム歯車９が第２の位置に移動することで、ウォーム歯車９とはすば歯車６とのトルク伝達が遮断される。これにより、過大な外力がはすば歯車６を介してウォーム歯車９に作用して、はすば歯車６やウォーム歯車９が破損することを防止できる。また、モータ１が強制的に停止されたり逆転されたりするとも回避できる。

さらに、ウォーム歯車９とはすば歯車６とのトルク伝達が遮断されると、モータ軸５に一体的に固定されている第１のマグネット２はモータ軸５とともに高速で回転する一方、ウォーム歯車９に一体的に固定されている第２のマグネット３はウォーム歯車９とともに低速で回転したり停止したりする。

このように第１および第２のマグネット２，３が回転数差を有する状態において、第１および第２のマグネット２，３の吸着面が前述したように４つ磁極を有することから、モータ１が高速で回転している間は、第１および第２のマグネット２，３間に磁力による反発力が生じ、両マグネット２，３は再び吸着しない。このため、モータ１の駆動力、すなわちトルクの伝達と遮断を行う第１および第２のマグネット２，３が擦れ合って摩耗したり破損したりする可能性を少なくすることができる。したがって、長期間または高頻度でトルクの伝達と遮断（第１および第２のマグネット２，３の吸着と離脱）が繰り繰り返されても、モータユニット内での良好なトルク伝達性能を維持することができる。

ウォーム歯車９が第２の位置に移動した状態でモータ１の回転が低速になると、第１および第２のマグネット２，３間の反発力が小さくなり、これを上回る付勢ばね８の付勢力によってウォーム歯車９が第１の位置に復帰移動される。これにより、第２のマグネット３が第１のマグネット２に吸着し、ウォーム歯車９がはすば歯車６に噛み合う。

（変形例）
なお、上記実施例では、第１および第２のマグネット２，３の吸着面に４つの磁極を形成した場合について説明したが、各吸着面における磁極の数は、複数であれば、４つに限らない。

また、上記実施例では、モータ軸５上に第１のマグネット２、ウォーム歯車９および第２のマグネット３を取り付けた場合について説明したが、必ずしも第１のマグネット、ウォーム歯車および第２のマグネットをモータ軸上に取り付けなくてもよい。

例えば、モータ軸にこれと一体回転するモータ歯車を取り付け、モータ軸とは別の軸部材（以下、中間軸という）上に該モータ歯車に噛み合う中間歯車と、第１のマグネット、ウォーム歯車および第２のマグネットを取り付ける。第１のマグネットは中間軸に一体回転可能に取り付け、ウォーム歯車および第２のマグネットは、中間軸に対して、ともに該中間軸周りで回転可能および中間軸の軸方向において第１の位置と第２の位置とに移動可能に取り付ける。そして、第１の位置にあるウォーム歯車と噛み合うはすば歯車を設ける。

さらに、上記実施例では、外力によって第２の位置に移動したウォーム歯車９を付勢ばね８の付勢力によって第１の位置に復帰させる復帰機構を用いた場合について説明したが、復帰機構はこれに限らない。例えば、ウォーム歯車９が第２の位置に移動した状態においてモータ１にこれを逆回転させるように通電し、第２のマグネット３が第１のマグネット２に近づく方向（第１の位置の方向）の力をウォーム歯車９に与えて両マグネット２，３を吸着させる電気的な復帰機構を用いてもよい。

以上説明した変形例は、後述する他の実施例においても適用することができる。

図４には、本発明の実施例２であるモータユニットを示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同じ符号を付して説明に代える。

本実施例のモータユニットは、その構成要素は実施例１と同じであるが、第１のマグネット２、第２のマグネット３、ウォーム歯車９、付勢ばね３および固定部材７の配置が実施例１とは異なる。

具体的には、実施例１では、モータ軸５上に、モータ１側から、第１のマグネット２、第２のマグネット３、ウォーム歯車９、付勢ばね３および固定部材７の順で配置したが、本実施例では、モータ１側から、固定部材７、付勢ばね３、ウォーム歯車９、第２のマグネット３および第１のマグネット２の順で配置している。本実施例では、被駆動機構側から作用した外力によってウォーム歯車９が第２の位置に移動する方向が実施例１とは逆方向になるが、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図５には、本発明の実施例３であるモータユニットを示している。本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同じ符号を付して説明に代える。

本実施例のモータユニットでは、実施例１にて用いられていた付勢ばね８としてのコイルばねに代えて、板ばね１０を用いている。板ばね１０は、その一端が支持板４に固定され、他端にはモータ軸５の先端が挿入される孔が形成されている。そして、板ばね１０の他端は、ウォーム歯車９を第１のマグネット２の方向（第１の位置の方向）に付勢している。

本実施例でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

良好なトルクの伝達性能を長期間維持することができるマグネットクラッチ付きモータユニットおよびこれを搭載した機器を提供できる。

１ モータ
２ 第１のマグネット
３ 第２のマグネット
４ 支持板
５ モータ軸
６ はすば歯車
７ 固定部材
８ 付勢ばね
９ ウォーム歯車
１０ 板ばね

Claims (3)

1. モータと、
   回転可能かつ軸方向に移動可能に支持されたウォーム歯車と、
   前記モータの駆動力を被駆動機構に伝達するための出力部を有し、前記ウォーム歯車に噛み合うはすば歯車と、
   前記モータの駆動力により回転される第１のマグネットと、
   前記ウォーム歯車と一体回転可能であるとともに前記軸方向に一体移動可能な第２のマグネットとを有し、
   前記ウォーム歯車は、前記第２のマグネットが前記第１のマグネットに吸着する第１の位置において前記はすば歯車と噛み合い、
   前記第１の位置にある前記ウォーム歯車に、前記被駆動機構側からの外力が前記はすば歯車を介して前記軸方向の力として作用することにより、前記第２のマグネットが前記第１のマグネットから離脱して該ウォーム歯車が前記はすば歯車とのトルク伝達を遮断する第２の位置に移動し、
   前記第１および第２のマグネットの吸着面には、該各マグネットの回転方向において複数の磁極が形成されていることを特徴とするマグネットクラッチ付きモータ装置。
2. 前記第２の位置に移動した前記ウォーム歯車を前記第１の位置に移動させる復帰機構を有することを特徴とする請求項１に記載のマグネットクラッチ付きモータ装置。
3. 請求項１又は２に記載のマグネットクラッチ付きモータ装置と、
   前記出力部から前記モータの駆動力を受けて駆動される被駆動機構とを有することを特徴とする機器。