JP2013099073A

JP2013099073A - モータ

Info

Publication number: JP2013099073A
Application number: JP2011238768A
Authority: JP
Inventors: Mikio Hashimoto; 橋本　　幹夫; Kazuma Noda; 和馬野田
Original assignee: Mitsubishi Materials CMI Corp
Current assignee: Nidec Material Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】安定したバネ力により、ロータの叩き音を防止するとともに、簡便なクラッチ手段を備えたモータを提供する。
【解決手段】ロータ２は外周にロータマグネット４ｂが設けられ、かつ一端部に円筒状の凹部４ａが穿設された円筒状のロータサポータ４と、凹部４ａに基端３ａ側が挿入され、他端３ｂ側にピニオン３ｃが形成されたロータ軸３とを有し、ケーシング１１の底部１１ａと仕切り板１０とに固定されたロータポスト１４に挿通されて回転自在かつ移動自在に設けられてなり、ロータ軸３は基端３ａ側にロータ軸３とロータサポータ４との接続を着脱可能にするクラッチ手段６がコイルスプリング５を介して設けられ、コイルスプリング５の付勢によりロータ２の軸線方向の移動が規制され、かつクラッチ手段６が噛み合ってロータ軸３とロータサポータ４とが伴回りし、外部トルクがコイルスプリング５の付勢を超えた際にクラッチ手段６が離脱してロータサポータ４が空転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クラッチ手段を備えたモータに関するものである。

従来、クラッチ手段を備えたモータ１００は、図４に示すように、蓋板１１０により封止されたケーシング１１１内に、円筒状のステータ１０９と、このステータ１０９内に間隙を介して回転自在に収納されたロータ１０２と、このロータ１０２の回転を出力ギヤ１１５を介して外部機器に伝える出力軸１１３とを備えて概略構成されている。

そして、ロータ１０２は、ロータマグネット１０４ａを一体的に設けたロータサポータ１０４が、蓋板１１０とケーシング１１１に各々の端部が固定されたロータポスト１１４に回転自在に設けられ、さらに、ロータサポータ１０４のロータマグネット１０４ａの外周面には、周方向に交互に異極となるように着磁が施されている。また、ステータ１０９は、２対のフィールドプレート１１９の外周に、合成樹脂からなるボビン１２１が一体的に形成され、このボビン１２１の外周にコイル１２２が巻回されており、各々のフィールドプレート１１９の内周面には、複数の極歯１２０が交互に等間隔に配列されている。

また、金属製の出力軸１１３側には、合成樹脂製の出力ギヤ１１５が一体的に設けられているとともに、当該出力ギヤ１１５にクラッチ手段１０６が設けられている。このクラッチ手段１０６は、外部から出力軸１１３に強制的かつ急激な回転トルクが作用した際に、内部ギヤの破損を防ぐ働きをしている。なお、このクラッチ手段１０６に、板バネが用いられている。

この従来のモータ１００は、フィールドプレート１１９の極歯１２０が、コイル１２２にステップ信号が入力されることにより、極歯１２０がＮ極、Ｓ極となって回転磁界が発生する。そして、ロータマグネット１０４ａは、Ｎ極とＳ極が交互に着磁されているため、上記ステップ信号により発生する回転磁界に同期し、ロータ１０２の回転を継続させることになる。

このときに、上記ステップ信号はＡ相、Ｂ相に交互に入力されるため、ロータ１０２をロータポスト１１４の軸線方向に沿って、一端側と他端側とに動かす力が発生する。そのため、ロータ１０２がロータポスト１１４の軸線方向の一端側と他端側に移動することにより、当該ロータ１０２の回転時に叩き音が発生してしまう。

そこで、ロータ１０２の叩き音の発生を防止するために、従来のモータ１００においては、ロータ１０２の底部とケーシング１１１との間に、ロータ押さえとして板バネ１０８を設置して、ロータ１０２の動きを押さえる方法が提案されている。

しかしながら、上記ロータ押さえに用いられる板バネ１０８は、品質のバラツキにより、板バネ発生荷重が少ない場合に音が発生し、板バネ発生荷重が大きい場合に仕切り板１１０との摩擦が増加して、トルクロスに繋がる。そのため、板バネ１０８の精度管理に問題があると、音響検査での音不具合の発生に繋がってしまうという問題がある。

一方、上記従来のモータ１００に用いられるクラッチ手段１０６は、板バネの摩擦力を利用する摩擦クラッチが用いられている。この摩擦クラッチは、０．１Ｎｍのクラッチ力を得るために、バネ力が３０Ｎ以上必要である。そのため、クラッチ手段１０６が、出力軸１１３側の出力ギヤ１１５に設けられた場合には、ロータ１０２の回転が減速歯車列１１２を介して出力軸１１３に伝達されるため、大きな回転トルクが発生し、クラッチを解除するために、強大なトルクが必要になる。このため、板バネのロットによるバネ力のバラツキや、板バネ取付時のかしめ作業のバラツキなどの要因により、クラッチ力にバラツキが生じる可能性を考慮して、クラッチ力を全数選別する必要があり、手間が掛かるという問題がある。

また、上記かしめ作業時に用いられる、かしめパンチの保持を保守するために、一定数量にて交換が必要となる。さらに、クラッチ用板バネをかしめ工法を用いて取り付けた場合、３０Ｎ以上のかしめ力が必要になるため、出力軸は、金属製のものを使用することになり、モータ自体の軽量化を図ることが難しいという問題もある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、安定したバネ力により、ロータの叩き音を防止するとともに、簡便なクラッチ手段を備えたモータを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、仕切り板により封止されたケーシング内に、筒状のステータと、このステータ内に間隙を介して回転自在に収納されたロータとを備えたモータにおいて、上記ロータは、外周にロータマグネットが一体的に設けられ、かつ一端部に円筒状の凹部が軸線方向を一致させて穿設された円筒状のロータサポータと、当該ロータサポータの上記凹部に基端側が回転自在に挿入されているとともに、他端側に上記ロータサポータの回転を減速歯車列を介して出力軸に伝達するピニオンが形成されたロータ軸とを有し、上記ケーシングの底部と上記仕切り板とに各々の端部が固定されたロータポストに挿通されて軸線回りに回転自在かつ軸線方向に移動自在に設けられてなり、上記ロータ軸は、上記基端側に当該ロータ軸と上記ロータサポータとの接続を着脱可能にするクラッチ手段がコイルスプリングを介して設けられているとともに、当該コイルスプリングの付勢により上記ロータの軸線方向の移動が規制され、かつ上記クラッチ手段が噛み合って当該ロータ軸と上記ロータサポータとが伴回りするとともに、上記クラッチ手段に加わる外部トルクが上記コイルスプリングの付勢を超えた際に、当該クラッチ手段が離脱して上記ロータサポータが空転することを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記クラッチ手段は、上記ロータ軸の上記基端側に、軸線方向に摺動自在かつ軸線回りの回転が規制されて設けられた円筒状のクラッチ駒と、このクラッチ駒の上記凹部内の底部との当接側に、周方向に間隔を置いて複数形成された台形状のクラッチ歯と、上記凹部内の底部の上記クラッチ駒との当接側に、上記クラッチ歯と対応する位置に間隔を置いて複数形成された台形状の傾斜歯とを備えていることを特徴とするものである。

請求項１〜２に記載の本発明によれば、ロータは、円筒状に形成されたロータサポータの一端部の軸線方向を一致させて穿設された円筒状の凹部内に、ロータ軸の基端側に当該ロータ軸と上記ロータサポータとの接続を着脱可能にするクラッチ手段を、荷重変動の少ないコイルスプリングを介して挿入し、当該コイルスプリングの付勢により、ロータポストの軸線方向の移動が規制されているため、モータのコイルにステップ信号が入力されることにより回転する上記ロータに、ロータポストの軸線方向に沿って、一端側および他端側に移動しようとする力が働いたとしても、上記コイルスプリングの安定したロータ押さえ力により、上記ロータの移動を押さえることができ、上記ロータの叩き音の発生を抑えることができる。

また、上記コイルスプリングの付勢により、上記ロータ軸と上記ロータサポータとを接続して伴回りするとともに、外部トルクが上記コイルスプリングの付勢を超えた際に、上記ロータ軸と上記ロータサポータとの接続を解除するクラッチ手段が、上記ロータサポータ側に設けられているため、上記ロータ押さえ力ととともに、上記クラッチ手段の着脱を一つの上記コイルスプリングにより行うことができる。これにより、製造コストを抑えることができる。

そして、上記ロータ軸は、高速回転しているために、減速歯車列によって減速された出力軸よりも回転トルクが小さい。したがって、クラッチの解除に強大なトルクを必要としないため、上記クラッチ手段の着脱を弾性力が小さく、かつ荷重変動の少ない上記コイルスプリングの付勢により簡便に行うことができる。この結果、上記コイルスプリングのスプリング力に多少のバラツキが生じたとしても、上記クラッチ手段の着脱に与える影響を少なくすることができる。

さらに、上記クラッチ手段が、上記ロータサポータ側に設けられているとともに、上記コイルスプリングが上記ロータサポータの上記凹部に配設されているため、上記ロータの回転が減速歯車列を介して伝達される上記出力軸および上記ロータ軸を、合成樹脂により製作することができる。これにより、モータの軽量化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、上記クラッチ手段が、上記ロータ軸の上記基端側に軸線方向に摺動自在、かつ軸線回りの回転が規制されて設けられた円筒状のクラッチ駒と、このクラッチ駒の上記ロータサポータとの当接側に、周方向に間隔を置いて複数形成された台形状のクラッチ歯と、上記ロータサポータの上記クラッチ駒との当接側に、上記クラッチ歯と対応する位置に間隔を置いて複数形成された台形状の傾斜歯とを備えて構成されているため、上記コイルスプリングの付勢により、確実に上記クラッチ駒と上記傾斜歯とを噛み合わせることができるとともに、上記クラッチ手段に過大な外部トルクが加わり、この外部トルクが上記コイルスプリングの付勢を超えた際に、上記クラッチ歯が上記傾斜歯の傾斜面に沿って滑ることによって、上記クラッチ駒が上記凹部の底部と離間する方向に移動して、上記ロータ軸と上記ロータサポータとの接続を解除することができる。この結果、上記クラッチ手段の着脱を簡便に行うことができる。

本発明のモータの一実施形態を示す右側面断面図である。本発明のモータの一実施形態に用いられるロータの部分断面図を示し、（ａ）は平常時、（ｂ）は過大トルクがクラッチ手段に加わった時の状態を示す。クラッチ駒側のクラッチ歯とロータサポータ側の傾斜歯の歯角度を算出するのに用いる力のつり合い図である。従来のクラッチ手段が設けられたモータの側面断面図である。

図１に示すように、本発明のモータ１は、蓋板（仕切り板）１０により封止されたケーシング１１内に、筒状のステータ９と、このステータ９内に間隙を介して回転自在に収納されたロータ２と、このロータ２の回転を減速歯車列１２および出力ギヤ１５を介して外部機器に伝達する出力軸１３とを備えて概略構成されている。

ここで、ロータ２は、外周にロータマグネット４ｂが一体的に設けられ、かつ一端部に円筒状の凹部４ａが軸線方向を一致させて穿設された円筒状のロータサポータ４と、このロータサポータ４の凹部４ａの同軸上に基端３ａ側が回転自在に挿入されているとともに、他端３ｂ側にロータサポータ４の回転を減速歯車列１２を介して出力軸１３に伝達するピニオン３ｃが形成されたロータ軸３とを有して、ケーシング１１と一体的に設けられたステータカップ（底部）１１ａと蓋板１０とに、各々の端部が固定されたロータポスト１４に挿通されて軸線回りに回転自在、かつ軸線方向に移動自在に設けられている。

また、ロータ軸３の基端３ａ側には、当該ロータ軸３と、ロータサポータ４との接続を着脱可能にするクラッチ手段６が、コイルスプリング５を介して設けられている。このロータ軸３の基端３ａ側は、断面形状が六角形状に形成されている。一方、ロータ軸３の他端３ｂ側に形成されたピニオン３ｃは、第一ピニオン付ギヤ１６と第二ピニオン付ギヤ１７および第三ピニオン付ギヤ１８から構成された減速歯車列１２を介して、合成樹脂からなる出力軸１３と一体成形された出力ギヤ１５に接続されている。

そして、クラッチ手段６は、ロータ軸３の基端３ａ側に、軸線方向に摺動自在かつ軸線回りの回転が規制されたクラッチ駒７が設けられている。このクラッチ駒７は、円筒状に形成されているとともに、内壁が平面視において六角形状に形成されて、ロータ軸３の基端３ａの軸線方向に摺動自在かつ軸線回りの回転が規制されて係合されている。

さらに、クラッチ駒７は、ロータサポータ４との当接側に、台形状のクラッチ歯７ａが周方向に間隔を置いて複数形成されている。また、ロータサポータ４のクラッチ駒７との上記当接側に、クラッチ駒７のクラッチ歯７ａと対応する位置に、台形状の傾斜歯８が間隔を置いて複数形成されている。そして、クラッチ歯７ａと傾斜歯８とが、コイルスプリング５の付勢により歯合され、ロータ軸３とロータサポータ４とが接続されている。

また、ステータ９は、２対のフィールドプレート１９の外周に、合成樹脂からなるボビン２１が一体的に形成され、このボビン２１の外周にコイル２２が巻回されている。また、各々のフィールドプレート１９の内周面には、複数の極歯２０が交互に等間隔に配列されている。なお、符号２３は、コイル２２の銅線の端部が接続されている端子である。

以上の構成によるモータ１が駆動した際のロータ２のロータ押さえ、および外部トルクが加わった際のクラッチ手段６の作用について説明する。
まず、モータ１に電気を流すことにより、コイル２２にステップ信号が入力される。この入力により、フィールドプレート１９の極歯２０が、Ｎ極、Ｓ極となって回転磁界が発生する。そして、ロータマグネット４ｂが、Ｎ極とＳ極とに交互に着磁されているため、上記ステップ信号により発生する回転磁界に同期し、ロータ２の回転が継続される。

このときに、上記ステップ信号は、Ａ相とＢ相とに交互に入力されるため、ロータ２をロータポスト１４の軸線方向に沿って、一端側と他端側とに移動する力が発生する。しかし、ロータ２は、図２（ａ）に示すように、ロータサポータ４の凹部４ａに内設されたコイルスプリング５の付勢により、ロータポスト１４の軸線方向の移動が規制されているため、ロータ２がロータポスト１４の軸線上を移動することにより起こる叩き音の発生を抑えることができる。
なお、従来用いられていた板バネは、ストローク０．３ｍｍで０．６Ｎ〜０．７Ｎの荷重が発生しており、コイルスプリング５は、ストローク１．４ｍｍで、板バネと同じ荷重が発生する。このため、寸法公差内での荷重変動は、コイルスプリング５が、１／４．３となり、安定したロータ押さえ力を得ることができる。

また、ロータ軸３は、基端３ａ側に当該ロータ軸３と、ロータサポータ４との接続を着脱可能にするクラッチ手段６が、コイルスプリング５を介して設けられているため、クラッチ駒７に形成されたクラッチ歯７ａと、ロータサポータ４の凹部４ａの底部に形成された傾斜歯８とが噛み合って、ロータ軸３とロータサポータ４とが伴回りする。この際、ロータ軸３には、減速歯車列１２によって減速された出力軸１３よりも、回転トルクが小さいため、クラッチ手段６の着脱を弾性力が小さく、かつ荷重変動の少ないコイルスプリン５を用いることにより簡便に行うことが可能となる。

そして、ロータサポータ４と伴回りするロータ軸３の高速回転が、他端３ｂ側に形成されたピニオン３ｃから、減速歯車列１２である第一ピニオン付ギヤ１６、第二ピニオン付ギヤ１７、第三ピニオン付ギヤ１８を介して、出力ギヤ１５に伝達されて、この出力ギヤ１５と一体成形されている出力軸１３が減速回転する。

このときに、出力軸１３に外部から、強制的かつ急激な外部トルクが作用した場合、この外部トルクがクラッチ手段６に加わって、コイルスプリング５の付勢を超えると、図２（ｂ）に示すように、クラッチ駒７に形成された台形状のクラッチ歯７ａが、ロータサポータ４の凹部４ａの底部に形成された傾斜歯８の傾斜面を滑り、クラッチ駒７が凹部４ａの底部と離間する方向に移動して、ロータ軸３とロータサポータ４との接続が解除され、ロータサポータ４が空転して、出力軸への回転が停止する。

なお、台形状に形成されたクラッチ歯７ａの傾斜角度は、下記の式１および、図３に記載された力の釣り合い図から求められる。
Ｆ１＝Ｆ／ｎ・・・・式１
Ｆ（外部負荷）
ｎ（クラッチまでの減速比）
Ｆ１（クラッチ歯にかかる負荷）

また、図３の力の釣り合い図に示す、クラッチを外す力Ｐは、以下の式２および式３により求められる。
Ｆ１cosθ−μＦ１sinθ＝Ｐsinθ＋μＰcosθ ・・・・式２
Ｐ＝Ｆ１（cosθ−μsinθ）／（sinθ＋μcosθ）・・・・式３
μ （摩擦係数）
例えば、外部負荷（Ｆ）を１．２５ｋｇｆｃｍ、クラッチまでの減速比（ｎ）を６４としたときに、クラッチ歯に掛かる負荷（Ｆ１）は、上記式１より、
１．２５／６４＝０．０１９ｋｇｆｃｍ／０．５＝０．０３８ｋｇｆ

そして、図３の釣り合いから、クラッチ歯７ａの傾斜角度（θ）を２５°とすると、クラッチを外す力（Ｐ）は、上記式３から、
０．０３８×（cos２５−０．１sin２５）／（sin２５＋０．１cos２５）
従って、コイルスプリング５のスプリング力は、６４ｇｆとなり、この６４ｇｆを超える力が、クラッチ歯７ａに加わった際に、ロータ軸３とロータサポータ４との接続が解除されることになる。

上述の実施形態によるモータ１によれば、ロータ２は、円筒状に形成されたロータサポータ４の一端部の、軸方向を一致させて穿設された円筒状の凹部４ａ内に、ロータ軸３の基端３ａ側にロータ軸３とロータサポータ４との接続を着脱可能にするクラッチ手段６を、荷重変動の少ないコイルスプリング５を介して挿入し、当該コイルスプリング５の付勢により、ロータ２の軸線方向の移動が規制されているため、モータ１のコイル２２にステップ信号が入力されることにより回転するロータ２に、ロータポスト１４の軸線方向に沿って、一端側および他端側に移動しようとする力が働いたとしても、コイルスプリング５の安定したロータ押さえ力により、ロータ２の移動を押さえることができ、ロータ２の叩き音の発生を抑えることができる。

また、コイルスプリング５の付勢により、ロータ軸３とロータサポータ４とを接続して伴回りするとともに、外部トルクがコイルスプリング５の付勢を超えた際に、ロータ軸３とロータサポータ４との接続を解除するクラッチ手段６が、ロータサポータ４側に設けられているため、上記ロータ押さえ力とともに、クラッチ手段６の着脱を一つのコイルスプリング５により行うことができる。これにより、製造コストを抑えることができる。

そして、ロータ軸３は、高速回転しているために、減速歯車列１２によって減速された出力軸１３よりも回転トルクが小さい。したがって、クラッチの解除に強大なトルクを必要としないため、クラッチ手段６の着脱を弾性力が小さく、かつ荷重変動の少ないコイルスプリング５の付勢により簡便に行うことができる。この結果、スプリング力に多少のバラツキが生じたとしても、クラッチ手段６の着脱に与える影響を少なくすることができる。

さらに、クラッチ手段６が、ロータサポータ４側に設けられているとともに、コイルスプリング５がロータサポータ４の凹部４ａに配設されているため、ロータ２の回転が減速歯車列１２を介して伝達される出力軸１３およびロータ軸３を、合成樹脂により製作することができる。これにより、モータ１の軽量化を図ることができる。

また、クラッチ手段６が、ロータ軸３の基端３ａ側に軸線方向に摺動自在、かつ軸線回りの回転が規制されて設けられた円筒状のクラッチ駒７と、このクラッチ駒７のロータサポータ４との当接側に、周方向に間隔を置いて複数形成された台形状のクラッチ歯７ａと、ロータサポータ４のクラッチ駒７との当接側に、クラッチ歯７ａと対応する位置に間隔を置いて複数形成された台形状の傾斜歯８とを備えて構成されているため、コイルスプリング５の付勢により、確実にクラッチ駒７と傾斜歯８とを噛み合わせることができるとともに、クラッチ手段６に過大な外部トルクが加わり、この外部トルクがコイルスプリング５の付勢を超えた際に、クラッチ歯７ａが傾斜歯８の傾斜面に沿って滑ることによって、クラッチ駒７が凹部４ａの底部と離間する方向に移動して、ロータ軸３とロータサポータ４との接続を解除することができる。この結果、クラッチ手段６の着脱を簡便に行うことができる。

なお、上記実施の形態において、台形状のクラッチ歯７ａを用いる場合のみ説明したが、これに限定されるものでなく、例えば、三角形状でも対応可能である。

減速歯車列を備えたモータに用いることができる。

１モータ
２ロータ
３ロータ軸
３ａ基端
３ｂ他端
３ｃピニオン
４ロータサポータ
４ａ凹部
４ｂロータマグネット
５コイルスプリング
６クラッチ手段
７クラッチ駒
７ａクラッチ歯
８傾斜歯
９ステータ
１０蓋板（仕切り板）
１１ケーシング
１１ａステータカップ（底部）
１２減速歯車列
１３出力軸
１４ロータポスト
１５出力ギヤ

Claims

仕切り板により封止されたケーシング内に、筒状のステータと、このステータ内に間隙を介して回転自在に収納されたロータとを備えたモータにおいて、
上記ロータは、外周にロータマグネットが一体的に設けられ、かつ一端部に円筒状の凹部が軸線方向を一致させて穿設された円筒状のロータサポータと、当該ロータサポータの上記凹部に基端側が回転自在に挿入されているとともに、他端側に上記ロータサポータの回転を減速歯車列を介して出力軸に伝達するピニオンが形成されたロータ軸とを有し、上記ケーシングの底部と上記仕切り板とに各々の端部が固定されたロータポストに挿通されて軸線回りに回転自在かつ軸線方向に移動自在に設けられてなり、
上記ロータ軸は、上記基端側に当該ロータ軸と上記ロータサポータとの接続を着脱可能にするクラッチ手段がコイルスプリングを介して設けられているとともに、当該コイルスプリングの付勢により上記ロータの軸線方向の移動が規制され、かつ上記クラッチ手段が噛み合って当該ロータ軸と上記ロータサポータとが伴回りするとともに、上記クラッチ手段に加わる外部トルクが上記コイルスプリングの付勢を超えた際に、当該クラッチ手段が離脱して上記ロータサポータが空転することを特徴とするモータ。
上記クラッチ手段は、上記ロータ軸の上記基端側に、軸線方向に摺動自在かつ軸線回りの回転が規制されて設けられた円筒状のクラッチ駒と、このクラッチ駒の上記凹部内の底部との当接側に、周方向に間隔を置いて複数形成された台形状のクラッチ歯と、上記凹部内の底部の上記クラッチ駒との当接側に、上記クラッチ歯と対応する位置に間隔を置いて複数形成された台形状の傾斜歯とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。