JP2016048091A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転方向の衝撃、ラジアル方向のずれ及びスラスト方向のガタを単一の弾性部材で吸収でき、組付け作業が容易になり、コスト低減及び装置の小型化が実現できる回転伝達装置を提供する。
【解決手段】回転伝達装置において、連結機構が第１回転体と第２回転体との間に配置される弾性部材を備え、弾性部材は、第１突部及び第２突部の内周に当接する本体部と、本体部から外径方向に延在し、第１突部と第２突部の間に嵌合する凸部と、本体部の内径側に設けられたスラスト受け部とを一体的に備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータの回転軸と、ウォームホイールと組み合わされて減速機構を構成するウォームの軸部とが一体的に回転するように連結される回転伝達装置に関する。

従来、このような回転伝達装置では、ラジアル方向のずれやスラスト方向のガタを抑える対策が取られていた。例えば特許文献１乃至３に記載されたものが知られている。

特許文献１では、ウォームシャフトとアーマチャシャフトとの間に弾性体を挿入し、弾性体によってスラスト方向のガタを抑えている。また、特許文献２ではウォームシャフトとアーマチャシャフトの連結部に弾性体を挿入することで、ラジアル方向の衝撃吸収を施している。更に、特許文献３ではアーマチャ、ウォームシャフトのスラストガタを抑えるため、端部より樹脂を注入している。

特開２００９−２７３３３１号公報 特開２００２−３６４７１３号公報 特開２００１−３３９９０３号公報

しかしながら、上記特許文献に開示の回転伝達装置には以下の問題がある。先ず、特許文献１においては、狭い凹部に挿入される弾性体は凸形状のアーマチャシャフトによってつぶされて変形する。弾性体の変形後の逃げ場（スキマ）が少ないため、弾性体のスラスト荷重の増加率が大きく、シャフトの回転摺動抵抗へ影響が出てしまう。また、スラストガタ詰めのための寸法吸収量が少ないという問題もある。

更に、ウォームシャフトとアーマチャシャフトの正転・逆転時にシャフト連結部にて回転方向スキマ内で衝突音（異音）が発生することや、衝突による磨耗によって寿命が低下する恐れがある。仮に弾性体がスラスト変形によって回転方向のスキマまで入り込んでいたとしても、弾性体の厚みが少ないため弾性体が破断するなど寿命面で問題がある。

一方で、特許文献２では、アーマチャシャフトとウォームシャフトの連結部に弾性体を挿入することで回転方向の衝撃、ラジアル方向のずれを吸収できるが、スラスト方向のガタを抑えるための手段が別途必要となる。また、特許文献３では、樹脂を注入することによりスラスト方向のガタを抑えることができるが、アーマチャシャフトとウォームシャフトが別体のときには連結部に衝撃吸収機構を追加する必要がある。

本発明の目的は、回転方向の衝撃、ラジアル方向のずれ及びスラスト方向のガタを単一の弾性部材で吸収でき、組付け作業が容易になり、コスト低減及び装置の小型化が実現できる回転伝達装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の回転伝達装置は、
回転軸を有するモータと、前記回転軸と同軸の軸部を有するウォームと、該ウォームと組み合わされて減速機構を構成するウォームホイールと、前記回転軸及び前記軸部を連結する連結機構と、前記ウォームホイールを回転自在に支持するとともに前記軸部を回転自在に且つスラスト方向への移動を係止可能に支持するハウジングとを備える回転伝達装置において、
前記連結機構は、
前記回転軸と一体的に回転するように連結され、該回転軸の軸線と平行に前記軸部側に突設された第１突部を有する第１回転体と、
前記軸部と一体的に回転するように連結され、前記第１回転体の軸線を中心とする周方向で前記第１突部に当接又は近接するように前記軸部の軸線と平行に前記回転軸側に突設された第２突部を有する第２回転体と、
前記第１回転体と前記第２回転体との間に配置される弾性部材とを備え、
前記弾性部材は、前記第１突部及び前記第２突部の内周に当接する本体部と、前記本体部から外径方向に延在し、前記第１突部と前記第２突部の間に嵌合する凸部と、前記本体部の内径側に設けられたスラスト受け部とを一体的に備えている。

上記目的を達成するため、本発明の弾性部材は、
回転軸と一体的に回転するように連結され、第１突部を有する第１回転体と、軸部と一体的に回転するように連結され、前記第１回転体の軸線を中心とする周方向で前記第１突部に当接又は近接するように前記軸部の軸線と平行に前記回転軸側に突設された第２突部を有する第２回転体との間に配置された弾性部材であって、
前記弾性部材は、前記第１突部及び前記第２突部の内周に当接する本体部と、前記本体部から外径方向に延在し、前記第１突部と前記第２突部の間に嵌合する凸部と、前記本体部の内径側に設けられたスラスト受け部とを一体的に備えている。

本発明によれば、以下の効果が得られる。回転方向の衝撃、ラジアル方向のずれ及びスラストガタを単一の部材で吸収できるため、必要部品の点数が削減でき、組付け作業が容易になりコストが低減できる。その結果、回転伝達装置のサイズの低減にも貢献できる。

実施態様のようにドーム形状にすることにより弾性部材の変形後の逃げ場を設けることで、特許文献１のような狭いスキマでの圧縮変形でなく、弾性体が自由に変形しながら圧縮、引張り作用をするため、スラスト荷重の変化が小さくシャフトの回転摺動抵抗へ影響しない。またそれによってスラストガタの寸法許容量も大幅に大きくなる。

弾性部材のスラスト方向の変形量に制限をかけることでゴムの寿命とウォームシャフトの移動量（ギヤ噛合い部の移動量）を規制する。ジョイントの回転力連結部のスラスト長さで規制量を調整する。

弾性部材のスラスト方向、回転方向、ラジアル方向がそれぞれ影響しないように設定することで必要機能を独立に設定することができ、弾性部材への負担が分散されるため、弾性部材の寿命を確保しつつ最低限の使用サイズによりジョイントの小型化、しいてはアクチュエータの小型化へ貢献できる。

本発明の一実施態様にかかる回転伝達装置の側面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿って示す回転伝達装置の軸方向断面図である。 本発明の一実施態様にかかる回転伝達装置の主要部の軸方向断面図である。 図３に示す、主要部の分解斜視図である。 本発明の一実施態様の弾性部材を示しており、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った軸方向断面図である。 変形例による弾性部材を示す斜視図である。 弾性部材が変形したときの応力シミュレーション結果を示す模式断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の各実施態様を説明する。図面において同一部分は同一符号で示してある。

図１乃至図５を参照して、本発明の一実施態様を説明する。図１は、本発明の一実施態様にかかる回転伝達装置の側面図である。本実施態様の回転伝達装置（アクチュエータ）５０は、回転軸１１ａ（図２参照）を有するモータ１１と、回転軸１１ａと同軸の軸部１２ａ（図２参照）を有するウォーム１２と、ウォーム１２に噛合するウォームホイール２３と、回転軸１１ａ及び軸部１２ａを連結する連結機構２０（図２参照）と、ハウジング１６とを備えている。モータ１１は例えばブラシレスＤＣモータである。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って示す回転伝達装置５０の軸方向断面図である。ウォーム１２及びウォームホイール２３は、減速機構を構成するもので、例えば樹脂材からなるハウジング１６に収容されている。ハウジング１６は、ウォーム１２の軸線に沿って中心線の延びるほぼ円筒状のウォーム収容部１８を有する。このウォーム収容部１８は、軸線方向の一端が閉塞され、軸方向の他端（モータ１１側の端部）で開放されている。

ウォーム１２は、ウォーム収容部１８内において軸方向の両端でブッシュ６及び７で回転可能に支持されている。ウォーム１２の軸部１２ａは、ウォーム収容部１８の軸方向の閉塞端部に対向する先端面がボール１９を介して閉塞端部に当接することで、モータ１１の回転軸１１ａから離隔するスラスト方向への移動が係止されている。

図４に示すように、回転伝達機構５０は、回転軸１１ａと軸部１２ａとを連結する連結機構２０を備えており、連結機構２０は、回転軸１１ａと一体的に回転するように連結され、回転軸１１ａの軸線と平行に軸部１２ａに向かって突設された第１突部１３ａを有する第１回転体１３と、軸部１２ａと一体的に回転するように連結され、第１回転体１３の軸線を中心とする周方向で第１突部１３ａに当接または近接するように軸部１２ａの軸線と平行に回転軸１１ａに向かって突設された第２突部１５ａを有する第２回転体１５とを備えている。

また、図２に示すように、第１回転体１３の軸部の外周には永久磁石２１が一体的に嵌着されている。一体固定とすることで、モータ１１の回転軸１１ａと第１回転体１３との連結に必要な長さを確保しながら、センサ用の永久磁石２１のスペースも確保し、アクチュエータの小型化に貢献できる。この永久磁石２１は、その軸線を中心とする周方向に複数の磁極が形成されており、永久磁石２１に対向してハウジング１６に保持された磁気センサ（例えばホール素子など）と協働して回転軸１１ａの回転状態（例えば回転速度、回転方向など）を検出することができる。

図２乃至図４に示すように、連結機構２０は第１回転体１３と第２回転体１５との間に介装される弾性部材１４とを備えている。弾性部材１４は、第１突部１３ａ及び第２突部１５ａの内周に当接するほぼ円筒形の本体部１４ａと、本体部１４ａから外径方向に延在し、第１突部１３ａと第２突部１５ａとの間に嵌合する凸部１４ｂと、本体部１４ａの内径側に設けられたドーム型のスラスト受け部１４ｃとを一体的に備えている。

弾性部材１４にドーム形状のスラスト受け部１４ｃを設けることで弾性部材の変形後の逃げ場を設けることができる。従来のように狭いスキマでの圧縮変形でなく、弾性体が自由に変形しながら圧縮、引張り作用をするため、スラスト荷重の変化が小さく回転軸及び軸部の回転摺動抵抗へ影響しない。それによってスラストガタの寸法許容量も大幅に大きくなる。

弾性部材１４は、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）などのゴム材から構成されている。ここで図５を参照して、本発明の一実施態様の弾性部材１４の詳細について説明する。尚、図５は、弾性部材１４の変形前の状態を示している。図５（ａ）に示すように、凸部１４ｂは、本体部１４ａの周方向等配に４箇所設けられている。

また、図５（ｂ）から分かるように、スラスト受け部１４ｃは、基部では円筒形、先端部では半球状のドーム型の形状を有する。スラスト受け部１４ｃの内部は空洞となっており、空間２５が形成されている。スラスト受け部１４ｃの先端部１４ｅは、弾性部材１４の軸方向端面１４ｄから突出量Ｈで突出している。この突出量Ｈは、弾性部材１４のスラスト方向の変形量が一定量を越えると、第１突部１３ａが第２回転体１５と、第２突部１５ａが第１回転体１３に当接して連結し弾性部材１４の変形量に制限をかけるように設定されている。

スラスト受け部１４ｃの基部１４ｆは、本体部１４ａとの間に間隙Ｓを画成している。この間隙Ｓは、後述するように弾性部材１４、特にスラスト受け部１４ｃが変形した場合でも、維持される。第１突部１３ａが第２回転体と、第２突部１５ａが第１回転体１３にスラスト方向で当接するまでの間、弾性部材１４のスラスト方向に対応するドーム型のスラスト受け部１４ｃは、変形した場合でも本体部１４ａ及び凸部１４ｂに対して接触しない大きさとなっている。

図３は、本発明の一実施態様にかかる回転伝達装置５０の主要部の軸方向断面図である。図３は、弾性部材１４、特にスラスト受け部１４ｃが変形してスラスト力を受けている状態を示している。図３の状態では、第１回転体１３の軸方向端面と第２の回転体１５の第１突部１５ａの先端との間に間隙Ｇが画成されている。この間隙Ｇは、ウォーム１２の可動量を調整して、弾性部材１４の変形量を制限するためのものである。弾性部材１４が一定の変形量を超えて変形した場合、第１突部１３ａが第２回転体１５と、第２突部１５ａが第１回転体１３に当接することで、弾性部材１４がそれ以上変形しないように防止できる。

図３に示すように、弾性部材１４の周囲には、前述の空間２５と空間２６が画成されている。空間２６は、弾性部材１４の本体部１４ａ、スラスト受け部１４ｃ、第１回転体１３に囲まれている。空間２５及び空間２６は、弾性部材１４が自由に変形できるように設けられている。特に、空間２６はスラスト受け部１４ｃの変形領域に近いため、より有効に機能する。

次に、本実施形態の動作について説明する。モータ１１の駆動によって第１回転体１３が一方向に回転すると、その回転は第１突部１３ａ、弾性部材１４の凸部１４ｂ、第２突部１５ａを介して第２回転体１５へと伝達される。第２回転体１５が回転すると、軸部１２ａが回転し、これによってウォーム１２が回転する。ウォーム１２の回転はそれと噛合しているウォームホイール２３に伝達される。これによって第１回転体１３の回転が第２回転体１５に伝達される。

回転伝達時における弾性部材１４の機能について説明する。第１突部１３ａと第２突部１５ａの内周面に弾性部材１４の本体部１４ａの外周面が密嵌しているため、回転伝達時に生じるラジアル方向の位置ずれを吸収できる。次に、回転伝達時に生じる回転方向の衝撃は、第１突部１３ａと第２突部１５ａとの間に嵌合する弾性部材１４の凸部１４ｂによって吸収される。更に、スラスト方向のガタはスラスト受け部１４ｃによって吸収できる。

以上のように、単一部材である弾性部材１４のスラスト方向、回転方向、ラジアル方向がそれぞれ影響しないように設定することで必要機能を独立に設定することができる。これによって、弾性部材１４への負担が分散されるため、弾性部材１４の寿命を確保しつつ最低限の使用サイズとすることによりジョイントの小型化、しいてはアクチュエータの小型化が実現できる。

次に図６に示す弾性部材１４の変形例を説明する。上述の一実施態様では、弾性部材１４のスラスト受け部１４ｃは、閉じたドーム形状を備えているが、図６に示す変形例では、ドーム形状の先端で開口した開口部１４ｇが設けられている。変形例の弾性部材１４においても、開口部１４ｇの環状の周縁は、弾性部材１４の軸方向端面１４ｄから突出量Ｈで突出している。

変形例の弾性部材１４によれば、弾性部材１４の軽量化、材料の削減などが可能である。また、第１回転体１３の軸方向端面に対する当接性が改善されるなどの効果が得られる。

図７は、弾性部材が変形したときの応力シミュレーション結果を示す模式断面図である。モータ１１側の第１回転体１３によって矢印方向からスラスト力が加えられると、弾性部材１４のスラスト受け部１４ｃは、破線で示す初期状態から変形して、図７に示すように先端部が潰れる。また、弾性部材１４の円筒形の基部１４ｆの一部も外径側に変形する。

もっとも応力が高い領域３０は、スラスト受け部１４ｃのドーム形状部分に集中し、基部１４ｆにはそれほど高い応力がかかっていない。一点鎖線１４ｃ′はスラスト受け部１４ｃの初期状態を示している。スラスト受け部１４ｃのドーム形状部分で大部分の応力を受けるため、基部１４ｆの変形が僅かである。このため、本体部１４ａと基部１４ｆとの間の間隙Ｓは、ほぼ初期状態のまま維持される。従って、他要素との接触がないため、弾性部材１４が変形した後も、本体部１４ａ、凸部１４ｂ、スラスト受け部１４ｃはそれぞれ独立した機能を十分に果たすことができる。

以上説明した本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、以下のような変更が可能である。第１突部１３ａ及び第２突部１５ａはそれぞれ周方向に２箇所設けられているが、これは３箇所またはそれ以上設けることも可能である。同様に、弾性部材１４の凸部１４ｂの数も変更可能であり、実施態様のように４個でなく、３個あるいは４個より多く設けることもできる。

また、弾性部材１４のスラスト受け部１４ｃの先端部は、半球状のドーム型であるが、円錐台のような形状にすることも可能である。円錐台の形状にすることで、空間２６をより大きくとることが可能となり、変形時の逃げを確保しやすくなる。弾性部材の変形時の逃げを確保できるものであれば、その他の形状も可能である。

１１ モータ
１１ａ 回転軸
１２ ウォーム
１２ａ 軸部
１３ 第１回転体
１３ａ 第１突部
１４ 弾性部材
１４ａ 本体部
１４ｂ 凸部
１４ｃ スラスト受け部
１４ｆ 基部
１５ 第２回転体
１５ａ 第２突部
１６ ハウジング
２０ 連結機構
２３ ウォームホイール
５０ 回転伝達装置

Claims (10)

1. 回転軸を有するモータと、前記回転軸と同軸の軸部を有するウォームと、該ウォームと組み合わされて減速機構を構成するウォームホイールと、前記回転軸及び前記軸部を連結する連結機構と、前記ウォームホイールを回転自在に支持するとともに前記軸部を回転自在に且つスラスト方向への移動を係止可能に支持するハウジングとを備える回転伝達装置において、
   前記連結機構は、
   前記回転軸と一体的に回転するように連結され、該回転軸の軸線と平行に前記軸部側に突設された第１突部を有する第１回転体と、
   前記軸部と一体的に回転するように連結され、前記第１回転体の軸線を中心とする周方向で前記第１突部に当接又は近接するように前記軸部の軸線と平行に前記回転軸側に突設された第２突部を有する第２回転体と、
   前記第１回転体と前記第２回転体との間に配置される弾性部材とを備え、
   前記弾性部材は、前記第１突部及び前記第２突部の内周に当接する本体部と、前記本体部から外径方向に延在し、前記第１突部と前記第２突部の間に嵌合する凸部と、前記本体部の内径側に設けられたスラスト受け部とを一体的に備えている、回転伝達装置。
2. 前記スラスト受け部は、先端部がドーム形状を有し、内部に空間が画成されている、請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記弾性部材の前記本体部はほぼ円筒形であり、前記スラスト受け部はほぼ円筒形の基部を備え、前記本体部と前記基部との間には所定の間隙が画成されている、請求項１または２に記載の回転伝達装置。
4. 前記スラスト受け部の前記先端部は、前記本体部の軸方向端面より軸方向に突出している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転伝達装置。
5. 前記スラスト受け部の前記基部と前記本体部との間に間隙が画成され、前記弾性部材が変形した場合でも前記間隙が維持される、請求項３に記載の回転伝達装置。
6. 回転軸と一体的に回転するように連結され、第１突部を有する第１回転体と、軸部と一体的に回転するように連結され、前記第１回転体の軸線を中心とする周方向で前記第１突部に当接又は近接するように前記軸部の軸線と平行に前記回転軸側に突設された第２突部を有する第２回転体との間に配置された弾性部材であって、
   前記弾性部材は、前記第１突部及び前記第２突部の内周に当接する本体部と、前記本体部から外径方向に延在し、前記第１突部と前記第２突部の間に嵌合する凸部と、前記本体部の内径側に設けられたスラスト受け部とを一体的に備えている、弾性部材。
7. 前記スラスト受け部は、先端部がドーム形状を有し、内部に空間が画成されている、請求項６に記載の弾性部材。
8. 前記弾性部材の前記本体部はほぼ円筒形であり、前記スラスト受け部はほぼ円筒形の基部を備え、前記本体部と前記基部との間には所定の間隙が画成されている、請求項６または７に記載の弾性部材。
9. 前記スラスト受け部の前記先端部は、前記本体部の軸方向端面より軸方向に突出している、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の弾性部材。
10. 前記スラスト受け部の前記基部と前記本体部との間に間隙が画成され、前記弾性部材が変形した場合でも前記間隙が維持される、請求項８に記載の弾性部材。