JP2018023191A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転する軸体の変形を抑え、また、軸体の回転に伴う摺動抵抗を調節可能なモータ装置を提供する。【解決手段】駆動源であるモータと、前記モータの駆動力により回転する軸体と、前記軸体を支持する軸支持部と、を備え、前記軸体は、円筒状の回転筒部と、該回転筒部の筒内に挿通された支軸部と、を有しており、前記回転筒部の軸方向端部と前記軸支持部との間には、環内に前記支軸部が挿通された環状部材が配置されており、前記環状部材の周方向への回転を規制する回り止め機構をさらに備えていることを特徴とするモータ装置により解決する。【選択図】図３

Description

本発明はモータ装置に関する。

下記特許文献１乃至３には、回り止め機構を備えるスラストワッシャが開示されている。

特開平１１−１７０３９７号公報 特開２００５−２４６８９４号公報 特開２００６−４２５２６号公報

例えば、モータの駆動力によりウォームギヤを回転させる装置では、ウォームギヤはウォームホイールに対してモータの駆動力を正確に伝達する必要がある。ウォームギヤの動作精度を高めるためには、ウォームギヤの変形や傾きを抑えるとともに、ウォームギヤの回転に伴う摺動抵抗を所望の値で安定させる必要がある。これは、リードスクリューなど、他の回転軸を備える装置においても同様である。

上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、回転する軸体の変形を抑え、また、軸体の回転に伴う摺動抵抗を調節可能なモータ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のモータ装置は、駆動源であるモータと、前記モータの駆動力により回転する軸体と、前記軸体を支持する軸支持部と、を備え、前記軸体は、円筒状の回転筒部と、該回転筒部の筒内に挿通された支軸部と、を有しており、前記回転筒部の軸方向端部と前記軸支持部との間には、環内に前記支軸部が挿通された環状部材が配置されており、前記環状部材の周方向への回転を規制する回り止め機構をさらに備えていることを特徴とする。

軸体が回転筒部とその筒内に挿通された支軸部とで構成されることにより、回転筒部の位置精度が高められるとともに、たわみなどの回転筒部の変形が抑えられる。そして、回転筒部が接触する環状部材は、その角度位置が回り止め機構により固定されている。そのため、環状部材は軸支持部と擦れあうことはなく、常に回転筒部の軸方向端部と擦れあうことになる。つまり、環状部材の摺動対象が不安定に変化することが防止され、回転筒部の摺動抵抗を一定に保つことができる。さらに、環状部材に用いられる材料や、環状部材の回転筒部との接触面の面粗度を変更することにより、回転筒部の回転に伴う摺動抵抗を所望の値に調節・設定することができる。これにより回転筒部は、その組み合わせられる部材に対して、モータの駆動力を正確に伝達することが可能となる。なお、回り止め機構の構造としては、環状部材および軸支持部の対向面に互いに嵌合される凹凸を設けたり、環状部材を非円形にして、その環状部材と同形状の凹部を軸支持部に設けたり、環状部材の周方向の一部を切り欠いて、その切欠部に係合する凸部を軸支持部に設けたりすることが考えられる。

また、前記回り止め機構は、前記環状部材および前記軸支持部の対向面のうち、前記軸支持部側の面に形成された凹部または貫通孔と、前記環状部材側の面に形成された凸部と、により構成されていることが好ましい。

回り止め機構が、凸部と、その凸部が嵌合される凹部または貫通孔とで構成されることにより、簡易な構造で環状部材の回転を規制することが可能となる。

また、前記回り止め機構は、前記環状部材および前記軸支持部の対向面のうち、前記軸支持部側の面に形成された凸部と、前記環状部材側の面に形成された凹部または貫通孔と、により構成されていてもよい。

例えば環状部材の厚みの最大値が固定されており、かつそれが小さい場合など、環状部材側の面に凸部を設けることがコスト的または効率的に難しい場合には、軸支持部側の面に凸部を設けて、環状部材側の面に凹部または貫通孔を設けることで簡易な回り止め機構を構成することができる。

また、前記軸支持部は金属製であり、前記回転筒部および前記環状部材は樹脂製であることが好ましい。また、この場合、前記環状部材は高摺動性の樹脂材料からなることが好ましい。

一般に、樹脂部材同士の摺動面の摩耗は、樹脂部材と金属部材の摺動面の摩耗よりも少ない。そのため、樹脂製の環状部材を、同じく樹脂製の回転筒部と摺動させる構成とすることにより、軸支持部が金属製である場合でも、環状部材の摩耗を抑えることが可能となる。

また、前記支軸部は金属製であることが好ましい。

支軸部を金属製にすることにより、樹脂製の回転筒部を用いた場合でも、その傾きや変形を強力に抑えることができる。

また、単一の板金部材により構成された枠体をさらに備え、前記枠体は、前記軸体の軸方向に沿って配置された基部を有しており、前記軸支持部は、前記基部から前記軸体側に折り曲げられた起立部であることが好ましい。

単一の板金素材で枠体を形成することにより、基部と軸支持部を構成する部品点数、およびその組み立て公差が抑えられ、枠体による軸体の位置決め精度を高めることができる。

また、前記回転筒部は、外周面に螺旋溝が形成されたウォームギヤであり、前記回転筒部に組み合わされるウォームホイールは、前記回転筒部を前記環状部材側に付勢するように該回転筒部と噛合することが好ましい。

回転筒部が環状部材側に付勢されることによりウォームギヤは常に環状部材と接触し、摺動する。これにより、回転筒部の軸方向のガタツキが除去されるとともに、摺動抵抗をより安定させることができる。

本発明のモータ装置によれば、回転する軸体の変形を抑え、また、軸体の回転に伴う摺動抵抗を任意に調節・設定することが可能となる。

実施形態にかかるモータ装置の外観を示す斜視図である。 モータ装置の側面図である。 軸体の構造を示す模式断面図である。 図２のモータ装置のＭ−Ｍ断面図である。 ワッシャの構造を示す側面図および正面図である。 回り止め機構の変形例を示す斜視図および側面図である。 回り止め機構の変形例を示す斜視図および側面図である。 回り止め機構の変形例を示す斜視図および側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかるモータ装置１０の外観を示す斜視図である。図２は、モータ装置１０の側面図である。なお、以下の説明において、「軸方向」とは、図１に示される座標軸表示のＸ軸方向に平行な方向をいう。同様に、「先端」とは、同座標軸表示に示されるＸ_１方向の端部いい、「後端」とは、同座標軸表示に示されるＸ_２方向の端部をいう。また、「上」、「下」とは、同座標軸表示のＺ軸方向における上下方向をいう。

〔全体構成〕
モータ装置１０は、主に、駆動源であるモータ２００、モータ２００の駆動力により回転する軸体３００、モータ２００の駆動力を軸体３００に伝達するギヤボックス６００、およびこれらを支持する枠体であるフレーム４００により構成されている。

軸体３００は、円筒状の回転筒部であるウォームギヤ３１０と、ウォームギヤ３１０の筒内に挿通された支軸部であるシャフト３２０とにより構成されている。ウォームギヤ３１０およびシャフト３２０は、フレーム４００が有する起立部４２０により支持されている。本実施形態の起立部４２０は、軸体３００の先端を支持する軸支持部４２１と、モータ２００およびギヤボックス６００が取り付けられるモータ取付部４２２とにより構成されている。ウォームギヤ３１０の先端面と、軸支持部４２１との間には、環内にシャフト３２０が挿通された環状部材であるワッシャ５００が配置されている。

〔軸体の構成〕
図３は軸体３００の構造を示す模式断面図である。以下、図３を参照して軸体３００の構成について説明する。

軸体３００は、上で述べたように、ウォームギヤ３１０と、ウォームギヤ３１０の筒内３１０ｃに挿通されたシャフト３２０とにより構成されている。

ウォームギヤ３１０は、樹脂製の部材であり、外周面に螺旋溝が形成されたウォーム部３１０ａと、ウォームギヤ３１０の後端部に設けられた平歯車部３１０ｂとにより構成されている。なお、本実施形態の平歯車部３１０ｂはウォーム部３１０ａと一体成形されているが、別体として形成された平歯車部３１０ｂをウォーム部３１０ａの後端に固着させた構成としてもよい。ウォームギヤ３１０は、その先端面がワッシャ５００に当接しており、平歯車部３１０ｃはギヤボックス６００内に差し込まれている。

シャフト３２０は、ウォームギヤ３１０の筒内３１０ｃに挿通され、ウォームギヤ３１０の全体を支持する固定軸である。本実施形態のシャフト３２０は、ギヤボックス６００およびモータ２００を貫通している。シャフト３２０の先端は軸支持部４２１の軸穴４２３に回転不能に固定されており、シャフト３２０の後端はモータ２００に回転不能に固定されている。なお、本実施形態のシャフト３２０は金属製の部材であるが、ウォームギヤ３１０に加えられる応力が小さい場合など、ウォームギヤ３１０の強度が用途に対して十分であるときには、シャフト３２０を樹脂材料で形成してもよい。

モータ２００の端子２６０（図１および図２参照）に電力が供給され、モータ２００が駆動すると、モータ２００の駆動力は、ギヤボックス６００に収容された減速歯車列（不図示）により減速され、ウォームギヤ３１０の平歯車部３１０ｂに伝達される。ウォームギヤ３１０のウォーム部３１０ａは、モータ装置１０が組み込まれる機器が備えるウォームホイール（不図示）と噛合し、減速されたモータ２００の駆動力をそのウォームホイールに伝達する。

本実施形態のモータ装置１０の軸体３００は、円筒状のウォームギヤ３１０と、その筒内に挿通されたシャフト３２０とで構成されていることにより、ウォームギヤ３１０の位置精度が高められており、また、たわみなどのウォームギヤ３１０の変形が抑えられている。また、ウォームギヤ３１０をワッシャ５００側に付勢するようにウォームホイールを噛合させることにより、ウォームギヤ３１０の先端面を常にワッシャ５００上で摺動させることができる。これにより、ウォームギヤ３１０の軸方向のガタツキが除去されるとともに、ウォームギヤ３１０の回転に伴う摺動抵抗を一定に保つことができる。

〔モータの構成〕
図４は、図２のモータ装置１０のＭ−Ｍ断面図である。以下、図４を参照してモータ２００の構造について説明する。

本実施形態のモータ２００は、いわゆるＰＭ型のステッピングモータである。モータ２００は、円筒形状の出力軸２４０と永久磁石２２１とにより構成されるロータ２２０、および、永久磁石２２１の外周面と所定のエアギャップを挟んで対向配置されたステータ２１０を備えている。出力軸２４０の筒内にはシャフト３２０が挿通されており、シャフト３２０の後端部は、モータ２００が有する軸受部材２３１に固定されている。

モータ２００は、軸方向に並べて配置された２相のステータ２１０を備えている。各ステータ２１０は、駆動コイル２１１が巻回されたボビン２１２、ボビン２１２をその外側から覆うように支持する外ヨーク２１３、および、ボビン２１２を外ヨーク２１３との間で内側から挟むように配置された内ヨーク２１４により構成されている。外ヨーク２１３は、永久磁石２２１との対向部に、周方向に沿って所定のピッチで配置された複数の極歯２１３ａを有しており、同様に、内ヨーク２１４も、永久磁石２２１との対向部に、極歯２１３ａと同じピッチで周方向に沿って配置された複数の極歯２１４ａを有している。極歯２１３ａおよび極歯２１４ａは周方向に交互に並べて配置されている。また、本実施形態の外ヨーク２１３は、モータ２００のケース部材も兼ねている。

永久磁石２２１は、周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されたフェライト磁石や、同様に着磁されたネオジム磁石等の希土類磁石である。本実施形態の永久磁石２２１は円筒形状に形成されており、出力軸２４０の外周面に接着固定されている。永久磁石２２１は単一の部材であり、２相のステータ２１０のそれぞれと対向可能な筒長を有している。

なお、本発明のモータはモータ２００の形態には限定されず、ギヤボックス６００内の減速歯車列を駆動可能であれば、他のモータを用いることもできる。または、ギヤボックス６００を備えず、ウォームギヤ３１０を直接回転させるダイレクトドライブモータとしてもよい。この場合、ウォームギヤ３１０の平歯車部３１０ｂは不要である。また、本実施形態ではシャフト３２０の後端部がモータ２００の軸受部材２３１に固定されているが、これは必須の構成ではなく、ギヤボックス６００や起立部４２０がシャフト３２０の後端部を支持する構成としてもよい。

〔フレームの構成〕
以下、図１および図２を参照してフレーム４００の構成について説明する。

本実施形態のフレーム４００は単一の板金部材である。フレーム４００は、主に、基部４１０、および起立部４２０により構成されている。基部４１０は、その一方の板面である上面４１０ａを軸体３００側に向けて配置された平板部であり、フレーム４００を他の部材に固定するねじ穴４３２を有している。起立部４２０は、基部４１０から上方に折り曲げられた部分であり、軸体３００を基部４１０と平行に支持している。起立部４２０は基部４１０の軸方向両端に設けられている。上で述べたように、本実施形態の起立部４２０は、軸体３００の先端を支持する軸支持部４２１と、モータ２００およびギヤボックス６００が取り付けられるモータ取付部４２２とにより構成されている。

本実施形態のモータ装置１０は、フレーム４００が単一の板金素材で形成されていることにより、基部４１０と起立部４２０を構成する部品点数、およびその組み立て公差が抑えられており、フレーム４００による軸体３００の位置決め精度が高められている。

〔ワッシャの構成〕
図５はワッシャ５００の構造を示す側面図および正面図である。図５（ａ）は、図５（ｂ）のワッシャ５００をＢ方向から見た側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のワッシャ５００をＡ方向から見た正面図である。以下、図３および図５を参照してワッシャ５００の構成について説明する。

ワッシャ５００はウォームギヤ３１０の先端面をスラスト方向で支持するスラスト軸受であり、ウォームギヤ３１０の回転時におけるウォームギヤ３１０先端面の摺動抵抗および摩耗を低減するための部材である。このため、ワッシャ５００には、フッ素入り樹脂やポリアセタールなど、高摺動性の樹脂材料が用いられている。

本実施形態のワッシャ５００は、径方向中心に穴部５２０が設けられた円環形状の部材である。ワッシャ５００の端面５００ａ，５００ｂのうち、軸支持部４２１との対向面である端面５００ａには、周方向において対称となる位置（本実施形態では穴部５２０の上下）に２つの凸部５１０が形成されている。図３に示すように、軸支持部４２１にはワッシャ５００の凸部５１０が嵌合される貫通孔４２４が形成されており、これら凸部５１０および貫通孔４２４は、ワッシャ５００の回り止め機構を構成している。

ここで、回り止め機構は、軸支持部４２１の貫通孔４２４を、軸支持部４２１を軸方向に貫通していない不貫通の凹部としてもよい。また、ワッシャ５００側の凸部５１０についても、例えばワッシャ５００自体の厚みの最大値が固定されており、かつそれが小さい場合など、ワッシャ５００に凸部５１０を設けることがコスト的または効率的に難しい場合には、軸支持部４２１側に凸部を設けて、ワッシャ５００側に凹部または貫通孔を設けた構成としてもよい。

回り止め機構によりワッシャ５００の角度位置が固定されていることから、本実施形態のワッシャ５００は、ウォームギヤ３１０が回転しても軸支持部４２１と擦れあうことはなく、常にワッシャ５００の端面５００ｂがウォームギヤ３１０の先端面と擦れあうことになる。つまり、ワッシャ５００の摺動面がその端面５００ａ，５００ｂの間で不安定に変化することが防止されており、ウォームギヤ３１０の摺動抵抗を一定に保つことが可能とされている。さらに、例えばワッシャ５００に用いられる材料や、ワッシャ５００の端面５００ｂの面粗度を適宜変更することにより、ウォームギヤ３１０の回転に伴う摺動抵抗を任意に調節・設定することができる。このように、本実施形態のモータ装置１０では、ウォームギヤ３１０の傾きや変形がシャフト３２０により抑えられ、また、回り止め機構によりワッシャ５００とウォームギヤ３１０との摺動抵抗が調節可能とされていることにより、ウォームギヤ３１０は、その組み合わせられるウォームホイールに対して、モータ２００の駆動力を正確に伝達することが可能とされている。

また、本実施形態のモータ装置１０は、軸支持部４２１が金属製であり、ウォームギヤ３１０およびワッシャ５００は樹脂製である。さらに、ワッシャ５００は高摺動性の樹脂材料により形成されている。一般に、樹脂部材同士の摺動面の摩耗は、樹脂部材と金属部材の摺動面の摩耗よりも少ない。本実施形態では、樹脂製のワッシャ５００を、金属製の軸支持部４２１と摺動させるのではなく、同じく樹脂製のウォームギヤ３１０と摺動させる構成とすることにより、ワッシャ５００の摩耗が抑えられている。

〔回り止め機構の変形例〕
図６から図８は、回り止め機構の変形例を示す斜視図および側面図である。以下、図６から図８を参照して回り止め機構の変形例について説明する。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一または同様の機能を有する構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６の回り止め機構は、環状部材であるワッシャ５０１のＤカット部５３０と、軸支持部４２１に形成された、ワッシャ５０１と同形状の凹部４２５とにより構成されている。ワッシャ５０１の周方向の形状が非円形とされ、同形状の凹部４２５にワッシャ５０１が嵌入されていることにより、その角部（本変形例ではＤカット部５３０の端部）が互いに係合し、ワッシャ５０１の回転が規制される。また、ワッシャ５０１はその厚みの一部が凹部４２５内に嵌入されることから、ワッシャ５０１の厚みを確保しつつ、ウォームギヤ３１０の有効長を延ばすことができる。

図７の回り止め機構は、環状部材であるワッシャ５０２の脚部５４０と、脚部５４０の下面が当接する基部４１０の上面４１０ａとにより構成されている。ワッシャ５０２が脚部５４０を備えていることにより、脚部５４０の下面が基部４１０の上面４１０ａと係合し、ワッシャ５０２の回転が規制される。本変形例によれば、フレーム４００を別途加工することなく環状部材を配置することができる。

図８の回り止め機構は、環状部材であるワッシャ５０３のＤカット部５３０と、Ｄカット部５３０に沿うよう突き出した、軸支持部４２１の凸部４２６とにより構成されている。これらＤカット部５３０および凸部４２６が係合することによりワッシャ５０３の回転が規制される。本変形例によれば、細径の凸凹部や貫通孔などを設けることなく、簡易な構造でワッシャ５０３の回転を規制することができる。また、凸部を設けることが難しい環状部材であってもその回転を規制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態の回転筒部はウォームギヤ３１０であるが、例えばリードスクリューなど他の回転軸を適用することができる。

１０ モータ装置
２００ モータ
３００ 軸体
３１０ ウォームギヤ（回転筒部）
３１０ａ ウォーム部
３１０ｂ 平歯車部
３１０ｃ 筒内
３２０ シャフト（支軸部）
４００ フレーム（枠体）
４１０ 基部
４１０ａ 上面（回り止め機構）
４２０ 起立部
４２１ 軸支持部
４２２ モータ取付部
４２３ 軸穴
４２４ 貫通孔（回り止め機構）
４２５ 凹部（回り止め機構）
４２６ 凸部（回り止め機構）
５００，５０１，５０２，５０３ ワッシャ（環状部材）
５００ａ，５００ｂ ワッシャ５００の端面
５１０ 凸部（回り止め機構）
５２０ 穴部
５３０ Ｄカット部（回り止め機構）
５４０ 脚部（回り止め機構）

Claims (8)

1. 駆動源であるモータと、
   前記モータの駆動力により回転する軸体と、
   前記軸体を支持する軸支持部と、を備え、
   前記軸体は、円筒状の回転筒部と、該回転筒部の筒内に挿通された支軸部と、を有しており、
   前記回転筒部の軸方向端部と前記軸支持部との間には、環内に前記支軸部が挿通された環状部材が配置されており、
   前記環状部材の周方向への回転を規制する回り止め機構をさらに備えていることを特徴とするモータ装置。
2. 前記回り止め機構は、前記環状部材および前記軸支持部の対向面のうち、前記軸支持部側の面に形成された凹部または貫通孔と、前記環状部材側の面に形成された凸部と、により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
3. 前記回り止め機構は、前記環状部材および前記軸支持部の対向面のうち、前記軸支持部側の面に形成された凸部と、前記環状部材側の面に形成された凹部または貫通孔と、により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
4. 前記軸支持部は金属製であり、
   前記回転筒部および前記環状部材は樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ装置。
5. 前記環状部材は高摺動性の樹脂材料からなることを特徴とする請求項４に記載のモータ装置。
6. 前記支軸部は金属製であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のモータ装置。
7. 単一の板金部材により構成された枠体をさらに備え、
   前記枠体は、前記軸体の軸方向に沿って配置された基部を有しており、
   前記軸支持部は、前記基部から前記軸体側に折り曲げられた起立部であることを特徴とする請求項４から請求項６に記載のモータ装置。
8. 前記回転筒部は、外周面に螺旋溝が形成されたウォームギヤであり、
   前記回転筒部に組み合わされるウォームホイールは、
   前記回転筒部を前記環状部材側に付勢するように該回転筒部と噛合することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータ装置。

Images