JP2021060055A

JP2021060055A - ギヤドモータ

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Publication number: JP2021060055A
Application number: JP2019183615A
Authority: JP
Inventors: 力横塚; Riki Yokozuka
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-04
Also published as: JP7321048B2

Abstract

【課題】スライド機構の駆動効率を高めたギヤドモータを提供する。【解決手段】本発明の一つの態様のギヤドモータは、モータ部と、モータ部の動力を伝達する伝達機構と、伝達機構に接続されるスライド機構５と、を備える。スライド機構は、中心軸線Ｊ１を中心として回転するリードスクリュー５１と、中心軸線と平行なガイド軸線Ｊ２を中心として延びるガイドシャフト５２と、リードスクリューに挿入されるナット孔５３ｎおよびガイドシャフトに挿入されるスライド孔が設けられるスライドナット５３と、を有する。スライド孔の内周面には、軸方向に延び周方向に並ぶ複数の凹溝５６と、凹溝同士の間に位置する接触面５５と、が設けられる。軸方向から見て、中心軸線とガイド軸線とが通過する第１仮想線ＶＬ１は、接触面を通過する。【選択図】図３

Description

本発明は、ギヤドモータに関する。

近年、スマートフォン等の電子機器の高機能化に伴い、内部にスライド機構を一体化したギヤドモータの開発が進められている。特許文献１には、リードスクリューを用いたスライド機構であって、リードスクリューと平行なガイドシャフトによって駆動対象物の平行移動をガイドする構成が開示されている。

中国特許出願公開第１０９２５７４６７号明細書

ガイドシャフトを設ける場合、ガイドシャフトは、スライドナットに設けられたスライド孔に挿入される。このとき、ガイドシャフトとスライド孔との隙間が小さすぎると、摩擦抵抗が増加して駆動効率が悪化する。一方で、ガイドシャフトとスライド孔との隙間が大きすぎると、スライドナットに荷重が加わった際にアキシャル方向の傾きが生じ駆動効率が急激に悪化する。このため、従来はガイドシャフトとスライド孔の厳密な寸法管理が必要とされ、高コスト化を招く一因となっていた。

本発明の一つの態様は、スライド機構の駆動効率を高めたギヤドモータの提供を目的の一つとする。

本発明の一つの態様のギヤドモータは、モータ部と、前記モータ部の動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構に接続されるスライド機構と、を備える。前記スライド機構は、中心軸線を中心として回転するリードスクリューと、前記中心軸線と平行なガイド軸線を中心として延びるガイドシャフトと、前記リードスクリューに挿入されるナット孔および前記ガイドシャフトに挿入されるスライド孔が設けられるスライドナットと、を有する。前記スライド孔の内周面には、軸方向に延び周方向に並ぶ複数の凹溝と、前記凹溝同士の間に位置する接触面と、が設けられる。軸方向から見て、前記中心軸線と前記ガイド軸線とが通過する第１仮想線は、前記接触面を通過する。

本発明の一つの態様によれば、スライド機構の駆動効率を高めたギヤドモータが提供される。

図１は、一実施形態のギヤドモータ１の斜視図である。図２は、一実施形態のギヤドモータの断面図である。図３は、一実施形態のスライドナットの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るギヤドモータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。以下の説明において特に断りのない限り、中心軸線Ｊ１に平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」又は「上下方向」と呼び、＋Ｚ側を単に「軸方向一方側」又は「上側」と呼び、−Ｚ側を単に「軸方向他方側」又は「下側」と呼ぶ。なお、本明細書における上下方向は、説明の便宜のために設定する方向であって、ギヤドモータの使用時の姿勢を限定するものではない。

図１は、ギヤドモータ１の斜視図である。図２は、ギヤドモータ１の断面図である。本実施形態のギヤドモータ１は、Ｙ軸方向に沿う寸法が抑制された薄型の電子機器に搭載される。

図２に示すように、ギヤドモータ１は、モータ部２０と、遊星歯車機構（伝達機構）３０と、スライド機構５と、フレーム１０と、を有する。以下、ギヤドモータ１の各部について詳細に説明する。
＜モータ部＞
モータ部２０は、中心軸線Ｊ１に沿って延びる。モータ部２０は、全体として中心軸線Ｊ１を中心とする円柱状である。モータ部２０は、軸方向に積層される複数（本実施形態では２つ）のモータ２１と、モータシャフト２２を有する。本実施形態において、モータ２１は、ステッピングモータである。モータ２１は、中心軸線Ｊ１周りに回転するロータと、ロータを中心軸線Ｊ１の径方向外側から囲むステータと、を有する。

モータシャフト２２は、中心軸線Ｊ１を中心として軸方向に延びる。モータシャフト２２は、複数のモータ２１の各ロータに固定される。これにより、モータシャフト２２は、複数のモータ２１によって中心軸線Ｊ１周りを回転する。モータ部２０は、後述する遊星歯車機構３０の第１太陽ギヤ３３ａを回転させる。

＜遊星歯車機構＞
遊星歯車機構３０は、モータ部２０の直下に位置する。遊星歯車機構３０は、モータシャフト２２に接続される。遊星歯車機構３０は、モータ部２０から出力された動力を減速して、スライド機構５に伝達する。

遊星歯車機構３０は、ハウジング３５と、第１太陽ギヤ（太陽ギヤ）３３ａと、３つの第１遊星ギヤ（遊星ギヤ）３３ｂと、第１キャリア（キャリア）３１と、３つの第２遊星ギヤ（遊星ギヤ）３４ｂと、第２キャリア（キャリア）３２と、を有する。

ハウジング３５は、フレーム１０に固定される。すなわち、遊星歯車機構３０は、ハウジング３５においてフレーム１０に支持される。ハウジング３５は、中心軸線Ｊ１を中心として軸方向に延びる内歯ギヤ３５ａと、内歯ギヤ３５ａの下端に位置する底部３５ｂと、を有する。内歯ギヤ３５ａは、第１遊星ギヤ３３ｂおよび第２遊星ギヤ３４ｂに噛み合う。また、底部３５ｂの中央には、第２軸受部３５ｄが固定される中央孔３５ｃが設けられる。本実施形態において、第２軸受部３５ｄとしては、滑り軸受が採用される。しかしながら、第２軸受部３５ｄとして、ボールベアリング等の他の軸受を採用してもよい。

第１太陽ギヤ３３ａは、モータシャフト２２に固定され、モータシャフト２２とともに中心軸線Ｊ１を中心として回転する。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、中心軸線Ｊ１の周方向に等間隔に配置される。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、第１太陽ギヤ３３ａに噛み合う。３つの第１遊星ギヤ３３ｂは、第１太陽ギヤ３３ａの回転に伴い、中心軸線Ｊ１の周方向に公転回転する。第１遊星ギヤ３３ｂの中央には、貫通孔３３ｂａが設けられる。

第１キャリア３１は、第１円盤部３１ｂと、３本の第１サブシャフト３１ａと、第２太陽ギヤ（ギヤ、太陽ギヤ）３１ｃと、を有する。第１円盤部３１ｂは、中心軸線Ｊ１を中心として径方向に延びる。３本の第１サブシャフト３１ａは、第１円盤部３１ｂから軸方向一方側に延びる。第２太陽ギヤ３１ｃは、中心軸線Ｊ１を中心として第１円盤部３１ｂから軸方向他方側に延びる。

図２に示すように、３本の第１サブシャフト３１ａは、それぞれ第１遊星ギヤ３３ｂの貫通孔３３ｂａに挿入される。第１サブシャフト３１ａは、第１遊星ギヤ３３ｂを自転回転可能に支持する。第１キャリア３１は、３つの第１遊星ギヤ３３ｂの中心軸線Ｊ１を中心とする公転回転に伴い、中心軸線Ｊ１を中心として回転する。

第２太陽ギヤ３１ｃは、第１キャリア３１の一部であるため、第１遊星ギヤ３３ｂの公転回転に伴い、中心軸線Ｊ１を中心として回転する。

３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、中心軸線Ｊ１の周方向に等間隔に配置される。３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、第２太陽ギヤ３１ｃに噛み合う。３つの第２遊星ギヤ３４ｂは、第２太陽ギヤ３１ｃの回転に伴い、中心軸線Ｊ１の周方向に公転回転する。第２遊星ギヤ３４ｂの中央には、貫通孔３４ｂａが設けられる。

第２キャリア３２は、第２円盤部３２ｂと、３本の第２サブシャフト３２ａと、円柱部３２ｃと、を有する。第２円盤部３２ｂは、中心軸線Ｊ１を中心として径方向に延びる。３本の第２サブシャフト３２ａは、第２円盤部３２ｂから軸方向一方側に延びる。円柱部３２ｃは、中心軸線Ｊ１を中心として第２円盤部３２ｂから軸方向他方側に延びる。

図２に示すように、３本の第２サブシャフト３２ａは、それぞれ第２遊星ギヤ３４ｂの貫通孔３４ｂａに挿入される。第２サブシャフト３２ａは、第２遊星ギヤ３４ｂを自転回転可能に支持する。第２キャリア３２は、３つの第２遊星ギヤ３４ｂの中心軸線Ｊ１を中心とする公転回転に伴い、中心軸線Ｊ１を中心として回転する。

円柱部３２ｃは、中心軸線Ｊ１を中心とする円柱状である。円柱部３２ｃは、ハウジング３５の中央孔３５ｃを貫通する。また、円柱部３２ｃは、第２軸受部３５ｄによって回転可能に支持される。円柱部３２ｃの下面には、上下方向に延びる保持穴３２ｄが設けられる。

＜スライド機構＞
図２に示すように、スライド機構５は、軸方向に延びるリードスクリュー５１およびガイドシャフト５２と、リードスクリュー５１およびガイドシャフト５２に挿入されるスライドナット５３とを有する。スライド機構５は、遊星歯車機構３０に接続されて、遊星歯車機構３０を介してモータ部２０の動力を受け取る。スライド機構５は、スライドナット５３において駆動対象物（図示略）に接続され駆動対象物に動力を伝える。

リードスクリュー５１は、中心軸線Ｊ１に沿って延びる。リードスクリュー５１の外周面には、雄ネジが設けられる。リードスクリュー５１は、遊星歯車機構３０を介して伝わるモータ部２０の動力によって中心軸線Ｊ１を中心として回転する。

リードスクリュー５１は、外周面に雄ネジが設けられたネジ部５１ｃと、ネジ部５１ｃの上側に位置する上端部５１ａと、ネジ部５１ｃの下側に位置する下端部５１ｂと、を有する。リードスクリュー５１の下端部５１ｂは、ベアリング５９に支持される。

リードスクリュー５１の上端部５１ａは、第２キャリア３２の円柱部３２ｃに設けられた保持穴３２ｄに挿入される。上端部５１ａには、回り止めのためのＤカット面又はＨカット面が設けられている。保持穴３２ｄの穴形状は、上端部５１ａの外径と略同形状とされている。リードスクリュー５１は、第２キャリア３２に接続されることで、第２キャリア３２と一体となって中心軸線Ｊ１周りを回転する。

ガイドシャフト５２は、中心軸線Ｊ１と平行なガイド軸線Ｊ２を中心として延びる。すなわち、ガイドシャフト５２は、リードスクリュー５１と平行に延びる。ガイドシャフト５２は、リードスクリュー５１に対して＋Ｘ側に位置する。ガイドシャフト５２の両端部は、それぞれフレーム１０に固定される。

スライドナット５３には、リードスクリュー５１が挿入されるナット孔５３ｎと、ガイドシャフト５２が挿入されるスライド孔５３ｓと、が設けられる。ナット孔５３ｎの内周面には、リードスクリュー５１の雄ネジが嵌る雌ねじが設けられる。スライド孔５３ｓの内周面は、ガイドシャフト５２の外周面が接触する。

また、スライドナット５３は、ベース部５３ａと、ベース部５３ａの内部に埋め込まれる滑動部５３ｂと、を有する。滑動部５３ｂは、低摩擦材料から構成される。滑動部５３ｂは、ナット孔５３ｎおよびスライド孔５３ｓの内周面を構成する。スライドナット５３は、リードスクリュー５１の中心軸線Ｊ１周りの回転に伴い、ガイドシャフト５２にガイドされて軸方向に移動する。

ベース部５３ａは、出力部５３ｃを有する。出力部５３ｃは、Ｘ−Ｚ平面に沿う板状である。出力部５３ｃには、板厚方向に貫通する一対の貫通孔５３ｄが設けられる。出力部５３ｃには、ギヤドモータ１が移動させる駆動対象物が固定される。

図３は、スライドナット５３の断面図である。図３には、仮想線（二点鎖線）によって出力部５３ｃに固定される駆動対象物９を図示する。また、図３には、駆動対象物９の負荷中心軸線Ｃを図示する。

本明細書において、負荷中心軸線Ｃとは、駆動対象物９の形状および重量バランスによって決まる所定の軸線である。負荷中心軸線Ｃは、当該軸線に沿って駆動対象物９に力を付与することで、駆動対象物９の姿勢を保ったまま駆動対象物９を駆動することができる軸線である。駆動対象物９を重力方向に逆らって駆動させる場合、負荷中心軸線Ｃは駆動対象物９の重心線に一致する。

図３に示すように、スライド孔５３ｓの内周面には、軸方向に延び周方向に並ぶ複数（本実施形態では６個）の凹溝５６と、凹溝５６同士の間に位置する接触面５５と、が設けられる。複数の凹溝５６の周方向長さＬｂは、互いに等しい。同様に、複数の接触面５５の周方向長さＬａは、互いに等しい。

ガイドシャフト５２の外周面は、接触面５５においてスライド孔５３ｓの内周面に接触する。また、ガイドシャフト５２の外周面は、凹溝５６と対向する領域でスライド孔５３ｓの内周面に接触しない。本実施形態によれば、ガイドシャフト５２とスライド孔５３ｓの内周面との接触面積が低減されている。このため、スライドナット５３のスライド移動に伴う摩擦抵抗を低減することができる。

図３に示すように、軸方向から見て、中心軸線Ｊ１とガイド軸線Ｊ２とが通過する仮想線を第１仮想線ＶＬ１とし、ガイド軸線Ｊ２と駆動対象物９の負荷中心軸線Ｃとが通過する仮想線を第２仮想線ＶＬ２とする。

本実施形態において、第１仮想線ＶＬ１は、凹溝５６を通過せず、接触面５５を通過する。スライドナット５３は、ナット孔５３ｎに挿入されたリードスクリュー５１から力を受けて駆動される。したがって、スライドナット５３の駆動力の中心点は、中心軸線Ｊ１上に位置する。リードスクリュー５１が駆動すると、スライドナット５３には、リードスクリュー５１から第１仮想線ＶＬ１に沿って傾ける力が加わる。第１仮想線ＶＬ１が接触面５５を通過することで、接触面５５においてスライドナット５３の傾きを低減しスライドナット５３の駆動効率の低下を抑制できる。

同様に、本実施形態において、第２仮想線ＶＬ２は、凹溝５６を通過せず、接触面５５を通過する。スライドナット５３が駆動対象物９を駆動する際に、駆動対象物９から受ける反力の中心は、負荷中心軸線Ｃ上に位置する。スライドナット５３が駆動対象物９から反力を受けると、スライドナット５３には、駆動対象物９から第２仮想線ＶＬ２に沿って傾ける力が加わる。第２仮想線ＶＬ２が接触面５５を通過することで、接触面５５においてスライドナット５３の傾きを低減しスライドナット５３の駆動効率の低下を抑制できる。

本実施形態において、複数の凹溝５６は、周方向に沿って等間隔に配置される。また、凹溝５６の数は、偶数である。第１仮想線ＶＬ１および第２仮想線ＶＬ２は、ともにスライド孔５３ｓの中心を通過する。このため、第１仮想線ＶＬ１および第２仮想線ＶＬ２は、スライド孔５３ｓの円周上の半周反対側の２点をそれぞれ通過する。凹溝５６の数を偶数とすることで、２点のうち一方が接触面５５を通過すれば他方も接触面５５を通過することになるため、２点の通過点を接触面５５に容易に合わせることができる。

本実施形態において、軸方向から見て、中心軸線Ｊ１とガイド軸線Ｊ２と負荷中心軸線Ｃとが、この順で一方向に沿って並ぶ。スライドナット５３には、中心軸線Ｊ１と負荷中心軸線Ｃとから、互いに反対側の力が加わる。このため、ガイド軸線Ｊ２を中心軸線Ｊ１と負荷中心軸線Ｃとの間に配置することで、スライドナット５３の傾きが大きくなることを抑制できる。

本実施形態において、接触面５５の周方向長さＬａは、凹溝５６の周方向長さＬｂより長い。このような構成とすることで、ガイドシャフト５２の外周面とスライド孔５３ｓの内周面との接触面積を十分に確保して、スライドナット５３の安定したスライド移動を実現できる。

＜フレーム＞
フレーム１０は、モータ部２０、遊星歯車機構３０およびスライド機構５を支持する。フレーム１０は、第１支持部１１と第２支持部１２と連結部１３と筒状ホルダ部１４と固定部１５とを有する。

第１支持部１１および第２支持部１２は、ともに中心軸線Ｊ１と直交する平面に沿う板状である。第１支持部１１と第２支持部１２とは軸方向において互いに対向する。第２支持部１２は、第１支持部１１の上側に位置する。第１支持部１１は、ベアリング５９を介しリードスクリュー５１の下端部５１ｂを回転可能に支持する。また、第１支持部１１は、ガイドシャフト５２の下端部を支持する。第２支持部１２は、ガイドシャフト５２の上端部を支持する。連結部１３は、軸方向沿って延び第１支持部１１と第２支持部１２とを接続する。

筒状ホルダ部１４は、中心軸線Ｊ１を中心として第２支持部１２から上側に延びる円筒状である。筒状ホルダ部１４は、遊星歯車機構３０を径方向外側から囲み支持する。また、筒状ホルダ部１４の上端部には、モータ部２０が固定される。これにより、筒状ホルダ部１４は、モータ部２０を支持する。

固定部１５は、Ｘ−Ｚ平面に沿って延びる板状である。それぞれの固定部１５には、板厚方向に貫通する固定孔１５ｐが設けられる。固定孔１５ｐには、ギヤドモータ１を外部部材（図示略）に固定するための固定ネジが挿入される。

以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…ギヤドモータ、５…スライド機構、９…駆動対象物、２０…モータ部、３０…遊星歯車機構（伝達機構）、５１…リードスクリュー、５２…ガイドシャフト、５３…スライドナット、５３ｎ…ナット孔、５３ｓ…スライド孔、５５…接触面、５６…凹溝、Ｃ…負荷中心軸線、Ｊ１…中心軸線、Ｊ２…ガイド軸線、Ｌａ，Ｌｂ…周方向長さ、ＶＬ１…第１仮想線、ＶＬ２…第２仮想線

Claims

モータ部と、
前記モータ部の動力を伝達する伝達機構と、
前記伝達機構に接続されるスライド機構と、を備え、
前記スライド機構は、
中心軸線を中心として回転するリードスクリューと、
前記中心軸線と平行なガイド軸線を中心として延びるガイドシャフトと、
前記リードスクリューに挿入されるナット孔および前記ガイドシャフトに挿入されるスライド孔が設けられるスライドナットと、を有し、
前記スライド孔の内周面には、軸方向に延び周方向に並ぶ複数の凹溝と、前記凹溝同士の間に位置する接触面と、が設けられ、
軸方向から見て、前記中心軸線と前記ガイド軸線とが通過する第１仮想線は、前記接触面を通過する、
ギヤドモータ。
前記スライドナットには、駆動対象物が固定され、
軸方向から見て、前記ガイド軸線と前記駆動対象物の負荷中心軸線とが通過する第２仮想線は、前記接触面を通過する、
請求項１に記載のギヤドモータ。
軸方向から見て、前記中心軸線と前記ガイド軸線と前記負荷中心軸線とが、この順で一方向に沿って並ぶ、
請求項２に記載のギヤドモータ。
複数の前記凹溝は、周方向に沿って等間隔に配置され、
前記凹溝の数は、偶数である、
請求項１〜３の何れか一項に記載のギヤドモータ。
前記接触面の周方向長さは、前記凹溝の周方向長さより長い、
請求項１〜４の何れか一項に記載のギヤドモータ。