JP3558311B2 - ギヤ付き小型モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギヤ付きの小型モータに関し、例えばエアコンディショナーの空気吹き出し口のルーバーを駆動するために用いられるギヤ付きステッピングモータ等の小型モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ギヤ付き小型モータでは、ギヤ輪列内の歯車を保護するため、図８に示すように、出力軸３１の部分にフリクション機構を設けている。このフリクション機構は、ＳＵＳ等からなる金属軸３２と、プレート３３と、歯車部材３４と、板バネ３５と、ブッシュ３６とから構成されている。そして、金属軸３２に係合したプレート３３と板バネ３５との間に歯車部材３４を挟み込み、金属軸３２とフリクション係合させている。これにより、ルーバー等を操作することによる外部の強い力が金属軸３２に伝わっても、金属軸３２のみが回転し歯車部材３４に伝わらないようにし、その歯車部材３４の歯車部３４ａやその後のギヤ輪列内の歯車を保護するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の出力軸３１は、部品点数が多く、組み立て効率が悪くなっている。また、出力軸３１の部分は最もトルクの大きい部分であり、板バネ３５も弾性力の強いものが必要となり、プレート３３も大型のものが必要となっている。このため、部品が大型化となる一方、板バネ３５によるフリクショントルクの調整が困難となり、フリクショントルクのバラツキも大きくなり易くなっている。
【０００４】
このため、外部の強い力が金属軸３２に伝わったとき、その力が歯車部材３４およびギヤ輪列にも伝わり、歯車部３４ａやギヤ輪列内の歯車が欠けることが生じている。この結果、小型モータの回転力が金属軸３２に伝わらなくなり、この金属軸３２の回転を受けて駆動されるエアコンディショナーのルーバー等が動作しなくなることが生じている。
【０００５】
本発明は、組み立て易く、故障が少ないギヤ付き小型モータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明では、ロータの回転を減速ギヤ輪列を介して出力軸に伝達するように構成してなるギヤ付き小型モータにおいて、出力軸を樹脂によりギヤ付き出力軸として一体成型により形成すると共に、出力軸を除く減速ギヤ輪列中にフリクション機構を設け、さらに出力軸の回転をエアコンディショナーのルーバー駆動に連結している。
【０００８】
本発明におけるギヤ付き小型モータでは、ロータの回転は、減速ギヤ輪列を介して出力軸に伝えられる。そして、出力軸の回転は、エアコンディショナーやヒーターのルーバー駆動等に利用される。
【０００９】
一方、ルーバーを人が動作させる等をして出力軸に外部の負荷が加わると、その負荷は出力軸を回転させ、減速ギヤ輪列に伝わる。このとき、ロータにはステータとのリラクタンストルクによる位置保持力が働くため、減速ギヤ輪列の歯車に過負荷が加わり、歯車の欠け等が生ずる危険がある。しかし、出力軸を除く減速ギヤ輪列中にフリクション機構があるため、そのフリクション機構部分で外部負荷の伝達は切断され、各歯車に過負荷が加わることはない。また、出力軸は樹脂により構成しているので、ルーバーを外す等して出力軸が露出し、人が手で触ったとしても、漏電により感電するというような危険もない。
【００１０】
しかも、出力軸を樹脂によりギヤ付きの一体成型された出力軸としているので、出力軸の組み付けが簡単で製造効率がアップする。しかも、ＳＵＳなどの金属よりも軽い樹脂を使うことにより小型モータの重量も低減でき、取り付けられる機器の軽量化に貢献できるものとなる。また、フリクション機構を、外部負荷を直接受ける出力軸の部分ではなく、その後の減速ギヤ輪列中に設けているので、フリクション機構を小型化でき、モータが小型化する。加えて、外部負荷は、増速されて伝わるため、そのトルクは小さくなり、制御しやすいものとなる。このため、フリクショントルクのバラツキを押さえ易いものとなる結果、歯車の欠け等の発生が減少し、故障が生じにくい小型モータとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１から図６に基づいて説明する。
【００１２】
このギヤ付き小型モータ１は、ステータ部２と、ロータ部３と、減速ギヤ輪列となる歯車伝達機構４と、出力軸５と、端子部６とから構成されステッピングモータである。そして、ステータ部２と歯車伝達機構４とは、軸方向に隣接して配置される。
【００１３】
ステータ部２は、２つのステータの先端部が交互に入り組むことによって円形状に配置される極歯７と、この極歯７と軸方向に並んで配置される同様な極歯８と、極歯７の外周に巻回されるコイル９と、極歯８の外周に巻回されるコイル１０と、ステータを兼ねる円筒状ケース１１と、ステータを兼ねるモータ上ケース１２とから構成されている。なお、コイル９は、コイルボビン９ａを介して、極歯７に巻回され、コイル１０は、コイルボビン１０ａを介して極歯８に巻回されている。
【００１４】
ロータ部３は、ロータ軸１３と、このロータ軸１３に回転可能に支持されマグネット１４ａを有するロータ１４とから構成される。なお、先に述べたステータ部２とこのロータ部３は、共に従来公知のステッピングモータのステータ部とロータ部の構成と同様となっている。
【００１５】
歯車伝達機構４は、ロータ軸１４に形成されるピニオン１４ｂと、このピニオン１４ｂに噛み合う１番車１５と、この１番車１５と噛み合う２番車１６と、この２番車１６と噛み合う３番車１７と、この３番車１７と噛み合う４番車１８と、この４番車１８と噛み合うように出力軸５に設けられた歯車５ａとからなる。なお、この歯車伝達機構４は、減速機構となっており、各歯車１４ｂ，１５，１６，１７，１８，５ａは、それぞれ減速して回転を伝達する構成となっている。
【００１６】
また、歯車伝達機構４は、図３の展開図に示すように、ピニオン１４ｂに噛み合う１番車１５にフリクション機構を保有している。このフリクション機構は、１番車１５を、ピニオン１４ｂと噛み合う歯車部材１５ａと、２番車１６に噛み合うピニオン部材１５ｂと、その両者１５ａ，１５ｂの間に介在するフェルトからなる摩擦部材１５ｃと、ピニオン部材１５ｂを歯車部材１５ａ側に押圧するコイルバネ１５ｄとから構成している。なお、このフリクション機構は２番車や３番車等の他の歯車部分に設けても良い。この実施の形態では１番車に設けることにより、すなわち、回転トルクが小さい部分に設けることにより摩擦部材１５ｃやコイルバネ１５ｄを小型のものとできる。
【００１７】
出力軸５は、ＳＵＳ等の鉄より軽い樹脂製で、歯車５ａが一体成型で形成されている。そして、この出力軸５の一端５ｂは、モータ上ケース１２に隣接して配設される中地板１９のしぼり加工による円筒部１９ａに回転可能に支持されている。また、出力軸５の中央は、平板状ケース２０のしぼり加工により形成された支持円筒部に同様に回転可能に支持されている。出力軸５の他端５ｃは、中央に比べ若干細径とされ、他の機器、例えば、エアコンのルーバー駆動機構等に係合している。
【００１８】
端子部６は、２つのコイル９，１０の中間に配置される端子ピン２１と、この端子ピン２１を挿通して固着するホルダー部材２２と、このホルダー部材２２に保持される回路基板２３と、この回路基板２３に電気的接続するコネクタハウジング２４と、これらの部材を覆うカバー２５とから構成されている。
【００１９】
ここで端子ピン２１は、図１および図４に示すように、２つのコイルボビン９ａ，１０ａのピン固定部９ｂ，１０ｂに各３つ挿通固定されている。このピン固定部９ｂ、１０ｂは、互いに対向する部分を波状とし、それぞれの出っ張り部分を相手の凹部に嵌合させることにより、全体として直方体状となっている。また、各ピン固定部９ｂ，１０ｂには、ホルダー部材２２の位置決め穴２２ａに嵌合する位置決めピン９ｃ，１０ｃがそれぞれ設けられている。そして、ピン固定部９ｂ，１０ｂの形状は、１８０度回転対称になっており、各コイルボビン９ａ，１０ａは全く同一形状となっている。なお、固定された端子ピン２１が一直線上ではなく、ジグザグ状に配置させたのは、端子ピン２１の電気的絶縁距離を長くするためである。
【００２０】
ホルダー部材２２は、コイルボビン９ａ、１０ａの位置決めピン９ｃ，１０ｃが嵌合する２つの位置決め穴２２ａと、端子ピン２１が挿通するジグザグ状に配置された挿通部２２ｂと、回路基板２３を当接保持する回路基板保持部２２ｃと、コネクタハウジング２４を取り付ける取付部２２ｄとを有している。なお、回路基板保持部２２は、ホルダー部材２２の一面と、その面側に設けられたブリッジ状でかつ側面断面図でくさび状のブリッジ部２２ｅとで、回路基板２３を保持する構造となっている。また、取付部２２ｄは、ピン挿入孔２２ｆと、くさび状のブリッジ部２２ｅの上部と、コネクタハウジング２４を取り付ける際のガイドとなるガイド部２２ｇから構成されている。なお、ホルダー部材２２には、中地板１９の突起１９ｂが嵌合し、このホルダー部材２２の位置決めをする位置決め孔２２ｈが設けられている。
【００２１】
回路基板２３は、長方形状の平板とされ、ホルダー部材２２と当接しない面に回路パターン２６が形成される片面基板となっている。そして、この回路基板２３は一端側に端子ピン２１が挿通されるジグザグ状に配置された挿通孔２３ａを有し、他端側には、コネクタハウジング２４の接続端子２７が半田付けされる回路パターン２６の接続部２６ａを有している。そして、回路パターン２６は、図５に示すように挿通孔２３ａと接続部２６ａをつなぐようなパターンとなっているが、図５で左端の挿通孔２３ａだけは、右端の挿通孔２３ａにつながれ、電力供給の際の共通端子、すなわちグランドとなるように形成されている。なお、このグランド端子となる部分としては、中央の２つの挿通孔２３ａとしても良く、状況に合わせ適宜変更できる。
【００２２】
コネクタハウジング２４は、回路基板２３と接続する接続端子２７と、ホルダー部材２２のピン挿通孔２２ｆに入り、このコネクタハウジングの位置決めをする係合ピン２４ａと、コネクタ（図示省略）の受け入れ空間となる嵌合部２４ｂとを有している。なお、この実施の形態で示すコネクタハウジング２４は、市販のいわゆる面実装タイプのものを採用している。
【００２３】
カバー２５は、回路基板２３から突出した端子ピン２１を覆うピンカバー部２５ａと、コネクタハウジング２４を覆うと共にコネクタを挿入できる開口部２５ｂを有するハウジングカバー部２５ｃとを備えている。そして、円筒状ケース１１の切り欠き部１１ａに嵌合すると共に、平板状ケース２０に係合し、ステッピングモータ１から外れないようにされている。
【００２４】
ここで、端子部６の組立について説明する。
【００２５】
まず、ホルダー部材２２に回路基板２３を回路基板挿入孔２２ｉに挿入し、ホルダー部材２２に一面を当接させる。次にコイルボビン９ａ，１０ａに固着された端子ピン２１がホルダー部材２２の挿通部２２ｂと回路基板２３の挿通孔２３ａを貫通するように、ホルダー部材２２と回路基板２３とをコイルボビン９ａ，１０ａに対して組み付ける。このとき、ホルダー部材２２は、コイルボビン９ａ，１０ａの位置決めピン９ｃ，１０ｃおよび中地板１９の突起１９ｂにより位置決めがされる。その後、コネクタハウジング２４をホルダー部材２２に組み付け、接続端子２７を回路基板２３に接着させる。そして、回路基板２３と端子ピン２１との半田付けを行い、最後にカバー２５を取り付ける。
【００２６】
このように構成されるステッピングモータ１の動作は、次のとおりである。
【００２７】
コネクタハウジング２４に外部よりコネクタ（図示省略）が入れられ、電気接続がされる。そして、そのコネクタとコネクタハウジング２４の接続端子２７を経由して電力がコイル９，１０に供給されると、ステータ部２のステータと、ロータ１４のマグネット１４ａとの間に磁気的な相互作用が働き、ロータ１４が回転する。すると、その回転は、ピニオン１４ｂを含む歯車伝達機構４を介して減速されながら出力軸５に伝えられる。そして、この出力軸５の回転により外部機器、例えばエアコンディショナーやヒーターのルーバーの開閉動作を行わせる。
【００２８】
なお、外部から出力軸５に強い力が加わった場合、例えばエアコンのルーバーを人が強い力で動作させるような場合、出力軸５の回転は、ロータ１４側へ伝えられていく。しかし、ステータ部２とマグネット１４ａとの間のリラクタンストルクによりロータ１４には、その位置を保持しようとする力が働き、ロータ１４は余程大きな力でないと回転を開始しない。このため、フリクション機構がないと歯車伝達機構は、そのいずれかの歯車部分で、歯の折れ等が生じ動作不良となってしまう。しかし、この実施の形態では、歯車伝達機構４の内部にフリクション機構があるため、そのような不良が生じない。しかも、出力軸５は歯車５ａを一体成型したものとなっているので、組み付けが簡単で製造効率がアップすると共に低コストでかつ壊れにくく、長寿命のものとなっている。
【００２９】
以上のような実施の形態では、出力軸５は、従来のＳＵＳ等の金属軸を有するものに比べ軽量となり、この小型モータが取り付けられる機器の軽量化に寄与する。加えて、摩擦部材１５ｃとしてフェルトを利用し、ピニオン部材１５ｂをコイルバネ１５ｄで押圧する構成としたので、フリクショントルクが一層安定し、故障が一層生じにくいギヤ付き小型モータとなる。
【００３０】
また、フリクション機構を構成する部材は、ピニオン部材１５ｂを含め計４点で構成されるため、部品点数が削減され、組み立て効率がアップする。しかも、このフリクション機構は、固定軸にコイルバネ１５ｄやピニオン部材１５ｂ等が単純に挿入される構造となっているので組み立てが極めて簡単で製造効率がアップする。
【００３１】
また、この実施の形態では、端子ピン２１がコイル９，１０の中央に配置され、接続端子２７が歯車伝達機構４に対してラジアル方向に隣接して配置されるため、回路基板２３の一端側に端子ピン２１を、他端側に接続端子２７を配設できるようになる。このため、半田付け作業は、同方向から行えるようになると共に、フレキシブル基板等の特殊な基板を用いる必要がなくなる。
【００３２】
また、ホルダー部材２２のコネクタハウジング２４を取り付ける部分が端子ピン２１側にくるほど厚くなるくさび状のブリッジ部２２ｅとなっているので、コネクタハウジング２４を取り付けると、その接続端子２７は、回路基板２３に自然と当接すると共に、コネクタハウジング２４やコネクタを取り付ける際、端子ピン２１にぶつかったり、引っかかったりすることが生じない。
【００３３】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、これ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において、種々変形実施可能である。例えば、歯車伝達機構４内のフリクション機構としては、図７に示すように、２番車１６に設けても良い。このフリクション機構は、２番車１６を、１番車１５のピニオン部と噛み合う歯車部材１６ａと、この歯車部材１６ａと摩擦係合する摩擦部材１６ｂと、この摩擦部材１６ｂと当接する押さえ材１６ｃと、この押さえ材１６ｃをその先端部で押圧すると共にその押さえ材１６ｃと一体回転するピニオン部材１６ｄと、このピニオン部材１６ｄと歯車１６ａとの間におかれ、両者を弾性付勢する円錐状のコイルバネ１６ｅとから構成しているものである。なお、歯車部材１６ａは、３ヶ所の係合部１６ｆを有しており、その係合部１６ｆで摩擦部材１６ｂと押さえ材１６ｃを係合保持している。このように、２番車１６の部分にフリクション機構を取り付けると、トルクがある程度小さいことから小型の材料が使えることおよび１番車の部分に比べ、フリクション設定範囲の余裕度が増え、調整しやすい等のメリットがある。
【００３４】
また、上述の実施の形態では、ステッピングモータの例を示したが、本発明は、ＡＣ同期モータやファンモータ等他の各種の小型モータに適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のギヤ付き小型モータでは、出力軸を樹脂によりギヤも付いた一体成型された出力軸としているので、出力軸の組み付けが簡単で製造効率がアップする。しかも、ＳＵＳなどの金属よりも軽い樹脂を使うことにより小型モータの重量も低減でき、取り付けられる機器の軽量化に貢献できるものとなる。また、フリクション機構を、外部負荷を直接受ける出力軸の部分ではなく、その後の減速ギヤ輪列中に設けているので、フリクション機構を小型化でき、モータを小型化できる。加えて、外部負荷は、増速されて伝わるため、ロータに近い程、そのトルクは小さくなり、制御しやすいものとなる。このため、フリクショントルクのバラツキを押さえ易いものとなる結果、歯車の欠け等の発生が減少し、故障が生じにくい小型モータとなる。
【００３６】
加えて、請求項２記載の発明では、請求項１記載のギヤ付き小型モータの出力軸の回転をエアコンディショナーのルーバー駆動に利用しているので、人が度々ルーバーを動かしても減速ギヤ輪列は破損せず故障が少ないルーバー駆動を提供することができる。また、出力軸は樹脂により構成しているので、ルーバーを外す等して出力軸が露出し、人が手で触ったとしても、漏電により感電するというような危険もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるギヤ付き小型モータの側面断面図（コネクタハウジングを除く）である。
【図２】図１のギヤ付き小型モータの歯車伝達機構を示す平面図である。
【図３】図２の歯車伝達機構の側面展開図である。
【図４】図１のギヤ付き小型モータの端子部を説明するための図で、ホルダー部材を配置する以前の状態を示す図である。
【図５】図１のギヤ付き小型モータの端子部を説明するための図で、ホルダー部材、回路基板、コネクタハウジングを取り付けた状態を示す図である。
【図６】図１のギヤ付き小型モータに使用されるホルダー部材を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】本発明のギヤ付き小型モータに使用される歯車伝達機構の他の例の側面展開図と、フリクション機構を矢示Ａ方向から見た部分平面図である。
【図８】従来のギヤ付き小型モータに使用されている出力軸を示す図である。
【符号の説明】
１ ギヤ付き小型モータ
２ ステータ部
３ ロータ部
４ 歯車伝達機構（減速ギヤ輪列）
５ 出力軸
６ 端子部
７，８ 極歯
９，１０ コイル
１４ ロータ
１５ １番車
１５ａ 歯車部材（フリクション機構）
１５ｂ ピニオン部材（フリクション機構）
１５ｃ 摩擦部材（フリクション機構）
１５ｄ コイルバネ（フリクション機構）

Claims (1)

1. ロータの回転を減速ギヤ輪列を介して出力軸に伝達するように構成してなるギヤ付き小型モータにおいて、
   上記出力軸を樹脂によりギヤ付き出力軸として一体成型により形成すると共に、上記出力軸を除く上記減速ギヤ輪列中にフリクション機構を設け、さらに上記出力軸の回転をエアコンディショナーのルーバー駆動に連結したことを特徴とするギヤ付き小型モータ。

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