JP5256054B2

JP5256054B2 - 伝動装置

Info

Publication number: JP5256054B2
Application number: JP2009007381A
Authority: JP
Inventors: 久剛有賀
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010164146A

Description

本発明は、ラック−ピニオン機構を利用した伝動装置に関するものである。

駆動装置などにおいて、駆動源から出力された回転によって被駆動部材を回転駆動するにあたっては、駆動軸と被駆動部材との間にベルト式の伝動機構などが配置される（特許文献１参照）。
特開２００６−１７７８４８号公報

しかしながら、ベルト式の伝動機構の場合、駆動軸と被駆動部材の回転中心軸線とが交差している場合、ベルトを交差させるため、被駆動部材の回転方向を反転させるとベルトが外れるなどの問題が発生する。また、ベルト式の伝動機構に代えて、傘歯車を用いた場合、駆動側の傘歯車の軸線方向では従動側の傘歯車の外径寸法分だけサイズが増大し、従動側の傘歯車の軸線方向では駆動側の傘歯車の外径寸法分だけサイズが増大するなど、軸方向のサイズが大であるという問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、駆動軸と被駆動部材の回転中心軸線とが交差している場合でも、サイズを増大させずに被駆動部材を双方向に回転駆動することのできる伝動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る伝動装置は、駆動源によって回転駆動される駆動側ピニオンと、該駆動側ピニオンに噛合する第１ラック部、および該第１ラック部の形成面に対して交差する方向の面に形成された第２ラック部を備えたラック部材と、前記第２ラック部と噛合する従動側ピニオンと、を有し、前記駆動源、および前記従動側ピニオンに従動する被駆動部材は、共通の保持部材に保持されていることを特徴とする。

本発明では、駆動側ピニオンが回転すると、駆動側ピニオンの回転中心軸線に対して直交する方向にラック部材が移動する結果、ラック部材の移動方向に対して直交する軸線周りに従動側ピニオンが回転する。ここで、ラック部材における第１ラック部の形成面と第２ラック部の形成面とは交差する面であるため、駆動側ピニオンの回転中心軸線と従動側ピニオンの回転中心軸線とは交差する。従って、駆動側ピニオンを回転駆動する駆動源の駆動軸と、従動側ピニオンに従動する被駆動部材の回転中心軸線とが交差している場合でも、傘歯車を用いた場合に比して、軸方向のサイズを増大することなく被駆動部材を双方向に回転駆動することができる。また、ベルト式の伝動機構を用いた場合と違って、簡素な構成で被駆動部材を双方向に回転駆動することができる。また、駆動源および被駆動部材が共通の保持部材に保持されているため、駆動源および被駆動部材の位置精度を高めることができる。

本発明では、前記ラック部材において、前記第１ラック部の形成面と前記第２ラック部の形成面とが直交している構成を採用することができる。

本発明は、前記駆動源の駆動軸が、前記従動側ピニオンに従動する被駆動部材のラジアル方向外側で前記被駆動部材の回転中心軸線に対して交差する方向に向けて配置されている場合に適用すると特に大きな効果を奏する。被駆動部材のラジアル方向外側で駆動源の駆動軸が被駆動部材の回転中心軸線に対して交差する方向に配置されている場合には、駆動源および被駆動部材を近接させるほど、駆動軸から被駆動部材への回転伝達が複雑になるが、かかる構成の場合でも、本発明を適用すれば、駆動側ピニオン、ラック部材、および従動側ピニオンだけで、駆動源の駆動軸から被駆動部材への回転伝達を行なうことができる。

本発明において、前記保持部材と前記ラック部材との間には、当該ラック部材の移動方向を規定するガイド機構が構成されていることが好ましい。このように構成すると、駆動源、被駆動部材、およびガイド機構の位置精度を高めることができるので、回転伝達の際の伝達ロスを低減することができる。

本発明において、前記保持部材は、前記被駆動部材に当接して当該被駆動部材の原点位置を規定するストッパ部を備えていることが好ましい。このように構成すると、駆動側ピニオンと第１ラック部との間のバックラッシュや、第１ラック部と従動側ピニオンとの間のバックラッシュの影響を受けずに、被駆動部材の原点位置を正確に規定することができる。

本発明では、ラック部材における第１ラック部の形成面と第２ラック部の形成面とは交差する面であるため、駆動側ピニオンの回転中心軸線と従動側ピニオンの回転中心軸線とは交差する。従って、駆動側ピニオンを回転駆動する駆動源の駆動軸と、従動側ピニオンに従動する被駆動部材の回転中心軸線とが交差している場合でも、傘歯車を用いた場合に比して、軸方向のサイズを増大することなく被駆動部材を双方向に回転駆動することができる。また、ベルト式の伝動機構を用いた場合と違って、簡素な構成で被駆動部材を双方向に回転駆動することができる。

図面を参照して、本発明を適用した伝動装置をセンサ駆動装置に搭載した例を説明する。

［全体構成］
図１は、本発明を適用した伝動装置を用いた監視装置の外観を示す斜視図である。図２および図３は各々、本発明を適用した伝動装置を用いた監視装置を分解した様子を前ケースからみた分解斜視図、および後ケースからみた分解斜視図である。なお、以下の説明では、互いに直交する３軸を各々、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を各々、左右方向、前後方向および上下方向として説明する。

図１、図２および図３に示す監視装置１００は、前ケース２１および後ケース２２（保持部材）からなるケース体２を備え、かかるケース体２の内部に、赤外線センサ３０をＸ軸周りに往復回転駆動する赤外線センサ駆動装置２００が収容されている。本形態では、後ケース２２では、その背面板２２０から前方に円筒状突起２２７ａ、２２７ｂが突出している一方、前ケース２１の前板部２１０には、円筒状突起２２７ａ、２２７ｂと重なる位置に円筒状突起２１７ａ、２１７ｂが形成されている。このため、前ケース２１の前方から円筒状突起２１７ａ、２１７ｂを介して円筒状突起２２７ａ、２２７ｂにタッピングネジ９６、９７を止めれば、前ケース２１と後ケース２２とを前後方向で重なった状態で連結することができる。

かかる監視装置１００は、前ケース２１の上端寄りの位置に形成された開口部２１２を介して赤外線発生源（例えば、調理物や人体）の有無や位置、または赤外線量を検出するための装置であり、赤外線センサ３０を保持するセンサホルダ３をＸ軸周りに往復回転させて、上下方向の所定の角度範囲Θを監視する。

かかる監視装置１００において、赤外線センサ３０は、Ｘ軸方向に延在する円筒状のセンサホルダ３（被駆動部材）の内部に収容され、かかるセンサホルダ３の前側には監視窓３１が形成されている。センサホルダ３のＸ軸方向の両端部には、Ｘ軸方向の外側に突出する丸棒状の突部３８、３９が形成されている。一方、後ケース２２の側板部２２３、２２４の内側には、前方に開口する凹部２２３ａ、２２４ａを備えた肉厚部分が形成されており、かかる凹部２２３ａ、２２４ａの内部にセンサホルダ３の突部３８、３９が嵌っている。また、凹部２２３ａ、２２４ａの開放端は、前ケース２１と後ケース２２とを連結した際、前ケース２１の側板部２１３、２１４に形成された肉厚部分２１３ａ、２１４ａによって塞がれる。このようにして、センサホルダ３は、Ｘ軸方向の両端部が後ケース２２の側板部２２３、２２４によって、Ｘ軸周りに回転可能に支持された状態にある。

センサホルダ３のラジアル方向外側、本形態では、センサホルダ３の下方位置には、赤外線センサ駆動装置２００の駆動源であるモータ５が配置され、かかるモータ５の本体部分５０は、センサホルダ３と同様、後ケース２２に保持されている。より具体的には、後ケース２２では、円筒状突起２２７ａ、２２７ｂと隣接する位置に、先端部に小突起２２８ａ、２２９ａを備えた棒状突起２２８、２２９が形成され、前ケース２１では、円筒状突起２１７ａ、２１７ｂと隣接する位置に突起２１８、２１９が形成され、かかる突起２１８、２１９には、棒状突起２２８、２２９の小突起２２８ａ、２２９ａが嵌る小穴２１８ａ、２１９ａが形成されている。従って、モータ５の端板５５に形成された小穴５５０に小突起２２８ａ、２２９ａを嵌めた状態で、前ケース２１と後ケース２２とを連結すると、モータ５が後ケース２２に保持される。本形態では、モータ５としてステッピングモータが用いられている。

（伝動装置１０の構成）
図４は、本発明を適用した伝動装置の斜視図である。図５は、本発明を適用した伝動装置に付加したガイド機構やストッパ部の説明図である。

本形態の監視装置１００において、モータ５のモータ軸５１（駆動源の駆動軸）は、Ｙ軸方向の一方側（前側）に延在している一方、センサホルダ３の回転中心軸線Ｌ３はＸ軸方向（左右方向）に延在し、モータ軸５１とセンサホルダ３の回転中心軸線Ｌ３とは交差する方向に延在している。そこで、本形態では、モータ軸５１とセンサホルダ３との間には以下に説明する伝動装置１０が構成されている。

図４および図５に示すように、本形態において、伝動装置１０は、モータ軸５１に固着されたモータピニオンからなる駆動側ピニオン１６と、ラック部材１７とを備えている。ラック部材１７は、Ｚ軸方向に延在する軸体であるが、Ｚ軸方向の途中位置でＹ軸方向に屈曲した形状を備えている。このため、ラック部材１７の下半部は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に面を向ける横断面矩形の第１軸部１７６になっており、上半部は、第１軸部１７６に対してＹ軸方向の後側でＸ軸方向およびＹ軸方向に面を向ける横断面矩形の第２軸部１７７になっている。

かかるラック部材１７において、本形態では、第１軸部１７６において、Ｘ軸方向でモータ５および駆動側ピニオン１６が配置されている側の面に対して、駆動側ピニオン１６に噛合する第１ラック部１７１が形成されている。また、ラック部材１７の第２軸部１７７では、Ｙ軸方向の後側に向く面に第２ラック部１７２が形成されており、かかる第２ラック部１７２には、第２軸部１７７に対してＹ軸方向の後側に位置する従動側ピニオン１８が噛合している。このようにして、本形態では、第１ラック部１７１の形成面と第２ラック部１７２の形成面とが直交するラック部材１７が構成されている。

本形態において、従動側ピニオン１８は、センサホルダ３においてＸ軸方向の一方側端面に対して突部３８、３９と同心状にセンサホルダ３と一体形成されている。このため、従動側ピニオン１８およびセンサホルダ３は、共通の回転中心軸線Ｌ３周りに回転することになる。

なお、図３に示すように、センサホルダ３の突部３９の周りには、バックラッシュ軽減用のコイルバネ３６が装着されており、コイルバネ３６の一方端はセンサホルダ３に固定され、コイルバネ３６の他方端は、後ケース２２の側板部に引っ掛けられている。このため、センサホルダ３には、Ｘ軸周りの付勢力が印加されている。

（ガイド機構および支持機構）
図４および図５に示すように、本形態の伝動装置１０において、ラック部材１７のＹ軸方向の後面には、Ｙ軸方向に凹むガイド溝１７５が形成され、かかるガイド溝１７５はＺ軸方向の所定の範囲にわたって形成されている。また、後ケース２２の背板部２２０には、Ｙ軸方向の前側に向けて突出したガイド板２２５が形成されている。かかるガイド板２２５は、Ｚ軸方向の所定の範囲にわたって形成され、ラック部材１７のガイド溝１７５に嵌っている。このようにして、本形態では、後ケース２２とラック部材１７との間には、後ケース２２のガイド板２２５とラック部材１７のガイド溝１７５とによって、ラック部材１７をＺ軸方向にガイドするガイド機構１５が構成されている。

ここで、ガイド板２２５の左側の面は、ガイド溝１７５の左側の内壁に当接してラック部材１７を左側で支持し、ガイド板２２５の右側の面は、ガイド溝１７５の右側の内壁に当接してラック部材１７を右側で支持している。従って、ラック部材１７と後ケース２２との間には、ラック部材１７を左右方向で支持する支持機構１９ａが構成されている。

また、ガイド板２２５は、ガイド溝１７５の奥端部に当接し、ラック部材１７を後側で支持する支持機構１９ｂを構成している。

さらに、本形態の伝動装置１０では、ラック部材１７の第２軸部１７７において、第２ラック部１７２の形成面の背面側（第２軸部１７７の前面）に対しては、前ケース２１の前板部２１０から後方に突き出た上方側の支持板部２１５ａが当接し、第１軸部１７６の前面に対しては、前ケース２１の前板部２１０から後方に突き出た下側の支持板部２１５ｂが当接しており、かかる支持板部２１５ａ、２１５ｂによって、ラック部材１７を前方で支持する支持機構１９ｃが構成されている。

（原点位置出し用のストッパ機構）
このように構成した監視装置１００では、赤外線センサ３０によって、赤外線発生源（例えば、調理物や人体）の有無や位置、または赤外線量を検出する。かかる検出の際、赤外線センサ３０の角度位置は、後ケース２２とセンサホルダ３との間に構成されたストッパ機構１４（図５参照）が作動した位置を原点位置として制御される。かかるストッパ機構１４を構成するにあたって、本形態では、センサホルダ３と従動側ピニオン１８とが一体形成されていることから、従動側ピニオン１８に欠け歯部分１８６を設け、かかる欠け歯部分１８６と、後ケース２２の背板部２２０から前方に突出した突起２２６（ストッパ部）とを利用する。すなわち、従動側ピニオン１８がＸ軸周りにおいて反時計周りＣＣＷの方向に回転した際、欠け歯部分１８６の一方の端部は、突起２２６の上端部に当接する。

（動作）
本形態の監視装置１００および伝動装置１０において、モータ５が回転して駆動側ピニオン１６がＹ軸周りに回転すると、駆動側ピニオン１６の回転中心軸線Ｌ１に対して直交するＺ軸方向にラック部材１７が移動する結果、ラック部材１７の移動方向に対して直交するＸ軸周りに従動側ピニオン１８が回転する。その結果、センサホルダ３は、Ｘ軸周りに回転するので、赤外線センサ３０は、上下方向に走査する。ここで、モータ５は双方向に回転する。このため、駆動側ピニオン１６は、所定の角度範囲にわたって往復回転するので、ラック部材１７が上下動する結果、センサホルダ３も所定の角度範囲にわたって往復回転することになる。かかる往復回転の際、センサホルダ３の原点位置は、従動側ピニオン１８の欠け歯部分１８６が、後ケース２２に形成された突起２２６からなるストッパ部によって規定される。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の監視装置１００および伝動装置１０では、駆動側ピニオン１６の回転を、ラック部材１７を介して従動側ピニオン１８に伝達する。ここで、ラック部材１７における第１ラック部１７１の形成面と第２ラック部１７２の形成面とは交差する面であるため、駆動側ピニオン１６の回転中心軸線Ｌ１と従動側ピニオン１８の回転中心軸線Ｌ３とは交差する。従って、駆動側ピニオン１６を回転駆動するモータ５のモータ軸５１と、従動側ピニオン１８に従動するセンサホルダ３の回転中心軸線Ｌ３とが交差している場合でも、本形態によれば、傘歯車を用いた場合に比して、軸方向のサイズを増大することなく被駆動部材を双方向に回転駆動することができる。また、本形態によれば、ベルト式の伝動機構を用いた場合と違って、簡素な構成でセンサホルダ３を双方向に回転駆動することができる。

また、モータ５がセンサホルダ３のラジアル方向外側でモータ軸５１をセンサホルダ３の回転中心軸線Ｌ３に対して交差する方向に向けて配置されているが、本形態の伝動装置１０によれば、駆動側ピニオン１６、ラック部材１７、および従動側ピニオン１８だけで、モータ軸５１からセンサホルダ３への回転伝達を行なうことができる。

さらに、モータ５およびセンサホルダ３はいずれも、後ケース２２に保持され、かかる後ケース２２は共通の保持部材として機能している。このため、モータ５およびセンサホルダ３の位置精度を高めることができる。しかも、後ケース２２とラック部材１７との間には、ラック部材１７の移動方向を規定するガイド機構１５が構成されている。このため、モータ５、センサホルダ３、およびガイド機構１５の位置精度を高めることができるので、回転伝達の際の伝達ロスを低減することができる。

さらにまた、後ケース２２は、センサホルダ３に対して従動側ピニオン１８を介して当接して、センサホルダ３の原点位置を規定する突起２２６（ストッパ部）が形成されている。このため、駆動側ピニオン１６と第１ラック部１７１との間のバックラッシュや、第１ラック部１７１と従動側ピニオン１８との間のバックラッシュの影響を受けずに、センサホルダ３の原点位置を正確に規定することができる。

（他の実施の形態）
上記実施形態では、ラック部材１７において直交する面に第１ラック部１７１および第２ラック部１７２を形成したが、ラック部材１７において９０°以外の角度をもって交差する面に第１ラック部１７１および第２ラック部１７２を形成してもよい。

また、上記実施形態では、本発明を適用した伝動装置１０を監視装置１００においてセンサホルダ３を駆動するのに用いた例であったが、センサホルダ３には他のセンサが搭載されていてもよい。また、上記実施形態では、本発明を適用した伝動装置１０をセンサ駆動用に用いた例であったが、他の被駆動部材を駆動するための伝動装置に本発明を適用してもよい。

本発明を適用した伝動装置を用いた監視装置の外観を示す斜視図である。本発明を適用した伝動装置を用いた監視装置を分解した様子を前ケースからみた分解斜視図である。本発明を適用した伝動装置を用いた監視装置を分解した様子を後ケースからみた分解斜視図である。本発明を適用した伝動装置の斜視図である。本発明を適用した伝動装置に付加したガイド機構やストッパ部の説明図である。

２ケース体
３センサホルダ（被駆動部材）
５モータ（駆動源）
１０伝動装置
１５ガイド機構
１６駆動側ピニオン
１７ラック部材
１８従動側ピニオン
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ支持機構
２１前ケース
２２後ケース（保持部材）
３０赤外線センサ
５１モータ軸（駆動源の駆動軸）
１００監視装置
１７１第１ラック部
１７２第２ラック部
１８６従動側ピニオンの欠け歯部分
２００赤外線センサ駆動装置
２２６突起（ストッパ部）

Claims

駆動源によって回転駆動される駆動側ピニオンと、
該駆動側ピニオンに噛合する第１ラック部、および該第１ラック部の形成面に対して交差する方向の面に形成された第２ラック部を備えたラック部材と、
前記第２ラック部と噛合する従動側ピニオンと、
を有し、
前記駆動源、および前記従動側ピニオンに従動する被駆動部材は、共通の保持部材に保持されていることを特徴とする伝動装置。
前記ラック部材において、前記第１ラック部の形成面と前記第２ラック部の形成面とは直交していることを特徴とする請求項１に記載の伝動装置。
前記駆動源の駆動軸は、前記被駆動部材のラジアル方向外側で当該被駆動部材の回転中心軸線に対して交差する方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の伝動装置。
前記保持部材と前記ラック部材との間には、当該ラック部材の移動方向を規定するガイド機構が構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の伝動装置。
前記保持部材は、前記被駆動部材に当接して当該被駆動部材の原点位置を規定するストッパ部を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の伝動装置。