JP6142400B2 - ステッピングモーターの逆転防止機構 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモーターがディテントトルク以上の負荷によって逆転してしまうことを防止するためのステッピングモーターの逆転防止機構に関するものである。

ステッピングモーターはパルス信号を入力することによりステップ回転するモーターであり、比較的簡単な制御回路によって正確な角度だけ回転させることができるので、パチンコ等の遊技機を始め、多くの技術分野において広く使用されている。

ステッピングモーターは入力のない状態、すなわち非励磁状態においては静止しているが、ディテントトルク（非励磁状態における最大静止トルク）以上の過負荷を受けると負荷方向に回転してしまう。このため、例えば遊技機の可動装飾装置の昇降駆動源としてステッピングモーターを使用した場合、可動装飾装置の重量によって可動装飾装置がずるずると降下してしまうおそれがある。

このためステッピングモーターにより駆動される装置には、例えば特許文献１に示されるように、力学的にロックを掛けて逆転を防止することが行われている。

図１はその要部の説明図であり、１はステッピングモーター、２はステッピングモーター１によって駆動される回転盤、３は先端がこの回転盤２に枢着されたクランクアームである。このクランクアーム３の基端は揺動アーム４に枢着されており、回転盤２が回転するとクランクアーム３が揺動アーム４を引き上げ、図示しない図柄標示装置を図１の位置まで上昇させる。

図１に示す静止状態においては、図柄標示装置の重量は揺動アーム４を下降させる方向に作用する。しかし、クランクアーム３の先端Ａと回転盤２の中心軸Ｂとクランクアーム３の基端Ｃとが同一直線上にあるため、図柄標示装置の重量は回転盤２を反時計方向に回転させるトルクを発生させることがない。このためステッピングモーター１が逆転することがない。

なお、力学的にロックを掛けて逆転を防止するその他の機構は、特許文献２，３，４等にも開示されている。

しかし上記したような力学的なロック機構は、ステッピングモーターによって駆動されるレバーやアームが重量により落下することがないようにロックするものであり、ステッピングモーターによってラックギヤやベルトを駆動して可動装飾装置等を昇降させる機構には適用することができない。従ってそのような場合には、停止中にロック用電流を流し続けたり、別のロック部材を設けてソレノイドで制御したり、ディテントトルクが大きい大型のステッピングモーターを使用したりする等の対策が必要となり、何れもコスト高となったり、組み込みスペースが大きくなる等の問題があった。

特開２０１０−１６７１２０号公報 特開２００９−０１１６８１号公報 特開２００９−２０７８０３号公報 特開２０１２−０１０８１５号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ステッピングモーターによって駆動される機構の如何にかかわらず、ステッピングモーターがディテントトルク以上の負荷によって逆転してしまうことを防止することができるステッピングモーターの逆転防止機構を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のステッピングモーターの逆転防止機構は、
円盤部の片側に係合歯を備え、その反対側に一対のＶ字状の駆動側突起を備え、ステッピングモーターにより回転される回転駆動体と、
外歯と内歯を備え、中心部に前記駆動側突起に対して遊びを持たせて形成された一対のＶ字状の従動側突起を備え、この従動側突起が前記駆動側突起と係合することによって回転される出力ギヤと、
前記回転駆動体の係合歯と前記出力ギヤの内歯との間に軸支され、この出力ギヤの内歯と係合する端部を両端に備える揺動式のラチェットと、
前記ラチェットと同軸上に支持され、回転駆動体の係合歯と係合する凸部を備え、回転駆動体によりラチェットと同一方向に揺動されるラチェットレバーとからなり、
回転駆動体の回転によりラチェットレバーを介してラチェットを回転駆動体とは反対方向に揺動させ、ラチェットの何れかの端部を前記出力ギヤの内歯と選択的に係合させることにより、出力ギヤが回転駆動体の回転方向と逆方向に回転することを防止したことを特徴とするものである。

なお請求項２のように、ラチェットとラチェットレバーとの間につる巻バネを介在させた構造とすることが好ましい。

本発明のステッピングモーターの逆転防止機構は、回転駆動体の回転方向に応じてラチェットレバーを介してラチェットを揺動させ、ラチェットの何れかの端部を前記出力ギヤの内歯と選択的に係合させることにより、出力ギヤの回転方向を回転駆動体と同一方向に規制したものである。このためステッピングモーターが正逆何れの方向に回転して停止した場合にも、出力ギヤは逆方向には回転することがなく、従ってステッピングモーターの逆転を防止することができる。

また本発明のステッピングモーターの逆転防止機構は、ステッピングモーターの出力軸の部分に設けられているため、ステッピングモーターによって駆動される機構の如何にかかわらず、ステッピングモーターがディテントトルク以上の負荷によって逆転してしまうことを防止することができる。

従来の逆転防止機構の一例を示す正面図である。 本発明の実施形態を説明する正面図である。 本発明の実施形態を説明する中央縦断面図である。 本発明の実施形態を説明する分解斜視図である。 回転駆動体の斜視図である。 出力ギヤの斜視図である。 ラチェットの斜視図である。 ラチェットレバーの斜視図である。 ラチェットとラチェットレバーとつる巻バネとの関係を示す拡大図である。 要部の拡大正面図である。 作動状態の説明図である。 中立状態を示す拡大正面図である。 他の実施形態を説明する正面図である。 他の実施形態を説明する中央縦断面図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図２は本発明の実施形態を説明する正面図、図３はその中央縦断面図、図４は分解斜視図である。

これらの図において、１０は樹脂製のベース、１１はこのベース１０の背面に固定されたステッピングモーターである。ステッピングモーター１１の出力軸１２はベース１０を貫通して前面側に延び、ベース１０の内側に回転駆動体１３が固定されている。回転駆動体１３は図５に示すように係合歯１４を備えるとともに、中央の円盤部の反対側に駆動側突起１５を備えている。駆動側突起１５は一対のＶ字状の突起である。

また回転駆動体１３は図４に示すように、円筒状の中心軸１６を備え、この中心軸１６上に出力ギヤ１７が取付けられている。出力ギヤ１７は図６に示すように、外周部に外歯１８と内歯１９とを備えるとともに、中心部に従動側突起２０を備えている。この従動側突起２０も一対のＶ字状の突起であり、回転駆動体１３の駆動側突起１５と係合することによって、出力ギヤ１７は回転駆動体１３と同一方向に回転される。しかし駆動側突起１５と従動側突起２０との間には回転角度で３０度程度の遊び（隙間）が形成されているので、ステッピングモーター１１を逆転させる際にはこの隙間角度分だけ遅れて出力ギヤ１７は動き出す。この遊びは、後述するラチェット２１を反対側に揺動させるために必要である。

図２に示すように、上記した回転駆動体１３の係合歯１４と出力ギヤ１７の内歯１９との間には、ラチェット２１とラチェットレバー２２とが設けられている。図７に示すように、ラチェット２１は出力ギヤ１７の内歯１９と係合する端部２１ａ、２１ｂを両端に備えたもので、ベース１０の内側に突設された軸２３に揺動自在に支持されている。

またラチェットレバー２２も上記の軸２３に揺動自在に支持されたものであり、図８に示すように全体はほぼ円形であるが、回転駆動体１３の係合歯１４と係合する凸部２４を備える。このためラチェットレバー２２は回転駆動体１３が回転すると係合歯１４によって反対方向に揺動される。

また、ラチェット２１とラチェットレバー２２とにもそれぞれＶ字状の突起２５、２６が突設されているので、ラチェットレバー２２の揺動方向と同一方向にラチェット２１も揺動される。前記したと同様にこれらの突起２５、２６間にも遊びが設けられている。しかし図９に示すようにラチェット２１とラチェットレバー２２との間にはつる巻バネ２７を介在させてあるので、ラチェット２１はそのバネ力によって常にラチェットレバー２２の揺動方向に付勢され、何れか一方の端部２１ａ、２１ｂを出力ギヤ１７の内歯１９と係合させている。なお、つる巻バネ２７の両端は、ラチェット２１とラチェットレバー２２とに形成されたスリット２８，２９にそれぞれ挿入されている。

図１０に、回転駆動体１３とラチェットレバー２２とラチェット２１と出力ギヤ１７との関係を示した。この図は回転駆動体１３が時計方向に回転中の状態を示すもので、ラチェットレバー２２とラチェット２１とは反時計方向に揺動され、ラチェット２１の右側の端部２１ｂが出力ギヤ１７の内歯１９と係合している。図示のように、内歯１９は台形状の歯形をしており、ラチェット２１の右側の端部２１ｂはつる巻バネ２７の力によって内歯１９に接触するが、図１０の状態では出力ギヤ１７が時計方向に回転することを妨げない。しかし以下に説明するように、図１０の状態において出力ギヤ１７が反時計方向に回転しようとしても、ラチェット２１の右側の端部２１ｂが内歯１９に食い込むように入り込むため、回転することはできない。

次に図１１を参照しつつ、本発明のステッピングモーターの逆転防止機構の動きを説明する。なおこの図においては、駆動側突起１５と従動側突起２０の動きを説明するために、これらを実際の位置よりも外側に拡大して示している。参考のため、図１２に駆動側突起１５と従動側突起２０を本来の位置に記載した拡大図を示す。

上段の左端の（１）は中立状態を示している。（２）はステッピングモーターにより回転駆動体１３が時計方向に１０度回転した様子を示す。このとき回転駆動体１３の係合歯１４によりラチェットレバー２２の凸部２４が右方向に蹴られラチェットレバー２２はつる巻バネ２７に抗して反時計方向に揺動する。この間につる巻バネ２７に弾性エネルギーが蓄積され、（３）のようにラチェット２１の右側の端部２１ｂは出力ギヤ１７の内歯１９と係合する。そして（４）の状態となると、回転駆動体１３の駆動側突起１５が出力ギヤ１７の従動側突起２０と接触し、出力ギヤ１７を時計方向に回転させ始める。このまま（５）（６）のように回転が継続される。なお（６）ではラチェット２１の右側の端部２１ｂは、次の内歯１９と係合し、ラチェット２１は１５度回転ごとに隣接する内歯１９に移って行く。この実施形態では出力ギヤ１７の外歯１８が他の機構に回転力を供給する。しかし、出力ギヤ１７の中心軸上に他の小径ギヤを設け、他の機構に回転力を供給することもできる。

（７）は出力ギヤ１７に負荷側から反時計方向の力が作用した状態を示す。（７）の状態では、出力ギヤ１７を反時計方向に回転させようとしても、ラチェット２１の右側の端部２１ｂが出力ギヤ１７の内歯１９と係合しているため、回転させることはできない。このため回転駆動体１３には反時計方向の回転トルクが作用することはなく、ステッピングモーターの逆転が防止されることとなる。

（８）から（１３）はステッピングモーターを逆転させ、回転駆動体１３が反時計方向に回転を始めた状態を示している。（８）から（１１）までの間に、ラチェットレバー２２がつる巻バネ２７に抗して時計方向に揺動し、（１２）においてラチェット２１はラチェットレバー２２により強制的に押されて時計方向に揺動し始める。そして（１３）のようにラチェット２１はつる巻バネ２７の力によって揺動して左端２１ａを出力ギヤ１７の内歯１９と係合させる。また（１３）の状態となると回転駆動体１３の駆動側突起１５が出力ギヤ１７の従動側突起２０と接触し、出力ギヤ１７を反時計方向に回転させ始める。この状態においては、出力ギヤ１７に負荷側から時計方向の力が作用しても出力ギヤ１７は時計方向には回転できない。

このようにしてステッピングモーターの回転が正逆いずれの場合にも、逆転防止が可能となる。なお、ステッピングモーター１１を逆転させる際にはラチェット２１を反対側に揺動させるための時間が必要であるため、回転駆動体１３の駆動側突起１５が出力ギヤ１７の従動側突起２０との間に遊びを設け、この時間を確保している訳である。

以上に説明したように、本発明のステッピングモーターの逆転防止機構は、ステッピングモーターの出力軸の部分に設けられて正逆いずれの方向にも逆転防止機能を発揮するものであり、ステッピングモーターによって駆動される機構の如何にかかわらず、使用することができる。

以下に本発明の他の実施形態を説明する。上記した実施形態では、ステッピングモーター１１の出力軸１２に回転駆動体１３が固定されており、また出力ギヤ１７はベース１０の外側に配置され、外歯１８が他の機構に回転力を供給する構造となっていた。これに対して図１３、図１４に示す実施形態では、回転駆動体１３はステッピングモーター１１の出力軸１２に固定された小型ギヤ３０を介して回転駆動される構造である。

また、この実施形態のベース３１はモーター部品と一体化されており、その外周がケース３２によって覆われた構造である。ベース３１には回転駆動体１３と出力ギヤ１７とを支持する軸３３が形成されている。出力ギヤ１７は中央部に小径ギヤ３４を備え、他の機構に回転力を供給する。

その他の構造、すなわちラチェット２１とラチェットレバー２２とを用いた逆転防止構造は前記した実施形態と同様であり、その作動も特に変わるところはないので、対応する部分に同一の番号を付けて説明を省略する。

本発明のステッピングモーターの逆転防止機構は、単に遊技機にとどまらず、各種の技術分野に広く適用することができるものである。

１ ステッピングモーター
２ 回転盤
３ クランクアーム
４ 揺動アーム
１０ ベース
１１ ステッピングモーター
１２ 出力軸
１３ 回転駆動体
１４ 係合歯
１５ 駆動側突起
１６ 中心軸
１７ 出力ギヤ
１８ 外歯
１９ 内歯
２０ 従動側突起
２１ ラチェット
２２ ラチェットレバー
２３ 軸
２４ 凸部
２５ 突起
２６ 突起
２７ つる巻バネ
３０ 小型ギヤ
３１ ベース
３２ ケース
３３ 軸
３４ 小径ギヤ

Claims (2)

1. 円盤部の片側に係合歯を備え、その反対側に一対のＶ字状の駆動側突起を備え、ステッピングモーターにより回転される回転駆動体と、
   外歯と内歯を備え、中心部に前記駆動側突起に対して遊びを持たせて形成された一対のＶ字状の従動側突起を備え、この従動側突起が前記駆動側突起と係合することによって回転される出力ギヤと、
   前記回転駆動体の係合歯と前記出力ギヤの内歯との間に軸支され、この出力ギヤの内歯と係合する端部を両端に備える揺動式のラチェットと、
   前記ラチェットと同軸上に支持され、回転駆動体の係合歯と係合する凸部を備え、回転駆動体によりラチェットと同一方向に揺動されるラチェットレバーとからなり、
   回転駆動体の回転によりラチェットレバーを介してラチェットを回転駆動体とは反対方向に揺動させ、ラチェットの何れかの端部を前記出力ギヤの内歯と選択的に係合させることにより、出力ギヤが回転駆動体の回転方向と逆方向に回転することを防止したことを特徴とするステッピングモーターの逆転防止機構。
2. ラチェットとラチェットレバーとの間につる巻バネを介在させたことを特徴とする請求項１記載のステッピングモーターの逆転防止機構。