JP2007068303A

JP2007068303A - ギヤードモータ

Info

Publication number: JP2007068303A
Application number: JP2005249701A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Nishikawa; 和憲西川
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】径方向に寸法的制約がある場合でも、トルクリミッタの強度を確保することができ、耐久性の向上を図ることができるギヤードモータを提供すること。
【解決手段】ギヤードモータ７では、トルクリミッタ５０が、遊星ホルダ３４の後段であってＤＣモータ１１の回転出力を出力する出力軸１９と、出力軸側円筒部１９０の複数本の孔１９１内に保持され、ホルダ側円筒部３４０の外周面で軸線方向に延びた溝３４１内に収納可能なローラピン５５と、このローラピン５５を、溝３４１内に向けて付勢する出力軸側円筒部１９０の周りに保持されたコイルバネ５７とからなるので、径方向に寸法的制約がある場合でも、トルクリミッタ５０の強度を確保することができ、耐久性の向上を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータの回転が減速機構を介して出力軸に伝達されるギヤードモータに関す
るものである。

洋式トイレの便座や便蓋を開閉するための駆動装置などでは、便座などに連結された出
力軸に対してモータの回転出力が減速機構によって減速して伝達されるギヤードモータが
用いられている。このようなギヤードモータでは、円筒状のケース内に配置されることが
多いため、減速機構としては、このようなケース内に収納するのに適した遊星歯車減速機
構が採用されることが多い。

しかしながら、遊星歯車減速機構は、一般的に減速比があまり大きく取れないため、減
速機構に、例えば数百分の１などといった大きな減速比が求められる場合、複数の遊星歯
車減速機構をモータ軸線方向へ直列に接続し、ケース内に収納する必要がある。さらに、出力軸の駆動中に外力が加わっても過大な力が減速機構に加わらないようにするためのトルクリミッタもモータ軸線方向へ直列に接続し、ケース内に収納する必要がある。特に、洋式トイレの便座や便蓋を開閉するための駆動装置のような比較的、径の小さいケース内にトルクリミッタを収納しようとする場合、トルクリミッタの強度が不足し、耐久性に問題がある。その結果、遊星歯車減速機構に問題がなくてもトルクリミッタに不具合が生じ、動作不良に陥ってしまうという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明では、特に、径方向に寸法的制約がある場合でも、トルクリミッタの強度を確保することができ、耐久性の向上を図ることができるギヤードモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明ではモータと、減速機構と、該減速機構を介して前記モータの回転出力が減速して伝達される出力軸と前記モータから前記出力軸への動力伝達経路の途中位置にトルクリミッタを有するギヤードモータにおいて、前記トルクリミッタは、前記モータの回転出力が入力される入力側部材と、該入力側部材と同一の軸線上に配設され、該入力側部材の後段であって前記モータの回転出力を出力する出力側部材と、前記入力側部材および前記出力側部材のいずれか一方側に保持され、前記入力側部材および前記出力側部材のいずれか他方側の外周面で軸線方向に延びた溝内に収納可能なピンと、前記入力側部材および前記出力側部材のいずれか一方側に保持されて前記ピンを、前記溝内に向けて付勢する付勢部材とからなることを特徴とする。

本発明において、前記減速機構には、前記遊星歯車減速機構が含まれ、該遊星歯車減速機構の遊星ホルダを前記入力側部材とするとともに、前記出力軸を前記出力側部材とすることが好ましい。このように構成すると、減速機構を構成する遊星歯車減速機構の遊星ホルダにより入力側部材を兼用させ、かつ、出力軸により出力側部材を兼用させているので、部品点数や組立工数を減少させることができる。

本発明において、前記減速機構には、不思議遊星歯車減速機構が含まれ、前記トルクリミッタは、前記不思議遊星歯車減速機構の遊星ホルダを含む後段に配設されていることが好ましい。このように構成すると、不思議遊星歯車減速機構は、大きな減速比を得ることができる反面、出力軸の駆動中に外力が加わった場合、出力軸の過大な力が不思議遊星歯車減速機構の前段側へ伝達することができない。それ故、トルクリミッタを不思議遊星歯車減速機構の遊星ホルダを含む後段、すなわち、不思議遊星歯車減速機構の遊星ホルダを含む出力軸側に配設している。

本発明において、前記減速機構には、不思議遊星歯車減速機構または遊星歯車減速機構が含まれ、前記不思議遊歯車減速機構の遊星ホルダまたは前記遊星歯車減速機構の遊星ホルダを筒状に形成し、その外周面に内部に前記ピンを収納可能な軸線方向に延びた溝を有するとともに、その内周面に、前記出力側部材の係合部に形成された第１の摺動部が摺動する第１の摺動面を有する係合孔を有し、前記溝と前記係合孔とはモータ軸線方向に重なる位置に形成されていることが好ましい。このように構成すると、溝と係合孔とがモータ軸線方向に重なった長さだけ、モータ軸線方向への短縮化ができる。

本発明において、前記第１の摺動部は、前記係合部におけるモータ軸線方向の一部に形成されていることが好ましい。このように構成すると、第１の摺動面をモータ軸線方向の全部に形成した場合に比較し、摺動ロスを抑制することができる。

本発明においては、トルクリミッタは、前記モータの回転出力が入力される入力側部材と、該入力側部材と同一の軸線上に配設されているので、トルクリミッタの径方向への寸法を効果的に抑えて配設することができる。しかも、入力側部材の後段であってモータの回転出力を出力する出力側部材と、入力側部材および出力側部材のいずれか一方側に保持され、入力側部材および出力側部材のいずれか他方側の外周面で軸線方向に延びた溝内に収納可能なピンと、このピンを、溝内に向けて付勢する入力側部材および出力側部材のいずれか一方側に保持された付勢部材とからなるので、径方向に寸法的制約がある場合でも、トルクリミッタの強度を確保することができ、耐久性の向上を図ることができる。

図面を参照して、本発明を適用したギヤードモータを説明する。

（全体構成）
図１は、本発明が適用されたギヤードモータを便座ユニットに用いた洋式トイレの説明
図である。図２は、本発明を適用したギヤードモータの断面図である。図３（ａ）、（ｂ
）、（ｃ）、（ｄ）は各々、図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線での断
面図である。

図１に示す洋式トイレ１は、便器本体２、水タンク３、便蓋６、便座ユニット４などか
ら構成され、便座ユニット４は、便座５と、この便座５を開閉駆動するギヤードモータ７
とを備えている。

図２において、ギヤードモータ７は、全体として円柱形状を有しており、その基端側か
ら先端側に向かって、概ね、ＤＣモータ１１、モータ軸線方向Ｌにおいて外径寸法が略一
定の円筒状のケース体１６、およびカバー１５がこの順に配置されている。カバー１５か
らは先端側に向けて出力軸１９の先端部が突出しており、この出力軸１９の先端部は、図
１に示した便座５に連結されている。ケース体１６は、ＤＣモータ１１の側に配置された
第１のケース体１３と、第１のケース体１３の先端側端部に固定された第２のケース体１
４とを備えており、第２のケース体１４の先端側端部にはカバー１５が固定されている。
ＤＣモータ１１において、モータ本体の出力側の端面には連結プレート１２がネジ１１１
により固着されており、この連結プレート１２に対しては第１のケース１６の基端側端部
がネジ１１２により固着されている。

（減速機構の構成）
本形態のギヤードモータ７では、ケース１６の内部に、ＤＣモータ１１の回転出力を減
速して出力軸１９に伝達するための減速機構４０が配置されており、本形態において、減
速機構４０は、以下に詳述する不思議遊星歯車減速機構２０と遊星歯車減速機構３０とに
よって構成されている。

図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、不思議遊星歯車減速機構２０は、
中心側でＤＣモータ１１からの駆動力が伝達される入力歯車２１と、この入力歯車２１の
周囲に配置されて入力歯車２１によって駆動される遊星歯車２２と、プレート２６によっ
て遊星歯車２２が回転可能に支持された軸部２５を備えた遊星ホルダ２７と、遊星歯車２
２の周囲で遊星歯車２２を入力歯車２１との間に保持して、遊星歯車２２の回転を規制す
る固定内歯車２３と、遊星歯車２２の周囲で固定内歯車２３に対してモータ軸線方向Ｌで
隣接配置されて遊星歯車２２によって駆動される可動内歯車２４とを備えている。本形態
では、２つの遊星歯車２２が入力歯車２１を挟んで対称位置に配置されている。

このような不思議遊星歯車減速機構２０において、入力歯車２１の歯数をＺ１、遊星歯
車の歯数をＺ２、固定内歯車２３の歯数をＺ３、可動内歯車２４の歯数をＺ４とすると、減速比は以下の式
減速比＝［（Ｚ３＋Ｚ１）／Ｚ１］×［Ｚ４／（Ｚ３−Ｚ４）］
で表され、遊星歯車減速機構３０と比較して大きな減速比が得られる。例えば、各歯数を
以下の条件
入力歯車２１の歯数Ｚ１＝１０
遊星歯車の歯数Ｚ２＝１２
固定内歯車２３の歯数Ｚ３＝３６
可動内歯車２４の歯数Ｚ４＝３４
に設定すると、減速比は７８．２となる。すなわち、不思議遊星歯車減速機構２０では、
遊星歯車２２の数と、固定内歯車２３の歯数Ｚ３と可動内歯車２４の歯数Ｚ４の差とを等しく設定するので、遊星歯車２２の数が２であれば、固定内歯車２３の歯数Ｚ３と可動内歯車２４の歯数Ｚ４の差が２であり、大きな減速比を得ることができる。

本形態において、入力歯車２１は、ＤＣモータ１１のモータ軸１１０の先端部に固着さ
れたモータピニオンによって構成されている。固定内歯車２３は第１のケース体１３の内
周面に形成されている。可動内歯車２４は、固定内歯車２３に対してモータ軸線方向Ｌの
先端側で隣接する円筒状胴部２４１を備えたカップ形状を有し、その円筒状胴部２４１の内周面に内歯が形成された歯部形成部２４２を有している。また、円筒状胴部２４１の外周面は、第１のケース体の内周面に形成された摺動面１３１に摺動して回転する摺動部２４３になっている。この摺動部２４３は、円筒状胴部２４１における歯部形成部２４２とモータ軸線方向Ｌに重なる位置に形成されている。なお、可動内歯車２４では、その底面部中央から先端側に向けて円筒部４２が延びており、この円筒部４２の内部は、金属製の支軸４５が嵌め込み固定された軸孔になっている。

ここで、支軸４５は、可動内歯車２４に固定され、支軸４５の基端側は、入力歯車２１
の先端側で開口する孔内に嵌っている。また、支軸４５の先端側は、後述する遊星歯車減
速機構３０の遊星ホルダ３４の基端側で開口する孔内に嵌っている。

遊星歯車減速機構３０において、太陽歯車３１は、可動内歯車２４の円筒部４２の外周
面に形成されており、この太陽歯車３１の周りには遊星歯車３２が配置されている。本形
態においては、減速機構４０では後段でトルクが大きいため、その分、遊星歯車減速機構
３０に大きな強度が求められることから、遊星歯車３２が３つ、用いられている。これら
の遊星歯車３２は、遊星ホルダ３４に固着された軸体３３に対して、その軸線周りに回転
可能な状態に支持プレート３６によって支持されている。遊星歯車３２の外側には、遊星
歯車３２を太陽歯車３１との間に保持して、遊星歯車３２の回転を規制する固定内歯車３
５が配置されており、この固定内歯車３５は第２のケース体１３の内周面に所定の周り止
め構造により固定されている。なお、本形態では、遊星歯車減速機構３０の減速比が５で
あるため、減速機構４０全体としては減速比が３９１である。

（トルクリミッタなどの構成）
図２および図３（ｃ）に示すように、遊星歯車減速機構３０の遊星ホルダ３４に対して
は、出力軸１９が機構的に連結されており、遊星ホルダ３４の回転が出力軸１９に伝達さ
れる。ここで、遊星ホルダ３４と出力軸１９との間には、遊星ホルダ３４をＤＣモータ１
１の回転出力が入力される入力側部材とし、出力軸１９自身を出力側部材とするトルクリ
ミッタ５０が構成されている。

このようなトルクリミッタ５０を構成するにあたって、本形態では、図２および図３（
ｄ）に示すように、まず、遊星ホルダ３４において先端側に向けて突出するホルダ側円筒
部３４０の外周面にはモータ軸線方向Ｌに延びた複数本の溝３４１が断面半円弧状に形成
され、これらの溝３４１の各々には丸棒状のローラピン５５が嵌っている。また、出力軸
１９のモータ軸線方向Ｌの途中位置には、半径方向に広がるフランジ部１９５が形成され
、このフランジ部１９５には、基端側に延びてホルダ側円筒部３４０を囲む出力軸側円筒
部１９０が形成されている。

ここで、出力軸側円筒部１９０には、モータ軸線方向Ｌに延びた複数本の孔１９１が出力軸側円筒部１９０を半径方向で貫通するように形成されており、ホルダ側円筒部３４０に形成された溝３４１に収納されているローラピン５５は、出力軸側円筒部１９０に形成された孔１９１内にも一部が嵌っている。この状態で、ローラピン５５は半径方向に移動可能、すなわち、図３（ｄ）に実線で示すように、ホルダ側円筒部３４０に形成された溝３４１に嵌った状態、および図３（ｄ）に点線で示すように、溝３４１から脱出して出力軸側円筒部１９に形成された孔１９０内に完全に移動可能な状態にある。但し、出力軸側円筒部１９０の周りには付勢部材としてのコイルバネ５７が装着されており、コイルバネ５７は、ローラピン５５を溝３４１内に向けて付勢している。また、フランジ部１９５には、基端側に延びて、ホルダ側円筒部３４０の中心に形成された係合孔３４３に形成された第１の摺動面３４２に摺動する第１の摺動部１９２が形成された係合部１９３が形成されている。

このようにして、ＤＣモータ１１のモータ軸１１０の回転中心軸線、遊星ホルダ３４の
回転中心軸線、および出力軸１９の回転中心軸線を同一の軸線上に配置したまま、トルク
リミッタ５０を構成してある。

このようなトルクリミッタ５０では、遊星ホルダ３４が回転した際、出力軸１９に加わ
っている負荷が小さい場合には、ローラピン５５が遊星ホルダ３４と出力軸１９とを連結
しているので、遊星ホルダ３４の回転は、出力軸１９にも伝達される。これに対して、遊
星ホルダ３４が回転した際、出力軸１９に大きな負荷が加わると、コイルバネ５７のバネ
力に抗してローラピン５５が遊星ホルダの溝３４１から脱出して遊星ホルダ３４と出力軸
１９との連結が解除されるので、遊星ホルダ３４が回転してもトルクリミッタ５０で空回
りが起こり、遊星ホルダ３４の回転は出力軸１９に伝達されない。その際、ローラピン５
５は、周方向で隣接する別の溝３４１に入り込み、再び、遊星ホルダ３４と出力軸１９と
を連結した状態とする。

なお、第２のケース１６と出力軸１９との間には、第２のケース１６側に基板８２が保
持されたポテンショメータ８１が構成され、その検出結果は、コネクタ８３を介して外部
に出力されるようになっている。また、出力軸１９の外周面と第２のケース１６との間に
はＯリング１７が配置され、カバー１５と出力ケース１６との間にもＯリング１８が配置
されている。これらのＯリング１７、１８は、ポテンショメータ８１をグリスやオイルか
ら保護するためのものである。

（本形態の主な効果）
このように構成したギヤードモータ７では、トルクリミッタ５０が、ＤＣモータ１１の回転出力が入力される遊星ホルダ３４と、この遊星ホルダ３４と同一の軸線上に配設されているので、トルクリミッタ５０を径方向への寸法を効果的に抑えて配置することができる。しかも、遊星ホルダ３４の後段であってＤＣモータ１１の回転出力を出力する出力軸１９と、出力軸側円筒部１９０の複数本の孔１９１内に保持され、ホルダ側円筒部３４０の外周面で軸線方向に延びた溝３４１内に収納可能なローラピン５５と、このローラピン５５を、溝３４１内に向けて付勢する出力軸側円筒部１９０の周りに保持されたコイルバネ５７とからなるので、径方向に寸法的制約がある場合でも、トルクリミッタ５０の強度を確保することができ、耐久性の向上を図ることができる。しかも、遊星ホルダ３４出力軸１９によりトルクリミッタ５０を構成しているので、部品点数や組立工数を減少させることができる。

さらに、本形態において、ホルダ側円筒部３４０の外周面に形成した溝３４１と係合孔３４３とはモータ軸線方向に重なる位置に形成されている。故に、溝３４１と係合孔３４３とがモータ軸線方向に重なった長さだけ、モータ軸線方向への短縮化ができる。
本発明において、前記第１の摺動部１９２は、係合部１９３におけるモータ軸線方向の一部に形成されているので、摺動部をモータ軸線方向Ｌの全部に形成した場合に比較し、摺動ロスを抑制することができる。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態では、遊星ホルダ３４においてホルダ側円筒部３４０の外周面に複数本の溝３４１を断面半円弧状に形成して、これらの溝３４１に丸棒状のローラピン５５が嵌合される一方、このホルダ側円筒部３４０を囲むようにして出力軸１９の出力軸側円筒部１９０が形成され、この出力軸側円筒部１９０には、孔１９１が半径方向に貫通するように形成され、ローラピン５５が保持されている。さらに、出力軸側円筒部１９０の周りには付勢部材としてのコイルバネ５７が装着されており、コイルバネ５７により、ローラピン５５が溝３４１内に向けて付勢されているが、必ずしもこのように構成する必要はない。具体的には、上記実施の形態とは逆に、出力軸側円筒部の外周面に複数本の溝を断面半円弧状に形成して、これらの溝に丸棒状のローラピン５５を嵌合させる一方、この出力軸側円筒部を囲むようにして遊星ホルダ３４のホルダ側円筒部を形成し、このホルダ側円筒部に、ローラピン５５を保持する孔を形成するとともにこのホルダ側円筒部の周りにコイルバネ５７を装着するように構成してもよい。

また、減速機構４０が、不思議遊星歯車減速機構２０および遊星歯車減速機構３０とによって構成されているが、必ずしも不思議遊星歯車減速機構２０および遊星歯車減速機構３０とによって構成する必要はない。たとえば、１つの遊星歯車減速機構３０によって構成してもよいし、１つの不思議遊星歯車減速機構３０によって構成してもよい。また、２つの不思議遊星歯車減速機構２０によって構成してもよいし、２つの遊星歯車減速機構２０によって構成してもよい。また、モータ出力軸１９の位置検出については、ポテンショメータ８１に限らず、磁気センサや光学センサなどのセンサ、あるいはリーフスイッチ、リードスイッチ、マイクロスイッチなどのスイッチ類を用いてもよい。また、出力軸１９に対しては、アシストバネを設け、便座の開駆動および閉駆動のうち、大きなトルクを必要とする開方向の駆動の際、付勢力を出力軸１９に加えてもよい。さらに、ギヤードモータ７については便座５に限らず、便蓋６を開閉するのに用いてもよく、さらには、洋式トイレ１以外に構成された各種部材の開閉用に用いてもよい。

本発明が適用されたギヤードモータを便座ユニットに用いた洋式トイレの説明図である。本発明を適用したギヤードモータの断面図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各々、図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線での断面図である。

符号の説明

７ギヤードモータ
１１ＤＣモータ（モータ）
１９出力軸（出力側部材）
２０不思議遊星歯車減速機構
３０遊星歯車減速機構
３４遊星ホルダ（入力側部材）
４０減速機構
５０トルクリミッタ
５５ローラピン（ピン）
５７コイルバネ（付勢部材）
１９１係合部
１９２第１の摺動部
２４１円筒状胴部
３４１溝
３４２第１の摺動面
３４３係合孔

Claims

モータと、減速機構と、該減速機構を介して前記モータの回転出力が減速して伝達される出力軸と前記モータから前記出力軸への動力伝達経路の途中位置にトルクリミッタを有するギヤードモータにおいて、
前記トルクリミッタは、前記モータの回転出力が入力される入力側部材と、該入力側部材と同一の軸線上に配設され、該入力側部材の後段であって前記モータの回転出力を出力する出力側部材と、
前記入力側部材および前記出力側部材のいずれか一方側に保持され、前記入力側部材および前記出力側部材のいずれか他方側の外周面で軸線方向に延びた溝内に収納可能なピンと、前記入力側部材および前記出力側部材のいずれか一方側に保持されて前記ピンを、前記溝内に向けて付勢する付勢部材とからなることを特徴とするギヤードモータ。
請求項１において、前記減速機構には、前記遊星歯車減速機構が含まれ、該遊星歯車減速機構の遊星ホルダを前記入力側部材とするとともに、前記出力軸を前記出力側部材としたことを特徴とするギヤードモータ。
請求項１または２において、前記減速機構には、不思議遊星歯車減速機構が含まれ、前記トルクリミッタは、前記不思議遊星歯車減速機構の遊星ホルダを含む後段に配設されていることを特徴とするギヤードモータ。
請求項１または２において、前記減速機構には、不思議遊星歯車減速機構または遊星歯車減速機構が含まれ、前記不思議遊歯車減速機構の遊星ホルダまたは前記遊星歯車減速機構の遊星ホルダを筒状に形成し、その外周面に内部に前記ピンを収納可能な軸線方向に延びた溝を有するとともに、その内周面に、前記出力側部材の係合部に形成された第１の摺動部が摺動する第１の摺動面を有する係合孔を有し、前記溝と前記係合孔とはモータ軸線方向に重なる位置に形成されていることを特徴とするギヤードモータ。
請求項４において、前記第１の摺動部は、前記係合部におけるモータ軸線方向の一部に形成されていることを特徴とするギヤードモータ。