JP6541178B2 - 動力伝達装置および回転駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車伝達機構におけるバックラッシュを防止する動力伝達装置およびこれを用いた回転駆動装置に関する。

例えば、外周面に表示された複数の絵や文字を窓（開口部）から選択的に表示させるようにしたリールを駆動する歯車伝達機構では、減速歯車を用いずにリール（回転駆動の対象となる物体）に低速で安定した回転が得られるハイブリットモータを直結する方式が望ましい。しかしながら、高価なハイブリットモータに代えて、ハイブリッドモータより低コストではあるが、定格回転数が大きなＰＭモータを用い、このＰＭモータの出力を歯車減速機構により減速してリール等を回転させることにより、装置のコストダウンを図ることがある。
しかしながら、歯車を用いて動力を伝達しようとする限り、減速歯車とモータ歯車との間にバックラッシュが存在するため、リール停止時に該リールの慣性力により回転しようとする歯車と、モータとともに停止した歯車との間に振動が生じて滑らかに停止し難く、また、歯車の歯面がバックラッシュに相当する隙間で接したり離れたりを繰り返すために歯面がぶつかり、例えば、カラカラと耳障りな雑音を生じることがある。

一方、歯車伝達機構の円滑な回転には、バックラッシュの存在は不可欠であり、単純にバックラッシュを詰めて無くしてしまうと、回転伝達の負荷が同大して得るべくトルクを損失したり、極端な場合には、わずかな外力や異物の存在によって歯車が互いにかじり状態となって動作不能になることもある。また、上記歯車伝達機構にて、前述のような問題が発生せずに回転することができたとしても、モータ振動が減速歯車やその先の部品であるシャフトやリール、板金等に伝わり大きな共振音が発生し易くなる。

そして、このような問題を解決するために、特許文献１に示される表示装置では、ベース板に取付けられた中間歯車を常時、モータピニオンと出力歯車に遊びが生じないように付勢する中間歯車付勢機構を備える構成としている。
この中間歯車付勢機構は、中間歯車が回転可能に取付けられた支持板と、この支持板を該中間歯車がモータピニオンと出力歯車に遊びが生じないように移動できるようにベース板に取付けるベース板への取付け手段と、前記支持板を付勢する付勢スプリングとから構成されている。

特開２００７−２１９１２４号公報

ところで、上記特許文献１に示された技術では、中間歯車が回転可能に取付けられた支持板を、中間歯車がモータピニオンと出力歯車に遊びが生じないように移動可能なベース板へ取付ける手段、及び該支持板を付勢する付勢スプリングといった複数の構成部材を必要とする。
このため、上記特許文献１に示される技術では全体構成が複雑となり、設置のためのコストが掛かるという問題がある。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、全体構成が簡単で設置のためのコストを抑えつつ、共振音等の異音及び歯車を停止させた際に生じるバックラッシュを有効に防止できる動力伝達装置および回転駆動装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。すなわち、本発明では、一方の歯車の歯底に、他方の歯車と噛み合う際に該他方の歯車の歯先によって押されて変形する弾性体を設け、前記弾性体は前記一方の歯車の歯底から上部が露出するように配置されることを特徴とする。

本発明では、全体構成が簡単で設置に係るコストを低く抑えつつ、共振音等の異音の発生、及び歯車を停止させた際に生じるバックラッシュを有効に防止できる。

本発明に係る動力伝達装置の概略構成図であって、（Ａ）は歯車の全体図、（Ｂ）は歯車と弾性体の位置関係を示す斜視図である。 本発明に係る動力伝達装置が適用されるリールユニットを示す斜視図である。 図２のリールユニットの内部構造を示す正面図である。 歯車の噛み合う箇所を示す平面図である。 （Ａ）は歯車と弾性体の位置関係を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）をＶ−Ｖ線で切断した断面図である。

本発明に係る動力伝達装置１について図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。なお、図１（Ａ）は動力伝達装置１の全体を示す図、図１（Ｂ）は歯車と弾性体の位置関係を示す斜視図である。

この動力伝達装置１は、互いに噛み合う一方の歯車２及び他方の歯車３において、これら歯車２・３が噛み合う際に、該歯車２・３の歯部２Ａ・３Ａに押されて変形する弾性体４を設けた点に特徴を有する。
この弾性体４は、一方の歯車２の歯底２Ｂから上部が露出するように配置されたものであって、一方の歯車２が他方の歯車３と噛み合う際に、歯車２の歯部２Ａ内にて歯車３の歯部３Ａの歯先により押されて変形する。
また、弾性体４は回転軌跡Ｒ１が歯車２の歯底２Ｂにおける回転軌跡Ｒ２より大きくなるものであり、これにより他方の歯車３の歯先が弾性体４を変形させつつ一方の歯車２に噛み合うことになる。
その結果、上記動力伝達装置１では、歯車２・３間に弾性体４を介在させていることがクッション効果となって、歯車２・３の歯面が接したり離れたりを繰り返すことで生じる異音の発生を防止し、歯車２・３を停止させた際に生じるバックラッシュを防止することができる。

以上詳細に説明したように本発明に係る動力伝達装置１によれば、一方の歯車２に、他方の歯車３と噛み合う際に、該歯車３の歯先によって押されて変形する弾性体４が設けられる。この弾性体４は、一方の歯車２の歯底２Ｂより大きい回転軌跡を有するように形成されるものであるので、これら一方の歯車２と他方の歯車３とが噛み合う際に、他方の歯車３の歯先が弾性体４を変形させつつ一方の歯車２に噛み合うことになる。これにより、本発明に係る動力伝達装置１では、歯車２・３間に弾性体４を介在させていることがクッション効果となって、歯車２・３の歯面が接したり離れたりを繰り返すことで生じる異音の発生を防止し、歯車２・３を停止させた際に生じるバックラッシュも有効に防止できる。
また、本発明に係る動力伝達装置１では、一方の歯車２と他方の歯車３との間に弾性体４を設けるだけの構成であるので、全体構成が簡単で設置に係るコストを低く抑えることができる。

（実施形態）
本発明の一実施形態について図２〜図５を参照して説明する。
図２及び図３は本発明が適用される回転駆動装置としてのリールユニット１０を示すものであって、ユニット本体１１上に設置されたステッピングモータ１２、該ステッピングモータ１２の駆動軸１２Ａに軸支される駆動歯車１３、該駆動歯車１３により従動される減速歯車１４、該減速歯車１４と一体に回転するリール１５を主な構成要素とする。
なお、このような構成要素の中で、駆動歯車１３と減速歯車１４とともに、該減速歯車１４内に設置される弾性体１６により、本発明に係る動力伝達装置１００が構成されている。また、減速歯車１４は一方の歯車に相当し、駆動歯車１３は他方の歯車に相当している。

駆動源となるステッピングモータ１２は、回転子に永久磁石を利用したＰＭモータが使用されており、該ステッピングモータ１２の駆動軸１２Ａに駆動歯車１３が軸支されている。
この駆動歯車１３には従動歯車となる減速歯車１４が噛合されており、この減速歯車１４の回転軸１７には、該減速歯車１４と一体に回転するリール１５が固定されている。
このリール１５は、中心部に位置するハブ１８と、該ハブ１８から放射状に延びる複数のスポーク１９と、該スポーク１９の外側に配置されたリング状のリール本体２０とを有するものであって、中心部のハブ１８は、ブッシュ２１及びバネ部材２２を介して減速歯車１４の回転軸１７の端部に取り付けられている。なお、減速歯車１４の回転軸１７はユニット本体１１に設置されている。

また、リール１５におけるスポーク１９の移動経路には回転量検出センサ３０が設けられている。
この回転量検出センサ３０は、スポーク１９の１つに設けられた被検出片３１と、ユニット本体１１に固定されて被検出片３１の通過を検出する検出素子３２とから構成されるものであって、被検出片３１が通過する毎に検出センサ３２から出力されるパルスをカウントすることにより、リール１５の回転量を求める。

次に、図４及び図５（Ａ）（Ｂ）を参照して、駆動歯車１３、減速歯車１４及び弾性体１６からなる、本実施形態に係る動力伝達装置１００について説明する。

この動力伝達装置１００は、互いに噛み合う駆動歯車１３及び減速歯車１４において、これら歯車１３・１４が噛み合う際に、該歯車１３・１４の歯部１３Ａ・１４Ａに押されて変形する弾性体１６を設けた点に特徴を有する。
また、歯車１３・１４の歯形はインボリュート歯形としている。通常のインボリュート歯形は適切なバックラッシュをとって使用することが多く、本発明に係る弾性体１６を設置して、バックラッシュを抑制しているので、歯車１３・１４を適切に噛み合わせるべく、これら歯車１３・１４側の歯形状は、先端を尖らせたマイナス転移に設定することが好ましいとされる。
また、弾性体１６は、具体的には、減速歯車１４内に周方向に沿う環状溝４０内に収容可能な周長、線径のゴム等からなるＯリングが用いられ、減速歯車１４が駆動歯車１３と噛み合う際に、歯車１４の歯部１４Ａ内にて歯車１３の歯部１３Ａの歯先により押されて弾性変形する。

弾性体１６が収容される環状溝４０は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、減速歯車１４内にて歯底１４Ｂより深く形成され、かつ断面形状が半円形状に形成されたものであって、該減速歯車１４の歯部１４Ａの周方向に沿ってエンドレスに形成されている。

そして、このような環状溝４０内に弾性体１６を嵌めた場合には、図５（Ｂ）に示されるように該弾性体１６の上部が減速歯車１４の歯底１４Ｂより上部が僅かに露出するように位置設定される。これにより、弾性体１６はその回転軌跡Ｒ１´が減速歯車１４の歯底１４Ｂにおける回転軌跡Ｒ２´より大きくなり、減速歯車１４が駆動歯車１３と噛み合った際に、駆動歯車１３の歯部１３Ａの歯先に押されて変形する。

その結果、ステッピングモータ１２の駆動時において、駆動歯車１３の歯部１３Ａは、減速歯車１４の歯部１４Ａか弾性体１６であるОリングのどちらかに常に接しているためバックラッシュが無いのと同様の状態となり、リール停止時の上下振動やカラカラ音が発生することが防止される。
なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示される環状溝４０は減速歯車１４の歯部１４Ａの幅方向中央に配置されているが、その設置箇所は中央に限定されず、歯部１４Ａのいずれかの側面に近い位置でも良く、特に限定されるものではない。

以上詳細に説明したように本実施形態に係る動力伝達装置１００によれば、駆動歯車１３が減速歯車１４に噛み合う際に、該駆動歯車１３の歯先によって押されて変形する弾性体１６が減速歯車１４内に設けられる。この弾性体１６は、減速歯車１４の歯底１４Ｂより大きい回転軌跡を有するように形成されるものであるので、これら減速歯車１４と駆動歯車１３とが噛み合う際に、駆動歯車１３の歯先が弾性体１６を変形させつつ減速歯車１４に噛み合うことになる。
これにより、本実施形態に係る動力伝達装置１００では、歯車１３・１４間に弾性体１６を介在させていることがクッション効果を発揮して、歯車１３・１４の歯面が接したり離れたりを繰り返すことで生じる異音の発生を防止し、歯車１３・１４を停止させた際に生じるバックラッシュを有効に防止することができる。
また、本実施形態に係る動力伝達装置１００では、減速歯車１４と駆動歯車１３との間に弾性体１６を設けるだけの構成であるので、全体構成が簡単で設置に係るコストを低く抑えることができる。
また、本実施形態に係る動力伝達装置１００では、駆動歯車１３より歯数が多い減速歯車１４にＯリングとなる弾性体１６を設けることにより、駆動歯車１３側に設ける場合と比べて歯先との接触機会が少なくなり、該弾性体１６を長期にわたって使用することが可能となる。

（変形例）
なお、上記実施形態では、減速歯車１４にＯリングとなる弾性体１６を設けたが、駆動歯車１３側に設けるようにしても良い。

また、上記実施形態では、弾性体１６として使用されるＯリングはゴム材料の他、様々な弾性材料が選択可能である。
また、駆動歯車１３及び減速歯車１４は金属で形成しても良いし、高強度のプラスチックで形成しても良く、その構成材料については限定されるものではない。

また、上記実施形態に示される動力伝達装置１００では、駆動歯車１３及び減速歯車１４に弾性体１６を介在させたが、ラック＆ピニオンによる直線運動などにも同様に採用しても良い。具体的には、これらラック＆ピニオンのいずれかの歯底に溝を形成し、該溝内に弾性体を収容しても良い。

また、上記実施形態では、駆動源としてステッピングモータ１２を採用したが、このステッピングモータでは分解能（ステップ角）が粗く、歯車の減速比が小さいほど、上述した共振音又はバックラッシュの問題が発生しやすい。このため、このようなステッピングモータ１２に代えて、他のモータ（分解能で優れるハイブリッドモータや、位置をフィードバックできるサーボモータなど）を使用しても良い。

また、弾性体１６であるОリングを嵌め込む環状溝１４は、一体の歯車１４に溝を加工して形成しても良いし、分割構造の２つの歯車を合体させる（中央に溝に相当する小径のボス部があり、ボスの両端の周囲に歯車が形成された構造）構造であっても良い。
なお、分割構造の歯車である場合、２つの歯車の位相を周方向に僅かにずらして設定することにより、遊びが反対方向に出ることで、バックラッシュが小さくすることも可能となる。すなわち、環状溝１４に弾性体１６を嵌め込むことに加えて、２つの歯車の位相を周方向に僅かにずらすことにより、共振音又はバックラッシュを相乗的に防止することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、共振音等の異音及び歯車を停止させた際に生じるバックラッシュを防止できる動力伝達装置に関する。

１ 動力伝達装置
２ 一方の歯車
２Ａ 歯部
２Ｂ 歯底
３ 他方の歯車
３Ａ 歯部
４ 弾性体
１３ 駆動歯車
１４ 減速歯車
１４Ａ 歯部
１４Ｂ 歯底
１６ 弾性体
４０ 環状溝

Claims (8)

1. 互いに噛み合う歯車のうち、文字または図形のすくなくともいずれかが外周に表示されたリールと一体に回転する一方の歯車のみの歯底に、他方の歯車と噛み合う際に該他方の歯車の歯先によって押されて変形する弾性体を設け、
   前記弾性体は前記一方の歯車の歯底から上部が露出するように配置され、
   前記一方の歯車は他方の歯車より歯数が多いことを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記弾性体は、前記一方の歯車の歯底より大きい回転軌跡を有することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記弾性体は、前記一方の歯車の歯部内に周方向に沿って形成された環状溝内に配置されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の動力伝達装置。
4. 前記環状溝内に配置される前記弾性体はОリングにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の動力伝達装置。
5. 前記環状溝は、前記一方の歯車に歯底より深く形成され、前記弾性体を嵌めた場合に、該歯車の歯底より上部が僅かに出ることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項に記載の動力伝達装置。
6. 前記環状溝は前記一方の歯車の歯部の幅方向中央に形成されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の動力伝達装置。
7. 前記他方の歯車は動力歯車であり、前記一方の歯車は前記他方の歯車により従動される減速歯車であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の動力伝達装置。
8. 前記歯車の歯部は、インボリュート歯より緩いマイナスに転移した形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の動力伝達装置。

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