JP7515926B2 - モータアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、たとえば小型マッサージ機を作動させるためのモータアクチュエータに関する。

この種のモータアクチュエータは、動力源となる１つのモータの回転を複数のギアによって減速して出力軸を駆動している。このとき、減速比を大きくするためウォームギアとウォームホイールを用いているものがある。

従来例でのモータアクチュエータ７０の構成を図７に示す。モータ７１は回転自在なシャフト７２を備え、シャフト７２にはウォームギア７３が圧入されていて、このウォームギア７３はウォームホイール７４と歯合している。ウォームホイール７４の回転が出力ギア７５を減速されながら伝わり、出力軸７６において必要な駆動トルクを発生させる。

このような構造のモータアクチュエータにおいて、出力トルクを増やしたい際は、モータの回転力自体を増す方法と、ギア間の減速比を大きくする方法が採られる。しかし、前者の方法ではモータ形状が大きくなり、伴い振動も増えるという欠点がある。また後者の方法では減速比が大きくなった分、モータの回転数を増やす必要があり、騒音の周波数が上がるため使用者の不快感が強くなる欠点がある。

そこでモータの大型化を防ぎ、かつ、モータの回転数を増やすことなく出力トルクを増やす方法として、モータを複数台組み合わせて使用する提案がなされている。

特許文献１に記載のモータアクチュエータは、複数台のモータと、モータの各出力に設けられた各出力ギアと、この出力ギアと直接または間接的に繋がった最終ギアを有し、各出力ギアによる回転力が、最終ギアに伝わる直前で同方向かつ同一速度になるようにモータを制御している。そのため、最終的に必要な出力トルクを確保しつつも、全体的な薄型や小型化が可能になるとされている。

特許文献２に記載のアクチュエータは、最終的な出力（回転軸）となる１個のウォームホイールに２個のモータの各出力軸に設けられたウォームギアを歯合することによって、１個の回転軸を２個のモータで駆動制御するようにしている。そのため、アクチュエータやギアを大型化することなく安定して使用でき、また片方を制動に利用することでブレーキ制御も容易に行えるとされている。

特許第４９８９４４１号公報 特開２００７－２１５３０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のモータアクチュエータはモータ、出力ギア、出力軸が一直線上に並ぶため、モータアクチュエータ全体として、特にモータの軸方向の形状が大となる。またギアがすべて平歯車で構成されているため、セルフロック機構がなく、被駆動対象を所定の位置に留めたい時はブレーキやクラッチといった機構が必要になるという問題がある。

また、特許文献２に記載されたアクチュエータは、２つのウォームギアを直接、出力軸となるウォームホイールに歯合しているため、モータの近接配置が困難となり、互いに出力軸を挟んで反対方向への設置となるため、モータの軸方向における形状が大となる。また、一般にウォームギアにおける回転力の伝達は低効率であり、かつばらつきが大きいため、２つのウォームギアから１つのウォームホイールへの回転力の伝達に不平衡を生じやすく、これが効率の低下、動作の不安定に繋がる可能性があるという問題点がある。

そこで、本発明は、２台のモータを使って出力軸の回転力を大としつつも、モータアクチュエータ全体としての形状や騒音周波数を大きくすることのないモータアクチュエータを提供するものである。

本発明の一実施態様は、
出力方向に突出するシャフトを有する一対のモータと、
前記一対のモータの回転力を伝達するギア群と、
前記ギア群により駆動される出力軸と、を備え、
前記一対のモータはそれぞれのモータヨークが間隙を介して並列するように配置されており、
前記出力軸は、
前記間隙に配置され、
前記出力方向に略直交する上下方向に伸びており、
前記一対のモータの回転力を合算された状態で出力する、
ことを特徴とする。

本発明のモータアクチュエータは、２台のモータの回転力を足し合わせてからウォームギアに伝え、ウォームギアと歯合したウォームホイールにより出力軸を駆動する構造となっているため、二つのモータの回転力を安定して足し合わせることができるとともに、アクチュエータ全体としての小型化を実現できる。

本発明の実施形態に係るモータアクチュエータ１の完成品であって、（ａ）は上面斜視図であり、（ｂ）は下面斜視図である。 （ａ）は図１（ａ）の下ケースとモータと動力ギアのみを示した斜視図であり、（ｂ）は図２（ａ）にさらに上ケースを設けた斜視図である。 （ａ）は図２（ｂ）にさらに伝達ギア、ウォームギア、ウォームホイール、出力軸を設けた斜視図であり、（ｂ）は上面カバーの斜視図である。 （ａ）は図３（ａ）における各種ギアの回転方向を示した斜視図であり、（ｂ）は正面図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、各種ギアを覆っているカバーを除いた上面斜視図である。 本発明の実施形態における他の構成を概略的に示した正面図である。 従来のモータアクチュエータの構造を示した平面図である。

本明細書では、図２（ａ）および図４（ａ）において、モータのシャフトが突出する方向を「出力方向」、その反対方向を「反出力方向」と呼び、モータのシャフトが突出する面を「出力面」と呼ぶ。また、図４（ｂ）において上方向を単に「上方向」、その反対方向を単に「下方向」と呼ぶ。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を例示的に説明する。

本発明の実施形態に係るモータアクチュエータの構造を図１から図３を用いて説明する。モータアクチュエータ１は、一対のモータ１０ａ，１０ｂと、一対の動力ギア１１ａ，１１ｂと、一対の伝達ギア２０ａ，２０ｂと、ウォームギア２２と、ウォームホイール３０と出力軸３１と下ケース４１と上ケース４３と上部カバー４７とを有する。

下ケース４１は、モータを設置できるように成型された底板４１ａと、底板４１ａの周縁から立設された側板４１ｂと、側板４１ｂにより形成された開口端部を有する。底板４１ａには出力軸３１を貫通させるための出力軸貫通孔４２が設けられている。

一対のモータ１０ａ、１０ｂは、出力面を同一方向に向けた状態で下ケース４１内に並列設置されており、それぞれ回転自在なシャフト１２ａ、１２ｂを有している。動力ギア１１ａ、１１ｂがそれぞれシャフト１２ａ、１２ｂに圧入などの方法によって固着されている。動力ギア１１ａと１１ｂは同形状としている。

上ケース４３は、上板４３ａと、上板４３ａの周縁から下設された側板４３ｂと、側板４３ｂにより形成された開口端部を有する。上ケース４３の開口端部が下ケース４１の開口端部に組み込みされて所定の内部空間を有するハウジングが形成される。上板４３ａには出力軸３１を貫通させるための出力軸貫通孔４６ａが設けられている。

上ケース４３の上面側も部分的に開口しており、一対の伝達ギア２０ａ、２０ｂがそれぞれシャフト２１ａ、２１ｂを回転中心にして収容されている。伝達ギア２０ａと２０ｂは同形状としている。シャフト２１ａ、２１ｂは、伝達ギア２０ａ、２０ｂに圧入などの方法によって固着されており、それぞれ伝達ギア軸受溝４４とウォームギア軸受溝４５に保持されている。伝達ギア２０ａ、２０ｂはそれぞれ動力ギア１１ａ、１１ｂと歯合しており、かつ、伝達ギア２０ａおよび２０ｂも歯合している。

一方の伝達ギア２０ｂには、伝達ギア２０ｂからモータ１０ｂの反出力方向に向かって形成されているウォームギア２２が設けられており、ともにシャフト２１ｂを回転軸として保持されている。

ウォームホイール３０が、上ケース４３の上板４３ａに設けられたウォームホイール収容凹部４６に収容される。出力軸３１がウォームホイール３０の中心に圧入され、上ケース４３の出力軸貫通孔４６ａと下ケース４１の出力軸貫通孔４２に圧入された軸受３２（図２（ａ），（ｂ）では不図示）を通じて、モータアクチュエータ１の底面より突出される。

上面カバー４７が上ケース４３の開口部に設置される。上面カバー４７には伝達ギア軸受凸部４８ａとウォームギア軸受凸部４８ｂが下設されており、それぞれ伝達ギア軸受溝４４とウォームギア軸受溝４５に挿入されて、シャフト２１ａ、２１ｂを挟持する。また、ウォームホイール軸受凸部４９が下設されており、出力軸３１を回転自在に保持する。

モータアクチュエータ１の動作について図４を用いて説明する。二つのモータ１０ａ、１０ｂは同特性のものであり、同回転数にて互いに逆方向に回転させる。従い、動力ギア１１ａと１１ｂも互いに逆方向に回転する。なお、同特性のモータとは、ほぼ同形状同特性の固定子と回転子を備え、ほぼ同じ出力のモータを意味し、設計上同一規格のものが望ましい。

動力ギア１１ａ、１１ｂと歯合する伝達ギア２０ａ、２０ｂも互いに逆方向に回転することになる。このとき、一対の伝達ギア２０ａ、２０ｂは同じ周速度であり、また、伝達ギア２０ａ、２０ｂ同士も歯合しているため、ここで二つのモータの回転力が足し合わされることになる。

伝達ギア２０ｂに設けられ、回転軸を同じくするウォームギア２２から、足し合わされた回転力がウォームホイール３０に伝達される。ウォームホイール３０から出力軸３１を通じて、足し合わされた回転力が出力され、被駆動対象を駆動する。またウォームギアを使用することによりセルフロック機構が得られ、被駆動対象が不要に動作することを防ぐことができる。

このように構成することで、一対のモータ１０ａ、１０ｂの回転力が効率よく足し合わされ、より小型のモータを用いて、かつモータ回転数を増やすことなく、すなわち、モータアクチュエータ全体としての形状や騒音周波数を大きくすることなく、モータアクチュエータの駆動力を大きくすることができる。

また、上述の実施形態において、一対のモータ１０ａ、１０ｂの上下にはモータヨークの平面部１３が設けられているが、このように構成することで略円筒状のモータを用いるよりも少ないスペースでの設置が可能となる。具体的には、各モータの上下面を平面形状とすることにより、一方のモータの上部に配されるウォームギア２２の設置スペースを容易に確保できるとともに、アクチュエータ全体の高さを抑えることができる。

また、上述の実施形態において、動力ギア１１ａ、１１ｂおよび伝達ギア２０ａ，２０ｂはすべて平歯車とした。このようにすると回転力の伝達および足し合わせが効率よく行え、またモータの出力方向に不要な突出部が生じず、アクチュエータ全体としての小型化に寄与する。また動力ギア１１ａ、１１ｂおよび伝達ギア２０ａ、２０ｂをはすば歯車としたときも同様に小型化の効果を得られ、加えて静寂性やギア耐久力の向上にも寄与する。

また、上述の実施形態において、ウォームギア２２は伝達ギア２０ｂからモータの反出力方向に向かって形成される構造とした。このようにすると、モータの出力方向に不要な突出部が生じないため、アクチュエータ全体としての小型化に寄与する。

また、上述の実施形態において、出力軸３１は一対のモータ１０ａ、１０ｂの間を通す構造とした。このようにすると、出力軸の軸受間距離を長くすることができるので、モータアクチュエータ全体としての形状を大きくすることなく、出力軸に過大な応力が加わった際の軸ブレを少なくすることができる。

また、上述の実施形態では、ケースはモータ全体を収容するハウジング形状であったが、本発明はこれに限らず、例えば、図５に示すように全てのギアを収容するギアボックス５０にモータを部分的に収容するような構成でもよい。また出力軸をウォームホイールに設けていたが、ウォームホイールと出力軸の間に数段の減速ギアがあってもよい。この場合はさらに減速比を大きくできる。また、各ギアとシャフトは別部材であり圧入により係止されていたが、一体成型されたものであってもかまわない。また、図６に示すように、モータ、動力ギア、伝達ギアの形状がそれぞれ異なる構成でもよい。この場合は伝達ギア２０ａと伝達ギア２０ｂの回転方向が逆方向で、かつ、周速度が同じになるように制御すれば、図４（ｂ）に示したものと同様に回転力を足し合わせることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上述以外にも種々変形して実施することが可能である。

以下にこの出願の基礎となる出願の特許査定時の特許請求の範囲を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の特許査定時の特許請求の範囲のとおりである。
［原出願の特許査定時の請求項１］
回転自在に保持されたシャフトを有する一対のモータと、
前記シャフトにそれぞれ一つずつ固着された一対の動力ギアと、
前記一対の動力ギアと歯合している一対の伝達ギアと、
前記一対の伝達ギアのうち一方の前記伝達ギアにのみ設けられ、一方の前記伝達ギアと回転軸を同じにするウォームギアと、
前記ウォームギアと歯合するウォームホイールと、
前記ウォームホイールにより駆動される出力軸と、
これらを収容するケースと、を備え、
前記一対のモータは出力面を同方向に向けるように並列配置されていて、
前記一対の伝達ギアは互いに歯合していて、
前記一対のモータは回転方向が逆であり、
一方の前記伝達ギアは一方の前記モータの駆動トルクを直接前記ウォームギアに伝達し、他方の前記伝達ギアは一方の前記伝達ギアを介して他方の前記モータの駆動トルクを前記ウォームギアに伝達することにより、一対の前記モータの駆動トルクが合算された状態で、前記ウォームギアに伝達される、
ことを特徴とする、
モータアクチュエータ。
［原出願の特許査定時の請求項２］
前記一対のモータは同特性のものであり、前記一対の動力ギアが同形状であり、前記一対の伝達ギアが同形状であることを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
［原出願の特許査定時の請求項３］
前記モータは、モータヨークの外周の一部を平面形状としたことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれか１項に記載のモータアクチュエータ。
［原出願の特許査定時の請求項４］
前記動力ギアおよび前記伝達ギアは平歯車、もしくは、はすば歯車であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のモータアクチュエータ。
［原出願の特許査定時の請求項５］
前記ウォームギアは、前記伝達ギアから前記モータの反出力方向に向かって形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のモータアクチュエータ。
［原出願の特許査定時の請求項６］
前記一対のモータはそれぞれのモータヨークが間隙を介して並列するように配置されており、前記出力軸は前記間隙に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のモータアクチュエータ。
［原出願の特許査定時の請求項７］
前記ウォームギアと前記ウォームホイールは並列配置された前記一対のモータの上方に配設されており、前記出力軸は前記一対のモータの上方から下方に向かって前記間隙を通って伸びており、前記ケースの底板から外部に出力していることを特徴とする請求項６に記載のモータアクチュエータ。

１ モータアクチュエータ
１０ａ，１０ｂ モータ
１１ａ，１１ｂ 動力ギア
１２ａ，１２ｂ シャフト
１３ モータヨークの平面部
２０ａ，２０ｂ 伝達ギア
２１ａ，２１ｂ シャフト
２２ ウォームギア
３０ ウォームホイール
３１ 出力軸
３２ 軸受
４１ 下ケース
４１ａ 底板
４１ｂ 側板
４２ 下ケース側出力軸貫通孔
４３ 上ケース
４３ａ 上板
４３ｂ 側板
４４ 伝達ギア軸受溝
４５ ウォームギア軸受溝
４６ ウォームホイール収容凹部
４６ａ 上ケース側出力軸貫通孔
４７ 上面カバー
４８ａ 伝達ギア軸受凸部
４８ｂ ウォームギア軸受凸部
４９ ウォームホイール軸受凸部
５０ ギアボックス
７０ 従来例のモータアクチュエータ
７１ モータ
７２ シャフト
７３ ウォームギア
７４ ウォームホイール
７５ 出力ギア
７６ 出力軸

Claims (2)

1. 出力方向に突出するシャフトを有する一対のモータと、
   前記一対のモータの回転力を伝達するギア群と、
   前記ギア群により駆動される出力軸と、を備え、
   前記一対のモータはそれぞれのモータヨークが間隙を介して並列するように配置されており、
   前記出力軸は、
   前記間隙に配置され、
   前記出力方向に略直交する上下方向に伸びており、
   前記一対のモータの回転力を合算された状態で出力する、
   ことを特徴とするモータアクチュエータ。
2. 前記ギア群は、並列配置された前記一対のモータの出力面側から、前記一対のモータの上下方向一方に配設されており、
   前記出力軸は、前記一対のモータの上下方向一方から上下方向他方に向かって前記間隙を通って伸びており、前記一対のモータの上下方向他方から出力している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
   

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