齿轮马达的制作方法

1.本发明涉及马达，尤其涉及齿轮马达。


背景技术：

2.已知有使马达与减速齿轮一体化的齿轮马达。在专利文献1中记载了具有齿轮减速机构和摩擦式扭矩限制机构的齿轮马达。专利文献1所记载的齿轮马达所具有的齿轮减速机构由包含原动齿轮的多个正齿轮构成。另外，专利文献1所记载的齿轮马达所具有的摩擦式扭矩限制机构包含将原动齿轮按压于与原动轴一体旋转的垫圈的压缩线圈弹簧。当原动轴旋转时，原动齿轮因垫圈与原动齿轮之间的静摩擦力而旋转，扭矩被输入到齿轮减速机构。
3.专利文献1：日本特开平9-56117号公报
4.对于齿轮马达，要求输出扭矩的增大、耐久性的提高。为了增大输出扭矩，需要增加扭矩限制器的设定扭矩(传递扭矩容量)。另一方面，若使扭矩限制器的设定扭矩增加，则有可能对齿轮施加过剩的扭矩，耐久性降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供输出扭矩大且耐久性高的齿轮马达。
6.一个实施方式的齿轮马达具有马达、多级减速机构、扭矩限制机构以及输出部。所述多级减速机构包含与所述输出部同轴的最终齿轮。另外，所述扭矩限制机构包含：第1摩擦面，其设置于所述最终齿轮；第2摩擦面，其设置于所述输出部；以及线圈弹簧，其对所述最终齿轮施力而将所述第1摩擦面按压于所述第2摩擦面。所述第1摩擦面是以所述最终齿轮的旋转轴线为中心的环状的锥形面，所述第2摩擦面是以所述输出部的旋转轴线为中心的环状的锥形面。所述线圈弹簧由将所述最终齿轮支承为旋转自如的轴承支承，能够与所述最终齿轮一体地旋转。
7.根据一个实施方式，能够实现齿轮马达的输出扭矩的增大、耐久性的提高。
附图说明
8.图1是示出齿轮马达的外观的立体图。
9.图2是示出齿轮马达的构造的分解立体图。
10.图3是示出多级减速机构和输出部的立体图。
11.图4是主要示出扭矩限制机构的分解立体图。
12.图5是主要示出扭矩限制机构的剖视图。
13.标号说明
14.1：齿轮马达；10：外壳；11：壳体；12：罩(下侧罩)；13：罩(上侧罩)；14、15：螺栓；16：开口部；17：定位环；18：固定肋；18a：贯通孔；20：马达；21：小齿轮；30：多级减速机构；31：输入齿轮；32：输出齿轮(最终齿轮)；33：中间齿轮；34：第1轴部；35：第1头部；36：内周面；37：
齿轮齿；40：扭矩限制机构；41：第1摩擦面；42：第2摩擦面；50：输出部；51：第2轴部；52：第2头部；53：外周面；54：上表面；55：卡合部；60：基板；70：角度传感器；71：传感器主体；72：传感器轴；72a：卡合凸部；80：轴承；81：内圈；82：外圈；83：垫圈；83a：小径部；83b：大径部；85、86：间隙；x：旋转轴线。
具体实施方式
15.以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。另外，在为了说明实施方式而参照的全部附图中，对相同或实质上相同的结构使用相同的标号。另外，关于已经说明的结构，原则上不进行重复的说明。
16.＜外壳＞
17.图1是示出本实施方式的齿轮马达1的外观的立体图。图2是示出本实施方式的齿轮马达1的构造的分解立体图。
18.齿轮马达1具有构成外壳部的外壳10。外壳10是由壳体11、固定于壳体11的一侧的罩12以及固定于壳体11的另一侧的罩13构成的大致长方体的箱。图1所示的外壳10的长度(l)为53.5mm，宽度(w)为35.0mm，高度(h)为35.5mm。不过，外壳10的外部尺寸能够适当变更。
19.另外，在以下的说明中，有时将罩12称为“下侧罩12”，将罩13称为“上侧罩13”来加以区分，但该区分只不过是为了便于说明而进行的区分。
20.下侧罩12的四角通过4根螺栓14而固定于壳体11的一个端面。同样地，上侧罩13的四角通过4根螺栓15而固定于壳体11的另一个端面。
21.在外壳10的内部收纳有马达20、多级减速机构30、扭矩限制机构40、输出部50、基板60、角度传感器70等齿轮马达1的构成要素。在上侧罩13设置有圆形的开口部16。输出部50经由开口部16而面向外壳10的外部。
22.在开口部16安装有包围输出部50的定位环17。定位环17从上侧罩13的表面突出。因此，通过将定位环17嵌入未图示的环状槽，能够将齿轮马达1配置在规定的位置。更具体而言，能够将输出部50配置在规定的位置。另外，通过将定位环17嵌入直径比该定位环17大的定位环的内侧，或者将定位环17覆盖在直径比该定位环17小的定位环的外侧，也能够将齿轮马达1配置在规定的位置。
23.在壳体11的侧面一体成型有2个固定肋18。在各个固定肋18设置有贯通孔18a，能够通过贯穿插入于贯通孔18a的螺栓(未图示)将齿轮马达1固定于规定的位置。
24.＜马达＞
25.基于经由设置于基板60的布线而输入到驱动用驱动器的电信号(脉冲信号)来控制马达20的旋转角度、转速。即，马达20是步进马达。更具体而言，马达20是双极型的步进马达，驱动电压为12v，步数为20。不过，马达20的规格、性能能够适当变更。
26.另外，在基板60上设置有连接器61。基板60经由连接器61与外部的电路、电子设备等连接。不过，也有省略连接器61的实施方式。在该实施方式中，与外部的电路、电子设备等相连的引线的一端与基板60直接连接。
27.＜多级减速机构＞
28.图3是示出多级减速机构30和输出部50的立体图。多级减速机构30是由多个正齿
轮(外齿轮)构成的6级减速机构。更具体而言，多级减速机构30由输入齿轮31、输出齿轮32以及配置在输入齿轮31与输出齿轮32之间的4个中间齿轮33构成。
29.构成多级减速机构30的齿轮全部是树脂齿轮。另外，构成多级减速机构30的齿轮分别被支承为旋转自如。不过，输出齿轮32以外的齿轮被轴部(轴)支承为旋转自如，与此相对，输出齿轮32被轴承80支承为旋转自如。
30.输入齿轮31与由马达20旋转驱动的小齿轮21啮合。另一方面，输出齿轮32经由扭矩限制机构40与输出部50连接。即，输出齿轮32是多级减速机构30的最终齿轮(终端齿轮)。因此，在以下的说明中，有时将输出齿轮32称为“最终齿轮32”。
31.最终齿轮32具有第1轴部34和设置于第1轴部34的一端(上端)的第1头部35。不过，第1轴部34和第1头部35由树脂材料一体成型。第1轴部34和第1头部35具有以旋转轴线x为中心的筒形状。更具体而言，最终齿轮32整体呈圆筒形或大致圆筒形的外观。不过，第1轴部34具有以旋转轴线x的方向为长度方向的细长的形状。另一方面，第1头部35的直径比第1轴部34的直径大，具有比第1轴部34扁平的形状。
32.第1头部35的内周面36是以旋转轴线x为中心的环状的锥形面，形成后述的扭矩限制机构40的第1摩擦面41。另一方面，在第1头部35的外周面形成有与中间齿轮33啮合的齿轮齿37。
33.＜输出部＞
34.如上所述，多级减速机构30的最终齿轮32经由扭矩限制机构40与输出部50连接。其结果为，输出部50经由多级减速机构30和扭矩限制机构40与马达20连接。换言之，从马达20输出的驱动力(扭矩)经由多级减速机构30和扭矩限制机构40传递至输出部50。
35.输出部50具有第2轴部51和设置于第2轴部51的一端(上端)的第2头部52。不过，第2轴部51和第2头部52由树脂材料一体成型。
36.输出部50配置于最终齿轮32的内侧，能够以与最终齿轮32共同的旋转轴线x为中心进行旋转。即，最终齿轮32与输出部50是同轴的。
37.在最终齿轮32与输出部50之间夹设有扭矩限制机构40。关于扭矩限制机构40的构造、作用，在后面再次进行说明，但输出部50通过经由扭矩限制机构40输入的扭矩而与最终齿轮32一体地旋转，并且从最终齿轮32切离而以单体方式旋转。换言之，扭矩限制机构40是将最终齿轮32与输出部50以能够传递动力的方式连接，并且将最终齿轮32与输出部50切离而切断两者间的动力传递的摩擦离合器。
38.返回到输出部50的说明。第2轴部51和第2头部52具有以旋转轴线x为中心的筒形状。更具体而言，输出部50整体呈圆筒形或大致圆筒形的外观。不过，第2轴部51具有以旋转轴线x的方向为长度方向的细长的形状。另一方面，第2头部52的直径比第2轴部51的直径大，具有比第2轴部51扁平的形状。
39.第2头部52的外周面53是以旋转轴线x为中心的环状的锥形面，形成后述的扭矩限制机构40的第2摩擦面42。另一方面，在第2头部52的上表面54设置有十字形状的卡合部55。
40.＜扭矩限制机构＞
41.图4是主要示出扭矩限制机构40的分解立体图。图5是主要示出扭矩限制机构40的剖视图。另外，图5所示的剖面是沿着图1中的a-a线的剖面。
42.扭矩限制机构40由设置于最终齿轮32的第1摩擦面41、设置于输出部50的第2摩擦
面42以及对最终齿轮32施力的线圈弹簧43等构成。
43.如上所述，第1摩擦面41由最终齿轮32的第1头部35的内周面36形成。另外，第2摩擦面42由输出部50的第2头部52的外周面53形成。即，第1摩擦面41和第2摩擦面42是以旋转轴线x为中心的环状的锥形面。
44.并且，第1头部35的内周面36(第1摩擦面41)是直径朝向上侧罩13逐渐扩大的锥形面。另外，第2头部52的外周面53(第2摩擦面42)也是直径朝向上侧罩13逐渐扩大的锥形面。
45.具有第1摩擦面41的最终齿轮32被轴承80支承为旋转自如。更具体而言，第1轴部34贯穿插入于线圈弹簧43，该第1轴部34的一端(下端)从线圈弹簧43的一端(下端)突出。并且，第1轴部34的从线圈弹簧43的下端突出的下端被轴承80支承。
46.轴承80是包含能够相对旋转的内圈81和外圈82的滚动轴承。更具体而言，轴承80是还包含介于内圈81与外圈82之间的滚动体的球轴承，外圈82被壳体11保持为不能旋转。
47.第1轴部34的从线圈弹簧43的下端突出的下端插入于轴承80的内圈81。另一方面，线圈弹簧43的下端载置于轴承80的内圈81。但是，在线圈弹簧43的下端与内圈81之间夹设有垫圈83。另外，由于切断位置的影响，在图5中未表示出载置于轴承80的内圈81的线圈弹簧43的下端。
48.垫圈83是具有小径部83a和设置于小径部83a的周围的大径部83b的带台阶的垫圈。而且，在轴承80的内圈81的端面载置有垫圈83的小径部83a，在垫圈83的大径部83b上载置有线圈弹簧43的下端。
49.线圈弹簧43的另一端(上端)与最终齿轮32抵接。更具体而言，线圈弹簧43的上端与第1头部35的下表面抵接。其结果为，最终齿轮32被朝向旋转轴线方向的一侧施力。例如，图5所示的最终齿轮32被朝向纸面上侧施力。另外，由于切断位置的影响，在图5中未表示出与最终齿轮32抵接的线圈弹簧43的上端。
50.具有第2摩擦面42的输出部50配置于最终齿轮32的内侧。更具体而言，输出部50的第2轴部51贯穿插入于最终齿轮32的第1轴部34。另外，输出部50的第2头部52收纳于最终齿轮32的第1头部35的内侧。
51.其结果为，第1头部35的内周面36(第1摩擦面41)与第2头部52的外周面53(第2摩擦面42)对置。换言之，环状的第1摩擦面41同样地包围环状的第2摩擦面42。
52.并且，设置有第1摩擦面41的最终齿轮32受到线圈弹簧43的施力。因此，第1摩擦面41被按压于第2摩擦面42。换言之，线圈弹簧43对最终齿轮32施力而将第1摩擦面41按压于第2摩擦面42。
53.当借助线圈弹簧43的施力将第1摩擦面41按压于第2摩擦面42时，利用在2个摩擦面间产生的摩擦力，将最终齿轮32与输出部50以能够传递动力的方式连接。即，从多级减速机构30输出的扭矩被输入到输出部50，使输出部50旋转。
54.此时，由支承最终齿轮32的轴承80支承的线圈弹簧43与最终齿轮32一体地旋转。更具体而言，最终齿轮32、线圈弹簧43、垫圈83以及内圈81等速旋转。即，在本实施方式的齿轮马达1中，滑动部位少，实现了损失扭矩的降低、耐久性的提高。
55.另外，由于第1摩擦面41和第2摩擦面42具有锥形形状，因此能够在抑制第1头部35、第2头部52的大径化的同时，确保更大的接触面积、面压。即，在本实施方式的齿轮马达1中，能够在避免大型化的同时，实现增大输出扭矩所需的扭矩限制器的设定扭矩的增加。
56.另一方面，当从外部向输出部50输入了超过设定扭矩的扭矩时，在第1摩擦面41与第2摩擦面42之间产生滑移，输出部50空转。因此，超过设定扭矩的扭矩不会被输入到最终齿轮32。另外，本实施方式中的设定扭矩约为100mnm。即，当向输出部50输入100mnm前后的扭矩时，在第1摩擦面41与第2摩擦面42之间产生滑移。这样，在本实施方式的齿轮马达1中，实现了包含最终齿轮32的多级减速机构30的破损、变形的防止。
57.＜间隙＞
58.如图5所示，在最终齿轮32与输出部50之间设置有间隙。更具体而言，2个间隙85、86设置在最终齿轮32与输出部50之间。
59.间隙85设置在第2头部52的底部和与其对置的第1头部35的底部之间。另一方面，间隙86设置在第2轴部51的下端部和与其对置的第1轴部34的下端部之间。即，在旋转轴线方向不同的2个部位设置有环状的间隙85、86。
60.间隙85、86均为环状的间隙。更具体而言，间隙85是包围输出部50的第2轴部51的环状的间隙。另外，间隙86是包围后述的角度传感器70的传感器轴72的环状的间隙。
61.间隙85、86允许与第1摩擦面41和第2摩擦面42中的至少一方的磨损相伴的最终齿轮32的移动。当第1摩擦面41或第2摩擦面42磨损时，被线圈弹簧43施力的最终齿轮32在间隙85、86的范围内沿旋转轴线x的方向移动。更具体而言，最终齿轮32随着第1摩擦面41、第2摩擦面42的磨损的进行而沿旋转轴线x的方向逐渐移动，接近上侧罩13。
62.换言之，第1摩擦面41、第2摩擦面42的磨损通过最终齿轮32向推力方向的移动而被吸收。其结果为，第1摩擦面41与第2摩擦面42的接触状态(接触面积、面压等)长时间地保持为恒定。即，能够长时间地维持扭矩限制机构40的初始性能。
63.＜角度传感器＞
64.如图4所示，齿轮马达1具有检测输出部50的旋转角的角度传感器70。角度传感器70具有传感器主体71和传感器轴72。
65.传感器轴72以不能相对旋转的方式与输出部50连结。在传感器轴72的上部形成有向径向外侧突出的卡合凸部72a。传感器轴72的上部插入于输出部50的第2轴部51，卡合凸部72a与形成于第2轴部51的内周面的卡合凹部卡合。其结果为，输出部50和传感器轴72以不能相对旋转的方式连结。
66.传感器轴72的下部贯穿插入于传感器主体71。传感器主体71输出与传感器轴72的旋转角对应的信号。即，角度传感器70是输出与输出部50的旋转角对应的信号的电位传感器。从角度传感器70输出的信号经由基板60(连接器61)输出到外部。
67.由于输出部50与传感器轴72以不能相对旋转的方式连结，因此即使在最终齿轮32与输出部50之间产生滑移，从传感器主体71输出的信号也准确地表示输出部50的实际的旋转角。因此，即使在最终齿轮32与输出部50之间夹设有扭矩限制机构40，输出部50的实际的旋转角与由角度传感器70检测出的输出部50的旋转角之间也不会产生偏差。
68.本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。例如，也能够将构成多级减速机构30的齿轮的1个或2个以上置换为金属齿轮而实现强度、耐久性的提高。另外，多级减速机构30的减速级数、减速比等能够根据需要而适当变更。
69.扭矩限制机构40的设定扭矩也能够根据需要而适当变更。例如，通过变更第1摩擦面41和第2摩擦面42的锥形角度、摩擦系数、线圈弹簧43的弹簧压力等，能够变更设定扭矩。
并且，通过在第1摩擦面41、第2摩擦面42涂敷润滑材料、或者变更所涂敷的润滑材料的种类、量，也能够变更设定扭矩。

技术特征：
1.一种齿轮马达，其具有马达、多级减速机构、扭矩限制机构以及输出部，其中，所述多级减速机构包含与所述输出部同轴的最终齿轮，所述扭矩限制机构包含：第1摩擦面，其设置于所述最终齿轮；第2摩擦面，其设置于所述输出部；以及线圈弹簧，其对所述最终齿轮施力而将所述第1摩擦面按压于所述第2摩擦面，所述第1摩擦面是以所述最终齿轮的旋转轴线为中心的环状的锥形面，所述第2摩擦面是以所述输出部的旋转轴线为中心的环状的锥形面，所述线圈弹簧由将所述最终齿轮支承为旋转自如的轴承支承，能够与所述最终齿轮一体地旋转。2.根据权利要求1所述的齿轮马达，其中，所述轴承是包含能够相对旋转的内圈和外圈的滚动轴承，所述线圈弹簧的一端由所述内圈支承，所述线圈弹簧的另一端与所述最终齿轮抵接。3.根据权利要求1或2所述的齿轮马达，其中，所述最终齿轮具有第1轴部和设置于所述第1轴部的一端的第1头部，所述第1轴部贯穿插入于所述线圈弹簧，所述第1头部具有形成所述第1摩擦面的内周面和形成有齿轮齿的外周面，所述输出部具有第2轴部和设置于所述第2轴部的一端的第2头部，所述第2轴部贯穿插入于所述第1轴部，所述第2头部具有形成所述第2摩擦面的外周面。4.根据权利要求1或2所述的齿轮马达，其中，该齿轮马达具有设置在所述最终齿轮与所述输出部之间的间隙，所述间隙允许所述最终齿轮随着所述第1摩擦面和所述第2摩擦面中的至少一方的磨损而沿所述旋转轴线的方向移动。5.根据权利要求1或2所述的齿轮马达，其中，该齿轮马达具有检测所述输出部的旋转角的角度传感器，所述角度传感器具有以不能相对旋转的方式与所述输出部连结的传感器轴，该角度传感器输出与所述传感器轴的旋转角对应的信号。

技术总结
本发明提供齿轮马达，输出扭矩大且耐久性高。齿轮马达(1)具有马达(20)、多级减速机构(30)、扭矩限制机构(40)以及输出部(50)。多级减速机构包含与输出部同轴的最终齿轮(32)。另外，扭矩限制机构包含设置于最终齿轮的第1摩擦面(41)、设置于输出部的第2摩擦面(42)以及对最终齿轮施力而将第1摩擦面按压于第2摩擦面的线圈弹簧(43)。第1摩擦面是以最终齿轮的旋转轴线为中心的环状的锥形面，第2摩擦面是以输出部的旋转轴线为中心的环状的锥形面。线圈弹簧由将最终齿轮支承为旋转自如的轴承(80)支承，能够与最终齿轮一体地旋转。能够与最终齿轮一体地旋转。能够与最终齿轮一体地旋转。


技术研发人员：石川哲 斋藤清康 百濑阳介
受保护的技术使用者：日本电产科宝株式会社
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/9/26