特開 2023-175340 歯車およびこれを備えるモータユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023175340

(43)【公開日】2023-12-12

(54)【発明の名称】歯車およびこれを備えるモータユニット

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/06 20060101AFI20231205BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20231205BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

F16H55/06

H02K7/116

F16H55/17 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022087739

(22)【出願日】2022-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002233

【氏名又は名称】ニデックインスツルメンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002158

【氏名又は名称】弁理士法人上野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今井 健太郎

【テーマコード（参考）】

3J030

5H607

【Ｆターム（参考）】

3J030AA12

3J030BA01

3J030BB03

3J030BC01

3J030BC02

3J030BC08

3J030BC10

3J030BD09

5H607BB01

5H607BB10

5H607BB14

5H607CC03

5H607DD03

5H607EE31

(57)【要約】

【課題】金属部と樹脂部とを有するインサート成形歯車についてその構造効率を改善する。また、この歯車を好適に用いたモータユニットを提供する。
【解決手段】金属製の歯車部材である金属部と、金属部とともにインサート成形される樹脂部と、を有し、金属部は、該金属部の歯車部分のその歯幅方向の一端である根元部が樹脂部に埋没している歯車、及び、本発明の歯車と、駆動源であるモータと、樹脂製の複数の歯車部材を含む減速歯車列と、金属製の歯車部材である出力軸と、を備え、金属部の歯車部分は、出力軸の歯車部分と噛合するモータユニットによりこれを解決する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の歯車部材である金属部と、
前記金属部とともにインサート成形される樹脂部と、を有し、
前記金属部は、該金属部の歯車部分のその歯幅方向の一端である根元部が、前記樹脂部に埋没している、
歯車。

【請求項2】

前記歯車部分の軸線方向に沿う方向を上下とし、前記根元部は該歯車部分の下端部であるときに、
前記金属部は、前記根元部の下に、該根元部から連続して、該根元部の歯底よりもその径方向外側に張り出した抜け止め部を有し、
前記抜け止め部は、前記根元部とともに前記樹脂部に埋没している、
請求項１に記載の歯車。

【請求項3】

前記金属部は焼結部品であり、
前記金属部は、
前記歯車部分よりも上に該歯車部分よりも径方向外側に突き出した部分がなく、
前記抜け止め部よりも下に該抜け止め部よりも径方向外側に突き出した部分がない、
請求項２に記載の歯車。

【請求項4】

前記抜け止め部は円柱形状または円筒形状であり、
前記抜け止め部の直径は前記歯車部分の歯先円直径と同一である、
請求項２に記載の歯車。

【請求項5】

前記歯車部分の軸線方向に沿う方向を上下としたときに、
前記金属部は、該金属部の回転中心を上下に貫通する軸穴を有し、
前記金属部は、前記樹脂部から上下に突き出している、
請求項１に記載の歯車。

【請求項6】

前記抜け止め部の上面を覆う前記樹脂部の上下方向の厚みは、該抜け止め部の下面を覆う前記樹脂部の上下方向の厚みよりも大きい、
請求項２に記載の歯車。

【請求項7】

前記樹脂部は、その外周面に歯部が形成された歯車部材である、
請求項１に記載の歯車。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の歯車と、
駆動源であるモータと、
樹脂製の複数の歯車部材を含む減速歯車列と、
金属製の歯車部材である出力軸と、を備え、
前記金属部の前記歯車部分は、前記出力軸の歯車部分と噛合する、
モータユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は歯車部品のインサート成形技術に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献には、金属製の歯車部材をインサート部品とする複合歯車が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０６６０２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献の複合歯車では、金属製の歯車部材がその中心に据えられ、そしてその周囲に樹脂製の歯車が射出成形されている。係る複合歯車では、樹脂部に埋没する金属部の根元（連結部分１１１）に別途複数の凸部が設けられており、これにより樹脂部を金属部に対して軸線方向および円周方向に係合させ、樹脂部の空転・脱落を防止している。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、このような金属部と樹脂部とを有するインサート成形歯車について、その構造効率を改善すること、及びこの歯車を好適に用いたモータユニットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の歯車は、金属製の歯車部材である金属部と、前記金属部とともにインサート成形される樹脂部と、を有し、前記金属部は、該金属部の歯車部分のその歯幅方向の一端である根元部が、前記樹脂部に埋没していることを要旨とする。

【0007】

金属部の歯車部分の一部を樹脂部の空転止めに用いることにより、別途そのための構造を備える必要がなくなり、金属部と樹脂部との係合構造を簡略化することができる。

【0008】

また、本発明の歯車は、前記歯車部分の軸線方向に沿う方向を上下とし、前記根元部が該歯車部分の下端部であるときに、前記金属部が、前記根元部の下に、該根元部の歯底よりもその径方向外側に張り出した抜け止め部を有し、前記抜け止め部は、前記根元部とともに前記樹脂部に埋没していることが好ましい。歯車はその構造上当然に歯溝を有している。その歯溝を利用して樹脂部の抜け止め部を設けることにより、金属部の構造をより効率化することができる。

【0009】

このとき、前記金属部は焼結部品であり、前記金属部は、前記歯車部分よりも上に該歯車部分よりも径方向外側に突き出した部分がなく、前記抜け止め部よりも下に該抜け止め部よりも径方向外側に突き出した部分がないことが好ましい。金属部にオーバーハングする要素をもたせず、これを焼結部品とすることにより、金属部を切削加工によって成形する場合に比べ、その製造コストを低く抑えることができる。

【0010】

また、本発明の歯車は、前記抜け止め部を円柱形状または円筒形状とし、前記抜け止め部の直径を前記歯車部分の歯先円直径と同一にすることが好ましい。それにより金属部の形状が単純化され、成形がより容易となる。

【0011】

また、本発明の歯車は、前記歯車部分の軸線方向に沿う方向を上下としたときに、前記金属部は、該金属部の回転中心を上下に貫通する軸穴を有し、前記金属部は、前記樹脂部から上下に突き出していることが好ましい。そうすることで、樹脂部の成形時に充填された樹脂が金属部の外周面で遮断され、軸穴内に入り込みにくくなる。

【0012】

また、本発明の歯車は、前記抜け止め部の上面を覆う前記樹脂部の上下方向の厚みが、該抜け止め部の下面を覆う前記樹脂部の厚みよりも大きいことが好ましい。これにより樹脂部の空転をより強固に防ぐことができる。

【0013】

また、前記樹脂部は、その外周面に歯部が形成された歯車部材であってもよい。

【0014】

また、上記課題を解決するため、本発明のモータユニットは、本発明の歯車と、駆動源であるモータと、樹脂製の複数の歯車部材を含む減速歯車列と、金属製の歯車部材である出力軸と、を備え、前記金属部の前記歯車部分は、前記出力軸の歯車部分と噛合することを要旨とする。最も大きなトルクが加わる部分にのみ金属部品を用いることで、モータユニットの製造コストを抑えることができる。

【発明の効果】

【0015】

このように、本発明によれば、金属部と樹脂部とを有するインサート成形歯車についてその構造効率を改善することができ、また、これを用いたモータユニットの製造コストを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】モータユニットの外観を示す斜視図である。

【図2】モータユニットの内部構造を示す側面視断面図である。

【図3】モータユニットの減速機構を示す透視平面図である。

【図4】第４歯車の平面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。

【図5】金属部の斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、及び側面図（ｃ）である。

【図6】第４歯車の側面視断面図（ａ）、及び部分拡大図（ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の歯車およびこれを備えるモータユニットの実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明するモータユニットは、駆動源であるステッピングモータの回転を減速して出力するギヤードモータである。

【0018】

（全体構成）
図１はモータユニット１の外観を示す斜視図である。以下の説明において、「上」および「下」とは、図１等に描かれた座標軸のＺ軸に平行な方向をいい、Ｚ１側を「上」、Ｚ２側を「下」とする。「前」および「後ろ」とは、同座標軸のＸ軸に平行な方向をいい、Ｘ１側を「前」、Ｘ２側を「後ろ」とする。同様に、「左右」とは同座標軸表示のＹ軸に平行な方向をいう。

【0019】

図１に示すように、本形態のモータユニット１は、モータケース１９と、モータケース１９の前方に装着された端子カバー１５と、モータケース１９から上方に突き出した出力軸６０と、を有している。モータケース１９は、カップ形状のステータカップ１１と、ステータカップ１１の開口を塞ぐカバープレート１２とにより構成される金属製のケース体である。出力軸６０の軸部６１は、モータユニット１の用途により適宜変更可能である。

【0020】

図２は、モータユニット１の内部構造を示す側面視断面図である。上でも述べたように、モータユニット１はステッピングモータを駆動源とするギヤードモータである。本形態のステッピングモータは２相ステッピングモータであり、そのステータは、Ａ相コイルボビン２１に巻回されたＡ相ステータコイル２２と、Ｂ相コイルボビン２６に巻回されたＢ相ステータコイル２７と、を有している。Ａ相ステータコイル２２はクローポール形の突極である上側ヨーク２３ａと下側ヨーク２３ｂとを有している。Ｂ相ステータコイル２７も同様に、上側ヨーク２８ａと下側ヨーク２８ｂとを有している。Ｂ相ステータコイル２７の下側ヨーク２８ｂはステータカップ１１の底部１１ａがステータカップ１１内に切り起こされることで形成されている。

【0021】

ステータコイル２２，２７の環内には所定のエアギャップを置いてロータ３０が配置されている。ロータ３０は、永久磁石であるロータマグネット３２と、ロータマグネット３２とインサート成形された樹脂製の軸体であるロータサポート３１とにより構成されている。ロータサポート３１の回転中心には上下に貫通した貫通穴が形成されており、その貫通穴には金属製の固定軸であるロータ軸３９が挿通されている。ロータ軸３９はその基端部がステータカップ１１の底部１１ａに圧入固定されている。ロータ３０の下面は板ばねであるリーフスプリング３５に支持されており、ロータ３０はリーフスプリング３５により上方に付勢されている。

【0022】

ロータサポート３１の上端には歯車部であるロータピニオン３１ａが形成されている。上側ヨーク２３ａとカバープレート１２との間には複数の支軸４９が固定されており、支軸４９には、後述する減速歯車列４０を構成する第２歯車４１、第３歯車４２、及び第４歯車５０が回転可能に支持されている。

【0023】

出力軸６０は、軸部６１と、これに圧入固定される円環形状の歯車部６２と、により構成される金属製の軸部材である。軸部６１は快削鋼であり、歯車部６２は焼結部品である。歯車部６２は後述する第４歯車５０と噛合しており、出力軸６０の下端部（ボス部６８）は、Ａ相コイルボビン２１の上面に形成された円筒形状の軸受２１１に回転可能に支持されている。

【0024】

出力軸６０の軸部６１は、カバープレート１２に設けられたバーリング部１２１から上方に突き出している。バーリング部１２１の開口内には円環形状の含油軸受１２２が固定されており、軸部６１はその外周面が含油軸受１２２に支持されている。

【0025】

図３はモータユニット１の減速機構を示す透視平面図である。モータユニット１は、ロータ３０の回転を減速して出力軸６０に伝達する減速歯車列４０である、第２歯車４１、第３歯車４２、及び第４歯車５０を有している。これら歯車はいずれも、ピッチ円径の異なる平歯車が軸線方向に一体化された複合歯車である。ロータピニオン３１ａの回転は、第２歯車４１、第３歯車４２、及び第４歯車５０を経て減速され、出力軸６０に伝達される。

【0026】

（第４歯車の構造）
図４は第４歯車５０の平面図（ａ）、及び側面図（ｂ）である。図５は金属部５１の斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、及び側面図（ｃ）である。図６は第４歯車５０の側面視断面図（ａ）、及び部分拡大図（ｂ）である。以下、図４から図６を参照して第４歯車５０の構造とその特徴について説明する。

【0027】

本形態の第４歯車５０は、金属製の歯車部材である金属部５１と、金属部５１とともにインサート成形される樹脂製の歯車部材である樹脂部５５とを有している。金属部５１の歯車部５２は第４歯車５０の小径歯車を構成しており、樹脂部５５の歯車部５６は第４歯車５０の大径歯車を構成している。金属部５１の歯車部５２は出力軸６０の歯車部６２と噛合しており、樹脂部５５の歯車部５６は第３歯車４２の図示しない小径歯車と噛合している。金属部５１の回転中心には支軸４９が挿通される貫通穴である軸穴５４が設けられている。

【0028】

図５及び図６に示すように、金属部５１は、その歯車部５２の下端部（歯幅方向の一端）である根元部５２ａの下に、円筒形状の抜け止め部５３を有している。抜け止め部５３は樹脂部５５に埋没し、樹脂部５５と上下方向に係合することで、樹脂部５５が金属部５１から脱落することを防止する。

【0029】

本形態では、抜け止め部５３の直径を歯車部５２の歯先円直径と同一にすることで金属部５１の形状を単純化しているが（図５（ｂ）参照）、抜け止め部５３は、歯車部５２の歯底円直径よりも大径であれば、つまり歯車部５２の歯溝から外側に少なくともその一部が突き出して入れば、樹脂部５５の脱落防止効果を得ることができる。歯車は、歯車としてのその構造上、当然に歯溝を有している。本形態では歯車部５２の歯溝を利用して樹脂部５５との係合部を設けることにより、金属部５１の構造を簡略化している。また、本形態では金属部５１が軸穴５４を備える都合上、抜け止め部５３が円筒・円環形状になっているが、軸穴５４がなければこれを円柱・円板・円盤形状としてもよい。また、抜け止め部５３の平面形状は円形には限られない。抜け止め部５３は、回転中心を対称の中心として点対称な形状であり、少なくともその一部が歯車部５２の歯溝から外側に突き出した形状であれば、どのような形状であってもよい。

【0030】

図５に示すように、抜け止め部５３の上面５３ａは、その外縁にアールが設けられ、さらに、歯車部５２の歯底に向かって指数関数状に盛り上がる曲面を有している。歯車部５２は係る上面５３ａの形状に沿って抜け止め部５３の側面まで延びている。これにより、歯車部５２の根元部５２ａと抜け止め部５３は、その上下方向の範囲の一部が重なっている。

【0031】

そして、図６に示すように、本形態の金属部５１は、その根元部５２ａが樹脂部５５の中に埋没している。これにより樹脂部５５の空転が防止される。本形態の第４歯車５０は、歯車部５２の一部を樹脂部５５の空転止めに用いることにより、金属部５１と樹脂部５５との係合構造をさらに簡略化している。また、本形態の第４歯車５０は、抜け止め部５３の上面５３ａを覆う樹脂部５５の上下方向の厚みｔ１が、下面５３ｂを覆う樹脂部５５の厚みｔ２よりも大きい。これにより樹脂部５５の空転がより強固に阻止される。

【0032】

また、本形態の金属部５１は焼結部品である。金属部５１は、歯車部５２の上には、歯車部５２よりも径方向外側に突き出した部分がなく、抜け止め部５３の下には、抜け止め部５３よりも径方向外側に突き出した部分がない。金属部５１にオーバーハングする要素をもたせず、これを焼結部品とすることにより、金属部５１を切削加工によって成形する場合に比べ、その製造コストが低く抑えられている。

【0033】

また、上でも述べたように、ロータピニオン３１ａは樹脂製の歯車である。減速歯車列４０を構成する第２歯車４１、及び第３歯車４２も樹脂製の歯車である。そして第３歯車４２に噛合する第４歯車５０の大径歯車（樹脂部５５）も樹脂製の歯車である。そして、第４歯車５０の小径歯車（金属部５１）と出力軸６０は金属製である。本形態のモータユニット１は、最も大きなトルクが加わる部分にのみ金属部品を用いることにより、モータユニット１の製造コストを抑えている。

【0034】

また、本形態の金属部５１は、その歯車部５２が樹脂部５５から上方に突き出しており、その底部５９が樹脂部５５から下方に突き出している。つまり金属部５１は樹脂部５５を上下に貫通している。これにより、樹脂部５５のインサート成形時に充填された樹脂は、金属部５１の外周面によってその進行が遮断されるため、軸穴５４内に樹脂が入り込みにくくなる。

【0035】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態の樹脂部５５は歯車部５６を有する歯車部材であるが、樹脂部５５は、歯車部５６を備えず、例えば滑車や、特定形状の従動カムであってもよい。

【符号の説明】

【0036】

１：モータユニット，１９：モータケース，２０：ステータ，３０：ロータ，３１ａ：ロータピニオン，４０：減速歯車列，４１：第２歯車，４２：第３歯車，５０：第４歯車（歯車），５１：金属部，５２：歯車部（歯車部分），５２ａ：根元部，５３：抜け止め部，５３ａ：抜け止め部の上面，５３ｂ：抜け止め部の下面，５４：軸穴，５５：樹脂部，ｔ１：樹脂部の厚み，ｔ２：樹脂部の厚み，５６：歯車部（歯車部分），５９：底部，６０：出力軸，６１：軸部，６２：歯車部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】