(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-17
(45)【発行日】2023-05-25
(54)【発明の名称】ギヤードモータおよびギヤードモータユニット
(51)【国際特許分類】
A63H 29/22 20060101AFI20230518BHJP
H02K 7/116 20060101ALI20230518BHJP
【FI】
A63H29/22 F
H02K7/116
(21)【出願番号】P 2018046706
(22)【出願日】2018-03-14
【審査請求日】2020-12-14
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】521395182
【氏名又は名称】株式会社フルモデルス
(74)【代理人】
【識別番号】100156199
【氏名又は名称】神崎 真
(74)【代理人】
【識別番号】100124497
【氏名又は名称】小倉 洋樹
(72)【発明者】
【氏名】古沢 北斗
【審査官】早川 貴之
(56)【参考文献】
【文献】特開2004-308870(JP,A)
【文献】特開昭57-084524(JP,A)
【文献】特開2001-018719(JP,A)
【文献】特開2017-011975(JP,A)
【文献】特開2007-159237(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A63H 1/00-37/00
H02K 7/00-7/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
減速機構を収容するギヤケースがモータケースに固定されるギヤードモータであって、
正逆回転可能なモータと、
ギヤードモータ出力軸に対して着脱自在に同軸的に取り付けられた回転部材と、
前記ギヤケースの周囲または内部に設けられ、前記回転部材の正逆回転方向それぞれの回転限度位置を検出可能な位置検出センサと
、
前記ギヤケース
に固定され、前記位置検出センサ
および前記モータと接続するモータドライバとが実装される基板
とを備え、
前記回転部材が、前記ギヤードモータ出力軸の端部側に、駆動対象物と連結する動力伝達部材を設け、
前記モータが、前記位置検出センサによる回転限度位置検出に従い、正逆回転方向それぞれの回転限度位置の間で回転可能であることを特徴とす
るギヤードモータ。
【請求項2】
前記基板が、前記ギヤードモータ出力軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項
1に記載のギヤードモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータに関し、特に、玩具、工作機械などに使用可能なモータに関する。
【背景技術】
【0002】
玩具、工作機械等の分野では、ロボット玩具、動物玩具などの可動玩具に対し、駆動装置を内蔵させ、手足などを複雑に動かすことができる。このような玩具の動きを制御するため、サーボモータと位置検出センサが玩具に装備される。例えば、位置検出センサが足などの回転角度を検出し、サーボモータは、検出される回転角度に基づいてフィードバック制御を行う(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
サーボモータを使用する場合、制御プログラムを設計し、制御回路を基板に実装させなければならない。また、位置検出センサも、フィードバック制御を行う上で、精度よく位置検出できる構成にしなければならない。これは、玩具、工作機械など、単にユーザの好みに応じた動きが求められる機械に対し、過大な駆動制御となる。
【0005】
したがって、簡易な構成であって、ユーザの嗜好に合う動作を玩具などにさせることが可能な駆動系が求められる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様であるギヤードモータは、正逆回転可能なモータの出力軸に取り付けられた回転部材と、ギヤケースの周囲または内部に設けられ、回転部材の正逆回転方向それぞれの回転限度位置を検出可能な位置検出センサとを備える。そしてモータは、位置検出センサによる回転限度位置検出に従い、正逆回転方向それぞれの回転限度位置の間で回転可能である。
【0007】
一方、本発明の他の態様であるギヤードモータは、回転部材の正逆回転方向それぞれの回転限度位置を検出可能な位置検出センサを備え、回転部材が着脱可能である。モータの出力軸に対して出力軸端部側から回転部材が取り付けられると、位置検出センサは、回転部材の正逆回転方向それぞれの回転限度位置を検出可能である。このようなギヤードモータとして、正逆回転可能なモータと、ギヤケースの周囲または内部に設けられる接触スイッチとを備え、モータの出力軸に対して出力軸端部側から回転部材が取り付けられると、接触スイッチが、回転部材の正逆回転方向それぞれの回転限度位置で、回転部材と接触するギヤードモータを構成することができる。
【0008】
このようなギヤードモータに取り付け可能な本発明の回転部材は、ギヤードモータの出力軸に対し、出力軸端部側から着脱自在に取り付け可能であって、駆動対象物と(直接あるいは間接的に)連結する動力伝達部材と、回転限度位置の境で、すなわち自身の回転可能範囲の境界部分で形状が変化するフランジとを備える。
【0009】
また、上述したギヤードモータと、モータを正逆回転方向それぞれに対して駆動ON/OFFするために操作される操作部と、モータ、操作部および位置検出センサと接続するモータドライバと、電源とを備えたギヤードモータユニットを構成することが可能であり、モータドライバは、回転部材が正逆回転方向それぞれの回転限度位置まで回転すると、前記モータを駆動停止させる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、簡易な構成であって、ユーザの嗜好に合うように玩具などの駆動対象物を動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図5】ギヤードモータユニットの電気回路図である。
【
図6】回転部材の他の例を上からみた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0013】
図1~
図4は、本実施形態であるギヤードモータおよびギヤードモータユニットの構成を示した図である。
図1は、ギヤードモータの斜視図、
図2は、ギヤードモータを上から見た平面図を示す。また、
図3は、ギヤードモータの正面図、
図4は、ギヤードモータの側面図を示す。
【0014】
ギヤ30と、DCモータなどのモータ40とを備えたギヤードモータ10は、ここでは玩具、工作用機械などに適用可能な小型ギヤードモータとして構成される。減速機構であるギヤ30は、ギヤケース30C内に収容されている。ギヤケース30Cはモータ40(モータケース)に固定され、ギヤ30とモータ40は一体的構成になっている。
【0015】
ギヤードモータ10は、基板60を備えている。基板60は、ギヤケース30C、モータ40の傍に配置され、モータ40の出力軸45の方向に沿って配置されている(
図4など参照)。また、基板60とともに、基板62、基板64がそれぞれギヤケース30Cの出力軸側端面30T、モータ40の端面40Tに沿って配置されている(
図4参照)。
【0016】
基板60は、ネジなどによってギヤケース30Cに固定される。一方、基板60の突起部60Tが基板62の凹部62Tに嵌る一方、基板64の突起部64Cが基板60の矩形状開口部60Cに嵌る。このような基板同士の接続およびはんだ付けなどにより、基板60および基板62、64は、ギヤ30およびモータ40に対して固定、支持された構造になっている。
【0017】
モータ40の出力軸45には、着脱自在に取り付け可能な回転部材20が取り付けられている。回転部材20は、玩具などの駆動対象物に対してモータ40の駆動力を伝えるギヤ22、フランジ24、筒部26を備えている(
図4参照)。ギヤ22は、駆動対象物と繋がる歯車機構(図示せず)と連結可能である。例えば、回転する駆動対象物がギヤ22と連結すると、モータ40の回転に応じて駆動対象物が回転する。
【0018】
ギヤ22と筒部26との間に形成されたフランジ24は、自身の回転範囲を規制し、ギヤケース30Cから所定距離Sだけ離れた位置で回転する。フランジ24の形状は、ここでは半周分を境にして径の異なる円板形状であり、径の大きい領域を第1フランジ部24A、径の小さい領域を第2フランジ部24Bとする。フランジ24は、3Dプリンタなどによる製造によって一体成形することができる。なお、ギヤ22を、サーボホーンなど他の動力伝達可能な部材で構成することも可能である。
【0019】
位置検出センサ50は、基板60の端部となる突起部60Tに配置され、ここでは2方向出力のレバー式接触スイッチによって構成されている。位置検出センサ50の可動接触片55は、基板60に沿った方向、すなわちモータ40の出力軸45に沿った方向を向き、基板60に沿って揺動可能である。
【0020】
位置検出センサ50は、回転部材20の回転位置によって非接触状態から接触状態へ切り替わるように、その位置が定められている。具体的には、回転部材20の径の変化(形状変化)の境となる段差部分B1、B2と可動接触片55がギヤケース30Cの外部で接触するように、出力軸方向に沿った位置、および出力軸45の軸中心Xから可動接触片55までの距離Dが定められている。
図1~4は、回転部材20が可動接触片55と接触しない、すなわち、第2フランジ部24Bが可動接触片55と隣り合う状態の図を示している。
【0021】
基板60には、電源および操作部(ここでは図示せず)が接続されるとともに、モータドライバが実装されている。モータ40に電源が供給され、ユーザが操作部を操作することによって、モータ40が回転、停止する(以下では、これらの要素を含め、ギヤードモータユニットという)。本実施形態では、ギヤードモータユニットを駆動対象物の駆動系とすることにより、ユーザのマニュアル操作に応じて駆動対象物の駆動し、そして駆動範囲を制限する。以下、これについて説明する。
【0022】
図5は、ギヤードモータユニットの電気回路図である。
【0023】
モータドライバ80は、位置検出センサ50、操作部70、電源90と接続し、また、基板60および基板64に形成された信号線によってモータ40と接続している。操作部70は、一対のスイッチ(以下、操作スイッチという)72、74を備え、モータドライバ80の入力端子82、84にそれぞれ接続されている。操作スイッチ72が押下されてON状態になると、モータ40が正回転方向(時計回り)CWに回転し、OFF状態になるまで回転し続ける。操作スイッチ74が押下されてON状態になると、モータ40が逆回転方向(反時計回り)CCWに回転し、OFF状態になるまで回転し続ける。
【0024】
位置検出センサ50は、一対のスイッチ(以下、位置検出スイッチという)52、54を備え、それぞれモータドライバ80の入力端子82、84に接続されている。回転部材20が正回転方向CWに回転し、その段差部分B2が可動接触片55と接触したとき、位置検出スイッチ52がON状態になる。一方、回転部材20が逆回転方向CCWに回転し、その段差部分B1が可動接触片55と接触したとき、位置検出スイッチ54がON状態になる。位置検出スイッチ52あるいは位置検出スイッチ54がON状態になると、モータドライバ80は、モータ40への駆動信号をOFF状態に設定し、モータ40を駆動停止させる。
【0025】
玩具などの駆動対象物を両方向に回転させる駆動系として、上述したギヤードモータユニットを使用した場合、ユーザは、操作スイッチ72、74いずれかを操作することで、駆動対象物を回転させることができる。例えば、戦艦モデルの砲塔の駆動系としてギヤードモータユニットを使用した場合、ユーザは、操作スイッチ72、74を交互に押すことで、実際の砲塔の動きに似た動きを体験することができる。なお、駆動対象物を往復直線運動させることも可能である。
【0026】
一方、モータ40が回転し続けると、回転部材20が位置検出センサ50の可動接触片55に接触し、モータ40が駆動停止する。回転部材20は、可動接触片55が段差部分B1、B2と接触する範囲(ここでは半周)の間で時計回りCW、反時計回りCCWに回転可能であり、回転範囲が1回転未満となるように規制されている。
【0027】
したがって、ユーザが操作スイッチ72、74いずれかを押し続けても、回転部材20が可動接触片55との接触位置(以下、回転限度位置という)まで回転すると、駆動対象物の回転も停止する。駆動対象物の回転可能な範囲(可動範囲)は、回転部材20の回転可能範囲に従うことから、駆動対象物と回転部材20のギヤとの間の連結機構のギヤ比などを調整することにより、駆動対象物の可動範囲を制限することができる。例えば、戦艦モデルの砲塔の可動範囲を、大砲が他の部品と接触しない範囲に定めれば、ユーザ操作によって回転オーバーとならない。
【0028】
このように本実施形態によれば、ギヤードモータ10は、回転部材20、位置検出センサ50、基板60を備える。回転部材20は、回転限度位置で径の異なるフランジ24を有し、位置検出センサ50の可動接触片55は、回転部材20が回転限度位置の段差部分B1、B2まで回転すると接触する。基板60に組み込まれたモータドライバ80は、位置検出センサ50による回転限度位置の検出に応じて、モータ40を駆動停止する。
【0029】
回転部材20、位置検出センサ50を備えたギヤードモータ10を構成することで、駆動対象物の可動範囲を設定することが可能となり、ユーザは、駆動対象物の可動範囲を知ることなく、操作部70を操作して駆動対象物を意図するように動かすことができる。
【0030】
本実施形態のギヤードモータ10は、ギヤ30とモータ40を備えた汎用的なギヤードモータに対し、回転部材20を出力軸45に装着し、基板60を出力軸45に沿って配置し、そして位置検出センサ50を基板60に実装させた組み立て容易な構成になっている。これにより、ユーザによる自作物などに対しても、確実な動作を実現できる駆動系を提供することができる。
【0031】
特に、回転部材20と位置検出センサ50の組み合わせだけで可動範囲を規定することができ、サーボモータのように、位置検出センサからの連続的出力信号に基づいて制御するフィードバック制御系を構成する必要がない。また、ユーザ操作部70によってマニュアル操作を行うため、駆動対象物(モータ40)を動かすプログラミングの必要もない。
【0032】
さらに、位置検出センサ50および回転部材20を、ギヤードモータ10のギヤケース30Cの傍あるいは周囲に設けることで、位置検出センサ50、回転部材20とを接触させる構造が容易となり、位置検出センサ50を汎用的な可動接触片55をもつスイッチで構成することが可能となる。
【0033】
本実施形態では、位置検出センサ50が2方向出力の接触スイッチで構成されている。このため、モータ40の回転を、回転部材20の回転限度位置で用意かつ確実に停止させることができる。特に、レバー式の可動接触片55が揺動するスイッチで構成されるため、正回転方向CW、逆回転方向CCW両方の回転限度位置を1つの可動接触片55だけで検知することが可能となり、回転部材20の回転許容範囲をより大きく、あるいはより小さくすることができる。
【0034】
さらに、位置検出センサ50を構成する一対の位置検出スイッチ52、54が、一対の操作スイッチ72、74と同様、モータドライバ80の正回転方向入力端子82、逆回転方向入力端子84にそれぞれ接続されている。このような簡易な回路構成によって、回転中(ユーザ操作中)の回転部材20を、自動的に回転限度位置で停止させることができる。
【0035】
一方、本実施形態では、位置検出センサ50、モータドライバ80を実装させた基板60が、ギヤードモータ10(ギアケース30C)に固定、装着されている。このような一体的構成により、モータドライバをギヤードモータ10とは異なるスペースに配置する必要がなく、操作部70、電源90を基板60に繋げるだけで駆動系を構築することができる。また、基板60を出力軸45に沿って配置することにより、可動接触片55を回転部材20と接触させるように位置検出センサ50の設置を定めることが容易となる。
【0036】
図6は、回転部材の他の例を上からみた平面図である。ただし、ギヤ22を図示していない。
【0037】
回転部材20は、上述したように出力軸45に対して取り外し可能であり、他のフランジ形状をもつ回転部材を取り付けることが可能である。
図6(a)に示す回転部材120は、一部に切欠き部分124Aが形成されたフランジ124を有し、形状の変化する段差部分B1、B2の範囲(60°以内)で回転部材20が回転可能となる。一方、
図6(b)に示す回転部材220は、扇形の突起部分224Aが形成されたフランジ224を備えている。これによって、回転部材220は、300°以上の範囲で回転することができる。
【0038】
様々な回転可能な範囲をもつ回転部材を出力軸45に取り付け可能であることを考慮すれば、ギヤードモータ10と駆動対象物との間の連結構造をそのままにし、その駆動対象物の可動範囲に適応した回転限度位置を定めた回転部材(
図6の回転部材120、220など)を、選択的に出力軸45に装着させることが可能となる。フランジの形状も、
図6以外の形状にしてもよい。正逆回転両方それぞれの回転限度位置に合わせ、回転可能範囲の境界部分において形状が変化するフランジを形成し、回転可能範囲では位置検出センサ50と接触せず、その形状変化が現れる境で位置検出センサ50と接触するようにすればよい。
【0039】
一方、位置検出センサ50については、光センサなどで構成することも可能である。この場合、出力軸45に沿って光を放射し、正逆回転方向それぞれの回転限度位置を境にして形状が変化するフランジに光が当たることで、回転部材20の回転限度位置を検出することができる。また、基板60をギヤードモータ10と一体化せず、別のスペースに設置するように構成してもよい。操作部70を設けずに自動的にモータ40を駆動させるようにしてもよい。
【0040】
ギヤケース30Cは、ギヤ30が部分的に露出し、受け板と支柱などで構成されるケースで構成してもよい。この場合、ギヤケース30Cの内部に位置検出センサ50を設けるようにしてもよい。また、玩具、工作用機械以外の駆動対象物に対しても、ギヤードモータ10およびギヤードモータユニットを適用することが可能である。
【符号の説明】
【0041】
10 ギヤードモータ
20 回転部材
22 ギヤ(動力伝達部材)
24 フランジ
30 ギヤ
30C ギヤケース
40 モータ
50 位置検出センサ
52、54 位置検出スイッチ
55 可動接触片
60 基板
70 操作部
72、74 操作スイッチ
80 モータドライバ
90 電源