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JP6223738B2 - ギヤードモータ - Google Patents

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JP6223738B2
JP6223738B2 JP2013152833A JP2013152833A JP6223738B2 JP 6223738 B2 JP6223738 B2 JP 6223738B2 JP 2013152833 A JP2013152833 A JP 2013152833A JP 2013152833 A JP2013152833 A JP 2013152833A JP 6223738 B2 JP6223738 B2 JP 6223738B2
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Description

本発明は、ギヤードモータに関し、さらに詳しくは、歯車輪列を介してモータの動力が伝達される出力部材と、この出力部材の回転方向及び回転角度を検出するための回転位置検出手段とを備えたギヤードモータに関するものである。
ギヤードモータは、モータの駆動力を歯車輪列を介すことによって所定の減速比で減速し、出力部材へと伝達する構成を備える。ギヤードモータには、出力部材の回転方向及び回転角度を検出するための回転位置検出手段を備えるものがあり、一般的な回転位置検出手段としては、ロータリーポテンショメータ(以下単に「ポテンショメータ」という。)などが知られている。
特許文献1乃至特許文献3には、ポテンショメータを歯車軸の軸受としても利用する構成のギヤードモータが記載されている。これらギヤードモータは、ポテンショメータを軸受として支持するため、ポテンショメータを実装する基板には非可撓性のリジッド基板が用いられており、また、そのリジッド基板と、リジッド基板を固定する支持板とを接触させる構造とすることにより、リジッド基板の撓みを抑制している。さらに、そのリジッド基板及び支持板には、ポテンショメータの実装位置を定め、ポテンショメータの軸受孔に貫通された歯車軸を逃がすための孔が設けられている。
上記ギヤードモータは、ポテンショメータを歯車軸の軸受としても利用することにより、出力部材の回転位置検出に係る設計の自由度を損なうことなく、部品点数の増加を抑えることを可能としている。
一方で、上記ギヤードモータは、リジッド基板と支持板とが接触した構造により、リジッド基板と支持板との当接面の隙間に毛細管力が生じ、かかる毛細管力の作用により、近傍の歯車又はその支軸(以下「歯車等」という。)に塗布されたグリスからベースオイルが分離され、その隙間へ侵入し得ることが、調査の結果確認されている。毛細管力により隙間に侵入したベースオイルは、リジッド基板に設けられた上述の孔を経てポテンショメータへと到達する。ポテンショメータの内部にベースオイルが侵入した場合、ポテンショメータのブラシと抵抗印刷面の摩耗が促進され、ポテンショメータの耐久性を低下させる虞がある。
上記事象を回避するため、リジッド基板と当接する支持板の面に複数の凸部を設け、その凸部によりリジッド基板を支持し、毛細管力の発生を防止するという方法が考えられるが、モータの高さやケース内の空間の制限から、かかる方法を採用することは困難である。
特開2011−244633号公報 特開2012−139017号公報 特開2013−046458号公報
上記問題に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、ポテンショメータを歯車軸の軸受としても利用する構成のギヤードモータにおいて、毛細管力の作用によるポテンショメータ内部へのグリス成分の侵入を回避しようとするものである。
上記課題を解決するために本発明にかかるギヤードモータは、
駆動源であるモータと、前記モータの駆動力を出力部材に伝達する、一または複数の歯車を有する歯車輪列と、前記出力部材に直接又は他の歯車を介して噛合された回転位置検出歯車の支軸を挿通し回転可能に支持する軸受孔が形成されるとともに、前記出力部材の回転方向及び回転角度を検出する回転位置検出手段と、前記回転位置検出手段が実装されるリジッド基板と、前記モータ及び前記リジッド基板が固定される支持部材と、を備え、前記回転位置検出手段は抵抗体パターンが形成された摺動面と該摺動面を摺動する摺動子を有し、前記歯車輪列を構成する歯車、前記他の歯車、前記回転位置検出歯車、これら歯車の支軸、のうち少なくとも一箇所には潤滑剤が塗布され、前記リジッド基板および前記支持部材はこれらの対向面が当接するように配置されており、前記リジッド基板には前記回転位置検出手段の実装位置を定める位置決め孔が形成され、前記位置決め孔に対向する前記支持部材の部位には前記位置決め孔よりも開口幅の広い凹部又は貫通孔が形成されていることを要旨とするものである。
本発明にかかるギヤードモータは、リジッド基板に形成された回転位置検出手段の位置決め孔の開口径よりも、その位置決め孔に対向する支持部材の部位に形成される凹部又は貫通孔の開口幅を広くすることにより、毛細管力をその開口部で遮断し、潤滑剤の成分が回転位置検出手段へと到達することを阻止することができる。さらに、位置決め孔の開口端の全周において、前記凹部又は貫通孔の開口端を外側とすることにより、位置決め孔の全周囲からの潤滑剤の侵入を阻止することができる。ここで、支持板の凹部又は貫通孔にはテーパ状の切欠き等も含まれ、その開口部は円形に限られない。つまり、リジッド基板と支持部材との当接面に生じた毛細管力を遮断し得るすべての空間を意味する。
また、前記支持部材に形成された、前記歯車輪列を構成する歯車の支軸又は前記他の歯車の支軸を挿入し支持する突起部が、前記リジッド基板の取付孔に嵌合されることにより、前記支持部材と前記リジッド基板とが固定される構成とすれば、リジッド基板と支軸の位置の自由度を高くすることができる。この構成では、歯車やその支軸から流れ落ちた潤滑剤成分がリジッド基板と支持部材との当接面に生じた隙間に侵入しやすいが、本発明においては、このような構成にあっても、回転位置検出手段内部への上記潤滑剤成分の侵入を低減することができる。
また、前記回転位置検出手段が、前記リジッド基板に接合される端子と、前記軸受孔の周縁に突出した円筒部であって前記リジッド基板の前記位置決め孔と嵌合される部分と、を有することにより、リジッド基板へのポテンショメータの実装位置のずれが防止され、回転位置検出手段に挿通された歯車と他の歯車との噛合精度を高めることが可能となる。
また、前記回転位置検出手段の前記軸受孔に挿通された支軸を、前記回転位置検出手段の軸受孔及び前記リジッド基板の位置決め孔に貫通させることにより、回転位置検出手段の軸受孔が支軸を支持する範囲が最大化され、また、支軸の支点が支軸の中心へと近づくことから、支軸の傾きが抑制され、回転位置検出手段に挿通された歯車と他の歯車との噛合精度を高めることができる。
さらに、前記回転位置検出手段の前記軸受孔に挿通された前記支軸が、その外周側へ付勢される弾性体からなることにより、軸受孔と支軸との噛合力が強化され、支軸の傾きをより抑制することができる。
また、前記歯車輪列の支軸が前記支持部材に圧入固定される場合、支軸圧入時の摩擦により支持部材が削られ、その摩耗粉が歯車等の潤滑剤に混入することがある。支持部材を構成する樹脂はその強度改善のためガラス繊維が配合されていることがあり、そのガラス繊維が混入した潤滑剤が回転位置検出手段の摺動面に付着すると、摺動面及び摺動子の摩耗が促進される。本発明においては、このような構成にあっても、回転位置検出手段内部への上記潤滑剤成分の侵入が阻止されることにより、上記問題を回避することができる。
本発明に係るギヤードモータによれば、ポテンショメータを歯車軸の軸受としても利用する構成のギヤードモータにおいて、毛細管力の作用によるポテンショメータへのグリス成分の侵入を回避することが可能となる。
本実施形態にかかるギヤードモータ1の分解斜視図である。 図1に示したギヤードモータ1の歯車部及びリジッド基板固定部の拡大分解斜視図である。 図1に示したギヤードモータ1のポテンショメータの一部断面斜視図である。 図1に示したギヤードモータ1のポテンショメータ取付部の拡大分解斜視図である 図1に示したギヤードモータ1のポテンショメータ取付部の垂直断面図である。 支持板の逃がし孔を凹部とした図5の垂直断面図である。 支持板の逃がし孔をテーパ状の切欠きとした図5の垂直断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態は、流路を流れる液体の流量又は混合比を調節する弁体の位置を検出するバルブに用いられるギヤードモータに関する。図1は、本実施形態にかかるギヤードモータ1の分解斜視図、図2は、ギヤードモータ1の歯車部及びリジッド基板固定部の拡大分解斜視図、図3は、ギヤードモータ1のポテンショメータの一部断面斜視図、図4は、ギヤードモータ1のポテンショメータ取付部の拡大分解斜視図、図5は、ギヤードモータ1のポテンショメータ取付部の垂直断面図、図6は、支持板の逃がし孔を凹部とした図5の垂直断面図、図7は、支持板の逃がし孔をテーパ状の切欠きとした図5の垂直断面図である。なお、以下の説明における上下方向とは、図1における上下方向というものとする。
まず、図1に基づいて、本実施形態のギヤードモータの概略構成について説明する。本実施形態にかかるギヤードモータ1は、駆動源となるモータ10と、モータ10の駆動力を所定の減速比で減速し、第四の歯車24(本発明における出力部材に相当する)へと伝達する歯車輪列20と、第四の歯車24の回転をポテンショ歯車30(本発明における回転位置検出歯車)へと伝達する第五の歯車29(本発明における他の歯車)、ポテンショ歯車30の回転により第四の歯車24の回転方向及び回転角度を検出するポテンショメータ40(本発明における回転位置検出手段に相当する)と、ポテンショメータ40が実装されるリジッド基板50と、モータ10を電源等と電気的に接続するためのフレキシブル基板60と、これらの部材を収容するケース70と、リジッド基板50およびフレキシブル基板60に電気的に接続されるコネクタ部80とを備える。
モータ10は、公知のステッピングモータである。モータ10の固定軸11には、歯車輪列20を構成する第一の歯車21が回転可能に支持されている。このモータ10は、その上部のプレートが下ケース71と支持板73(本発明における支持部材)により上下方向から挟まれるように固定されている。支持板73の略中央には上方へ突出する円筒部731が設けられ、円筒部731の側方には第一の歯車21の一部を外部へ露出させる窓部732が形成されている。固定軸11に回転可能に支持された第一の歯車21は円筒部731に遊挿され、その一部が窓部732から露出することにより、他の歯車と噛合可能となる。
モータ10の駆動力により第一の歯車21が回転し、第二の歯車22、第三の歯車23の順にモータ10の駆動力が所定の減速比で減速され、第四の歯車24へと伝達される。第四の歯車24の上面には連結穴242が形成されおり、バルブの弁体を開閉させる図示されない出力軸が連結穴242に結合される。ポテンショ歯車30は、第五の歯車29を介して第四の歯車24と連結することにより第四の歯車24に連動する。このポテンショ歯車30の支軸は、ポテンショメータ40に設けられた軸受孔に挿通されることにより支持されている。
コネクタ部80は、ギヤードモータ1とそれを制御する外部機器とを接続する図示されないコネクタが嵌合される部分である。コネクタ部80は、入出力端子を構成するモータ用ピン81(本実施形態では四本設けられている)と、回転位置検出手段用ピン82(本実施形態では三本設けられている)とを有する。これらの端子ピンは、下ケース71と一体成形されたコネクタ嵌合部83の底面を貫通するように直線状に並んで固定されている。
回転位置検出手段用ピン82は、リジッド基板50に直線状に形成された透孔51に挿通され、リジッド基板50に形成されたランドに半田付けされている。また、モータ用ピン81は、フレキシブル基板60に直線状に形成された透孔61に挿通され、フレキシブル基板60に形成されたランドに半田付けされている。
これら各構成部材は、ケース70に収容されている。ケース70は、下ケース71と、上ケース72と、支持板73とを有する。下ケース71には、筒状に窪んだ凹部が形成され、かかる凹部にモータ10が収容されている。
上ケース72は、支持板73に支持された歯車輪列20や第五の歯車29、ポテンショ歯車30を覆うように下ケース71に固定されている。上ケース72の上面には、出力孔721が形成されている。第四の歯車24の上面、すなわち連結穴242は、かかる出力孔721から外部に露出することにより、バルブの弁体を開閉させる図示されない出力軸と結合可能となる。
次に、図2に基づいて、歯車輪列20の連結構造、リジッド基板50の固定構造についてより詳細に説明する。歯車輪列20は、本実施形態では四つの歯車により構成されている。上述したように、モータ10の固定軸11に回転可能に支持された第一の歯車21はモータ10の駆動力により回転する。第二の歯車22は、支持板73に圧入固定された支軸41に回転自在に支持された状態で、第一の歯車21と噛合している。具体的には、第二の歯車22における大径歯車部(下側の歯車部)221が第一の歯車21と噛合している。第三の歯車23は、支持板73に圧入固定された支軸42に回転自在に支持された状態で、第二の歯車22と噛合している。具体的には、第三の歯車23における大径歯車部(下側の歯車部)231が第二の歯車22における小径歯車部(上側の歯車部)222と噛合している。第四の歯車24は、支持板73の円筒部731の上面に形成された支持孔に回転自在に支持された状態で、第三の歯車23と噛合している。具体的には、第四の歯車24における大径歯車部241は、第三の歯車23における小径歯車部(上側の歯車部)232と噛合している。モータ10の駆動力は、第一の歯車21、第二の歯車22、第三の歯車23を経て第四の歯車24に所定の減速比で伝達される。
ここで、支持板73には、その強度改善のためガラス繊維が配合されており、支軸41乃至43を圧入した際の摩擦により支持板73が削られ、その摩耗粉が歯車等に塗布されたグリス(本発明における潤滑剤に相当する)に混入することがあるが、本発明の効果により、ガラス繊維が混入したグリス成分のポテンショメータ40内部への侵入は阻止される。
第五の歯車29は、支持板73に圧入固定された支軸43に回転自在に支持された状態で、第四の歯車24と噛合している。具体的には、第五の歯車29の上側の歯車部291が第四の歯車24における小径歯車部(下側の歯車部)243と噛合している。ポテンショ歯車30は、ポテンショメータ40に支持された状態で第五の歯車29の下側の歯車部292と噛合している。ポテンショ歯車30は、第五の歯車29と噛合することにより、第四の歯車24に連動する。つまり、モータ10から第四の歯車24への動力伝達経路とは別の経路でモータ10の駆動力がポテンショ歯車30に伝達される。これら歯車等の全部又は一部にはグリスが塗布される。
このポテンショ歯車30の支軸は、ポテンショメータ40に形成された軸受孔に挿通されることにより支持されている。つまり、本実施形態において、ポテンショメータ40は、第四の歯車24の回転方向及び回転角度を検出する回転位置検出手段として機能するとともに、ポテンショ歯車30を回転可能に支持する軸受部材としても機能している。
ポテンショメータ40はリジッド基板50の上面に実装され、リジッド基板50は支持板73の上面に固定される。尚、ポテンショメータ40が実装される基板は、可撓性を有さない硬質材料からなるプリント回路基板(リジッド基板)でなければならない。かかる基板は、ポテンショ歯車30を支持するポテンショメータ40が実装される基板であり、いわゆるフレキシブル基板のような可撓性を有する回路基板であれば、ポテンショメータ40を軸受として支持することができないからである。
支持板73には、上方に突出した二つの突起部733があり、突起部733をリジッド基板50に形成された二つの取付孔52に挿通させることによってリジッド基板50が支持板73上に固定される。また、リジッド基板50は下ケース71と上ケース72に挟持されることにより、ケース内での上下方向の位置が固定される。
次に、図3に基づいて、ポテンショメータ40の内部構造について説明する。本実施形態におけるポテンショメータ40は、可変抵抗を用いた、三つの端子404を有する一般的な構成のものであり、そのケース401内に、ブラシ402(本発明における摺動子に相当する)及びリジッド基板50との当接面側にリング状の抵抗印刷面403(本発明における抵抗体パターンが形成された摺動面に相当する)を有する。ブラシ402はポテンショ歯車30の支軸を挿通する軸受孔405と一体的に回転可能に形成されている。ギヤードモータ1では、このポテンショ歯車30の回転方向及び回転角度に基づき、第四の歯車24及びバルブの弁体を開閉させる図示されない出力軸の回転方向及び回転角度を算出する。
次に、図4及び図5に基づいて、ポテンショメータ40、リジッド基板50、支持板73の固定構造についてより詳細に説明する。リジッド基板50は支持板73の上面に固定されており、ポテンショメータ40はリジッド基板50の上面に実装されている。上述したように、リジッド基板50の支持板73への固定は、支持板73の上方に突出した二つの突起部733をリジッド基板50の取付孔52に嵌合することにより行う。
ポテンショメータ40のリジッド基板50への実装は、ポテンショメータ40の軸受孔405の周縁に突出した円筒部406をリジッド基板50の位置決め孔501に嵌合させるとともに、端子404をリジッド基板50に接合することにより行う。この構成により、リジッド基板50へのポテンショメータ40の実装位置のずれが防止され、ポテンショメータ40に挿通されたポテンショ歯車30と他の歯車との噛合精度が高められている。
ポテンショ歯車30の支軸301は、ポテンショメータ40の軸受孔405に挿通され、ポテンショメータ40によって回転可能に支持されている。支軸301はポテンショメータ40の軸受孔405のみならず、リジッド基板50の位置決め孔501をも貫通している。この構成により、軸受孔405が支軸301を支持する範囲が最大化され、また、支軸301の支点が支軸301の中心へと近づくことから、支軸301の傾きが抑制され、ポテンショメータ40に挿通されたポテンショ歯車30と他の歯車との噛合精度が高められている。さらに、支軸301には、その外周側へと付勢される樹脂バネ(本発明における弾性体に相当する)が用いられており、軸受孔405と支軸301との噛合力が強化されることにより、支軸301の傾きを抑制する効果がさらに高くなっている。
リジッド基板50の位置決め孔501に対応する支持板73の部位には、位置決め孔501よりも開口幅の広い、支軸301の逃がし孔735(本発明における凹部又は貫通孔に相当する)が形成されている。逃がし孔735の開口幅が位置決め孔501よりも広く、また、位置決め孔501の開口端の全周において逃がし孔735の開口端736が外側となっていることにより、近傍の歯車又はその支軸に塗布されたグリスの成分がリジッド基板50と支持板73との当接面の隙間へ侵入しても、逃がし孔735で毛細管力が途絶えるため、グリスの成分がポテンショメータの内部へ到達することが阻止できる。尚、図5における逃がし孔735は貫通した孔であるが、これは、図6又は図7に示されるような凹部、テーパ状の切欠きでもよく、また、その開口部は円形に限られない。つまり、リジッド基板50と支持板73との当接面に生じた毛細管力を遮断し得る空間であればよい。さらに、リジッド基板50と指示版70との当接面に撥油剤を塗布し、隙間へのグリスの成分の侵入を阻止することにより、本発明の効果をより高めることが可能となる。
(実験による効果確認)
本発明における効果を確認するため、本実施形態において、支持板70の逃がし孔735を直径7.5mm、深さ(孔部の厚み)1.5mmに、リジッド基板50の位置決め孔501を直径5mm、深さ(孔部の厚み)1mmに、ポテンショメータ40の軸受孔405の円筒部406の厚みを0.5mm(円筒部外周を直径5mm、内周を直径4mm)に形成し、支軸41乃至43にグリスを塗布し、60℃の環境下で3週間放置する実験を行った。
実験開始から1週間経過後、グリス成分が逃がし孔735の内側へリジッド基板50の底面を伝って0.3mm侵入していることが認められた。2週間経過後、3週間経過後もグリス成分の侵入範囲は0.3mmのままであった。
以上の実験結果から、上記実験環境下においては、支持板70の逃がし孔735の開口端736からリジッド基板50の位置決め孔501までの距離が0.3mmよりも大きければ本発明の効果が認められることが確認された。本実施形態における、支持板70の逃がし孔735からリジッド基板50の位置決め孔501までの距離は(7.5−5)/2=1.25mmであり、グリス成分の侵入範囲である0.3mmよりも十分に大きかったため、グリス成分のポテンショメータ40内部への侵入は認められなかった。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら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。
1 ギヤードモータ
10 モータ
11 モータ10の回転軸
20 歯車輪列
21 歯車輪列20を構成する第一の歯車
22 歯車輪列20を構成する第二の歯車
221 第二の歯車22における大径歯車部(下側の歯車部)
222 第二の歯車22における小径歯車部(上側の歯車部)
23 歯車輪列20を構成する第三の歯車
231 第三の歯車23における大径歯車部(下側の歯車部)
232 第三の歯車23における小径歯車部(上側の歯車部)
24 歯車輪列20を構成する第四の歯車
241 第四の歯車24における大径歯車部
242 第四の歯車24の上面に形成された、出力軸との連結穴
243 第四の歯車24における小径歯車部
29 第五の歯車
291 第五の歯車29における上側の歯車部
292 第五の歯車29における下側の歯車部
30 ポテンショ歯車
301 ポテンショ歯車30の支軸
40 ポテンショメータ
401 ポテンショメータ40のケース
402 ポテンショメータ40内のブラシ
403 ポテンショメータ40内の抵抗印刷面
404 ポテンショメータ40の端子
405 ポテンショ歯車30の支軸を挿通するポテンショメータ40の軸受孔
406 ポテンショメータ40の軸受孔405の円筒部
41 第二の歯車22を支持する支軸
42 第三の歯車23を支持する支軸
43 第五の歯車29を支持する支軸
50 リジッド基板
501 リジッド基板50に形成されたポテンショメータ40の位置決め孔
51 リジッド基板50に直線状に形成された透孔
52 リジッド基板50に形成された二つの取付孔
60 モータ10を電源等と電気的に接続するためのフレキシブル基板
61 フレキシブル基板60に直線状に形成された透孔
70 ケース
71 下ケース
72 上ケース
721 上ケース72に形成された出力孔
73 支持板
731 支持板73の略中央に形成された上方へ突出する円筒部
732 第一の歯車21の一部を外部へ露出させる窓部
733 支持板73の上方に突出したリジッド基板50を固定する二つの突起部
735 支持板73に形成された支軸301の逃がし孔
736 逃がし孔735の開口端
80 コネクタ部
81 モータ用ピン81
82 回転位置検出手段用ピン
83 コネクタ嵌合部

Claims (7)

  1. 駆動源であるモータと、
    前記モータの駆動力を出力部材に伝達する、一または複数の歯車を有する歯車輪列と、
    前記出力部材に直接又は他の歯車を介して噛合された回転位置検出歯車の支軸を挿通し回転可能に支持する軸受孔が形成されるとともに、前記出力部材の回転方向及び回転角度を検出する回転位置検出手段と、
    前記回転位置検出手段が実装されるリジッド基板と、
    前記モータ及び前記リジッド基板が固定される支持部材と、を備え、
    前記回転位置検出手段は抵抗体パターンが形成された摺動面と該摺動面を摺動する摺動子を有し、
    前記歯車輪列を構成する歯車、前記他の歯車、前記回転位置検出歯車、これら歯車の支軸、のうち少なくとも一箇所には潤滑剤が塗布され、
    前記リジッド基板および前記支持部材はこれらの対向面が当接するように配置されており、
    前記リジッド基板には前記回転位置検出手段の実装位置を定める位置決め孔が形成され、
    前記位置決め孔に対向する前記支持部材の部位には前記位置決め孔よりも開口幅の広い凹部又は貫通孔が形成されているギヤードモータ。
  2. 前記位置決め孔の開口端の全周において、前記凹部又は貫通孔の開口端が外側となっている請求項1に記載のギヤードモータ。
  3. 前記支持部材に形成された、前記歯車輪列を構成する歯車の支軸又は前記他の歯車の支軸を挿入し支持する突起部が、前記リジッド基板の取付孔に嵌合されることにより、前記支持部材と前記リジッド基板とが固定される、請求項1又は請求項2に記載のギヤードモータ。
  4. 前記回転位置検出手段が、
    前記リジッド基板に接合される端子と、
    前記軸受孔の周縁に突出した円筒部であって前記リジッド基板の前記位置決め孔と嵌合される部分と、を有する、
    請求項1から請求項3に記載のギヤードモータ。
  5. 前記回転位置検出手段の前記軸受孔に挿通された支軸が、前記回転位置検出手段の前記軸受孔及び前記リジッド基板の前記位置決め孔を貫通している、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のギヤードモータ。
  6. 前記回転位置検出手段の前記軸受孔に挿通された前記支軸が、その外周側へ付勢される弾性体からなる、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のギヤードモータ。
  7. 前記歯車輪列の支軸が前記支持部材に圧入固定されている、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のギヤードモータ。
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