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公開番号2021120577
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210819
出願番号2020013851
出願日20200130
発明の名称小型ギア
出願人日本電産株式会社
代理人個人,個人
主分類F16H 55/06 20060101AFI20210726BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】アラミド繊維で歯先までの機械的強度および摺動性(耐摩耗性)を向上させ、炭素繊維で全体の機械的強度を高め、高い機械的強度と優れた耐摩耗性とを有する小型ギアを提供する。
【解決手段】本発明の小型ギアは、モジュールが0.15〜0.25mmである小型ギアであって、結晶性樹脂と、アラミド繊維と、炭素繊維とを含有する樹脂組成物で構成される。前記アラミド繊維の平均繊維長は、0.5mm以下であることが好ましい。前記樹脂組成物中に含まれる前記アラミド繊維の量は、1〜25質量%であることも好ましい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
モジュールが0.15〜0.25mmである小型ギアであって、
結晶性樹脂と、アラミド繊維と、炭素繊維とを含有する樹脂組成物で構成されることを特徴とする小型ギア。
続きを表示(約 790 文字)【請求項2】
前記結晶性樹脂は、ポリアミドである請求項1に記載の小型ギア。
【請求項3】
前記ポリアミドは、半芳香族ポリアミドである請求項2に記載の小型ギア。
【請求項4】
前記アラミド繊維の平均繊維長は、0.5mm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の小型ギア。
【請求項5】
前記アラミド繊維の平均繊維径は、0.01〜0.025mmである請求項1〜4のいずれか1項に記載の小型ギア。
【請求項6】
前記樹脂組成物中に含まれる前記アラミド繊維の量は、1〜25質量%である請求項1〜5のいずれか1項に記載の小型ギア。
【請求項7】
前記炭素繊維の平均繊維長は、0.1〜3mmである請求項1〜6のいずれか1項に記載の小型ギア。
【請求項8】
前記炭素繊維の平均繊維径は、0.006〜0.015mmである請求項1〜7のいずれか1項に記載の小型ギア。
【請求項9】
前記樹脂組成物中に含まれる前記炭素繊維の量は、0.1〜30質量%である請求項1〜8のいずれか1項に記載の小型ギア。
【請求項10】
前記樹脂組成物は、さらにモース硬度が5未満のワラストナイト繊維を含有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の小型ギア。
【請求項11】
前記ワラストナイト繊維の平均繊維長は、0.009〜0.3mmである請求項10に記載の小型ギア。
【請求項12】
前記ワラストナイト繊維の平均繊維径は、0.003〜0.02mmである請求項10または11に記載の小型ギア。
【請求項13】
前記樹脂組成物中に含まれる前記ワラストナイトの量は、10〜50質量%である請求項10〜12のいずれか1項に記載の小型ギア。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、小型ギアに関する。
続きを表示(約 7,900 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、遊星歯車機構を用いた減速装置(ギアユニット)が知られている(例えば、特許文献1参照)。この減速装置では、遊星ギアを金属射出成形(MIM)法で製造し、出力ギアおよび固定ギアを添加剤を含有する樹脂組成物を用いて製造している。近年、このような減速装置を小型カメラ等に適用する試みがなされており、減速装置の小型化に伴い、より小型のギアが要求されている。
しかしながら、MIM法で小型のギアを製造する場合、得られるギアの寸法精度が低いため、歩留まりを高めることが困難である。一方、樹脂組成物を用いて小型のギアを製造する場合、十分な機械的強度を確保するのが難しく、摩耗もし易いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2010−091095号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、アラミド繊維で歯先までの機械的強度および摺動性(耐摩耗性)を向上させ、炭素繊維で全体の機械的強度を高め、高い機械的強度と優れた耐摩耗性とを有する小型ギアを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本願の例示的な発明は、モジュールが0.15〜0.25mmである小型ギアであって、結晶性樹脂と、アラミド繊維と、炭素繊維とを含有する樹脂組成物で構成されることを特徴とする小型ギアである。
【発明の効果】
【0006】
本願の例示的な発明によれば、高い機械的強度と優れた耐摩耗性とを有する小型ギアを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1は、ヘッドアップディスプレイにおいて、コンバイナをケース本体から突出させた状態を示す側面図である。
図2は、図1の要部の斜視図である。
図3は、図2のフレームおよびユニットケースを省略した斜視図である。
図4は、図1のコンバイナをケース本体内に収納した状態を示す要部の斜視図である。
図5は、図4の側面図である。
図6は、図1に示すヘッドアップディスプレイが備えるギアユニットの一実施形態を示す縦断面図である。
図7は、図6中のA−A線断面図およびB−B線断面図(符号についてはかっこ書きで記載)である。
図8は、評価用装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明に係る実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の小型ギアの説明に先立って、本発明の小型ギアが適用されるヘッドアップディスプレイについて説明する。
(ヘッドアップディスプレイ)
図1は、ヘッドアップディスプレイにおいて、コンバイナをケース本体から突出させた状態を示す側面図、図2は、図1の要部の斜視図、図3は、図2のフレームおよびユニットケースを省略した斜視図、図4は、図1のコンバイナをケース本体内に収納した状態を示す要部の斜視図、図5は、図4の側面図である。
【0009】
図1に示すように、ポップアップ格納タイプの小型のヘッドアップディスプレイ(以下、「HUD」と記載する。)10は、ケース本体11aと、ケース本体11aの内部に固定されたフレーム12と、フレーム12に固定された2本のガイド軸13とを備えている。
ケース本体11aは、後述するユニットケース14のコンバイナ113が通過可能な開口部が形成された天板11bを有している。コンバイナ113は、この開口部を通過することにより、ケース本体11aの外部に突出することができる。
【0010】
図2に示すように、フレーム12は、鉛直方向に沿って配置された壁板12aと、壁板12aの上下端部に形成され、水平方向に屈曲した上部フランジ12bおよび下部フランジ12cとを有する板状の部材で構成されている。上部フランジ12bと下部フランジ12cと間には、2本のガイド軸13が水平方向に間隔をおいて設けられている。
【0011】
また、HUD10は、各ガイド軸13に沿って昇降自在に設けられたユニットケース14と、2本のガイド軸13同士の間に配設され、ユニットケース14を貫通するリードスクリュー15とを備えている。
ユニットケース14は、上面が開口する箱状をなす。
リードスクリュー15は、その上下端部がそれぞれ上下部フランジ12b、12cに軸受20、21により回転自在に支持されている。
【0012】
図2および図3に示すように、HUD10は、下部フランジ12cの下面側に固定されたギアユニット1およびモータ80と、ギアユニット1の出力軸9に固定されたギア(歯車)17と、リードスクリュー15の下端部に固定されたギア(歯車)18と、リードスクリュー15に螺合したナット19とを備えている。また、下部フランジ12cには、ギアユニット1の出力軸9を支持する軸受22が配置されている。
ギア17およびギア18は、いずれも平歯車であり、ギア17が小歯車、ギア18が大歯車となっている。ギア17とギア18とは、互いに噛み合っている。
また、ナット19は、ユニットケース14に固定されている。
【0013】
そして、モータ80が作動することにより、ギア17が回転する。この回転力は、ギア18に伝達されて、ギア18をリードスクリュー15ごと回転させることができる。これにより、ナット19は、リードスクリュー15に螺合しつつ、リードスクリュー15に沿って移動することができる。
ナット19の上方向への移動により、このナット19に固定されたユニットケース14は、図2および図3に示すように、ケース本体11a内で上昇することができる。また、モータ80の作動により、ギア17が前記と反対方向に回転した場合には、ナット19の下方向への移動により、ユニットケース14は、図4および図5に示すように、ケース本体11a内で下降することができる。
すなわち、少なくともギア18が固定されたリードスクリュー15と、ギア18に噛み合うように配置されたギア(駆動ギア)17と、ギア17を駆動させるモータ(駆動部)80とにより、HUD10の駆動装置が構成される。
【0014】
図3に示すように、HUD10は、ユニットケース14内に回転自在に支持された回転軸110と、回転軸110の長手方向の中央部に固定された基台部111と、基台部111に設けられたコンバイナホルダ112と、コンバイナホルダ112に取り付けられたコンバイナ113とを備えている。
【0015】
回転軸110は、水平方向に配置されており、その軸線廻りに回転することができる。
基台部111は、回転軸110よりも大径の部分となっており、その下部側の半周にネジ111aが形成されている。
また、基台部111の上部側の外周には、平板状のコンバイナホルダ112が回転軸110と平行に設けられている。コンバイナホルダ112は、その上部がユニットケース14の上部開口から突出している。
そして、この突出した部分には、コンバイナ113の下端部が取り付けられている。コンバイナ113は、板状をなし、鉛直方向に沿って配置されている。
【0016】
なお、ケース本体11a内には、フレーム12およびユニットケース14の昇降領域に隣接して、コンバイナ113へ向けて映像を投射するための投影ユニット(図示を略す)が配置されている。
【0017】
図3に示すように、HUD10は、ユニットケース14内に回転自在に設けられたピニオンギヤ114と、ピニオンギヤ114に一体に形成されたヘリカルギヤ115と、ユニットケース14内に取り付けられたチルト用のモータ116と、モータ116の出力軸に固定されたウオームギヤ117とを備えている。
HUD10では、基台部111のネジ111a、ピニオンギヤ114、ヘリカルギヤ115およびウオームギヤ117によって、回転軸110を回転させるための回転機構が構成されている。
【0018】
ピニオンギヤ114は、その軸線が回転軸110と平行に設けられており、ネジ111aと螺合する(噛み合っている)。
ピニオンギヤ114の一端側には、ピニオンギヤ114よりも大径のヘリカルギヤ115が配置されている。ピニオンギヤ114とヘリカルギヤ115とは、同軸上に配置され、同期して回転することができる。
モータ116は、その出力軸が鉛直方向に沿って配置されている。
また、ウオームギヤ117は、モータ116の出力軸に固定されており、モータ116の作動により、出力軸回りに回転することができる。ウオームギヤ117は、ヘリカルギヤ115と噛み合って(歯合されて)いる。
【0019】
以上の構成のHUD10では、前述したように、モータ80の作動によってリードスクリュー15を回転させると、このリードスクリュー15に螺合するナット19ごとユニットケース14をガイド軸13に沿って上昇させることができる。これにより、図1〜図3に示すように、ユニットケース14の上部に設けられているコンバイナ113は、ケース本体11aの開口部を通過してケース本体11aの外部に突出することができる。
そして、この突出状態で、モータ116を作動させると、ウオームギヤ117が回転して、その回転力がヘリカルギヤ115に伝達される。これにより、ヘリカルギヤ115をピニオンギヤ114ごと回転させることができる。また、ピニオンギヤ114の回転力は、ネジ111aを介して、回転軸110に伝達される。これにより、回転軸110をコンバイナ113ごと回転させることができ、よって、上記投影ユニットに対するコンバイナ113の傾斜角度を調整することができる。傾斜角度が調整されたコンバイナ113には、投影ユニットからの映像(画像)が正確に投射される。
【0020】
また、コンバイナ113の使用後は、モータ116の作動によってコンバイナ113を起立状態、すなわち、傾斜角度を元に戻す。そして、モータ80を作動させて、リードスクリュー15を前記とは反対方向に回転させることにより、ユニットケース14をガイド軸13に沿って降下させる。これにより、図4および図5に示すように、コンバイナ113をケース本体11a内に格納することができる。
ギア18には、軸方向に貫通する孔が形成され、この孔にリードスクリュー15の端部が挿入された状態で、リードスクリュー15にギア18が固定されている。
【0021】
(ギアユニット)
図6は、図1に示すヘッドアップディスプレイが備えるギアユニットの一実施形態を示す縦断面図である。図7は、図6中のA−A線断面図およびB−B線断面図(符号についてはかっこ書きで記載)である。
なお、図6では、ギアユニット1の中心軸J1を含む面による断面を示す。また、以下では、説明の都合上、図6中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。
また、以下の説明では、中心軸J1が向く方向である上下方向を「軸方向」とも呼ぶ。また、以下の説明では、中心軸J1を中心とする周方向を単に「周方向」といい、中心軸J1を中心とする径方向を単に「径方向」という。
【0022】
図6に示すように、ギアユニット1は、ケーシング2と、入力部3と、第1回転組立体4と、第2回転組立体6と、第1インターナルギア5と、第2インターナルギア7と、入力軸8と、出力軸9とを備えている。また、入力軸8には、モータ80が直結されている。
ギアユニット1は、第1回転組立体4と第2回転組立体6との2段構成の遊星ギア機構を有し、例えば外形寸法が幅5mm、奥行き5mm、高さ20mmの容積以下に形成されている。
【0023】
<モータ>
モータ80は、ギアユニット1が搭載される構造体(図示せず)の駆動源、すなわち、動力源となる。なお、構造体としては、図1に示す小型のHUD10の他、例えば小型カメラ等であってもよい。また、モータ80および上記モータ116には、例えば、構造体の使用用途に応じて、ステッピングモータ、サーボモータ等が適宜選択される。
また、入力軸8は、中心軸J1を回転中心として回転駆動するモータ80のモータ軸でもあってもよい。
【0024】
<ケーシング>
モータ80の上側には、ケーシング2が配置、固定されている。ケーシング2は、中心軸J1を中心とする略円筒状をなす。ケーシング2の内部には、入力部3、第1回転組立体4、第2回転組立体6の一部、第1インターナルギア5、および第2インターナルギア7が収容される。なお、図6中では、中心軸J1に沿って第2回転組立体6側を上側、第1回転組立体4側を下側としているが、中心軸J1の向きは必ずしも重力方向と一致させる必要はない。また、第1回転組立体4と第2回転組立体6とのギア比は、構造体の使用用途により適宜設定される。これにより、モータ80からの動力を減速して、出力軸9から出力することができる。
【0025】
<入力部>
入力部3は、第2入力軸31と、入力ギア33とを含む。
第2入力軸31は、入力軸8の上部に連結され、入力軸8とともに中心軸J1回りに回転することができる。第2入力軸31は、略円筒状または略円柱状をなし、その外径が入力軸8の外径よりも小さい。
第2入力軸31の外周部には、入力ギア33が同心的に固定されている。これにより、入力ギア33は、第2入力軸31とともに中心軸J1回りに回転することができる。第2入力軸31に対する入力ギア33の固定方法としては、特に限定されず、例えば、キーとキー溝とを用いた固定方法を用いることができる。また、第2入力軸31と入力ギア33とは、図示の構成では互いに別体で構成されているが、これに限定されず、例えば、一体成形による1つのギア部材で構成されていてもよい。
図7に示すように、入力ギア33は、その外周部に突出した複数の歯(以下、「外周歯」という。)331を有する平歯車である。
【0026】
<第1回転組立体>
第1回転組立体4は、第1回転軸部材41と、第1遊星キャリア42と、複数の第1遊星軸部材43と、複数の第1遊星ギア44と、太陽ギア45とを含む。
第1回転組立体4では、第1回転軸部材41、第1遊星キャリア42および複数の第1遊星軸部材43は、各第1遊星ギア44および太陽ギア45を支持する支持体である。この支持体は、第1回転軸部材41、第1遊星キャリア42および複数の第1遊星軸部材43の他に、さらに別の部材を含んでもよい。
第1回転軸部材41、第1遊星キャリア42および複数の第1遊星軸部材43は、本実施形態では一体成形により1つのギア部材で構成されているが、これに限定されず、例えば、互いに別体で構成し、これら別体同士が連結された連結体で構成されていてもよい。
【0027】
第1回転軸部材41は、略円筒状または略円柱状をなし、その中心軸が中心軸J1に一致している。また、第1回転軸部材41は、入力部3の第2入力軸31よりも上側に配置されている。
第1回転軸部材41の下部には、円盤状をなす第1遊星キャリア42が第1回転軸部材41と同心的に配置されている。すなわち、円盤状をなす第1遊星キャリア42の中心部には、第1回転軸部材41が上方に向かって突出して配置されている。
【0028】
第1遊星キャリア42の下部には、第1遊星キャリア42の外周側、すなわち、中心軸J1(第1回転軸部材41)から偏心した位置に複数の第1遊星軸部材43が配置されている。複数の第1遊星軸部材43は、同様の略円柱状をなし、その長手方向が中心軸J1に沿う方向を向いて(以下、「中心軸J1に沿って」とも記載する。)配置されている。
なお、第1遊星軸部材43の配置数は、図2に示す構成では3つであるが、これに限定されず、2つまたは4つ以上であってもよい。また、これらの第1遊星軸部材43は、中心軸J1周りに等角度間隔に配置されている。例えば、図2に示すように、第1遊星軸部材43の配置数が3つの場合、これらの第1遊星軸部材43は、中心軸J1周りに120°間隔に配置されている。以下の説明では、各第1遊星軸部材43の中心軸を「第1遊星軸J2」と呼ぶ。
【0029】
各第1遊星軸部材43には、第1遊星ギア44が回転可能(回転自在)に支持されている。これにより、各第1遊星ギア44は、第1遊星軸J2を回転中心として回転すること、すなわち、自転することができる。また、各第1遊星ギア44は、中心軸J1を回転中心として回転すること、すなわち、公転することができる。このように、各第1遊星ギア44は、第1遊星軸J2回りに自転し、中心軸J1回りに公転する遊星ギア(「Pギア」とも呼ぶ。)となっている。
各第1遊星ギア44は、その外周部に突出した複数の歯(以下、「外周歯」という。)441を有する平歯車である。そして、各第1遊星ギア44は、入力ギア33の径方向外側に、その周方向に沿って配置され、外周歯441が入力ギア33の外周歯331に噛み合って(係合して)いる。
【0030】
第1回転軸部材41の外周部には、太陽ギア45が同心的に固定されている。これにより、太陽ギア45は、第1回転軸部材41とともに中心軸J1回りに回転することができる。なお、第1回転軸部材41に対する太陽ギア45の固定方法としては、特に限定されず、例えば、キーとキー溝とを用いた固定方法を用いることができる。太陽ギア45は、その外周部に突出した複数の歯(以下、「外周歯」という。)451を有する平歯車である。
また、第1回転軸部材41と太陽ギア45とは、図示の構成では互いに別体で構成されているが、これに限定されず、例えば、一体成形による1つのギア部材で構成されていてもよい。したがって、第1回転軸部材41、第1遊星キャリア42、複数の第1遊星軸部材43および太陽ギア45は、一体成形による1つのギア部材で構成されていてもよく、かかるギア部材を「Cギア」とも呼ぶ。
(【0031】以降は省略されています)

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