JP2006042465A - ブレーキ機構付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 非常に簡単な部品構成で、シャフトに対する制動力を正確に付与することができるブレーキ機構付きモータを提供すること。
【解決手段】 ブレーキ機構付きモータ１０において、ブレーキ機構２０をシャフト１６を回転可能に支持する転がり軸受け２１と、シャフト１６の外周に設けられたワンウェイクラッチ２２と、ワンウェイクラッチ２２の外周面および転がり軸受け２１の外周面に接触するようにハウジング１２の凹部１２ａに嵌装された滑り軸受け２３とで構成する。そして、ワンウェイクラッチ２３をシャフト１６の正転時には空転し、逆転時にはロックするようにして、モータ１０の非通電時にシャフト１６が逆回転しようとする負荷よりも滑り軸受け２３とハウジング１２との間に発生する摩擦力を大きく設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブレーキ機構を備えるモータに関する。より詳細には、ハウジング内に収容されたモータのロータに連結されたシャフトに制動力を付与することができるブレーキ機構付きモータに関するものである。

従来より、モータ（ロータ）に連結されたシャフトの回転制動は、摩擦材を回転部に押し付けることで摩擦力を発生させることにより行っている。そして、回転部に対する摩擦材の押し付け・解除は、バネ力および電磁力が利用される。

このような装置として、例えば、特開平８−１９２１３号公報に開示されている制動装置がある。この制動装置には、シャフトの周囲に装着された一方向クラッチと、一方向クラッチに連動するように一方向クラッチの輪体の外周に一体に取付けられた回転子と、回転子に対応して配置された固定子と、シャフトを中心とする回転力を回転子に付与する回転力付与手段と、回転力付与手段の附勢力に抗して回転子を固定子に対して所定の回転位置に配置する励磁手段とがそれぞれ設けられている。

そして、励磁手段の励磁時には、回転力付与手段の附勢力に抗して回転子が一方向に回転されるのに伴い一方向クラッチによる保持状態が解除されてシャフトが直線運動可能なフリー状態となされる一方、励磁手段の非励磁時には、回転子が回転力付与手段の附勢力にて他方向に回転されるのに伴い一方向クラッチを介して回転子とシャフトとが互いに係合状態となされてシャフトに制動力が付与されるようになっている。

ところが、このような装置では、励磁手段や励磁手段を制御するための制御手段が必要となり、部品点数が多く、装置自体も大きくなってしまう。また、製品コストが増大するという問題もあった。

このため、このような電磁力を利用しない装置が種々提案されている。例えば、その一つとして特開平８−４２６５７号公報に開示されているアクチュエータがある。このアクチュエータでは、シャフトの外周にはワンウエイクラッチと、ハウジングに回り止めされたブレーキワッシャとが、互いの対向面を押接された状態でそれぞれ装着されており、ワンウエイクラッチは、シャフトが正回転される時にクラッチケースが空回りし、シャフトが逆回転される時にクラッチケースがシャフトと一体回転するように構成されており、ワンウエイクラッチとブレーキワッシャとの押接面間の摩擦力は、シャフトに対する負荷側からの逆回転作用力よりも大きく、かつ、それらの差がモータ側からの逆回転駆動力よりも小さくなるように設定されている。

特開平８−１９２１３号公報（第２〜３頁、図１、図２） 特開平８−４２６５７号公報（第２頁、図１）

しかしながら、特開平８−４２６５７号公報に開示されているアクチュエータでは、ワンウエイクラッチにブレーキワッシャを押し付けることにより回転子に制動力を付与している。つまり、スラスト方向から回転子に対する保持力（制動力）が付与される構成になっている。このため、スラスト方向にガタがある場合、保持力（制動力）を回転子に正確に印加することができないおそれがあった。また、構成部品点数が多く、構成が複雑であるという問題もあった。

なお、スラスト方向におけるガタをなくすためには、ワンウエイクラッチに対してブレーキワッシャを一定荷重で押圧する押圧手段を設ければよい。ところが、このような対策を講じると、アクチュエータの部品点数が増え、構成も益々複雑なものになってしまうという問題がある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、非常に簡単な部品構成で、シャフトに対する制動力を正確に付与することができるブレーキ機構付きモータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るブレーキ機構付きモータは、モータと、前記モータに連結されたシャフトと、前記シャフトに制動力を付与するブレーキ機構とを有するブレーキ機構付きモータであって、前記ブレーキ機構は、前記シャフトを回転可能に支持する転がり軸受けと、前記シャフトの外周に設けられたワンウェイクラッチと、前記ワンウェイクラッチの外周面および前記転がり軸受けの外周面に接触するようにハウジングに嵌装された滑り軸受けとを備え、前記ワンウェイクラッチは、前記シャフトの正転時には空転し、前記シャフトの逆転時にはロックして、前記モータの非通電時に前記シャフトが逆回転しようとする負荷よりも前記滑り軸受けと前記ハウジング間に発生する摩擦力を大きく設定したことを特徴とするものである。

このブレーキ機構付きモータでは、ブレーキ機構が、シャフトを回転可能に支持する転がり軸受けと、シャフトの外周に設けられたワンウェイクラッチと、ワンウェイクラッチの外周面および転がり軸受けの外周面に接触するようにハウジングに嵌装された滑り軸受けとで構成している。そして、モータが正転駆動されてシャフトが正回転する場合には、ワンウェイクラッチが空転する。このため、シャフトは転がり軸受けにのみ支持されるので、ほとんど摩擦を受けることなく回転する。

一方、モータが逆転駆動されてシャフトが逆回転する場合には、ワンウェイクラッチがロックする。このため、ワンウェイクラッチはシャフトと一体となるので、シャフトはワンウェイクラッチを介して滑り軸受けで支持されて回転する。つまり、シャフトは、滑り軸受けとハウジング間で滑りながら、言い換えると摩擦力（制動力）を受けながら回転する。

そして、モータへの通電を停止した後、シャフトが逆回転しようとすると、シャフトは滑り軸受けとハウジング間で発生する摩擦力を受ける。このとき発生する摩擦力は、シャフトにかかる負荷よりも大きいので、シャフトに対して確実に制動力を付与してブレーキをかけることができる。

このように、このブレーキ機構付きモータでは、ラジアル方向からシャフトに対する制動力を付与している。ここで、ラジアル方向においてクリアランス（ガタ）が設けられているが、シャフトをブレーキ機構がラジアル支持しているため、滑り軸受けとハウジングとは少なくとも１点で必ず接触している。したがって、制動力をシャフトに正確に付与することができる。また、このブレーキ機構付きモータは、ブレーキ機構の構成部品点数が少なく、その構成が非常に簡単である。このため、コスト面でも有利である。

本発明に係るブレーキ機構付きモータによれば、ラジアル方向からシャフトに対する制動力を付与する構成にしているので、構成部品点数が少なく、その構成が非常に簡単でありながら、シャフトに対する制動力を正確に付与することができる。

以下、本発明のブレーキ機構付きモータを具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態では、ブレーキ機構付きモータをエンジン部品のアクチュエータ（バルブリスト量可変システムのアクチュエータ）として使用している。そこでまず、本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータの概略構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータの概略構成を示す断面図である。図２は、図１のブレーキ機構の要部拡大図である。

本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータ１０は、図１に示すように、ケース１１と、ハウジング１２と、ステータ１３と、ロータ１４と、ベアリング１５と、シャフト１６と、ブレーキ機構２０とを備えている。ケース１１は、有底円筒形状（図１では右側が有底部１１ａとなる）をなし、その内部にステータ１３と、ロータ１４と、シャフト１６と、ベアリング１５とを収容している。

シャフト１６の一部はケース１１の外部に突出している。そして、ケース１１の有底部１１ａの中央部にベアリング１５が配置されている。ベアリング１５は、シャフト１６の端部を回転可能に支持している。また、シャフト１６は、ロータ１４を貫通した状態でロータ１４に固定されている。これにより、シャフト１６は、ロータ１４とともに回転するようになっている。

ケース１１の開口部にはハウジング１２が装着されている。このハウジング１２のケース１１側には、凹部１２ａが形成されている。そして、この凹部１２ａに、ブレーキ機構２０が嵌装されている。ブレーキ機構２０は、シャフト１６に制動力を付与するものであり、図２に示すように、転がり軸受け２１と、ワンウェイクラッチ２２と、滑り軸受け２３とを備えている。転がり軸受け２１は、シャフト１６を回転可能に支持している。ワンウェイクラッチ２２は、シャフト１６の外周に設けられている。このワンウェイクラッチ２２は、シャフト１６が正回転する場合には空転し、シャフト１６が逆回転する場合にはロックするようになっている。

そして、転がり軸受け２１とワンウェイクラッチ２２とのそれぞれの外周面に接触するようにして滑り軸受け２３が配置されている。つまり、滑り軸受け２３は、内周面が転がり軸受け２１の外周面およびワンウェイクラッチ２２の外周面とに接触しており、外周面がハウジング１２に形成された凹部１２ａの側壁に接触している。

上記構成を有するブレーキ機構付きモータ１０では、通電すると、ロータ１４が回転（正転あるいは逆転）してシャフト１６もロータ１４とともに回転する。そして、モータ１０が正転駆動されてシャフト１６が正回転する場合には、ワンウェイクラッチ２２が空転する。このため、シャフト１６は転がり軸受け２１にのみ支持されるので、ほとんど摩擦を受けることなく回転する。

一方、モータ１０が逆転駆動されてシャフト１６が逆回転する場合には、ワンウェイクラッチ２２がロックする。このため、ワンウェイクラッチ２２はシャフト１６と一体となるので、シャフト１６はワンウェイクラッチ２２を介して滑り軸受け２３で支持されて回転する。つまり、シャフト１６は、滑り軸受け２３とハウジング１２との間で滑りながら、言い換えると摩擦力（制動力）を受けながら回転する。このとき発生する摩擦力（制動力）は、シャフト１６にかかる負荷よりも大きく設定されている。

そして、モータ１０への通電を停止した後、シャフト１６が逆回転しようとすると、シャフト１６は滑り軸受け２３とハウジング１２との間で発生する摩擦力を受ける。このとき発生する摩擦力は、シャフト１６にかかる負荷よりも大きく設定されているので、シャフト１６に対して確実に制動力を付与してブレーキをかけることができる。

このように、ブレーキ機構付きモータ１０では、ラジアル方向からシャフト１６に対する制動力を付与している。ここで、ラジアル方向においてクリアランス（ガタ）が設けられているが、シャフト１６をブレーキ機構２０がラジアル支持しているため、滑り軸受け２３とハウジング１２とは少なくとも１点で必ず接触している。したがって、ブレーキ機構２０によってシャフト１６に対して制動力を確実に付与することができる。

また、ブレーキ機構２０は、転がり軸受け２１と、ワンウェイクラッチ２２と、滑り軸受け２３と、ハウジング１２とで構成されている。このため、従来技術として例示したものに比べ構成部品点数が少なく、その構成が非常に簡単である。したがって、コスト面でも有利である。

続いて、このようなブレーキ機構付きモータ１０の適用例について、図３を参照しながら説明する。この適用例は、エンジンのバルブのリフト量を連続的に可変するシステムにおける電動アクチュエータに本発明のブレーキ機構付きモータを適用したものである。なお、図３は、バルブリフト量可変システムの概略構成を示す図である。

バルブリフト連続可変システムは、図３に示すように、バルブ３８と不図示のカムシャフトとの間に配置されたコントロールシャフト３７を、アクチュエータ３５により図面中左右方向に移動させて、バルブ３８に当接するコントロールシャフト３７上のカムを切り換えることにより、バルブ３８のリフト量を連続的に可変させるようになっている。

ここで、アクチュエータ３５には、ブレーキ機構付きモータ１０と、減速機３０と、回転・直動変換機構であるボールネジ３２と、コントロールシャフト３７の位置を検出するためのセンサ３１とが備わっている。そして、アクチュエータ３５の出力軸とコントロールシャフト３７とが締結部材３６により締結されている。これにより、モータ１０を正転あるいは逆転駆動してボールネジ３２のナット部３２ａを回転させることにより、ボールネジ３２のシャフト部３２ｂを図中左右方向に移動させることができる。そして、コントロールシャフト３７の位置（移動量）をセンサ３１で検知して、その検知情報からモータ１０の駆動を制御することにより、所望のバルブリフト量が得られるようにコントロールシャフトの位置（移動量）を調節することができる。

また、コントロールシャフト３７は、図中左方向に常に付勢されている。このため、コントロールシャフト３７を図中右方向へ移動させる場合と図中左方向へ移動させる場合とでは、モータ１０に加わる負荷が大きく異なる。具体的には、図４に示すように、モータ１０が時計回り（ＣＷ）に回転駆動（正転駆動）される場合に負荷が大きく、反時計回り（ＣＣＷ）に回転駆動（逆転駆動）される場合に負荷が小さい。

そして、モータ１０が時計回り（ＣＷ）に回転駆動（正転駆動）される場合には、ブレーキ機構２０によるブレーキがかからない。一方、モータ１０が反時計回り（ＣＣＷ）に回転駆動（正転駆動）される場合には、ブレーキ機構２０によるブレーキがかかる。このため、モータ１０を反時計回り（ＣＣＷ）に回転駆動（正転駆動）させてコントロールシャフト３７を図中左方向へ移動させる場合には、シャフト１６にブレーキがかかった状態となっている。しかしながら、図４に示すように、モータ１０を反時計回り（ＣＣＷ）に回転駆動（逆転駆動）させる場合には負荷が小さいので、シャフト１６にブレーキがかかった状態であってもコントロールシャフト３７を図中左方向に移動させることができる。

ここで、ボールネジは正逆効率が良いため、コントロールシャフト３７を一定の位置に保持（セルフロック）するには、従来のモータを使用する場合は常にモータを駆動しておく必要があった。このため、ボールネジを使用することが困難であった。

これに対して、本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータ１０では、非通電時においてシャフト１６（モータ１０）が逆回転しようとすると、ブレーキ機構２０によりシャフト１６に対してブレーキがかかる。このため、シャフト１６（モータ１０）が逆回転することなくコントロールシャフト３７を一定の位置に保持される。したがって、アクチュエータ３５にブレーキ機構付きモータ１０を使用することにより、モータ１０への通電を行うことなくコントロールシャフト３７を一定の位置に保持（セルフロック）することができる。これにより、アクチュエータ３５の回転・直動変換機構として高効率の変換機構であるボールネジ３２を使用することができる。このため、アクチュエータ３５に使用するモータに要求される出力を小さくすることができる。その結果、より小型のモータを使用することができ、アクチュエータ３５を小型化することができる。

次に、ブレーキ機構付きモータ１０の別の適用例（パワーウィンドウの開閉装置への適用例）について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、パワーウィンドの概略構成を示す図である。図６は、開閉装置の概略構成を示す図である。

従来、パワーウィンドウの開閉装置では、図５および図６に示すように、モータ５０の回転運動を直線運動に変換してウィンドウＷを開閉している。そして、回転・直動変換機構として、一般的にウォームギア５１が使用されている。ウォームギア５１の逆効率の悪さを利用して、モータ５０に通電することなくウィンドウＷを任意の位置で止める（セルフロックする）ためである。しかしながら、ウォームギア５１は正効率も悪いため、モータ５０を大型化する必要があった。

これに対して、本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータ１０を使用することにより、上記したように高効率の回転・直動変換機構を使用することができる。なお、パワーウィンドウの開閉装置に使用する高効率の回転・直動変換機構としては、例えば、遊星ギアやハーモニックギア等がある。このように、高効率の回転・直動変換機構を使用することができるので、モータの小型化を図ることができる。

最後に、ブレーキ機構付きモータ１０のさらに別の適用例（モータジャッキへの適用例）について、図７および図８を参照しながら説明する。図７は、四柱リフトの斜視図である。図８は、図７に示すモータジャッキの概略構成を示す図である。

従来、電動式のリフト（図７には四柱リフトを例示しているが、これに限られない）では、柱にモータジャッキが設置されている。このような電動式のリフトでは、モータ６０の回転運動を直線運動に変換してテーブル６３を上下動させている。そして、モータジャッキには、図８に示すように、スクリュウ（送りネジ）６１と、ナット６２とが備わっており、モータ６０によってスクリュウ（送りネジ）６１を回転させ、ナット６２を上下に移動させて、テーブル６３を上下動させるようになっている。ここで、スクリュウ（送りネジ）６１は逆効率が悪いため、モータ６０に通電することなくテーブル６３の位置を保持（セルフロック）することができる。しかしながら、スクリュウ（送りネジ）６１は正効率も悪いため、モータ６０を大型化する必要があった。

これに対して、本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータ１０を使用することにより、上記したように高効率の回転・直動変換機構を使用することができる。なお、モータジャッキに使用する高効率の回転・直動変換機構としては、例えば、ボールネジ等がある。このように、高効率の回転・直動変換機構を使用することができるので、モータの小型化を図ることができる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータ１０では、ブレーキ機構２０を、転がり軸受け２１と、ワンウェイクラッチ２２と、滑り軸受け２３と、ハウジング１２とで構成し、ラジアル方向からシャフト１６に対する制動力を付与している。そして、シャフト１６をブレーキ機構２０がラジアル支持しているため、滑り軸受け２３とハウジング１２とは少なくとも１点で必ず接触している。このため、ブレーキ機構２０によってシャフト１６に対して制動力を確実に付与することができる。

また、ブレーキ機構２０は、構成部品点数が少なく、その構成が非常に簡単である。つまり、本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータ１０によれば、非常な簡単な構成でシャフト１６に対して制動力を確実に付与することができる。
そして、セルフロックが必要な製品に対して、本実施の形態に係るブレーキ機構付きモータ１０を適用することにより、モータの小型化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、バルブリフト量連続可変システムのアクチュエータに本発明に係るモータを適用した例を例示したが、その他のエンジンの駆動部品（電子スロットル装置等）のアクチュエータにも本発明を適用することができる。また、本発明に係るモータは、パワーウィンドの開閉装置やモータジャッキ以外にも、セルフロックが必要な電動製品に対して幅広く適用することができる。

実施の形態に係るブレーキ機構付きモータの概略構成を示す断面図である。 図１のブレーキ機構の要部拡大図である。 バルブリフト量可変システムの概略構成を示す図である。 図３のシステムにおけるモータの回転角と負荷の関係を示す図である。 パワーウィンドの概略構成を示す図である。 開閉装置の概略構成を示す図である。 四柱リフトの斜視図である。 図７に示すモータジャッキの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ ブレーキ機構付きモータ
１１ ケース
１２ ハウジング
１２ａ 凹部
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ ベアリング
１６ シャフト
２０ ブレーキ機構
２１ 転がり軸受け
２２ ワンウェイクラッチ
２３ 滑り軸受け

Claims (1)

1. モータと、前記モータに連結されたシャフトと、前記シャフトに制動力を付与するブレーキ機構とを有するブレーキ機構付きモータであって、
   前記ブレーキ機構は、
   前記シャフトを回転可能に支持する転がり軸受けと、
   前記シャフトの外周に設けられたワンウェイクラッチと、
   前記ワンウェイクラッチの外周面および前記転がり軸受けの外周面に接触するようにハウジングに嵌装された滑り軸受けとを備え、
   前記ワンウェイクラッチは、前記シャフトの正転時には空転し、前記シャフトの逆転時にはロックして、
   前記モータの非通電時に前記シャフトが逆回転しようとする負荷よりも前記滑り軸受けと前記ハウジング間に発生する摩擦力を大きく設定したことを特徴とするブレーキ機構付きモータ。

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