JP2008002526A - ウォーム及びモータ装置 - Google Patents

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JP2008002526A JP2006171244A JP2006171244A JP2008002526A JP 2008002526 A JP2008002526 A JP 2008002526A JP 2006171244 A JP2006171244 A JP 2006171244A JP 2006171244 A JP2006171244 A JP 2006171244A JP 2008002526 A JP2008002526 A JP 2008002526A
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    • Y10T74/19828Worm

Abstract

【課題】低圧力角化を図ることができると共に、ウォームホイールとの有効噛み合い数を多く確保することが可能なウォーム及び該ウォームを用いたモータ装置を提供する。
【解決手段】軸線C方向においてピッチ円半径が異なる部位を有するウォーム31であって、軸線C方向において略同一のピッチ円半径Paを有する円筒ウォーム部31と、円筒ウォーム部31aの端部に軸線C方向において円筒ウォーム部31aから離れるほどピッチ円半径Pb,Pcが拡径するテーパウォーム部31b,31cと、を備え、円筒ウォーム部31aおよびテーパウォーム部31b,31cにおいて、歯先方向が軸線C方向に対して略垂直に形成された。
【選択図】図2

Description

本発明は、ウォーム及びモータ装置に係り、特にウォームホイールとの有効噛み合い数を多く設定可能なウォーム及び該ウォームを用いたモータ装置に関する。
従来、ワイパモータやパワーウインドウモータ等のモータ装置は、モータ本体と、モータ本体からの回転出力を減速するための減速部を備えている。減速部にはウォームとウォームホイールからなるウォームギヤが配設されている。
図7は、歯底径R1が軸線C1方向において略同一である円筒ウォーム131に、ウォームホイール123が噛合している構成を示している。図7の円筒ウォーム131は、ウォーム歯134の圧力角が約10度に設定されており、ウォームホイール123と実質的に範囲A1で噛み合っている。有効噛み合い数は約5枚である。また、ウォーム歯134の延出方向(歯先方向)は軸線C1に対して略垂直となるように形成されている(図中矢印方向)。
このようなウォームギヤでは、ウォームとウォームホイールとの有効噛み合い数を多く確保して伝達負荷能力を高めるために、図8に示すような鼓形ウォーム231が用いられることがある。
鼓形ウォーム231は、ウォームホイール123との噛み合い中央領域(すなわち、歯底径R2が最小となるのど部付近)から軸線C2方向に離れるにしたがって歯先円半径が大きくなるように、歯先面の外径包絡線が略円弧状に形成されている。図8では、ウォーム歯234の圧力角が約10度に設定されている。鼓形ウォーム231は、例えば、転造ダイスを用いた転造加工(例えば特許文献1参照)や、ピニオンカッタ等を用いた歯切り方法による加工(例えば特許文献2参照)によって形成することが可能である。
特開2006−21247号公報 特開2001−252823号公報
鼓形ウォーム231は、ウォームホイール123との噛み合い中央領域から軸線C2方向に離れるほど、中央側を向く歯面の法線の傾きが軸線に対して0度に近くなってくる。ここで、ウォーム歯234の圧力角が14度以上と大きく設定されている場合は、鼓形ウォーム231の両端部においても、中央側を向く歯面の法線の傾きが軸線に対して負の値となるおそれは小さい。
しかしながら、一般に、負荷がかかった際のウォーム軸の撓みを低減し、鼓形ウォームとウォームホイールの軸間距離が離れ難く安定した噛み合いを確保するために、ウォーム歯の圧力角を図8の例のように10度程度に小さく設定した場合には、鼓形ウォームの軸線方向長さが長くなると、軸線方向両端部において、中央側を向く歯面の法線の傾きが軸線に対して0度を越えて負の値となってしまう。
すなわち、ウォーム歯の圧力角を小さく設定した場合には、鼓形ウォームの両端部において歯面がアンダーカットとなってしまうので、上述の転造ダイス等によって鼓形部材の表面にウォーム歯を形成することが困難となる。したがって、鼓形ウォームを形成するときには、アンダーカットとならない範囲で圧力角を設定するか、軸方向長を短くしなければならなかった。
図8は、圧力角が略10度と小さく設定されているので、軸線C2方向長が短く設定されている。この場合、ウォーム歯234は、側方の中心点(不図示)に向かって延出している(図中矢印方向)。図8では、鼓形ウォーム231は、ウォームホイール123と実質的に範囲A2で噛み合っており、有効噛み合い数は約4枚となっている。このように、圧力角を小さくして軸線方向長を短く設定した場合には、ウォームホイール123との有効噛み合い数が円筒ウォーム131よりも制限されてしまう場合がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低圧力角化を図ることができると共に、ウォームホイールとの有効噛み合い数を多く確保することが可能なウォーム及び該ウォームを用いたモータ装置を提供することにある。
本発明のウォームは、軸線方向においてピッチ円半径が異なる部位を有するウォームであって、歯先面の外径包絡線が、噛合するウォームホイールのピッチ円に沿うように略円弧状に形成されると共に、歯先方向が、前記軸線方向に対して略垂直に形成されたことを特徴とする。
このように本発明では、歯先面の外径包絡線が噛合するウォームホイールのピッチ円に沿うように略円弧状に形成されることにより、ウォームホイールとの有効噛み合い数を多く確保することができ、負荷伝達能力を向上させることができる。
また、ウォーム歯の歯先方向が、軸線方向に対して略垂直に設定されているので、低圧力角化しても歯面の法線と軸線とがなす角度が負の値となることがなく、製造時においてアンダーカットの発生を防止することができる。したがって、ウォームの軸線方向長さを大きく設定しても低圧力角化を図ることが可能であり、低圧力角化によって、負荷がかかった際のウォーム軸の撓みを低減して、ウォームとウォームホイールの安定した噛み合いを確保することが可能である。
また、本発明のウォームは、軸線方向においてピッチ円半径が異なる部位を有するウォームであって、前記軸線方向において略同一のピッチ円半径を有する円筒ウォーム部と、少なくとも該円筒ウォーム部の一端に前記軸線方向において前記円筒ウォーム部から離れるほどピッチ円半径が拡径するテーパウォーム部と、を備え、前記円筒ウォーム部および前記テーパウォーム部において、歯先方向が前記軸線方向に対して略垂直に形成されたことを特徴とする。
このように本発明では、円筒ウォーム部と、円筒ウォーム部から軸線方向に離れるほどピッチ円が拡径するテーパウォーム部とを備えていることにより、ウォームホイールとの有効噛み合い数を多く確保することができ、負荷伝達能力を向上させることができる。
また、円筒ウォーム部およびテーパウォーム部において、ウォーム歯の歯先方向が、軸線方向に対して略垂直に設定されているので、低圧力角化しても歯面の法線と軸線とがなす角度が負の値となることがなく、製造時においてアンダーカットの発生を防止することができる。したがって、ウォームの軸線方向長さを大きく設定しても低圧力角化を図ることが可能であり、低圧力角化によって、負荷がかかった際のウォーム軸の撓みを低減して、ウォームとウォームホイールの安定した噛み合いを確保することが可能である。
また、前記テーパウォーム部は、前記軸線方向に対してピッチ円半径が拡径する拡径度合が略一定に設定されたことを特徴とする。このように拡径度合を略一定とすることによりウォームの製造を容易とすることができる。
また、前記テーパウォーム部は、前記軸線方向に対してピッチ円半径が拡径する拡径度合が略一定に設定された拡径部を複数有し、前記複数の拡径部は、前記円筒ウォーム部から離れて配置されたものほど前記拡径度合が大きく設定されたことを特徴とする。このように複数段の拡径部によってテーパウォーム部を構成することにより、さらに多くの有効噛み合い数を確保することができる。
また、前記軸線方向において歯面の圧力角が略同一に形成されたことを特徴とする。圧力角を軸線方向にわたって略同一とすることにより、ウォーム歯の製造が容易となる。
また、本発明のモータ装置は、上記ウォームを有する減速部と、該減速部に回転出力を出力するモータと、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、噛合させるウォームホイールのピッチ円に合わせるようにウォーム歯のピッチ円半径を軸線方向で異ならせて設定しているので、ウォームホイールとの有効噛み合い数を多く確保して、伝達負荷能力を向上させることができる。
さらに、本発明では、ウォーム歯の歯先方向を軸線に対して略垂直に設定しているので、軸線方向においてピッチ円半径を異ならせると共に、圧力角を小さい値に設定した場合であっても、ウォームの軸線方向端部において歯面の法線と軸線とがなす角度が負の値になってしまうことがなく製造時にアンダーカットが生じないので、容易に低圧力角化を図ることが可能である。
以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図1〜図4は本発明の一実施形態に係るものであり、図1はモータ装置の断面説明図、図2は図1のウォーム軸の要部説明図、図3は図1のウォーム軸とウォームホイールとの噛合状態を示す説明図、図4は図1のウォーム軸のウォーム歯の断面説明図である。
図5,図6は本発明の他の実施形態に係るウォーム軸の断面説明図である。
図1に示すように、車両ドアに搭載されるパワーウインドウ用のモータ装置(パワーウインドウモータ)1は、モータ本体10と減速部20を備えている。
本例のモータ本体10は、ヨークハウジング11と、一対のマグネット12と、電機子13と、ブラシホルダ14と、一対のブラシ15を主要構成要素としている。また、本例の減速部20は、ギヤハウジング21と、クラッチ22,ウォームホイール23,ウォーム軸30を主要構成要素としている。
ヨークハウジング11は有底扁平円筒状に形成されており、その内側面に断面略円弧状の一対のマグネット12が対向するように固着されている。ヨークハウジング11の底部中央には軸受凹部11bが膨出形成されており、この軸受凹部11b内には軸受16aおよびボール17が配設されている。軸受16aは、電機子13の回転軸13aの一端側を回動可能に支承している。なお、回転軸13aの他端側は、ブラシホルダ14に配設された軸受16bによって回動可能に支承されている。ボール17は、回転軸13aの端部と当接して電機子13に掛かるスラスト荷重を支持可能となっている。
ヨークハウジング11の開口部11aはフランジ状に形成されており、後述するギヤハウジング21の開口部21aにブラシホルダ14を介してネジ留めされている。これにより、ヨークハウジング11の開口部11aとギヤハウジング21の開口部21aとの間にブラシホルダ14が挟持された状態で固定される。
ブラシホルダ14は、ホルダ本体14aと、延出部14bと、給電部14cを備えており、これらは一体的に形成されている。
ホルダ本体14aは、ヨークハウジング11の開口部11a内にほぼ収容されている。ホルダ本体14aは、一対のブラシ15を回転軸13a側へ付勢した状態で保持しており、ブラシ15の先端部は回転軸13aに固着された整流子18と摺接するようになっている。また、ホルダ本体14aの中央部には上述の軸受16bが取付けられている。回転軸13aは、その先端側が軸受16bに支持され、先端側を減速部20側へ突出させている。
延出部14bは、ホルダ本体14aから回転軸13aの径方向外側へ延出するように形成されており、ヨークハウジング11とギヤハウジング21とによって挟持されると共に、その一部が両ハウジング11,21の外部側方へ突出している。
給電部14cは、延出部14bの外側端部分に設けられており、不図示の車両側コネクタが連結可能となっている。ブラシホルダ14には、複数本の導電ターミナル14dがインサート形成されており、一端側が給電部14c内に突出している。また、導電ターミナル14dの他端側は、モータ装置1内にある回転センサ等の各種センサ(不図示)やブラシ15に対して電気的に接続されている。車両側コネクタが給電部14cに連結されることにより、導電ターミナル14dを介して、電源供給や各種電気信号の送受信が行われる。
ギヤハウジング21は樹脂製であって、その内部にクラッチ22,ウォームホイール23,ウォーム軸30等を収容可能となっている。上述のようにギヤハウジング21には、ヨークハウジング11の開口部11aを閉塞可能な開口部21aが形成されている。
ウォーム軸30は、ウォームホイール23と噛合するウォーム31と、その両端から長手方向に延出する軸部32,33とを備えている。ウォーム軸30は、ギヤハウジング21内の所定箇所に配設された軸受25a,25bによって回動可能に支承されている。軸受25a,25bは、それぞれ軸部32,33を支承している。
また、ギヤハウジング21には、ウォーム軸30の先端部を保持するための軸受凹部21bが形成されており、この軸受凹部21b内に、軸部33の端部と当接してウォーム軸30のスラスト荷重を支持するボール27が配設されている。
このウォーム軸30の軸部32とモータ本体10の回転軸13aとは、クラッチ22を介して駆動連結されている。
クラッチ22は、回転軸13aからの駆動力をウォーム軸30に伝達し、逆にウォーム軸30からの駆動力を回転軸13aに伝達しないように作動する。つまり、このクラッチ22は、負荷側からの外力によってモータ本体10が回転してしまうのを防止するために設けられている。
ウォームホイール23は、ウォーム軸30の長手方向と直交する出力軸に連結されている。この出力軸は、ウインドガラスを開閉させる周知のXアーム式レギュレータ(不図示)に連結される。
なお、本例では、回転軸13aとウォーム軸30とが、クラッチ22を介して連結されているが、これに限らず、クラッチ22を設けることなく、回転軸13aとウォーム軸30とを一体に形成してもよい。
次に、図2,図3に基づいて、本例のウォーム軸30について説明する。
本例のウォーム軸30は、所定形状に形成した金属製軸部材を転造ダイスによって転造加工して形成したものである。ウォーム軸30のウォーム31には、一条の螺旋状のウォーム歯34が形成されている。
図2に示すように、本例のウォーム31は、円筒ウォーム部31aと、その軸方向両端部にそれぞれ設けられたテーパウォーム部31b,31cとを備えている。円筒ウォーム部31aは、歯底径Raが軸線C方向において略同一であると共に、ピッチ円半径Paが略同一となっている。すなわち、ピッチ円筒面を形成している。
テーパウォーム部31b,31cは、円筒ウォーム部31aから軸線C方向に離れるほど、それぞれ歯底径Rb,Rcが直線的(一次関数的)に拡径すると共に、それぞれピッチ円半径Pb,Pcも直線的(一次関数的)に拡径するように形成されている。テーパウォーム部31b,31cは、それぞれ軸線C方向において拡径度合が略一定に設定されている。拡径度合を略一定に設定することにより、例えば、転造加工にてウォーム31を製造する場合は、転造ダイスの製造が容易となる。
図2において、二点鎖線はウォーム歯34の歯先面の外径包絡線Lを示している。より正確には、外径包絡線Lはウォーム歯34の歯先面の外径包絡面と、軸線Cを含む平面との交線である。外径包絡線Lは、円筒ウォーム部31aにおいては軸線Cと略平行な直線となり、テーパウォーム部31b,31cにおいては軸線Cと所定角度をなす直線となる。そして、外径包絡線Lは全体として概略円弧に沿った形状となる。
また、図2において、一点鎖線は、ピッチ円の軸線C方向の包絡線P1を示している。包絡線P1は、外径包絡線Lと同様に、円筒ウォーム部31aにおいて軸線Cと略平行な直線となり、テーパウォーム部31b,31cにおいて軸線Cと所定角度をなす直線となる。
このように本例のウォーム31は、軸線C方向においてピッチ円半径が異なる部位を有するように形成されている。
テーパウォーム部31b,31cの外側端部(円筒ウォーム部31aと反対側の端部)は、それぞれ軸部32,33の端部と連結されている。本例では、軸部32,33の本体部は、テーパウォーム部31b,31cの外側端の径寸法よりも小径に設定されており、それぞれテーパウォーム部31b,31cの外側端に向けて軸線C方向に次第に拡径する傾斜部32a,33aを介してテーパウォーム部31b,31cに連結されている。
本例のウォーム31では、軸線C方向の位置によらずウォーム歯34の圧力角が略同一であり、約10度と小さな値に設定されている。また、図3に示すように、ウォーム歯34の歯先方向は、一般的な鼓形ウォームと異なり、軸線C方向の位置によらず軸線Cに対して略垂直をなしている(図中矢印方向)。歯先方向は、軸線Cを含む断面において軸線Cに対してウォーム歯34が突出する方向を意味している。なお、図3において、一点鎖線P2はウォームホイール23のピッチ円を示している。
図4に示すように、ウォーム歯34は、歯先方向に対して略対称に形成されており、左右の歯面34a,34bの法線と軸線Cとがなす角度は軸線C方向の位置によらず略一定の角度θ(>0度。本例では約10度。)をなす。したがって、ウォーム31では、ウォーム歯34の歯面34a,34bは、それぞれ軸線C方向にわたって平行な面となっている。
すなわち、ウォーム歯34の歯面34a,34bは、ウォーム31の軸線C方向中央位置Q(図3参照)から軸線C方向に離れ且つ圧力角が小さい場合でもアンダーカットになることがない。このため、ウォーム31の軸線C方向長を長く設定することが可能である。そして、本例では、ウォーム31の軸線C方向長を長く設定することにより、有効噛み合い数を約6枚と多く確保することができ(図3の範囲B1)、伝達負荷能力を向上させることが可能となっている。
また、ウォーム31は低圧力角化されているので、ウォーム軸30の撓みを抑制することができる。
また、本例では、ウォーム歯34の歯面34a,34bがアンダーカットになることがないので、転造ダイスを用いて転造加工により形成することができる。この場合、上述のように先ず金属製軸部材を所定形状に形成した後、この金属製軸部材を転造ダイスによって転造加工していく。その際、軸線C方向の位置によって転造ダイスを軸線Cに対して傾斜させていくことなく、軸線C方向に沿う姿勢を維持した状態で金属製軸部材の表面に当接させることにより、ウォーム歯34を形成することができる。
本例のウォーム31は、上述のように通常の動作時には、ウォームホイール23との有効噛み合い数が2〜3枚であり、主に円筒ウォーム部31aがウォームホイール23と噛合する。また、モータロック時には、テーパウォーム部31bまたはテーパウォーム部31cもウォームホイール23と噛合し、ギヤ強度を確保するようになっている。このため、歯面間のクリアランスがテーパウォーム部31b,31cのテーパ量(拡径度合)で調整されている。
上記実施形態は、以下のように改変することができる。なお、上記実施形態と同じ構成要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
上記実施形態のウォーム31では、テーパウォーム部31b,31cは、円筒ウォーム部31aの両側にそれぞれ一段のみ形成されていたが、これに限らず、図5に示す例のように多段に形成してもよい。このように多段に形成すると、ウォームホイールとの有効噛み合い数をさらに多く確保することができる。
すなわち、図5に示すウォーム31では、テーパウォーム部31bは中央側から拡径部31ba,31bbの2段で構成され、テーパウォーム部31cは中央側から拡径部31ca,31cbの2段で構成されている。拡径部31bbは、円筒ウォーム部31aに対してより近い位置に形成された拡径部31baよりもピッチ円P1の拡径度合が大きく設定されている。また、拡径部31cbは、円筒ウォーム部31aに対してより近い位置に形成された拡径部31caよりもピッチ円P1の拡径度合が大きく設定されている。このように、本例のテーパウォーム部31b,31cは多段に形成されており、ウォーム歯34の歯先面の外径包絡線は略円弧状に形成されている。
また、上記実施形態では、ウォーム31を円筒ウォーム部31aとテーパウォーム部31b,31cによって構成していたが、これに限らず、図6に示す例のように構成してもよい。図6の例では、ウォーム31の歯底面は、鼓形状に形成されている。すなわち、歯底径Rdは、上記実施形態のように軸線C方向中央位置Qから離れるにしたがって直線的(一次関数的)に増加するのではなく、軸線C方向中央位置Qから離れるにつれて高次関数的に増加するように設定されている。したがって、歯底面の外径線は円弧状となっている。歯先方向は、軸線C方向の位置によらず軸線C方向に対して略垂直に設定されている。このように形成しても、ウォームホイール23との有効噛み合い数を約6枚と多く確保することができる(図6の範囲B2)。
また、上記実施形態のウォーム31は、のど部(ピッチ円半径が最小の部位)を境界として軸線C方向に対称に形成されているが、これに限らず、非対称に形成してもよい。例えば、円筒ウォーム部31aに連続してテーパウォーム部31b,31cのいずれか一方のみを形成した構成としてもよい。
また、上記実施形態では、円筒ウォーム部31aを介してテーパウォーム部31b,31cが連結されていたが、必ずしも円筒ウォーム部31aを形成しなくてもよく、円筒ウォーム部31aを形成することなしに、のど部を境界としてテーパウォーム部31b,31cを連結した構成としてもよい。
また、上記実施形態では、テーパウォーム部31b,31cの歯底面の外径線は直線状に形成されていたが、これに限らず、曲線状に形成してもよい。
本発明の一実施形態に係るモータ装置の断面説明図である。 図1のウォーム軸の要部説明図である。 図1のウォーム軸とウォームホイールとの噛合状態を示す説明図である。 図1のウォーム軸のウォーム歯の断面説明図である。 本発明の他の実施形態に係るウォーム軸の断面説明図である。 本発明の他の実施形態に係るウォーム軸の断面説明図である。 従来例に係る円筒ウォーム軸とウォームホイールとの噛合状態を示す説明図である。 従来例に係る鼓形ウォーム軸とウォームホイールとの噛合状態を示す説明図である。
符号の説明
1‥モータ装置、10‥モータ本体、11‥ヨークハウジング、
11a‥開口部、11b‥軸受凹部、12‥マグネット、13‥電機子、
13a‥回転軸、14‥ブラシホルダ、14a‥ホルダ本体、14b‥延出部、
14c‥給電部、14d‥導電ターミナル、15‥ブラシ、16a,16b‥軸受、
17‥ボール、18‥整流子、20‥減速部、21‥ギヤハウジング、
21a‥開口部、21b‥軸受凹部、22‥クラッチ、23‥ウォームホイール、
25a,25b‥軸受、27‥ボール、30‥ウォーム軸、31‥ウォーム、
31a‥円筒ウォーム部、31b,31c‥テーパウォーム部、
31ba,31bb,31ca,31cb‥拡径部、32,33‥軸部、
32a,33a‥傾斜部、34‥ウォーム歯、34a,34b‥歯面、
123‥ウォームホイール、131‥円筒ウォーム、134‥ウォーム歯、
231‥鼓形ウォーム、234‥ウォーム歯

Claims (6)

  1. 軸線方向においてピッチ円半径が異なる部位を有するウォームであって、
    歯先面の外径包絡線が、噛合するウォームホイールのピッチ円に沿うように略円弧状に形成されると共に、歯先方向が、前記軸線方向に対して略垂直に形成されたことを特徴とするウォーム。
  2. 軸線方向においてピッチ円半径が異なる部位を有するウォームであって、
    前記軸線方向において略同一のピッチ円半径を有する円筒ウォーム部と、
    少なくとも該円筒ウォーム部の一端に前記軸線方向において前記円筒ウォーム部から離れるほどピッチ円半径が拡径するテーパウォーム部と、を備え、
    前記円筒ウォーム部および前記テーパウォーム部において、歯先方向が前記軸線方向に対して略垂直に形成されたことを特徴とするウォーム。
  3. 前記テーパウォーム部は、前記軸線方向に対してピッチ円半径が拡径する拡径度合が略一定に設定されたことを特徴とする請求項2に記載のウォーム。
  4. 前記テーパウォーム部は、前記軸線方向に対してピッチ円半径が拡径する拡径度合が略一定に設定された拡径部を複数有し、
    前記複数の拡径部は、前記円筒ウォーム部から離れて配置されたものほど前記拡径度合が大きく設定されたことを特徴とする請求項2に記載のウォーム。
  5. 前記軸線方向において歯面の圧力角が略同一に形成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のウォーム。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のウォームを有する減速部と、該減速部に回転出力を出力するモータと、を備えたことを特徴とするモータ装置。
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