JP2010112414A - ギヤボックスの駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ回転時に発生する磁力の影響を受け難くするとともに、モータの設計及び選択の幅を広げることができるギヤボックスの駆動機構を提供すること。
【解決手段】モータ１０の回転軸１１に直結したウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０に噛み合うウォームホイル３０とをケーシング４０内に収納したギヤボックスの駆動機構１において、ウォームギヤ２０に、ウォームギヤ２０の回転位置に応じて発生磁場の向きを変化させる検出用マグネット６０を設け、ケーシング４０に、検出用マグネット６０のウォームギヤ２０軸回りの回転を検出するセンサ（ホール素子）７０、７１を設けた。
【選択図】図４

Description

本発明は、ギヤボックスの駆動機構に関する。

車両のウインドガラスを昇降させるウインドレギュレータにはギヤボックスが設けられており、このギヤボックスの駆動機構は、モータの回転軸に直結したウォームギヤと、このウォームギヤに噛み合うウォームホイルとをケーシング内に収納してなる。

ギヤボックスの駆動機構には、挟み込み防止や位置検知等の安全上の観点から、ウインドガラスの昇降速度及び位置を検出する装置が設けられている。この検出装置の一種として、ウォームギヤの回転位置に応じて発生磁場の向きを変化させる検出用マグネットと、この検出用マグネットのウォームギヤ軸回りの回転を検出するセンサ（ホール素子）からなるものが知られている。

従来のギヤボックスの駆動機構においては、検出用マグネットとセンサはともに、モータカバーの内径側（ロータの外径側）に設けられていた（特許文献１）。
特開２００５−３１２０８６号公報

しかしながら、上記従来のギヤボックスの駆動機構にあっては、検出用マグネットがモータ側に設けられているので、検出用マグネットとモータの間隔を十分に確保できず、検出用マグネットがモータ回転時に発生する磁力の影響を受け易いという問題があった。即ち、検出用マグネットがドア位置検出等とは関係のないモータの回転を要因として磁性を帯びる結果、センサ（ホール素子）の検出精度の低下、更には誤差動を生じさせる虞があった。

また、検出用マグネットがモータの内部に入り込んでモータの一部をなしているので、製造段階で既に検出用マグネットが取り付けられているモータしか使用することができないという問題があった。即ち、機能面・価格面において極めて多種類のモータが存在する現況の中にあってもそれらを有効活用できず、モータの設計及び選択の幅が狭くなっていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、モータ回転時に発生する磁力の影響を受け難くするとともに、モータの設計及び選択の幅を広げることができるギヤボックスの駆動機構を提供することを目的とする。

本発明は、検出用マグネットはモータ内に設けるものであるという技術常識を見直して、検出用マグネットをウォームギヤ側に設けることにより、検出用マグネットとモータの一体関係を解くという着眼に基づいてなされたものである。これにより、検出用マグネットとモータの間隔を十分に確保してモータの磁力の影響を減らすとともに、検出用マグネットとは独立してモータを設計及び選択することができる。

即ち、本発明のギヤボックスの駆動機構は、モータの回転軸に直結したウォームギヤと、このウォームギヤに噛み合うウォームホイルとをケーシング内に収納したギヤボックスの駆動機構において、上記ウォームギヤに、該ウォームギヤの回転位置に応じて発生磁場の向きを変化させる検出用マグネットを設け、上記ケーシングに、上記検出用マグネットのウォームギヤ軸回りの回転を検出するセンサを設けたことを特徴とする。

上記検出用マグネットは、環状をなしており、上記ウォームギヤは、この環状検出用マグネットを嵌合させる小径段部を有していることが好ましい。

また、上記環状検出用マグネットの軸方向位置は、該環状検出用マグネットに重ねて上記ウォームギヤの小径段部に嵌合された締結手段（プッシュナット、Ｅリング、Ｃリング、各種ナット止め等）によって固定されていることが好ましく、上記環状検出用マグネットの回転方向位置は、該環状検出用マグネットの内周面に形成された非円形穴部（小判型穴部）と上記ウォームギヤの小径段部に形成された非円形段部（小判型段部）を嵌合することにより固定されていることが好ましい。

上記環状検出用マグネットは、略９０°間隔でＳ極とＮ極を２極ずつ配置した着磁構造を有することができる。

上記センサは、上記検出用マグネットの発生磁場を電気信号に変換するホール素子とすることができ、このホール素子は２つ設けることができる。

本発明によれば、ウォームギヤに、ウォームギヤの回転位置に応じて発生磁場の向きを変化させる検出用マグネットを設けたので、検出用マグネットとモータの間隔が十分に確保され、モータ回転時に発生する磁力が検出用マグネットに影響を及ぼすことがなくなるとともに、モータと検出用マグネットが別部材とされ、モータの設計及び選択の幅を広げることができる。

図１〜図５は、本発明の一実施の形態に係るギヤボックスの駆動機構１の構成を示す図である。本実施の形態では、ギヤボックスの駆動機構１をパワースライドドアに用いる場合を例示して説明する。ギヤボックスの駆動機構１は、モータ１０と組み合わされてギヤボックスを構成する。

ギヤボックスの駆動機構１は、モータ１０の回転軸に直結したウォームギヤ２０と、ウォームギヤ２０に噛み合うウォームホイル３０とを備えており、ウォームギヤ２０とウォームホイル３０は、ケーシング４０内に収納されている。

ウォームギヤ２０は、ロアケーシング４０Ｌに形成されたウォームギヤ収納溝４１に収納され、この収納溝４１のモータ１０の反対側の端部において、軸受２２に回転自在に支持されている（図２〜図４）。

ウォームホイル３０は、ロアケーシング４０Ｌに形成されたホイル収納凹部４２に収納され、アッパケーシング４０Ｕにより蓋をされている。ウォームホイル３０の中心には、相対回転不能に出力軸３３が嵌め込まれており、この出力軸３３は、ロアケーシング４０内で軸受３１、３２に回転自在に支持されている。出力軸３３は、アッパケーシング４０Ｕを貫通してケーシング４０の外部に突出するセレーション部３３ａを有している（図３、図５）。

モータ１０の回転体（図示せず）とウォームギヤ２０とは、非円形断面（例えば、四角形断面）のフレキシブルシャフト（モータシャフト）１１により回転伝達及び着脱可能に結合されている。ウォームギヤ２０を収納したハウジング４０とモータ（ハウジング）１０とは、固定ネジ１２によって着脱可能であり、モータ１０の回転体とウォームギヤ２０とをフレキシブルシャフト１１で結合した状態において、固定ネジ１２を締めることで、モータ１０とハウジング４０の組立体が完成する。逆に、固定ネジ１２を外し、モータ１０とハウジング４０を分離することで、同じハウジング４０に対して別のモータ１０を結合することができる。

ケーシング４０（アッパケーシング４０Ｕ）の外部にはドラム底部５１とドラム蓋部５２からなるドラムケーシング５０が設けられており、このケーシング５０の内部にドラム５３が設けられている。ドラム５３の中心にはホイルギヤ３３のセレーション部３３ａが嵌め込まれており、このセレーション部３３ａはドラムケーシング５０内で軸受５４に回転自在に支持されている。これにより、ホイルギヤ３３の回転出力がドラム５３に伝わるようになっている（図３）。

ドラム５３にはケーブル（図示せず）が巻き付けられ、その一端は車両本体に他端はドア本体にそれぞれ接続されており、ドラム５３が正逆に回転すると、ケーブルは、一方でドラム５３に巻き取られ、他方でドラム５３から繰り出されて、ドアがスライドし開閉される。

このように、モータ１０の回転駆動力は、ウォームギヤ２０からウォームホイル３０、ホイルギヤ３３、そしてドラム５３へと伝達され、ドラム５３の正逆回転によりドアの開閉が可能になっている。即ち、モータ１０の回転制御によりドアの開閉動作が制御されており、例えば、ドアが開き始めた後（閉まり終わる前）の所定時間だけモータ１０の回転を遅くしてドアの開閉を緩やかにすること等が行われている。

モータ１０の回転制御は、ドアの開閉速度及び位置を検出する装置の検出結果に基づいて行われており、本実施形態でこの検出装置は、検出用マグネット（以下単に「マグネット」という）６０と、ホール素子７０、７１とにより構成されている。以下、マグネット６０とホール素子７０、７１の構成及び動作について説明する。

図２、図４に示すように、マグネット６０は環状をなしており、ウォームギヤ２０に形成された小径段部２３に嵌合されている。具体的に、ウォームギヤ２０の小径段部２３には、ワッシャ６１、マグネット６０、スペーサ６２、ベアリング６３、ワッシャ６４が順に嵌め込まれて（積み上げられて）おり、最後にこれらの部材をウォームギヤ２０に共締めするプッシュナット（締結手段）８０が嵌め込まれている。また、プッシュナット８０は、ウォームギヤ２０の小径段部２３とは反対側の端部近傍において、軸受２２をウォームギヤ２０に共締めしている。このプッシュナット８０によって、環状マグネット６０の軸方向位置（ウォームギヤ２０の軸方向の位置）が固定される。モータスペーサ１３は、ロアケーシング４０Ｌのウォームギヤ収納溝４１の端部内に挿入され、その先端部がマグネット６０に当接し、プッシュナット８０と協働して、マグネット６０の軸方向位置を固定する。

尚、プッシュナット８０に代替してＥリングやＣリング、各種ナット止め等の締結手段を用いることにより、環状マグネット６０の軸方向位置を固定することができる。また、締結手段とウォームギヤ２０の小径段部２３とをかしめる（締結手段の径を小径段部２３の径よりも僅かに小さくする）ことにより、環状マグネット６０の軸方向位置を固定することもできる。

一方、マグネット６０はその内周面に小判型穴部（非円形穴部）６０ａを有しており、この小判型穴部６０ａがウォームギヤ２０の小径段部２３に形成された小判型段部（非円形段部）２３ａと嵌合することにより、マグネット６０の回転方向位置（ウォームギヤ２０の回転方向の位置）が固定される（図６参照）。

尚、マグネット６０の内周面にキー溝６０ｂを形成し（図７参照）、このキー溝６０ｂをウォームギヤ２０の小径段部２３に形成されたキー突起（図示せず）と噛み合わせることにより、マグネット６０の回転方向位置（ウォームギヤ２０の回転方向の位置）が固定することもできる。

また、マグネット６０は、ウォームギヤ２０の回転位置に応じて発生磁場（磁束密度）の向きを変化させる。マグネット６０はウォームギヤ２０と一体回転するので、マグネット６０の発生磁場の向きの変化は、ウォームギヤ２０の回転位置の変化を示すことになる。マグネット６０は、略９０°間隔でＳ極とＮ極を２極ずつ配置した着磁構造を有しており、ウォームギヤ２０が１回転する間に、磁場の位相（Ｓ極とＮ極）が２回切替わるようになっている（図７参照）。

図５に示すように、２つのホール素子７０、７１は、基板４４上に対をなして配置されており、この基板４４とともに、ロアケーシング４０Ｌに形成されたホール素子収納凹部４３に蓋部４５により蓋をされて収納されている（２センサ内蔵１パッケージ）。

ホール素子７０、７１は、マグネット６０のウォームギヤ２０軸回りの回転を検出するセンサであり、具体的には、マグネット６０の発生磁場を電気信号に変換する。この電気信号は、マグネット６０の発生磁場（磁束密度）に比例した出力であり、マグネット６０のウォームギヤ２０軸回りの回転速度、更にはドアの開閉速度に比例した出力である。ホール素子７０、７１は結果的に、ドアの移動量に比例した発生磁場が得られる位置にレイアウトされており、この電気信号は、ドアの移動量（更にはドアの位置）を示す出力でもある。また、ホール素子７０、７１は各々の２つの出力が鏡像（折り返すと重なる）するように、つまり２つの出力の差がドアの移動量に対してリニアになるように配置されている。

従って、ホール素子７０、７１で変換された電気信号が制御部（図示せず）に送られると、制御部は、この電気信号に基づいて、上述したようなドアの開閉制御、つまりモータ１０の回転制御を行うことができる。

ここで、モータは回転駆動時に磁場を発生するが、従来のようにモータ側にマグネットを設けていると、マグネットがこの磁場の影響を受け、ウォームギヤの回転速度とは関係のない要因で磁性を帯びてしまう。その結果、ホール素子の検出精度が低下し、更には誤差動を生じさせる虞もある。

これに対し、本実施の形態によれば、ウォームギヤ２０に、ウォームギヤ２０の回転位置に応じて発生磁場の向きを変化させるマグネット６０を設けたので、マグネット６０とモータ１０の間隔が十分に確保され、モータ１０が回転時に発生する磁力がマグネット６０に影響を及ぼすことがなくなる。

また、マグネット６０のウォームギヤ２０軸回りの回転を検出するセンサ（ホール素子７０、７１）をウォームギヤ２０（マグネット６０）が収納された同一のケーシング４０に設けたので、ホール素子７０、７１とモータ１０の間隔も十分に確保され、モータ１０の回転時に発生する磁力がホール素子７０、７１に影響を及ぼすこともなくなる。一方、マグネット６０とホール素子７０、７１の間隔は所定範囲内に維持されるので、ホール素子７０、７１は、マグネット６０の発生磁場、ひいてはドアの開閉速度及び位置を高精度に検出することができる。

更に、モータ１０とウォームギヤ２０を別部材とした上でウォームギヤ２０の側にマグネット６０を設けたので、マグネット６０の取り付けを考慮することなく、あらゆる種類のモータを自由に選んでウォームギヤ２０に接続することができる。その結果、モータ１０、ひいてはギヤボックスの駆動機構１自体の設計及び選択の幅を広げることができる。

また、マグネット６０は環状をなしウォームギヤ２０の小径段部２３に嵌合されているので、ウォームギヤ２０の回転軸から３６０°に亘って対称な位置にマグネット６０が配置され、ウォームギヤ２０の回転速度に応じて一律に発生磁場の向きを変化させることができる。その結果、ホール素子７０、７１は、ドアの開閉速度及び位置を高精度に検出することができる。

また、マグネット６０の軸方向位置は、マグネット６０に重ねてウォームギヤ２０の小径段部２３に嵌合されたプッシュナット（締結手段）８０により固定されているので、接着剤や複雑な接続機構を用いることなくマグネット６０の軸方向位置を規定することができる。一方、マグネット６０の回転方向位置は、マグネット６０の内周面に形成された小判型穴部（非円形穴部）６０ａとウォームギヤ２０の小径段部２３に形成された小判型段部（非円形段部）２３ａを嵌合することにより固定されるので、接着剤や複雑な接続機構を用いることなくマグネット６０の回転方向位置を規定することができる。その結果、マグネット取付構造の単純化によるガタ減少及びコストダウン等の効果が得られる。

また、環状マグネット６０は略９０°間隔でＳ極とＮ極を２極ずつ配置した着磁構造を有するので、ウォームギヤ２０が１回転する間に、磁場の位相（Ｓ極とＮ極）が２回切替わり、マグネット６０の発生磁場の変化をより高感度に検出でき、ホール素子７０、７１からリニアな出力が期待できる。

また、マグネット６０の発生磁場を電気信号に変換するホール素子７０、７１をセンサとして用いたので、粉塵等に対する耐久性が高く、マグネット６０と非接触でも動作することができ、センサ小型化の要求にも応えることができる。

また、ホール素子７０、７１を２つ設けたので、これら２つの出力が鏡像し、２つの出力の差がドアの移動量に対してリニアになる。その結果、ホール素子７０、７１からの出力が大きくなり広範囲のドア移動量をカバーすることができるとともに、２つの出力電圧の温度特性をキャンセルすることができる。

尚、上記実施の形態ではギヤボックスの駆動機構１をパワースライドドアに用いる場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明のギヤボックスの駆動機構１は、パワーステアリング、パワーウインドウ、パワーシート、パワーサンルーフ、パワーワイパ等に用いることもでき、上記実施の形態で説明したのと同様の作用・効果を得ることができる。

尚、上記実施の形態では、マグネット６０の発生磁場の変化を検出する装置としてホール素子７０、７１を用いる場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ホール素子７０、７１に代えて、マグネット６０の発生磁場を回転角度として検出する各種のレゾルバを用いることができる。この場合、レゾルバをウォームギヤ２０側に設けることにより、上記実施の形態で説明したのと同様の作用・効果を得ることができる。

尚、上記実施の形態では、環状マグネット６０が略９０°間隔でＳ極とＮ極を２極ずつ配置した着磁構造を有する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。環状マグネットの着磁間隔（着磁数）の分解能を高めることにより、より高精度なドアの開閉速度及び位置の検出を行うことができる。例えば、環状マグネットを略４５°間隔でＳ極とＮ極を４極ずつ配置した着磁構造とすることができる。

本発明の一実施の形態に係るギヤボックスの駆動機構及びこれに接続されたドラムケーシングの構成を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１を裏側から見た紙面方向に沿う断面図である。 図１のギヤボックスの駆動機構の構成を示す分解斜視図である。 検出用マグネットをウォームギヤに固定するための構成の一例を示す図である。 検出用マグネットをウォームギヤに固定するための構成の他の例を示す図である。

符号の説明

１ ギヤボックスの駆動機構
１０ モータ
１１ フレキシブルシャフト
２０ ウォームギヤ
２３ 小径段部
２３ａ 小判型段部（非円形段部）
３０ ウォームホイル
３３ 出力軸
４０ ケーシング
５０ ドラムケーシング
５３ ドラム
６０ 検出用マグネット
６０ａ 小判型穴部（非円形穴部）
７０、７１ ホール素子
８０ プッシュナット（締結手段）

Claims (7)

1. モータの回転軸に直結したウォームギヤと、このウォームギヤに噛み合うウォームホイルとをケーシング内に収納したギヤボックスの駆動機構において、
   上記ウォームギヤに、該ウォームギヤの回転位置に応じて発生磁場の向きを変化させる検出用マグネットを設け、
   上記ケーシングに、上記検出用マグネットのウォームギヤ軸回りの回転を検出するセンサを設けたことを特徴とするギヤボックスの駆動機構。
2. 請求項１記載のギヤボックスの駆動機構において、
   上記検出用マグネットは環状をなしており、上記ウォームギヤは、この環状検出用マグネットを嵌合させる小径段部を有しているギヤボックスの駆動機構。
3. 請求項２記載のギヤボックスの駆動機構において、
   上記環状検出用マグネットの軸方向位置は、該環状検出用マグネットに重ねて上記ウォームギヤの小径段部に嵌合された締結手段によって固定されているギヤボックスの駆動機構。
4. 請求項２又は請求項３記載のギヤボックスの駆動機構において、
   上記環状検出用マグネットの回転方向位置は、該環状検出用マグネットの内周面に形成された非円形穴部と上記ウォームギヤの小径段部に形成された非円形段部を嵌合することにより固定されているギヤボックスの駆動機構。
5. 請求項２乃至請求項４記載のギヤボックスの駆動機構において、
   上記環状検出用マグネットは、略９０°間隔でＳ極とＮ極を２極ずつ配置した着磁構造を有するギヤボックスの駆動機構。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のギヤボックスの駆動機構において、
   上記センサは、上記検出用マグネットの発生磁場を電気信号に変換するホール素子であるギヤボックスの駆動機構。
7. 請求項６記載のギヤボックスの駆動機構において、
   上記ホール素子は２つ設けられているギヤボックスの駆動機構。

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