JP2018084252A - ギヤユニット、減速機および減速機付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】大型化することなく二つのギヤの強度を確保する。
【解決手段】互いに噛み合う二つのギヤ１３，１４を備えたギヤユニット１０において、二つのギヤ１３，１４の各々の歯部１３ａ，１４ａは、互いに異なる材料強度を有し、二つのギヤ１３，１４のうち、歯部１３ａの材料強度が高い方の第一ギヤ１３は歯厚が減少する方向に横転位され、二つのギヤ１３，１４のうち、歯部１４ａの材料強度が低い方の第二ギヤ１４は歯厚が増加する方向に横転位されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに噛み合う二つのギヤの歯部の材料強度が異なるギヤユニット、および、このギヤユニットを用いた減速機、ならびに、この減速機を備えた減速機付きモータに関する。

減速機付きモータは、動力源であるモータと、複数のギヤを含む減速機とが一体化されたものであり、例えば車両のパワーウィンドウシステムに用いられている。減速機は、所望の減速比を満たしつつ強度や耐久性を確保できるように、減速の段数や各ギヤの形状（径，歯幅，歯厚など）が設定される。例えば特許文献１には、少なくとも三つの以上の減速ギヤを備えた減速機が開示されている。この技術では、複数の減速ギヤを支持する支持部の構成を工夫することで、出力軸の径方向におけるサイズの小型化が図られている。なお、特許文献１では、各々のギヤが樹脂材料により成形されている。

特開２０１５−６４０６１号公報

ところで、減速機には、少なくとも互いに径の異なる二つのギヤが噛合して設けられるが、二つのギヤが同一の樹脂材料により成形された場合には、小径ギヤの強度が不足しやすい。これに対し、小径ギヤの径や歯幅を大きくして強度を高めることも考えられるが、小径ギヤの径や歯幅を大きくすることは大径ギヤの径や歯幅の大型化を招くことになるため、減速機の小型化や軽量化の実現が困難となる。なお、このような課題は、減速機付きモータの減速機に限らず、互いに噛み合う二つのギヤを備えたギヤユニットに共通の課題である。

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、互いに噛み合う二つのギヤを備えたギヤユニットにおいて、大型化することなく二つのギヤの強度を確保することを目的の一つとする。内蔵するギヤの強度を確保しつつ小型化を実現できるようにした、減速機および減速機付きモータを提供することも目的の一つとする。なお、これらの目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）ここで開示するギヤユニットは、互いに噛み合う二つのギヤを備えたギヤユニットであって、前記二つのギヤの各々の歯部は、互いに異なる材料強度を有する。また、前記二つのギヤのうち、前記歯部の材料強度が高い方の第一ギヤは歯厚が減少する方向に横転位され、前記二つのギヤのうち、前記歯部の材料強度が低い方の第二ギヤは歯厚が増加する方向に横転位されていることを特徴としている。

（２）前記第一ギヤの前記歯厚は、前記第一ギヤの歯元曲げ強さが所定値以上となるように、少なくとも前記第一ギヤの材料強度に基づいて設定されていることが好ましい。なお、前記所定値は、前記第二ギヤの歯元曲げ強さであることがより好ましい。
（３）前記第一ギヤの前記歯部が金属製であり、前記第二ギヤの前記歯部が樹脂製であることが好ましい。

（４）前記第一ギヤは焼結金属により一体成形され、前記第二ギヤは樹脂により一体成形されていることが好ましい。
（５）前記第一ギヤが前記第二ギヤよりも小径であることが好ましい。
（６）前記ギヤユニットは、前記第一ギヤと同軸上に位置し、前記第一ギヤに固定され樹脂製の歯部を有する第三ギヤと、前記第三ギヤと噛み合い金属製の歯部を有するウォームと、を備えていることが好ましい。

（７）ここで開示する減速機は、上記の（５）を引用する上記の（６）に記載のギヤユニットを備え、前記ウォームが動力源の回転が伝達される入力要素であり、前記第二ギヤが出力要素であることを特徴としている。
（８）また、ここで開示する減速機付きモータは、ロータおよびステータを備えたモータ部と、前記モータ部の回転軸と連結された上記の（７）に記載の減速機と、を具備したことを特徴としている。

開示のギヤユニットによれば、第一ギヤは材質によって強度を高め、高まった強度の分だけ歯厚を減らし、その分の歯厚を第二ギヤ側の強度確保に利用することで、両方のギヤの強度を確保することができる。つまり、二つのギヤのサイズ（径や歯幅）を大きくしなくても強度を確保することができ、ギヤユニットを小型化することができる。
また、開示の減速機および減速機付きモータによれば、内蔵するギヤの強度を確保しつつ小型化を実現することができる。

実施形態に係る減速機付きモータのギヤケースを透視して示す平面図である。 図１の減速機付きモータに内蔵されるギヤユニットの斜視図である。 小径ギヤおよび大径ギヤの各歯部の横転位について説明する図であって、（ａ）は図１のＫ部拡大図（横転位されたギヤの噛み合い状態を示す図）であり、（ｂ）は横転位される前のギヤの噛み合い状態を示す図である。

図面を参照して、実施形態としてのギヤユニットについて、減速機付きモータが備える減速機に適用された例を挙げて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
まず、本実施形態に係る減速機付きモータ１（以下「モータ１」という）の構成について説明する。図１は、本実施形態のモータ１のギヤケース３Ａを透視して示す平面図であり、図２は図１のモータ１に設けられるギヤユニット１０の斜視図である。本実施形態では、車両のパワーウィンドウシステムに適用されるモータ１を例示する。

図１に示すように、モータ１は、出力を発生させるモータ部２（動力源）と、モータ部２の回転を減速させる減速機３とを備える。モータ部２は、例えばブラシ付きＤＣモータであって、ハウジング２Ａに内蔵されたロータおよびステータ（何れも図示略）を有する。モータ部２の回転軸２Ｂは、一端がハウジング２Ａに軸支され、他端がハウジング２Ａに結合されたギヤケース３Ａ内に延設される。

減速機３は、モータ部２の回転軸２Ｂに連結される入力要素と、モータ部２の動力を被駆動部材（例えばウィンドウレギュレータ，図示略）へ出力する出力要素とを含むギヤユニット１０を有する。本実施形態のギヤユニット１０は、モータ部２の回転が伝達されるウォーム１１（入力要素）と、ウォーム１１と噛み合うウォームホイール１２（第三ギヤ）と、互いに噛み合う二つのギヤ１３，１４とを有し、ギヤケース３Ａに内蔵される。なお、二つのギヤ１３，１４は互いに異なるピッチ円直径を有する。以下の説明においてこれらを区別する場合には、径の小さなギヤ１３（第一ギヤ）を「小径ギヤ１３」と呼び、径の大きなギヤ１４（第二ギヤ）を「大径ギヤ１４」と呼ぶ。つまり、本実施形態の減速機３は二段減速方式となっている。

図１および図２に示すように、ウォーム１１は、回転軸２Ｂの他端側に圧入固定されて回転軸２Ｂと一体回転する歯車であり、モータ部２の回転が伝達される入力要素として機能する。ウォームホイール１２は、ウォーム１１と噛み合う歯車であり、後述する出力軸１５と平行に配置された支持軸１６に対して回転自在に設けられる。なお、支持軸１６はギヤケース３Ａに固定される。

ウォームホイール１２のボス部１２ｂには、支持軸１６が挿通される貫通孔（図示略）とギヤ穴１２ｈとが形成される。なお、ここでいう「ボス部」とは、ギヤの径方向中心部であって軸が固定又は挿通される孔を有する部位を意味し、「歯部」とは、円周方向に並設された複数の歯を含む円環状の部位（すなわちボス部を除いた部分）を意味する。ギヤは、ボス部と歯部とから構成される。

ボス部１２ｂのギヤ穴１２ｈは、小径ギヤ１３をウォームホイール１２に対して固定するための穴であり、小径ギヤ１３の歯部１３ａの軸方向一端部がセレーション結合の状態に圧入固定される。

小径ギヤ１３は、歯部１３ａと、支持軸１６が挿通される貫通孔１３ｈが形成されたボス部１３ｂとを有し、ウォームホイール１２と一体回転してモータ部２の回転を大径ギヤ１４へと伝達するものである。ウォームホイール１２および小径ギヤ１３は、固定された状態で同軸上に配置され、支持軸１６に対して回転自在に設けられる。

大径ギヤ１４は、歯部１４ａと、出力軸１５が嵌合される軸穴１４ｈが形成されたボス部１４ｂとを有する。大径ギヤ１４は、その歯部１４ａが小径ギヤ１３の歯部１３ａと噛み合って設けられ、ウォームホイール１２と共に回転する小径ギヤ１３の回転が伝達される。大径ギヤ１４の回転は、出力軸１５を介して被駆動部材へと伝達されることから、大径ギヤ１４は出力要素としての機能を有する。

次に、減速機３が有するギヤユニット１０について説明する。ギヤユニット１０は、二つのギヤ１３，１４の各々の歯部１３ａ，１４ａが、互いに異なる材料強度を有するように構成されている。

本実施形態では、小径ギヤ１３の歯部１３ａが大径ギヤ１４の歯部１４ａよりも材料強度が高くなっている。言い換えると、小径ギヤ１３は相対的に材料強度が高い歯部１３ａを有し、大径ギヤ１４は相対的に材料強度が低い歯部１４ａを有する。小径ギヤ１３の歯部１３ａの材質としては、例えば金属（鉄など）やスーパーエンプラ（ポリエーテルエーテルケトン，ポリアミドイミドなど）といった一般的に強度の高い材料が挙げられる。また、大径ギヤ１４の歯部１４ａの材質としては、小径ギヤ１３の材料強度よりも低い材料強度を有するものであればよく、例えば金属（アルミなど）やエンプラ（ポリアセタール，ポリカーボネート，ナイロンなど）が挙げられる。

本実施形態では、小径ギヤ１３が焼結金属により一体成形され、大径ギヤ１４が小径ギヤ１３よりも低強度の樹脂により一体成形されている。つまり、小径ギヤ１３の歯部１３ａは金属製であり、大径ギヤ１４の歯部１４ａは樹脂製である。なお、小径ギヤ１３および大径ギヤ１４は、それぞれが一体もの（歯部とボス部とが同一材料で形成されたもの）でなくてもよく、歯部とボス部とが異なる材料で形成されたものであってもよい。

また、本実施形態のギヤユニット１０は、ウォーム１１の歯部１１ａが金属（例えば鉄や真鍮）により形成されており、ウォームホイール１２の歯部１２ａが樹脂（例えばポリアセタール，ポリカーボネートなどのエンプラ）により形成されている。なお、ウォーム１１およびウォームホイール１２は、それぞれが一体もの（歯部とボス部とが同一材料で形成されたもの）であってもよいし、歯部とボス部とが異なる材料で形成されたものであってもよい。

つまり、本実施形態のギヤユニット１０は、互いに噛み合う歯車の歯部のうち、一方の歯部が樹脂製であり、他方の歯部が金属製になっている。具体的には、ウォーム１１の金属製の歯部１１ａと噛み合うウォームホイール１２の歯部１２ａは樹脂製であり、小径ギヤ１３の金属製の歯部１３ａと噛み合う大径ギヤ１４の歯部１４ａは樹脂製である。これにより、騒音が抑制される。

また、本実施形態のギヤユニット１０では、小径ギヤ１３は、歯厚が減少する方向に横転位されており、大径ギヤ１４は、歯厚が増加する方向に横転位されている。以下、前者の横転位を「マイナス横転位」といい、後者の横転位を「プラス横転位」という。なお、ここでいう「横転位」とは、歯車の歯底円および歯先円の位置は変えずに、歯厚のみを増減させることを意味する。

つまり、ギヤユニット１０は、小径ギヤ１３の強度が材質（材料強度）によって高められているため、マイナス横転位させても（すなわち歯厚を減少させても）小径ギヤ１３に必要な強度を確保でき、このマイナス横転位の分（歯厚減少分）だけ大径ギヤ１４をプラス横転位させることができる。大径ギヤ１４の強度は、材質（材料強度）によって十分に確保されていなくても、このプラス横転位によって（すなわち歯厚を増加させることで）高められるため、大径ギヤ１４に必要な強度を確保することができる。

ここで、図１のＫ部を拡大した図を図３（ａ）に示す。すなわち図３（ａ）は、歯部１３ａ，１４ａが横転位されたギヤ１３，１４の噛み合い状態を示す。一方、図３（ｂ）は、横転位される前のギヤ１３′，１４′の噛み合い状態を示している。なお、これらの図では歯幅は一定とする。また、これらの図では、代表的な歯厚として、ピッチ円上の歯厚（すなわち円弧歯厚）を符号Ｓで示す。なお、符号Ｓの下付きの数字はギヤ１３，１４の符号に対応している。

図３（ａ）に示すように、材料強度が相対的に高い歯部１３ａを持つ小径ギヤ１３の歯厚Ｓ₁₃は、図３（ｂ）に示す歯厚Ｓ₁₃′よりも小さく設定される。反対に、材料強度が相対的に低い歯部１４ａを持つ大径ギヤ１４の歯厚Ｓ₁₄は、図３（ｂ）に示す歯厚Ｓ₁₄′よりも大きく設定される。小径ギヤ１３の歯厚あるいはマイナス横転位された量（歯厚減少量）は、小径ギヤ１３の歯元曲げ強さが所定値以上となるように、少なくとも小径ギヤ１３の材料強度に基づいて設定される。

上記の所定値は、例えば大径ギヤ１４の歯元曲げ強さや、ギヤ１３′で確保されていた歯元曲げ強さ等に設定される。所定値が前者に設定されている場合、小径ギヤ１３の歯厚（あるいはマイナス横転位量）は、小径ギヤ１３の歯元曲げ強さが大径ギヤ１４の歯元曲げ強さ以上となるように、小径ギヤ１３の材料強度および大径ギヤ１４の材料強度に基づいて設定される。

例えば、小径ギヤ１３の歯厚は、マイナス横転位による歯元曲げ強さの低下分が、歯部１３ａの材料強度による歯元曲げ強さの上昇分で相殺されるように設定される。なお、小径ギヤ１３の歯厚は、歯先にエッジが形成されないように（言い換えると、歯先にトップランドが形成されるように）設定される。すなわち、マイナス横転位量には、歯先にエッジが形成されるときの値、あるいはこの値に余裕分を加えた値が上限値として設定されており、小径ギヤ１３の歯厚は、マイナス横転位量がこの上限値未満となるように設定される。

また、大径ギヤ１４の歯厚（あるいはプラス横転位量）は、小径ギヤ１３の歯厚が設定されることで算出（設定）される。大径ギヤ１４の歯厚は、マイナス横転位量が大きいほど大きくなることから、小径ギヤ１３のマイナス横転位量が大きい（すなわち歯厚が小さい）ほど、大径ギヤ１４の強度が高められる。

［２．効果］
（１）上述したギヤユニット１０では、二つのギヤ１３，１４の歯部１３ａ，１４ａを互いに材料強度が異なるものとし、さらに、相対的に材料強度の高い歯部１３ａを持つギヤ１３（第一ギヤ）は歯厚が小さくなっている。これにより、相対的に材料強度の低い歯部１４ａを持つギヤ１４（第二ギヤ）の歯厚を増加させることができる。

つまり、第一ギヤ１３は材質（材料強度）によって強度が高められることから、高まった強度の分だけ歯厚を減らしても、第一ギヤ１３に必要な強度を確保することができる。また、第一ギヤ１３の歯厚を減少させた分だけ、第二ギヤ１４の歯厚を増加させることができるため、第二ギヤ１４の材質（材料強度）によって強度が十分に確保されていなくても第二ギヤ１４に必要な強度を確保することができる。

したがって、上述したギヤユニット１０によれば、ギヤ１３，１４のサイズ（径や歯幅）を大きくしなくても二つのギヤ１３，１４の強度を確保することができるため、ギヤユニット１０を小型化することができる。また、例えば第一ギヤ１３のマイナス横転位量を上記の上限値に近い値に設定したときに、第一ギヤ１３に必要な強度よりも高い強度を確保できる場合には、第一ギヤ１３の径や歯幅を小さくすることができる。このため、上述したギヤユニット１０によれば第一ギヤ１３の小型化を実現しやすくなり、第二ギヤ１４も併せて小型化することができる。

（２）上述したギヤユニット１０では、第一ギヤ１３の歯厚が、そのギヤ１３の歯元曲げ強さが所定値以上となるように、少なくともそのギヤ１３の材料強度に基づいて設定される。これにより、第一ギヤ１３の歯元曲げ強さを確保しつつ第二ギヤ１４の歯厚を増加させることができるため、両方のギヤ１３，１４の強度を適切に確保することができる。
（３）上述したギヤユニット１０によれば、第一ギヤ１３の歯部１３ａが金属製であることから、低コストで高強度の歯部１３ａを持つギヤ１３を製造することができる。一方、第二ギヤ１４の歯部１４ａは樹脂製であることから、騒音を抑制することができる。

（４）また、上述したギヤユニット１０では、第一ギヤ１３が焼結金属により一体成形され、第二ギヤ１４が樹脂により一体成形されている。このように、歯部１３ａ，１４ａとボス部１３ｂ，１４ｂとをそれぞれ一体ものとして成形することで、歯部１３ａ，１４ａのみを別材料で成形する場合と比べて、ギヤ１３，１４の構成を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。なお、焼結金属を用いることで、材料強度の高い第一ギヤ１３を型により製造することができるため、第一ギヤ１３の製造コストをより低減することができる。

（５）上述したギヤユニット１０では、第一ギヤ１３が第二ギヤ１４よりも小径である。言い換えると、小径ギヤ１３が金属製であり、大径ギヤ１４が樹脂製であることから、ギヤユニット１０を軽量化することができる。
（６）また、上述したギヤユニット１０には、第一ギヤ１３に固定されたウォームホイール１２と、このウォームホイール１２と噛み合うウォーム１１とが設けられており、前者の歯部１２ａは金属製であり、後者の歯部１１ａは樹脂製である。すなわち、金属製の歯部１１ａを持つウォーム１１と金属製の歯部１３ａを持つ第一ギヤ１３との間に樹脂製の歯部１２ａを持つウォームホイール１２が介装されるため、騒音を抑制することができる。

（７）上述した減速機３には、上述したギヤユニット１０が設けられることから、内蔵するギヤ１３，１４の強度を確保しつつ小型化を実現することができる。
（８）また、この減速機３を備えたモータ１も同様に、内蔵するギヤ１３，１４の強度を確保しつつ小型化を実現することができる。

［３．その他］
上述したギヤユニット１０や減速機３やモータ１は全て一例であって、上述したものに限られない。
例えば、上記の小径ギヤ１３が焼結金属で一体成形されたものではなく、歯部１３ａとボス部１３ｂとが別材料で成形されたのち結合されたものであってもよい。同様に、上記の大径ギヤ１４が樹脂により一体成形されたものでなくてもよい。

また、小径ギヤ１３を高強度の樹脂（例えばスーパーエンプラ）で成形する場合に、小径ギヤ１３とウォームホイール１２とを一体ものとしてもよい。また、上述した実施形態では、二つのギヤ１３，１４のうち、材料強度が相対的に高い歯部１３ａを持つ一方が小径ギヤ１３として設けられているが、材料強度が相対的に高い歯部を持つギヤが大径ギヤであってもよい。すなわち、大径ギヤと小径ギヤとが上述した実施形態と反対であってもよい。

上述した第一ギヤの歯厚（マイナス横転位量）の設定方法は一例であって、上記以外の要素を考慮して設定してもよい。
なお、上述したギヤユニット１０を、減速機３ではなく、変速機や増速機に適用してもよい。また、上述した減速機３をモータ１以外の製品に適用してもよい。

１ モータ（減速機付きモータ）
２ モータ部（動力源）
２Ａ ハウジング
２Ｂ 回転軸
３ 減速機
１０ ギヤユニット
１１ ウォーム（入力要素）
１１ａ 歯部
１２ ウォームホイール（第三ギヤ）
１２ａ 歯部
１２ｂ ボス部
１２ｈ ギヤ穴
１３ 小径ギヤ（第一ギヤ）
１３ａ 歯部
１３ｂ ボス部
１４ 大径ギヤ（第二ギヤ）
１４ａ 歯部
１４ｂ ボス部
１４ｈ 軸穴
１５ 出力軸
１６ 支持軸

Claims (8)

1. 互いに噛み合う二つのギヤを備えたギヤユニットにおいて、
   前記二つのギヤの各々の歯部は、互いに異なる材料強度を有し、
   前記二つのギヤのうち、前記歯部の材料強度が高い方の第一ギヤは歯厚が減少する方向に横転位され、
   前記二つのギヤのうち、前記歯部の材料強度が低い方の第二ギヤは歯厚が増加する方向に横転位されている
   ことを特徴とする、ギヤユニット。
2. 前記第一ギヤの前記歯厚は、前記第一ギヤの歯元曲げ強さが所定値以上となるように、少なくとも前記第一ギヤの材料強度に基づいて設定された
   ことを特徴とする、請求項１記載のギヤユニット。
3. 前記第一ギヤの前記歯部が金属製であり、前記第二ギヤの前記歯部が樹脂製である
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のギヤユニット。
4. 前記第一ギヤは、焼結金属により一体成形され、
   前記第二ギヤは、樹脂により一体成形された
   ことを特徴とする、請求項３記載のギヤユニット。
5. 前記第一ギヤが前記第二ギヤよりも小径である
   ることを特徴とする、請求項３又は４記載のギヤユニット。
6. 前記第一ギヤと同軸上に位置し、前記第一ギヤに固定され樹脂製の歯部を有する第三ギヤと、
   前記第三ギヤと噛み合い金属製の歯部を有するウォームと、を備えた
   ことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載のギヤユニット。
7. 請求項５を引用する請求項６に記載のギヤユニットを備え、
   前記ウォームが動力源の回転が伝達される入力要素であり、
   前記第二ギヤが出力要素である
   ことを特徴とする、減速機。
8. ロータおよびステータを備えたモータ部と、
   前記モータ部の回転軸と連結された請求項７に記載の減速機と、を具備した
   ことを特徴とする、減速機付きモータ。

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