JP3696788B2 - モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに係り、特にウォーム軸の撓みに対して軸受の偏磨耗が低減できるモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワーウインド装置等に用いられるモータは、モータ本体と該モータ本体の回転を減速する減速部とを備えており、互いに連結されている。減速部を構成するギヤハウジングには、モータ本体の回転軸と同軸状に連結されるウォーム軸、及びウォーム歯車に噛合するウォームホイールがそれぞれ回転可能に収容される。上記ウォーム軸はギヤハウジングに固定される２つの軸受によって、その両端でギヤハウジングに対して回転可能に支持される。
【０００３】
このモータは、モータ本体の回転軸が回転駆動されるとウォーム軸が回転し、ウォーム軸が回転するとウォームホイールがウォーム軸の回転を減速する。すると、ウォームホイールに緩衝部材を介して連結された出力軸が回転し、外部の負荷に回転力を伝達する。上記のようなモータは、出力軸が低速、高トルクで回転することから種々の装置に用いられる。
【０００４】
しかしながら、上記モータは、駆動中に出力軸側で過負荷が加わった場合等、ウォーム軸がモータ本体から伝達される回転力及びウォームホイール側の過負荷により、ウォーム軸がその軸と直交方向（ウォームホイールが配設される側と略反対の方向）に大きな力を受けて撓むことがある。そして、ウォーム軸の撓みにより、ウォーム軸を支持する円筒状の軸受（メタル軸受）に偏磨耗が生じたり、モータ本体の回転軸にも撓みが伝わり、結果、モータの効率を低下させるばかりでなく、騒音の発生を引き起こす原因となる。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、出力側からの過負荷によりウォーム軸を支持する軸受の偏磨耗を低減し、ギヤハウジングの変形を防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ウォームホイールに噛合するウォーム軸とモータ本体の回転軸とを、軸ずれを許容可能な連結部材を介して連結し、前記ウォーム軸の両端を前記モータ本体に固定されるギヤハウジングに保持された軸受によって支持するモータであって、前記連結部材は、前記回転軸の回転力を前記ウォーム軸に伝達し、前記ウォーム軸の回転力を前記回転軸に非伝達するクラッチであり、前記両軸受は、軸受孔の内周面が軸方向にその内周が一定となる内筒部、及び該内筒部の軸方向一側に形成され軸方向端部に向かって内径が拡開する開口部を有し、かつ前記各開口部が互いに対向するように配置されていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載のモータにおいて、前記開口部を、端部に向かって傾きが複数回又は連続して変化する可変開口部としたことを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のモータにおいて、前記モータ本体側の軸受を保持する軸受保持部を、前記ギヤハウジングに突設したことを特徴としている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、ウォームホイールに噛合するウォーム軸とモータ本体の回転軸とを、軸ずれを許容可能な連結部材を介して連結し、前記ウォーム軸の両端を前記モータ本体に固定されるギヤハウジングに保持された軸受によって支持するモータであって、前記両軸受は、軸受孔の内周面が軸方向にその内周が一定となる内筒部、及び該内筒部の軸方向一側に形成され軸方向端部に向かって内径が拡開する開口部を有し、かつ前記各開口部が互いに対向するように配置されており、前記モータ本体側の軸受を保持する軸受保持部を、前記ギヤハウジングに突設したことを特徴としている。
【００１３】
（作用）請求項１に記載の発明によれば、両軸受は、軸受孔の内周面が軸方向にその内周が一定となる内筒部、及び該内筒部の軸方向一側に形成され軸方向端部に向かって内径が拡開する開口部を有し、かつ前記各開口部が互いに対向するように配置されている。そのため、ウォーム軸がモータ本体の回転軸により回転駆動された際、ウォームホイール側の過負荷により軸直交方向（ウォームホイールが配設される側と略反対の方向）に大きな力を受けて撓むことがあっても、ウォーム軸両端が、開口部の内周面に追従できる。そのため、撓みが生じたウォーム軸に倣って支持可能となり軸受の偏磨耗が低減される。しかも、ウォーム軸の撓みによるウォーム軸と回転軸との軸ずれは、連結部材により許容され回転軸に伝わることがない。よって、回転軸を支持する軸受の偏摩耗を抑制できる。
【００１４】
また、連結部材は、回転軸の回転力をウォーム軸に伝達し、ウォーム軸の回転力を回転軸に非伝達するクラッチであるため、ウォーム軸側からの過負荷によりモータ本体の回転軸が逆転することを阻止できる。これは特に自動車のパワーウインドウやサンルーフに用いると好適である。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、開口部を、端部に向かって傾きが複数回又は連続して変化する可変開口部とした撓みが生じたウォーム軸に対し、両軸受は常に近似的に面で当接することができる。すなわち、軸受は撓んだウォーム軸の両端側を常に面接触した状態でウォーム軸を回転可能に支持する。
【００１６】
請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、モータ本体側の軸受を保持する軸受保持部を、ギヤハウジングに突設したため、軸受保持部が軸直交方向に撓み可能とされる。よって、ウォーム軸が撓んでも、軸受保持部及び軸受がウォーム軸の撓みに追従して傾くため、軸受の軸方向端部に局部的に集中した大きな力が加わらない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図１１に従って説明する。
図１はモータの要部断面図を示す。モータは、モータ本体１と、減速部２と、クラッチ３とを備えている。モータ本体１は略有底円筒形状のヨーク４と、ヨーク４に対して固定された軸受５ａ，５ｂと、軸受５ａ，５ｂに回転可能に支持された回転軸６と、回転軸６に固定された電機子１０とを備える。回転軸６の先端部には、断面Ｄ字状の嵌合部６ａが形成されている。
【００２１】
減速部２は、ギヤハウジング７と、第１軸受８及び第２軸受９と、ウォーム軸１１と、ウォームホイール１２と、出力軸１３とを備える。ギヤハウジング７は樹脂製であって、その一端部がヨーク４にネジ止めされる。
【００２２】
ギヤハウジング７には、一端部から回転軸６の軸線方向に沿って延びるようにウォーム軸収容部１４が形成されている。また、ギヤハウジング７には、ウォーム収容部１４の中間部の軸線直交方向に該ウォーム収容部１４と連通するホイール収容部１５が形成されている。
【００２３】
ギヤハウジング７のウォーム軸収容部１４の一端部には、図３に示すように、該ウォーム軸収容部１４より内径の大きい凹部１６が形成されている。
【００２４】
凹部１６の底部には、軸受保持部１７が軸直交方向に撓み可能に突出形成されている。この軸受保持部１７は、ウォーム軸収容部１４より内径が大きく、凹部１６の内径より外径が小さい略円筒形状に形成されている。また、軸受保持部１７は、軸線方向に凹部１６の略中央付近まで延びて形成されている。また、軸受保持部１７の一端部（図３中、左側端部）内周とウォーム軸収容部１４内周とを繋ぐ面（以下、軸受保持底面）１７ａは、軸受保持部１７の外周と凹部１６内周とを繋ぐ底面より突出する側（図３中、右側）に位置している。
【００２５】
軸受保持部１７の外周面基端側（図１及び図３中、左側）には、図２に示すように、凹部１６の内周面と連結されるリブ１８が等角度（４５°）間隔に８個形成されている。このリブ１８により軸受保持部１７の撓む量が所定の値に設定されている。また、軸受保持部１７の外周面先端側には略三角形状の歯溝からなるセレーション１９が形成されている。
【００２６】
第１軸受８は、多孔質材よりなり内部に潤滑油が含浸された、いわゆる含油軸受であり、その一端部が軸受保持底面１７ａと当接するまで軸受保持部１７に内嵌されている。第１軸受８は、多数の図示しない空孔を有する多孔質の焼結金属にて略円筒状に形成されており、各空孔内には潤滑油が充填されている。また、図４及び図６に示すように、第１軸受８の軸受孔８２は軸線方向に貫通されており、軸受孔８２の内周面８４は、軸方向一端側（ウォーム２０に対向しない側）において軸線方向にその内径が一定となる円筒部８６と、円筒部８６の反対側（ウォーム２０に対向する側）に設けられ軸方向に沿って円筒部８６から離間するほどその内径が大きくなる可変開口部８８とを有している。
【００２７】
そして、この可変開口部８８は、第１〜第３テーパ部８８Ａ，８８Ｂ，８８Ｃから構成されている。しかも、図５に示すように、円筒部８６に隣接した第１テーパ部８８Ａから外方向に向かうに従い、その第１〜第３テーパ部８８Ａ〜８８Ｃの各テーパ角度θ１〜θ３が徐々に大きくなるようにしている。つまり、第１テーパ部８８Aのテーパ角度をθ１、第２テーパ部８８Ｂのテーパ角度をθ２、第３テーパ部８８Ｃのテーパ角度をθ３とすれば、θ１＜θ２＜θ３の関係となる。
【００２８】
なお、円筒部８６から第１〜第３テーパ部８８A〜８８Ｃへスムーズに傾けさせるために、各境界部分は曲面となるように仕上げられている。また、軸受孔８９の内周面８４には、空孔を潰しその表面を緻密状態にした目潰し部８９が形成されている。
【００２９】
上記第１軸受８と同様、第２軸受９も含油軸受とされている。つまり、多孔質の焼結金属にて略円筒状に形成されており、各空孔内には潤滑油９が充填されている。ウォーム軸収容部１４の底側（図１中、左側）に内嵌されている。また、図７に示すように、第２軸受９の軸受孔９２は軸線方向に貫通されており、軸受孔９２の内周面９４は、軸方向他端側（ウォーム２０に対向しない側）において軸線方向にその内径が一定となる円筒部９６と、円筒部９６の反対側（ウォーム２０に対向する側、即ち、図７中右側）に設けられ軸方向に沿って円筒部９６から離間するほどその内径が大きくなる可変開口部９８とを有している。
【００３０】
そして、可変開口部９８は、第１〜第３テーパ部９８Ａ，９８Ｂ，９８Ｃから構成され、第１テーパ部９８Aのテーパ角度をθ４、第２テーパ部９８Ｂのテーパ角度をθ５、第３テーパ部９８Ｃのテーパ角度をθ６とすれば、θ４＜θ５＜θ６の関係となるように設定されている。
【００３１】
ウォーム軸１１は、上記第１軸受８及び第２軸受９の各可変開口部８８，９８側がウォーム２０を挟むようにして互いに対向した状態で回転可能に支持されており、モータ本体１側一端部には、断面略四角形状の係合凹部１１ａが形成されている。
【００３２】
一方、ウォームホイール１２はウォーム２０と噛合され、ウォーム軸１１と直交する方向（図１の紙面直交方向）の軸中心で回転可能にホイール収容部１５内に収容されている。そして、出力軸１３はウォームホイール１２の回転に伴って同軸で回転するように該ウォームホイール１２に連結されている。
【００３３】
回転軸６は、連結部材を成すクラッチ３を介してウォーム軸１１に連結されている。クラッチ３は、図９に示すように、クラッチハウジング２１と、駆動側回転体２２と、ボール２３と、従動側回転体２４と、複数（３つ）の転動体２５と、リング２６とを備えている。
【００３４】
駆動側回転体２２は、樹脂材にて形成され、軸部２２ａ及び軸部２２ａよりも拡径された円盤部２２ｂを有している。この駆動側回転体２２の中心部には、略球状の軸心孔２２ｃが形成されている。この軸心孔２２ｃの基端側（図９の下側）には断面略Ｄ字状の嵌合孔２２ｄが形成されている。この嵌合孔２２ｄは、図３に示すように、前記回転軸６の嵌合部６ａに回転不能に連結固定される。
【００３５】
また、この嵌合部２２ｄには回転軸６（嵌合部６ａ）が嵌挿される開口部側に向かって漸次拡開するテーパ部２２ｅが設けられる。円盤部２２ｂの先端側（図９の上側）には、外周面に沿って軸方向と平行に突出する突設部３１が等角度間隔に複数（３つ）形成されている。突設部３１の内壁面（径方向内側の面）には、図１０に示すように、中心側に向かって突出する突出片３１ａが形成されている。そして、各隣接する突出片３１ａの間には、等角度毎に扇形状に形成され、中心軸で互いに連通した複数（３つ）の係合溝３２が形成されている。この突設部３１には、外側に開放された開口部３３が形成されている。 ボール２３は金属製であり、図３に示すように、軸心孔２２ｃに回転可能、かつ脱落不能に収容にされる。
【００３６】
従動側回転体２４は、円盤部２４ａ、及び円盤部２４ａの中心部においてその先端側（図９の上側）に断面略四角形状に突出する嵌合部２４ｂを有している。この嵌合部２４ｂは、図３に示すように、ウォーム軸１１の係合凹部１１ａに回転不能に連結固定される。円盤部２４ａには、図１０に示すように、径方向外側にのびる略扇形状に形成された係合凸部３４が等角度間隔に複数（３つ）形成されている。この係合凸部３４は、前記係合溝内に回転可能に収容される。なお、この従動側回転体２４は、軸心孔２２ｃに収容されたボール２３と点接触するため、その回転が円滑なものとされる。各係合凸部３４の外周面には、両側から中央部に向かって肉薄となるように直線的に切り欠いた制御面３４ａが形成されている。従動側回転体２４を収容した駆動側回転体２２は、クラッチハウジング２１の内周面との間に若干の隙間を有して同クラッチハウジング２１に回転可能に内装される。
【００３７】
クラッチハウジング２１は、図９に示すように、略円筒形状の外輪部２１ａ及び底部２１ｂにより形成され、その底部２１ｂ中央には軸心孔２１ｃが形成されている。この軸心孔２１ｃには、駆動側回転体２２の軸部２２ａが回転可能に挿通される。また、外輪部２１ａの内周面開口側には、複数の略三角形状の歯溝からなるセレーション２１ｄが形成されている。そして、そのセレーション２１ｄは、図３に示すように、外輪部２１ａの開口側端部がリブ１８と当接される位置まで前記軸受保持部１７のセレーション１９に外嵌される。また、図１０に示すように、外輪部２１ａの内周面、開口部３３の第１及び第２面３３ａ，３３ｂ及び係合凸部３４の制御面３４ａとで形成される空間には、転動体２５が配設される。転動体２５は金属材、若しくは樹脂材にて成形される。
【００３８】
転動体２５は円柱体であって、その中心軸線がクラッチ３の軸中心と平行になるように配設されている。この転動体２５の直径は、制御面３４の中央部と外輪部２１ａの内周面間の間隔より短く、制御面３４ａの端部と外輪部２１ａの内周面間の間隔より長く設定されている。
【００３９】
従動側回転体２４の先端側（図９の上側）には、リング２６が配置される。このリング２６は樹脂材よりなり、クラッチハウジング２１の外輪部２１ａに圧入固定される。これにより転動体２５の軸線方向の移動が規制される。上記クラッチ３では、駆動側回転体２２が図１１（ａ）において矢印方向（時計回り側の面）３４ｂが突出片３１ａの一側面（時計回り側の面）３１ｂと当接し押圧される。逆に、駆動側回転体２２が反時計回り方向に回転すると、係合凸部３４の他側面（時計回り側の面）３４ｃが突出片３１ａの他側面（反時計回り側の面）３１ｃと当接し押圧される。なお、これらの場合、転動体２５は開口部３３に押圧されて制御面３４ａの中央部と対応した位置に配置されるため、従動側回転体２４の回転が阻止されることはない。よって、従動側回転体２４は、従動側回転体２２と共に回転する。
【００４０】
一方、従動側回転体２４が図１１（ｂ）に示すように、矢印方向（反時計回り方向）に回転すると、転動体２５が制御面３４ａの端部側に相対移動し、転動体２５が制御面３４ａと外輪部２１ａの内周面とくさび効果により挟持される。つまり、ロック状態となる。逆に、従動側回転体２４が時計回り方向に回転する場合も同様に、転動体２５が制御面３４ａの端部側に相対移動し、転動体２５が制御面３４ａと外輪部２１ａの内周面で挟持される。そして、外輪部２１ａは減速部２（軸受保持部１７）に固定されるため、従動側回転体２４のそれ以上の回転は阻止され、従動側回転体２２を連れ回りさせることはない。
【００４１】
また、このクラッチ３では、駆動側回転体２２の外周面とクラッチハウジング２１の内周面との間に径方向の若干の隙間があり、駆動側回転体２２がクラッチハウジング２１に対して径方向へ移動することが所定範囲（隙間分）許容されている。そして、嵌合孔２２ｄのテーパ部２２ｅにより、回転軸６が嵌合孔２２ｄの中心軸線に対して傾くことが所定範囲（テーパ部２２ｅの傾き分）許容されている。すなわち、このクラッチ３は、回転軸６とウォーム軸１１との軸ずれ（径方向の移動と傾き）を所定範囲許容する。
【００４２】
上記のように構成されたモータは、モータ本体１の回転軸６が回転駆動されると、その回転力がクラッチ３を介してウォーム軸１１に伝達され、ウォーム軸１１が回転し、ウォームホイール１２がウォーム軸１１の回転速度より遅く、高トルクで回転する。すると、ウォームホイール１２の回転に伴って出力軸１３が回転し、外部の負荷に回転力を伝達する。
【００４３】
このような駆動中に出力側で過負荷が加わると、ウォーム軸１１は回転軸６から伝達される回転力とウォームホイール１２側の過負荷により、その中間部分が軸直交方向（図１中、略矢印Ｘ方向）に大きな力を受けて撓むことになる。このとき、ウォーム軸１１を回転支持する第１軸受８及び第２軸受９は、それぞれ軸受孔８２，９２の内周面８４，９４に可変開口部８８，９８が形成されており、この可変開口部８８，９８は、第１〜第３テーパ部８８Ａ〜８８Ｃ，９８Ａ〜９８Ｃを備えている。
【００４４】
しかも、円筒部８６，９６に隣接した第１テーパ部８８Ａ，９８Ａからウォーム２０に向かうに従い、その第１〜第３テーパ部８８Ａ〜８８Ｃ，９８Ａ〜９８Ｃの各テーパ角度θ１〜θ３，θ４〜θ６が徐々に大きくなるようにしている。すなわち、ウォーム２０を挟むようにして、かつ各第３テーパ部８８Ｃ及び第３テーパ部９８Ｃが互いに軸方向に対向するように配置されているため、ウォーム軸１１の撓みに対し、軸受８，９の内周面がウォーム軸１１の外周面に常に近似的に面で当接し確実に回転支持できる。よって、軸受８，９の偏磨耗が低減され、結果、モータ効率の低下や騒音の発生が防止される。
【００４５】
また、クラッチ３では、回転軸６とウォーム軸１１との軸ずれ（径方向の移動と傾き）を所定範囲許容する。よって、撓みによるウォーム軸１１と回転軸６との軸ずれが吸収される。これにより、モータ駆動中に出力軸１３に回転力が加わった場合等、ウォーム軸１１が撓んでも、その撓みに応じて回転軸６が撓むことは所定範囲で防止される。よって、回転軸６を支持する他の軸受５ａ，５ｂに偏磨耗を生じさせない。
【００４６】
上記実施の形態において、ウォーム軸１１とモータ本体１の回転軸６との間に、軸の連結部材としてのクラッチ３を設けたモータを例にとって説明したが、これに限らず、クラッチ３が無く、ウォーム軸１１と回転軸６とが一体形成された軸に対して軸受８，９を設けて回転支持させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータの要部断面図である。
【図２】本実施形態のギヤハウジングの側面図である。
【図３】本実施形態のモータの要部拡大断面図である。
【図４】第１軸受の断面図である。
【図５】第１軸受の断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図７】第２軸受の断面図である。
【図８】第２軸受の断面図である。
【図９】本実施形態のクラッチの分解斜視図である。
【図１０】本実施形態のクラッチの要部断面図である。
【図１１】（ａ）本実施形態のクラッチの動作を説明するための説明図。（ｂ）同じく、クラッチの動作を説明するための説明図。
【符号の説明】
１…モータ本体、３…連結部材としてのクラッチ、６…回転軸（モータ回転軸）、８…第１軸受、
９…第２軸受、１１…ウォーム軸、１２…ウォームホイール、２０…ウォーム、８６，９６…内筒部、
８８，９８…可変開口部、

Claims (4)

1. ウォームホイールに噛合するウォーム軸とモータ本体の回転軸とを、軸ずれを許容可能な連結部材を介して連結し、前記ウォーム軸の両端を前記モータ本体に固定されるギヤハウジングに保持された軸受によって支持するモータであって、
   前記連結部材は、前記回転軸の回転力を前記ウォーム軸に伝達し、前記ウォーム軸の回転力を前記回転軸に非伝達するクラッチであり、
   前記両軸受は、軸受孔の内周面が軸方向にその内周が一定となる内筒部、及び該内筒部の軸方向一側に形成され軸方向端部に向かって内径が拡開する開口部を有し、かつ前記各開口部が互いに対向するように配置されていることを特徴とするモータ。
2. 前記開口部を、端部に向かって傾きが複数回又は連続して変化する可変開口部としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記モータ本体側の軸受を保持する軸受保持部を、前記ギヤハウジングに突設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. ウォームホイールに噛合するウォーム軸とモータ本体の回転軸とを、軸ずれを許容可能な連結部材を介して連結し、前記ウォーム軸の両端を前記モータ本体に固定されるギヤハウジングに保持された軸受によって支持するモータであって、
   前記両軸受は、軸受孔の内周面が軸方向にその内周が一定となる内筒部、及び該内筒部の軸方向一側に形成され軸方向端部に向かって内径が拡開する開口部を有し、かつ前記各開口部が互いに対向するように配置されており、
   前記モータ本体側の軸受を保持する軸受保持部を、前記ギヤハウジングに突設したことを特徴とするモータ。

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