JP6007076B2 - 減速機付きモータ - Google Patents

Description

本発明は、減速機付きモータに関するものである。

例えば、自動車等の車両に搭載されるパワーウィンド装置のアクチュエータとしては、ドア内に収納可能な小型の駆動源によってウィンドガラスの開閉を可能とするため、回転軸の回転力を高出力化させる減速機構を備えた減速機付モータが用いられる。この減速機付モータは、駆動源としての電動モータと、電動モータの回転軸に一体的に設けられたウォーム、及びウォームと噛み合うウォームホイールを備えた減速機構と、を有している（例えば、特許文献１参照）。
また、減速機構は、ウォームホイールを回転可能に支持する支持軸に同軸上に装着されるとともに、ウォームホイールと一体に回転する出力ギヤ（ピニオンギヤ）を備えている。そして、この出力ギヤがウィンドガラスを開閉するウィンドレギュレータの駆動ギヤ（セクタギヤ）に噛み合っている。

この構成によれば、電動モータが駆動すると、その回転力が減速機構により減速された後、出力ギヤを介してウィンドレギュレータの駆動ギヤに伝達されることで、ウィンドレギュレータが作動するようになっている。

特表２００９−１１６６４０号公報

ところで、近時ではウィンドレギュレータのさらなる小型軽量化を図るために、減速機付きモータの出力ギヤの小型化が検討されている。この構成によれば、出力ギヤの小型化に伴い、出力ギヤに噛み合う駆動ギヤを小型化できるので、駆動ギヤを支持するアームの小型軽量化を図り、ウィンドレギュレータの小型軽量化を実現できるとされている。

ここで、出力ギヤの小型化を図る構成として、出力ギヤのモジュール（ピッチ円直径／歯数）を小さくすることが検討されている。パワーウィンド装置に搭載される減速機付きモータの出力ギヤは、大きさと強度のバランスにより一般的にモジュールが２のものを採用することが多く、モジュールを小さく（例えば、モジュール１．５）することで、歯数を維持した上で、出力ギヤを小型化することができる。

しかしながら、モジュールを小さくすると、出力ギヤを支持軸に装着するための装着孔の内面と歯底との間の肉厚（歯底厚）が薄くなり、強度が低下するという問題がある。
これに対して、モジュールを維持したまま歯数を増加することで、歯底厚を確保する構成も考えられるが、所望の減速比を維持するためには出力ギヤの歯数の増加に合わせて、駆動ギヤの歯数も増加させる必要が生じる。そのため、ウィンドレギュレータの小型軽量化を図るのが難しい。

そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、出力ギヤの強度を確保した上で、出力ギヤ及びそれに噛み合う被駆動部材の小型軽量化を図ることができる減速機付きモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、電動モータの駆動力を減速した後、被駆動部材に出力する減速機構を有する減速機付きモータにおいて、前記減速機構は、前記電動モータのヨークに取り付けられたギヤフレームと、前記ギヤフレームに固定された支持軸と、前記支持軸に回転可能に支持されるとともに、前記被駆動部材の駆動ギヤに噛合されて前記被駆動部材を駆動させる出力ギヤと、を備え、前記出力ギヤには、前記支持軸が挿入される貫通孔が形成されるとともに、モジュールｍが１．５以下に設定され、前記出力ギヤの歯底には、前記歯底を径方向に拡大する歯底拡大部が形成され、前記出力ギヤは、前記駆動ギヤとの噛合い率が１．２以上の範囲で正転位し、前記歯底拡大部は、前記出力ギヤの歯底厚が前記モジュールｍの標準ギヤを正転位したときの転位歯底厚よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、モジュールｍを維持した上で、貫通孔の内面と歯底との間の歯底厚を拡大できるため、本発明の出力ギヤのように支持軸に挿入される貫通孔を有する場合であっても、出力ギヤの強度を確保できる。これにより、出力ギヤの小型軽量化が可能になる。
その結果、出力ギヤに噛合される駆動ギヤを小型化できるので、被駆動部材の小型軽量化が可能になる。

また、出力ギヤの全体を正転位した上で、歯底厚のみが標準歯底厚に対してさらに厚肉に形成されることになるので、出力ギヤと駆動ギヤとの噛み合いを維持した上で、出力ギヤの強度を最大限に確保できる。

本発明に係る減速機付きモータによれば、出力ギヤの強度低下を抑制した上で、出力ギヤ及びそれに噛み合う被駆動部材の小型軽量化を図ることができる。

実施形態における減速機付きモータを備えたドアの斜視図である。 リフトアームの平面図である。 減速機付きモータの斜視図である。 ピニオンギヤの平面図である。 小径ギヤ部の部分平面図である。 ピニオンギヤ（小径ギヤ部）の歯底厚に対する、ピニオンギヤに作用する圧力値（最大応力）と、噛合い率εと、の関係を示すグラフである。 ピニオンギヤの他の構成を示す斜視図である。

以下、本実施形態の減速機付きモータについて、図面を参照して説明する。図１は、減速機付きモータを備えたドアの斜視図である。
図１に示す符号１は、車両の車体を構成するドア（例えば、フロントドア）であり、このドア１には、ドア１の窓を開閉するウィンドガラス２が設けられている。このウィンドガラス２は、ドア１の内部に設けられた一対のガイドユニット３により支持され、これらガイドユニット３に沿って車両の上下方向に移動可能となっている。そして、ドア１の内部には、ウィンドガラス２を移動させるパワーウィンド装置５が搭載されている。

（パワーウィンド装置）
パワーウィンド装置５は、ウィンドレギュレータ（被駆動部材）１１、及び減速機付きモータ１２を備え、減速機付きモータ１２によりウィンドレギュレータ１１を作動させてウィンドガラス２をガイドユニット３に沿って移動させる構造となっている。

（ウィンドレギュレータ）
図２はリフトアームの平面図である。
図１、図２に示すように、ウィンドレギュレータ１１は、Ｘアーム式となっており、リフトアーム１３、及びイコライザアーム１４を備えている。そして、リフトアーム１３、及びイコライザアーム１４は、それぞれの長手方向中央部が連結軸１７によりドア１に軸支されており、この連結軸１７回りに揺動可能に構成されている。
リフトアーム１３は鋼板により形成された長尺状の板材であり、その長手方向の基端部（図１中下端部）がセクタギヤ（駆動ギヤ）１５を介して減速機付きモータ１２に支持される一方、先端部（図１中上端部）が図示しないローラを介してウィンドガラス２の下端に固定された第１ローラガイド１６上を移動可能に支持されている。

セクタギヤ１５は、扇状の平歯車であり、外周縁に形成された歯部１５ａを外側に向けた状態で、リフトアーム１３の基端部に固定されている。セクタギヤ１５は、減速機付きモータ１２の後述するピニオンギヤ（出力ギヤ）３５（小径ギヤ部４４）に噛合され、減速機付きモータ１２の駆動力をリフトアーム１３に伝達するようになっている。なお、セクタギヤ１５は、噛合される小径ギヤ部４４に対応して、例えば歯数ｚ１＝１０５、モジュールｍ１＝１．５に設定されている。

一方、図１に示すように、イコライザアーム１４は、上述したリフトアーム１３と同様に鋼板により形成された長尺状の板材であり、リフトアーム１３と交差するように配置されている。イコライザアーム１４の長手方向に沿う基端部（図１中下端部）は、図示しないローラを介してドア１に固定された第２ローラガイド１８上を移動可能に支持され、先端部（図１中上端部）は図示しないローラを介して上述した第１ローラガイド１６上を移動可能に支持されている。

そして、本実施形態のパワーウィンド装置５では、減速機付きモータ１２の駆動力によりリフトアーム１３が連結軸１７回りに揺動すると、これに連動してイコライザアーム１４も連結軸１７回りに揺動することで、ウィンドガラス２がガイドユニット３に沿って上下方向に移動するようになっている。

（減速機付きモータ）
図３は、減速機付きモータの斜視図である。
図３に示すように、減速機付きモータ１２は、電動モータ２１と、電動モータ２１の駆動力を減速した後、上述したウィンドレギュレータ１１に出力する減速機構２２と、を備えている。
電動モータ２１は、図示しないブラシを用いてアーマチュアに電力を給電する、いわゆるブラシ付モータであって、有底筒状のヨーク２３を備えている。このヨーク２３の内側にアーマチュアが回転可能に設けられており、このアーマチュアが減速機構２２に駆動力を伝達する。また、ヨーク２３の開口部側には、不図示の外部電源とブラシとを電気的接続するためのコネクタ２４が設けられている。

減速機構２２は、開口部２５ａを有する有底筒状のギヤフレーム２５を有しており、このギヤフレーム２５の一側に上述した電動モータ２１が取り付けられている。また、ギヤフレーム２５の底部２５ｂにおける径方向中央部には、開口部２５ａ側（図３中上方）に向けて延びる支持軸２６が固定されている。この支持軸２６は、ギヤフレーム２５の開口縁よりも外側に向けて突出している。なお、以下の説明では、ギヤフレーム２５の支持軸２６の軸心Ｏの軸方向に沿う開口部２５ａ側を軸方向一端側、底部２５ｂ側を軸方向他端側という。また、支持軸２６は、ギヤフレーム２５に一体的に形成しても構わない。

ギヤフレーム２５には、開口部２５ａを閉塞するカバー２７が装着されている。このカバー２７は、円板状の部材であり、その外周縁にはギヤフレーム２５の外周面に係止される係止片２８が周方向に沿って複数形成されている。また、カバー２７の径方向中央部には、軸方向に沿って貫通する貫通孔２９が形成され、この貫通孔２９の内側に上述した支持軸２６が遊挿されている。そして、カバー２７とギヤフレーム２５とに囲まれるギヤ収納部３１内には、歯車群３２が収納されている。

歯車群３２は、図示しないアーマチュアの回転軸と同軸上に連結されたウォーム軸（不図示）と、ウォーム軸に噛合するウォームホイール３３と、ウォームホイール３３と同軸上に設けられたロックプレート３４と、このロックプレート３４に保持されたピニオンギヤ３５と、を有している。
ウォームホイール３３は、支持軸２６に挿入され、ギヤ収納部３１内で支持軸２６回りに回転可能に構成されている。

ロックプレート３４は、上述した支持軸２６に挿入された段付きの環状部材であり、ウォームホイール３３を軸方向一端側から覆う大径部４１と、大径部４１の径方向中央部から軸方向一端側に向けて突出する小径部４２と、を有している。

ロックプレート３４の大径部４１には、上述したウォームホイール３３に係合する図示しない係合部が形成されており、これによりロックプレート３４は支持軸２６回りにウォームホイール３３と一体に回転するようになっている。

小径部４２は、上述したカバー２７の貫通孔２９内に遊挿されており、その軸方向一端面は支持軸２６の軸方向一端面よりも下方に位置している。また、小径部４２における径方向中央部には、ピニオンギヤ３５を収容する収容孔４０が形成されている。この収容孔４０は、ピニオンギヤ３５の後述する大径ギヤ部４３の平面視形状に対応して形成されるとともに、軸方向に沿う長さが大径ギヤ部４３と同等に形成されている。

（ピニオンギヤ）
図４は、ピニオンギヤの平面図である。
図３、図４に示すように、ピニオンギヤ３５は、軸方向他端側から軸方向一端側に向かうに従い段々と縮径する段付きギヤであり、軸方向他端側に位置する大径ギヤ部４３と、軸方向一端側に位置する小径ギヤ部４４と、が一体的に形成されている。また、ピニオンギヤ３５の径方向中央部には、軸方向に貫通する貫通孔４５が形成されており、この貫通孔４５内に上述した支持軸２６が挿入される。なお、上述した支持軸２６のうち、ピニオンギヤ３５よりも軸方向一端側に位置する部分には、図示しないＣリング等のストッパ部材が装着される。

大径ギヤ部４３は、その外周面に歯部４３ａが形成された平歯車であり、上述したロックプレート３４の収容孔４０内に収容されている。この場合、大径ギヤ部４３の歯部４３ａは収容孔４０の内面に係合されることで、ピニオンギヤ３５は、ロックプレート３４（ウォームホイール３３）の回転に同期して、ロックプレート３４と一体に回転するようになっている。なお、大径ギヤ部４３は、例えば歯数ｚ２＝７、モジュールｍ２＝２に設定されている。

小径ギヤ部４４は、上述した大径ギヤ部４３と同様に、その外周面に歯部４４ａが形成された平歯車である。小径ギヤ部４４の歯部４４ａは、大径ギヤ部４３の歯部４３ａと軸方向で重なる位置で、同ピッチに形成されている。小径ギヤ部４４は、ロックプレート３４よりも軸方向一端側に向けて突出しており、上述したウィンドレギュレータ１１におけるセクタギヤ１５の歯部１５ａに噛合している。これにより、電動モータ２１の駆動力が小径ギヤ部４４を介してウィンドレギュレータ１１に伝達されるようになっている。なお、小径ギヤ部４４及びセクタギヤ１５は、小径ギヤ部４４の歯先と、セクタギヤ１５の歯底と、の間に径方向にクリアランスＣＬを設けた状態で噛合している（図４参照）。

図５は、小径ギヤ部の部分平面図である。
ここで、図３〜図５に示すように、本実施形態の小径ギヤ部４４は、例えば歯数ｚ＝７、モジュールｍ＝１．５に設定されるとともに、小径ギヤ部４４の全体を正転位（転位係数ｘａ）している。さらに、小径ギヤ部４４の歯底４４ｂには、小径ギヤ部補強用の歯底拡大部５１が形成されている。
歯底拡大部５１は、本実施形態の小径ギヤ部４４の歯底厚ｓ１（貫通孔４５の内面と歯底４４ｂの外周面との間の径方向の厚さ）が、モジュールｍの標準ギヤを正転位したときの転位歯底厚（転位歯底厚ｓ２）よりも厚肉になるように形成されている（ｓ１＞ｓ２）。なお、図５における小径ギヤ部４４の輪郭線のうち、実線は本実施形態の小径ギヤ部４４を示し、二点鎖線はモジュールｍ＝１．５の標準ギヤ（転位、及び歯底拡大部５１を有さない小径ギヤ部）を示し、細実線はモジュールｍ＝１．５を転位させた転位ギヤを示している。

すなわち、本実施形態の小径ギヤ部４４は、全体を正転位した上で、歯底拡大部５１により歯底厚ｓ１のみがさらに厚肉に形成されている。なお、本実施形態の歯底拡大部５１による歯底厚補正量Δｓ（Δｓ＝ｓ１−ｓ２）は、セクタギヤ１５の歯部１５ａとの噛合い率（作用線上の噛み合い長さを法線ピッチで除した値）ε＝１．２以上を確保できる範囲内で設定されている。これにより、小径ギヤ部４４とセクタギヤ１５との噛み合いを維持した上で、歯底厚ｓ１を拡大できる。

このように、本実施形態では、小径ギヤ部４４の歯底４４ｂを補強するための歯底拡大部５１を形成する構成とした。
この構成によれば、モジュールｍを維持した上で、貫通孔４５の内面と歯底４４ｂとの間の歯底厚ｓ１を拡大できるため、本実施形態のピニオンギヤ３５のように径方向中央部に貫通孔４５が形成されている場合であっても、小径ギヤ部４４の強度を確保できる。これにより、小径ギヤ部４４（ピニオンギヤ３５）の小型軽量化が可能になる。
その結果、小径ギヤ部４４に噛合されるセクタギヤ１５を小型化できるので、ウィンドレギュレータ１１の小型軽量化が可能になる。なお、図２中鎖線は、モジュールｍ１＝２のセクタギヤ１５０を示している。この場合、図２に示すように、セクタギヤ１５を小型化することで、リフトアーム１３の揺動範囲を縮小できるので、ドア１内部でのレイアウト性の向上も図ることができる。

特に、本実施形態では、小径ギヤ部４４とセクタギヤ１５との噛合い率εを１．２以上に設定した上で、小径ギヤ部４４を正転位する構成とした。
この構成によれば、小径ギヤ部４４の全体を正転位した上で、歯底厚ｓ１のみをさらに厚肉に形成することで、小径ギヤ部４４とセクタギヤ１５との噛み合いを維持した上で、小径ギヤ部４４の強度を最大限に確保できる。

また、本実施形態では、ピニオンギヤ３５を段付き形状に形成するとともに、そのうち減速機構２２から外部に突出する小径ギヤ部４４のみを小型化することで、ピニオンギヤ３５全体を小型化する構成に比べて、ピニオンギヤ３５の強度低下を抑制できる。
さらに、減速機構２２内に配置される大径ギヤ部４３を従来と同様のモジュールｍ２＝２としておくことで、ロックプレート３４の設計変更を伴わずに小径ギヤ部４４の小型化を実現できる。これにより、低コスト化を図った上で、ピニオンギヤ３５の小型軽量化が可能になる。

ここで、本願発明者は、パワーウィンド装置５を駆動させる際に、ピニオンギヤ３５（小径ギヤ部４４）の歯底厚ｓ１に対する、ピニオンギヤ３５に作用する圧力値と、噛合い率εと、の関係について測定する試験を行った。

本試験では、実施例の小径ギヤ部４４として、上述した本実施形態の小径ギヤ部４４を用い、各実施例において歯底拡大部５１による歯底厚補正量Δｓを一定にした状態で、転位係数（転位量）ｘａを変化させた。一方、比較例の小径ギヤ部４４として、モジュールｍ＝２の小径ギヤ部４４（比較例１）と、モジュールｍ＝１．５の標準ギヤを転位した小径ギヤ部４４（比較例２）と、を用いた。その他の具体的なパラメータは、表１の通りである。

なお、表１において、ギヤ間ピッチは、小径ギヤ部４４とセクタギヤ１５のそれぞれのピッチ円直径から決定される値であり、また補正前歯底厚は、歯底厚（上述した歯底厚ｓ１等に相当）から歯底拡大部５１による歯底厚補正量Δｓを差し引いた値を示している。また、セクタギヤとのＣＬとは、上述したセクタギヤ１５の歯底と小径ギヤ部４４の歯先との間のクリアランスＣＬを示している。

図６は、ピニオンギヤ３５（小径ギヤ部４４）の歯底厚に対するピニオンギヤ３５に作用する圧力値（最大応力）と、噛合い率εと、の関係を示すグラフである。なお、図６では、比較例１の応力値、及び噛合い率εについては省略している。
比較例１の構成（モジュールｍ＝２）では、歯底厚を確保できるため、ピニオンギヤ３５に作用する応力値は小さく抑えることができるものの、ピニオンギヤ３５（ピッチ円直径）が比較的大きくなり、ギヤ間ピッチが大きくなる。そのため、ピニオンギヤ３５の小型化は望めない。
一方、図６に示す比較例２の構成では、ピニオンギヤ３５（ピッチ円直径）を小さくして、ギヤ間ピッチの増大を抑えることができるものの、所望の歯底厚を確保することができない。そのため、ピニオンギヤ３５に作用する応力が大きく、歯底４４ｂに集中する結果となった。

これに対して、図６に示す実施例１〜３から分かるように、本実施形態のように小径ギヤ部４４の歯底４４ｂに歯底拡大部５１を形成することで、ピニオンギヤ３５に作用する応力を低減し、歯底４４ｂに作用する応力を低減できた。特に、実施例１〜３のように、歯底４４ｂに歯底拡大部５１を形成した上で、小径ギヤ部４４の転位係数ｘａを増加させることで、歯底４４ｂに作用する応力をさらに低減できることが確認できた。
但し、セクタギヤ１５との噛み合いを考慮すると、上述したように噛合い率εが１．２以上であることが好ましい。以上により、小径ギヤ部４４とセクタギヤ１５との噛み合いを維持した上で、小径ギヤ部４４の強度を最大限に確保して歯底４４ｂへの応力集中を抑制できる構成としては、実施例２の構成が特に好ましい。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、ピニオンギヤ３５を段付き形状に形成したが、これに限らず、図７に示すように、全体がモジュールｍ＝１．５のピニオンギヤ３５としても構わない。
また、上述した実施形態では、小径ギヤ部４４のモジュールｍを１．５に設定した場合について説明したが、これに限らず、モジュールｍが１．５以下であれば、適宜設計変更が可能である。
さらに、歯車群３２やセクタギヤ１５の歯数等は、適宜設計変更が可能である。

また、上述した実施形態では、本発明の減速機付きモータ１２をパワーウィンド装置５に適用した場合について説明したが、これに限らず、さまざまな装置の駆動源として減速機付きモータ１２を採用することができる。
また、上述した実施形態では、ギヤフレーム２５を有底筒状に形成した場合について説明したが、これに限らず、支持軸２６が固定されていれば、枠状等、適宜設計変更が可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１１…ウィンドレギュレータ（被駆動部材） １２…減速機付きモータ １５…セクタギヤ（駆動ギヤ） ２１…電動モータ ２２…減速機構 ２３…ヨーク ２５…ギヤフレーム ２６…支持軸 ３５… ピニオンギヤ（出力ギヤ） ４４…小径ギヤ部 ４４ｂ…歯底 ５１…歯底拡大部 ｍ…モジュール ｓ１…歯底厚

Claims (1)

1. 電動モータの駆動力を減速した後、被駆動部材に出力する減速機構を有する減速機付きモータにおいて、
   前記減速機構は、前記電動モータのヨークに取り付けられたギヤフレームと、
   前記ギヤフレームに固定された支持軸と、
   前記支持軸に回転可能に支持されるとともに、前記被駆動部材の駆動ギヤに噛合されて前記被駆動部材を駆動させる出力ギヤと、を備え、
   前記出力ギヤには、前記支持軸が挿入される貫通孔が形成されるとともに、モジュールｍが１．５以下に設定され、
   前記出力ギヤの歯底には、前記歯底を径方向に拡大する歯底拡大部が形成され、
   前記出力ギヤは、前記駆動ギヤとの噛合い率が１．２以上の範囲で正転位し、
   前記歯底拡大部は、前記出力ギヤの歯底厚が前記モジュールｍの標準ギヤを正転位したときの転位歯底厚よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする減速機付きモータ。

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