JP6720677B2 - ギヤ減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピニオンとフェースギヤとを備えたギヤ減速装置に関する。

ピニオンの回転力をフェースギヤに伝えるギヤ減速装置は、フェースギヤがディスク状部の外周の一側面に形成された歯部に対して、ピニオンの歯部が噛合する構成を備えている。

この構成のギヤ減速装置は、その構成から、駆動時にはフェースギヤの歯部と、ピニオンの歯部との間で、これらを互いに離間させる力が作用する。従って、大きい負荷が作用した場合にはピニオンの歯部とフェースギヤの歯部との間に互いに離間させる方向に大きい力が作用し、フェースギヤ全体を本来の姿勢から外れる姿勢に傾けることや、フェースギヤの全体を撓ませる現象に繋がり、伝動効率を低下させる不都合を招くものであった。

このような不都合を抑制するために特許文献１では、ピニオンと噛合する位置を基準にフェースギヤの裏面側に近接する突起状の規制部をハウジングに備えた技術が示されている。この技術では、フェースギヤが本来の姿勢から外れる姿勢に傾く外力が作用した場合には、フェースギヤが規制部に当接して傾きを抑制する。

また、特許文献２には、フェースギヤの駆動力をピニオンに伝える構成であるが、特許文献１の技術と同様の位置に、フェースギヤの傾動時にフェースギヤの背面に接触可能なギヤ受け部をリールボディ（ハウジング）に配置した技術が示されている。

更に、特許文献３には、フェースギヤの円板部から突出する円柱状のボス部の全周に溝部を形成し、この溝部に対してピニオンの軸部を支持することで、ピニオンがフェースギヤから離間する方向への移動を規制する技術が示されている。

特開２０１６‐２３７７１号公報 特開２００１‐７８６３０号公報 特開２００９‐２８７５８１号公報

フェースギヤは、ディスク状部の外周の一側面に歯部が形成されているため、本来の姿勢から僅かに傾斜しても、フェースギヤの歯部が、ピニオンの歯部から大きく離間して不適正な噛み合い状態に陥る。このように不適正な噛み合い状態では、伝動効率を低下させるだけでなく、異音を発生させる現象を招き、歯先を破損させることもあった。このような不都合は、負荷の増大に伴いフェースギヤの全体を撓ませるように変形した場合にも同様に発生する。

特許文献１や特許文献２に示される技術は、フェースギヤの傾きや、撓みを抑制するものである。また、特許文献３に示される技術は、ピニオンの姿勢を適正に維持するものである。

しかしながら、特許文献１ではハウジングに突起状の規制部を備え、特許文献２では、ハウジングにギヤ受け部を備えるため、ハウジングに対するフェースギヤの姿勢を適正に維持するものの、ピニオンに対するフェースギヤの姿勢を適正に維持できないことも考えられた。つまり、フェースギヤとピニオンとはハウジングに支持されるものであるが、負荷の増大に抗してフェースギヤの姿勢を適正に維持した場合でも、ハウジングが変形することもあり、結果として、フェースギヤとピニオンとを適正な位置関係に維持することが困難であった。

また、特許文献３では、ピニオンとフェースギヤとの相対的な位置関係を適切に維持することも可能であるが、フェースギヤにボス部を形成し、このボス部の外周に溝部を形成する等、専用の構成を必要とするものであった。

更に、特許文献３の構成であっても、フェースギヤの歯部と、ピニオンの歯部との間で、これらを互いに離間させる力が作用するため、この力に抗して噛合状態を維持するためピニオンの軸部として撓みを招き難い高剛性の材料を用いることや、軸部の軸径の拡大を必要とするものである。

このような理由から、ピニオンとフェースギヤとに特別な構成のものを用いることなく、大きい負荷が作用した場合には、これらを適正な位置関係に維持して良好な伝動効率を維持する減速装置が求められる。

本発明の特徴は、駆動軸芯を中心に回転するピニオンシャフトに対して前記駆動軸芯を中心とする螺旋状のピニオン歯部を形成したピニオンと、
前記駆動軸芯と食い違う位置関係で前記駆動軸芯に直交する姿勢の作動軸芯を中心に回転自在に支持されたディスク状部の外周の一側面にフェース歯部を形成したフェースギヤとを備え、
前記ピニオン歯部と前記フェース歯部とが噛合する状態において、前記作動軸芯に沿う方向視で、少なくとも前記ピニオン歯部と重複する位置で前記フェース歯部の形成面と反対側となる前記ディスク状部の背面に接触可能な第１接触部と、前記ピニオンシャフトのうち、前記フェース歯部が形成された面と反対側の面に接触可能な第２接触部とが形成された規制部材を備えている点にある。

これによると、負荷の増大によりピニオン歯部とフェース歯部とを互いに離間する方向へ作用する力が増大した場合には、フェースギヤのディスク状部のうちフェース歯部の形成面の反対側となる背面に第１接触部が接触する。これと同時に、ピニオンのピニオンシャフトのうちフェース歯部の反対側の面に第２接触部が接触する。このように２箇所の接触部において作用する圧力は、圧力の値が等しく方向が逆であるため、その反力によって規制部材を変位させることはなく、ピニオン歯部とフェース歯部とが離間することもない。この構成では、例えば、第１接触部での反力により規制部材が変位することがあっても、この変位と同じ方向に同じ量だけ第２接触部が変位するため、ピニオン歯部とフェース歯部とが離間することはない。
つまり、第１接触部と第２接触部とが規制部材に形成されているため、例えば、第１接触部と第２接触部とをハウジングの内面等に形成する構成と比較して、ピニオンとフェースギヤとの離間方向への変位を強力に規制し、これらを適正な位置に保持する。特に、この構成ではピニオンとフェースギヤとに特別の加工を行うことや、専用の構成を備える必要もない。
従って、ピニオンとフェースギヤとに特別な構成のものを用いることなく、大きい負荷が作用した場合でも、これらを適正な位置関係に維持して良好な伝動効率を維持する減速装置が構成された。特に、この構成では、負荷によるフェースギヤの撓みも良好に抑制するため、フェースギヤのディスク状部を薄肉にすることも可能となり軽量化が実現する。

本発明は、前記第２接触部が、前記規制部材に対して前記ピニオンシャフトが挿通可能な孔部で構成されても良い。

これによると、第２接触部としての孔部にピニオンシャフトが挿通することにより、ピニオンシャフトを基準にした規制部材の位置が決まり、結果として第１接触部を適正な位置に維持することが可能となる。特に、この構成では孔部の内周にピニオンシャフトを接触させておき、ピニオンシャフトに曲げ方向に荷重が作用した場合には、ピニオンシャフトの撓みを抑制することも可能となる。

本発明は、前記第１接触部が、前記規制部材に対して前記背面に当接可能に滑らかに突出する突出部で構成されても良い。

これによると、例えば、突出部がディスク状部の背面に接触する構成であっても、突出部がディスク状部の背面に接触する面積を小さくできるため、伝動時の負荷を軽減することが可能となる。

本発明は、前記孔部が、前記作動軸芯に沿う方向に延びる長孔として形成されても良い。

例えば、規制部材に孔部を形成して第２接触部を構成するものでは、この孔部によって駆動軸芯の位置が決まるため、孔部の形成に高い精度が要求される。これに対して、第２接触部を長孔として構成するものでは、この長孔を形成する際の精度が低くともピニオンとフェースギヤとを適正な位置に配置することが可能となる。

本発明は、前記突出部が半球状に形成されても良い。

これによると、簡単な形状の設定により、第２接触部を形成することが可能となり、伝動装置のコスト低減にも繋がる。

ギヤ減速装置の縦断面図である。 ギヤ減速装置の横断面図である。 規制部材の一部切欠き断面図である。 規制部材の斜視図である。 別実施形態の規制部材の断面図である。 別実施形態の規制部材の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１、図２に示すように、駆動軸芯Ｘを中心に回転自在なピニオン１と、駆動軸芯Ｘと食い違う位置関係で駆動軸芯Ｘに直交する作動軸芯Ｙを中心に回動自在なフェースギヤ２と、規制部材３とを備えてギヤ減速装置１００が構成されている。このギヤ減速装置１００はハウジング４に収容されている。

ギヤ減速装置１００は、例えば、自動車等の車両において、運転座席のシートバックの姿勢の設定や、パワースライドドアの作動、あるいは、サンルーフの開閉等の駆動源として用いられる。このような駆動を可能にするためピニオン１には電動モータ５の回転駆動力が伝えられる。

ピニオン１は、駆動軸芯Ｘと同軸芯で配置されるピニオンシャフト１０に対し、駆動軸芯Ｘを中心とする螺旋状（ヘリカル状）のピニオン歯部１１を備えて構成されている。ピニオン１は、金属材料や樹脂材料で形成されるものである。尚、ピニオン歯部１１の歯数は１でも複数でも良い。

ピニオンシャフト１０は、ボールベアリングで成る第１軸受１２により回転自在にハウジング４に対して片持ち状に支持されている。尚、この第１軸受１２としてブッシュやカラーを用いても良い。

フェースギヤ２は、作動軸芯Ｙを中心にして円盤状となるディスク状部１５の外周の一側面に複数のフェース歯部１６を形成しており、ディスク状部１５の中央には作動軸芯Ｙと同軸芯のスリーブ１５ａを突出形成している。

このスリーブ１５ａに対してトルク伝動可能に出力シャフト１７が挿通しており、出力シャフト１７がボールベアリングで成る２個の第２軸受１８によりハウジング４に支持されている。尚、この第２軸受１８としてブッシュを用いても良い。

フェースギヤ２は、金属材料や樹脂材料で形成されるものである。フェースギヤ２を金属材料で形成する場合には切削、鍛造、プレスによって製造することが考えられる。

ハウジング４は、上部ケース４ａと下部ケース４ｂとを重ね合わせて連結することにより内部空間を作り出している。規制部材３の構成については後述する。

このような構成から、電動モータ５でピニオン１を回転駆動することにより、フェースギヤ２が駆動され、減速動力が出力シャフト１７から出力される。また、このギヤ減速装置１００では、ピニオン１が駆動された場合には、ピニオン１のピニオン歯部１１と、フェースギヤ２のフェース歯部１６との接触圧に起因してピニオン歯部１１とフェース歯部１６とを離間させる力が作用する。

出力シャフト１７に作用する負荷が過大である場合には、ピニオン歯部１１とフェース歯部１６とを離間させる力が大きくなり、これらの歯部の噛み合いが浅くなり伝動効率を低下させる不都合を招くこともあった。このような不都合を抑制するため、減速装置に規制部材３を備えている。

〔規制部材〕
図１〜４に示すように、規制部材３は、鋼材等の金属板をＬ字状に屈曲させることにより、互いに直交姿勢となる第１プレート部２１と第２プレート部２２とを備えている。また、第１プレート部２１に対して第１接触部として突出部２３を形成し、第２プレート部２２に対して第２接触部としての孔部２４を形成している。

規制部材３は、第１プレート部２１が作動軸芯Ｙに対して直交し、第２プレート部２２が駆動軸芯Ｘに直交する姿勢で配置される。また、第１プレート２１は下部ケース４ｂの内面の係合溝部４Ｇに嵌り込む状態で配置されている。

具体的な構造として、突出部２３（第１接触部）は、作動軸芯Ｙに沿う方向視でピニオン歯部１１と重複する位置で、ディスク状部１５のうちフェース歯部１６の形成面と反対側の背面１５ｓに向けて突出する半球状に形成されている。また、この突出部２３は背面１５ｓに軽く接触する状態で配置される。この突出部２３は、作動軸芯Ｙに沿う方向視でピニオン歯部１１と重複する位置が最良の配置であるが、この位置から多少外れた位置に配置しても良い。

尚、突出部２３は、複数個備えることにより、１つの突出部２３に作用する圧力の軽減を図っても良い。このように複数の突出部２３を備える場合には、各々の突出部２３がディスク状部１５の半径方向に沿って直線的に並ぶように配置することや、所定の領域内に整列配置することや、ランダムに配置することが考えられる。

孔部２４（第２接触部）は、作動軸芯Ｙに沿う方向に延びる長孔として形成されている。この孔部２４は、ピニオンシャフト１０のうちフェース歯部１６と反対側の外周（図３では外周面の上側）の当接面２４ｓに接触状態にあることが理想であるが、僅かな間隙が形成されても良い。

尚、この規制部材３は樹脂材料で構成されるものでも良い。樹脂材料で構成する場合に一部に金属をインサートしても良い。

〔実施形態の作用・効果〕
このような構成から、出力シャフト１７に作用する負荷が上昇しピニオン歯部１１とフェース歯部１６とを互いに離間させる方向へ作用する力が増大した場合には、ディスク状部１５の背面１５ｓが突出部２３に強く当接すると同時にピニオンシャフト１０の外周面が孔部２４の当接面２４ｓに強く当接する。

規制部材３が、突出部２３と当接面２４ｓとの相対距離が変化しない構成であるため、突出部２３と当接面２４ｓとに対して強い当接圧が作用しても、ピニオン歯部１１とフェース歯部１６とが互い離間する方向に変位することを阻止できる。つまり、突出部２３から背面１５ｓに作用する圧力の反力により規制部材３が変位することがあっても、この変位と同じ方向に同じ量だけ孔部２４が変位するため、ピニオン歯部１１とフェース歯部１６とが離間することはない。

また、この構成では、突出部２３と当接面２４ｓとに対して強い当接圧が作用する場合にも、この当接圧の作用方向が逆向きで大きさ（圧力）が等しいため、規制部材３を変位させることは殆どなく規制部材３の位置を変化させることもない。

これにより、フェースギヤ２が適正な姿勢から外れて傾斜する現象や、ディスク状部１５が撓む現象が阻止される。これと同時にピニオンシャフト１０が撓む現象も阻止され、ピニオン歯部１１とフェース歯部１６とを適正な噛合状態に維持して良好な伝動効率で伝動を行える。また、ディスク状部１５の撓みを抑制できるため、ディスク状部１５を薄肉にすることも可能となり装置全体の軽量化も実現する。

このように、歯部同士が適正な噛合状態に維持することにより、電動モータ５の駆動時には、歯部同士が噛合する際の騒音の増大を抑制し、各々の歯部で歯先に応力が集中する現象を回避して歯部の偏摩耗や破損を防止でき、バックラッシュの拡大も抑制するため伝達誤差を小さくする。

尚、規制部材３の孔部２４にピニオンシャフト１０が挿通し、第１プレート部２１が係合溝部４Ｇに係合するため、規制部材３を適正な位置に保持できる。特に、孔部２４が長孔に形成されているため、孔部２４に対するピニオンシャフト１０の挿通が簡単に行えることになり、装置の組立を容易にする。突出部２３が半球状であるため、ディスク状部１５の背面１５ｓに対して小さい面で接触することになり、フェースギヤ２の回転に作用する抵抗を軽減できる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図５、図６に示すように、ピニオン１として、ピニオン歯部１１を基準にピニオンシャフト１０と反対側に延出する補助シャフト１０ａを備える。また、規制部材３には、実施形態と同様に突出部２３と、孔部２４とを形成すると共に、第１プレート部２１と平行姿勢となる第３プレート部２７を第２プレート部２２に連結しており、この第３プレート部２７の延出端に補助シャフト１０ａに接触する第３接触部として半円形の凹部２８を形成する。

凹部２８は、補助シャフト１０ａの半径に等しい半径で、フェースギヤ２の方向に開放する凹状に形成され、補助シャフト１０ａのうち、フェースギヤ２と反対側の外周面に近接、又は、接触する位置に配置されている。

この構成から、出力シャフト１７に作用する負荷が上昇し、ピニオン歯部１１とフェース歯部１６とを互いに離間する方向へ作用する力が増大した場合には、ディスク状部１５の背面１５ｓが突出部２３に強く接触し、これと同時にピニオンシャフト１０が孔部２４の当接面２４ｓに強く接触し、更に、補助シャフト１０ａが凹部２８に強く接触する。

つまり、この別実施形態では、ピニオン歯部１１に対してフェース歯部１６から離間する方向に作用する力が増大した場合には、ピニオンシャフト１０の撓みも抑制する。これにより、駆動軸芯Ｘに沿う方向でのピニオン歯部１１の両端位置の変位を規制し、このピニオン歯部１１の変位を規制するだけでなく、ピニオン歯部１１の姿勢の変位も規制して適正な噛合状態を良好に維持できる。

（ｂ）図５、図６に示すように、第１接触部として第１プレート部２１に対して回転自在に金属製のボール２９を埋め込む。この別実施形態では、第１プレート部２１に凹状となるボール受部２１ａを形成し、これにボール２９を嵌め込む構成となる。この構成ではボール２９を円滑に回転させるようにボール受部２１ａにグリース等の潤滑剤が貯留される。

これにより、ボール２９はボール受部２１ａに支持される状態で自由に回転でき、ディスク状部１５の背面１５ｓに強く接触する状態でも軽快に回転し、フェースギヤ２を安定的に支持することが可能となる。尚、この別実施形態でも複数のボール２９を備えても良い。

この別実施形態（ｂ）の変形例として、ボール２９に代えて、第１プレート部２１に対して転がり軸受等の回転体を支持することも考えられる。尚、回転体として転がり軸受を備える構成では、外輪の外周面がディスク状部１５の背面１５ｓに接触する位置に配置される。

（ｃ）図５、図６に示すように、第１プレート部２１と第２プレート部２２とが作る角度を維持するため、これらに連結する補強部材２５を備えても良い。

補強部材２５は、第１プレート部２１と第２プレート部２２とに溶接の技術により連結されるものであるが、例えば、第１プレート部２１や第２プレート部２２の一部を折り曲げることで、この折曲げ部分を補強部材２５として、他方に溶接しても良い。この補強部材２５は、実施形態において、第１プレート部２１と第２プレート部２２との相対姿勢を維持するために備えても良い。

（ｄ）実施形態において第２接触部としての孔部２４として駆動軸芯Ｘと同軸芯となる円形に形成しても良い。また、この孔部２４として第２プレート部２２に対して駆動軸芯Ｘと同軸芯上にボールベアリング等の転がり軸受を備え、その転がり軸受の内輪の開口を孔部２４（第２接触部）としても良い。

第２接触部として転がり軸受を用いる構成では、内輪の内周に対してピニオンシャフト１０を嵌合状態で配置することにより、ピニオン１の回転に作用する抵抗を低減できる。

（ｅ）実施形態に示すピニオン１を、ピニオン歯部１１を基準にピニオンシャフト１０と反対側に延出する軸状の支持軸（図５に示す補助シャフト１０ａと同様の構造）を形成し、この支持軸をハウジング４に支持する。このように支持することによりピニオン１の姿勢を安定させることが可能となる。

本発明は、ピニオンとフェースギヤとを備えたギヤ減速装置に利用することができる。

１ ピニオン
２ フェースギヤ
３ 規制部材
１０ ピニオンシャフト
１１ ピニオン歯部
１５ ディスク状部
１５ｓ 背面
１６ フェース歯部
２３ 突出部（第１接触部）
２４ 孔部（第２接触部）
２９ ボール（第１接触部）
１００ ギヤ減速装置
Ｘ 駆動軸芯
Ｙ 作動軸芯

Claims (5)

1. 駆動軸芯を中心に回転するピニオンシャフトに対して前記駆動軸芯を中心とする螺旋状のピニオン歯部を形成したピニオンと、
   前記駆動軸芯と食い違う位置関係で前記駆動軸芯に直交する姿勢の作動軸芯を中心に回転自在に支持されたディスク状部の外周の一側面にフェース歯部を形成したフェースギヤとを備え、
   前記ピニオン歯部と前記フェース歯部とが噛合する状態において、前記作動軸芯に沿う方向視で、少なくとも前記ピニオン歯部と重複する位置で前記フェース歯部の形成面と反対側となる前記ディスク状部の背面に接触可能な第１接触部と、前記ピニオンシャフトのうち、前記フェース歯部が形成された面と反対側の面に接触可能な第２接触部とが形成された規制部材を備えているギヤ減速装置。
2. 前記第２接触部が、前記規制部材に対して前記ピニオンシャフトが挿通可能な孔部で構成されている請求項１に記載のギヤ減速装置。
3. 前記第１接触部が、前記規制部材に対して前記背面に当接可能に滑らかに突出する突出部で構成されている請求項１又は２に記載のギヤ減速装置。
4. 前記孔部が、前記作動軸芯に沿う方向に延びる長孔として形成されている請求項２に記載のギヤ減速装置。
5. 前記突出部が半球状に形成されている請求項３に記載のギヤ減速装置。

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