JP6848786B2 - クラッチ装置、モータ装置、及び、ワイパモータ - Google Patents

クラッチ装置、モータ装置、及び、ワイパモータ Download PDF

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Description

本発明は、クラッチ装置、モータ装置、及びワイパモータに関する。
車両のウインドガラスに付着した雨滴等を払拭するためのワイパモータとして、運動変換機構を備えたものが知られている。このワイパモータでは、モータ本体と運動変換機構とを備え、運動変換機構によりモータ本体の回転軸の回転を往復回転運動に変換して出力軸に伝達し、出力軸に連結されたワイパブレードが取り付けられたワイパアームを駆動することにより、ワイパブレードによりウインドガラスを往復払拭する。
例えば、ウインドガラスに雪が積もった場合やウインドガラスが凍結した場合等には、ワイパブレードによるウインドガラスの払拭の際に、ワイパアームに大きな力がかかり、出力軸にかかる負荷が大きくなる場合がある。このような場合に備えて、この種のワイパモータにおいては、ワイパアームを介して出力軸に大きな負荷がかかることを想定して、運転変換機構を含む各部の機械強度を高めた設計を行う必要があった。
そこで、ワイパモータの設計に当たり機械強度を高めることを避けるために、クラッチ装置を介して出力軸を駆動する技術が提案されている。クラッチ装置を介して出力軸を駆動することにより、出力軸に過大な負荷がかかった場合には、出力軸と運転変換機構との間の駆動連結を外すことができる。これにより、出力軸に過大な負荷がかかることを防ぐことができるため、運転変換機構を含む機械強度を必要以上に高める必要がなくなる。
このクラッチ装置は、回転駆動力を伝達すると共に、過負荷時には互いの係合を解除可能な入力ディスク及びクラッチディスクが互いに対向して設けられている。入力ディスク及びクラッチディスクの一方には係合凹部が形成され、入力ディスク及びクラッチディスの他方には係合凸部が形成されており、係合凹部に係合凸部が噛み合うことにより、入力ディスク及びクラッチディスが係合して回転駆動力が出力軸に伝達される。一方、出力時に過剰な負荷がかかった場合には、係合凹部と係合凸部との係合が解除され、両者が空転することにより、入力ディスク及びクラッチディスの駆動連結が解除され、ワイパモータの各部に過剰な負荷がかかることを回避することができる。
係合凹部及び係合凸部が互いに面接触している場合には、回転駆動力を確実に伝達することができる。しかしながら、両者の係合を解除する際には、作動トルクが大きくなるという欠点があった。
そこで、本出願人は係合凹部及び係合凸部を互いに線接触させる技術を提案している。この技術は特許文献１に開示されている。この技術は、入力ディスク及びクラッチディスクのいずれか一方に出力軸の軸線方向に突出形成された係合凸部を設け、入力ディスク及クラッチディスクのいずれか他方に係合凸部に線接触で係合可能に凹設形成された係合凹部を設けたものである。特許文献１記載の技術によれば、係合凸部及び係合凹部が互いに線接触しているため、面接触している場合に比較して、両者の係合を解除する際の作動トルクの上昇を抑えることができる。
特許第４３６９３９３号公報
特許文献１記載の技術では、係合を解除する際の初動動作時の作動トルクが解除設定トルクとして設定されていたため、初動動作時の抵抗が静止摩擦となっていた。そして、この初動動作時の抵抗としての静止摩擦の設定にはバラつきが生じることがあった。この静止摩擦がバラついた場合には、出荷時の検査の工数が増すうえに、設定範囲外の製品を除外する必要がある。
発明者等は、係合凹部及び係合凸部を互いに線接触させる事項や、クラッチ装置が係合を解除する際の初動動作時の抵抗や静止摩擦の設定に関する事項等の検討を重ねてきた。その結果、倣い面に解除設定トルク域を設定し、解除設定トルク域においては静止摩擦から動摩擦に移行させておくことにより解除設定トルクが安定することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の目的は、クラッチ装置の係合凹部及び係合凸部が係合を解除する際の解除設定トルクを安定させることが可能なクラッチ装置、モータ装置、及びワイパモータを提供することにある。
本発明の第１の態様のクラッチ装置は、
ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
前記出力軸に対して回転自在に支持され、駆動力が入力されることによって前記出力軸の軸線周りに回転する入力ディスクと、
前記出力軸に対して軸線周りに回転不能、かつ、軸線方向に移動可能に支持されると共に、前記入力ディスクに対して前記出力軸の軸線方向に対向して配置され、前記入力ディスクと係合可能なクラッチディスクと、
前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか一方に前記出力軸の軸線方向に突出形成された係合凸部と、
前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか他方に前記係合凸部に線接触で係合可能に凹設形成された係合凹部と、
を備えたクラッチ装置において、
前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域の位置が、解除設定トルク域から離れていることを特徴とする。
本発明の第２の態様のクラッチ装置は、
ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
前記出力軸に対して回転自在に支持され、駆動力が入力されることによって前記出力軸の軸線周りに回転する入力ディスクと、
前記出力軸に対して軸線周りに回転不能、かつ、軸線方向に移動可能に支持されると共に、前記入力ディスクに対して前記出力軸の軸線方向に対向して配置され、前記入力ディスクと係合可能なクラッチディスクと、
前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか一方に前記出力軸の軸線方向に突出形成された係合凸部と、
前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか他方に前記係合凸部に線接触で係合可能に凹設形成された係合凹部と、
を備えたクラッチ装置において、
前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域の位置が、解除設定トルク域よりも前記入力ディスク及び前記クラッチディスクがより近接した側にあることを特徴とする。
本発明の第３の態様のクラッチ装置は、
ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
前記出力軸に対して回転自在に支持され、駆動力が入力されることによって前記出力軸の軸線周りに回転する入力ディスクと、
前記出力軸に対して軸線周りに回転不能、かつ、軸線方向に移動可能に支持されると共に、前記入力ディスクに対して前記出力軸の軸線方向に対向して配置され、前記入力ディスクと係合可能なクラッチディスクと、
前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか一方に前記出力軸の軸線方向に突出形成された係合凸部と、
前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか他方に前記係合凸部に線接触で係合可能に凹設形成された係合凹部と、
を備えたクラッチ装置において、
前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域の位置におけるクラッチ作動トルクが、解除設定トルク域におけるクラッチ作動トルクよりも小さいことを特徴とする。
本発明の第４の態様のクラッチ装置は、第１〜第３のいずれかの態様のクラッチ装置において、前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域における接触角度が、解除設定トルク域における接触角度よりも小さいことを特徴とする。
本発明の第５の態様のクラッチ装置は、第１〜第４のいずれかの態様のクラッチ装置において、解除設定トルク域がクラッチディスクのストロークの略中央に設けられていることを特徴とする。
本発明の第６の態様のクラッチ装置は、第１〜第５のいずれかの態様のクラッチ装置において、
前記係合凸部及び前記係合凹部の一方は、前記出力軸の軸線に対し所定角度傾斜する倣い面を有し、
前記係合凸部及び前記係合凹部の他方は、前記倣い面に線接触で係合可能な湾曲制御面を有していることを特徴とする。
本発明の第７の態様のクラッチ装置は、第１〜第６のいずれかの態様のクラッチ装置において、解除設定トルク域において、倣い面は略平面状であることを特徴とする。
本発明の第８の態様のクラッチ装置は、第１〜第７のいずれかの態様のクラッチ装置において、さらに、前記クラッチディスクを前記入力ディスク側に付勢する弾性部材を備えたことを特徴とする。
本発明の第９の態様のクラッチ装置は、第１〜第８のいずれかの態様のクラッチ装置において、前記係合凸部及び前記係合凹部は、前記出力軸の軸線を通る径方向直線に略一致した形状に形成されていることを特徴とする。
本発明の第１０の態様のクラッチ装置は、第１〜第９のいずれかの態様のクラッチ装置において、前記係合凸部及び前記係合凹部は、隣接する周方向間隔がそれぞれ異なるように設けられていることを特徴とする。
本発明の第１１の態様のモータ装置は、第１〜第１０のいずれかの態様のクラッチ装置と、モータ本体と、を備え、前記クラッチ装置の前記入力ディスクには、前記モータ本体の回転軸の回転が減速して伝達されることを特徴とする。
本発明の第１２の態様のワイパモータは、第１〜第１０のいずれかの態様のクラッチ装置と、
モータ本体と、
一端に前記モータ本体の回転軸の回転が減速して伝達されると共に、他端が前記クラッチ装置の前記入力ディスクに係合し、前記モータ本体の回転によって往復揺動されることで前記入力ディスクを往復回転駆動する揺動部材を有する運動変換機構と、
を備え、
前記出力軸に直接的に又は間接的に連結されたワイパを往復駆動する、
ことを特徴とする。
本発明の第１〜第３のいずれかの態様のクラッチ装置によれば、係合凸部と係合凹部との噛合い静止域の位置が、解除設定トルク域から離れていることにより、解除設定トルク域においては係合凸部と係合凹部との間の抵抗を静止摩擦から動摩擦に移行させておくことにより、互いに線接触している係合凹部及び係合凸部が係合を解除する際の解除設定トルクを安定させることができる。
本発明の第４の態様のクラッチ装置によれば、噛合い静止域におけるクラッチ動作時の初動抵抗を小さくし、解除設定トルク域においては抵抗を動摩擦とすることにより、解除設定トルクをより安定化することができる。
本発明の第５の態様のクラッチ装置によれば、噛合い静止域と解除設定トルク域との間の距離を適切に設定することができと共に、クラッチディスクのストローク全体を通してクラッチ作動トルクを滑らかに変化させることができるので、摩耗を低減することも可能である。
本発明の第６の態様のクラッチ装置によれば、解除設定トルク域を設定した倣い面に対して、線接触で係合可能な湾曲制御面を設けることにより、係合凹部及び係合凸部の係合を解除する際の作動トルクの上昇を抑えることができる。
本発明の第７の態様のクラッチ装置によれば、倣い面を略平面状にすることにより、解除設定トルクの設定を安定して、かつ、容易に設定することができる。
本発明の第８の態様のクラッチ装置によれば、クラッチディスクを入力ディスク側に付勢する弾性部材を設けることにより、係合凹部及び係合凸部を適切に係合させると共に、係合凹部及び係合凸部の係合を解除する際の作動トルクを適切に設定することができる。
本発明の第９の態様のクラッチ装置によれば、係合凸部及び係合凹部は、出力軸の軸線を通る径方向直線に略一致した形状に形成されているため、係合凸部と係合凹部との接触部分のうち径方向内側と径方向外側とで一様な面圧とし、摺動によるヘルツ接触面圧が軽減するように構成することができる。
本発明の第１０の態様のクラッチ装置によれば、係合凸部及び前記係合凹部は、隣接する周方向間隔がそれぞれ異なるように設けられているため、クラッチディスクと入力ディスクとを、周方向に沿った相対関係位置が所定の一位置にあるときにのみ噛合係合させることができる。すなわち、所定の一位置以外の位置では、１個の係合凸部が係合凹部に対応しても、他の複数個の係合凸部は係合凹部に対応しないようにできる。したがって、係合凸部が係合凹部から抜け出した状態では、クラッチディスクは、複数の係合凸部を介して入力ディスクと接触するようになる。
本発明の第１１の態様のモータ装置によれば、上記クラッチ装置と同様の効果を奏するモータ装置を提供することができる。
本発明の第１２の態様のワイパモータによれば、上記クラッチ装置と同様の効果を奏するワイパモータを提供することができる。
本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示す一部を透視した斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示す平断面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示す図４の５−５線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示す平断面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示す図６の７−７線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成を示し、クラッチ解除状態における図７に対応した図面である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成部材であるクラッチ装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成部材であるクラッチ装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成部材である揺動機構及びクラッチ装置の部分的な構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成部材であるクラッチ装置のクラッチディスクに設けられた係合凹部の形状及び配置状態を示すクラッチディスクの裏面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成部材であるクラッチ装置の入力ディスクに設けられた係合凸部及びクラッチディスクに設けられた係合凹部の構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成部材である揺動機構及びクラッチ装置を含む周辺部品の構成を示し、クラッチ連結状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータの構成部材である揺動機構及びクラッチ装置を含む周辺部品の構成を示し、クラッチ解除状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータのクラッチ装置における作動トルク特性を示すグラフである。 比較例に係るクラッチ装置の係合凸部及び係合凹部の構成を示す断面図である。 比較例に係るクラッチ装置における作動トルク特性を示すグラフである。 本発明の別実施形態に係るワイパモータのクラッチ装置における作動トルク特性を示すグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るクラッチ装置、モータ装置、及び、ワイパモータについて詳細に説明する。但し、以下に示す実施形態は本発明の技術思想を具体化するためのクラッチ装置、モータ装置、及び、ワイパモータを例示するものであって、本発明をこれらに特定するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。
なお、図１及び図２には、本発明の実施の形態に係るワイパモータ９０の全体構成が斜視図にて示されており、図３には、このワイパモータ９０の構成が分解斜視図にて示されている。さらに、図４乃至図８には、ワイパモータ９０の構成が断面図にて示されている。
ワイパモータ９０は、車両のワイパ装置を駆動するためのワイパ駆動用モータとされており、モータ本体９２、揺動機構９４、及びクラッチ装置１０を備えている。
図４及び図６に示す如く、モータ本体９２は、ヨークハウジング９８を備えている。ヨークハウジング９８は、軸線方向一端部が絞り加工された有底でしかも回転軸１１０の直交方向断面が出力軸１２の軸線方向を短手方向とする偏平形状の筒状に形成されており、開口側がハウジング９６に一体的に取り付けられている。ヨークハウジング９８の底壁１００には、軸受１０２が配置されている。一方、ヨークハウジング９８の他端部には、絶縁樹脂製のエンドハウジング１０４が固定されている。
また、エンドハウジング１０４の中央部分には軸受１０６が配置されている。この軸受１０６及びヨークハウジング９８の軸受１０２によってアーマチャ１０８の回転軸１１０が支持されアーマチャ１０８がヨークハウジング９８内に収容されている。アーマチャ１０８に対向するヨークハウジング９８の内周壁にはマグネット１１２が固着されている。
エンドハウジング１０４には、ブラシケースを介してブラシ１１４が保持されている。ブラシ１１４は角柱状に形成されており、アーマチャ１０８のコンミテータ１１６に圧接されている。また、ブラシ１１４からは連結用ピッグテール１１８が引き出されており、ピッグテール１１８の先端部は、給電用の接続線に接続されている。
モータ本体９２（アーマチャ１０８）の回転軸１１０は、カップリング１２０によって揺動機構９４のウォームギヤ１２２に連結されている。
ウォームギヤ１２２は、その一端部が軸受１２４を介してハウジング９６に回転自在に支持されると共に、他端部は軸受１２６を介してハウジング９６に回転自在に支持されている。このウォームギヤ１２２は、ウォームホイール１２８に噛み合っている。
ウォームホイール１２８は、ウォームギヤ１２２の軸線に対し一側側に配置され、ウォームギヤ１２２に噛合した状態でハウジング９６内に収容されており、ウォームギヤ１２２（回転軸１１０）の軸線と垂直な回転軸１３０回りに回転する。
また、ウォームホイール１２８には、揺動部材としてのセクタギヤ１３２が連結されている。セクタギヤ１３２は、ウォームホイール１２８の回転軸１３０と異なる位置（径方向に変位した位置）に設けられた支軸（クランクピン）１３４によって一端が回転自在に連結されると共に、他端には噛合部としての歯部１３６が形成されている。この歯部１３６は、後述するクラッチ装置１０の入力ディスク２８に係合（噛合）している。
またさらに、セクタギヤ１３２の厚さ方向一方側（ウォームホイール１２８と反対側）には、保持レバー１３８が配置されている。この保持レバー１３８は、その一端がセクタギヤ１３２の歯部１３６における揺動中心軸１４０（歯部１３６のピッチ円の中心に設けられた支軸）に連結されており、その他端がハウジング９６に回転自在に支持された出力軸１２に回転自在に連結されている。これにより、揺動中心軸１４０と出力軸１２との軸間距離（軸間ピッチ）が維持され、セクタギヤ１３２と入力ディスク２８との出力軸１２径方向に沿った噛合い状態が維持される。こうして、ウォームホイール１２８が回転することによってセクタギヤ１３２が往復揺動され、このセクタギヤ１３２の往復揺動動作によって、後述する入力ディスク２８が往復回転駆動される構成である。
なお、保持レバー１３８のセクタギヤ１３２とは反対側には、樹脂材料等からなる摺動部材１４７が取り付けられており、この摺動部材１４７は、ハウジング９６の裏側を閉塞するカバー１４８に摺動可能に当接している。これにより、保持レバー１３８の厚さ方向（出力軸１２の軸線方向）に沿った移動が制限されている。また、出力軸１２はウォームギヤ１２２の軸線に対しウォームホイール１２８と反対側に配置されているため、ウォームホイール１２８に一端が連結されたセクタギヤ１３２はウォームギヤ１２２の軸線と交差状態（ねじれの位置の状態）で配置され他端の歯部１３６が入力ディスク２８に噛合している。
一方、図９及び図１０に示す如く、出力軸１２は、先端側（図９及び図１０では上側）
が断面円形に形成されて円柱部１３とされ、基端側（図９及び図１０では下側）が断面略矩形（周方向において互いに１８０度反対側に形成された一対の平面と、これらの平面に連続する一対の円周面とを備えた所謂「断面ダブルＤカット形状」）に形成されて相対回転規制部１４とされている。
出力軸１２の円柱部１３は、図５及び図７に示す如く、ハウジング９６に固定された軸受部材５０によって回転自在に支持されている。一方、相対回転規制部１４の先端側（円柱部１３側）には、前記円周面とされた部分に軸線方向に沿った複数の突条が形成されて回止部１６が設けられており、基端部突端には抜止部１８が設けられている。
相対回転規制部１４の回止部１６には、出力軸１２の径方向に大径とされた大径部としての係合ベース２０が出力軸１２と同軸的に固着されている。係合ベース２０は、中央部分に出力軸１２の相対回転規制部１４に対応する断面略矩形（断面ダブルＤカット形状）の支持孔２２が形成された円盤状に形成されており、支持孔２２が回止部１６に固着されることで常に出力軸１２と一体回転する（出力軸１２に対して軸線方向移動不能とされる）。また、係合ベース２０の周縁には、径方向（出力軸１２の径方向）に突出するストッパ部２６が設けられている。このストッパ部２６は、ハウジング９６に形成された後述するストッパ突起１４２に対応している。
なお、前述の如く出力軸１２と係合ベース２０とを別体に形成して固着する構成に限らず、例えば、冷間鍛造等により出力軸１２と係合ベース２０とを一体に形成する構成（出力軸にツバ状の大径部を一体に形成する構成）としてもよい。
一方、相対回転規制部１４の抜止部１８には、前述した入力ディスク２８が出力軸１２と同軸的に取り付けられている。入力ディスク２８は、中央部分に断面円形の軸孔３０が形成された円筒状に形成されており、軸孔３０に出力軸１２の抜止部１８が挿通すると共に抜止部１８の突端に取り付けられた抜止めクリップ３２によって抜け止めされることで、出力軸１２に対して軸線方向一側（係合ベース２０と反対側）へ抜止め状態でかつ回転自在に支持されている。この入力ディスク２８は、本実施の形態では、粉末合金を成型金型に入れ、圧縮成形し、加熱焼結する所謂「粉末冶金法」により製造された焼結金属であり、該焼結金属内に潤滑油が含油されている。
入力ディスク２８の軸線方向一端側（係合ベース２０とは反対側）の外周には、ギヤ歯３４が形成されている。このギヤ歯３４は、前述した揺動機構９４のセクタギヤ１３２の歯部１３６に噛合しており、セクタギヤ１３２から駆動力が入力されると、入力ディスク２８が出力軸１２周りに回転するようになっている。
また、図１０に示す如く、入力ディスク２８には、ギヤ歯３４の軸線方向他端側（係合ベース２０側、前述した保持レバー１３８とは反対側）において、ギヤ歯３４の端部を連結する連結壁３５が形成されている。この連結壁３５は、図１１に示す如く、保持レバー１３８と共にセクタギヤ１３２の歯部１３６を厚さ方向両側で挟み込んでいる（連結壁３５が、歯部１３６厚さ方向一方側の端面に対向すると共に、保持レバー１３８が歯部１３６の厚さ方向他方側の端面に対向することで、セクタギヤ１３２の歯部１３６における厚さ方向の移動が制限されている）。
さらに、入力ディスク２８は、連結壁３５を介してギヤ歯３４とは反対側の外周が、出力軸１２と同心の円周面３６とされており、この円周面３６は、図５及び図７に示す如く、ハウジング９６に固定された軸受部材５２によって回転可能に保持（支持）されている。すなわち、入力ディスク２８は、ギヤ歯３４の軸線方向他端側に出力軸１２と同軸的な円盤状のツバ部を備えており、このツバ部の外周面（円周面３６）が、軸受部材５２に支持されている。
またさらに、入力ディスク２８の軸線方向他端側（係合ベース２０の側、出力軸１２の軸線方向他側）の端面には、その周縁部に係合ベース２０側へ向けて突出する４つの係合凸部３７が設けられている。これら４つの係合凸部３７は、入力ディスク２８に対して同心状に配置されると共に、入力ディスク２８の周方向に沿って互いに等間隔にならないように（周方向に沿って隣接する間隔がそれぞれ異なるように）配置されている。これらの係合凸部３７は、後述するクラッチディスク３８の係合凹部４２に対応している。
一方、出力軸１２の相対回転規制部１４には、前述した係合ベース２０と入力ディスク２８との間において、クラッチディスク３８が出力軸１２と同軸的に支持されている。クラッチディスク３８は、相対回転規制部１４に対応する断面略矩形（断面ダブルＤカット形状）の軸孔４０が中央部分に形成された円盤状に形成されており、軸孔４０に出力軸１２（相対回転規制部１８）が挿通することで、入力ディスク２８に対し出力軸１２の軸線方向他側（後述するコイルスプリング４４の側）に位置すると共に、出力軸１２に対して軸線周りに回転不能でかつ軸線方向に沿って移動可能に支持されている。これにより、クラッチディスク３８は、常に出力軸１２と一体的に回転すると共に、入力ディスク２８に対して出力軸１２の軸線方向に沿って相対移動可能となっている。このクラッチディスク３８は、本実施の形態では、前述した所謂「粉末冶金法」により製造された焼結金属であり、該焼結金属内に潤滑油が含油されている。
クラッチディスク３８の裏面側（入力ディスク２８の側、出力軸１２の軸線方向一側）には、その周縁部において４つの係合凹部４２が凹設して（窪んで）設けられている。これらの係合凹部４２は、入力ディスク２８の前述した４つの係合凸部３７に対応しており、クラッチディスク３８に対して同心状に配置されると共に、クラッチディスク３８の周方向に沿って互いに等間隔にならないように（周方向に沿って隣接する間隔がそれぞれ異なるように）配置されている。
これら４つの係合凹部４２には、入力ディスク２８の４つの係合凸部３７がそれぞれ嵌入可能となっている（すなわち、クラッチディスク３８は、入力ディスク２８に噛合係合可能となっている）。これにより、通常の使用状態（回転状態）では、入力ディスク２８が回転した場合にこの入力ディスク２８の回転力がクラッチディスク３８へ伝達されてクラッチディスク３８が供に回転される構成である。
但し、前述した如く、各係合凸部３７と各係合凹部４２とは、それぞれ入力ディスク２８及びクラッチディスク３８の周方向に沿って等間隔にならないように（隣接する間隔がそれぞれ異なるように）設けられているため、クラッチディスク３８（出力軸１２及びワイパ）と入力ディスク２８とは、周方向に沿った相対関係位置が所定の一位置にあるときにのみ噛合係合するようになっている。すなわち、上記所定の一位置以外の位置では、１個の係合凸部３７が係合凹部４２に対応しても、他の３個の係合凸部３７は係合凹部４２に対応しないようになっている。したがって、係合凸部３７が係合凹部４２から抜け出した状態では、クラッチディスク３８は、少なくとも３個の係合凸部３７を介して入力ディスク２８と接触するようになっている（３点支持状態となる構成である）。
またここで、図１２に示す如く、入力ディスク２８の係合凸部３７と、クラッチディスク３８の係合凹部４２とは、それぞれ周方向端縁（側壁部分）が、各部材軸線ＣＬ（出力軸１２の軸線）を通る径方向直線Ｋ上に一致した形状（すなわち、扇状に径方向外側へ開いた形状）に形成されている。これにより、係合凸部３７と係合凹部４２との接触部分のうち径方向内側と径方向外側とで一様な面圧となる（摺動によるヘルツ接触面圧が軽減する）ように構成されている。
さらにここで、入力ディスク２８の係合凸部３７とクラッチディスク３８の係合凹部４２とはそれぞれ断面形状が所謂略台形に形成されているが、本実施の形態においては、入力ディスク２８の係合凸部３７は、その台形状左右両側にそれぞれ倣い面５１を有しており、また、クラッチディスク３８の係合凹部４２は、その台形状左右両側にそれぞれ湾曲制御面５３を有している。
図１３を用いて、本発明の実施の形態に係るワイパモータ９０の構成部材であるクラッチ装置１０の入力ディスク２８に設けられた係合凸部３７及びクラッチディスク３８に設けられた係合凹部４２の構成を説明する。図１３では、入力ディスク２８が矢印Ｒの方向へ回転し、出力軸１２の負荷が大きくなった場合に、クラッチディスク３８が矢印ＵＰの方向（離脱方向）へ移動する場合を示している。なお、図１３は断面図ではあるが、説明を解り易くするため、敢えて「ハッチング」を省略して示してある。
係合凹部４２の湾曲制御面５３は、係合凸部３７の倣い面５１に入力ディスク２８（出力軸１２）の周方向に線接触して（図１３に示す軸線方向断面視においては、静止時接点Ｓにて点接触して）係合するように湾曲して形成されている。ワイパモータ９０が停止時には、倣い面５１に対して湾曲制御面５３の静止時接点Ｓが線接触している。通常の使用状態では、入力ディスク２８が回転した場合には、係合凸部３７及び係合凹部４２が噛み合うことにより、入力ディスク２８の回転力がクラッチディスク３８へ伝達されてクラッチディスク３８が供に回転される。この時には、倣い面５１に対して、湾曲制御面５３の噛合い静止域Ｗ１の範囲において線接触している。なお、噛合い静止域Ｗ１を倣い面５１に対して設定するようにすることもできる。ここで、Ｌ１は係合凸部３７の高さ、Ｌ２は係合凹部４２の深さである。
出力軸１２の負荷が大きくなり、クラッチディスク３８がＵＰ方向へ移動すると、倣い面５１に対して湾曲制御面５３が線接触する位置は、噛合い静止域Ｗ１の範囲からＵＰ方向へ移動する。さらに、出力軸の負荷が大きくなると、倣い面５１に対して湾曲制御面５３が線接触する位置は、解除設定トルク域Ｗ２を通過して、さらにＵＰ方向へ移動することにより、係合凸部３７は係合凹部４２から離脱して、両者の噛合いは解除される。噛合い静止域Ｗ１と解除設定トルク域Ｗ２とは倣い面５１に沿って所定の距離だけ離れており、また、解除設定トルク域Ｗ２は噛合い静止域Ｗ１よりもＵＰ方向に位置している。すなわち、噛合い静止域Ｗ１は解除設定トルク域Ｗ２よりも、入力ディスク２８及びクラッチディスク３８がより近接した側にある。
静止時接点Ｓにおける倣い面５１及び湾曲制御面５３の接線の出力軸１２と垂直な面との角度θ１は、解除設定トルク域Ｗ２における角度θ２よりも小さい。すなわち、静止時接点Ｓを含む噛合い静止域Ｗ１における倣い面５１及び湾曲制御面５３の接線の出力軸１２と垂直な面との角度は、解除設定トルク域Ｗ２における角度θ２よりも小さい。このため、クラッチ動作時の初動抵抗を小さくすることができる。クラッチ作動トルクは、噛合い静止域Ｗ１の方が、解除設定トルク域Ｗ２よりも小さい（図１６を参照）。なお、本実施形態では噛合い静止域Ｗ１の範囲におけるクラッチ作動トルクは、車両のウインドガラスが半乾燥時における出力軸の最大トルクＴＭＡＸよりも小さく設定されている。なお、後述の別実施形態で説明するように、噛合い静止域Ｗ１の範囲におけるクラッチ作動トルクと、出力軸の最大トルクＴＭＡＸとの関係を適宜調整すること可能である。
解除設定トルク域Ｗ２は、クラッチディスク３８のストロークの略中央に設けられている。また、解除設定トルク域Ｗ２において、倣い面は略平面状（図１３においては、略直線状）である。
また、湾曲制御面５３は、解除設定トルク域Ｗ２から離脱方向（図１３のＵＰ方向）に移動するにしたがい倣い面５１との接触位置における面圧力の回転伝達方向（図１３のＲ方向）への分力が小さくなるよう曲率が徐変された湾曲面とされている。さらに詳細には、湾曲制御面５３は、倣い面５１との接触位置における接線と出力軸１２の軸線に垂直な平面との成す角度が解除設定トルク域Ｗ２から離脱方向に移動するにしたがい徐々に小さくなるよう形状設定されている。すなわち、曲率が徐変する湾曲面とされた湾曲制御面５３は、後に詳述するコイルスプリング４４の収縮ストロークが増大しても最大作動トルクが殆ど変化しないよう（すなわち、解除設定トルク域Ｗ２における最大作動トルクが略一定のフラットトルクとなるよう）、その曲率（前記徐変の度合い）が設定されている。
以上により、入力ディスク２８が回転しこの入力ディスク２８からクラッチディスク３８への回転伝達力（またはクラッチディスク３８が外力により入力ディスク２８に対して回転しようとする力）によって、倣い面５１と湾曲制御面５３とは前記軸線方向に前記回転駆動力の分力を発生させ、クラッチディスク３８に出力軸１２軸線方向に沿った（コイルスプリング４４を収縮する方向へ）移動力が生じる構成となっている。
またしかも、入力ディスク２８とクラッチディスク３８とは、前記倣い面５１を有する側（すなわち、係合凸部３７が形成された入力ディスク２８）よりも、前記湾曲制御面５３を有する側（すなわち、係合凹部４２が形成されたクラッチディスク３８）のほうが高い硬度とされている。このため、湾曲制御面５３を有する側の摩耗は、倣い面５１を有する側の摩耗よりも少なく（摩耗進行が遅い）、前記の如く摩耗しても、係合凹部４２の湾曲制御面５３は、その湾曲面の形状が維持され、係合凸部３７の倣い面５１とは前記線接触による係合状態が維持される構成となっている。
なお、本実施の形態においては、例えば、倣い面５１を有する係合凸部３７（入力ディスク２８）は、ＨＭＶ６０７（ビッカース硬さ：マイクロビッカース硬度計による実測）とされ、湾曲制御面５３を有する係合凹部４２（クラッチディスク３８）は、ＨＭＶ６４８（ビッカース硬さ：マイクロビッカース硬度計による実測）とされており、硬度差として硬度の高い側の５％〜１０％程度の硬度差を設定している。
また、前述の如く入力ディスク２８の係合凸部３７に倣い面５１を設けると共にクラッチディスク３８の係合凹部４２に湾曲制御面５３を設けた構成とするに限らず、両者を逆転させた構成、すなわち、入力ディスク２８の係合凸部３７に湾曲制御面５３を設けると共にクラッチディスク３８の係合凹部４２に倣い面５１を設けた構成としてもよい。この場合であっても、前記倣い面５１を有する側（すなわち、係合凹部４２が形成されたクラッチディスク３８）よりも、前記湾曲制御面５３を有する側（すなわち、係合凸部３７が形成された入力ディスク２８）のほうが高い硬度に設定された構成とする。
また一方、クラッチディスク３８と係合ベース２０との間には、出力軸１２回りに巻き回されて出力軸１２の軸線方向に圧縮可能とされた弾性部材としてのコイルスプリング４４が配置されている。このコイルスプリング４４は、入力ディスク２８の係合凸部３７と、クラッチディスク３８の係合凹部４２との係合状態からのクラッチディスク３８の出力軸１２軸線方向他側（コイルスプリング４４の側）へ向けた軸線方向移動に対して、所定の抗力（クラッチディスク３８の軸線方向移動によって弾性変形された際の復元力）を付与するようになっている。
換言すれば、通常は、入力ディスク２８の係合凸部３７が、クラッチディスク３８の係合凹部４２に入り込むと共に、コイルスプリング４４はこの嵌入状態を維持しており、入力ディスク２８の係合凸部３７が、クラッチディスク３８の係合凹部４２から抜け出そうとしてクラッチディスク３８がコイルスプリング４４を圧縮する方向へ向けて軸線方向移動しようとすると、これに抗する付勢力（復元力）を発揮するように構成されている。
コイルスプリング４４の断面形状は、略円形または略矩形とすることができる。コイルスプリング４４の断面形状を略矩形とした場合には、コイルスプリングの長手方向長さを短縮することができるため、出力軸１２の軸線方向の寸法を薄型化することができる。例えば、出力軸１２の軸線に沿う方向に短辺を、出力軸１２の軸線に対して垂直な方向に長辺を有する矩形断面のコイルスプリングを用いることができる。
また、前述した如く、入力ディスク２８の係合凸部３７が、クラッチディスク３８の係合凹部４２にそれぞれ入り込むことで、入力ディスク２８からクラッチディスク３８へ回転力が伝達されるが、入力ディスク２８の係合凸部３７が、クラッチディスク３８の係合凹部４２から抜け出した状態でも（クラッチディスク３８が係合ベース２０の側へ向けて移動した状態でも）、前記コイルスプリング４４が発揮する付勢力（復元力）によって、入力ディスク２８の係合凸部３７と、クラッチディスク３８の裏面との間に所定の摩擦力が生じ、これにより、入力ディスク２８とクラッチディスク３８とが供回りするようにコイルスプリング４４の付勢力等が設定されている。
なお、通常状態（クラッチディスク３８が係合ベース２０の側へ向けて移動しようとしない状態）において、既にコイルスプリング４４が係合ベース２０とクラッチディスク３８との間で押圧力が付与されるように構成してもよく、あるいは、クラッチディスク３８が係合状態から係合ベース２０の側へ向けて移動したときだけに（係合凸部３７が、係合凹部４２から抜け出そうとした場合に）、コイルスプリング４４がこれに抗する付勢力（復元力）を発揮するように構成してもよい。
一方、図４及び図６に示す如く、ハウジング９６には、前述した係合ベース２０のストッパ部２６に対応して、ストッパ突起１４２が形成されている。
ストッパ突起１４２は円弧状に形成されており、ストッパ部２６の回転軌跡内に位置している。ストッパ突起１４２の周方向一端部及び周方向他端部は、それぞれ回転制限部１４４、回転制限部１４６とされている。すなわち、ストッパ突起１４２の回転制限部１４４及び回転制限部１４６は、それぞれストッパ部２６に当接可能となっており、ストッパ部２６がストッパ突起１４２の回転制限部１４４あるいは回転制限部１４６に当接した状態では、それ以上の係合ベース２０（出力軸１２）の回転が阻止される構成である。したがって、入力ディスク２８の回転駆動力によって、係合ベース２０（出力軸１２）がクラッチディスク３８と共に回転し、ストッパ部２６がストッパ突起１４２の回転制限部１４４あるいは回転制限部１４６に当接した後には、それ以後の係合ベース２０（出力軸１２）の回転が強制的に阻止されるため、入力ディスク２８が相対回転（空回り）する構成となっている（図１４及び図１５参照）。
さらに、入力ディスク２８によって往復回転駆動される出力軸１２には、ワイパ（図示省略）が直接的に連結されており、またはリンクやロッド等を介して間接的に連結されており、当該ワイパが出力軸１２の往復回転に伴って往復駆動する構成である。
ここで、本実施の形態に係るワイパモータ９０のクラッチ装置１０の作用、効果を説明するために、図１７には比較例としての係合凸部３７Ａと係合凹部４２Ａの構成が図１３に対応した断面図にて示されている。なお、図１７においても、説明を解り易くするため、敢えて「ハッチング」を省略して示してある。
この係合凸部３７Ａと係合凹部４２Ａでは、噛合い静止点Ａにおける、倣い面５１Ａ及び湾曲制御面５３Ａの接線が、出力軸１２Ａの軸線と垂直な面となす角が大きい。そして、噛合い静止点Ａにおける初動動作時の作動トルクが解除設定トルクとして設定されているため、初動動作時の抵抗が静止摩擦となって大きく、また不安定であるため、解除設定トルクの設定値にバラつきが生じやすい。
さらに、図１８には、比較例の係合凸部３７Ａと係合凹部４２Ａの作動トルク特性（過負荷作用開始時から完全離脱までの間における移動ストロークに対する作動トルク値の変化）のグラフが示されている。
この図１８にて明らかなように、噛合い静止点Ａにおける初動動作時の作動トルクが解除設定トルクとして設定されているため、初動動作時の抵抗が静止摩擦となって大きくなっている。図１８には、比較例のクラッチ作動トルクの中心値（中心）と許容最大値（ＭＡＸ）及び許容最小値（ＭＩＮ）が示されている。比較例のワイパモータの初動動作時の抵抗は、前述のとおり、静止摩擦となって大きく、また不安定であるため、解除設定トルクの設定値にバラつきが生じやすい。このため、クラッチ作動トルクの許容最大値（ＭＡＸ）と許容最小値（ＭＩＮ）との間に入らないワイパモータが存在することになる。したがって、比較例においては、クラッチ作動トルクが許容範囲に収まるように、ランニング工程を設けて数回の試運転を行い、クラッチ作動トルクを安定化させる必要があった。このランニング工程により製造工程の工数が増えてしまうと共に、クラッチ作動トルクが許容範囲外の製品は除外されていた。
これに対して、本実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態のワイパモータ９０では、モータ本体９２（アーマチャ１０８）が回転すると、ウォームギヤ１２２を介してウォームホイール１２８へ回転力が伝達されてウォームホイール１２８が回転（本実施の形態では一方向へ連続回転）する。ウォームホイール１２８が回転すると、このウォームホイール１２８に連結されたセクタギヤ１３２が往復揺動され、このセクタギヤ１３２の往復揺動動作によって、入力ディスク２８が往復回転駆動される（図４乃至図７参照）。
ここで、通常の使用状態では、例えば図５及び図１４に示す如く、入力ディスク２８の係合凸部３７が、クラッチディスク３８の係合凹部４２と係合している。この状態では、倣い面５１に対して、湾曲制御面５３の噛合い静止域Ｗ１の範囲が線接触している。この係合凸部３７と係合凹部４２の係合状態からクラッチディスク３８が出力軸１２軸線方向に移動しようとするとコイルスプリング４４によって所定の抗力が付与されるので、前記係合状態が維持される。また、クラッチディスク３８は、出力軸１２に対して軸線周りに回転不能とされている。このため、入力ディスク２８が往復回転駆動されると、係合凸部３７及び係合凹部４２を介して入力ディスク２８からクラッチディスク３８へ回転駆動力が伝達されて、このクラッチディスク３８と一体で出力軸１２が回転される。
これにより、出力軸１２に連結されたワイパが出力軸１２の往復回転に伴って往復駆動する。
一方、例えば、ワイパを介して出力軸１２周りに過大外力（荷重）が作用すると、出力軸１２が逆転もしくは拘束されることになる。すると、出力軸１２の負荷が大きくなり、出力軸１２と一体回転するクラッチディスク３８には、入力ディスク２８と相対回転する方向に回転力が作用する。ここで、入力ディスク２８の係合凸部３７とクラッチディスク３８の係合凹部４２とはそれぞれ断面形状が所謂略台形に形成されており、しかも、入力ディスク２８の係合凸部３７は倣い面５１を有し、またクラッチディスク３８の係合凹部４２は湾曲制御面５３を有しているため、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との間の相対回転力によって、クラッチディスク３８に出力軸１２軸線方向に沿った（係合ベース２０へ向いた）分力が生じる。すなわち、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との間の相対回転力の一部が、クラッチディスク３８を出力軸１２軸線方向に移動させて入力ディスク２８の係合凸部３７とクラッチディスク３８の係合凹部４２との係合を解除しようとする分力として作用する。
出力軸１２の負荷が大きくなり、この相対回転力（分力）が大きくなると、クラッチディスク３８がＵＰ方向へ移動し、倣い面５１に対して湾曲制御面５３が線接触する位置は、噛合い静止域Ｗ１の範囲からＵＰ方向へ移動する。さらに、出力軸の負荷が大きくなると、倣い面５１に対して湾曲制御面５３が線接触する位置は、解除設定トルク域Ｗ２を通過して、さらにＵＰ方向へ移動することにより、図８及び図１５に示す如く、係合凸部３７は係合凹部４２から離脱して、両者の噛合いは解除される。コイルスプリング４４により付与される抗力に打ち勝って、クラッチディスク３８が出力軸１２軸線方向に強制的に移動されて前記係合状態が解除される（入力ディスク２８の係合凸部３７がクラッチディスク３８の係合凹部４２から抜け出して嵌合が解除される）。これにより、クラッチディスク３８すなわち出力軸１２は、入力ディスク２８に対して空転する（相対回転する）。
噛合い静止域Ｗ１と解除設定トルク域Ｗ２とは倣い面５１に沿って所定の距離だけ離れているから、出力軸の負荷が所定以上に大きくなった場合にのみ、係合凸部３７及び係合凹部４２の噛合いは解除される。ここで、解除設定トルク域Ｗ２は噛合い静止域Ｗ１よりもＵＰ方向に位置している。すなわち、噛合い静止域Ｗ１は解除設定トルク域Ｗ２よりも、入力ディスク２８及びクラッチディスク３８がより近接した側にある。
静止時接点Ｓを含む噛合い静止域Ｗ１における倣い面５１及び湾曲制御面５３の接線の出力軸１２と垂直な面との角度は、解除設定トルク域Ｗ２における角度θ２よりも小さい。このため、クラッチ動作時の初動抵抗を小さくすることができる。図１６に示すように、クラッチ作動トルクは、噛合い静止域Ｗ１の方が、解除設定トルク域Ｗ２よりも小さい。
そして、解除設定トルク域Ｗ２においてクラッチ作動トルクは最大となり、かつ、そのピーク値は略一定とされている。解除設置トルク域Ｗ２におけるクラッチ作動トルクのピーク値が略一定で安定しているので、解除設定トルクを安定させることができる。
また、解除設定トルク域Ｗ２においては、倣い面５１と湾曲制御面５３との間の摩擦は、静止摩擦ではなく、動摩擦となっているので、摩擦の状態が安定している。このために、解錠設定トルク域Ｗ２において、解除トルクの設定値にバラつきが生じにくく、解除設定トルクが安定する。
また、図１６にて明らかなように、解除設定トルク域Ｗ２は、クラッチディスク３８のストロークの略中央に設けられている。このため、噛合い静止域Ｗ１と解除設定トルク域Ｗ２との間の倣い面に沿った距離を適切に設定することができと共に、クラッチディスク３８のストローク全体を通してクラッチ作動トルクを滑らかに変化させることができるので、摩耗を低減することも可能である。また、解除設定トルク域Ｗ２において、倣い面は略平面状（図１３においては、略直線状）である。これにより、解除設定トルク域Ｗ２における解除トルクを安定して、かつ、容易に設定することができる。
倣い面５１及び湾曲制御面５３の曲率等の調整により、噛合い静止域Ｗ１や解除設定トルク域Ｗ２の設定が可能であり、例えば、解除設定トルク域Ｗ２における最大作動トルクを略一定のフラットトルクとなるよう設定されている。
図１６には、本実施形態のクラッチ作動トルクの中心値（中心）と許容最大値（ＭＡＸ）及び許容最小値（ＭＩＮ）が示されている。本実施形態では上述のとおり、解除設定トルク域Ｗ２においては、倣い面５１と湾曲制御面５３との間の摩擦は、静止摩擦から動摩擦へと移行しやすく構成されているので、摩擦の状態が安定している。このため、解除トルクの設定値にバラつきが生じにくく、解除設定トルクが安定する。したがって本実施例では、比較例のようにランニング工程を設ける必要が無く、製造工程の工数を低減することができると共に、クラッチ作動トルクが許容範囲外となり製品が除外されることを避けることができる。
また、比較例の図１７において、噛合い静止点Ａにおけるクラッチ作動トルクＦについての倣い面に垂直な方向の分力である面圧Ｆａは、噛合い静止点Ａにおける初動動作に係るトルクが解除設定トルクに相当するため、大きな面圧となる。場合によっては、１回のクラッチ解除動作で倣い面５１Ａが大きく削り取られてしまい、次回のクラッチ解除のための解除設定トルクが大きく変化してしまうこともあった。そのため、所望の解除設定トルクを維持することが困難となる恐れがある。
これに対して、本実施形態では、上記面圧をも小さくすることができるため、１回のクラッチ解除動作で倣い面５１が大きく削り取られてしまうことを回避することができる。
特に、比較例では、噛合い静止点Ａにおいて静止しているため、図１８に示されているように、初動動作するための解除設定トルクに相当する大きな面圧Ｆａが倣い面５１Ａに作用し、しかも、その大きな面圧がクラッチディスクストロークに沿って連続して作用するため、１回の倣い面５１Ａを大きく削り取る恐れがあった。
これに対して、本実施形態では、図１６からも分かるように、比較例（図１８）と比較すると、大きな面圧が連続して倣い面５１に作用することはない。さらに、解除設定トルク域Ｗ２は、クラッチディスクストロークの略中央であり、また、略平面状となっているため、面圧の作用に対して倣い面５１が摩耗しにくい。このため、１回のクラッチ解除動作で倣い面５１が大きく削り取られてしまい、次回のクラッチ解除のための解除設定トルクが大きく変化してしまうような恐れはない。そのため、所望の解除設定トルクを維持することができる。
したがって、本ワイパモータ９０では、例えば、ワイパが回動範囲内での正規の停止位置において凍結して被払拭面に張り付いている状態、或いは正規の停止位置に位置するワイパの上に雪が積もって拘束された状態でモータ本体９２が作動され、出力軸１２に過大な負荷もしくは急激な負荷が作用した場合などは勿論のこと、ワイパの回動範囲内（正規の払拭範囲内）での作動途中においてワイパを介して出力軸１２に過大な外力が作用した場合（例えば、ワイパの払拭作動時に下側の反転位置以外の位置にあるワイパの上に屋根に堆積した積雪がガラス面に沿って落下してきた場合など）においても、クラッチ装置１０による空転によって、入力ディスク２８以降の駆動力伝達部品（セクタギヤ１３２、ウォームホイール１２８、ウォームギヤ１２２、モータ本体９２等の出力軸１２からアーマチャ１０８側に向けての構成）に過大な外力が作用することを防止できる。これにより、入力ディスク２８以降の前記各部品を保護することができ、前記各部品の損傷及びモータ本体９２の焼損等を防止することができる。
また、入力ディスク２８以降の各部品の強度設計を、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との間の回転伝達力（クラッチ解除力）に基づいて設定すればよいため、上記過大な外力（荷重）の作用を想定した各部品の過剰な強度設定を行う必要がなくなり、安価な構成とすることができる。
またしかも、出力軸１２に連結された被駆動部材（ワイパ等）も、クラッチ装置１０による空転により衝撃が吸収されるので破損から保護することもできる。
また、本ワイパモータ９０のクラッチ装置１０では、入力ディスク２８は、揺動機構９４（ウォームギヤ１２２、ウォームホイール１２８、及びセクタギヤ１３２）によって減速往復回転駆動されるため、出力軸１２を大きなトルクで駆動することができ、出力軸１２に連結されたワイパを好適に往復駆動することができる。したがって、本ワイパモータ９０は、ワイパを介して出力軸１２周りに過大外力（荷重）が作用する（例えば、車両の屋根に堆積した積雪がガラス面に沿って略垂直落下してワイパアームに当たり大きな外力が当該ワイパモータ９０に作用する場合等）蓋然性が高い車両、例えばキャブオーバータイプのコックピットを有するトラックや建設機械用のワイパ駆動用モータとしても好適である。
さらに、本ワイパモータ９０では、セクタギヤ１３２の揺動中心軸１４０と出力軸１２とは、セクタギヤ１３２の厚さ方向一方側に設けられた保持レバー１３８によって連結されているので、セクタギヤ１３２の揺動中心軸１４０と出力軸１２との軸間距離（軸間ピッチ）が一定に維持される。しかも、セクタギヤ１３２の歯部１３６は、その厚さ方向の一方側の保持レバー１３８と、他方側（クラッチディスク３８側）の入力ディスク２８の連結壁３５とで厚さ方向両側が挟まれているので、セクタギヤ１３２の厚さ方向両側に保持部材（保持レバー）がなくとも、セクタギヤ１３２の厚さ方向に沿ったギヤ歯１３６と歯部３４との噛合い代が維持される（セクタギヤ１３２の厚さ方向への噛合い外れが防止される）。これにより、セクタギヤ１３２と入力ディスク２８との良好な噛合い状態を維持することができる。
また、このワイパモータ９０では、複数の突条が形成された出力軸１２の回止部１６に係合ベース２０（大径部）が固着されて一体化されており、特に軸線周りの回転方向に対しては強固に固着されている。一方、入力ディスク２８は出力軸１２の抜止部１８によって抜止め状態とされており、さらに、出力軸１２の相対回転規制部１４（すなわち、係合ベース２０と入力ディスク２８との間）に、クラッチディスク３８が軸線方向に移動可能に支持されている。すなわち、何れの部品も出力軸１２を基準に取り付けられた構成であり、係合ベース２０と入力ディスク２８との間の一定スペース（一定寸法）にクラッチディスク３８及びコイルスプリング４４が設けられた構成である。したがって、前述した如きクラッチディスク３８の軸線方向移動に要する力（クラッチ解除力）の設定を容易に行うことができる。
またさらに、本ワイパモータ９０では、弾性部材をコイルスプリング４４としたため、バネ特性が安定的である。すなわち、例えば、弾性部材をゴム部材とした場合、クラッチ装置１０に塗布されたグリス等が当該ゴム部材に付着して劣化する恐れがあるが、コイルスプリング４４の場合には、グリス等の付着による劣化の恐れがなくバネ特性が安定的である。
また、コイルスプリングの断面形状は、略円形や略矩形とすることが可能であり、略矩形とした場合には、出力軸１２の軸線方向の寸法を薄型化することができる。
しかも、このコイルスプリング４４は、出力軸１２回りに巻き回されると共に、出力軸１２の径方向に大径とされた軸方向移動不能な係合ベース２０と、クラッチディスク３８との間に配置された構成である。このため、クラッチディスク３８を入力ディスク２８に対して安定的に押圧できると共に安定的な抗力を付与できる。すなわち、コイルスプリング４４の弾性力は、クラッチディスク３８によって入力ディスク２８とクラッチディスク３８との係合部分に一様に分布される。したがって、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との係合状態が安定し、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との間（係合凸部３７と係合凹部４２との間）の回転伝達力（クラッチ解除力）の値も安定する。これにより、前記クラッチ解除力の値をより好適に設定することができるので、ワイパモータ９０の各構成部材をより確実に保護することができる。
また、本ワイパモータ９０では、出力軸１２に支持された入力ディスク２８は、連結壁２５を介してギヤ歯３４とは反対側の外周が円周面３６とされており、この円周面３６がハウジング９６に固定された軸受部材５２に回転可能に保持（支持）されている。すなわち、このワイパモータ９０では、セクタギヤ１３２から荷重が入力される入力ディスク２８が、直接ハウジング９６の軸受部材５２に支持された構成である。したがって、入力ディスク２８の支持剛性が向上し、これによっても、入力ディスク２８とセクタギヤ１３２との噛合い状態が安定する。しかも、出力軸１２は、その基端部が入力ディスク２８を介してハウジング９６（軸受部材５２）に支持された構成である。このため、出力軸１２の基端部をハウジング９６に支持するための特別なスペースが不要（入力ディスク２８の設置スペースと出力軸１２基端部の支持スペースが共通）であると共に、出力軸１２の基端部側を支持する軸受部材５２と、出力軸１２の先端側を支持する軸受部材５０との出力軸１２軸線方向に沿った距離寸法を長く確保できる。これにより、出力軸１２のハウジング９６に対する支持剛性も向上する。
さらに、本ワイパモータ９０では、入力ディスク２８およびクラッチディスク３８の両方が、粉末合金を成型した焼結金属であるので、これらの部材を粉末冶金法により高精度に製造でき、しかも材料の歩留まりがよい。さらに、焼結金属とされた入力ディスク２８及びクラッチディスク３８は、該焼結金属内に潤滑油を含油しているので、互いに係合する部位（係合凸部３７及び係合凹部４２など）に自己潤滑性を持たせることができると共に、セクタギヤ１３２の歯部１３６と係合する入力ディスク２８のギヤ歯３４、及び回転を支持する軸受部材５２にも自己潤滑性を持たせることができ、好適である。
またさらに、本ワイパモータ９０では、入力ディスク２８の各係合凸部３７とクラッチディスク３８の各係合凹部４２は、それぞれ入力ディスク２８及びクラッチディスク３８の周方向に沿って等間隔にならないように（隣接する間隔がそれぞれ異なるように）設けられており、各係合凸部３７が各係合凹部４２から抜け出したクラッチ解除状態においても、クラッチディスク３８は、少なくとも３個の係合凸部３７を介して入力ディスク２８に係合するので（３点支持状態となるので）、クラッチ解除状態におけるクラッチディスク３８と入力ディスク２８との係合状態が安定する。
しかも、入力ディスク２８とクラッチディスク３８（出力軸１２及びワイパ）とは、周方向に沿った相対位置関係が所定の一位置にあるときにのみ係合可能とされている。このため、各係合凸部３７が各係合凹部４２から抜け出したクラッチ解除状態（入力ディスク２８とクラッチディスク３８が所定の一位置以外の相対位置関係にあるとき）において、例えば、乗員等が手動によりワイパを回動させれば、必ず所定の一位置にて入力ディスク２８とクラッチディスク３８とが係合する。したがって、クラッチディスク３８（出力軸１２及びワイパ）を、入力ディスク２８に対して元のセット状態（初期設定状態）に容易かつ迅速に復帰させることができると共に、ワイパ装置を破損させることなく再度作動させることができる。
またここで、前述の如きクラッチ装置１０においては、係合凸部３７と係合凹部４２とが係合状態で回転力を伝達しているとき及び噛合係合が離脱しようとして動作しているとき、係合凸部３７と係合凹部４２との（倣い面５１と湾曲制御面５３との）接触部分には回転方向の力が作用している。このとき、例えば、係合凸部３７及び係合凹部４２の各々の周方向両端縁が平行な形状に形成されている場合には、径方向外側に比べて径方向内側の方が高い面圧となり、偏摩耗が生じる要因となる。
これに対して、本実施の形態に係るクラッチ装置１０では、図１２に示すように、入力ディスク２８の係合凸部３７と、クラッチディスク３８の係合凹部４２とは、それぞれ周方向端縁（側壁部分）が、各部材軸線（出力軸１２の軸線）を通る径方向直線上に一致した形状（すなわち、扇状に径方向外側へ開いた形状）に形成されているため、係合凸部３７と係合凹部４２との接触部分のうち径方向内側と径方向外側とで一様な面圧となる（摺動によるヘルツ接触面圧が軽減する）。したがって、当該部位の偏摩耗を防止することができ、耐摩耗性が向上する。
また、このワイパモータ９０では、通常の使用状態（回転状態）においては、前述の如くクラッチ装置１０の入力ディスク２８から出力軸１２への回転駆動力の伝達に際し、入力ディスク２８の係合凸部３７とクラッチディスク３８の係合凹部４２との係合状態維持のために、クラッチディスク３８の前記係合状態からの軸線方向移動に対して付与されるコイルスプリング４４による抗力が、摺動摩擦力として無駄に消費されることがない。したがって、回転伝達効率の低下を防止できる。また、部材の摺動を発生させることなく回転駆動力を伝達することができるため、部材の摺動に伴う異音の発生も防止される。
またしかも、前述の如く、係合凸部３７と係合凹部４２との係合状態維持のために当該係合状態からのクラッチディスク３８の軸線方向移動に対して付与されるコイルスプリング４４による抗力は、出力軸１２に固定された係合ベース２０と、出力軸１２に対して軸線方向一側へ抜止め状態で支持された入力ディスク２８とで受け止められる。すなわち、出力軸１２に取り付けられた２つの構成部品（係合ベース２０と入力ディスク２８）によって、前記係合状態維持のための力が受け止められる。すなわち、本ワイパモータ９０のクラッチ装置１０は、「出力軸１２のサブアッセンブリ」として完結する構成のものであり、ハウジング９６などの他の部品等に依存して完結する構成のものでない。したがって、このクラッチ装置１０を、「出力軸１２サブアッセンブリ」とした１つの部品として取扱いができる。
さらにここで、このワイパモータ９０のクラッチ装置１０では、前述の如く、入力ディスク２８の係合凸部３７がクラッチディスク３８の係合凹部４２に入り込むことで、入力ディスク２８からクラッチディスク３８へ回転力が伝達される構成としたので、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との間の駆動力の伝達をより確実に行うことができ、各部品の損傷や入力ディスク２８に接続された駆動力伝達部品の損傷等を防止することができ、過大な外力（荷重）の作用を想定した各部品の強度設定を行う必要がなくなるが、更に加えて、クラッチ動作の設定負荷変動が長期に渡り安定する。
すなわち、ワイパを介して出力軸１２に過大外力（荷重）が作用してクラッチディスク３８すなわち出力軸１２が入力ディスク２８に対して空転する際において、入力ディスク２８とクラッチディスク３８（係合凸部３７と係合凹部４２）とは、前記倣い面５１を有する側（すなわち、係合凸部３７が形成された入力ディスク２８）よりも、前記湾曲制御面５３を有する側（すなわち、係合凹部４２が形成されたクラッチディスク３８）のほうが高い硬度となるように焼結金属材料にて構成されているので、係合凸部３７と係合凹部４２との（倣い面５１と湾曲制御面５３との）離脱が繰り返された場合には、湾曲制御面５３を有する側の摩耗は、倣い面５１を有する側の摩耗よりも少なく（摩耗進行が遅い）ため、本実施の形態においては、係合凸部３７と係合凹部４２のうち湾曲制御面５３を有する係合凹部４２は、設定当初の凹部形状からの変化が小さい。すなわち、係合凹部４２の湾曲制御面５３は、その湾曲面の形状が維持され、係合凸部３７の倣い面５１とは前記線接触による係合状態が維持される。
また、湾曲制御面５３は、係合凹部４２の台形状左右両側（回転周方向両側）に形成され、倣い面５１は、係合凸部３７の台形状左右両側（回転周方向両側）に形成されているので、出力軸１２の正転および逆転方向の両方向において上記各作用効果を得ることができる。
以上説明した如く、本実施の形態に係るワイパモータ９０（クラッチ装置１０）では、倣い面に解除設定トルク域を設定し、解除設定トルク域においては静止摩擦から動摩擦に移行させておくことにより、互いに線接触している係合凹部及び係合凸部が係合を解除する際の解除設定トルクを安定することができるという効果を奏するものである。
なお、上記実施の形態においては、クラッチ装置１０を構成する入力ディスク２８とクラッチディスク３８において、入力ディスク２８に係合凸部３７が設けられると共にクラッチディスク３８に係合凹部４２が設けられた構成としたが、これに限らず、入力ディスク２８に係合凹部４２を設けると共にクラッチディスク３８に係合凸部３７を設けた構成としてもよい。
次に、本発明の別実施形態に係るワイパモータ９０について説明する。なお、上記実施形態と同様の部材については、同一の符号を用い、その説明を省略する。上記実施形態では、噛合い静止域Ｗ１の範囲におけるクラッチ作動トルクは、車両のウインドガラスが半乾燥時における出力軸の最大トルクＴＭＡＸよりも小さく設定されていたが、別実施形態においては、噛合い静止域Ｗ１の範囲におけるクラッチ作動トルクと、出力軸の最大トルクＴＭＡＸとの関係を適宜調整することが可能である。
図１９は、本発明の別実施形態に係るワイパモータのクラッチ装置における作動トルク特性を示すグラフである。倣い面５１及び湾曲制御面５３の形状を調整することにより、噛合い静止域Ｗ１及び解除設定トルク域Ｗ２の位置及び範囲を適宜調整することが可能である。例えば図１９では、噛合い静止域Ｗ１におけるクラッチ作動トルクが、車両のウインドガラスが半乾燥時における出力軸の最大トルクＴＭＡＸよりも大きく設定されている。この場合には、車両のウインドガラスが半乾燥時であっても、通常の使用状態では倣い面５１に対して湾曲制御面５３が静止時接点Ｓにおいて静止している。
この他、噛合い静止域Ｗ１におけるクラッチ作動トルク範囲の間に、車両のウインドガラスが半乾燥時における出力軸の最大トルクＴＭＡＸが入るように設定することもできる。このように、噛合い静止域Ｗ１及び解除設定トルク域Ｗ２の位置及び範囲を適宜調整することが可能である。
１０・・クラッチ装置 １２・・出力軸 ２０・・係合ベース（大径部）
２８・・入力ディスク ３７・・係合凸部 ３８・・クラッチディスク
４２・・係合凹部 ４４・・コイルスプリング（弾性部材）
５１・・倣い面 ５３・・湾曲制御面 ９０・・ワイパモータ
９４・・揺動機構 ９６・・ハウジング

Claims (12)

  1. ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
    前記出力軸に対して回転自在に支持され、駆動力が入力されることによって前記出力軸の軸線周りに回転する入力ディスクと、
    前記出力軸に対して軸線周りに回転不能、かつ、軸線方向に移動可能に支持されると共に、前記入力ディスクに対して前記出力軸の軸線方向に対向して配置され、前記入力ディスクと係合可能なクラッチディスクと、
    前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか一方に前記出力軸の軸線方向に突出形成された係合凸部と、
    前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか他方に前記係合凸部に線接触で係合可能に凹設形成された係合凹部と、
    を備えたクラッチ装置において、
    前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域の位置が、解除設定トルク域から離れていることを特徴とするクラッチ装置。
  2. ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
    前記出力軸に対して回転自在に支持され、駆動力が入力されることによって前記出力軸の軸線周りに回転する入力ディスクと、
    前記出力軸に対して軸線周りに回転不能、かつ、軸線方向に移動可能に支持されると共に、前記入力ディスクに対して前記出力軸の軸線方向に対向して配置され、前記入力ディスクと係合可能なクラッチディスクと、
    前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか一方に前記出力軸の軸線方向に突出形成された係合凸部と、
    前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか他方に前記係合凸部に線接触で係合可能に凹設形成された係合凹部と、
    を備えたクラッチ装置において、
    前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域の位置が、解除設定トルク域よりも前記入力ディスク及び前記クラッチディスクがより近接した側にあることを特徴とするクラッチ装置。
  3. ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
    前記出力軸に対して回転自在に支持され、駆動力が入力されることによって前記出力軸の軸線周りに回転する入力ディスクと、
    前記出力軸に対して軸線周りに回転不能、かつ、軸線方向に移動可能に支持されると共に、前記入力ディスクに対して前記出力軸の軸線方向に対向して配置され、前記入力ディスクと係合可能なクラッチディスクと、
    前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか一方に前記出力軸の軸線方向に突出形成された係合凸部と、
    前記入力ディスク及び前記クラッチディスクのいずれか他方に前記係合凸部に線接触で係合可能に凹設形成された係合凹部と、
    を備えたクラッチ装置において、
    前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域の位置におけるクラッチ作動トルクが、解除設定トルク域におけるクラッチ作動トルクよりも小さいことを特徴とするクラッチ装置。
  4. 前記係合凸部と前記係合凹部との噛合い静止域における接触角度が、解除設定トルク域における接触角度よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクラッチ装置。
  5. 解除設定トルク域がクラッチディスクのストロークの略中央に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクラッチ装置。
  6. 前記係合凸部及び前記係合凹部の一方は、前記出力軸の軸線に対し所定角度傾斜する倣い面を有し、
    前記係合凸部及び前記係合凹部の他方は、前記倣い面に線接触で係合可能な湾曲制御面を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに１項に記載のクラッチ装置。
  7. 解除設定トルク域において、倣い面は略平面状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のクラッチ装置。
  8. さらに、前記クラッチディスクを前記入力ディスク側に付勢する弾性部材を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに１項に記載のクラッチ装置。
  9. 前記係合凸部及び前記係合凹部は、前記出力軸の軸線を通る径方向直線に略一致した形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに１項に記載のクラッチ装置。
  10. 前記係合凸部及び前記係合凹部は、隣接する周方向間隔がそれぞれ異なるように設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに１項に記載のクラッチ装置。
  11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のクラッチ装置と、モータ本体と、を備え、
    前記クラッチ装置の前記入力ディスクには、前記モータ本体の回転軸の回転が減速して伝達されることを特徴とするモータ装置。
  12. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のクラッチ装置と、
    モータ本体と、
    一端に前記モータ本体の回転軸の回転が減速して伝達されると共に、他端が前記クラッチ装置の前記入力ディスクに係合し、前記モータ本体の回転によって往復揺動されることで前記入力ディスクを往復回転駆動する揺動部材を有する運動変換機構と、
    を備え、
    前記出力軸に直接的に又は間接的に連結されたワイパを往復駆動する、
    ことを特徴とするワイパモータ。
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