JPWO2018179700A1 - 減速機および減速機付きモータ - Google Patents

Abstract

衝撃力の吸収性に優れる減速機を提供することを課題とする。解決手段として、モータ（２２）の回転軸が連結されるウォーム（２５）と、ウォーム（２５）に直接もしくは中間ギヤを介して噛合する出力ギヤ（２６）と、中央部に係合孔が形成されたベース部（３６）、（３９）；ベース部（３６）、（３９）の外周に沿って複数設けられたダンパーたるバネ片（４１）であって、帯状体が、山部および谷部が交互に連続するように曲折して形成されたバネ片（４１）；および、各バネ片（４１）における１つの谷部であって、出力ギヤ（２６）の突部（３１）が嵌合する嵌合部（４２）；を有し、全体が合成樹脂で一体に形成されると共に、嵌合部（４２）に出力ギヤ（２６）の突部（３１）が嵌入するようにして、出力ギヤ（２６）の凹部（３０）内に収容される動力伝達体（３５）と、動力伝達体（３５）のベース部（３６）の係合孔（３７）に係合する出力軸（２８）と、を具備することを特徴とする。

Description

本発明は、モータの回転を減速して出力軸から出力する減速機およびこの減速機を備えた減速機付きモータに関する。

従来から、車両用のワイパ装置やパワーウインドー装置、サンルーフ装置等の駆動源として電動モータが多く用いられている。電動モータの回転を各装置に適応させるためには電動モータの回転を減速する必要があり、そのため、電動モータに減速機が取り付けられた減速機付きモータとして１つのユニット化がされている。

このような減速機付きモータとしては、特許文献１：特開平９−１４００９１号公報に示されるものが知られている。
特許文献１に示される減速機付きモータは、モータにギヤケースが固定され、ギヤケースの内部にはモータの回転軸が突出しており、この回転軸にウォームが連結され、また、ウォームに噛み合う出力ギヤ（ウォームホイル）が配置されるとともに、この出力ギヤに外部伝達用の出力軸が係合されてなる１段減速構造のものとなっている。

図１１は、上記特許文献１に示される減速機付きモータの、上記出力ギヤの具体的な構成を示す（特許文献１における図３）。
出力ギヤ７は、中心に形成した挿通孔７ｂと外周の歯との間の部分を円周方向に１２０°の間隔で３つに仕切って、ハブ９側に開放された扇形状の仕切り空間部７ａ、７ａ、７ａを有している。挿通孔７ｂには外部出力軸が回転自在に挿通される。
ダンパー８は、仕切り空間部７ａに対応した扇形状をなすと共に、外周側円弧部分の中央に切込み部８ａが形成してある。

ハブ９は、金属板から成るものであって、ダンパー８側に切り起こして成形した３つの突片９ａを有している。またその中央には、外部出力軸の端部と非回転状態に連結するための軸孔９ｂが設けてあり、各突片９ａをダンパー８の切込み部８ａに係合させる。カバー１０は、金属または樹脂の円形の薄板状部材から形成されている。また、カバー１０は、ハブ９の各突片９ａがそれぞれ嵌挿するための溝部１０ａを有する。カバー１０の中心には、外部出力軸が回転自在に挿通する挿通孔１０ｂを有する。カバー１０は、組付け状態において、突片９ａの切り起こしによってハブ９に形成された開口部９ｃを閉塞する。

このような構成を備えた減速機付きモータは、モータの駆動によってウォームを介して出力ギヤ７が回転し、出力ギヤ７の回転によってダンパー８を介してカバー１０およびハブ９が回転し、ハブ９に連結した外部出力軸を減速して駆動することになる。
また、外部出力軸に連結した被駆動体側からの何らかの障害によって外部出力軸が拘束されると、外部出力軸に連結しているハブ９が同時に停止する一方で、出力ギヤ７が回転し続けようとすることとなり、それに伴って発生する衝撃力を、ハブ９に係合しているカバー１０と出力ギヤ７の間に設けたダンパー８を出力ギヤ７の回転方向に圧縮することにより吸収するようにしている。出力ギヤ７は、ハブ９およびカバー１０に対してある程度回転した状態で停止する。

特開平９−１４００９１号公報

上記従来の減速機付きモータでは、出力ギヤ７から、ダンパー８およびハブ９を介して外部出力軸に駆動力が伝達される。外部出力軸には、直接的には、金属板からなるハブ９から駆動力が伝達される。したがって、ハブ９と外部出力軸との間には、大きなトルクが掛かることとなる。特にハブ９は、薄い金属板であって、大きなトルクが加わることになることから、薄肉化には限界があり、それなりに厚い金属板を用いる必要があり、減速機付きモータ全体の軽量化の障害となっている。ハブ９を加工する際、金属板を絞り加工して、外部出力軸との嵌合部のみを厚くして強度を増し、他の部位の薄肉化を図ることも考えられるが、加工コストが増大するという課題がある。

また、ゴムは一般的に重量が大きく、上記従来品においては、３つのダンパー８がゴム製であることから、軽量化が困難であるという課題がある。
さらには、出力ギヤ７、３つのダンパー８、カバー１０、ハブ９という部品が必要で、部品点数が多く、コスト高となるという課題がある。

本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、衝撃力の吸収性に優れ、また軽量化が図れ、コストの低減化も図れる減速機および減速機付きモータを提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
すなわち、本発明に係る減速機は、モータの回転を減速して出力軸から出力する減速機であって、ギヤケースと、該ギヤケース内に回転自在に配設され、前記モータの回転軸が連結されるウォームと、外壁にギヤ歯が形成され、一方の側面に凹部が形成され、該凹部の内壁に、周方向に一定間隔を置いて複数の突部が形成されて、前記ギヤケース内に回転自在に配設されると共に、前記ウォームに直接もしくは中間ギヤを介して噛合する出力ギヤと、中央部に係合孔が形成されたベース部；両端部が前記ベース部の外周に固定された帯状体からなり、前記ベース部の外周に沿って複数設けられたダンパーたるバネ片であって、前記帯状体が、山部および谷部が交互に連続するように曲折して形成されたバネ片；および、前記各バネ片における前記谷部のうちの１つの谷部であって、前記出力ギヤの前記突部が嵌合する嵌合部；を有し、全体が合成樹脂で一体に形成されると共に、前記嵌合部に前記出力ギヤの前記突部が嵌入するようにして、前記出力ギヤの前記凹部内に収容される動力伝達体と、該動力伝達体の前記ベース部の前記係合孔に係合する前記出力軸と、を具備することを特徴とする。

前記ベース部を、中央に前記係合孔が形成された板部材と、該板部材の周縁部に筒状に形成された補強リング部とで構成し、前記バネ片を、前記補強リング部の外周に沿って設けるようにすることができる。
前記動力伝達体を、ガラス繊維もしくは炭素繊維入りの合成樹脂から形成すると好適である。
前記バネ片を、一定の厚み、および一定の幅を有する帯状体から形成することができる。

前記出力軸を、中央に、内壁にスプライン溝が形成された係合孔を有する金属製の外部伝達ギヤと、外壁にスプライン突条が形成され、一端側が前記外部伝達ギヤの前記係合孔に係合されたコア金属体と、該コア金属体の他端側外周部を覆う金属製のスリーブと、前記外部伝達ギヤの前記スプライン溝の底部と前記コア金属体の前記スプライン突条の先端面との間の隙間を満たし、前記コア金属体の他端側外周と前記スリーブとの間の隙間を満たし、さらに、前記スリーブの一端側の外方に突出して、突出部の外周に前記動力伝達体の前記ベース部の係合孔に係合する係合部が形成された樹脂部と、で構成することができる。
前記いずれかの減速機に、回転軸を前記ウォームに連結して取り付けることにより減速機付きモータとして構成できる。

本発明によれば、動力伝達体は、トルクの伝達機能と、衝撃力吸収機能（ダンパー機能）とを兼ねている。したがって、従来におけるハブやカバーを省略でき、部品点数を減じることができる。
また、動力伝達体のバネ片が山部と谷部が交互に連続して曲折するスプリング形状に形成されていることから、出力ギヤの突部に対して、回転方向下流側における圧縮力と、回転方向上流側における引っ張り力をもって受けられることから、バネ片の力の吸収力は大きく、出力ギヤと出力軸のトルク変動や衝撃力に対して、出力軸や出力ギヤの回転角を大きくでき、出力軸や出力ギヤの回転を滑らかで静かなものとすることができ、また、急な衝撃力を有効に吸収できる。
特に、バネ片がほぼ波状を呈するスプリングの構造を有しているので、外部からのトルク変動や衝撃力に対してバネ片のたわみ量が直線的に変化し、大きなトルク変動や衝撃力に対して、ゴムダンパーに比して、連続的に、かつ長期に亘って吸収する作用を有する。
また本発明では、動力伝達体を樹脂製のものとしたので、軽量化ができる。

減速機付きモータの組立分解図である。 減速機付きモータの断面図である。 動力伝達体の底面図である。 動力伝達体の部分断面図である。 動力伝達体の平面図である。 出力軸の組立分解図である。 外部伝達ギヤとコア金属体の断面図である。 荷重に対するバネ片のたわみ量を示すグラフである。 上方から見た動力伝達体の他の実施の形態を示す斜視図である。 下方からみた動力伝達体の他の実施の形態を示す斜視図である。 従来のダンパー構造を示す組立分解図である。

以下本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は減速機付きモータ２０の組立分解図、図２は減速機付きモータ２０の断面図である。
図２におけるハッチング部分が減速機２１である。
モータ２２が、減速機２１に取り付けられて減速機付きモータ２０が構成される。
減速機２１のギヤ構造体はギヤケース２３内に収納されている。
モータ２２は、正転、逆転可能なブラシモータで構成されている。

モータ２２の回転軸（図示せず）がギヤケース２３内に突出しており、その先端部に回転軸と同軸にウォーム２５が連結されている。ウォーム２５の他端側は図示しない軸受けに回転自在に支持されている。なお、モータ２２の回転軸とウォーム２５とは一体に設けてもよい。
２６は出力ギヤであり、ウォーム２５に噛合している。これにより減速が行われる。出力ギヤ２６の出力は出力軸２８を通じて行われる。

出力ギヤ２６は、金属製のものであってもよいが、本実施の形態では硬質の合成樹脂で形成されている。
出力ギヤ２６には、外壁にギヤ歯２９が形成されている、出力ギヤ２６の、一方の側面に円形の凹部３０が形成されている。また、凹部３０の内周壁に、周方向に一定間隔を置いて複数（本実施の形態では３個）の突部３１が形成されている。
出力ギヤ２６の凹部３０の中央には、筒体３２が設けられている。

出力ギヤ２６は、ギヤケース２３内に回転自在に収納される。ギヤケース２３の中央には、出力ギヤ２６の筒体３２に挿通する筒体３３が形成されている。筒体３３は、出力ギヤ２６の回転のガイド筒となる。
出力軸２８はこの筒体３３を回転自在に挿通する。

次に、動力伝達体３５について説明する。
動力伝達体３５は、合成樹脂で一体に形成されている。動力伝達体３５は、強度を補填するため、ガラス繊維や炭素繊維などの強度材を混入した合成樹脂製のものとすると好適である。ガラス繊維や炭素繊維の混入量は、２０〜６０ｗｔ％程度が好ましい。また、合成樹脂としては、強度の大きなナイロン６６等が好適である。

動力伝達体３５において、３６は平板状をなす板部材である。板部材３６の中央には、係合孔３７が形成され、係合孔３７の内壁にはスプライン溝３８が形成されている。
板部材３６は、強度を出すため、所要の厚さに形成されている。さらに板部材３６には、強度を増加させるため、係合孔３７とは一定の距離をおいて（すなわち一定の平板部を残すようにして）、係合孔３７を囲むようにして、所要高さを有する筒状の補強リング部３９が突設されている。

係合孔３７のスプライン溝３８には、出力軸２８が係合し、大きなトルクが加わる。係合孔３７の周囲には、所要厚さの板部材（平板部）３６が存在すること、さらには、係合孔３７を囲むようにして、係合孔３７とは一定の距離をおいて（平板部を残して）筒状の補強リング部３９が設けられていることから、係合孔３７周囲の板部材３６は補強され、係合孔３７に大きなトルクが加わったとしても、係合孔３７およびその周囲の板部材３６が破壊されるようなことはない。
板部材３６と補強リング部３９でベース部を構成している。

また、補強リング部３９の外周には、一定の間隔をおいて、複数（本実施の形態では３個）の支持部４０が設けられている。
支持部４０の、各隣接する支持部４０間に亘って、ダンパー機能を有するバネ片４１が設けられている（本実施の形態においては３個のバネ片４１が設けられている）。バネ片４１は、帯状体が曲折されて、山部４１ａおよび谷部４１ｂが交互に連続するように曲折された形状をなす。支持部４０は、バネ片４１の、補強リング部３９外周部への連結部となる。すなわち、各バネ片４１は、両端部が補強リング部３９の外周部に連結されて、補強リング部３９の外周面に沿って、ほぼ波状に曲折して形成されている。各バネ片４１は、支持部４０以外は、補強リング部３９の外周面とは間隔を有する。

各バネ片４１の中央部の谷部は谷の幅が幅広に形成されて、前記出力ギヤ２６の凹部３０の内周壁に設けた突部３１が嵌入する嵌合部４２に形成されている。
バネ片４１は、所要の弾性力を得るため、一定の厚み、および一定の幅を有する帯状体が曲折された形状のものが好ましい。
動力伝達体３５は、出力ギヤ２６の突部３１が嵌合部４２に嵌入するようにして、出力ギヤ２６の凹部３０内に収納される。
なお、本実施の形態においては、嵌合部４２における帯状体の幅は他の部位に比して若干幅狭となっている。

次に出力軸２８について説明する。
出力軸２８は金属製の一体のものとすることもできるが、本実施の形態では、インサート成形により、図２、図６に示すように金属部と樹脂部との複合体としている。
図６において、４５は金属製の外部伝達ギヤである。外部伝達ギヤ４５は、中央に、内壁にスプライン溝４６が形成された係合孔４７を有する。外部伝達ギヤ４５は、粉末成形による焼結金属製のものとすることで、低コストで製作が可能である。

４８は、コア金属体であり、外壁にスプライン突条４９が形成され、一端側において、外部伝達ギヤ４５の係合孔４７に嵌入、係合している。
コア金属体４８は、金属棒をヘッダー加工等により形成することで、安価に製作できる。
５０は、金属製のスリーブであり、コア金属体４８の他端側外周部を覆う。

５２は樹脂部である。
樹脂部５２は、カバー部５３、連結部５４、充填部５５、係合部５６、周溝５７をこの順に有する。
カバー部５３はコア金属体４８の端面を覆っている。連結部５４は、図７に示すように、外部伝達ギヤ４５のスプライン溝４６の底部とコア金属体４８のスプライン突条４９の先端面との間の隙間を満たしている。

充填部５５は、コア金属体４８の他端側の外周面とスリーブ５０の内周面との間の隙間を満たしている。また、係合部５６は、スリーブ５０の一端側外方に突出して、充填部５５に連続して形成され、その外周に、動力伝達体３５の板部材３６の係合孔３７に係合するスプライン突条が形成されてなる。
５７は、Ｃリング５８（図１、図２）が係入される周溝である。

出力軸２８は、成形金型（図示せず）内の所要位置に、外部伝達ギヤ４５、コア金属体４８、およびスリーブ５０を配置し、カバー部５３を形成するキャビティ側に設けられたゲートから、溶融樹脂を注入し、固化することによって、外部伝達ギヤ４５、コア金属体４８、およびスリーブ５０を樹脂で一体化し、固定することによって形成できる。

出力軸２８は、その一端側から、ギヤケース２３の筒体３３内に挿入し、一端側に形成された係合部５６のスプライン突条を動力伝達体３５の係合孔３７のスプライン溝３８に係合し、一端側の周溝５７にＣリング５８を嵌め込むことによって、ギヤケース２３に組み込むことができる。
なお、図１、図２において、６０はＯリング等のシールリング、６２はギヤケース２３を覆うカバーである。

本実施形態に係る減速機２１および減速機付きモータ２２は上記のように構成される。
モータ２２が回転されると、ウォーム２５が回転され、これに噛合するウォームホイールたる出力ギヤ２６が回転され、減速される。
出力ギヤ２６の回転は、突部３１および動力伝達体３５を介して出力軸２８に伝達され、出力軸２８から外部に伝達されて、ワイパ装置やパワーウインドー装置等の外部機器が駆動される。
本実施の形態に係る動力伝達体３５は、トルクの伝達機能と、以下に説明する衝撃力吸収機能（ダンパー機能）とを併用している。したがって、図９に示すハブ９を省略できる。

さらに詳しくは、出力ギヤ２６の突部３１から動力伝達体３５への力の伝達に際しては、バネ片４１が山部４１ａと谷部４１ｂが交互に連続して曲折するスプリング形状に形成されていることから、図３において、１つの突部３１について見ると、回転方向下流側である領域Ｘにおいては下流側の支持部４０に対する圧縮力をもって受けられ、回転方向上流側である領域Ｙにおいては上流側の支持部４０からの引っ張り力をもって受けられる。

したがって、バネ片４１の力の吸収力は大きく、出力ギヤ２６と出力軸２８のトルク変動や衝撃力に対して、出力軸２８や出力ギヤ２６の回転角を大きくでき、出力軸２８や出力ギヤ２６の回転を滑らかで静かなものとすることができ、また、急な衝撃力を有効に吸収できる。
特に、バネ片４１がほぼ波状を呈するスプリングの構造を有しているので、図８に示すように、外部からのトルク変動や衝撃力に対してバネ片４１のたわみ量が直線的に変化し、大きなトルク変動や衝撃力に対して、ゴムダンパーに比して、連続的に、かつ長期に亘って吸収する作用を有することがわかる。

なお、図８において、バネ片４１のたわみ量を示すグラフの傾斜角は小さいが、バネ片４１に弾性力の大きな材料のものを用いることによって、その傾斜角を大きくすることができる。
これに対して、図８に示すように、従来のゴム製のダンパーでは、ゴムが圧縮されて次第にたわみ量が小さくなるため、大きなトルク変動や衝撃力に対しては吸収性が悪くなり、また短時間の衝撃力しか吸収できない。

また本実施の形態では、出力ギヤ２６や動力伝達体３５を樹脂製のものとしたので、軽量化ができる。
さらに、図１１の従来のものに比して、ハブやカバーを一体化した動力伝達体３５としているので、部品点数を減じることができる。
また、出力軸２８を金属と樹脂との複合体とすることによって、軽量化ができ、またその製造も容易に行うことができる。

図９、図１０は、動力伝達体３５の他の実施の形態を示す斜視図である。
本実施の形態に係る動力伝達体３５は、バネ片４１の谷部４１ｂの１つである嵌合部４２を、谷の一端側を閉塞した空間部に形成し、この嵌合部（空間部）４２に、出力ギヤ２６の突部３１を嵌合させ、回転を伝達するようにした。この場合、嵌合部４２の両側における山部４１ａ同士が閉塞部によって繋がっていることから、出力ギヤ２６側からの回転の伝達がより効率的に行える。

上記実施の形態では、出力ギヤ２６をウォームホイールとする１段の減速の構造のものとしたが、ウォームホイールと小ギヤとの１段目の減速構造を介在させ（図示せず）、この１段目の小ギヤに出力ギヤ２６を噛合させる２段減速構造の減速機、および減速機付きモータとしてもよい。

Claims (6)

1. モータの回転を減速して出力軸から出力する減速機であって、
   ギヤケースと、
   該ギヤケース内に回転自在に配設され、前記モータの回転軸が連結されるウォームと、
   外壁にギヤ歯が形成され、一方の側面に凹部が形成され、該凹部の内壁に、周方向に一定間隔を置いて複数の突部が形成されて、前記ギヤケース内に回転自在に配設されると共に、前記ウォームに直接もしくは中間ギヤを介して噛合する出力ギヤと、
   中央部に係合孔が形成されたベース部；
   両端部が前記ベース部の外周に固定された帯状体からなり、前記ベース部の外周に沿って複数設けられたダンパーたるバネ片であって、前記帯状体が、山部および谷部が交互に連続するように曲折して形成されたバネ片；および、
   前記各バネ片における前記谷部のうちの１つの谷部であって、前記出力ギヤの前記突部が嵌合する嵌合部；
   を有し、全体が合成樹脂で一体に形成されると共に、前記嵌合部に前記出力ギヤの前記突部が嵌入するようにして、前記出力ギヤの前記凹部内に収容される動力伝達体と、
   該動力伝達体の前記ベース部の前記係合孔に係合する前記出力軸と、
   を具備することを特徴とする減速機。
2. 前記ベース部は、中央に前記係合孔が形成された板部材と、該板部材の周縁部に筒状に形成された補強リング部を有し、
   前記バネ片が、前記補強リング部の外周に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載の減速機。
3. 前記動力伝達体が、ガラス繊維もしくは炭素繊維入りの合成樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載の減速機。
4. 前記バネ片が、一定の厚み、および一定の幅を有する帯状体からなることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の減速機。
5. 前記出力軸が、
   中央に、内壁にスプライン溝が形成された係合孔を有する金属製の外部伝達ギヤと、
   外壁にスプライン突条が形成され、一端側が前記外部伝達ギヤの前記係合孔に係合されたコア金属体と、
   該コア金属体の他端側外周部を覆う金属製のスリーブと、
   前記外部伝達ギヤの前記スプライン溝の底部と前記コア金属体の前記スプライン突条の先端面との間の隙間を満たし、前記コア金属体の他端側外周と前記スリーブとの間の隙間を満たし、さらに、前記スリーブの一端側の外方に突出して、突出部の外周に前記動力伝達体の前記ベース部の係合孔に係合する係合部が形成された樹脂部と、
   からなることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の減速機。
6. 請求項１〜５いずれか1項記載の減速機を有し、回転軸が前記ウォームに連結されるモータを有する減速機付きモータ。