WO2016111057A1

WO2016111057A1 - 減速機および減速機付きモータ

Info

Publication number: WO2016111057A1
Application number: PCT/JP2015/076496
Authority: WO
Inventors: 田中　稔
Original assignee: プラトー株式会社
Priority date: 2015-01-11
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2016-07-14

Abstract

小型のモータで必要な出力トルクを得ることができ、かつロック機能も有する減速機付きモータを提供することを課題とする。解決手段として、減速機付きモータ（１）は、モータ（２）と、モータ（２）の回転を減速して出力軸（１６）から出力する減速機（３）を備え、減速機（３）は、ギヤケース（１１）と、モータ（２）の回転軸（２１）に連結される、２条もしくは３条のギヤからなるウォーム（１２）と、ウォーム（１２）に噛合するウォームホイール（１４Ａ）と、ウォームホイール（１４Ａ）と同軸にウォームホイール（１４Ａ）に固定されたピニオンギヤ（１４Ｂ）およびロック用ギヤ（１４Ｃ）と、ピニオンギヤ（１４Ｂ）に噛合する、出力軸（１６）を有する出力ギヤ（１５）と、ギヤケース（１１）内に配設され、ロック用ギヤ（１４Ｃ）に係脱自在に設けられ、係止することによってロック用ギヤ（１４Ｃ）の回転を規制する回転規制機構（１７）を具備し、伝達効率が６０％以上に設定されていることを特徴とする。

Description

減速機および減速機付きモータ

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、例えば特許文献１に示されるように、回転軸の回転を２段階に減速して出力軸から出力するようにしたものが知られている。この場合、モータにはギヤケースが固定され、ギヤケースの内部にはモータ本体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ウォームホイルが配置されるとともに、ウォームホイルと同軸かつ一体回転するように設けられたピニオンギヤに噛み合う出力ギヤがギヤケース内に回転自在に収容されている。これにより、モータの回転軸の回転は、ウォームからウォームホイル、次いで、ピニオンギヤから出力ギヤへと２段階に減速されて出力軸から出力される。

特開２０１４－５９０１６号公報

　ところで、従来のこの種の減速機付きモータでは、ウォームの進み角を、約８％とし、伝達効率を４０％以下に設定している。このように設定することで、セルフロック機構が機能し、安全性が向上する。ウォームの進み角をさらに小さく設定すれば、ウォームとウォームホイールとの間の摩擦力が大きくなることから、さらにセルフロック機能が増大する。
このように、ウォームの進み角を小さく設定することによって伝達効率が低下し、セルフロック機能は増大する。しかしながら、伝達効率が低下するということは、それだけモータトルクが摩擦で失われるということであるから、所要の出力トルクを得るためには、大きなトルクを有するモータが必要となり、大型化してしまうという課題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、小型のモータで必要な出力トルクを得ることができ、かつロック機能も有する減速機および減速機付きモータを提供することにある。

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可能な、２条もしくは３条のギヤからなるウォームと、前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ウォームに噛合するウォームホイールと、該ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたピニオンギヤと、前記ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたロック用ギヤと、前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ピニオンギヤに噛合する、前記出力軸を有する出力ギヤと、前記ギヤケース内に配設され、前記ロック用ギヤに係脱自在に設けられ、係止することによって該ロック用ギヤの回転を規制する回転規制機構を具備し、伝達効率が６０％以上に設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る減速機付きモータは、モータと、該モータの回転を減速して出力軸から出力する減速機を備える減速機付きモータであって、前記減速機は、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に連結される、２条もしくは３条のギヤからなるウォームと、前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ウォームに噛合するウォームホイールと、該ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたピニオンギヤと、前記ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたロック用ギヤと、前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ピニオンギヤに噛合する、前記出力軸を有する出力ギヤと、前記ギヤケース内に配設され、前記ロック用ギヤに係脱自在に設けられ、係止することによって該ロック用ギヤの回転を規制する回転規制機構を具備し、伝達効率が６０％以上に設定されていることを特徴とする。

前記回転規制機構は、前記ロック用ギヤに係脱自在に係止するロック爪を有するアームと、該アームに連結され、前記アームを、前記ロック爪が前記ロック用ギヤに係止する方向に付勢する付勢部材と、前記アームに連結され、前記アームを、前記付勢部材の付勢力に抗して前記ロック爪が前記ロック用ギヤから外れる方向に移動させる電磁ソレノイドとで構成できる。
　前記ウォーム、ウォームホイール、ピニオンギヤ、ロック用ギヤ、出力ギヤを樹脂製にするのが好ましい、

本発明によれば、小型のモータで必要な出力トルクを得ることができ、かつロック機能も有する減速機および減速機付きモータを提供することにある。

減速機付きモータの減速機部分のカバーを取り外した状態を示す正面図である。回転規制機構を示す説明図である。減速機３のギヤ構成を示す説明断面図（図１のＡ－Ａ線断面図）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１の減速機部分のカバーを取り外した状態を示す正面図、図２は回転規制機構１７を示す説明図、図３は減速機３のギヤ構成を示す説明断面図（図１のＡ－Ａ線断面図）である。
２はモータであり、ネジ４により減速機３のギヤケース１１に固定されている。
減速機３のギヤ構造体はギヤケース１１内に収納されている。ギヤケース１１はケース本体１１Ａと蓋体１１Ｂとより構成されている（図３）。蓋体１１Ｂはネジ１８等の固定手段によりケース本体１１Ａに固定されている。

モータ２の回転軸２１はギヤケース１１内に突出しており、その先端部に回転軸２１と同軸にウォーム１２が固定されている。ウォーム１２は軸受け１３に回転自在に支持されている。回転軸２１とウォーム１２とは別体に設けられているので、回転軸２１は比較的小径の回転軸とすることもでき、この点からも小型のモータ２とすることができる。ウォーム１２は樹脂製とするのが好ましい。

１４は中間ギヤであり、図３に示すように、ウォームホイール１４Ａと、該ウォームホイール１４Ａと同軸に該ウォームホイール１４Ａの一方の側の面に固定されたピニオンギヤ１４Ｂと、ウォームホイール１４Ａと同軸に該ウォームホイール１４Ａの他方の側の面に固定されたロック用ギヤ１４Ｃとからなる。すなわち、ピニオンギヤ１４Ｂとロック用ギヤ１４Ｃは、互いにウォームホイール１４Ａの反対側の面に形成されている。この中間ギヤ１４は樹脂で一体に形成すると好適である。この場合に、硬度の異なる２種類の樹脂の２色成形により、大きなトルクのかかるピニオンギヤ１４Ｂとロック用ギヤ１４Ｃは硬い樹脂により、ウォームホイール１４Ａは柔らかい樹脂により成形するとよい。

ウォームホイール１４Ａはウォーム１２に噛合している。これにより、第１段目の減速が行われる。
ピニオンギヤ１４Ｂは、ウォームホイール１４Ａより歯数が少なく設定されている。ピニオンギヤ１４Ｂの歯数は、減速比を上げるため、極力少数刃となるようにし、５～７枚が好適である。ピニオンギヤ１４Ｂは、ギヤケース１１内に回転自在に配設された出力ギヤ１５に噛合している。これにより第２段目の減速が行われる。出力ギヤ１５の出力は出力軸１６を通じて行われる。
出力ギヤ１５も樹脂製とするのが好ましい。
このように、ウォーム１２、中間ギヤ１４および出力ギヤ１５を樹脂製とすることによって、騒音の発生を極力少なくでき、また安価に製造することができる。

回転規制機構１７は、ギヤケース１１内に配設され、ロック用ギヤ１４Ｃに係脱自在に設けられ、ロック用ギヤ１４Ｃに係止することによって該ロック用ギヤ１４Ｃの回転を規制する。これにより、モータ２を含め、すべての部材の回転をロックする。
　本実施の形態における回転規制機構１７は、具体的には、図２に示すように、第１のアーム１７Ｄと第２のアーム１７Ｅとから一体的に形成され、中間で軸２０を中心に回動自在に設けられたアームを有する。第２のアーム１７Ｅの端部にロック用ギヤ１４Ｃに係脱自在に係止するロック爪１７Ｆを有する。

第１のアーム１７Ｄの端部には、付勢部材たるコイルスプリング１７Ｃの一端が連結され、コイルスプリング１７Ｃの他端はケース本体１１Ａにバネ軸受１７Ｂにより固定されている。コイルスプリング１７Ｃは、アームをロック爪１７Ｆがロック用ギヤ１４Ｃに係止する方向に付勢する。これにより、モータ２の停止時、ロック用ギヤ１４Ｃ、ひいては装置全体がロックされ、出力軸１６に外力が加わったとしても、その装置全体の動作が完全に停止、すなわちロックされる。

１７Ａは電磁ソレノイドであり、そのプランジャー先端が第１のアーム１７Ｄの端部に連結されている。電磁ソレノイド１７Ａに通電されると、プランジャーがコイルスプリング１７Ｃの付勢力に抗して引き込まれ、これによりアームが回動され、ロック爪１７Ｆがロック用ギヤ１４Ｃから外れる。電磁ソレノイド１７Ａは、モータ２の駆動に先立って、もしくはモータ２の駆動と同時に通電され、モータ２の駆動と減速機１の動作を可能とする。
回転規制機構１７は上記の構成に限定されない。例えば、電磁ソレノイド１７Ａのプランジャーそのものをロック爪１７Ｆとして突出入させることで、ロック用ギヤ１４Ｃのロックをしてもよい。

　本実施の形態では、ウォーム１２とウォームホイール１４Ａの進み角を大きく、例えば１５°以上となるように設定する。なお、ウォーム１２の進み角を大きくするために、ウォーム１２を２条または３条のギヤにすると好適である。しかし、ウォーム１２を２条または３条にすると、１段の減速では必要な減速比がとれないので、上記のように２段変速とし、必要な減速比を確保するようにする。
また、ピニオンギヤ１４Ｂは、減速比を上げるため、前記のような歯数を５～７枚の少数刃とするのが好適である。また、出力ギヤ１５は、インボリュート曲線の歯先方向もしくは歯元方向に延長した歯形曲線を有するギヤとし、ピニオンギヤ１４Ｂと出力ギヤ１５との噛合率を１．０以上とし、すべり率を２０以下とするのが好適である。

上記のように、ウォーム１２とウォームホイール１４Ａの進み角を大きく設定することにより、全体の伝達効率を大きく、例えば６０％以上とすることができ、これにより、出力トルクを大きくすることができる。したがって、同じ出力トルクを得る場合には、従来のモータに比して、小型のモータとすることができ、装置全体の小型化が達成でき、コストも低減することができる。
ギヤ間の摩擦係数が０．１５のとき、ウォーム１２とウォームホイール１４Ａの進み角を１５°とすると伝達効率は６７％となり、進み角を２０°とすると伝達効率は７２％となり、進み角を２５°とすると伝達効率は７５％となる。

ギヤ間の摩擦係数が低いほど、伝達効率は上がる。摩擦係数を低くする方法の１つとして、ギヤに樹脂を用いる。ギヤに樹脂を用いることで、前記のように騒音の発生を極力少なくできるだけでなく、伝達効率を大きくでき、モータの小型化ができ、さらには、コストの低減、重量の軽減もできる。
従来の減速機付きモータでは、伝達効率が４０％に設計してある。この場合、１００／４０＝２．５。すなわち、モータ２は、必要出力トルクの２．５倍のトルクのモータが必要となる。
伝達効率が６０％の場合は、１００／６０＝１．６７。モータ２は、必要出力トルクの１．６７倍のトルクのものでよく、従来の約７割のトルクでのモータでよい。伝達効率が７５％の場合は、１００／７５＝１．３３。モータ２は、必要出力トルクの１．３３倍のトルクのものでよく、従来の約５割程度のトルクの小型のモータでよいことになる。

しかしながら、ウォーム１２とウォームホイール１４Ａの進み角を大きくして伝達効率を上げると、セルフロック機能が低下する。したがって、本実施の形態では、上記のように、機械式の回転規制機構１７を設け、ロック用ギヤ１４Ｃをロックし、これにより、装置全体を確実にロックすることができるのである。
したがって、本実施の形態の減速機付きモータ１を自動車のパワーウィンドウの駆動源として用いた場合、停止時、例えば窓をこじ開けるというような外力が加わった場合でも、窓を完全にロックでき、盗難等の事件を確実に防止できる。また、減速機付きモータ１を自動車のパワーシートに用いた場合も、衝突等の車両事故によって座席に外力が加わっても、座席が動くことを防止でき、運転者の安全を確保できる。すなわち、本実施の形態に係る減速機付きモータ１では、回転規制機構１７を設けたことにより、モータの出力停止時に、誤動作、悪意の動作等により、適用した機器類が予想し得ない動作をすることを確実に防止することが可能となる。

表１は１条のウォームを用いた従来品と、２条のウォームを用いた本実施品の特性表である。

表１に示すように、本実施品の場合、ウォーム１２の伝達効率は、ウォーム１２の進み角を２５°とし、その材質を樹脂としたことによって、７９％となる。また中間歯車１４を樹脂したことにより、その伝達効率が９５％となる。そして、全体の伝達効率を７５％とすることができた。
これに対して、従来品の伝達効率は４５％であり、本実施品は従来品に比して伝達効率が４０％ほど向上している。

また、２条または３条のギヤからなるウォーム１２を採用し、上記の中間ギヤ１４を介して出力ギヤ１５の出力軸１６から出力する、本実施品の減速機付きモータ１は、モータ２の回転軸２１からの回転数を高効率で出力軸１６に伝達できるので、従来品に比して少ない回転数で同一のトルクを得られることになる。

例えば、従来の減速機付きモータの場合、回転数を２倍にしてトルクを半分にするという設計をすると、ギヤボックス全体からの振動と発生音が大きく、軽減が困難であった。この点を改善するために、回転数を下げてトルクを上昇させると大きな強度のギヤボックスとしなければならないという問題が生じてしまう。
これに対して、本実施品の減速機付きモータ１では、２条のギヤを備えたウォーム１２を用い、かつその進み角を大きくしている。従来２条のギヤのウォームをこの種の減速機に使用するのは困難であったが、上記所定のピニオンギヤ１４Ｂを介することにより全体の伝達効率の改善を図ることができる。

このように伝達効率を上げることができるため、トルクの比較的小さなモータ２を使用することができ、小型化、省スペース化、低コスト化を図ることができる。また、モータ２の低トルク化は、モータ２の周辺部位であるギヤケース１１の強度を下げることができる。すなわち、ギヤケースの肉厚を薄くすることができ、低重量化を図ることもできる。

なお、好ましい実施形態として、モータ２にコアレスモータ（無鉄心電動機）を用いることができる。コアレスモータとは、永久磁石界磁型整流子電動機の一種で、巻線を樹脂のみで固めたカップ状電機子に永久磁石界磁を内蔵したアウターロータ型電動機であり、電機子の質量が小さく、機械的時定数が小さく、完成質量が小さいので急加減速に適する。また、巻線のインダクタンスが少ないため、整流時の火花が小さく、高効率を実現できる。そのため、モータ２としてコアレスモータを採用することにより、省スペースで高い効率の減速機付きモータが具現化できる。

Claims

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可能な、２条もしくは３条のギヤからなるウォームと、
前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ウォームに噛合するウォームホイールと、
該ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたピニオンギヤと、
前記ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたロック用ギヤと、
前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ピニオンギヤに噛合する、前記出力軸を有する出力ギヤと、
前記ギヤケース内に配設され、前記ロック用ギヤに係脱自在に設けられ、係止することによって該ロック用ギヤの回転を規制する回転規制機構を具備し、
伝達効率が６０％以上に設定されていることを特徴とする減速機。
　前記回転規制機構は、
　前記ロック用ギヤに係脱自在に係止するロック爪を有するアームと、
該アームに連結され、前記アームを、前記ロック爪が前記ロック用ギヤに係止する方向に付勢する付勢部材と、
前記アームに連結され、前記アームを、前記付勢部材の付勢力に抗して前記ロック爪が前記ロック用ギヤから外れる方向に移動させる電磁ソレノイドを具備することを特徴とする請求項１記載の減速機。
　前記ウォームが樹脂製であることを特徴とする請求項１または２記載の減速機。
　前記出力ギヤが樹脂製であ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。
前記出力ギヤと前記ピニオンギヤとの噛合率が１．０以上であってすべり率が２０以下であることを特徴とする請求項４記載の減速機。
　モータと、
該モータの回転を減速して出力軸から出力する減速機を備える減速機付きモータであって、
前記減速機は、
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に連結される、２条もしくは３条のギヤからなるウォームと、
前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ウォームに噛合するウォームホイールと、
該ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたピニオンギヤと、
前記ウォームホイールと同軸に該ウォームホイールに固定されたロック用ギヤと、
前記ギヤケース内に回転自在に配設され、前記ピニオンギヤに噛合する、前記出力軸を有する出力ギヤと、
前記ギヤケース内に配設され、前記ロック用ギヤに係脱自在に設けられ、係止することによって該ロック用ギヤの回転を規制する回転規制機構を具備し、
伝達効率が６０％以上に設定されていることを特徴とする減速機付きモータ。
　前記回転規制機構は、
　前記ロック用ギヤに係脱自在に係止するロック爪を有するアームと、
該アームに連結され、前記アームを、前記ロック爪が前記ロック用ギヤに係止する方向に付勢する付勢部材と、
前記アームに連結され、前記アームを、前記付勢部材の付勢力に抗して前記ロック爪が前記ロック用ギヤから外れる方向に移動させる電磁ソレノイドを具備することを特徴とする請求項６記載の減速機付きモータ。
　前記ウォームが樹脂製であることを特徴とする請求項６または７記載の減速機付きモータ。
　前記出力ギヤが樹脂製であることを特徴とする請求項６～８いずれか１項記載の減速機付きモータ。
前記出力ギヤと前記ピニオンギヤとの噛合率が１．０以上であってすべり率が２０以下であることを特徴とする請求項９記載の減速機付きモータ。