JP5966873B2 - 減速機付きモータ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブや排気バルブの開閉駆動用アクチュエータとして好適な減速機付きモータに関する。

従来よりこの種の減速機付きモータには、減速機として、モータの出力軸に嵌着され、外周に螺旋状のねじ歯部が形成されているウォームと、このウォームの軸と直交するホイール軸、および、外周に形成されウォームのねじ歯部と噛み合う歯部を有し、ウォームの回転を減速回転するホイールとからなる基本構成を備えた、高い減速比が得られるウォームギヤ機構が採用されている。

このようなウォームギヤ機構を採用した減速機付きモータにおいては、モータが作動すると、ホイールと噛み合うウォームに対して、軸方向に移動させようとするスラスト荷重が加わることから、このスラスト荷重への対策が肝要となる。そこで、モータの両端部にスラスト軸受を装着し、この軸受でスラスト荷重を受ける構造が、従来からもっぱら採り入れられている一般的な手法であった。

ところが、かかるスラスト軸受構造にあっては、モータの出力軸の前後部でスラスト荷重を受ける基本構成であるため、ウォームと共にモータの出力軸までもが軸方向に移動することになることから、スラスト軸受に大きなスラスト荷重が加わるとともに、荷重受け面に加わる摺動抵抗も大きくなり、耐強度、耐摩耗の観点からモータ自体、高価で体格が大型化するという問題があった。

そのため、ウォーム部分でスラスト受け機能を完結すべく、ウォームの一端側に螺旋状のねじ歯部より径が大きいスラスト支持部を設け、このスラスト支持部の両側をモータ側に配設した第１のスラスト軸受とハウジング側に配設した第２のスラスト軸受とによって挟む構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記構成のスラスト軸受構造においても、作動時には第１のスラスト軸受でスラスト荷重を受けると、やはりモータにスラスト荷重が加わるために、モータの軸受にガタ、変形等のダメージを与えることが懸念される。また、大径のスラスト支持部は、荷重受け面の面積が大きいために、摺動抵抗も増加する懸念があり、さらに、スラスト支持部は螺旋状のねじ歯部よりも径を大きくしなければならないので体格が大きくなる等減速機部分での諸問題を抱えることになる。

特開２０１１−１０９８６２号公報

特に近年、車両の小型・高性能化に呼応して、車両に搭載する各種機器には、高品質、高性能であることは勿論、小型・軽量化、低コスト化等の諸要求がますます厳しさを増しており、減速機付きモータにおいても、例外なく、これらの厳しい諸要求に即応した解決策が切望されている。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、モータに何ら負担を与えることなく減速機構部分のみでスラスト軸受機能を完結し、高品質、高性能でありながら、小型・軽量化、低コスト化等の厳しい諸要求に応えることができる車載機器として好適な減速機付きモータを提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用する減速機付きモータによれば、出力軸を回転するモータと、出力軸の一端に嵌着される軸を中央に有し、外周に螺旋状のねじ歯部が形成されているウォームと、外周にウォームと噛み合う歯部を有し、ウォームの回転を減速回転するホイールと、モータ、ウォームおよびホイールを収納するハウジングとを基本構成として備えている。そして、上記基本構成に加え、ハウジングに固定され、ウォームの両端部を挟持する一対のスラスト受け部材を備えるとともに、ウォームが、軸心に一端部側のみへ開口する盲孔を有し、この盲孔で出力軸に嵌着されている。そして、一対のスラスト受け部材のうち、一方のスラスト受け部材が、モータとウォームの一端部との間で出力軸に遊嵌されており、この一方のスラスト受け部材とモータとの間には、常に所定の隙間が形成されており、他方のスラスト受け部材が、ウォームの他端部を直接受け止めていることを特徴としている。

これにより、スラスト荷重を受けるスラスト受け部材はモータより離隔しているため、モータにスラスト荷重を与えることがない。また、ウォームの両端部を挟持し、この両端部の先端面を直接荷重受け面として活用しているため、荷重受け面の面積を小さくして摺動抵抗を減らすことができる。したがって、高品質、高性能を有する減速機付きモータを得ることができる。

また、一対のスラスト受け部材は、一枚の金属板をＵ字状に折曲形成するだけでよく、ハウジングへの固定もインサート成型で行うことができる。しかも、ウォームには特別な加工を一切要しなく、スラスト受け部材の径方向の大きさも実質的にウォームの外径の範囲内に収めることが可能である。したがって、減速機部分の小型・軽量化、低コスト化等をはかることができる。

かくして、高品質、高性能でありながら、小型・軽量化、低コスト化等の厳しい諸要求がなされる車載機器として好適な減速機付きモータを提供することができる。

本発明の一実施形態である減速機付きモータの主要部を模式的に示す縦断面図である（実施例１）。 図１のＡ矢視図である（実施例１）。 減速機付きモータの中枢部品をなすスラスト受け機構を示すもので、（ａ）は図１のＢ矢視図、（ｂ）はスラスト受け部材の取付状態を説明するための断面図である（実施例１）。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

［実施例１］
本実施例は、本発明の減速機付きモータの一実施形態として、内燃機関の吸気バルブや排気バルブの開閉駆動用アクチュエータへの適用例を示すものであって、図１〜図３に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、減速機モータの基本的な構成を図１および図２により詳説した後、本発明の特徴的な構成であるスラスト受け機構について、主として図３により補説する。

図１および図２に示すように、減速機付きモータ１は、モータ１０と、このモータ１０の回転を減速する減速機と、これらのモータ１０および減速機を収容するハウジング２０とを主要構成部品として備えている。そして、減速機は、ウォーム３０とホイール４０とから構成される一般的なウォームギヤ機構であり、このウォームギヤ機構と関連させて、ハウジング２０には、後で詳述するスラスト受け機構５０が備えられている。

モータ１０は、例えばＤＣブラシモータ、または、ブラシレスモータであり、ハウジング２０に相対的に移動不能に固定されている。モータ１０は、出力軸１１を有しており、その一端部１１ａがモータ本体１２から減速機側へ露出している。この出力軸１１の一端部１１ａには、減速機のウォーム３０が例えば圧入により相対的に回転不能に装着（嵌着）されている。これにより、モータ１０が回転すると、ウォーム３０は出力軸１１と一体となって回転する。

ハウジング２０は、一般的な耐熱樹脂、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）により形成された成型品で、箱状部材２１とカバー部材２２との２分割タイプで構成されており、必要部品が適宜インサート成型されている。

ウォーム３０は、略棒状であり、例えば鉄等の金属で形成されている。ウォーム３０は、中心にウォーム軸３１を有し、外周には、ウォーム軸３１に沿う螺旋状のねじ歯部３２が形成されている。また、ウォーム軸３１には、軸心部分にモータ１０側にのみ開口する盲孔３１ａが設けられている。この盲孔３１ａにモータ１０の出力軸１１の一端部１１ａを圧入することにより、ウォーム３０は、ウォーム軸３１の軸線と出力軸１１の軸線とが一致するよう、出力軸１１に装着（嵌着）される。

ホイール４０は、円盤状を呈し、例えば樹脂で形成されており、ウォーム３０の軸（ウォーム軸３１）と直交するホイール軸４１を有している。ホイール４０の外周には、複数の歯部４２が周方向に沿って形成されている。この歯部４２は、ホイール４０の径外方向に突出し、ホイール軸４１の中心軸線に対してねじれる方向に沿って延設されている。つまり、歯部４２は、ウォーム３０のねじ歯部３２と噛み合うことが可能なはす歯になっている。本実施例では、ホイール４０は、歯部４２とウォーム３０のねじ歯部３２とが噛み合うようにしてハウジング２０に収納されるとともに、ホイール軸４１が、ハウジング２０に対し例えばベアリングを介して回転可能に支持されている。
なお、ホイール４０は、図示を省略しているが、必要により中間歯車を介して駆動対象となる図示してない内燃機関の吸気バルブや排気バルブに連結される。

スラスト受け機構５０は、ウォーム３０が軸方向に移動する際に発生するスラスト荷重を受けるものであり、ハウジング２０に固定され、ウォーム３０（特にウォーム軸３１）の両端部３０ａ、３０ｂを挟持する一対のスラスト受け部材５１、５２を有している。この一対のスラスト受け部材５１、５２は、例えばＳＫ鋼のごとき金属板をＵ字状に折り曲げて形成された一枚のプレート５４で構成されている。したがって、プレート５４は、一端部が一方のスラスト受け部材５１をなし、他端部が他方のスラスト受け部材５２をなしており、両部材５１、５２間にこの両部材５１、５２を連結する連結部材５３を有している。
なお、以下の説明では、一対のスラスト受け部材５１、５２について、一方のスラスト受け部材５１を第１部材、他方のスラスト受け部材５２を第２部材と呼ぶこともある。

プレート５４の子細構造については、図３をも参照しながら更に補足説明する。
プレート５４は、ハウジング２０に対し、図１に示すように、第１部材５１がモータ１０（モータ本体１２）との間に常に所定の隙間Ｓを形成するように、インサート成型により固定されている。
また、第１部材５１と第２部材５２との間隔Ｌ（図３（ｂ）参照）は、ウォーム３０の軸方向長と実質的に同じ大きさで、両部材５１、５２とウォーム３０の両端部３０ａ、３０ｂとの間にロックしない程度の微小クリアランス（０．１ｍｍ程度）が形成される寸法に設定されている。

また、ウォーム３０の一端部（盲孔側）３０ａを受ける第１部材５１は、モータ１０の出力軸１１に遊嵌されるのに対し、ウォーム３０の他端部（反盲孔側）３０ｂを受ける第２部材５２は、ウォーム３０の他端部３０ｂの先端面全面を直接受け止めている。
よって、第２部材５２の幅は、ウォーム３０の他端部３０ｂの先端面が当接するに十分な面積（荷重受け面の面積）を確保できる程度（端部３０ａ、３０ｂの外径ｄとほぼ同じ程度）の大きさに選定されている。本実施例では、ウォーム３０の他端部３０ｂは、先端部分が一端部３０ａに比して特に小径に形成されている。
これに対し、第１部材５１の幅は、荷重受け面の面積としては第２部材５２の幅と同程度で十分であるが、出力軸１１を遊嵌するスペースの確保と強度面から、第２部材５２の幅より大きく、かつウォーム３０のねじ歯部３２の外径Ｄと実質的に同程度の大きさに選定されている。したがって、第１部材５１の大きさも実質的にウォーム３０の外径の範囲内に収められている（図３（ａ）参照）。

そして、第１部材５１には、モータ１０の出力軸１１にウォーム３０を嵌着した状態で、出力軸１１を差し込めることが可能なＵ字状の切欠き溝５１ａが形成されている（図３（ａ）参照）。

なお、図３（ｂ）に示すように、プレート５４の連結部材５３には、ハウジング２０にインサート成型される際に樹脂との結合強度を高めるための孔５３ａが形成されている。また、第２部材５２は、背面側がハウジング２０に埋設されているのに対し、第１部材５２は、隙間Ｓとの関係で裸で立設することになるため、必要に応じて根元部分５１ｂを補強用の肉盛り２０ａ（ハウジング２０の一部）に埋め込むようにすることができる。

本実施例による減速機付きモータ１は、上述の如き構成を有するもので、その主たる作用並びに奏する効果について、次に説明する。

駆動対象である内燃機関の吸気バルブや排気バルブを開弁方向または閉弁方向に駆動するにあたっては、図示しない制御装置からモータ１０に対して所定回転方向の指令信号が供給され、モータ１が所定の方向に回転する。モータ１０の出力軸１１に直結されたウォーム３０は、モータ１０に駆動され出力軸１１とともに回転する。そして、ウォーム３０が例えば右回転方向（時計回り方向）に回転すると、ホイール４０は逆時計回り方向に回転し、ウォーム３０が逆方向（左回転方向、反時計回り方向）に回転すると、ホイール４０は時計回り方向に回転する。このとき、ホイール４０とウォーム３０との間には、ねじ歯部３２と歯部４２との噛み合いにより、ウォーム軸３１の軸方向およびホイール軸４１の軸方向の相互作用力が発生する。

かくして、ウォーム３０には、右方もしくは左方のいずれかの軸方向に移動させようとするスラスト荷重が加わる。ウォーム３０は、その両端部３０ａ、３０ｂをプレート５４の第１部材５１、第２部材５２で挟持しているため、かかる荷重は、プレート５４の第１部材５１もしくは第２部材５２のいずれかで全て受けることになり、モータ１０の出力軸１１に伝達されることはない。
特に、第１部材５１とモータ１０（モータ本体１２）との間には隙間Ｓが形成されており、第１部材５１がモータ本体１２より離隔しているため、第１部材５１に加わった荷重がモータ本体１２に伝達されることもない。
したがって、モータ１０に対して、内蔵する軸受等にガタ、変形等のダメージを与えることがない。

また、プレート５４の第１部材５１、第２部材５２は、ウォーム３０の両端部３０ａ、３０ｂでスラスト荷重を受けているため、第１部材５１および第２部材５２の荷重受け面の面積は実質的にウォーム３０の両端部３０ａ、３０ｂの外径ｄ相当分でよく、荷重受け面積を小さくして摺動抵抗を減らすことができる。
したがって、減速機付きモータ１には高品質、高性能を確保することができる。

また、一対のスラスト受け部材５１、５２は、プレート５４として構成することにより、一枚の金属板をＵ字状に折曲形成するだけで得られ、構造簡単でかつ安価に作製することができる。しかも、１個の部品として取扱うことができるため、ハウジング２０への固定作業も簡便である。
さらに、上記プレート５４のハウジング２０への固定をインサート成型で行うことにより、ハウジング２０の成型工程を有効活用して固定することができる。
しかも、ウォーム３０には特別な加工を一切要しなく、スラスト受け部材５１の径方向の大きさも実質的にウォーム３０の最大外径Ｄの範囲内に収めることが可能である。
また、第１部材５１には、モータ１０の出力軸１１にウォーム３０を嵌着した状態で、出力軸１１を差し込めることが可能な切欠き溝５１ａが形成されているので、ハウジング２０への組付けも簡単である。
したがって、減速機付きモータ１の小型・軽量化、低コスト化等をはかることができる。

［変形例］
以上、実施例１について詳述したが、スラスト受け機構５０の具体的構造は、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変更することができるものである。

（１）一対のスラスト受け部材５１、５２（第１部材５１および第２部材５２）を、一枚の金属板からなるプレート５４で構成したが、第１部材５１、第２部材５２をそれぞれ個別部品とし、独立（個別）にハウジング２０に取付固定することもできる。

（２）一対のスラスト受け部材５１、５２は、ハウジング２０に対し、インサート成型ではなく、ビス、リベット等の固定手段によって固定してもよい。

（３）モータ１０のハウジング２０への収納形態によっては、プレート５４の第１部材５１、第２部材５２間にウォーム３０を組み込んだ状態で、モータ１０の出力軸１１をウォーム３０に圧入することができる。

（４）よって、上記（３）、（４）の構成を採用する場合には、第１部材５１に設ける出力軸１１遊嵌用の孔は、切欠き溝５１ａの代わりに、単なる丸孔とすることもできる。

以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１およびその変形例に基づいて詳述してきたが、本発明の特徴点および特記すべき作用効果を、特許請求の範囲に記載の各請求項（特に請求項２〜請求項４）にしたがって要約列挙すれば、次の通りである。

（特徴点１＝請求項２の手段）
請求項１に記載の減速機付きモータ１において、
一対のスラスト受け部材５１、５２は、Ｕ字状に形成された一枚の金属板からなり、一端部が一方のスラスト受け部材５１を、他端部が他方のスラスト受け部材５２をなしていることを特徴とする。
上記構成によれば、一対のスラスト受け部材５１、５２を、一枚の金属板をＵ字状に折曲形成するだけで得られ、構造簡単でかつ安価に作製することができる。しかも、１個の部品として取扱うことができるため、ハウジング２０への固定作業も簡便である。

（特徴点２＝請求項３の手段）
請求項２に記載の減速機付きモータ１において、
ハウジング２０は、樹脂よりなる成型品であり、一対のスラスト受け部材５１、５２は、ハウジング２０にインサート成型されていることを特徴とする。
上記構成によれば、一対のスラスト受け部材５１、５２をハウジング２０に固定するための特別な作業が不要である。

（特徴点３＝請求項４の手段）
請求項３に記載の減速機付きモータ１において、
一方のスラスト受け部材５１には、モータ１０の出力軸１１にウォーム３０を嵌着した状態で、出力軸１１を差し込める切欠き溝５１ａが形成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、モータ１０の出力軸１１にウォーム３０をあらかじめ取付けた状態で、ハウジング２０にモータ１０を組付けることができるため、組付けが簡単である。

本発明の減速機付きモータ１は、上述した実施例の適用例（内燃機関の吸気バルブや排気バルブの駆動用アクチュエータ）に限定されることなく、駆動対象物をモータにより減速駆動する様々な用途に適用することができることは勿論である。

１……減速機付きモータ、１０……モータ、１１……出力軸、１１ａ……その一端部、２０……ハウジング、３０……ウォーム、３１……ウォーム軸、３２……ねじ歯部、４０……ホイール、４１……ホイール軸、４２……歯部、５０……スラスト受け機構、５１……スラスト受け部材（第１部材）、５２……スラスト受け部材（第２部材）、５４……プレート（一枚の金属板）、Ｓ……隙間。

Claims (4)

1. 出力軸（１１）を回転するモータ（１０）と、
   前記出力軸（１１）の一端部（１１ａ）に嵌着される軸（３１）を中央に有し、外周に螺旋状のねじ歯部（３２）が形成されているウォーム（３０）と、
   前記ウォーム（３０）の前記軸（３１）と直交するホイール軸（４１）、および、外周に形成され前記ねじ歯部（３２）と噛み合う歯部（４２）を有し、前記ウォーム（３０）の回転を減速回転するホイール（４０）と、
   前記モータ（１０）、前記ウォーム（３０）および前記ホイール（４０）を収納するハウジング（２０）と、
   前記ハウジング（２０）に固定され、前記ウォーム（３０）の両端部（３０ａ、３０ｂ）を挟持する一対のスラスト受け部材（５１、５２）とを備え、
   前記ウォーム（３０）は、一端部（３０ａ）側のみへ開口する盲孔（３１ａ）が前記軸（３１）に設けられていて、前記盲孔（３１ａ）で前記出力軸（１１）に嵌着されており、
   前記一対のスラスト受け部材（５１、５２）のうち、一方のスラスト受け部材（５１）が、前記モータ（１０）と前記ウォーム（３０）の一端部（３０ａ）との間で前記出力軸（１１）に遊嵌されており、
   この一方のスラスト受け部材（５１）と前記モータ（１０）との間には、常に所定の隙間（Ｓ）が形成されており、
   前記一対のスラスト受け部材（５１、５２）のうち、他方のスラスト受け部材（５２）が、前記ウォーム（３０）の他端部（３０ｂ）を直接受け止めていることを特徴とする減速機付きモータ（１）。
2. 請求項１に記載の減速機付きモータ（１）において、
   前記一対のスラスト受け部材（５１、５２）は、Ｕ字状に形成された一枚の金属板（５４）からなり、一端部が前記一方のスラスト受け部材（５１）を、他端部が他方のスラスト受け部材（５２）をなしていることを特徴とする減速機付きモータ（１）。
3. 請求項２に記載の減速機付きモータ（１）において、
   前記ハウジング（２０）は、樹脂よりなる成型品であり、
   前記一対のスラスト受け部材（５１、５２）は、前記ハウジング（２０）にインサート成型されていることを特徴とする減速機付きモータ（１）。
4. 請求項３に記載の減速機付きモータ（１）において、
   前記一方のスラスト受け部材（５１）には、前記出力軸（１１）に前記ウォーム（３０）を嵌着した状態で、前記出力軸（１１）を差し込める切欠き溝（５１ａ）が形成されていることを特徴とする減速機付きモータ（１）。
   

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