ワイパモータおよびワイパ装置
【課題】適正な外的負荷によってクラッチ機構を作動させることにより、小型軽量化および内部機構の保護を図ることができるワイパモータおよびワイパ装置を提供する。
【解決手段】ウインドウガラス３を往復払拭するためのワイパモータ９０において、出力軸１２と、モータ本体９２の回転軸１１０に連結されモータ本体９２の回転出力を伝達する揺動機構９４と、の間には、外力によって出力軸１２回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、揺動機構９４に対して出力軸１２を空転させて、モータ本体９２側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能なクラッチ装置１０が設けられ、クラッチ装置１０は、解除トルク値が、往復払拭動作時にワイパブレード２０２に掛かる最大払拭負荷に相当する外力が出力軸１２に作用したときの最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定された。
【解決手段】ウインドウガラス３を往復払拭するためのワイパモータ９０において、出力軸１２と、モータ本体９２の回転軸１１０に連結されモータ本体９２の回転出力を伝達する揺動機構９４と、の間には、外力によって出力軸１２回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、揺動機構９４に対して出力軸１２を空転させて、モータ本体９２側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能なクラッチ装置１０が設けられ、クラッチ装置１０は、解除トルク値が、往復払拭動作時にワイパブレード２０２に掛かる最大払拭負荷に相当する外力が出力軸１２に作用したときの最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイパモータおよびワイパ装置に係り、特に過大な負荷トルクが出力軸に作用したときに、出力軸とモータ本体との間の連結を遮断可能なクラッチ機構を内蔵するワイパモータおよび該ワイパモータを備えたワイパ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のウインドウガラスを往復払拭するワイパ装置では、ワイパアームの動作が妨げられワイパモータの出力軸に過大な負荷が作用すると、ワイパモータに内蔵されている揺動機構や減速機構等が破損してしまうおそれがある。これを防止するため、揺動機構や減速機構等を構成する各部材には、過大な負荷が出力軸に作用することを想定して強度設計が行われていた。このため、従来、ワイパモータは大型かつ重量が大きいものとなっていた。
【０００３】
そこで、本出願人は、出力軸に過大な負荷が作用したときに、出力軸から揺動機構や減速機構等への負荷の伝達を遮断するためのクラッチ装置を内蔵したワイパモータを提案している（例えば、特許文献１参照）。このようにクラッチ機構を内蔵させることにより、出力軸に作用した過大な負荷が揺動機構やモータ本体に伝達されないので、上記各機構を構成する部材の設計強度を低減することができ、小型軽量で安価なワイパモータを構成することが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５１８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ワイパ作動時にワイパブレードに掛かる払拭負荷が変動して大きくなった場合（通常払拭動作時の予め想定した範囲内の負荷変動が出力軸周りに作用した場合）に、この払拭負荷によってクラッチ機構が作動し、出力軸と揺動機構等とが頻繁に切り離されてしまうおそれがあった。このように払拭負荷変動によってクラッチ機構が作動すると、意図しないときにワイパブレードが払拭面の払拭を停止してしまうという問題が生じる。
【０００６】
また、ワイパブレードが積雪や凍結等によってウインドウガラスに拘束されている状態でワイパ装置を作動させた場合に、クラッチ機構が作動して出力軸とモータ本体側とが切り離されてしまうと、ワイパモータ内ではモータ本体が揺動機構等を作動させ続けることになる。これにより、拘束期間中、継続的に発生する作動音によって乗員に不快感を与えるおそれがあった。
【０００７】
一方、クラッチ機構の作動負荷（解除トルク）が高すぎると、クラッチ機構が作動する前に出力軸側からの外力によって、ワイパモータ内で設計強度の低減された構成部材が破損してしまうおそれがあった。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、適正な外的負荷によってクラッチ機構を作動させることにより、小型軽量化および内部機構の保護を図ることができるワイパモータおよびワイパ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ワイパアームが連結される出力軸をモータ本体の駆動力によって往復回動させて、ワイパアームの先端に取付けられるワイパブレードで払拭面を往復払拭するためのワイパモータにおいて、前記出力軸と、前記モータ本体の回転軸に連結され前記モータ本体の回転出力を伝達する伝達機構と、の間には、外力によって前記出力軸回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、前記伝達機構に対して前記出力軸を空転させて、前記モータ本体側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能なクラッチ機構が設けられ、該クラッチ機構は、往復払拭動作時にワイパブレードに掛かる最大払拭負荷として設定した外力が前記出力軸に作用したときの該出力軸周りのトルク値を最大払拭負荷トルク値とするとき、前記解除トルク値が、前記最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定されたことを特徴とする。
【００１０】
このように本発明のワイパモータでは、出力軸と伝達機構との間にクラッチ機構が設けられ、このクラッチ機構は、所定値以上の解除トルクが出力軸回りに掛かったときに作動するように設定されている。そして、この解除トルクは、ワイパブレードに掛かる最大払拭負荷として設定した外力が出力軸に作用したときの出力軸周りのトルク値を最大払拭負荷トルク値とし、この最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定されているから、通常の払拭動作において特別な外力が作用しない限り、クラッチ機構は作動しないようになっている。
【００１１】
これにより、本発明においては、ワイパモータ内のクラッチ機構が、払拭面状態や払拭時の通常走行風による抵抗など払拭負荷の想定内の変動によって、頻繁に作動してしまうことを防止することができる。
また、本発明では、クラッチ機構の頻繁な作動を防止することができる範囲において、解除トルクを小さな値にすることが可能である。これにより、本発明では、ワイパモータ内の伝達機構やモータ本体の強度を低く設定することが可能となり、ワイパモータの小型軽量化を図ることができる。
【００１２】
また、前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体の回転軸を拘束状態として前記出力軸を回転させたときに前記伝達機構が破損するモータ破損トルク値よりも小さな値に設定されたことを特徴とする。
このように本発明では、解除トルク値がモータ破損トルク値よりも小さな値に設定されるので、外力によってワイパモータの内部機構が破損してしまうことを確実に防止することができる。
【００１３】
また、前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体を最大出力で作動させたときに前記出力軸に掛かる最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きく設定されたことを特徴とする。
このように本発明では、クラッチ機構を作動させるための最小トルク値を、モータ本体の最大出力時に出力軸を拘束するのに必要な出力軸回りのトルク値よりも大きな値に設定することで、出力軸が拘束されているときに、モータ本体が最大出力で駆動してもクラッチ機構は作動せず、特別な外力が作用したときにのみクラッチ機構が作動し、頻繁にクラッチ切れが生じるのを防止することができる。
【００１４】
また、本発明のワイパ機構は、上記ワイパモータと、該ワイパモータの出力軸に連結されたワイパアームと、該ワイパアームの先端に取付けられたワイパブレードと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、出力軸と伝達機構との間にクラッチ機構を設け、このクラッチ機構の作動トルク（解除トルク）を出力軸に作用する最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定することで、ワイパモータの小型軽量化を図ると共に、頻繁なクラッチ切れを防止することができる。さらに、解除トルク値を最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きく設定することで、出力軸の回動拘束時においても、不要なクラッチ切れを防止することができる。また、解除トルク値をモータ破損トルク値未満に設定することにより、ワイパモータの内部機構の保護と共に小型軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図１５は本発明の一実施形態に係るものであり、図１はワイパ装置の説明図、図２はワイパモータの斜視図、図３はワイパモータの一部を透視した斜視図、図４はワイパモータの分解斜視図、図５，図７はワイパモータの平断面図、図６は図５の５−５線に沿ったワイパモータの断面図、図８は図７の７−７線に沿ったワイパモータの断面図、図９はワイパモータのクラッチ結合状態における主要部分の説明図である。図１０，図１１はクラッチ装置の分解斜視図、図１２はクラッチ装置の係合状態を示す説明図、図１３はワイパ装置においてワイパモータの出力軸に作用する払拭負荷トルクの時間変動を示すグラフ、図１４は図８に対応するクラッチ解除状態におけるワイパモータの断面図、図１５は図９に対応するクラッチ解除状態における主要部分の説明図である。また、図１６は本発明の他の実施形態に係るワイパモータの平断面図、図１７は図１６のワイパモータのクラッチ装置の分解斜視図である。
【００１７】
図１に本発明の一実施形態に係るワイパ装置Ｗを示す。本例のワイパ装置Ｗは、車両ボディ１内に配設されたワイパ駆動用モータであるワイパモータ９０（図２等参照）と、ワイパモータ９０に連結されたワイパ２００とを主要構成要素としている。
ワイパモータ９０は、車両ボディ１に形成された通孔２から出力軸１２を外部へ突出させた状態で車両ボディ１内に配設されている。
本例では、ワイパ２００は、ワイパアーム２０１と、ワイパブレード２０２を有している。ワイパアーム２０１は、その基端部が出力軸１２に固定されており、また、その先端部にはワイパブレード２０２が回動可能に取付けられている。
【００１８】
常時は、ワイパブレード２０２は、ワイパアーム２０１に設けられた不図示の付勢手段によって払拭面であるウインドウガラス３側へ付勢され、ウインドウガラス３と当接した状態に保持されている。ワイパモータ９０が作動すると、ワイパアーム２０１およびワイパブレード２０２は、出力軸１２を回動中心として所定角度範囲内を揺動する。これによりワイパブレード２０２は、ウインドウガラス３表面を往復払拭可能となっている。
【００１９】
図２〜図９等に示すように、ワイパモータ９０は、モータ本体９２と、揺動機構（伝達機構）９４と、クラッチ装置１０とを備えている。
本例のクラッチ装置１０は、出力軸１２を有して構成されており、後述するように、出力軸１２に作用する外力によって出力軸１２回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、揺動機構９４に対して出力軸１２を空転させて、モータ本体９２側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能となっている。
【００２０】
本例では、モータ本体９２は、ヨークハウジング９８内にアーマチャ１０８等が配設されて構成されており、このヨークハウジング９８には凹状のハウジング９６が連結されている。このハウジング９６は、内部に揺動機構９４とクラッチ装置１０を収容した状態で、開口側（裏面側）がカバープレート１４８によって閉塞されている。
【００２１】
本例のヨークハウジング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、開口側にハウジング９６が一体的に取り付けられている。
【００２２】
ヨークハウジング９８の開口側には、絶縁樹脂製のエンドハウジング１０４が固定されている。このエンドハウジング１０４の中央部分には軸受１０６が配置されている。また、ヨークハウジング９８の底壁１００の膨出部には、軸受１０２が配置されている。
アーマチャ１０８は、その回転軸１１０が軸受１０２，１０６によって回転自在に支承された状態でヨークハウジング９８内に収容されている。また、ヨークハウジング９８の内周壁には、アーマチャ１０８に対向するようにマグネット１１２が固着されている。
【００２３】
また、エンドハウジング１０４には、ブラシケースを介して角柱状のブラシ１１４が保持されている。ブラシ１１４は、不図示の付勢手段によってアーマチャ１０８のコンミテータ１１６側に付勢されており、先端部がコンミテータ１１６に摺接可能となっている。ブラシ１１４には連結用ピッグテール１１８が取付けられており、ブラシ１１４はピッグテール１１８を介して給電用の接続線に接続されている。
【００２４】
モータ本体９２（アーマチャ１０８）の回転軸１１０は、ハウジング９６内に突出した一端側にカップリング１２０が取付けられており、このカップリング１２０を介して揺動機構９４のウォームギヤ１２２に連結されている。
揺動機構９４は、ウォームギヤ１２２と、樹脂製のウォームホイール１２８と、セクタギヤ１３２と、保持レバー１３８等を備えて構成されている。ウォームギヤ１２２とウォームホイール１２８は減速機構を構成し、さらにウォームホイール１２８，セクタギヤ１３２，保持レバー１３８は、揺動機構を構成する。
【００２５】
ウォームギヤ１２２は、その両端部がハウジング９６に設けられた軸受１２４，１２６によって回転自在に支承されている。
ハウジング９６には、ウォームギヤ１２２（回転軸１１０）の軸線と略垂直であって、出力軸１２の軸線と略平行に、回転軸１３０が設けられている。ウォームホイール１２８は、ウォームギヤ１２２と噛合した状態で、回転軸１３０に回動可能に取付けられている。
【００２６】
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。すなわち、ウォームホイール１２８の裏面（カバープレート１４８側）には、回転軸１３０と異なる位置（径方向に変位した位置）に支軸１３４が突設されており、この支軸１３４にセクタギヤ１３２の一端が回転自在に連結されている。
また、セクタギヤ１３２の他端側裏面には支軸１４０が突設されており、セクタギヤ１３２には、この支軸１４０を略中心として扇型状に歯部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と噛合している。
【００２７】
支軸１４０には、保持レバー１３８の一端が回動可能に連結されている。保持レバー１３８の他端は入力ディスク２８の回転中心部分（すなわち出力軸１２）に回転自在に連結されている。これにより、支軸１４０と出力軸１２との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、入力ディスク２８が往復回転駆動される。これにより、入力ディスク２８と連動して出力軸１２が往復回動し、出力軸１２の先端に固定されたワイパ２００がウインドウガラス３表面を往復払拭する。
【００２８】
なお、保持レバー１３８の裏面には、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、セクタギヤ１３２の往復揺動時にカバープレート１４８と摺接可能となっている（図８等参照）。これにより、保持レバー１３８は、厚さ方向（出力軸１２の軸線方向）の移動が規制されている。
なお、本例のように出力軸１２にワイパ２００を直接的に連結する場合に限らず、リンクやロッド等を介して間接的に連結する構成としても良い。
【００２９】
図１０，図１１に示すように、本例のクラッチ装置１０は、出力軸１２と、係合ベース２０と、付勢手段としてのコイルスプリング４４と、クラッチディスク３８と、入力ディスク２８を主要構成要素としている。係合ベース２０，コイルスプリング４４，クラッチディスク３８，入力ディスク２８は、クラッチ機構に相当する。
【００３０】
本例の出力軸１２は、先端側（図１０では上側）が断面円形に形成された円柱部１３であり、基端側（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」）に形成された相対回転規制部１４となっている。
【００３１】
出力軸１２の円柱部１３は、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（図６参照）。一方、相対回転規制部１４の先端側（円柱部１３側）には回止部１６が設けられ、基端部突端には抜止部１８が設けられている。回止部１６は、円周面に周方向にわたって軸線方向に沿う複数の突条が形成されたものであり、抜止部１８は円周面に出力軸１２の軸線方向と略直交する方向に設けられた浅溝である。
【００３２】
本例では、クラッチ装置１０は、出力軸１２の基端部側の相対回転規制部１４に係合ベース２０，コイルスプリング４４，クラッチディスク３８，入力ディスク２８がこの順に挿入され、抜止部１８に抜止めクリップ３２が取り付けられることにより抜け止めされた状態で一体化され、一体部品として取り扱い可能となっている。
【００３３】
本例の係合ベース２０は、中央部分に支持孔２２が形成された円盤状の部材であり、その周縁には、径方向（出力軸１２の径方向）に突出するようにストッパ部２６が設けられている。支持孔２２は、出力軸１２の相対回転規制部１４に対応するように断面略矩形（断面ダブルＤカット形状）に形成されている。
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は、支持孔２２に出力軸１２が挿入され、出力軸１２に対して同軸的に固着されている。これにより、係合ベース２０は、出力軸１２に対して軸線方向に移動不能な状態で、出力軸１２と一体回転するようになっている。
【００３４】
なお、本例では出力軸１２と係合ベース２０とを別体に形成してこれらを一体に固着する構成であるが、これに限らず、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。
【００３５】
本例では、ハウジング９６には、円弧状のストッパ突起１４２が配設されている（図５〜図８等参照）。このストッパ突起１４２は、ストッパ部２６の回動軌跡内に沿って配設されており、ストッパ突起１４２の周方向の一端部，他端部はそれぞれ回転制限部１４４，１４６となっている。すなわち、ストッパ突起１４２の回転制限部１４４，１４６は、それぞれストッパ部２６と当接可能となっており、ストッパ部２６が回転制限部１４４，１４６と当接すると、係合ベース２０はそれ以上の回転が阻止される。
このように、係合ベース２０の回動範囲がストッパ突起１４２によって規制されており、これによりワイパ２００の揺動範囲も所定角度範囲に規制されている。
【００３６】
本例のクラッチディスク３８は、中央部に相対回転規制部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が形成された円板状の部材である。本例では、このクラッチディスク３８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。
クラッチディスク３８は、軸孔４０に出力軸１２（相対回転規制部１４）が挿入され、出力軸１２に対して軸線回りに回転不能で常に出力軸１２と一体的に回転すると共に、出力軸１２の軸線方向に沿って移動可能となっている。
【００３７】
クラッチディスク３８の裏面側（入力ディスク２８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、後述する入力ディスク２８の４つの係合凸部３７に対応して設けられている。
本例では、係合凹部４２は、クラッチディスク３８に対して同心状に形成されると共に、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）形成されている。
係合凹部４２は、開口側（裏面側）が周方向に拡開するように断面略台形状に形成されている。したがって、係合凹部４２の側壁５３は、所定角度傾斜するように形成されている。
【００３８】
コイルスプリング４４は、その上端部，下端部がそれぞれ係合ベース２０の下面，クラッチディスク３８の上面と当接し、クラッチディスク３８を係合ベース２０に対して出力軸１２の軸線方向下方（入力ディスク２８側）へ付勢している。すなわち、コイルスプリング４４は、後述するように、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との係合状態が、所定の解除トルク未満では解除されないようにクラッチディスク３８を入力ディスク２８へ押し付けている。
【００３９】
また、係合凸部３７が係合凹部４２から抜け出した係合解除状態であっても、コイルスプリング４４による付勢力によって、係合凸部３７がクラッチディスク３８の裏面に押し付けられるので、これらの間に所定の摩擦力が生じる。これにより、係合解除状態でも、所定の場合には入力ディスク２８とクラッチディスク３８とが供回り可能に構成されている。
【００４０】
なお、本例ではコイルスプリング４４を用いて入力ディスク２８とクラッチディスク３８の係合状態を保持しているが、これに限らず、ウエーブワッシャ，板バネ，ゴム部材等の付勢手段を用いてもよい。また、入力ディスク２８とクラッチディスク３８とが磁力によって引き合うように構成してもよい。
【００４１】
また、本例では、通常状態（クラッチディスク３８が係合ベース２０側へ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によってクラッチディスク３８が入力ディスク２８側へ付勢された構成となっているが、これに限らず、係合状態から係合解除状態へ移行すべく、クラッチディスク３８が係合ベース２０側へ移動したときだけ、コイルスプリング４４によってクラッチディスク３８が付勢される構成としてもよい。
【００４２】
本例の入力ディスク２８は、中央部分に断面略円形の軸孔３０が形成された円板状の部材である。本例では、この入力ディスク２８は、クラッチディスク３８と同様に、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は、軸孔３０に出力軸１２が同軸的に挿通されており、出力軸１２によって回転自在に支承されている。また、入力ディスク２８は、後述するギヤ歯３４よりも大径で出力軸１２と同心である円周面３６が、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（図６等参照）。
【００４３】
また、入力ディスク２８の表面側には、その周縁部に係合ベース２０側（クラッチディスク３８側）へ４つの係合凸部３７が突設されている。
これら４つの係合凸部３７は、入力ディスク２８に対して同心状に形成されると共に、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、上述のようにクラッチディスク３８の係合凹部４２に対応して形成されたものであり、入力ディスク２８とクラッチディスク３８が所定の相対回転位置にあるときのみ、これらの係合凸部３７が係合凹部４２に嵌入可能となっている。
係合凸部３７は、先端側ほど周方向に幅狭となるように断面略台形に形成されている。したがって、係合凸部３７の側壁５１は、所定角度傾斜するように形成されている。
【００４４】
入力ディスク２８の裏面側の外周には、ギヤ歯３４が形成されている。このギヤ歯３４はセクタギヤ１３２と噛合しており、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は出力軸１２回りに回転する。そして、係合凸部３７が係合凹部４２に嵌入した状態では、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、入力ディスク２８とクラッチディスク３８が連動して回転するようになっている。
【００４５】
また、入力ディスク２８の裏面には、ギヤ歯３４の軸線方向上側（係合ベース２０側）の端部を連結するように連結壁３５が形成されている。この連結壁３５と保持レバー１３８は、セクタギヤ１３２の歯部１３６の厚さ方向両側を挟み込んでいる。すなわち、連結壁３５と保持レバー１３８が歯部１３６の厚さ方向に対向しており、これらの間に歯部１３６が挟みこまれている。これにより、歯部１３６は厚さ方向の移動が制限されている。
【００４６】
なお、本例では、上述の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が係合可能なのは、入力ディスク２８とクラッチディスク３８が所定の相対回転位置にあるときのみである。すなわち、上記所定回転位置以外では、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に対応しないので、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）。
【００４７】
したがって、後述するように出力軸１２に所定値以上の解除トルクが掛かってクラッチ装置１０が作動し、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との係合状態が解除された場合には、解除トルクが除去された後にワイパモータ９０を作動させれば、再び入力ディスク２８の係合凸部３７が、それぞれ対応するクラッチディスク３８の係合凹部４２にのみ嵌入し、入力ディスク２８とクラッチディスク３８は定位置に復帰する。このように、本例では、クラッチ装置１０の入出力側の位置関係、すなわちウォームホイール１２８とワイパ２００との位置関係を自動的に元に戻し、その後、通常運転を行うことができる。
【００４８】
図１２（Ａ）に、通常作動時において係合凸部３７と係合凹部４２とが係合した状態（「クラッチ結合状態」）の模式図を示す。図１２における説明では、理解の容易のため入力ディスク２８とクラッチディスク３８との摩擦力を考慮していない。
本例では、係合凸部３７と係合凹部４２は、それぞれ周方向に対称に形成されており、それぞれ側壁５１，５３が出力軸１２の軸線方向（図１２ではＺ方向）に対して角度θ度傾斜して形成されている。
【００４９】
係合状態で入力ディスク２８が図中右方向へ回転すると、クラッチディスク３８には入力ディスク２８から回転伝達力Ｆａを受ける。この回転伝達力Ｆａによって、クラッチディスク３８には逆向きの反作用力Ｆｂが掛かる。そして、この反作用力Ｆｂによって、クラッチディスク３８には側壁５３の斜面方向に分力Ｆｃ（＝Ｆｂ・ｃｏｓθ）が掛かる。さらにクラッチディスク３８には、この分力Ｆｃによって出力軸１２の軸線方向に分力Ｆｅ（＝Ｆｃ・ｓｉｎθ＝Ｆｂ・ｃｏｓθ・ｓｉｎθ）が掛かる。
しかし、この分力Ｆｅは、コイルスプリング４４によってクラッチディスク３８へ作用する下向きの力以下の大きさであるので、クラッチディスク３８は斜面方向にスライドすることなく、入力ディスク２８と連動して回動する。
【００５０】
なお、入力ディスク２８の係合凸部３７，クラッチディスク３８の係合凹部４２のそれぞれの側壁５１，５３を共に傾斜面とする構成に限らず、少なくとも何れか一方に、傾斜面を形成する構成としてもよい。この場合であっても、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Ｆａによってクラッチディスク３８に出力軸１２軸線方向に沿った分力を生じせしめることができる。
【００５１】
また、図１２（Ｂ）に、出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用して、係合凸部３７と係合凹部４２との係合が解除された状態（「クラッチ解除状態」）へ変位する状態の模式図を示す。
本例では出力軸１２回りに解除トルク以上のトルクが掛かった場合に、係合凸部３７と係合凹部４２との係合が解除されるように設定されている。
【００５２】
クラッチ結合状態で出力軸１２に過大な外力が作用すると、クラッチディスク３８に回転力が掛かる。図１２（Ｂ）では、クラッチディスク３８に右方向へ回転させる回転力が掛かる。このようにクラッチディスク３８に回転力が掛かると、係合凸部３７と、係合凹部４２との係合によって、入力ディスク２８には回転駆動力Ｆｆが掛かる。そして、この回転駆動力Ｆｆによってクラッチディスク３８には、側壁５３の斜面方向に分力Ｆｇ（＝Ｆｆ・ｃｏｓθ）が掛かる。さらにクラッチディスク３８には、この分力Ｆｇによって出力軸１２の軸線方向に分力Ｆｉ（＝Ｆｇ・ｓｉｎθ＝Ｆｆ・ｃｏｓθ・ｓｉｎθ）が掛かる。
【００５３】
そして、このとき分力Ｆｉが所定値（コイルスプリング４４によって規定される付勢力）を超えると、図１２（Ｂ）に示すようにクラッチディスク３８が付勢力に抗して上方へ移動する。これにより、係合凸部３７が係合凹部４２から抜け出して係合状態が解除された「クラッチ解除状態」となる（図１４，図１５参照）。
クラッチ解除状態では、クラッチディスク３８，出力軸１２は、入力ディスク２８に対して空転する。
なお、クラッチディスク３８をクラッチ解除方向へ押し上げる分力Ｆｉは、側壁５１，５３の傾斜角度θの大きさによって設定できることが分かる。
【００５４】
本例では、このようにクラッチ結合状態からクラッチ解除状態に変位するときの解除トルクが所定範囲の値となるように設定されている。すなわち、解除トルクが低すぎると通常作動時に頻繁にクラッチ解除状態となり、乗員に不快感を与えたりウインドウガラス３を正常に払拭することができなかったりする不都合が生じる。また、解除トルクが高すぎると本来クラッチ解除状態となるべきときにクラッチ結合状態のままとなり、ワイパモータ９０内の内部機構である揺動機構９４やモータ本体９２を破損してしまうおそれがある。
【００５５】
図１３は、ワイパ装置Ｗを２種類の車両にそれぞれ適用し、所定条件で出力軸１２に作用したトルク（実測値）の時間変動を示している。この例では、時間「０」分にウインドウガラス３に対する散水を停止している。データＡ，Ｂはそれぞれ２種類の車両に対応している。なお、このワイパ装置Ｗに用いたワイパブレード２０２には、ブレード長の長い（５０ｃｍ程度）ものが装着されている。
【００５６】
図１３から分かるように、ウインドウガラス３表面が濡れた状態（ウェット状態）では２車両とも払拭負荷トルクは１（Ｎ・ｍ）程度と小さく、散水停止後数分の半乾燥状態（セミドライ状態）で２〜３（Ｎ・ｍ）程度と大きくなり、その後、乾燥状態（ドライ状態）で１．５〜２（Ｎ・ｍ）程度で略一定となる。すなわち、ウインドウガラス３表面がセミドライ状態のとき最も出力軸１２に作用する払拭負荷トルクが大きくなる。したがって、例えば、雨天走行中にトンネルに入った直後は、出力軸１２に掛かる払拭負荷トルクが大きくなる。
【００５７】
本例では、このように出力軸１２に作用する払拭負荷トルクが払拭面の状況によって予め想定した所定範囲内で変動しても、クラッチ装置１０が作動してクラッチ解除状態に変位しないように、上記解除トルク値が設定されている。すなわち、本例では、解除トルクは、往復払拭動作時にワイパブレード２０２に掛かる最大払拭負荷に相当する外力が出力軸１２に作用したときの最大払拭負荷トルク値（本例では３（Ｎ・ｍ））よりも大きな値に設定されている。なお、本例では、払拭負荷トルクに加え、払拭時の通常走行風による変動分を考慮して、少なくとも解除トルク値の最小値が３．５（Ｎ・ｍ）以上に設定されている。これにより、本例では、通常の作動状況でクラッチ装置１０が作動してしまうことが防止される。
【００５８】
また、本例では、上記解除トルク値は、モータ本体９２の回転軸１１０を拘束状態として出力軸１２を回転させたときに揺動機構９４やモータ本体９２を構成する各部材の何れかが破損するモータ破損トルク値（モータ強度）よりも小さな値に設定されている。
本例では、ウォームホイール１２８が樹脂製であるので、ウォームギヤ１２２と噛合するウォームホイール１２８の歯が最も破損し易い。このため、本例では、解除トルクは、ウォームホイール１２８が破損してしまうトルク値（本例では約２０（Ｎ・ｍ））よりも小さな値となるように設定されている。つまり、解除トルク値の最大値は、モータ破損トルク値未満である。これにより、本例では、出力軸１２に外力が掛かったときに、内部機構が破損する前に確実にクラッチ装置１０を作動させて内部機構を保護することができる。
【００５９】
また、本例では、上記解除トルク値が、出力軸１２の回動を拘束した状態において、モータ本体９２を最大出力で作動させたときに出力軸１２に掛かる最大モータ出力軸発生トルク値（本例では１０（Ｎ・ｍ））よりも大きく設定されている。
すなわち、積雪や凍結等によってワイパ２００がウインドウガラス３表面に拘束された状態でワイパ装置Ｗを作動させた場合、解除トルク値が、最大モータ出力軸発生トルク値以下であると、ワイパ２００が拘束されたまま、ワイパモータ９０内部の揺動機構９４およびモータ本体９２が作動音を発生させながら作動を継続することになり、乗員に不快感を与えるおそれがある。なお、モータ破損防止の観点から言うまでもないが、最大モータ出力軸発生トルク値は上記モータ破損トルク値よりも小さく設定されている。
【００６０】
しかしながら、本例では、解除トルク値が最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きな値に設定されているので、ワイパ２００が拘束された状態ではクラッチ装置１０は作動せず、クラッチ結合状態を保持することができ、最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きい特別な外力が作用したときのみクラッチ装置１０が作動してクラッチ解除状態とすることができる。これにより、頻繁なクラッチ切れを防止して、不要な作動音を発生させてしまうことを防止することができる。また、クラッチ切れの頻度を低減することにより、クラッチ装置１０の要耐久性を軽減することができる。
【００６１】
本例のワイパモータ９０では、出力軸１２に取付けられた係合ベース２０と、コイルスプリング４４と、クラッチディスク３８と、入力ディスク２８によって、クラッチ解除力（解除トルク値）の設定を容易に行うことが可能である。
すなわち、クラッチディスク３８の軸線方向移動に要する力は、入力ディスク２８の係合凸部３７およびクラッチディスク３８の係合凹部４２の側壁の傾斜角度θ、係合凸部３７および係合凹部４２の配設数、表面粗さや潤滑油等に起因する摩擦係数、コイルスプリング４４のバネ係数等を適宜に調整することにより容易に設定することができる。
【００６２】
例えば、係合凸部３７および係合凹部４２の側壁５１，５３の傾斜角度θ（図１２参照）を４５度程度にした場合に分力Ｆｉが最も大きくなり、クラッチ解除し易くすることができる。このように傾斜角度θを適宜に設定することにより、クラッチ解除力（すなわち、解除トルク）を所望の値に設定することができる。
【００６３】
次に、本例のワイパモータ９０の動作について説明する。
本例のワイパモータ９０では、通常の使用状態では、図６、図８，図９等に示すように、クラッチ装置１０が「クラッチ結合状態」となっている。すなわち、クラッチディスク３８はコイルスプリング４４によって入力ディスク２８側へ付勢されており、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とが係合した状態に維持される。
【００６４】
本例のワイパモータ９０では、モータ本体９２（アーマチャ１０８）は一方向のみへ回転するように構成されており、モータ本体９２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の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の往復揺動によって、入力ディスク２８が往復回転駆動される。
【００６５】
入力ディスク２８が往復回転駆動されると、係合凸部３７および係合凹部４２の係合によって入力ディスク２８からクラッチディスク３８へ回転駆動力が伝達される。そして、クラッチディスク３８は、供回りするように出力軸１２に取付けられているから、クラッチディスク３８へ伝達された回転駆動力はクラッチディスク３８から出力軸１２へ伝達され、出力軸１２はクラッチディスク３８および入力ディスク２８と共に往復回動する。
これにより、出力軸１２に連結されたワイパ２００が、出力軸１２の往復回動に伴ってウインドウガラス３表面を往復払拭動作する。
【００６６】
一方、ワイパ２００を介して出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用した場合、出力軸１２が逆転もしくは拘束される。この外力によって、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。
【００６７】
上述のように出力軸１２に掛かるトルクが所定の解除トルクを超えると、出力軸１２の回動と共にクラッチディスク３８が上方へ移動し、図１４，図１５に示すように係合凸部３７が係合凹部４２から抜け出して係合状態が解除される。係合状態の解除により、クラッチディスク３８，出力軸１２は、入力ディスク２８に対して空転する。
【００６８】
出力軸１２の空転により、クラッチ装置１０の各部品、あるいは入力ディスク２８に接続されたセクタギヤ１３２，保持レバー１３８，ウォームホイール１２８等の揺動機構９４の各部品の破損を防止することができる。これにより、本例のワイパモータ９０では、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り、設定強度を低減して軽量化を図ることができる。
【００６９】
したがって、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２００に当たり大きな外力がワイパモータ９０に作用する等、ワイパ２００を介して出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用する蓋然性が高い車両（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）に、本例のワイパモータ９０を適用すると好適である。
【００７０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付与し、重複する説明は省略する。
図１６に示すワイパモータ１５０は、モータ本体９２と、伝達機構１５２と、クラッチ装置２１０とを主要構成要素としている。
上記実施形態では、ワイパモータ９０は、モータ本体９２（アーマチャ１０８）を同一方向に連続回転させ、揺動機構９４によって出力軸１２を揺動運動させていたが、本例のワイパモータ１５０は、モータ本体９２（アーマチャ１０８）自体を所定回転角度毎に正逆回転させて、出力軸１２を揺動運動させるものである。
【００７１】
本例の伝達機構１５２は、上記実施形態におけるセクタギヤ１３２や保持レバー１３８は設けられておらず、ウォームギヤ１２２及びウォームホイール３２８によって構成されている。
図１７に示すように、本例では、ウォームホイール３２８と入力ディスク２２８とが同心的に一体に結合されている。この入力ディスク２２８と一体化されたウォームホイール３２８に、ウォームギヤ１２２が噛合している。
本例の入力ディスク２２８は、入力ディスク２８と同様、上面には側壁２５１を有する４つの係合凸部２３７が突設されているが、入力ディスク２８と異なり、下面側にはギヤ歯３４は設けられていない。そして、本例では、円周面２３６の下縁部に連続するようにして、ギヤ歯３４に相当する位置に、ウォームホイール３２８が設けられている。
【００７２】
本例では、入力ディスク２２８は摩耗や変形防止のため金属製となっており、ウォームホイール３２８はウォームギヤ１２２との噛合音を低減するために樹脂製となっている。これらは、接着等によって一体に組みつけてもよいし、インサート成形にて一体に形成してもよい。
【００７３】
このワイパモータ１５０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３２８へ回転力が伝達されてウォームホイール３２８および入力ディスク２２８が回動する。
通常の使用状態では係合凸部２３７が係合凹部５３に係合しているから、ウォームホイール３２８および入力ディスク２２８が回動すると、クラッチディスク３８は、これらと共に一体に回動する。これにより、クラッチディスク３８および出力軸１２に固定されたワイパ２００が往復払拭動作を行う。
【００７４】
出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用して出力軸１２が逆転もしくは拘束されたときに、クラッチ結合状態からクラッチ解除状態となるのは、上記実施形態と同様である。クラッチ解除状態となると、出力軸１２がウォームホイール３２８および入力ディスク２２８に対して空転する。これにより、クラッチ装置２１０の各部品、あるいはウォームホイール３２８に接続されたウォームギヤ１２２等の伝達機構１５２の各部品の破損を防止することができる。また、このような過大な外力（荷重）の作用を想定して各部品を過度に高強度設定する必要がなくなる。
【００７５】
また、本例のワイパモータ１５０においても、上記実施形態と同様に、クラッチ装置２１０が「クラッチ解除」した場合、すなわち出力軸１２がモータ本体９２に対して空回りした場合であっても、係合ベース２０とストッパ突起１４２との当接位置を設定することにより、その後にモータ本体９２を動作させることで自動的に原点復帰を行い、再び出力軸１２をモータ本体９２側に定位置で連結して（クラッチ接続して）通常の駆動運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係るワイパ装置の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るワイパモータの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るワイパモータの一部を透視した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るワイパモータの分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るワイパモータの平断面図である。
【図６】図５の５−５線に沿ったワイパモータの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るワイパモータの平断面図である。
【図８】図７の７−７線に沿ったワイパモータの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るワイパモータのクラッチ結合状態における主要部分の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の分解斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の係合状態を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るワイパ装置においてワイパモータの出力軸に作用する払拭負荷トルクの時間変動を示すグラフである。
【図１４】図８に対応するクラッチ解除状態におけるワイパモータの断面図である。
【図１５】図９に対応するクラッチ解除状態における主要部分の説明図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係るワイパモータの平断面図である。
【図１７】図１６のワイパモータのクラッチ装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
１‥車両ボディ、２‥通孔、３‥ウインドウガラス、１０‥クラッチ装置、
１２‥出力軸、１３‥円柱部、１４‥相対回転規制部、１６‥回止部、
１８‥抜止部、２０‥係合ベース、２２‥支持孔、２６‥ストッパ部、
２８‥入力ディスク、３０‥軸孔、３２‥クリップ、４‥ギヤ歯、
３５‥連結壁、３６‥円周面、３７‥係合凸部、３８‥クラッチディスク、
４０‥軸孔、４２‥係合凹部、４４‥コイルスプリング、５０‥軸受部材、
５１，５３‥側壁、５２‥軸受部材、９０‥ワイパモータ、９２‥モータ本体、
９４‥揺動機構、９６‥ハウジング、９８‥ヨークハウジング、１００‥底壁、
１０２，１０６‥軸受、１０４‥エンドハウジング、１０８‥アーマチャ、
１１０‥回転軸、１１２‥マグネット、１１４‥ブラシ、１１６‥コンミテータ、
１１８‥ピッグテール、１２０‥カップリング、１２２‥ウォームギヤ、
１２４，１２６‥軸受、１２８‥ウォームホイール、１３０‥回転軸、
１３２‥セクタギヤ、１３４‥支軸、１３６‥歯部、１３８‥保持レバー、
１４０‥支軸、１４２‥ストッパ突起、１４４，１４６‥回転制限部、
１４７‥摺動部材、１４８‥カバープレート、１５０‥ワイパモータ、
１５２‥伝達機構、２００‥ワイパ、２０１‥ワイパアーム、
２０２‥ワイパブレード、２１０‥クラッチ装置、２２８‥入力ディスク、
２３６‥円周面、２３７‥係合凸部、２５１‥側壁、３２８‥ウォームホイール、
Ｗ‥ワイパ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイパモータおよびワイパ装置に係り、特に過大な負荷トルクが出力軸に作用したときに、出力軸とモータ本体との間の連結を遮断可能なクラッチ機構を内蔵するワイパモータおよび該ワイパモータを備えたワイパ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のウインドウガラスを往復払拭するワイパ装置では、ワイパアームの動作が妨げられワイパモータの出力軸に過大な負荷が作用すると、ワイパモータに内蔵されている揺動機構や減速機構等が破損してしまうおそれがある。これを防止するため、揺動機構や減速機構等を構成する各部材には、過大な負荷が出力軸に作用することを想定して強度設計が行われていた。このため、従来、ワイパモータは大型かつ重量が大きいものとなっていた。
【０００３】
そこで、本出願人は、出力軸に過大な負荷が作用したときに、出力軸から揺動機構や減速機構等への負荷の伝達を遮断するためのクラッチ装置を内蔵したワイパモータを提案している（例えば、特許文献１参照）。このようにクラッチ機構を内蔵させることにより、出力軸に作用した過大な負荷が揺動機構やモータ本体に伝達されないので、上記各機構を構成する部材の設計強度を低減することができ、小型軽量で安価なワイパモータを構成することが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５１８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ワイパ作動時にワイパブレードに掛かる払拭負荷が変動して大きくなった場合（通常払拭動作時の予め想定した範囲内の負荷変動が出力軸周りに作用した場合）に、この払拭負荷によってクラッチ機構が作動し、出力軸と揺動機構等とが頻繁に切り離されてしまうおそれがあった。このように払拭負荷変動によってクラッチ機構が作動すると、意図しないときにワイパブレードが払拭面の払拭を停止してしまうという問題が生じる。
【０００６】
また、ワイパブレードが積雪や凍結等によってウインドウガラスに拘束されている状態でワイパ装置を作動させた場合に、クラッチ機構が作動して出力軸とモータ本体側とが切り離されてしまうと、ワイパモータ内ではモータ本体が揺動機構等を作動させ続けることになる。これにより、拘束期間中、継続的に発生する作動音によって乗員に不快感を与えるおそれがあった。
【０００７】
一方、クラッチ機構の作動負荷（解除トルク）が高すぎると、クラッチ機構が作動する前に出力軸側からの外力によって、ワイパモータ内で設計強度の低減された構成部材が破損してしまうおそれがあった。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、適正な外的負荷によってクラッチ機構を作動させることにより、小型軽量化および内部機構の保護を図ることができるワイパモータおよびワイパ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ワイパアームが連結される出力軸をモータ本体の駆動力によって往復回動させて、ワイパアームの先端に取付けられるワイパブレードで払拭面を往復払拭するためのワイパモータにおいて、前記出力軸と、前記モータ本体の回転軸に連結され前記モータ本体の回転出力を伝達する伝達機構と、の間には、外力によって前記出力軸回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、前記伝達機構に対して前記出力軸を空転させて、前記モータ本体側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能なクラッチ機構が設けられ、該クラッチ機構は、往復払拭動作時にワイパブレードに掛かる最大払拭負荷として設定した外力が前記出力軸に作用したときの該出力軸周りのトルク値を最大払拭負荷トルク値とするとき、前記解除トルク値が、前記最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定されたことを特徴とする。
【００１０】
このように本発明のワイパモータでは、出力軸と伝達機構との間にクラッチ機構が設けられ、このクラッチ機構は、所定値以上の解除トルクが出力軸回りに掛かったときに作動するように設定されている。そして、この解除トルクは、ワイパブレードに掛かる最大払拭負荷として設定した外力が出力軸に作用したときの出力軸周りのトルク値を最大払拭負荷トルク値とし、この最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定されているから、通常の払拭動作において特別な外力が作用しない限り、クラッチ機構は作動しないようになっている。
【００１１】
これにより、本発明においては、ワイパモータ内のクラッチ機構が、払拭面状態や払拭時の通常走行風による抵抗など払拭負荷の想定内の変動によって、頻繁に作動してしまうことを防止することができる。
また、本発明では、クラッチ機構の頻繁な作動を防止することができる範囲において、解除トルクを小さな値にすることが可能である。これにより、本発明では、ワイパモータ内の伝達機構やモータ本体の強度を低く設定することが可能となり、ワイパモータの小型軽量化を図ることができる。
【００１２】
また、前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体の回転軸を拘束状態として前記出力軸を回転させたときに前記伝達機構が破損するモータ破損トルク値よりも小さな値に設定されたことを特徴とする。
このように本発明では、解除トルク値がモータ破損トルク値よりも小さな値に設定されるので、外力によってワイパモータの内部機構が破損してしまうことを確実に防止することができる。
【００１３】
また、前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体を最大出力で作動させたときに前記出力軸に掛かる最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きく設定されたことを特徴とする。
このように本発明では、クラッチ機構を作動させるための最小トルク値を、モータ本体の最大出力時に出力軸を拘束するのに必要な出力軸回りのトルク値よりも大きな値に設定することで、出力軸が拘束されているときに、モータ本体が最大出力で駆動してもクラッチ機構は作動せず、特別な外力が作用したときにのみクラッチ機構が作動し、頻繁にクラッチ切れが生じるのを防止することができる。
【００１４】
また、本発明のワイパ機構は、上記ワイパモータと、該ワイパモータの出力軸に連結されたワイパアームと、該ワイパアームの先端に取付けられたワイパブレードと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、出力軸と伝達機構との間にクラッチ機構を設け、このクラッチ機構の作動トルク（解除トルク）を出力軸に作用する最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定することで、ワイパモータの小型軽量化を図ると共に、頻繁なクラッチ切れを防止することができる。さらに、解除トルク値を最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きく設定することで、出力軸の回動拘束時においても、不要なクラッチ切れを防止することができる。また、解除トルク値をモータ破損トルク値未満に設定することにより、ワイパモータの内部機構の保護と共に小型軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図１５は本発明の一実施形態に係るものであり、図１はワイパ装置の説明図、図２はワイパモータの斜視図、図３はワイパモータの一部を透視した斜視図、図４はワイパモータの分解斜視図、図５，図７はワイパモータの平断面図、図６は図５の５−５線に沿ったワイパモータの断面図、図８は図７の７−７線に沿ったワイパモータの断面図、図９はワイパモータのクラッチ結合状態における主要部分の説明図である。図１０，図１１はクラッチ装置の分解斜視図、図１２はクラッチ装置の係合状態を示す説明図、図１３はワイパ装置においてワイパモータの出力軸に作用する払拭負荷トルクの時間変動を示すグラフ、図１４は図８に対応するクラッチ解除状態におけるワイパモータの断面図、図１５は図９に対応するクラッチ解除状態における主要部分の説明図である。また、図１６は本発明の他の実施形態に係るワイパモータの平断面図、図１７は図１６のワイパモータのクラッチ装置の分解斜視図である。
【００１７】
図１に本発明の一実施形態に係るワイパ装置Ｗを示す。本例のワイパ装置Ｗは、車両ボディ１内に配設されたワイパ駆動用モータであるワイパモータ９０（図２等参照）と、ワイパモータ９０に連結されたワイパ２００とを主要構成要素としている。
ワイパモータ９０は、車両ボディ１に形成された通孔２から出力軸１２を外部へ突出させた状態で車両ボディ１内に配設されている。
本例では、ワイパ２００は、ワイパアーム２０１と、ワイパブレード２０２を有している。ワイパアーム２０１は、その基端部が出力軸１２に固定されており、また、その先端部にはワイパブレード２０２が回動可能に取付けられている。
【００１８】
常時は、ワイパブレード２０２は、ワイパアーム２０１に設けられた不図示の付勢手段によって払拭面であるウインドウガラス３側へ付勢され、ウインドウガラス３と当接した状態に保持されている。ワイパモータ９０が作動すると、ワイパアーム２０１およびワイパブレード２０２は、出力軸１２を回動中心として所定角度範囲内を揺動する。これによりワイパブレード２０２は、ウインドウガラス３表面を往復払拭可能となっている。
【００１９】
図２〜図９等に示すように、ワイパモータ９０は、モータ本体９２と、揺動機構（伝達機構）９４と、クラッチ装置１０とを備えている。
本例のクラッチ装置１０は、出力軸１２を有して構成されており、後述するように、出力軸１２に作用する外力によって出力軸１２回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、揺動機構９４に対して出力軸１２を空転させて、モータ本体９２側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能となっている。
【００２０】
本例では、モータ本体９２は、ヨークハウジング９８内にアーマチャ１０８等が配設されて構成されており、このヨークハウジング９８には凹状のハウジング９６が連結されている。このハウジング９６は、内部に揺動機構９４とクラッチ装置１０を収容した状態で、開口側（裏面側）がカバープレート１４８によって閉塞されている。
【００２１】
本例のヨークハウジング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、開口側にハウジング９６が一体的に取り付けられている。
【００２２】
ヨークハウジング９８の開口側には、絶縁樹脂製のエンドハウジング１０４が固定されている。このエンドハウジング１０４の中央部分には軸受１０６が配置されている。また、ヨークハウジング９８の底壁１００の膨出部には、軸受１０２が配置されている。
アーマチャ１０８は、その回転軸１１０が軸受１０２，１０６によって回転自在に支承された状態でヨークハウジング９８内に収容されている。また、ヨークハウジング９８の内周壁には、アーマチャ１０８に対向するようにマグネット１１２が固着されている。
【００２３】
また、エンドハウジング１０４には、ブラシケースを介して角柱状のブラシ１１４が保持されている。ブラシ１１４は、不図示の付勢手段によってアーマチャ１０８のコンミテータ１１６側に付勢されており、先端部がコンミテータ１１６に摺接可能となっている。ブラシ１１４には連結用ピッグテール１１８が取付けられており、ブラシ１１４はピッグテール１１８を介して給電用の接続線に接続されている。
【００２４】
モータ本体９２（アーマチャ１０８）の回転軸１１０は、ハウジング９６内に突出した一端側にカップリング１２０が取付けられており、このカップリング１２０を介して揺動機構９４のウォームギヤ１２２に連結されている。
揺動機構９４は、ウォームギヤ１２２と、樹脂製のウォームホイール１２８と、セクタギヤ１３２と、保持レバー１３８等を備えて構成されている。ウォームギヤ１２２とウォームホイール１２８は減速機構を構成し、さらにウォームホイール１２８，セクタギヤ１３２，保持レバー１３８は、揺動機構を構成する。
【００２５】
ウォームギヤ１２２は、その両端部がハウジング９６に設けられた軸受１２４，１２６によって回転自在に支承されている。
ハウジング９６には、ウォームギヤ１２２（回転軸１１０）の軸線と略垂直であって、出力軸１２の軸線と略平行に、回転軸１３０が設けられている。ウォームホイール１２８は、ウォームギヤ１２２と噛合した状態で、回転軸１３０に回動可能に取付けられている。
【００２６】
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。すなわち、ウォームホイール１２８の裏面（カバープレート１４８側）には、回転軸１３０と異なる位置（径方向に変位した位置）に支軸１３４が突設されており、この支軸１３４にセクタギヤ１３２の一端が回転自在に連結されている。
また、セクタギヤ１３２の他端側裏面には支軸１４０が突設されており、セクタギヤ１３２には、この支軸１４０を略中心として扇型状に歯部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と噛合している。
【００２７】
支軸１４０には、保持レバー１３８の一端が回動可能に連結されている。保持レバー１３８の他端は入力ディスク２８の回転中心部分（すなわち出力軸１２）に回転自在に連結されている。これにより、支軸１４０と出力軸１２との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、入力ディスク２８が往復回転駆動される。これにより、入力ディスク２８と連動して出力軸１２が往復回動し、出力軸１２の先端に固定されたワイパ２００がウインドウガラス３表面を往復払拭する。
【００２８】
なお、保持レバー１３８の裏面には、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、セクタギヤ１３２の往復揺動時にカバープレート１４８と摺接可能となっている（図８等参照）。これにより、保持レバー１３８は、厚さ方向（出力軸１２の軸線方向）の移動が規制されている。
なお、本例のように出力軸１２にワイパ２００を直接的に連結する場合に限らず、リンクやロッド等を介して間接的に連結する構成としても良い。
【００２９】
図１０，図１１に示すように、本例のクラッチ装置１０は、出力軸１２と、係合ベース２０と、付勢手段としてのコイルスプリング４４と、クラッチディスク３８と、入力ディスク２８を主要構成要素としている。係合ベース２０，コイルスプリング４４，クラッチディスク３８，入力ディスク２８は、クラッチ機構に相当する。
【００３０】
本例の出力軸１２は、先端側（図１０では上側）が断面円形に形成された円柱部１３であり、基端側（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」）に形成された相対回転規制部１４となっている。
【００３１】
出力軸１２の円柱部１３は、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（図６参照）。一方、相対回転規制部１４の先端側（円柱部１３側）には回止部１６が設けられ、基端部突端には抜止部１８が設けられている。回止部１６は、円周面に周方向にわたって軸線方向に沿う複数の突条が形成されたものであり、抜止部１８は円周面に出力軸１２の軸線方向と略直交する方向に設けられた浅溝である。
【００３２】
本例では、クラッチ装置１０は、出力軸１２の基端部側の相対回転規制部１４に係合ベース２０，コイルスプリング４４，クラッチディスク３８，入力ディスク２８がこの順に挿入され、抜止部１８に抜止めクリップ３２が取り付けられることにより抜け止めされた状態で一体化され、一体部品として取り扱い可能となっている。
【００３３】
本例の係合ベース２０は、中央部分に支持孔２２が形成された円盤状の部材であり、その周縁には、径方向（出力軸１２の径方向）に突出するようにストッパ部２６が設けられている。支持孔２２は、出力軸１２の相対回転規制部１４に対応するように断面略矩形（断面ダブルＤカット形状）に形成されている。
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は、支持孔２２に出力軸１２が挿入され、出力軸１２に対して同軸的に固着されている。これにより、係合ベース２０は、出力軸１２に対して軸線方向に移動不能な状態で、出力軸１２と一体回転するようになっている。
【００３４】
なお、本例では出力軸１２と係合ベース２０とを別体に形成してこれらを一体に固着する構成であるが、これに限らず、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。
【００３５】
本例では、ハウジング９６には、円弧状のストッパ突起１４２が配設されている（図５〜図８等参照）。このストッパ突起１４２は、ストッパ部２６の回動軌跡内に沿って配設されており、ストッパ突起１４２の周方向の一端部，他端部はそれぞれ回転制限部１４４，１４６となっている。すなわち、ストッパ突起１４２の回転制限部１４４，１４６は、それぞれストッパ部２６と当接可能となっており、ストッパ部２６が回転制限部１４４，１４６と当接すると、係合ベース２０はそれ以上の回転が阻止される。
このように、係合ベース２０の回動範囲がストッパ突起１４２によって規制されており、これによりワイパ２００の揺動範囲も所定角度範囲に規制されている。
【００３６】
本例のクラッチディスク３８は、中央部に相対回転規制部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が形成された円板状の部材である。本例では、このクラッチディスク３８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。
クラッチディスク３８は、軸孔４０に出力軸１２（相対回転規制部１４）が挿入され、出力軸１２に対して軸線回りに回転不能で常に出力軸１２と一体的に回転すると共に、出力軸１２の軸線方向に沿って移動可能となっている。
【００３７】
クラッチディスク３８の裏面側（入力ディスク２８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、後述する入力ディスク２８の４つの係合凸部３７に対応して設けられている。
本例では、係合凹部４２は、クラッチディスク３８に対して同心状に形成されると共に、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）形成されている。
係合凹部４２は、開口側（裏面側）が周方向に拡開するように断面略台形状に形成されている。したがって、係合凹部４２の側壁５３は、所定角度傾斜するように形成されている。
【００３８】
コイルスプリング４４は、その上端部，下端部がそれぞれ係合ベース２０の下面，クラッチディスク３８の上面と当接し、クラッチディスク３８を係合ベース２０に対して出力軸１２の軸線方向下方（入力ディスク２８側）へ付勢している。すなわち、コイルスプリング４４は、後述するように、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との係合状態が、所定の解除トルク未満では解除されないようにクラッチディスク３８を入力ディスク２８へ押し付けている。
【００３９】
また、係合凸部３７が係合凹部４２から抜け出した係合解除状態であっても、コイルスプリング４４による付勢力によって、係合凸部３７がクラッチディスク３８の裏面に押し付けられるので、これらの間に所定の摩擦力が生じる。これにより、係合解除状態でも、所定の場合には入力ディスク２８とクラッチディスク３８とが供回り可能に構成されている。
【００４０】
なお、本例ではコイルスプリング４４を用いて入力ディスク２８とクラッチディスク３８の係合状態を保持しているが、これに限らず、ウエーブワッシャ，板バネ，ゴム部材等の付勢手段を用いてもよい。また、入力ディスク２８とクラッチディスク３８とが磁力によって引き合うように構成してもよい。
【００４１】
また、本例では、通常状態（クラッチディスク３８が係合ベース２０側へ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によってクラッチディスク３８が入力ディスク２８側へ付勢された構成となっているが、これに限らず、係合状態から係合解除状態へ移行すべく、クラッチディスク３８が係合ベース２０側へ移動したときだけ、コイルスプリング４４によってクラッチディスク３８が付勢される構成としてもよい。
【００４２】
本例の入力ディスク２８は、中央部分に断面略円形の軸孔３０が形成された円板状の部材である。本例では、この入力ディスク２８は、クラッチディスク３８と同様に、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は、軸孔３０に出力軸１２が同軸的に挿通されており、出力軸１２によって回転自在に支承されている。また、入力ディスク２８は、後述するギヤ歯３４よりも大径で出力軸１２と同心である円周面３６が、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（図６等参照）。
【００４３】
また、入力ディスク２８の表面側には、その周縁部に係合ベース２０側（クラッチディスク３８側）へ４つの係合凸部３７が突設されている。
これら４つの係合凸部３７は、入力ディスク２８に対して同心状に形成されると共に、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、上述のようにクラッチディスク３８の係合凹部４２に対応して形成されたものであり、入力ディスク２８とクラッチディスク３８が所定の相対回転位置にあるときのみ、これらの係合凸部３７が係合凹部４２に嵌入可能となっている。
係合凸部３７は、先端側ほど周方向に幅狭となるように断面略台形に形成されている。したがって、係合凸部３７の側壁５１は、所定角度傾斜するように形成されている。
【００４４】
入力ディスク２８の裏面側の外周には、ギヤ歯３４が形成されている。このギヤ歯３４はセクタギヤ１３２と噛合しており、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は出力軸１２回りに回転する。そして、係合凸部３７が係合凹部４２に嵌入した状態では、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、入力ディスク２８とクラッチディスク３８が連動して回転するようになっている。
【００４５】
また、入力ディスク２８の裏面には、ギヤ歯３４の軸線方向上側（係合ベース２０側）の端部を連結するように連結壁３５が形成されている。この連結壁３５と保持レバー１３８は、セクタギヤ１３２の歯部１３６の厚さ方向両側を挟み込んでいる。すなわち、連結壁３５と保持レバー１３８が歯部１３６の厚さ方向に対向しており、これらの間に歯部１３６が挟みこまれている。これにより、歯部１３６は厚さ方向の移動が制限されている。
【００４６】
なお、本例では、上述の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が係合可能なのは、入力ディスク２８とクラッチディスク３８が所定の相対回転位置にあるときのみである。すなわち、上記所定回転位置以外では、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に対応しないので、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）。
【００４７】
したがって、後述するように出力軸１２に所定値以上の解除トルクが掛かってクラッチ装置１０が作動し、入力ディスク２８とクラッチディスク３８との係合状態が解除された場合には、解除トルクが除去された後にワイパモータ９０を作動させれば、再び入力ディスク２８の係合凸部３７が、それぞれ対応するクラッチディスク３８の係合凹部４２にのみ嵌入し、入力ディスク２８とクラッチディスク３８は定位置に復帰する。このように、本例では、クラッチ装置１０の入出力側の位置関係、すなわちウォームホイール１２８とワイパ２００との位置関係を自動的に元に戻し、その後、通常運転を行うことができる。
【００４８】
図１２（Ａ）に、通常作動時において係合凸部３７と係合凹部４２とが係合した状態（「クラッチ結合状態」）の模式図を示す。図１２における説明では、理解の容易のため入力ディスク２８とクラッチディスク３８との摩擦力を考慮していない。
本例では、係合凸部３７と係合凹部４２は、それぞれ周方向に対称に形成されており、それぞれ側壁５１，５３が出力軸１２の軸線方向（図１２ではＺ方向）に対して角度θ度傾斜して形成されている。
【００４９】
係合状態で入力ディスク２８が図中右方向へ回転すると、クラッチディスク３８には入力ディスク２８から回転伝達力Ｆａを受ける。この回転伝達力Ｆａによって、クラッチディスク３８には逆向きの反作用力Ｆｂが掛かる。そして、この反作用力Ｆｂによって、クラッチディスク３８には側壁５３の斜面方向に分力Ｆｃ（＝Ｆｂ・ｃｏｓθ）が掛かる。さらにクラッチディスク３８には、この分力Ｆｃによって出力軸１２の軸線方向に分力Ｆｅ（＝Ｆｃ・ｓｉｎθ＝Ｆｂ・ｃｏｓθ・ｓｉｎθ）が掛かる。
しかし、この分力Ｆｅは、コイルスプリング４４によってクラッチディスク３８へ作用する下向きの力以下の大きさであるので、クラッチディスク３８は斜面方向にスライドすることなく、入力ディスク２８と連動して回動する。
【００５０】
なお、入力ディスク２８の係合凸部３７，クラッチディスク３８の係合凹部４２のそれぞれの側壁５１，５３を共に傾斜面とする構成に限らず、少なくとも何れか一方に、傾斜面を形成する構成としてもよい。この場合であっても、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Ｆａによってクラッチディスク３８に出力軸１２軸線方向に沿った分力を生じせしめることができる。
【００５１】
また、図１２（Ｂ）に、出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用して、係合凸部３７と係合凹部４２との係合が解除された状態（「クラッチ解除状態」）へ変位する状態の模式図を示す。
本例では出力軸１２回りに解除トルク以上のトルクが掛かった場合に、係合凸部３７と係合凹部４２との係合が解除されるように設定されている。
【００５２】
クラッチ結合状態で出力軸１２に過大な外力が作用すると、クラッチディスク３８に回転力が掛かる。図１２（Ｂ）では、クラッチディスク３８に右方向へ回転させる回転力が掛かる。このようにクラッチディスク３８に回転力が掛かると、係合凸部３７と、係合凹部４２との係合によって、入力ディスク２８には回転駆動力Ｆｆが掛かる。そして、この回転駆動力Ｆｆによってクラッチディスク３８には、側壁５３の斜面方向に分力Ｆｇ（＝Ｆｆ・ｃｏｓθ）が掛かる。さらにクラッチディスク３８には、この分力Ｆｇによって出力軸１２の軸線方向に分力Ｆｉ（＝Ｆｇ・ｓｉｎθ＝Ｆｆ・ｃｏｓθ・ｓｉｎθ）が掛かる。
【００５３】
そして、このとき分力Ｆｉが所定値（コイルスプリング４４によって規定される付勢力）を超えると、図１２（Ｂ）に示すようにクラッチディスク３８が付勢力に抗して上方へ移動する。これにより、係合凸部３７が係合凹部４２から抜け出して係合状態が解除された「クラッチ解除状態」となる（図１４，図１５参照）。
クラッチ解除状態では、クラッチディスク３８，出力軸１２は、入力ディスク２８に対して空転する。
なお、クラッチディスク３８をクラッチ解除方向へ押し上げる分力Ｆｉは、側壁５１，５３の傾斜角度θの大きさによって設定できることが分かる。
【００５４】
本例では、このようにクラッチ結合状態からクラッチ解除状態に変位するときの解除トルクが所定範囲の値となるように設定されている。すなわち、解除トルクが低すぎると通常作動時に頻繁にクラッチ解除状態となり、乗員に不快感を与えたりウインドウガラス３を正常に払拭することができなかったりする不都合が生じる。また、解除トルクが高すぎると本来クラッチ解除状態となるべきときにクラッチ結合状態のままとなり、ワイパモータ９０内の内部機構である揺動機構９４やモータ本体９２を破損してしまうおそれがある。
【００５５】
図１３は、ワイパ装置Ｗを２種類の車両にそれぞれ適用し、所定条件で出力軸１２に作用したトルク（実測値）の時間変動を示している。この例では、時間「０」分にウインドウガラス３に対する散水を停止している。データＡ，Ｂはそれぞれ２種類の車両に対応している。なお、このワイパ装置Ｗに用いたワイパブレード２０２には、ブレード長の長い（５０ｃｍ程度）ものが装着されている。
【００５６】
図１３から分かるように、ウインドウガラス３表面が濡れた状態（ウェット状態）では２車両とも払拭負荷トルクは１（Ｎ・ｍ）程度と小さく、散水停止後数分の半乾燥状態（セミドライ状態）で２〜３（Ｎ・ｍ）程度と大きくなり、その後、乾燥状態（ドライ状態）で１．５〜２（Ｎ・ｍ）程度で略一定となる。すなわち、ウインドウガラス３表面がセミドライ状態のとき最も出力軸１２に作用する払拭負荷トルクが大きくなる。したがって、例えば、雨天走行中にトンネルに入った直後は、出力軸１２に掛かる払拭負荷トルクが大きくなる。
【００５７】
本例では、このように出力軸１２に作用する払拭負荷トルクが払拭面の状況によって予め想定した所定範囲内で変動しても、クラッチ装置１０が作動してクラッチ解除状態に変位しないように、上記解除トルク値が設定されている。すなわち、本例では、解除トルクは、往復払拭動作時にワイパブレード２０２に掛かる最大払拭負荷に相当する外力が出力軸１２に作用したときの最大払拭負荷トルク値（本例では３（Ｎ・ｍ））よりも大きな値に設定されている。なお、本例では、払拭負荷トルクに加え、払拭時の通常走行風による変動分を考慮して、少なくとも解除トルク値の最小値が３．５（Ｎ・ｍ）以上に設定されている。これにより、本例では、通常の作動状況でクラッチ装置１０が作動してしまうことが防止される。
【００５８】
また、本例では、上記解除トルク値は、モータ本体９２の回転軸１１０を拘束状態として出力軸１２を回転させたときに揺動機構９４やモータ本体９２を構成する各部材の何れかが破損するモータ破損トルク値（モータ強度）よりも小さな値に設定されている。
本例では、ウォームホイール１２８が樹脂製であるので、ウォームギヤ１２２と噛合するウォームホイール１２８の歯が最も破損し易い。このため、本例では、解除トルクは、ウォームホイール１２８が破損してしまうトルク値（本例では約２０（Ｎ・ｍ））よりも小さな値となるように設定されている。つまり、解除トルク値の最大値は、モータ破損トルク値未満である。これにより、本例では、出力軸１２に外力が掛かったときに、内部機構が破損する前に確実にクラッチ装置１０を作動させて内部機構を保護することができる。
【００５９】
また、本例では、上記解除トルク値が、出力軸１２の回動を拘束した状態において、モータ本体９２を最大出力で作動させたときに出力軸１２に掛かる最大モータ出力軸発生トルク値（本例では１０（Ｎ・ｍ））よりも大きく設定されている。
すなわち、積雪や凍結等によってワイパ２００がウインドウガラス３表面に拘束された状態でワイパ装置Ｗを作動させた場合、解除トルク値が、最大モータ出力軸発生トルク値以下であると、ワイパ２００が拘束されたまま、ワイパモータ９０内部の揺動機構９４およびモータ本体９２が作動音を発生させながら作動を継続することになり、乗員に不快感を与えるおそれがある。なお、モータ破損防止の観点から言うまでもないが、最大モータ出力軸発生トルク値は上記モータ破損トルク値よりも小さく設定されている。
【００６０】
しかしながら、本例では、解除トルク値が最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きな値に設定されているので、ワイパ２００が拘束された状態ではクラッチ装置１０は作動せず、クラッチ結合状態を保持することができ、最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きい特別な外力が作用したときのみクラッチ装置１０が作動してクラッチ解除状態とすることができる。これにより、頻繁なクラッチ切れを防止して、不要な作動音を発生させてしまうことを防止することができる。また、クラッチ切れの頻度を低減することにより、クラッチ装置１０の要耐久性を軽減することができる。
【００６１】
本例のワイパモータ９０では、出力軸１２に取付けられた係合ベース２０と、コイルスプリング４４と、クラッチディスク３８と、入力ディスク２８によって、クラッチ解除力（解除トルク値）の設定を容易に行うことが可能である。
すなわち、クラッチディスク３８の軸線方向移動に要する力は、入力ディスク２８の係合凸部３７およびクラッチディスク３８の係合凹部４２の側壁の傾斜角度θ、係合凸部３７および係合凹部４２の配設数、表面粗さや潤滑油等に起因する摩擦係数、コイルスプリング４４のバネ係数等を適宜に調整することにより容易に設定することができる。
【００６２】
例えば、係合凸部３７および係合凹部４２の側壁５１，５３の傾斜角度θ（図１２参照）を４５度程度にした場合に分力Ｆｉが最も大きくなり、クラッチ解除し易くすることができる。このように傾斜角度θを適宜に設定することにより、クラッチ解除力（すなわち、解除トルク）を所望の値に設定することができる。
【００６３】
次に、本例のワイパモータ９０の動作について説明する。
本例のワイパモータ９０では、通常の使用状態では、図６、図８，図９等に示すように、クラッチ装置１０が「クラッチ結合状態」となっている。すなわち、クラッチディスク３８はコイルスプリング４４によって入力ディスク２８側へ付勢されており、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とが係合した状態に維持される。
【００６４】
本例のワイパモータ９０では、モータ本体９２（アーマチャ１０８）は一方向のみへ回転するように構成されており、モータ本体９２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の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の往復揺動によって、入力ディスク２８が往復回転駆動される。
【００６５】
入力ディスク２８が往復回転駆動されると、係合凸部３７および係合凹部４２の係合によって入力ディスク２８からクラッチディスク３８へ回転駆動力が伝達される。そして、クラッチディスク３８は、供回りするように出力軸１２に取付けられているから、クラッチディスク３８へ伝達された回転駆動力はクラッチディスク３８から出力軸１２へ伝達され、出力軸１２はクラッチディスク３８および入力ディスク２８と共に往復回動する。
これにより、出力軸１２に連結されたワイパ２００が、出力軸１２の往復回動に伴ってウインドウガラス３表面を往復払拭動作する。
【００６６】
一方、ワイパ２００を介して出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用した場合、出力軸１２が逆転もしくは拘束される。この外力によって、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。
【００６７】
上述のように出力軸１２に掛かるトルクが所定の解除トルクを超えると、出力軸１２の回動と共にクラッチディスク３８が上方へ移動し、図１４，図１５に示すように係合凸部３７が係合凹部４２から抜け出して係合状態が解除される。係合状態の解除により、クラッチディスク３８，出力軸１２は、入力ディスク２８に対して空転する。
【００６８】
出力軸１２の空転により、クラッチ装置１０の各部品、あるいは入力ディスク２８に接続されたセクタギヤ１３２，保持レバー１３８，ウォームホイール１２８等の揺動機構９４の各部品の破損を防止することができる。これにより、本例のワイパモータ９０では、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り、設定強度を低減して軽量化を図ることができる。
【００６９】
したがって、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２００に当たり大きな外力がワイパモータ９０に作用する等、ワイパ２００を介して出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用する蓋然性が高い車両（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）に、本例のワイパモータ９０を適用すると好適である。
【００７０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付与し、重複する説明は省略する。
図１６に示すワイパモータ１５０は、モータ本体９２と、伝達機構１５２と、クラッチ装置２１０とを主要構成要素としている。
上記実施形態では、ワイパモータ９０は、モータ本体９２（アーマチャ１０８）を同一方向に連続回転させ、揺動機構９４によって出力軸１２を揺動運動させていたが、本例のワイパモータ１５０は、モータ本体９２（アーマチャ１０８）自体を所定回転角度毎に正逆回転させて、出力軸１２を揺動運動させるものである。
【００７１】
本例の伝達機構１５２は、上記実施形態におけるセクタギヤ１３２や保持レバー１３８は設けられておらず、ウォームギヤ１２２及びウォームホイール３２８によって構成されている。
図１７に示すように、本例では、ウォームホイール３２８と入力ディスク２２８とが同心的に一体に結合されている。この入力ディスク２２８と一体化されたウォームホイール３２８に、ウォームギヤ１２２が噛合している。
本例の入力ディスク２２８は、入力ディスク２８と同様、上面には側壁２５１を有する４つの係合凸部２３７が突設されているが、入力ディスク２８と異なり、下面側にはギヤ歯３４は設けられていない。そして、本例では、円周面２３６の下縁部に連続するようにして、ギヤ歯３４に相当する位置に、ウォームホイール３２８が設けられている。
【００７２】
本例では、入力ディスク２２８は摩耗や変形防止のため金属製となっており、ウォームホイール３２８はウォームギヤ１２２との噛合音を低減するために樹脂製となっている。これらは、接着等によって一体に組みつけてもよいし、インサート成形にて一体に形成してもよい。
【００７３】
このワイパモータ１５０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３２８へ回転力が伝達されてウォームホイール３２８および入力ディスク２２８が回動する。
通常の使用状態では係合凸部２３７が係合凹部５３に係合しているから、ウォームホイール３２８および入力ディスク２２８が回動すると、クラッチディスク３８は、これらと共に一体に回動する。これにより、クラッチディスク３８および出力軸１２に固定されたワイパ２００が往復払拭動作を行う。
【００７４】
出力軸１２に過大な外力（荷重）が作用して出力軸１２が逆転もしくは拘束されたときに、クラッチ結合状態からクラッチ解除状態となるのは、上記実施形態と同様である。クラッチ解除状態となると、出力軸１２がウォームホイール３２８および入力ディスク２２８に対して空転する。これにより、クラッチ装置２１０の各部品、あるいはウォームホイール３２８に接続されたウォームギヤ１２２等の伝達機構１５２の各部品の破損を防止することができる。また、このような過大な外力（荷重）の作用を想定して各部品を過度に高強度設定する必要がなくなる。
【００７５】
また、本例のワイパモータ１５０においても、上記実施形態と同様に、クラッチ装置２１０が「クラッチ解除」した場合、すなわち出力軸１２がモータ本体９２に対して空回りした場合であっても、係合ベース２０とストッパ突起１４２との当接位置を設定することにより、その後にモータ本体９２を動作させることで自動的に原点復帰を行い、再び出力軸１２をモータ本体９２側に定位置で連結して（クラッチ接続して）通常の駆動運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係るワイパ装置の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るワイパモータの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るワイパモータの一部を透視した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るワイパモータの分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るワイパモータの平断面図である。
【図６】図５の５−５線に沿ったワイパモータの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るワイパモータの平断面図である。
【図８】図７の７−７線に沿ったワイパモータの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るワイパモータのクラッチ結合状態における主要部分の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の分解斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るクラッチ装置の係合状態を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るワイパ装置においてワイパモータの出力軸に作用する払拭負荷トルクの時間変動を示すグラフである。
【図１４】図８に対応するクラッチ解除状態におけるワイパモータの断面図である。
【図１５】図９に対応するクラッチ解除状態における主要部分の説明図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係るワイパモータの平断面図である。
【図１７】図１６のワイパモータのクラッチ装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７７】
１‥車両ボディ、２‥通孔、３‥ウインドウガラス、１０‥クラッチ装置、
１２‥出力軸、１３‥円柱部、１４‥相対回転規制部、１６‥回止部、
１８‥抜止部、２０‥係合ベース、２２‥支持孔、２６‥ストッパ部、
２８‥入力ディスク、３０‥軸孔、３２‥クリップ、４‥ギヤ歯、
３５‥連結壁、３６‥円周面、３７‥係合凸部、３８‥クラッチディスク、
４０‥軸孔、４２‥係合凹部、４４‥コイルスプリング、５０‥軸受部材、
５１，５３‥側壁、５２‥軸受部材、９０‥ワイパモータ、９２‥モータ本体、
９４‥揺動機構、９６‥ハウジング、９８‥ヨークハウジング、１００‥底壁、
１０２，１０６‥軸受、１０４‥エンドハウジング、１０８‥アーマチャ、
１１０‥回転軸、１１２‥マグネット、１１４‥ブラシ、１１６‥コンミテータ、
１１８‥ピッグテール、１２０‥カップリング、１２２‥ウォームギヤ、
１２４，１２６‥軸受、１２８‥ウォームホイール、１３０‥回転軸、
１３２‥セクタギヤ、１３４‥支軸、１３６‥歯部、１３８‥保持レバー、
１４０‥支軸、１４２‥ストッパ突起、１４４，１４６‥回転制限部、
１４７‥摺動部材、１４８‥カバープレート、１５０‥ワイパモータ、
１５２‥伝達機構、２００‥ワイパ、２０１‥ワイパアーム、
２０２‥ワイパブレード、２１０‥クラッチ装置、２２８‥入力ディスク、
２３６‥円周面、２３７‥係合凸部、２５１‥側壁、３２８‥ウォームホイール、
Ｗ‥ワイパ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイパアームが連結される出力軸をモータ本体の駆動力によって往復回動させて、ワイパアームの先端に取付けられるワイパブレードで払拭面を往復払拭するためのワイパモータにおいて、
前記出力軸と、前記モータ本体の回転軸に連結され前記モータ本体の回転出力を伝達する伝達機構と、の間には、外力によって前記出力軸回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、前記伝達機構に対して前記出力軸を空転させて、前記モータ本体側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能なクラッチ機構が設けられ、
該クラッチ機構は、往復払拭動作時にワイパブレードに掛かる最大払拭負荷として設定した外力が前記出力軸に作用したときの該出力軸周りのトルク値を最大払拭負荷トルク値とするとき、前記解除トルク値が、前記最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定されたことを特徴とするワイパモータ。
【請求項２】
前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体の回転軸を拘束状態として前記出力軸を回転させたときに前記伝達機構が破損するモータ破損トルク値よりも小さな値に設定されたことを特徴とする請求項１に記載のワイパモータ。
【請求項３】
前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体を最大出力で作動させたときに前記出力軸に掛かる最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイパモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のワイパモータと、該ワイパモータの出力軸に連結されたワイパアームと、該ワイパアームの先端に取付けられたワイパブレードと、を備えたことを特徴とするワイパ装置。
【請求項１】
ワイパアームが連結される出力軸をモータ本体の駆動力によって往復回動させて、ワイパアームの先端に取付けられるワイパブレードで払拭面を往復払拭するためのワイパモータにおいて、
前記出力軸と、前記モータ本体の回転軸に連結され前記モータ本体の回転出力を伝達する伝達機構と、の間には、外力によって前記出力軸回りに所定値以上の解除トルクが掛かったときに、前記伝達機構に対して前記出力軸を空転させて、前記モータ本体側への外力の伝達を遮断する遮断状態に変位可能なクラッチ機構が設けられ、
該クラッチ機構は、往復払拭動作時にワイパブレードに掛かる最大払拭負荷として設定した外力が前記出力軸に作用したときの該出力軸周りのトルク値を最大払拭負荷トルク値とするとき、前記解除トルク値が、前記最大払拭負荷トルク値よりも大きな値に設定されたことを特徴とするワイパモータ。
【請求項２】
前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体の回転軸を拘束状態として前記出力軸を回転させたときに前記伝達機構が破損するモータ破損トルク値よりも小さな値に設定されたことを特徴とする請求項１に記載のワイパモータ。
【請求項３】
前記クラッチ機構は、前記解除トルク値が、前記モータ本体を最大出力で作動させたときに前記出力軸に掛かる最大モータ出力軸発生トルク値よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイパモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のワイパモータと、該ワイパモータの出力軸に連結されたワイパアームと、該ワイパアームの先端に取付けられたワイパブレードと、を備えたことを特徴とするワイパ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−３０２０３８（Ｐ２００７−３０２０３８Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３０１４２（Ｐ２００６−１３０１４２）
【出願日】平成１８年５月９日（２００６．５．９）
【出願人】（０００１０１３５２）アスモ株式会社 (1,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月９日（２００６．５．９）
【出願人】（０００１０１３５２）アスモ株式会社 (1,622)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]