(57)【要約】【課題】高効率、低コストで、電磁波ノイズの影響が少なく、かつ、モータの回転速度を低速、高速、超高速の３段階に可変できるブラシ付きの直流ワイパモータを提供することにある。【解決手段】整流子に摺接するコモンブラシ２１、低速用ブラシ２２、及び高速用ブラシ２３を備え、低速回転駆動時にはコモンブラシ２１及び低速用ブラシ２２に通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、出力軸の回転数として３０〜５０ｒｐｍで駆動し、高速回転駆動時にはコモンブラシ２１及び高速用ブラシ２３に通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として５０〜８０ｒｐｍで駆動するワイパモータにおいて、超高速回転駆動時には低速用ブラシ２２及び高速用ブラシ２３に通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として１００〜１６０ｒｐｍで駆動する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備え、低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給する切換手段を備えたワイパモータにおいて、
前記切換手段は、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給するように切り換えることを特徴とするワイパモータ。
【請求項２】
整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備え、低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、出力軸の回転数として３０〜５０ｒｐｍで駆動し、高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として５０〜８０ｒｐｍで駆動するワイパモータにおいて、
超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として１００〜１６０ｒｐｍで駆動することを特徴とするワイパモータ。
【請求項３】
超高速回転駆動時には前記低速用ブラシと前記高速用ブラシに直流電源を接続して、前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給する切換手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のワイパモータ。
【請求項４】
前記切換手段は、超高速回転駆動時に前記低速用ブラシに直流電源の陰極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陽極を接続することを特徴とする請求項３に記載のワイパモータ。
【請求項５】
前記切換手段は、超高速回転駆動時に前記低速用ブラシに直流電源の陽極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陰極を接続することを特徴とする請求項３に記載のワイパモータ。
【請求項６】
前記低速用ブラシと前記高速用ブラシとの設置間隔の角度が６０度から８０度であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のワイパモータ。
【請求項７】
モータハウジングに対向配置されている一対のマグネットの磁束の中心線に対して、前記低速ブラシの中心線が０度〜２０度傾斜して設けられていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のワイパモータ。
【請求項８】
前記低速ブラシの中心線に対して、前記コモンブラシの中心線が０度〜２０度傾斜して設けられていることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載のワイパモータ。
【請求項９】
整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備えたワイパモータの回転数切換方法において、
低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、
高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、
超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給することを特徴とするワイパモータの回転数切換方法。
【請求項１０】
整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備えたワイパモータの回転数切換方法において、
低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、出力軸の回転数として３０〜５０ｒｐｍで駆動し、
高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として５０〜８０ｒｐｍで駆動し、
超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として１００〜１６０ｒｐｍで駆動することを特徴とするワイパモータの回転数切換方法。
【請求項１１】
超高速回転駆動時には前記低速用ブラシと前記高速用ブラシに直流電源を接続して、前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給することを特徴とする請求項１０記載のワイパモータの回転数切換方法。
【請求項１２】
超高速回転駆動時には前記低速用ブラシに直流電源の陰極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陽極を接続することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のワイパモータの回転数切換方法。
【請求項１３】
超高速回転駆動時には前記低速用ブラシに直流電源の陽極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陰極を接続することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のワイパモータの回転数切換方法。
【請求項１４】
ワイパアームの払拭範囲の半減時には高速回転駆動から超高速回転駆動に切り換え、
ワイパアームの払拭範囲の全範囲時には超高速回転駆動から高速回転駆動に切り換えることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載のワイパモータの回転数切換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ付きの直流モータに係り、特にモータ回転速度を可変できるブラシ付きの直流モータの速度制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ブラシ付きの直流モータは、小型・高トルクで制御しやすく、低コストであることから、種々の装置の駆動源として広く採用されている。例えば、自動車のワイパ装置には、駆動速度が切り換え可能な直流モータが用いられている。このような直流モータには、例えば、特許文献１（特開２００４−１５３９４２号公報）や特許文献２（特開２００１−１８６７号公報）などに開示されたワイパモータがある。図１は、ワイパモータの全体構成を示す断面図である。このワイパモータ１は、モータ部２とギヤ部３とからなる。
モータ部２は、ヨークの機能を発揮するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の内周に固定された複数のマグネット１２と、マグネット１２の内周側に配された電機子１３とを有する。電機子１３は、電機子１３の中心に配した回転軸１４の両端を、モータハウジング１１の後端部及びモータ部前壁を兼ねるギヤケースフランジ４にそれぞれ嵌合固定した軸受５、６によって支持することにより、マグネット１２の内周側において回転自在に支持されている。モータ部２は、更に電機子１３への通電機構として、ブラシ装置２０と整流子１６とを有している。整流子１６は、軸受５、６に支持された回転軸１４に固定され、その外周に円形に併設された複数の整流子片を備えている。この整流子片には電機子１３のコアに巻装された巻線コイルがそれぞれ接続されている。
回転軸１４がギヤ部３内に延出された部分にウォームギヤ７が形成され、ウオームホイール減速ギヤを介して出力軸８を回転させるようになっている。
【０００３】
図２は図１のA-A断面を示したものである。図２に示されるように、ギヤケースフランジ４はブラシ装置２０としてコモンブラシ２１、低速用ブラシ２２、高速用ブラシ２３が整流子１６に摺動可能に取り付けられている。コモンブラシ２１は、回転軸１４の所定角度位置で整流子１６と接触するように、ブラシホルダー２４に収容保持されている。低速用ブラシ２２は、コモンブラシ２１に対して１８０度間隔の位置で整流子１６と接触するようにブラシホルダー２５に収容保持されている。高速用ブラシ２３はコモンブラシ２１に対して左回転方向に約１２０度間隔の位置で整流子１６と接触するようにブラシホルダー２６に収容保持されている。このように、ワイパモータ１のモータ部２は、コモンブラシ２１、低速用ブラシ２２、高速用ブラシ２３を備えた２スピードの直流モータとして構成されている。
【０００４】
図３は、図１のB-B断面を示したものである。図３に示されるように、回転軸１４の回りに２つのマグネット１２（N極とS極に対応）が対向して配置されている。
【０００５】
図４は、コモンブラシ２１、低速用ブラシ２２、高速用ブラシ２３の概略配置と、低速に設定されたときの直流電源３０との接続関係を模擬的に示したものである。コモンブラシ２１は、直流電源３０の陰極（グランド）３２に接続される。低速用ブラシ２２及び高速用ブラシ２３は図示しない切換スイッチを介して直流電源３０の陽極３１に接続される。低速モードに設定したとき、コモンブラシ２１は直流電源３０の陰極（グランド）３２に接続され、低速用ブラシ２２は直流電源３０の陽極３１に接続され、高速用ブラシ２３は直流電源３０に接続されない。図５は、コモンブラシ２１、低速用ブラシ２２、高速用ブラシ２３の概略配置と、高速に設定されたときの直流電源３０との接続関係を模擬的に示したものである。高速モードに設定したとき、コモンブラシ２１は直流電源３０の陰極（グランド）３２に接続され、高速用ブラシ２３は直流電源３０の陽極３１に接続され、低速用ブラシ２２は直流電源３０に接続されない。即ち、低速用ブラシ２２及び高速用ブラシ２３は、図示しない切換スイッチが切り換えられることで、そのいずれかが選択されて直流電源３０の陽極３１に接続される。
【０００６】
このように構成されたワイパモータ１は、図示しない切換スイッチが切り換えられることで低速用ブラシ２２が直流電源３０の陽極３１に接続されると、駆動電流が低速用ブラシ２２から整流子１６を介して巻線コイルに供給されコモンブラシ２１に流れることから、電機子が低速で回転する。又、図示しない切換スイッチが切り換えられることで高速用ブラシ２３が直流電源３０の陽極３１に接続されると、駆動電流が高速用ブラシ２３から整流子１６を介して巻線コイルに供給されコモンブラシ２１に流れることから、電機子が高速で回転する。この電機子の回転軸１４の端部は図１に示すようにウオーム歯車になっており、電機子の回転はウオームとウオームホイールとにより減速され、ウオームホイールの回転軸であるクランクシャフトが回転する。自動車のワイパ装置には、間欠モード、低速モード（Ｌｏ）及び高速モード（Ｈｉ）があり、間欠モード及び低速モードでの出力軸８の回転数は３０〜５０ｒｐｍで、高速モードは５０〜８０ｒｐｍである。
【特許文献１】特開２００４−１５３９４２号公報
【特許文献２】特開２００１−１８６７号公報
【特許文献３】特許第４０００２４５号公報（国際公開番号ＷＯ２０００／０７１３９７）
【特許文献４】特開平３−９８４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現行の自動車のワイパ装置は、降雨量が５０ｍｍを超えるような猛烈な雨の時には、高速モードで払拭除去しても、次から次に猛烈な雨が降り注ぎ、前が見えないという、大きな問題がある。この問題を解決する方法として、猛烈な雨の時には、ワイパ装置の払拭範囲を半減させ、払拭回数を２倍増させて、猛烈な雨を払拭除去し、視界を確保する方法が開示されている〔特許文献３；特許第４０００２４５号（国際公開番号ＷＯ２０００／０７１３９７）〕。即ち、ワイパアームの払拭スピードは変えずに、払拭する際のワイパアームの移動距離を半分に減少させることによって、払拭回数を２倍にすることが可能となり、ワイパアームに働く慣性作用は、高速（Hi）モードと同じであることから、耐久性の面でも特に問題が生じない。このワイパ装置では、猛烈な雨の時には、払拭回数を高速（Hi）モードの２倍に増加させる必要があることから、ワイパモータの回転数として１５０ｒｐｍが新たに必要となる。すなわち、出力軸８の回転数は、間欠モードおよび低速モードの３０〜５０rpm、高速モードの５０〜８０rpm、さらに猛烈な雨の超高速モードの１００〜１６０rpmが必要となる。
【０００８】
ワイパモータを３段階以上の速度で切り換えを行うものとして、特許文献４（特開平３−９８４９０号公報）に開示されたワイパ装置がある。このワイパモータでは、例えば、低速と高速の中間速度を得るため、低速用ブラシ２２と高速用ブラシ２３を短絡し、短絡したこれら低速用と高速用のブラシを直流電源３０の陽極３１に接続し、コモンブラシ２１を直流電源３０の陰極（グランド）３２に接続するようにしたものである。このように低速用ブラシ２２と高速用ブラシ２３を短絡すると、低速用ブラシ２２と高速用ブラシ２３間で電機子コイルに短絡電流が流れ、この短絡電流により回転方向とは逆方向のトルクを発生するので、この逆方向のトルクを利用して中間速度を得るものである。しかしながら、この特許文献４に開示された技術によれば、低速用ブラシ２２と高速用ブラシ２３間で電機子コイルに短絡電流が流れ、電力損失を伴い、ワイパモータの効率を大きく低下させてしまうという問題がある。その他、直流モータの速度制御方法としては、モータの駆動電圧を変える方法が挙げられる。例えば、DC-DCコンバータ、パルス幅変調（PWM）方式により速度を変える方法が用いられている。しかし、DC-DCコンバータ及びパルス幅変調（PWM）方式は、一般に高価であり、製造コストが高くなる欠点がある。また、DC-DCコンバータは、スイッチング動作に伴う電磁波ノイズが発生し、これが車載ラジオにノイズとして影響する欠点もある。
【０００９】
本発明は、このような背景からなされたものであり、その目的は、高効率、低コストで、電磁波ノイズの影響が少なく、かつ、モータの回転速度を低速、高速、超高速の３段階に可変できるブラシ付きの直流ワイパモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明の要旨は、整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備え、低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給する切換手段を備えたワイパモータにおいて、前記切換手段は、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給するように切り換えることを特徴とするワイパモータに存する。
また、本発明の請求項２に係る発明の要旨は、整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備え、低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、出力軸の回転数として３０〜５０ｒｐｍで駆動し、高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として５０〜８０ｒｐｍで駆動するワイパモータにおいて、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として１００〜１６０ｒｐｍで駆動することを特徴とするワイパモータに存する。
また、本発明の請求項３に係る発明の要旨は、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシと前記高速用ブラシに直流電源を接続して、前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給する切換手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のワイパモータに存する。
また、本発明の請求項４に係る発明の要旨は、前記切換手段は、超高速回転駆動時に前記低速用ブラシに直流電源の陰極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陽極を接続することを特徴とする請求項３に記載のワイパモータに存する。
また、本発明の請求項５に係る発明の要旨は、前記切換手段は、超高速回転駆動時に前記低速用ブラシに直流電源の陽極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陰極を接続することを特徴とする請求項３に記載のワイパモータに存する。
また、本発明の請求項６に係る発明の要旨は、前記低速用ブラシと前記高速用ブラシとの設置間隔の角度が６０度から８０度であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のワイパモータに存する。
また、本発明の請求項７に係る発明の要旨は、モータハウジングに対向配置されている一対のマグネットの磁束の中心線に対して、前記低速ブラシの中心線が０度〜２０度傾斜して設けられていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のワイパモータに存する。
また、本発明の請求項８に係る発明の要旨は、前記低速ブラシの中心線に対して、前記コモンブラシの中心線が０度〜２０度傾斜して設けられていることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載のワイパモータに存する。
また、本発明の請求項９に係る発明の要旨は、整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備えたワイパモータの回転数切換方法において、低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給することを特徴とするワイパモータの回転数切換方法に存する。
また、本発明の請求項１０に係る発明の要旨は、整流子に摺接するコモンブラシ、低速用ブラシ、及び高速用ブラシを備えたワイパモータの回転数切換方法において、低速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記低速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、出力軸の回転数として３０〜５０ｒｐｍで駆動し、高速回転駆動時には前記コモンブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として５０〜８０ｒｐｍで駆動し、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシ及び前記高速用ブラシに通電して前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給し、前記出力軸の回転数として１００〜１６０ｒｐｍで駆動することを特徴とするワイパモータの回転数切換方法に存する。
また、本発明の請求項１１に係る発明の要旨は、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシと前記高速用ブラシに直流電源を接続して、前記整流子を介して電機子に駆動電源を供給することを特徴とする請求項１０記載のワイパモータの回転数切換方法に存する。
また、本発明の請求項１２に係る発明の要旨は、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシに直流電源の陰極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陽極を接続することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のワイパモータの回転数切換方法に存する。
また、本発明の請求項１３に係る発明の要旨は、超高速回転駆動時には前記低速用ブラシに直流電源の陽極、前記高速用ブラシに前記直流電源の陰極を接続することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のワイパモータの回転数切換方法に存する。
また、本発明の請求項１４に係る発明の要旨は、ワイパアームの払拭範囲の半減時には高速回転駆動から超高速回転駆動に切り換え、ワイパアームの払拭範囲の全範囲時には超高速回転駆動から高速回転駆動に切り換えることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載のワイパモータの回転数切換方法に存する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高効率、低コストで、電磁波ノイズの影響が少なく、かつ、モータの回転速度を低速、高速、超高速の３段階に可変できるブラシ付きの直流ワイパモータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
本発明はモータの回転速度を低速、高速、超高速の３段階に可変できるようにしたものである。本発明において、低速、高速については、従来技術と同様に実施する。即ち、低速駆動するときは、ワイパモータ１と直流電源３０とを図４に示したように接続し、高速駆動するときは、ワイパモータ１と直流電源３０とを図５に示したように接続する。そして、図６が、本発明の超高速駆動時におけるワイパモータ１と直流電源３０の接続方法を示すものである。
【００１３】
図６に示すように、超高速駆動時には、高速用ブラシ２３を直流電源３０の陽極３１に接続し、低速用ブラシ２２を直流電源３０の陰極（グランド）３２に接続する。コモンブラシは直流電源３０に接続しない。なお、図６のように接続したときの回転方向と逆方向に回転させるときは、低速用ブラシ２２を直流電源３０の陽極３１に接続し、高速用ブラシ２３を直流電源３０の陰極（グランド）３２に接続するようにして実施が可能である。
【００１４】
（実施例１）
図７は、実施例１−Ａで採用したブラシ配置を示したものである。図２と同符号のものは同じものを示している。コモンブラシ２１に対し低速用ブラシ２２は１８０度の位置に配置され、高速用ブラシ２３は低速用ブラシ２２に対し右方向６５度の進角度を有して配置されている。
【００１５】
図８は速度切換回路の構成を示したものである。図８において、１はワイパモータ、２１はコモンブラシ、２２は低速用ブラシ、２３は高速用ブラシ、３０は直流電源、３１は直流電源３０の陽極、３２は直流電源３０の陰極、４１、４２は短絡バー、４３（４３−１〜４３−１７；以下４３−１〜４３−１７を総称するときは４３とする）は接点、４４は切換スイッチ、４５はカムである。
【００１６】
短絡バー４１、４２は連動して、停止、低速、高速、超高速の各モード位置に移動し、接点４３同士を短絡する。例えば、短絡バー４１、４２が図８の実線で示された超高速モードの部分に在るときは、現在、速度モードが超高速モードに切り換えられていることを示しており、この部分の接点４３を短絡している。このとき点線で示された短絡バー４１、４２の部分は、実際には短絡バー４１、４２が無く、この部分の接点４３は開放されていることを示している。
【００１７】
超高速モードに切り換えられたときの結線状態を説明すると、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−１７、短絡バー４２、接点４３−１６を介して高速ブラシ２３に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−１５、短絡バー４１、接点４３−１４を介して低速ブラシ２２に接続される。これにより、図６に示した超高速用の結線状態が実現される。
【００１８】
高速モードに切り換えられたときの結線状態を説明すると、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−１３、短絡バー４２、接点４３−１２を介して高速ブラシ２３に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−１１、短絡バー４１、接点４３−１０を介してコモンブラシ２１に接続される。これにより、図５に示した高速用の結線状態が実現される。
【００１９】
低速モードに切り換えられたときの結線状態を説明すると、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−９、短絡バー４２、接点４３−８を介して低速ブラシ２２に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−７、短絡バー４１、接点４３−６を介してコモンブラシ２１に接続される。これにより、図４に示した低速用の結線状態が実現される。
【００２０】
停止モードに切り換えられたときの結線状態を説明すると、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−５、短絡バー４２、接点４３−４を介して切換スイッチ４４のａ点に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−３、短絡バー４１、接点４３−１を介してコモンブラシ２１に接続されると共に、接点４３−３、短絡バー４１、接点４３−２を介して切換スイッチ４４のｂ点に接続される。また、切換スイッチ４４のｃ点は低速ブラシ２２に接続される。カム４５はワイパモータ１の回転に伴って回転し、所定の回転位置で切換スイッチ４４の接点ａ点からｂ点に切り換えるようになっている。このような結線状態においてワイパモータ１が低速モードから停止モードに切り換えられると、低速ブラシ２２は、停止モードに切り換えられた初期は切換スイッチのｃ点がａ点に接続されているので直流電源３０の陽極３１に接続されているが、ワイパモータ１が所定の回転位置に達すると切換スイッチの接点がａ点からｂ点に切り換えられてコモンブラシ２１に接続される。これにより低速ブラシ２２とコモンブラシ２１は短絡し、ワイパモータ１は減速して停止する。
【００２１】
図９は、実施例１−Ｂで採用したブラシ配置を示したものである。図２と同符号のものは同じものを示している。コモンブラシ２１に対し低速用ブラシ２２は１８０度の位置に配置され、高速用ブラシ２３は低速用ブラシ２２に対し右方向６５度の進角度を有して配置されている。但し、図９のブラシ配置は図７のブラシ配置に対し図示のように１０度だけ左方向に回転した位置にセットされている。
【００２２】
図１０は実施例１（実施例１−Ａ及び実施例１−Ｂ）の実測されたモータ特性を示したものである。実施例１−Ａにおいて、無負荷回転数は、低速モードで左方向回転４９rpm、高速モードで左方向回転７６rpm、超高速モードで右方向回転１１９rpmとなっている。無負荷電流、停動電流、停動トルクは、連続運転可能範囲の値が得られている。また、実施例１−Ｂにおいて、無負荷回転数は、低速モードで左方向回転４６rpm、高速モードで左方向回転６７rpm、超高速モードで右方向回転１３８rpmとなっている。無負荷電流、停動電流、停動トルクは、連続運転可能範囲の値が得られている。図１１は実施例１−Ａの実測データをグラフに表したもので、ほぼ目標の３速切り換え（出力軸８の目標回転数は、低速；３０rpm〜５０rpm、高速；５０rpm〜８０rpm、超高速；１００rpm〜１６０rpm）ができていることを示している。また、図１２は実施例１−Ｂの実測データをグラフに表したもので、実施例１−Ｂでもほぼ目標の３速切り換えができていることを示している。超高速の回転数は実施例１−Ｂのほうが実施例１−Ａよりも、１５０rpmに近い値が得られている。
【００２３】
図１３は、高速用ブラシ２３を低速用ブラシ２２に対し右方向６５度の進角度を有して配置した場合の、他の実測例を示したものである。表中の「ハウジング角度（度）」に記載された左１０、左２０、左３０、左４０、右１０、右１５、右２０、右３０は、図７のブラシ配置に対し左方向あるいは右方向にモータハウジング（マグネット）を回転した角度を示している。このようにブラシ配置とマグネットとの配置関係を変化することで、各速度モードにおいて得られる速度が変わっている。この結果は、目標の回転数から外れる部分はあるものの、ブラシ配置を調整して目標とする回転数を得ることが可能であることを示唆している。但し、ブラシ配置を調整し過ぎると回転不能になることも示している。
【００２４】
図１４は高速用ブラシ２３を低速用ブラシ２２に対し右方向６５度の進角度を有して配置した場合の、他の例を示したものであるが、このブラシ配置は図７のブラシ配置に対しコモンブラシ２１の位置を固定し、高速用ブラシ２３と低速用ブラシ２２を左方向に１０度回転させたものである。この場合の実測データは示していないが、このブラシ配置でも実施が可能である。
【００２５】
（実施例２）
図１５は、実施例２−Ａで採用したブラシ配置を示したものである。図２と同符号のものは同じものを示している。コモンブラシ２１に対し低速用ブラシ２２は１８０度の位置に配置され、高速用ブラシ２３は低速用ブラシ２２に対し左方向７０度の進角度を有して配置されている。この場合の電機子１３の回転方向は、図７に示した実施例１の回転方向に対して逆方向である。
【００２６】
速度切換回路の構成は図８に示した構成のもので同様に実施できる。
【００２７】
図１６は、実施例２−Ｂで採用したブラシ配置を示したものである。図２と同符号のものは同じものを示している。コモンブラシ２１に対し低速用ブラシ２２は１８０度の位置に配置され、高速用ブラシ２３は低速用ブラシ２２に対し左方向７０度の進角度を有して配置されている。但し、図１６のブラシ配置は図１５のブラシ配置に対し図示のように１０度だけ右方向に回転した位置にセットされている。
【００２８】
図１７は実施例２（実施例２−Ａ及び実施例２−Ｂ）のモータ特性を示したものである。実施例２−Ａにおいて、無負荷回転数は、低速モードで右方向回転４９rpm、高速モードで右方向回転７６rpm、超高速モードで左方向回転１２６rpmとなっている。無負荷電流、停動電流、停動トルクは、連続運転可能範囲の値が得られている。また、実施例２−Ｂにおいて、無負荷回転数は、低速モードで右方向回転４８rpm、高速モードで右方向回転６９rpm、超高速モードで左方向回転１４９rpmとなっている。無負荷電流、停動電流、停動トルクは、連続運転可能範囲の値が得られている。図１８は実施例２−Ａの実測データをグラフに表したもので、ほぼ目標の３速切り換え（出力軸８の目標回転数は、低速；３０rpm〜５０rpm、高速；５０rpm〜８０rpm、超高速；１００rpm〜１６０rpm）ができていることを示している。また、図１９は実施例１−Ｂの実測データをグラフに表したもので、実施例２−Ｂでもほぼ目標の３速切り換えができていることを示している。超高速の回転数は実施例２−Ｂのほうが実施例２−Ａよりも、１５０rpmに近い値が得られている。
【００２９】
図２０は、高速用ブラシ２３を低速用ブラシ２２に対し左方向７０度の進角度を有して配置した場合の、他の実測例を示したものである。表中の「ハウジング角度（度）」に記載された左１０、左２０、左３０、右１０、右２０、右３０は、図１５のブラシ配置に対し左方向あるいは右方向に回転した角度を示している。ブラシ配置を変化することで、各速度モードにおいて得られる速度が変わっている。この結果は、目標の回転数から外れる部分はあるものの、ブラシ配置を調整して目標とする回転数を得ることが可能であることを示唆している。但し、ブラシ配置を調整し過ぎると回転不能になることも示している。
【００３０】
図２１は高速用ブラシ２３を低速用ブラシ２２に対し左方向７０度の進角度を有して配置した場合の、他の例を示したものであるが、このブラシ配置は図１５のブラシ配置に対しコモンブラシ２１の位置を固定し、高速用ブラシ２３と低速用ブラシ２２を右方向に１０度回転させたものである。この場合の実測データは示していないが、このブラシ配置でも実施が可能である。
【００３１】
（実施例３）
図２２は、実施例３−Ａで採用したブラシ配置を示したものである。図２と同符号のものは同じものを示している。コモンブラシ２１に対し低速用ブラシ２２は１８０度の位置に配置され、高速用ブラシ２３は低速用ブラシ２２に対し左方向８０度の進角度を有して配置されている。この場合のワイパモータ１の回転方向は、実施例２の回転方向に同じである。
【００３２】
速度切換回路の構成は図８に示した構成のもので同様に実施できる。
【００３３】
図２３は、実施例３−Ｂで採用したブラシ配置を示したものである。図２と同符号のものは同じものを示している。コモンブラシ２１に対し低速用ブラシ２２は１８０度の位置に配置され、高速用ブラシ２３は低速用ブラシ２２に対し左方向８０度の進角度を有して配置されている。但し、図２３のブラシ配置は図２２のブラシ配置に対し図示のように１０度だけ右方向に回転した位置にセットされている。
【００３４】
図２４は実施例３（実施例３−Ａ及び実施例３−Ｂ、及びブラシ配置を左右２０度回転した場合）のモータ特性を示したものである。表中の「ハウジング角度（度）」に記載された左１０、左２０、右１０、右２０は、図２２のブラシ配置に対し左方向あるいは右方向に回転した角度を示している。電機子の回転方向が右方向の実施例３−Ａにおいて、無負荷回転数は、低速モードで５３rpm、高速モードで９１rpm、超高速モードで１０３rpmとなっている。また、電機子の回転方向が右方向の実施例３−Ｂにおいて、無負荷回転数は、低速モードで５１rpm、高速モードで７９rpm、超高速モードで１０６rpmとなっている。電機子の回転方向が左方向の実施例３−Ａにおいて、無負荷回転数は、低速モードで５３rpm、高速モードで８２rpm、超高速モードで１２５rpmとなっている。また、電機子の回転方向が左方向の実施例３−Ｂにおいて、無負荷回転数は、低速モードで５３rpm、高速モードで７４rpm、超高速モードで１４３rpmとなっている。本実施例３では多少目標速度から外れるものの、ほぼ目標の３速切り換え（出力軸８の目標回転数は、低速；３０rpm〜５０rpm、高速；５０rpm〜８０rpm、超高速；１００rpm〜１６０rpm）ができていることを示している。また、ブラシ配置を左右２０度回転した場合も各速度モードにおいて得られる速度が変わっている。この結果は、目標とする回転数が得られるようにブラシ配置を調整することが可能であることを示唆している。
【００３５】
図２５は高速用ブラシ２３を低速用ブラシ２２に対し右方向８０度の進角度を有して配置した場合の、他の例を示したものであるが、このブラシ配置は図２２のブラシ配置に対しコモンブラシ２１の位置を固定し、高速用ブラシ２３と低速用ブラシ２２を右方向に１０度回転させたものである。この場合の実測データは示していないが、このブラシ配置でも実施が可能である。
【００３６】
本発明の上記実施の形態によれば、次のような効果がある。
（１）ワイパモータの出力軸８の回転数を低速（３０rpm〜５０rpm）、高速（５０rpm〜８０rpm）、超高速（１００rpm〜１６０rpm）の３段階に可変できるブラシ付きの直流ワイパモータを提供することができる。
（２）直流モータの速度制御方法としては、DC-DCコンバータ、パルス幅変調（PWM）方式により速度を変える方法ではなく、切り換えスイッチで速度の切り換えが実現できるので、ワイパモータを低コストで提供できる。
（３）超高速モードに切り換えは、低速ブラシと高速ブラシを短絡するのではなく電源を接続して有効なトルクを発生させるので、ワイパモータの効率を向上させることができる。
（４）直流モータの速度制御方法としては、DC-DCコンバータ、パルス幅変調（PWM）方式により速度を変える方法ではなく、切り換えスイッチで速度の切り換えが実現できるので、電磁波ノイズの影響が少ない。
【００３７】
以上、実施の形態により具体的に説明したが、上記実施の形態は例示であり、本発明がこれらに限定されないことは勿論である。以下、ワイパーモータの構成の他の例を説明する。
【００３８】
ワイパ装置が備えるワイパーアームの払拭範囲を、ワイパーモータの超高速運転駆動時は、低速及び高速での運転駆動時に対して半減させる場合には、ワイパーモータの駆動力をクランクシャフトからワイパーアームに伝達するクランクアームの回転半径を、超高速運転駆動時に半減させることが考えられる。
【００３９】
具体的には、クランクアームを支持体でクランクシャフトの径方向にスライド自在に支持し、支持体に対するクランクアームの係止位置が異なる一対の係合部材の何れかを、ソレノイド等の駆動手段で切り換えてクランクアームに係合させることで、支持体によるクランクアームの支持位置を、クランクアームの回転半径が最長となる最長位置と、最短となる最短位置とで切り換えて固定することが考えられる。
【００４０】
このような構成のワイパ装置に用いる場合のワイパーモータ１の構成の一例について説明する。図２６は、ワイパーモータ１が備えるギヤ部３のケース３ａを、内側から拡大して示す図である。図２７は、出力軸８の構成の概略を示す図であり、（ａ）は入力端側，（ｂ）は側方，（ｃ）は出力端側から見た図である。
【００４１】
図１に示すように、ワイパモータ１は、回転軸１４の備えるウォームギヤ７と、出力軸８の備える歯車８１とを減速ギヤ８２を介してギヤ部３内で噛み合わせ、出力軸８を回転軸１４に従動させるようになっている。図２６に示すように、ギヤ部３が備えるケース３ａの内面には、一対の摺動子３ａ１が設けられている。図示しないが、摺動子３ａ１には、ケース３ａに形成された貫通孔を通して外側から進入した配線が、それぞれ接続されている。配線は、ワイパーモータ１への電源供給に用いられる電源に、後述する切換回路を介して接続されている。
【００４２】
図２７に示すように、出力軸８の出力端側を向いた歯車８１の一主面には、各摺動子３ａ１と組になる一対の導電リング８１ａが、出力軸８の周囲に環状を呈して配設されている。出力軸８には、入力端の近傍から出力端にかけて、出力軸８の軸心方向に延びる貫通孔８ａが形成されている。貫通孔８ａには、導電リング８１ａとケース３ａの外側の駆動手段とを接続する配線が挿通される。
【００４３】
駆動手段は、例えば、双安定型自己保持ソレノイドであり、電源特性に応じてシャフトを２方向にスライドさせる。シャフトが一方向にスライドすると、一方の係合部材がクランクアームに係合する方向に、他方の係合部材がクランクアームとの係合を解く方向にそれぞれ付勢され、他方向にスライドすると各係合部材が逆方向に付勢される。
【００４４】
次に、ワイパーモータ１及びソレノイドへの電源供給を切り換えるための切換回路の構成について説明する。図２８は切換回路の構成を示したものである。図２８に示す切換回路は、図８に示す速度切換回路とほぼ同様の構成を有しているが、ソレノイドへの結線用の端子４３−２０〜４３−２７を、上述した接点４３−１〜４３−１７の他に備えている。
【００４５】
高速モードから超高速モードに切り換えられる際には、まず、短絡バー４１が接点４３−１０，１１から接点４３−２０，２１に、短絡バー４２が接点４３−１２，１３から接点４３−２２，２３にそれぞれ切り換えて接続される。
【００４６】
このとき、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−２３、短絡バー４２、接点４３−２２を介してソレノイド（Ｓ）の一方の端子に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−２１、短絡バー４１、接点４３−２０を介してソレノイドの他方の端子に接続される。
【００４７】
この結線状態では、高速モードへの移行時と同方向にソレノイドが動作し、クランクアームに対して一方の係合部材が係合した状態を保つ。次いで、短絡バー４１が接点４３−２４，２５に、短絡バー４２が接点４３−２６，２７にそれぞれ切り換えて接続される。
【００４８】
このとき、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−２７、短絡バー４２、接点４３−２６を介してソレノイドの他方の端子に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−２５、短絡バー４１、接点４３−２４を介してソレノイドの一方の端子に接続される。
【００４９】
この結線状態が実現されると、ソレノイドが動作して、クランクアームに対する一方の係合部材の係合が解かれる。これにより、高速モードで回転しているクランクアームが、支持体に対してスライド動作を行い、他方の係合部材がクランクアームに係合する。この結果、支持体によるクランクアームの支持位置が最長位置から最短位置に変更されて、ワイパーアームの払拭範囲が半減される。
【００５０】
その後、短絡バー４１が接点４３−２４，２５から接点４３−１４，１５に、短絡バー４２が接点４３−２６，２７から接点４３−１６，１７にそれぞれ切り換えて接続され、ワイパーモータ１が超高速モードに移行する。
【００５１】
ワイパーモータ１が超高速モードから高速モードに切り換えられる際には、短絡バー４１が接点４３−１４，１５から接点４３−２４，２５に、短絡バー４２が接点４３−１６，１７から接点４３−２６，２７にそれぞれ切り換えて接続される。
【００５２】
このとき、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−２７、短絡バー４２、接点４３−２６を介してソレノイドの他方の端子に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−２５、短絡バー４１、接点４３−２４を介してソレノイドの一方の端子に接続される。
【００５３】
この結線状態では、超高速モードへの移行時と同方向にソレノイドが動作し、クランクアームに対して他方の係合部材が係合した状態を保つ。次いで、短絡バー４１が接点４３−２０，２１に、短絡バー４２が接点４３−２２，２３にそれぞれ切り換えて接続される。
【００５４】
このとき、直流電源３０の陽極３１は、接点４３−２３、短絡バー４２、接点４３−２２を介してソレノイドの一方の端子に接続される。また、直流電源３０の陰極３２は、接点４３−２１、短絡バー４１、接点４３−２０を介してソレノイドの他方の端子に接続される。
【００５５】
この結線状態が実現されると、超高速モードへの移行時とは逆方向にソレノイドが動作して、クランクアームに対する他方の係合部材の係合が解かれる。これにより、高速モードで回転しているクランクアームが、支持体に対してスライド動作を行い、一方の係合部材がクランクアームに係合する。この結果、支持体によるクランクアームの支持位置が最短位置から最長位置に変更されて、ワイパーアームの払拭範囲が全範囲となる。
【００５６】
その後、短絡バー４１が接点４３−２０，２１から接点４３−１０，１１に、短絡バー４２が接点４３−２２，２３から接点４３−１２，１３にそれぞれ切り換えて接続され、ワイパーモータ１が高速モードに移行する。
【００５７】
上述した構成を有するワイパーモータ１によれば、クランクアーム及び支持体と一体にソレノイド及び係合部材を回転させる構成を採用しても、この回転の影響を受けないように電源供給用の配線をソレノイドまで配索できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来技術の、ワイパモータ構造の一例を示す断面図である。
【図２】従来技術の、２速切り換えワイパモータにおけるブラシ配置を示す図である（図１のＡ−Ａ断面図）。
【図３】従来技術の、２速切り換えワイパモータにおけるマグネット配置を示す図である（図１のＢ−Ｂ断面図）。
【図４】従来技術の、ワイパモータが低速モードに切り換えられたときの電源結線状態を説明する図である。
【図５】従来技術の、ワイパモータが高速モードに切り換えられたときの電源結線状態を説明する図である。
【図６】本発明による超高速モードに切り換えられたときの電源結線状態を説明する図である。
【図７】本発明の実施例１−Ａのブラシ配置を示す図である。
【図８】本発明の３速切り換え回路を示した図である。
【図９】本発明の実施例１−Ｂのブラシ配置を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１（実施例１−Ａ、実施例１−Ｂ）のモータ特性（実測値）を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１（実施例１−Ａ）のモータ特性（実測値）をグラフで示す図である。
【図１２】本発明の実施例１（実施例１−Ｂ）のモータ特性（実測値）をグラフで示す図である。
【図１３】本発明の実施例１（実施例１−Ａ、実施例１−Ｂ、その他）のモータ特性（実測値）を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１におけるその他のブラシ配置を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２−Ａのブラシ配置を示す図である。
【図１６】本発明の実施例２−Ｂのブラシ配置を示す図である。
【図１７】本発明の実施例２（実施例２−Ａ、実施例２−Ｂ）のモータ特性（実測値）を示す図である。
【図１８】本発明の実施例２（実施例２−Ａ）のモータ特性（実測値）をグラフで示す図である。
【図１９】本発明の実施例２（実施例２−Ｂ）のモータ特性（実測値）をグラフで示す図である。
【図２０】本発明の実施例２（実施例２−Ａ、実施例２−Ｂ、その他）のモータ特性（実測値）を示す図である。
【図２１】本発明の実施例２におけるその他のブラシ配置を示す図である。
【図２２】本発明の実施例３−Ａのブラシ配置を示す図である。
【図２３】本発明の実施例３−Ｂのブラシ配置を示す図である。
【図２４】本発明の実施例３（実施例３−Ａ、実施例３−Ｂ、その他）のモータ特性（実測値）を示す図である。
【図２５】本発明の実施例３におけるその他のブラシ配置を示す図である。
【図２６】ワイパーモータが備えるギヤ部のケースを内側から拡大して示す図である。
【図２７】ワイパーモータが備える出力軸の構成の概略を示す図であり、（ａ）は入力端側，（ｂ）は側方，（ｃ）は出力端側から見た図である。
【図２８】ワイパ装置が備える駆動手段とワイパモータとでの電源供給の切換回路の構成を示したものである。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・ワイパモータ
２・・・モータ部
３・・・ギヤ部
３ａ・・・ケース
３ａ１・・・摺動子
４・・・ギヤケースフランジ
５、６・・・軸受
７・・・ウォームギヤ
８・・・出力軸
８ａ・・・貫通孔
８１・・・歯車
８１ａ・・・導電リング
１１・・・モータハウジング
１２・・・マグネット
１３・・・電機子
１４・・・回転軸
１６・・・整流子
２０・・・ブラシ装置
２１・・・コモンブラシ
２２・・・低速用ブラシ
２３・・・高速用ブラシ
２４、２５、２６・・・ブラシホルダー
３０・・・直流電源
３１・・・陽極
３２・・・陰極（グランド）
４１、４２・・・短絡バー
４３（４３−１〜４３−１７，４３−２０〜４３−２７）・・・接点
４４・・・切換スイッチ
４５・・・カム
【図１】
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【図２】
2010068592.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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