JP2011200025A - モータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】上下ケースに嵌合誤差があっても、出力軸の角度検出精度を低下させることなく、ポテンショメータの耐久性の低下を防止できる。
【解決手段】 上端側が上ケース１１に支持され、下端側が下ケース１２に支持される出力軸４１と、出力軸４１の回転角を検出する回転角検出器５１を備えたモータアクチュエータであって、上下ケースは、内側に立上部１３を有し、出力軸４１は、断面が非円形の挿通部位４５を有し、回転角検出器５１は、出力軸４１の挿通部位４５が挿通される装着孔５２を有する回転体５３と、回転体５３を軸支する非回転体５４と、回転体５３の回転により出力軸４１の回転角を検出する検出手段を備え、非回転体５４は、上下ケースの立上部１３により挟持され、装着孔５２の内周面もしくは挿通部位４５には、挿通部位４５が回転体の厚み方向の一部だけに接触するように規制するためのリブ５７が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転角検出器を備えたモータアクチュエータに関するものである。

例えば、自動車などの車両に用いられる空気調整装置の気流調節弁の駆動源として、電動モータにより駆動されるモータアクチュエータが知られている。
このようなモータアクチュエータは、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示す上ケース１０１と下ケース１０２とを備え、モータ１０３の回転が伝えられる出力軸１０４が上下ケースの嵌合により挟持されている。また出力軸１０４が挿嵌され出力軸１０４の角度検出をする回転角検出器のポテンショメータ１０５が、下ケース１０２に取り付けられている。
このポテンショメータ１０５は、出力軸１０４の一端が装着される挿嵌孔を有しブラシ１０６が設けられる回転体１０７と、回転体１０７を軸支すると共に、ブラシ１０６に対向配置される抵抗体基板が設けられる非回転体１０８を有する。

このポテンショメータ１０５と出力軸１０４は、ポテンショメータ１０５の挿嵌孔と出力軸１０４とを完全に同一寸法にすることは不可能であり、通常、寸法差がある。このとき、例えば、出力軸１０４より挿嵌孔の方を多少大きくした場合には、それによって生じるクリアランスは、不感帯となって出力軸の角度検出の精度が低下してしまう。また、出力軸１０４より挿嵌孔の方を多少小さくして、圧入すると、クリアランスをなくして検出精度を高めることはできるが、圧入によりポテンショメータに負荷をかけつづけることになり、クラックや変形が生じる原因となり耐久性が低下してしまう。

このような問題点を解決するため、例えば、特許文献１では、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、ポテンショメータ１０５の挿嵌孔（装着孔）１０９を構成するＤカット形状孔に、塑性変形される半球突起１１０や突条部１１１を形成している。このような構造によれば、出力軸が挿嵌孔に挿入されると、半球突起や突条部が塑性変形され、出力軸が挿嵌孔に止着されることにより、ポテンショメータに大きな負荷をかけることなく、回転体と出力軸のクリアランスをなくして出力軸の検出精度が向上できるとされている。

特開２００２−２６７４３９号公報

しかしながら、モータアクチュエータの上下ケースに嵌合誤差があると、図１２（ｃ）に示すように出力軸１０４が傾くが、ポテンショメータの非回転体１０８は下ケース１０２に取り付けられているため移動できず、出力軸１０４に止着されている回転体１０７が移動しようと傾く。
そのため、回転体と非回転体との間に過大な側圧が加わり異常磨耗が発生すると共に、ブラシの荷重が増加し、ブラシの磨耗が促進され、耐久性が低下する。
出力軸と回転体の挿嵌孔とのクリアランスを大きくとれば、出力軸が傾いても回転体が傾かないようにできるが、角度検出精度が低下してしまう。また、上下ケースの嵌合誤差をなくすように嵌合精度を極限まで高めると、加工コストが増大してコストアップしてしまう。

そこで本発明は、上下ケースに嵌合誤差があっても、出力軸の角度検出精度を低下させることなく、ポテンショメータの耐久性の低下を防止できるモータアクチュエータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく成された本発明は、
ハウジングを構成する上下ケースと、前記ハウジング内に配置されるモータと、前記モータの回転軸に連結される減速ギヤと、上端側が前記上ケースに支持され、下端側が前記下ケースに支持され、前記減速ギヤに連結されて回転する出力軸と、前記出力軸の回転角を検出する回転角検出器を備えたモータアクチュエータであって、
前記上下ケースは、内側に立上部を有し、
前記出力軸は、断面が非円形の挿通部位を有し、
前記回転角検出器は、前記出力軸の挿通部位が挿通される装着孔を有する回転体と、前記回転体を軸支する非回転体と、前記回転体の回転により前記出力軸の回転角を検出する検出手段を備え、
前記非回転体は、前記上下ケースの立上部により挟持され、
前記装着孔の内周面もしくは前記挿通部位には、前記挿通部位が前記回転体の厚み方向の一部だけに接触するように規制するためのリブが設けられているものである。

本発明のモータアクチュエータでは、さらなる好ましい特徴として、
「前記リブは、前記回転体の装着孔に、前記回転体の厚み方向の一部に全周にわたって突状に設けられていること」、
「前記リブは、前記出力軸の挿通部位に、軸方向の一部に全周にわたって突状に設けられていること」、
「前記回転体の装着孔は断面がＤ形状に形成され、
前記リブは、前記Ｄ形状を対称に２等分する線により分割される前記装着孔の左平坦部、右平坦部、左湾曲部及び右湾曲部にそれぞれ少なくとも１個設けられ、
前記リブは、前記回転体の厚み方向の一部に、当該厚み方向と直交する同一平面上に位置するように設けられていること」を含むものである。

本発明によれば、出力軸の傾きによる回転角検出器の回転体の傾きを抑制して耐久性の低下を防止できる。

本発明の第１の実施形態におけるモータアクチュエータの分解斜視図を示す。 図２（ａ）は、図１のモータアクチュエータの上ケースを除いた完成品の上面図、図２（ｂ）は、上下ケースの嵌合誤差のない場合の図２（ａ）の切断線Ａ−Ａの断面図、図２（ｃ）は、上下ケースに嵌合誤差がある場合の図２（ａ）の切断線Ａ−Ａの断面図である。 図３（ａ）は、図１の回転角検出器の要部を示す断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の上面図である。 図４（ａ）は、図３の回転角検出器の装着孔に出力軸が傾いて挿入された場合の断面図、図４（ｂ）は、図３の回転体の装着孔のリブが回転体の厚み方向の上端に形成され、出力軸が傾いて挿入された場合の断面図である。 図５（ａ）は、図３の装着孔のリブの基端部が装着孔の上下端縁に達するブロード形状の場合の断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の上面図を示す。 図５の回転体の装着孔に出力軸の挿通部位が傾いて挿嵌されている場合を示す断面図である。 図７（ａ）は、第２の実施形態における回転角検出器の要部を示す断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の上面図を示す。 図７の回転体の装着孔に出力軸の挿通部位が傾いて挿嵌されている場合の断面図である。 図９（ａ）は、第３の実施形態にかかる回転角検出器の要部を示す断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の上面図を示す。 第４の実施形態におけるモータアクチュエータの要部を示す断面図である。 第１の実施形態におけるモータアクチュエータの回転角検出器の変形例を示す断面図である。 図１２（ａ）は、本発明が解決しようとする課題を説明するための参考図であって、モータアクチュエータの上ケースを除いた完成品の上面図、図１２（ｂ）は、上下ケースの嵌合誤差のない場合の図１２（ａ）の切断線Ｆ−Ｆの断面図、図１２（ｃ）は、上下ケースに嵌合誤差があり、出力軸が所定の位置から傾いて配置される場合の図１２（ａ）の切断線Ｆ−Ｆの断面図である。 図１３（ａ）は、従来の回転角検出器の斜視図、図１３（ｂ）は、従来の別の回転角検出器の斜視図を示す。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１乃至図２に示すように、本発明のモータアクチュエータ１は、自動車などの車両に用いられる空気調整装置の気流調節弁の駆動源などに用いられ、ハウジングを構成する上下ケースと、ハウジング内に配置されるモータ３１と、モータ３１の回転軸３１Ａに連結される減速ギヤと、減速ギヤと連結されて回転する出力軸４１と、出力軸４１の回転角を検出する回転角検出器５１を備えているものである。

ハウジングは、上ケース１１と下ケース１２の開口端部が互いに嵌合して所定の内部空間を有する箱状に形成される。

モータ３１は、ハウジング内に配置される。モータ３１の回転軸３１Ａにはウォームギヤ３２が固着され、ウォームギヤ３２には減速ギヤが連結される。
本例の減速ギヤは、第１中間ギヤ３３と第２中間ギヤ３４を有し、第１中間ギヤ３３は、ウォームギヤ３２と連結され、第２中間ギヤ３４は、第１中間ギヤ３３と連結される。

出力軸４１は、硬質樹脂で形成され、外周に溝を有するフランジ状の出力ギヤ４２を有し、出力ギヤ４２は第２中間ギヤ３４と連結される。

出力軸の上端４３は、筒状に形成され、上ケース１１の底板に設けられたガイド孔１１Ａから突出して回転支持されると共に、筒状の内周に図示しない空気調整装置の気流調節弁の回転軸が係止される。
出力軸の下端４４は、出力軸の上端４３と同軸上にあって、下ケース１２の内底面に一体に設けられる軸受１２Ａに挿入され回転支持される。
出力軸の下端４４側には、断面が非円形の挿通部位４５が設けられている。本例では、挿通部位４５の断面はＤ形状になっている。

上記の構成により、モータの回転が、ウォームギヤ、減速ギヤ、出力軸を介して、空気調整装置の気流調節弁の回転軸に伝達できる。

本例の回転角検出器５１は、ポテンショメータから構成され、出力軸４１の挿通部位４５が挿通される装着孔５２を有する硬質樹脂製の回転体５３と、回転体５３を軸支する非回転体５４を有している。
回転体５３にはブラシ５５が設けられている。一方、非回転体５４には、ブラシ５５に摺接される図示しない抵抗体基板が設けられている。
ブラシ５５と抵抗体基板は、回転体５３の回転により出力軸４１の回転角を検出する検出手段として機能し、出力軸４１の回転角に応じた電圧信号を検出できるようになっている。

本例のモータアクチュエータ１では、上下ケースは、ケースの内側に同じ高さの立上リブからなる立上部をそれぞれ３個有しており、下ケース１２の立上部１３Ａの先端は、ケース底面と平行な平坦面で形成され、上ケース１１の立上部１３Ｂの先端は、先鋭状に形成されている。
一方、ポテンショメータの非回転体５４には、上下ケースの立上部１３Ａ、１３Ｂに対応する３ケ所の部分に保持部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃが設けられており、非回転体５４はこの保持部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃの部分で上下ケースの立上部１３Ａ、１３Ｂによって挟持される。保持部５６Ａ、５６Ｂは、非回転体５４の左右両端側に設けられ、保持部５６Ｃは、非回転体５４の外周に設けられた腕部先端に設けられ、これらの保持部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃは、非回転体５４の外周部分に互いに離れて配置される。

また、本例のモータアクチュエータでは、図３に示すように、回転体５３の装着孔５２の内周面に、突状のリブ５７が設けられている。このリブ５７は、出力軸４１の挿通部位４５が回転体５３の厚み方向の一部だけに接触するように規制するためのものであり、本例では出力軸４１の挿通部位４５がリブ５７だけに接触するように、回転体５３の厚み方向の一部に全周にわたって連続した形状としている。

本例のモータアクチュエータを組み立てる際は、下ケース１２の所定の位置にモータ３１及び減速ギヤを配し、回転角検出器５１に出力軸４１を装着し、出力軸の下端４４を下ケース１２の軸受１２Ａに挿入すると共に、回転角検出器５１を下ケース１２の立上部１３Ａに載置した状態で、上ケース１１を下ケース１２に嵌合せしめる。なお、回転角検出器５１を下ケース１２の立上部１３Ａに載置する際は、非回転体５４の保持部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃが立上部１３Ａに載るようにする。そして保持部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃは、非回転体５４の外周部分に互いに離れて配置されるため、非回転体５４は、下ケース１２の立上部１３Ａに安定して載置される。

上下ケースに嵌合誤差が無い場合は、図２（ｂ）に示すように、出力軸４１は傾かず、各部材は下ケース１２に配された当初の状態を維持したまま、上ケース１１が下ケース１２に嵌合される。

上下ケースに嵌合誤差が有る場合は、図２（ｃ）に示すように、出力軸が傾く。この時、従来のように回転角検出器が下ケースに予め固定されている場合には、出力軸の挿通部位と回転体の装着孔の内周面との間に十分に大きなクリアランスが無いと、出力軸と回転体との間、さらには回転体と非回転体との間に過大な側圧が加わり、出力軸の回転によってこれらの部材に異常磨耗が発生し易くなる。また、出力軸の傾きによる側圧によって回転体も傾き、ブラシの荷重が増加し、ブラシの磨耗が促進され、耐久性が低下する。

一方、本例のモータアクチュエータでは、回転角検出器５１が下ケース１２に固定されておらず、回転角検出器５１を下ケース１２の立上部１３Ａに載置した状態で上ケース１１が組み付けられるため、上下ケースの嵌合時に、回転角検出器５１は、出力軸４１が傾いた分だけケース内を横方向に移動することができる。

それに加え、本例のモータアクチュエータでは、出力軸４１の挿通部位４５と回転体５３との接触部位が、回転体５３の厚み方向の一部だけに形成されたリブに限定されている。このため、出力軸４１の挿通部位４５と回転体５３のリブとのクリアランスが比較的狭くても、出力軸４１は装着孔内で比較的大きく傾くことができる。つまり、従来の図１３（ａ）のようにＤ形状の直線部分に小さな突起を形成したものや、図１３（ｂ）のように回転体５３の厚み方向の全体に亘るストライプ状の突起を形成したものでは、クリアランスが狭いと出力軸４１はほとんど傾くことができないが、本例のようなリブを設けることにより、同じクリアランスでも出力軸４１は大きく傾くことができる。

これらのことから、本例のモータアクチュエータでは、出力軸４１の挿通部位４５と回転体５３のリブ５７とのクリアランスが狭くても、上下ケースの嵌合誤差に起因する出力軸の傾きによって各部材間に生じる側圧をほとんど無くすことができ、各部材の異常磨耗を防止することができる。また、出力軸４１が傾いても、ポテンショメータの回転体５３はほとんど傾斜せず、ブラシ荷重が増えることがない。
したがって、本例のモータアクチュエータでは、上下ケースに嵌合誤差があっても、出力軸の角度検出精度を低下させることなく、ポテンショメータの回転体の傾きを抑制でき、耐久性の低下を防止できる。

本発明において、図３に示すリブ５７の高さＨ１は、想定される上下ケースの最大嵌合誤差や、回転体５３の厚みＷなどに応じて適宜設計される。より具体的には、上下ケースの最大嵌合誤差によって出力軸４１に最大の傾きが生じた場合でも、出力軸４１の挿通部位４５が装着孔内周面の上下端縁に接触せず、リブ５７だけに接触するように、リブの高さＨ１が設計される。

また、リブ５７の形成位置は、回転体５３の厚み方向のどの位置でもかまわないが、回転体５３の厚み方向の中間部分に形成するのが特に好ましい。例えば図４に示すように、同一形状のリブで比較すると、回転体５３の厚み方向の中間部分に形成した方が（図４（ａ）参照）、回転体５３の厚み方向の端部に形成するよりも（図４（ｂ）参照）、回転体５３の傾きをより大きく許容できる。つまり、回転体５３の厚み方向の中間部分にリブを形成した方が、リブの高さを低く形成することができ、各部材の設計自由度を高めることができる。

また、図３に示すリブ先端の幅Ｗ１は、強度的な問題がなければできるだけ狭い方が望ましい。リブ先端の幅Ｗ１が広すぎると本発明の効果が十分に得られない。このため、幅Ｗ１は、回転体５３の厚みＷの１／２以下であるのが好ましく、回転体５３の厚みＷの１／４以下であるのが特に好ましい。

リブの断面形状は図３のような形態に限定されるものではなく、例えば図５のようにリブの基端部が装着孔５２の上下端縁に達するブロードな形状のものでも適用できる。図５のような形態の場合、リブの傾斜角度αは、上下ケースの最大嵌合誤差によって出力軸に生じる最大の傾き角度βよりも大きく設計される（図６参照）。これにより、出力軸４１の挿通部位４５がリブの傾斜面５３Ａに当接せず、各部材間に生じる側圧をほとんど無くすことができる。

リブが形成する開口部分は、出力軸４１の挿通部位４５の断面形状と略同一に形成されるのが好ましい。本例のように、挿通部位４５の断面がＤ形状の場合には、リブが形成する開口部分の形状もＤ形状にすることにより、クリアランスを最小限にして、出力軸４１の検出精度を最大限に高めることができる。

このように、本実施形態では、出力軸の挿通部位と回転体のリブとのクリアランスが狭くても、上下ケースの嵌合誤差に起因する出力軸の傾きによって各部材間に生じる側圧をほとんど無くすことができ、また、出力軸が傾いても、ポテンショメータの回転体はほとんど傾斜せず、ブラシ荷重が増えることがない。このため、出力軸の角度検出精度を低下させることなく、回転角検出器の耐久性の低下を防止できる。

（第２の実施形態）
図７（ａ）は、第２の実施形態にかかる回転角検出器の要部を示す断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）の上面図を示す。
図８は、図７の回転体の装着孔に出力軸の挿通部位が傾いて挿嵌されている場合の断面図である。
図７、図８において第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態において第１の実施形態と異なる点は、突状のリブ６０の先端が半球状突起である点である。この実施形態であれば、突状のリブ６０の内径が出力軸４１の挿通部位４５の外径より若干小さく形成され、出力軸４１の挿通部位４５が突状のリブ６０に軽圧入されても、リブの先端が半球状突起であるため、出力軸の傾きに伴ってポテンショメータの回転体はほとんど傾斜することがない。よって、回転体を回転支持する非回転体内周に過大な側圧が加わるのをさらに効果的に低減できると共に、回転角検出器のブラシ荷重が増えることがないため、耐久性の低下が防止できる。

（第３の実施形態）
図９（ａ）は、第３の実施形態にかかる回転角検出器の要部を示す断面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の上面図を示す。
図９において第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態において第１の実施形態と異なる点は、回転体５３の装着孔５２は断面がＤ形状に形成され、Ｄ形状を対称に２等分する線７５により分割される左平坦部７１、右平坦部７２、左湾曲部７３、右湾曲部７４に、突状のリブ５８がそれぞれ少なくとも１個設けられ、この突状のリブ５８は回転体５３の厚み方向の一部に、当該厚み方向と直交する同一平面上に位置するように設けられている点である。この突状のリブ５８は、少なくとも隣接する二つが連続して設けられてもよい。

この実施形態であっても、出力軸の傾きによる回転角検出器の回転体の傾きを抑制できることにより、回転体を回転支持する非回転体内周に過大な側圧が加わるのを効果的に低減できると共に、ブラシと抵抗体基板との間に所定のクリアランスが確保でき回転角検出器のブラシ荷重が増えることがないため、耐久性の低下が防止できる。

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態にかかるモータアクチュエータの要部を示す断面図である。
図１０において第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態において第１の実施形態と異なる点は、回転体５３の装着孔５２内周と対向する出力軸４１の挿通部位４５には、出力軸４１の軸方向の一部に全周にわたって突状のリブ５９が設けられる点である。
この実施形態であっても、第１の実施形態と同様の効果を得られる。

（変形例）
図１１は、第１の実施形態にかかるモータアクチュエータの回転角検出器の変形例について説明する。
本変形例において上述の第１の実施形態と異なる点は、上述の説明では回転角検出器はポテンショメータであったが、この変形例の回転角検出器８１は、導電部と絶縁部が所定の間隔をおいて配置された図示しないプレート部が設けられ出力軸４１と一体に回転する回転体８２と、このプレート部と対向するブラシ８３が設けられ回転体８２を軸支する非回転体８４と、回転体８２の回転により出力軸４１の回転角を検出する検出手段を備えるパルスセンサとなる点である。
このパルスセンサにおいても、上述と同様な効果を有する。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、立上部、突状のリブ、回転体の装着孔などに関し、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１ モータアクチュエータ
１１ 上ケース
１１Ａ ガイド孔
１２ 下ケース
１２Ａ 軸受
１３Ａ 立上部
１３Ｂ 立上部
３１ モータ
３１Ａ 回転軸
３２ ウォームギヤ
３３ 第１中間ギヤ
３４ 第２中間ギヤ
４１ 出力軸
４２ 出力ギヤ
４３ 出力軸の上端
４４ 出力軸の下端
４５ 挿通部位
５１ 回転角検出器
５２ 装着孔
５３ 回転体
５３Ａ 傾斜面
５４ 非回転体
５５ ブラシ
５６Ａ 保持部
５６Ｂ 保持部
５６Ｃ 保持部
５７ 突状のリブ
５８ 突状のリブ
５９ 突状のリブ
６０ 突状のリブ
７１ 左平坦部
７２ 右平坦部
７３ 左湾曲部
７４ 右湾曲部
７５ ２等分する線
８１ 回転角検出器
８２ 回転体
８３ ブラシ
８４ 非回転体
Ｈ１ リブの高さ
Ｗ 回転体の厚み
Ｗ１ リブ先端の幅
α リブの傾斜角度
β 出力軸の生じる最大の傾き角度

Claims (4)

1. ハウジングを構成する上下ケースと、前記ハウジング内に配置されるモータと、前記モータの回転軸に連結される減速ギヤと、上端側が前記上ケースに支持され、下端側が前記下ケースに支持され、前記減速ギヤに連結されて回転する出力軸と、前記出力軸の回転角を検出する回転角検出器を備えたモータアクチュエータであって、
   前記上下ケースは、内側に立上部を有し、
   前記出力軸は、断面が非円形の挿通部位を有し、
   前記回転角検出器は、前記出力軸の挿通部位が挿通される装着孔を有する回転体と、前記回転体を軸支する非回転体と、前記回転体の回転により前記出力軸の回転角を検出する検出手段を備え、
   前記非回転体は、前記上下ケースの立上部により挟持され、
   前記装着孔の内周面もしくは前記挿通部位には、前記挿通部位が前記回転体の厚み方向の一部だけに接触するように規制するためのリブが設けられていることを特徴とするモータアクチュエータ。
2. 前記リブは、前記回転体の装着孔に、該回転体の厚み方向の一部に全周にわたって突状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
3. 前記リブは、前記出力軸の挿通部位に、軸方向の一部に全周にわたって突状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
4. 前記回転体の装着孔は断面がＤ形状に形成され、
   前記リブは、前記Ｄ形状を対称に２等分する線により分割される前記装着孔の左平坦部、右平坦部、左湾曲部及び右湾曲部にそれぞれ少なくとも１個設けられ、
   前記リブは、前記回転体の厚み方向の一部に、当該厚み方向と直交する同一平面上に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
   

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