JP7192635B2 - 回転式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられる回転式アクチュエータが知られている。特許文献１には、モータのモータ軸と平行に配置された出力軸を持つ２軸タイプのアクチュエータが開示されている。モータから出力軸までの動力伝達経路には減速機構が設けられている。減速機構は、サンギヤおよびリングギヤからなる第１減速部と、ドライブギヤおよびドリブンギヤからなる平行軸式の第２減速部とを有する。モータの回転は第１減速部により減速された後、第２減速部により減速されてから出力軸に伝達される。

モータおよび減速機構はケースに収容されている。ケースは、モータ側のアッパーケース部と、減速機構側のロアケース部とを有する。軸方向においてモータ側から順に第１減速部と第２減速部が配置されている。リングギヤはアッパーケース部にねじ締結されている。

特願２０１７－９８２７０号公報

特許文献１に開示されているようにリングギヤをアッパーケース部にねじ締結する構造の場合、締結部品としてのねじが必要になり、また、組付け工程が煩雑になる。ねじ締結に限らず、例えばリングギヤをアッパーケース部に圧入する構造の場合も同様に、アッパーケース部に締結部品としての被圧入用リングが必要になり、また、組付け工程が煩雑になる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、締結部品の削減および組付け工程の簡略化が可能な回転式アクチュエータを提供することである。

本発明は、車両のシフトバイワイヤシステム（１１）に用いられる回転式アクチュエータであって、モータ（３０）と、モータのモータ軸（３３）と平行に配置された出力軸（４０）と、モータの回転を減速して出力軸に伝達する減速機構（５０）と、モータおよび減速機構を収容しているケース（６０）とを備える。

ケースは、モータ側に位置するアッパーケース部（６１）と、減速機構側に位置するロアケース部（６２）とを有する。減速機構は、ロアケース部の樹脂部に埋設されたリングギヤ（５１、１０１、１１１、１２１、１３１）を含む第１減速部（７１）と、モータ軸上のドライブギヤ（５３）および出力軸上のドリブンギヤ（５４）を含む平行軸式の第２減速部（７２）とを有する。リングギヤは、環状のギヤ部（７３、１０３、１１３、１２３）と、ギヤ部の一端から径方向内側に突き出すカバー部（７４、１０４、１１４、１２４）とを有する。

このようにリングギヤをケースの樹脂部に例えばインサート成形等により埋設することで、組付け工程においてリングギヤをケースに組み付ける必要がなくなり、また、締結部品が不要になる。そのため、締結部品の削減および組付け工程の簡略化が可能である。

また、リングギヤがカバー部を有するため、ケースの成形に伴う樹脂バリがリングギヤのギヤ部に付着するのを防ぐことができる。また、リングギヤをケースに一体成形しているため、回転式アクチュエータの駆動中におけるリングギヤの変形が抑制され、ギヤ効率が改善される。

また、リングギヤをアッパーケース部にねじ締結する構造の場合、位置決めピンを用いて両者の位置決めが為される。このような場合と比べて、リングギヤをロアケース部に一体成形する本発明によれば、リングギヤとモータのロータとの同軸度のばらつきが小さくなるため、ギヤ効率が改善される。
カバー部は、ギヤ部のロアケース部側の一端から径方向内側に突き出すよう形成されている。

第１実施形態による回転式アクチュエータが適用されたシフトバイワイヤシステムを示す模式図。 図１のシフトレンジ切替機構を説明する図。 第１実施形態による回転式アクチュエータの断面図。 図３のＩＶ部拡大図。 第２実施形態による回転式アクチュエータの減速機構周辺の拡大図。 第３実施形態による回転式アクチュエータの減速機構周辺の拡大図。 第４実施形態による回転式アクチュエータの減速機構周辺の拡大図。 第５実施形態による回転式アクチュエータの減速機構周辺の拡大図。 他の実施形態による回転式アクチュエータの減速機構周辺の拡大図。

以下、回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
アクチュエータは、車両のシフトバイワイヤシステムの駆動部として用いられている。

（シフトバイワイヤシステム）
先ず、シフトバイワイヤシステムの構成について図１および図２を参照して説明する。図１に示すように、シフトバイワイヤシステム１１は、変速機１２のシフトレンジを指令するシフト操作装置１３と、変速機１２のシフトレンジ切替機構１４を作動させるアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０の通電を実施する駆動回路１５と、制御回路１７とを備える。制御回路１７は、シフトレンジの指令信号に応じて駆動回路１５を制御してアクチュエータ１０を駆動する。駆動回路１５および制御回路１７は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１８を構成している。

図２に示すように、シフトレンジ切替機構１４は、変速機１２（図１参照）内の油圧作動機構への油圧の供給を制御するレンジ切替弁２０と、シフトレンジを保持するディテントスプリング２１およびディテントレバー２２と、シフトレンジがパーキングレンジに切り替えられるとき変速機１２の出力軸のパークギヤ２３にパークポール２４を嵌合させて、出力軸の回転をロックするパークロッド２５と、ディテントレバー２２と一体に回転するマニュアルシャフト２６と、を備える。

シフトレンジ切替機構１４は、マニュアルシャフト２６とともにディテントレバー２２を回転させて、ディテントレバー２２に連結されたレンジ切替弁２０の弁体２７およびパークロッド２５を目標シフトレンジに対応した位置に移動させる。シフトバイワイヤシステム１１では、こうしたシフトレンジの切り替えを電動で行うために、マニュアルシャフト２６にアクチュエータ１０を連結している。

（アクチュエータ）
次に、アクチュエータ１０の構成について説明する。図３に示すように、アクチュエータ１０は、動力発生源としてのモータ３０と、モータ３０に対して平行に配置された出力軸４０と、モータ３０の回転を減速して出力軸４０に伝達する減速機構５０と、モータ３０、出力軸４０および減速機構５０を収容しているケース６０と、回転位置検出部８０とを備える。

ケース６０は、モータ３０側に位置する筒状のアッパーケース部６１、および、減速機構５０側に位置するカップ状のロアケース部６２を有する。アッパーケース部６１は、一端部６３と他端部６４との間に隔壁部６５を形成している。一端部６３の内側には、駆動回路および制御回路（図１参照）を搭載した制御基板６６が設けられている。制御基板６６は、例えば熱かしめにより隔壁部６５に固定されている。制御基板６６は鉄製のプレートカバー６７によりカバーされており、これによりシールド性が確保される。ロアケース部６２は、他端部６４に組付けられている。ロアケース部６２は、アッパーケース部６１とは反対側に突き出す筒状突出部６９を形成している。マニュアルシャフト２６は、筒状突出部６９を挿通するように配置される。

モータ３０は、他端部６４のプレートケース６８に圧入固定されているステータ３１と、ステータ３１の内側に設けられているロータ３２と、ロータ３２と共に回転軸心ＡＸ１まわりに回転するモータ軸３３とを有する。モータ軸３３は、プレートケース６８に設けられた軸受３４と、ロアケース部６２に設けられた軸受３５とにより回転可能に支持されている。またモータ軸３３は、ロータ３２に対してロアケース部６２側に、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心部３６を有する。モータ３０は、ステータ３１を構成する三相巻線３８への通電電流を制御回路（図１参照）にて制御することにより双方向に回転でき、また、所望の回転位置で停止させることができる。プレートカバー６７は通孔を有しており、この通孔にはプラグ３９が取り付けられている。故障時にはプラグ３９を外すことで、モータ軸３３を手動で回転させることができる。

減速機構５０は、リングギヤ５１およびサンギヤ５２を含む第１減速部７１と、ドライブギヤ５３およびドリブンギヤ５４を含む平行軸式の第２減速部７２とを有する。リングギヤ５１は、回転軸心ＡＸ１上に設けられている。サンギヤ５２は、偏心部３６に嵌合する軸受５５により偏心軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持され、リングギヤ５１に内接するように噛み合っている。サンギヤ５２は、モータ軸３３が回転すると、回転軸心ＡＸ１まわりに公転しながら偏心軸心ＡＸ２まわりに自転する遊星運動を行う。このときのサンギヤ５２の自転速度は、モータ軸３３の回転速度に対して減速される。サンギヤ５２は、回転伝達用の穴部５６を有する。

ドライブギヤ５３は、回転軸心ＡＸ１上に設けられており、モータ軸３３に嵌合する軸受５７により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持されている。またドライブギヤ５３は、穴部５６に挿入された回転伝達用の凸部５８を有する。サンギヤ５２の自転は、穴部５６と凸部５８との係合によりドライブギヤ５３に伝達される。穴部５６および凸部５８は伝達機構５９を構成している。ドリブンギヤ５４は、回転軸心ＡＸ１と平行であり且つ筒状突出部６９と同軸である回転軸心ＡＸ３上に設けられ、ドライブギヤ５３に外接するように噛み合っている。ドリブンギヤ５４は、ドライブギヤ５３が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると、回転軸心ＡＸ３まわりに回転する。このときのドリブンギヤ５４の回転速度は、ドライブギヤ５３の回転速度に対して減速される。

出力軸４０は、筒状に形成され、回転軸心ＡＸ３上に設けられている。隔壁部６５は、回転軸心ＡＸ３と同軸の貫通支持孔８９を有する。出力軸４０は、貫通支持孔８９に嵌合する第１つば付きブッシュ４６と、筒状突出部６９の内側に嵌合する第２つば付きブッシュ４７とにより回転軸心ＡＸ３まわりに回転可能に支持されている。ドリブンギヤ５４は、出力軸４０とは別部材であり、出力軸４０の外側に嵌合し、当該出力軸４０に回転伝達可能に連結されている。マニュアルシャフト２６は、出力軸４０の内側に挿入され、例えばスプライン嵌合により出力軸４０に回転伝達可能に連結される。

出力軸４０の一端部４１は、第１つば付きブッシュ４６により回転可能に支持されている。出力軸４０の他端部４２は、第２つば付きブッシュ４７により回転可能に支持されている。ドリブンギヤ５４は、第１つば付きブッシュ４６の第１つば部４８と第２つば付きブッシュ４７の第２つば部４９とに挟まれる形で軸方向に支持されている。なお、他の実施形態では、ドリブンギヤ５４は、例えばケース６０や他のプレート等、一対の支持部に挟まれる形で軸方向に支持されてもよい。

回転位置検出部８０は、磁気回路部８１および磁気センサ８２を有する。磁気回路部８１は、出力軸４０に取り付けられている。具体的には、磁気回路部８１は、ホルダ８３とマグネット８４とが一体的に成形されてなる。ホルダ８３は、スラスト方向の位置がアッパーケース部６１により規制され、また、ラジアル方向の位置が出力軸４０により規制される。回転位置検出部８０は、出力軸４０およびそれと一体に回転するマニュアルシャフト２６の回転位置を検出し、ＥＣＵ１８に出力する。なお、他の実施形態では、磁気回路部は、出力軸またはそれと一体に回転する部材（例えばマニュアルシャフトなど）に設けられてもよい。例えば、磁気回路部のホルダが出力軸またはマニュアルシャフトと同一部品から構成され、磁気回路部のマグネットが上記ホルダに一体に固定（例えば接着、一体成形など）されてもよい。

ホルダ８３は、一端部４１の内側に挿入されている。ホルダ８３と一端部４１との間にはＯリング８５が設けられている。ホルダ８３の出力軸４０側の端部は有底穴８６を有する。有底穴８６には、スプリング８７が嵌められている。スプリング８７は、マニュアルシャフト２６の端部に形成された二面幅部２８をスプリング力により保持しており、マニュアルシャフト２６との隙間をなくしている。

出力軸４０の他端部４２と筒状突出部６９との間にはＸリング８８が設けられている。従来は、アクチュエータと変速機のトランスミッションケースとの間に設けられるシール部材によりシールする構造であった。しかし上記位置にＸリング８８が設けられることで、アクチュエータ１０単体でシール性を保証することができるようになった。

（減速機構）
次に、減速機構５０およびそれらの周辺箇所の構成について説明する。図４に示すように、第１減速部７１はロアケース部６２側に配置され、平行軸式の第２減速部７２はモータ３０と第１減速部７１との間に配置されている。つまり、モータ３０側から順に第２減速部７２と第１減速部７１が配置されている。ドライブギヤ５３とリングギヤ５１とは軸方向でオーバーラップしないようになっている。

リングギヤ５１は、内歯が形成された環状のギヤ部７３と、ギヤ部７３のロアケース部６２側の一端から径方向内側に突き出す環状かつ板状のカバー部７４とを有する。本実施形態では、ギヤ部７３のドリブンギヤ５４側の他端から径方向外側に突き出すフランジ部７５がさらに設けられている。ギヤ部７３、カバー部７４およびフランジ部７５は同一部材である。

リングギヤ５１はロアケース部６２に固定されている。具体的には、リングギヤ５１は、ギヤ部７３、カバー部７４およびフランジ部７５の径方向外側の外壁面がロアケース部６２の内壁面に密着するように、インサート成形によりロアケース部６２の樹脂部に埋設されている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、アクチュエータ１０は、モータ３０と、モータ３０のモータ軸３３と平行に配置された出力軸４０と、モータ３０の回転を減速して出力軸４０に伝達する減速機構５０と、モータ３０および減速機構５０を収容しているケース６０とを備える。

ケース６０は、モータ３０側に位置する筒状のアッパーケース部６１と、減速機構５０側に位置するカップ状のロアケース部６２とを有する。減速機構５０は、ロアケース部６２の樹脂部に埋設されたリングギヤ５１を含む第１減速部７１と、モータ軸３３上のドライブギヤ５３および出力軸４０上のドリブンギヤ５４を含む平行軸式の第２減速部７２とを有する。リングギヤ５１は、環状のギヤ部７３と、ギヤ部７３の一端から径方向内側に突き出すカバー部７４とを有する。

このようにリングギヤ５１をケース６０の樹脂部に埋設することにより、組付け工程においてリングギヤ５１をケース６０に組み付ける必要がなくなり、また、締結部品が不要になる。そのため、締結部品の削減および組付け工程の簡略化が可能である。

また、リングギヤ５１がカバー部７４を有するため、ケース６０の成形に伴う樹脂バリがリングギヤ５１のギヤ部７３に付着するのを防ぐことができる。また、リングギヤ５１をケース６０に一体成形しているため、回転式アクチュエータ１０の駆動中におけるリングギヤ５１の変形が抑制され、ギヤ効率が改善される。

また、リングギヤをアッパーケース部にねじ締結する構造の場合、位置決めピンを用いて両者の位置決めが為される。このような場合と比べて、リングギヤ５１をロアケース部６２に一体成形する本実施形態によれば、リングギヤ５１とモータ３０のロータ３２との同軸度のばらつきが小さくなるため、ギヤ効率が改善される。

ここで、従来は軸方向においてモータ側から順に第１減速部と平行軸式の第２減速部が配置されていた。そして、リングギヤはアッパーケース部にねじ締結されていた。このような部品配置の場合、リングギヤをケースに埋設することはできない。

これに対して第１実施形態では、第１減速部７１はロアケース部６２側に配置され、平行軸式の第２減速部７２はモータ３０と第１減速部７１との間に配置されている。つまり、モータ３０側から順に第２減速部７２と第１減速部７１が配置されている。このような部品配置により、リングギヤ５１をケース６０に埋設することが可能となっている。

また、第１実施形態では、ギヤ部７３およびカバー部７４は同一部材である。これによりリングギヤ５１が１部材で構成されるので、部品数の増加を避けることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図５に示すように、リングギヤ１０１のギヤ部１０３およびカバー部１０４は別部材である。ギヤ部１０３とカバー部１０４は別材質からなる。例えば、ギヤ部１０３は金属からなり、カバー部１０４は樹脂からなる。ギヤ部１０３およびカバー部１０４は互いに当接した状態でロアケース部６２の樹脂部に埋設される。カバー部１０４の樹脂の融点は、ロアケース部６２の樹脂の融点よりも高くなっている。このようにギヤ部１０３とカバー部１０４を別部材から構成することで、ギヤ部１０３の内歯を形成し易くなるので、リングギヤ１０１の加工費を低減することができる。なお、他の実施形態では、ギヤ部およびカバー部が例えば金属等の同材質から構成されてもよい。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図６に示すように、リングギヤ１１１のギヤ部１１３およびカバー部１１４は別部材である。ギヤ部１１３とカバー部１１４は、同材質の金属からなり、ギヤ部１１３の外側にカバー部１１４を圧入した状態でロアケース部６２の樹脂部に埋設される。このようにギヤ部１１３とカバー部１１４を別部材から構成することで、第２実施形態と同様にリングギヤ１１１の加工費を低減することができる。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図７に示すように、リングギヤ１２１は、ギヤ部１２３の内側にカバー部１２４を圧入した状態でロアケース部６２の樹脂部に埋設される。このようにギヤ部１２３とカバー部１２４を別部材から構成することで、第２実施形態と同様にリングギヤ１２１の加工費を低減することができる。

［第５実施形態］
第５実施形態では、図８に示すように、リングギヤ１３１は、カバー部７３の径方向内側の端部から軸方向でサンギヤ５２とは反対側へ突き出すブッシュ部７６を有する。ブッシュ部７６は、ギヤ部７３およびカバー部７４と同一部材である。これによりリングギヤ１３１が１部材で構成されるので、第１実施形態と同様に部品数の増加を避けることができる。

また、ブッシュ部７６の内側には軸受３５が嵌合している。これにより、ロアケース部６２を介さずにリングギヤ１３１とロータ３２との位置決めが為される。そのため、リングギヤ１３１とロータ３２との同軸度のばらつきが一層小さくなるため、ギヤ効率が改善される。

［他の実施形態］
他の実施形態では、リングギヤはフランジ部を有していなくても良い。また、他の実施形態では、別部材からなるギヤ部とカバー部とは、圧入に限らず、他の方法により固定されてもよい。また、他の実施形態では、図９に示すようにブッシュ部７６がモータ軸３３を直接支持するように構成されてもよい。また、他の実施形態では、第１減速部は、ハイポサイクロイド減速機に限らず、リングギヤを有する他の形式の減速機であってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０：回転式アクチュエータ １１：シフトバイワイヤシステム
３０：モータ ３３：モータ軸
４０：出力軸 ５０：減速機構
５１、１０１、１１１、１２１、１３１：リングギヤ
５３：ドライブギヤ
５４：ドリブンギヤ ６０：ケース
６１：アッパーケース部 ６２：ロアケース部
７１：第１減速部 ７２：第２減速部
７３、１０３、１１３、１２３：ギヤ部
７４、１０４、１１４、１２４：カバー部

Claims (5)

1. 車両のシフトバイワイヤシステム（１１）に用いられる回転式アクチュエータであって、
   モータ（３０）と、
   前記モータのモータ軸（３３）と平行に配置された出力軸（４０）と、
   前記モータの回転を減速して前記出力軸に伝達する減速機構（５０）と、
   前記モータおよび前記減速機構を収容しているケース（６０）と、
   を備え、
   前記ケースは、前記モータ側に位置するアッパーケース部（６１）と、前記減速機構側に位置するロアケース部（６２）とを有し、
   前記減速機構は、前記ロアケース部の樹脂部に埋設されたリングギヤ（５１、１０１、１１１、１２１、１３１）を含む第１減速部（７１）と、前記モータ軸上のドライブギヤ（５３）および前記出力軸上のドリブンギヤ（５４）を含む平行軸式の第２減速部（７２）とを有し、
   前記リングギヤは、環状のギヤ部（７３、１０３、１１３、１２３）と、前記ギヤ部の一端から径方向内側に突き出すカバー部（７４、１０４、１１４、１２４）とを有し、
   前記カバー部は、前記ギヤ部の前記ロアケース部側の一端から径方向内側に突き出すよう形成されている回転式アクチュエータ。
2. 前記カバー部は、一部が前記ロアケース部の樹脂部に埋設されている請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
3. 前記ギヤ部（７３）および前記カバー部（７４）は同一部材である請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記ギヤ部（１０３、１１３、１２３）および前記カバー部（１０４、１１４、１２４）は別部材である請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
5. 前記リングギヤ（１３１）は、前記カバー部から軸方向へ突き出すブッシュ部（７６）をさらに有する請求項１～４のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。

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