JP2006180604A - モータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
出力軸の軸振れを低減させて、駆動力の損失の少ない軸受構造とする。
【解決手段】
出力回転軸８ａの軸受に２個のつば付きすべり軸受を配置する。これにより、レイアウト上可能な範囲で出力回転軸８ａの軸受長さを長くとることができ、つまり、出力回転軸８ａと一体に配置されたウォームホイール８の倒れを小さく抑えることができ、ウォームギアの出力伝達効率を高く維持できる。これにより、モータアクチュエータの出力効率を向上できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータによって回転されるウォームと出力回転軸に設けられたウォームホイールとを備えたギア機構によってこのモータの出力を減速して出力するモータアクチュエータに関し、特に自動車のトランスファー装置の２輪駆動，４輪駆動の切替に用いられるモータアクチュエータに関する。

従来のモータアクチュエータとしては、例えば、特開２００３−２８５６６５号公報に記載されたものが知られている。この公報に記載された装置では、モータの軸に備えられたピニオンとこれとかみ合う大歯車を備え、この大歯車と連動回転する中間軸にウォームが設けられ、このウォームにかみ合うウォームホイールの回転軸が出力回転軸として構成され、これらの歯車機構が構成する減速機によってモータの出力が減速される構造になっている。この装置では、出力回転軸の外周に出力回転軸を保持する１個のつば付きすべり軸受を備えた構成としている。また、例えば、特開平１１−３４１７３９号公報に記載された装置では、モータの出力をモータのアーマチャ軸上に形成したウォームによって出力を減速している。この装置では、モータアーマチャのシャフト両端にラジアルを規制するすべり軸受を備え、シャフト両端先端部に備えたすべり軸受でスラスト方向の動きを規制した構造になっている。

特開２００３−２８５６６５号公報 特開平１１−３４１７３９号公報

上記従来技術では、モータ駆動時に幾何学的に発生するウォームホイール接線方向荷重によって出力回転軸方向と直行する方向へのウォームホイールの倒れが発生する。このウォームホイールの倒れによって、ウォームとウォームホイールのギアかみ合いがずれ、モータ出力のウォームからウォームホイールへの伝達効率が低下し、アクチュエータの出力が低下するという課題がある。また、従来技術では、ホイール接線方向荷重がモータのアーマチャのシャフト両端に備えたすべり軸受に作用，摩擦力が発生し、ウォームのウォームホイールへ伝達する出力が低下、これによりアクチュエータの出力が低下する。

本発明の目的は上記点に鑑み、出力回転軸の軸受として、出力回転軸と一体連動して回転するウォームホイールと、ウォームホイールと反対側の出力回転軸端に備えたリングとの間の出力回転軸外周に、ラジアルすべり軸受機能とスラスト滑り軸受機能を有するつば付きすべり軸受をつばと反対側の端面を対面させて２個配置する。

また、モータのアーマチャのコイル両端にボール軸受を２個備え、ボール軸受によってモータのアーマチャのスラスト方向の動きを規制した構造とする。

請求項１に記載の発明によれば、限られた配置レイアウトの中で、出力回転軸の軸受長を最大限に確保できる。これによりアクチュエータ作動時のウォームホイール接線方向荷重によるウォームホイールの倒れを小さくでき、ウォームとウォームホイールのギアかみ合いずれを小さくでき、ギア伝達効率を向上できる。これによりモータの出力効率を向上したアクチュエータを提供できる。また、ウォームホイールの倒れこみ量を小さく抑えることで、センサの回転子のラジアル方向ずれを小さく抑えることができ、センサ出力精度を向上したアクチュエータを提供できる。

請求項２に記載の発明によればモータのアーマチャの回転軸両端に配置したボール軸受でアーマチャのスラストの動きを規制することで、ウォームホイールの接線方向に作用する荷重を低減でき、出力回転軸の軸受に発生する摩擦力を小さく抑えることができ、これにより出力効率を向上したアクチュエータを提供できる。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

まず、本実施例のモータアクチュエータの構成を説明する。図１は本発明の実施例を示す正面断面図である。１はモータで、ヨーク１ａとボディ２，アーマチャ３，アーマチャ３へ電力を供給するブラシ部４で構成される。５はボール軸受であり、シャフト３ａのスラスト方向の動きを規制し、回動可能に保持している。ボール軸受５，６はそれぞれヨーク１ａ，ボディ２に保持される。ボール軸受６に対しコイル３ｂとは反対側のシャフト
３ａ上にウォーム３ｃが形成されている。シャフト３ａ先端のボディ２内にすべり軸受７が備えられ、ウォーム３ｃはこのすべり軸受７とボール軸受６とで回動可能に保持されている。８はウォームホイールで、ウォーム３ｃとかみ合い、ギア中心軸がウォーム３ｃと直行するように配置されている。

図２は本実施例の側面断面図である。ウォームホイール８の回転中心軸上にウォームホイール８と一体回動する出力回転軸８ａが備えられていて、出力回転軸８ａの先端にリング９が固定されている。１０，１１は出力回転軸を回動可能に保持するつば付きすべり軸受で、同一部材である。つば部１０ａの側面とウォームホイール８の側面が摺動、つば部１１ａの側面とリング９の側面が摺動、ウォームホイール８とリング９とでつば付きすべり軸受１０，１１を挟みこむ構造にすることで出力回転軸８ａのスラスト方向の動きを規制している。つば付きすべり軸受１０，１１はボディ２によって保持されている。１２は出力回転軸８ａとボディ２間をシールするためのシール部材であり、つば付きすべり軸受１０，１１とボディ２，出力回転軸８ａによって画成される空間に配置されている。１３は出力回転軸８ａの回転位置を検出するセンサであり、出力回転軸８ａの回転位置を電気信号として電気接点１３ｃ，電気配線１３ｄを介して図示されないアクチュエータのコントロールユニットに出力する。１３ａはシフトセンサの回転子であり、回転子１３ａのシャフト１３ｂが結合部１４を介してウォームホイール８及び出力回転軸８ａと一体回動する。

図３は電気配線１３ｄ側から回転子１３ａを見た回転子１３ａの正面図である。回転子１３ａには導体部１３ｅと絶縁部１３ｆがトラック状に形成されセンサ１３の固定子13ｇに固定された電気接点１３ｃが回転子１３ａに接している。本実施例では５本の電気接点１３ｃが設定されており、この内の内径側の１本をグランドとし４トラックのグレイコードタイプのセンサである。

本実施例のアクチュエータはモータ１を駆動源とし、ウォームギアによりモータ１の出力を増幅、ウォームホイール８を介して出力回転軸８ａに伝えられる。本アクチュエータ動作時、ウォームギアの幾何学的構造により、ウォーム３ｃのギア歯面には、ウォーム接線方向の荷重，ウォーム径方向の荷重，ウォームホイール接線方向の３方向の荷重が作用する。この３方向の荷重がウォームホイール８のギア歯面にも作用し、出力回転軸８ａに対して直行する方向にモーメントが発生する。軸，軸受の熱膨張，熱収縮や製造上の寸法公差ばらつきによる出力回転軸８ａのロックを防止するため、出力回転軸８ａとつば付きすべり軸受１０，１１との軸受に微小隙間を設定している。このため、前記、出力回転軸８ａに対して直行する方向のモーメントによりウォームホイールの倒れが発生する。

図４，図５ａ，図５ｂは本実施例の出力回転軸の軸受構造の縦断面拡大図である。前述したように、出力回転軸８ａの軸受としてつば付きすべり軸受１０，１１を軸方向に２個対面するように配置し、出力回転軸８ａとボディ２の間をシールするために、出力回転軸８ａとボディ２と２個のつば付きすべり軸受１０，１１によって画成される空間にシール部材１２を設ける。この構成によりつば付きすべり軸受１０，１１を保持するボディ２の軸受け孔形成用ハウジング長Ｌより、２個のつば付きすべり軸受１０，１１によって形成される出力回転軸８ａの軸受長さＬ２を長くすることが可能になる。これにより軸芯に対して傾く可能性が少なくなる。

つまり、図４に示す本実施例によって軸受長さＬ２を長くすることができることによって、前述した出力回転軸８ａに直行するモーメントによるウォームホイール８の倒れを小さく抑えることができる。ウォームホイール８の倒れを小さく抑えられれば、ウォームギアのかみ合いずれを小さく抑えることができ、ギアの出力伝達時の損失を小さく抑えることができ、アクチュエータの出力効率を上げることができる。

本実施例のようにボディ２と出力回転軸８ａと２個のつば付きすべり軸受１０，１１によって画成される空間にシール部材１２を設定することで、出力回転軸８ａの軸受長さ
Ｌ２を長く確保できる。

さらに図２で、ウォームホイール８の倒れを小さく抑えることで、結合部１４を介しウォームホイール８に接続されたセンサ１３の回転子１３ａのラジアル方向のずれを小さく抑えることができ、センサ１３の信号出力精度を高めることができ、アクチュエータの動作停止精度を高めることができる。

本実施例では、図５（ａ）に示すようにつば付きすべり軸受１０のつば部１０１ａの径Ｄ７をスラスト規制部材としてのウォームホイール８の摺動部径Ｄ８（つば部と摺動する摺動面を含み、この摺動面と同一の表面部のことを指す）より小さく設定している。この実施例ではウォームホイール８の摺動部径Ｄ８の環状部分８ｂはその外周部位の環状部よりわずかに高さｈだけ突出するよう構成されている。

さらに本実施例では図５（ｂ）に示すようにつば付きすべり軸受１１のつば部１１ａの径Ｄ３をスラスト規制部材としての結合部１４の摺動部径Ｄ４（つば部と摺動する摺動面を含み、この摺動面と同一の表面部のことを指す）より小さく設定している。

尚、結合部１４，ウォームホイール８は金属材料，つば付きすべり軸受１０，１１は樹脂材料を用いている。

Ｄ３＜Ｄ４，Ｄ７＜Ｄ８に設定することで、樹脂材料より硬度の高い金属材料であるウォームホイール８の環状部あるいは結合部１４のエッジ部が、樹脂材料製のつば付きすべり軸受１０，１１のつば部１０ａ，１１ａに接触することは無い。つば付きすべり軸受
１０のつば部径Ｄ７がウォームホイール８の環状部径Ｄ８より大きい場合、つば付きすべり軸受１１のつば部径Ｄ３が結合部１４の摺動部径Ｄ４より大きい場合、金属材料であるウォームホイール８の環状部あるいは結合部１４のエッジが樹脂材料製のつば付きすべり軸受１０，１１のつば部１０ａ，１１ａに接触し、摩耗が促進、最悪はつば部に亀裂が生じる恐れがある。摩耗が促進、あるいは、つば部に亀裂が生じた場合、摺動性が悪化し、アクチュエータの出力効率が低下する恐れがある。

さらに、出力回転軸８ａの反ウォームホイール８側端はそれ以外の出力回転軸部の外形より外形が細く形成されている。結合部１４はその径の細い軸端部に圧入固定されている。

径の細くなり始める部位と軸端に固定された結合部１４のつば付きすべり軸受１１側表面との間にはｇ１＋ｇ２のギャップが設けられている。

このギャップは出力回転軸の軸方向のわずかな動きを許容し、振動が激しくて出力回転軸とつば付きすべり軸受１０，１１が軸方向に動いた場合その動きを許容して、出力回転軸とつば付きすべり軸受１０，１１の回転に対して支障をきたさないようにしている。

そのため図５（ｂ）に示されているように、軸受け部の各部の軸方向寸法は、つば付きすべり軸受１１がボディ２の軸受け孔周囲の摺動面２Ｂに接触している状態で、つば付きすべり軸受１１のつば部と結合部１４との対面する面（１１ａ２，１４ａ）の間に所定のギャップｇ２が設けられている。

このギャップｇ２があまり大きくなり過ぎると出力回転軸が軸方向に動き過ぎて摩擦増加や、振動音の発生の原因になるので、適度な値に設計される。その際、つば付きすべり軸受１１がボディ２の軸受け孔周囲の摺動面２Ｂに接触している状態で出力回転軸の径の細くなり始める部位から結合部１４方向に向かって寸法ｇ１だけ突出させる。この突出量若しくは結合部１４の圧入深さを調整することで振動の影響を受け難く、しかも摩擦抵抗の少ない軸受け機構が得られる。

また、アクチュエータの出力効率を向上する手段として、図１に示すようにアーマチャ３のスラスト方向の規制を２個のボール軸受５，６で規制した。一般にボール軸受はすべり軸受より摩擦係数が小さく回動時の摩擦損失を小さくできる。前述したようにアクチュエータ動作時、ウォーム３ｃのギア歯面にはウォームホイール接線方向、つまり、アーマチャ３にスラスト方向の荷重が作用し、アーマチャ３のスラスト摺動部で摩擦損失が発生する。摩擦係数の小さいボール軸受によって摩擦損失を小さく抑えることができ、アクチュエータの出力効率を向上することができる。

また、アクチュエータ動作時のウォーム３ｃのギア歯面に作用するウォーム接線方向の荷重、及び、ウォーム半径方向の荷重によりウォーム３ｃが軸に直行する方向に曲げられる。ウォーム３ｃ先端部をすべり軸受７で支えることにより、ウォーム３ｃの回転曲げ変軽量を小さく抑えることができ、ウォームギアのかみ合い状態を最良に保つことができる。本軸受はボール軸受であっても良い。これにより、ギアの出力伝達効率の低下を抑えることができ、アクチュエータ出力効率を高く維持することができる。

上記実施例に拠れば、従来技術において、ウォームホイールの倒れによって、ウォームホイールに対し出力回転軸とは反対側で連動したセンサの回転子の軸がラジアル方向への動きを発生し、このセンサ回転子の動きによって、センサ出力の精度が悪化するという従来技術の課題が解消できる。

本発明は、モータによって回転されるウォームと出力回転軸に設けられたウォームホイールとを備えたギア機構によってこのモータの出力を減速して出力するモータアクチュエータに広く用いることができる。例えば、ターボチャージャの可変翼の制御に用いるモータアクチェエータ，変速機の切替機構やクラッチの制御機構用のモータアクチェエータとしても用いることができる。

本発明の実施例を示す正面断面図。 本実施例の側面断面図。 電気配線１３ｄ側から回転子１３ａを見た回転子１３ａの正面図。 本実施例の出力回転軸の軸受構造の縦断面拡大図。 本実施例の出力回転軸の軸受構造の部分断面拡大図。

符号の説明

１…モータ、１ａ…ヨーク、２…ボディ、３…アーマチャ、３ａ，１３ｂ…シャフト、３ｂ…コイル、３ｃ…ウォーム、４…ブラシ部、５，６…ボール軸受、７…すべり軸受、８…ウォームホイール、８ａ…出力回転軸、９…リング、１０，１１，１５…つば付きすべり軸受、１０ａ，１１ａ…つば部、１２…シール部材、１３…センサ、１３ａ…回転子、１３ｃ…電気接点、１３ｄ…電気配線、１３ｅ…導体部、１３ｆ…絶縁部、１４…結合部、１６…スラストすべり軸受。

Claims (10)

1. 出力回転軸と、
   当該出力回転軸の一端に取り付けられたウォームホイールと、
   前記出力回転軸が挿通され、当該出力回転軸の回転を支持する軸受け孔を有すると共に、前記ウォームホイールを収容する空間を備えたボディと、
   前記ウォームホイールに回転力を与えるモータと、
   前記出力回転軸のスラスト方向の移動を規制するスラスト受けと、
   前記ウォームホイールに対してスラスト方向に対面して配置され、前記回転軸の回転を検出する回転センサと、
   を備えたモータアクチュエータにおいて、
   前記軸受け孔の周りのボディ壁面と前記ウォームホイールの表面との間に挟まれるつば部と前記出力回転軸の外周と前記軸受け孔の内周面との間に位置する筒状部とから成る第一のつば付きすべり軸受けと、
   前記出力回転軸の反ウォームホイール側に取り付けられたスラスト規制部材と、
   当該スラスト規制部材と前記軸受け孔の周りのボディ壁面との間に挟まれるつば部と前記出力回転軸の外周と前記軸受け孔の内周面との間に位置する筒状部とから成る第二のつば付きすべり軸受けと
   を備えることを特徴とするモータアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記２つのつば付きすべり軸受けの両筒状部の端部間にシールリングを配置したことを特徴とするモータアクチュエータ。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記出力回転軸の反ウォームホイール側端の前記スラスト規制部材が設けられた部分の直径は前記出力回転軸の他の部分の直径より小さく形成されており、当該直径が小さくなり始める軸位置から前記スラスト規制部材の表面までの軸方向寸法内に前記つば付きすべり軸受けの端面が位置するように構成されていることを特徴とするモータアクチュエータ。
4. 請求項１若しくは３のいずれかに記載のものにおいて、前記スラスト規制部材は前記出力回転軸の反ウォームホイール側端に圧入により固定されていることを特徴とするモータアクチュエータ。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記出力回転軸と前記ウォームホイールとが一体の成形体として形成されていることを特徴とするモータアクチュエータ。
6. 請求項１に記載のものにおいて、前記ウォームホイールを収納する空間を覆うカバーを備え、当該カバーに前記回転センサが取り付けられていることを特徴とするモータアクチュエータ。
7. 請求項１に記載のものにおいて、前記ウォームホイールの前記つば付きすべり軸受けのつば部に対面する部位に環状の突出面が形成されており、当該環状の突出面の直径が前記つば部の直径より大きく形成されていることを特徴とするモータアクチュエータ。
8. 請求項１に記載のものにおいて、前記スラスト規制部材の前記つば付きすべり軸受けのつば部に対面する部位に環状の面が形成されており、当該環状の面の直径が前記つば部の直径より大きく形成されていることを特徴とするモータアクチュエータ。
9. 出力回転軸と、
   当該出力回転軸の一端に取り付けられたウォームホイールと、
   前記出力回転軸の回転を支持すると共に、前記ウォームホイールを収容する空間を備えたボディと、
   前記ボディに取り付けられたモータと、
   当該モータによって回転され、前記ウォームホイールとかみ合って当該ウォームホイールを回転させるウォームと、
   前記ウォームホイールに対してスラスト方向に対面して配置され、前記回転軸の回転を検出する回転センサとを備えたモータアクチュエータにおいて、
   前記モータのアーマチュアの回転軸を支持する軸受けが、前記ボディに取り付けた第一の転がり軸受けと、前記ボディに固定された前記モータのハウジングの端部に設けた第二の転がり軸受けとによって構成されている
   ことを特徴とするモータアクチュエータ。
10. 請求項９に記載のモータアクチュエータにおいて、
    前記ウォームは前記第一の軸受けから突出する前記モータのアーマチュアの回転軸に設けられており、更に前記モータのアーマチュアの回転軸の先端は前記ボディに設けたラジアル軸受によって軸支されていることを特徴とするモータアクチュエータ。
    

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