JP2013183554A - モータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータアクチュエータの角度精度を小さくする。
【解決手段】ケース１と、ポテンショメータ２と、減速ギヤ群の最終段における出力ギヤ４および出力軸３とを備えたモータアクチュエータにおいて、出力軸３を支持する軸受部７、この軸受部７に嵌合されるプリント基板５の嵌合孔１５、出力軸３に嵌合される接点ブラシ６の嵌合孔３３の部品の基準を出力軸３の回転中心の基準に統一する。プリント基板５は、嵌合孔１５の中心と抵抗膜の円周方向中心とを通る仮想線上の一点に嵌合部１６を設け、ケース１のボス８と嵌合させることで、回転方向の位置決めを行う。接点ブラシ６は、嵌合孔３３の中心と接点部３６の接触中心とを通る仮想線上の１点に切欠き部３５を設け、出力ギヤ４のボス３０と嵌合させることで、回転方向の位置決めを行う。部品の基準を統一して各部品の公差の積み重ねをなくしたことで、出力軸３の出力角度の精度が向上した。
【選択図】図１

Description

本発明はモータアクチュエータに関し、特に自動車用空調装置における空気流路の開閉または切り替えを行ったり温風と冷風との混合割合を調整したりするドアを駆動するためのモータアクチュエータに関する。

自動車用空調装置においては、空気を流す空気流路の途中にいくつかのドアが設けられている。たとえば車室内に外気を導入したり車室内の空気を循環したりするための内外気切り替え用のドア、エバポレータによって冷やされた空気とヒータコアによって加熱された空気とを混合して車室内の空気を所定の温度にするための混合用のドアがある。また、吹き出し口における配風モードを設定するためのモード選択用のドアがある。これらのドアには、それぞれモータアクチュエータが取り付けられており、それらドアの開度を制御することにより、車室内への吹き出し温度や吹き出し風量が調整され、吹き出し口が選択される。

このような用途に用いられるモータアクチュエータは、一般に、モータ、減速ギヤ群を備え、ケース内に収容されている。特に、吹き出し温度を調整するようなドアに用いられるモータアクチュエータは、減速ギヤ群の最終段に設けられた出力ギヤの回転位置または回転角度を検出して制御装置にフィードバックするようにしたロータリセンサを備えている。

このロータリセンサとしては、出力ギヤの回転位置を磁気センサで検出するものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のロータリセンサでは、回転位置に応じて着磁パターンが異なるセンサマグネットがウォームホイールに設けられ、磁気センサが着磁パターンを読み取ることによってウォームホイールと一体に回転する出力軸の回転位置を検出している。

また、ロータリセンサとして、回転角度を電圧に変換して出力するポテンショメータが一般に知られている（たとえば、特許文献２参照。）。ポテンショメータは、プリント基板上に樹脂系の抵抗ペーストを印刷して抵抗体の抵抗皮膜を円弧状に形成し、その表面を円周方向に可動電極である接点ブラシが摺動する構成を有している。ポテンショメータは、円弧状に長い抵抗皮膜の両端の固定電極に基準電圧を印加し、固定電極の一方と接点ブラシとの間に現れる電圧を検出することによって抵抗皮膜上における接点ブラシの回転位置を検出するものである。

モータアクチュエータでは、出力ギヤに接点ブラシを設けることで、出力ギヤと一体に回転する出力軸の回転位置が検出され、その回転位置を表す信号は、制御装置にフィードバックされ、モータアクチュエータの出力軸の出力角度がフィードバック制御される。

ポテンショメータを有するタイプのモータアクチュエータは、モータ、減速ギヤ群、ポテンショメータおよびケースを備えるが、これらは、個々に作られ、それぞれ組み立てられる。組み立てられたモータアクチュエータは、出力軸にレバーが取り付けられ、このレバーは、必要に応じてリンクが設けられ、そして自動車用空調装置のドアに取り付けられる。

ところで、制御対象のドアを精度よく制御するには、モータアクチュエータ自体の精度をよくする必要がある。モータアクチュエータの精度は、これを構成する構成要素の個々の寸法精度をよくすることで改善することができる。

特開２０１１−１０５３７号公報 実公平７−２９６０５号公報

しかしながら、モータアクチュエータの構成要素は、個々の部品の設計・製造に都合のよい基準で作られ、組み合わせのための位置決めも部品形状に合わせて任意に設定しているので、モータアクチュエータの角度精度がよくないという問題点があった。すなわち、部品には、部品基準および位置決め公差が個々に存在しているため、これらを組み立てたときに、各部品の基準からの公差が積み重なって、アクチュエータの保証する角度公差が大きくなり、角度精度が悪化していた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、角度精度を小さくしたモータアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、出力軸の回転角度を検出するポテンショメータを備えたモータアクチュエータにおいて、前記ポテンショメータのプリント基板は、前記出力軸を回動自在に支持する円筒状の軸受部に外嵌される第１嵌合孔と、前記第１嵌合孔と同心円の円周上に円弧状に形成された抵抗膜と、前記第１嵌合孔の中心と前記抵抗膜の円周方向中心とを通る第１仮想線上の一点に形成された第１嵌合部とを有し、前記ポテンショメータの接点ブラシは、前記出力軸に外嵌される第２嵌合孔と、前記第２嵌合孔と同心円の円周上に形成された接点部と、前記第２嵌合孔の中心と前記接点部の前記抵抗膜との接触中心とを通る第２仮想線上の１点に形成された第２嵌合部とを有し、前記軸受部を有するケースは、前記プリント基板の前記第１嵌合部と嵌合される第１ボスを有し、前記出力軸と一体に動作する出力ギヤは、前記接点ブラシの前記第２嵌合部と嵌合される第２ボスを有している、ことを特徴とするモータアクチュエータが提供される。

このようなモータアクチュエータによれば、出力軸の回転中心を基準に軸受部、第１嵌合孔、第２嵌合孔が同軸上に配置され、第１ボスおよび第２ボスが、回転方向の位置決めの基準にしている。これにより、取り付けの基準が統一され、角度精度を向上させることができる。

上記構成のモータアクチュエータは、出力角度の精度に影響を与える部品の基準を統一したことにより、各部品の公差の積み重ねがなくなり、製品公差を小さくできるという利点がある。製品公差を小さくできるため、アクチュエータが保証する角度公差を小さくすることができ、出力軸の出力角度の精度を向上させることができる。

実施の形態に係るモータアクチュエータの構成要素間の関係を示す分解要部断面図である。 ケースおよびプリント基板の形状を示す平面図である。 ケースにプリント基板を装着した状態を示す平面図である。 出力ギヤおよび接点ブラシの形状を示す平面図である。 出力ギヤに接点ブラシを装着した状態を示す部分拡大断面図である。 出力ギヤに接点ブラシを装着した状態を示す平面図である。 ポテンショメータを説明する図であって、（Ａ）はプリント基板の平面図であり、（Ｂ）はポテンショメータの電気回路図であり、（Ｃ）はポテンショメータの特性を示す図である。 モータアクチュエータの内部を示す平面図である。 モータアクチュエータの出力軸を通る平面で見た断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施の形態に係るモータアクチュエータの構成要素間の関係を示す分解要部断面図、図２はケースおよびプリント基板の形状を示す平面図、図３はケースにプリント基板を装着した状態を示す平面図である。

本実施の形態に係るモータアクチュエータは、図１に示したように、ケース１と、ポテンショメータ２と、出力軸３および出力ギヤ４とを備えている。ポテンショメータ２は、プリント基板５と接点ブラシ６とを有している。出力軸３は、減速ギヤ群の最終段である出力ギヤ４と一体に形成されている。

ケース１は、出力軸３を回動自在に支持する軸受部７とプリント基板５をケース１に装着するときに回転方向の位置決めを行うボス８とを有している。軸受部７は、筒状の形状を有し、ケース１と一体に形成されている。ボス８は、軸受部７から所定距離だけ離間した位置にてケース１の内側に突設されており、その先端部は、截頭円錐形状に形成されている。

ケース１は、また、図２に示したように、内側にガイドピン９，１０、軸１１，１２、モータ収納部１３およびコネクタハウジング１４を備えている。ガイドピン９，１０は、軸受部７とボス８とを通る線に対して非対称位置に形成され、プリント基板５をケース１に装着するときに、プリント基板５が表裏を反対にして装着してしまうのを防止するためのものである。軸１１，１２は、減速ギヤ群のウォームホイールおよび中間ギヤを回動自在に支持するためのものである。

このケース１では、軸受部７の中心とボス８の中心とを通る仮想のＹ−Ｙ線をケース１の基準線としている。ケース１にポテンショメータ２のプリント基板５を組み付けるときの基準は、軸受部７およびボス８の外周面となる。

ポテンショメータ２は、ケース１に装着されるプリント基板５と出力軸３および出力ギヤ４に装着される接点ブラシ６とを有している。プリント基板５は、図２に示したように、軸受部７と嵌合する嵌合孔１５およびボス８と嵌合する嵌合部１６を有している。嵌合孔１５は、軸受部７の外径に等しい内径を有している。嵌合部１６は、長円の形状を有し、その短軸がボス８の外径に等しく、長軸が嵌合孔１５の中心を通る直線上にある。

プリント基板５は、また、嵌合孔１５と同心円の円周上に円弧状の抵抗膜１７および回路パターン１８，１９が形成され、抵抗膜１７および回路パターン１８，１９の内側には、嵌合孔１５と同心円の回路パターン２０が形成されている。回路パターン１８，１９，２０は、それぞれ、コネクタ端子２１，２２，２３に接続されている。プリント基板５は、さらに、ケース１のガイドピン９，１０が挿入されるガイド孔２４，２５が穿設されている。

このプリント基板５では、嵌合孔１５の中心と嵌合部１６の中心を通る仮想のＹ−Ｙ線をプリント基板５の基準線とし、さらに、抵抗膜１７の中心も基準線上にあるようにしている。ポテンショメータ２のプリント基板５をケース１に組み付けるときの基準は、嵌合孔１５および嵌合部１６の内周面となる。

プリント基板５をケース１に装着すると、図３に示したように、プリント基板５の嵌合孔１５が軸受部７に外嵌され、プリント基板５の嵌合部１６がボス８に外嵌される。これにより、プリント基板５は、その嵌合孔１５の中心が軸受部７の中心に揃えられ、回転方向の基準がケース１のＹ−Ｙ線の基準線に揃えられる。

図４は出力ギヤおよび接点ブラシの形状を示す平面図、図５は出力ギヤに接点ブラシを装着した状態を示す部分拡大断面図、図６は出力ギヤに接点ブラシを装着した状態を示す平面図である。

出力ギヤ４は、図１に示したように、出力軸３と一体に形成されており、ポテンショメータ２が配置されている側の面には、出力軸３から所定距離だけ離間した位置に接点ブラシ６を回転方向に位置決めするためのボス３０が突設されている。出力ギヤ４は、また、図４に示したように、ボス３０が突設されている側の面にガイドピン３１，３２が突設されている。

この出力ギヤ４では、出力軸３の中心とボス３０の中心を通る仮想のＹ−Ｙ線を出力ギヤ４の基準線としている。出力ギヤ４に接点ブラシ６を組み付けるときの基準は、出力軸３およびボス３０の外周面となる。

接点ブラシ６は、導電性を有するばね材料の薄板を加工して作られ、図４に示したように、略中央部には、出力軸３と嵌合する嵌合孔３３が形成されている。この嵌合孔３３を形成するリング状基部３４の外周部には、ボス３０と嵌合する嵌合部とした切欠き部３５が形成されている。この切欠き部３５は、幅がボス３０の外径に等しく、嵌合孔３３の中心を通る線の方向に切除された形状を有している。リング状基部３４の外側には、抵抗膜１７の表面を摺動する接点部３６および回路パターン２０の表面を摺動する接点部３７が配置され、接点部３６，３７の両端は、リング状基部３４に接続されて支持されている。接点部３６，３７は、また、中央がリング状基部３４を含む平面から離れる方向、すなわち、プリント基板５の方向に屈曲形成されていて、抵抗膜１７および回路パターン２０に接触したときに撓むようなばね力を有している。リング状基部３４は、また、接点部３６，３７の両端が接続されている位置にガイドピン３１，３２が挿入されるガイド孔３８，３９が形成されている。

この接点ブラシ６では、嵌合孔３３の中心と切欠き部３５の中心とを通る仮想のＹ−Ｙ線を接点ブラシ６の基準線とし、さらに、抵抗膜１７と接触する接点部３７の接触中心も基準線上にあるようにしている。接点ブラシ６を出力ギヤ４に組み付けるときの基準は、嵌合孔３３および切欠き部３５の内周面となる。

出力軸３は、図５に示したように、接点ブラシ６の嵌合孔３３が嵌合される嵌合位置にて嵌合孔３３の内径に等しい外径を有し、その嵌合位置よりも先端側（図の左側）が嵌合孔３３の内径より小さい外径を有している。これにより、接点ブラシ６の嵌合孔３３を出力軸３に外嵌させるときに、その嵌合位置近傍まで、接点ブラシ６の嵌合孔３３に出力軸３を通すことが容易になる。

接点ブラシ６を出力ギヤ４に装着すると、図６に示したように、接点ブラシ６の嵌合孔３３が出力軸３に外嵌され、接点ブラシ６の切欠き部３５がボス３０に外嵌され、接点ブラシ６のガイド孔３８，３９には、ガイドピン３１，３２が挿入される。これにより、接点ブラシ６は、その嵌合孔３３の中心が出力軸３の中心に揃えられ、回転方向の基準が出力ギヤ４のＹ−Ｙ線の基準線に揃えられる。

さらに、プリント基板５が装着されたケース１の軸受部７に、接点ブラシ６が装着された出力軸３を挿入すると、軸受部７および出力軸３は、同軸上に配置されることになる。これにより、プリント基板５の嵌合孔１５および接点ブラシ６の嵌合孔３３も、同軸上に配置されることから、出力ギヤ４が回転して出力ギヤ４の基準線が軸受部７の基準線と一致したとき、接点ブラシ６の接点部３６は、抵抗膜１７の中心に位置することになる。すなわち、ポテンショメータ２が印加電圧の半分の値を検出したとき、出力軸３の出力角度は、回動角度範囲の略中心の角度に位置するので、角度のずれを小さくすることができる。具体的には、回動角度範囲が±６０°である場合に、中心に対する角度のずれが±８°程度であったものが±５°程度まで改善されているので、角度精度が４０％程度よくなっている。

図７はポテンショメータを説明する図であって、（Ａ）はプリント基板の平面図であり、（Ｂ）はポテンショメータの電気回路図であり、（Ｃ）はポテンショメータの特性を示す図である。

プリント基板５は、図７の（Ａ）に示したように、嵌合孔１５と同心円の円周上に樹脂系の抵抗ペーストを印刷することによって抵抗膜１７が形成される。その印刷のとき、抵抗膜１７の円周方向の中心は、プリント基板５のＹ−Ｙ線上に位置するようにしてある。このため、抵抗膜１７は、Ｙ−Ｙ線を基準に左右対称であって、それぞれα°の回転角度範囲を有している。

このようなプリント基板５は、接点ブラシ６と組み合わされることで、図７の（Ｂ）に示したような電気回路で表される抵抗値可変のポテンショメータ２となる。端子Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれコネクタ端子２１，２３，２２に対応している。ここで、固定電極の端子Ａには、５ボルトの電源電圧Ｖｚが印加され、可動電極の端子Ｂは、モータアクチュエータを制御する制御回路に接続され、固定電極の端子Ｃは、制御回路のグランドＧＮＤに接続される。

ポテンショメータ２の特性は、図７の（Ｃ）に示したように、接点ブラシ６の回転角度に対する出力電圧の変化はリニアであり、接点ブラシ６を抵抗膜１７の円周方向の中心に位置しているとき、端子Ｂには、２．５ボルトの電圧が出力される。接点ブラシ６を抵抗膜１７の円周方向の中心から端子Ｃの位置まで回転したとき、端子Ｂには、０ボルトの電圧が出力され、逆に、端子Ａの位置まで回転したとき、端子Ｂには、５ボルトの電圧が出力される。

モータアクチュエータでは、ポテンショメータ２が出力する電圧を検出していて、その電圧がいくつであるかによって接点ブラシ６の回転角度、すなわち、出力軸３の出力角度を判断している。このモータアクチュエータは、プリント基板５および接点ブラシ６の嵌合孔１５，３３の基準を出力軸３の回転中心に統一し、抵抗膜１７および接点部３６の回転方向の基準をケース１および出力ギヤ４に設けたボス８，３０で統一している。これにより、ポテンショメータ２が印加電圧の半分の値を検出したとき、出力軸３の出力角度は、回動範囲の略中心の角度に位置する。この出力角度には、基準を統一したことによって各構成要素の公差が積算されないので、ポテンショメータ２が検出した電圧に対する出力軸３の出力角度は、その角度ずれが最小になる。

図８はモータアクチュエータの内部を示す平面図、図９はモータアクチュエータの出力軸を通る平面で見た断面図である。
モータアクチュエータは、図８に示したように、図３の状態のケース１に図６の状態の出力ギヤ４を搭載後、軸１１，１２にウォームホイール４０および中間ギヤ４１を搭載し、モータ収納部１３には、出力軸にウォーム４２を有するモータ４３が搭載される。これにより、ウォーム４２は、ウォームホイール４０と噛合し、ウォームホイール４０は、中間ギヤ４１と噛合し、中間ギヤ４１は、出力ギヤ４と噛合し、減速ギヤ群が構成される。モータ４３は、また、あらかじめ、給電端子に配線およびコネクタ端子４４，４５が組み付けられており、モータ４３がケース１に搭載されたときに、コネクタ端子４４，４５は、コネクタハウジング１４に収容される。

モータアクチュエータは、最終的には、図９に示したように、ケース４６が被せられて完成される。ケース４６は、出力ギヤ４と一体に形成されて出力軸３と同軸かつ出力軸３とは反対側に延出されるように形成された回転軸４７を回動自在に支持する軸受部４８を有している。ケース４６は、また、コネクタハウジング４９を有し、ケース１と一体に形成されたコネクタハウジング１４と組み合わされて、ポテンショメータ２のコネクタ端子２１，２２，２３およびモータ４３のコネクタ端子４４，４５を挟持している。

１ ケース
２ ポテンショメータ
３ 出力軸
４ 出力ギヤ
５ プリント基板
６ 接点ブラシ
７ 軸受部
８ ボス
９，１０ ガイドピン
１１，１２ 軸
１３ モータ収納部
１４ コネクタハウジング
１５ 嵌合孔
１６ 嵌合部
１７ 抵抗膜
１８，１９，２０ 回路パターン
２１，２２，２３ コネクタ端子
２４，２５ ガイド孔
３０ ボス
３１，３２ ガイドピン
３３ 嵌合孔
３４ リング状基部
３５ 切欠き部
３６，３７ 接点部
３８，３９ ガイド孔
４０ ウォームホイール
４１ 中間ギヤ
４２ ウォーム
４３ モータ
４４，４５ コネクタ端子
４６ ケース
４７ 回転軸
４８ 軸受部
４９ コネクタハウジング

Claims (5)

1. 出力軸の回転角度を検出するポテンショメータを備えたモータアクチュエータにおいて、
   前記ポテンショメータのプリント基板は、前記出力軸を回動自在に支持する円筒状の軸受部に外嵌される第１嵌合孔と、前記第１嵌合孔と同心円の円周上に円弧状に形成された抵抗膜と、前記第１嵌合孔の中心と前記抵抗膜の円周方向中心とを通る第１仮想線上の一点に形成された第１嵌合部とを有し、
   前記ポテンショメータの接点ブラシは、前記出力軸に外嵌される第２嵌合孔と、前記第２嵌合孔と同心円の円周上に形成された接点部と、前記第２嵌合孔の中心と前記接点部の前記抵抗膜との接触中心とを通る第２仮想線上の１点に形成された第２嵌合部とを有し、
   前記軸受部を有するケースは、前記プリント基板の前記第１嵌合部と嵌合される第１ボスを有し、
   前記出力軸と一体に動作する出力ギヤは、前記接点ブラシの前記第２嵌合部と嵌合される第２ボスを有している、
   ことを特徴とするモータアクチュエータ。
2. 前記接点ブラシは、前記第２嵌合孔を形成するリング状基部と、前記リング状基部の外側に配置され両端が前記リング状基部に支持され中央に前記リング状基部を含む平面から離れるように形成された前記接触中心を有する前記接点部とが、導電性を有するばね材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載のモータアクチュエータ。
3. 前記プリント基板の第１嵌合部は、短軸が前記第１ボスの外径に等しく、長軸が前記第１仮想線上にある長円であることを特徴とする請求項１記載のモータアクチュエータ。
4. 前記接点ブラシの第２嵌合部は、幅が前記第２ボスの外径に等しく、前記第２仮想線の方向に切除された切欠き部であることを特徴とする請求項１記載のモータアクチュエータ。
5. 前記出力軸は、前記接点ブラシの前記第２嵌合孔が嵌合される嵌合位置にて前記第２嵌合孔の内径に等しい外径を有し、前記嵌合位置よりも先端側が前記第２嵌合孔の内径より小さい外径を有していることを特徴とする請求項１記載のモータアクチュエータ。

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