JP2020178420A

JP2020178420A - 回転式アクチュエータ

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Publication number: JP2020178420A
Application number: JP2019077981A
Authority: JP
Inventors: 幹根粂; Mikine Kume; 弘之角; Hiroyuki Sumi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: CN111828617B; JP7180517B2; US11563358B2; US20200336039A1; CN111828617A

Abstract

【課題】コネクタ強度およびケースのシール性を確保することができる回転式アクチュエータを提供する。【解決手段】車両のシフトバイワイヤシステム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、モータを制御する制御部１６と、モータ３０および制御部１６を収容しているケース６０とを備える。ケース６０のアッパーケース部６１は、モータ３０を収容する収容部９４と外部接続用のコネクタ部９５とを一体にもつ樹脂成形体９１と、樹脂成形体９１に埋設され、制御部１６を外部に接続可能な複数の外部接続ターミナル９２とを有する。外部接続ターミナル９２は、制御基板７１の設置空間９６に基板平面方向へ突き出している基部９７と、基部９７から制御基板７１に向けて屈曲しているベンド部９８と、ベンド部９８から制御基板７１まで延びている先端部９９とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、モータを含む作動部とモータを制御する制御部とが一体に設けられた機電一体型の回転式アクチュエータが知られている。特許文献１では、モータを収容する一方のケース（以下、アッパーケース）に制御部の基板が収容され、アッパーケースとは別部材の外部接続用のコネクタがアッパーケースに嵌合している。

特願２００９−１４１９９２号公報

特許文献１では、コネクタがアッパーケースとは別部材であることから、コネクタ脱着時の荷重や振動時のワイヤーハーネス重量に対して、コネクタ強度が不足する懸念がある。また、コネクタとアッパーケースとの間にシール剤を塗布する必要があるが、コネクタをアッパーケースに嵌合して上下で挟み込む必要があることから、シール剤を塗布し難く、ケースのシール性を確保できない懸念がある。

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、コネクタ強度およびケースのシール性を確保することができる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（１０）であって、モータ（３０）と、モータを制御する制御部（１６）と、モータおよび制御部を収容しているケース（６０）とを備える。

ケースは、モータを収容する収容部（９４）と外部接続用のコネクタ部（９５）とを一体にもつ樹脂成形体（９１）と、樹脂成形体に埋設され、制御部を外部に接続可能な複数の外部接続ターミナル（９２、１１２）とを有する。制御部の基板（７１）と平行な方向を基板平面方向とする。外部接続ターミナルは、基板の設置空間（９６）に基板平面方向へ突き出している基部（９７）と、基部から基板に向けて屈曲しているベンド部（９８）と、ベンド部から基板まで延びている先端部（９９）とを有する。

このようにコネクタ部を収容部と一体で樹脂成形することにより、コネクタを別部材のケースに嵌合させる構造と比べるとコネクタ強度を確保しやすい。また、コネクタ部と収容部との間に隙間が形成されないので、シール剤を塗布する必要がない。したがって、コネクタ強度およびケースのシール性を確保することができる。また、外部接続ターミナルにベンド部を設けることで、基板とターミナルとの結線部にかかる温度変形または振動による応力を緩和し、信頼性を向上することができる。

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の回転式アクチュエータをＩＶ方向から見た図。図４の回転式アクチュエータのＶ−Ｖ線断面図。図５の外部接続ターミナル、一次成形体および遮蔽部材を示す図。図６の外部接続ターミナル、一次成形体および遮蔽部材をＶＩＩ方向から見た図。第２実施形態による回転式アクチュエータの外部接続ターミナル、一次成形体および遮蔽部材を示す断面図であって、第１実施形態の図６に対応する図。

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とを備える。アクチュエータ１０は、モータ３０等を含む作動部１５と、シフトレンジの指令信号に応じてモータ３０を制御する制御部１６とを備える。

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、ハウジング１９内に作動部１５および制御部１６を備える機電一体型のアクチュエータである。

ハウジング１９は、筒状のアッパーケース部６１およびカップ状のロアケース部６２を含むケース６０と、プレートカバー６７とを有する。アッパーケース部６１の一端部６３と他端部６４との間には隔壁部６５が形成されている。一端部６３の内側には、制御基板７１が設けられている。制御基板７１は、一端部６３の開口端に設けられたプレートカバー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。またロアケース部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。

作動部１５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とを有する。ケース６０は作動部１５を収容している。

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を構成するコイル３８への通電電流を制御部１６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１７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１８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６６を有する。出力軸４０は、貫通支持孔６６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。

制御部１６は、モータ３０を制御する複数の電子部品と、それらの電子部品を実装した制御基板７１と、制御基板７１に実装された出力軸位置検出センサ７２と、制御基板７１に実装されたモータ位置検出センサ７３とを有する。ケース６０は制御部１６を収容している。制御基板７１は、外周部において熱かしめ部７４により隔壁部６５に固定された複数の外周固定部７５を有する。

出力軸位置検出センサ７２は、制御基板７１のうちマグネット４３に対向する位置に設けられている。マグネット４３は、出力軸４０に取り付けられたホルダ４４に固定されている。出力軸位置検出センサ７２は、マグネット４３が発生する磁束を検出することで、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の回転位置を検出する。

モータ位置検出センサ７３は、制御基板７１のうちマグネット４５に対向する位置に設けられている。マグネット４５は、モータ軸３３に取り付けられたホルダ３７に固定されている。モータ位置検出センサ７３は、マグネット４５が発生する磁束を検出することで、モータ軸３３およびロータ３２の回転位置を検出する。

（外部接続構造）
次に、制御部１６と図示しない外部機器との接続箇所の構成について説明する。以降、制御基板７１と平行な方向を「基板平面方向」と記載する。

図３〜図５に示すように、アッパーケース部６１は、樹脂成形体９１と、プレートケース６８と、複数の外部接続ターミナル９２と、一次成形体９３とを有する。

樹脂成形体９１は、モータ３０を収容する収容部９４と外部接続用のコネクタ部９５とを一体にもつ。収容部９４は、一端部６３、他端部６４および隔壁部６５を含む。コネクタ部９５は、制御部１６を外部機器に接続するとき、図示しない外部コネクタに脱着可能に接続される。

外部接続ターミナル９２は、制御部１６を外部機器に電気的に接続する。外部接続ターミナル９２は、制御部１６を外部機器に接続するとき、外部コネクタの端子に接続され、給電や信号伝送を行う。一次成形体９３は、複数の外部接続ターミナル９２を一体化している。複数の外部接続ターミナル９２は、一次成形体９３およびプレートケース６８と共に樹脂成形体９１にインサート成形により埋設される。樹脂成形体９１は二次成形体である。

外部接続ターミナル９２は、制御基板７１と外部接続ターミナル９２との結線部にかかる温度変形または振動による応力を緩和する構造として、ベンド部９８を有する。具体的には、外部接続ターミナル９２は、制御基板７１の設置空間９６に基板平面方向へ突き出している基部９７と、基部９７から制御基板７１に向けて屈曲しているベンド部９８と、ベンド部９８から制御基板７１まで延びている先端部９９とを有する。

ここで、コネクタがアッパーケースとは別部材である比較形態について考える。比較形態では、コネクタ脱着時の荷重や振動時のワイヤーハーネス重量に対して、コネクタ強度が不足する懸念がある。また、コネクタとアッパーケースとの間にシール剤を塗布する必要があるが、コネクタをアッパーケースに嵌合して上下で挟み込む必要があることから、シール剤を塗布し難く、ケースのシール性を確保できない懸念がある。

これに対して、第１実施形態では、コネクタ部９５を収容部９４と一体で樹脂成形することにより、コネクタを別部材のケースに嵌合させる比較形態と比べるとコネクタ強度を確保しやすい。また、コネクタ部９５と収容部９４との間に隙間が形成されないので、シール剤を塗布する必要がない。したがって、コネクタ強度およびケースのシール性を確保することができる。

ただし、外部接続ターミナル９２の応力緩和構造を機能させるためには、コネクタ部９５を収容部９４と一体で樹脂成形する場合であっても、ベンド部９８を樹脂で埋もれないようにする必要がある。つまり、樹脂成形体９１を成形するとき、ベンド部９８の周囲に樹脂がまわらないようにするための樹脂切りが課題である。

第１実施形態では、図５〜図７に示すように、アッパーケース部６１は遮蔽部材１０１をさらに有する。遮蔽部材１０１は、樹脂成形体９１と基部９７およびベンド部９８との間に配置されており、基部９７およびベンド部９８との間に応力緩和空間１０２を設けている。遮蔽部材１０１は、基部９７およびベンド部９８に対して制御基板７１とは反対側に配置された背壁部１０３と、基部９７およびベンド部９８とを囲むように配置された周壁部１０４とを有する。

遮蔽部材１０１は、樹脂成形体９１を二次成形するとき、一次成形体９３に嵌合した状態で二次成形型に設置され、二次成形型内に注入された溶融樹脂がベンド部９８の周囲にまわらないように樹脂切りを行う。第１実施形態では、周壁部１０４が隔壁部６５よりも制御基板７１側に突出するように設けられており、確実に樹脂切りが行われるようになっている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、アッパーケース部６１は、モータ３０を収容する収容部９４と外部接続用のコネクタ部９５とを一体にもつ樹脂成形体９１と、樹脂成形体９１に埋設され、制御部１６を外部に接続可能な複数の外部接続ターミナル９２とを有する。外部接続ターミナル９２は、制御基板７１の設置空間９６に基板平面方向へ突き出している基部９７と、基部９７から制御基板７１に向けて屈曲しているベンド部９８と、ベンド部９８から制御基板７１まで延びている先端部９９とを有する。

このようにコネクタ部９５を収容部９４と一体で樹脂成形することにより、コネクタを別部材のケースに嵌合させる構造と比べるとコネクタ強度を確保しやすい。また、コネクタ部９５と収容部９４との間に隙間が形成されないので、シール剤を塗布する必要がない。したがって、コネクタ強度およびケースのシール性を確保することができる。

また、全ての外部接続ターミナル９２にベンド部９８を設けることで、制御基板７１と外部接続ターミナル９２との結線部にかかる温度変形または振動による応力を緩和し、信頼性を向上することができる。

また、第１実施形態では、アッパーケース部６１は、複数の外部接続ターミナル９２を一体化している一次成形体９３と、二次成形体としての樹脂成形体９１と基部９７およびベンド部９８との間に配置され、基部９７およびベンド部９８との間に応力緩和空間１０２を設けている遮蔽部材１０１と、をさらに有する。このように一次成形体９３とは別に遮蔽部材１０１を設けることにより、外部接続ターミナル９２を金型で保持する必要がなくなり、樹脂成形体９１の二次成形後に応力緩和空間１０２を設けることができる。

また、第１実施形態では、遮蔽部材１０１は、基部９７およびベンド部９８に対して制御基板７１とは反対側に配置された背壁部１０３と、基部９７およびベンド部９８とを囲むように配置された周壁部１０４とを有する。これにより樹脂成形体９１を二次成形するとき、二次成形型に当てた周壁部１０４によりベンド部９８の周囲に樹脂がまわらないようにすることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図８に示すように、外部接続ターミナル１１２は、第１実施形態のベンド部９８と同様の第１ベンド部９８に加えて、基部９７に設けられた第２ベンド部１１８をさらに有する。このように第２ベンド部１１８を設けることで、第１実施形態の外部接続ターミナル９２に対してさらに外部接続ターミナル１１２の剛性を下げることができ、応力緩和に関して有利な構造になっている。

［他の実施形態］
他の実施形態では、第２ベンド部は先端部に設けられてもよい。他の実施形態では、制御基板は、熱かしめに限らず、ねじ締結、接着、圧入、プレスフィット等の他の固定方法で固定されてもよい。また、制御基板は、ケースに限らず、ハウジングの他の部位であるプレートカバーに固定されてもよい。

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、１６：制御部
３０：モータ、６０：ケース、７１：制御基板、９１：樹脂成形体
９２、１１２：外部接続ターミナル、９４：収容部、９５：コネクタ部
９６：設置空間、９７：基部、９８：ベンド部、９９：先端部

Claims

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（１０）であって、
モータ（３０）と、
前記モータを制御する制御部（１６）と、
前記モータおよび前記制御部を収容しているケース（６０）と、
を備え、
前記ケースは、前記モータを収容する収容部（９４）と外部接続用のコネクタ部（９５）とを一体にもつ樹脂成形体（９１）と、前記樹脂成形体に埋設され、前記制御部を外部に接続する複数の外部接続ターミナル（９２、１１２）とを有し、
前記制御部の基板（７１）と平行な方向を基板平面方向とすると、
前記外部接続ターミナルは、前記基板の設置空間（９６）に前記基板平面方向へ突き出している基部（９７）と、前記基部から前記基板に向けて屈曲しているベンド部（９８）と、前記ベンド部から前記基板まで延びている先端部（９９）とを有する回転式アクチュエータ。
前記ケースは、複数の前記外部接続ターミナルを一体化している一次成形体（９３）と、二次成形体としての前記樹脂成形体と前記基部および前記ベンド部との間に配置され、前記基部および前記ベンド部との間に応力緩和空間（１０２）を設けている遮蔽部材（１０１）と、をさらに有する請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
前記遮蔽部材は、前記基部および前記ベンド部に対して前記基板とは反対側に配置された背壁部（１０３）と、前記基部および前記ベンド部とを囲むように配置された周壁部（１０４）とを有する請求項２に記載の回転式アクチュエータ。
前記ベンド部は第１ベンド部であり、
前記外部接続ターミナル（１１２）は、前記基部または前記先端部に設けられた第２ベンド部（１１８）をさらに有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。