JP2021151095A

JP2021151095A - 回転式アクチュエータ

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Publication number: JP2021151095A
Application number: JP2020049085A
Authority: JP
Inventors: 亮田淵; Akira Tabuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP7251504B2; WO2021187414A1; CN115152131A; DE112021001754T5; US20230015043A1

Abstract

【課題】位置検出部の磁力を増大および安定化させつつ製造し易い回転式アクチュエータを提供する。【解決手段】回転式アクチュエータ１０は、モータ３０と、モータ３０の回転軸３７の回転を減速して出力する減速機４０と、モータ３０および減速機４０を収容しているハウジング２０と、回転軸３７に固定された内輪７２を有し、回転軸３７を回転可能に支持している軸受３５と、ハウジング２０に一体的に設けられ、軸受３５の外輪７１を固定する筒状の外輪固定部６３とを備える。フロントハウジング２１は、軸方向視において内輪７２の一端面７３の少なくとも一部と重なる開口をもち、内輪受け治具９１を挿入可能な治具挿入孔７４を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、モータとモータ回転を減速する減速機とを備える回転式アクチュエータが知られている。特許文献１に開示された回転式アクチュエータでは、樹脂製のハウジングに金属プレートをインサート成形し、その金属プレートに軸受の外輪を圧入して固定しつつ、モータの回転軸を軸受の内輪に圧入して固定している。これによりロータの位置検出用のセンサと磁石との隙間のばらつき量を小さくし、センサに作用する磁力の増大および安定化を図っている。

特許第５４８３２１７号公報

特許文献１のように軸受の外輪および内輪を両方とも固定する形態においては、外輪を圧入固定した後、内輪に回転軸を圧入するときに内輪を受ける必要がある。特許文献１の第１形態では、金属プレートの平らなベース部分のうち周方向の複数箇所を曲げ起こして外輪固定部を形成し、ベース部分の残りで内輪受け部を形成している。また、特許文献１の第２形態では、ベース部分を全体的に軸方向に突出させた後、その突出部の内側を反対方向に凹ませ、その凹所の側面で外輪固定部を形成し、凹所の底面で内輪受け部を形成している。

しかし、引用文献１の両形態とも製造が困難である。第１形態では外輪の保持力が低く、また、第２形態では製造時の割れが懸念される。

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、位置検出部の磁力を増大および安定化させつつ製造し易い回転式アクチュエータを提供することである。

本発明の回転式アクチュエータは、モータ（３０）と、モータの回転軸（３７）の回転を減速して出力する減速機（４０）と、モータおよび減速機を収容しているハウジング（２０）と、回転軸に固定された内輪（７２）を有し、回転軸を回転可能に支持している軸受（３５）と、ハウジングに一体的に設けられ、軸受の外輪（７１）を固定する筒状の外輪固定部（６３）とを備える。

ハウジングは、回転軸の回転軸心（ＡＸ１）に平行な軸方向視において内輪の一端面（７３）の少なくとも一部と重なる開口をもち、内輪受け治具（９１，９１２，９１３）を挿入可能な治具挿入孔（７４，７４２，７４３，７４４，７４５，７４６）を有する。

このような治具挿入孔を設けることで、組付け時に治具挿入孔に挿入した内輪受け治具で内輪を受けることが可能となり、外輪固定部と一体に内輪受け部を設ける必要がなくなる。そのため、軸受の外輪および内輪を両方とも固定することで位置検出部の磁力を増大および安定化させつつ、外輪固定部を単純な筒状にすることで製造し易くなっている。

第１実施形態の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説明する模式図。第１実施形態の回転式アクチュエータの断面図。図２のＩＩＩ部拡大図。図３のフロントハウジングおよびモータ側軸受をＩＶ−ＩＶ線から見た図。図３のモータ側軸受の組付け手順を説明する図。図３の回転軸の組付け手順を説明する図。図３のモータ側軸受の他の組付け手順を説明する図。第２実施形態の回転式アクチュエータの治具挿入孔を説明する図であって、第１実施形態における図３に対応する図。図８のフロントハウジングおよびモータ側軸受をＩＸ−ＩＸ線から見た図。図８の回転軸の組付け手順を説明する図。第３実施形態の回転式アクチュエータの治具挿入孔を説明する図であって、第１実施形態における図３に対応する図。図１１のフロントハウジングおよびモータ側軸受をＸＩＩ−ＸＩＩ線から見た図。図１２の回転軸の組付け手順を説明する図。第４実施形態の回転式アクチュエータの治具挿入孔およびシール部材を説明する図であって、第１実施形態における図３に対応する図。第５実施形態の回転式アクチュエータの治具挿入孔およびシール部材を説明する図であって、第１実施形態における図３に対応する図。第６実施形態の回転式アクチュエータの治具挿入孔およびシール部材を説明する図であって、第１実施形態における図３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］
図１に示すように、第１実施形態のアクチュエータ１０は、車両用変速機１１のケース１２の外壁に固定され、シフトバイワイヤシステム１３の動力源として用いられる。アクチュエータ１０は、シフト操作装置１４からの指令信号に応じて制御装置１５により駆動制御されることで、変速機１１のシフトレンジ切替機構１６を作動させてシフトレンジを切り替える。

（アクチュエータ）
先ず、アクチュエータ１０の全体構成について図２を参照して説明する。アクチュエータ１０は、ハウジング２０、モータ３０および減速機４０を備える。

ハウジング２０は、カップ状のフロントハウジング２１およびリアハウジング２２を有する。フロントハウジング２１およびリアハウジング２２は、開口部同士が組み合わされてボルト２３により互いに締結されている。フロントハウジング２１には、有底筒状の金属プレート２４が埋め込まれている。リアハウジング２２は、フロントハウジング２１とは反対側に突き出す筒状突出部２８を有する。リアハウジング２２の外壁にはブラケット２９が固定されている。アクチュエータ１０は、ブラケット２９を用いて変速機１１のケース１２（図１参照）に固定される。

モータ３０は、ステータ３１およびロータ３４を有する。ステータ３１は、金属プレート２４に例えば圧入等により固定されたステータコア３２と、ステータコア３２に設けられたコイル３３とを有する。ロータ３４は、モータ側軸受３５および減速機側軸受３６により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持された回転軸３７と、回転軸３７の外側に嵌合して固定されたロータコア３８とを有する。モータ側軸受３５は、金属プレート２４に設けられている。減速機側軸受３６は、後述の出力部材４４に設けられている。

減速機４０は、偏心軸４１、リングギア４２、偏心ギア４３、出力部材４４および伝達機構４５を備える。偏心軸４１は、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心軸心ＡＸ２上に設けられ、回転軸３７と一体に形成されている。リングギア４２は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に固定されている。偏心ギア４３は、リングギア４２の内歯部４６と噛み合う外歯部４７を有し、偏心軸４１に設けられた軸受４８により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しつつ回転軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。遊星運動時の偏心ギア４３の自転速度は、回転軸３７の回転速度に対して変速させられる。

出力部材４４は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に設けられた軸受４９により回転可能に支持されている。伝達機構４５は、偏心ギア４３に形成された係合突起５１と、出力部材４４に形成され、係合突起５１が挿入された係合孔５２とから構成され、偏心ギア４３の偏心軸心ＡＸ２まわりの回転を出力部材４４に伝達する。

アクチュエータ１０では、コイル３３の通電相が切り替えられることにより回転磁界が発生し、この回転磁界により生じる磁気的吸引力または反発力を受けてロータ３４が回転する。ロータ３４と共に偏心軸４１が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると偏心ギア４３が遊星運動し、ロータ３４の回転に対して減速させられた偏心ギア４３の回転が出力部材４４から外部に出力される。

（モータ側軸受）
次に、モータ側軸受３５の周辺の構成について説明する。以下の説明において、回転軸心ＡＸ１に平行な方向のことを単に「軸方向」と記載し、回転軸心ＡＸ１まわりの方向のことを単に「周方向」と記載する。

図２に示すように、アクチュエータ１０は、ロータ３４の回転位置を検出する位置検出部５５を備える。位置検出部５５は、フロントハウジング２１に設けられた磁気センサ５６と、ロータコア３８に設けられた磁石５７とを有する。磁石５７は、周方向に着磁された環状の多極磁石である。磁気センサ５６は、軸方向で磁石５７との間に隙間を空けて配置されている。

金属プレート２４は、ステータコア３２が圧入された筒部６１と、筒部６１の一端に設けられた底部６２と、底部６２の中央において軸方向に突出するように形成された筒状の外輪固定部６３とを有する。金属プレート２４は樹脂製のフロントハウジング２１にインサート成形されている。外輪固定部６３はフロントハウジング２１と一体的に形成されている。

図３に示すように、モータ側軸受３５の外輪７１は、外輪固定部６３の内側に圧入固定されている。モータ側軸受３５の内輪７２は、回転軸３７の一端部３９の外側に圧入固定されている。このようにモータ側軸受３５の外輪７１および内輪７２の両方とも固定することで、フロントハウジング２１に対するロータ３４の軸方向移動を抑制し、磁気センサ５６と磁石５７との隙間のばらつき量を小さくしている。そのため、上記隙間をできるだけ小さく設定して磁気センサ５６に作用する磁力を大きくすることができ、またその磁力を安定させることができる。

上記のようにモータ側軸受３５の外輪７１および内輪７２を両方とも固定する形態においては、外輪７１を圧入固定した後、内輪７２に回転軸３７を圧入するときに内輪７２を受ける必要がある。特許第５４８３２１７号公報に開示されたアクチュエータでは金属プレートに外輪固定部と内輪受け部を一体に設けているが、金属プレートを製造し難いという問題があった。この問題に対して、第１実施形態では、内輪受け部をアクチュエータ１０から取り除き、組付け時に治具で内輪７２を受けるように構成している。以下、詳しく説明する。

外輪固定部６３は、単純な筒状に形成されており、外輪７１の全周を保持するようになっている。外輪固定部６３に対して内側は開放されており、金属プレート２４には内輪７２を受ける部分が設けられていない。

図３および図４に示すように、フロントハウジング２１は、軸方向視において内輪７２の一端面７３の少なくとも一部と重なる開口をもつ治具挿入孔７４を有する。治具挿入孔７４は、回転軸３７と同軸上に設けられた貫通孔である。治具挿入孔７４の内径Ｄ１は、内輪７２の内径Ｄ２よりも大きい。本実施形態では、治具挿入孔７４は、一端面７３よりも大きく形成されており、軸方向視で一端面７３の全部と重なる開口をもつ。

アクチュエータ１０の組付け工程では、（１）図５に示すように外輪７１を外輪固定部６３に圧入したあと、（２）図６に示すように治具挿入孔７４に挿入した内輪受け治具９１により内輪７２を受けながら回転軸３７の一端部３９を内輪７２に圧入する。内輪受け治具９１は、内輪受け治具９１を挿入可能な孔である。

図５では圧入パンチ９３で外輪７１を押しながら、一定ストロークまたは外輪７１が所定の深さに到達するまで外輪７１を圧入する。これに対して、図７に示すように圧入パンチ９５で外輪７１および内輪７２を押しながら、内輪７２が内輪受け治具９１に当接するまで外輪７１を圧入してもよい。

図５および図７では、例えばフロントハウジング２１の底側等を受けつつ外輪７１を圧入する。これに対して、他の実施形態では、治具挿入孔７４に挿入した治具により外輪固定部６３を受けつつ外輪７１を圧入してもよい。図３に示すように、外輪固定部６３は底部６２からモータ３０側に突き出すように形成されており、外輪固定部６３の基端部７５が被受け部として好適である。治具挿入孔７４は、内径Ｄ１が外輪固定部６３の内径Ｄ３よりも大きくなっており、軸方向視において基端部７５と重なる開口をもつ。

図５および図７では、内輪受け治具９１は、治具挿入孔７４および外輪固定部６３よりも小さい。これに対して、他の実施形態では、内輪受け治具９１のうち内輪７２を受ける先端の内輪受け部９２から一段下がった箇所に、治具挿入孔７４または外輪固定部６３と嵌合可能な嵌合部を設け、この嵌合部を用いて内輪受け治具９１と内輪７２との位置決めを行ってもよい。この形態において治具挿入孔７４または外輪固定部６３は位置決め部としても機能する。

図３に戻って、フロントハウジング２１には治具挿入孔７４を塞ぐようにシール部材８１が貼り付けられている。シール部材８１は、防水透湿機能をもつ。すなわち、シール部材８１は、固定および液体が治具挿入孔７４を通じてハウジング２０に出入りするのを抑制しつつ、気体および蒸気が治具挿入孔７４を通じてハウジング２０を出入りするのを許容する。

外輪固定部６３およびフロントハウジング２１は、モータ側軸受３５に対して治具挿入孔７４側の空間Ａ１と反対側の空間Ａ２とを連通させる通気孔７６を有する。

回転軸３７のうち治具挿入孔７４側の一端部３９には回転伝達係合部７７が形成されている。回転伝達係合部７７は例えば六角穴等から構成される。治具挿入孔７４の開口は、軸方向視で回転伝達係合部７７の全部と重なっている。

（効果）
以上説明したように第１実施形態では、フロントハウジング２１は、軸方向視において内輪７２の一端面７３の少なくとも一部と重なる開口をもち、内輪受け治具９１を挿入可能な治具挿入孔７４を有する。このような治具挿入孔７４を設けることで、組付け時に治具挿入孔７４に挿入した内輪受け治具９１で内輪７２を受けることが可能となり、外輪固定部６３と一体に内輪受け部を設ける必要がなくなる。そのため、モータ側軸受３５の外輪７１および内輪７２を両方とも固定することで位置検出部５５の磁力を増大および安定化させつつ、外輪固定部６３を単純な筒状にすることで製造し易くなっている。

また、第１実施形態では、治具挿入孔７４は、一端面７３よりも大きく形成されており、軸方向視で一端面７３の全部と重なる開口をもつ。そのため、一端面７３の全面を内輪受け治具９１で受けることができる。

また、第１実施形態では、固定および液体が治具挿入孔７４を通じてハウジング２０に出入りするのを抑制するシール部材８１が設けられている。これにより治具挿入孔７４を設けつつも、ハウジング２０の異物混入および内圧上昇を防止できる。また、従来はハウジング２０のうち変速機１１側（リアハウジング２２の外壁）に設けられていた呼吸孔およびフィルタに代えて、治具挿入孔７４およびシール部材８１を設けることにより、変速機１１とハウジング２０とのクリアランスが拡大するので、アクチュエータ１０の変速機１１への搭載性を向上できる。

また、第１実施形態では、外輪固定部６３およびフロントハウジング２１は、モータ側軸受３５に対して治具挿入孔７４側の空間Ａ１と反対側の空間Ａ２とを連通させる通気孔７６を有する。これにより、ハウジング２０の内圧変動時に通気孔７６で呼吸する（空間Ａ１と空間Ａ２との間で空気が流れる）ことができる。そのため、モータ側軸受３５内部を通って呼吸することに起因してモータ側軸受３５のグリスが漏れることを防ぎ、モータ側軸受３５の寿命を改善できる。

また、第１実施形態では、回転軸３７のうち治具挿入孔７４側の一端部３９には回転伝達係合部７７が形成されている。治具挿入孔７４の開口は、軸方向視で回転伝達係合部７７と重なっている。これにより、治具挿入孔７４に挿入して回転伝達係合部７７に係合させた回転治具を用いてモータ３０を外部から機械的に回転させる可能である。例えばモータ３０が故障したときに強制的にパーキングロックを解除することができる。

［第２実施形態］
以下の説明において、回転軸３７の径方向のことを単に「径方向」と記載する。第２実施形態では、図８および図９に示すように、治具挿入孔７４２は、周方向に並ぶように複数設けられている。治具挿入孔７４２の径方向の幅Ｗ１は、一端面７３の径方向の幅Ｗ２よりも大きい。治具挿入孔７４２の径方向位置は一端面７３の径方向位置とほぼ同じである。治具挿入孔７４２の開口の一部は、軸方向視で一端面７３の一部と重なっている。

図１０に示すように内輪受け治具９１２は、治具挿入孔７４２に挿入される２つの突起状の内輪受け部９２２を有する。内輪受け部９２２の外径は治具挿入孔７４２の内径とほぼ同じである。内輪受け部９２２が治具挿入孔７４２に嵌合することで、内輪受け治具９１２と内輪７２との位置決めが行われる。この形態において治具挿入孔７４２は位置決め部としても機能する。

第２実施形態のアクチュエータ１０によれば、第１実施形態と同様に位置検出部５５の磁力を増大および安定化させつつ製造し易い。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図１１および図１２に示すように、治具挿入孔７４３は、周方向に並ぶように複数設けられている。本実施形態では、３つの治具挿入孔７４３が周方向において等間隔に設けられている。治具挿入孔７４３の径方向の幅Ｗ３は、一端面７３の径方向の幅Ｗ２と同じである。治具挿入孔７４３の径方向位置は一端面７３の径方向位置とほぼ同じである。治具挿入孔７４３の開口の全体は、軸方向視で一端面７３の一部と重なっている。

図１３に示すように内輪受け治具９１３は、治具挿入孔７４３に挿入される２つの突起状の内輪受け部９２３を有する。内輪受け部９２３の外径は治具挿入孔７４３の内径とほぼ同じである。内輪受け部９２３が治具挿入孔７４３に嵌合することで、内輪受け治具９１３と内輪７２との位置決めが行われる。この形態において治具挿入孔７４３は位置決め部としても機能する。

第３実施形態のアクチュエータ１０によれば、第１実施形態と同様に位置検出部５５の磁力を増大および安定化させつつ製造し易い。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図１４に示すように治具挿入孔７４４の内壁のうちモータ側軸受３５とは反対側には、径方向内側に突き出す環状の係止部７８が設けられている。シール部材８１４は、防水透湿機能をもつフィルム８２と、フィルム８２を保持する保持部８３と、保持部８３から治具挿入孔７４４内に突き出して係止部７８に係止する爪部８４と、保持部８３とフロントハウジング２１との間に配置されるＯリング８５とを有する。このようにシール部材８１４がスナップフィットタイプであってもよい。

また、第４実施形態では、回転軸３７は、空間Ａ１と空間Ａ２とを連通させる通気孔７６４を有する。通気孔７６４は、回転軸３７の一端部３９等に形成された溝からなる。これにより、ハウジング２０の内圧変動時に通気孔７６４で呼吸することができる。

［第５実施形態］
第５実施形態では、図１５に示すようにフロントハウジング２１の外壁には、治具挿入孔７４５の外側で軸方向へ突き出す筒状突起６５が設けられている。シール部材８１５は、防水透湿機能をもつフィルム８２５と、フィルム８２５を保持し、筒状突起６５に圧入された保持部８３５と、保持部８３５の外側でフィルム８２５を覆うように設けられたカバー部８６とを有する。このようにシール部材８１５が外壁固定タイプであってもよい。

［第６実施形態］
第６実施形態では、図１６に示すようにシール部材８１６は、防水透湿機能をもつフィルム８２６と、フィルム８２６を保持し、治具挿入孔７４６の内壁に圧入された保持部８３６とを有する。このようにシール部材８１６が内壁固定タイプであってもよい。

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。

２０ハウジング、３０モータ、３５軸受、３７回転軸、４０減速機、
６３外輪固定部、７１外輪、７２内輪、７３一端面、
７４，７４２，７４３，７４４，７４５，７４６治具挿入孔、
９１，９１２，９１３内輪受け治具、ＡＸ１回転軸心。

Claims

モータ（３０）と、
前記モータの回転軸（３７）の回転を減速して出力する減速機（４０）と、
前記モータおよび前記減速機を収容しているハウジング（２０）と、
前記回転軸に固定された内輪（７２）を有し、前記回転軸を回転可能に支持している軸受（３５）と、
前記ハウジングに一体的に設けられ、前記軸受の外輪（７１）を固定している筒状の外輪固定部（６３）と、
を備え、
前記ハウジングは、前記回転軸の回転軸心（ＡＸ１）に平行な軸方向視において前記内輪の一端面（７３）の少なくとも一部と重なる開口をもち、内輪受け治具（９１，９１２，９１３）を挿入可能な治具挿入孔（７４，７４２，７４３，７４４，７４５，７４６）を有する回転式アクチュエータ。
固体および液体が前記治具挿入孔を通じて前記ハウジングに出入りするのを抑制するシール部材（８１，８１４，８１５，８１６）をさらに備える請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
前記外輪固定部または前記回転軸は、前記軸受に対して前記治具挿入孔側の空間（Ａ１）と、前記軸受に対して前記治具挿入孔とは反対側の空間（Ａ２）とを連通させる通気孔（７６，７６４）を有する請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
前記回転軸のうち前記治具挿入孔側の一端部（３９）には回転伝達係合部（７７）が形成され、
前記治具挿入孔は、軸方向視で前記回転伝達係合部と重なる開口をもっている請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。