JP5598735B2 - 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、例えばシフトバイワイヤシステムの駆動部等に用いられる回転式アクチュエータが公知である。特許文献１に開示された回転式アクチュエータは、内歯車および外歯車からなる減速部を備える。内歯車は、樹脂製のハウジングに埋設された環状のプレートの内壁に圧入される。内歯車の外壁に一体に形成される突起は、ハウジングの内壁が有する切欠きに挿入される。ハウジングは、周方向位置が切欠きに一致する取付孔を有する。

特許４５６０７４３号公報

特許文献１に開示された回転式アクチュエータでは、応力集中の要因となる切欠きおよび取付孔は、周方向位置が互いに一致する。そのため、内歯車の圧入によりハウジングに作用する応力は、ハウジングの切欠きおよび取付孔が位置する部分に集中する。したがって、上記ハウジングの切欠きおよび取付孔が位置する部分に亀裂が生じるおそれがある。この亀裂が進行するとハウジングが破損する可能性がある。

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、ハウジングの破損を抑制可能な回転式アクチュエータを提供することである。

請求項１に記載の発明による回転式アクチュエータは、モータと、回転軸と、内歯車と、回転出力部と、突起と、ハウジングと、取付手段とを備える。モータは、回転軸を回転駆動する。内歯車は、回転軸の径外方向で相対回転不能に設けられる。回転出力部は、内歯車の径内方向に設けられ、内歯車と連係し回転軸の回転を減速して出力する。

突起は、内歯車の外壁に一体に形成される。ハウジングは、筒状に形成され、内歯車が嵌め付けられる。突起は、ハウジングの内壁が有する切欠きに挿入される。取付手段は、ハウジングの外壁に一体に形成され、周方向位置が切欠きとは異なる取付孔を有する。
取付孔の内壁のうちハウジングの径方向で最も内側に位置する部分は、ハウジングの径外面よりも径内方向に位置している。内歯車のうち各突起間に位置する嵌合外面は、ハウジングのうち各切欠き間に位置する嵌合内面に圧入されている。切欠きと取付孔とは、周方向で互いに離間して配置される。

したがって、応力集中の要因となる切欠きと取付孔とは、周方向で互いに離間して配置される。そのため、内歯車の圧入によりハウジングに作用する応力は、ハウジングの局部に集中することなく周方向に分散される。そのため、応力集中に起因したハウジングの亀裂の発生を抑制し、ハウジングの破損を回避することができる。

本発明の第１実施形態による回転式アクチュエータの断面図である。 図１のリヤハウジングおよびリングギヤを矢印ＩＩ方向から見た図である。 図２のリヤハウジングを示す図である。 図２のリングギヤを示す図である。 図４のリングギヤのＶ−Ｖ線断面図である。 本発明の第２実施形態による回転式アクチュエータのうち、リヤハウジング、リングギヤおよび回転出力部をフロントハウジング側から見た図である。

以下、本発明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）
本発明の第１実施形態による回転式アクチュエータおよびその構成部材を図１〜図５に示す。回転式アクチュエータ１０は、例えば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１０は、ハウジング２０、モータ４０、減速部６０、出力部材７０およびロータリーエンコーダ７７を備える。

ハウジング２０は、リヤハウジング２１およびフロントハウジング３０から構成される。
リヤハウジング２１は、樹脂製であり、筒部２２、底部２３、コネクタ部２４および３つの取付部２５を有する。筒部２２および底部２３には、有底筒状に形成された金属製のプレート８１が埋設される。コネクタ部２４は、ロータリーエンコーダ７７用の信号ピン２６や、モータ４０用の図示しないパワーピンを内包する。取付部２５は、筒部２２の外壁に一体に形成される。取付部２５には、金属製のインサートナット２７が埋設される。

フロントハウジング３０は、樹脂製であり、筒部３１、底部３２、出力部３３および３つの取付部３４を有する。筒部３１は、リヤハウジング２１の筒部２２と同軸上に配置される。筒部３１には、金属製のプレート８２が埋設される。筒部３１およびプレート８２は、特許請求の範囲に記載の「ハウジング」に相当する。底部３２は、筒部３１のうちリヤハウジング２１とは反対側の端部を塞ぐ。出力部３３は、底部３２の中央からリヤハウジング２１とは反対側に突き出す筒状に形成される。出力部３３は、図示しない自動変速機のケース内に挿入可能である。

取付部３４は、筒部３１の外壁のうち取付部２５に対応する位置に一体に形成され、軸方向に貫通する取付孔３５を有する。各取付孔３５は、周方向で等間隔に位置する。取付孔３５の内壁のうち径方向で最も内側に位置する部分は、筒部３１の径外面よりも径内方向に位置する。取付孔３５の内壁には、金属製のインサートカラー３７が嵌め付けられる。取付部３４は、特許請求の範囲に記載の「取付手段」に相当する。

フロントハウジング３０は、ねじ８５によりリヤハウジング２１に固定される。ねじ８５は、インサートカラー３７を挿通し、インサートナット２７に螺合する。ハウジング２０の内部は、フロントハウジング３０の開口端面とリヤハウジング２１の開口端面との間に設けられるシール部材８６により外部に対して封止される。

モータ４０は、３相ブラシレスモータであり、ステータ４１およびロータ４８から構成される。
ステータ４１は、ステータコア４２および複数のコイル４５を有する。ステータコア４２は、プレート８１の径内壁に嵌合するリング部４３と、リング部４３から径内方向に突き出す複数のティース部４４とからなる。ティース部４４は、周方向で等間隔に例えば１２個形成される。ステータコア４２は、複数枚の環状プレートが板厚方向に積層されてなる。

コイル４５は、ティース部４４に巻回された導線からなるＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルから構成される。各相コイルは例えば４個ずつ設けられ、周方向でＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの順に１個ずつ配置される。

コイル４５は、バスバー５７に電気的に接続される。バスバー５７は、リヤハウジング２１の底部２３の内壁に設けられる。バスバー５７は、例えば金属の薄板から構成され、前記パワーピンに電気的に接続される。ステータ４１は、各相コイルへの通電を順に切り替えることで周方向に回転する磁界を発生させる。この磁界は、ロータ４８を回転させるように作用する。

ロータ４８は、ステータ４１の径内方向に位置し、ロータ軸４９およびロータコア５４を有する。ロータ軸４９は、リヤハウジング２１側の一端部５０がリヤベアリング５９に回転可能に支持され、フロントハウジング３０側の他端部５１がフロントベアリング５８に回転可能に支持される。

ロータ軸４９は、一端部５０と他端部５１との間で一端部５０側から順にコア固定部５２および偏心部５３を形成する。一端部５０、コア固定部５２および他端部５１は、図１に示す軸心φ１上に配置される。偏心部５３は、軸心φ１に対し偏心する偏心軸心φ２上に配置される。一端部５０、コア固定部５２および他端部５１は、特許請求の範囲に記載の「回転軸」を構成する。偏心部５３は、特許請求の範囲に記載の「偏心軸」に相当する。

ロータコア５４は、ロータ軸４９の径外壁に例えば圧入により固定されたボス部５５と、ボス部５５から径外方向に突き出す複数の突極５６とからなる。突極５６は、周方向で等間隔に例えば８個形成される。ロータコア５４は、複数枚の環状プレートが板厚方向に積層されてなる。

減速部６０は、遊星歯車装置の一種であり、リングギヤ６１およびサンギヤ６７から構成される。
リングギヤ６１は、ロータ軸４９の偏心部５３の径外方向に位置し、ロータ軸４９のコア固定部５２と同軸上に配置される内歯車である。リングギヤ６１は、フロントハウジング３０の筒部３１に埋設されたプレート８２の径内壁に圧入され、固定される。

サンギヤ６７は、リングギヤ６１の径内方向に位置し、リングギヤ６１に噛み合う外歯車である。サンギヤ６７は、ロータ軸４９の偏心部５３と同軸上に配置され、ミドルベアリング６９により回転可能に支持される。ミドルベアリング６９は、偏心部５３の径外壁に嵌合する。サンギヤ６７は、特許請求の範囲に記載の「外歯車」に相当する。

サンギヤ６７は、ロータコア５４とは反対側に突き出す複数のトルク伝達用突起６８を形成する。各トルク伝達用突起６８は、サンギヤ６７の軸心回りに等間隔に形成される。トルク伝達用突起６８は、後述のトルク伝達用穴７３と共に、サンギヤ６７の自転運動を出力部材７０に伝達するための回転伝達手段として機能する。

出力部材７０は、軸部７１およびフランジ部７２を有する。軸部７１は、ロータ軸４９の他端部５１と同軸上に配置され、ブッシュ７４により回転可能に支持される。ブッシュ７４は、フロントハウジング３０の出力部３３の径内壁に嵌合する。

軸部７１の径内壁のうち他端部５１側にはフロントベアリング５８が設けられる。また、軸部７１の径内壁のうち外部側には軸方向に延びる内歯が形成される。この内歯は、回転式アクチュエータ１０の出力先の部材と係合し、この部材と出力部材７０とを回転伝達可能に連結する。

フランジ部７２は、軸部７１のサンギヤ６７側の端部に形成される。フランジ部７２は、サンギヤ６７のトルク伝達用突起６８が遊嵌する複数のトルク伝達用穴７３を有する。各トルク伝達用穴７３は、出力部材７０の軸心回りに等間隔に形成される。
第１実施形態では、ロータ軸４９の偏心部５３、サンギヤ６７および出力部材７０は、回転出力部１１を構成する。

ロータリーエンコーダ７７は、磁石７８、ホールＩＣ７９、図示しないホールＩＣ、および基板８０から構成される。以下、ホールＩＣ７９および図示しないホールＩＣを区別しないとき、単に「ホールＩＣ」と記載する。

磁石７８は、環状に形成され、Ｎ極およびＳ極が周方向で交互に着磁された多極磁石である。磁石７８は、ロータコア５４と同軸上に配置され、ロータコア５４のリヤハウジング２１側の端部に固定される。

基板８０は、リヤハウジング２１の底部２３の内壁に固定される。基板８０には、ホールＩＣが実装される。ホールＩＣ７９は、図示しないホールＩＣに対し周方向で所定角度ずらして配置される。

ホールＩＣは、ホール素子および信号変換回路を有する。ホール素子は、ホール効果を利用した磁電変換素子であり、磁石７８が発生する磁界の磁束密度に比例した電気信号を出力する。信号変換回路は、ホール素子の出力信号をデジタル信号に変換する。ホールＩＣは、ロータコア５４の回転に同期したパルス信号を出力する。

ホールＩＣ７９が出力するパルス信号（Ａ相）は、図示しないホールＩＣが出力するパルス信号（Ｂ相）に対し例えば１／４周期位相がずれる。２つのパルス信号は、コネクタ部内の信号ピン２６から例えばエンコーダボードまたはその機能を有する電子制御装置等に出力され、ロータコア５４の回転角および回転方向を検出するために利用される。

以上のように構成される回転式アクチュエータ１０では、各コイル４５のうちＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの順に通電を切り替えるとロータ４８が周方向の一方に回転し、Ｗ相コイル、Ｖ相コイル、Ｕ相コイルの順に通電を切り替えるとロータ４８が周方向の他方に回転する。ロータ４８は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの通電が一巡する毎に４５度回転する。

ロータ４８が回転すると、サンギヤ６７は、リングギヤ６１の内歯を転動し、ロータ軸４９の偏心部５３の軸心回りに自転しつつコア固定部５２の軸心回りに公転する。このとき、サンギヤ６７の自転速度は、ロータ軸４９の回転速度に対し減速される。サンギヤ６７が回転すると、トルク伝達用突起６８およびトルク伝達用穴７３は、サンギヤ６７の自転運動を出力部材７０に伝達する。回転出力部１１は、リングギヤ６１と連係しロータ軸４９の回転を減速して出力する。

次に、フロントハウジング３０およびリングギヤ６１を詳しく説明する。
フロントハウジング３０の筒部３１の内壁は、周方向で等間隔に６つの切欠き３６を有する。切欠き３６は、プレート８２に対し開口側であって、且つ周方向位置が取付孔３５とは異なる位置に形成される。

筒部３１に埋設された環状のプレート８２は、周方向位置が切欠き３６と一致する６つの切欠き８３を有する。切欠き８３も切欠き３６と同等に、周方向位置が取付部３４の取付孔３５とは異なる位置に形成される。

リングギヤ６１は、筒部６２、内歯部６３および突起６４から構成される。筒部６２は、筒状に形成され、径外面のうち周方向で互いに離間する６箇所に嵌合外面６５を有する。嵌合外面６５は、フロントハウジング３０の軸心φ１を中心とした仮想円筒面に一致するよう形成される。また、周方向で等間隔に位置する３つの嵌合外面６５は、周方向位置が取付部３４に一致するように配置される。

内歯部６３は、筒部６２の端部から径内方向に突き出し、径内端部に軸心φ１まわりに並ぶ複数の内歯を形成する。筒部６２および内歯部６３は、特許請求の範囲に記載の「内歯車」を構成する。

突起６４は、筒部６２のうち嵌合外面６５とは異なる周方向位置から径外方向に一体に突き出す。突起６４は、周方向で等間隔に６つ形成される。
リングギヤ６１は、突起６４が切欠き３６、８３に挿入されるように、筒部６２の嵌合外面６５がプレート８２の嵌合内面８４に圧入される。

以上説明したように、第１実施形態による回転式アクチュエータ１０では、フロントハウジング３０の筒部３１の切欠き３６の周方向位置は、取付部３４の取付孔３５とは異なる。したがって、応力集中の要因となる切欠き３６と取付孔３５とが周方向で互いに離される。そのため、リングギヤ６１の圧入によりフロントハウジング３０に作用する応力は、フロントハウジング３０の局部に集中することなく周方向に分散される。そのため、応力集中に起因したフロントハウジング３０の亀裂の発生を抑制し、フロントハウジングの破損を回避することができる。

また、切欠き３６と取付孔３５とが周方向で互いに離されるため、フロントハウジング３０の樹脂成形時、金型内の切欠き３６周辺および取付孔３５周辺の樹脂流れを向上させることができる。そのため、ウェルド部の接合強度を高めることができる。

また、第１実施形態では、リングギヤ６１の３つの嵌合外面６５は、周方向で等間隔に配置され、且つ周方向位置が比較的肉厚な取付部３４に一致するように配置される。そのため、圧入されたリングギヤ６１が周方向で均一に変形するので、圧入後のリングギヤ６１のギヤ精度が向上する。そのため、リングギヤ６１のギヤ効率やリングギヤ６１の保持力を高めることができる。

また、第１実施形態では、取付部３４の取付孔３５の内壁には、金属製のインサートカラー３７が嵌め付けられる。このように取付孔３５にインサートカラー３７が嵌め付けられる場合であっても、切欠き３６と取付孔３５とが周方向で互いに離されるため、フロントハウジング３０のうちインサートカラー３７に対し径内方向に位置する部分が薄肉になることを回避することができる。そのため、フロントハウジング３０の破損を抑制可能である。

また、第１実施形態では、取付孔３５は、周方向で等間隔に３つ設けられる。そのため、切欠き３６を周方向で等間隔に配置し易い。したがって、リングギヤ６１の圧入によりフロントハウジング３０に作用する応力を周方向で分散させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転式アクチュエータを図６に示す。図６に示すように、第２実施形態による回転式アクチュエータ９０は、回転出力部９１の構成が第１実施形態とは異なる。回転出力部９１は、太陽歯車９２、遊星歯車９３および遊星キャリヤ９４から構成される。

太陽歯車９２は、ロータ軸９５と一体に回転する。遊星歯車９３は、リングギヤ６１および太陽歯車９２に噛み合い、ロータ４８が回転すると自転しつつロータ軸９５の軸心回りに公転する。遊星キャリヤ９４は、ロータ軸９５と同軸上に配置され、遊星歯車９３を回転可能に支持し、遊星歯車９３の公転運動が伝達され回転する。

第２実施形態では、回転出力部９１の構成が第１実施形態とは異なるが、リングギヤ６１およびフロントハウジング３０の構成は同じである。したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、リングギヤは、フロントハウジングの内壁に圧入以外の方法で嵌め付けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、フロントハウジングの筒部にはプレートが埋設されなくてもよい。その際、リングギヤは、フロントハウジングの筒部に直接圧入されてもよい。
本発明の他の実施形態では、フロントハウジングの取付部の取付孔にはカラーが埋設されなくてもよい。

本発明の他の実施形態では、フロントハウジングは、樹脂製以外の例えばアルミ製等であってもよい。
本発明の他の実施形態では、リングギヤの外壁に一体に形成される突起の数は、６つに限らず、５つ以下または７つ以上であってもよい。また、各突起は、周方向で等間隔に位置していなくてもよい
本発明の他の実施形態では、フロントハウジングの筒部の内壁が有する切欠きの数は、６つに限らず、５つ以下または７つ以上であってもよい。また、各切欠きは、周方向で等間隔に位置していなくてもよい

本発明の他の実施形態では、フロントハウジングの取付部の取付孔の数は、３つに限らず、２つ以下または４つ以上であってもよい。また、各取付孔は、周方向で等間隔に位置していなくてもよい
本発明の他の実施形態では、フロントハウジングの取付部は、鍔状に形成され、複数の取付孔を有していてもよい。

本発明の他の実施形態では、リングギヤおよび回転出力部からなる遊星歯車装置に替えて、リングギヤを含む他の型式の遊星歯車装置が設けられてもよい。
第１実施形態および第２実施形態では、リングギヤ６１は、筒部６２の端部から径内方向に延び且つ径内端部に複数の内歯を形成する内歯部６３を有していた。これに対し、本発明の他の実施形態では、リングギヤは、筒部の内壁に内歯を一体に形成してもよい。

本発明の他の実施形態では、リングギヤは、径外面のうち突起以外の部分が全て嵌合外面となるように構成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、リングギヤが有する嵌合外面の数は、必ずしも隣接する突起間に１つずつ形成されなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、フロントハウジングは、軸方向で３つ以上に分割されてもよい。

本発明の他の実施形態では、モータは、回転力を出力する動力源として機能すればよく、他の型式のものが採用されてもよい。
本発明の他の実施形態では、回転式アクチュエータは、車両のシフトバイワイヤシステム以外の装置に用いられてもよい。
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、９０・・・回転式アクチュエータ １１、９１・・・回転出力部
３１・・・筒部（ハウジング） ３４・・・取付部（取付手段）
３５・・・取付孔 ３６・・・切欠き
４０・・・モータ ５０・・・一端部（回転軸）
５１・・・他端部（回転軸） ５２・・・コア固定部（回転軸）
６２・・・筒部（内歯車） ６３・・・内歯部（内歯車）
６４・・・突起 ８２・・・プレート（ハウジング）
９５・・・ロータ軸（回転軸）

Claims (5)

1. モータ（４０）と、
   前記モータに回転駆動される回転軸（５０、５１、５２）と、
   前記回転軸の径外方向で相対回転不能に設けられる内歯車（６２、６３）と、
   前記内歯車の径内方向に設けられ、前記内歯車と連係し前記回転軸の回転を減速して出力する回転出力部（１１、９１）と、
   前記内歯車の外壁に一体に形成される突起（６４）と、
   筒状に形成され、前記内歯車が嵌め付けられ、前記突起が挿入される切欠き（３６）を有するハウジング（３１、８２）と、
   前記ハウジングの外壁に一体に形成され、周方向位置が前記切欠きとは異なる取付孔（３５）を有する取付手段（３４）と、
   を備え、
   前記取付孔の内壁のうち前記ハウジングの径方向で最も内側に位置する部分は、前記ハウジングの径外面よりも径内方向に位置し、
   前記内歯車のうち各前記突起間に位置する嵌合外面（６５）は、前記ハウジングのうち各前記切欠き間に位置する嵌合内面（８４）に圧入され、
   前記切欠きと前記取付孔とは、周方向で互いに離間して配置されることを特徴とする回転式アクチュエータ（１０、９０）。
2. 前記回転出力部（１１）は、
   前記回転軸に対し偏心し且つ当該回転軸と一体に回転する偏心軸（５３）と、
   前記偏心軸により回転可能に支持され、前記内歯車に噛み合い、前記回転軸が回転すると前記偏心軸の軸心回りに回転しつつ前記回転軸の軸心回りに公転する外歯車（６７）と、
   前記回転軸と同軸上に配置され、前記外歯車の自転運動が伝達される出力部材（７０）と、
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載の回転式アクチュエータ（１０）。
3. 前記回転出力部（９１）は、
   前記回転軸と一体に回転する太陽歯車（９２）と、
   前記内歯車および前記太陽歯車に噛み合い、前記ロータが回転すると自転しつつ前記回転軸の軸心回りに公転する遊星歯車（９３）と、
   前記回転軸と同軸上に配置され、前記遊星歯車を回転可能に支持し、前記遊星歯車の公転運動が伝達される遊星キャリヤ（９４）と、
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載の回転式アクチュエータ（９０）。
4. 前記取付孔の内壁には、金属製のカラー（３７）が嵌め付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ（１０、９０）。
5. 前記取付孔は、周方向で等間隔に３つ設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ（１０、９０）。

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