JP6008440B2

JP6008440B2 - モータアクチュエータ

Info

Publication number: JP6008440B2
Application number: JP2012123047A
Authority: JP
Inventors: 裕司渡邉
Original assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Current assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: JP2013251941A

Description

本発明は、回転角検出手段を備えたモータアクチュエータに関するものである。

例えば特許文献１には、図４に示すように、車両用空調装置の気流調整弁を回動させるモータアクチュエータ１０１が記載されている。このモータアクチュエータ１０１は、ハウジングを構成する上下ケース１０２と、ハウジング内に配置されているモータ１０３と、モータ１０３の回転軸に連結される減速ギヤ１０４と、減速ギヤ１０４と連結されて回転する出力軸１０５と、出力軸１０５の挿通部位１０５Ａが挿嵌された回転角検出器１０６を備えている。この回転角検出器１０６は、ブラシ１０６Ｂを有する回転体１０６Ａが非回転体１０６Ｃに回転自在に支持されており、出力軸１０５の嵌合孔１０５Ｂには、出力軸１０５の回転力を気流調整弁に伝達する不図示の操作レバー（操作体）が挿嵌されている。

特開２０１１−２０００２５号公報

しかしながら、図４のモータアクチュエータでは、操作体は出力軸に挿嵌されていると共に出力軸１０５と一体の挿通部位１０５Ａが回転角検出器１０６の回転体１０６Ａに挿嵌されているため、回転方向の組付誤差が大きくなり、操作体の停止精度の低下が危惧される。

そこで本発明は、操作体の停止精度を向上できるモータアクチュエータを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成すべく成された本発明のモータアクチュエータは、
ハウジングを構成する上下ケースと、前記ハウジング内に配置されるモータと、前記モータの回転軸の回転力が伝達される出力軸と、前記出力軸と一体に回転して前記出力軸の回転力を外部に伝達する操作体と、前記操作体の回転角を検出する回転角検出手段と、を備えたモータアクチュエータであって、
前記回転角検出手段は、前記操作体に直接固定されて一体に回転する回転部材と、前記回転部材の回転により回転角を検出する非回転部材を備え、
前記操作体は、前記ハウジングに支持される回転支持部を有し、
前記回転支持部は、前記出力軸の貫通孔に挿嵌されており、
前記回転部材は、前記回転支持部の下面に設けられる。

本発明の請求項２のモータアクチュエータは、請求項１に記載のモータアクチュエータにおいて、
前記回転支持部の下面には、支持軸が設けられ、
前記支持軸の先端は、前記ハウジング内に設けられた軸受に回転自在に軸支されることを特徴としているものである。

本発明の請求項３のモータアクチュエータは、請求項２に記載のモータアクチュエータにおいて、
前記回転部材は、ブラシを有し、
前記非回転部材は、前記ブラシと摺接する基板を有することを特徴としているものである。

本発明の請求項４のモータアクチュエータは、請求項３に記載のモータアクチュエータにおいて、
前記ブラシは、前記支持軸に隣接して配されることを特徴としているものである。

本発明の請求項５のモータアクチュエータは、請求項４に記載のモータアクチュエータにおいて、
前記基板は、前記ブラシと対向するように前記ハウジング内の立上部に固定されており、
前記立上部の先端は、前記出力軸の下面外周部に近接して配されていることを特徴としているものである。

別の本発明の請求項６のモータアクチュエータは、
ハウジングを構成する上下ケースと、前記ハウジング内に配置されるモータと、前記モータの回転軸の回転力が伝達される出力軸と、前記出力軸と一体に回転して前記出力軸の回転力を外部に伝達する操作体と、前記操作体の回転角を検出する回転角検出手段と、を備えたモータアクチュエータであって、
前記回転角検出手段は、前記操作体に直接固定されて一体に回転するブラシである回転部材と、前記回転部材の回転により回転角を検出する非回転部材を備える。

本発明のモータアクチュエータによれば、回転角検出手段は、操作体に直接固定されて一体に回転する回転部材と、回転部材の回転により回転角を検出する非回転部材を備えることにより、従来例のような操作レバーが出力軸に挿嵌されていると共に出力軸の挿通部位が回転角検出器の回転体に挿嵌されているものに比べて操作体の回転角を精度良く検知できるため、操作体の停止精度が向上できる。

本発明の第１の実施形態例に係るモータアクチュエータの説明図であり、（ａ）は上ケースを除いた状態を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の切断線Ａ−Ａでの断面図であって上ケースを除かない状態を示している。本発明の第２の実施形態例に係るモータアクチュエータの断面図を示す。本発明のモータアクチュエータを車両用空調装置へ組み込んだ例について説明する構成図である。従来のモータアクチュエータの説明図であり、（ａ）は上ケースを除いた状態を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）の切断線Ｂ−Ｂでの断面図であって上ケースを除かない状態を示している。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態例を説明する。
（第１の実施形態例）
図１に示すように、本発明のモータアクチュエータ１は、例えば、車両用空調装置の気流調整用のドアを作動させるものであり、ハウジングを構成する上下ケース１０、１１と、モータ１２と、モータ１２の回転軸１２Ａの回転力が伝達される出力軸３０Ａと、出力軸３０Ａと一体に回転して出力軸３０Ａの回転力を外部に伝達する操作体４０Ａと、操作体４０Ａの回転角を検出する回転角検出手段５０Ａを備えている。

ハウジングは、上ケース１０と下ケース１１の開口端部が互いに嵌合して所定の内部空間を有する箱状に形成されている。ハウジング（本例では下ケース１１）の内底面には、同じ高さの立上リブからなる３つの立上部１１Ａが形成されており、立上部１１Ａ先端には突部１１Ａ１が設けられている。

モータ１２は、ハウジング内に配置されている。モータ１２の回転軸１２Ａにはウオームギヤ１３が固着され、ウオームギヤ１３には減速ギヤ２０が連結される。本例の減速ギヤ２０は、第１中間ギヤ２１と第２中間ギヤ２２を有し、第１中間ギヤ２１は、ウオームギヤ１３と連結され、第２中間ギヤ２２は、第１中間ギヤ２１と連結される。

出力軸３０Ａは、フランジ状の出力ギヤ３１Ａを有し、出力ギヤ３１Ａは第２中間ギヤ２２と連結される。出力軸３０Ａの中央には貫通孔３３が形成されている。この貫通孔３３は、断面が非円形に形成されており、本例では断面四角形状に形成されている。

出力軸３０Ａの上部には筒状部３２が形成されており、筒状部３２はハウジング（本例では上ケース１０）の底板に設けられたガイド孔１０Ａから突出して支持される。この筒状部３２の内側（貫通孔３３との連続面）には、後述の操作体４０Ａに設けられた突部４２Ａ１と嵌合する嵌合孔３２Ａが形成されている。この出力軸の下面外周部３０Ａ１は、立上部１１Ａの先端に近接して配されている。

操作体４０Ａは、例えば、車両用空調装置の気流調整用のドアと連結され、回転することによりドアの開閉を行うものである。この操作体４０Ａは、硬質樹脂で一体成形されており、操作レバー４１と回転支持部４２Ａと支持軸４３Ａを有する。

操作レバー４１は、棒状に形成されており、操作レバー４１の先端には、気流調整用のドアと連結される突起部４４が設けられている。

回転支持部４２Ａは、操作レバー４１の支点として機能する。この回転支持部４２Ａは、出力軸３０Ａの貫通孔３３と嵌合される断面が非円形に形成されており、本例では断面四角形状に形成されている。この回転支持部４２Ａが貫通孔３３内に挿通されると、回転支持部４２Ａはハウジングのガイド孔１０Ａに筒状部３２を介して回転自在に支持される。出力軸３０Ａが回転すると、操作レバー４１は出力軸３０Ａと一体に回転する。

回転支持部の外形４２Ａ２は、筒状部３２内の嵌合孔３２Ａと嵌合する突部４２Ａ１を有し、突部４２Ａ１と嵌合孔３２Ａが嵌合されると、操作体４０Ａは、軸方向（図１（ｂ）の上下方向）の移動が規制され、ハウジングから抜けることがない。

支持軸４３Ａは、回転支持部の下面４２Ａ３から突出して形成される。この支持軸４３Ａは、軸方向に垂直な断面が円形に形成されている。支持軸４３Ａの外形は、回転支持部の外形４２Ａ２より小さく形成されており、回転支持部の下面４２Ａ３には、後述のブラシ５１が固定される。また支持軸４３Ａは、出力軸３０Ａの回転中心と同軸上に配されており、支持軸４３Ａの先端がハウジング（本例では下ケース１１）の内底面に一体に設けられた軸受１１Ｂに回転自在に軸支される。

回転角検出手段５０Ａは、操作体４０Ａの回転角を検出するものである。本例の回転角検出手段は、ポテンショメータからなり、操作体４０Ａに直接固定されて操作体４０Ａと一体に回転する回転部材５１と、回転部材５１の回転により回転角を検出する非回転部材５２を備えている。

回転部材５１は、本例ではブラシとして形成される。このブラシは、回転支持部の下面４２Ａ３に支持軸４３Ａに隣接して直接固定される。本例のブラシは、回転支持部の下面４２Ａ３に接する平板部と、平板部から下方に延びる複数の延出部と、延出部の先端に形成されて後述の抵抗体基板と摺接する湾曲部を有する。本例の平板部には２つの係合孔が設けられており、この係合孔と係合する係合突部が回転支持部の下面４２Ａ３に２つ設けられる。この係合突部と平板部の係合孔が係合した状態で係合突部が熱溶着により潰されることにより、ブラシの平板部が回転支持部の下面４２Ａ３に接して固定される。操作体４０Ａが回転すると、ブラシは操作体４０Ａの回転方向にずれることなく操作体４０Ａと一体に回転する。

非回転部材５２は、抵抗体基板として形成されており、抵抗体基板はブラシと対向して配されている。ブラシの湾曲部が摺接する抵抗体基板の摺接面は、操作体４０Ａの軸方向に対して垂直に配されている。
この抵抗体基板は、立上部１１Ａの先端（突部１１Ａ１）と係止される係止孔５２Ａを有する。係止孔５２Ａと立上部１１Ａの先端が係止されることにより抵抗体基板はハウジング（本例では下ケース１１）に固定される。
また抵抗体基板は、略中央に貫通孔５２Ｂを有しており、支持軸４３Ａが、貫通孔５２Ｂ内周に非接触状態で挿通される。
そして、回転角検出手段５０Ａは、ブラシと抵抗体基板の摺接位置によって、ブラシの回転角、すなわち操作体４０Ａの回転角に対応する電圧信号を検出できるようになっている。

上記の構成により、モータ１２の回転軸１２Ａの回転が、ウオームギヤ１３、減速ギヤ２０、出力軸３０Ａ、操作体４０Ａを介して、車両用空調装置の気流調整用のドアを開閉する。

以上のように、本例のモータアクチュエータ１の回転角検出手段５０Ａは、操作体４０Ａに直接固定されて一体に回転する回転部材５１と、回転部材５１の回転により回転角を検出する非回転部材５２を備えている。

そのため、従来例のような操作体が出力軸に挿嵌されていると共に出力軸の挿通部位が回転角検出器の回転体に挿嵌されているものに比べて操作体の回転角を精度良く検知できるため、操作体の停止精度が向上できる。すなわち、操作体と出力軸との組付誤差や、出力軸と回転角検出器の回転体との組付誤差があっても、回転部材が操作体に直接固定されるため、操作体の回転角が精度良く検知でき操作体の停止精度が向上できる。
また、本例では、回転部材が操作体に直接固定されるため、従来例のような回転角検出器の回転体を用いることなく操作体の回転角が検知できる。そのため、モータアクチュエータの部品点数を減らせることができ部材コストが低減できる。
また、本例では、操作体の回転角が直接検知できるため、検知速度の速いモータアクチュエータができる。

また、本例の操作体４０Ａは、ハウジングに支持される回転支持部４２Ａを有し、回転支持部４２Ａは、出力軸３０Ａの貫通孔３３に挿嵌されており、回転部材５１は、回転支持部の下面４２Ａ３に設けられる。そのため、回転部材５１を有する回転支持部４２Ａを出力軸３０Ａの貫通孔３３に装嵌する際に、回転部材は変形することがないため、操作体の回転角を精度良く検知でき、信頼性が向上できる。

また、本例の回転支持部の下面４２Ａ３には、支持軸４３Ａが設けられ、支持軸４３Ａの先端は、ハウジング内に設けられた軸受１１Ｂに回転自在に軸支されることにより、操作体４０Ａの軸ブレを効果的に低減できる。そのため、操作体が回転する際の異音の発生が低減できると共に、操作体の停止精度が向上できる。

また、本例の回転部材５１は、ブラシを有し、非回転部材５２は、ブラシと摺接する抵抗体基板を有するため、操作体の軸ブレの低減と相俟って操作体の回転時におけるブラシの接触圧が安定できる。そのため、ブラシの磨耗が抑制でき、ブラシの耐久性が向上できる。

また、本例のブラシは抵抗体基板上を摺接することにより操作体の回転角を検出している。その際、従来例のような出力軸の挿通部位が回転体の円筒部に挿嵌される構造であるとこの円筒部があるためブラシを半径方向内側に配することができず、ブラシの寿命が低下する可能性がある。一方、本例のブラシは、支持軸４３Ａに隣接して配されることにより、従来例のような円筒部がある構造に比べてブラシを半径方向内側に配置できるため、ブラシの摺動距離が短くなる。そのため、ブラシの磨耗を抑制することができ、ブラシの耐久性が向上できる。

また、本例の抵抗体基板は、ハウジングに設けられた立上部１１Ａに固定されており、立上部１１Ａの先端は、出力軸の下面外周面３０Ａ１に近接して配されているため、さらに、操作体の軸ブレを効果的に防止することができ、操作体が回転する際の異音の発生が低減できると共に、操作体の停止精度が向上できる。

（第２の実施形態例）
図２は、本発明の第２の実施形態例に係るモータアクチュエータの断面図を示す。図２において、図１中の符号と同一の符号は同等の部材を指しており、詳細な説明は省略する。
第１の実施形態例では、操作体４０Ａと回転角検出手段５０Ａとの間に出力軸３０Ａが配されるが、本例では、操作体４０Ｂと出力軸３０Ｂとの間に回転角検出手段５０Ｂが配されるものである。

具体的には、図２に示すように、ハウジング（本例では上ケース１０）外周に凹部１０Ｃが形成されており、この凹部１０Ｃ内にはガイド孔１０Ｂと立上部１１Ｃが形成されている。

ガイド孔１０Ｂには操作体４０Ｂの支持軸４３Ｂが支持され、支持軸４３Ｂは、凹部１０Ｃ底部と下ケース１１の内底部との間に回転自在に支持された出力軸３０Ｂの貫通孔３３に挿嵌され、支持軸４３Ｂの先端が、下ケース１１内に設けられた軸受１１Ｂに回転自在に軸支される。この支持軸４３Ｂ外周には、係止突起４５が設けられており、係止突起４５が凹部１０Ｃ底部と出力軸３０Ｂ上部との間に配されることにより、操作体４０Ｂは、軸方向（図２の上下方向）の移動が規制され、ハウジングから抜けることがない。

立上部１１Ｃには抵抗体基板が固定されており、この抵抗体基板に対向するブラシ５１が回転支持部の下面４２Ｂ３に支持軸４３Ｂに隣接して直接固定される。この立上部１１Ｃの先端は、回転支持部の下面４２Ｂ３に近接して配される。そして操作体４０Ｂが回転するとブラシは操作体４０Ｂの回転方向にずれることなく操作体４０Ｂと一体に回転する。

以上のように本例においても、操作体と出力軸との組付誤差や、出力軸と回転角検出器の回転体との組付誤差があっても、回転部材が操作体に直接固定されるため、操作体の停止精度が向上できる。

以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明はかかる実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜の変更等ができることは言うまでもない。

具体的には例えば、第１および第２の実施形態例では、回転角検出手段は、ポテンショメータから構成されているが、回転角を検出できるものであればよく、例えば、パルスセンサでもよい。この場合、ブラシ（回転部材）が操作体に直接固定されており、このブラシ（回転部材）に対向するように、導電部と絶縁部が所定の間隔をおいて配置されたパルスパターンを有する基板（非回転部材）がハウジングに固定されたものでもよい。これとは逆に、導電部と絶縁部が所定の間隔をおいて配置されたパルスパターンを有する基板（回転部材）が操作体に直接固定されており、この基板（回転部材）と対向するブラシ（非回転部材）がハウジングに固定されたものでもよい。

また、回転角検出手段は磁気センサーでもよく、回転方向に異極着磁された磁石（回転部材）が操作体に直接固定されており、この磁石（回転部材）の回転により回転角を検出するホール素子（非回転部材）がハウジングに固定されたものでもよい。

また、第１の実施形態例では、操作体４０Ａの支持軸４３Ａは、下ケース１１の軸受１１Ｂに軸支されるが、操作体の回転角が検知できる構成であればよく、操作体４０Ａの支持軸４３Ａが軸受１１Ｂに軸支しない構成にしてもよい。この場合、軸受１１Ｂを設けずにすむため、モータアクチュエータの薄型化ができる。

次に、前記モータアクチュエータ１の組み込み例について説明する。図３は、前記モータアクチュエータ１を備えた車両用空調装置６０を示す。この車両用空調装置６０は、車両用空調装置６０内で通風路を形成している筒部６１内にあって、この通風路の冷風と温風との混合割合を調整するヒータコア６１Ａの開閉ドア６２と、ドア６２に設けられて筒部６１に回動自在に設けられた回動軸６３と、回動軸６３と連結されるリンク機構６４と、リンク機構６４と連結されて回動軸６３に回転力を加えてドア６２の回動角を制御する前記モータアクチユエータ１を備えている。

このモータアクチュエータ１は筒部６１の外周に螺子止めされた状態で操作体４０の突起部４４がリンク機構６４と連結されており、操作体４１が回動軸６３と連結される。そして、操作体４１が回転すると、この回転力がリンク機構６４を介して回動軸６３に加わり、ドア６２が開閉される。そのため、前記アクチュエータ１を備えた車両用空調装置６０は、ドアの回動角が精度良く検知でき、筒部内に流れる風量を精度よく制御できる。

なお、本例の空調装置は、車両用として説明したが住宅用の空調装置でも使用できるものである。

１モータアクチュエータ
１０上ケース（ハウジング）
１０Ａガイド孔
１０Ｂガイド孔
１０Ｃ凹部
１１下ケース（ハウジング）
１１Ａ立上部
１１Ａ１突部
１１Ｂ軸受
１１Ｃ立上部
１２モータ
１２Ａ回転軸
１３ウオームギヤ
２０減速ギヤ
２１第１中間ギヤ
２２第２中間ギヤ
３０Ａ出力軸
３０Ａ１出力軸の下面外周部
３０Ｂ出力軸
３１Ａ出力ギヤ
３１Ｂ出力ギヤ
３２筒状部
３２Ａ嵌合孔
３３貫通孔
４０Ａ操作体
４０Ｂ操作体
４１操作レバー
４２Ａ回転支持部
４２Ａ１突部
４２Ａ２回転支持部の外形
４２Ａ３回転支持部の下面
４２Ｂ回転支持部
４２Ｂ３回転支持部の下面
４３Ａ支持軸
４３Ｂ支持軸
４４突起部
４５係止突起
５０Ａ回転角検出手段
５０Ｂ回転角検出手段
５１回転部材（ブラシ）
５２非回転部材（抵抗体基板）
５２Ａ係止孔
５２Ｂ貫通孔
６０車両用空調装置
６１筒部
６１Ａヒータコア
６２ドア
６３回動軸
６４リンク機構

Claims

ハウジングを構成する上下ケースと、前記ハウジング内に配置されるモータと、前記モータの回転軸の回転力が伝達される出力軸と、前記出力軸と一体に回転して前記出力軸の回転力を外部に伝達する操作体と、前記操作体の回転角を検出する回転角検出手段と、を備えたモータアクチュエータであって、
前記回転角検出手段は、前記操作体に直接固定されて一体に回転する回転部材と、前記回転部材の回転により回転角を検出する非回転部材を備え、
前記操作体は、前記ハウジングに支持される回転支持部を有し、
前記回転支持部は、前記出力軸の貫通孔に挿嵌されており、
前記回転部材は、前記回転支持部の下面に設けられることを特徴とするモータアクチュエータ。
前記回転支持部の下面には、支持軸が設けられ、
前記支持軸の先端は、前記ハウジング内に設けられた軸受に回転自在に軸支されることを特徴とする請求項１に記載のモータアクチュエータ。
前記回転部材は、ブラシを有し、
前記非回転部材は、前記ブラシと摺接する基板を有することを特徴とする請求項２に記載のモータアクチュエータ。
前記ブラシは、前記支持軸に隣接して配されることを特徴とする請求項３に記載のモータアクチュエータ。
前記基板は、前記ブラシと対向するように前記ハウジング内の立上部に固定されており、
前記立上部の先端は、前記出力軸の下面外周部に近接して配されていることを特徴とする請求項３または４に記載のモータアクチュエータ。
ハウジングを構成する上下ケースと、前記ハウジング内に配置されるモータと、前記モータの回転軸の回転力が伝達される出力軸と、前記出力軸と一体に回転して前記出力軸の回転力を外部に伝達する操作体と、前記操作体の回転角を検出する回転角検出手段と、を備えたモータアクチュエータであって、
前記回転角検出手段は、前記操作体に直接固定されて一体に回転するブラシである回転部材と、前記回転部材の回転により回転角を検出する非回転部材を備えることを特徴とするモータアクチュエータ。