JP6996462B2

JP6996462B2 - 回転式アクチュエータ

Info

Publication number: JP6996462B2
Application number: JP2018175775A
Authority: JP
Inventors: 幹根粂; 純木村; 弘之角
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: CN112703337A; JP2020046004A; US20210199194A1; US11441676B2; DE112019004712T5; WO2020059830A1; CN112703337B

Description

本発明は、回転式アクチュエータに関する。

従来、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る回転式アクチュエータが知られている。特許文献１には、モータの回転軸と平行に配置された出力軸を持つ２軸タイプのアクチュエータが開示されている。モータと出力軸との間には減速機構が配置されている。減速機構は、サンギヤおよびリングギヤからなる遊星歯車減速部と、ドライブギヤおよびドリブンギヤからなる平行軸式減速部とを有する。ドリブンギヤと出力軸は同一部材の成形品である。

国際公開第２０１８／０７９４１８号

ところで、シフトレンジ切替に際して、ディテントスプリングの係止部がディテントレバーの谷手前に位置している状態でアクチュエータの出力軸位置が停止された場合、ディテントスプリングのスプリング力により係止部がディテントレバーの谷位置に吸い込まれる。こうしたスプリング力のトルク（以下、ディテントトルク）による吸込み範囲は、アクチュエータの被駆動トルクが大きくなると狭くなる。そのため、被駆動トルクが大きい場合には、アクチュエータの出力軸位置の停止制御に高い精度が必要となる。ディテントトルクを大きくするということも考えられるが、その場合には、アクチュエータへの要求トルクが高くなり、アクチュエータの体格増大を招くため好ましくない。

特許文献１では、出力軸とマニュアルシャフトとの嵌合部でガタを確保していることが、被駆動トルクの低減に寄与している。しかし、マニュアルシャフトの組付け時の傾き、軸ずれ、および、嵌合部の片寄せ等の影響によりガタが小さくなる懸念がある。そのため、発明者は、アクチュエータ内部でガタを確保することが望ましいと考えている。

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、出力軸位置の停止制御精度を緩和することが可能な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であって、モータ（３０）と、モータの回転軸（３３）と平行に配置された出力軸（４０）と、モータの回転を減速して出力軸に伝達する減速機構（５０）とを備える。減速機構は、回転軸の軸心（ＡＸ１）上に設けられるドライブギヤ（５３）と、出力軸の軸心（ＡＸ３）上に設けられ、ドライブギヤに噛み合っているドリブンギヤ（５４）とを含む。ドリブンギヤは、出力軸とは別部材であり、出力軸に嵌合する環状部（７１）と、環状部から径方向外側の一方へ突き出すギヤプレート部（７２）とを有する。出力軸は、一端部（４１）と他端部（４２）との間に外歯部（４４）を有する。環状部は、外歯部に嵌合する内歯部（７４）を有する。ドリブンギヤは、内歯部と外歯部との間に形成される回転方向の隙間の分だけ出力軸に対して相対回転可能である。ギヤプレート部のドライブギヤとの噛合部（７５）と、環状部の出力軸との嵌合部である内歯部とは、軸方向位置が互いに重なるように配置されている。一端部は、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。他端部は、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。ドリブンギヤは、第１つば付きブッシュの第１つば部（４８）と第２つば付きブッシュの第２つば部（４９）とに挟まれる形で軸方向に支持されている。

このようにアクチュエータ内部でドリブンギヤと出力軸との間に回転方向の隙間設定を行って被駆動トルクを低減し、吸込み範囲を広げることにより、出力軸位置の停止制御精度を緩和することが可能となる。

また、ディテントトルクを低減することも可能となり、アクチュエータの要求トルクの低減、シフトレンジ切り替え時のアクチュエータ側、ディテント側への負荷低減を図ることができる。

ここで、トルク伝達用にサンギヤの突起とドライブギヤの通孔とを設ける際に、通孔を丸穴から長穴にして回転方向の隙間を確保することも可能ではある。しかし、ドライブギヤとドリブンギヤのギヤ噛合部のフリクションやドライブギヤの軸受のフリクション等の影響をうけて、被駆動トルクがアップする問題がある。また、長穴にすることにより、加工費がアップするという問題もある。また、スペース上、通孔の数を減らす必要がでてくる場合、トルク伝達効率が低下する恐れがある。

上記の問題に対して、本発明では、ドリブンギヤと出力軸との間に回転方向の隙間を設けることにより、通孔の長穴化や通孔数低減を行う必要がなくなる。

また、従来のようなドリブンギヤと出力軸との同一部材の成形品と比較して、ドリブンギヤと出力軸とを別部材化する本発明では、ドリブンギヤおよび出力軸を簡素な形状にすることができ、加工費を低減可能である。

本明細書において「出力軸と一体に回転する部材」とは、出力軸に対して相対回転することなく共に回転する部材であって、例えばシフトレンジ切替機構のマニュアルシャフトのことである。

本発明の一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である。図１のシフトレンジ切替機構を説明する図である。図１の回転式アクチュエータの断面図である。図３のドリブンギヤおよび出力軸の拡大断面図である。図４のドリブンギヤおよび出力軸を矢印Ｖ方向から見たときの図。図４のドリブンギヤを示す断面図である。図６のドリブンギヤを矢印ＶＩＩ方向から見たときの図。図４の出力軸を示す断面図である。図６の出力軸を矢印ＩＸ方向から見たときの図。図５のＸ部拡大図。図３のＸＩ部拡大図。

［一実施形態］
以下、本発明の一実施形態の回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）を図面に基づき説明する。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、アクチュエータ１０の通電を実施する駆動回路１５と、制御回路１７とを備える。制御回路１７は、シフトレンジの指令信号に応じて駆動回路１５を制御してアクチュエータ１０を駆動する。駆動回路１５および制御回路１７は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１８を構成している。

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、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、モータ３０、出力軸４０および減速機構５０を収容しているケース６０とを備える。

ケース６０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を有する。アッパーケース部６１は、一端部６３と他端部６４との間に隔壁部６５を形成している。一端部６３の内側には、駆動回路および制御回路（図１参照）を搭載した基板６６が設けられている。基板６６は、例えば熱かしめにより隔壁部６５に固定されている。基板６６は鉄製のプレートカバー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。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。コントロールロッド２６は、筒状突出部６９を挿通するように配置される。

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まわりに回転する回転軸３３とを有する。回転軸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。また回転軸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を構成する三相巻線３８への通電電流を制御回路（図１参照）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は通孔を有しており、この通孔にはプラグ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、回転軸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、サンギヤ５２、ドライブギヤ５３、およびドリブンギヤ５４を有する。リングギヤ５１は、回転軸心ＡＸ１上に設けられ、ロアケース部６２に圧入固定されている。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、回転軸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、回転軸３３の回転速度に対して減速される。サンギヤ５２は、軸方向に貫通する回転伝達用の通孔５６を有する。

ドライブギヤ５３は、ロータ３２とサンギヤ５２との間において回転軸心ＡＸ１上に設けられ、回転軸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、通孔５６に挿入された回転伝達用の突起５８を有する。サンギヤ５２の自転は、通孔５６と突起５８との係合によりドライブギヤ５３に伝達される。通孔５６および突起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８９を有する。出力軸４０は、貫通支持孔８９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。コントロールロッド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ている。

（ドリブンギヤ、出力軸）
次に、ドリブンギヤ５４、出力軸４０、およびそれらの周辺箇所の構成について説明する。図３～図５に示すように、ドリブンギヤ５４は、出力軸４０とは別部材であり、出力軸４０にガタ嵌合している。

図４～図７に示すように、ドリブンギヤ５４は、出力軸４０に嵌合する環状部７１と、環状部７１から径方向外側に突き出すギヤプレート部７２とを有する。環状部７１は、周方向に並ぶ複数の内歯７３をもつ内歯部７４を形成している。ギヤプレート部７２は、プレート状であり、ドライブギヤ５３との噛合部７５のみが厚肉とされてギヤ強度が確保されている。噛合部７５と「ガタ嵌合部」である内歯部７４とは、軸方向位置が互いに重なるように配置されている。

図４、図５、図８、図９に示すように、出力軸４０は、一端部４１と他端部４２との間に、周方向に並ぶ複数の外歯４３をもつ外歯部４４を形成している。外歯４３の周方向幅は、隣り合う一対の内歯７３の隙間の周方向幅よりも小さくなっている。外歯部４４は、内歯部７４にガタ（すなわち隙間）の分だけ相対回転可能に係合する。ドリブンギヤ５４の回転は、内歯部７４および外歯部４４を介して出力軸４０に伝達される。

図１０に示すように、内歯部７４は周方向の一箇所に欠歯部７６を有する。つまり、複数の内歯７３が周方向に等間隔に並ぶなか、一箇所だけ内歯７３が無い。外歯部４４は、欠歯部７６に対応する箇所に、当該箇所を挟む一対の外歯４３同士をつなぐ結合歯４５を有する。本実施形態では、結合歯４５は、一対の外歯４３の根元同士をつないでいる。ドリブンギヤ５４は、ガタを含めた所定角度範囲でのみ出力軸４０に嵌合可能である。

図１１に示すように、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。

アクチュエータ１０は、磁気回路部８１および磁気センサ８２を有する回転位置検出部８０をさらに備える。磁気回路部８１は、出力軸４０に取り付けられている。具体的には、磁気回路部８１は、ホルダ８３とマグネット８４とが一体的に成形されてなる。ホルダ８３は、スラスト方向の位置がアッパーケース部６１により規制され、また、ラジアル方向の位置が出力軸４０により規制される。回転位置検出部８０は、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の回転位置を検出し、ＥＣＵ１８に出力する。なお、他の実施形態では、磁気回路部は、出力軸または出力軸と一体に回転する部材（例えばマニュアルシャフトなど）に設けられてもよい。例えば、磁気回路部がマニュアルシャフトに取り付けられてもよい。また、磁気回路部のホルダが出力軸またはマニュアルシャフトと同一部品から構成され、磁気回路部のマグネットが上記ホルダに一体に固定（例えば接着、一体成形など）されてもよい。

ホルダ８３は、一端部４１の内側に挿入されている。ホルダ８３と一端部４１との間にはＯリング８５が設けられている。ホルダ８３の出力軸４０側の端部は有底穴８６を有する。有底穴８６には、スプリング８７が嵌められている。スプリング８７は、マニュアルシャフト２６の端部に形成された二面幅部２８をスプリング力により保持しており、マニュアルシャフト２６とのガタ消し機構として機能する。

出力軸４０の他端部４２と筒状突出部６９との間にはＸリング８８が設けられている。従来は、アクチュエータと変速機のトランスミッションケースとの間に設けられるシール部材によりシールする構造であった。しかし上記位置にＸリング８８が設けられることで、アクチュエータ１０単体でシール性を保証することができるようになった。

（効果）
以上説明したように、本実施形態では、アクチュエータ１０は、モータ３０と、モータ３０の回転軸３３と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とを備える。減速機構５０は、回転軸３３の回転軸心ＡＸ１上に設けられるドライブギヤ５３と、出力軸４０の回転軸心ＡＸ３上に設けられ、ドライブギヤ５３に噛み合っているドリブンギヤ５４とを含む。ドリブンギヤ５４は、出力軸４０とは別部材であり、出力軸４０にガタ嵌合している。

このようにアクチュエータ１０内部でドリブンギヤ５４と出力軸４０との間にガタ設定を行って被駆動トルクを低減し、吸込み範囲を広げることにより、出力軸位置の停止制御精度を緩和することが可能となる。

また、ディテントトルクを低減することも可能となり、アクチュエータ１０の要求トルクの低減、シフトレンジ切り替え時のアクチュエータ１０側、ディテントレバー２２側への負荷低減を図ることができる。

ここで、トルク伝達用にサンギヤの突起とドライブギヤの通孔とを設ける際に、通孔を丸穴から長穴にしてガタを確保することも可能ではある。しかし、ドライブギヤとドリブンギヤのギヤ噛合部のフリクションやドライブギヤの軸受のフリクション等の影響をうけて、被駆動トルクがアップする問題がある。また、長穴にすることにより、加工費がアップするという問題もある。また、スペース上、通孔の数を減らす必要がでてくる場合、トルク伝達効率が低下する恐れがある。

上記の問題に対して、本実施形態では、ドリブンギヤ５４と出力軸４０との間にガタを設けることにより、通孔長穴化や通孔数低減を行う必要がなくなる。

また、従来のようなドリブンギヤと出力軸との同一部材の成形品と比較して、ドリブンギヤ５４と出力軸４０とを別体化する本実施形態では、ドリブンギヤ５４および出力軸４０を簡素な形状にすることができ、加工費を低減可能である。

また、本実施形態では、アクチュエータ１０は、磁気回路部８１および磁気センサ８２を有する回転位置検出部８０をさらに備える。磁気回路部８１は、出力軸４０に取り付けられている。これにより、トルク出力先であるマニュアルシャフト２６の位置を直接検出することができる。

また、本実施形態では、ドリブンギヤ５４は、周方向に並ぶ複数の内歯７３をもつ内歯部７４を形成している。出力軸４０は、周方向に並ぶ複数の外歯４３をもち、内歯部７４にガタの分だけ相対回転可能に係合する外歯部４４を形成している。内歯部７４は、周方向の一箇所に欠歯部７６を有する。外歯部４４は、欠歯部７６に対応する箇所に、当該箇所を挟む一対の外歯４３同士をつなぐ結合歯４５を有する。これにより、ドリブンギヤ５４と出力軸４０とを特定の相対回転位置にしか組み付けできなくなる。そのため回転位置の誤組み付けを防止することができる。

また、本実施形態では、ドリブンギヤ５４のドライブギヤ５３との噛合部７５と内歯部７４とは、軸方向位置が互いに重なるように配置されている。これによりドリブンギヤ５４の倒れが抑制される。

また、本実施形態では、アクチュエータ１０は、出力軸４０の一端部４１を支持する第１つば付きブッシュ４６と、出力軸４０の他端部４２を支持する第２つば付きブッシュ４７とをさらに備える。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。これによりドリブンギヤ５４が軸方向に規制され、倒れが抑制される。

また、本実施形態では、図２等においてステータあるいはロータの磁石が図示されていないが、モータ３０はコギングトルクが生じる構成となっている。このようにコギングトルクが生じる場合、アクチュエータ１０の被駆動トルクがより大きくなる。そのため、出力軸位置の停止制御に高い精度が必要となるという課題がより顕著に表れるが、本実施形態の場合、その課題を効果的に解消している。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、リングギヤは，ロアケース部と同一部材の成形品であってもよい。また、他の実施形態では、ドリブンギヤと出力軸とのガタ嵌合は、例えば位置決め用凸部と凹部（例えばキー溝等）を利用してなされてもよい。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
３０：モータ
３３：回転軸
４０：出力軸
５０：減速機構
５３：ドライブギヤ
５４：ドリブンギヤ
ＡＸ１：回転軸心
ＡＸ３：回転軸心

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であって、
モータ（３０）と、
前記モータの回転軸（３３）と平行に配置された出力軸（４０）と、
前記モータの回転を減速して前記出力軸に伝達する減速機構（５０）と
を備え、
前記減速機構は、前記回転軸の軸心（ＡＸ１）上に設けられるドライブギヤ（５３）と、前記出力軸の軸心（ＡＸ３）上に設けられ、前記ドライブギヤに噛み合っているドリブンギヤ（５４）とを含み、
前記ドリブンギヤは、前記出力軸とは別部材であり、前記出力軸に嵌合する環状部（７１）と、前記環状部から径方向外側の一方へ突き出すギヤプレート部（７２）とを有し、
前記出力軸は、一端部（４１）と他端部（４２）との間に外歯部（４４）を有し、
前記環状部は、前記外歯部に嵌合する内歯部（７４）を有し、
前記ドリブンギヤは、前記内歯部と前記外歯部との間に形成される回転方向の隙間の分だけ前記出力軸に対して相対回転可能であり、
前記ギヤプレート部の前記ドライブギヤとの噛合部（７５）と、前記環状部の前記出力軸との嵌合部である前記内歯部とは、軸方向位置が互いに重なるように配置され、
前記一端部は、第１つば付きブッシュ（４６）により回転可能に支持され、
前記他端部は、第２つば付きブッシュ（４７）により回転可能に支持され、
前記ドリブンギヤは、前記第１つば付きブッシュの第１つば部（４８）と前記第２つば付きブッシュの第２つば部（４９）とに挟まれる形で軸方向に支持されている回転式アクチュエータ。
前記回転式アクチュエータは、磁気回路部（８１）および磁気センサ（８２）を有する回転位置検出部（８０）をさらに備え、
前記磁気回路部は、前記出力軸または当該出力軸と一体に回転する部材に設けられている請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
前記内歯部は、周方向に並ぶ複数の内歯（７３）をもち、
前記外歯部は、周方向に並ぶ複数の外歯（４３）をもち、
前記内歯部は、周方向の一箇所に欠歯部（７６）を有し、
前記外歯部は、前記欠歯部に対応する箇所に、当該箇所を挟む一対の前記外歯同士をつなぐ結合歯（４５）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。