JP7442493B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、２段階減速機構を介して出力歯車に結合されている低圧ＤＣモータが設けられているアクチュエータに関する。

このタイプのアクチュエータは、一般的に公知であり、例えば、大量生産されるアクチュエータであって、自動車の外部視覚ユニットを折りたたんだり戻したりする、いわゆる、折りたたみ用パワーアクチュエータに利用される。低圧ＤＣモータは、比較的コストが低く、自動車のボードネットに直接接続することが可能であるという利点がある。多くの用途で、このようなモータのモータシャフトは、速度が過度に早くなり、モータシャフトによって実現される結合が過度に弱いので、多くの場合に減速機構を利用して、出力速度を減速すると共に実現する結合を強化する。低圧ＤＣモータの特徴である速度は６，０００ｒｐｍであるが、例えば、外部視覚ユニットを折りたたんだり戻したりするためのアクチュエータについて通常所望される調節速度は、３０度／秒である。この場合、減速機構に求められるトランスミッション比は１：１２００である。このようなトランスミッション比は、実際には、一段階のトランスミッションでは簡単に実現できるものではない。このためには、アクチュエータは多くの場合、２段階減速機構を備え、例えば、一段目はトランスミッション比が１／３０で、２段目はトランスミッション比が１／４０となる。

公知のトランスミッションでは、減速機構は、第１のウォームを有する第１段を備える。第１のウォームは、ＤＣモータのモータシャフト上に担持され、ウォームホイールとしても知られている中間歯車の円周と協働する。ウォームおよびウォームホイールは、直角トランスミッションを形成する。つまり、それぞれの軸が約９０度、例えば、約８５度と約９５度との間の範囲内の角度で交差する。ウォームホイールまたは中間歯車は、中間シャフト上で担持されている。中間シャフトは、軸に沿って第２のウォームを担持している。第２の直角トランスミッションに含まれる第２のウォームは、第２のウォームホイールまたは出力歯車の円周と協働する。第２のウォームホイールまたは出力歯車の軸は、アクチュエータの出力シャフトと一致する。多くの実施形態で、ＤＣモータはこのように、モータシャフトが出力シャフトと略平行に配置されているが、全体高さを抑制するべく、例えば、モータシャフトが出力シャフトを横切るように配置するとしてもよい。第１段の従動部である歯車は、出力歯車の平面を横切るように延在する平面にある。

公知の減速機構は、多くの点で有益であり、例えば、折りたたみ用パワーアクチュエータ向けに毎年多数生産しているが、必要となる全体空間が比較的大きく製造コストが比較的高いという問題がある。

本発明は、減速機構が改善されたアクチュエータを提供することを目的とする。そのような減速機構によれば、上述した利点は維持しつつ、上述した問題点を克服し得る。特に、本発明は、コスト効率を改善しつつ製造が可能で、少なくとも１つの寸法において構造をコンパクト化されたアクチュエータを提供することを目的とする。より具体的には、全体高さが最大でもＤＣモータの厚みの略２倍に等しい。

このため、本発明は、低圧ＤＣモータが設けられているアクチュエータを提供する。当該低圧ＤＣモータは、２段階減速機構を介して出力歯車に結合されている。減速機構は、ＤＣモータのモータシャフトに担持されているウォームを有する第１段を備える。当該ウォームは、直角トランスミッションにおいて、中間歯車の円周と協働し、当該中間歯車は中間シャフト上に担持されており、中間シャフトは軸に沿ってらせんピニオンを担持する。減速機構はさらに、このらせんピニオンを有する第２段を備える。らせんピニオンは、平行トランスミッションにおいて、出力歯車の円周と協働する。出力歯車はらせん歯車として実現される。

トランスミッションの第２段における駆動部をらせんピニオンとして実現し、らせんピニオンは平行トランスミッションにおいてらせん歯車として実現される出力歯車と協働する構成とすることによって、第２段の駆動部の長さは、第２段の従動部の直径が同じとすると、大幅に小さくすることができる。これによって、材料を大幅に節約することが可能になるので、製造コストも削減され得る。さらに、第２段における平行トランスミッションによって、第１段の従動部である中間歯車は、第２段の従動部に沿って、特に、出力らせん歯車に沿って部分的に重複しつつ延在することが可能となる。このため、全体空間を小さくすることが可能になる。このように、出力シャフトに対して横切るようにモータシャフトを配置することで、例えば、全体高さが最大でもＤＣモータの厚みの略２倍に等しい、具体的には、ＤＣモータの厚み以下の減速機構を選択することが可能である。この場合、第１段の従動部である、特に、従動部である中間歯車は、全体高さを左右することはない。さらに、第２段でらせんピニオントランスミッションを利用することで、トランスミッションの効率は、２つのウォームホイールトランスミッションを備えるトランスミッションに比べて、大幅に改善され得る。この結果、供給すべきモーメントが変わらない場合、ＤＣモータを軽量化、したがって低コスト化しても十分な効果が得られる。このように、コストも削減することができる。

らせんピニオンが、歯の角度が１５度よりも大きい、例えば、１５度と３５度との間であるベベル歯部を持つ場合、らせんピニオンの歯の数を比較的少なく、第２の歯車段のトランスミッション比を高くすることが可能である。

らせんピニオンが有する歯が１つまたは２つのみである場合、第２段のトランスミッション比は実際には非常に高くすることが可能で、例えば、約１：２０と約１：６０の間、例えば、１：４０である。このように、問題なくトランスミッション比を高くすることができる。

らせんピニオンが有する歯が１つまたは２つの場合、そして、らせんピニオンの軸方向の長さが、これらの歯がらせんピニオンの円周にわたってそれぞれ少なくとも１回転、半回転を発生させるように選択される場合、歯はそれぞれ従動部であるらせん歯車と常に係合した状態とすることができるので、トランスミッションは音を抑えつつ均一化される。

中間シャフトは、らせんピニオンの端部近傍で、ベアリングを有する場合、らせんピニオンを比較的軽量な構成とすることが可能である。

さらに、らせんピニオンが円周において支持部と、特に、支持用らせんピニオンまたは支持面と協働する場合、らせんピニオンがさらに安定化され得る。支持部は、らせんピニオンのうち、らせん歯車と係合している側と反対側に配置されることが好ましい。このようにらせん歯車と支持部との間にらせんピニオンを設けることで、らせんピニオンは比較的軽量に構成することが可能になるので、コスト効率の高い構成が可能になる。支持部を支持面として実現することによって、特にコンパクト化およびコスト効率化が可能になる。

らせん歯車に、スピンドルと協働する内歯が設けられる場合、アクチュエータは比較的簡単且つコンパクトな構成で線形出力運動を実現することが可能になる。

本明細書で「ＤＣモータ」と言及する場合、動作電圧が最大で３０Ｖ、具体的には、２４Ｖまたは１３．５Ｖの直流電気モータと解釈することに留意されたい。さらに、本明細書で「出力らせん歯車」と言及する場合、完全に閉じたリング形状の円周を持つ必要はなく、本明細書では、円周が途切れているらせん歯車、または、リング形状の一部分を形成するらせん歯車、例えば、歯車のうち２７０度に相当する部分も、らせん歯車に含まれるものと理解されるべきことに留意されたい。

本発明はさらに、アクチュエータを備える調整装置に関する。

本発明のさらなる有益な実施形態については従属項で説明されている。

本発明を、図面に示される例示的な各実施形態に基づいて更に説明する。各図面は以下の通りである。

本発明に係るアクチュエータの第１の実施形態を示す概略側面図である。 図１のアクチュエータを示す、一部分が断面図の概略図である。 支持用らせんピニオンが設けられている、本発明のアクチュエータの第２の実施形態を示す、一部分が断面図の概略図である。 ハウジング筐体内に支持面が設けられている、本発明のアクチュエータの第３の実施形態を示す、一部分が詳細断面図の概略図である。 本発明のアクチュエータの第４の実施形態を概略的に示す展開斜視図である。

各図面は本発明の好ましい実施形態を模式的に示したものに過ぎず、実施形態例として提示されておりそれらに限定されるものではないことに留意すべきである。実施形態例において、異なる実施形態でも同一または対応する部分は同一の参照番号で示される。

図１および図２は、本発明に係るアクチュエータ１の第１の実施形態を示す。アクチュエータ１は、２段階減速機構３を介して出力歯車４と結合される１３．５ＶのＤＣ電気モータ２を備える。減速機構３は、ＤＣモータ２のモータシャフト６上に担持されているウォーム７を含む第１段５を有する。ウォーム７は、直角トランスミッションにおいて、中間歯車８の円周と協働する。ウォーム７を担持するモータシャフト６の長手軸は、中間歯車８の長手軸を横切るように延在する。ウォーム７および中間歯車８はそれぞれ、減速機構３の第１段５の駆動部および従動部を構成する。この実施形態例において、モータシャフト６の出力速度は、定格負荷の場合、モータシャフト６に対して５Ｎｍｍの定格モーメントが与えられると、例えば、６０００ｒｐｍである。本例における第１段５のトランスミッション比は、１：３０であり、実際には、例えば、約１：２０と約１：５０との間で選択されるとしてよい。

中間歯車８は中間シャフト９上で担持されており、中間シャフト９は、軸に沿って、らせんピニオン１０を担持する。らせんピニオン１０は、本例において、モジュールが０．７ｍｍであり、１つの歯は歯の角度が１５度で長さが０．８ｍｍである。

さらに、減速機構３は、中間シャフト９上に担持されているらせんピニオン１０を持つ第２段１１を有する。らせんピニオン１０は、平行トランスミッションにおいて、出力らせん歯車４の円周と協働する。らせんピニオン１０およびらせん歯車４はそれぞれ、減速機構の第２段の駆動部および従動部を構成する。本例における第２段１１のトランスミッション比は、１：４０であり、実際には、例えば、約１：２０と約１：６０との間で選択されるとしてよい。

第２段におけるこのような平行トランスミッションにおいて、らせんピニオン１０およびらせん歯車４の軸は略平行に延在する。中間歯車８は、らせん歯車４と平行な平面にあるので、比較的多数の歯を設けることが可能で、対応して直径を大きくすることが可能となることにより、全体高さを比較的低くしつつトランスミッション比を高くすることが可能である。中間歯車８およびらせん歯車４はさらに、相互に重複するように配置されているので、幅方向においても、構成を比較的コンパクト化することが可能である。

中間シャフト９は、らせんピニオン１０の端部近傍において、ベアリング１２が設けられる。このようにすることで、らせんピニオン１０は軸方向に保持され、比較的軽量な構成とすることができる。

また、図２の例において、減速機構３の高さＨはＤＣモータの厚みＤよりも低い。さらに、中間歯車８は、らせん歯車４の回転軸を実質的に横切るように延在する平面にある。図４から分かるように、図４でも同様だが、中間歯車８は部分的にらせん歯車４と重複する。このようにすることで、コンパクト化を問題なく実現することができる。

図３は、本発明に係るアクチュエータ１の第２の実施形態を示す図である。同図に示すアクチュエータ１はさらに支持部１３を有し、らせんピニオン１０が円周において支持部１３と協働する。この実施形態例において、支持部１３は支持用らせんピニオン１３ａとして実現される。図３から分かるように、支持用らせんピニオン１３ａは、らせんピニオン１０のうち、らせん歯車４と係合している側とは反対側に位置する。さらに、支持用らせんピニオン１３ａは、図示していない支持シャフトを中心として回転可能に設けられている。このように構成することで、支持用らせんピニオン１３ａは、らせんピニオン１０を径方向に支えるので、らせんピニオン１０の安定性が改善される。

図４は、本発明に係るアクチュエータ１の第３の実施形態を示す。この実施形態例において、支持部１３は、アクチュエータ１のハウジング筐体内に形成されている支持面１３ｂとして実現される。支持面１３ｂは、らせんピニオン１０の円周のうち一部、出力らせん歯車４と直に接触するらせんピニオン１０の一部が無い部分に少なくともわたって、延在することが好ましい。このようにすることで、らせんピニオン１０のらせん形状が、比較的簡単な方法で確実に径方向に支えられ、らせんピニオンのコア直径が小さくても大きな力が伝達可能である。

当該アクチュエータは、車外ミラー、カメラ、ＬＩＤＡＲおよび／またはディスプレイ等の外部視覚ユニットを有するハウジングを調整するために自動車で利用される場合に特に有益であるとしてよい。当該アクチュエータは、例えば、周囲環境に対して車両の位置を観察および／または監視する、車両用、特に、自動車用の外部視覚ユニットのための調整装置で利用される場合に有益であるとしてよい。そして、当該調整装置は、車外ミラー、カメラ、ＬＩＤＡＲおよび／またはディスプレイ等の外部視覚ユニットを有するハウジングを備える。

このハウジングは、自動車に装着する調整装置の基部と相対的に、アクチュエータによって調整可能である。調整装置は通常、ハウジングが実質的に車両に沿って延在する駐車位置、例えば、折りたたみ位置と、ハウジングが実質的に車両を横切る方向に延在している作動位置、例えば、運転位置との間で、外部視覚ユニットを調整するよう構成されている。

調整装置の基部は、自動車の本体の外側部に装着するための足部と、固定された世界（ｆｉｘｅｄ ｗｏｒｌｄ）に対する起立配向の長手軸に沿って足部から延在するシャフトであって、シャフトを中心として旋回可能にハウジングを受け入れるシャフトとを含む。ハウジングは、アクチュエータを介して基部に接続されているので、キャリアを折りたたみ開くための旋回運動を従動として発生させることができる。

このような適用例において、車両用の外部視覚ユニットのための調整装置が提供される。当該調整装置は以下を備える。
－足部と、長手軸に沿って足部から延在する旋回シャフトとを有する基部
－旋回シャフトの周囲を取り囲むように設けられるハウジングであって、旋回シャフトの長手軸を中心として、少なくとも駐車位置と作動位置との間である調整範囲内で、旋回可能なハウジング、および、
－旋回シャフトと相対的に調整範囲内でハウジングを調整するべく基部とハウジングとの間で動作可能なアクチュエータ

モータおよびアクチュエータの第１段は、例えば、ハウジングが担持するとしてよく、らせん歯車は旋回シャフトが担持するとしてよい。

図５は、本発明に係るアクチュエータ１の第４の実施形態を示す。図５には、ハウジング１９を備えるアクチュエータ１を示す展開斜視図を示す。ハウジング１９には、らせんピニオン１０を径方向に支える支持用らせんピニオン１３ａのための支持シャフト１６が設けられている。図５から分かるが、ハウジング１９から、減速機構３の高さＨは、ＤＣモータの厚みＤの２倍未満であり、特に、ＤＣモータの厚みＤと同程度であることが示唆される。さらに、出力らせん歯車４は、出力軸に沿って、内側に、内歯１５を持つ凹部１４が設けられている。内歯１５は中空シャフト１８の歯部１７と協働する。中空シャフト１８は、出力らせん歯車４を担持しており、ハウジング１９内にベアリング装着されている。中空シャフト１８は、内側に、図示していないネジスピンドルのネジ山と協働するネジ山２０が設けられている。ネジスピンドルは、特に、線形出力運動を実現するのに適している。このような中空シャフト１８を設けることで、ネジスピンドルと協働するよう調整されている特別な材料、例えば、ブロンズ、または、ＨＮＰＥ、ＰＯＭ、ＮｙｌｏｎまたはＰＥＰＴ等のテクニカルプラスチックなどの摩擦が少ない高強度の耐摩耗性材料で高いコスト効率で実現することが可能である。線形出力運動を実現するこのようなアクチュエータは当然、図示していないネジスピンドルのネジ山と協働する内側ねじ山を凹部１４に持つらせん歯車４を設けることによっても得ることができる。

第２段に回転－並進変換部を持つアクチュエータのこのような変形例は、自動車の構成要素に対して線形調節、例えば、空気誘導スクリーン、具体的には、エアダムの調節を実行する調節装置において適用が可能である。このような空気誘導スクリーンは、給気を制御することによって、例えば、自動車のディスクブレーキおよび／またはモータハウジングに対する気流を誘導するために適用される。スクリーンの位置を制御することによって、例えば、モータハウジングおよび／またはディスクブレーキに対する給気を誘導するとしてよい。また、アクチュエータは、例えば、自動車の下方および／または後部のスクリーンを制御して空気抵抗を制御することで、自動車の周囲の気流を誘導するために利用されるとしてもよい。このようなスクリーンによって、例えば、自動車の燃費を改善することが出来、および／または、空気抵抗を大きくすることができ、例えば、ブレーキ距離を短くできる。

このような適用例では、車両用のスクリーンを調整する調整装置が提供される。当該調整装置は、アクチュエータと、回転－並進変換部とを備える。回転－並進変換部は、入力側においてアクチュエータのらせん歯車と結合されており、出力側においてスピンドルと結合可能である。使用時において、らせん歯車の出力側はスピンドルと結合され、スピンドルは、回転時に、スクリーンと結合される。

さらに、本発明は上述の実施形態例に限定されないことに留意されたい。多くの変形例が可能である。このように、第１段は直列に接続された複数の歯車の対で、または、中間らせん歯車と協働する第１のらせんピニオンで実現するとしてもよい。また、第１段は、異なるタイプのＤＣ電気モータ、例えば、ステッピングモータまたはブラシレスＤＣモータで駆動するとしてもよい。

このような変形例は、当業者には明らかであり、請求の範囲に記載する本発明の範囲に含まれるものと理解されたい。

１ アクチュエータ
２ ＤＣモータ
３ 減速機構
４ 出力らせん歯車
５ 第１段
６ モータシャフト
７ ウォーム
８ 中間歯車
９ 中間シャフト
１０ らせんピニオン
１１ 第２段
１２ ベアリング
１３ 支持部
１３ａ 支持らせんピニオン
１３ｂ 支持面
１４ 凹部
１５ 内歯
１６ 支持シャフト
１７ 歯部
１８ 中空シャフト
１９ ハウジング
２０ ネジ山
Ｄ ＤＣモータの厚み
Ｈ 減速機構の高さ

Claims (10)

1. 車両用の外部視覚ユニットのための調整装置であって、
   足部、および、長手軸に沿って前記足部から延在する旋回シャフトを有する基部と、
   前記旋回シャフトの周囲を取り囲むように設けられるハウジングであって、前記旋回シャフトの長手軸を中心として、少なくとも駐車位置と作動位置との間である調整範囲内で、旋回可能であるハウジングと、
   前記旋回シャフトと相対的に前記調整範囲内で前記ハウジングを調整するべく前記基部と前記ハウジングとの間で動作可能なアクチュエータと、
   を備え、
   前記アクチュエータは、低圧ＤＣモータが設けられているアクチュエータであって、前記低圧ＤＣモータは、２段階減速機構を介して出力歯車に結合されており、前記減速機構は、前記ＤＣモータのモータシャフト上に担持されているウォームを有する第１段を備え、前記ウォームは、直角トランスミッションにおいて、中間歯車の円周と協働し、前記中間歯車は中間シャフト上に担持されており、前記中間シャフトは軸に沿ってらせんピニオンを担持し、前記減速機構はさらに、前記らせんピニオンを有する第２段を備え、前記らせんピニオンは、平行トランスミッションにおいて、前記出力歯車の円周と協働し、前記出力歯車はらせん歯車として実現され、前記らせんピニオンはさらに、支持部と円周において協働する、調整装置。
2. 前記らせんピニオンは、歯の角度が１５度より大きいベベル歯部を有する、請求項１に記載の調整装置。
3. 前記歯の角度は１５度と３５度との間にある、請求項２に記載の調整装置。
4. 前記らせんピニオンが有する歯は、１つまたは２つのみである、請求項１から３の何れか一項に記載の調整装置。
5. 前記らせんピニオンの軸方向の長さは、前記らせんピニオンの歯が前記らせんピニオンの円周にわたって少なくとも半回転を発生させるように、選択される、請求項１から４の何れか一項に記載の調整装置。
6. 前記中間シャフトには、前記らせんピニオンの端部近傍で、ベアリングが設けられている、請求項１から５の何れか一項に記載の調整装置。
7. 前記支持部は、支持用らせんピニオンまたは支持面である、請求項１から６の何れか一項に記載の調整装置。
8. 前記支持部は、前記らせんピニオンのうち前記らせん歯車と係合している側とは反対側に配置されている、請求項１から７の何れか一項に記載の調整装置。
9. 前記らせん歯車は、スピンドルと協働する内歯が設けられている、請求項１から８の何れか一項に記載の調整装置。
10. 前記モータおよび前記アクチュエータの前記第１段は前記ハウジングが担持し、前記らせん歯車は前記旋回シャフトが担持する、請求項１から９の何れか一項に記載の調整装置。

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