JPH0429853B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、スロツトルアクチユエータに関
し、特に自動車等の車両に用いて好適なストルト
ルアクチユエータに関する。

（背景技術） 従来のスロツトルアクチユエータとしは、例え
ば特開昭56−132428号公報に示されるようなもの
がある。上記公開公報には、ストロークシヤフ
ト、減速歯車、アイドル検出スイツチ及び直流モ
ータから構成されるスロツトルアクチユエータが
開示されている。

回しかしながら、このような従来のスロツトルア
クチユエータにあつては、モータの駆動力をギヤ
を介してストロークシヤフトに伝達し、もつてス
トロツトルバルブの開閉を行なつており、またギ
ヤのバツクラツシユや負圧によるバルブのバタつ
きを防止するためにリターンスプリングを駆動力
の反力となるような形に取付けたり、位置検出用
スイツチを取付けたり、あるいはドライブシヤフ
トの位置検出によりスロツトル開度を検出してい
た。従つて、モータの駆動力としてリターンスプ
リングに打勝つことはもとより伝達機構を安定に
駆動させることが必要である。またスイツチによ
る位置検出ではエンジン回転数信号のごとき他の
信号を必要とし、一方ドライブシヤフトの位置検
出ではスロツトルバルブ直接の開度ではなく相対
位置の検出であり誤差の発生は避けられない。ま
たリターンスプリングの経年変化等によりスロツ
トルバルブのバタつきが生じ正確な位置検出が不
都合になるという問題点があつた。更に重大な問
題として、駆動モータの故障時等の場合、駆動力
をギヤを介して伝達しているため、スロツトルバ
ルブを閉じる手段がなかつた。そしてこのような
問題点を解決するためには、スロツトルアクチユ
エータの構成自体の変更、または外部に問題点回
避に必要な部材（たとえばスロツトルバルブを閉
じるための別の駆動系）の取付けが必要となる。

（発明が解決しようとする課題） 上記のごとく従来技術においては、 リターンスプリングの力に打ち勝つことが必
要なため、駆動モータの駆動力を大きくする必
要があり、したがつて駆動モータが大型化し、
電力消費も大きくなる。

駆動モータ等の故障時にスロツトルバルブを
閉じることが出来なくなる畏れがあり、或いは
その問題を解決するために、スロツトルバルブ
を閉じるための他の駆動系を設ける必要があ
る、等の問題があつた。

本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決し
たスロツトルアクチユエータを提供すること目的
とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明において
は、特許請求の範囲に記載するように構成してい
る。

すなわち、本発明いおいては、駆動モータの回
転を遊星歯車機構を介して電磁クラツチ機構のロ
ータに伝達し、さらに上記ロータの回転をクラツ
チデイスクに伝達し、そのクラツチデイスクに一
体に取り付けられたスロツトルシヤフトでスロツ
トルバルブを開閉するようにし、また、上記ロー
タと上記クラツチデイスクとの間にスロツトルシ
ヤフトを閉方向に付勢するリターンスプリングを
備え、上記電磁クラツチ機構のオン時には上記ロ
ータと上記クラツチデイスクとが一体になること
によつて上記リターンスプリングの力は上記スロ
ツトルシヤフトに作用せず、もつて上記駆動モー
タの回転に基づいて上記スロツトルシヤフトが回
転し、上記電磁クラツチのオフ時には上記ロータ
と上記クラツチデイスクとが離れるいことによつ
て上記リターンスプリングの力が上記スロツトル
シヤフトに作用し、もつて上記スロツトルシヤフ
トが閉じるように構成したものである。

上記のように、本発明においては、電磁クラツ
チのオン時、すなわち機関の通常動作時にはリタ
ーンスプリングの復元力がスロツトルシヤフトに
作用しないので、駆動モータの小型化、省電力化
を実現することが出来る。また、機関の停止時や
異常事態で電源がオフになつた場合には、電磁ク
ラツチがオフになることによて自動的にスロツト
ルバルブが閉じるので、フエイルセーフ設計とな
つている。

（発明の実施例） 以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は、それぞれこの発明の一実
施例のスロツトルアクチユエータ１の縦断面図及
び横断面図である。

まず構成を説明すると、２はハウジングであ
り、駆動源である直流モータ３がハウジング２に
固定支持される。モータ３の回転軸４には歯車５
がロツクピン８により固定されている。歯車６
は、歯車５及び歯車７と噛合う遊星歯車であり、
歯車５の回転によつて自転すると同時にモータ３
の回転軸４のまわりを公転するようになつてい
る。歯車７は、ボルト９及び固定部材１０により
ハウジング２に固定されている。これら３つの歯
車５，６，７により遊星歯車機構が構成される。
シヤフト１１は歯車６の公転をロータ１２に伝達
するためのものであつて、歯車６に形成された中
心孔１３内に軸受１４を介して自転可能な如く挿
入され、スペーサ１５，１６を介してストツパー
１７とＥリング１８によつて歯車６の軸方向の固
定を行なつている。シヤフト１１の一端部に形成
された凸部１９がロータ１２に形成された凹部２
０に挿入固定され、シヤフト１１の公転に伴なつ
てロータ１２が回転するようになつている。ロー
タ１２、電磁コイル２４及び磁性材からなるヨー
ク２５により電磁クラツチ機構が構成される。ロ
ータ１２の能動面にはクラツチフエイシング２６
が設けられている。スロツトルシヤフト２７は、
軸受２８を介してハウジング２に回転可能に取付
けられ、Ｅリング２９及びＣリング３０によつて
軸方向の固定が行なわれている。スロツトルシヤ
フトの一端部２７ａにはスロツトルバルブ３１が
取付けられ、他端部２７ｂはブツシユ３２を介し
てロータ１２の中心孔３３に挿入されている。ま
たスロツトルシヤフト２７には、ロータ１２の能
動面と対向するクラツチデイスク３４が一体に形
成されている。ロータ１２には環状溝３５が形成
されており、この溝３５の中にコイル状のリター
ンスプリング３６がクラツチデイスク３４に抗し
て取付けられている。４０はスロツトルバルブの
開閉状態を検出するためのスリツトプレートであ
つて、スペーサ４１を介してボルト４２によつて
スロツトルシヤフト２７の図示の如く取付けられ
ている。４３は半導体発光、受光素子を用いて構
成されるフオトインタラプタであり、４４はスリ
ツトプレートである。４５，４５′は、歯車６、
シヤフト１１、軸受１４、スペーサ１５，１６等
で構成される回転部材の回転角度を規制するため
のストツパーピンである。

次に上述の如き構成を有する本実施例のスロツ
トルアクチユエータ動作について説明する。

イグニツシヨンスイツチがオフの状態では、歯
車６、シヤフト１１、軸受１４、スペーサ１５，
１６等で構成される上述の回転部材は、第２図の
実線で示す如く、ストツパーピン４５′により反
時計方向に回転することが阻止されている。この
状態において、該回転部材はリターンスプリング
３６の復元力を受けており、シヤフト１１はリタ
ーンスプリング３６の復元力に等しい力でストツ
パーピン４５′に押しつけられる。この場合、ス
ロツトルバルブ３１は全閉状態にあり、この状態
はリターンスプリング３６により保持される。ま
た、イグニツシヨンスイツチがオフの状態では、
ロータ１２、コイル２４、ヨーク２５で構成され
る電磁クラツチ機構もオフ状態であり、クラツチ
デイスク３４と、ロータ１２に設けられたクラツ
チフエイシング２６とは離脱状態にある。

イグニツシヨンスイツチがオンになると、まず
図外の制御回路からの指令により直流モータ３が
例えば時計方向に回転駆動される。モータ３の回
転力は、その回転軸４に固定された歯車５により
歯車６に伝達される。歯車６は歯車７とも噛合つ
ているので、反時計方向に自転しながら回転軸４
のまわりを時計方向に公転し、第２図の破線で示
す状態に達するまで公転を続ける。そしてシヤフ
ト１１がストツパーピン４５に接触したことを制
御回路が検出すると、モータ３の駆動を停止し、
次いでコイル２４に通電を行なう。コイル２４の
通電により、ロータ１２がクラツチデイスク３４
側に引きつけられ、フエイシング２６とクラツチ
デイスク３４が接合する。上述の動作の間、スロ
ツトルシヤフト２７に取付けられたスリツトプレ
ート４０は第２図に示す状態を維持する。何故な
らば、ロータ１２とスロツトルシヤフト２７の間
にはブツシユ３２が介在し、このブツシユ３２に
よりロータ１２がストロツトルシヤフト２７に対
して滑り動作を行なうからである。なお上述の動
作の間、スロツルバルブ３１は全閉状態のままで
ある。以上のようにして電磁クラツチ作用によ
り、モータ３からスロツトルシヤフト２７までの
駆動力伝達系が形成される。

なお、モータ３を回転駆動し、前述の回転部材
を第２図の実線位置から破線位置まで回転させた
時点でモータ３の回転を停止させる際、本実施例
のスロツトルアクチユエータ１によれば、駆動力
の伝達に歯車機構を用いているためにスロツトル
シヤフト２７の動揺は生じない。また電磁クラツ
チ機構をオンにした場合には、ロータ１２とクラ
ツチデイスク３４とが一体となるので、リターン
スプリング３６の復元力伝達系（モータ３、歯車
５，６，７、シヤフト１１、ロータ１２）には現
われない。

次に本実施例のスロツトルアクチユエータ１の
通常動作（アクセル踏み込み量に対応した制御回
路による駆動動作）について説明する。

まずイグニツシヨンスイツチをオンにした際の
初期動作により、スロツトルアクチユエータ１の
回転部材は第２図の破線で示される位置にある。
この状態ではスロツトルバルブ３１は全閉状態で
ある。スロツトルバルブ３１の開閉は、図外の制
御回路からの指令によりモータ３を駆動させ、の
駆動力を前述の駆動力伝達系を介してスロツトル
シヤフト２７に伝達することにより行なわれる。
更に詳述すると、まず例えばアクセルペダルの踏
み込み量等の信号を制御回路で検出、信号処理し
て、その状態に応じた駆動指令によりモータ３が
駆動される。モータ３が回転駆動するとその駆動
力は歯車５により歯車６に伝達される。歯車６は
歯車７とも噛合つているため、自転しながらモー
タ３の回転軸４を中心に公転する。この公転に伴
なつてシヤフト１１も回転軸４（スロツトルシヤ
フト２７と同等）のまわりを公転する。そしてシ
ヤフト１１の公転によりロータ１２が回転する。
このとき、電磁クラツチ作用により、クラツチデ
イスク３４とクラツチフエイシング２６とが接合
された状態になつているので、ロータ１２が回転
に伴なつてスロツトルシヤフト２７が回転し、そ
の結果スロツトルバルブ３１が所定位置まで開か
れる。そしてスロツトルバルブ３１が所定の開度
に達すると、モータ３を駆動させる信号はオフと
なる。この際、モータ３には拘束力はなく、また
歯車６からモータ３までの慣性がスロツトルバル
ブ３１の受ける圧力より大きいので、スロツトル
バルブ３１のバタつきが防止される。以上スロツ
トルバルブ３１を開く動作について述べてきた
が、閉じる場合にはその逆の動作によつて行なわ
れる。

次に、スロツトルバルブ３１の位置を検出する
検出部について説明する。スリツトプレート４０
及び４４は、ロータリエンコーダ等に用いられる
市販のスリツト板と同様なもので、例えばガラス
の表面にクロム等の金沿を蒸着したり、あるいは
ステンレス板を打抜いたりして作成可能なもので
ある。スリツトプレート４０はフオトインタラプ
タ４３の光軸上にそのスリツト位置がくるように
取付けられている。スリツトプレート４０がフオ
トインタラプタ４３の光軸をさえぎることによ
り、フオトインタラプタ４３の出力信号が変化
し、この変化を制御回路によつて検出、信号処理
することによつてスロツトルバルブ３１の位置検
出が行なわれる。

スロツトルバルブ３１を全閉状態からある開度
まで開く場合には、第２図の破線で示される状態
を制御回路により0°とし、検出部からの出力信号
を加算カウントするとにより所望の開度にするこ
とができる。また、任意の開度から別の開度まで
スロツトルバルブ３１を開く場合には、任意の開
度を示す値に検出部からの出力信号を加算カウン
トしてもよいし、任意の開度を0°に設定して別の
開度になるまで加算カウンタしてもよい。スロツ
トルバルブ３１を閉じる場合には、上述の動作の
逆を行えばよい。

また、スロツトルバルブ３１の回転方向を知る
ためには、モータ３を駆動する信号により検知し
てもよいし、あるいは、例えばスリツトプレート
４０のスリツトを上下２段にして90°の位相ずれ
を持たせ、この位相ずれを持つた信号を電気的に
処理することによつて検知してもよい。

この発明のスロツトルアクチユエータ１の電磁
クラツチ機構は、前述した機能のほかに、リター
ンスプリングと協働することによりフエイルセー
フ機能を有している。次にこのフエイルセーフ機
能について説明する。

イグニツシヨンスイツチをオンにして通常動作
を行なう場合は前述したとおりであるが、自動車
制御系に異常が生じ、スロツトルバルブ３１の正
常な開閉動作が不可能となり、なおかつスロツト
ルバルブ３１を閉じる必要性が生じた場合には、
コイル２４への通電がしや断され、クラツチデイ
スク３４とロータ１２が切り離される。そしてク
ラツチデイスク３４とロータ１２の間に組込まれ
たリターンスプリング３６が作用し、その復元力
によりスロツトルバルブ３１は全閉状態となる。
この際、ロータ１２とスロツトルシヤフト２７は
ブツシユ３２により滑り動作となる。なお、この
場合、リターンスプリング３６は吸気系負圧によ
るスロツトルバルブ３１のバタつきを十分に阻止
可能な復元力を有している。このように電磁クラ
ツチ機構がオフとなりスロツトルバルブ３１が全
閉状態になるとき、歯車６からモータ３までの伝
達系の慣性が大きいため、リターンスプリング３
６の復元力が先に伝達系に作用することはない。
ただし、スロツトルバルブ３１が全閉状態になつ
た後には、リターンスプリング３６の復元力が伝
達系に作用し、スロツトルアクチユエータ１は第
２図の実線で示される状態となる。以上の如くフ
エイル時の動作が行なわれる。なお、フエイル原
因が除去され正常動作が可能となれば、通常の動
作に復帰させることも可能である。またイグニツ
シヨンスイツチをオフにすると、動作の如何にか
かわらずスロツトルアクチユエータ１は第２図の
実線で示す状態になる。

なお、第１図において駆動用モータ３としてプ
リントモータを用いているが、これに限定する必
要はなく、他のDCモータ、ACモータ、ステツピ
ングモータの如き種々のモータが使用可能であ
り、これらによつて同様の機能、性能を発揮でき
ることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明によれば、
通常動作時には電磁クラツチ機構によりリターン
スプリング機構を受けずにスロツトルバルブの開
閉動作を行ない、スロツトルバルブの位置検出は
スロツトルシヤフトに直接取付けられたスリツト
プレートとフオトインタラプタとにより検出し、
異常発生時には電磁クラツチ機構がオフとなりリ
ターンスプリングによりスロツトルバルブを全閉
する構成としている。従つて、駆動モータの小型
化が可能になり、スロツトルバルブのバタつきを
防止することができる。またスロツトルバルブの
位置検出、開き速度検出、開き方向検出が容易に
かつ正確に行なえ、更に異常発生時の安全確保が
可能となる。またフエイルセーフ機構の全要素を
一体化することにより、形状もコンパクトにで
き、特定車種にのみ適用されるのではなく、汎用
性を確保することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のスロツトルアク
チユエータの縦断面図であり、第２図は第１図の
スロツトルアクチユエータの横断面図である。 １……スロツトルアクチユエータ、２……ハウ
ジング、３……駆動モータ、４……回転軸、５，
６，７……歯車、１１……シヤフト、１２……ロ
ータ、１４……軸受、２４……電磁コイル、２５
……ヨーク、２６……クラツチフエイシング、２
７……スロツトルシヤフト、３１……スロツトル
バルブ、３２……ブツシユ、３４……クラツチデ
イスク、３６……リターンスプリング、４０……
スリツトプレート、４３……フオトインタラプ
タ、４４……スリツトプレート、４５，４５′…
…ストツパーピン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハウジングと、駆動モータと、該駆動モータ
   の回転軸に固定された第１の歯車、前記ハウジン
   グに固定された第２の歯車及び該第１及び第２の
   歯車と噛合い該第１の歯車の回転によつて自転し
   ながら前記モータの回転軸のまわりを公転する第
   ３の歯車からなる遊星歯車機構と、前記第３の歯
   車の中心孔に自転可能なごとく挿入されたシヤフ
   トにより公転が伝達されるロータ、電磁コイル及
   び磁性体からなるヨークより構成される電磁クラ
   ツチ機構と、該電磁クラツチ機構により前記ロー
   タの回転が伝達されるクラツチデイスクを一体に
   有し一端部にスロツトルバルブが取付けられたス
   ロツトルシヤフトと、前記ロータと前記クラツチ
   デイスクの間に設けられ、前記スロツトルバルブ
   を閉じる方向に前記スロツトルシヤフトを付勢す
   るリターンスプリングと、電源投入時には先ず前
   記電磁クラツチ機構をオフにしたまま前記駆動モ
   ータを駆動して前記ロータを所定角度回転させる
   ことにより、前記リターンスプリングを前記スロ
   ツトルバルブが閉じる方向に緊張させ、その状態
   で前記電磁クラツチ機構をオンにして前記ロータ
   と前記クラツチデイスクとを結合させ、前記駆動
   モータの回転を前記遊星歯車機構、前記ロータお
   よび前記クラツチデイスクを介して前記スロツト
   ルシヤフトに伝達することにより、スロツトルバ
   ルブ開度を制御する制御回路とを備え、前記電磁
   クラツチ機構のオン時には前記ロータと前記クラ
   ツチデイスクとが一体になることによつて前記リ
   ターンスプリングの力は前記スロツトルシヤフト
   に作用せず、もつて前記駆動モータの回転に基づ
   いて前記スロツトルシヤフトが回転し、前記電磁
   クラツチのオフ時には前記ロータと前記クラツチ
   デイスクとが離れることによつて前記リターンス
   プリングの力が前記スロツトルシヤフトに作用
   し、もつて前記スロツトルシヤフトが閉じるよう
   に構成したことを特徴とするスロツトルアクチユ
   エータ。