JPS59165836A - スロットルアクチュエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、スロットルアクチユニークに関し、特に自
動車等の車両に用いて好適なスロットルアクチュエータ
に関する。

（背景技術） 従来のスロットルアクチュエータとしては、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、ストロークシャフト、減速歯車
、アイドル検出スイッチ及び直流モータから構成される
スロットルアクチュエータが開示されている。

しかしながら、このような従来のスロットルアクチーエ
ータにあっては、モータの駆動力をギヤを介してストロ
ークシャフトに伝達し、もってスロットルバルブの開閉
を行なっており、またギヤのバンクラッシュや負圧によ
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
出用スイッチを取付けたり、あるいはドライブシャフト
の位置検出によりスロットル開度を検出していた。

従って、千−夕の駆、動力としてはリターンスプリ・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。またスイッ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
ライブシャフトの位置検出ではスロットルバルブ直接の
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
ロッ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った。更に重太な問題として
、駆動モータの故障時等の場合、駆動力をキヤを介して
伝達しているため、スロットルバルブを閉じる手段がな
かった。そしてこのような問題点を解決するためには、
スロットルアクチュ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（例えはスロットルバルブ
を閉じるための別の駆動系）の取付けが必要となる。

（発明の課題） この発明は、上述の問題点を解決するためになされたも
のである。通常動作時には電磁クラッチ機構により駆動
力をスロットルシャフトに伝達すると共に、その際リタ
ーンスプリングの復元力は駆動系に作用しない機構とな
っている。また、吸入負圧によるスロットルバルブのバ
タつぎは駆動側とバルブ側との慣性差を利用することに
より回避している。スロットル位置（開度）検出として
は、スロットルシャフトに直接数句けもれたスリットプ
レートと半導体発光、受光素子を用いたフォトインタラ
プタよりなる検出装置によりスロットル位置の正確な検
出を行ない、更に開き速度、開き方向の検出をも可能に
している。また異常発生時には、電磁クラッチ機構がオ
フとなり、スロットルシャフトに一体に設けられたクラ
ソチティスクが駆動系と切離され、リターンスプリング
の作用によりスロットルバルブを閉じるように構成され
ている。以上のようにしてこの発明の目的が達成される
。

（発明の構成及び作用ン 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
ロットルアクチュエータ１の縦断面図及び横断面図であ
る。

まず構成を訝６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に固定支持されて
いる。モータ３の回転軸４には歯車５がロックピン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５０回転によって自転すると
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
っている。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。シャフト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
って、歯車６に形成された中心孔１３内に軸受１４を介
して自転回能な如（挿入され、スペーサ１５゜１６を介
してストッパー１７とＥリング１８によって歯車６の軸
方向の固定を行なっている。シャフト１１の一端部に形
成された凸部１９がロータ１２に形成された凹部加に挿
入固定され、シャフト１１の公転に伴なってロータ１２
が回転するようになっている。

ロータ１２、電磁コイル２４及び磁性材からなるヨーり
５により電磁クラッ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が設はうしている
。スロットルシャフト２７は、軸受路を介してノ・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によって軸方向の固定が行なわれている。スロ
ットルシャフトの一端部２７ａにはスロットルバルブ３
１が取付けられ、他端部２７ｂはプツシ＝３２を介して
ロータ１２の中心孔３３に挿入されている。またスロッ
トルシャブト２７には、ロータ１２の能動面と対向する
クラッチディスク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、この溝あの中に
コイル状σ）リターンスプリング３６がクラッチディス
ク３４に抗して取付けられている。４０はスロノトルノ
（ルブの開閉状態を検出するためのスリットプレートで
あって、スペーサ４１を介してボルト４２によってスロ
ットルシャフトυ゛に図示の如く取付けられている。４
３は半導体発光、受光素子を用いて構成されるフォトイ
ンタラプタであり、４４はスリットプレートである。４
５　、４５．’は、歯車６、シャツ目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ッパービンである。

次に上述の如き構成を有する本実施例のスロットルアク
チュエータの動作について説明する。

イグニッションスイッチがオフの状態では、歯車６・、
シャフト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（、
ストッパービン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
ターンスフリング３６の復元力を受けており、シャフト
１１はリターンスプリング３６の復元力に等しい力でス
トッパービン４５′に押しつけられる。この場合、スロ
ットルバルブ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、イグニッシ
ョンスイッチがオフの状態では、ロータ１２、コイル２
４、ヨーク怒で構成される電磁クラッチ機構もオフ状態
であり、クラッチディスク３４と、ロータ１２に設けら
れたクランチフェイシング２６とは離脱状態にある。

イグニッションスイッチがオンになると、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とも噛合っているので、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。そしてシャフ
ト１１がストッパービン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２４０通電により、ロータ
１２がクラッチディスク３４側に引きつけられ、フェイ
シングがとクラッチディスク３４が接合する。上述の動
作の間、スロットルシャフト２７に取付けられたスリッ
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とスロットルシャフト２７０間にはブ
ツシュ３２が介在し、このブツシュ３２によりロータ１
２がスロットルシャフト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、スロットルバルブ３
１は全閉状態のままである。す、上のようにして電磁ク
ラッチ作用により、モータ３かもスロットルシャフト２
７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、本実施例のスロットルアクチュ
エータ１によれば、駆動力の伝達に歯車機構を用いてい
るためにスロットルシャフト２７の動揺は生じない。ま
た電磁クラッチ機構をオンにした場合には、リターンス
プリング３６の復元力は駆動力伝達系（モータ３、歯車
５，６゜７、シャフト１１、ロータ１２）には現われな
い。

次に本実施例のスロットルアクチ・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。

マスイグニッションスイッチをオンにした際の初期動作
により、スロットルアクチュエータ１の回転部材は第２
図の破線で示される位置にある。

コノ状態ではスロットルバルブ３１は全閉状態である。

スロットルバルブ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、その駆動力を前述の駆
動力伝達系を介してスロットルシャフト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
も噛合っているため、自転しなからモータ３の回転軸４
を中心に公転する。この公転に伴なってシャフト１１も
回転軸４（スロットルシャフト２７と同等９のまわりを
公転する。そしてシャツ［１の公転によりロータ１２が
回転する。このとき、電磁フランチ作用により、クラッ
チディスク３４とクラッチフエイシング２６とが接合さ
れた状態になっているので、ロータ１２が回転に伴なっ
てスロットルシャフト２７が回転し、その結果スロット
ルバルブ３１が所定位置まで開かれる。そしてスロット
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までの慣性がスロット
ルバルブ３１の受ける圧力より大きいので、スロットル
バルブ３１のバタつきが防止される。以上スロットルバ
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って行なわれる。

次Ｋ、スロットルバルブ３１の位置を検出する検出部に
つ〜゛て説明する。スリットプレート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ット板と
同様なもので、例えばガラスの表面にクロム等の金属を
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。

スリットグレー１４０はフォトインタラプタ４３の光軸
上にそのスリット位置がくるように取付けられている。

スリットプレート４０がフォトインタラプタ４３の光軸
をさえぎることにより、フォトインタラプタ４３の出力
信号が変化し、この変化を制御回路によって検出、信号
処理することによってスロットルバルブ３１の位置検出
が行なわれる。

スロットルバルブ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な制御回路によ
りＯｏとし、検出部からの出力信号を加算カウントする
ことにより所望の開度にすることができる。また、任意
の開度かも別の開度までスロットルバルブ３１を開く場
合には、任意の開度な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トしてもよい。スロッ
トルバルブ３１を閉じる場合には、上述の動作の逆を行
なえばよい。

また、スロットルバルブ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、例えばスリットプレート４０のスリットを上下
２段にして９０°の位相ずれを持たせ、この位相ずれを
持った信号を電気的に処理することによって検知しても
よい。

この発明のスロットルアクチュエータ１の電磁クラッチ
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ェイルセーフ機能を有している。

次にこのフェイルセーフ機能について説明する。

イクニッションスイッ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か
生じ、スロットルバルブ３１の正常な開閉動作が不可能
となり、なおかつスロットルバルブ３１を閉じる必要性
が生じた場合には、コイル２４への通電がしゃ断され、
クラッチディスク３４とロータ１２が切り離される。そ
してクラッチディスク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
スロットルバルブ３１は全閉状態となる。この際、ロー
タ１２とスロットルシャフト２７はプツシ：、３２によ
り滑り動作となる。なお１．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ットルバルブ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
うに電磁クラッチ機構がオフとなりスロットルバルブ３
１が全閉状態になるとき、歯車６からモータ３までの伝
達系の慣性が太き（・ため、リターンスプリング３６の
復元力が先に伝達系に作用することはない。ただし、ス
ロットルバルブ３１が全閉状態になった後には、リター
ンスプリング３６の復元方が伝達系に作用し、スロット
ルアクチュエータ１は第２図の実線で示される状態とな
る。以上の如くフェイル時の動作が行なわれる。なお、
フェ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。またイグニッシ
ョンスイッチをオフにすると、動作の如何にかかわらず
スロットルアクチーエータ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、ステッピングモータの如き種
々のモータが使用可能であり、これらによって同様の機
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
時には電磁クラッチ機構によりリターンスプリングの影
響を受けずにスロットルバルブの開閉動作を行ない、ス
ロットルバルブの位置検出はスロットルシャフトに直接
取付けられたスリットプレートとフォトインタラゲタと
により検出し、異常発生時には電磁クラッチ機構がオフ
となりリターンスプリングによりスロットルバルブを全
閉する構成としている。従って、駆動モータの小型化が
可能になり、スロットルバルブのバタつきを防止するこ
とができる。またスロッ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ｂ］能となる。またフェイルセ
ーフ機構等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な（、
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ットルアクチュエー
タの縦断面図であり、第２図は第１図のスロットルアク
チュエータの横断面図である。 １・・・スロットルアクチーエータ、 ２・・・ハウジング、　　　３・・・駆動モータ、４・
・・回転軸、　　　　５．６．７・・・歯車、１１・・
・シャフト、１２・・・ロータ、１４・・・軸受、　　
　　　冴・・・電磁コイル、５・・・ヨーク、　　　　
　が・・・クラッチフェイシング、２７・・・スロット
ルシャフト、 ３１・・・スロットルバルブ、　　３２・・・ブツシュ
、３４・・・クラッチディスク、 ３６・・・リターンスプリング、４０・・・スリットプ
レート、４３・・・フォトインタラゲタ、４４・・・ス
リットプレート、４５　、４５’・・・ストッパーピン
。 特許出願人 日産自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　　　山　本　恵　−

Claims (3)

【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、前記ノ・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ｉ１の歯車の回転によっ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
   く挿入されたシャ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材からなるヨークより構成される電
   磁クラッチ機構と、該電磁クラッチ機構により前記ロー
   タの回転が伝達されるクラッチディスクを一体に有し一
   端部にスロットルバルブが取付けられたスロットルシャ
   フトと、前記ロータと前記クラッチディスクの間に設け
   られたリターンスプリングと、前記スロットルバルブの
   位置検出及び回転速度検出のために前記スロットルシャ
   フトに取付けられた被数のスリットを有するスリットプ
   レート及び該スリットプレートのスリットの数及び移動
   速度を検出するための光発光、受光素子を用いたフォト
   インタラプタよりなる検出部とにより構成されることを
   特徴とするスロットルアクチュエータ。。
2. （２）前記電磁クラッチのオン時には前記リターンスプ
   リングの復元力は前記スロットルシャフトには作用せず
   、前記電磁クラッチのオフ時には前記リターンスプリン
   グの復元力が前記スロットルシャフトに作用し、もって
   前記スロットルバルブを閉じることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のスロットルアクチーエータ。
3. （３）車両フェイル吟において、前記電磁クラッチがオ
   フとなり、前記リターンスプリングの復元力により前記
   スロットルバルブを閉じるフェイルセーフ機能を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスロッ
   トルアクチーエータ。