JP2020176661A - 回転式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】規制ピンの位置精度低下、強度不足及び摩耗を抑制する回転式アクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１０の減速機５０は、リングギア５１及びリングギア５１に内接する様に噛み合うサンギア５２を有し、モータ３０の回転を減速する。出力軸４０は減速機５０により減速された回転を出力する。固定部材４４、６２は減速機の周囲に配置される。固定部材４４、６２に設けられた規制ピン５３、８１〜８６は、サンギア５２がモータ３０の回転軸心周りに公転しながら、当該回転軸心に対して偏心する偏心軸心を中心に自転する遊星運動を許容しつつ、サンギア５２の移動を規制する。規制ピン５３、８１〜８６は固定部材４４、６２と別部材であり、サンギア５２から受ける最大トルク反力以上の強度をもつ。規制ピン５３、８１〜８６のサンギア５２との係合部４２とサンギア５２との硬度差が固定部材４４、６２とサンギア５２との硬度差より小さい。【選択図】図３

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、モータの回転軸と出力軸との間に配置されている減速機において、サンギアの移動を規制ピンで規制するアクチュエータが開示されている。当該規制ピンは、固定部材と同一部材で一体に形成されている。

特開２０１６−２２３５２６号公報

しかしながら、規制ピンを固定部材と同一部材で一体に形成すると、規制ピンの位置精度低下、強度不足、および摩耗の懸念がある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、規制ピンの位置精度低下、強度不足および摩耗を抑制する回転式アクチュエータを提供することにある。

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（１０）であって、モータ（３０）、減速機（５０）、出力軸（４０）、固定部材（４４、６２）および規制ピン（５３、８１〜８６）を備える。減速機は、リングギア（５１）およびリングギアに内接するように噛み合うサンギア（５２）を有し、モータの回転を減速する。出力軸は、減速機により減速された回転を出力する。固定部材は、減速機の周囲に配置される。規制ピンは、固定部材に設けられる。さらに、規制ピンは、サンギアがモータの回転軸心（ＡＸ１）周りに公転しながら、当該回転軸心に対して偏心する偏心軸心（ＡＸ２）を中心に自転する遊星運動を許容しつつ、サンギアの移動を規制する。加えて、規制ピンは、固定部材とは別部材である。また、規制ピンがサンギアから受ける最大トルク反力以上の強度をもつ。そして、規制ピンのサンギアとの係合部とサンギアとの硬度差は、固定部材とサンギアとの硬度差より小さい。

本発明によれば、規制ピンは、設置箇所である固定部材とは別部材であるので、位置精度低下を抑制可能である。また、強度および硬度差を考慮して規制ピンを設けることで、規制ピンの強度不足および摩耗を抑制可能である。

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。 第一実施形態の回転式アクチュエータの断面図である。 図３の減速機のＩＶ−ＩＶ断面図である。 第二実施形態の回転式アクチュエータの断面図である。 第三実施形態の規制ピンの模式図である。 図６の縦断面図である。 第四実施形態の回転式アクチュエータの断面図である。 第四実施形態の規制ピンの模式図である。 図９の周止め部の横断面図である。 第五実施形態の規制ピンの模式図である。 図１１の周止め部の横断面図である。 第六実施形態の規制ピンの模式図である。 図１３の周止め部の横断面図である。 第七実施形態の規制ピンの模式図である。 図１５の縦断面図である。

以下、本発明による回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第一実施形態）
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ア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の回転を減速する減速機５０と、減速された回転を出力する出力軸４０と、これら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側に設けられたモータ軸受３５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。

図３および図４に示すように、減速機５０は、リングギア５１、サンギア５２およびドリブンギア５５を有する。リングギア５１は、両歯ギアであり、内歯５６および外歯５７を有する。リングギア５１は、回転軸心ＡＸ１上に設けられ、ロアケース部６２に設けられたギア軸受５８により回転可能に支持されている。

サンギア５２は、偏心部３６に嵌合する軸受３７により偏心軸心ＡＸ２まわりに回転可能に支持され、リングギア５１に内接するように内歯５６と噛み合っている。サンギア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。サンギア５２は、軸方向に貫通して周方向に等間隔で並べられている８個の通孔５９を有する。当該通孔５９と係合する規制ピン５３により、サンギア５２は遊星運動を許容されつつ、移動を規制される。サンギア５２の自転速度は、回転軸３３の回転速度に対して減速され、リングギア５１に伝達される。

ドリブンギア５５は、ＡＸ１と平行な出力軸心ＡＸ３上に設けられ、外歯５７に外接するように噛み合っている。サンギア５２と内歯５６との係合によりリングギア５１に伝達される回転は、外歯５７からドリブンギア５５に伝達される。ドリブンギア５５は、リングギア５１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。

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。ドリブンギア５５は、出力軸４０の外側に嵌合し、出力軸４０に回転伝達可能に連結されている。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。

アクチュエータ１０は、支持部材５４および規制ピン５３をさらに備える。支持部材５４は、小筒部４８、大筒部４９、および底部８０を有する。小筒部４８は、モータ軸受３５の径方向外側に嵌合し、モータ軸受３５を支持している。大筒部４９は、ギア軸受５８の径方向外側に嵌合し、ギア軸受５８を支持している。底部８０は、小筒部４８および大筒部４９のうちサンギア５２から遠い側に位置する。規制ピン５３は、底部８０のうち小筒部４８と大筒部４９との間からサンギア５２に向かって突出している。支持部材５４は、インサート成形によりロアケース部６２に埋め込まれ、ロアケース部６２に保持されている。また、支持部材５４は、回転軸３３の軸方向に貫通する貫通孔４１を有する。貫通孔４１は、モータ軸受３５の径方向において大筒部４９と規制ピン５３の間に位置し、モータ軸受３５の周方向に間隔をあけて複数設けられる。

規制ピン５３は、支持部材５４と同一部材で一体に形成されている。規制ピン５３は、ロアケース部６２と別部材であり、サンギア５２から受ける最大トルク反力以上の強度をもつ。規制ピン５３は、回転軸３３の径方向においてモータ軸受３５とギア軸受５８との間に位置している。規制ピン５３は、通孔５９を挿通し、通孔５９の内壁に係合している。規制ピン５３は、サンギア５２がモータ３０の回転軸心周りに公転しながら、回転軸心に対して偏心する偏心軸心を中心に自転する遊星運動を許容しつつ、サンギア５２の移動を規制する。規制ピン５３のサンギア５２との係合部４２とサンギア５２との硬度差は、ロアケース部６２とサンギア５２との硬度差より小さくなっている。

ロアケース部６２は、減速機５０の周囲に配置されており、規制ピン５３を固定する固定部材である。

（効果）
以上説明したように、第一実施形態では、減速機５０において、サンギア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。規制ピン５３は遊星運動を許容しつつサンギア５２の移動を規制するように、サンギア５２の通孔５９と係合している。規制ピン５３は、固定部材としてのロアケース部６２と別部材であり、サンギア５２から受ける最大トルク反力以上の強度をもつ。また、規制ピン５３のサンギア５２との係合部４２とサンギア５２との硬度差がロアケース部６２とサンギア５２との硬度差より小さい。

このように規制ピン５３はロアケース部６２と別部材であるので、回転軸３３に対する位置精度低下を抑制可能である。これに対して、規制ピン５３が樹脂製のハウジングと同一部材である場合には、樹脂の成形収縮により規制ピン５３の位置精度が低下する虞がある。また、規制ピン５３が金属製のハウジングと同一部材である場合には、成形後のハウジングを加工して規制ピン５３を形成するときの加工精度によっては規制ピン５３の位置精度が低下する虞がある。

規制ピン５３がサンギア５２から受ける最大トルク反力以上の強度をもつことで、規制ピン５３の破損を抑制できる。また、規制ピン５３のサンギア５２との係合部４２とサンギア５２との硬度差がロアケース部６２とサンギア５２との硬度差より小さいことで、ロアケース部６２に規制ピン５３を同一部材で一体形成する場合に比べて、規制ピン５３の摩耗を抑制可能である。

規制ピン５３は、ロアケース部６２にモールドによって保持されている。そのため規制ピン５３の固定が容易となる。

支持部材５４は、モータ軸受３５とギア軸受５８とを支持する。さらに規制ピンが支持部材５４と同一部材で一体となって形成されることで、規制ピン５３とそれぞれの軸受との軸ずれを抑制可能であり、ギアの伝達効率が低下することを抑制する。

また、支持部材５４は、回転軸３３の軸方向に貫通孔４１を有する。貫通孔４１は、モータ軸受３５の周方向に間隔をあけて複数設けられている。貫通孔４１は周止めとなり、支持部材５４をロアケース部６２に係止させる。

（第二実施形態）
第二実施形態においては、以下の構成を除けば、第一実施形態と同様である。図５に示すように、第一実施形態における支持部材５４は設けられず、規制ピン８１は単独で一部品をなしており、圧入によりロアケース部６２に保持されている。規制ピン８１は、ロアケース部６２と別部材で、サンギア５２から受ける最大トルク反力以上の強度をもつ。また、規制ピン８１の係合部４２とサンギア５２との硬度差がロアケース部６２とサンギア５２との硬度差より小さい。このように規制ピン８１自体がロアケース部６２への圧入により保持されても、規制ピン８１自体が第一実施形態と同様の構成であれば、第一実施形態と同様の効果を得られる。

（第三実施形態）
第三実施形態においては、以下の構成を除けば、第二実施形態と同様である。図６および図７に示すように、規制ピン８２は、ロアケース部６２からサンギア側に突き出すように設けられており、根元につば部７０を有する。つば部７０は、規制ピン８２の軸方向においてロアケース部６２に当接している当接部７１を有する。当接部７１は環状の面であり、規制ピン８２の周方向の全周においてロアケース部６２に当接している。この構成により、サンギア５２からトルク反力Ｆを受けたときの規制ピン８２の倒れが抑制される。

（第四実施形態）
第四実施形態においては、以下の構成を除けば、第一実施形態と同様である。図８に示すように、規制ピン８３は、減速機５０の周囲に配置されたモータ３０のモータケース４４にモールドにより保持されている。図８においてモータ３０は、簡略的に示している。

モータケース４４は、減速機５０の周囲に配置されており、規制ピン５３を固定する固定部材である。規制ピン８３は、モータケース４４と別部材であり、サンギア５２から受ける最大トルク反力以上の強度をもつ。また、規制ピン８３の係合部４２とサンギア５２との硬度差がモータケース４４とサンギア５２との硬度差より小さい。

以上のように規制ピン８３が上記構成であることで、以下の効果を奏する。

規制ピン８３は、固定部材としてのモータケース４４とは別部材となるので、位置精度低下を抑制可能である。

規制ピン８３がサンギア５２から受ける最大トルク反力以上の強度をもつことで、規制ピン８３の破損を抑制できる。また、規制ピン８３の係合部４２とサンギア５２との硬度差がモータケース４４とサンギア５２との硬度差より小さいことで、モータケース４４に規制ピン８３を同一部材で一体形成する場合に比べて、規制ピン８３の摩耗を抑制可能である。

つまり、第一実施形態におけるロアケース部６２と第三実施形態におけるモータケース４４とをそれぞれ固定部材としてみると、第三実施形態の効果は第一実施形態の効果と同様である。

規制ピン８３は、図９および図１０に示すように、モータケース４４にモールドされている直方体の形状をした一端を有する。当該一端は、規制ピン８３の周方向においてモータケース４４に係止する周止め部７２となる。周止め部７２は、周方向に複数配置された角部７３を有する。角部７３がモータケース４４と係止することで周止めとして作用する。規制ピン８３が周止めを有することで、規制ピン８３の外れを抑制することができる。

（第五実施形態）
第五実施形態においては、以下の構成を除けば、第二実施形態と同様である。図１１および図１２に示すように、規制ピン８４は、ロアケース部６２からサンギア側に突き出すように設けられている。規制ピン８４の一端は、ロアケース部６２にモールドされており、径方向外側の表面に細かい凹凸状の加工であるローレットが施されている。上記一端は、規制ピン８４の周方向においてロアケース部６２に係止する周止め部７２となる。周止め部７２に設けられる凹凸の凸部７４が、周止めとして作用する。なお、図１２では理解しやすさを考慮して、規制ピンに対するローレットの凹凸の寸法を誇張している。規制ピン８４が周止めを有することで、規制ピン８４の外れを抑制することができる。

（第六実施形態）
第六実施形態においては、以下の構成を除けば、第二実施形態と同様である。図１３および図１４に示すように、規制ピン８５は、ロアケース部６２からサンギア側に突き出すように設けられている。規制ピン８５の一端は、横断面形状が星形多角形である柱状に形成されており、ロアケース部６２にモールドされている。上記一端は、規制ピン８５の周方向においてロアケース部６２に係止する周止め部７２となる。周止め部７２に設けられる凸部７５が、周止めとして作用する。規制ピン８５が周止めを有することで、規制ピン８５の外れを抑制することができる。

（第七実施形態）
第七実施形態においては、以下の構成を除けば、第二実施形態と同様である。図１５および図１６に示すように、規制ピン８６は、ロアケース部６２からサンギア側に突き出すように設けられている。規制ピン８６の一端は、規制ピン８６の周方向に延びる環状溝７７を有しており、ロアケース部６２にモールドされている。上記一端は、規制ピン８６の軸方向のサンギア側においてロアケース部８６に係止する抜止め部７６となる。環状溝７７の一方の側面７８がロアケース部８６に係止し、抜止めとして作用する。規制ピン８６が抜止めを有することで、規制ピン８６の抜けを抑制することができる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、支持部材または規制ピンは、圧入およびモールドに限らず、ねじ締結またはかしめ等により保持されてもよい。

本発明の他の実施形態では、規制ピンに表面処理を施すことにより、規制ピンの係合部とサンギアとの硬度差を固定部材とサンギアとの硬度差より小さくしてもよい。要するに、規制ピンの係合部の硬度を比較的硬くするためには、規制ピンの材料を比較的硬い材料としてもよいし、規制ピンの一部を表面処理等により比較的硬くしてもよい。

本発明の他の実施形態では、規制ピンのつば部は、規制ピンの周方向の全部が固定部材に当接せず、周方向の一部が固定部材に当接してもよい。要するに、つば部は、軸方向において固定部材に当接する形状であればよい。

本発明の他の実施形態では、規制ピンの周止め部は、規制ピンの周方向の一部に凸部または凹部が形成されてもよい。要するに、周止め部は、周方向において固定部材に係止する形状であればよい。

本発明の他の実施形態では、規制ピンの抜止め部は、規制ピンの周方向の一部に凸部または凹部が形成されてもよい。要するに、抜止め部は、抜け方向に抗って固定部材に係止する構成であればよい。

本発明の他の実施形態では、サンギアの通孔の数は８個に限らず、サンギアが遊星運動を許容されつつ移動を規制されていれば、いくつでもよい。

本発明の他の実施形態では、支持部材の底部に貫通孔が設けられなくてもよい。また、支持部材に貫通孔が設けられる場合、大筒部と規制ピンとの間に限らず、規制ピンに対して径方向内側に設けられてもよい。

このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、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
４０：出力軸、４４、６２：固定部材、５０：減速機、５１：リングギア、
５２：サンギア、５３、８１〜８６：規制ピン、ＡＸ１：回転軸心、ＡＸ２：偏心軸心

Claims (6)

1. 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（１０）であって、
   モータ（３０）と、
   リングギア（５１）および前記リングギアに内接するように噛み合うサンギア（５２）を有し、前記モータの回転を減速する減速機（５０）と、
   前記減速機により減速された回転を出力する出力軸（４０）と、
   前記減速機の周囲に配置された固定部材（４４、６２）と、
   前記固定部材に設けられ、前記サンギアが前記モータの回転軸心（ＡＸ１）周りに公転しながら、前記回転軸心に対して偏心する偏心軸心（ＡＸ２）を中心に自転する遊星運動を許容しつつ、前記サンギアの移動を規制する規制ピン（５３、８１〜８６）と、
   を備え、
   前記規制ピンは、前記固定部材とは別部材であり、
   前記規制ピンは、前記サンギアから受ける最大トルク反力以上の強度をもち、
   前記規制ピンの前記サンギアとの係合部と前記サンギアとの硬度差が前記固定部材と前記サンギアとの硬度差より小さい回転式アクチュエータ。
2. 前記規制ピンは前記固定部材にモールドまたは圧入により保持されている請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
3. 前記モータの回転軸を回転可能に支持するモータ軸受（３５）と、
   前記リングギアを回転可能に支持するギア軸受（５８）と、
   前記モータ軸受および前記ギア軸受を支持する支持部材（５４）と、をさらに備え、
   前記規制ピン（５３）は前記支持部材と同一部材で一体に形成されている請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
4. 前記規制ピン（８２）は、前記固定部材から前記サンギア側に突き出すように設けられ、根元につば部（７０）を有し、
   前記つば部は、前記規制ピンの軸方向において前記固定部材に当接している請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
5. 前記規制ピン（８３〜８５）は、前記規制ピンの周方向において前記固定部材に係止する周止め部（７２）を有する請求項１、２または４に記載の回転式アクチュエータ。
6. 前記規制ピン（８６）は、前記規制ピンの軸方向の前記サンギア側において前記固定部材に係止する抜止め部（７６）を有する請求項１、２、４または５に記載の回転式アクチュエータ。

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