(57)【要約】【課題】制御部の基板の破損または導通不良の発生を抑制する回転式アクチュエータを提供する。【解決手段】回転式アクチュエータ１０は、モータ３０と、モータ３０を制御する制御部１６と、モータ３０を収容している樹脂製のケース６０と、基板固定部９２とを備える。基板固定部９２は、ケース６０のアッパーケース部６１に埋設された埋設部９４、および、制御部１６の基板７１を固定している金属製の固定部９６を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記モータを制御する制御部（１６）と
前記モータを収容している樹脂製のケース（６０）と、
前記ケースに埋設された埋設部（９４）、および、前記制御部の基板（７１）を固定している金属製の固定部（９５〜９７）を有する基板固定部（９１〜９３）と、
を備える回転式アクチュエータ。
【請求項２】
前記固定部は、前記基板をかしめ固定している請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
【請求項３】
前記基板はガラスエポキシ製であり、
前記固定部はアルミニウム製である請求項１または２に記載の回転式アクチュエータ。
【請求項４】
前記埋設部のうち前記固定部とは反対側の端面（９８）は、前記ケースの表面に露出している請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
【請求項５】
前記固定部（９６、９７）は、前記基板を当該基板の厚み方向に貫通している請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
【請求項６】
前記固定部は前記基板の外縁部（７５）を固定している請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
【請求項７】
前記固定部（９７）は、前記埋設部に一体に設けられたボルト（８９）、および、前記ボルトに螺合しているナット（９０）から構成されている請求項１、３、４または５に記載の回転式アクチュエータ。
【請求項８】
前記固定部は、前記ケースに対して前記基板を位置決めしている請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ケースとカバーの内部に回路基板を収容する場合において、回路基板はケース本体に固定される方法がとられている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、回路ケースは、合成樹脂製のケース本体およびカバーから構成され、回路基板を収容している。ケース本体には取り付け部が一体成形されている。回路基板は、取り付け部の先端部に施された熱かしめにより固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、樹脂製の熱かしめ固定部は、回路基板の厚み方向の固定力が小さい。そのため、回路基板の振動や厚み方向の熱膨張による外力が熱かしめ固定部に加えられると、熱かしめ固定部の先端の溶融部が変形または破損するおそれがある。溶融部が変形または破損すると、回路基板のケース本体への固定力が失われ、回路基板の破損または導通不良が発生する。
【０００６】
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、制御部の基板の破損または導通不良の発生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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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）と、モータを制御する制御部（１６）と、モータを収容している樹脂製のケース（６０）と、基板固定部（９１〜９３）とを備える。基板固定部は、ケースに埋設された埋設部（９４）、および、制御部の基板（７１）を固定している金属製の固定部（９５〜９７）を有する。
【０００８】
本発明によれば、固定部が金属製であるので、基板を樹脂製のケースに熱かしめ固定する形態と比べると、回路基板の振動や厚み方向の熱膨張による外力が固定部に加えられても固定部の変形および破損が抑制される。これにより、回路基板のケース本体への固定力が失われ難いので、制御部の基板の破損または導通不良の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１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。
【図２】図１のシフトレンジ切替機構を説明する図。
【図３】第１実施形態による回転式アクチュエータの断面図。
【図４】図３の回転式アクチュエータにおけるケースと基板の平面概要図。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面概要図。
【図６】図５に対応する図であって、固定部かしめ前の状態を示す断面概要図。
【図７】第２実施形態の基板固定部周辺の断面概要図。
【図８】図７に対応する図であって、固定部かしめ前の状態を示す断面概要図。
【図９】第３実施形態の基板固定部周辺の断面概要図。
【図１０】図９に対応する図であって、固定部締結前の状態を示す断面概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、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き説明する。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。
【００１１】
［第１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。
【００１２】
（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とを備える。アクチュエータ１０は、モータ３０等を含む作動部１５と、シフトレンジの指令信号に応じてモータ３０を制御する制御部１６とを備える。
【００１３】
図２に示すように、シフトレンジ切替機構１４は、変速機１２（図１参照）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。
【００１４】
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。
【００１５】
（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および図４に示すように、アクチュエータ１０は、ケース６０内に作動部１５および制御部１６を備える機電一体型のアクチュエータである。
【００１６】
ケース６０は、樹脂製である。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の一端部６３は、ケース６０の開口部を形成する。アッパーケース部６１の一端部６３と他端部６４との間には隔壁部６５が形成されている。一端部６３の内側には、基板７１が設けられている。基板７１は、ガラスエポキシ製である。基板７１は、一端部６３の開口端に設けられたプレートカバー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。またロアケース部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。マニュアルシャフト２６は、筒状突出部６９を挿通するように配置される。
【００１７】
作動部１５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とを有する。
【００１８】
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まわりに回転するモータ軸３３とを有する。モータ軸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。またモータ軸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を構成するコイル３８への通電電流を制御部１６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、モータ軸３３を手動で回転させることができる。
【００１９】
減速機構５０は、リングギヤ５１およびサンギヤ５２を含む第１減速部１７と、ドライブギヤ５３およびドリブンギヤ５４を含む平行軸式の第２減速部１８とを有する。リングギヤ５１は、回転軸心ＡＸ１上に設けられている。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、モータ軸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、モータ軸３３の回転速度に対して減速される。サンギヤ５２は、回転伝達用の穴部５６を有する。
【００２０】
ドライブギヤ５３は、回転軸心ＡＸ１上に設けられており、モータ軸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、穴部５６に挿入された回転伝達用の凸部５８を有する。サンギヤ５２の自転は、穴部５６と凸部５８との係合によりドライブギヤ５３に伝達される。穴部５６および凸部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。
【００２１】
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６６を有する。出力軸４０は、貫通支持孔６６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。ドリブンギヤ５４は、出力軸４０とは別部材であり、出力軸４０の外側に嵌合し、当該出力軸４０に回転伝達可能に連結されている。マニュアルシャフト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る。
【００２２】
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。
【００２３】
制御部１６は、モータ３０を制御する複数の電子部品と、それらの電子部品を実装した基板７１と、基板７１に実装された出力軸位置検出センサ７２と、基板７１に実装されたモータ位置検出センサ７３とを有する。
【００２４】
上記複数の電子部品には、マイクロコンピュータ８１、ＭＯＳＦＥＴ８２、コンデンサ８３、ダイオード８４、ＡＳＩＣ８５、インダクタ８６、レジスタ８７およびコンデンサチップ８８等が含まれる。
【００２５】
出力軸位置検出センサ７２は、基板７１のうちマグネット４３に対向する位置に設けられている。マグネット４３は、出力軸４０に取り付けられたホルダ４４に固定されている。出力軸位置検出センサ７２は、マグネット４３が発生する磁束を検出することで、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の回転位置を検出する。
【００２６】
モータ位置検出センサ７３は、基板７１のうちマグネット４５に対向する位置に設けられている。マグネット４５は、モータ軸３３に取り付けられたホルダ３７に固定されている。モータ位置検出センサ７３は、マグネット４５が発生する磁束を検出することで、モータ軸３３およびロータ３２の回転位置を検出する。
【００２７】
（基板、アッパーケース部６１）
次に、基板７１をアッパーケース部６１に固定する基板固定部９２、およびそれらの周辺箇所の構成について説明する。図４に示すように、アクチュエータ１０は、基板７１の外周部に設けられた複数の基板固定部９２を有する。
【００２８】
図５に示すように、基板固定部９２は、アッパーケース部６１に埋設された埋設部９４、および、制御部１６の基板７１を固定している固定部９６を有する。基板固定部９２はアルミニウム製である。埋設部９４は、アッパーケース部６１にインサート成形されている。埋設部９４のうち固定部９６とは反対側の端面９８は、アッパーケース部６１の表面に露出している。基板固定部９２の固定部９６は、基板７１を当該基板７１の厚み方向に貫通している。基板７１は、基板７１の厚み方向に貫通する孔１９を有する。固定部９６は、孔１９をプレートカバー６７の方向に向かって貫通し、基板７１をかしめ固定している。
【００２９】
図６に示すように、固定部９６のかしめ前の状態では、基板固定部９２は、大円柱部２８、小円柱部２９および筒部７４を有する。大円柱部２８は埋設部９４を有する。小円柱部２９は、大円柱部２８よりも断面積が小さい。大円柱部２８の軸心上に小円柱部２９および筒部７４が設けられている。埋設部９４から基板７１側に向かって、大円柱部２８、小円柱部２９、筒部７４がその順で並んでいる。小円柱部２９の側面と筒部７４の側面とは、軸方向につながっている。大円柱部２８の側面と小円柱部２９の側面とは、軸方向に段差８０を有してつながっている。段差８０は、アッパーケース部６１表面より飛び出した位置にある。段差８０に基板７１は支持されている。孔１９に位置しているのは小円柱部２９である。筒部７４は、軸方向に一端部７８と他端部７９を有する。他端部７９は小円柱部２９とつながっている。筒部７４はかしめられ、段差８０との間に基板７１を挟んだ状態で基板７１の平面方向に広がって塑性変形する。一端部７８は基板７１に対して垂直に固定荷重を発生させる。基板７１は、一端部７８と段差８０とに挟まれてかしめ固定される。こうして筒部７４が塑性変形することにより、基板７１はアッパーケース部６１にかしめ固定される。
【００３０】
小円柱部２９は、孔１９の内円部より径が小さい。基板７１平面方向において、小円柱部２９は基板７１を規制している。固定部９６は、アッパーケース部６１に対して基板７１を位置決めしている。
【００３１】
（効果）
以上説明したように、回転式アクチュエータ１０は、基板固定部９２を有する。基板固定部９２は、アッパーケース部６１に埋設された埋設部９４、および、制御部１６の基板７１を固定している金属製の固定部９６を有する。
【００３２】
[１]このように、固定部９６が金属製であるので、基板７１を樹脂製のアッパーケース部６１に熱かしめ固定する形態と比べると、基板７１の振動や厚み方向の熱膨張による外力が固定部９６に加えられても固定部９６の変形および破損が抑制される。これにより、基板７１のアッパーケース部６１本体への固定力が失われ難いので、制御部１６の基板７１の破損または導通不良の発生が抑制される。
【００３３】
[２]固定部９６は基板７１をかしめ固定している。例えばねじ締結固定と比べると、かしめ固定は短時間および省スペースでの固定を可能とする。
【００３４】
[３]基板７１はガラスエポキシ製であり、基板固定部９２はアルミニウム製である。ガラスエポキシ製基板７１の厚み方向の線膨張係数は４０〜７０である。鉄の線膨張係数は１１．７である。アルミニウムの線膨張係数は２３．８である。樹脂の線膨張係数は１０〜８０である。従来、樹脂製のケース本体に形成されている熱かしめ固定部によって、基板がケースに固定されていた。しかしながら、温度変化時のケースと基板との線膨張係数の違いにより、基板の厚み方向に熱応力が発生する。こうした外力が長時間加えられると、樹脂から形成されている熱かしめ固定部は、クリープにより変形・破損する虞があった。つまり、基板のケース本体への固定力が失われ、基板の破損や導通不良を引き起こす虞があった。これに対して第１実施形態では、基板固定部９２がアルミニウム製の固定部９６を有することで、樹脂に起きるクリープによる変形・破損を回避することができる。鉄と比較した時、アルミニウムの線膨張係数は、基板７１の厚み方向の線膨張係数に近い。そのため、温度変化時に、固定部９６と基板７１の厚み方向とに生じる寸法変化の差を小さくできる。つまり、熱応力の発生を抑制可能である。
【００３５】
[４]埋設部９４のうち固定部９６とは反対側の端面９８は、アッパーケース部６１の表面に露出している。かしめ時にアッパーケース部６１の表面に露出している端面９８を受けることで、アッパーケース部６１に荷重を発生せることなくかしめることができる。
【００３６】
[５]一端部７８は、基板７１の平面方向に対して垂直に固定荷重を発生させることによりかしめられる。そのため、固定が容易となる。
【００３７】
[６]固定部９６は、アッパーケース部６１に対して基板７１を位置決めしている。したがって、基板７１の位置決めのために別途部品を設ける必要がなく、小型化を可能にする。
【００３８】
［第２実施形態］
第２実施形態においては、以下の構成を除けば、第１実施形態と同様である。図７に示すように、固定部９５は、基板７１をかしめ固定している。かしめ固定されているのは、基板７１の外縁部７５である。
【００３９】
図８に示すように、固定部９５のかしめ前の状態では、固定部９５は基板７１の平面方向に垂直な方向に突起部７６および支持部７７を有する。突起部７６は基板７１の平面方向外側に位置する。支持部７７は外縁部７５を支持する。突起部７６は、先端部１００と根元部１０１を有する。先端部１００はかしめられ、外縁部７５を挟んだ状態で塑性変形し、固定部９５が形成される。こうして先端部１００が塑性変形することにより、外縁部７５はアッパーケース部６１にかしめ固定される。基板７１平面方向において、根元部１０１は外縁部７５を規制している。固定部９５は、アッパーケース部６１に対して基板７１を位置決めしている。
【００４０】
固定部９５は、基板７１の外縁部７５を固定している。基板７１において、外縁部７５は電子部品の実装および配線に使用できない。したがって、例えば貫通孔などの、基板７１を固定する為の箇所を別途設ける必要が無い。
【００４１】
第２実施形態では、さらに第１実施形態の[１]〜[４]および[６]と同様の効果が得られる。
【００４２】
［第３実施形態］
第３実施形態においては、以下の構成を除けば、第１実施形態と同様である。図９に示すように、基板固定部９３の固定部９７は、埋設部９４に一体に設けられたボルト８９、および、ボルト８９に螺合しているナット９０から構成されている。基板７１は、基板７１の厚み方向に貫通する孔１９を有する。ボルト８９は、埋設部９４からプレートカバー６７側に向かって孔１９を貫通している。ボルト８９は、基板７１を挟んでナット９０により螺合されている。
【００４３】
図１０に示すように、埋設部９４およびボルト８９は、インサート成形によりアッパーケース部６１に埋め込まれているインサートボルトである。ボルト８９は、雄ねじ部７０および円柱部９９を有する。円柱部９９は、アッパーケース部６１表面より軸方向に飛び出している。基板７１は円柱部９９に支持されている。雄ねじ部７０とナット９０が螺合して、基板７１は円柱部９９とナット９０とに挟まれて固定される。雄ねじ部７０は、孔１９の内円部より径が小さい。基板７１平面方向において、雄ねじ部７０は基板７１を規制している。固定部９７は、アッパーケース部６１に対して基板７１を位置決めしている。
【００４４】
埋設部９４およびボルト８９はインサート成形によりアッパーケース部６１に埋め込まれているインサートボルトである。そのため、インサートナットがインサート成形によりアッパーケース部６１に埋め込まれる場合よりも、インサート部品を小型化できる。
【００４５】
第３実施形態では、さらに第１実施形態の[１]、[３]および[６]と同様の効果が得られる。
【００４６】
［他の実施形態］
他の実施形態では、かしめ固定部の形状は、例えば、Ｃの字型でもよい。要するに、金属製の固定部によって、基板がアッパーケース部に固定されていればよい。
【００４７】
他の実施形態では、基板は四隅のそれぞれに一つの基板固定部を有する構成に限らず、例えば基板の四辺のそれぞれに一つの基板固定部を有する構成であってもよいし、基板の四隅のそれぞれ、または四辺のそれぞれに複数の基板固定部を有する構成であってもよい。
【００４８】
他の実施形態では、基板はガラスエポキシに限らず、他の材料から構成されてもよい。また、基板固定部の固定部はアルミニウムに限らず、他の材料から構成されてもよい。基板と固定部との線膨張係数の差がガラスエポキシと鉄との線膨張係数の差よりも小さくなれば、熱応力の発生を抑制する効果が得られる。
【００４９】
他の実施形態では、埋設部のうち固定部とは反対側の端面がケースの表面に露出していなくてもよい。また、上記端面をケースの表面に露出させる場合であっても、端面の全てを露出させる必要はなく、端面の一部が露出していてもよい。それでも、かしめ時に端面の一部を受けることが可能である。
【００５０】
他の実施形態では、固定部は、かしめ固定部またはねじ締結部に限らず、例えばプレスフィット固定部などの他の固定部であってもよい。
【００５１】
他の実施形態では、ボルトはインサートボルトに限らず、例えば、圧入されたボルトでもよい。
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
１０：回転式アクチュエータ、１１：シフトバイワイヤシステム、１６：制御部
３０：モータ、６０：ケース、７１：基板、９１〜９３：基板固定部
９４：埋設部、９５〜９７：固定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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