(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転を減速機構で減速してシャフトに伝達し、前記シャフトの一端に接続したレバー部を介して当該シャフトの回転を直線運動に変換して出力する電動アクチュエータにおいて、
前記シャフトの一端には、その端面から軸方向に穿設した穴の奥側の内周面に雌ねじが形成されており、
前記レバー部には、前記シャフトの一端を挿通する接続用穴が穿設されており、
前記シャフトと前記レバー部は、
頭部に向かって拡径するテーパ部を有した接続用ねじを、前記接続用穴に挿通した前記シャフトの一端の前記雌ねじに螺合し、前記テーパ部により前記シャフトの一端を外径方向に押し広げた状態に塑性変形して接続されることを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記シャフトの一端は、その端面から前記雌ねじに至るまでの前記穴の壁面を軸方向に切ったスリットを有することを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記シャフトの一端は、外周面にローレット状の凹凸を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記レバー部の接続用穴は、多角形の穴であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記レバー部の接続用穴は、楕円形の穴であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば自動車の各種バルブの開閉駆動に使用される電動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、モータの回転により発生した出力回転軸（以下、シャフトと呼ぶ）の回転トルクを、当該出力回転軸の一端に接続されたリンク（以下、レバー部と呼ぶ）で直線推力に変換するアクチュエータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８９６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来では、シャフトの回転トルクが高いアクチュエータの場合、シャフトの一端とレバー部の接続が回転トルクに耐え得るように溶接で接続することが一般的であった。
しかしながら、溶接性を考慮すると、シャフトとレバー部の材料を炭素量の少ない鋼材とする必要があり、部品選定の自由度が制限される。
また、溶接には大掛かりな設備が必要であるので、コストと設置スペースを確保しなければならず、アクチュエータの組み付け工程にインライン化することが困難であった。【０００５】
さらに、シャフトをアクチュエータに組み付けてから、シャフトにレバー部を溶接する場合は、ベアリングなどのアクチュエータの内部部品が溶接熱で損傷しないように、耐熱性のグレードが高い部品を選定するか、溶接部分から十分に距離を空けて部品を設置する必要がある。このため、設計上の自由度が著しく損なわれる。【０００６】
上述の理由などから、従来では、シャフトをアクチュエータに組み付ける前に、シャフトをレバー部に溶接する工程を別工程でバッチ処理することが一般的であった。
一方、シャフトの回転をレバー部により所望の直線運動に変換するためには、シャフトにレバー部を適切な取り付け角度で接続する必要がある。従って、別工程で溶接する場合は、レバー部の取り付け角度をあらかじめ決定して溶接しなければならない。
このように、アクチュエータに組み付けたシャフトに対して角度調整を行ってからレバー部を接続することができないため、角度誤差による歩留まりが不可避的に悪化し、生産性が低くなる。【０００７】
なお、特許文献１のアクチュエータは、シャフトとレバー部をかしめで接続していると予想されるが、かしめでは十分な接合力が得られない可能性がある。
また、かしめの場合も、大掛かりな設備が必要であり、シャフト自体の剛性と荷重受け治具も必要となるため、アクチュエータの組み付け工程にインライン化することが困難である。
さらに、シャフトまたはレバー部に形成したキー溝でかしめの強度を上げることも考えられるが、レバー部の取り付け角度を考慮して正確にキー溝を形成しなければならず、アクチュエータに組み付けたシャフトに対して角度調整を行うことが不可能であるため、溶接の場合と同様に生産性が低い上、部品が高コスト化する。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な処理でシャフトとレバー部を強固に接続できる電動アクチュエータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る電動アクチュエータは、モータの回転を減速機構で減速してシャフトに伝達し、シャフトの一端に接続したレバー部を介して当該シャフトの回転を直線運動に変換して出力する電動アクチュエータにおいて、シャフトの一端には、その端面から軸方向に穿設した穴の奥側の内周面に雌ねじが形成されており、レバー部には、シャフトの一端を挿通する接続用穴が穿設されており、シャフトとレバー部は、頭部に向かって拡径するテーパ部を有した接続用ねじを、接続用穴に挿通したシャフトの一端の雌ねじに螺合し、テーパ部によりシャフトの一端を外径方向に押し広げた状態に塑性変形して接続される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、簡易な処理でシャフトとレバー部を強固に接続できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動アクチュエータを示す断面図である。
【図２】従来のシャフトとレバー部との接続態様を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る電動アクチュエータのシャフトを示す図である。
【図４】実施の形態１に係る電動アクチュエータのレバー部を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る電動アクチュエータの接続用ねじを示す図である。
【図６】実施の形態１に係る電動アクチュエータにおけるシャフトとレバー部との接続態様を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る電動アクチュエータのシャフトの別の態様を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る電動アクチュエータのシャフトのさらに別の態様を示す図である。
【図９】実施の形態１に係る電動アクチュエータのレバー部の別の態様を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係る電動アクチュエータのレバー部のさらに別の態様を示す図である。
【図１１】実施の形態１に係る電動アクチュエータの接続用ねじの別の態様を示す図である。
【図１２】実施の形態１に係る電動アクチュエータの接続用ねじのさらに別の態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動アクチュエータを示す断面図であり、モータを用いたギヤ減速機構付きのアクチュエータを示している。図１において、実施の形態１に係る電動アクチュエータ１は、モータ２と減速機構３を備えて構成される。モータ２の外部入出力コネクタ４に電圧を印加することで、固定子５に巻回されたコイル６に電流が流れ、複数の極に分極された固定子５がＮＳ磁化する。また、固定子８の外周面には、ＮＳ着磁されたマグネット７が設けられており、さらにベアリング９ａ，９ｂで固定子８の上下が回転自在に保持されている。
【００１３】
固定子５がＮＳ磁化されると、固定子５とマグネット７との電磁作用によって、回転子８が回転する。回転子８の回転は、回転子８の先端に一体に設けたピニオンギヤ１０から２段の平ギヤ１１ａ，１１ｂにより減速され、回転トルクを増大させてシャフト１２から出力トルクが取り出される。例えば、ＶＧ（Variable Geometvic）ターボアクチュエータの場合、出力トルクが最大２０Ｎｍ程度の高トルクになる。この出力トルクは、シャフト１２の先端に接続されたレバー部１３を介して直線推力に変換される。
【００１４】
図２は、従来のシャフトとレバー部との接続態様を示す図であり、図２（ａ）は、レバー部が接続されたシャフトを示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の矢印方向から見たシャフト、レバー部および連結ロットを示す平面図である。
図２（ａ）に示すように、シャフト１２’とレバー部１３は、シャフト１２’の先端をレバー部１３の孔部に挿通して接続される。また、図２（ｂ）に示すように、レバー部１３のもう一方の孔部には、連結ロット１４の一端が回動可能に保持される。これにより、図２（ｂ）中の破線の矢印で示したシャフト１２’の回転が、図２（ｂ）中の実線の矢印で示すように、レバー部１３を介して連結ロット１４で直線運動に変換される。この動作原理は、本発明に係るシャフト１２およびレバー部１３においても同様である。
【００１５】
連結ロット１４の直線推力は、ＶＧターボなどの機器を作動させるために使用される。
従来では、出力トルクに耐える接合力を得るために、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、シャフト１２’とレバー部１３とを溶接で接合するのが一般的であった。
このため、上述したように部品選定や設計上の自由度が損なわれ、アクチュエータ本体の製造にインライン化することが困難であった。
そこで、本発明では、接続用ねじをシャフト１２の先端部に螺合して、シャフト１２の先端を塑性変形させることで、シャフト１２にレバー部１３を接続する。これにより、簡易な処理でシャフト１２とレバー部１３を強固に接続することができる。以下、その詳細を説明する。
【００１６】
図３は、実施の形態１に係る電動アクチュエータのシャフトを示す図であり、シャフト１２の先端部の部分断面図である。図４は、実施の形態１に係る電動アクチュエータのレバー部を示す図である。また、図５は、実施の形態１に係る電動アクチュエータの接続用ねじを示す図である。図３に示すように、シャフト１２の先端には、雌ねじ穴１５と変形部１６が形成される。雌ねじ穴１５は、シャフト１２の軸方向に設けた雌ねじ穴である。また、レバー部１３の接続用穴１７に挿通させるシャフト１２の先端部が変形部１６となる。
【００１７】
図４（ａ）は、レバー部１３となる板状部材の側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中の矢印方向から見たレバー部１３の平面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、レバー部１３には、接続用穴１７と、連結ロット１４の一端を取り付ける穴が並んで形成されている。接続用穴１７は、シャフト１２の変形部１６を挿通させたとき、その外径に対して所定のクリアランスができる径で形成される。
このように、レバー部１３は、板状部材に穴を形成した簡単な構成であることから、プレス加工で形成することができ、生産性が高い。
【００１８】
接続用ねじ１８には、図５に示すように、シャフト１２の雌ねじ穴１５に螺合する雄ねじであるねじ部１９と、シャフト１２の変形部１６を塑性変形させるテーパ部２０が一体に形成される。なお、テーパ部２０の外周面は、ねじ頭に向かうにつれて徐々に径が大きくなるテーパ形状を有しており、ねじ頭の近傍の径は、シャフト１２の雌ねじ穴１５より大きくなる。
【００１９】
図６は、実施の形態１に係る電動アクチュエータにおけるシャフトとレバー部との接続態様を示す図である。実施の形態１に係る電動アクチュエータ１におけるシャフト１２とレバー部１３との接続は、まず、図６（ａ）に示すように、シャフト１２の変形部１６をレバー部１３の接続用穴１７に挿通する。この後、図６（ｂ）に示すように、接続用ねじ１８をシャフト１２の雌ねじ穴１５に螺合する（太線の矢印方向に接続用ねじ１８が移動する）。このとき、接続用ねじ１８による螺合が進行するにつれて、テーパ部２０の径が大きくなることから、テーパ部２０によって、変形部１６が外径方向に押し広がり接続用穴１７の内壁面を押圧した状態で塑性変形する（細線矢印を参照）。これにより、シャフト１２の変形部１６とレバー部１３の接続用穴１７が強固に接続される。
【００２０】
このように、本発明では、テーパ部２０を有する接続用ねじ１８で螺合してシャフト１２の変形部１６を外径方向に塑性変形させることにより、レバー部１３の接続用穴１７に接続する。螺合処理は、溶接の場合と異なって大掛かりな設備が不要であり、簡単な工具のみで行うことができる。
従って、容易にアクチュエータの製造工程にインライン化でき、また、アクチュエータに組み付けたシャフトに対して角度調整を行ってからレバー部を接続することが可能であるので、角度誤差による歩留まりが改善し、生産性が格段に向上する。
また、溶接のように鋼材の選定に制約がないため、材料選定の自由度も向上する。
さらに、熱による弊害も考慮する必要がないため、耐熱性の低い安価な部品を選定することが可能であり、また内部部品から溶接部分が離れるように設計する必要もなく、部品レイアウトなどの設計上の自由度も向上する。
【００２１】
図７は、実施の形態１に係る電動アクチュエータのシャフトの別の態様を示す図であって、シャフト１２の先端部の部分断面を示している。図７に示すシャフト１２は、変形部１６の壁面をねじ軸方向に切り込んだスリット２１を有する。接続用ねじ１８を螺合していくと、変形部１６は、スリット２１で分割された壁面の基部から外径方向に塑性変形する。このように変形部１６にスリット２１を設けることにより、変形部１６を塑性変形させるために必要なエネルギーが低減され、螺合の推力を、変形部１６がレバー部１３の接続用穴１７の内壁面を押圧する力に効率よく変換することができる。
【００２２】
図８は、実施の形態１に係る電動アクチュエータのシャフトのさらに別の態様を示す図であり、シャフト１２の先端部の部分断面を示している。図８の例では、シャフト１２の変形部１６Ａの外周面にローレット状の凹凸２２を形成している。接続用ねじ１８を螺合するトルクが同じで、かつ接続用穴１７の内壁面への押圧力が同じであっても、ローレット状の凹凸２２が接続用穴１７の内壁面に食い込んで、シャフト１２とレバー部１３とを強固に接続することができる。
【００２３】
図９は、実施の形態１に係る電動アクチュエータのレバー部の別の態様を示す図である。図９に示すレバー部１３Ａには、例えば八角形の接続用穴１７Ａが形成されている。
このように接続用穴１７Ａが多角形の穴であると、接続用ねじ１８を螺合するトルクが同じで、かつ接続用穴１７Ａの内壁面への押圧力が同じであっても、変形部１６の外周面が多角形の接続用穴１７Ａの内壁側の凹凸に食い込んで、シャフト１２とレバー部１３とを強固に接続することができる。
なお、図９では、接続用穴１７Ａを八角形の穴としたが、接続用穴１７Ａの内壁側に凹凸ができればよく、他の多角形であってもよい。
【００２４】
図１０は、実施の形態１に係る電動アクチュエータのレバー部のさらに別の態様を示す図である。図１０に示すレバー部１３Ｂには、楕円の接続用穴１７Ｂが形成されている。
このように接続用穴１７Ｂが楕円形の穴であると、接続用ねじ１８を螺合するトルクが同じで、かつ接続用穴１７Ｂの内壁面への押圧力が同じであっても、変形部１６の外周面が、接続用穴１７Ｂの短軸側の内壁に食い込んで、シャフト１２とレバー部１３を強固に接続することができる。
なお、図１０では、接続用穴１７Ｂを楕円の穴としたが、変形部１６を挿通した際に、接続用穴１７Ｂの内壁との距離が異なる部分ができれば楕円に限定されるものではない。
【００２５】
図１１は、実施の形態１に係る電動アクチュエータの接続用ねじの別の態様を示す図である。また、図１２は、実施の形態１に係る電動アクチュエータの接続用ねじのさらに別の態様を示す図である。上述の接続用ねじ１８では、工具でねじ締めするための頭頂面の構成について言及しなかったが、図１１に示す接続用ねじ１８Ａのように六角キー溝２３としてもよく、図１２に示す接続用ねじ１８Ｂのように頭頂面から突出した２面幅部２４を形成してもよい。六角キー溝２３は、六角レンチなど簡単な工具で接続処理が可能であり、２面幅部２４もレンチなどを使用して簡単にねじ締めが可能である。
【００２６】
なお、接続用ねじ１８の頭頂面の構成は、六角キー溝２３や２面幅部２４に限定されるものではない。例えば、すりわり、十字穴、プラスマイナス、三角形、四角形などのキー溝であってもよい。
【００２７】
以上のように、この実施の形態１によれば、シャフト１２の一端には、その端面から軸方向に穿設された穴の奥側の内周面に雌ねじが形成されており、レバー部１３には、シャフト１２の一端を挿通する接続用穴１７が穿設されており、シャフト１２とレバー部１３は、頭部に向かって拡径するテーパ部２０を有した接続用ねじ１８を、接続用穴１７に挿通したシャフト１２の一端の雌ねじに螺合し、テーパ部２０によりシャフト１２の一端を外径方向に押し広げた状態に塑性変形して接続される。
このように構成することにより、接続用ねじ１８をシャフト１２の一端に設けた雌ねじに螺合する簡易な処理で、シャフト１２とレバー部１３を強固に接続することができる。これにより、アクチュエータ製造ラインへのインライン化も容易となる。また、材料選定の自由度も向上する。さらに、内部部品に耐熱性が低い安価な材料を使用することが可能であり、部品レイアウトなどの設計自由度も格段に向上する。
【００２８】
また、この実施の形態１によれば、シャフト１２の一端が、その端面から雌ねじに至るまでの穴の壁面を軸方向に切ったスリット２１を有する。これにより、テーパ部２０が、スリット２１で分割された壁面の基部を塑性変形させるだけでよく、シャフト１２の一端を塑性変形させるために必要なエネルギーが格段に低減される。従って、螺合による推力を、テーパ部２０により押し広がったシャフト１２の一端が接続用穴１７の内壁面を押圧する力に効率よく変換することができる。
【００２９】
さらに、この実施の形態１によれば、シャフト１２の一端が、外周面にローレット状の凹凸２２を有するので、テーパ部２０により押し広がったシャフト１２の一端が接続用穴１７の内壁面を押圧する力が同一であっても、ローレット状の凹凸２２が接続用穴１７の内壁面に食い込んで、シャフト１２とレバー部１３を強固に接続することができる。
【００３０】
さらに、この実施の形態１によれば、レバー部１３の接続用穴１７Ａが多角形の穴であるので、テーパ部２０により押し広がったシャフト１２の一端が接続用穴１７Ａの内壁面を押圧する力が同一であっても、シャフト１２の一端が多角形の接続用穴１７Ａの内壁側の凹凸に食い込んで、シャフト１２とレバー部１３を強固に接続することができる。
【００３１】
さらに、この実施の形態１によれば、レバー部１３の接続用穴１７Ｂが楕円形の穴であるので、テーパ部２０により押し広がったシャフト１２の一端が接続用穴１７Ｂの内壁面を押圧する力が同一であっても、シャフト１２の一端が楕円形の接続用穴１７Ｂの短軸側の内壁に食い込んで、シャフト１２とレバー部１３を強固に接続することができる。
【００３２】
なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明に係る電動アクチュエータは、簡易な処理でシャフトとレバー部を強固に接続できるので、自動車の各種バルブの開閉駆動に使用される電動アクチュエータに好適である。
【符号の説明】
【００３４】
１  電動アクチュエータ、２  モータ、３  減速機構、４  外部入出力コネクタ、５  固定子、６  コイル、７  マグネット、８  固定子、９ａ，９ｂ  ベアリング、１０  ピニオンギヤ、１１ａ，１１ｂ  平ギヤ、１２，１２’  シャフト、１３  レバー部、１４  連結ロット、１５  雌ねじ穴、１６，１６Ａ  変形部、１７，１７Ａ，１７Ｂ  接続用穴、１８，１８Ａ，１８Ｂ  接続用ねじ、１９  ねじ部、２０  テーパ部、２１  スリット、２２  ローレット状の凹凸、２３  六角キー溝、２４  ２面幅部。
【図１】
0005414952.tif 000002
【図２】
0005414952.tif 000003
【図３】
0005414952.tif 000004
【図４】
0005414952.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005414952.tif 000008
【図８】
0005414952.tif 000009
【図９】
0005414952.tif 000010
【図１０】
0005414952.tif 000011
【図１１】
0005414952.tif 000012
【図１２】
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