特許 6553846 順送り変速歯車を備えたアクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6553846

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】順送り変速歯車を備えたアクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F16H 19/08 20060101AFI20190722BHJP

   B60K 11/04 20060101ALI20190722BHJP

   F16H 1/06 20060101ALI20190722BHJP

   F16H 35/02 20060101ALI20190722BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   F16H19/08

   B60K11/04 J

   F16H1/06

   F16H35/02 A

   H02K7/116

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-105298(P2014-105298)

(22)【出願日】2014年5月21日

(65)【公開番号】特開2015-17700(P2015-17700A)

(43)【公開日】2015年1月29日

【審査請求日】2017年3月21日

(31)【優先権主張番号】1309166.5

(32)【優先日】2013年5月21日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】502458039

【氏名又は名称】ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100196612

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 慎也

(72)【発明者】

【氏名】イヴァン ブルキ

【審査官】 藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２１５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４５１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０２０６１３２２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９５０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０４８６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７８０８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ １９／００−３７／１６

Ｂ６０Ｋ １１／０４

Ｆ１６Ｈ １／０６

Ｈ０２Ｋ ７／１１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のためのグリルシャッター組立体であって、
少なくとも１つのフレームと、
前記フレームに旋回可能に連結された少なくとも１つのルーバーのセットと、
モータ軸を有するモータ、
出力軸、及び前記グリルシャッター組立体のルーバーに連結するための該出力軸上に配置された連結部、を含む出力部、並びに
前記モータ軸を前記出力軸に連結する、歯車列、を備える
アクチュエータと、を備え、
前記アクチュエータの出力軸は、前記フレームに対する各ルーバーの傾斜角を調整するために前記少なくとも１つのルーバーのセットに連結され、
前記歯車列は、前記出力軸の作動角に応じて可変の歯車比を有し、
前記歯車列は、第１の順送り変速歯車及び第２の順送り変速歯車を備え、該第１の順送り変速歯車は、通常の平歯車と第１のねじれ歯車との組み合わせであり、該通常の平歯車は少なくとも１つの平歯車により前記モータ軸に連結され、該第２の順送り変速歯車は前記アクチュエータの前記出力軸に固定された第２のねじれ歯車を備え、該第２のねじれ歯車は前記第１のねじれ歯車とかみ合うものであり、
前記第１のねじれ歯車の外周は歯を備え、前記第２のねじれ歯車の外周は歯を備え、前記歯車比は該２つのねじれ歯車の相互作用により作り出され、前記歯車列は、前記少なくとも１つのルーバーのセットが完全に閉じた又はほぼ完全に閉じた位置においてそれに対応して最大の歯車比を有し、前記歯車列は、前記少なくとも１つのルーバーのセットが完全に開いた又はほぼ完全に開いた位置においてそれに対応して最小の歯車比を有する、
ことを特徴とするグリルシャッター組立体。

【請求項2】

前記第１のねじれ歯車及び前記第２のねじれ歯車は、対数ピッチ軌道を有する、請求項１に記載のグリルシャッター組立体。

【請求項3】

前記モータが不作動の場合に、前記出力軸を初期作動角に弾性的に戻すように構成された、戻りバネをさらに備える、請求項１又は２に記載のグリルシャッター組立体。

【請求項4】

前記戻りバネは、前記出力軸の周りに配置されたコイルバネであり、第１の端部が前記第２のねじれ歯車に固定され、第２の端部が前記出力軸の支持部に固定されている、請求項３に記載のグリルシャッター組立体。

【請求項5】

前記モータはステッピングモータであり、制御信号に応答して前記モータを制御するための制御回路を有するＰＣＢに接続され、該ＰＣＢは前記出力軸に平行である、請求項１から４のいずれかに一つ記載のグリルシャッター組立体。

【請求項6】

前記出力部は、２つの出力軸を備える、請求項１から５のいずれか一つに記載のグリルシャッター組立体。

【請求項7】

前記連結部は、出力軸又は各出力軸の端部に形成される非円形ソケットを備え、前記ルーバーの対応する作動軸の端部を受け止めるように構成され、各ルーバーのセットの回転は該対応する作動軸により調整される、請求項６に記載のグリルシャッター組立体。

【請求項8】

前記ソケットは、星形ソケットである、請求項７に記載のグリルシャッター組立体。

【請求項9】

２つのフレーム及び前記アクチュエータにより駆動される２つのルーバーのセットを備え、該２つのフレームは横並びで配置され、該アクチュエータは該２つのフレーム間に配置され、該アクチュエータは作動軸により各ルーバーのセットに連結される、請求項７に記載のグリルシャッター組立体。

【請求項10】

各作動軸は、前記出力軸の各端部において形成される前記ソケットに連結されることにより、前記アクチュエータの該出力軸に連結される、請求項９に記載のグリルシャッター組立体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はアクチュエータに関し、詳細には順送り変速歯車を有するグリルシャッター組立体（アセンブリ）のアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

ルーバー角、従って空気流を調整するための自動グリルシャッターは、自動車用エンジンの熱管理システムの一層重要な構成要素になっている。規制は電気機械アクチュエータによって好都合に達成される。アクチュエータは、一般に歯車列を介してグリルシャッターのルーバーを回転させて、ラジエータを冷却する空気流のための開口の大きさを変えるようになっている。

【0003】

ステッピングモータ式アクチュエータのオープンループ作動は、信頼性の高い従来技術である。しかしながら、電源異常の場合又は停止時の不正確なルーバー位置決めの何らかの状况に備えて、フェールセーフ機構（メカニズム）をグリルシャッターアクチュエータに統合する必要がある。例えば、戻りバネは、ルーバーを初期位置（必要に応じて開放位置又は閉鎖位置）に戻すことができる。この場合、作動時、常にアクチュエータは、車両が高速で走行する際の激しい空気流に起因する何らかの追加の力をバネ力に加えたものに対して動作する必要がある。通常、このことは、最大開放（又は閉鎖）位置で最大トルクを伝達するために、過寸法又は過出力の電磁モータを必要とする。また、このことは、電力消費量が大きくなることを意味し、効果的な環境に優しい又は「グリーン」システムに合致しない。

【0004】

従って、モータの出力が所望のアクチュエータの出力により密接に合致した、車両用グリルシャッターシステムのためのアクチュエータに対する要望がある。本発明は、この問題点を可変のトルク要求を補償する順送り変速歯車（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｇｅａｒ）によって解決する。

【0005】

順送り変速歯車又は可変歯車（ｖａｒｉａｂｌｅ ｇｅａｒ）は長い間知られている。順送り変速歯車の包括的な説明は米国特許第２，０６１，３２２号又は米国特許第８，１９６，４８７に開示されている。自動車用途の順送り変速歯車は、操舵システムに頻繁に見ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第２，０６１，３２２明細書

【特許文献2】米国特許第８，１９６，４８７号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

従って、１つの態様において、本発明はグリルシャッター組立体のためのアクチュエータを提供し、モータ軸（シャフト）を有するモータと、出力軸及びグリルシャッター組立体のルーバーに連結するための連結部を含む、出力部と、モータ軸を出力軸に連結する歯車列（ギアトレイン）と、を備え、歯車列は、出力軸の作動角に応じて可変の歯車比（ギア比）を有する。

【0008】

好ましくは、歯車列は、少なくとも１つの順送り変速歯車を備える。

【0009】

好ましくは、順送り変速歯車は、第１のねじれ歯車（スパイラルギアホイール）と、第１のねじれ歯車にかみ合う第２のねじれ歯車とを備える。

【0010】

好ましくは、第２のねじれ歯車は、出力軸に取り付けられる。

【0011】

好ましくは、第１のねじれ歯車は、少なくとも１つの平歯車（スパーギア）によってモータ軸に連結される。

【0012】

好ましくは、第１のねじれ歯車及び第２のねじれ歯車は対数ピッチ軌道を有する。

【0013】

好ましくは、モータが不作動の場合に、出力軸を初期作動角に弾性的に戻すように構成された戻りバネ（リターンスプリング）を備える。

【0014】

好ましくは、戻りバネは出力軸の周りに配置されたコイルバネであり、第１の端部が第２のねじれ歯車に固定され、第２の端部が出力軸の支持部に固定される。

【0015】

好ましくは、モータはステッピングモータであり、制御信号に応答してモータを制御するための制御回路を有するＰＣＢに接続される。

【0016】

好ましくは、出力部は、２つの出力軸を備える。

【0017】

好ましくは、連結部は、出力軸又は各出力軸の端部に形成される非円形ソケットを備え、ルーバーの対応する作動軸の端部を受け止めるように構成される。

【0018】

本発明により、負荷、つまりグリルシャッター、の作動要件により密接に追従する出力をもつグリルシャッターのためのアクチュエータの組み立てが可能になるので、本出願用により小型で効率のよいアクチュエータが可能になる。本発明の特定の実施形態では、オープンループ作動で利用することができる、フェールセーフアクチュエータの組み立てが可能になる。これにより、従来のアクチュエータに必要であったグリルシャッタールーバーの実位置を検出するセンサシステムが不要となり、複雑性及びコストを低減できる。

【0019】

本発明の好適な実施形態は、添付図面を参照してほんの一例として以下に説明される。図において、２つ以上の図に現れる同一の構造、要素、又は部分には、現れる図面すべてにおいて同じ参照番号が付される。図に示された部品及び形状の寸法は全て、説明を簡単にして明確に行うために選ばれており、必ずしも一定の比率で示されていない。図面は以下に記載する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】グリルシャッターアクチュエータが必要とする、典型的な線形増加するトルク−角度曲線を示す。

【図2】グリルシャッターアクチュエータが必要とする、典型的な作動角に対して対数増加するトルク−角度曲線を示す。

【図3】好適な実施形態による組み立てられたアクチュエータの図であり、カバーは取り外されている。

【図4】好適な実施形態のアクチュエータの歯車列構成を示す。

【図5】図３のアクチュエータを組み込んだ車両用グリルシャッター組立体を示し、ルーバーは閉鎖方向にある。

【図6】図５のグリルシャッター組立体であり、ルーバーは全開方向にある。

【図7】２つのルーバーセットを有する車両用グリルシャッター組立体の部分的な分解組立図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１及び２は、フェールセーフ作動のための一体型の戻りバネによる所要のグリルシャッターアクチュエータ出力トルクの例を示す。図１は、ルーバー又はアクチュエータの出力位置（作動角）と所要トルクとの間で直線関係を有するシステムに関するトルク−位置曲線を示す。図２は、同様のグラフであるがシステムは対数関係を有する。ほぼ一定の機械的摩擦オフセットに加えて、アクチュエータは、戻りバネによって作動角の増大に応じて大きくなるトルクに打ち勝つ必要がある。また、ルーバー上の空気圧によって、アクチュエータに加わる力は作動角に応じて変化する。

【0022】

図３は、好ましいアクチュエータを組み立てた形態で示し、内部が見えるようにカバーは取り外されている。アクチュエータ１０は、ステッピングモータ２０、出力部１８、及びモータを出力に連結する歯車列３０を収容する、蓋（図示せず）を備えたケーシング１２を有する。電気ソケット１４により、モータを作動させるための電力ライン及び信号ラインを接続することができる。また、信号ライン経由の命令に基づいてモータを制御するための電子機器に関するＰＣＢ１６（プリント回路基板）が設けられている。ＰＣＢは、エンジン管理コンピュータと通信するためのＬＩＮバス電子機器を含むことができる。

【0023】

歯車列３０は図４に明瞭に示されている。歯車列は、モータの軸２２をアクチュエータの出力部１８に連結する。好適な実施形態のモータはステッピングモータ２０であり、図４に示されており、ＰＣＢ１６に接続されている。好適な実施形態において、アクチュエータの出力部１８は、軸５０であり、差込口、すなわちルーバーの角度を変更するためのグリルシャッター機構の作動軸の端部を収容する星形ソケット５２、を有している。

【0024】

歯車列３０は、モータ軸２２に取り付けられた歯２４にかみ合う第１の平歯車３２、第１の平歯車にかみ合う第２の平歯車３４、第１の順送り変速歯車３６、及び第２の順送り変速歯車３８、を備える。第１の順送り変速歯車は、普通の（レギュラー）平歯車４０を第１のねじれ歯車４２と組み合わせたものである。平歯車４０は、第２の平歯車３４とかみ合い、第１のねじれ歯車４２は、第２の順送り変速歯車３８とかみ合う。第２の順送り変速歯車は、アクチュエータの出力軸に取り付けられた第２のねじれ歯車４４を備える。第２のねじれ歯車４４は、第１のねじれ歯車４２にかみ合う。

【0025】

戻りバネ５４は、好ましくは第２のねじれ歯車４４を介して出力軸５０に取り付けられ、モータがオフとなった場合に出力軸を定位置又は初期作動角に戻すようになっており、歯車列を介してモータをバックドライブする。戻りバネ５４は、出力軸５０の周りに配置された、らせんバネ又はコイルバネとして示されており、一端は第２のねじれ歯車４４を通る軸に固定され、他端はケーシング１２に固定される。従って、使用時、出力軸が定位置から移動するとバネは巻き上げられて（又は、巻き上げ解除されて）、出力軸が定位置に戻るように付勢する弾性復元力を生成する。モータ２０は、この復元力に抗して出力軸を駆動する必要がある。また、モータは、出力軸を外力に抗して所望の作動角に駆動又は保持する必要があり、例えばこの外力は、特に車両が高速道路運転等の高速で移動する場合の空気圧によってルーバーに加わる力である。

【0026】

順送り変速歯車比は、２つのねじれ歯車の相互作用でもたらされる。好ましくは、ねじれ歯車４２、４４は、ピッチ線が対数うずまき軌道を辿る対数歯車である。順送り変速歯車比では、様々な作動角でアクチュエータの最大出力トルクが変わる。これにより、モータは物理的に小型となり、高いトルク要求領域では高い歯車比によって所望の最大トルク出力を可能とするが、低いトルク要求領域では低い歯車比に起因して速い応答時間を可能とする。従って、アクチュエータの出力トルクは、負荷要求に、より厳密に一致し、モータは大部分の作動角で過出力となることはなく、特定の作動角でのトルク要求を満たすようになっている。

【0027】

順送り変速歯車は、角度の関数として半径が変わり、可変トルク及び可変接線速度を伝達する少なくとも１つの歯車を備えることができる。歯車が固定軸を有する歯車列を構成するために、１つの好都合な構成では、以下の条件を満たす２つの対数うずまき歯車を備える。

【0028】

・２つの歯車軸の間の距離が一定である。
・１つの全周期の間に歯車が連続的に接触する。
・半径がホイール角、ｒ（φ）＝ａ・ｅｘｐ（ｋ・φ）に対して対数的に大きくなる。
・入力ホイール角と出力ホイール角との比率が対数的である（トルクに関しても当てはまる）。

【0029】

ねじれ歯車パラメータの適切な大きさにより可変トルクの補償が可能になる。順送り変速歯車を用いることで、モータサイズを著しく小さくすることができ（低価格及び軽量化）、平均電力消費量を低減することができる。

【0030】

図５及び６は、図３のアクチュエータ１０を組み込んだ典型的なグリルシャッター組立体６０の概略図である。グリルシャッター組立体は、フレーム６２及びフレームに枢動自在に結合した複数のルーバー６４を有する。図５において、ルーバーは閉鎖方向にありフレームを通る空気流を阻止するようになっており、図６において、ルーバーは全開方向にあり最大空気流を可能にするようになっている。図６から分かるように、ルーバーはクロスバー６６で連結されているのでルーバーの方向は揃っておりルーバーは一体となって移動する。アクチュエータ１０は、作動軸によって中央ルーバーに結合され、ルーバーの方向を制御するようになっている。

【0031】

図７は、単一のアクチュエータによって駆動される２つのルーバーセットを有するグリルシャッター組立体の部分的な分解組立図である。それぞれのルーバー６４のセットを枢動自在に支持する２つのフレーム６２が存在する。各フレームは横並びに配置され、アクチュエータはこれらの間に配置され、一方のフレームに直接取り付けられるか又は別個に取り付けられる。アクチュエータ１０は、作動軸６８によってルーバーの各セットに連結される。各作動軸６８は、出力軸５０の各端部に形成されたソケット５２に連結することで、アクチュエータの出力軸５０に連結される。好ましくは、ソケットの形状及び作動軸の端部の形状は相補的で、特に星形であり、連結は単に挿入することで行うことができる。

【0032】

使用時、ルーバーは、エンジン区画、特にエンジン冷却水ラジエータ及び空調システムの凝縮器等の１つ又はそれ以上の熱交換器につながる空気流路に配置される。ルーバーにより、必要な場合に空気が熱交換器に流れること、及び冷却空気が必要でない場合に空気流を阻止することができる。一般的に、冷却空気の所要量は高速道路の運転中は大幅に減少し、このモードではルーバーを閉じることで空気取り入れ口を閉鎖して車両のエアロダイナミックスを改善するので、燃費が著しく改善される。車両の低温時に空気取り入れ口を閉じると、エンジンの暖気時間、つまり通常の運転温度に達するまでの時間が著しく短くなる。また、これによりエンジンが通常の運転温度でより効率的かつ清浄に作動するので、燃料消費量及び汚染量が低減する。

【0033】

本発明の説明及び請求項において、動詞「備える」、「含む」、「包含する」、及び「有する」、及びそれらの派生語は、記述されたアイテムが存在することを特定するために総括的な意味で使用されており、追加的なアイテムの存在を排除するものではない。

【0034】

本発明は、１つ又はそれ以上の好ましい実施形態を参照して説明されているが、当業者は、様々な改良が可能であることを認識できるであろう。したがって、本発明の範囲は、請求項によって決定されるべきものである。

【0035】

例えば、アクチュエータはハウジングを有するように説明されているが、モータ、歯車列、及び出力軸は、フレーム等のグリルシャッター組立体の構造部品に直接固定すること又は構造部品で支持することができる。

【符号の説明】

【0036】

１０ アクチュエータ
１２ ケーシング
１４ 電気ソケット
１６ ＰＣＢ（プリント回路基板）
１８ 出力部
２０ ステッピングモータ
２２ モータ軸（シャフト）
２４ 歯
３０ 歯車列（ギアトレイン）
３２ 第１の平歯車（スパーギア）
３４ 第２の平歯車（スパーギア）
３６ 第１の順送り変速歯車（プログレッシブギア）
３８ 第２の順送り変速歯車（プログレッシブギア）
４０ 平歯車
４２ 第１のねじれ歯車（スパイラルギアホイール）
４４ 第２のねじれ歯車（スパイラルギアホイール）
５０ 軸（シャフト）
５２ ソケット
５４ 戻りバネ（リターンスプリング）
６０ グリルシャッター組立体（アセンブリ）
６２ フレーム
６４ ルーバー
６６ クロスバー
６８ 作動軸（シャフト）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】