JP2002039313A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直進往復動作させる出力軸によって、揺動動
作する被操作部材をも円滑に操作する。また、出力軸の
制御位置の確認を、最大まで短縮させることなく行う。 【解決手段】 モータ１２によって直進往復駆動する基
軸１４の端部に、基端側を中心として揺動するように出
力軸１６を連結機構１５を介して連結する。出力軸１６
に固定したプレートカップ４５と、出力軸１６を外部に
伸長するエンドキャップ４６との間に、出力軸１６を基
軸１４側に付勢する圧縮コイルばね４７を介在させる。
出力軸１６が予め設定された最大伸長位置まで伸長動作
したときに、プレートカップ４５がエンドキャップ４６
に当接してそれ以上の伸長動作を規制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータに
係り、詳しくは電動モータ等の駆動手段によって出力軸
を所定の直進方向に往復動作させることができるアクチ
ュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば駆動源である電動モータを
正逆回転させることによって出力軸をその軸線方向に往
復動作させるアクチュエータが知られている。このアク
チュエータは、例えば、そのハウジングに支持した送り
ナットを正逆回転駆動し、送りナットに螺合させた送り
ねじを直進往復動作させる。そして、送りねじに一体化
された出力軸を直進往復動作させることで、出力軸の先
端にピン接続した被操作部材を直進往復動作させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
アクチュエータを使用して、例えばリンク機構のレバー
のように揺動する被操作部材を往復動作させたい場合が
ある。しかしながら、出力軸を直進往復動作させるだけ
のアクチュエータでは、出力軸をレバー等の被操作部材
に直接ピン接続するだけで往復揺動動作させることがで
きなかった。

【０００４】また、このようなアクチュエータには、オ
ープンループで制御されるステッピングモータが使用さ
れることがある。この場合、出力軸の制御位置を確認す
るために、出力軸の短縮動作がストッパで規制される位
置まで出力軸を復動させていた。そして、この位置を基
準としてステッピングモータを正逆回転制御すること
で、出力軸の位置制御を行なっていた。しかしながら、
出力軸を最大限近くまで伸長させているときに出力軸の
制御位置を再確認しようとすると、出力軸を一旦最大限
まで復動させなければならず、制御位置の確認に時間が
かかる問題があった。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、その第１の目的は、直進往復動作
させる出力軸によって、揺動する操作部材をも円滑に操
作することができるアクチュエータを提供することにあ
る。

【０００６】また、第２の目的は、出力軸の制御位置の
確認を、出力軸を一旦最大限まで復動させることなく行
うことができるアクチュエータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、電動駆動手段と、前記電
動駆動手段によって直進往復駆動される基軸と、前記基
軸の端部に対し、基端側を中心として揺動可能に連結さ
れた出力軸とを備えるとともに、前記基軸が往動される
とき、該基軸の軸線方向における予め設定された最大伸
長位置で前記出力軸の伸長動作を規制する移動規制手段
が設けられていることを要旨とする。

【０００８】請求項１に記載の発明によれば、基軸の直
進往復動作に伴って、出力軸が被操作部材を往復操作す
るとともに、被操作部材の揺動動作に応じてその基端側
を中心として揺動する。従って、揺動動作する被操作部
材であっても、直進往復動作する出力軸によって円滑に
操作される。

【０００９】また、出力軸を伸長させるとき、予め設定
された最大伸長位置でそれ以上の伸長が規制される。そ
の結果、電動駆動手段をオープンループで制御するとき
に、出力軸を一旦最大限まで復動させることなく、出力
軸を伸長させたままの状態で制御位置の確認を行うこと
ができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記移動規制手段は、前記出力軸に固
定され、軸線と直交する当接面を備えた軸側係合部材
と、本体ケース側に固定され、前記基軸の軸線と直交す
る当接面を備えた本体側係合部材とからなり、前記軸側
係合部材の当接面と本体側係合部材の当接面とが前記出
力軸の全周で当接することで該出力軸の移動を規制する
ことを要旨とする。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加えて、出力軸の推力が大きくて
も、軸側係合部材の当接面、及び、本体側係合部材の当
接面が変形し難く、出力軸が伸長動作を規制される最大
伸長位置が当初の位置からずれ難い。その結果、出力軸
の推力が大きい場合であっても、長期間に渡って出力軸
を予め設定した最大伸長位置に正確に停止させることが
できる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記出力軸を前記基軸側に移動するよ
うに付勢する圧縮コイルばねを備え、前記軸側係合部材
は、前記圧縮コイルばねの軸側ばね座であり、前記本体
側係合部材は、該圧縮コイルばねの本体側ばね座である
ことを要旨とする。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明の作用に加えて、基軸を送る機構のがたを
解消したり、非通電時に出力軸を基軸側に後退させるた
めの圧縮コイルばねを設けたアクチュエータにおいて、
圧縮コイルばねを支持するための両部材を用いて実施で
きる。その結果、新たな部品を増やすことなく実施でき
る。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記軸側係合部材及び本体側係合部材
は、前記圧縮コイルばねが全圧縮していない状態で互い
に当接して前記出力軸の移動を規制することを要旨とす
る。

【００１５】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の作用に加えて、出力軸の移動が規制され
たときに、圧縮コイルばねから基軸側に大きな反力が加
わらない。その結果、出力軸を伸長動作させるときに電
動駆動手段側に過大な負荷が加わらないようにすること
ができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求
項４のいずれか一項に記載の発明において、前記電動駆
動手段は回転型モータであって、前記回転型モータの正
逆回転運動を、前記基軸の直進往復運動に変化する送り
ねじ機構を備え、前記前記移動規制手段は、前記送りね
じ機構が噛み合っている状態で前記出力軸の移動を規制
することを要旨とする。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加え
て、出力軸の伸長時に、送りねじ機構の噛み合いが外れ
ない。従って、出力軸を短縮動作させるときに、送りね
じ機構が噛み合っていない状態が発生しないので、電動
駆動手段の動作に対し出力軸の短縮動作が送れることが
ない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図３に従って説明する。図１に示すよう
に、アクチュエータ１０は、ボディ１１、電動駆動手段
及び回転型モータとしてのステッピングモータ（以下、
単にモータという）１２、基軸１４、連結機構１５、出
力軸１６等を備えている。

【００１９】モータ１２は永久磁石（ＰＭ）型であっ
て、そのモータケース１７はボディ１１に固定されてい
る。モータケース１７の内側には固定子を形成する励磁
コイル１８が設けられている。各励磁コイル１８には、
ボディ１１に固定された電気コネクタ１９を介して外部
から所定の励磁シーケンスで駆動電流が供給される。

【００２０】また、モータ１２は、軸体２３及び永久磁
石２４とからなる回転子を備えている。回転子は、モー
タケース１７に支持された軸受２１と、ボディ１１に設
けられた円柱状の第１凹部１１ａに支持された軸受２２
とによって回転可能に支持されている。軸体２３は両軸
受２１，２２に回転可能に支持され、円筒状の永久磁石
２４は軸体２３に外嵌されている。

【００２１】軸体２３は、その軸線方向に組み合された
内筒２５及び外筒２６からなる。内筒２５には雌ねじ孔
２７が形成され、外筒２６には前記永久磁石２４が外嵌
されている。外筒２６の周端（下端部の周端）には、螺
旋状に形成された係合部２６ａが設けられている。

【００２２】軸体２３及び永久磁石２４からなる回転子
は、軸受２２に当接する環状部材２９を介して圧縮コイ
ルばね２８によって軸受２１側に付勢されている。な
お、圧縮コイルばね２８は、第１凹部１１ａ内に設けら
れている。従って、圧縮コイルばね２８は、アクチュエ
ータ１０に対し外部から振動が加わっても、回転子を軸
線方向の所定位置に保持する。

【００２３】また、前記ボディ１１には、前記第１凹部
１１ａと反対側に略円柱状の第２凹部１１ｂが設けられ
ている。第２凹部１１ｂは、その軸線が第１凹部１１ａ
の軸線と一致するように設けられている。第１凹部１１
ａと第２凹部１１ｂとの間には貫通孔１１ｃが設けられ
ている。貫通孔１１ｃ内には四角枠状の軸受３０が設け
られている。

【００２４】前記基軸１４は、前記雌ねじ孔２７と軸受
３０とによって、その軸線回りに回転不能に、かつ、軸
線方向に変位可能に支持されている。基軸１４は、送り
ねじ部３２及び軸部３３とを備えている。送りねじ部３
２は、雌ねじ孔２７に螺合されている。板状に形成され
た軸部３３は、軸受３０によって軸線回りに回転不能に
かつ軸線方向に移動可能な状態で支持されている。従っ
て、基軸１４は、軸体２３が正転するときに往動、即
ち、下向きに移動し、反対に、軸体２３が逆転するとき
に復動、即ち、上向きに移動する。また、軸部３３の端
部（上端部の端部）には、係合部３３ａが設けられてい
る。本実施形態では、軸体２３及び送りねじ部３２が送
りねじ機構を構成する。

【００２５】前記外筒２６に設けられた係合部２６ａ
と、軸部３３に設けられた係合部３３ａとは、図３
（ａ），（ｂ）に示すように、送りねじ部３２が復動す
るとき、周方向に互いに係合して軸体２３の回転を規制
する。そして、軸体２３の回転を規制することで、基軸
１４のそれ以上の復動を規制する。

【００２６】前記出力軸１６は、その基端が基軸１４と
前記連結機構１５を介して連結されている。なお、連結
機構１５は、第２凹部１１ｂ内に配置されている。連結
機構１５は、出力軸１６をその基端側を中心として揺動
可能なように基軸１４に対して連結する。出力軸１６の
先端には、アクチュエータ１０が操作する被操作部材で
ある例えばリンク機構のレバーＬ等にピン接続される接
続部３７が設けられている。従って、出力軸１６は、基
軸１４の往動又は復動により、その基端側を中心として
揺動可能な状態で伸長動作又は短縮動作する。

【００２７】詳述すると、連結機構１５は所謂ボールジ
ョイントであって、図１，２に示すように、基軸１４の
軸部３３の端部に一体で設けられたボール部３８と、出
力軸１６の基端に固定されたマウント部３９と、固定用
ばね４０とからなる。

【００２８】マウント部３９は、円柱状の突起３６が螺
合された略円柱状の基部４１と、ボール部３８が係合す
る略ブロック状のボール係合部４２とからなる。ボール
係合部４２は、ボール部３８を係合するためのボール収
容部４３を備えている。ボール収容部４３は、その周面
の１つに設けられた開口部からボール収容部４３にボー
ル部３８を収容し、収容したボール部３８を出力軸１６
の軸線に対して全方位に回動可能に保持する。

【００２９】固定用ばね４０は「コ」字形状に形成され
た板ばねからなり、対をなす両翼部４０ａの端部に係合
部４０ｂ（図２に図示）がそれぞれ形成されている。固
定用ばね４０は、ボール係合部４２に対してボール収容
部４３が開口する周面側から組み付けられ、ボール係合
部４２を両翼部４０ａで弾性的に挟んだ状態で各係合部
４０ｂが反対側の周面に係止される。このとき、固定用
ばね４０は、ボール部３８に当接してボール収容部４３
内に保持する。

【００３０】そして、基軸１４と出力軸１６とは、ボー
ル部３８がボール収容部４３に係合することで連結され
ている。出力軸１６は、ボール部３８回りにマウント部
３９が全方位に相対回動可能であることで、図１に二点
鎖線で示すように、その基端側を中心として基軸１４の
軸線を含む全平面上で揺動可能な状態で基軸１４に対し
て連結されている。

【００３１】マウント部３９の基部４１には、軸側係合
部材及び軸側ばね座としてのプレートカップ４５が固定
されている。プレートカップ４５は、有底略円筒状の胴
部４５ａと、この胴部４５ａの周端に沿って外周側に設
けられた環状凹部４５ｂとを備えている。胴部４５ａ
は、その当接面としての底面４５ｃの中央に出力軸１６
を貫通させた状態で基部４１に外嵌されている。底面４
５ｃは、出力軸１６の軸線と直交するように形成されて
いる。

【００３２】一方、ボディ１１には、本体側係合部材及
び本体側ばね座としてのエンドキャップ４６が固定され
ている。エンドキャップ４６は、第２凹部１１ｂの開口
部を覆うように固定されている。エンドキャップ４６
は、略円錐状の外筒部４６ａと、この外筒部４６ａの端
部から折り返すように形成された略円錐状の内筒部４６
ｂとを備えている。外筒部４６ａは第２凹部１１ｂの周
端部に固定され、内筒部４６ｂには出力軸１６が挿通さ
れている。また、内筒部４６ｂには、基軸１４側に当接
面としての円環状の周端面４６ｃが設けられている。周
端面４６ｃは、基軸１４の軸線と直交する平面上に配置
されている。本実施形態では、プレートカップ４５及び
エンドキャップ４６が移動規制手段を構成する。

【００３３】プレートカップ４５及びエンドキャップ４
６は、基軸１４が往動するとき、底面４５ｃが周端面４
６ｃに対し出力軸１６の全周で当接して出力軸１６のそ
れ以上の伸長動作を規制する。この位置を、出力軸１６
が最大限まで伸長動作したときの最大伸長位置とする。

【００３４】プレートカップ４５の環状凹部４５ｂと、
エンドキャップ４６の外筒部４６ａ及び内筒部４６ｂと
の間には圧縮コイルばね４７が介在されている。圧縮コ
イルばね４７は、プレートカップ４５を介して基軸１４
を出力軸１６側と反対向きに付勢する。

【００３５】また、プレートカップ４５及びエンドキャ
ップ４６は、圧縮コイルばね４７を全圧縮させていない
状態で互いに当接して出力軸１６の伸長動作を最大伸長
位置で規制する。尚、このとき、基軸１４の送りねじ部
３２は、軸体２３の雌ねじ孔２７に噛み合っている。

【００３６】そして、モータ１２を正転駆動すると、軸
体２３が正転して基軸１４が往動する。すると、出力軸
１６は、被操作部材の動きに応じて直進又は揺動動作し
ながら伸長動作する。出力軸１６が図１に示す最大伸長
位置まで伸長すると、プレートカップ４５及びエンドキ
ャップ４６が当接して出力軸１６のそれ以上の伸長動作
を規制する。

【００３７】反対に、モータ１２を逆転駆動すると、軸
体２３が逆転して基軸１４が復動する。すると、出力軸
１６は、被操作部材の動きに応じて直進又は揺動動作し
ながら短縮動作する。基軸１４の復動に伴ない両係合部
２６ａ，３３ａが係合すると、出力軸１６が図２に示す
原位置に配置され、出力軸１６のそれ以上の短縮動作が
規制される。

【００３８】以上詳述した本実施形態によれば、以下に
記載する各効果を得ることができる。 （１） 本実施形態では、直進往復駆動される基軸１４
の端部に、出力軸１６をその基端側を中心として揺動可
能に連結した。従って、基軸１４の直進往復動作に伴っ
て、出力軸１６は、連結されているレバーＬ等の被操作
部材を往復操作するとともにレバーＬの揺動動作に応じ
て揺動する。その結果、揺動動作するレバーＬであって
も、直進往復動作する出力軸１６によって円滑に操作さ
れる。ゆえに、レバーＬから出力軸１６や基軸１４に曲
げモーメントが加わることがなく、基軸１４、軸体２
３、軸受３０等に無理な力が加わることがない。また、
従来の揺動しない出力軸によってレバーＬを揺動動作さ
せるときのように、接続部３７に長孔等の特殊な係合孔
を設ける必要がない。

【００３９】（２） 加えて本実施形態では、基軸１４
を往動させるときに、予め設定された最大伸長位置でプ
レートカップ４５及びエンドキャップ４６が当接して、
出力軸１６の伸長動作を規制するようにした。従って、
ステッピングモータ１２をオープンループで制御すると
きに、出力軸１６の制御位置の確認を出力軸１６を最大
伸長位置まで伸長動作させることで行うことができる。
その結果、出力軸１６の制御位置を確認するために、伸
長させている出力軸１６を一旦原位置まで復帰させる必
要がないので、制御位置の確認を速やかに行うことがで
きる。

【００４０】（３） 加えて本実施形態では、出力軸１
６を基軸１４側に付勢する圧縮コイルばね４７を支持す
るために設けたプレートカップ４５及びエンドキャップ
４６同士を当接させることで出力軸１６の伸長動作を最
大伸長位置で規制するようにした。従って、出力軸１６
の伸長動作を規制するための移動規制手段を構成する部
品を新たに設けないので、部品点数が増えることがな
い。

【００４１】（４） 加えて本実施形態では、出力軸１
６の伸長動作を最大伸長位置で規制するときに、出力軸
１６を基軸１４側に付勢している圧縮コイルばね４７が
全圧縮しないようにした。従って、出力軸１６の伸長動
作が最大伸長位置で規制されたときに、圧縮コイルばね
４７から基軸１４側に過大な付勢力が加わらない。その
結果、出力軸１６の伸長動作時に、モータ１２に過大な
負荷が加わらないようにすることができる。

【００４２】（５） 加えて本実施形態では、モータ１
２の正逆回転を基軸１４の直進往復動作に変換する軸体
２３の雌ねじ孔２７と、基軸１４の送りねじ部３２とが
噛み合っている状態で、出力軸１６の伸長動作を最大伸
長位置で規制する。従って、出力軸１６の伸長動作させ
るときに雌ねじ孔２７と送りねじ部３２との噛み合いが
外れることがない。その結果、出力軸１６を最大伸長位
置まで伸長させた状態から短縮動作させるときに、モー
タ１２の逆回転に遅れることなく出力軸１６が短縮動作
する。ゆえに、出力軸１６の制御を精度良く行うことが
できる。

【００４３】以下、上記実施形態以外の実施形態を列挙
する。 ・ 上記実施形態で、軸側係合部材及び本体側係合部材
は、圧縮コイルばね４７を支持するプレートカップ４５
及びエンドキャップ４６と別に設けた部材であってもよ
い。

【００４４】・ 上記実施形態で、電動駆動手段は、送
りねじ機構を必要とする回転型のモータ１２に限らず、
出力軸を直接リニア駆動するリニア型ステッピングモー
タであってもよい。

【００４５】

【発明の効果】請求項１〜請求項５に記載の発明によれ
ば、直進往復動作させる出力軸によって、揺動動作する
被操作部材をも円滑に操作することができる。また、出
力軸の制御位置の確認を、出力軸を一旦最大限まで短縮
させることなく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態のアクチュエータを示す概略断
面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ線要部概略断面図。

【図３】 （ａ），（ｂ）共に両係合部を示す軸部及び
基軸の要部拡大図。

【符号の説明】

１０…アクチュエータ、１２…電動駆動手段及び回転型
モータとしてのステッピングモータ、１４…基軸、１６
…出力軸、２３…送りねじ機構を構成する軸部、３２…
送りねじ機構を構成する送りねじ部、４５…移動規制手
段を構成する軸側係合部材及び軸側ばね座としてのプレ
ートカップ、４５ｃ…底面、４６…移動規制手段を構成
する本体側係合部材及び本体側ばね座としてのエンドキ
ャップ、４６ｃ…周端面、４７…圧縮コイルばね。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 一敏 静岡県湖西市梅田390番地 アスモ 株式 会社内 (72)発明者 岡田 直也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 Ｆターム(参考） 5H607 BB10 BB14 CC01 DD01 DD02 DD03 DD17 EE53 FF01 GG08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動駆動手段（１２）と、 前記電動駆動手段（１２）によって直進往復駆動される
   基軸（１４）と、 前記基軸（１４）の端部に対し、基端側を中心として揺
   動可能に連結された出力軸（１６）とを備えるととも
   に、 前記基軸（１４）が往動されるとき、該基軸（１４）の
   軸線方向における予め設定された最大伸長位置で前記出
   力軸（１６）の伸長を規制する移動規制手段（４５，４
   ６）を設けたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記移動規制手段は、前記出力軸（１
   ６）に固定され、軸線と直交する当接面（４５ｃ）を備
   えた軸側係合部材（４５）と、本体ケース（４６）側に
   設けられ、前記基軸（１４）の軸線と直交する当接面
   （４６ｃ）を備えた本体側係合部材（４６）とからな
   り、前記軸側係合部材（４５）の当接面（４５ｃ）と本
   体側係合部材（４６）の当接面（４６ｃ）とが前記出力
   軸（１６）の全周で当接することで該出力軸（１６）の
   伸長動作を規制することを特徴とする請求項１に記載の
   アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記出力軸（１６）を前記基軸（１４）
   側に移動するように付勢する圧縮コイルばね（４７）を
   備え、 前記軸側係合部材は、前記圧縮コイルばね（４７）の軸
   側ばね座（４５）であり、 前記本体側係合部材は、該圧縮コイルばね（４７）の本
   体側ばね座（４６）であることを特徴とする請求項２に
   記載のアクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記軸側係合部材（４５）及び本体側係
   合部材（４６）は、前記圧縮コイルばね（４７）が全圧
   縮していない状態で互いに当接して前記出力軸（１６）
   の移動を規制することを特徴とする請求項３に記載のア
   クチュエータ。
5. 【請求項５】 前記電動駆動手段は回転型モータ（１
   ２）であって、 前記回転型モータ（１２）の正逆回転運動を、前記基軸
   （１４）の直進往復運動に変化する送りねじ機構（２
   ３，３２）を備え、 前記前記移動規制手段は、前記送りねじ機構（２３，３
   ２）が噛み合っている状態で前記出力軸（１６）の移動
   を規制することを特徴とする請求項１〜請求項４のいず
   れか一項に記載のアクチュエータ。