JP2007218577A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で可動部材を直線駆動および回転駆動可能なアクチュエータを提供すること。
【解決手段】ルーバ装置１において、ルーバ支持部材２１を長手方向に駆動する際、ルーバ支持部材２１に形成された長穴２１１、およびこの長穴２１１内に嵌る支軸２１３がガイド機構として機能し、ルーバ支持部材２１の先端側を揺動させる際、支軸２１３が回転中心軸として機能する。それ故、簡素な構成で、ルーバ支持部材２１を直動および回転させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、可動部材を直動および回転させるアクチュエータに関するものである。

エアコンや温風暖房器などの吹き出し口には、長手方向の複数箇所でルーバ支持部材に支持された状態にルーバが配置され、かかるルーバについては、ステッピングモータおよび回転軸により回転駆動してその向きを切り換えるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−４３０２４号公報

しかしながら、エアコンなどでは、部屋全体に冷風や温風が均一に行き渡ることが望まれているが、ルーバの回転だけではこのような要求に対応できないという問題点がある。また、ルーバを略全閉状態あるいは略全開状態にしようとすると、ルーバがエアコン本体と干渉するため、狭い角度範囲でしかルーバを回転させることができないという問題点もある。

そこで、ルーバ装置に対して、ルーバを支持するルーバ支持部材をルーバとともに直動および回転させるアクチュエータを搭載することが考えられる。但し、ルーバ装置に搭載可能なアクチュエータは、安価でかつ小型であることが求められることから、簡素な構成を有するものしか搭載できないが、従来のアクチュエータはかかる要求に対応することができないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、簡素な構成で可動部材を直線駆動および回転駆動可能なアクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、可動部材を直動させる直線駆動機構と、前記可動部材の直動方向と直交する軸線周りに当該可動部材を回転させる回転駆動機構とを有するアクチュエータにおいて、前記可動部材には、前記直線駆動機構による直動方向に延びた長穴が形成され、当該長穴内には支軸が嵌っており、前記回転駆動機構は、前記支軸周りに前記可動部材を回転させることを特徴とする。

本発明において、可動部材には直動方向に延びた長穴が形成され、この長穴内には支軸が嵌っている。このため、支軸は、可動部材が直動する際にはガイド機構として機能し、かつ、可動部材が回転するときの回転中心軸として機能する。このため、簡素な構成で可動部材の直線駆動および回転駆動を行うことができる。

本発明において、前記直線駆動機構による前記可動部材の直動動作と、前記回転駆動機構による前記可動部材の回転動作は、例えば、少なくとも一定期間、同時に行われる。このように構成すると、可動部材に対して複雑な軌跡を設定することができる。

本発明において、前記直線駆動機構は、モータの回転を前記可動部材の直動に変換するラック−ピニオン機構を備え、前記可動部材において前記長穴と対向して延びた外周縁に前記ラック−ピニオン機構のラック部が形成されていることが好ましい。このように構成すると、可動部材において長穴とラック部とをラックの直動方向で重なる位置に配置できるので、可動部材を小型化でき、アクチュエータの小型化を図ることができる。

本発明において、前記回転駆動機構および前記直線駆動機構は各々、駆動源としての回転駆動用モータおよび直線駆動用モータを備え、前記回転駆動用モータと前記直線駆動用モータは、出力軸同士が平行かつ逆向きに延び、かつ、当該出力軸が延びている方向と直交する方向でモータ本体同士が隣接配置されていることが好ましい。このように構成すると、モータを配置するスペースが狭くてよいので、アクチュエータの小型化を図ることができる。

本発明において、前記回転駆動機構および前記直線駆動機構は、共通のモータを駆動源としている構成を採用することが好ましい。このように構成すると、アクチュエータの小型化および低コスト化を図ることができる。

本発明のアクチュエータでは、可動部材に対して直動方向に延びた長穴が形成され、この長穴内には支軸が嵌っている。このため、支軸は、可動部材が直動する際にはガイド機構として機能し、かつ、可動部材が回転するときの回転中心軸として機能する。それ故、簡素な構成で可動部材の直線駆動および回転駆動を行うことができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したルーバ装置を説明する。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１および図２は、本発明の実施の形態１に係るルーバ装置の斜視図、および平面図である。

図１および図２において、本形態のルーバ装置１は、所定の幅寸法をもって延びた板状のルーバ２と、このルーバ２を長手方向の一方側で支持するルーバ支持部材２１（第１のルーバ支持部材／可動部材）と、ルーバ２を長手方向の他方側で支持するルーバ支持部材２２（第２のルーバ支持部材）とを有している。ルーバ支持部材２１、２２は、風の通路を遮らないようにルーバ２の長手方向と直交する板状であり、各々の先端部は、ルーバ２の上面で起立する連結板３１、３２をルーバ支持軸４１、４２を介して回転可能に支持している。

２つのルーバ支持部材２１、２２のいずれにも、その基端側には、ルーバ支持部材２１、２２の長手方向に延びた長穴２１１、２２１が形成されている、また、ルーバ支持部材２１の長手方向の略中央には、ルーバ支持部材２１の長手方向に延びた長穴２１２が形成されている。

（ルーバ駆動機構の構成）
図３は、本発明を適用したルーバ装置の一方側端部に位置するルーバ支持部材周辺を抜き出して示す平面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用したルーバ装置を矢印Ｂで示す方向からみたときの説明図、および矢印Ａで示す方向からみたときの説明図である。

本形態のルーバ装置１には、図１〜図４を参照して以下に説明するように、ルーバ支持部材２１の側方にモータケース５１が形成されており、このモータケース５１に固定された支軸２１３およびガイドピン２１４は、ルーバ支持部材２１の長穴２１１、２１２に各々嵌っている。また、ルーバ支持部材２２の長穴２２１には、エアコン本体に支持される支軸２２３が嵌っている。

本形態では、支軸２１３、２２３をエアコン本体（図示せず）に支持させると、エアコン本体に両端部が固定されている円弧状の公転扇ギア９１がルーバ支持部材２１の側方に位置する。また、モータケース５１内には、後述する歯車６３が搭載されており、この歯車６３が公転扇ギア９１の円弧部に形成された外歯に噛み合う。従って、ルーバ装置１はエアコン本体に保持された状態となる。

本形態のルーバ装置１には、以下に説明する第１のルーバ駆動機構６（回転駆動機構）、および第２のルーバ駆動機構７（直線駆動機構）を備えたアクチュエータが構成されているとともに、第３のルーバ駆動機構８（自転機構）が構成されている。

まず、第１のルーバ駆動機構６は、支軸２１３、２２３を通る第１の軸線（図示せず）周りにルーバ２を公転させるためのものである。より具体的には、第１のルーバ駆動機構６は、ルーバ支持部材２１の側方に配置されたモータケース５１内に固定された第１のステッピングモータ６０（回転駆動用モータ）と、この第１のステッピングモータ６０の出力軸６２に固着された歯車６３とを有しており、この歯車６３が公転扇ギア９１に噛み合っている。ここで、公転扇ギア９１の外歯が形成されている円弧面は、支軸２１３、２２３を通る第１の軸線上に円弧の中心が位置している。第１のステッピングモータ６０において、出力軸６２は、モータ本体６１から、ルーバ２の長手方向のうち、ルーバ支持部材２１に対してルーバ支持部材２２が位置する方向に突出している。

このように構成した第１のルーバ駆動機構６において、第１のステッピングモータ６０が作動すると、ルーバ支持部材２１の側では、第１のステッピングモータ６０の回転が歯車６３に伝達される結果、歯車６３が公転扇ギア９１の円弧面に沿って上下動するので、ルーバ支持部材２１の先端側が支軸２１３を中心に揺動する。その際、モータケース５１全体が支軸２１３を中心に揺動する。また、ルーバ支持部材２１、２２は、ルーバ２によって連結しているので、ルーバ支持部材２２は、ルーバ支持部材２１の側での動作に追従して支軸２２３を中心に揺動する。このようにして、ルーバ２は、支軸２１３、２２３を通る軸線（第１の軸線）周りに双方向に公転する。

第２のルーバ駆動機構７は、ルーバ２をその長手方向と直交する方向（ルーバ支持部材２１、２２の長手方向）に沿って前進あるいは後退させるためのものである。より具体的には、第２のルーバ駆動機構７は、ルーバ支持部材２１の側方に配置されたモータケース５１内に固定された第２のステッピングモータ７０（直線駆動用モータ）と、この第２のステッピングモータ７０の出力軸７２に固着された歯車７３と、この歯車７３に噛み合う歯車７４と、ルーバ支持部材２１の外周縁に形成されたラック部２１５とを備えており、歯車７４とラック部２１５とによって、ラック−ピニオン機構が構成されている。ここで、ラック部２１５は、ルーバ支持部材２１の外周縁のうち、ルーバ支持部材２１の長手方向（直動方向）において長穴２１１と重なる領域で長穴２１１と平行に延びた上側の側縁部に形成され、歯車７４と支軸２１３とは、ルーバ支持部材２１の上辺部分を介して対向している。

第２のステッピングモータ７０において、出力軸７２は、第１のステッピングモータ６０とは反対に、モータ本体７１から、ルーバ支持部材２１に対してルーバ支持部材２２が位置する側とは反対方向に突出している。また、第１のステッピングモータ６０と第２のステッピングモータ７０では、モータ本体６１、７１同士がルーバ２の長手方向と直交する方向で隣接配置されている。従って、第１のステッピングモータ６０および第２のステッピングモータ７１は、出力軸６２、７２同士が平行かつ逆向きに延び、かつ、出力軸６２、７２が延びている方向と直交する方向でモータ本体６１、７１同士が隣接配置されている。

第３のルーバ駆動機構８は、ルーバ支持部材２１、２２上におけるルーバ支持位置（ルーバ支持軸４１、４２の位置）を通る第２の軸線（図示せず）周りにルーバ２を自転させるためのものである。より具体的には、第３のルーバ駆動機構８は、ルーバ支持部材２２の側方に固定されたモータケース５１内に配置された第３のステッピングモータ８０と、複数のアイドラー歯車８２、８３、８４、８５を備えた輪列８６とを有している。ここで、輪列８６の最終段のアイドラー歯車８５は、ルーバ支持軸４１周りに回転可能であり、かつ、連結板３１に固定されている。

このため、第３のステッピングモータ８０が作動すると、ルーバ支持部材２２の側において、第３のステッピングモータ８０の回転が輪列８６を介して連結板３１に伝達される結果、ルーバ２は、ルーバ支持軸４１、４２を通る第２の軸線周りに双方向に回転する。

ここで、第１のルーバ駆動機構６、第２のルーバ駆動機構７、および第３のルーバ駆動機構８は各々が独立して制御される。このため、第１のルーバ駆動機構６および第２のルーバ駆動機構７を所定のタイミングで動作させて、ルーバ支持部材２１に直動動作と回転動作とを少なくとも一定期間、同時に行わせれば、ルーバ支持部材２１、２２、ルーバ支持軸４１、４２、およびルーバ２に直動動作を行なわせながら回転動作を行なわせることもできる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のルーバ装置１では、第１のルーバ駆動機構６と第２のルーバ駆動機構７によって、ルーバ２を支持するルーバ支持部材２１、２２の先端側を揺動させるとともに、ルーバ支持部材２１、２２を長手方向に直線駆動するため、エアコンなどにおいて、部屋全体に冷風や温風が均一に行き渡ることができる。また、ルーバ２をエアコン本体などから離間させることができるので、第３のルーバ駆動機構８によってルーバ２を略全閉状態あるいは略全開状態にしようとした際でもルーバ２がエアコン本体と干渉することがない。このため、広い角度範囲にわたってルーバ２を回転させることができる。

また、このような駆動を行うにあたって、本形態では、ルーバ保持部材２１には直動方向に延びた長穴２１１が形成され、この長穴２１１内には支軸２１３が嵌っている。このため、支軸２１３は、ルーバ支持部材２１が直動する際にはガイド機構として機能し、かつ、ルーバ支持部材２１が回転するときの回転中心軸として機能する。このため、簡素な構成でルーバ支持部材２１の直線駆動および回転駆動を行うことができる。

また、ラック部２１５は、ルーバ支持部材２１の外周縁のうち、ルーバ支持部材２１の長手方向において長穴２１１と重なる領域で長穴２１１と平行に延びた側縁部に形成されているため、ルーバ支持部材２１の長さ寸法を圧縮できる。

さらに、第１および第２のルーバ駆動機構６、７において、第１のステッピングモータ６０は、出力軸６２がモータ本体６１から、ルーバ２の長手方向のうち、ルーバ支持部材２１に対してルーバ支持部材２２が位置する方向に突出しているのに対して、第２のステッピングモータ７０は、出力軸７２がモータ本体７１から、ルーバ支持部材２１に対してルーバ支持部材２２が位置する側とは反対方向に突出している。このため、第１のステッピングモータ６０と第２のステッピングモータ７０では、モータ本体６１、７１同士がルーバ２の長手方向と直交する方向で隣接配置することができ、ルーバ２の長手方向において２つのステッピングモータ６０、７０が占める空間を縮小できる。

［実施の形態２］
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るルーバ装置に構成したルーバ駆動機構を図２の矢印Ｂで示す方向からみたときの説明図、および矢印Ａで示す方向からみたときの説明図である。なお、本形態のルーバ装置の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、ルーバ駆動機構の構成のみを説明する。

本形態のルーバ装置１でも、実施の形態１と同様、所定の幅寸法をもって延びた板状のルーバを支持する複数のルーバ支持部材を有しており、図５（ａ）、（ｂ）には、複数枚のルーバ支持部材のうち、最も端部に配置されたルーバ支持部材２１（可動部材）のみを図示してある。本形態でも、ルーバ支持部材２１は、風の通路を遮らないようにルーバ２の長手方向と直交する板状であり、先端部には、ルーバ２に連結されたルーバ支持軸４１を備えている。

また、本形態でも、ルーバ支持部材２１の基端側には、ルーバ支持部材２１の長手方向に延びた長穴２１１が形成されているとともに、ルーバ支持部材２１の長手方向の略中央には、ルーバ支持部材２１の長手方向に延びた長穴２１２が形成されている。

また、ルーバ支持部材２１の側方にはモータケース５１が形成されており、このモータケース５１に固定された支軸２１３およびガイドピン２１４は、ルーバ支持部材２１の長穴２１１、２１２に各々嵌っている。

本形態でも、ルーバ装置をエアコン本体（図示せず）に取り付ける際に、支軸２１３をエアコン本体に支持させる。その結果、エアコン本体に両端部が固定されている円弧状の公転扇ギア９１がルーバ支持部材２１の上方に位置する。また、モータケース５１内には、後述する歯車１６４が搭載されており、この歯車１６４が公転扇ギア９１の円弧部に形成された内歯に噛み合う。従って、ルーバ装置１はエアコン本体に保持された状態となる。

本形態のルーバ装置１には、以下に説明する第１のルーバ駆動機構６（回転駆動機構）および第２のルーバ駆動機構７（直線駆動機構）を備えたアクチュエータが搭載されているとともに、第３のルーバ駆動機構８（自転機構）が構成されている。

まず、第１のルーバ駆動機構６は、支軸２１３を通る第１の軸線（図示せず）周りにルーバ２を公転させるためのものである。より具体的には、第１のルーバ駆動機構６は、モータケース５１内に固定された第１のステッピングモータ１６０と、この第１のステッピングモータ１６０の出力軸に固着された歯車１６１と、この歯車に噛み合う歯車１６２と、この歯車１６２に噛み合う歯車１６３と、および歯車１６３に噛み合う歯車１６４とを有しており、この歯車１６４が公転扇ギア９１に噛み合っている。ここで、公転扇ギア９１の内歯が形成されている円弧面は、支軸２１３を通る第１の軸線上に円弧の中心が位置している。

従って、第１のルーバ駆動機構６において、第１のステッピングモータ１６０が作動すると、ルーバ支持部材２１の側では、第１のステッピングモータ１６０の回転が歯車１６４に伝達される結果、歯車１６４が公転扇ギア９１の円弧面に沿って上下動するので、ルーバ支持部材２１の先端側が支軸２１３を中心に揺動する。この際、モータケース５１全体が支軸２１３を中心に揺動するので、ルーバ２は、支軸２１３を通る軸線（第１の軸線）周りに双方向に公転する。

第２のルーバ駆動機構７は、ルーバ２をその長手方向と直交する方向（ルーバ支持部材２１の長手方向）に沿って前進あるいは後退させるためのものである。ここで、第２のルーバ駆動機構７は、第１のルーバ駆動機構６と同様、第１のステッピングモータ１６０を駆動源とする。より具体的には、第２のルーバ駆動機構７は、第１のステッピングモータ１６０の回転が伝達される歯車１６４と噛み合う歯車１７１と、この歯車１７１と一体の斜歯歯車１７２と、この斜歯歯車１７２と噛み合う斜歯歯車１７３を備えたカム付き回転軸１７４と、このカム付き回転軸１７４の外周面に形成されたカム溝１７５に嵌るキャリッジ１７６とを有しており、このキャリッジ１７６は、ルーバ支持部材２１に連結されている。

従って、第２のルーバ駆動機構７においては、第１のステッピングモータ１６０が作動した際、その回転は、カム付き回転軸１７４に伝達される結果、ルーバ支持部材２１は、支軸２１３を中心に揺動しながら、ルーバ支持部材２１の長手方向に前進あるいは後退する。それ故、ルーバ２は、前進あるいは後退することになる。

第３のルーバ駆動機構８は、ルーバ支持部材２１上におけるルーバ支持位置（ルーバ支持軸４１の位置）を通る第２の軸線（図示せず）周りにルーバ２を自転させるためのものである。より具体的には、第３のルーバ駆動機構８は、モータケース５１内に配置された第２のステッピングモータ１８０と、この第２のステッピングモータ１８０の出力軸に固定されたウォーム歯車１８１と、このウォーム歯車１８１と噛み合うウォームホイール１８２とを有しており、このウォームホイール１８２は、ルーバ支持軸４１と固着されている。このため、第２のステッピングモータ１８０が作動すると、ルーバ２は、ルーバ支持軸４１を通る第２の軸線周りに双方向に回転する。

ここで、第１のルーバ駆動機構６および第２のルーバ駆動機構７と、第３のルーバ駆動機構８とは各々が独立して制御され、かつ、第２のルーバ駆動機構７が動作するタイミングは、カム付き回転軸１７４に形成されたカムによって任意に設定できる。このため、ルーバ支持部材２１の先端部でルーバ２を支持するルーバ支持軸４１に直線駆動および回転駆動を行なわせることができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のルーバ装置１では、第１のルーバ駆動機構６と第２のルーバ駆動機構７によって、ルーバ２を支持するルーバ支持部材２１、２２の先端側を揺動させるとともに、ルーバ支持部材２１、２２を長手方向に直線駆動するため、エアコンなどにおいて、部屋全体に冷風や温風が均一に行き渡ることができる。また、ルーバ２をエアコン本体などから離間させることができるので、第３のルーバ駆動機構８によってルーバ２を略全閉状態あるいは略全開状態にしようとした際でもルーバ２がエアコン本体と干渉することがない。

また、このような駆動を行うにあたって、本形態では、ルーバ保持部材２１には直動方向に延びた長穴２１１が形成され、この長穴２１１内には支軸２１３が嵌っている。このため、支軸２１３は、ルーバ支持部材２１が直動する際にはガイド機構として機能し、かつ、ルーバ支持部材２１が回転するときの回転中心軸として機能する。このため、簡素な構成でルーバ支持部材２１の直線駆動および回転駆動を行うことができる。

さらに、本形態では、第１のルーバ駆動機構６と第２のルーバ駆動機構７とは、駆動源（第１のステッピングモータ１６０）が共通であるため、構成の簡素化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るルーバ装置の斜視図である。 図１に示すルーバ装置の平面図である。 図１に示すルーバ装置の一方側端部に位置するルーバ支持部材周辺を抜き出して示す平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１に示す装置を図２の矢印Ｂで示す方向からみたときの説明図、および矢印Ａで示す方向からみたときの説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るルーバ装置に用いたルーバ駆動機構を図２の矢印Ｂで示す方向からみたときの説明図、および矢印Ａで示す方向からみたときの説明図である。

符号の説明

１ ルーバ装置
２ ルーバ
６ 第１のルーバ駆動機構（回転駆動機構）
７ 第２のルーバ駆動機構（直線駆動機構）
８ 第３のルーバ駆動機構（自転機構）
２１ ルーバ支持部材（可動部材）
６０ 第１のステッピングモータ（回転駆動用モータ）
７０ 第２のステッピングモータ（直線駆動用モータ）
８０ 第３のステッピングモータ（自転用モータ）
１６０ 第１のステッピングモータ（回転・直線駆動用モータ）
１８０ 第２のステッピングモータ（自転用モータ）
２１１、２１２ 長穴
２１３、２２３ 支軸

Claims (5)

1. 可動部材を直動させる直線駆動機構と、前記可動部材の直動方向と直交する軸線周りに当該可動部材を回転させる回転駆動機構とを有するアクチュエータにおいて、
   前記可動部材には、前記直線駆動機構による直動方向に延びた長穴が形成され、
   当該長穴内には支軸が嵌っており、
   前記回転駆動機構は、前記支軸周りに前記可動部材を回転させることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記直線駆動機構による前記可動部材の直動動作と、前記回転駆動機構による前記可動部材の回転動作は、少なくとも一定期間、同時に行われ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. 前記直線駆動機構は、モータの回転を前記可動部材の直動に変換するラック−ピニオン機構を備え、
   前記可動部材において前記長穴と対向して延びた外周縁に前記ラック−ピニオン機構のラック部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記回転駆動機構および前記直線駆動機構は各々、駆動源としての回転駆動用モータおよび直線駆動用モータを備え、
   前記回転駆動用モータと前記直線駆動用モータは、出力軸同士が平行かつ逆向きに延び、かつ、当該出力軸が延びている方向と直交する方向でモータ本体同士が隣接配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記回転駆動機構および前記直線駆動機構は、共通のモータを駆動源としていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のアクチュエータ。

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