JP2009100610A - 直動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ユニットの幅を小さくすることを可能にして、直動アクチュエータのより一層の小型化を図るだけでなく、可動板の中心を最終段ギアの中心よりずらして、ロスを少なくして最弱引張力地点での力を直進往復運動に変換する。
【解決手段】本発明は、モータと、そのモータシャフトに結合した減速機構部と、該減速機構部の最終段ギアの回転を直進往復運動に変換する直進往復運動機構部とを有する。最終段ギアは、その回転中心から偏位させて設けたピンを有する。直進往復運動機構部は、スリットを設けて、該スリット内をピンが移動可能に構成した可動板からなる。スリットは、モータシャフト軸とは直交する方向に配置して、その長さ方向中心位置を、モータシャフト軸と平行な最終段ギア中心を通るライン上に位置させ、可動板の往復運動軸を、モータシャフトから離れる方向に、最終段ギア中心を通るラインからオフセットさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転を直進往復運動に変換して出力して、例えば、自動車電装用途としてシートロック簡易解除装置などに使用することのできる直動アクチュエータに関する。

図５は、従来の直動アクチュエータの構成を示す図である（特許文献１参照）。図示の直動アクチュエータは、フレーム内の取付板にモータを取付け、そのモータシャフトにウォームギアを設け、それに噛み合うウォームホイールで減速する。ウォームホイールにはロコモーション動作により直進往復動可能な構成を設ける。即ち、ウォームホイールに設けたガイド部に長溝を形成し、ウォームホイールの回転に応じて、ウォームホイールに備えた固定板に設けたピンが長溝内を摺動する。このとき、ガイド部に接続したロッドが、フレームに設けたロッドガイドに支承されて、直進往復運動する。

このように、図示の直動アクチュエータは、ギア減速機構をウォームタイプとしたことによる減速比の改善により、ユニットの小型化を達成している。しかしながら、ウォームギアとウォームホイールとの配置と直進往復運動を行う軸（即ちモータシャフトとロッド）が直交しているために、無駄な空間が出来てしまうことになる。仮に、ロッドとモータシャフトを平行に配置したとしても、ユニット幅（直進往復運動方向と直交する方向のユニットの長さ）は、ウォームホイール外径にモータ半径が加わった長さとなるので、小型化の観点からは不利となってしまう。
特開平４−２９５２４９号公報

本発明は、係る問題点を解決して、ユニットの幅を小さくすることを可能にして、直動アクチュエータのより一層の小型化を図るだけでなく、可動板（ロッドに相当）の中心を最終段ギアの中心よりずらして、ロスを少なくして最弱引張力地点での力を直進往復運動に変換することを目的としている。

本発明の直動アクチュエータは、モータと、そのモータシャフトに結合した減速機構部と、該減速機構部の最終段ギアの回転を直進往復運動に変換する直進往復運動機構部とを有する。最終段ギアは、その回転中心から偏位させて設けたピンを有する。直進往復運動機構部は、所定の幅及び長さを有するスリットを設けて、該スリット内をピンが移動可能に構成した可動板からなる。前記可動板の往復運動軸を、最終段ギア中心を通るラインからオフセットさせる。

減速機構部は、モータシャフトに固定されたウォームギアと、該ウォームギアに噛み合うように配置されたウォームホイールを有し、かつ、可動板は、その往復運動軸を幅方向の中心とする別のスリットを有し、このスリット内に、前記ウォームホイールの回転軸を逃がす構造とし、ウォームホイールの回転軸と同一軸線上に具備されたヘリカルギアを設け、該ヘリカルギアに最終段ギアが噛み合うように配置する。負荷を取り付けるための出力部材取付部が、可動板の往復運動軸と一致させて、該可動板の端部に設けられる。最終段ギアに設けたピンは、その外周にスリーブを有している。

可動部の位置を検出する位置検出機構を設け、その検出位置に応じてモータの回転数或いは回転トルクを変化させる。この位置検出機構は、最終段ギアの回転位置を検出する。

本発明によれば、ウォームホイール回転中心軸を、最終段ギア中心を通るラインからオフセットさせた位置に配置し、軸が可動板のスリットを貫通できる構造をとっていることにより、最弱引張力地点での力をロスが少なく直進往復運動に変換できる。また、最終段ギアに対してウォームホイール径を小さくとることを可能にして、これによって、ユニットの幅を小さく取ることができる。

以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明を具体化する直動アクチュエータの全体構成を示す上面図である。但し、フレーム蓋は取り除いた状態で示している。図２は、図１に示した直動アクチュエータの断面図である。直動アクチュエータは、モータと、減速機構部と、可動板からなる直進往復運動機構部から構成される。これら構成は、フレーム（例えば、樹脂製）内に固定され、その上面には、フレーム蓋（例えば、樹脂製）が被せられる。モータ自体は、通常の、例えば直流駆動の整流子モータを用いることができる。図示のモータはフレームに設けた凹所内に固定されて、モータハウジングの一方の側面中央からは、モータシャフトが、モータ出力軸としてモータ外部に伸び、このモータシャフトに減速機構部が結合される。

減速機構部は、モータシャフトに圧入等により固定されたウォームギアと、ウォームホイール（ヘリカルギアＡ）と、ヘリカルギアＢと、最終段ギアとしてのヘリカルギアＣとで構成される。ウォームホイール（ヘリカルギアＡ）は、ウォームギアに噛み合うように配置されている。ヘリカルギアＡの中央には、フレームに支持された回転軸が、ヘリカルギアを回転可能に支持している。これによって、モータより得られたモータシャフト周りの回転力を、ウォームギア及びヘリカルギアＡによって、それとは直交する回転軸周りの回転に変更し、かつ減速を与える（図示の構成例は61：1の減速）。次に、図示の例においては、ヘリカルギアＡに伝達された回転力は、それと同じ回転軸周りに固定されているヘリカルギアＢ、及びこのヘリカルギアＢに噛み合うヘリカルギアＣによって、減速をする（図示の構成例は3.133：1の減速であり、全体の減速比は191：1となる）。

次に、ヘリカルギアＣによる回転力は、ヘリカルギアＣの中心からは偏位した位置においてヘリカルギアＣに固定されたピンを介し、直進往復運動機構を構成する可動板の直進往復運動に変換する。この直進往復運動方向は、モータシャフト軸と平行な方向である。可動板は、全体的には直角に折れ曲がったＬ字状に構成されて、その各辺内にそれぞれ細長い第１及び第２スリット（長孔）が互いに直交する方向に配置されている。

第１スリットは、その長さ方向を、モータシャフト軸とは直交する方向に配置し、かつその長さ方向中心位置を、モータシャフト軸と平行な最終段ギア中心を通るライン上に位置させる。第１スリット内には、ヘリカルギアＣに設けたピンを、移動可能に配置する。ピン外周には、それに対して摺動回転可能のスリーブを付加し、ピンが第１スリット内を動く際に回転することにより摩擦力低減を行う。可動板の往復運動軸を、モータシャフトから離れる方向に、最終段ギア中心を通るラインからオフセットさせる（「オフセット距離Ａ」として図示）。このように、可動板の中心（往復運動軸）をずらせる（オフセットさせる）ことにより、ユニットの幅を小さくすることが可能になるだけでなく、詳細は後述するように、最弱引張力地点での力をロスが少なく直進往復運動に変換することが可能となる。

第２スリットは、可動板の往復運動軸を幅方向の中心として、その長さ方向を、モータシャフト軸方向に配置する。この第２スリットは、ヘリカルギアＡとヘリカルギアＢに共通に設けた回転軸を逃がすために設けられている。なお、可動板のガイド機能として、フレーム或いはフレーム蓋に溝を設けて、この溝内に可動板を挿入し、往復運動は可能にしつつその両側から規制している。また、第２スリットは、モータシャフト直交方向の可動板の位置決め及び可動板の追加のガイドとして機能する。

結果として、第２スリットもまた、第１スリットの長さ方向中央（それ故、ヘリカルギアＣの中心）から離れる方向にオフセットし、かつ、そのオフセット方向は、モータシャフトから離れる方向（図中の下方向）である。このスリット間のオフセット距離Ａは、ヘリカルギアＡ、Ｂの回転中心と、ヘリカルギアＣの回転中心とのオフセット距離に一致する。

このように構成したことにより、可動板に設けられた第１スリット内をピンが動くことにより、モータの回転は、可動板の直進往復運動に変換される。往復運動する可動板の先端には、往復運動軸と一致させて、出力部材（ワイヤ或いは棒材）（図示省略）を取り付けるための出力部材取付部を有している。出力部材（図示省略）の他端は、外部負荷、例えば、シートロック簡易解除装置に結合されて、それを引っ張る方向、或いは押す方向に駆動する。

図３は、可動板中心位置（及びそれに一致する第２スリット位置）をヘリカルギアＣ（最終段ギア）の回転中心よりずらしたことによる作用を説明する図である。このずらした距離は、図中に「オフセット距離Ａ」として表示している。図示の直動アクチュエータは、ヘリカルギアＡ，Ｂ共通の回転軸（それ故、第２スリット）をこのずらした軸線上に配置し、回転軸が第２スリットを貫通できる構造をとっている。このように、中心をずらしたことにより、最弱引張力地点での力をロスが少なく直進往復運動に変換することが可能となる。

ヘリカルギアＣに設けたピン位置として、図３（Ａ）において、始点／終点、中間地点、及び最大可動位置の３カ所を図示している。ヘリカルギアＣが、始点位置から時計回りに１回転する場合、図３（Ｂ）に示すように、始点位置から最大可動位置まで可動板を引っ張る方向に駆動し、かつ、最大可動位置から終点位置まで押し出す方向に駆動することになる。このとき、引張力は、図３（Ｂ）に示すような特性となり中間地点での力が最小となる。

図３（Ａ）に見られるように、図示の構成は、引っ張り駆動中の中間地点にあるときのピン位置に対して、第２スリット位置（可動板中心）を、シャフト直交方向に近づけた構成となっている。可動板中心（往復運動方向軸）からシャフト直交方向に大きく離れた位置で引っ張り駆動した際には、駆動力は、往復運動方向だけでなく回転方向にも分散され効率が悪くなるが、図示の構成のように、最小引張力となる中間地点にあるピン位置に、シャフト直交方向に、可動板中心を近づけることにより、引っ張り駆動力の中間地点での低下を防ぐことが可能となる。但し、ピンが最大可動位置を過ぎて、押し出し力が作用しているときの中間地点では、ピン位置が可動板中心からより一層離れて、ロスがより一層大きくなって押し出し駆動力がさらに低下することになるが、通常、この種直動アクチュエータは、最大可動位置或いはその直前で、例えば、シートロック解除装置のような負荷を作動させた後は、無負荷で終点位置に戻ることになるので、押し出し駆動力の低下は問題とならない。むしろ、押し出し駆動力はより一層低下させることが必要であり、そのための構成を、図４を参照して後述する。

図４は、図１に示した直動アクチュエータを駆動するための回路構成を例示する図である。直流電源＋端子からは、スイッチＳＷ或いは摺動接点機構を介して、モータを通って−端子に電流が供給される。この摺動接点機構は、直動アクチュエータの可動部の移動位置を、ヘリカルギアＣの回転位置として検出するためのものである。摺動接点機構は、検出した最大可動位置で、モータ電源供給回路に直列に抵抗を入れることによりモータの駆動トルク（回転数）を低下させることができる。

摺動接点機構は、図２に見られるように、絶縁性フレーム上に所定パターンを有するように配置された導電部材と、この導電部材に摺動接触する接点（ブラシ）と、抵抗とから構成される。この導電部材は、ヘリカルギアＣの下方に、それと同心に固定されている。接点は、回転中心からは偏位した位置において、回転するヘリカルギアＣの裏面側に固定されていて、ヘリカルギアＣが1回転する際、導電部材の上を接触しながら1回転する。

導電部材による導電パターンは、図４に例示している。図示の導電部材は、内周側（領域Ｃ）と外周側に電気的に分離（絶縁）すると共に、外周側は、その中央位置（最大可動位置）でも左右に領域Ａと領域Ｂに電気的に分離（絶縁）されている。さらに、領域Ａ，Ｂ，Ｃはいずれも、始点／終点位置で、ブラシ摺動部からの導出部を有して、その先端にはそれぞれ配線の一端が接続されている。接点は、Ｃ領域に摺動接触する内周側ブラシと、Ａ領域或いはＢ領域に摺動接触する外周側ブラシを一体に連結した構成を有している。

ここでスイッチＳＷは本ユニットの外に配置し、このスイッチのON/OFFは人の動作（手動）により行う。図４に示した接点位置が、始点／終点位置である。このとき、接点の内周側ブラシ及び外周側ブラシのいずれもが、Ｃ領域の上にあって、外周側のＡ領域との間の接続は遮断されている。スイッチＳＷをオンさせると、＋端子から電流がモータを通って−端子に流れて、モータが回転する。モータが回転すると、ヘリカルギアＣの回転と共に移動する接点は、Ｃ領域とＡ領域を短絡して、この接点を通るモータへの給電回路が形成される。これによって、スイッチを離してオフさせても、モータは摺動接点機構を介して給電するので、モータ回転は継続する。そして、最大可動位置に到達すると、外周側ブラシはＡ領域からＢ領域に移動して、モータ給電回路に直列に抵抗を挿入することになる。図示したように、外周側ブラシを長さの異なる２本構成としたことにより、外周側ブラシが最大可動位置の絶縁分離帯を通過するときでも、いずれかのブラシが導電部材上に位置するので、モータへの電源が遮断されることはない。そして、図示の始点／終点位置に戻って、Ｂ領域とＣ領域の間の電気的接続はオフとなりモータは停止する。

このように、図示の構成は、直動アクチュエータが最大可動位置或いはその直前で、負荷を駆動した後は、モータ給電回路に直列に抵抗を入れることによりモータの回転数或いは駆動トルクを低下させることができる。

本発明を具体化する直動アクチュエータの全体構成を示す上面図である。 図１に示した直動アクチュエータの断面図である。 可動板中心位置をヘリカルギアＣ（最終段ギア）の回転中心よりずらしたことによる作用を説明する図である。 図１に示した直動アクチュエータを駆動するための回路構成を例示する図である。 従来の直動アクチュエータの構成を示す図である。

Claims (7)

1. モータと、そのモータシャフトに結合した減速機構部と、該減速機構部の最終段ギアの回転を直進往復運動に変換する直進往復運動機構部とを有する直動アクチュエータにおいて、
   前記最終段ギアは、その回転中心から偏位させて設けたピンを有し、
   前記直進往復運動機構部は、所定の幅及び長さを有するスリットを設けて、該スリット内を前記ピンが移動可能に構成した可動板からなり、
   前記可動板の往復運動軸を、前記最終段ギア中心を通るラインからオフセットさせた、
   ことから成る直動アクチュエータ。
2. 前記減速機構部は、モータシャフトに固定されたウォームギアと、該ウォームギアに噛み合うように配置されたウォームホイールを有し、かつ、前記可動板は、その往復運動軸を幅方向の中心とする別のスリットを、前記ウォームホイールの回転軸を逃がす構造とした請求項１に記載の直動アクチュエータ。
3. 前記ウォームホイールの回転軸に同一軸線上に具備されたヘリカルギアを設け、該ヘリカルギアに前記最終段ギアが噛み合うように配置した請求項２に記載の直動アクチュエータ。
4. 負荷を取り付けるための出力部材取付部が、前記可動板の往復運動軸
   と一致させて、該可動板の端部に設けられる請求項３に記載の直動アクチュエータ。
5. 前記最終段ギアに設けたピンは、その外周にスリーブを有している請求項３に記載の直動アクチュエータ。
6. 可動部の位置を検出する位置検出機構を設け、その検出位置に応じてモータの回転数或いは回転トルクを変化させる請求項３に記載の直動アクチュエータ。
7. 前記位置検出機構は、前記最終段ギアの回転位置を検出する請求項６に記載の直動アクチュエータ。
   

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