JP2009225609A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】過酷な環境下でも動作不良を抑制し、高い信頼性を確保できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】カバー部材１０１Ｂをハウジング本体１０１Ａに組み付けることにより、モータ１０２の端子１０２ｂ、１０２ｂが、絶縁用の樹脂にモールド成形され固定された連結部材１０１ｘ、１０１ｘに接続され、連結部材１０１ｘ、１０１ｘ及び端子１０２ｂ、１０２ｂを介してモータ１０２に外部から通電可能となっているので、リード線を用いる必要がなく、カバー部材１０１によって熱や振動から保護されており、大きな振動を受けた場合でも揺動等を回避することが出来る振動に強い構成を提供でき、更に燃料や海水等がハウジング１０１の内部に侵入することを有効に抑制できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、特に船舶などに使用されると好適な電動式のアクチュエータに関する。

内燃機関でスクリューを駆動する比較的小型の船舶においては、前進方向へのスクリューの回転と、後進方向へのスクリューの回転との切換は、操作者により操作されたレバーに接続されたワイヤを介して前後進切り換え機構のドグクラッチを切り換えて、前進用ギヤ或いは後進用ギヤに係合させることで行っている。しかるに、近年においては、省力化のため電動にてドグクラッチの切換を行えないかという要請がある。このような船舶向けのアクチュエータとしては、特許文献１に示すものがある。
米国特許公開第６１０１８８９号明細書

ところで、特許文献１に示すアクチュエータにおいては、駆動用モータ自体が外部に剥き出しにされており、更に駆動用モータへの電気取入部に、リード線（ハーネス）を用いている。しかるに、このようなアクチュエータを、例えば船外機内のエンジン部に近い部分に取付けた場合、過酷な温度条件や振動によりリード線（ハーネス）が揺動断線して、アクチェータ内部の作動不良を招く恐れがある。この対策としては、アクチェータ自体を、振動を伝え難い材料で固定したり、より熱や振動の少ない場所へ配置することも考えられるが、それによりコスト高を招いたり、或いは駆動力を伝達するために長いリンク部材などを必要とするため、構成の大型化を招き、ガタの増大による位置制御精度の低下を招く恐れがある。

加えて、船外機内にアクチェータを設置する場合には、ガソリンなどの溶剤系や海水などの液没の可能性を想定しなくてはならないが、アクチュエータが液没した場合には、リード線の被覆内を通してモータ内やアクチェータ内にガソリンや海水等が入りこみ、部品を溶かしたり腐食させたりする恐れがある。かかる不具合を回避するために、リード線にテフロン等の高価材を使用したり２重シール構造を取ったりすることもできるが、それによりコスト高を招き、組込作業性も悪化させるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、過酷な環境下でも動作不良を抑制し、高い信頼性を確保できるアクチュエータを提供することを目的とする。

船舶の前後進切り換え機構を動作させるために被駆動部材を駆動するアクチュエータにおいて、
ハウジング本体と、導電性の連結部材をモールド成形したカバー部材とを含むハウジングと、
前記ハウジング本体に取り付けられ、回転軸と導電性の端子とを有する電動モータと、
前記回転軸から回転力を伝達されることにより、前記被駆動部材を駆動する駆動機構と、を有し、
前記カバー部材を前記ハウジングに取り付けることにより、前記連結部材は前記端子に接続され、前記連結部材及び前記端子を介して外部から前記モータに通電されるようになっていることを特徴とする。

本発明によれば、前記カバー部材を前記ハウジングに取り付けることにより、前記連結部材は前記端子に接続され、前記連結部材及び前記端子を介して外部から前記モータに通電されるようになっているので、前記モータにリード線等を直づけした場合に生じうる熱や振動による破断を回避することが出来、更に燃料や海水等が侵入することを有効に抑制できる。

前記駆動モータは、前記ハウジング内に密封配置されていると、過酷な熱等を受けた場合、或いは燃料や海水に液没した場合でも、前記駆動モータを保護することができる。このため、シール性が低い安価な汎用モータを用いることができる。

前記連結部材は、前記ハウジングに固定される樹脂製のカバー部材にモールド成形されており、前記カバー部材を前記ハウジングに取り付けることにより、前記連結部材は前記端子に接続されるようになっていると、耐熱性、耐振動性に優れると共に、前記連結部材と前記端子との確実な取り付けを行え、しかも作業性が向上するので好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかるアクチュエータを用いる船外機の概略図である。図２は、本実施の形態のアクチュエータの断面図である。

図１において、船外機２は、船体１に固定されるケーシング２ａと、その上部に取り付けられたカウリング２ｂとを有している。カウリング２ｂの内部には、出力軸３をケーシング２ａに延在させてなるエンジン（不図示）が搭載されている。出力軸３の下端には、傘歯車３ａが取り付けられている。

ケーシング２ａの下部には、プロペラ軸４が水平に配置され、回転可能に支持されている。プロペラ軸４の図で右端側は、ケーシング２ａから外部へ突出しており、その端部にプロペラ５が取り付けられている。

プロペラ軸４は、傘歯車３ａに噛合する前進用傘歯車６と後進用傘歯車７とを貫通しており、また傘歯車６，７の間にドグクラッチ８を配置している。プロペラ軸４に対して、ドグクラッチ８は軸線方向に相対移動可能であるが一体的に回転するようになっており、また傘歯車６，７は相対回転可能となっている。図示していないが、ドグクラッチ８は、軸線方向両方向に向いた突起を有しており、図で左方に移動することで突起が傘歯車６の凹部と係合し、ドグクラッチ８と傘歯車６とが一体で回転する。一方、図で右方に移動することで突起が傘歯車７の凹部と係合し、ドグクラッチ８と傘歯車７とが一体で回転する。

ドグクラッチ８は、カム軸９により軸線方向に駆動されるようになっている。カム軸９は、操作軸１０の回転に応じて軸線方向に変位するように連結されている。操作軸１０は、リンク部材１１を介して、カウリング２ｂの下部に配置されたアクチュエータ１００の移動軸１１７に連結されている。ドグクラッチ８、カム軸９、操作軸１０が前後進切り換え機構を構成する。

図２において、円筒状のハウジング１０１は、アルミ製のハウジング本体１０１Ａと、その端面に対してボルトＢにより組み付けられた樹脂製のカバー部材１０１Ｂと、モータブラケット１０１Ｃ（ハウジング本体１０１Ａに組み付けられてその一部となる）とからなる。

図３は、図２の構成をIII-III矢視方向に見た図であり、図４は、図２の構成をIV-IV矢視方向に見た図であり、図５、６は、カバー部材１０１Ｂの斜視図であるが、図６において連結部材１０１ｘ、１０１ｗはカバー部材１０１Ｂと別体で示されている。図７は、モータ１０２の斜視図である。

図３，５，６において、カバー部材１０１Ｂは、カバー本体１０１ｚと、カバー本体１０１ｚから側方に突出した連結部１０１ｙと、カバー部材１０１Ｂにモールド成形されカバー本体１０１ｚから連結部１０１ｙまで延在した金属（真鍮）製の一対の連結部材１０１ｘ、１０１ｘとを有する。モールド成形された状態で、カバー部材１０１Ｂの樹脂素材により、連結部材１０１ｘ、１０１ｘは互いに絶縁されている。

連結部材１０１ｘ、１０１ｘは、図６に示すように互いに鏡像の関係で折れ曲がった形状を有し、カバー本体１０１ｚの内側で露出した端部１０１ｗ、１０１ｗは、薄い角筒状に巻かれており、モータ１０２の端子１０２ｂ、１０２ｂをそれぞれ受ける形状となっている。一方、連結部材１０１ｘ、１０１ｘの他方の端部１０１ｖ、１０１ｖは、連結部１０１ｙの筒部１０１ｕの底から外方に向かって突出している。他方の端部１０１ｖ、１０１ｖは、コネクタＣＮ（図２で点線で図示）を筒部１０１ｕに接続したときに、コネクタＣＮ内の雌端子に接続して、それにつながる配線Ｈ（図１）に対して電気的導通を実現するようになっている。尚、カバー本体１０１ｚの内部には、後述するギヤ１０３，１０５，１０６に対向して、それぞれ逃げ部１０１ｒ、１０１ｓ、１０１ｔが形成されている。又、カバー本体１０１ｚの周縁に沿って、周溝１０１ｑが形成されている。

図７に示すように、モータ１０２は、一方の端面から、回転軸１０２ａを挟んで２つの金属製の端子１０２ｂ、１０２ｂを、樹脂で絶縁された状態で軸線に平行に突出させている。端子１０２ｂ、１０２ｂもモールド成形されていると好ましい。図４に示すように、モータ１０２のフランジ１０２ｆをモータブラケット１０１Ｃを介してハウジング本体１０１Ａに取り付けた時、回転軸１０２ａと端子１０２ｂ、１０２ｂは、カバー部材１０１Ｂ側に突出するようになっている。

本実施の形態によれば、ハウジング本体１０１Ａにカバー部材１０１Ｂを組み付けると、カバー部材１０１Ｂにモールド成形された連結部材１０１ｘ、１０１ｘの他方の端部１０１ｗ、１０１ｗが、モータ１０２の端子１０２ｂ、１０２ｂを受容し、それにより電気的導通を実現するようになっている。

カバー部材１０１Ｂの周溝１０１ｑには、シール部材１２０（Ｏ−リング等）が収容されており、ハウジング本体１０１Ａの突き当て面を対向させて、不図示のボルトで固定したとき、両部材間をシールするようになっている。ハウジング本体１０１Ａの内部には、モータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂとが形成されている。モータ室１０１ａ内には、モータ１０２が配置されている。モータ１０２は、板状のモータブラケット１０１Ｃに固定されており、モータブラケット１０１Ｃは、後述する玉軸受１１４の外輪をハウジング本体１０１Ａとの間に挟み込み、且つハウジング本体１０１Ａのモータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂをふさぐようにして取り付けられている。

電動のモータ１０２の回転軸１０２ａは、モータブラケット１０１Ｃから突出しており、その端部には金属製の第１ギヤ１０３が圧入により相対回転不能に取り付けられている。モータブラケット１０１Ｃに植設された長軸１０４の周囲には、樹脂製の第２ギヤ１０５が回転自在に配置され、これは第１ギヤ１０３及び第３ギヤ１０６に噛合している。樹脂製の第３ギヤ１０６は、ねじ軸１０７の端部に、セレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。

ねじ軸１０７は、ハウジング本体１０１Ａに対して、図で右端側を玉軸受１１４により回転自在に支持されている。ねじ軸１０７は、左端側に雄ねじ溝１０７ａを形成している。

ねじ軸１０７は、円筒状のナット１１５を貫通している。ナット１１５の内周面には、雄ねじ溝１０７ａに対向して、雌ねじ溝１１５ａが形成され、両ねじ溝１０７ａ、１１５ａによって形成される螺旋状の空間（転走路）には、多数のボール１１６が転動自在に配置されている。ナット１１５は、ハウジング本体１０１Ａに対して回り止め（不図示）が設けられ、ねじ軸室１０１ｂ内において、軸線方向に相対移動可能だが、相対回転不能となっている。尚、軸線方向移動要素であるナット１１５と、回転要素であるねじ軸１０７と、転動体であるボール１１６とでボールねじ機構を構成し、このボールねじ機構と、以下の移動軸１１７とで駆動機構を構成する。

ねじ軸１０７の左端は、丸軸状の移動軸１１７に形成された袋孔１１７ａ内に侵入している。移動軸１１７の図で右端は、ナット１１５に対して同軸に嵌合しピンで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体１０１Ａに対して、移動軸１１７はブッシュ１１８により軸線方向に移動可能に支持されており、且つブッシュ１１８の左方（外部側）にはシール１１９が配置され、ハウジング本体１０１Ａと移動軸１１７との間から海水や塵埃等の異物が侵入することを防止している。尚、ハウジング本体１０１Ａから突出した移動軸１１７の端部には、リンク部材１１に連結するための孔１１７ｂが形成されている。

図１において、カバー部材１０１Ｂの連結部１０１ｙ（図３）に連結されたコネクタＣＮの配線Ｈと、モータ１０２の回転軸１０２ａの回転量を検出するセンサ（不図示）の配線１１３ｂは、アクチュエータ１００から延在し制御装置ＥＣＵに接続されている。尚、アクチュエータ１００の内部に連通するブリーザホース１２が別に設けられていると好ましい。尚、センサはハウジング１０１の外部に設置されても、或いは内部に設置されていても良いが、内部に設置される場合には、連結部材１０１ｘ、１０１ｘと同様な態様で、外部に対して導通させることが望ましい。

尚、移動軸１１７のストロークは、モータ１０２の回転軸１０２ａの回転量と、減速ギヤ１０３，１０５，１０６のギヤ比と、ボールねじ機構のリードにより決定されるが、このうちギヤ比とリードは既知であるので、回転軸１０２ａの回転量が正確に測定出来れば、ドグクラッチ８の位置検出が可能となる。

次に、アクチュエータ１００の動作について説明する。ここで、傘歯車３ａが前進用傘歯車６と後進用傘歯車７のいずれにも常時噛合しているから、内燃機関が動作している限り、傘歯車３ａから動力を伝達された傘歯車６，７は互いに逆方向に回転している。しかしながら、ニュートラルの状態においては、図１に示すように、ドグクラッチ８がいずれの傘歯車６，７と係合していないので、出力軸３の動力は、プロペラ軸４に伝達されずプロペラ５は回転しないこととなる。

ここで、ニュートラルの状態から、操作者が不図示のレバーを前進方向に操作したものとする。すると、図２において、モータ１０２に所定の極性の電力が、電気的導通が確立された配線Ｈ、連結部材１０１ｘ、１０１ｘ、端子１０２ｂ、１０２ｂを介してモータ１０２に供給され、これにより回転軸１０２ａが所定の方向に回転する。回転軸１０２ａの回転力は、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６を介してねじ軸１０７に伝達されるので、ねじ軸１０７の回転に応じてナット１１５が図４で左方へと変位する。ナット１１５が左方に変位すると、移動軸１１７が突出する方向に移動するので、図１においてリンク部材１１が枢動する。従って操作軸１０が所定の方向に回転し、不図示のカム機構を介してカム軸９が左方に移動し、ドグクラッチ８を前進用傘歯車６と係合させる。これにより出力軸３の動力を、傘歯車３ａ、６及びドグクラッチ８を介してプロペラ軸４に伝達し、プロペラ５を正回転させることができる。

一方、制御装置ＥＣＵは、センサの信号を入力することにより、上述したようにして、ストロークと方向がわかるので、ねじ軸１０７が必要な回転量だけ回転したと判断すれば、モータ１０２への電力供給を停止させる。

これに対し、操作者が不図示のレバーを後進方向に操作したときは、図２において、モータ１０２に逆極性の電力が供給され、回転軸１０２ａが逆方向に回転するので、上述とは逆の動作で、アクチュエータ１００の移動軸１１７が引き込む方向に移動する。従って、図１においてリンク部材１１を介して操作軸１０が逆方向に回転し、不図示のカム機構を介してカム軸９が右方に移動し、ドグクラッチ８を後進用傘歯車７と係合させる。これにより出力軸３の動力を、傘歯車３ａ、７及びドグクラッチ８を介してプロペラ軸４に伝達し、プロペラ５を逆回転させることができる。

本実施の形態によれば、カバー部材１０１Ｂをハウジング本体１０１Ａに組み付けることにより、モータ１０２の端子１０２ｂ、１０２ｂが、絶縁用の樹脂にモールド成形され固定された連結部材１０１ｘ、１０１ｘに接続され、連結部材１０１ｘ、１０１ｘ及び端子１０２ｂ、１０２ｂを介してモータ１０２に外部から通電可能となっているので、リード線を用いる必要がなく、カバー部材１０１によって熱や振動から保護されており、大きな振動を受けた場合でも揺動等を回避することが出来る振動に強い構成を提供でき、更に燃料や海水等がハウジング１０１の内部に侵入することを有効に抑制できる。

更に、モータ１０２は、ハウジング１０１内に密封配置されているので、過酷な熱等を受けた場合、或いは燃料や海水に液没した場合でも、モータ１０２を保護することができる。このため、シール性が低い安価な汎用モータを用いることができる。

更に、連結部材１０１ｘ、１０１ｘは、ハウジング１０１に固定される樹脂製のカバー部材１０１Ｂにモールド成形されており、カバー部材１０１Ｂをハウジング本体１０１Ａに取り付けることにより、連結部材１０１ｘ、１０１ｘは端子１０２ｂ、１０２ｂに接続されるようになっているので、耐熱性、耐振動性に優れると共に、連結部材１０１ｘ、１０１ｘと端子１０２ｂ、１０２ｂとの確実な取り付けを行え、しかも作業性が向上するので好ましい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明にかかるアクチュエータは、船舶用に限らず、車両用、一般産業機械用にも用いることができる。

本実施の形態にかかるアクチュエータを用いる船外機の概略図である。 本実施の形態にかかるアクチュエータの断面図である。 図２の構成をIII-III矢視方向に見た図である。 図２の構成をIV-IV矢視方向に見た図である。 カバー部材１０１Ｂの斜視図である。 カバー部材１０１Ｂの斜視図である。 モータ１０２の斜視図である。

符号の説明

１ 船体
２ 船外機
２ａ ケーシング
２ｂ カウリング
３ 出力軸
３ａ 傘歯車
４ プロペラ軸
５ プロペラ
６ 前進用傘歯車
７ 後進用傘歯車
８ ドグクラッチ
９ カム軸
１０ 操作軸
１１ リンク部材
１２ ブリーザホース
１００ アクチュエータ
１０１ ハウジング
１０１Ａ ハウジング本体
１０１Ｂ カバー部材
１０１Ｃ モータブラケット
１０１ａ モータ室
１０１ｂ ねじ軸室
１０１ｑ 周溝
１０１ｒ、１０１ｓ、１０１ｔ 逃げ部
１０１ｕ 筒部
１０１ｖ 端部
１０１ｗ 端部
１０１ｘ 連結部材
１０１ｙ 連結部
１０１ｚ カバー本体
１０２ モータ
１０２ａ 回転軸
１０２ｂ モータの端子
１０２ｃ モータハウジング
１０２ｄ ロータ
１０３ 第１のギヤ
１０４ 長軸
１０５ 第２のギヤ
１０６ 第３のギヤ
１０７ ねじ軸
１０７ａ 雄ねじ溝
１１３ｂ センサの配線
１１４ 玉軸受
１１５ ナット
１１５ａ 雌ねじ溝
１１６ ボール
１１７ 移動軸
１１７ａ 袋孔
１１７ｂ 孔
１１８ ブッシュ
１１９ シール
１２０ シール部材
Ｂ ボルト
ＥＣＵ 制御装置
Ｈ 配線

Claims (2)

1. 船舶の前後進切り換え機構を動作させるために被駆動部材を駆動するアクチュエータにおいて、
   ハウジング本体と、導電性の連結部材をモールド成形したカバー部材とを含むハウジングと、
   前記ハウジング本体に取り付けられ、回転軸と導電性の端子とを有する電動モータと、
   前記回転軸から回転力を伝達されることにより、前記被駆動部材を駆動する駆動機構と、を有し、
   前記カバー部材を前記ハウジングに取り付けることにより、前記連結部材は前記端子に接続され、前記連結部材及び前記端子を介して外部から前記モータに通電されるようになっていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記駆動モータは、前記ハウジング内に密封配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

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