JP2010193578A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を確保しつつも、厳しい環境下で使用できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】ステータ１１３ｂと導電性カップ１１３ｃは、カバー部材１０１Ｂに一体的にモールド成形されてなる。このようにカバー部材１０１Ｂにモールド成形すると、大きな振動や外部からの衝撃に対してセンサ１１３を保護し、センサ１１３の堅牢性が向上するとともに外部からの電磁波を遮げセンサ１１３の電気的信頼性が向上する。又、センサ１１３の一部とカバー部材１０１Ｂを一体化するため、部品点数が削減され、組立て性も向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般産業用電動機、自動車、及び船舶などに使用される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。ここで、船外機用シフトアクチュエータとしては、例えば特許文献１に示すものが開発されている。
特開２００４−２１８８１２号公報

ところで、特許文献１の船外機用シフトアクチェータにおいては、アクチュエータハウジングに回転センサを取付ける構造であり、ハウジングとセンサとは夫々別部材となっている。しかるに、ハウジングとセンサが別部材であると、ガソリンや海水の浸入を防ぐために夫々シールする必要がある。また、センサを外部に露出するように配置すると、信号の取り出し等に有利であるが、船のエンジン振動や高波などで衝撃等を受けやすいという過酷な物理的環境にさらされると共に、海洋での魚群探知機、レーダーなどの電磁波などを直接受けやすくなり、それによりセンサ信号にノイズが入り、アクチュエータの誤動作やセンサ自体の破壊などが生ずる恐れもある。特に、センサのケースが絶縁樹脂の場合は、このような電磁波の透過を容易に許容してしまうという性質がある。そこで、電磁波のセンサに対する悪影響を最小限に抑えるために、センサの周囲に別途遮磁板をつけることも考えられるが、更に部品点数や組立て工数が増え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、信頼性を確保しつつも、厳しい環境下で使用できるアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータは、被駆動部材を駆動するアクチュエータにおいて、
ハウジング本体と樹脂製のカバー部材とを含むハウジングと、
回転軸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、
複数の回転要素を備え、前記電動モータの回転軸の回転力を前記駆動機構に伝達する動力伝達機構と、
少なくとも一部が前記カバー部材に一体化して取り付けられ、前記回転軸又は前記回転要素の回転角度を検出するセンサと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記センサの少なくとも一部が前記カバー部材に一体化して取り付けられているので、組付性が向上し、シールなどの部品の点数を少なく抑えることができる。

前記センサは、前記回転軸又は前記回転要素に連結されたロータと、前記ロータの回転角度を検出するステータと、前記ステータの少なくとも一部を包囲する磁気シールドとを有し、前記ステータと前記磁気シールドが前記カバー部材にモールド成形されていると好ましい。前記ステータを包囲するようにして前記磁気シールドを、前記カバー部材に一体樹脂モールドすることで、衝撃や振動に対しセンサが保護され、且つ外部からの電磁波などの電気的ノイズを抑えることが可能となる。

前記磁気シールドは導電性カップであると好ましい。更に前記アクチュエータは、船外機のシフト切り換えのために用いられると特に好ましい。

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正面図である。図３は、カバー部材を取り付けたアクチュエータを軸線方向に切断した断面図である。図４は、カバー部材の分解斜視図であるが、ステータと導電性カップはモールド成形されていない状態で示している。図５は、図３の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。

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、後述するアクチュエータ１００の駆動軸１１７に連結されている。

図３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（図２）により組み付けられた樹脂製のカバー部材１０１Ｂと、アルミ等の金属からなる位置決めプレートであるモータブラケット１０１Ｃとからなる。ハウジング本体１０１Ａの内部には、袋穴状のモータ室１０１ａと貫通穴状のねじ軸室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、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、ブッシュ１０５ａを介して樹脂製の第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の大ギヤ部１０６ａに噛合している。

樹脂製の第３ギヤ１０６は、大ギヤ部１０６ａと小ギヤ部１０６ｂとを同軸に形成しており、更にねじ軸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。第３ギヤ１０６の一部を覆うようにして、支持部材１０８がモータブラケット１０１Ｃに取り付けられている。ここで、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６が第１動力伝達機構を構成する。

第２ギヤ１０５に隣接して配置された第４ギヤ１０９が、長軸１０４の周囲に回転自在に支持されている。樹脂製の第４ギヤ１０９は、第３ギヤ１０６の小ギヤ部１０６ｂに噛合した大ギヤ部１０９ａと、小ギヤ部１０９ｂとを同軸に形成している。

第４ギヤ１０９の小ギヤ部１０９ｂは、長軸１０４に平行して支持部材１０８に植設された短軸１１０に対して回転自在に支持された第５ギヤ１１１の大ギヤ部１１１ａに噛合している。樹脂製の第５ギヤ１１１は、大ギヤ部１１１ａと小ギヤ部１１１ｂとを同軸に形成している。小ギヤ部１１１ｂは、第５ギヤ１１１に隣接して配置され長軸１０４の周囲に回転自在に支持された第６ギヤ１１２に噛合している。尚、長軸１０４及び短軸１１０と各ギヤとの間には、回転を円滑に行うためのブッシュが配置されていても良い。

ここで、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６、第４ギヤ１０９，第５ギヤ１１１，第６ギヤ１１２が第２動力伝達機構を構成する。カバー部材１０１Ｂは、各ギヤに異物が侵入しないように密閉するギヤカバーとしての機能と、センサ１１３を保護する機能とを有する。尚、噛合するギヤの樹脂素材を互いに異なるものにすると、摩滅を抑制できるので好ましい。

センサ１１３は、第６ギヤ１１２に同軸に連結されたロータ１１３ａと、ロータ１１３ａの周囲に配置され絶縁性の樹脂ケースで覆われたステータ１１３ｂと、ステータ１１３ｂを囲う導電性カップ（磁気シールド）１１３ｃとを有する。ステータ１１３ｂと導電性カップ１１３ｃは、カバー部材１０１Ｂに一体的にモールド成形されてなる。このようにカバー部材１０１Ｂにモールド成形すると、大きな振動や外部からの衝撃に対してセンサ１１３を保護し、センサ１１３の堅牢性が向上するとともに外部からの電磁波を遮げセンサ１１３の電気的信頼性が向上する。又、センサ１１３の一部とカバー部材１０１Ｂを一体化するため、部品点数が削減され、組立て性も向上する。

アルミ等の硬い材料で形成されると望ましい導電性カップ１１３ｃは、図４に示すように、底壁を有する筒状であって、その側壁に大きな切欠１１３ｄを有し、底壁に小開口１１３ｅ（図３参照）を有する。かかる切欠１１３ｄに嵌合するようにして、筐体状のステータ１１３ｂが、導電性カップ１１３ｃと共にカバー部材１０１Ｂに一体的にモールド成形されてなる。ステータ１１３ｂは、カバー部材１０１Ｂに一体化された状態で中空角筒部１０１ｆ内に突出してなる端子１１３ｆと、センサ開口１１３ｇとを有する。ロータ１１３ａの外周には周方向に交互にＮ／Ｓ極が着磁されており、先端には小円筒１１３ｈが形成されている。ステータ１１３ｂは、ロータ１１３ａの回転に応じて磁界の変化を検出することで、それに応じた信号を出力するようになっている。

図３に示すように、Ｏ−リング１２０を介在させて、カバー部材１０１Ｂをハウジング本体１０１Ａに取り付けたとき、ロータ１１３ａの外周がステータ１１３ｂのセンサ開口１１３ｇ内に隙間を介して挿入され、且つ導電性カップ１１３ｃの小開口１１３ｅに小円筒１１３ｈが嵌合して回転可能に支持される。かかる状態では、導電性カップ１１３ｃが、ロータ１１３ａとステータ１１３ｂとを外界から磁気シールドするので、船体に搭載された魚群探知機やレーダーなどからの強い放射電磁界から防御されるため、センサ１１３の耐ノイズ性が向上し、センサ信号にノイズが混入することを抑制できる。一方、導電性カップ１１３ｃにより、センサ１１３から外界に向かう放射磁場の影響が緩和される。尚、ステータ１１３ｂがカバー部材１０１Ｂにモールド成形されているので、内部への海水等の侵入の恐れはない。

アクチュエータ本体１０１Ａが導電部材であってアースとなる場合には、アクチュエータ本体１０１Ａに導電性カップ１１３ｃをアース接続させると、ノイズの退路を形成できるため、さらに耐ノイズ性が向上するため望ましい。不図示のコネクタを、カバー部材１０１Ｂの中空角筒部１０１ｆに嵌合させると、端子１１３ｆを介して配線Ｈ１（図１）がセンサ１１３に接続されるようになっている。尚、図示していないが、中空角筒部１０１ｆに接続するコネクタにアース部を設け、それに接続されるように導電性カップ１１３ｃを取付けることで、更にノイズを抑制する効果を発揮する。

図３において、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、以下の駆動軸１１７とで駆動機構を構成する。

ねじ軸１０７の左端は、丸軸状の駆動軸１１７に形成された袋孔１１７ａ内に侵入している。駆動軸１１７の図で右端は、ナット１１５に対して同軸に嵌合しピン又はコッター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、駆動軸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と駆動軸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から突出した駆動軸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、モータ１０２の配線Ｈ２と、センサ１１３の端子１１３ｆに接続された配線Ｈ１は、カウリング２ｂ側に延在し、更に不図示の駆動回路に接続されている。

次に、本実施の形態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７において、モータ１０２に所定の極性の電力が供給され、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７で左方へと変位する。ナット１１５が左方に変位すると、駆動軸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、回転軸１０２ａの回転力は、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６、第４ギヤ１０９，第５ギヤ１１１，第６ギヤ１１２を介してセンサ１１３のロータ１１３ａに伝達される。ロータ１１３ａの回転に応じた信号は、センサ１１３から配線Ｈ１を介して不図示の駆動回路に入力される。かかる信号に基づいてねじ軸１０７が所定の回転量だけ回転したと判断すれば、駆動回路はモータ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７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の駆動軸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。

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。例えばセンサは磁気タイプに限られない。ここでは図示していないが、モータへの電源供給端子もカバー部材に一体で樹脂モールドすることも可能であり、さらにセンサ、モータの外部からの接続部を１箇所とすることも可能である。センサのロータは回転軸に連結しても良い。又、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。 第１の実施の形態のアクチュエータの正面図である。 カバー部材を取り付けたアクチュエータの軸線方向断面図である。 カバー部材の分解斜視図である。 図３の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。

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
１１７ 駆動軸
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
１０１ｊ 孔
１０２ モータ
１０２ａ 回転軸
１０３ 第１ギヤ
１０４ 長軸
１０５ 第２ギヤ
１０６ 第３ギヤ
１０６ａ 大ギヤ部
１０６ｂ 小ギヤ部
１０７ ねじ軸
１０７ａ 雄ねじ溝
１０８ 支持部材
１０９ 第４ギヤ
１０９ａ 大ギヤ部
１０９ｂ 小ギヤ部
１１０ 短軸
１１１ 第５ギヤ
１１１ａ 大ギヤ部
１１１ｂ 小ギヤ部
１１２ 第６ギヤ
１１３ センサ
１１３ａ ロータ
１１３ｂ ステータ
１１３ｃ 導電性カップ
１１３ｄ 切欠
１１３ｅ 小開口
１１３ｆ 端子
１１３ｇ センサ開口
１１３ｈ 小円筒
１１４ 玉軸受
１１５ ナット
１１５ａ 雌ねじ溝
１１６ ボール
１１７ 駆動軸
１１７ａ 袋孔
１１７ｂ 孔
１１８ ブッシュ
１１９ シール
１２０ Ｏ−リング
Ｂ ボルト
ＳＢ センサ固定用ボルト
Ｈ１，Ｈ２ 配線

Claims (4)

1. 被駆動部材を駆動するアクチュエータにおいて、
   ハウジング本体と樹脂製のカバー部材とを含むハウジングと、
   回転軸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、
   複数の回転要素を備え、前記電動モータの回転軸の回転力を前記駆動機構に伝達する動力伝達機構と、
   少なくとも一部が前記カバー部材に一体化して取り付けられ、前記回転軸又は前記回転要素の回転角度を検出するセンサと、を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記センサは、前記回転軸又は前記回転要素に連結されたロータと、前記ロータの回転角度を検出するステータと、前記ステータの少なくとも一部を包囲する磁気シールドとを有し、前記ステータと前記磁気シールドが前記カバー部材にモールド成形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。
3. 前記磁気シールドは導電性カップ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. 前記アクチュエータは、船外機のシフト切り換えのために用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ。

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