JP2012055081A - モータ式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電気的な安全性を高めることができるとともに安価に製造することができるモータ式アクチュエータを得る。
【解決手段】直流モータ１４への通電前は作動対象１から及ぼされる力によって第１の位置に保持され、直流モータ１４が正転したときに第２の位置に移動される作動体１１と；直流モータ１４を正転させるための第１の電力供給路に設けられ、作動体１１の第２の位置への到達に対応して開かれるスイッチと；スイッチが開いたときに作動体１１に制動力を付与し、かつ第２の電力供給路からの電力により逆転される直流モータ１４の動力にて作動体１１への制動力を解除させて、作動対象１から及ぼされる力による作動体１１の第２の位置への復帰を許容する制動手段３０、３１と；正転時に直流モータ１４から作動体１１へ動力を伝達させるとともに、逆転時に直流モータ１４から作動体１１へ動力の伝達を阻止させるクラッチ手段３２、３５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ式アクチュエータに関する。

洗濯機や食洗機の排水弁を駆動するためのアクチュエータとして、モータ式のアクチュエータが知られている。また洗濯機における洗濯物投入蓋やドアロック・アンロック機構にも、同様にモータ式のアクチュエータが用いられている。

このようなモータ式のアクチュエータとして、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。これらの特許文献に記載されたアクチュエータでは、タイマモータとして知られている小形モータ、すなわちシンクロナスモータが利用されている。一般的なシンクロナスモータの電源には、一般的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流１００Ｖ〜２４０Ｖが用いられている。そして、これらのシンクロナスモータでは、そのロータが電源の交流周波数に同期して回転する。洗濯機や食洗機の排水弁を駆動するためのアクチュエータとしては、特に多極の小形インダクタ・シンクロナスモータが用いられている。

特開平３−１９８６３８号公報 特開平４−１６５９３９号公報

しかし、洗濯機や食洗機の排水弁を駆動するためのアクチュエータは、一般に洗濯機や食洗機の底面の下側に設置されているために、設置場所は湿度が高く、しかも水滴が付着しやすいという問題点がある。このため、この種のアクチュエータでは、耐トラッキング性能、耐絶縁性能などの電気的性能を高めて、安全性の確保を図ることが求められている。この点が製造コスト増大の原因となっている。

しかも、シンクロナスモータを用いたアクチュエータでは、電源の周波数によって動作時間が異なってしまい、たとえば日本国おいては、５０Ｈｚ地域と６０Ｈｚ地域とで動作時間が相違してしまう。

そこで本発明は、このような問題点を解決して、電気的な安全性を高めることが可能であるとともに、安価に製造することが可能なモータ式アクチュエータを得ることができるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本発明の第１のモータ式アクチュエータは、
直流電力が供給されたときに正転するとともに、供給される直流電力の正負が反転したときに逆転する直流モータと、
直流モータへの直流電力の通電前は作動対象から及ぼされる力によって第１の位置に保持されるとともに、前記直流電力の通電により直流モータが正転したときに直流モータの動力により前記作動対象から及ぼされる力に抗して第２の位置に移動される作動体と、
直流モータを正転させる電力を供給するための第１の電力供給路に設けられたスイッチと、
作動体の動作に連動され、作動体の第２の位置への到達に対応してスイッチを開かせる手段と、
スイッチが開動したときに作動体に制動力を付与するとともに、第２の電力供給路から供給される電力により逆転される直流モータの動力にて作動体への制動力を解除させて、作動対象から及ぼされる力による作動体の第２の位置への復帰を許容する制動手段と、
直流モータが正転するときは直流モータから作動体へ動力を伝達させるとともに、直流モータが逆転するときは直流モータと作動体との間で動力を伝達させないクラッチ手段とを有することを特徴とする。

本発明のモータ式アクチュエータによれば、
直流モータと作動体との間に設けられた遊星歯車機構を備え、
制動手段は、遊星歯車機構の第１の構成部材に制動力を付与させることが可能であり、
クラッチ手段は、遊星歯車機構の第２の構成部材に連動されることで、制動手段に連動して制動手段に制動力を発現させる位置と、制動手段との連動を解除して制動手段による制動力の発現を停止させる位置との間を変位可能な部材を有することが好適である。

さらに、本発明のモータ式アクチュエータによれば、
制動手段は、遊星歯車機構の第１の構成部材に連動した回転体を有し、
回転体は、その回転が阻止されたときに第１の構成部材に制動力を付与させることが可能であるとともに、その回転が許容されたときに第１の構成部材への制動力の付与を停止させるように構成され、
クラッチ手段における変位可能な部材は、回転体に当たることで回転体の回転を阻止する位置と、回転体から離れて回転体の回転を許容する位置との間で変位可能であることが好適である。

本発明のモータ式アクチュエータによれば、アクチュエータの動力源として直流モータを用いているため、交流１００Ｖで駆動されるシンクロナスモータよりも低圧の１．５〜２４Ｖ程度の電圧で作動させることができ、このため、洗濯機や食洗機の排水弁を駆動するためのアクチュエータとして、湿度が高く、しかも水滴が付着しやすい場所に設置されても、所要の安全性を確保することができる。さらに大きな製造コストをかけずにアクチュエータを製造することができる。

また本発明のモータ式アクチュエータによれば、作動体は初期状態において作動対象から及ぼされる力によって第１の位置に保持されるものであるため、この状態においては直流モータに通電する必要はなく、また作動体は、第２の位置では制動手段からの制動力を受けるため、スイッチが開くことによって直流モータへの通電が遮断されても第２の位置に保持される。直流モータは、逆転時には、制動手段に動力を伝えることによって制動手段による作動体へ制動力を解除させるだけでよく、その後は回転する必要はないため、適当な時期に電力の供給を停止することができる。したがって、本発明のモータ式アクチュエータによれば、作動体を動作させるための直流モータへの給電は、きわめて短い時間だけで足り、このため大幅な節電を行うことができる。

また本発明によれば、直流モータを用いたものであるため、５０Ｈｚ地域と６０Ｈｚ地域とのいずれにおいても同じ動作時間を達成することができる。

本発明の実施の形態のモータ式アクチュエータの構成を概念的に示す図である。 同アクチュエータにおける遊星歯車機構の断面図である。 同アクチュエータの展開構造を示す断面図である。 同アクチュエータにおけるスイッチおよびその開閉機構を示す図である。 図４の開閉機構の動作を示す図である。 同アクチュエータにおけるギヤトレインを示す図である。 同アクチュエータにおけるクラッチレバーの動きを示す図である。 モータへの給電状況を示す図である。 同アクチュエータにおける各部の動作を示すチャートである。

図１は、本発明の実施の形態のモータ式アクチュエータの構成を概略的に示す。ここで１０はモータ式アクチュエータ、１１はその作動レバー、１２は作動レバー１１の先端部である。作動レバー１１は、作動体として、その長さ方向に往復動するように構成されている。１は、例えば洗濯機の排水弁などの作動対象である。この作動対象１はばね２を内蔵しており、このばね２は、作動レバー１１をアクチュエータ１０から引き出す方向に作用する。またばね２は、作動対象１が洗濯機の排水弁である場合には、この排水弁を閉じる方向に力を及ぼす。

アクチュエータ１０において、１４は直流モータであり、供給電力の正負を逆にすることで逆方向に回転可能である。直流モータ１４の出力軸１５は遊星歯車機構１６に連動されている。遊星歯車機構１６の出力部１７は、減速歯車機構１８に連動されている。減速歯車機構１８の出力部１９は、ピニオン２０に連動されている。ピニオン２０は作動レバー１１に形成されたラック２１と噛み合っている。モータ１４の正逆回転により、ピニオン２０が減速状態で正逆回転され、それによって作動レバー１１が長さ方向に往復動される。

遊星歯車機構１６は、直流モータ１４の出力軸１５に連動された太陽歯車２３と、太陽歯車２３の周囲に配置されて太陽歯車２３と噛み合う複数の遊星歯車２４、２４、・・・と、遊星歯車２４、２４、・・・を回転自在に支持するとともに出力部１７に連動された回転式の支持部材２５と、複数の遊星歯車２４、２４、・・・の周囲に配置されてこれら複数の遊星歯車２４、２４、・・・と噛み合うリング状の内歯歯車２６と、内歯歯車２６を構成するリング状体の外周に形成された第１の大歯車２７と、太陽歯車２３と一体に回転可能な第２の大歯車２８とを有する。内歯歯車２６および第１の大歯車２７は遊星歯車機構１６における第１の構成部材の該当し、太陽歯車２３および第２の大歯車２８は遊星歯車機構１６における第２の構成部材に該当する。

３０は回転式の調速機構で、第１の大歯車２７によって回転駆動されるように構成されている。調速機構３０には、突起３１が一体に形成されている。３２は旋回アーム構造のクラッチレバーで、変位可能部材と称することができるものであって、第２の大歯車２８の回転中心を旋回中心として旋回動作を行うことが可能である。クラッチレバー３２にはクラッチ歯車３３が回転自在に支持されており、このクラッチ歯車３３は第２の大歯車２８と噛み合っている。

３４は押圧ばねで、クラッチ歯車３３をクラッチレバー３２に押圧することで、その押圧力の範囲内で、クラッチレバー３２に対するクラッチ歯車３３の相対回転を阻止可能である。このクラッチレバー３２に対するクラッチ歯車３３の相対回転を阻止した状態においては、第２の大歯車２８が回転すると、第２の大歯車２８とクラッチ歯車３３とは相対的に回転せず、したがって、第２の大歯車２８と、押圧ばね３４によって回転（自転）を阻止されたクラッチ歯車３３と、クラッチレバー３２とが一体的に周方向に移動する。その状態でクラッチレバー３２がストッパなどに当たることでその旋回が停止されると、クラッチ歯車３３は、第２の大歯車２８から受ける回転力が押圧ばね３４から受ける回転阻止力よりも大きくなることで、回転（自転）を開始する。これらの動作の詳細は後述する。

クラッチレバー３２は、上記のようにして、調速機構３０から離れた位置と、調速機構３０に接近した位置との間で旋回可能とされている。クラッチレバー３２にはストッパ３５が設けられている。このストッパ３５は、クラッチレバー３２が調速機構３０に接近した位置に存在している場合において、調速機構３０が回転したときに、この調速機構３０の突起３１に当たることが可能である。その動作の詳細は後述する。

突起３１を備えた調速機構３０とクラッチレバー３２のストッパ３５とによって、制動手段を構成している。突起３１を備えた調速機構３０は、回転体として、制動手段の主たる要素を構成している。また、遊星歯車機構１６と、上述の制動手段と、ストッパ３５を備えかつクラッチ歯車３３を支持したクラッチレバー３２とによって、クラッチ手段を構成している。

直流モータ１４および遊星歯車機構１６の詳細構造と、遊星歯車機構１６の基本的な動作とについて、図２を参照しながら詳細に説明する。すなわち、図２において、３７はアクチュエータ１０のハウジング３６を構成するベースプレート、３８はそのハウジング３６を構成する壁体である。直流モータ１４はベースプレート３７に取り付けられており、その出力軸１５にはピニオン３９が固定されている。

遊星歯車機構１６は中心軸４０を有し、この中心軸４０は、その一端がベースプレート３７によって支持されるとともに、その他端が壁体３８によって支持されている。第２の大歯車２８は、中心軸４０の回りを回転自在であるとともに、ピニオン３９と噛み合っている。太陽歯車２３は、第２の大歯車２８と一体に形成されるとともに、第２の大歯車２８と同様に中心軸４０の回りを回転自在とされている。支持部材２５も同様に中心軸４０の回りを回転自在とされており、太陽歯車２３と噛み合う各遊星歯車２４は、この支持部材２５に取り付けられた支持軸４１に回転自在に外ばめされている。支持部材２５には、出力部１７を構成する出力用ピニオン４２が一体に形成されている。この出力用ピニオン４２も、同様に中心軸４０の回りを回転自在である。第２の大歯車２８と太陽歯車２３との間には第１の円柱部４３が一体に形成されており、遊星歯車２４と噛み合うリング状の内歯歯車２６と、この内歯歯車２６と一体に形成された第１の大歯車２７とは、この円柱部４３に回転自在に外ばめされている。これら内歯歯車２６と第１の大歯車２７とは、遊星歯車２４、２４、・・・を収容するためのギヤケースとしても機能する。

遊星歯車機構１６は、太陽歯車２３と支持部材２５と内歯歯車２６のいずれか一つに制動を掛けてその動きを止めることで、それぞれ異なった動作を行う。すなわち、

（１）たとえばモータ１４の回転を止めてそのディテントトルクにより第２の大歯車２８と太陽歯車２３とに制動力を作用させると、支持部材２５および出力用ピニオン４２と、内歯歯車２６および第１の大歯車２７とが、中心軸４０の回りを一体に回転可能である。このとき、支持部材２５および出力用ピニオン４２と、内歯歯車２６および第１の大歯車２７とは、相対的な回転を行わない。

（２）出力用ピニオン４２に制動力を作用させると、太陽歯車２３および第２の大歯車２８と、内歯歯車２６および第１の大歯車２７とは、太陽歯車２３と内歯歯車２６との歯数に反比例した回転数で、互いに逆方向に回転可能である。

（３）内歯歯車２６と第１の大歯車２７とに制動力を作用させると、太陽歯車２３および第２の大歯車２８と、支持部材２５および出力用ピニオン４２とは、太陽歯車２３と内歯歯車２６との歯数に反比例した回転数で、互いに同方向に回転可能である。

図１に示される減速歯車機構１８の詳細について説明する。アクチュエータ１０の展開構造が表されている図３に示すように、減速歯車機構１８は、第１の減速歯車４５と、第２の減速歯車４６とを有する。第１の減速歯車４５は中心軸４７のまわりを回転自在とされている。中心軸４７は、その一端がベースプレート３７によって支持されるとともに、その他端が壁体３８によって支持されている。そして、第１の減速歯車４５は、遊星歯車機構１６の出力用ピニオン４２と噛み合う大歯車４８と、小歯車４９とを有する。これらの歯車４８、４９は、一体に形成されることで一体に回転する。第２の減速歯車４６は、中心軸５０に外ばめされて、そのまわりを回転自在とされている。中心軸５０は、その一端がベースプレート３７によって支持されるとともに、その他端が、アクチュエータ１０のハウジング３６の蓋部５１によって支持されている。第２の減速歯車４６は、第１の減速歯車４５の小歯車４９に噛み合う大歯車５２と、中心軸５０に回転自在に外ばめされる円筒状の回転軸５３とを有し、これら大歯車５２と回転軸５３とは、一体に形成されることで一体に回転する。回転軸５３は、図１における減速歯車機構１８の出力部１９に相当するものである。

回転軸５３の先端部には、スプライン構造の第１の凹凸部５４が周方向に沿って形成されている。アクチュエータ１０のピニオン２０は、回転軸５３に外ばめされるとともに、第１の凹凸部５４に噛み合う第２の凹凸部５５が一体に形成されている。このため、ピニオン２０は、回転軸５３と一体に回転する。

図３に示すように、ラック２１は、横断面コ字形に形成され、それによって横断面矩形状の溝部５７が形成されている。図３および図４に示すように、アクチュエータ１０の壁体３８には、溝部５７にはまり込み可能な横断面矩形状の突条５８が形成されている。この突条５８によって、ラック２１のその長さ方向に沿った往復動が案内されるように構成されている。

図３に示すように、壁体３８には中心軸６０が一体に形成されており、この中心軸６０の先端は蓋部５１によって支持されている。図３および図４に示すように、中心軸６０には歯車６１が回転自在に外ばめされており、この歯車６１はピニオン２０に噛み合っている。図４に示すように、歯車６１は、ラック２１が１ストローク移動するときに、すなわちラック２１が往動または復動するときに、１回転未満の範囲で回転するように構成されている。

中心軸６０には、回転カム６２が回転自在に外ばめされている。回転カム６２には孔部６３が貫通状態で形成されており、歯車６１には孔部６３にはまり込む突部６４が一体に形成されている。中心軸６０を中心とした孔部６３の周方向寸法は、突部６４の周方向寸法よりも大きく形成されている。すなわち、孔部６３と突部６４との間には、周方向の隙間６５が形成されている。回転カム６２には、カムを構成するための、周方向に環状の壁部６６が、一体に形成されている。壁部６６は、その外周面がカム面を形成するが、大径部６７と、径方向に沿った中心軸６０からの距離が大径部６７よりも短い小径部６８と、大径部６７と小径部６８とを接続する傾斜部６９とを有している。傾斜部６９は、大径部６７から小径部６８に向かうにつれて中心軸６０からの距離が徐々に短くなるように構成されている。

図４に示すように、アクチュエータ１０の内部には、スイッチ７１が設けられている。このスイッチ７１は、作動レバー１１の作動位置に応じて直流モータ１４への給電を機械的にオン・オフするためのものである。詳細には、スイッチ７１は、金属製の第１の板ばね７２および第２の板ばね７３を有し、これらの板ばね７２、７３は、その基端側の部分が固定部材７４によってアクチュエータ１０の壁体３８に固定されている。これらの板ばね７２、７３の先端部には、電気接点７５、７６が、互いに向かい合う姿勢で取り付けられている。板ばね７２、７３の基端には、導線７７、７８が電気的に接続されている。

第１の板ばね７２には、突起７９が形成されている。この突起７９は、回転カム６２の壁部６６に接触するように配置されている。すなわち、図４に示すように、突起７９が壁部６６の大径部６７に接しているときには、この突起７９が大径部６７から押圧力を受け、この押圧力によって第１の板ばね７２が第２の板ばね７３に接近する方向に弾性変形を受けて、電気接点７５、７６どうしが互いに接触するように構成されている。これに対し、図５に示すように、カム６２の回転により突起７９が壁部６６の小径部６８に接したときには、回転カム６２による突起７９への押圧力が解除され、それにより第１の板ばね７２の弾性変形状態が解消されて、電気接点７５、７６どうしが互いに離れるように構成されている。すなわち、回転カム６２はスイッチ７１を開かせる手段として機能する。

図１において概略的に示された調速機構３０とクラッチレバー３２とクラッチ歯車３３との詳細構造について、図６および図７を参照しながら説明する。図６には、遊星歯車機構１６および減速歯車機構１８が、ともに図示されている。

調速機構３０において、８１は中心軸であり、ベースプレート３７から立ち上がるように設けられている。中心軸８１には小歯車８２が回転自在に外ばめされており。この小歯車８２は、遊星歯車機構１６の第１の大歯車２７と噛み合っている。小歯車８２は第１の大歯車２７よりも少ない歯数で形成されており、したがって第１の大歯車２７よりも高速で回転されるように構成されている。調速機構３０には小歯車８２と一体回転する円盤８３が設けられており、この円盤８３には、一対の重錘８４、８４が、ピン８５、８５のまわりに旋回自在に設けられている。重錘８４、８４はアクチュエータ１０の壁体３８に形成された凹部８０に収容されており、これによって遠心クラッチ構造のブレーキ式の調速機構３０が構成されている。すなわち、円盤８３の回転数が許容値を超えようとすると、重錘８４、８４は、遠心力によってピン８５、８５を中心として拡径方向に移動し、凹部８０の内周面に接することになり、それによってブレーキが掛けられるように構成されている。図示は省略するが、調速機構３０には、ピン８５、８５を中心として重錘８４、８４に縮径方向の力を作用させるための手段が設けられている。この点は、一般的な遠心クラッチと同様の構成である。突起３１は、たとえば図示のように円盤８３と一体に形成されている。

クラッチレバー３２とクラッチ歯車３３の詳細構造について説明する。図２および図３に示すように、遊星歯車機構１６には第２の大歯車２８と一体に第２の円柱部８６が形成されている。すなわち、第２の円柱部８６は、第２の大歯車２８の位置を基準として、第１の円柱部４３とは反対側に形成されている。そしてクラッチレバー３２は、その基端部がこの第２の円柱部８６に外ばめされることで、第２の大歯車２８の回転中心を旋回中心として旋回動作を行うことが可能とされている。

図１、図６、図７に示すように、クラッチレバー３２は板状に形成され、その板面に接するようにしてクラッチ歯車３３が設けられている。すなわち、中心軸８７がクラッチレバー３２から立ち上がるように設けられており、クラッチ歯車３３はこの中心軸８７に回転自在に外ばめされている。さらに中心軸８７には、ワッシャ８８と、圧縮コイルばねにて構成された押圧ばね３４と、つば形のリテーナ８９とが、クラッチ歯車３３から離れる方向に沿ってこの順に外ばめされている。押圧ばね３４は、その一端がリテーナ８９によって位置規制されることで、その他端が、ワッシャ８８を介してクラッチ歯車３３の一方の側面を押圧するように構成されている。このばね３４からの押圧力を受けることで、クラッチ歯車３３は、その両側面がワッシャ８８とクラッチレバー３２とによって挟み込まれることになり、それによって、その回転にブレーキが掛けられることになる。

クラッチレバー３２には調速機構３０の突起３１に対応する位置に達するブラケット９０が設けられており、このブラケット９０にストッパ３５が設けられている。

ベースプレート３７には、図７に示すように、クラッチレバー３２の旋回範囲を規制するための一対のピン９１、９２が設けられている。図７（ｂ）に示すように、クラッチレバー３２は、一方のピン９１に当たって位置規制されたときは、図示のようにブラケット９０およびストッパ３５が調速機構３０に近づいた所定の位置に位置決めされる。反対に、図７（ａ）（ｃ）に示すように、クラッチレバー３２は、他方のピン９２に当たって位置規制されたときは、図示のようにブラケット９０およびストッパ３５が調速機構３０から遠ざかった所定の位置に位置決めされる。

直流モータ１４の結線について説明する。図８に示すように、モータ１４は一対の入力端子９３、９４を有し、直流モータであることから入力端子９３、９４に供給する直流電力の正負を逆にすることで、その回転が逆方向になる。９５、９６、９７はアクチュエータ１０に設けられた外部端子である。モータ１４の一方の入力端子９３は第１の外部端子９５に電気的に接続され、他方の入力端子９４は、第２および第３の外部端子９６、９７に電気的に並列に接続されている。詳細には、第２の外部端子９６には直接に接続され、第３の外部端子９７にはスイッチ７１を介して接続されている。外部端子９７は第１の電力供給路に該当し、外部端子９６は第２の電力供給路に該当する。

以上の構成のアクチュエータ１０の動作について説明する。
初期状態においては、図１に示すように、アクチュエータ１０の作動レバー１１は、この作動レバー１１と作動対象１との間に設けられたばね２によって引っ張られており、図４に示すようにアクチュエータのハウジング３６から引きだされている。すなわち、第１の位置に保持されている。このとき、ラック２１とピニオン２０と歯車６１と回転カム６２との位置関係は図４に示す状態にあり、スイッチ７１の突起７９は回転カム６２の大径部６７に押された状態にある。これによって図示のようにスイッチ７１は閉じた状態にある。またこのとき、図７の（ａ）に示すように、クラッチレバー３２は調速機構３０から離れた位置にあり、図示のようにピン９２に当たって位置規制されている。この初期状態とは、たとえば作動対象１が洗濯機の排水弁である場合には、その排水弁がばね２の力によって閉じている状態をいう。

この初期状態から、洗濯機の排水弁を開く場合には、図８（ａ）に示すように、たとえば外部端子９７にプラスの電位を供給し、外部端子９５にＧＮＤの電位を供給する。すると、スイッチ７１が閉じていることからモータ１４が回転を開始する。このとき、モータ１４すなわちピニオン３９は、図７の（ａ）における時計方向に回転し始める。これにより、モータ１４の回転力は、ピニオン３９を介して、遊星歯車機構１６に対し、第２の大歯車２８を同（ａ）における反時計方向に回転させる方向に伝えられる。これに対し、上述のように作動レバー１１がばね２によって引っ張られているため、その引張力は、ラック２１、ピニオン２０、減速歯車機構１８を介して、遊星歯車機構１６に伝えられる。これによって、図３および図６に示される遊星歯車機構１６の出力用ピニオン４２には、このピニオン４２が図７（ａ）における反時計方向へ回転することを阻止するように力が付与される。

その結果、遊星歯車機構１６においては、モータ１４の回転力に対しピニオン４２に制動力が加えられたことになり、上述の（２）の状態になる。すなわち、ピニオン４２は回転せず、太陽歯車２３と第２の大歯車２８は同（ａ）における反時計方向に一体に回転し始め、内歯歯車２６と第１の大歯車２７は同（ａ）における時計方向に一体に回転し始める。このとき、第１の大歯車２７に噛み合っている小歯車８２すなわち調速機構３０は、重錘８４、８４が大きく拡径しない程度の速度で同（ａ）における反時計方向に回転する。

このように第２の大歯車２８が同（ａ）における反時計方向に回転し始めた場合において、クラッチ歯車３３は、ばね３４により押圧されていることで、クラッチレバー３２に対する相対回転が阻止されている。このため、第２の大歯車２８とクラッチ歯車３３とは、互いに噛み合ったまま、相対的な回転を行わない。その結果、第２の大歯車２８とクラッチ歯車３３とクラッチレバー３２とは、遊星歯車機構１６の中心軸４０を中心として、同（ａ）における反時計方向に一体的に旋回する。

この旋回によって、図７の（ｂ）に示すようにクラッチレバー３２がピン９１に当たると、その位置でクラッチレバー３２の旋回は停止される。すると、クラッチ歯車３３は、ばね３４から受ける回転阻止力よりも第２の大歯車２８から受ける回転力の方が大きくなるため、同（ｂ）の位置において時計方向に空回り状態で回転する。

クラッチレバー３２がピン９１に当たった位置で旋回を停止したときに、調速機構３０は回転しており、それによって調速機構３０の突起３１はクラッチレバー３３のストッパ３５に当たる。これにより調速機構３０の回転が阻止され、これに連動して遊星歯車機構１６における第１の構成部材としての内歯歯車２６および第１の大歯車２７の回転が阻止される。すなわち、クラッチレバー３２は、ピン９１に当たることで、制動手段としての調速機構３０に制動力を発現させるための位置に到達したことになる。

つまり、上述の（３）の状態となる。すると、モータ１４から第２の大歯車２８に伝えられた回転力は、図１に示されるばね２によってピニオン４２に付与された力に打ち勝って、ピニオン４２を第２の大歯車２８と同方向、すなわち図７における反時計方向に回転させる。すると、その回転力は減速歯車機構１８によって増幅され、図１〜図５に示されるピニオン２０を反時計方向に回転させるにいたる。これにより、図１に示される作動レバー１１がアクチュエータ１０の内部に引き込まれ、作動対象１である洗濯機の排水弁は、ばね２の力に抗して開かれる。

ピニオン２０が回転すると、図４に示される状態から、図５に示される状態となる。すなわち、モータ１４からの回転力によってピニオン２０は図４において反時計方向に回転され、それによってアクチュエータ１０の内部の第２の位置への作動ロッド１１の引き込みが行われる。ピニオンが図４において反時計方向に回転すると、それにもとづき歯車６１が図４において時計方向に回転する。すると、歯車６１の突部６４が回転カム６２の孔部６３にはまり込んだ状態で回転カム６２を周方向に押し、それによって回転カム６２も同様に時計方向に回転する。回転カム６２は、図４の状態においては大径部６７が第１の板ばね７２の突起７９を押しており、それによって第１の板ばね７２の電気接点７５が第２の板ばね７３の電気接点７６に接触してこれを押圧し、第１の板ばね７２と第２の板ばね７３はともに押圧方向に弾性的に撓んでいる。

ピニオン２０がさらに回転し、作動レバー１１が所定の位置まで引き込まれて洗濯機の排水弁が開かれると、回転カム６２の傾斜部６９が第１の板ばね７２の突起７９と接触し始める。すると、反対に傾斜部６９が第１の板ばね７２の弾性力によって押され、それによって回転カム６２は隙間６５の分だけ歯車６１よりも時計方向に進む。これにより、第１の板ばね７２の突起７９は、傾斜部６９が存在するにもかかわらず、直ちに回転カム６２の小径部６８に接することになる。すなわち、傾斜部６９が第１の板ばね７２の突起７９の位置に到達すると、直ちにスイッチ７１が開かれた状態となる。

これにより、図８（ｂ）に示される状態となり、モータ１４は給電を遮断されてその回転を停止する。このとき、作動レバー１１は、上述の第２の位置に到達しているが、作動対象１のばね２によって、アクチュエータ１０から引き出される方向の力を受けている。しかし、モータ１４のディテントトルクと、制動手段としての調速機構３０の突起３１がクラッチレバー３２のストッパ３５に当たっていることで調速機構３０に働いている回転阻止力とによって、作動レバー１１は、図５に示されるようにアクチュエータ１０の内部に保持される。すなわち、上述の（１）の状態において、さらに第１の大歯車２７に制動力が付与された状態となる。

この状態から、作動レバー１１を元のアクチュエータ１０から突出した状態すなわち元の第１の位置に戻すときには、図８（ｃ）に示すように、直流モータ１４の外部端子９６にマイナスの電位を供給する。あるいは、図８（ａ）（ｂ）の場合に比べてモータ１４に供給する電力の正負を逆転させる。このとき、スイッチ７０に接続された外部端子９７は、図８（ｃ）に示すように電力を供給しない。あるいは外部端子９６と同じ電位を供給してもよい。

すると、スイッチ７１が開いている状態で、直流モータ１４は、図８（ａ）（ｂ）の場合とは逆方向に回転する。これにより、図７（ｃ）に示すように、第２の大歯車２８は同（ｃ）における時計方向に回転し始める。すると、図７（ａ）の場合と回転方向は逆であるが、同様の動作によって、ばね３４によって押圧されたクラッチ歯車３３は第２の大歯車２８に対し相対的に回転しない噛み合い状態となり、その結果、第２の大歯車２８とクラッチ歯車３３とクラッチレバー３２とは、遊星歯車機構１６の中心軸４０を中心として、一体的に同（ｃ）における時計方向に旋回する。

この旋回によって、同（ｃ）に示すようにクラッチレバー３２がピン９２に当たると、それによってクラッチレバー３２の旋回は停止され、クラッチ歯車３３は、ばね３４から受ける回転阻止力よりも第２の大歯車２８から受ける回転力の方が大きくなるため、同（ｃ）の位置において反時計方向に空回り状態で回転する。クラッチレバー３２がピン９２に当たると、クラッチレバー３２は、制動手段としての調速機構３０による制動力の発現を停止させる位置に達したことになる。以下、この点について説明する。

すなわち、クラッチレバー３２がピン９１から離れることによって、クラッチレバー３２のストッパ３５と調速機構３０の突起３１との接触状態が解除される。調速機構３０は、第１の大歯車２７に駆動されて同（ｃ）における時計方向に回転する。

これによって、作動レバー１１を作動対象１のばね２の力に抗してアクチュエータ１０の内部に保持させておこうとする力がすべて解除されるため、作動レバー１１は、ばね２の力によって急速にアクチュエータ１０から引き出される。このとき、遊星歯車機構１６においては、上述の（１）の状態と比べて、モータ１４が回転し、さらに出力用ピニオン４２と内歯歯車２６および第１の大歯車２７とが、ばね２の力によって、モータ１４の回転に基づく速度と同等以上の速度で一体に回転する。

ただし、作動レバー１１の引き出し速度が所定の限度まで高くなった場合には、回転する調速機構３０の重錘８４、８４が遠心力によって拡径し、アクチュエータ１０の壁体３８の凹部８５に回転しながら接することになるため、これによる制動力が付与される。すなわち、作動レバー１１の引き出し速度が所定の限度を超えて高くなることが防止される。

以上のようにクラッチレバー３２は、図７（ａ）（ｃ）の位置にあるときは遊星歯車機構１６における内歯歯車２６と第１の大歯車２７との回転を許容することで、すなわちこれら内歯歯車２６および第１の大歯車２７を調速機構３０とともに空回りさせることで、モータ１４の動力がピニオン２０に伝達されることを阻止する。すなわち、制動手段による制動力を発現させる位置にある。反対にクラッチレバー３２は、図７（ｂ）の位置にあるときには、調速機構３０の回転を停止させることで内歯歯車２６と第１の大歯車２７との回転を阻止させ、それによってモータ１４の動力をピニオン２０に伝達させる。すなわち、制動手段による制動力の発現を停止させる位置にある。以上より、クラッチレバー３２は、モータ１４とピニオン２０との間で動力を伝達あるいは遮断させるためのクラッチ機能を果たすための部材として作用する。

ばね２の力によってピニオン２０が回転を開始すると、それに伴って歯車６１も回転を始める。すると、回転カム６２は、歯車６１の突部６４で押されることによって同様に回転する。しかし、隙間６５が存在することから回転カム６２の回転開始タイミングは歯車６１の回転開始タイミングよりも遅れる。そして、図５に示すように回転カム６２の小径部６８に接していた第１の板ばね７２の突起７９が傾斜部６９に接する。これにより、第１の板ばね７２は、傾斜部６９の作用によって無理なく押されて徐々に第２の板ばね７３に接近され、やがて電気接点７５、７６どうしが接触してスイッチ７１が閉じられる。すなわち、スイッチ７１は、作動レバー１１の引き出しが開始された時点では開いたままであり、作動レバー１１が少し引き出された後に、元通りに閉じられることになる。

モータ１４は、図７（ｃ）に示されるようにクラッチレバー３２がピン９１から離れて、調速機構３０が自由に回転できるようになった後は、もはや第２の大歯車２８に回転力を付与する必要はない。すなわち、その後は、モータ１４に給電を行う必要はない。そこで、クラッチレバー３２がピン９１から離れて調速機構３０が自由に回転できるようになったら、その後において直ちに、モータ１４への給電を遮断することができる。給電を遮断するタイミングは、モータ１４への通電を開始した後のタイマー制御や、クラッチレバー３２などの機構部品の位置を検知することによる制御など、任意の制御によって設定することができる。

図５に示す状態からモータ１４が回転を始めた場合において、減速歯車機構１８は、作動対象１のばね２の力に基づきラック２１およびピニオン２０から遊星歯車機構１６に伝えられる動力に対しては、増速を行う機構として作用する。このため、ばね２の力によりピニオン２０が回転することで歯車６１も回転を開始するが、その回転速度は、遊星歯車機構１６の第２の大歯車２８の回転速度よりもはるかに低い。このため、図７（ｃ）に示されるようにクラッチレバー３２がピン９１から離れて調速機構３０が自由に回転できるようになるタイミングは、モータ１４が回転を始めた直後であるのに対し、図５に示される状態から歯車６１が回転してスイッチ７１が閉じるタイミングは、それよりもずっと後である。また、上述のように、歯車６１が回転を開始してもスイッチ７１はすぐには閉じない。

よって、モータ１４への給電を遮断するタイミングは、スイッチ７１が閉じるタイミングよりもずっと前に設定することができる。換言すると、スイッチ７１は、モータ１４への給電が確実に遮断された後に閉じた状態に復帰することになる。よって、図８（ｃ）に示されるように外部端子９６に供給された電力がスイッチ７０の閉動によって外部端子９７に回りこんで回路部品に悪影響を及ぼすなどの事態の発生を防止することができる。

モータ１４に電力が供給されていない状態で、作動対象１のばね２の力によって作動レバー１１が図４に示される第１の位置まで引き出されたなら、すなわち作動レバー１１が元の位置に戻されたなら、ラック２１がアクチュエータ１０のハウジング３６の適当な位置に当たるなどによって、それ以上の引き出しは阻止される。これにより、作動レバー１１は、ばね２による引張力を受けた状態で元の位置に復帰する。

図９は、作動レバー１１の引込動作と戻し動作の際における、作動レバー１１の位置に対する、直流モータ１４のオン・オフ・逆転オン状態と、クラッチレバー３２などにより達成されるクラッチ機能にもとづく動力伝達の可否の状態と、調速機構３０などにより達成される制動の可否の状態と、スイッチ７１のオン・オフ状態との関係について示したチャートである。

図示のように、モータ１４は、引き込み動作が完了した後は電力の供給が遮断される。このため、たとえば作動対象１が洗濯機の排水弁である場合には、作動レバー１１がアクチュエータ１０に引き込まれてその排水弁が開いている間は、モータ１４に通電する必要がない。また排水弁を閉じるときにも、一瞬だけモータ１４に通電すれば足り、その後は通電の必要が無い。このため、モータ１４による電力消費をごく僅かに抑えることができる。またモータ１４の稼働時間を抑えることでモータ１４の見掛け上の寿命を長くすることができる。

上記においては、本発明の実施の形態のモータ式アクチュエータに関し、特定の構成例について説明した。しかし、本発明のモータ式アクチュエータは、上記の構成例のものに限定されず、本発明の技術思想の範囲内で様々な変形例に設計変更することが可能である。特に、制動手段とクラッチ手段とは、本発明において必須である特定の制動機能とクラッチ機能とを発揮するものであれば、任意の構成とすることができる。すなわち、制動手段としては、スイッチ７１が開いたときに作動レバー１１が作動対象１のばね２に引っ張られて元の位置に復帰しようとする動作を制動するとともに、直流モータ１４が逆転するときにはその制動作用を解除して作動レバー１１が作動対象１のばね２に引っ張られて元の位置に復帰しようとするのを許容するものであれば、任意の構成を採用することができる。またクラッチ手段としては、直流モータ１４が正転するときは直流モータ１４から作動レバー１１へ動力を伝達させるとともに、直流モータ１４が逆転するときは直流モータ１４と作動レバー１１との間で動力を伝達させないものであれば、任意の構成を採用することができる。

たとえば上記においては制動手段として調速機構３０を用いたものについて説明したが、これに代えて、たとえば遊星歯車機構１６の第１の構成部材である内歯歯車２６や第１の大歯車２７の回転を阻止させるものであれば、適宜の構成を採用することができる。またクラッチ手段として旋回式のクラッチアーム３２を用いたものについて説明したが、上述のように直流モータ１４の回転方向に連動したものであれば、他の適宜のクラッチ機構を採用することもできる。

また上記においては、遊星歯車機構１６によって制動手段とクラッチ手段とを構成したものについて説明したが、他の機構によってこれらを実現することも可能である。ただし、上記のように遊星歯車機構１６を採用すれば、簡単かつ小形の機構によって制動手段とクラッチ手段とを実現することができる。

１ 作動対象
２ ばね
１１ 作動レバー（作動体）
１４ 直流モータ
１６ 遊星歯車機構
１８ 減速歯車機構
２３ 太陽歯車（第２の構成部材）
２６ 内歯歯車（第１の構成部材）
２７ 第１の大歯車（第１の構成部材）
２８ 第２の大歯車（第２の構成部材）
３０ 調速機構（制動手段）
３１ 突起（制動手段）
３２ クラッチレバー（クラッチ手段）
３３ クラッチ歯車（クラッチ手段）
３４ 押圧ばね（クラッチ手段）
３５ ストッパ（クラッチ手段）
６２ 回転カム（スイッチを開かせる手段）
７１ スイッチ
９６ 外部端子（第２の電力供給路）
９７ 外部端子（第１の電力供給路）

Claims (3)

1. 直流電力が供給されたときに正転するとともに、供給される直流電力の正負が反転したときに逆転する直流モータと、
   直流モータへの直流電力の通電前は作動対象から及ぼされる力によって第１の位置に保持されるとともに、前記直流電力の通電により直流モータが正転したときに直流モータの動力により前記作動対象から及ぼされる力に抗して第２の位置に移動される作動体と、
   直流モータを正転させる電力を供給するための第１の電力供給路に設けられたスイッチと、
   作動体の動作に連動され、作動体の第２の位置への到達に対応してスイッチを開かせる手段と、
   スイッチが開動したときに作動体に制動力を付与するとともに、第２の電力供給路から供給される電力により逆転される直流モータの動力にて作動体への制動力を解除させて、作動対象から及ぼされる力による作動体の第２の位置への復帰を許容する制動手段と、
   直流モータが正転するときは直流モータから作動体へ動力を伝達させるとともに、直流モータが逆転するときは直流モータと作動体との間で動力を伝達させないクラッチ手段と、
   を有することを特徴とするモータ式アクチュエータ。
2. 直流モータと作動体との間に設けられた遊星歯車機構を備え、
   制動手段は、遊星歯車機構の第１の構成部材に制動力を付与させることが可能であり、
   クラッチ手段は、遊星歯車機構の第２の構成部材に連動されることで、制動手段に連動して制動手段に制動力を発現させる位置と、制動手段との連動を解除して制動手段による制動力の発現を停止させる位置との間を変位可能な部材を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ式アクチュエータ。
3. 制動手段は、遊星歯車機構の第１の構成部材に連動した回転体を有し、
   回転体は、その回転が阻止されたときに第１の構成部材に制動力を付与させることが可能であるとともに、その回転が許容されたときに第１の構成部材への制動力の付与を停止させるように構成され、
   クラッチ手段における変位可能な部材は、回転体に当たることで回転体の回転を阻止する位置と、回転体から離れて回転体の回転を許容する位置との間で変位可能である、
   ことを特徴とする請求項２記載のモータ式アクチュエータ。

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