JP2014005840A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ保護や復帰動作を簡易に実施できる安全装置をコンパクトに備える。
【解決手段】このアクチュエータ１０は、ベースに取り付けられるハウジング１１と、駆動力を発生する駆動力発生手段２１と、ハウジング１１から突出して設けられる作用軸３１と、駆動力発生手段２１が発生する駆動力を作用軸３１に伝達する駆動力伝達手段２４ａ，２５，２６，２７と、を有し、前記作用軸３１は、駆動力を受けることによって同一軸線上で往復直線運動する。また、駆動力発生手段２１と駆動力伝達手段２４ａとは、結合／分離可能なクラッチ機構２３，２４を介して接続されており、クラッチ機構２３，２４は、常には弾性体の押圧力によって結合状態にあって駆動力を受け渡す一方、弾性体の押圧力に抗する外部からの引張力を受けたときには分離状態となって駆動力の伝達を断つ。
【選択図】図１１

Description

本発明は、作用軸の動作によって被作用体に対して作用力を及ぼすアクチュエータに係り、特に、安全装置を備えるアクチュエータに関するものである。

従来、この種のアクチュエータとしては、下記特許文献１に開示のように、作用軸を電動モータ等の駆動源によって動作させることで、外部の被作用体に対して作用力を及ぼすものが一般的であった。

特開２００２−２６６９７５号公報

しかしながら、上掲した特許文献１に代表される従来のアクチュエータでは、被作用体に対して作用力を及ぼす作用軸に対して過負荷や衝撃荷重などが加わると、駆動源であるモータに対して前記の過負荷や衝撃荷重などが直接伝達されてしまい、モータの機能を損なう虞が存在していた。また、仮にモータに対する電源供給が断たれてしまった場合などには、作用軸とモータとの接続を断つことで作用軸を手動で操作し、復帰させたいとする要請が存在していたが、その様な動作を好適に実現可能な機構はこれまで提案されてこなかった。さらに、上述したモータ保護や復帰動作を簡易に実施できる安全装置を備えながらも、コンパクトな装置外形を備えるアクチュエータが実現できれば、コスト面でも有利である。

本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、その目的は、モータ保護や復帰動作を簡易に実施できる安全装置を備えながらも、コンパクトな装置外形を備え、しかも、老人や子供など非力な者であっても安全装置の操作を容易に行い得るアクチュエータを提供することにある。

本発明に係るアクチュエータは、設置基準となるベースに取り付けられるハウジングと、駆動力を発生する駆動力発生手段と、前記ハウジングから突出して設けられる作用軸と、前記駆動力発生手段が発生する駆動力を前記作用軸に伝達する駆動力伝達手段と、を有し、前記作用軸が、前記駆動力を受けることによって同一軸線上で往復直線運動するアクチュエータであって、駆動力発生手段と前記駆動力伝達手段とは、結合／分離可能なクラッチ機構を介して接続されており、前記クラッチ機構は、常には弾性体の押圧力によって結合状態にあって前記駆動力を受け渡す一方、前記弾性体の押圧力に抗する外部からの引張力を受けたときには分離状態となって前記駆動力の伝達を断つことを特徴とするものである。

本発明によれば、モータ保護や復帰動作を簡易に実施できる安全装置を備えながらも、コンパクトな装置外形を備え、しかも、老人や子供など非力な者であっても安全装置の操作を容易に行い得るアクチュエータを提供することができる。したがって、本発明に係るアクチュエータによれば、装置の軽量化や製造コストの削減効果を得ることができるとともに高い操作性と安全性を得ることが可能となっている。

本実施形態に係るアクチュエータの正面側の外観を示す斜視図である。 本実施形態に係るアクチュエータの背面側の外観を示す斜視図である。 本実施形態に係るアクチュエータの正面視を示す図である。 本実施形態に係るアクチュエータの背面視を示す図である。 本実施形態に係るアクチュエータの上面視を示す図である。 本実施形態に係るアクチュエータの底面視を示す図である。 図３中のＡ−Ａ断面を示す図である。 図３中のＢ−Ｂ断面を示す図である。 図８中のＣ部拡大図を示す図である。 図３中のＤ−Ｄ断面を示す図である。 図６中のＥ−Ｅ断面を示す図である。 本実施形態に係るアクチュエータの安全装置であるレバー部材が作動した状態を示す図であり、特に、図３に対応する正面図である。 本実施形態に係るアクチュエータの安全装置であるレバー部材が作動した状態を示す図であり、特に、図６に対応する底面図である。 本実施形態に係るアクチュエータの安全装置であるレバー部材が作動した状態を示す図であり、特に、図１１に対応する断面図であって図１３中のＦ−Ｆ断面を示している。 本実施形態に係るアクチュエータを密閉ドアの開閉機構に用いた場合を例示する図であり、特に、動作前の設置状態を示している。 本実施形態に係るアクチュエータを密閉ドアの開閉機構に用いた場合を例示する図であり、特に、動作後の設置状態を示している。 本実施形態に係るアクチュエータを密閉ドアの開閉機構に用いた場合を例示する図であり、特に、動作前後における作用軸の状態を説明している。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

ここで、図１は、本実施形態に係るアクチュエータの正面側の外観を示す斜視図であり、一方、図２は、本実施形態に係るアクチュエータの背面側の外観を示す斜視図である。また、図３は、本実施形態に係るアクチュエータの正面視を、図４は、本実施形態に係るアクチュエータの背面視を、図５は、本実施形態に係るアクチュエータの上面視を、図６は、本実施形態に係るアクチュエータの底面視を示す図である。さらに、図７は、図３中のＡ−Ａ断面を、図８は、図３中のＢ−Ｂ断面を、図９は、図８中のＣ部拡大図を、図１０は、図３中のＤ−Ｄ断面を、図１１は、図６中のＥ−Ｅ断面を示している。またさらに、図１２〜図１４は、本実施形態に係るアクチュエータの安全装置であるレバー部材が作動した状態を示す図であり、図１２が図３に対応する正面図であり、図１３が図６に対応する底面図であり、図１４が図１１に対応する断面図であって図１３中のＦ−Ｆ断面を示している。

本実施形態に係るアクチュエータ１０は、概略矩形形状に形成されたハウジング１１と、不図示の外部電源からの電力を得て駆動することで、回転駆動力を発生する駆動力発生手段としてのモータ２１と、ハウジング１１の一方側（図１における紙面上方側）及び他方側（図１における紙面下方側）のそれぞれに突出する作用軸３１と、を有して構成されている。

モータ２１は、特に図１１等で詳細に示されるように、モータ軸２２を鉛直下方向に向けた状態でハウジング１１に対して取り付けられている。モータ軸２２には、雌円錐としての雌側円錐クラッチ２３が設置されており、下方に行くに従って円錐形状の内径が広がるように開口が形成されている。この雌側円錐クラッチ２３の開口には、雄円錐としての雄側円錐クラッチ２４が結合／分離可能な状態で挿入されており、通常状態において雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４との接続がなされている。

また、雄側円錐クラッチ２４には、下方側の延長部分にクラッチ側ギヤ２４ａが形成されている。このクラッチ側ギヤ２４ａには第一減速ギヤ２５が噛み合わされており、さらに、第一減速ギヤ２５には第二減速ギヤ２６が、第二減速ギヤ２６にはナット側ギヤ２７がそれぞれ噛み合わされている。すなわち、本実施形態では、モータ２１の駆動によって発生する回転駆動力が、クラッチ側ギヤ２４ａ、第一減速ギヤ２５、及び第二減速ギヤ２６によって減速されて、ナット側ギヤ２７へと伝達されるように構成されており、これら複数のギヤによって、本実施形態に係る減速機構が構成されている。

さらに、ナット側ギヤ２７へと伝達された回転駆動力は、ナット側ギヤ２７が固定されるとともに、ハウジング１１内でベアリング２８を介して回転可能に設置されたナット部材２９へと伝達されることとなる。このナット部材２９は、ねじ軸として機能する作用軸３１と協働することで、本実施形態に係る転動装置を形成する部材である。なお、この転動装置は、ボールねじ装置として一般に周知の装置であるから詳細な説明は省略するが、その具体的な構造は、例えば、ナット部材２９は、内周面に螺旋状の溝が形成された開口孔を有しており、一方、作用軸３１は、外周面に対してナット部材２９の螺旋溝に対応した螺旋溝を有している。そして、ナット部材２９の螺旋溝と作用軸３１の螺旋溝とで形成される螺旋通路の間には、複数の転動体（ボールやローラなど）が転走自在な状態で設置されている。なお、複数の転動体については、ナット部材２９に形成された戻し通路等によってナット部材２９と作用軸３１との間で無限に循環できるように構成される場合もあるし、一定の範囲内で転走可能に構成される場合もある。

したがって、本実施形態に係る転動装置を形成するナット部材２９及び作用軸３１とは、ナット側ギヤ２７へと伝達された回転駆動力を得ることでナット部材２９が回転すると、その回転運動に伴って、作用軸３１が軸線方向での往復直線運動を行うことができるようになっている。

作用軸３１は、ハウジング１１の一方側（図１における紙面上方側）及び他方側（図１における紙面下方側）のそれぞれに突出する部材であり、本実施形態では、１本の軸体として構成されている。すなわち、本実施形態に係る作用軸３１は、ハウジング１１の一方側（図１における紙面上方側）に突出する作用軸３１の一方側軸端部３１ａと、ハウジング１１の他方側（図１における紙面下方側）に突出する作用軸３１の他方側軸端部３１ｂとが、モータ２１からの回転駆動力を受けることで同一軸線上の同一方向で往復直線運動するように構成されている。したがって、本実施形態に係るアクチュエータ１０によれば、一方側軸端部３１ａと他方側軸端部３１ｂとが別々の被作用体に対して同一方向での作用力を及ぼすことができるようになっている。

ところで、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、設置基準となる不図示のベースに対してハウジング１１を取り付けることで設置状態が実現されることとなるが、一方側軸端部３１ａと他方側軸端部３１ｂとが別々の被作用体に対して作用力を及ぼすときには、被作用体の状態に応じて、ハウジング１１に対して連れ動きの動作成分が生じることとなる。したがって、外部に対する作用力の付与をスムーズに行うためには、このような連れ動きの動作成分を許容するための機構を、ハウジング１１とベースとの間に設けておく必要がある。

そこで、本実施形態では、ベースに対してハウジング１１を位置移動させるための位置移動手段として、ハウジング１１の背面側にリニアガイド４１を設置することとした。このリニアガイド４１についても一般に周知の装置であるから詳細な説明は省略するが、軌道レール４１ａに対して移動ブロック４１ｂが複数の無限循環可能な転動体を介して組み付けられており、軌道レール４１ａの長手方向に沿って移動ブロック４１ｂが往復直線運動可能なように構成された装置である。なお、本実施形態では、ハウジング１１に対して移動ブロック４１ｂが接続されており、軌道レール４１ａの側を不図示のベースに対して取り付けるように構成されている。したがって、本実施形態に係るアクチュエータ１０では、モータ２１が駆動されることで作用軸３１が移動し、一方側軸端部３１ａと他方側軸端部３１ｂとが別々の被作用体に対して同一方向での作用力を及ぼすと、その際にベースとハウジング１１との間に生じる連れ動きの動作成分を、移動ブロック４１ｂに対する軌道レール４１ａの同一平面内での往復直線運動によって許容するように構成されている。かかる構成によって、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、スムーズな動作と被作用体に対する作用力の確実な付与を実現可能となっている。

さて、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、さらに、不具合発生時に容易に復帰動作可能なように、安全装置を備えている。かかる安全装置について、図３と図１２、図６と図１３、並びに図１１と図１４を対比して説明を行う。

上述したように、本実施形態では、駆動力発生手段であるモータ２１のモータ軸２２と、駆動力伝達手段であるクラッチ側ギヤ２４ａとの間には、結合／分離可能な状態で雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４とからなるクラッチ機構が設置されている。このクラッチ機構は、常には弾性体の押圧力によって結合状態にあって駆動力を受け渡すことができるようになっている。すなわち、雄側円錐クラッチ２４の下方には、ハウジング１１の内壁面との間にコイルばね５１が設置されており、このコイルばね５１は、常時上方へ向けて弾性力を及ぼすことで雄側円錐クラッチ２４を上方に押し上げ、雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４との結合状態を実現している（例えば、図１１の状態参照）。したがって、この状態では、モータ軸２２の回転運動が雌側円錐クラッチ２３から雄側円錐クラッチ２４へと伝達されることで、駆動力伝達手段であるクラッチ側ギヤ２４ａへと確実に回転駆動力が伝達される状態となっている。

一方、雄側円錐クラッチ２４には、鉛直下方向に延びて固定ピン５２が設置されており、さらにこの固定ピン５２は、ハウジング１１の底面に設置されたレバー部材５３の傾動動作に応じて雄側円錐クラッチ２４とともに下方側に移動できるようになっている。なお、本実施形態に係るレバー部材５３については、図１２に示すように、一端側（紙面右側）がハウジング１１に対して傾動自在に接続する支点αとして構成されるとともに、操作者から引張操作を受ける他端側（紙面左側）が力点βとして構成され、さらに、雄側円錐クラッチ２４に接続する固定ピン５２と接続する箇所（支点α近傍の位置）が作用点γとして構成される部材である。したがって、操作者が力点βとしてのレバー部材５３の他端側（紙面左側）を下方に引っ張ると、レバー部材５３は、支点αである一端側（紙面右側）を傾動中心として傾動し、その傾動動作分だけ作用点γである固定ピン５２と接続する箇所（支点α近傍の位置）が下方に移動することとなる。すると、固定ピン５２と接続する雄側円錐クラッチ２４も同様に下方に移動することとなるので、雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４との結合状態が解除され、クラッチ機構は分離状態となる（図１４参照）。クラッチ機構のこのような分離状態は、モータ２１のモータ軸２２から伝達される回転駆動力が、駆動力伝達手段であるクラッチ側ギヤ２４ａに対して伝わることを断つことになるので、例えば、作用軸３１等に生じた不具合を解消するために、作用軸３１を手動で復帰位置に移動させるなどの動作が可能となる。

なお、上述したレバー部材５３の傾動動作を実現する機構については、レバー部材５３の他端側（紙面左側）である力点βの位置に設置された紐状の部材など、レバー部材５３を簡易に引張操作できるものであればよく、アクチュエータ１０の設置環境に応じて適切な機構を選択することが好ましい。

また、上述したレバー部材５３の傾動動作は、コイルばね５１の弾性力に抗して行われるものなので、操作者が、力点βである他端側（紙面左側）への引張操作を解除すると、コイルばね５１の弾性力の作用によって雄側円錐クラッチ２４は上方に移動することとなり、雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４との結合状態が再度実現されることとなる。また、本実施形態に係るクラッチ機構は、雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４という円錐クラッチを採用しているので、例えば前述したクラッチ機構の復帰動作の際にクラッチの位相差を考慮することなく確実に復帰動作が行われるので好適である。さらに、クラッチを分離する動作の際にも、円錐クラッチであれば、少ない力で容易にクラッチを分離することができるので、操作性に優れており、安全動作が容易にできることから安全面でも優れた機構であるということができる。

またさらに、本実施形態のレバー部材５３は、図６及び図１３に示されるように、作用軸３１を導通するための導通孔５３ａを有しており、この導通孔５３ａ内を作用軸３１が導通することで、レバー部材５３と作用軸３１とが交差配置されている。このように、本実施形態のレバー部材５３は、ハウジング１１からはみ出すことなく、装置外形に沿った位置に配置されているので、アクチュエータ１０自体の外郭形状を非常にコンパクトにすることを実現している。したがって、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、装置の軽量化やコンパクト化が実現されているとともに、製造コストの削減効果をも得ることが可能となっている。

また、レバー部材５３を上記のように配置したことにより、レバー部材５３の長さをアクチュエータ１０の幅寸法と同等まで長くすることができる。これにより、老人や子供など、非力の者であっても当該レバー部材５３の操作を容易に行うことができ、前述した円錐クラッチ２３，２４の採用に基づく操作力の軽減と相俟って、安全装置の操作性が非常に高められている。

以上、図１〜図１４を参照することで、本実施形態に係るアクチュエータ１０の基本構成についての説明を行った。次に、図１５〜図１７を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ１０の使用例を説明する。ここで、図１５〜図１７は、本実施形態に係るアクチュエータを密閉ドアの開閉機構に用いた場合を例示する図であり、特に、図１５が動作前の設置状態を示し、図１６が動作後の設置状態を示し、図１７が動作前後における作用軸の状態を説明している。

図１５〜図１７で示す使用例は、本実施形態に係るアクチュエータ１０を、例えば大型冷蔵庫等の密閉性を要求される密閉ドア８１の開閉機構として用いた場合を例示するものであり、密閉ドア８１の上下に配置された被押圧部８２ａ，８２ｂに対して、本実施形態に係るアクチュエータ１０の作用部の上下端（一方側軸端部３１ａ及び他方側軸端部３１ｂ）に配置された押圧部８５ａ，８５ｂをそれぞれ傾動させて押し付けることにより、密閉ドア８１を戸枠８３に押し付け、密閉状態で固定しようとするものである（図１６参照）。

つまり、図１５で示す状態から本実施形態に係るアクチュエータ１０を動作させると、本実施形態に係るアクチュエータ１０では、例えば図１６に示すように、モータ２１を駆動することで作用軸３１が下方側に移動し、一方側軸端部３１ａと他方側軸端部３１ｂとが別々の被作用体である押圧部８５ａ，８５ｂに対して同一方向での作用力を及ぼすことになるので、押圧部８５ａ，８５ｂはそれぞれが傾動動作を行い、密閉ドア８１を戸枠８３に押し付けるように作用することとなる。ただし、このような押圧部８５ａ，８５ｂの傾動動作に際しては、不図示のベースとハウジング１１との間に連れ動きの動作成分が生じることとなる。この動作成分が、図１７において差分量「Ｓ」として示されている。この動作成分「Ｓ」を許容するために、本実施形態に係るアクチュエータ１０では、図１６に示すように、ハウジング１１の背面側に設置されたリニアガイド４１が機能することとなる。すなわち、移動ブロック４１ｂに対する軌道レール４１ａの同一平面内での往復直線運動によって、不図示のベースに対するハウジング１１の移動動作が実行され、動作成分「Ｓ」が許容されることとなる。かかる構成によって、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、スムーズな動作と被作用体に対する作用力の確実な付与を実現可能となっている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上述した本実施形態では、ハウジング１１の一方側に突出する作用軸３１の一方側軸端部３１ａと、ハウジング１１の他方側に突出する作用軸３１の他方側軸端部３１ｂとが、モータ２１からの駆動力を受けることで同一軸線上の同一方向に往復直線運動する構成が採用されていた。すなわち、本実施形態に係る作用軸３１は、ハウジング１１の一方側と他方側とに貫通して配置されたものであった。しかしながら、本発明の範囲は上述した形態には限定されない。本発明に係る作用軸については、ハウジングの一方側のみに突出して設けられるものであってもよい。このようなハウジングの一方側のみに突出する作用軸に対しても、上述した本実施形態に係る雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４とからなる安全装置を好適に設置することが可能である。

また、上述した本実施形態に係る作用軸３１は、１本の軸体として構成されていた。しかしながら、本発明の範囲は上述した形態には限定されない。本発明に係る作用軸については、一方側軸端部３１ａを有する軸体と、他方側軸端部３１ｂを有する軸体とが別体で構成されている形態を採用することができる。なお、本発明に係る作用軸が別体構成されている場合には、上述した本実施形態に係る雌側円錐クラッチ２３と雄側円錐クラッチ２４とからなる安全装置を、それぞれの軸体に対して別々に設ければよい。

また、例えば、上述した本実施形態では、一方側軸端部３１ａと他方側軸端部３１ｂとが別々の被作用体に対して作用力を及ぼすとき、ハウジング１１に生じる連れ動きの動作成分を許容するために、ベースに対してハウジング１１を位置移動させる位置移動手段を備えることが示されており、この位置移動手段としてリニアガイド４１を採用した場合が例示されていた。しかしながら、本発明の位置移動手段は、任意の平面内での往復直線運動を行うリニアガイド４１に限定されない。本発明の位置移動手段は、例えば、任意の平面内で回転運動を行う回転軸として構成することも可能である。つまり、本発明に係るアクチュエータでは、作用軸によって作用を及ぼされる被作用体の形状等に応じて、最適な位置移動手段を選択することが望ましい。

また、例えば、上述した本実施形態では、駆動力伝達手段は、クラッチ側ギヤ２４ａ、第一減速ギヤ２５、第二減速ギヤ２６、及びナット側ギヤ２７という４つのギヤによって構成されていた。しかし、本発明に係る駆動力伝達手段は、上述した実施形態のものには限られず、あらゆる形態を採用することができる。

また、例えば、上述した本実施形態では、ナット部材２９とねじ軸である作用軸３１とによって形成される転動装置が転動体ねじ装置として構成されたものであることを説明したが、本発明の転動装置には、滑りねじ装置を採用することも可能である。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ アクチュエータ、１１ ハウジング、２１ モータ、２２ モータ軸、２３ 雌側円錐クラッチ、２４ 雄側円錐クラッチ、２４ａ クラッチ側ギヤ、２５ 第一減速ギヤ、２６ 第二減速ギヤ、２７ ナット側ギヤ、２８ ベアリング、２９ ナット部材、３１ 作用軸、３１ａ 一方側軸端部、３１ｂ 他方側軸端部、４１ リニアガイド、４１ａ 軌道レール、４１ｂ 移動ブロック、５１ コイルばね、５２ 固定ピン、５３ レバー部材、５３ａ 導通孔、８５ａ，８５ｂ 押圧部、α 支点、β 力点、γ 作用点。

Claims (4)

1. 設置基準となるベースに取り付けられるハウジングと、
   駆動力を発生する駆動力発生手段と、
   前記ハウジングから突出して設けられる作用軸と、
   前記駆動力発生手段が発生する駆動力を前記作用軸に伝達する駆動力伝達手段と、
   を有し、
   前記作用軸が、前記駆動力を受けることによって同一軸線上で往復直線運動するアクチュエータにおいて、
   駆動力発生手段と前記駆動力伝達手段とは、結合／分離可能なクラッチ機構を介して接続されており、
   前記クラッチ機構は、常には弾性体の押圧力によって結合状態にあって前記駆動力を受け渡す一方、前記弾性体の押圧力に抗する外部からの引張力を受けたときには分離状態となって前記駆動力の伝達を断つことを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
   前記クラッチ機構は、雌円錐と雄円錐とによって構成される円錐クラッチであり、
   前記クラッチ機構を分離状態とする前記引張力は、前記雌円錐又は前記雄円錐のいずれか一方に接続するレバー部材によって及ぼされることを特徴とするアクチュエータ。
3. 請求項２に記載のアクチュエータにおいて、
   前記レバー部材は、
   前記ハウジングに対して傾動自在に接続する支点と、
   操作者から引張操作を受ける力点と、
   前記雌円錐又は前記雄円錐のいずれか一方に接続する作用点と、
   を有することを特徴とするアクチュエータ。
4. 請求項２又は３に記載のアクチュエータにおいて、
   前記レバー部材は、前記作用軸を導通するための導通孔を有しており、
   前記導通孔内を前記作用軸が導通して配置されることで、前記レバー部材と前記作用軸とが交差配置されていることを特徴とするアクチュエータ。

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