JP2019182178A - ロータリーアクチュエータ及び乗物用座席 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃荷重に対するシャフトの曲げ剛性を確保しつつ、シャフトの軽量化を図ることのできるロータリーアクチュエータ及び乗物用座席の提供。【解決手段】モータと、モータに接続された減速機と、減速機により回転するシャフト２０と、を有するロータリーアクチュエータであって、シャフト２０は、減速機から回転動力が伝達される最終ギヤ１５と、最終ギヤ１５に対しシャフト２０の軸方向一方側２１に、第１距離Ｌ１で離間して設けられた第１ピニオンギヤ２Ａと、最終ギヤ１５に対しシャフト２０の軸方向他方側２２に、第１距離Ｌ１と異なる第２距離Ｌ２で離間して設けられた第２ピニオンギヤ２Ｂと、を有し、シャフト２０は、軸方向一方側２１に対して軸方向他方側２２が、異径となっている。【選択図】図６

Description

本発明は、ロータリーアクチュエータ及び乗物用座席に関するものである。

乗物用座席として、下記特許文献１には、座席底部と、座席底部に対して角度を調整可能なレッグレストと、座席底部に対して角度を調整可能なシートバックであって、下部シートバックと、上部シートバックとに分割され、下部シートバックは、座席底部に対して角度を調整可能であり、上部シートバックは下部シートバックに対して角度を調整可能である、シートバックと、上部シートバックに対して高さを調整可能であるヘッドレストと、を備える調整可能な航空機乗客用座席が開示されている。

特表２０１７−５１１２７２号公報

上記のような乗物用座席では、人が着座する着座部を前後方向に移動させるために、着座部の裏側にロータリーアクチュエータを設置する場合がある。ロータリーアクチュエータは、例えば、モータ及び減速機（アクチュエータ本体）によって回転するシャフト（出力軸）と、シャフトの両側に設けられた一対のピニオンギヤと、を有し、着座部の裏側に設けられた前後方向に延びる一対のラックギヤと噛み合うようになっている。

ところで、着座部の裏側には、他の部品も設置されており、それらの部品との干渉を防ぐために、アクチュエータ本体の配置はおのずと決まり、例えば、シャフトの全長に対して中央からオフセットした配置となる場合がある。ここで、乗物用座席においては、乗物の急停止、急発進、または衝突などによって、大きな衝撃荷重を受ける。このような衝撃によってシャフトが受ける曲げ荷重は、左右非対称に作用するため、従来では、シャフトの曲がりのリスクが大きい方（アクチュエータ本体に対して距離が長いピニオン側）を基準に径を決めていた。そのため、シャフトの径が大きく且つ全体（あるいは全長）に亘り同一となっていた。しかしながら、シャフトの径が大きく且つ全体に亘り同一となった場合は、ロータリーアクチュエータの重量が増えるため、乗物の燃費が悪くなるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、衝撃荷重に対するシャフトの曲げ剛性を確保しつつ、シャフトの軽量化を図ることのできるロータリーアクチュエータ及び乗物用座席の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、モータと、前記モータに接続された減速機と、前記減速機により回転するシャフトと、を有するロータリーアクチュエータであって、前記シャフトは、前記減速機から回転動力が伝達される被回転動力伝達部と、前記被回転動力伝達部に対し前記シャフトの軸方向一方側に、第１距離で離間して設けられた第１回転動力伝達部と、前記被回転動力伝達部に対し前記シャフトの軸方向他方側に、前記第１距離と異なる第２距離で離間して設けられた第２回転動力伝達部と、を有し、前記シャフトは、前記軸方向一方側に対して前記軸方向他方側が、異径となっている、という構成を採用する。

上記の課題を解決するために、本発明は、先に記載のロータリーアクチュエータを備える、乗物用座席を採用する。

本発明によれば、衝撃荷重に対するシャフトの曲げ剛性を確保しつつ、シャフトの軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態における乗物用座席を示す側面図である。 図２は、図１における矢視Ａ図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるシャフトに対する減速機の配置を示す図である。 本発明の実施形態におけるシャフトを示す構成図である。 図５における矢視Ｉ−Ｉ断面図である。 本発明の別実施形態におけるシャフトを示す構成図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す正面図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す背面図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す右側面図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す左側面図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す平面図である。 本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータを示す底面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、乗物用座席として、航空機の客室において設置される航空機用座席を例示する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために、例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の実施形態における乗物用座席１００を示す側面図である。図２は、図１における矢視Ａ図である。図３及び図４は、本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータ１を示す斜視図である。
乗物用座席１００は、図１に示すように、人が着座する着座部１００ａと、着座部１００ａに座った人を後方から支える背凭れ１００ｂと、を有する。着座部１００ａの裏側（下面側）には、着座部１００ａを座席底部１０１（固定ベース）に対して前後方向（図１において紙面左右方向）に移動させるロータリーアクチュエータ１が設置されている。

着座部１００ａの裏側には、前後方向に延びるラックギヤ１０２が取り付けられている。ラックギヤ１０２は、図２に示すように、着座部１００ａの左右方向（図２において紙面左右方向）に離間して一対で設けられている。
ロータリーアクチュエータ１は、一対のラックギヤ１０２に噛み合う一対のピニオンギヤ２を有する。一対のピニオンギヤ２は、ロータリーアクチュエータ１のシャフト２０（出力軸）の両端に取り付けられている。

シャフト２０は、左右方向に延びると共に、減速機１０及びモータ１１によって当該左右方向に延びる軸回りに回転する。減速機１０には、モータ１１、シャフト２０の他に、モータ１１の回転を制御する制御ユニット１２、シャフト２０の回転に関する情報（回転数、回転速度など）を計測する回転計１３（図３、図４参照）が取り付けられている。制御ユニット１２と回転計１３は、図示しない配線で接続されている。

減速機１０には、図１に示すように、座席底部１０１にロータリーアクチュエータ１を固定する固定部１０ａが設けられている。上記構成のロータリーアクチュエータ１によれば、モータ１１及び減速機１０を介してシャフト２０を軸回りに回転させると、ピニオンギヤ２が回転し、ラックギヤ１０２と共に着座部１００ａが前後方向に移動する。なお、ピニオンギヤ２は、ラックギヤ１０２と常時接触しており、回転停止時においては、着座部１００ａを固定するブレーキとなっている。

図５は、本発明の実施形態におけるシャフト２０に対する減速機１０の配置を示す図である。図６は、本発明の実施形態におけるシャフト２０を示す構成図である。図７は、図５における矢視Ｉ−Ｉ断面図である。なお、図５及び図６に示す符号Ｌは、シャフト２０の中心軸を示している。以下、この中心軸Ｌが延びる方向を、軸方向と称する。
減速機１０は、図５に示すように、シャフト２０の軸方向において、シャフト２０の全長の中央位置Ｃ（センター位置）からオフセットして配置されている。

すなわち、着座部１００ａの裏側には、ロータリーアクチュエータ１以外の部品が存在するため、それらの部品との干渉を防止するために、減速機１０は、シャフト２０の中央位置Ｃからオフセットしている。したがって、減速機１０は、シャフト２０に対して、シャフト２０の中央位置Ｃからオフセットした位置で、回転動力を伝達するようになっている。

図７に示すように、減速機１０は、モータ１１の回転軸１１ａに取り付けられた駆動ギヤ１４と、この駆動ギヤ１４と噛み合い、シャフト２０に取り付けられた最終ギヤ１５（被回転動力伝達部）と、を有する。なお、本実施形態の駆動ギヤ１４と最終ギヤ１５は、平歯車であるが、斜歯歯車や、傘歯車などであってもよい。また、駆動ギヤ１４と最終ギヤ１５との間に、一又は複数の回転動力伝達ギヤが配置されていてもよい。

モータ１１の回転軸１１ａの外周面には、キー溝１１ｂが形成されている。駆動ギヤ１４は、キー溝１１ｂに挿入されたキー１１ｃを介して回転軸１１ａに取り付けられている。また、シャフト２０の外周面にも、キー溝２０ｂが形成されている。最終ギヤ１５は、キー溝２０ｂに挿入されたキー２０ｃを介してシャフト２０に取り付けられている。最終ギヤ１５は、駆動ギヤ１４よりも大径且つ歯数が多く、駆動ギヤ１４の回転動力を減速してシャフト２０に伝達するようになっている。

シャフト２０は、図６に示すように、最終ギヤ１５が取り付けられる取付部２０ａに対し、軸方向一方側２１と軸方向他方側２２で、異径となっている。本実施形態において、シャフト２０の軸方向一方側２１とは、軸方向において減速機１０（最終ギヤ１５）が中央位置Ｃに対してオフセットした側と反対側を言う。シャフト２０の軸方向一方側２１の端部には、最終ギヤ１５に対して第１距離Ｌ１で離間して第１ピニオンギヤ２Ａ（第１回転動力伝達部）が配置されている。

ここで、第１距離Ｌ１とは、シャフト２０の軸方向において、最終ギヤ１５の歯幅中心ｃ１と第１ピニオンギヤ２Ａの歯幅中心ｃ２との間の距離を言う。第１ピニオンギヤ２Ａは、上述した一対のラックギヤ１０２の一方であり、上述した一対のラックギヤ１０２の一方に対して回転動力を伝達する。

また、本実施形態において、シャフト２０の軸方向他方側２２とは、軸方向において減速機１０（最終ギヤ１５）が中央位置Ｃに対してオフセットした側を言う。シャフト２０の軸方向他方側２２の端部には、最終ギヤ１５に対して第２距離Ｌ２で離間して第２ピニオンギヤ２Ｂ（第２回転動力伝達部）が配置されている。

ここで、第２距離Ｌ２とは、シャフト２０の軸方向において、最終ギヤ１５の歯幅中心ｃ１と第２ピニオンギヤ２Ｂの歯幅中心ｃ３との間の距離を言う。第２ピニオンギヤ２Ｂは、上述した一対のラックギヤ１０２の他方であり、上述した一対のラックギヤ１０２の他方に対して回転動力を伝達する。

図６に示すように、第２距離Ｌ２は、最終ギヤ１５が中央位置Ｃに対してオフセットした分だけ、第１距離Ｌ１よりも短くなっている。そして、シャフト２０の軸方向他方側２２（最終ギヤ１５がオフセットした側）は、軸方向一方側２１よりも小径となっている。シャフト２０の軸方向一方側２１の径Ｄ１は、第１距離Ｌ１に応じた大きさを有し、シャフト２０の軸方向他方側２２の径Ｄ２は、第２距離Ｌ２に応じた大きさを有する。すなわち、Ｌ１＞Ｌ２、且つ、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有する。

具体的には、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２は、異径であるが、曲げ剛性は同等となるように、Ｄ１、Ｄ２が設定されている。下記表１には、シャフト２０の軸方向一方側２１（左）と、シャフト２０の軸方向他方側２２（右）との曲げ剛性を同等にする方法の一例が示されている。

ｄは、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２の直径（径Ｄ１または径Ｄ２）である。Ｉは、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２の断面二次モーメントである。Ｌは、最終ギヤ１５に対する第１ピニオンギヤ２Ａまたは第２ピニオンギヤ２Ｂの距離（第１距離Ｌ１または第２距離Ｌ２）である。そして、Ｌ^３／Ｉは、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２の曲げ剛性である。

なお、この曲げ剛性は、円柱の片持ち梁のたわみに相当にするが、図２に示すように、例えば、乗物が衝突した場合にシャフト２０が受ける衝撃荷重Ｆ（大きさ及び方向）、及び、シャフト２０の縦弾性係数は、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２で同じ（左右同じ）であることを前提として、それらは考慮していない。なお、これら衝撃荷重Ｆ及び縦弾性係数が、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２で異なる場合は、それらを考慮してもよい。

図６に戻り、シャフト２０は、最終ギヤ１５が取り付けられる取付部２０ａを有し、取付部２０ａとシャフト２０の軸方向一方側２１の間、及び、取付部２０ａとシャフト２０の軸方向他方側２２との間には、テーパー部２０ｄ１，２０ｄ２が形成されている。すなわち、取付部２０ａの径は、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２の径よりも大きくなっており、テーパー部２０ｄ１，２０ｄ２は、両者の間を滑らかに接続している。

上記構成のロータリーアクチュエータ１によれば、シャフト２０が、減速機１０から回転動力が伝達される最終ギヤ１５と、最終ギヤ１５に対しシャフト２０の軸方向一方側２１に、第１距離Ｌ１で離間して設けられた第１ピニオンギヤ２Ａと、最終ギヤ１５に対しシャフト２０の軸方向他方側２２に、第１距離Ｌ１と異なる第２距離Ｌ２で離間して設けられた第２ピニオンギヤ２Ｂと、を有し、最終ギヤ１５が中央位置Ｃからオフセットした構成であっても、シャフト２０の軸方向一方側２１と軸方向他方側２２とを異径にすることにより、シャフト２０の曲げのリスクを軸方向一方側２１と軸方向他方側２２で同等に調整できるため、衝撃荷重Ｆに対する曲げ剛性を確保しつつ、シャフト２０の軽量化を図ることができる。

具体的に、本実施形態では、図６に示すように、第２距離Ｌ２は、第１距離Ｌ１よりも短く、シャフト２０の軸方向他方側２２は、軸方向一方側２１よりも小径となっている。すなわち、図２に示すように、衝撃荷重Ｆ（大きさ及び方向）は、シャフト２０の両端の一対のピニオンギヤ２に対して同じく作用するが、上述のように、シャフト２０は、最終ギヤ１５に対して軸方向一方側２１と軸方向他方側２２で距離が異なる左右非対称となっているため、図６に示すように、最終ギヤ１５に対して距離が長い（第１距離Ｌ１の）軸方向一方側２１の方が、軸方向他方側２２よりも曲がりのリスクが高くなる。一方で、最終ギヤ１５に対して距離が短い（第２距離Ｌ２の）軸方向他方側２２の方は、軸方向一方側２１よりも曲がりのリスクが低く、設計上、曲げ剛性に余裕があるといえる。このため、曲がりのリスクが高いシャフト２０の軸方向一方側２１においては一定の径を確保しつつ、曲がりのリスクが低いシャフト２０の軸方向他方側２２においては、径を小さく軽量化することで、シャフト２０の曲げ剛性を確保しつつ、軽量化を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、シャフト２０の軸方向一方側２１の径Ｄ１は、第１距離Ｌ１に応じた大きさを有し、シャフト２０の軸方向他方側２２の径Ｄ２は、第２距離Ｌ２に応じた大きさを有する。この構成によれば、上述した表１に示すように、シャフト２０の軸方向一方側２１（左）と、シャフト２０の軸方向他方側２２（右）との曲げ剛性を同等にすることができるため、衝撃荷重Ｆが作用した際に、シャフト２０の曲げのリスクを左右均等に分散させることができる。これにより、シャフト２０の曲げの発生を抑制することができるので、ピニオンギヤ２とラックギヤ１０２との噛み合いが外れるリスク（ブレーキ機能が損なわれるリスク）を低くすることができる。

また、本実施形態では、シャフト２０は、最終ギヤ１５が取り付けられる取付部２０ａを有し、取付部２０ａとシャフト２０の軸方向一方側２１の間、及び、取付部２０ａとシャフト２０の軸方向他方側２２との間には、テーパー部２０ｄ１，２０ｄ２が形成されている。この構成によれば、取付部２０ａと軸方向他方側２２との間の段差、及び、取付部２０ａと軸方向他方側２２との間の段差を無くし、衝撃荷重Ｆを受けた際の応力集中の発生を回避することができる。このため、軸方向一方側２１と軸方向他方側２２とで径が異なるシャフト２０において、衝撃荷重Ｆによるせん断及び破断・破損のリスクを低くすることができる。

また、本実施形態によれば、最終ギヤ１５、第１ピニオンギヤ２Ａ、及び第２ピニオンギヤ２Ｂは、平歯車（ギヤ）であるため、ロータリーアクチュエータ１の回転停止時においては、着座部１００ａを固定するブレーキとなり、ピニオンギヤ２及びラックギヤ１０２の噛み合わせが外れるリスクが低くなり、着座部１００ａに座る人の安全性を確保できる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、図８（ａ）に示すシャフト２０Ａに示すように、軸方向他方側２２Ａが第２ピニオンギヤ２Ｂに向かうに従って漸次縮径した形状（例えば、上述したテーパー部２０ｄ２と一体形状）となっていてもよい。この構成によっても、シャフト２０の軸方向一方側２１の曲げ剛性を確保しつつ、軸方向他方側２２の軽量化を図ることができる。

また、例えば、図８（ｂ）に示すシャフト２０Ｂに示すように、軸方向他方側２２Ｂが第２ピニオンギヤ２Ｂに向かうにしたがって段階的に縮径した形状となっていてもよい。この構成によっても、シャフト２０の軸方向一方側２１の曲げ剛性を確保しつつ、軸方向他方側２２の軽量化を図ることができる。この場合、シャフト２０の径がＤ２１の部分と、Ｄ２１よりも小径のＤ２２の部分との間に、応力集中を避けるテーパー部２０ｄ３を形成するとよい。

また、例えば、上記実施形態では、乗物用座席１００の着座部１００ａを前後方向に移動させるアクチュエータとして、本発明のロータリーアクチュエータ１を適用したが、この構成に限定されるものではない。例えば、上述した先行技術文献（特許文献１）に示すように、レッグレストや、シートバック、ヘッドレストの調整部などのアクチュエータに、本発明のロータリーアクチュエータ１を適用してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、シャフト２０の被回転動力伝達部、第１回転動力伝達部、及び前記第２回転動力伝達部として、ギヤを例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、被回転動力伝達部、第１回転動力伝達部、及び前記第２回転動力伝達部が、プーリー及びベルトによって回転動力を伝達するものであってもよい。すなわち、シャフト２０の両端には、ギヤ又はプーリーが取り付け可能とされているとよい。

最後に、上述したロータリーアクチュエータ１の六面図（ピニオンギヤ２無し）を添付する。図９は、本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータ１を示す正面図である。また、図１０は、本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータ１を示す背面図である。また、図１１は、本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータ１を示す右側面図である。また、図１２は、本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータ１を示す左側面図である。また、図１３は、本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータ１を示す平面図である。また、図１４は、本発明の実施形態におけるロータリーアクチュエータ１を示す底面図である。

１…ロータリーアクチュエータ、２…ピニオンギヤ、２Ａ…第１ピニオンギヤ（第１回転動力伝達部）、２Ｂ…第２ピニオンギヤ（第２回転動力伝達部）、１０…減速機、１０ａ…固定部、１１…モータ、１１ａ…回転軸、１１ｂ…キー溝、１１ｃ…キー、１２…制御ユニット、１３…回転計、１４…駆動ギヤ、１５…最終ギヤ（被回転動力伝達部）、２０…シャフト、２０ａ…取付部、２０ｂ…キー溝、２０ｃ…キー、２０ｄ１…テーパー部、２０ｄ２…テーパー部、２１…軸方向一方側、２２…軸方向他方側、１００…乗物用座席、１００ａ…着座部、１０１…座席底部、１０２…ラックギヤ、Ｃ…中央位置、Ｄ１…径、Ｄ２…径、Ｌ…中心軸、Ｌ１…第１距離、Ｌ２…第２距離

Claims (7)

1. モータと、前記モータに接続された減速機と、前記減速機により回転するシャフトと、を有するロータリーアクチュエータであって、
   前記シャフトは、
   前記減速機から回転動力が伝達される被回転動力伝達部と、
   前記被回転動力伝達部に対し前記シャフトの軸方向一方側に、第１距離で離間して設けられた第１回転動力伝達部と、
   前記被回転動力伝達部に対し前記シャフトの軸方向他方側に、前記第１距離と異なる第２距離で離間して設けられた第２回転動力伝達部と、を有し、
   前記シャフトは、前記軸方向一方側に対して前記軸方向他方側が、異径となっている、ことを特徴とするロータリーアクチュエータ。
2. 前記第２距離は、前記第１距離よりも短く、
   前記シャフトの前記軸方向他方側は、前記軸方向一方側よりも小径となっている、ことを特徴とする請求項１に記載のロータリーアクチュエータ。
3. 前記シャフトの前記軸方向一方側の径は、前記第１距離に応じた大きさを有し、
   前記シャフトの前記軸方向他方側の径は、前記第２距離に応じた大きさを有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータリーアクチュエータ。
4. 前記シャフトは、前記被回転動力伝達部が取り付けられる取付部を有し、
   前記取付部と前記シャフトの前記軸方向一方側の間、及び、前記取付部と前記シャフトの前記軸方向他方側との間には、テーパー部が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３に記載のロータリーアクチュエータ。
5. 前記被回転動力伝達部、前記第１回転動力伝達部、及び前記第２回転動力伝達部は、ギヤである、ことを特徴とする請求項１〜４に記載のロータリーアクチュエータ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータリーアクチュエータを備える、ことを特徴とする乗物用座席。
7. 人が着座する着座部と、
   前記着座部に取り付けられた一対のラックギヤと、を有し、
   前記ロータリーアクチュエータは、前記第１回転動力伝達部と前記第２回転動力伝達部として、前記一対のラックギヤと噛み合う一対のピニオンギヤを有する、ことを特徴する請求項６に記載の乗物用座席。

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