JP2022015810A

JP2022015810A - 電動アクチエータ

Info

Publication number: JP2022015810A
Application number: JP2020118917A
Authority: JP
Inventors: 洋一片平; Yoichi Katahira; 昭則北村; Akinori Kitamura
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2022-01-21

Abstract

【課題】ウイング扉の開閉に電動アクチエータを使用しつつ、掛かる負荷を分散することで小型化した電動アクチエータを提供する。
【解決手段】箱形の荷室１を備えた車両に装備され、荷室１のウイング扉５をネジ軸の進退動作によって開閉する電動アクチエータＡにおいて、バネ部材１１と電動アクチエータＡを設置する設置枠１０を荷室１の特定のパネルに固定してウイング扉５が開放する方向に弾性力を付与するバネ部材１１を備えることで、ネジ軸によるウイング扉５の開放開始時における負荷を軽減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、箱形の荷室を備えた車両において、荷室を構成するパネルを開閉するための電動アクチエータに関する。

従来から荷役作業効率化のため、荷室の側面（以下、サイドパネルという）全面を開放し、荷物の積み下ろし作業が行える所謂、ウイングボディの車両（以下、ウイング車という）が広く利用されている。

ウイング車は一般的に、荷室のサイドパネルの上半分が屋根としてのルーフパネルと一体で上に持ち上がるウイング扉構造をなす。ウイング扉はロープや滑車を用いて人力で開閉するものや、油圧シリンダからなるアクチエータを利用して開閉するものが知られている。

しかし、油圧シリンダからなるアクチエータを用いた場合、油圧シリンダに油圧を供給するための配管や、油圧ポンプを駆動するためのモータが必要となることからウイング扉を開閉する装置構造が複雑化し、煩雑な保守点検を必要とする。

そこで、油圧シリンダを用いたアクチエータに代えて、電動アクチエータを利用してウイング扉を開閉することもなされている（下記特許文献１参照）。

実開平６－６１５４３号公報

上記特許文献１記載の方法では、電動アクチエータの基端側に連結した固定取付部を荷台のフレームに連結し、電動アクチエータの移動子側に連結した可動取付部をウイング扉に固定して、電動シリンダ（電動アクチエータ）を使用状態にセットする。

この状態で、電動シリンダのモータの作動スイッチを操作してモータを正転または逆転させることにより、螺杆の正回転または逆回転に伴って、螺杆に螺合した移動子が可動取付部を伴って前後動し、この動きによってウイング扉を開閉する。

このようにして、電動アクチエータによってウイング扉を開閉操作する機構は、前述した油圧シリンダを用いたアクチエータと異なり、複雑な油圧回路を配設する必要がないので、装置自体の構造を簡素化できる利点を有する。

然るに、電動アクチエータを利用する場合、電動アクチエータは電気モータを具備することから、油圧シリンダに対して比較的大きな設置スペースを必要とする。電動アクチエータの設置スペースは、ウイング車の荷室の天井付近に限られる。

荷室の天井付近に電動アクチエータを設置すると、ウイング扉が完全に閉じた状態から開放を開始した直後において、鉛直方向に開くウイング扉に対して水平に近い方向に伸縮動作するロッドには分力によって非常に大きな負荷が掛かり、ウイング扉の開放度が上がるにつれて当該負荷は指数関数的に低下する。

したがって、ウイング扉の開閉に用いる電動アクチエータは、ウイング扉開放開始時に掛かる大きな負荷に耐えられる出力のモータや機構部品を設計する必要があり、結果的に大型化する。一方、ウイング車に確保できる設置スペースは限られるので、油圧シリンダと同等のサイズとする必要があり、これらの両立が課題となる。

そこで、本発明は、ウイング扉の開閉に電動アクチエータを使用しつつ、ウイング扉の開放開始時に電動アクチエータに掛かる大きな負荷を軽減することのできる技術を採用することにより、前記課題を解決し、油圧シリンダの代替となり得る電動アクチエータを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、箱形の荷室を備えた車両に装備され、当該荷室のウイング扉をねじ軸の進退動作によって開閉する電動アクチエータにおいて、当該ウイング扉が開放する方向に弾性力を付与するバネ部材を備えることで、開放時における前記ねじ軸に掛かる負荷を軽減するように構成したことに特徴を有する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバネ部材と電動アクチエータを設置する設置枠を前記荷室の特定のパネルに固定して構成したことに特徴を有する。

請求項１記載の発明によれば、ウイング扉の開放開始時において電動アクチエータのねじ軸に加わる負荷をバネ部材によって軽減できるので、電動アクチエータの担保する負荷が減り、出力を小さくすることで電動アクチエータを小型化することができる。

請求項２記載の発明によれば、電動アクチエータとバネ部材を簡易な構成でウイング扉近傍に設置することができる。

本発明の電動アクチエータを搭載したウイング車を示す斜視図である。本発明の電動アクチエータの設置個所を示す要部拡大側面図である。ウイング車のウイング扉が閉じた状態における電動アクチエータの設置状態を示す側面図である。ウイング車のウイング扉が開放途中における電動アクチエータの設置状態を示す側面図である。本発明の電動アクチエータの構造を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。図１は本発明の電動アクチエータＡを搭載したウイング車を示している。図１に示すウイング車は、箱形の荷室（以下、単に荷室という）１の側方から荷物の積み下ろしが可能となるように、荷室１側面の下半分を構成する側アオリ２が下に開き、上半分のサイドパネル３が屋根を構成するルーフパネル４と一体的に開閉する構造となっており、上半分のサイドパネル３とルーフパネル４によってウイング扉５を形成している。

ウイング扉５はルーフパネル４の中央部分を枢軸６を中心に回転することによって、荷室１の側面を開放する構造であり、図１においては、車両正面視で右側のウイング扉５のみを開放した状態を示しているが、左右両側をウイング扉５として、両側から開放できるように構成しても良い。

７は荷室１の前面部分を構成するフロントパネルであり、８は荷室１の後部に立設した門形のフレームで、当該門形フレーム８には、荷室１を後方から開閉する例えば、観音開きの扉（後方扉）９が取り付けられている。

１０は前記フロントパネル７および門形フレーム８の上部位置に設置される電動アクチエータＡを設置するための設置枠であり、設置枠１０に設置された電動アクチエータＡは、ウイング扉５の開閉動作に応じて、その基端側を支点に回動し、起立・倒伏する。

１１は設置枠１０内に電動アクチエータＡとともに設置されるバネ部材であり、ウイング扉５が開放した状態においては、その上端部がフロントパネル７および設置枠１０の上面位置より上方に突出している。

上記設置枠１０は、車両正面視で左側のウイング扉５の開閉が可能な場合においては、正面視右側に設置した設置枠１０同様、左側のフロントパネル７裏面（荷室１の内側面）にも設置されており、当該設置枠１０内には、右側同様、電動アクチエータＡおよびバネ部材１１が設置される。

また、正面視左側に設置した電動アクチエータＡについては、右側に設置した電動アクチエータＡと左右対称に、基端側に支点が取り付けられており、左側のウイング扉の開閉とともに、支点を中心に回動する構造であるが、図１においてはその作図を省略する。

図２は前記設置枠１０のフロントパネル７への取付状態を示す側面図である。設置枠１０は側方視でＵ字形状をなす長尺の治具であり、その長手方向をフロントパネル７および門形フレーム８の上辺に沿って取り付けることにより、これに脱落不能に固定されている。

前記電動アクチエータＡおよびバネ部材１１は当該設置枠１０の溝内部に取り付けることで、フロントパネル７や門形フレーム８を特段改造することなく、ウイング扉５の近傍に設置することができる。

つづいて、前記電動アクチエータＡの設置枠１０内への設置方法について図３を用いて詳述する。図３は図１に示す車両正面視でフロントパネル７の裏面（荷室１の内面）右側に固定した設置枠１０内の電動アクチエータＡを示しており、ウイング扉５が完全に閉じた状態を示している。

図３において、１２は設置枠１０内に固定された固定側固定座であり、１３は電動アクチエータＡの基端側に取り付けられ、固定側固定座１２に対して第１の連結軸１４周りに回転可能に連結される固定金具を示している。

１５はウイング扉５のルーフパネル４の内側面に固定された可動側固定座であり、１６は可動側固定座１５に第２の連結軸１７によって回動可能に取り付けられる、電動アクチエータＡの後述するねじ軸の段差部である。

１８は電動アクチエータＡを駆動制御するコントローラであり、電動アクチエータＡとともに設置枠１０内に設置される。

１９はコントローラ１８のバッテリー電源線であり、車両に搭載した図示しないバッテリからコントローラ１８に電力を供給する。２０はコントローラ１８と電動アクチエータＡを接続する電源線であり、電動アクチエータＡを構成する後述するモータに駆動用電力を供給する。

１１は設置枠１０内に下端部を固定し、上端部をウイング扉５が閉じた状態において、ループパネル４の内側面に当接するバネ部材を示しており、ウイング扉５が閉じた状態において当該ウイング扉５によって圧縮されることにより、該ウイング扉５が開放する方向に弾性力を付与する。

６は前述したように、ウイング扉５が開閉動作する際に回転動作の支点となる枢軸であり、図１に示すように、フロントパネル７とウイング扉５のルーフパネル４間を連結している。

つづいて、前記電動アクチエータＡの構造について図４を用いて説明する。図４において、２１は電動アクチエータＡの基端側に備えた前記固定金具１３に固定されるパイプフレームであり、２２は該パイプフレーム２１を内嵌する第１の径小部２３を備え、当該パイプフレーム２１と連結される略中空形状の基端側ケーシングを示している。

２４は前記基端側ケーシング２２の開口部に取り付けられた中空円筒形状のモータケーシングであり、モータケーシング２４内には、電動アクチエータＡの駆動源として機能するモータ（ブラシレスＤＣモータ等）２５が取り付けられている。

２６はモータ２５の反対側（図４の右側）に取り付けられる略中空形状の先端側ケーシングであり、その右端に形成した第２の径小部２７内には前記ねじ軸２８が挿通している。また、ねじ軸２８の他方端（図４の左側）は、基端側ケーシング２２の第１の径小部２３内および前記パイプフレーム２１の中空部まで延出している。

モータ２５はモータケーシング２４の内側面に固定されるステータコア２９と、ステータコア２９に図示しないボビンを介して巻回されるモータコイル３０、および、ロータパイプ３１に取り付けられるロータマグネット３１ａから概略構成されている。

ロータパイプ３１は、基端側ケーシング２２内に固定した第１の軸受３２と、先端側ケーシング２６内に固定した減速機構３３によって回転自在に取り付けられている。

減速機構３３は、先端側ケーシング２６内に固定された内歯車３４と、内歯車３４内を自転しながら、ねじ軸２８を中心に回転（公転）するピニオンギア３５、および、ピニオンギア３５とともにねじ軸２８周りを回転する連結歯車３６、連結歯車３６と一体的に形成され、連結歯車３６の回転とともに回転するナット３７から概略構成されている。

なお、ナット３７は、前記先端側ケーシング２６内に固定した第２の軸受３８によって回転可能に支持されており、前記ピニオンギア３５とロータパイプ３１が互いの歯車を螺合させて連結されることにより、ロータパイプ３１の一方端（図４の右端）は先端側ケーシング２６に対して回転可能に支承される。

ねじ軸２８の外周部には同一リードのねじ溝３９が螺設されており、ナット３７は当該ねじ溝３９に螺合するボールネジ部４０を内周面に形成している。

図４において、４１は前記ロータパイプ３１と基端側ケーシング２２間に配置される電磁石を利用したブレーキ機構である。４２はロータパイプ３１とともに回転する摩擦板であり、４３は電磁石を構成するコイルを示している。

４４はコイル４３に通電することによって、図示しないバネ部材の弾性力に抗して吸引され、通電を停止することで、図示しないバネ部材の弾性力を利用して吸引状態が解除される可動片であり、吸引状態が解除されることにより、前記摩擦板４２に当接し、ロータパイプ３１の回転を制動する。

上記のごとく構成された電動アクチエータＡは、図示しない起動スイッチを操作することによって、図３に示すバッテリー電源線１９を介してモータ２５を駆動制御する。モータ２５はねじ軸２８を進退動作させることで、図３に示す可動側固定座１５を介してルーフパネル４を押し上げまたは引き戻して、図１に示すようにウイング扉５を開放・閉鎖し、荷室１の側面を開閉する。

次に、図４に示すねじ軸２８を進出させて、ウイング扉５を開放する動作について説明する。例えば、図示しない操作ボタン「開く」を作業者が操作することにより、モータ２５に駆動電力が供給されると、図４に示すブレーキ機構４１を構成する電磁石のコイル４３にも給電され、電磁石を構成する可動片４４が吸引される。

これにより、可動片４４と摩擦板４２間の当接状態が解除され、ロータパイプ３１が自由に回転できる状態へと移行する。制動状態が解除されたロータパイプ３１は、モータ２５に供給された駆動電力によって正回転する。

このとき、ロータパイプ３１は第１の軸受３２と減速機構３３のピニオンギア３５間を回転する。ピニオンギア３５は、ロータパイプ３１の回転に伴い自転しながらロータパイプ３１と内歯車３４間を、ロータパイプ３１を中心に正方向に回転（公転）する。

ピニオンギア３５の回転は、連結歯車３６に伝達され、連結歯車３６を回転させるが、ピニオンギア３５が自転しながら公転するので、ロータパイプ３１の回転は減速されて連結歯車３６に伝達される。

連結歯車３６はナット３７と一体に形成されており、連結歯車３６の回転とともにナット３７が第２の軸受３８に支持されて正回転する。ナット３７が正回転すると、ナット３７と螺合するねじ軸２８はそのねじ作用によって、ねじ軸２８が進み出る方向（図４の右方向）に延出する。

これにより、ねじ軸２８は、図３に示す可動側固定座１５を介してウイング扉５の押上げ動作を開始する。ウイング扉５が完全に閉じた図３に示す状態では、フロントパネル７に固定した設置枠１０と、ウイング扉５のルーフパネル４の内側面間には、バネ部材１１がウイング扉５によって圧縮された状態で配置されているので、電動アクチエータＡは、ねじ軸２８によるウイング扉５の開放動作を、バネ部材１１の弾性力を利用して行うことができる。

つまり、電動アクチエータＡによるウイング扉５の開放動作開始時は、ウイング扉５の重さの分力によって、電動アクチエータＡには最も大きな負荷が掛かるが、この大きな負荷をバネ部材１１の弾性力を利用することによって軽減して、小さな出力でウイング扉５の開放動作を開始することが可能となる。

そして、ねじ軸２８がなおも延出し、ウイング扉５の開放度合いが増してくると、図５に示すように、電動アクチエータＡは連結軸１４を中心に回動して起立していき、遂には、ウイング扉５のルーフパネル４内側面とバネ部材１１上端部との当接状態が解除される。それ以降は、バネ部材１１の弾性力がウイング扉５の開放動作に利用されず、電動アクチエータＡの出力のみで開放動作を継続する。

ただし、ウイング扉５とバネ部材１１の当接状態が解消される開放度合いにおいては、もはや開放開始時に加わるほどの大きな負荷が電動アクチエータＡに加わらないので、電動アクチエータＡはそれほど大きくない出力によってウイング扉５の開放動作を継続することができる。

その後、ねじ軸２８の延出が継続し延びきった状態では、図１に示すように、電動アクチエータＡは完全に起立した状態であり、ウイング扉５の開放度合いも最大となる。

ウイング扉５が図１の如く完全に開放したことを図示しない位置センサ等によって検出するか、あるいは、作業者が前述した操作ボタン「開く」の操作を中止した後は、電動アクチエータＡを構成する図４に示すモータ２５への通電が停止され、同時にブレーキ機構４１を構成する電磁石のコイル４３への通電も停止される。

コイル４３への通電が停止されると、電磁石によって吸引されていた可動片４４の吸引状態が解かれ、図示しないバネ部材の弾性力によって、再び、可動片４４が摩擦板４２に当接される。

この結果、ロータパイプ３１に制動力が再度加わり、ねじ軸２８がウイング扉５の自重によって逆回転することを確実に防止し、ウイング扉５の開放状態を保持する。

なお、電動アクチエータＡはウイング扉５を図１に示す如く完全に開放する必要はなく、所望する開放度においてモータ２５への通電を停止することもできる。この場合においても、モータ２５への通電停止と同時に、ブレーキ機構４１への通電も停止されるので、前述したと同様に、ブレーキ機構４１によってロータパイプ３１に制動力が加わることとなり、ウイング扉５を所望の開放度で維持することが可能となる。

次に、ウイング扉５を閉じる場合は、図示しない操作ボタン「閉じる」を作業者が操作すると、図４に示す電動アクチエータＡを構成するモータ２５に通電が開始されるとともに、ブレーキ機構４１を構成する電磁石のコイル４３にも通電が開始され、電磁石を構成する可動片４４が吸引される。

これにより、可動片４４と摩擦板４２間の当接状態が解除され、ロータパイプ３１が自由に回転できる状態へと移行する。制動状態が解除されたロータパイプ３１は、モータ２５に供給された駆動電力によって逆回転する。

このとき、ロータパイプ３１は第１の軸受３２と減速機構３３のピニオンギア３５間を回転する。ピニオンギア３５は、ロータパイプ３１の回転に伴い自転しながらロータパイプ３１と内歯車３４間を、ロータパイプ３１を中心に逆方向に回転（公転）する。

また、連結歯車３６はナット３７と一体に形成されているので、連結歯車３６の回転とともにナット３７が第２の軸受３８に支持されて逆回転する。ナット３７が逆回転すると、ナット３７と螺合するねじ軸２８はそのねじ作用によってケーシング２２，２４，２６内に引っ込む方向に後退する。

これにより、ねじ軸２８は、図１に示すウイング扉５を引き戻し、ウイング扉５の閉鎖を開始する。そして、ねじ軸２８がなおも後退し、ウイング扉５の閉鎖度合いが増してくると、図３に示すように、電動アクチエータＡは連結軸１４を中心に回動して倒伏していき、遂には、ウイング扉５のルーフパネル４内側面とバネ部材１１上端部とが接する状態となる。それ以降は、バネ部材１１の弾性力がウイング扉５を押し上げる方向に加わるが、バネ部材１１の弾性力はウイング扉５の自重によって相殺され、電動アクチエータＡはバネ部材１１の弾性力に阻害されることなく、ウイング扉５をねじ軸２８の後退動作に伴い閉じることができる。

ねじ軸２８が完全に後退した状態では、図３に示すように、電動アクチエータＡは完全に倒伏した状態であり、ウイング扉５の閉鎖度合いも最大となる。

ウイング扉５が図１の如く完全に閉じた後は、電動アクチエータＡを構成する図４に示すモータ２５への通電が停止され、同時にブレーキ機構４１を構成する電磁石のコイル４３への通電も停止される。

なお、電動アクチエータＡはウイング扉５を図３に示すように、完全に閉じる必要はなく、所望する閉鎖度合いでモータ２５への通電を停止することもできる。この場合においても、モータ２５への通電停止と同時に、ブレーキ機構４１への通電も停止されるので、前述したと同様に、ブレーキ機構４１によってロータパイプ３１に制動力が加わることとなり、ウイング扉５を所望の閉鎖度で保持することが可能となる。

なお、前述した実施例では、設置枠１０内に設置するバネ部材１１の下端部を設置枠１０内に固定し、バネ部材１１の上端部を開放状態とした例について説明したが、本発明は、例えば、バネ部材１１の上端部をウイング扉５のルーフパネル７内側面に固定し、バネ部材１１の下端部が開放した状態に構成しても良い。

以上説明したように、本発明によれば、電動アクチエータに最も大きな負荷が加わるウイング扉５の開放開始時に、バネ部材の弾性力を利用してウイング扉を開放することができるので、電動アクチエータを小型化でき、油圧シリンダと同一の設置スペースに収めることができる。

また、他製品に使用されている出力がそれほど大きくない電動アクチエータをウイング扉の開閉用に流用する場合においても、大きな負荷に耐えられるモータや各種機構部品の新たな設計変更が不要となる。

本発明は、開閉式の扉を開閉動作するアクチエータに適用可能である。

１フロントパネル
２側アオリ
３サイドパネル
４ルーフパネル
５ウイング扉
６枢軸
７フロントパネル
８門形のフレーム
９後方扉
１０設置枠
１１バネ部材
１２固定側固定座
１３固定金具
１４第１の連結軸
１５可動側固定座
１６ねじ軸の段差部
１７第２の連結軸
１８コントローラ
１９バッテリー電源線
２０電源線
２１パイプフレーム
２２基端側ケーシング
２３第１の径小部
２４モータケーシング
２５モータ
２６先端側ケーシング
２７第２の径小部
２８ネジ軸
２９ステータコア
３０モータコイル
３１ロータパイプ
３１ａロータマグネット
３２第１の軸受
３３減速機構
３４内歯車
３５ピニオンギア
３６連結歯車
３７ナット
３８第２の軸受
３９ねじ溝
４０ボールネジ部
４１ブレーキ機構
４２摩擦板
４３電磁石のコイル
４４可動片
Ａ電動アクチエータ

Claims

箱形の荷室を備えた車両に装備され、当該荷室のウイング扉を進退動作によって開閉するねじ軸と、当該ウイング扉が開放する方向に弾性力を付与するバネ部材を備えることで、該ウイング扉の開放開始時に前記ねじ軸にかかる負荷を軽減するように構成したことを特徴とする電動アクチエータ。
前記バネ部材と電動アクチエータを設置する設置枠を前記荷室の特定のパネルに固定して構成したことを特徴とする請求項１記載の電動アクチエータ。