JP3900477B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４輪駆動のハイ（４Ｈ）とロー（４Ｌ）の切り換え、２輪駆動と４輪駆動の切り換えなどの切り換え操作に利用されるアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の切り換え操作を行うアクチュエータには、いわゆる「待ち機構（待ち機能）」が備わっている。待ち機構（待ち機能）とは、駆動源であるモータと、駆動対象物に駆動力を与える出力軸との間の動力伝達経路途中にスプリングを介在させ、駆動対象物から加わる負荷の増大により出力軸の回転が不能なときに、モータからの回転トルクをスプリングの撓みエネルギとして蓄積しておき、出力軸の回転が可能となったときに、スプリングに蓄積しておいた回転トルクで出力軸を回転させて、駆動対象物に駆動力を与えるという機構（機能）である。
【０００３】
この種の待ち機構付きのアクチュエータの従来例として、特開２００１−２２５６６２号公報に記載のものが知られており、この従来技術について、図８、図９を参照しながら説明する。図８は同アクチュエータの待ち機構部分の分解斜視図、図９（ａ）〜（ｄ）は待ち機構の動作説明図である。
【０００４】
図８に示すように、この待ち機構１００は、駆動源であるモータ（図示略）により回転駆動される入力側回転部材（ホイールギヤ）１１０と、出力軸１２２に連結された出力側回転部材１２０と、入力側回転部材１１０から出力側回転部材１２０への動力伝達経路上に介在され、出力側回転部材１２０が回転不能なときに入力側回転部材１１０から与えられる回転トルクを自身の撓みとして蓄えるスパイラル状のスプリング１３０と、このスプリング１３０の外周端１３１及び内周端１３２をそれぞれ受け止めると共に両者の相対回転に応じた撓みをスプリング１３０に与える第１スプリング受部材１４０及び第２スプリング受部材１５０とを備えている。
【０００５】
これら入力側回転部材１１０、出力側回転部材１２０、第１スプリング受部材１４０、第２スプリング受部材１５０は、同一回転中心Ｓ上に各々回転自在に備えられている。スプリング１３０の中心には、第２スプリング受部材１５０の筒部１５２が通されており、スプリング１３０の外周端１３１は、第１スプリング受部材１４０の突片１４１に形成したスプリング係合部１４３に係合され、スプリング１３０の内周端１３２は、第２スプリング受部材１５０の筒部１５２に形成したスプリング係合部１５３に係合されている。
【０００６】
入力側回転部材１１０と第１スプリング受部材１４０には、入力側回転部材１１０が正転（Ａ方向に回転）したとき、入力側回転部材１１０の正転を第１スプリング受部材１４０に伝える正転時入力回転伝達部ＡＩ（後述）が設けられ、第２スプリング受部材１５０と出力側回転部材１２０には、第２スプリング受部材１５０が正転したとき、第２スプリング受部材１５０の正転を出力側回転部材１２０に伝える正転時出力回転伝達部ＡＯ（後述）が設けられている。
【０００７】
また、入力側回転部材１１０と第２スプリング受部材１５０には、入力側回転部材１１０が逆転（Ｂ方向に回転）したとき、入力側回転部材１１０の逆転を第２スプリング受部材１５０に伝える逆転時入力回転伝達部ＢＩ（後述）が設けられ、第１スプリング受部材１４０と出力側回転部材１２０には、第１スプリング受部材１４０が逆転したとき、第１スプリング受部材１４０の逆転を出力側回転部材１２０に伝える逆転時出力回転伝達部ＢＯ（後述）が設けられている。
【０００８】
前記各回転伝達部ＡＩ、ＡＯ、ＢＩ、ＢＯについて詳述すると、図９（ｃ）に示すように、正転時入力回転伝達部ＡＩは、入力側回転部材１１０の突片１１１と第１スプリング受部材１４０の突片１４１の互いに衝合する衝合部１１１ａ、１４１ａの組からなり、正転時出力回転伝達部ＡＯは、第２スプリング受部材１５０の突片１５１と出力側回転部材１２０の突片１２１の互いに衝合する衝合部１５１ａ、１２１ａの組からなる。
【０００９】
また、図９（ｄ）に示すように、逆転時入力回転伝達部ＢＩは、入力側回転部材１１０の突片１１１と第２スプリング受部材１５０の突片１５１の互いに衝合する衝合部１１１ｂ、１５１ｂの組からなり、逆転時出力回転伝達部ＢＯは、第１スプリング受部材１４０の突片１４１と出力側回転部材１２０の突片１２１の互いに衝合する衝合部１４１ｂ、１２１ｂの組からなる。
【００１０】
次に上記待ち機構１００の作用を図９を用いて説明する。
この待ち機構１００を含んだアクチュエータは、例えば、２輪駆動・４輪駆動の切り換え操作に使用され、一方への切り換えが行われたとき、待ち機構１００は最終的に（ａ）の状態になり、他方への切り換えが行われたとき、待ち機構１００は最終的に（ｂ）の状態になる。これらの安定状態においては、入力側回転部材１１０の突片１１１と出力側回転部材１２０の突片１２１とが、第１のスプリング受部材１４０の突片１４１と第２のスプリング受部材１５０の突片１５１との間に、スプリング１３０の付勢力によって挟まれる。
【００１１】
いま、（ａ）の状態から（ｂ）の状態に切り換える場合、入力側回転部材１１０をＡ方向に正転させる。そうすると、Ａ方向への入力側回転部材１１０の回転トルクは、まず、入力側回転部材１１０の突片１１１が第１スプリング受部材１４０の突片１４１を押すことにより、正転時入力回転伝達部ＡＩ（衝合部１１１ａ、１４１ａ）を介してスプリング１３０に伝達され、スプリング１３０から、第２スプリング受部材１５０の突片１５１が出力側回転部材１２０の突片１２１を押すことにより、正転時出力回転伝達部ＡＯ（衝合部１５１ａ、１２１ａ）を介して出力側回転部材１２０に伝達される。
【００１２】
ここで、切り換え対象物から出力側回転部材１２０が受ける負荷が小さいときには、スプリング１３０はほとんど撓むことなく、入力側回転部材１１０の回転トルクは出力側回転部材１２０にそのまま伝達されて、出力軸１２２が入力側回転部材１１０に追従して回転する。その結果、（ａ）の状態から（ｂ）の状態に直接移行する。
【００１３】
一方、（ａ）の状態から（ｂ）の状態に切り換えるに当たり、切り換え負荷が大きいとき、つまり、切り換え対象物から出力側回転部材１２０が受ける負荷が大きいときには、（ａ）の状態から一旦（ｃ）の待ち状態に移行し、その後、切り換え負荷の減少に応じて（ｂ）の状態に移行する。
【００１４】
即ち、モータの回転により入力側回転部材１１０は回転するが、その回転に出力側回転部材１２０は追従することができない。そのため、スプリング１３０を挟んで入力側と出力側にそれぞれ位置する第１スプリング受部材１４０と第２スプリング受部材１５０の相対回転角度に応じた分だけスプリング１３０が撓み（巻き締まり）、スプリング１３０に入力回転トルクが撓みエネルギとして蓄積される。この状態が（ｃ）に示す待ち状態である。そして、出力側に作用していた負荷が小さくなって、その負荷がスプリング１３０に蓄積していた回転トルクよりも軽減したとき、蓄えていた撓みエネルギが解放されることによって、第２スプリング受部材１５０の突片１５１が出力側回転部材１２０の突片１２１を押して出力側回転部材１２０を回転させ、（ｃ）の状態から（ｂ）の状態に移行し、切り換えが達成される。
【００１５】
次に、（ｂ）の状態から（ａ）の状態に切り換える場合には、入力側回転部材１１０をＢ方向に逆転させる。そうすると、Ｂ方向への入力側回転部材１１０の回転トルクは、まず、入力側回転部材１１０の突片１１１が第２スプリング受部材１５０の突片１５１を押すことにより、逆転時入力回転伝達部ＢＩ（衝合部１１１ｂ、１５１ｂ）を介してスプリング１３０に伝達され、スプリング１３０から、第１スプリング受部材１４０の突片１４１が出力側回転部材１２０の突片１２１を押すことにより、逆転時出力回転伝達部ＢＯ（衝合部１４１ｂ、１２１ｂ）を介して出力側回転部材１２０に伝達される。
【００１６】
ここで、切り換え対象物から出力側回転部材１２０の受ける負荷が小さいときには、スプリング１３０はほとんど撓むことなく、入力側回転部材１１０の回転トルクは出力側回転部材１２０にそのまま伝達されて、出力軸１２２が入力側回転部材１１０に追従して回転する。その結果、（ｂ）の状態から（ａ）の状態に直接移行する。
【００１７】
一方、（ｂ）の状態から（ａ）の状態に切り換えるに当たり、切り換え負荷が大きいとき、つまり、切り換え対象物から出力側回転部材１２０が受ける負荷が大きいときには、（ｂ）の状態から一旦（ｄ）の待ち状態に移行し、その後、切り換え負荷の減少に応じて（ａ）の状態に移行する。
【００１８】
即ち、モータの回転により入力側回転部材１１０は回転するが、その回転に出力側回転部材１２０が追従することができない。そのため、スプリング１３０を挟んで入力側と出力側にそれぞれ位置する第２スプリング受部材１５０と第１スプリング受部材１４０の相対回転角度に応じた分だけスプリング１３０が撓み（巻き締まり）、スプリング１３０に入力回転トルクが撓みエネルギとして蓄積される。この状態が（ｄ）に示す待ち状態である。そして、出力側に作用していた負荷が小さくなって、その負荷がスプリング１３０に蓄積していた回転トルクよりも軽減したとき、蓄えていた撓みエネルギが解放されることによって、第１スプリング受部材１４０の突片１４１が出力側回転部材１２０の突片１２１を押して出力側回転部材１２０を回転させ、（ｄ）の状態から（ａ）の状態になり、切り換えが達成される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、４輪駆動のハイ・ロー（４Ｈ・４Ｌ）の切り換え操作を、この種の待ち機構付きのアクチュエータで行う場合、前のギヤを抜いて次のギヤに入れるという切り換え操作が必要となるが、前記の待ち機構付きのアクチュエータのスプリングのトルク設定条件によっては、特にギヤを抜く過程において、うまく動作しない場合があり、切り換え不良を引き起こす可能性があった。以下、それについて説明する。
【００２０】
図１０は４Ｌ・４Ｈの切り換え機構部分の概略図である。図において、Ｌはローギヤ、Ｈはハイギヤ、Ｇはスライドギヤであり、（ａ）はスライドギヤＧが中立にある状態を示している。スライドギヤＧは、図示略のアクチュエータによって矢印方向に往復スライドさせられ、（ｂ）のようにローギヤＬと噛み合うことで「４Ｌ」の低速段を達成し、（ｃ）のようにハイギヤＨと噛み合うことで「４Ｈ」の高速段を達成する。（ｂ）、（ｃ）において、太線矢印は駆動力伝達経路を示している。
【００２１】
いま、４Ｌから４Ｈへの切り換えを行う場合には、スライドギヤＧをローギヤＬから抜いて、ハイギヤＨに入れる動作が必要になる。また、４Ｈから４Ｌへの切り換えを行う場合には、スライドギヤＧをハイギヤＨから抜いて、ローギヤＬに入れる動作が必要になる。いずれの場合も、ギヤを「抜いて」「入れる」という一連の切り換え操作が必要になる。
【００２２】
このときのアクチュエータにかかる負荷トルクについて調べてみると、出力軸の作動角に応じて、図１１に示すような負荷トルク特性が得られる。図１０のギヤの切り換え動作に対応させてみると、切り換え初期の区間▲１▼では、抜くべきギヤを抜くときの負荷がかかる。ギヤが抜けた次の空走区間▲２▼では、負荷が大幅に軽減し、最後の区間▲３▼では、次のギヤに入れるべき負荷がかかる。次に入れるべきギヤがスムーズに入るときには、ほとんど負荷が増えずにギヤが入ることになり、次に入れるべきギヤがスムーズに入らないときには、負荷が極大になる。
【００２３】
この「入れるべきギヤが入らないとき」は、アクチュエータがロック状態となり、衝撃がかかるだけでなく、ロック電流通電状態で保持されることになる。ギヤの同期によっては、この状態が長時間にわたることになるため、前述の待ち機構が必要となる。待ち機構は、入れるべきギヤが入らないで、アクチュエータの出力軸が動かないとき、スプリングを撓ませることによって、モータの回転トルクを蓄えておき、モータを停止した後で、ギヤがスムーズに入る状況になってから、スプリングの力で出力軸を回してギヤを入れる、という機能を果たす。
【００２４】
図１２は、抜くべきギヤを抜くときの負荷（以下「抜き負荷」という）が、スプリングの最大回転トルク（＝待ち機構において予定最大角度までスプリングを撓ませたときに発生する回転トルク）よりも小さく、スムーズにギヤを抜くことができる場合の特性を示している。（ａ）は負荷トルクと出力軸作動角の関係を示す図である。なお、出力軸作動角は、スムーズにギヤの切り換えができるときのアクチュエータギヤ（ＡＣＴＲギヤ＝入力側回転部材）の作動角と一致する。（ｂ）は、入れるべきギヤがスムーズに入るとき（入り負荷が小のとき）の出力軸及びアクチュエータギヤの作動角の変化を示す図（上図）と、スプリング撓み角の変化を示す図（下図）である。（ｃ）は、入れるべきギヤが入らないとき（入り負荷が大のとき）の（ｂ）と同じ図である。なお、「入れるべきギヤ」を入れるときの負荷を、ここでは「入り負荷」といっている。
【００２５】
（ｂ）の上図、下図から分かるように、「抜き負荷」が小さく且つ「入り負荷」が小さいときには、出力軸の作動角は、アクチュエータギヤ（ＡＣＴＲギヤ＝入力側回転部材）の作動角に追従して変化する。また、負荷変動が少ないから、スプリングはほとんど撓まない。
【００２６】
一方、（ｃ）の上図、下図から分かるように、「抜き負荷」が小さく且つ「入り負荷」が大きいとき、出力軸の作動角は、スライドギヤが入れるべきギヤの手前でロックするまでは、アクチュエータギヤの作動角に追従して変化するが、入れるべきギヤに当たってロックした段階で、負荷の増大により変化しなくなる。つまり、出力軸が回転しないまま、アクチュエータギヤだけが回転する。アクチュエータギヤは、予定位置まで回りきって停止した後、その位置に保持され、出力軸は停止したままとなる。このとき、アクチュエータギヤの回転に拘わらず、出力軸が停止していることにより、第１、第２スプリング受部材の相対回転角度が増大し、それに応じてスプリングが撓んで行き、アクチュエータギヤが停止した段階で、スプリングがアクチュエータギヤの回転トルクを撓みエネルギとして蓄える。この状態が待ち状態である。この状態で、例えばスライドギヤが、入れるべきギヤと同期して出力軸の負荷が急減することにより、スプリングに蓄えられた回転トルクによって、出力軸が回転させられ、スライドギヤが入るべきギヤに入ることになる。
【００２７】
図１３は、抜くべきギヤを抜くときの負荷（抜き負荷）が、スプリングの最大回転トルクよりも大きく、スムーズにギヤを抜くことができない場合の特性を示している。（ａ）は負荷トルクと出力軸作動角の関係を示す図である。（ｂ）は、入れるべきギヤがスムーズに入るとき（入り負荷が小のとき）の出力軸及びアクチュエータギヤの作動角の変化を示す図（上図）と、スプリング撓み角の変化を示す図（下図）である。（ｃ）は、入れるべきギヤが入らないとき（入り負荷が大のとき）の（ｂ）と同じ図である。
【００２８】
（ｂ）の上図、下図から分かるように、「抜き負荷」が大きいときには、出力軸の作動角は、アクチュエータギヤの作動角に拘わらず変化しない。即ち、出力軸は停止したままである。従って、第１、第２スプリング受部材の相対回転角度の増大によりスプリングが撓んで行く。ところが、撓み角が増大し、予定した最大回転トルクを発揮できるようになったとしても、抜くべきギヤの抜き負荷がそれ以上であると、結局はギヤが抜けないままとなる。そして、前のギヤが抜けないことで、当然のことながら、次のギヤへの切り換えも不可能となり、スプリングが撓むだけで、出力軸が最後まで回転できず、切り換え不能の事態となってしまう。つまり、「入り負荷」の大きいか小さいかに拘わらず、前のギヤが抜けないことで、切り換え不能の事態を招くことになる。
【００２９】
本発明は、上記事情を考慮し、前のギヤの抜き負荷が大きいときでも、確実にギヤを抜くことができて、ギヤの「抜き」から「入り」までの一連の切り換え動作を円滑に行うことができるようにしたアクチュエータを提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、駆動源としてのモータと、モータにより回転駆動される入力側回転部材と、出力軸が連結された出力側回転部材と、入力側回転部材から出力側回転部材への動力伝達経路上に介在され、出力側回転部材が回転不能なときに入力側回転部材から与えられる回転トルクを自身の撓みとして蓄えるスプリングと、このスプリングの両端をそれぞれ受け止めると共に両者の相対回転に応じた撓みを前記スプリングに与える第１スプリング受部材及び第２スプリング受部材と、を備え、前記入力側回転部材、出力側回転部材、第１スプリング受部材、第２スプリング受部材が同一回転中心上に各々回転自在に備えられ、入力側回転部材と第１スプリング受部材には、入力側回転部材が正転したとき、入力側回転部材の正転を第１スプリング受部材に伝える正転時入力回転伝達部が設けられ、第２スプリング受部材と出力側回転部材には、第２スプリング受部材が正転したとき、第２スプリング受部材の正転を出力側回転部材に伝える正転時出力回転伝達部が設けられ、また、入力側回転部材と第２スプリング受部材には、入力側回転部材が逆転したとき、入力側回転部材の逆転を第２スプリング受部材に伝える逆転時入力回転伝達部が設けられ、第１スプリング受部材と出力側回転部材には、第１スプリング受部材が逆転したとき、第１スプリング受部材の逆転を出力側回転部材に伝える逆転時出力回転伝達部が設けられたアクチュエータにおいて、前記第１スプリング受部材と第２スプリング受部材には、これら両者が所定角度以上相対回転したときに互いに衝合して駆動側の回転力を従動側に前記スプリングを介さずに直接伝える入力回転ダイレクト伝達部が設けられていることを特徴とする。
【００３１】
このアクチュエータでは、スプリングに加えた力でギヤが抜けない場合に、入力回転ダイレクト伝達部を介して、モータの回転力を直接、スプリングを介さずに出力側回転部材に伝えることができる。従って、スプリングの最大回転トルクの大小に拘わらず、確実にモータからの力でギヤを抜くことができ、ギヤの「抜き」から「入り」までの一連の切り換え動作を円滑に行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は実施形態のアクチュエータの分解斜視図、図２はその要部を拡大して示す分解斜視図である。このアクチュエータ１は、駆動源であるモータ２と、待ち機構ユニット３とを組み合わせて一体化したものである。
【００３３】
モータ２のケーシング４は、待ち機構ユニット３のハウジング５に結合され、待ち機構ユニット３のハウジング５の内部に、待ち機構６の主要構成部品が収納されている。そして、これら主要構成部品をハウジング５に収納してカバー７を被せることにより、待ち機構ユニット３が構成されている。モータ２からの駆動力は、アーマチュア８の先端に設けたウォーム９により、待ち機構６の入力要素である入力側回転部材（ホイールギヤ）１０に伝達される。ウォーム９とホイールギヤの噛み合わせの場合、ウォーム９の回転を停止することにより、ホイールギヤを定位置に固定的に保持することができる。つまり、ホイールギヤからの力でモータが逆転しないようにすることができる。
【００３４】
待ち機構６は、モータ２によって回転駆動される前記入力側回転部材（ホイールギヤ）１０と、出力軸２２に連結されたレバー形状の出力側回転部材２０と、入力側回転部材１０から出力側回転部材２０への動力伝達経路上に介在され、出力側回転部材２０が回転不能なときに入力側回転部材１０から与えられる回転トルクを自身の撓みとして蓄えるスパイラル状のスプリング３０と、このスプリング３０の外周端３１及び内周端３２をそれぞれ受け止めると共に両者の相対回転に応じた撓みをスプリング３０に与えるレバー形状の第１スプリング受部材４０及び円板状の第２スプリング受部材５０とを備えている。
【００３５】
これらの入力側回転部材１０、出力側回転部材２０、第１スプリング受部材４０、第２スプリング受部材５０は、同一回転中心Ｓ上に各々回転自在に備えられている。即ち、出力側回転部材２０に一体化された出力軸２２が、ハウジング５及びカバー７に回転自在に支持されており、その出力軸２２の外周に、入力側回転部材１０、第１スプリング受部材４０、第２スプリング受部材５０が、それぞれ独立して回転できるように支持されている。配置の順番は上から、入力側回転部材１０、第１スプリング受部材４０、出力側回転部材２０、第２スプリング受部材５０であり、第２スプリング受部材５０の下面中央に突出した筒部（図示略）の外周にスプリング３０が配設され、スプリング３０の下面とハウジング５の内底面との間にプレート６０が配設されている。そして、スプリング３０の外周端３１が、第１スプリング受部材４０のアーム４１に突設した突片４３に係合され、スプリング３０の内周端３２が、第２スプリング受部材５０の筒部（図示略）に形成したスプリング係合部（図示略）に係合されている。
【００３６】
図３（ａ）、（ｂ）は、入力側回転部材１０、出力側回転部材２０、第１スプリング受部材４０、第２スプリング受部材５０の相互の係合関係を説明するために示す平面図であり、次にその係合関係について述べる。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、入力側回転部材１０と第１スプリング受部材４０には、入力側回転部材１０が正転（Ａ方向に回転）したとき、入力側回転部材１０の正転を第１スプリング受部材４０に伝えるための正転時入力回転伝達部ＡＩ（後述）が設けられ、第２スプリング受部材５０と出力側回転部材２０には、第２スプリング受部材５０が正転したとき、第２スプリング受部材５０の正転を出力側回転部材２０に伝えるための正転時出力回転伝達部ＡＯ（後述）が設けられている。
【００３８】
また、図３（ｂ）に示すように、入力側回転部材１０と第２スプリング受部材５０には、入力側回転部材１０が逆転（Ｂ方向に回転）したとき、入力側回転部材１０の逆転を第２スプリング受部材５０に伝えるための逆転時入力回転伝達部ＢＩ（後述）が設けられ、第１スプリング受部材４０と出力側回転部材２０には、第１スプリング受部材４０が逆転したとき、第１スプリング受部材４０の逆転を出力側回転部材２０に伝えるための逆転時出力回転伝達部ＢＯ（後述）が設けられている。
【００３９】
また、第１スプリング受部材４０と第２スプリング受部材５０には、これら両者が所定角度以上相対回転したときに互いに衝合して駆動側（入力側）の回転力を従動側（出力側）にスプリング３０を介さずに直接伝える入力回転ダイレクト伝達部ＤＩが設けられている。
【００４０】
これらの各回転伝達部ＡＩ、ＡＯ、ＢＩ、ＢＯや入力回転ダイレクト伝達部ＤＩは、入力側回転部材１０、出力側回転部材２０、第１スプリング受部材４０、第２スプリング受部材５０にそれぞれ形成されたアーム、突片、突起等によって構成されている。それらアーム、突片、突起等について、図２を合わせて参照しながら説明すると、まず、入力側回転部材１０の下面には、図２では図示されないが図３に図示してある駆動突起１１が形成されている。駆動突起１１は、回転中心Ｓを挟んで１８０度対向する位置に一対配されている。
【００４１】
次に、出力側回転部材２０には、回転中心Ｓを挟んで１８０度対向する位置に一対の平面視略扇形のアーム２１が設けられ、一対のアーム２１のうちの片方には、下向きに折れ曲がった突片２３が形成されている。また、第１スプリング受部材４０には、回転中心Ｓを挟んで１８０度対向する位置に一対の平面視略扇形のアーム４１が設けられ、一対のアーム４１のうちの片方には下向きに折れ曲がった突片４３が形成されている。前述したように、この突片４３にスプリング３０の外周端３１が係合されている。また、円板状に形成された第２スプリング受部材５０の上面には、回転中心Ｓを挟んで１８０度対向する位置に一対の平面視略扇形の第１突起５１が設けられ、それら第１突起５１と所定角度だけ離間した位置に、相互に１８０度対向した位置関係で、１対の平面視略扇形の第２突起５２が設けられている。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、入力側回転部材１０がＡ方向に回転したときその回転を第１スプリング受部材４０に伝える正転時入力回転伝達部ＡＩは、入力側回転部材１０の駆動突起１１と第１スプリング受部材４０のアーム４１の互いに衝合する衝合部１１ａ、４１ａの組からなり、第２スプリング受部材５０がＡ方向に回転したときその回転を出力側回転部材２０に伝える正転時出力回転伝達部ＡＯは、第２スプリング受部材５０の第１突起５１と出力側回転部材２０のアーム２１の互いに衝合する衝合部５１ａ、２１ａの組からなる。
【００４３】
また、図３（ｂ）に示すように、入力側回転部材１０がＢ方向に回転したときその回転を第２スプリング受部材５０に伝える逆転時入力回転伝達部ＢＩは、入力側回転部材１０の駆動突起１１と第２スプリング受部材５０の第１突起５１の互いに衝合する衝合部１１ｂ、５１ｂの組からなり、第１スプリング受部材４０がＢ方向に回転したときその回転を出力側回転部材２０に伝える逆転時出力回転伝達部ＢＯは、第１スプリング受部材４０の突片４３と出力側回転部材２０のアーム２１の互いに衝合する衝合部４１ｂ、２１ｂの組からなる。
【００４４】
また、図３（ａ）、（ｂ）では衝合していない状態を示してあるが、第１スプリング受部材４０と第２スプリング受部材５０が所定角度以上相対回転したときに駆動側の回転力を従動側に直接伝える入力回転ダイレクト伝達部ＤＩは、第１スプリング受部材４０のアーム４１と第２スプリング受部材５０の第２突起５２の互いに衝合する衝合部４１ｄ、５２ｄの組からなる。
【００４５】
また、図４、図５に待ち機構６の要部平面を示すように、出力側回転部材２０は、ハウジング５の内周に設けたストッパ６５、６６にアーム２１の先端に設けた突片２３が当たることで、回動できる範囲が規定されている。また、入力側回転部材１０は、図示しない位置検出スイッチの信号でモータ２が停止させられることにより、所定の角度範囲でのみ回動するようになっている。
【００４６】
次に、このアクチュエータ１を４輪駆動のハイ・ロー（４Ｈ・４Ｌ）の切り換え操作、即ち、図１０に示すようなスライドギヤの移動操作に使用した場合の作用を説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、４Ｌから４Ｈに切り換える場合の待ち機構６の状態変化を示す平面図、図５（ａ）〜（ｄ）は、４Ｈから４Ｌに切り換える場合の待ち機構６の状態変化を示す平面図である。
【００４７】
まず、図４を用いて４Ｌから４Ｈへの切り換えを行う場合の作用を説明する。（ａ）は４Ｌの状態、（ｄ）は４Ｈの状態を示している。これら切り換え後の安定状態では、出力側回転部材２０のアーム２１の先端に設けた突片２３が、ハウジング５の内周に設けたストッパ６５、６６にそれぞれ当たることで、出力軸２２の位置が規定されている。
【００４８】
いま、（ａ）に示す４Ｌの状態から、（ｄ）に示す４Ｈの状態に切り換える場合、モータ２を駆動することにより入力側回転部材１０をＡ方向に正転させる。そうすると、Ａ方向への入力側回転部材１０の回転トルクは、まず、入力側回転部材１０の駆動突起１１が第１スプリング受部材４０のアーム４１を押すことにより、正転時入力回転伝達部ＡＩ（衝合部１１ａ、４１ａ）を介してスプリング３０に伝達され、スプリング３０から、第２スプリング受部材５０の第１突起５１が出力側回転部材２０のアーム２１を押すことにより、正転時出力回転伝達部ＡＯ（衝合部５１ａ、２１ａ）を介して、出力側回転部材１２０に伝達されることになる。
【００４９】
ここで、切り換え対象物（例えば、図１０に示したスライドギヤ）から出力側回転部材２０が受ける負荷が小さいとき（「抜き負荷小」＋「入り負荷小」のとき）には、スプリング３０はほとんど撓むことなく、入力側回転部材１０の回転トルクは出力側回転部材２０にそのまま伝達されて、出力軸２２が入力側回転部材１０に追従して回転する。その結果、（ａ）の状態から（ｄ）の状態に直接移行する。即ち、「抜き負荷」が小さいときには、スプリング３０の小さな撓みによって生じるトルクでギヤが抜け、「入り負荷」が小さいときには、スプリング３０の小さな撓みによって生じるトルクでギヤが入る。なお、（ｄ）の状態に至るとき、出力側回転部材２０の突片２３が、ハウジング５の内周のストッパ６６に当たることで、「４Ｈ」の位置出しが確実に行われる。
【００５０】
一方、（ａ）に示す４Ｌの状態から（ｄ）に示す４Ｈの状態に切り換えるに当たり、切り換え負荷が大きいとき、つまり、切り換え対象物（スライドギヤ等）から出力側回転部材２０が受ける「抜き負荷」が大きいときや「入り負荷」が大きいときには、（ａ）の状態から一旦（ｂ）や（ｃ）の中間状態に移行して、その後で（ｄ）の状態に移行する。
【００５１】
まず、「抜き負荷」が大きいときについて説明すると、「抜き負荷」が大きいときには、通常は、ギヤが抜けるタイミング（ギヤが同期するタイミング）までスプリング３０が撓みながら待っていて、抜き負荷が減少することにより、スプリング３０の撓み反力によってギヤが抜けることになるが、抜き負荷が減少せずに、スプリング３０が最大回転トルクを発揮する角度まで撓んでもギヤが抜けないときには、その対処として、本アクチュエータでは、（ｃ）に示すように、第１スプリング受部材４０のアーム４１が、第２スプリング受部材５０の第２突起５２に衝合して、正転時の駆動側である第１スプリング受部材４０が直接、従動側である第２スプリング受部材５０を押して、出力側回転部材２０を回転させ、出力軸２２をスプリング３０を介さずに、強制的にモータ２の力で回してギヤを抜く。即ち、第１スプリング受部材４０が第２スプリング受部材５０に対して所定角度（規制角度）α〔（ａ）参照〕以上相対回転することで、入力回転ダイレクト伝達部ＤＩ（第１スプリング受部材４０のアーム４１と第２スプリング受部材５０の第２突起５２の衝合部４１ｄ、５２ｄ）を介して、第１スプリング受部材４０のアーム４１から第２スプリング受部材５０の第２突起５２にモータ２の回転トルクが直接伝達され、入力側回転部材１０に加わる回転力が、スプリング３０を介さずに出力側回転部材２０に直接伝達される。そして、モータ２の力でダイレクトにギヤを抜く。このように、ギヤが抜けると、スプリング３０の撓みが解放される。
【００５２】
その後、「入り負荷」が小さいときには（ｄ）の状態に直接移行し、「入り負荷」が大きいときには（ｃ）の状態に移行する。
【００５３】
次に、「入り負荷」が大きいときについて説明すると、「入り負荷」が大きいときには、「入れるべきギヤ」に入る手前で、出力軸２２がロックすることにより、モータ２の回転により入力側回転部材１０は回転するが、その回転に出力側回転部材２０が追従しなくなる。そのため、スプリング３０を挟んで入力側と出力側にそれぞれ位置する第１スプリング受部材４０と第２スプリング受部材５０の相対回転角度に応じた分だけスプリング３０が撓み（巻き締まり）、スプリング３０に入力回転トルクが撓みエネルギとして蓄積されることになる。入力側回転部材１０は、第１スプリング受部材４０のアーム４１が、第２スプリング受部材５０の第２突起５２に衝突する直前まで回転し、位置検出センサの信号でモータが停止することによりその位置で確実に止まる。そのため、この段階でモータ２の回転がダイレクトに出力側回転部材２０に伝わることはない。この状態が（ｃ）に示す待ち状態である。そして、出力側に作用していた負荷が小さくなってスプリング３０に蓄積していた回転トルクよりも軽減したとき、蓄えていた撓みエネルギが解放されることによって、第２スプリング受部材５０の第１突起５１が出力側回転部材２０のアーム２１を押して回転させ、（ｃ）の状態から（ｄ）の状態に移行し、ギヤの切り換えが達成される。
【００５４】
次に、図５を用いて４Ｈから４Ｌへの切り換えを行う場合の作用を説明する。（ａ）は４Ｈの状態、（ｄ）は４Ｌの状態を示している。いま、（ａ）に示す４Ｈの状態から、（ｄ）に示す４Ｌの状態に切り換える場合、モータ２を駆動することにより入力側回転部材１０をＢ方向に逆転させる。そうすると、Ｂ方向への入力側回転部材１０の回転トルクは、まず、入力側回転部材１０の駆動突起１１が第２スプリング受部材５０の第１突起５１を押すことにより、逆転時入力回転伝達部ＢＩ（衝合部１１ｂ、５１ｂ）を介してスプリング３０に伝達され、スプリング３０から、第１スプリング受部材４０のアーム４１が出力側回転部材２０のアーム２１を押すことにより、逆転時出力回転伝達部ＢＯ（衝合部４１ｂ、２１ｂ）を介して出力側回転部材２０に伝達されることになる。
【００５５】
ここで、切り換え対象物（例えば、図１０に示したスライドギヤ）から出力側回転部材２０が受ける負荷が小さいとき（「抜き負荷小」＋「入り負荷小」のとき）には、スプリング３０はほとんど撓むことなく、入力側回転部材１０の回転トルクは出力側回転部材２０にそのまま伝達されて、出力軸２２が入力側回転部材１０に追従して回転する。その結果、（ａ）の状態から（ｄ）の状態に直接移行する。即ち、「抜き負荷」が小さいときには、スプリング３０の小さな撓みによって生じるトルクでギヤが抜け、「入り負荷」が小さいときには、スプリング３０の小さな撓みによって生じるトルクでギヤが入る。なお、（ｄ）の状態に至るとき、出力側回転部材２０の突片２３が、ハウジング５の内周のストッパ６５に当たることで、「４Ｌ」の位置出しが確実に行われる。
【００５６】
一方、（ａ）に示す４Ｈの状態から（ｄ）に示す４Ｌの状態に切り換えるに当たり、切り換え負荷が大きいとき、つまり、切り換え対象物（スライドギヤ等）から出力側回転部材２０が受ける「抜き負荷」が大きいときや「入り負荷」が大きいときには、（ａ）の状態から一旦（ｂ）や（ｃ）の中間状態に移行して、その後で（ｄ）の状態に移行する。
【００５７】
まず、「抜き負荷」が大きいときについて説明すると、「抜き負荷」が大きいときには、通常は、ギヤが抜けるタイミング（ギヤが同期するタイミング）までスプリング３０が撓みながら待っていて、抜き負荷が減少することにより、スプリング３０の撓み反力によってギヤが抜けることになるが、抜き負荷が減少せずに、スプリング３０が最大回転トルクを発揮する角度まで撓んでもギヤが抜けないときには、その対処として、本アクチュエータでは、（ｃ）に示すように、第２スプリング受部材５０の第２突起５２が第１スプリング受部材４０のアーム４１に衝合して、逆転時の駆動側である第２スプリング受部材５０の第２突起５２が直接、従動側である第１スプリング受部材４０のアーム４１を押して、出力側回転部材２０を回転させ、出力軸２２をスプリング３０を介さずに、強制的にモータ２の力で回してギヤを抜く。即ち、第２スプリング受部材５０が第１スプリング受部材４０に対して所定角度（規制角度）α〔（ａ）参照〕以上回転することで、入力回転ダイレクト伝達部ＤＩ（第１スプリング受部材４０のアーム４１と第２スプリング受部材５０の第２突起５２の衝合部４１ｄ、５２ｄ）を介して、第２スプリング受部材５０から第１スプリング受部材４０にモータ２の回転トルクが直接伝達される。そして、モータ２の力でダイレクトにギヤを抜く。このように、ギヤが抜けると、スプリング３０の撓みが解放される。
【００５８】
その後、「入り負荷」が小さいときには、（ｄ）の状態に直接移行し、「入り負荷」が大きいときには、（ｃ）の状態に移行する。
【００５９】
次に、「入り負荷」が大きいときについて説明すると、「入り負荷」が大きいときには、「入れるべきギヤ」に入る手前で、出力軸２２がロックすることにより、モータ２の回転により入力側回転部材１０は回転するが、その回転に出力側回転部材２０が追従しなくなる。そのため、スプリング３０を挟んで入力側と出力側にそれぞれ位置する第１スプリング受部材４０と第２スプリング受部材５０の相対回転角度に応じた分だけスプリング３０が撓み（巻き締まり）、スプリング３０に入力回転トルクが撓みエネルギとして蓄積されることになる。入力側回転部材１０は、第２スプリング受部材５０の第２突起５２が、第１スプリング受部材４０のアーム４１に衝突する直前まで回転し、位置検出センサの信号でモータが停止することによりその位置で確実に止まる。そのため、この段階でモータ２の回転がダイレクトに出力側回転部材２０に伝わることはない。この状態が（ｃ）に示す待ち状態である。そして、出力側に作用していた負荷が小さくなってスプリング３０に蓄積していた回転トルクよりも軽減したとき、蓄えていた撓みエネルギが解放されることによって、第１スプリング受部材４０のアーム４１が出力側回転部材２０のアーム２１を押して出力側回転部材２０を回転させ、（ｃ）の状態から（ｄ）の状態に移行し、ギヤの切り換えが達成される。
【００６０】
以上の動作をまとめると、４Ｌ・４Ｈの切り換えを行うに当たり、次の各場合▲１▼〜▲４▼において、図４、図５に矢印で示すような順で状態が移行する。
▲１▼「抜き負荷小」＋「入り負荷小」のときは（ａ）→（ｄ）
▲２▼「抜き負荷大」＋「入り負荷小」のときは（ａ）→（ｂ）→（ｄ）
▲３▼「抜き負荷大」＋「入り負荷大」のときは（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）
▲４▼「抜き負荷小」＋「入り負荷大」のときは（ａ）→（ｃ）→（ｄ）
【００６１】
次に、以上の動作を、作動角とスプリング撓み角の変化として見てみる。図６はそれらの特性を調べた結果を示す。ただし、この場合は、抜くべきギヤを抜くときの負荷（抜き負荷）が、スプリングの最大回転トルクよりも大きく、スムーズにギヤを抜くことができない場合の特性を示している。図の（ａ）は、入れるべきギヤがスムーズに入るとき（入り負荷が小のとき）の出力軸及びアクチュエータギヤ（入力側回転部材１０）の作動角の変化を示す図（上図）と、スプリング３０の撓み角の変化を示す図（下図）である。（ｂ）は、入れるべきギヤが入らないとき（入り負荷が大のとき）の（ａ）と同じ図である。
【００６２】
（ａ）、（ｂ）の上下図から分かるように、「抜き負荷」が大きいとき、ギヤを抜くための区間の前半部分▲１▼では、出力軸の作動角は、アクチュエータギヤ（入力側回転部材）の作動角に拘わらず変化しない。即ち、出力軸は停止したままである。従って、第１、第２スプリング受部材４０、５０の相対回転角度の増大により、スプリング３０が撓んで行く。ところが、撓み角が増大し、予定した最大回転トルクを発揮できるようになっても、抜くべきギヤの抜き負荷がそれ以上であると、結局はギヤが抜けないままの状態となる。
【００６３】
そこで、本アクチュエータでは、その段階になると、即ち、所定角度αだけスプリング３０を撓ませているにも拘わらずギヤが抜けない段階になると、第１スプリング受部材４０と第２スプリング受部材５０とが、入力回転ダイレクト伝達部ＤＩにより直接衝合する。そして、両スプリング受部材４０、５０が直接衝合することにより、入力側回転部材１０の力で直接、出力側回転部材２０を回転させてギヤを抜く。その強制的にギヤを抜いている区間が▲２▼で示す直押し区間である。この▲２▼の区間では、アクチュエータギヤ（入力側回転部材１０）の作動角に出力軸の作動角が追従する。一方、スプリング３０はそれ以上は撓まず、一定の撓みを維持（角度規制）したままとなる。
【００６４】
こうしてギヤが抜けると、スプリング３０の撓みが解放されることで、出力軸が急回転する（▲３▼の区間）。次の区間▲４▼において、（ａ）に示すように「入れるべきギヤ」にギヤがスムーズに入るときには、出力軸に特に大きな負荷がかからないので、出力軸はアクチュエータギヤの回転に追従し、スプリング３０を特に撓ませることなく、ギヤが入って切り換えが完了する。
【００６５】
一方、区間▲４▼において、（ｂ）に示すように「入れるべきギヤ」にギヤがスムーズに入らないときには、空走期間▲５▼を経た後に出力軸に大きな負荷がかかるので、出力軸はアクチュエータギヤの回転に追従しなくなり、スプリング３０が撓んで、回転トルクが蓄えられて待ち状態になる。そして、ギヤの同期が合うことにより、スプリング３０に蓄えた力で出力軸が回されてギヤが入り、切り換えが達成される。
【００６６】
なお、スプリング撓み角は、抜き負荷との関係で様々な形態をとることができる。図７のＰ１は負荷トルクが非常に大きく、スプリングが撓み切るときの特性を示し、Ｐ２は負荷トルクがスプリングの最大回転トルクと釣り合うレベルのときの特性を示している。
【００６７】
以上のように、実施形態のアクチュエータを使用することにより、４Ｌ・４Ｈの確実な切り換え操作を行うことができる。また、ギヤの抜けが悪いときには、スプリングを介さずにモータの力で直接ギヤを抜くことになるので、スプリングの最大回転トルクを低く設定しておいても、確実にギヤを抜くことができる。逆に言えば、強度の大きいスプリングを使用する必要がなくなり、コスト面で有利になる。
【００６８】
なお、入力回転ダイレクト伝達部ＤＩを構成するために設けた第２スプリング受部材５０上の第２突起５２は、同部材５０上に設けている第１突起５１と分離しないで、連続した一つの突起として構成してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、本発明のアクチュエータを４輪駆動の４Ｌ・４Ｈの切り換え操作を行うために使用した場合を示したが、本発明のアクチュエータは２輪駆動・４輪駆動の切り換え操作にも勿論使用できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ギヤの抜き負荷が大きい場合にも確実な切り換え操作ができるので、信頼性の向上が図れる。また、ギヤの抜き負荷が大きい場合に、スプリングを介さずにダイレクトにモータの回転力を出力側に伝えて抜き動作を実行するので、スプリングの設定トルクをあまり大きくしないでもよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のアクチュエータの全体構成を示す分解斜視図である。
【図２】同アクチュエータの主要部を拡大して示す分解斜視図である。
【図３】同アクチュエータに備わる待ち機構の構成要素の係合関係の説明に使用する平面図で、（ａ）は入力側回転部材がＡ方向に回転（正転）する場合の係合関係を示す平面図、（ｂ）は入力側回転部材がＢ方向に回転（逆転）する場合の係合関係を示す平面図である。
【図４】同アクチュエータによって、４Ｌから４Ｈへの切り換えを行う場合の待ち機構の各状態（ａ）〜（ｄ）を示す平面図である。
【図５】同アクチュエータによって、４Ｈから４Ｌへの切り換えを行う場合の待ち機構の各状態（ａ）〜（ｄ）を示す平面図である。
【図６】同アクチュエータの特性図で、（ａ）は「入れるべきギヤ」がスムーズに入るときの特性図、（ｂ）は「入れるべきギヤ」がスムーズに入らないときの特性図である。
【図７】同アクチュエータの特性の説明図である。
【図８】従来のアクチュエータに備わる待ち機構の構成を示す分解斜視図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は同待ち機構の作用説明図である。
【図１０】４輪駆動の４Ｈ・４Ｌの切り換え構造の説明図である。
【図１１】４Ｈ・４Ｌの切り換えを行う場合のアクチュエータに作用する負荷トルク特性を示す図である。
【図１２】従来のアクチュエータの特性図で、（ａ）は抜き負荷トルクがスプリングのセットトルクより小さい場合の負荷トルク特性を示す図、（ｂ）は「入れるべきギヤ」がスムーズに入るときの特性図、（ｃ）は「入れるべきギヤ」がスムーズに入らないときの特性図である。
【図１３】従来のアクチュエータの特性図で、（ａ）は抜き負荷トルクがスプリングのセットトルクより大きい場合の負荷トルク特性を示す図、（ｂ）は「入れるべきギヤ」がスムーズに入るときの特性図、（ｃ）は「入れるべきギヤ」がスムーズに入らないときの特性図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ
２ モータ
３ 待ち機構ユニット
６ 待ち機構
１０ 入力側回転部材（ホイールギヤ）
２０ 出力側回転部材
３０ スプリング
４０ 第１スプリング受部材
５０ 第２スプリング受部材
ＡＩ 正転時入力回転伝達部
ＡＯ 正転時出力回転伝達部
ＢＩ 逆転時入力回転伝達部
ＢＯ 逆転時出力回転伝達部
ＤＩ 入力回転ダイレクト伝達部

Claims (1)

1. 駆動源としてのモータと、該モータにより回転駆動される入力側回転部材と、出力軸が連結された出力側回転部材と、前記入力側回転部材から出力側回転部材への動力伝達経路上に介在され、出力側回転部材が回転不能なときに入力側回転部材から与えられる回転トルクを自身の撓みとして蓄えるスプリングと、このスプリングの両端をそれぞれ受け止めると共に両者の相対回転に応じた撓みを前記スプリングに与える第１スプリング受部材及び第２スプリング受部材と、を備え、
   前記入力側回転部材、出力側回転部材、第１スプリング受部材、第２スプリング受部材が、同一回転中心上に各々回転自在に備えられ、
   前記入力側回転部材と第１スプリング受部材には、入力側回転部材が正転したとき、入力側回転部材の正転を第１スプリング受部材に伝える正転時入力回転伝達部が設けられ、前記第２スプリング受部材と出力側回転部材には、第２スプリング受部材が正転したとき、第２スプリング受部材の正転を出力側回転部材に伝える正転時出力回転伝達部が設けられ、
   また、前記入力側回転部材と第２スプリング受部材には、入力側回転部材が逆転したとき、入力側回転部材の逆転を第２スプリング受部材に伝える逆転時入力回転伝達部が設けられ、前記第１スプリング受部材と出力側回転部材には、第１スプリング受部材が逆転したとき、第１スプリング受部材の逆転を出力側回転部材に伝える逆転時出力回転伝達部が設けられたアクチュエータにおいて、
   前記第１スプリング受部材と第２スプリング受部材には、これら両者が所定角度以上相対回転したときに互いに衝合して駆動側の回転力を従動側に前記スプリングを介さずに直接伝える入力回転ダイレクト伝達部が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。

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