JP4216787B2 - 往復動用駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば開閉体を駆動するのに用いられる往復動用駆動装置に関するものである。
従来、例えば自動車において傾動運動で開閉させるようにした開閉体を自動的に開閉可能にするべく、揺動アクチュエータとリンク機構とを組み合わせて駆動装置を構成したものがある(例えば特許文献1参照。)。その駆動装置にあっては、モータ及び減速手段を用いてアクチュエータを構成し、その出力軸に出力アームを固着して出力アームを揺動運動可能にし、その出力アームの遊端(揺動端)部にリンクの一端が連結され、トランクリッドに固着されたヒンジアームの適所にリンクの他端が連結されている。また、ヒンジアームと車体との間にはトランクリッドに開方向への付勢力を付与するダンパステー(ガスダンパ)が設けられている。上記構造によれば、リンク機構を2部材から構成し、出力アームの揺動運動によるリンクの押し引き動作によってトランクリッドを開閉することができる。
特開平2002−180738号公報
上記したようなダンパステーを使用したトランクリッドをアクチュエータにより開閉駆動する場合には、アクチュエータが受ける負荷にはトランクリッド重量とダンパステーの反力(突出方向推力)とがあり、その負荷はトランクリッドの開度により大きく変化する。全閉状態で車体とのヒンジに対して略水平状態になるようにトランクリッドが取り付けられている場合には、その開け始めではダンパステーの突出方向推力が最大ではあるがトランクリッドの自重による影響の方が大きく、それによる閉扉方向モーメントに勝るモータの駆動力を必要とする。トランクリッドが起き上がるように開くことにより上記自重による影響が小さくなって閉扉方向モーメントが小さくなるため、ダンパステーの突出方向推力が大きく作用して小さな駆動力でトランクリッドを開扉させることができる。
逆に全開状態のトランクリッドを閉める場合には、ダンパステーの突出方向推力が最小ではあるがトランクリッドが例えばほぼ垂直状態に開いている場合にはその自重による閉扉方向モーメントは極めて小さいため、閉め始めはダンパステーの突出方向力に勝るモータの駆動力が必要である。その後はトランクリッドの自重による影響力が増大して軽く閉められるようになり、全閉位置ではダンパステーの突出方向推力が最大となりその影響力及びウェザーストリップの反力に抗してロック位置まで閉める駆動力が必要である。
上記従来の開閉体用自動駆動装置では、開扉時にはその途中で自動開駆動をオフにしてそれ以降の開扉動作をダンパステーの突出方向推力により行うようにして、小さな駆動力で開扉可能にして小型化を実現しようとしている。しかしながら、その制御をコントローラにより行うことから、トランクリッドの開度に応じて、必要な駆動力を発生させる制御が必要になる上、位置検出ができなくなると所望の自動開扉制御をすることができないという問題があった。
また、全閉位置から全開位置までを全て自動開閉駆動しようとする場合には、複雑な制御を必要としないが、最大駆動力に合わせてアクチュエータを制作する必要があり、大きな駆動力を発生させるために装置が大型化するという問題がある。上記したようにトランクリッドの自動開閉用駆動装置にあっては、装置をトランクルーム内に設置することになるためその小型化及びトランクルーム内への突出量をできるだけ小さくすることが望まれる。
このような課題を解決して、複雑な制御を行うことなく小型化及び省スペース化を実現するために本発明に於いては、車体に傾動して開閉するようにされた開閉体をアクチュエータとリンク機構とにより自動開閉するようにした車両用開閉体駆動装置であって、記車体に設けられた枢支軸により一端が枢支されかつ他端前記開閉体に固着されたヒンジアームと、前記アクチュエータの出力軸に一端が固着された第1リンクと、前記第1リンクの他端に回動自在に一端が連結されかつ他端が前記ヒンジアームに回動自在に連結された第2リンクとを有し、前記第1リンクが前記出力軸に対して前記開閉体側で揺動するように、前記ヒンジアームと前記第1リンクと前記第2リンクとは、前記開閉体の開放時または閉鎖時において、前記ヒンジアームの前記枢支軸に対する回動方向と前記出力軸の回転方向が逆回転方向となるように連結され、前記第1リンク及び前記第2リンクの挟角と前記ヒンジアーム及び前記第2リンクの挟角とが、互いに前記第2リンクに対して相反する側に位置し、かつ前記開閉体の開度に対して一方が比例しかつ他方が反比例するように設定されているものとした。
特に、前記第2リンクが全閉状態と全開状態とで略水平姿勢となるように設定すると良く、また、前記第1リンク及び前記第2リンクの挟角と前記ヒンジアーム及び前記第2リンクの挟角とが共に30〜150度の範囲にあるように設定されていると良い。
このように本発明によれば、第1リンクが出力軸の開閉体側で揺動することからアクチュエータの開閉体側とは相反する側に第1リンクの揺動のためのスペースを確保する必要がなく、その分開閉体側とは相反する側のスペースを広くすることができる。また、出力軸と開閉体との間で第2リンクが変位することになるが、第2リンクが全閉状態と全開状態とで略水平状態となるように設定することにより、出力軸と開閉体との間に広いスペースを取る必要がなく、アクチュエータをできるだけ開閉体に近づけて配設することができ、上記と併せてアクチュエータの開閉体側とは相反する側のスペースをより一層広い状態に確保することができる。
特に、両リンク間の挟角とヒンジアーム−第2リンク間の挟角とが、開閉体の開度に対して一方が比例しかつ他方が反比例する関係にあるようにリンク機構を構成することにより、容易にリンク効率を良くすることができる。ここで、リンク効率とは、開閉体を回動するトルクの大きさと回転速度との関係を言い、トルクを高トルク化すると回転速度が低くなり、トルクを低トルク化すると回転速度が高くなる。また、各挟角が共に30〜150度の範囲にあるようにすることにより、上記リンク効率を好適に良くすることができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は本発明が適用された自動車のトランクルーム内を示す概略側面図である。開閉体としてのトランクリッド1が図の矢印Aに示されるように開閉可能に設けられており、その回動中心はトランクルーム2内の天井部分に設けられたリッド枢支軸3である。トランクリッド1の下面にはリッド枢支軸3により枢支されるヒンジアーム4が固設されている。
なお、ヒンジアーム4は、図に示されるようにトランクリッド1に固設された四半円弧状の湾曲アーム4aと、その湾曲アーム4aの延出端部にて半径方向内向きに延出されかつその延出端部を上記リッド枢支軸3により枢支された延長アーム4bとからなる。その延長アーム4bの中間部には、車両フレーム5にハウジング基端部を回動自在に支持されたダンパステー6のロッド6aの先端部が連結されている。
また、本発明に基づく往復動用駆動装置としてのアクチュエータ7の出力軸7aに第1リンク8の一端が固着され、第1リンク8の他端に第2リンク9の一端が連結されており、その第2リンク9の他端が上記延長アーム4bの中間部に連結されている。これら第1及び第2リンク8・9と延長アーム4bと車両フレーム5の固定リンクとなる部分とによりリンク機構が構成されている。このリンク機構にあっては、出力軸7aの正逆回転により第1リンク8が揺動運動し、その揺動運動が第2リンク9を介して延長アーム4bに伝達され、延長アーム4bがリッド枢支軸3を回動中心として矢印Aに示される向きに揺動運動するようになっている。
図2にアクチュエータ7の要部分解組立斜視図を示す。本アクチュエータ7にあっては、駆動源としてのモータ装置11と、モータ装置11の駆動軸11aに固着された小径ギヤ11bに噛み合わされる大径ギヤ12と、大径ギヤ12に同軸かつ一体的に組み付けられるギヤ軸13と、ギヤ軸13に形成されたピニオン13aに噛み合わされるセクタギヤ14と、セクタギヤ14にその回動中心に同軸かつ一体的に組み付けられる出力軸7aと、それら各ギヤ11b・12・14及び各軸13・7aを内蔵すると共に図において上下に半割された形状の上側ケーシング16及び下側ケーシング17とにより構成されている。
上記ギヤ軸13及び出力軸7aは各軸線方向両端部をそれぞれ両ケーシング16・17の所定位置に設けられた図示されない各軸受部材により軸支されている。出力軸7aの一方の軸線方向端部が組立状態で上側ケーシング16から外方に突出し、その突出端部に上記した第1リンク8の一端部がナット等の締結手段により固定されている。なお、モータ装置11及び両ケーシング16・17が車両フレーム5に対してブラケット18を介して固定される。
モータ装置11にあっては、図3に示されるように、直流モータ11cと、その回転軸に設けられたウォーム11dと、ウォーム11dに噛み合わされたホイールギヤ11eと、ホイールギヤ11eと上記駆動軸11aとの間に介装された動力断続機構としての電磁クラッチ11fとからなる。図示されない制御装置からの信号によりモータ11cが正逆回転すると共に、電磁クラッチ11fが断続制御され、電磁クラッチ11fの接続状態でホイールギヤ11eと駆動軸11aとが結合され、電場クラッチ11fの切断状態でホイールギヤ11eと駆動軸11aとが互いに解放される。なお、本実施の形態においては、駆動源としてのモータ装置11に直流モータを用いているが、これに限らず、ブラシレスモータや他の駆動手段を用いてもよい。
本アクチュエータ7にあっては、セクタギヤ14の揺動運動に応じて所定の角度範囲で出力軸7aが正逆転し、出力軸7aに固着された第1リンク8も揺動する。その第1リンク8の揺動運動に応じてトランクリッド1が開閉動作する。トランクリッド1は、その全閉位置及び全開位置が決められており、全閉位置はロック装置によるラッチ位置であり、全開位置は例えば車種に応じて任意に設定される位置である。通常の自動開閉制御にあっては、例えばモータ11cの回転パルス数を加算して開閉位置を検出し、上記各位置に応じたパルス数に達したらモータ11cの回転制御を停止することで所望の位置でトランクリッド1を停止させることができる。
自動開閉制御時には、電磁クラッチ11fが接続状態であり、上記ウォームギヤ構造によりトランクリッド1の自重などによる荷重に対して任意の位置で止めておくことができる。それに対して、従来通り手動でもトランクリッド1を開閉し得るようにするため、電磁クラッチ11fを切断状態とすることで、上記ウォームギヤによる停止保持力は発揮されなくなる。ここで、手動開閉時に閉側への閉鎖位置または開側への最大開放量だけ開閉したときに、全開又は全閉位置でトランクリッド1からアクチュエータ7に大きな力が作用した場合、上記自動制御停止位置を越えてしまう虞がある。そのような場合の停止位置を制限するための機械的なストッパ機構となる本発明による構造を以下に示す。
図4(a)に示されるように、自動開閉制御時の全閉位置の基準としてセクタギヤ14の閉側端縁14aの位置が図における自動全閉位置C1に設定されているとすると、その位置よりも若干さらに閉側の位置に凸形状の全閉ストッパ16aが設けられている。この全閉ストッパ16aは、薄板材をプレス加工して上側ケーシング16を所定の形状に形成する時に同時にボス出し加工するようにして突出形成されている。また、図4(b)に示されるように、自動開閉制御時の全開位置の基準としてセクタギヤ14の開側端縁14bの位置が図における自動全開位置O1に設定されているとすると、それよりも開側の位置に全開ストッパ16bが上記と同様に突出形成されている。
次に、このようにして構成された車両用開閉体駆動装置の作動要領について、線図で表した図5を参照して以下に示す。図5(a)は全閉状態を示しており、この時、トランクリッド1と一体の延長アーム4bと第2リンク9との挟角θ1は例えば146度であり、第1及び第2リンク8・9の挟角θ2は例えば52度である。各挟角θ1・θ2は任意であるが、開閉時のリンク効率を考慮して設計すると良い。
ここで、リンク効率とは、トランクリッド(開閉体)1すなわち延長アーム4bを回動するトルクの大きさと回転速度との関係を言うものとする。この駆動装置に用いられるリンク構成の場合、リンク効率が100%以上の場合にはトルクが大きく回転速度が高くなり、100%以下の場合にはトルクが小さく回転速度が低くなる。
また、全閉状態から開く場合にはトランクリッド1の自重による負荷が最大となるため、たとえダンパステー6の突出方向推力が最大となっていても、大きな開扉方向トルクが必要となる。ダンパステー6の突出方向推力は大きくし過ぎると全閉時に大きな負荷となるため、あまり大きくすることはできない。したがって、自動車におけるトランクリッドなどの自動開閉にあっては、全閉状態から開く場合のトルクをできるだけ大きくすると共に、それ程大きなトルクを必要とせずに開閉できる領域では回転速度を高めて全体の開閉時間をできるだけ短くするように設計することが考えられる。
また、例えば開扉時には、図5(a)の矢印Bに示される向きに回転する第1リンク8の遊端部により第2リンク9が押されるため、両リンク8・9の挟角θ2があまりにも小さい(0度近傍)場合や大きい(180度近傍)場合には、第1リンク8の回転方向の力による第2リンク9を押す方向の分力は非常に大きくなるが、移動量としては小さくなる。一方、延長アーム4bと第2リンク9との狭角θ1があまりにも小さい(0度近傍)場合や大きい(180度近傍)には、第2リンク9が延長アーム4bを押す方向の分力が非常に小さくなるが、移動量としては大きくなる。以上の2点より、トランクリッド1を自動で開閉動作させるには、θ1を90度近傍かつθ2を0度または180度近傍に設定した時が、モータ11cによっては最もトルクが少なくて済む状態となるが、逆に、トランクリッド1を所定速度で動作させるためには、モータ11cの回転数をより必要とするため、作動音や振動が大きくなる傾向がある。また、トランクリッド1側からアクチュエータ7に加わる逆入力によってもリンク機構がロックせずに動作可能な状態とするためには、両挟角θ1・θ2を30〜150度の範囲にすると良いことが発明者らの検証により確認された。
上記したように両挟角θ1・θ2を30〜150度の範囲にして、トルクに注目した場合の最大効率(100%以下)は、θ1=90度、θ2=30度または150度付近のときとなる。それに対して回転速度に注目した場合の最大効率(100%以上)は、θ1=30度または150度、θ2=90度付近のときとなる。図示例では、上記したように両挟角θ1・θ2が30〜150度の範囲であって、全閉近傍で高トルク化し、半開状態では高回転速度化している。
図5(b)はトランクリッド1の開度が25度の場合を示しており、この時の各挟角θ1・θ2は、θ2が図示例のものにおいて最小角度となる49度であり、θ1が91度である。図5(c)はトランクリッド1の開度が50度の場合を示しており、この時にはθ2が76度であり、θ1が61度である。また、図5(d)はトランクリッド1の全開状態(略起立状態)を示しており、この時にはθ2が図示例のものにおいて最大角度となる127度であり、θ1が図示例のものにおいて最小角度となる52度である。なお、図示例の挟角θ2の最大角度にあっては上記した全閉状態の146度である。
上記挟角θ1のトランクリッド1の開度に対する角度の推移を図6(a)に示し、挟角θ2のトランクリッド1の開度に対する角度の推移を図6(b)に示す。図に示されるように各挟角θ1・θ2共上記したリンク効率の適切な範囲となる30〜150度の範囲内に収まっている。
また、図7に本実施の形態に用いられるアクチュエータ7のトランクリッド1の開度に対するリンク効率の推移を示す。このアクチュエータ7を自動車のトランクルーム内に配する場合には、第1及び第2リンク8・9と延長アーム4bとの長さや連結点等の制約があるが、本実施の形態においてはその制約の中で、全閉・全開近傍での必要トルクと回転数をより効率的に設定したものである。図示例の場合、全閉側から略中間点まではトルクを小さく回転速度を上げるようにし、略中間点から全開側ではトルクを大きく回転数を下げるようにし、全開位置で再びトルクを小さく回転数的を上げるように設定している。これにより、全閉近傍では所望のトルクでトランクリッド1を開閉し、かつ比較的軽く開閉することができる半開状態では回転速度を上げてトランクリッド1を開閉し、全開近傍では比較的低速で開閉することになる。したがって、全閉及び全開近傍で遅い動作となるが、開扉時および閉扉時共動き出しおよび停止時において緩やかに動かすことにより、自動開閉動作がより滑らかなとなって、開閉体用駆動装置の商品性を向上させることができる。
また、アクチュエータ7の出力部材となる第1リンク8は、アクチュエータ7の出力軸7aに対して図1に示されるように車体への取り付け状態においてトランクリッド1側(上側)で揺動運動するように設けられると共に、トランクリッド1の開放時(開放のための動作時)または閉鎖時(閉鎖のための動作時)において、リッド枢支軸3の回動方向と出力軸7aの回転方向が逆回転方向となるように設定されている。これにより、従来のようにアクチュエータの出力部材をその出力軸に対して開閉体側とは相反する側(下側)で揺動運動するようにしたものに対して、アクチュエータ7から下側(トランクルーム2内側)に第1リンク8が突出しないため、トランクルーム2内の荷物スペースをより広く確保することができる。
また、第2リンク9が全閉状態と全開状態とで略水平状態となるように第1リンク8と延長アーム4bとの間に連結されている。出力軸7aとトランクリッド1との間には最低でも第1リンク8の長さ分のスペースを必要とするが、第1リンク8の遊端部が最もトランクリッド1側に飛び出した状態で第2リンク9の延長アーム4bとの連結部が第1リンク8の遊端部よりもトランクリッド1側とは相反する側に位置している(図5(b)と(c)との間)ことにより、出力軸7aのトランクリッド1側のスペースを上記第1リンク8の長さ分のスペースに近づけることができる。これにより、出力軸7aとトランクリッド1との間に広いスペースを取る必要がなく、アクチュエータをできるだけ開閉体に近づけて配設することができ、トランクルーム2内のスペースをより一層広くすることができる。
従来のアクチュエータ出力軸の下側で出力部材(第1リンク)を揺動させる場合には開閉体(トランクリッド1)の開閉方向と揺動方向とが同じ向きとなるため、リンク機構の設計もそれ程難しくないが、本願発明による図示例のように揺動方向が異なる場合に何の基準も無しにリンク機構を設計しようとすると、リンク効率が悪くなって無駄に大型のモータを必要とすることになってしまう。それに対して、本願発明では上記したリンク効率を基準に設計するものであり、図示例のように効率的なリンク機構を実現することが可能となった。
また、本発明によれば上記図示例に限られるものではなく、本発明の第2の実施の形態を図8を参照して以下に示す。なお、図8は図1に対応しかつ要部拡大図であり、上記図示例と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。また、図9(a)〜(d)に図5(a)〜(d)に対応する図を示す。
第1の実施の形態においては開扉時に第1リンク8が第2リンク9を押すように両者が配置かつ連結されていたのに対して、この第2の実施の形態にあっては、第1リンク8により第2リンク9を引っ張るようにされており、そのリンクの動作は図9(a)〜(d)に示されるようになる。図9(a)はトランクリッド1の全閉状態を示しており、その時の挟角θ1は43度であり、挟角θ2は図示例のものにおいて最大角度となる132度である。図9(b)はトランクリッド1の開度が15度の場合を示しており、この時の各挟角θ1・θ2は、θ1が図示例のものにおいて最小角度となる41度であり、θ2が105度である。図9(c)はトランクリッド1の開度が50度の場合を示しており、この時には、θ1が63度であり、θ2が53度である。また、図9(d)はトランクリッド1の全開状態(略起立状態)を示しており、この時にはθ1が図示例のものにおいて最大角度となる97度であり、θ2が図示例のものにおいて最小角度となる48度である。
この第2の実施の形態における挟角θ1のトランクリッド1の開度に対する角度の推移を図10(a)に示し、挟角θ2のトランクリッド1の開度に対する角度の推移を図10(b)に示す。図に示されるように各挟角θ1・θ2共上記したリンク効率の適切な範囲となる30〜150度の範囲内に収まっている。なお、押し引きの関係が逆になっていることから、上記各図10(a)・(b)と対応する図6(a)・(b)とを比較して分かるように、開度に対する各角度推移の増減が逆になっている。
また、トランクリッド1の開度に対するリンク効率の推移を図11に示す。上記第1の実施の形態の図7に対して推移の山と谷とが逆の傾向となる。しかしながら、トランクリッド1が略水平状態となるためその自重による負荷が大きくなる全閉側の広い領域で高トルク傾向となり、トランクリッド1が起き上がるに連れてその自重による負荷が減少すると共にダンパステー6の突出方向推力が弱まることにより負荷が減少する全開側で高回転速度傾向となる。
この第2の実施の形態にあっても、アクチュエータ7の出力軸7aに一体的に設けられた第1リンク8の揺動範囲が出力軸7aに対してトランクリッド1(開閉体)側であると共に、トランクリッド1の開放時または閉鎖時において、リッド枢支軸3の回動方向と出力軸7aの回転方向が逆回転方向となるように設定されており、上記第1の実施の形態と同様の効果を奏し得る。さらに、第1及び第2リンク8・9の押し引きの関係が逆になる以外のリンク機構の条件(トランクリッド1の開度範囲や各リンクの長さなど)を同一とした場合には、第2の実施の形態の方が第1の実施の形態の方よりも全体として高効率化を達成することができる。特に全閉及び全開付近でトルクを小さく回転数を上げることで開閉体用駆動装置の自動開閉動作がより滑らかなとなって、商品性をさらに向上させることができる。
また、第1及び第2リンク8・9の押し引きの関係を逆にすることにより、取り付け対象となる例えばトランクルーム2内の形状が異なるものに対していずれか一方では取り付けることができなくても、他方の形態を採用することにより取り付け可能となる場合があり、汎用性が高い。
本発明が適用された自動車のトランクリッドを自動開閉するための装置を示す概略側面図である。 アクチュエータの要部分解組立斜視図である。 モータ装置の要部縦断面図である。 (a)は全閉時のセクタギヤ部分を示す要部破断平面図であり、(b)は全開時を示す同様の図である。 (a)は本発明に基づくリンク機構の全閉状態を示す図であり、(b)は開度が25度の状態を示す図であり、(c)は開度が50度の状態を示す図であり、(d)は全開状態を示す図である。 (a)はトランクリッド開度に対する挟角θ1の変化を示す図であり、(b)は挟角θ2における同様の図である。 トランクリッド開度に対するリンク効率を示す図である。 第2の実施の形態を示す要部拡大側面図である。 (a)は第2の実施の形態におけるリンク機構の全閉状態を示す図であり、(b)は開度が15度の状態を示す図であり、(c)は開度が50度の状態を示す図であり、(d)は全開状態を示す図である。 (a)は第2の実施の形態におけるトランクリッド開度に対する挟角θ1の変化を示す図であり、(b)は挟角θ2における同様の図である。 第2の実施の形態におけるトランクリッド開度に対するリンク効率を示す図である。
符号の説明
1 トランクリッド
3 リッド枢支軸
4 ヒンジアーム、4a 湾曲アーム、4b 延長アーム
7 アクチュエータ、7a 出力軸
8 第1リンク
9 第2リンク

Claims (3)

  1. 車体に傾動して開閉するようにされた開閉体をアクチュエータとリンク機構とにより自動開閉するようにした車両用開閉体駆動装置であって、
    記車体に設けられた枢支軸により一端が枢支されかつ他端前記開閉体に固着されたヒンジアームと、前記アクチュエータの出力軸に一端が固着された第1リンクと、前記第1リンクの他端に回動自在に一端が連結されかつ他端が前記ヒンジアームに回動自在に連結された第2リンクとを有し、
    前記第1リンクが前記出力軸に対して前記開閉体側で揺動するように、
    前記ヒンジアームと前記第1リンクと前記第2リンクとは、前記開閉体の開放時または閉鎖時において、前記ヒンジアームの前記枢支軸に対する回動方向と前記出力軸の回転方向が逆回転方向となるように連結され、
    前記第1リンク及び前記第2リンクの挟角と前記ヒンジアーム及び前記第2リンクの挟角とが、互いに前記第2リンクに対して相反する側に位置し、かつ前記開閉体の開度に対して一方が比例しかつ他方が反比例するように設定されていることを特徴とする車両用開閉体駆動装置。
  2. 前記開閉において、前記第2リンクが全閉状態と全開状態とで略水平姿勢となるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用開閉体駆動装置。
  3. 前記第1リンク及び前記第2リンクの挟角と前記ヒンジアーム及び前記第2リンクの挟角とが共に30〜150度の範囲にあるように設定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用開閉体駆動装置。
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