JP5093753B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、一般産業用電動機、自動車、及び船舶などに使用される電動式のアクチュエータに関する。

内燃機関でスクリューを駆動する比較的小型の船舶においては、前進方向へのスクリューの回転と、後進方向へのスクリューの回転との切換は、操作者により操作されたレバーに接続されたワイヤを介してドグクラッチを切り換えて、前進用ギヤ或いは後進用ギヤに係合させることで行っている。しかるに、近年においては、省力化のため電動にてドグクラッチの切換を行えないかという要請がある。ここで、例えば車両用のアクチュエータとしては種々のものが開発されており（特許文献１参照）、これを流用することも考えられる。
特開平９−２２４３４８号公報 特開２００１−２８０４３８号公報

しかしながら、船舶用のアクチュエータは、外洋上で使用されることも考慮しなくてはならず、一般のアクチュエータとは異なった思想で開発することが望まれる。

例えば、一般的なリニアアクチュエータにおいては、軸方向の変位検出がなされて制御されることが多い為、軸方向変位する部分にリミットスイッチを設けて使用される。また、アクチュエータの駆動源となる電動モータは、ハウジング外壁に露出した状態で組み付けられることが多い。

しかるに、リニアアクチュエータのストローク位置検出をリミットスイッチで行おうとすると、ドグクラッチの前進位置と後進位置とを２ポジションで検出することとなる。かかる場合、途中の位置は検出できないことから、何らかの理由によりドグクラッチが２ポジションの間で停止した場合、いずれの方向に移動させるべきか駆動回路が判断できないという問題がある。

又、駆動源として電動モータを使用する一般的なリニアアクチュエータにおいては、放熱を促進させる等の理由で、電動モータは露出した状態でハウジングに取り付けられることが多い。しかるに、船舶等に用いられるアクチュエータは、以下のような特性が要求される。
（１）耐水性：電気部品である電動モータは、水分の内部浸入により作動不能となるものが大多数である。また、電動モータのケーシングは一般に鉄系金属であることが必須である為錆び易いという問題もある。特に、海水を浴びるような環境下では一層この問題が顕著となり、高機能な表面処理を施す必要が生じる。
（２）耐候性：野外での仕様に際しては、日光による樹脂、ゴム材料への攻撃、またオゾンによる攻撃にさらされる為、これらに耐えうる機能が要求される。
（３）耐油性：内燃機関の近傍で使用する際には、ギヤオイル、防錆オイル、ガソリンなどが飛散する恐れがあるので、これらに対する耐性が要求される。
（４）耐電波特性：特にレーダーなどを装備した船舶などに使用される場合、強い電波環境に曝される恐れがある為、それらに耐えうる特性が必要となる。
以上の特性を全て満たす電動モータは、量産化が非常に困難であるか、または製品コストが非常に高くなるという問題がある。
（５）耐塵性：屋外での使用に際して、塵、ほこり等の異物などが内部に侵入した場合、ボールねじ、軸受などの転動部品、及びギヤなどの噛合い部品の部品間に異物が噛み込む事により、各部品の磨耗を著しく促進させたり、又は作動部品のロック等の問題を引き起こすことがある。

更に、特許文献２のアクチュエータにおいては、軸方向に移動するシリンダの先端の支持穴を介してリンク部材に連結されている。この場合、シリンダに負荷される荷重は必ずしも軸方向のみではなく、ラジアル分力を受ける場合が多い。また、支持穴にはアクチュエータ本体の質量全てが付与される状態となる。この従来例は椅子等を駆動するためのアクチュエータものであるが、仮に船外機などに取り付けられるアクチュエータでは内燃機関の振動などがダイレクトに加わることもあり、本体の質量は振動加速度などにより増幅された力となって付与されるから、更に厳しい荷重条件となる。

この様な条件下、ギヤなどを収めたハウジングと、それを遮蔽するカバー部材とを、それぞれ船体に取り付けた場合、カバー部材に大きな力が加わることとなる。特に、船舶などで使用されるアクチュエータにおいては、ギヤなどを収めた密閉空間に異物や、水分などが浸入することは絶対に避けねばならず、従ってこの密閉空間を形作るハウジングとカバー部材の合せ面の接合には、高い精度とそれを保持する構造が必要となる。この様に物体構造として高い精度を与えられたハウジングとカバー部材に対し、更に外力が加えられることによる変形までも考慮した構造にすることには困難を伴う。

加えて、電動モータへの配線をどのようにして行うかといった問題、及び防水性を高めるために、アクチュエータの合わせ面にシール剤を塗布する際に、効率よく塗布できないといった問題もある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、汎用で低コストの電動モータを使用しながらも、厳しい環境下で使用できるアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータは、被駆動部材を駆動するアクチュエータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ、回転軸を有する電動モータと、
前記回転軸から回転力を伝達されることにより、前記被駆動部材を駆動する駆動機構と、
複数のギヤを備え、前記電動モータの回転軸の回転力を前記駆動機構に伝達する第１動力伝達機構と、
測定軸の回転角度を検出するセンサと、
複数のギヤを備え、前記電動モータの回転軸の回転力を前記センサの測定軸に伝達する第２動力伝達機構と、を有し、
前記第１動力伝達機構の少なくとも１つのギヤと、前記第２動力伝達機構の少なくとも１つのギヤは、中心を一致させるようにして単一の軸に互いに相対回転可能に支持されており、
前記駆動機構は、前記ハウジングに対して回転する回転要素と、前記被駆動部材に連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールねじ機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記第１動力伝達機構の少なくとも１つ以上のギヤの中心は、前記第２動力伝達機構の少なくとも１つ以上のギヤの中心と一致しているので、高いギヤ比の減速比を得るために複数段のギヤ列を用いた場合でも、コンパクトな構成とすることができる。

前記駆動機構は、前記ハウジングに対して回転する回転要素と、前記被駆動部材に連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールねじ機構を有すると、逆作動可能であるから前記軸線方向移動要素側を動かすことができるため、例えば万が一アクチュエータに故障が生じたような場合にも、被駆動部材側を手動で移動させることができる。

前記第２動力伝達機構は２段以上のギヤ列を含むと、大きな減速比を創出できるから、最終的に検出機能を担うセンサとして許容検出範囲が１回転以下のものが使用可能となる。尚、許容検出範囲が１回転以下のポテシショメータは、許容検出範囲が多回転のものに比較して大きなコストメリットがある。

前記センサは、測定軸の測定可能範囲が３６０度以下のポテンシオメータであると、被駆動部材の大きなストロークを確保するためには、前記第２動力伝達機構は多段のギヤ列が必要になるので、本発明の構成が有効である。

前記ハウジングは導電性材料から形成され、前記電動モータは前記ハウジング内に収容されていると、前記電動モータが遮蔽されて外部の電波等の影響を受けにくくなる。

前記ハウジングは導電性材料から形成され、前記センサは前記ハウジング内に収容されていると、前記センサが遮蔽されて外部の電波等の影響を受けにくくなる。

前記第１動力伝達機構において、互いに噛合する一方のギヤの素材は樹脂であり、他方のギヤの素材は金属であると、ギヤ同士の溶着を防止すると共に、低騒音とすることができる。

前記ハウジングのみに、前記アクチュエータを固定するための脚部が形成されているので、前記ハウジングをボディ等に取り付けたときなど、ボディ等から前記カバー部材に無用な力が入力されることがないので、前記ハウジングと前記カバー部材との間から水漏れなどが生じることが抑制される。

前記カバー部材は樹脂材から形成されていると、軽量化・低コスト化が図れると共に、海水に曝されても錆ないので好ましい。

前記ハウジングは導電性材料から形成され、前記電動モータは前記ハウジング内に収容されており、前記電動モータに接続された配線は、前記ハウジングの内部と外部とを連通するブリーザパイプ内を通って外部の回路に接続されているので、前記ブリーザパイプ以外の場所を通って前記配線を設けた場合のシールの問題を回避できる。尚、ブリーザパイプとは、前記アクチュエータの内部と、大気とを連通するパイプ（ホースを含む）をいう。

前記ハウジングには、シール剤を塗布するための凹部が形成されているので、凹部に付着したシール剤が取れにくいという利点がある。

前記駆動機構は、前記ハウジングに対して回転する回転要素と、前記被駆動部材に連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールねじ機構を有すると、逆作動可能であるから前記軸線方向移動要素側を動かすことができるため、例えば万が一アクチュエータに故障が生じたような場合にも、被駆動部材側を手動で移動させることができる。

前記動力伝達機構において、互いに噛合する一方のギヤの素材は樹脂であり、他方のギヤの素材は金属であると、ギヤ同士の溶着を防止すると共に、低騒音とすることができる。

前記駆動機構は、前記被駆動部材を駆動するために、前記ハウジングに対して相対移動可能な駆動軸を含み、前記ハウジングと前記駆動軸との間に配置されたシール部材は、二重リップ構造を備えていると、シールの劣化を抑制し、シール性能を長期間にわたって維持できる。

前記駆動機構は、前記被駆動部材を駆動するために、前記ハウジングに対して相対移動可能な駆動軸を含み、前記駆動軸には、前記被駆動部材と連結するための本孔と、前記本孔とは異なる予備孔を形成したので、前記被駆動部材との連結により前記本孔に摩耗等が生じた場合、その代わりに前記予備孔を用いて連結を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかるアクチュエータを用いる船外機の概略図である。図２は、第１の実施の形態のアクチュエータの正面図である。図３は、図２のアクチュエータを矢印III方向に見た図である。図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。

図１において、船外機２は、船体１に固定されるケーシング２ａと、その上部に取り付けられたカウリング２ｂとを有している。カウリング２ｂの内部には、出力軸３をケーシング２ａに延在させてなるエンジン（不図示）が搭載されている。出力軸３の下端には、傘歯車３ａが取り付けられている。

ケーシング２ａの下部には、プロペラ軸４が水平に配置され、回転可能に支持されている。プロペラ軸４の図で右端側は、ケーシング２ａから外部へ突出しており、その端部にプロペラ５が取り付けられている。

プロペラ軸４は、傘歯車３ａに噛合する前進用傘歯車６と後進用傘歯車７とを貫通しており、また傘歯車６，７の間にドグクラッチ８を配置している。プロペラ軸４に対して、ドグクラッチ８は軸線方向に相対移動可能であるが一体的に回転するようになっており、また傘歯車６，７は相対回転可能となっている。図示していないが、ドグクラッチ８は、軸線方向両方向に向いた突起を有しており、図で左方に移動することで突起が傘歯車６の凹部と係合し、ドグクラッチ８と傘歯車６とが一体で回転する。一方、図で右方に移動することで突起が傘歯車７の凹部と係合し、ドグクラッチ８と傘歯車７とが一体で回転する。

ドグクラッチ８は、カム軸９により軸線方向に駆動されるようになっている。カム軸９は、操作軸１０の回転に応じて軸線方向に変位するように連結されている。操作軸１０は、被駆動部材であるリンク部材１１を介して、船外機２の上部に配置された後述するアクチュエータ１００の駆動軸１１７に連結されている。

図４において、円筒状のハウジング１０１は、アルミ製のハウジング本体１０１Ａと、その端面に対してボルトＢ（図３）により組み付けられたアルミ又は樹脂製のカバー部材１０１Ｂと、モータブラケット１０１Ｃとからなる。ハウジング本体１０１Ａの内部には、モータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂとを有する。モータ室１０１ａ内には、モータ１０２が配置されている。モータ１０２は、板状のモータブラケット１０１Ｃに固定されており、モータブラケット１０１Ｃは、後述する玉軸受１１４の外輪をハウジング本体１０１Ａとの間に挟み込み、且つハウジング本体１０１Ａのモータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂをふさぐようにして取り付けられている。

電動のモータ１０２の回転軸１０２ａは、モータブラケット１０１Ｃから突出しており、その端部には金属製の第１ギヤ１０３が圧入により相対回転不能に取り付けられている。モータブラケット１０１Ｃの袋孔１０１ｅに一端を圧入嵌合した長軸１０４の周囲には、樹脂製の第２ギヤ１０５が回転自在に配置され、これは第１ギヤ１０３及び第３ギヤ１０６の大ギヤ部１０６ａに噛合している。

第３ギヤ１０６は、大ギヤ部１０６ａと小ギヤ部１０６ｂとを同軸に形成しており、更にねじ軸１０７の端部に、セレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。第３ギヤ１０６の一部を覆うようにして、支持部材１０８がモータブラケット１０１Ｃに取り付けられている。ここで、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６が第１動力伝達機構を構成する。

ここで、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６の素材については、以下の組み合わせが好ましい。
第１の組み合わせ：第１ギヤ１０３（金属），第２ギヤ１０５（樹脂），第３ギヤ１０６（金属）
第２の組み合わせ：第１ギヤ１０３（樹脂），第２ギヤ１０５（金属），第３ギヤ１０６（樹脂）

第１動力伝達機構は、その機能からすれば、比較的大きなトルクを伝達する。依って、ギヤ同士の噛合い部においては強い接触力が作用する。このような作用が生じる中で、樹脂材料を使ったギヤ同士での噛合いを行うと、樹脂の性質上溶着、磨耗などの損耗が激しくなることがある。一方、樹脂と金属の接触は、その性質上溶着等を起こさない。そこで、この性質を利用して上記ギヤ材料の組合せを実施すれば、損耗を未然に防ぐことが可能となる。尚、全てのギヤを金属にすれば溶着などの問題は発生しないが、金属同士のギヤ噛合いでは騒音が激しくなる恐れがあり、ギヤ機構の中に一部樹脂材料のギヤを入れることにより騒音を抑制できる効果もある。依って、第１伝達機構のような３個のギヤを組合せる揚合には、上記組合せが最適である。

第２ギヤ１０５に隣接して配置された第４ギヤ１０９が、長軸１０４の周囲に回転自在に支持されている。樹脂製の第４ギヤ１０９は、第３ギヤ１０６の小ギヤ部１０６ｂに噛合した大ギヤ部１０９ａと、小ギヤ部１０９ｂとを同軸に形成している。

第４ギヤ１０９の小ギヤ部１０９ｂは、長軸１０４に平行して支持部材１０８に植設された短軸１１０に対して回転自在に支持された第５ギヤ１１１の大ギヤ部１１１ａに噛合している。樹脂製の第５ギヤ１１１は、大ギヤ部１１１ａと小ギヤ部１１１ｂとを同軸に形成している。小ギヤ部１１１ｂは、第５ギヤ１１１に隣接して配置され長軸１０４の周囲に回転自在に支持された第６ギヤ１１２に噛合している。尚、長軸１０４及び短軸１１０と各ギヤとの間には、回転を円滑に行うためのブッシュが配置されていても良い。

センサとしてのポテンシオメータ１１３は、カバー部材１０１Ｂの孔１０１ｄに嵌合配置され小ねじＳＢ（図３）で固定されている。ポテンシオメータ１１３の突き当て面１１３ｂには、孔１０１ｄの周囲を取り巻くようにして周溝１１３ｃが形成されている。周溝１１３ｃ内には、Ｏ−リングＯＲが収容されており、突き当て面１１３ｂとカバー部材１０１Ｂとの端面との間を介して、水等の異物の侵入することをを阻止するようになっている。シールのために、Ｏ−リングＯＲを用いれば、調整のためにポテンシオメータ１１３を測定軸１１３ａ回りに回転させることが容易となる。但し、塗布タイプのシール剤を用いても良い。

ポテンシオメータ１１３の測定軸１１３ａは第６ギヤ１１２に連結され、一体的に回転するようになっている。片持ち状に延在している長軸１０４の先端は、第６ギヤ１１２と測定軸１１３ａとを介して、ポテンシオメータ１１３によって支持され、又は孔１０１ｄに支持される。ポテンシオメータ１１３は、測定軸１１３ａの所定範囲（例えば９０度）の角度を精度良く検出できるものである。ここで、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６、第４ギヤ１０９，第５ギヤ１１１，第６ギヤ１１２が第２動力伝達機構を構成する。カバー部材１０１Ｂは、各ギヤに異物が侵入しないように密閉するギヤカバーとしての機能を有する。尚、噛合するギヤの樹脂素材を互いに異なるものにすると、摩滅を抑制できるので好ましい。

尚、以上の変形例として、袋孔１０１ｅと長軸１０４の一端とを隙間嵌合とすることもできる。上述した実施の形態では、カバー部材１０１Ｂに第６ギヤ１１２が嵌合して組み付けられるが、モータブラケット１０１Ｃとカバー部材１０１Ｂとの間に芯ズレが生じた場合、組み込み不良や部品の渋り等を招く恐れがある。これに対し、かかる変形例によれば、隙間嵌合により長軸１０４の自由端側は、ある程度首振りが可能となり、モータブラケット１０１Ｃとカバー部材１０１Ｂとの間に芯ズレが生じても、これを吸収して上述の不具合を抑制できる。かかる場合、変形例の断面図にかかる図１２に示すように、長軸１０４の一端近傍に周溝１０４ａを形成し、その周囲にＯ−リングＯＲを組み付けることにより、袋孔１０１ｅとの間にフリクションを発生することができ、これにより袋孔１０１ｅに対する長軸１０４の軸線方向移動を抑制することができる。

図４において、ねじ軸１０７は、ハウジング本体１０１Ａに対して、図で右端側を玉軸受１１４により回転自在に支持されている。ねじ軸１０７は、左端側に雄ねじ溝１０７ａを形成している。

ねじ軸１０７は、円筒状のナット１１５を貫通している。ナット１１５の内周面には、雄ねじ溝１０７ａに対向して、雌ねじ溝１１５ａが形成され、両ねじ溝１０７ａ、１１５ａによって形成される螺旋状の空間（転走路）には、多数のボール１１６が転動自在に配置されている。ナット１１５は、ハウジング本体１０１Ａに対して回り止め（一例を後述）が設けられ、ねじ軸室１０１ｂ内において、軸線方向に相対移動可能だが、相対回転不能となっている。尚、軸線方向移動要素であるナット１１５と、回転要素であるねじ軸１０７と、転動体であるボール１１６とでボールねじ機構を構成し、このボールねじ機構と、以下の駆動軸１１７とで駆動機構を構成する。

ねじ軸１０７の左端は、丸軸状の駆動軸１１７に形成された袋孔１１７ａ内に侵入している。駆動軸１１７の図で右端は、ナット１１５に対して同軸に嵌合しピンで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体１０１Ａに対して、駆動軸１１７はブッシュ１１８により軸線方向に移動可能に支持されており、且つブッシュ１１８の左方（外部側）にはシール１１９が配置され、ハウジング本体１０１Ａと駆動軸１１７との間から海水や塵埃等の異物が侵入することを防止している。

シール１１９は、ハウジング本体１０１Ａの内周に嵌合した本体１１９ａと、本体１１９ａに対してハウジング本体１０１Ａの外方に向かって延在し、駆動軸１１７の外周面に当接する第１リップ部１１９ｂと、本体１１９ａに対してハウジング本体１０１Ａの内方に向かって延在し、駆動軸１１７の外周面に当接する第２リップ部１１９ｃとを有する、いわゆる二重リップ構造をとる。特に、アクチュエータ１００の外部側は、オゾンによる攻撃によって主としてゴム類の劣化が著しいという実情がある。このように二重リップ構造とすれば、オゾンに曝されやすい第１リップ部１１９ｂは多少劣化が進んでも、第１リップ部１１９ｂのシールにより第２リップ部１１９ｃにはオゾンが到達しにくくなり、これにより第２リップ部の劣化が抑制され、長期間にわたってシール性能を維持できる。

ハウジング本体１０１Ａから突出した駆動軸１１７の端部には、リンク部材１１に連結するための孔１１７ｂが形成されている。但し、変形例にかかる図１３に示すように、リンク部材１１に連結する本孔１１７ｂに隣接して、予備孔１１７ｂ’を形成しても良い。リンク部材１１に連結する本孔１１７ｂは、繰返し作動するうちに磨耗、変形等をすることがある。この本孔１１７ｂの変形は連結部のガタとして現れ、このガタは著しく制御精度を低下させる恐れがある。このような状況を見越し、制御に影響が現れた場合に備えて、精度の良い未使用の予備孔１１７ｂ’を設けておけば、リンク部材１１を本孔１１７ｂから、未使用の予備孔１１７ｂ’につなぎ変えるだけで、再び高精度な制御性を復活させることが可能となる。

尚、ハウジング本体１０１Ａは、図１４（ａ）で上下に延在する３カ所の取り付け座１０１ｆ、１０１ｇを有している。ハウジング本体１０１Ａから突出した駆動軸１１７に近い２つの取り付け座１０１ｆは、それぞれボルト孔１０１ｈを有している。又、駆動軸１１７から遠い取り付け座１０１ｇは、ボルト孔１０１ｊを有している。B-B断面である図１４（ｂ）に示すように、ボルト孔１０１ｈ内には、鍔付き円筒状のゴム又は樹脂製のカラーＧＣが嵌合配置され、C-C断面である図１４（ｃ）に示すように、ボルト孔１０１ｊ内には、鍔付き円筒状の金属製のカラーＭＣが嵌合配置されている。

同じ力を受けたとき、金属製のカラーＭＣは変形が比較的小さいが、ゴム又は樹脂製のカラーＧＣの変形はそれより大きくなる。従って、ボルト孔１０１ｈ、１０１ｊに不図示のボルトを挿通して、船外機２の不図示のフレームに取り付けたとき、リンク部材１１との寸法誤差等によって、駆動軸１１７が図１４（ａ）に矢印で示すように傾きが生じた場合でも、ゴム又は樹脂製のカラーＧＣが弾性変形することで、ボルト孔１０１ｊの周囲にハウジング本体１０１Ａが揺動し、それにより駆動軸１１７とハウジング本体１０１Ａ（ナット１１５）とのコジリを抑制し、円滑な動作を確保できる。一方、カラーＧＣより剛性が高く変形の小さな金属製のカラーＭＣを介して、不図示のボルトによりハウジング本体１０１Ａは、図１４（ａ）において上下左右方向に確実に位置決めされる。

図１において、モータ１０２の配線１０２ｂと、ポテンシオメータ１１３の配線１１３ｂは、不図示の駆動回路に接続されている。

次に、本実施の形態の動作について説明する。ここで、傘歯車３ａが前進用傘歯車６と後進用傘歯車７のいずれにも常時噛合しているから、内燃機関が動作している限り、傘歯車３ａから動力を伝達された傘歯車６，７は互いに逆方向に回転している。しかしながら、ニュートラルの状態においては、図１に示すように、ドグクラッチ８がいずれの傘歯車６，７と係合していないので、出力軸３の動力は、プロペラ軸４に伝達されずプロペラ５は回転しないこととなる。

ここで、ニュートラルの状態から、操作者が不図示のレバーを前進方向に操作したものとする。すると、図４において、モータ１０２に所定の極性の電力が供給され、回転軸１０２ａが所定の方向に回転する。回転軸１０２ａの回転力は、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６を介してねじ軸１０７に伝達されるので、ねじ軸１０７の回転に応じてナット１１５が図４で左方へと変位する。ナット１１５が左方に変位すると、駆動軸１１７が突出する方向に移動するので、図１においてリンク部材１１が枢動する。従って操作軸１０が所定の方向に回転し、不図示のカム機構を介してカム軸９が左方に移動し、ドグクラッチ８を前進用傘歯車６と係合させる。これにより出力軸３の動力を、傘歯車３ａ、６及びドグクラッチ８を介してプロペラ軸４に伝達し、プロペラ５を正回転させることができる。

一方、回転軸１０２ａの回転力は、第１ギヤ１０３，第２ギヤ１０５，第３ギヤ１０６、第４ギヤ１０９，第５ギヤ１１１，第６ギヤ１１２を介してポテンシオメータ１１３の測定軸１１３ａに伝達される。測定軸１１３ａの回転に応じた信号は、ポテンシオメータ１１３から配線１１３ｂを介して不図示の駆動回路に入力される。かかる信号に基づいてねじ軸１０７が所定の回転量だけ回転したと判断すれば、駆動回路はモータ１０２への電力供給を停止させる。

これに対し、操作者が不図示のレバーを後進方向に操作したときは、図４において、モータ１０２に逆極性の電力が供給され、回転軸１０２ａが逆方向に回転するので、上述とは逆の動作で、アクチュエータ１００の駆動軸１１７が引き込む方向に移動する。従って、図１においてリンク部材１１を介して操作軸１０が逆方向に回転し、不図示のカム機構を介してカム軸９が右方に移動し、ドグクラッチ８を後進用傘歯車７と係合させる。これにより出力軸３の動力を、傘歯車３ａ、７及びドグクラッチ８を介してプロペラ軸４に伝達し、プロペラ５を逆回転させることができる。

本実施の形態によれば、第２ギヤ１０５，第４ギヤ１０９，第６ギヤ１１２の中心が一致し、同じ長軸１０４の周囲に回転自在に配置されているので、高いギヤ比の減速比を得るために５段のギヤ列を用いながら、コンパクトな構成とすることができる。この様に複数のギヤが内蔵されるアクチュエータ１００内にあって３個のギヤが同一の回転中心軸を持つことは、中心軸の数が減じられること、中心軸を支えるハウジング類の支え穴が減じられる事など、多くのメリットを持つ。

特に、モータ１０２はモータブラケット１０１Ｃに固定され、玉軸受１１４を中間に挟み込む構成でハウジング１０１に固定するようにしている。アクチュエータに限らず、工業部品はコンパクトに製作されることが望まれるが、本実施の形態のアクチュエータ１００が、その一例として船外機などの狭いケーシング２ａ内に納められる場合などは特にコンパクトさが要求される。コンパクトなアクチュエータの一形態として、図４に示すようにねじ軸１０７とモータ１０２の軸線とを平行に並べている。この場合、駆動系ギヤを境に図中右側よりモータ１０２を組み付けることが最も普通に行われる構造であるが、モータ軸線分だけ長さが出っ張ることとなりアクチュエータの全長が長くなる。これを避ける目的で、駆動源であるモータ１０２はモータブラケット１０１Ｃに固定され、玉軸受１１４を中間に挟み込む構成でハウジング本体１０１Ａに固定する方法をとり、モータ１０２の軸線方向に長い部分がハウジング本体１０１Ａのモータ室１０１ａの奥に向う構造とすると好ましい。モータの向きだけを問題にするのであれば、特開２００３−２０７０１３の従来例があるが、これはモータをハウジング内に収めてはいないものである。

更に本実施の形態によれば、従来技術のようなリミットスイッチ等による変位位置検出の代わりに、ねじ軸１０７の回転変位をポテンショメータ１１３で検出する為、任意の位置制御が可能となる。ねじ軸１０７の回転を直接検出するに当り、ねじ軸１０７は多回転である為、第２動力伝達機構のギヤ列を介して減速した回転変位をポテンショメータ１１３で検出する。一方、モータ１０２から出力される回転運動は、第１動力伝達機構のギヤ列を介して減速されねじ軸１０７へ伝達される。この２系統のギヤ列の一部に共通の回転中心軸を設けることで、コンパクトなレイアウトが可能となり、コスト的にも大きな貢献がある。

本アクチュエータで用いたボールねじ機構の代わりに、すべりねじ機構を用いても良いが、ボールねじ機構にすることで、高効率を確保できギヤ比の選択に自由度が増し、引いてはギヤの配置設計においても自由度が増すこととなる。更に、本アクチュエータにボールねじ機構を用いることは、ボールねじ機構の持つ高効率特性の一つである逆作動を利用出来るようになる。

一般に、転動体が介在しないすべりねじ機構においては逆作動が行えないので、出力軸側からの逆作動ができないことになる。しかしボールねじ機構では出力軸側から逆作動が可能となる。これはアクチュエータとしての利用範囲が格段に増すことになる。例えば図１に示すような船舶船外機の前後進の切替を行うドグクラッチ８の切替え部に使用可能となる。その理由は、ドグクラッチ８の切替えにおいては、何らかの不具合においてクラッチが外れた場合であっても、アクチュエータ１００の駆動軸を外部から手動で可動させることが可能となり、船舶の海上漂流という望まれない事態を回避できるからである。

更に、モータ１０２をハウジング１０１内に収めることにより、シール性など特別な仕様を付加する必要がなくなる為安価なモータを使用することが出来る。更に、このハウジング１０１を導電性材料（鉄、アルミ、導電樹脂など）で製作すれば、モータ１０２、及びポテンショメータ１１３への電波が遮断され信頼性が増す。特に、洋上では高エネルギー電波が多い為このような導電物資で電気部品を覆うことが好ましい。これにより本アクチュエータの信頼性が向上し、船舶などへの普及が推進される。

図５は、第２の実施の形態のアクチュエータ２００の正面図である。図６は、図５のアクチュエータを矢印VI方向に見た図である。図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。

本実施の形態においては、上述した実施の形態に対して、アルミ製のカバー部材２０１Ｂ内にポテンシオメータ１１３を固定配置した点が異なる。例えばレーダーなどを搭載した船舶においては、強い電波に曝される恐れがあるが、本実施の形態のようにポテンシオメータ１１３を導電性のハウジング１０１内に収容することで、その影響を回避できる。尚、それ以外の構成は上述した実施の形態と同様であるため、同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図８は、第３の実施の形態にかかるアクチュエータ３００の正面図である。本実施の形態においては、ハウジング本体３０１Ａに、それぞれボルト孔を有する取り付け用の脚部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを形成している。不図示のボルトを脚部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃのボルト孔に挿通して締結することで、アクチュエータ３００をケーシング２ａ（図１）の取り付け面に固定することができる。一方、カバー部材３０１Ｂには、取り付け用の脚部を設けていない。

このように、ケーシング２ａに取り付けるための脚部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを、ハウジング本体３０１Ａ側にのみ設けることで、取り付け面から受ける反力を全て剛性の高いハウジング本体３０１Ａで受ける一方、カバー部材３０１Ｂが反力を受けないようにすれば、本来的にハウジング本体３０１Ａ、カバー部材３０１Ｂの合せ面が開く方向の力が作用しない為、合せ面の密閉性に影響を与えることが抑制される。また、振動による荷重もハウジング本体３０１Ａ側に集中し、合せ面に加わる荷重はカバー部材３０１Ｂの重さだけとなり、併せて合せ面のシール構造に大きな悪影響を与えない。また、このカバー部材３０１Ｂを樹脂などの軽量物で構成すれば、更に効果が上がることが期待される。

図９は、第４の実施の形態にかかるアクチュエータ４００の上面図である。図１０は、図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態においては、図１０に示すようにカバー部材４０１Ｂ側にモータ４０２を取り付けている。モータ４０２の回転軸４０２ａは、ハウジング本体４０１Ａとカバー部材４０１Ｂとの間に挟み込まれた支持板４０１Ｃにより支持されたカップリング４０３を介して、ねじ軸４０７に連結されている。ねじ軸４０７は、ハウジング本体４０１Ａに対して軸線方向にのみ移動可能なナット４１５内を通って、駆動軸４１７の内部まで延在している。駆動軸４１７は、ハウジング本体４０１Ａに対してブッシュ４１８により軸線方向に相対移動可能に支持され、且つシール４１９により密封されている。

ハウジング本体４０１Ａの図９で右端側の外周にはテーパ面４０１ａが形成されている。一方、それに対向するカバー部材４０１Ｂの図９で左端側の外周にはテーパ面４０１ｂが形成されている。ハウジング本体４０１Ａとカバー部材４０１Ｂとの合わせ面に板状のパッキンＰを介在させて、両者を長いボルトＬＢを用いて固定したときに、その合わせ面の周囲には、テーパ面４０１ａ、４０１ｂにより形成される周溝（凹部）が形成される。ここに、図示しないシール剤を塗布すれば、シール剤が広がりにくく且つ剥がれにくいため、合わせ面に隙間が生じた場合でも高い密封性を維持することができる。特に、ケーシング２ａ（図１）の下部に配置されることが多いアクチュエータは、海水や内燃機関の潤滑油等を被りやすいので、このように合わせ面をシールすることは有効である。

尚、ハウジング４０１Ａとカバー部材４０１Ｂの内部が密閉された状態であると、モータ４０２を駆動させてアクチュエータ４００を作動させたときに、内圧が変化して駆動軸４１７の動作を妨げる恐れがある。これに対し、ハウジング本体４０１Ａに開口４０１ｇを形成し、ここに不図示のブリーザパイプ（図１参照）を介して上方の大気空間と接続されるコネクタ４２０を埋設することができるが、コネクタ４２０とハウジング本体４０１Ａとの密封性も問題となる。そこで、ハウジング本体４０１Ａの外表面における開口４０１ｇの周囲に凹部４０１ｄを形成し、ここに図示しないシール剤を塗布することで密封性を高めることができるようにしている。

更に、モータ４０２への配線４０２ｂは、カバー部材４０１Ｂに形成した開口４０１ｅを介して外部へと引き出される。従って、配線４０２ｂとカバー部材４０１Ｂとの密封性も問題となる。そこで、配線４０２ｂをゴム製のグロメット４２１により気密保持した後、開口４０１ｅに押し込むようにしている。更に、カバー部材４０１Ｂの外表面における開口４０１ｅの周囲に、壁４０１ｆを形成し、壁４０１ｆの内側の領域Ａ（凹部）に図示しないシール剤を塗布することで密封性を高めることができるようにしている。

図１１は、第５の実施の形態にかかるアクチュエータ５００の上面図である。本実施の形態においては、モータ４０２の配線は、コネクタ４２０及びブリーザパイプ１２を介して上方へと引き出され、不図示の駆動回路に接続されている。従って、カバー部材４０１Ｂに配線引き出し用の開口やグロメット等は設ける必要がなく、コスト低減及びシール面の減少による漏れの抑制を図ることができる。それ以外の構成については、図９，１０の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

図１５は、第５の実施の形態にかかるアクチュエータ６００の構成を、駆動軸の軸線位置で切断して矢印方向に見た図である。図１６は、図１５の構成をXVI-XVI線で切断して矢印方向に見た図である。図１７は、図１６の構成をXVII-XVII線で切断して矢印方向に見た図である。

図１５において、ハウジング５０１は、略中空円筒状の本体５０１ａと、本体５０１ａの一端を閉止するように固定されるカップ状の蓋部材５０１ｂとからなる。単純な円筒形状の内周を持つ本体５０１ａの内部には、被駆動部材である円筒状の駆動軸５０２と、駆動軸５０２に連結されたナット５０３とが配置されている。駆動軸５０２は、図で左端を本体５０１から突出させており、図で右端には袋孔５０２ａが形成されている。駆動軸５０２の外周は、本体５０１ａに対してブッシュ５０４により摺動可能に支持されている。ブッシュ５０４に隣接して二重構造のリップ部を有するシール部材５０５が配置され、駆動軸５０２と本体５０１ａとの間をシールすることで、外部から塵埃等が侵入することを抑制している。

ねじ軸５０６が、ナット５０３の内部を貫通し、駆動軸５０２の袋孔５０２ａに対して出入り自在に侵入している。ねじ軸５０６の外周面には、雄ねじ溝５０６ａが形成されている。一方、ねじ軸５０６を包囲するように配置されたナット５０３は、その外周下面に軸線方向に沿って溝５０３ｂを形成しており、且つ内周面に雌ねじ溝５０３ａを形成している。対向する両ねじ溝５０６ａ、５０３ａ間に形成された転走路に沿って、複数のボール５０７が転動自在に配置されている。チューブ式のボール循環部材を有するナット５０３，ねじ軸５０６，ボール５０７及び後述する案内部材５１３とでボールねじ機構を構成する。

本体５０１ａの端部に、軸受間座５０８を介して玉軸受５０９が配置され、ねじ軸５０６を回転自在に支持している。玉軸受５０９の外輪は、固定部材５１０により軸受間座５０８に対して固定されている。一方、玉軸受５０６の内輪は、止め輪５１１により駆動軸５０２に対して固定されている。従って、駆動軸５０２は、本体５０１ａに対して回転のみ可能となっている。駆動軸５０２の図で右端には、ギヤ５１２がセレーションにより一体的に回転するように連結されている。

蓋部材５０１ｂの内側に取り付けられたモータ（不図示）より、ギヤ５１２に、複数のギヤを介して減速された回転力が伝達される。

図１５において、金属板材をプレスして形成された案内部材５１３は、ナット５０３の溝５０３ｂに係合してなる直線状の案内部５１３ａと、図で右端において案内部５１３ａに対して直角に折り曲げられた係合部５１３ｂとを有している。更に、本体５０１ａの図１５で右端面には、溝状の凹部５０１ｃが形成されており（図１７参照）、係合部５１３ｂは、それと同じ幅の凹部５０１ｃに係合している。略環状のブッシュ５０４は、周方向の一部に切欠５０４ａを形成しており（図１６参照）、案内部５１３ａの図１５で左端は、切欠５０４ａに係合している。又、図１７に示すように、ブッシュ５０４の外周には、突起５０４ｂが３カ所形成され、本体５０１ａの内周面に形成された対応するくぼみ５０１ｄに係合している。従って、ブッシュ５０４は、本体５０１ａに対して相対回転しないようになっている。

案内部５１３ａの表面には、低摩擦化のための表面処理を施しても良い。かかる処理としては、皮膜処理、表面硬化処理等が考えられる。皮膜処理としては、例えばリン酸マンガン塩やリン酸亜鉛の皮膜形成、二酸化モリブデンによるコーティング、ベーキングによる焼成膜の形成、スズ、亜鉛、銀、クロム（硬質クロム）その他の金属のメッキ等が考えられる。また、表面硬化処理としては、例えば浸硫窒化、浸硫、液体窒化、レーザビーム焼入れ、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、ショットピーニング等が考えられる。

操作者が不図示のスイッチを操作すると、不図示のモータから動力が伝達され、それによりギヤ５１２が回転駆動されるので、それと共にねじ軸５０６が回転する。ここで、ナット５０３は、回り止め機能を発揮する案内部材５１３により、軸線方向にのみスムーズに案内されるようになっているため、ねじ軸５０６の回転運動は、ナット５０３の軸線運動に効率よく変換され、それによりナット５０３が連結された駆動軸５０２を軸線方向に移動させることができる。

組み付け時には、ブッシュ５０４を組み付けた本体５０１ａの右端から案内部材５１３を差し込み、案内部５１３ａの先端を切欠５０４ａに挿入すると共に、折り曲げた係合部５１３ｂを本体５０１ａの凹部５０１ｃに係合させる。かかる構成によれば、特殊な工具を用いることなく、案内部材５１３を本体５０１ａに容易に取り付けることができる。その後、溝５０３ｂに案内部５１３ａが係合するようにして、ナット５０３と駆動軸５０２を本体５０１ａ内に挿入し、ねじ軸５０６等を組み付ければよい。

特に、案内部５１３ａが長尺であった場合、案内部材５１３が片方のみ支持されていると、支持されていない側で案内部材５１３のねじりが生じ、回り止め機能が不足する恐れがある。これに対し、本実施の形態によれば、案内部５１３ａの先端をブッシュ５０４の切欠５０４ａに係合させており、これにより案内部材５１３の両端を本体５０１ａに固定することができるので、案内部５１３ａが長尺であっても、そのねじれを抑制し有効な回り止め機能を実現できる。

本実施の形態によれば、案内部材５１３を設けることで、ハウジング５０１の本体５０１ａの内周を単純円形とでき、またナット５０３にも突起を設ける必要がなく、低コストでありながら有効な回り止め機能を実現できる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明にかかるアクチュエータは、船舶用に限らず、車両用、一般産業機械用にも用いることができる。

本実施の形態にかかるアクチュエータを用いる船外機の概略図である。 第１の実施の形態のアクチュエータの正面図である。 図２のアクチュエータを矢印III方向に見た図である。 図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 第２の実施の形態のアクチュエータ２００の正面図である。 図５のアクチュエータを矢印VI方向に見た図である。 図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。 第３の実施の形態にかかるアクチュエータ３００の正面図である。 第４の実施の形態にかかるアクチュエータ４００の上面図である。 図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。 第５の実施の形態にかかるアクチュエータ５００の上面図である。 上述した実施の形態の変形例にかかるアクチュエータの要部断面図である。 上述した実施の形態の変形例にかかるアクチュエータの外観図である。 図１４（ａ）は、上述した実施の形態の変形例にかかるアクチュエータの外観図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の構成をB-B線で切断して矢印方向に見た図であり、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の構成をC-C線で切断して矢印方向に見た図である。 第５の実施の形態にかかるアクチュエータ６００の構成を、駆動軸の軸線位置で切断して矢印方向に見た図である。 図１５の構成をXVI-XVI線で切断して矢印方向に見た図である。 図１６の構成をXVII-XVII線で切断して矢印方向に見た図である。

符号の説明

１ 船体
２ 船外機
２ａ ケーシング
２ｂ カウリング
３ 駆動軸
３ａ 傘歯車
４ プロペラ軸
５ プロペラ
６ 前進用傘歯車
７ 後進用傘歯車
８ ドグクラッチ
９ カム軸
１０ 操作軸
１１ リンク部材
１２ ブリーザパイプ
１７ 駆動軸
１００ アクチュエータ
１０１ ハウジング
１０１Ａ ハウジング本体
１０１Ｂ カバー部材
１０１Ｃ モータブラケット
１０１ａ モータ室
１０１ｂ ねじ軸室
１０１ｄ 孔
１０２ モータ
１０２ａ 回転軸
１０２ｂ 配線
１０３ 第１ギヤ
１０４ 長軸
１０５ 第２ギヤ
１０６ 第３ギヤ
１０６ａ 大ギヤ部
１０６ｂ 小ギヤ部
１０７ ねじ軸
１０７ａ 雄ねじ溝
１０８ 支持部材
１０９ 第４ギヤ
１０９ａ 大ギヤ部
１０９ｂ 小ギヤ部
１１０ 短軸
１１１ 第５ギヤ
１１１ａ 大ギヤ部
１１１ｂ 小ギヤ部
１１２ 第６ギヤ
１１３ ポテンシオメータ
１１３ａ 測定軸
１１３ｂ 配線
１１４ 玉軸受
１１５ ナット
１１５ａ 雌ねじ溝
１１６ ボール
１１７ 駆動軸
１１７ａ 袋孔
１１８ ブッシュ
１１９ シール
２００ アクチュエータ
２０１Ｂ カバー部材
３００ アクチュエータ
３０１Ａ ハウジング本体
３０１Ｂ カバー部材
３０１ａ 脚部
４００ アクチュエータ
４０１Ａ ハウジング本体
４０１Ｂ カバー部材
４０１Ｃ 支持板
４０１ａ テーパ面
４０１ｂ テーパ面
４０１ｇ 開口
４０１ｄ 凹部
４０１ｅ 開口
４０１ｆ 壁
４０２ モータ
４０２ａ 回転軸
４０２ｂ 配線
４０３ カップリング
４０７ ねじ軸
４１５ ナット
４１７ 駆動軸
４１８ ブッシュ
４１９ シール
４２０ コネクタ
４２１ グロメット
５００ アクチュエータ
５０１ ハウジング
５０１ａ 本体
５０１ｂ 蓋部材
５０１ｃ 凹部
５０２ 駆動軸
５０２ａ 袋孔
５０３ ナット
５０３ａ 雌ねじ溝
５０３ｂ 溝
５０４ ブッシュ
５０４ａ 切欠
５０４ｂ 突起
５０５ シール部材
５０６ ねじ軸
５０６ａ 雄ねじ溝
５０７ ボール
５０８ 軸受間座
５０９ 玉軸受
５１０ 固定部材
５１１ 止め輪
５１２ ギヤ
５１３ 案内部材
５１３ａ 案内部
５１３ｂ 係合部
６００ アクチュエータ
Ｂ ボルト
ＬＢ ボルト

Claims (9)

1. 被駆動部材を駆動するアクチュエータにおいて、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ、回転軸を有する電動モータと、
   前記回転軸から回転力を伝達されることにより、前記被駆動部材を駆動する駆動機構と、
   複数のギヤを備え、前記電動モータの回転軸の回転力を前記駆動機構に伝達する第１動力伝達機構と、
   測定軸の回転角度を検出するセンサと、
   複数のギヤを備え、前記電動モータの回転軸の回転力を前記センサの測定軸に伝達する第２動力伝達機構と、を有し、
   前記第１動力伝達機構の少なくとも１つのギヤと、前記第２動力伝達機構の少なくとも１つのギヤは、中心を一致させるようにして単一の軸に互いに相対回転可能に支持されており、
   前記駆動機構は、前記ハウジングに対して回転する回転要素と、前記被駆動部材に連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールねじ機構を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記第２動力伝達機構の前記少なくとも１つのギヤは、前記前記第１動力伝達機構における動力伝達に寄与しないことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
3. 前記第２動力伝達機構は２段以上のギヤ列を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記センサは、測定軸の測定可能範囲が３６０度以下のポテンシオメータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ。
5. 前記ハウジングは導電性材料から形成され、前記電動モータは前記ハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 前記ハウジングは導電性材料から形成され、前記センサは前記ハウジング内に収容されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. 前記第１動力伝達機構において、互いに噛合する一方のギヤの素材は樹脂であり、他方のギヤの素材は金属であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータ。
8. 前記駆動機構は、前記被駆動部材を駆動するために、前記ハウジングに対して相対移動可能な駆動軸を含み、前記ハウジングと前記駆動軸との間に配置されたシール部材は、二重リップ構造を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアクチュエータ。
9. 前記駆動機構は、前記被駆動部材を駆動するために、前記ハウジングに対して相対移動可能な駆動軸を含み、前記駆動軸には、前記被駆動部材と連結するための本孔と、前記本孔とは異なる予備孔を形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のアクチュエータ。

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