JP5218817B2 - 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１〜４参照）、これを流用することも考えられる。
特開平１０−２０１１７３号公報 特開平４−２８３１６４号公報 特開平９−２２４３４８号公報 特開２００１−２８０４３８号公報

特許文献１のアクチュエータにおいて、駆動源であるモータは、ハウジングに対してインロー部を持ち、これにより位置決めが行われ、モータのフランジがハウジングに当接され固定される構造である。このモータは、ねじ部材と並列に配置され、アクチュエータ全体としての軸方向長さを抑える構成になっている。

かかる従来技術によるアクチュエータは、駆動源であるモータがハウジング外に露出するものであり、従ってモータの取付けもギヤボックスの外部より組付けることが可能となる。しかし、船舶の船外機など、アクチュエータ自体が環境的に厳しい所で使用される場合などでは、モータはハウジング内に収容する構成が好ましい。ここで、モータをハウジング内に収容する場合には、ハウジングの一部に袋状の部屋を設け、モータはハウジング開口部方向から組み込にようにすることが考えられる。

しかるに、一般にモータを覆う外周のフレーム部材は板金プレスにより形成されることが多く、またモータの回転軸における回転軸線の位置決めを行うインロー部は、モータ内の軸受が配置される付近の外径部に限定されることが多い。更に、そのインロー部はモータをハウジングに取付ける為のフランジを境に出力軸側とされることが多い。かかる構成によれば、ハウジングの袋状の部屋に対して、モータを回転軸後端側から装着しなくてはならないが、これにより適正な位置にインロー部を確保できないという問題がある。

一方、上述した従来技術のアクチュエータにおいては、モータ軸先端にモータ側アクチュエータギヤが嵌合しており、ねじ部材と同心にスライダ側アクチュエータギヤが配置されている。二つのギヤの中間にはカウンタ側アクチュエータギヤが配置され、その回転中心はハウジングに配置されている。

この様にモータ軸のギヤとねじ部材のギヤの中間のギヤとを、カウンタ側アクチュエータギヤで連結する場合、通常はモータ軸のギヤとねじ部材のギヤの外径に干渉しない位置に回転軸線を配置しなければならない制約、モータの軸線方向投影形状外に回転中心を配置しなければならない制約、及びねじ軸支持軸受に干渉しない配置しなければならない制約等があり、さらにはギヤ軸間距離の問題からギヤ比の制約も受け、設計自由度が小さくなるという問題があった。

加えて、ハウジング内の密閉した部屋にモータを配置する場合、その発熱による温度上昇をどのようにして抑制するかという問題もある。

これに対し、特許文献２のアクチュエータにおいては、車両の空調用給気ダクトから分岐したダクトを介して冷えた空気を導入することにより、モータの発熱による温度上昇を抑制している。しかしながら、例えば船舶の船外機に用いるアクチュエータにおいては、そもそも空調用給気ダクトなどが存在しないため、別個に冷却用のファンなどを設ける必要が生じてコスト高や大型化を招くという問題がある。

更に、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。従って、電動モータから発生した熱がハウジング内にこもりやすくなり、熱によるトラブルが予想される。これに対し、電動モータの容量を低下させれば、ある程度発熱量を低減できるが、それに応じて発生トルクが低下することから十分な動力を提供するためには減速比を高めなくてはならず、コンパクト化の実現が困難である。

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、設計の自由度を確保しつつ高精度のモータの取り付けを行うことが出来、また冷却性に優れ、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、
回転軸とフレームと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動力伝達機構と、
前記回転軸に取り付けたギヤと、前記電動モータのフレームとの間に位置するように配置された位置決めプレートとを有し、
前記位置決めプレートは、前記フレームの一部に嵌合する孔又は切欠を有し、前記フレームを前記ハウジングとの間に挟むようにして、前記ハウジングに対して取り付けられており、
前記位置決めプレートには、前記複数のギヤの少なくとも一つを支持する軸が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記回転軸に取り付けたギヤと、前記電動モータのフレームとの間に位置するように配置された位置決めプレートを有し、前記位置決めプレートは、前記フレームの一部に嵌合する孔又は切欠を有し、前記ハウジングに対して取り付けられているので、例えば、前記ハウジング内の袋状のモータ室に、前記電動モータの回転軸後端側（ギヤと反対側）から挿入して取り付ける場合にも、前記ギヤ側のフレームでインロー部が確保できる構造となり、前記位置決めプレートを前記ハウジングに対して位置決めすることで、噛合するギヤにとって正しい軸間距離を規定することが可能となる。

更に、本発明によれば、電動モータ内に収納されている軸受と、その近傍に設けられているフレームのインロー部を、位置決めプレートの孔に嵌合接触させることにより、軸受の放熱作用を向上させる効果が期待できる。また、この位置決めプレートを、アルミなどの熱伝導性の高い金属材料で形成すれば、更に高い放熱効果が期待できる。

このように位置決めプレートを設けることで、前記動力伝達機構のギヤのうち、電動モータの回転軸に取り付けたギヤと、前記駆動機構に設けたギヤとに噛合する中間のギヤを、モータの軸線方向投影形状外に回転軸線を配置しなければならないという制約、及び駆動機構の軸受に干渉しない配置しなければならないという制約等がなくなり、ギヤ軸間距離の問題からギヤ比の制約が解消され、設計自由度が大きくなる。

前記位置決めプレートには、前記複数のギヤの少なくとも一つを支持する軸が配置されていると好ましい。

前記電動モータの外周と前記ハウジングの内壁とに当接するようにして配置された伝熱部材を設けているので、前記伝熱部材を介して、前記電動モータから発生した熱を迅速に前記ハウジングに伝達でき、前記ハウジングの外周面を介して空気中に放出できるため、前記ハウジング内の温度上昇を抑制できる。

前記軸線方向移動要素に近い第１の位置と、前記電動モータに近い第２の位置とに対して、それぞれ端部を開放した通路が設けられているので、前記軸線方向移動要素の往復移動に応じて、前記通路を介して、前記電動モータに近いために温度が高くなりがちな第２の位置側の空気等を、前記軸線方向移動要素に近い第１の位置側に移動させ、或いは温度が比較的低い前記第１の位置側の空気等を、前記第２の位置側に移動させることで、電動モータの周囲を効果的に冷却することができる。従って、別個のファンなどを必要とすることなく、より低コスト且つコンパクトなアクチュエータを提供できる。尚、「軸線方向移動要素に近い第１の位置」とは、少なくとも電動モータより軸線方向移動要素に近ければ足り、「電動モータに近い第２の位置」とは、少なくとも軸線方向移動要素より電動モータに近ければ足りる。

前記ハウジングの一部は、外部に対して開放した開口を有し、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に応じて、前記開口を介して流体が導入もしくは排出されるようになっているので、前記軸線方向移動要素の往復移動に応じて、前記開口を介して、前記ハウジング内の温度が高くなった空気等を排出すると共に、温度が比較的低い外部の空気等を前記ハウジング内に吸引することで、電動モータの周囲を冷却することができる。従って、別個のファンなどを必要とすることなく、より低コスト且つコンパクトなアクチュエータを提供できる。

第５の本発明によれば、前記ハウジングが冷却構造を有するので、前記ハウジング内に取り付けられた前記電動モータから発生した熱を、効果的に外部に伝達できるので、容量の大きな電動モータを用いることができるから、十分な動力を低減できる。

前記冷却構造は、前記ハウジングの外周に形成され、断面がブロック状のフィンであると好ましいが、例えば海水を冷却水として用いるウォータジャケット構造を設けても良い。尚、前記フィンの断面は先細形状となっていると好ましい。

前記冷却構造は、前記ハウジングの内周に形成され、前記電動モータに接触する凸部であると、前記電動モータから発生した熱を前記凸部を介して前記ハウジングに伝導させ、これにより前記ハウジングの外周から放熱させることができるので、冷却効果を発揮できる。

前記電動モータはＮＴＣ（Negative Temperature Cofficient）サーミスタを備えていると、別個にセンサを設ける必要がなく、コンパクト且つ低コストなアクチュエータを提供できる。

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含むと、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。

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のアクチュエータにおいて、カバー部材を取り外した状態を示す正面図である。図４は、図３のアクチュエータを矢印IV方向に見た図である。図５は、図４の構成から第２のギヤを取り外した状態を示す図である。図６は、図４の構成をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。図７は、カバー部材を取り付けたアクチュエータを、図４のVII-VII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、リンク部材１１を介して、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７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２）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、アルミ等の金属からなる位置決めプレートであるモータブラケット１０１Ｃとからなる。ハウジング本体１０１Ａの内部には、袋穴状のモータ室１０１ａと貫通穴状のねじ軸室１０１ｂとが形成されている。モータ室１０１ａ内には、モータ１０２が配置され、モータブラケット１０１Ｃを介してハウジング本体１０１Ａに取り付けられている。

図６において、電動のモータ１０２は、円筒状のフレーム１０２ｆにより覆われており、フレーム１０２ｆ内に設けられたモータ軸受１０２ｇが、回転軸１０２ａを回転自在に支持している。フレーム１０２ｆの一端から突出した回転軸１０２ａ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。フレーム１０２ｆにおいて、第１ギヤ１０３の近傍におけるモータ軸受１０２ｇの周囲が円筒状に突出し、ここにインロー部１０２ｈを形成している。

モータブラケット１０１Ｃは、モータ軸線方向に見て図５に示す形状を有し、第１ギヤ１０３が通過できる程度の内径を有するインロー孔（切欠でも良い）１０１ｈと、長軸１０４を挿通する孔１０１ｊと、ねじ軸１０７を支持する玉軸受１１４が嵌合する孔１０１ｋ（図６）とを有している。

モータ１０２の組み込み方法について簡単に説明する。図６に示すように、モータ１０２は、モータ室１０１ａ内に回転軸後端側（第１ギヤ１０３と反対側）から挿入される。このとき、モータ１０２は、フレーム１０２ｆの第１ギヤ１０３側に設けられたモータフランジ１０２ｃが、ハウジング本体１０１Ａのモータ室１０１ａの開口部に形成されたモータ座面１０１ｉ（図５）に着座するところまで挿入される。

この状態で、モータブラケット１０１Ｃを第１ギヤ１０３側から装着する。インロー孔１０１ｈは、第１ギヤ１０３を通過した後、フレーム１０２ｆのインロー部１０２ｈに嵌合する。インロー孔１０１ｈは、後述する第２ギヤ１０５の回転軸線に対して精度良く形成され、またインロー部１０２ｈは、回転軸１０２ａの回転軸線に対して精度良く形成されているので、インロー孔１０１ｈをインロー部１０２ｈに嵌合させることで、第１ギヤ１０３と第２ギヤ１０５との軸間距離を精度良く合わせることができる。

更に、図５に示すように、プレートボルトＰＢを用いて、モータブラケット１０１Ｃをハウジング本体１０１Ａに固定する。ついで、モータボルトＭＢにて、モータ１０２をハウジング本体１０１Ａに固定する。モータブラケット１０１Ｃは、図６に示す通り、ハウジング本体１０１Ａに対して、適切な厚さの軸受間座１２０を介し、更にねじ軸１０５を支持する玉軸受１１４に孔１０１ｋを嵌合させることで、ねじ軸１０５の軸線方向と軸線直交方向とに精度良く位置決めされるようになっている。

モータ軸受１０２ｇは、一般的にフレーム１０２ｆに内接するように配置されている。モータ軸受１０２ｇの半径方向外側にあるインロー部１０２ｈは、モータ軸受１０２ｇの位置を精度良く決める為の案内となることが多く、従って、このインロー部１０２ｈを精度良く加工したモータが多く上市されている。本実施の形態では、精度良く加工されたインロー部１０２ｈを、モータブラケット１０１Ｃのインロー孔１０１ｈに嵌合させることで、ギヤ同士の噛合を適切に行えるようにしている。

特に、高速回転を伴うモータ１０２は、モータ軸受１０２ｇに発熱を伴う事が避けられない。本実施の形態によれば、発熱源であるモータ軸受１０２ｇに対して、フレーム１０２ｆの薄板１枚を介して最も近傍に、熱伝導性の良いモータブラケット１０１Ｃを接するようにしているから、フレーム１０２ｆとモータブラケット１０１Ｃとを介して、モータ軸受１０２ｇから発生した熱を外部に放散させることができる。モータブラケット１０１Ｃとして、アルミなどの高熱伝導材料を用いれば、更に冷却効果が上がる。

ここで、第２ギヤ１０５を支持する長軸１０４を支持する孔１０１ｊをハウジング本体１０１Ａに設けることは困難である。何故なら、減速比を稼ぐためには第１ギヤ１０３を小径にしなくてはならず、すると、孔１０１ｊを設ける位置には、モータ本体或いはモータフランジが径方向で張り出しているからである。本実施の形態によれば、モータ室１０１ａの開口部を覆うようにしてモータブラケット１０１Ｃを組み付け、これに孔１０１ｊを形成して長軸１０４を植設しているので、これにより小径の第１ギヤ１０３に噛合する第２ギヤ１０５を回転自在に支持することができる。尚、孔１０１ｊの位置は、図５に示す位置に限定されるものではなく、任意に自由な位置が可能である。

図７において、モータブラケット１０１Ｃに植設された長軸１０４の周囲には、ブッシュ１０５ａを介して樹脂製の第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。

樹脂製の第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。

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２）で固定されており、その測定軸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。

図７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（不図示）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又はコッター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。尚、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。

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、カウリング２ｂ側に延在し、更に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７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７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７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。

図８は、本実施の形態の変形例にかかる図６と同様な断面図である。本変形例においては、図１〜７の実施の形態に対して、ハウジング本体１０１Ａにおけるモータ室１０１ａと、モータ１０２との間に、伝熱部材１２１を設けている点のみが異なる。伝熱部材１２１としては、アルミ又はシリコン樹脂などの高熱伝導材料を用いることが好ましい。

本実施の形態によれば、モータ１０２の外周とモータ室１０１ａの内壁とに当接するようにして、伝熱部材１２１を配置しているので、伝熱部材１２１を介して、モータ１０２から発生した熱を迅速にハウジング本体１０１Ａに伝達でき、ハウジング本体１０１Ａの外周面を介して空気中に放出できるため、ハウジング１０１内の温度上昇を抑制できる。

図９は、第２の実施の形態にかかるアクチュエータ２００の断面図である。本実施の形態においては、図９に示すように、ハウジング２０１内のモータ室２０１ａと、ねじ軸室２０１ｂとが直列に配置されている。カバー部材２０１Ｂに取り付けたモータ２０２の回転軸２０２ａは、ハウジング本体２０１Ａとカバー部材２０１Ｂとの間に挟み込まれたカップリング２０３を介して、ねじ軸２０７に連結されている。ねじ軸２０７は、ハウジング本体２０１Ａに対して軸線方向にのみ移動可能なナット２１５内を通って、駆動軸２１７の内部まで延在している。駆動軸２１７は、ハウジング本体２０１Ａに対してブッシュ２１８により軸線方向に相対移動可能に支持されている。

カバー部材２０１Ｂには、ブリーザパイプＢＰが接続される開口２０１ｃが形成されている。モータ２０２の配線２０２ｂは、ブリーザパイプＢＰを介して不図示の駆動回路に接続されている。

ハウジング本体２０１Ａ側において、ねじ軸室２０１ｂ内における軸線方向移動要素であるナット２１５の近傍（第１の位置）Ａと、カバー部材２０１Ｂ側において、モータ室２０１ａ内におけるモータ２０２の近傍（第２の位置）Ｂとを連通する通路２０１Ｐが形成されている。

不図示の駆動回路からの駆動信号により、モータ２０２の回転軸２０２ａが正回転すると、ねじ軸２０７が正回転するので、それに応じた距離だけナット２１５が軸線方向（図９で左方）に移動して、駆動軸２１７を押し出すようになっている。このとき、ナット２１５がねじ軸室２０１ｂ内で左方に移動すると、通路２０１Ｐを介して、モータ２０２の近傍（第２の位置）Ｂから熱せられた空気が吸引され、ナット２１５の近傍（第１の位置）Ａに吐出される。

一方、逆特性の駆動信号により、モータ２０２の回転軸２０２ａが逆回転すると、ねじ軸２０７が逆回転するので、それに応じた距離だけナット２１５が軸線方向（図９で左方）に移動して、駆動軸２１７を引き込むようになっている。このとき、ナット２１５がねじ軸室２０１ｂ内で右方に移動すると、ナット２１５の近傍（第１の位置）Ａで冷却された空気が、通路２０１Ｐ内に押し込まれ、その後モータ２０２の近傍（第２の位置）Ｂに吐出される。このようにナット２１５の往復動作でモータ２０２の周囲の空気を移動させ、冷却を行うことができる。

図１０は、第２の実施の形態の変形例にかかるアクチュエータの断面図である。本変形例においては、ねじ軸室とモータ室とを連通する通路は設けていない。ハウジング本体２０１Ａとカバー部材２０１Ｂとの間に挟み込まれたカップリング２０３には、軸線方向に貫通する通気孔が設けられている。尚、モータの配線は図示を省略している。それ以外の点は、図９の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

不図示の駆動回路からの駆動信号により、モータ２０２の回転軸２０２ａが正回転すると、ねじ軸２０７が正回転するので、それに応じた距離だけナット２１５が軸線方向（図９で左方）に移動して、駆動軸２１７を押し出すようになっている。このとき、ナット２１５がねじ軸室２０１ｂ内で左方に移動すると、開口２０１ｃを介して、外部の冷えた空気が開口２０１ｃを介してカバー部材２０１Ｂ内に流入し、モータ２０２の周囲を冷却する。

一方、逆特性の駆動信号により、モータ２０２の回転軸２０２ａが逆回転すると、ねじ軸２０７が逆回転するので、それに応じた距離だけナット２１５が軸線方向（図９で左方）に移動して、駆動軸２１７を引き込むようになっている。このとき、ナット２１５がねじ軸室２０１ｂ内で右方に移動すると、開口２０１ｃを介して、モータ２０２の周囲で熱せられた空気が流出する。このようにナット２１５の往復動作でモータ２０２の周囲の空気を移動させ、冷却を行うことができる。

図１１は、第３の実施の形態にかかるアクチュエータの正面図である。図１２は、図１１のアクチュエータを矢印XII方向に見た図である。図１３は、図１１の構成をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た図である。図１４は、図１１の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。図１５は、電動モータに内蔵したＮＴＣサーミスタを示す概略図である。

図１３において、円筒状のハウジング３０１は、アルミ製のハウジング本体３０１Ａと、その端面に対してボルトＢ（図１２）により組み付けられたアルミ又は樹脂製のカバー部材３０１Ｂと、モータブラケット３０１Ｃとからなる。ハウジング本体３０１Ａの内部には、モータ室３０１ａとねじ軸室３０１ｂとを有する。モータ室３０１ａ内には、モータ３０２が配置されている。モータ３０２は、板状のモータブラケット３０１Ｃに固定されており、モータブラケット３０１Ｃは、後述する玉軸受３１４の外輪をハウジング本体３０１Ａとの間に挟み込み、且つハウジング本体３０１Ａのモータ室３０１ａとねじ軸室３０１ｂをふさぐようにして取り付けられている。

モータ室３０１ａに隣接するハウジング本体３０１Ａの外部の表面には、図１１，１２に示すように、複数のフィン３０１ｆがモータ軸線と平行に形成されている。フィン３０１ｆはブロック状で、その断面は先細形状（台形）となっている。このような形状を有するフィン３０１ｆは、冷却効果が高いにも関わらず、剛性が高いため破損しにくく、加熱による変形や他部品との干渉も抑制できる。

図１３において、電動のモータ３０２の回転軸３０２ａは、モータブラケット３０１Ｃから突出しており、その端部には金属製の第１ギヤ３０３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３０１Ｃに植設された長軸３０４の周囲には、樹脂製の第２ギヤ３０５が回転自在に配置され、これは第１ギヤ３０３及び第３ギヤ３０６の大ギヤ部３０６ａに噛合している。

樹脂製の第３ギヤ３０６は、大ギヤ部３０６ａと小ギヤ部３０６ｂとを同軸に形成しており、更にねじ軸３０７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３０６の一部を覆うようにして、支持部材３０８がモータブラケット３０１Ｃに取り付けられている。ここで、第１ギヤ３０３，第２ギヤ３０５，第３ギヤ３０６が第１動力伝達機構を構成する。

第２ギヤ３０５に隣接して配置された第４ギヤ３０９が、長軸３０４の周囲に回転自在に支持されている。樹脂製の第４ギヤ３０９は、第３ギヤ３０６の小ギヤ部３０６ｂに噛合した大ギヤ部３０９ａと、小ギヤ部３０９ｂとを同軸に形成している。

第４ギヤ３０９の小ギヤ部３０９ｂは、長軸３０４に平行して支持部材３０８に植設された短軸３１０に対して回転自在に支持された第５ギヤ３１１の大ギヤ部３１１ａに噛合している。樹脂製の第５ギヤ３１１は、大ギヤ部３１１ａと小ギヤ部３１１ｂとを同軸に形成している。小ギヤ部３１１ｂは、第５ギヤ３１１に隣接して配置され長軸３０４の周囲に回転自在に支持された第６ギヤ３１２に噛合している。尚、長軸３０４及び短軸３１０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。

角度センサとしてのポテンシオメータ３１３は、カバー部材３０１Ｂの孔３０１ｄに嵌合配置され小ねじＳＢ（図１２）で固定されており、その測定軸３１３ａは第６ギヤ３１２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３０４の先端は、第６ギヤ３１２と測定軸３１３ａとを介して、ポテンシオメータ３１３によって支持され、又は孔３０１ｄに支持される。ポテンシオメータ３１３は、測定軸３１３ａ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３０３，第２ギヤ３０５，第３ギヤ３０６、第４ギヤ３０９，第５ギヤ３１１，第６ギヤ３１２が第２動力伝達機構を構成する。カバー部材３０１Ｂ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。

図１３において、ねじ軸３０７は、ハウジング本体３０１Ａに対して、図で右端側を玉軸受３１４により回転自在に支持されている。ねじ軸３０７は、左端側に雄ねじ溝３０７ａを形成している。

ねじ軸３０７は、円筒状のナット３１５を貫通している。ナット３１５の内周面には、雄ねじ溝３０７ａに対向して、雌ねじ溝３１５ａが形成され、両ねじ溝３０７ａ、３１５ａ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３１６が転動自在に配置されている。ナット３１５は、ハウジング本体３０１Ａに対して回り止め（不図示）が設けられ、ねじ軸室３０１ｂ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３１５と、回転要素であるねじ軸３０７と、転動体であるボール３１６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３１７とで駆動機構を構成する。

ねじ軸３０７の左端は、丸軸状の駆動軸３１７に形成された袋孔３１７ａ内に侵入している。駆動軸３１７の図で右端は、ナット３１５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３０１Ａに対して、駆動軸３１７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３０１Ａと駆動軸３１７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。尚、ハウジング本体３０１Ａから突出した駆動軸３１７の端部には、リンク部材１１に連結するための孔３１７ｂが形成されている。

図１において、モータ３０２の配線３０２ｂと、ポテンシオメータ３１３の配線３１３ｂはカウリング２ｂ側に延在し、更にＥＣＵ（図１２参照）に接続されている。

又、図１５に示すように、電動モータ３０２の内部に設けたＮＴＣサーミスタ３２０の端子Ｅ１，Ｅ２は、図１２に示す配線３２０ａによりＥＣＵに接続されている。ＮＴＣサーミスタは、良く知られているように、電動モータの発熱に応じて電圧変化が生じたときに、かかる電圧変化を検出するものであり、その検出信号に基づいて、ＥＣＵは電動モータ３０２の温度を測定することができる。尚、アクチュエータ内から出るモータ３０２の電源配線とＮＴＣサーミスタ３２０の配線は、船外機でのレイアウトを考慮して、ブリーザパイプがあればパイプ中を通してＥＣＵに接続する事も良い。

次に、本実施の形態の動作について説明する。図１において、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１３において、モータ３０２に所定の極性の電力が供給され、回転軸３０２ａが所定の方向に回転する。回転軸３０２ａの回転力は、第１ギヤ３０３，第２ギヤ３０５，第３ギヤ３０６を介してねじ軸３０７に伝達されるので、ねじ軸３０７の回転に応じてナット３１５が図１３で左方へと変位する。ナット３１５が左方に変位すると、駆動軸３１７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３０２ａの回転力は、第１ギヤ３０３，第２ギヤ３０５，第３ギヤ３０６、第４ギヤ３０９，第５ギヤ３１１，第６ギヤ３１２を介してポテンシオメータ３１３の測定軸３１３ａに伝達される。測定軸３１３ａの回転に応じた信号は、ポテンシオメータ３１３から配線３１３ｂを介してＥＣＵに入力される。かかる信号に基づいてねじ軸３０７が所定の回転量だけ回転したと判断すれば、ＥＣＵはモータ３０２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１３において、ＥＣＵからモータ３０２に逆極性の電力が供給され、回転軸３０２ａ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３００の駆動軸３１７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、ハウジング本体３０１Ａの外表面に冷却用のフィン３０１ｆを設けることにより、密閉したハウジング内に収容された電動モータ３０２が発生した熱を効率良く外部に放熱することができる。特に、アクチュエータが船外機で使用される場合は、通常時にはフィン３０１ｆによりアクチュエータが空冷されるが、発熱が過大となった場合には、船外機内部に淡水や海水を注入し、フィン３０１ｆを水冷することで最大限の冷却効果を得る事もできる。

一方、電動モータ３０２にＮＴＣサーミスタ３２０を設けているので、電動モータ３０２の発熱による電圧変化を検出することで、ＥＣＵが発熱状態を監視することができる。これにより、偶発的な電動モータ３０２の故障やアクチュエータ本体の修理や交換時期を知る事ができる。更に、電動モータ３０２の使用状況が把握できるので、船舶用で使用される場合には、寿命に至る前に定期的に交換することでアクチュエータの故障等を未然に防ぐ事ができる。尚、ＮＴＣサーミスタの代わりに他の温度センサを用いても良い。

図１６は、第４の実施の形態にかかるアクチュエータのハウジング本体の斜視図である。図１７は、図１６に示すハウジング本体にモータを組み付けた状態を示す斜視図である。図１８は、図１７に示す組立体の側面図である。図１９は、図１８の組立体をXIX-XIX線で切断して矢印方向に見た図である。

図１６において、上述した実施の形態に用いることができるハウジング本体４０１Ａは、モータ４０２（図１６では点線で図示）を収容するモータ室４０１ａの内周に、モータの軸線方向に延在して間隔をあけて並ぶようにして、凸部としてのリブ４０１ｋを形成している。ハウジング本体４０１は、軽量化、加工性の観点からアルミ材が用いられ、リブ４０１ｋは、ダイキャスト方式でハウジング本体４０１と一体で形成されている。但し、ハウジング本体４０１ｋの素材は、アルミに限られない。それ以外の構成については、上述した実施の形態と基本的に同様である。

モータフランジ４０２ｃをボルト止めすることで、モータ４０２をハウジング本体４０２Ａ組み付けたときに、リブ４０１ｋは、モータ４０２のケース外面に先端が接触するようになっている。従って、モータ４０２から発生した熱をリブ４０１ｋを介してハウジング本体４０１Ａに伝導させることができ、更にハウジング本体４０１Ａの外周から放熱させることができるので、これにより冷却効果を発揮でき、例え連続負荷を与えたときにもモータ温度の上昇を抑え、センサ等の誤動作を回避することができる。尚、上述したように、ハウジング本体４０１Ａの外周にフィンを設けても良いし、冷却水ジャケットを形成しても良い。

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のアクチュエータにおいて、カバー部材を取り外した状態を示す正面図である。 図３のアクチュエータを矢印IV方向に見た図である。 図４の構成から第２のギヤを取り外した状態を示す図である。 図４の構成をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。 カバー部材を取り付けたアクチュエータを、図４のVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。 第１の実施の形態の変形例にかかる図６と同様な断面図である。 第２の実施の形態にかかるアクチュエータ２００の断面図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる図９と同様な断面図である。 第３の実施の形態にかかるアクチュエータの正面図である。 図１１のアクチュエータを矢印XII方向に見た図である。 図１１の構成をXIII-XIII線で切断して矢印方向に見た図である。 図１１の構成をXIV-XIV線で切断して矢印方向に見た図である。 電動モータに内蔵したＮＴＣサーミスタを示す概略図である。 第４の実施の形態にかかるアクチュエータのハウジング本体の斜視図である。 図１６に示すハウジング本体にモータを組み付けた状態を示す斜視図である。 図１７に示す組立体の側面図である。 図１８の組立体をXIX-XIX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 出力軸
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
１０１ｈ インロー孔
１０１ｉ モータ座面
１０１ｊ 孔
１０１ｋ 孔
１０２ モータ
１０２ａ 回転軸
１０２ｂ 配線
１０２ｃ モータフランジ
１０２ｆ フレーム
１０２ｇ モータ軸受
１０２ｈ インロー部
１０３ 第１ギヤ
１０４ 長軸
１０５ 第２ギヤ
１０５ａ ブッシュ
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
１１７ｂ 孔
１１８ ブッシュ
１１９ シール
１２０ 軸受間座
１２１ 伝熱部材
２００ アクチュエータ
２０１ ハウジング
２０１Ａ ハウジング本体
２０１Ｂ カバー部材
２０１Ｐ 通路
２０１ａ モータ室
２０１ｂ ねじ軸室
２０１ｃ 開口
２０２ モータ
２０２ａ 回転軸
２０２ｂ 配線
２０３ カップリング
２０７ ねじ軸
２１５ ナット
２１７ 駆動軸
２１８ ブッシュ
３００ アクチュエータ
３０１ ハウジング
３０１Ａ ハウジング本体
３０１Ｂ カバー部材
３０１Ｃ モータブラケット
３０１ａ モータ室
３０１ｂ ねじ軸室
３０１ｄ 孔
３０２ モータ
３０２ａ 回転軸
３０２ｂ 配線
３０３ 第１ギヤ
３０４ 長軸
３０５ 第２ギヤ
３０６ 第３ギヤ
３０６ａ 大ギヤ部
３０６ｂ 小ギヤ部
３０７ ねじ軸
３０７ａ 雄ねじ溝
３０８ 支持部材
３０９ 第４ギヤ
３０９ａ 大ギヤ部
３０９ｂ 小ギヤ部
３１０ 短軸
３１１ 第５ギヤ
３１１ａ 大ギヤ部
３１１ｂ 小ギヤ部
３１２ 第６ギヤ
３１３ ポテンシオメータ
３１３ａ 測定軸
３１３ｂ 配線
３１４ 玉軸受
３１５ ナット
３１５ａ 雌ねじ溝
３１６ ボール
３１７ 駆動軸
３１７ａ 袋孔
３１８ ブッシュ
３１９ シール
３２０ ＮＴＣサーミスタ
４０１Ａ ハウジング本体
４０１ａ モータ室
４０１ｋ リブ
４０２ モータ
Ｂ ボルト
ＢＰ ブリーザパイプ
ＭＢ モータボルト
ＰＢ プレートボルト

Claims (5)

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、
   回転軸とフレームと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動力伝達機構と、
   前記回転軸に取り付けたギヤと、前記電動モータのフレームとの間に位置するように配置された位置決めプレートとを有し、
   前記位置決めプレートは、前記フレームの一部に嵌合する孔又は切欠を有し、前記フレームを前記ハウジングとの間に挟むようにして、前記ハウジングに対して取り付けられており、
   前記位置決めプレートには、前記複数のギヤの少なくとも一つを支持する軸が配置されていることを特徴とする記載のアクチュエータ。
2. 前記駆動機構は、軸線方向移動要素を含み、前記軸線方向移動要素に近い第１の位置と、前記電動モータに近い第２の位置とに対して、それぞれ端部を開放した通路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記駆動機構は、軸線方向移動要素を含み、前記ハウジングの一部は、外部に対して開放した開口を有し、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に応じて、前記開口を介して流体が導入もしくは排出されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 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前記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. 前記での同モータのフレームおよび前記位置決めプレートは、同一方向から挿入されるボルトにより固定され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。