JP7315699B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

Description

本開示は、電動アクチュエータに関する。

従来から、宅配ボックスや配電盤収納箱等の扉付ボックスにおいて、扉の施解錠を行うための電気錠が設けられる場合がある。電気錠では、電動アクチュエータが組み込まれて、扉の施解錠を電気的に行う。

特許文献１には、正転及び逆転が可能なモータの回転出力軸に対し円柱状外周面を有する案内部材（案内回転体）が動力の伝達を可能に連結されており、案内部材には、らせん状の疎巻きのコイルバネが案内部材の軸方向に移動可能に巻装されている電動アクチュエータが記載されている。この構成では、案内部材の外周面の長さ方向中央部に、コイルバネのピッチ間隙を遊動できる単一の突起が形成される。コイルバネの両端において、案内部材の径方向外側に延出した部分が、被動部材（移動部材）に係合されることによりコイルバネの回り止めが施されている。

特許第３９６３９８１号公報

特許文献１に記載された電動アクチュエータでは、案内部材の軸方向に疎巻きのコイルバネが移動したときに案内部材の回転位置によっては外周面の突起とコイルバネとの係合が一旦解除されてコイルばねが大きく伸張し、その状態で再度突起がコイルバネの係合解除部分とは別の部分に係合する場合がある。これにより、コイルバネにより移動部材に安定した力で付勢できない可能性がある。例えば、特許文献１に記載された構成を電気錠の施錠に用いる場合に、移動部材の移動によって施錠する構成で移動部材に付与するバネ力にばらつきが生じて、施錠のための力が不安定になる可能性がある。

本開示の目的は、疎巻きのコイルバネが軸方向に移動したときに、コイルバネの両端に係合する移動部材に対し、コイルバネにより安定した力で付勢できる電動アクチュエータを提供することにある。

本開示の電動アクチュエータは、正転及び逆転が可能なモータの回転出力軸が、円柱状外周面を有する案内回転体に動力の伝達を可能とされており、案内回転体には、らせん状の疎巻きのコイルバネが前記案内回転体の軸方向に移動可能に巻装されており、コイルバネの両端において、案内回転体の外周側に延出した部分に形成された２つの延出部が、移動部材に係合されることにより、コイルバネの回転が阻止されており、案内回転体は、外周面の軸方向中間部の同心円上の周方向複数位置に形成された複数の突起を含み、複数の突起のうち、第１の突起は、案内回転体の一方向への回転によってコイルバネのピッチ間隙に対し、ピッチ間隙の螺旋状の長手方向に沿って相対的に移動されることにより、コイルバネと係合してコイルバネを軸方向に移動し、第１の突起は、ピッチ間隙の螺旋状の長手方向の端に達した後、コイルバネとの係合が解除され、第１の突起とコイルバネとの係合が解除されたときに、複数の突起のうち、第２の突起とコイルバネとが係合する、電動アクチュエータである。

本開示に係る電動アクチュエータによれば、疎巻きのコイルバネが軸方向に移動したときに、コイルバネの両端に係合する移動部材に対し、コイルバネにより安定した力で付勢できる。

実施形態の電動アクチュエータにおいて、コイルバネが軸方向の移動範囲の第１端に達した状態を、蓋を取り外して示す図である。 実施形態の電動アクチュエータにおいて、コイルバネが軸方向の移動範囲の第２端に達した状態を、蓋を取り外して示す図である。 実施形態の電動アクチュエータにおいて、コイルバネが軸方向の移動範囲の第２端に達する前の状態を示している図２のＡ部拡大相当図である。 実施形態において、案内回転体を軸方向一方側から見た図である。 実施形態において、コイルバネが軸方向の移動範囲の第２端側に移動する状態を示している模式図である。 実施形態において、コイルバネが軸方向の移動範囲の第２端に達した状態で案内回転体がさらに回転した状態を示している図２の左半部に対応する図である。 比較例において、コイルバネが図６と同じ位置にある場合に、突起の位置により疎巻きコイルバネが軸方向の移動範囲の第１端側に戻る状態を示している図６に対応する図である。 実施形態の別例において、案内回転体を軸方向一方側から見た図である。 実施形態の別例において、案内回転体を軸方向一方側から見た図である。 実施形態及び実施形態の別例において、突起の数と、案内回転体の回転位置の違いによるバネ力のばらつきと、モータ出力との関係を求めた結果を示す図である。

以下、図面を用いて本開示の実施形態を説明する。以下で説明する形状、配置位置及び個数は、説明のための例示であって、電動アクチュエータの仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、実施形態の電動アクチュエータ１０において、疎巻きのコイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第１端に達した状態を、蓋を取り外して示す図である。図２は、電動アクチュエータ１０において、コイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第２端に達した状態を、蓋を取り外して示す図である。図３は、電動アクチュエータ１０において、コイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第２端に達する前の状態を示している図２のＡ部拡大相当図である。

電動アクチュエータ１０は、例えば宅配ボックス等の扉付ボックスにおける扉の開閉と施解錠とを行うための電気錠に組み込んで用いられる。電気錠は、本体ケーシングと、本体ケーシングに回転可能に支持される軸部材８０と、軸部材８０に固定されるハンドル本体と、軸部材８０の回転によって本体ケーシングに対し移動するラッチと、軸部材８０に係合可能な移動部材１５を有する電動アクチュエータ１０とを含む。図１、図２では、電気錠を構成する電動アクチュエータ１０以外の構成要素として、軸部材８０において、一端に形成したロックカム８１部分のみを斜線部で示している。電動アクチュエータ１０の作動により移動部材１５が移動して軸部材８０のロックカム８１に係合すると、軸部材８０の回転が阻止されるので、本体ケーシングからラッチの先端部が突出した状態で本体ケーシングに対するラッチの退避が阻止される。これにより、ラッチの先端部が扉付ボックスの外装体に形成された係止部に係止されてその状態が維持されるので扉が施錠される。

以下、電動アクチュエータ１０をより詳しく説明する。電動アクチュエータ１０は、本体ケーシングの扉内面側に固定されるケーシング２０と、ケーシング２０内に配置されるモータ２５、小歯車２８、案内回転体３０、疎巻きのコイルバネ１２、及び移動部材１５とを含んで構成される。ケーシング２０は、底板部２１と、底板部２１の外周部から一方側（図１、図２の紙面の表側）に突出する周壁部２２とを有し、一方側端（図１、図２の紙面の表側端）に開口２２ａを有する。開口２２ａは、蓋（図示せず）により塞がれる。電動アクチュエータのケーシングは、電気錠の本体ケーシングと一体に形成されてもよい。

モータ２５は、モータケース２６がケーシング２０の内側に固定され、モータケース２６から突出した回転出力軸２７に小歯車２８が固定される。小歯車２８は、後述の案内回転体３０の軸方向一端部に形成された大歯車３１と噛み合うことで減速機構を形成する。モータ２５は、正転及び逆転が可能であり、制御装置（図示せず）によって制御され、電源装置（図示せず）から電力が供給されることにより駆動される。回転出力軸２７は、減速機構により案内回転体３０に動力の伝達を可能につながっている。

案内回転体３０は、円柱状外周面を有するコイルバネ配置部３２と、コイルバネ配置部３２の軸方向一端部に形成された大歯車３１とを有し、ケーシング２０の内側に回転可能に支持される。モータ２５の回転出力軸２７と、案内回転体３０の中心軸とは第１方向（図１、図２の上下方向）に対し平行である。なお、モータ２５の回転出力軸に減速機構を介さずに直接に案内回転体３０を同軸状態で結合して、回転出力軸が案内回転体３０に動力の伝達を可能とされてもよい。

コイルバネ配置部３２の円筒状外周面の外側には、らせん状の疎巻きのコイルバネ１２が案内回転体３０の軸方向に移動可能に巻装されている。コイルバネ１２の軸方向の移動範囲の第１端は、大歯車３１のコイルバネ配置部３２側側面で決定され、この側面が、コイルバネ１２が第１端側に移動するときのストッパとなる。コイルバネ１２の軸方向の移動範囲の第２端は、ケーシング２０において、案内回転体３０の大歯車３１と反対側の端面が対向する内側面で決定され、その内側面が、コイルバネ１２が第２端側に移動するときのストッパとなる。

図４は、実施形態において、案内回転体３０を軸方向一方側から見た図である。図４に示すように、案内回転体３０のコイルバネ配置部３２の外周面の軸方向中間部において、同心円上の周方向複数位置には、複数の突起として２つの突起３３，３４が形成される。２つの突起３３，３４は、第１の突起３３と第２の突起３４とである。２つの突起３３は、例えば、軸状に形成され、コイルバネ配置部３２の外周面の位相が１８０度異なる位置に、径方向外側に突出するように配置される。これにより、案内回転体３０の同心円上の周方向の２つの位置に、２つの突起３３，３４が均等に配置される。各突起３３，３４は、コイルバネ１２を軸方向に案内するために形成される。

コイルバネ１２は、軸方向のピッチが大きくなることで、１巻きずつのターン部の間に突起３３，３４を挿入可能にピッチ間隙１２ａが形成される。コイルバネ１２の両端には、案内回転体３０の外周側に延出されることにより、２つの延出部１３，１４が形成される。２つの延出部１３，１４は、後述の移動部材１５に係合される。コイルバネ１２は、鋼等の金属線または樹脂により形成することができる。

移動部材１５は、アーム状であり、第１方向に対し直交する第２方向（図１、図２の紙面の表裏方向）に沿う軸部４０を中心に、ケーシング２０に対し回動可能に支持される。コイルバネ１２の各延出部１３，１４は、移動部材１５の長手方向の一端部（図１、図２の右端部）に形成された穴または溝等の係合部に挿入されて係合される。これにより、案内回転体３０の周りでのコイルバネ１２の回転が阻止される。そして、モータ２５が回転すると、案内回転体３０が回転し、２つの突起３３，３４のうち、少なくとも一方の突起がコイルバネ１２を押す力における案内回転体３０の軸方向の分力によって、コイルバネ１２を軸方向の第１端側（図１～図３の下側）または第２端側（図１～図３の上側）に押して移動させる。モータ２５が正方向に回転すると、コイルバネ１２は第２端側に移動し、モータ２５が逆方向に回転すると、コイルバネ１２は第１端側に移動する。例えば、モータ２５が正方向に回転し、案内回転体３０が一方向へ回転することによって、少なくとも第１の突起３３がコイルバネ１２のピッチ間隙１２ａに対し、ピッチ間隙１２ａの螺旋状の長手方向に沿って相対的に移動される。これにより、第１の突起３３は、コイルバネ１２と係合してコイルバネ１２を軸方向の第２端側に移動する。

図５は、実施形態において、コイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第２端側（図５の上側）に移動する状態を示している模式図である。図５では、移動部材１５を矩形で示しており、軸部４０を中心に回動可能としている。図５では、案内回転体３０は、２つの突起３３，３４を有する円柱状で示している。例えば、図５（ａ）の状態からモータ２５（図１～図３）の正方向の回転により、案内回転体３０が一方向（図５（ａ）の矢印Ｃ方向）に回転すると、第１の突起３３がコイルバネ１２を図５の上側に押して、図５（ｂ）に示すように案内回転体３０に対しコイルバネ１２を軸方向の第２端側に移動させる。

さらに、図２に示すように、第１の突起３３は、ピッチ間隙１２ａの螺旋状の長手方向の端に達した後、後述の図６に示すようにコイルバネ１２の軸方向の端に達し、コイルバネ１２の一方の延出部１３の始点近傍で、第１の突起３３とコイルバネ１２との係合が解除される。第１の突起３３とコイルバネ１２との係合が解除されたときに、複数の突起３３，３４のうち、第２の突起３４とコイルバネ１２とが係合する。これにより、後述のように、移動部材１５に対し、コイルバネ１２により安定した力で付勢できる。

モータ２５が正方向に回転することにより、図２に示すように、コイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第２端に達した状態で、移動部材１５は、図２の矢印α方向に移動しており、移動部材１５の長手方向の他端部（図２の右端部）が、軸部材８０の一端部に形成されたロックカム８１に係合する。この状態で軸部材８０において図２の矢印β方向への回転は阻止される。また、軸部材８０と連動するラッチと、本体ケーシングとの間に設けられたバネ（図示せず）の付勢力により、軸部材８０の矢印β方向と逆方向への回転も阻止される。これにより、扉付ボックスの扉が施錠される。また、この状態で、移動部材１５の長手方向の他端部がマイクロスイッチ４１（図１、図２）の可動片４２を押圧することでマイクロスイッチ４１がオンされる。マイクロスイッチ４１のオンを表す信号は制御装置に送信される。これにより、コイルバネ１２が第２端に達したことが検出されるので、制御装置はモータ２５の回転を停止させる。

一方、モータ２５が図２の状態から逆方向に回転することにより、図１に示すように、コイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第１端に達した状態では、移動部材１５が、図１の矢印γ方向に移動しており、移動部材１５の長手方向の他端部（図１の右端部）と、軸部材８０のロックカム８１との係合が解除される。これにより、軸部材８０が図１の矢印β方向に回転することが可能となり、扉が解錠される。この状態では、ユーザによるハンドル本体の操作に応じて軸部材８０が矢印β方向に回転するので、ラッチがケーシングに退避して扉付ボックスの扉が開く。また、移動部材１５の長手方向の他端部がマイクロスイッチ４１の可動片４２から離れることにより、マイクロスイッチ４１はオフされる。マイクロスイッチ４１がオンからオフに切り換えられたことを表す信号も制御装置に送信される。これにより、制御装置は、モータ２５の回転を停止させる。このとき、コイルバネ１２が大歯車３１の端面に達しコイルバネ１２がこの端面及び少なくとも一方の突起３３，３４との間で滑りを生じたときに、モータ２５が停止されるようにしてもよい。

図６は、実施形態において、コイルバネ１２が図２のように軸方向の移動範囲の第２端に達した状態で案内回転体３０がさらに回転した状態を示している図２の左半部に対応する図である。上記のようにコイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第２端に達するとモータ２５は停止されるが、モータ２５への電流供給が遮断されてもモータ２５及び案内回転体３０が慣性で回転し続ける可能性がある。例えば、コイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第２端に達した状態で、図２の状態から図６の状態に、案内回転体３０が回転して突起３３，３４の位置が変化する可能性がある。例えば、図６の状態では、第１の突起３３が、ピッチ間隙１２ａの螺旋状の長手方向の端に達した後、コイルバネ１２の軸方向の端に達し、コイルバネ１２の一方の延出部１３の始点近傍で、第１の突起３３とコイルバネ１２との係合が解除される。この場合でも、本例の構成では、案内回転体３０の外周面の位相が１８０度異なる２つの位置に２つの突起３３，３４が形成されるので、２つの突起３３，３４のうち、第２の突起３４がコイルバネ１２に係合する。このとき、コイルバネ１２がケーシング２０と少なくとも一方の突起３３，３４との間で軸方向に圧縮されたり、マイクロスイッチ４１の可動片４２が開くように付勢されていることで、コイルバネ１２は、軸方向の移動範囲の第１端側に移動する方向に付勢される。このため、コイルバネ１２とすべての突起との係合が解除されると、コイルバネ１２が軸方向に大きく伸張する可能性がある。本例の構成では、コイルバネ１２と第１の突起３３との係合が解除されたときに、コイルバネ１２と第２の突起３４とが係合するので、コイルバネ１２の軸方向長さが、突起３３，３４の位置により大きく変化することがない。これにより、コイルバネ１２が軸方向に移動したときに、コイルバネ１２の両端に係合する移動部材１５に対し、コイルバネ１２により安定した力である安定したバネ力で付勢できる。

図７は、比較例において、コイルバネ１２が図６と同じ位置にある場合に、突起３５の位置によりコイルバネ１２が伸張して軸方向の移動範囲の第１端側に戻る状態を示している図６に対応する図である。比較例では、図１～図６の実施形態と異なり、案内回転体３０の外周面には突起３５が１つのみ形成されている。このような比較例では、図７に示すように、コイルバネ１２が軸方向の移動範囲の第２端に達した状態でも、案内回転体３０がさらに回転することにより、突起３５がコイルバネ１２を図７の矢印Ｄ方向に滑ってコイルバネ１２の一方の延出部１３の近傍で、コイルバネ１２と突起３５との係合が解除される場合がある。この場合には、コイルバネ１２が伸張して突起３５がコイルバネ１２の図７で点Ｐに示す位置で係合する。この状態では、コイルバネ１２の圧縮状態が緩まってコイルバネ１２が大きく伸張する。これにより、コイルバネ１２により移動部材１５を付勢する力が変化する。このように、比較例では、案内回転体３０の回転位置により、移動部材１５に対しコイルバネ１２により付勢する力（バネ力）が大きくばらつく可能性がある。図１～図６の実施形態によれば、このような不都合を解消できる。

図１～図６の実施形態では、案内回転体３０に２つの突起３３，３４を形成する場合を説明したが、図８に示す別例の構成のように、案内回転体３０ａの同心円上の周方向の３つの位置に、３つの突起３３，３４，３６が均等に配置されてもよい。また、図９に示す別例の構成のように、案内回転体３０ｂの同心円上の周方向の４つの位置に、４つの突起３３，３４，３６，３７が均等に配置されてもよい。図８、図９の別例では、複数の突起は、第１の突起３３及び第２の突起３４を含んでいる。図８、図９のいずれの別例の場合でも、図１～図６の構成と同様に、コイルバネ１２（図１）が軸方向に移動したときに、コイルバネ１２の両端に係合する移動部材１５（図１）に対し、コイルバネ１２により安定したバネ力で付勢できる。

また、コイルバネ１２が軸方向に移動したときに、コイルバネ１２の両端に係合する移動部材１５に対し、コイルバネ１２により安定したバネ力を付勢する面からは、案内回転体３０，３０ａ、３０ｂに形成する突起の数は多いほどよい。一方、突起の数が多くなると、案内回転体３０，３０ａ、３０ｂとコイルバネ１２との摩擦力が大きくなるので、モータ２５で必要となるモータ出力が大きくなる可能性がある。必要となるモータ出力が大きくなると、モータ２５が大型化する原因となる。

このような事情から本発明者は、案内回転体３０，３０ａ，３０ｂに形成する突起の数と、案内回転体の回転位置の違いによるバネ力のばらつき及び移動部材１５を移動するのに必要な最小のモータ出力との関係を求めた。図１０は、実施形態及び実施形態の別例において、突起の数と、突起位置の違いによるコイルバネ１２のバネ力のばらつきと、モータ出力との関係を求めた結果を示す図である。図１０において、バネ力のばらつきの欄中、１～５の数値は、５段階評価で、最もバネ力のばらつきが小さい最良の場合を５で示し、数値が低くなるほどバネ力のばらつきが大きくなることを示している。また、図１０において、モータ出力の欄中、１～５の数値は、５段階評価で、最もモータ出力が低い最良の場合を５で示し、数値が低くなるほどモータ出力が高くなることを示している。

図１０に示した結果から、案内回転体３０に形成する突起の数は、２つ～４つのいずれか１であり、案内回転体３０の同心円上の周方向複数位置に、複数の突起を均等に配置することにより、バネ力のばらつきを小さくできる効果と、モータ出力を小さくできる効果とを高い次元で両立できることを確認できた。

上記の実施形態では、電動アクチュエータを電気錠に組み込む場合を説明したが、本開示の電動アクチュエータは、このような用途に用いるものに限定せず、種々の装置と組み合わせることができる。

１０ 電動アクチュエータ、１２ コイルバネ、１２ａ ピッチ間隙、１３，１４ 延出部、１５ 移動部材、２０ ケーシング、２１ 底板部、２２ 周壁部、２２ａ 開口、２５ モータ、２６ モータケース、２７ 回転出力軸、２８ 小歯車、３０，３０ａ，３０ｂ 案内回転体、３１ 大歯車、３２ コイルバネ配置部、３３ 第１の突起、３４ 第２の突起、３５，３６，３７ 突起、４０ 軸部、４１ マイクロスイッチ、４２ 可動片、８０ 軸部材、８１ ロックカム。

Claims (2)

1. 正転及び逆転が可能なモータの回転出力軸が、円柱状外周面を有する案内回転体に動力の伝達を可能とされており、
   前記案内回転体には、らせん状の疎巻きのコイルバネが前記案内回転体の軸方向に移動可能に巻装されており、
   前記コイルバネの両端において、前記案内回転体の外周側に延出した部分に形成された２つの延出部が、移動部材に係合されることにより、前記コイルバネの回転が阻止されており、
   前記案内回転体は、外周面の軸方向中間部の同心円上の周方向複数位置に形成された複数の突起を含み、
   前記複数の突起のうち、第１の突起は、前記案内回転体の一方向への回転によって前記コイルバネのピッチ間隙に対し、前記ピッチ間隙の螺旋状の長手方向に沿って相対的に移動されることにより、前記コイルバネと係合して前記コイルバネを軸方向に移動し、
   前記第１の突起は、前記ピッチ間隙の螺旋状の長手方向の端に達した後、前記コイルバネとの係合が解除され、前記第１の突起と前記コイルバネとの係合が解除されたときに、前記複数の突起のうち、第２の突起と前記コイルバネとが係合する、
   電動アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の電動アクチュエータにおいて
   前記複数の突起の数は、２つ～４つのいずれか１であり、前記案内回転体の同心円上の周方向複数位置に均等に配置される、
   電動アクチュエータ。

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