JPH0417549A - モータアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はモータアクチュエータに関する。更に詳述する
と、本発明はモータの回転を直線的な往復動に変換して
出力するモータアクチュエータに関する。

（従来の技術） 被駆動体に往復変位を与えるアクチュエータとしては、
従来プランジャーマグネット（電磁ソレノイド）を利用
してロッドを直進運動させる電気制御型アクチュエータ
や、モータの回転運動をプーリとワイヤを用いて直線運
動に変換するアクチュエータが広く知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、いずれの場合にも駆動負荷の最大値にア
クチュエータの推力を設定するため装置の大型化を招く
問題を有している。

また、１ランジヤーマグネツトを利用したアクチュエー
タは、瞬間的に動作するため動作音が大きい上に、移動
状態を維持するには通電し続けなければならないという
問題を含んでいる。しがも、磁気による吸引力を利用し
ているのでストロークが大きくとれないし、ストローク
内における動作力の変動も動作力が開始時には小さく、
終了時には大きいというマグネット吸着式界の開ｒ：Ｒ
＊構としては好ましくない特性を有している。

また、１−リとワイヤを利用したアクチュエータの場合
、巻き取り方向のみの動作しかできないし、プーリ径を
あまり大きくできないときにはワイヤ巻き取り量に制約
を受けてストロークがとれない問題を有する。

本発明は、動作速度を制御できかつ動作過程において推
力を漸次変化させ得る小型で往復動可能なモータアクチ
ュエータを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明のモータアクチュエ
ータは、モータと、このモータに連繋されその回転出力
を減速させながら伝達する減速機構と、この減速機構中
またはこの減速機構に連続して設けられたピニオンと、
このピニオンに噛合するラックを備え被駆動体に作用す
る往復動作部材とから成り、上記モータの回転によって
上記往復動作部材が往復直進駆動可能に構成されると共
に、上記ピニオンは回転に伴って上記ラックと噛合する
部分の半径が漸次変化し、かつ上記ラック歯は上記ピニ
オンの半径変化量に応じ漸次ピッチ円高さが変化するよ
うに構成されている。

また、本発明のモータアクチュエータは、上記モータ及
び上記減速機構の間の回転伝達経路中に、過負荷でスリ
ップして回転伝達を遮断するスリップ機構を設けるよう
にしている。

また、本発明のモータアクチュエータは、上記往復動作
部材あるいは上記減速機構中に動作位置検出手段を設け
、この動作位置検出手段からの出力信号に伴って上記モ
ータを正転、停止、逆転するようにしている。

（作用） したがって、モータの回転は減速機構を介して最終段の
ピニオンに伝達され、該ピニオンと噛合するラックにお
いて直進運動に変換され、往復動作部材を所定量だけ突
き出しあるいは引き込ませる。そして、この往復動作部
材の突き出し動作は、ピニオンの回転に伴ってピニオン
の半径が順次変化するので、動作開始時と終了時とでは
推力及び移動速度が変化する。

また、減速機構を含む回転伝達経路中にスリップ機構を
設けた場合、往復動作部材側から制動あるいは逆転回転
を受けた場合、往復動作部材側からときには力の伝達を
遮断する。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本発明のモータアクチュエータの一実施例を示
す。このモータアクチュエータ１は、モータ２と、モー
タ２の回転出力を減速して伝達する減速機構３と、この
減速機構３の一部を構成するかあるいは減速機構３とは
別に設けられたピニオン４と、このピニオン４に噛合す
るラック５を備え被駆動体に作用する往復動作部材６と
、これらを収容するケース７とから成り、モータ２の回
転によって往復動作部材６を直線的に往復動させて被駆
動体に作用させるように設けられている。

駆動源たるモータ２の出力軸にはウオーム８が組み付け
られ、このウオーム８及び該ウオーム８と噛合するウオ
ームホイール９を含む減速機構３を介してロッド６のラ
ック５に回転を伝達するように構成されている。減速機
構３は、ウオーム８と、ウオームホイール９と、該ウオ
ームホイール９と同軸上のピニオン１０と、該ピニンオ
ン１０と噛合するギア１１及び該ギア１１と同軸上のピ
ニオン４とによって構成されている。

ピニオン４は回転に伴って半径が漸次変化するように、
例えばピッチ円がアルキメデスうず巻線を描くようよう
に形成されている。

被駆動体に変位を与える往復動作部材例えば口ラド６に
は基端側にラック５が形成され、減速機構３のピニオン
４と噛み合されている。ラック５はピニオン４と常時噛
合するため、ピニオン４と噛合する部分のピッチ円高さ
が漸次変化するもの例えば第１図に示すように突き出し
量が増えるに従ってピッチ円高さが低くなるように傾斜
するように配置されている。ロッド６のラック５が形成
されている部分の反対側の面には導電性のスライドばね
１２が固定されており、電気的接点１３ａ。

１３ｂ、１３ｃを設けたケース７内を往復動じ得るよう
に設けられている。このロッド６はケース７の出口側に
埋設されたピンあるいはローラ１４によって挾持され、
一定方向にスムーズに直線移動し得るように設けられて
いる。また、ロッド６にはケース７と係合するストッパ
１５が設けられ、該ストッパ１５がケース７に当接する
ことによってロッド６の一方のストローク端を決定して
いる。

スライドばね１２はケース７に等間隔を以って設置され
ている３箇所の固定的な電気接点１３ａ。

１３ｂ、１３ｃの内の１つ例えば１３ａを共通接点とし
、残りの接点１３ｂ、１３ｃのいずれか１つとの間で閉
回路を構成するもので、例えば第５図に示すように中央
の電気接点１３ａと右側の電気接点１３ｃあるいは中央
の電気接点１３ａと左側の電気接点１３ｂとを電気的に
接続する波形のばね材で構成されている。！気接点の閉
成により得られる信号はアクチュエータ外部の駆動回路
２５にロッド６の位置情報、即ちロッド６が突出してい
るか原位置にあるかの情報を提供する。上述のスライド
ばね１２と電気接点１３ａ、１３ｂ。

１３ｃによって位置検出手段２０が構成されている。

尚、ウオームホイール９とピニオン１０は同軸上に一体
的に形成されている。また、ギア１１とピニオン４とは
同軸上に配置され、それらの間にスリップａ楕１６が構
成されている。スリップ機構１６は従動軸１７に対し固
定的なピニオン４と、従動軸１７に対し回転自在なギア
１１と、従動軸１７と共に回転する摩擦プレート１８と
、この摩擦プレート１８にギア１１を押し付けて共に回
転させる皿ばね１９とから構成されている。尚、皿ばね
１９は従動軸１７に対し圧入されて固定されている。し
たがって、ギア１１とピニオン４との間に設定値以下の
負荷（トルク）が作用する場合にはギア１１の回転はＪ
：ｌＪｌプレート１８を介して従動軸１７ひいてはピニ
オン４に伝達されるが、設定値以上の過負荷が作用する
と、ギア１１と摩擦グレート１８並びに皿ばね１９との
間に滑りが生じて空転する。尚、モータ２としては直流
モータが使用されている。

以上のように構成された本発明のモータアクチュエータ
によると、次のように作動する。

１茎皇１ 通常、ロッド６は原位置［第１図（Ａ）の状態］に在る
。そこで、モータ２に通電されると、モータ２の回転が
減速１１ｍ３を介してロッド６のラック５と噛合するピ
ニオン４に伝達され、ラック５を直進運動させて原位置
にあるロッド６をケース７から突き出させる。このとき
、ピニオン４は回転に伴って半径が漸次変化する６例え
ば本実施例の場合、ロッド６を突き出す方向に半径を増
大させるアルキメデスうず巻線を描くようなピニオン形
状を採用しているので、動作開始時には大推力、低速度
であるが、徐々にラック５との噛合部分の半径を増大し
てロッド６の移動速度を速めて推力を低下させる。

そして、所定量突き出されたとき［第１図（Ｂ）の状態
］、そのことを後述する位置検出手段２０によって検出
し、外部回路２５によりモータ２への通電を遮断する。

また、ロッド６はストッパ１５がケース７に当接するこ
とによってそれ以上は突き出されない。

血！豊」 ロッド６に固定されたスライドばね１２がケース７の３
箇所の固定接点１３ａ、１３ｂ、１３ｃの内の２つを接
続して閉回路を構成することによってロッド６の位置を
検出する。即ち、第１図において、原位置［第１図（Ａ
）の位置］においては固定接点１３ａを共通にして固定
接点１３ｃとの間で閉回路を椙成し、突き出し位置［第
１図（Ｂ）の位置コにおいては共通固定接点１３ａと固
定接点１３ｂで閉回路を構成する。

１１１盈！ ロッド６（！１より急激な強制力を受けたとき等には、
減速機構３中の歯車に組込まれたスリップ機構１６が滑
りを起し、回転力の伝達を遮断してアクチュエータ内の
歯車等の保護を行う９例えば、ロッド６が動作中、また
は突き出き位置にあるときに、外部よりロッド６を押し
込むような力が加えられると、スリップ機構１６がスリ
ップすることによってロッド６からの押し込み方向の力
（モータ２を逆回転させようとする力）がモータ２＠に
伝達されるのが遮断され、アクチュエータ１の歯車等の
破損の防止、またアクチュエータ１全体の破損を防止す
る。更に、このスリップ状態を利用し、位置検出の原点
信号から突出し位置信号までの時間と予想される動作時
間とを比較することにより、異常の検出を行なうことが
可能となる。

第４図に本発明のモータアクチュエータをマグネット吸
着式開閉扉機構例えば電気冷蔵庫のドア開放用に組込ん
だ一例を示す。

冷蔵庫のドア２１は冷蔵庫本体２２に対し開閉自在にヒ
ンジを介して取付けられている。この冷蔵庫のドア２１
にはマグネットから成るバッキング２３が組込まれてお
り、閉扉状態においては冷蔵庫本体２２と磁力により吸
着されている。

冷蔵庫においては、ドア２１と冷蔵庫本体２２との間の
吸着力が外気との遮断状態を左右することから、大きな
吸着力が必要とされる。この冷蔵庫のドア２１の開放量
と開放に要する力との関係を第７図に示す、鎖国よりも
明らかなように、ドア２１が僅かに回転し磁気吸着から
開放される時即ち開放動作直後に最大の駆動力を要し、
その後はヒンジの抵抗に相当する程度の駆動力で足りる
。

したがって、開放動作にはそれだけ大きな力を必要とし
、子供、老人、身体に障害のある人等、力の弱い人には
負担となる。

そこで、冷蔵庫本体２２側あるいはドア２１側に、第１
図及び第６図に示すように、ピニオン４の半径が回転に
伴って漸次大きくなり、かつラック５のピッチ円高さが
漸次小さくなるタイプのモータアクチュエータ１を装備
し、スイッチ２４の操作によってモータアクチュエータ
１を作動させ、少なくとも吸着力を解除するまでの間を
自動的に開扉するようにしている。

１１五呈旦 冷蔵庫のドア２１が閉じられているときには、モータア
クチュエータ１のロッド６は原点［第１図（Ａ）状態］
にあり、ピニオン４の半径の小さな箇所でピニオン４と
ラック５とは噛合している。

そこで、ドア２１の表面に設けられたスイッチ２４をＯ
Ｎにすると、外部駆動回路２５の働きによってモータ２
に通電され、ロッド６が突き出されてドア２１を突き離
し、磁力による吸着力を解除する。このとき、ロッド６
の推力即ち突き出し力及び移動速度は、ドア開放始めに
は大推力、低速度で徐々に小推力、高速度となる。この
ため、冷蔵庫のドア２１は始めゆっくり静かに押し開け
られ徐々に開扉速度を上げるのでドアの動作が滑らかに
なり使用感が向上する。磁気吸着が開放され僅かでもド
アが開いた後は、その位置からドア２１を開くことは子
供でも容易にできる。更に、手動によりドア２１が開放
されるまでの時間を駆動回路２５内にタイマ２６により
停止させた後、再びモータ２に逆電圧をかけてロッド６
を原点［第１図（Ａ）状態］まで戻し、１サイクルの動
作を終了する。

！３」１丸豐 ロッド６の突き出し動作の際中、または突き出し位置で
の停止中に、使用者がドア２１を閉じようとする場合、
スリップ機構１６がスリップしてモータ２からの回転力
の伝達が遮断されてロッド６が押し込まれる。そして、
アクチュエータ１内の歯車等の破損を防止する。

また、ロッド６の突き出し動作の最中に、ドア２１の動
作範囲に幼児等が居たり、荷物が置いである場合にも、
スリップ機構１６が作動し、回転力の伝達は遮断され、
それ以上ドア２１は開かれないしアクチュエータ１自体
も破損せずに安全である。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である０例えば、第
８図（Ａ）に示すように、ピニオン４が原位置から回転
し始めるに従って漸次ラック５と噛合する部分の半径が
小さくなるようにしても良い、この場合、推力と速度の
移動量に対する推移は第８図（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
に、ロッド６の突き出し開始時には小推力、高速度であ
るが、終了時には大推力、低速度となる。

また、第９図（Ａ）に示すように、ピニオン４を楕円形
とし、ラック５を緩やかな円弧状とすることによって、
第９図（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにストロークの両端即
ち原点位置と突き出し位置の近傍において移動速度を小
さくして推力を大きくすることも可能である。また、本
実施例では駆動源に直流モータが使用されているが、モ
ータ２の種類には特に限定を受けない。また、減速ｍ＃
！３はウオーム８、ウオームホイール９並びにこれらと
歯車１０，１１．４の組合せに限定されず、例えば平歯
車のみから成る歯車列でも良いし、減速段数も限定され
ない、また、位置検出手段２０としては、本実施例のス
ライドばね１２と固定接点１３ａ、１３ｂ、１３ｃの組
合せに限定されず、例えばマグネットとリードスイッチ
あるいはホールＩＣ等の組合せでも良い、また、検出位
１も２点に限らず、例えばモータ２がパルスモータであ
れば原点のみ検出し、入力パルス数で停止させてもよい
し、逆にポテンションメータのように連続した変化量を
検出しても良い、また、位置検出手段２０の設置は、ロ
ッド６に組込む場合に限定されず、減速歯車３に組込ん
だり、またはこれらから独立した構成として別個に設け
ても良い、更に、スリップ機構１６は本実施例のものに
限らず、ウオームホイール９とピニオン１０の間、また
はモータ２とウオーム８の間等、回転伝達経路の中のい
ずれかにおいてスリップするものであればよい。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明のモータアクチ
ュエータは、回転に件って半径が漸次変化するピニオン
とこれに噛合するラックとにより回転運動を直進運動に
変換するため、回転位置によって伝達する力及び速度が
変化し駆動負荷に応じた推力を得られる０例えば、電気
冷蔵庫のドアを自動開閉するように、磁気吸着式界の自
動開閉ａ構として構成する場合、始めゆっくり静かに押
し開けられ徐々に開扉速度を上げるのでドアの動作が滑
らかになり使用感が向上する。

しかも、アクチュエータの大きさを変えず往復動作部材
を長くするだけで小型化できる。また、往復運動の動作
速度及び推力も自由かつ簡単に一定に設定できる。

更に、スリップｍ楕が内蔵されている場合、設定以上の
負荷が加わったとき推力が制限され安全である。また、
位置検出機構が内蔵されているため原位置が確実に再現
できる。更に、複数の検出位置を設定した場合、予め予
想される動作時間と比較することにより負荷の大きさ、
また異常動作、異常負荷等の以上を検出することができ
る６（発明の利用分野） 本発明のモータアクチュエータは特に用途を限定されず
に様々な分野における駆動源として利用できるが、特に
マグネット吸着方式の扉の開閉装置例えば上述の冷蔵庫
の扉の開閉装置の他、システムキッチンのドア開放装置
、金庫等のロック開閉機構などに適用できる。また、本
発明のモータアクチュエータは、自動販売機の商品排出
機構、自動車等の自動変速機、電気洗濯機用排水弁の駆
動装置などにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のモータアクチュエータの一実施例を示
す縦断面図で、（Ａ）は原位置状態、（Ｂ）は突き出し
状態を示す。 第２図は第１図のＩｆ−ｆｆ断面図である。 第３図はスリップ機構を示す拡大図である。 第４図は本発明のモータアクチュエータを冷蔵庫の扉の
開閉用に組込んだ実施例を示す斜視図である。 第５図はアクチュエータの駆動回路ブロック図である。 第６図（Ａ）は第１図のピニオンとラックの関係を示す
図で、第６図（Ｂ）は移動量と推力との関係を示すグラ
フ、第６図（Ｃ）は移動量と速度との関係を示すグラフ
である。 第７図は冷蔵庫のドアの開放量と駆動力との関係を示す
グラフである。 第８１１ｇ（Ａ）はピニオンとラックの他の実施例を示
すもので、第８図（Ｂ）は移動量と推力との関係を示す
グラフ、第８図（Ｃ）は移動量と速度との関係を示すグ
ラフである。 第９図（Ａ）はピニオンとラックの他の実施例を示すも
ので、第９図（Ｂ）は移動量と推力との関係を示すグラ
フ、第９図（Ｃ）は移動量と速度との関係を示すグラフ
である。 １６・・・スリップ機構、 ２１・・・冷蔵庫のドア、 ２２・・・冷蔵庫本体、 ２４・・・スイッチ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータと、このモータに連繋されその回転出力を
   減速させながら伝達する減速機構と、この減速機構中ま
   たはこの減速機構に連続して設けられたピニオンと、こ
   のピニオンに噛合するラックを備え被駆動体に作用する
   往復動作部材とから成り、上記モータの回転によって上
   記往復動作部材が往復直進駆動可能に構成されると共に
   、上記ピニオンは回転に伴って上記ラックと噛合する部
   分の半径が漸次変化し、かつ上記ラック歯は上記ピニオ
   ンの半径変化量に応じ漸次ピッチ円高さが変化すること
   を特徴とするモータアクチュエータ。
2. （２）上記モータ及び上記減速機構の間の回転伝達経路
   中に、過負荷でスリップして回転伝達を遮断するスリッ
   プ機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のモータ
   アクチュエータ。
3. （３）上記往復動作部材あるいは上記減速機構中に動作
   位置検出手段を設け、この動作位置検出手段からの出力
   信号に伴って上記モータを正転、停止、逆転させる請求
   項１または２記載のモータアクチュエータ。