WO2010053062A1 - 扉状部材の自動開閉装置 - Google Patents

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WO2010053062A1
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actuator
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automatic opening
link
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慎 仁井
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株式会社 ニイテック
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    • E05F15/603—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors
    • E05F15/611—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors for swinging wings
    • E05F15/616—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors for swinging wings operated by push-pull mechanisms
    • E05F15/622—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators using rotary electromotors for swinging wings operated by push-pull mechanisms using screw-and-nut mechanisms
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/53—Type of wing
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    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/53—Type of wing
    • E05Y2900/548—Trunk lids

Definitions

  • the present invention relates to an automatic opening / closing device capable of automatically opening / closing door-shaped members such as a trunk lid, a lift gate, a door of a building, a window, and a hatch for an automobile.
  • Patent Document 1 discloses that the other end of an S-shaped hinge arm connected to the trunk lid at one end is connected to two links.
  • An open / close device that automates the opening and closing of the trunk lid by rotating the hinge arm through a book link has been proposed.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 a four-point link type link mechanism in which two link hinges are pivotally connected to both ends of a pair of brackets, and a single pivot connection portion is rotationally driven.
  • An open / close device that automates the opening and closing of the trunk lid has been proposed.
  • a rear gate opening / closing device disclosed in Patent Document 4 uses a rack & pinion mechanism to advance and retract a rack in an axle direction by a motor.
  • the lift gate is opened and closed by being transmitted to a curved arm coupled to the lift gate.
  • the control device is mounted between the lift gate and the body, and is engaged with the spindle nut by a motor disposed inside the control device.
  • the lift gate is opened and closed by rotating the spindle and extending and contracting the spindle.
  • the trunk lid automatic opening / closing device using the S-shaped (swan-type) hinge arm disclosed in Patent Document 1 has a complicated and large device configuration as shown in FIG.
  • the cost is high, it has been put into practical use only in a few high-end models.
  • the automatic opening / closing device for the trunk lid using the four-point link type link mechanism disclosed in Patent Documents 2 and 3 also has a structure for rotationally driving the pivot support connecting portion, so that it can be opened and closed manually. It is necessary to provide a clutch mechanism or an emergency mechanism as described in both documents, and the apparatus configuration is complicated, large-scale, and expensive.
  • trunk lid automatic opening / closing device using a conventional four-point link type link mechanism, and the trunk lid is automatically opened even when the trunk lid is fully opened, that is, when the trunk lid is opened about 100 degrees.
  • An automatic switchgear that can be closed is not currently in practical use. This is because the conventional automatic opening and closing device uses the weight of the trunk lid in the operation of closing the trunk lid, and therefore has a driving force to close the trunk lid from the state where the trunk lid is fully opened and the trunk lid is not subjected to its own weight. This is probably because it is not.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is an automatic opening / closing device for a door-like member including a trunk lid, a lift gate, a house door, etc. using a link mechanism, and the device configuration is complicated.
  • the present invention is to provide an automatic opening / closing device capable of fully opening and closing a door-like member such as a trunk lid at a low cost.
  • One aspect according to the present invention is an automatic opening and closing device for a door-like member that includes a telescopic actuator and a link mechanism driven by the actuator, wherein the actuator decelerates the rotation of the motor and the motor. And a drive unit including a ball screw coupled to an output shaft of the reduction gear, a ball nut screwed to the ball screw, and a telescopic arm unit including a casing fixed to the ball nut. The pitch of the screw with which the ball screw and the ball nut are screwed is selected so as to allow the input applied to the door-like member to be reversely input to the drive unit side of the actuator.
  • the present invention relates to an automatic switchgear.
  • the drive unit including the motor, the reduction gear, and the ball screw can be arranged coaxially with the telescopic arm unit, or the motor in the drive unit, or the motor and the reduction gear are connected via a transmission gear. It can be arranged on an axis parallel to the axis of the telescopic arm part or an axis having an angle with the axis of the telescopic arm.
  • the reduction gear may be a planetary gear.
  • the link mechanism includes the door-shaped member, a pair of opposed hinge arms each fixed to a frame corresponding to the door-shaped member, and a pair of opposed arms rotatably coupled to the pair of hinge arms.
  • the actuator can be a four-point link composed of a link plate, and both ends in the longitudinal direction of the actuator can be rotatably coupled to the pair of hinge arms.
  • the door-shaped member may be a trunk lid or a lift gate of an automobile
  • the frame may be an automobile body.
  • the link mechanism is configured by a single link having one end rotatably coupled to the actuator and the other end rotatably coupled to either the door-shaped member or the frame, and the actuator includes one end Can be rotatably coupled to the single link, and the other end can be rotatably coupled to either the door-shaped member or the frame.
  • the door-like member may be a door, window, or hatch of a building
  • the frame may be a frame that rotatably supports the door-like member of the building.
  • Another aspect of the present invention is a vehicle including a trunk lid or a lift gate, and includes the above-described four-point link and an actuator coupled thereto as a driving device for opening and closing the trunk lid or the lift gate. It is related with the vehicle characterized by using the automatic opening / closing apparatus which becomes.
  • the conventional manual link mechanism is replaced by replacing the damper attached to the conventional link mechanism with an electric actuator that can automatically expand and contract with respect to the opening / closing member for an automobile.
  • an automatic opening and closing device for a door-like member that can be fully automatically opened and closed without complicating the opening and closing mechanism, and an automatic opening and closing device for a door-like member that is simple in structure and easy to install for a house or the like is provided. .
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the open / closed state of the automatic opening / closing apparatus of the door-shaped member which concerns on one Embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows schematically the internal structure of the actuator in the automatic opening / closing apparatus shown in FIG. It is a schematic diagram which shows schematically the internal structure of the other aspect of an actuator. It is a schematic diagram which shows the open / close state of the automatic opening / closing apparatus of the door-shaped member which concerns on the other embodiment of this invention.
  • an automatic opening / closing device for a door-like member according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • an automatic trunk lid opening / closing device for automobiles will be described as an example.
  • the application of the opening / closing device for a door-like member according to the present invention is not limited to this, and a lift gate (back It can be widely used in applications that automatically open and close door-like members including doors, doors and windows of houses, hatches of structures, and the like.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing an overall configuration of a trunk lid automatic opening / closing device according to an embodiment of the present invention.
  • a trunk lid automatic opening / closing device 1 according to this embodiment includes a link mechanism 10 and a telescopic actuator 20 that operates the link mechanism 10.
  • 1A shows a state where the actuator 20 contracts and the trunk lid 2 attached to the link mechanism 10 is closed
  • FIG. 1B shows a state where the actuator 20 extends and the trunk lid 2 is opened. Yes.
  • the illustrated link mechanism 10 is rotatably coupled to a first hinge arm 11, a second hinge arm 12 facing the first hinge arm 11, and one end of both the hinge arms 11, 12 via a fulcrum pin 15.
  • a four-point link including the link plate 14 is used.
  • the trunk lid 2 is connected to the first hinge arm 11, and the second hinge arm 12 is fixed to a vehicle body (not shown).
  • the actuator 20 is rotatably coupled at both ends to the first hinge arm 11 and the second hinge arm 12 via fulcrum pins 16 respectively.
  • the position of the fulcrum pin 16 that couples the actuator 20 is selected as the position at which the link mechanism 10 can be opened and closed most efficiently by the actuator 20 that expands and contracts. Generally, this position is used in a manual trunk lid opening and closing device. It can be matched to the position where the damper is joined. Thereby, it is also possible to attach the automatic opening / closing device without any modification to the manual opening / closing mechanism.
  • the actuator 20 is connected to a control device (not shown) and performs an expansion / contraction operation based on a command from the control device.
  • the trunk lid automatic opening / closing device 1 may be installed at one or both ends or both ends of the trunk room of the vehicle, or may be installed at one or more at other positions.
  • the actuator 20 includes a drive unit 30 and a telescopic arm unit 40 that is partially accommodated in the drive unit 30 and expands and contracts.
  • the drive unit 30 includes a motor 32 that is a drive source for the expansion and contraction movement, a reduction gear 33 that reduces and transmits the rotation of the motor 32, and a ball screw 34 that is connected to the reduction gear 33 and is driven to rotate. These elements are all incorporated in the housing 31. In the present embodiment, a planetary gear is used as the reduction gear 33.
  • the planetary gear is based on the prior art, and is located on the outer periphery of the sun gear coupled to the output shaft of the motor 32, a plurality (four in this embodiment) of planetary gears arranged around the sun gear, and the planetary gear.
  • the ring gear fixed to the housing 31 is configured to transmit the revolution of the planetary gear to the ball screw 34 as an output.
  • the reduction gear 33 is not necessarily a planetary gear, and may be reduced by combining ordinary gears. In this case, the shaft of the motor 32 and the shaft of the telescopic arm 40 may be shifted in parallel.
  • An attachment hole 36 is provided at one end of the closed axial direction of the housing 31, and the attachment hole 36 can be rotatably attached to the second hinge arm 12 via the fulcrum pin 16 described above.
  • the telescopic arm portion 40 can enter and exit from the other open end of the housing 31.
  • the telescopic arm portion 40 includes a casing 41 that constitutes an arm, and a ball nut 42 that is built in and fixed to one end of the casing 41.
  • the ball nut 42 is screwed into the ball screw 34.
  • One end side of the casing 41 to which the ball nut 42 is fixed is housed in the housing 31 of the drive unit 30, and the other end side of the casing 41 extends to the outside from the other open end of the housing 31.
  • 43 is provided.
  • the attachment hole 43 can be rotatably attached to the first hinge arm 11 via the support pin 16 described above.
  • FIG. 2A shows a state where the telescopic arm 40 is most contracted
  • FIG. 2B shows a state where it is most extended.
  • the operation of the trunk lid automatic opening / closing device 1 including the actuator 20 that operates as described above shows that the actuator 20 is in the most contracted state in FIG. As a result, the trunk lid 2 is kept closed.
  • FIG. 1 (B) as a result of the actuator 20 being in the most extended state and pushing up the hinge arm 11, the trunk lid 2 is flipped up and maintained in an open state.
  • the trunk lid 2 is opened at an angle of 90 degrees or more with respect to the closed state. Is maintained.
  • Dotted lines connecting the four support pins 15 shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B) indicate the relationship between the links constituting the link mechanism 10.
  • the opening angle of the trunk lid can be arbitrarily set.
  • the first and second hinge arms 11 and 12 are used to lift and open the trunk lid 2 from the body of the vehicle body.
  • the trunk lid is separately provided using a hinge (hinge). 2 can also be configured to support.
  • the trunk lid 2 is fixed to the first hinge arm 11, but the hinge arm 11 may be integrally provided on the trunk lid 2 itself.
  • the specifications of the actuator used in the trunk lid automatic opening / closing device of a general passenger car can be, for example, a stroke of 100 mm, a maximum thrust of 100 Kgf, a rated thrust of 30 Kgf, a limit thrust of 30 to 50 Kgf, and an expansion / contraction speed of 15 mm / sec. .
  • the trunk lid automatic opening / closing device 1 and the actuator 20 according to the present invention have further features.
  • the drive mechanism related to the combination of the ball screw 34 and the ball nut 42 according to the prior art is generally one-way only for power transmission from the drive side including the motor 31. That is, even if it is possible to extend / contract the telescopic arm portion 40 by applying the rotational force of the motor 31, the motor 31 cannot be rotated even if a force is applied to the telescopic arm 40. This is mainly due to the problem of screw transmission efficiency and screw pitch. As the screw pitch is denser (smaller) like bolts, transmission in the reverse direction becomes more difficult. Conversely, if the pitch is rough (larger), the axial movement can be rotated as in a push-in screwdriver. It is possible to change.
  • this principle is applied to adjust the pitch of the ball screw and the ball nut to be large as schematically shown in FIG.
  • the force can be converted to the rotation of the ball screw 34 via the ball nut 42.
  • the specific size of the pitch depends on the diameter of the ball screw 34, the reduction ratio of the reduction gear 33, the resistance when rotating the rotating shaft of the motor 32, or the driven side (example shown in the figure).
  • it is hard to say in general depending on the magnitude of the force applied to the trunk lid 2).
  • it is possible to transmit force in the reverse direction by selecting an appropriate ball screw pitch according to these specifications.
  • operating the power side in reverse from the driven side driven by the power device is referred to as “reverse input”.
  • the force applied to the driven side is based on the normal human power.
  • the trunk lid automatic opening / closing device 1 can manually open and close the trunk lid 2.
  • switching to manual operation is generally provided with switching means such as an electromagnetic clutch.
  • switching means such as an electromagnetic clutch.
  • a safety measure such as prevention of foreign object biting, it has been considered to provide an acceleration sensor or the like (example of Patent Document 5).
  • the present invention can perform these functions with a simple structure without providing these additional elements.
  • FIG. 3 shows another aspect of the actuator.
  • the actuator 20a according to the present embodiment has a motor 32a and a reduction gear 33a arranged in parallel to each other on an axis different from the axis of the telescopic arm portion 40a, and both of them are connected via a transmission gear 35. It is the composition which makes it.
  • the reduction gear 33a is arranged on the same axis as the motor 32a.
  • the reduction gear 33a is arranged on the same axis as the telescopic arm 40a, and only the motor 32a is on a different axis from the telescopic arm 40a. You may arrange
  • the transmission gear 35 is additionally provided in addition to the planetary gear type reduction gear 33a.
  • the transmission gear 35 may be appropriately selected to reduce the speed. It is also possible to eliminate the reduction gear 33a.
  • the transmission gear 35 is a bevel gear instead of the illustrated spur gear (which may be a helical gear), so that the rotational drive shaft of the drive unit 30a is oriented in a direction perpendicular to the axis of the telescopic arm unit 40a or the telescopic arm unit. It is also possible to arrange in another direction with an angle between the axis of 40a. Thereby, the freedom degree in design can further be raised.
  • FIG. 4 shows an automatic opening / closing device 51 according to this embodiment, and the drawing shows a state seen from above the automatic opening / closing device 51 attached to a door 52 of a house.
  • the automatic opening / closing device 51 includes a link mechanism 60 composed of a single link plate and an actuator 70.
  • symbol of each element of the automatic opening / closing apparatus 51 concerning this embodiment is displayed with the code
  • one end of the link mechanism 60 is rotatably coupled to the telescopic arm portion 90 of the actuator 70, and the other end is rotatably coupled to a fulcrum 55 provided on the frame body side (house body side) that supports the door 52.
  • the actuator 70 itself is fixed to the door 52.
  • it is also possible to reverse this configuration fix the actuator 70 to the frame body side, and rotatably connect one end of the link mechanism 60 to the door 52. Since the configuration of the actuator 70 itself can be the same as that of the actuator 20 or 20a described in the previous embodiment, the details are omitted.
  • the slider 53 for supporting the operation of the extension arm 90 is provided. However, the slider 53 is not necessarily required as long as the extension arm 90 has a sufficient structure and strength.
  • the basic difference of the link mechanism 60 consisting of a single link shown in this embodiment with respect to the link mechanism 10 consisting of a four-point link shown in the previous embodiment is that the door 52 which is a door-like member has a hinge (hinge) 56. It is supported so that it can rotate. The movement trajectory of the door 52 is restricted by the presence of the hinge 56. As shown in FIG. 1, the door-like member (trunk lid 2) is not held at a position separated from the frame body (body body). Therefore, the link mechanism 60 can be simplified such as a single link.
  • the operation of the automatic opening / closing device 51 for a door-shaped member according to the present embodiment configured as described above is as follows.
  • the extension arm 90 pulls the link mechanism 60 as shown by the solid line in FIG.
  • the door 52 is pulled and closed in the clockwise direction in the figure, and when the actuator 70 is in the extended state, the extension arm 90 pushes the link mechanism 60.
  • the door 52 is rotated counterclockwise, as shown in FIG.
  • the door is opened as shown by the alternate long and short dash line.
  • the operation for closing is the opposite.
  • the door 52 of the house has been described as an example.
  • the automatic opening and closing device 51 according to the present embodiment is not limited to this, and uses a hinge (hinge) such as a door of a building, a window, a hatch of a structure, etc.
  • a hinge such as a door of a building, a window, a hatch of a structure, etc.
  • it can be widely applied to door-like members that perform opening and closing operations.
  • the damper attached to the 4-point link type hinge in a prior art is made into this invention.
  • the trunk lid and lift gate can be automatically opened and closed. Since this configuration does not complicate the conventional manual four-point link type trunk lid opening / closing mechanism, it can be put into practical use at low cost.
  • the actuator in this device has a configuration that can be manually expanded and contracted without incorporating a clutch, it can be implemented as a safe, low-cost and highly convenient automatic opening and closing device.
  • the automatic opening / closing device for a door-like member of the present invention is optimally used as an automatic opening / closing device for a trunk lid and a lift gate of an automobile, as an automatic opening / closing device for a sunroof of an automobile, or a machine other than an automobile.
  • the present invention can be applied as a general automatic opening / closing device and an automatic opening / closing device for a door-like member of a building.

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Abstract

装置構成を複雑化することなく低コストで簡単に取付けることができる、逆入力可能な扉状部材の自動開閉装置を提供する。当該自動開閉装置は、伸縮式アクチュエータ２０とリンク機構１０とから構成される。アクチュエータ２０は、モータ３２、減速ギア３３、ボールねじ３４とを含む駆動部３０と、ボールねじ３４に螺合するボールナット４２を含む伸縮アーム部４０とから構成される。リンク機構１０は、一対のヒンジアーム１１、１２と一対のリンクプレート１３、１４とから構成される４点リンク、あるいは扉状部材と枠体とのいずれか一方とアクチュエータ７０とに回転可能に結合される単一リンク６０とすることができる。ボールねじ３４とボールナット４２とが螺合するねじのピッチは、扉状部材側からアクチュエータ２０の駆動部側へ逆入力可能となる大きさに選択される。

Description

扉状部材の自動開閉装置
　本発明は、自動車用トランクリッドやリフトゲート、建造物の扉、窓、ハッチなどの扉状部材の開閉を自動で行うことができる自動開閉装置に関する。
　自動車のエレクトロニクス化が進み、エンジンや動力伝達系などが電子制御されるようになり、さらにはスライドドアやリフトゲートなどの駆動も電子制御されるようになっている。一方で、自動車のトランクリッドの開閉に関しても、一部の車種で自動化が実現されている。また、家屋等の扉や窓、天井の採光窓、構築物等のハッチなど、建造物の扉状部材が自動開閉できれば便利であり、一部にはそのような機構が既に取り入れられている。
　自動車のトランクリッドやリフトゲートの自動開閉装置に関する従来技術として、特許文献１には、一端においてトランクリッドに連結されたＳ字型のヒンジアームの他端を２本のリンクに連結し、この２本のリンクを通じてヒンジアームを回転駆動させることにより、トランクリッドの開閉を自動化した開閉装置が提案されている。
　特許文献２及び特許文献３には、一対のブラケットの各両端に２本のリンクヒンジを枢支連結した４点リンク方式のリンク機構を用い、一箇所の枢支連結部分を回転駆動することによりトランクリッドの開閉を自動化した開閉装置が提案されている。
　また、自動車のリフトゲートの自動開閉装置に関する従来技術して、特許文献４に開示されたリアーゲート開閉装置は、ラック＆ピニオン機構を用いてモータでラックを車軸方向に前進・後退させ、この動きをリフトゲートに結合された湾曲アームに伝達させてリフトゲートを開閉駆動している。特許文献５に開示された自動車フラップ（リフトゲートに相当）の自動開閉装置では、制御装置がリフトゲートとボデーとの間に装着され、制御装置内部に配置されたモータでスピンドルナットに係合したスピンドルを回転させ、スピンドルを伸張・収縮させることによってリフトゲートを開閉駆動している。
特開２０００－２１１３７３号公報 特開２００７－２６１３９８号公報 特開２００７－２６１４０３号公報 特開２００４－２５５９３０号公報 特開２００８－１４１３０号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されたＳ字型（スワン型）のヒンジアームを用いたトランクリッドの自動開閉装置は、同文献の図１等に示されるように、装置構成が複雑、大掛かりであり、コスト高であるため、ごく一部の高級車種のみにおいてしか実用化されていないのが現状である。
　また、特許文献２及び３に開示された４点リンク方式のリンク機構を用いたトランクリッドの自動開閉装置も、枢支連結部分を回転駆動させる構造であるため、手動でも開閉できるようにするためにはクラッチ機構を備えるか、あるいは両文献に記載されたようなエマージェンシー機構を別途設ける必要があり、装置構成が複雑、大掛かりで、コスト高となっている。
　さらには、従来の４点リンク方式のリンク機構を用いたトランクリッドの自動開閉装置であって、トランクリッドが開ききった状態、すなわちトランクリッドが１００度前後開いた状態からもトランクリッドを自動で閉じることができる自動開閉装置は現在実用化されていない。これは、従来の自動開閉装置では、トランクリッドを閉じる動作においてはトランクリッドの自重を利用しているため、トランクリッドが開ききりトランクリッド自重がかからない状態からトランクリッドを閉じるだけの駆動力を備えていないからであると考えられる。
　特許文献４に記載のリフトゲート開閉装置では、ラック＆ピニオン機構が大掛かりとなり、構造が複雑である。また、手動でリフトゲートを開閉する場合には電磁クラッチを操作して動力遮断状態とする必要があるなどの問題があった。さらに特許文献５に記載の制御装置では、スピンドルとスピンドルナットとが係合した構造であるため、手動操作をする場合には通常は同じく電磁クラッチを必要として、電磁クラッチの記載がない同文献においては手動操作が出来ないことも想定される。また、スピンドルの伸張のみでリフトゲートを開閉するため長大なストロークを必要とし、制御装置そのものを大型になるという問題もあった。
　本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、リンク機構を用いたトランクリッドやリフトゲート、家屋の扉等を含む扉状部材の自動開閉装置であって、装置構成を複雑化することなく低コストでトランクリッド等の扉状部材の完全自動開閉を可能とした自動開閉装置を提供しようとするものである。
　上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、本願発明者らは、トランクリッドやリフトゲートに使用される従来の手動式の４点リンク式自動開閉装置のリンク機構においてクッション部材として併設されるダンパーのうち少なくとも１つを自動的に伸縮可能な電動アクチュエータに置き換えることにより、従来の手動式の４点リンク式開閉機構を大幅に変更することなく、簡略で低コストの扉状部材の自動開閉装置を構成することができることに想到した。また、同様なリンク機構を備えた自動開閉装置は、家屋の扉やその他の扉状部材にも同様に適用可能であることを見出した。
　本発明にかかる１つの態様は、伸縮式アクチュエータと、前記アクチュエータにより駆動されるリンク機構とから構成される扉状部材の自動開閉装置であって、前記アクチュエータは、モータ、該モータの回転を減速させる減速ギア、該減速ギアの出力軸に結合されたボールねじとを含む駆動部と、前記ボールねじに螺合するボールナット、該ボールナットに固定されたケーシングを含む伸縮アーム部とから構成され、前記ボールねじとボールナットとが螺合するねじのピッチが、前記扉状部材に加えられる入力を前記アクチュエータの駆動部側へ逆入力可能とする大きさに選択されていることを特徴とする自動開閉装置に関する。
　前記モータ、減速ギア、ボールねじを含む駆動部と、前記伸縮アーム部とは同軸に配置することができ、あるいは前記駆動部の内のモータ、あるいはモータと減速ギアとは、伝達ギアを介して前記伸縮アーム部の軸と平行な軸、あるいは前記伸縮アームの軸と角度を持った軸に配置することができる。また、前記減速ギアは遊星ギアとすることができる。
　前記リンク機構は、前記扉状部材、該扉状部材に対応する枠体に各一固定される一対の対向するヒンジアームと、該一対のヒンジアームのそれぞれに回転可能に結合される一対の対向するリンクプレートとから構成される４点リンクとすることができ、前記アクチュエータの長手方向両端を、前記一対のヒンジアームにそれぞれ回転可能に結合することができる。この場合において、前記扉状部材は、自動車のトランクリッドまたはリフトゲート、また前記枠体は自動車のボデーであってもよい。
　前記リンク機構を、一端が前記アクチュエータに回転可能に結合され、他端が前記扉状部材と枠体とのいずれか一方に回転可能に結合された単一リンクにより構成し、前記アクチュエータを、一端が前記単一リンクに回転可能に結合され、他端が前記扉状部材と枠体とのいずれか他方に回転可能に結合するよう構成することができる。この場合において、前記扉状部材は建造物の扉、窓、ハッチのいずれか、前記枠体は建造物の前記扉状部材を回転可能に支持する枠体であってもよい。
　本発明に係る他の態様は、トランクリッド又はリフトゲートを備える車両であって、前記トランクリッド又はリフトゲートを開閉駆動するための駆動装置として、上述した４点リンク及びこれに結合されたアクチュエータからなる自動開閉装置を使用することを特徴とする車両に関する。
　以上、説明したように、本発明によれば、自動車用開閉部材に関しては従来のリンク機構に併設されるダンパーを自動的に伸縮可能な電動アクチュエータに置き換えることにより、従来の手動式のリンク機構を含む開閉機構を複雑化させることなく、完全自動開閉が可能な扉状部材の自動開閉装置が提供され、家屋等に関しては簡単な構造で取付けも容易な扉状部材の自動開閉装置が提供される。
本発明の一実施形態に係る扉状部材の自動開閉装置の開・閉状態を示す模式図である。 図１に示す自動開閉装置におけるアクチュエータの内部構成を概略的に示す模式図である。 アクチュエータの他の態様の内部構造を概略的に示す模式図である。 本発明の他の実施態様に係る扉状部材の自動開閉装置の開・閉状態を示す模式図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態にかかる扉状部材の自動開閉装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、自動車用トランクリッド自動開閉装置を例に挙げて説明するが、本発明にかかる扉状部材の開閉装置の適用はこれに限定されず、自動車用のリフトゲート（バックドア）、家屋等の扉や窓、構築物等のハッチなどを含む扉状部材を自動開閉する用途において広く利用することが可能である。
　図１は、本発明の一実施形態に係るトランクリッド自動開閉装置の全体構成を概略的に示す模式図である。図１（Ａ）、（Ｂ）において、本実施形態のトランクリッド自動開閉装置１は、リンク機構１０と、リンク機構１０を動作させる伸縮式のアクチュエータ２０とから構成されている。図１（Ａ）はアクチュエータ２０が収縮してリンク機構１０に取付けられたトランクリッド２が閉じた状態を、図１（Ｂ）はアクチュエータ２０が伸張してトランクリッド２が開いた状態を示している。
　図示のリンク機構１０は、第１のヒンジアーム１１と、これと対向する第２のヒンジアーム１２、及びこれら両ヒンジアーム１１、１２の一端にそれぞれ支点ピン１５を介して回転可能に結合された第１のリンクプレート１３と、第１のリンクプレート１３に対向し、かつ前記両ヒンジアーム１１、１２の前記一端から乖離した位置にそれぞれ支点ピン１５を介して回転可能に結合された第２のリンクプレート１４とからなる４点リンクにより構成されている。第１のヒンジアーム１１には、トランクリッド２が連結され、また第２のヒンジアーム１２は、図示しない車体に固定されている。
　アクチュエータ２０は、その両端が第１のヒンジアーム１１、第２のヒンジアーム１２にそれぞれ支点ピン１６を介して回転可能に結合されている。アクチュエータ２０を結合する支点ピン１６の位置は、伸縮動作をするアクチュエータ２０によってリンク機構１０が最も効率的に開閉動作する位置が選択されるが、一般にこの位置は、手動式のトランクリッド開閉装置においてダンパーが結合される位置に一致させることができる。これにより、手動式の開閉機構に何ら改造を加えることなく自動開閉装置の取り付けを可能にすることもできる。アクチュエータ２０は図示しない制御装置に結線され、制御装置の指令に基づいて伸縮動作を行う。トランクリッド自動開閉装置１は、車両のトランクルームの左右いずれか一端又は両端に設置してもよく、その他の位置に１つ又は２つ以上設置してもよい。
　図２（Ａ）、（Ｂ）は、アクチュエータ２０が収縮、伸張した状態における内部構成をそれぞれ概略的に示している。図において、アクチュエータ２０は、駆動部３０と、駆動部３０内に一部収容されて伸縮する伸縮アーム部４０とから構成されている。駆動部３０は、伸縮運動の駆動源となるモータ３２と、モータ３２の回転を減速して伝達する減速ギア３３と、減速ギア３３に軸結され回転駆動されるボールねじ３４とを含み、これらの要素がいずれもハウジング３１に内蔵されている。本実施の形態では、減速ギア３３として遊星ギアが使用されている。遊星ギアは従来技術によるもので、モータ３２の出力軸に結合されたサンギアと、サンギアの周囲に配置された複数個（本実施形態では４個）のプラネタリギアと、プラネタリギアの外周に位置してハウジング３１に固定されたリングギアとから構成され、プラネタリギアの公転を出力としてボールねじ３４に伝達するよう構成されている。なお、減速ギア３３は必ずしも遊星ギアとする必要はなく、通常のギアを組み合わせて減速させることでもよい。この場合にはモータ３２の軸と伸縮アーム４０の軸とをずらせて平行配置させてもよい。
　ハウジング３１の閉鎖された軸方向一端には取り付け孔３６が設けられ、取り付け孔３６は上述した支点ピン１６を介して第２のヒンジアーム１２に回転可能に取り付けることができる。ハウジング３１の開放された他端からは伸縮アーム部４０が出入り可能である。
　伸縮アーム部４０は、アームを構成するケーシング４１と、ケーシング４１内の一端側に内蔵固定されたボールナット４２とを有している。ボールナット４２は、ボールねじ３４に螺合している。ボールナット４２が固定されたケーシング４１の一端側は駆動部３０のハウジング３１内に収納され、ケーシング４１の他端側はハウジング３１の開放された他端から外部に延び、その先端には取り付け孔４３が設けられている。取り付け孔４３は上述した支持ピン１６を介して第１のヒンジアーム１１に回転可能に取り付けることができる。
　以上のように構成されたアクチュエータ２０の動作は、図示しない制御装置からの指令に基づいてモータ３２に電流が印加され、モータ３２が回転して減速ギア３３を介してボールねじ３４を回転駆動する。これにより、ボールねじ３４に螺合したボールナット４２が軸方向に移動し、ボールナット４２の固定されているケーシング４１が同じく軸方向に移動することによって伸縮アーム部４０が伸長する。制御装置からの指令に基づいてモータ３２が逆回転した場合、同様の動作にて伸縮アーム部４０が収縮する。図２（Ａ）は伸縮アーム４０が最も収縮した状態、図２（Ｂ）は最も伸長した状態を示している。
　図１に戻って、以上のように動作するアクチュエータ２０を備えるトランクリッド自動開閉装置１の動作は、図１（Ａ）においてアクチュエータ２０は最も収縮した状態にあり、第１のヒンジアーム１１を図の右側に引き寄せる結果、トランクリッド２を閉じた状態に維持している。図１（Ｂ）では、アクチュエータ２０が最も伸長した状態となってヒンジアーム１１を押し上げる結果、トランクリッド２は跳ね上げられ、これを開放した状態に維持している。この際、第１、第２のリンクプレート１３、１４が第１、第２のヒンジアーム１１、１２を支える結果、図示の例ではトランクリッド２を閉状態に対して９０度以上の角度で開放維持している。
　図１（Ａ）、（Ｂ）に示す４つの支持ピン１５を結んだ一点鎖線は、リンク機構１０を構成する各リンクの関係を示している。各リンクの長さ、支点ピン１５の位置を適切に選択することによってトランクリッドの開放角を任意に設定することができる。また、図示の例では第１、第２のヒンジアーム１１、１２の使用によりトランクリッド２を車体ボデーから持ち上げて開閉支持するよう構成されているが、別途ヒンジ（蝶番）を使用してトランクリッド２を支持するよう構成することもできる。また、図示の例では第１のヒンジアーム１１にトランクリッド２を固定しているが、トランクリッド２自身にヒンジアーム１１を一体に設けてもよい。
　なお、一般的な乗用自動車のトランクリッド自動開閉装置に用いるアクチュエータの仕様としては、例えば、ストローク１００ｍｍ、最大推力１００Ｋｇｆ、定格推力３０Ｋｇｆ、リミット推力３０～５０Ｋｇｆ、伸縮速度１５ｍｍ／秒とすることができる。
　ここで、本願発明に係るトランクリッド自動開閉装置１並びにアクチュエータ２０は、さらなる特徴を有する。従来技術によるボールねじ３４とボールナット４２の組合せに係る駆動機構は、一般にモータ３１を含む駆動側からの動力伝達のみの一方通行である。すなわち、モータ３１の回転力を与えることによって伸縮アーム部４０を伸縮動作させることは可能であっても、逆に伸縮アーム４０の方に力を加えてもモータ３１を回転させることはできない。これは主にねじの伝達効率とねじのピッチの問題に起因する。ボルトのようにねじのピッチが密（小さい）であるほど逆方向の伝達は困難であり、逆にピッチを粗（大きい）にすれば、押し込み式ドライバのように軸方向の移動を回転動作に換えることは可能である。
　本願発明ではこの原理を応用し、図２に概略示すようにボールねじとボールナットのねじのピッチを大きくするよう調整し、伸縮アーム部４０に力が加えられた際には、その軸方向の力をボールナット４２を介してボールねじ３４の回転に変換可能となるよう構成している。この際、ピッチの大きさを具体的に幾らにするかは、ボールねじ３４の径、減速ギア３３の減速比、モータ３２の回転軸を回転させる際の抵抗、あるいは被駆動側（図示の例ではトランクリッド２）に加えられる力の大きさ等によって一概には言い難い。しかしながら、これらの仕様に応じて、適切なボールねじのピッチの大きさを選択することによって逆方向への力の伝達が可能となる。本明細書では、このように動力装置によって駆動される被駆動側から逆に動力側を動作させることを「逆入力」と呼ぶものとする。この際に被駆動側に加えられる力は、通常の人の人力によるものが基本とされる。
　以上のような逆入力を可能とするアクチュエータ２０を使用することにより、本願発明にかかるトランクリッド自動開閉装置１では、トランクリッド２を手動にて開閉することが可能となる。これは、電源が遮断されるなど自動開閉装置１が何らかの理由で動作不能の状態にある場合においてもトランクリッド２の開閉を可能にすることを意味するほか、手や異物をトランクリッド２と車体側との間に挟んだ場合において閉鎖動作を停止させる安全装置としても機能するものとなる。従来技術におけるトランクリッド自動開閉装置では、手動への切り替えは電磁クラッチ等の切り替え手段を設けるのが一般であった。また、異物咬み込み防止などの安全対策としては、加速度センサなどを設けることが考えられていた（特許文献５の例）。本願発明では、これらの追加要素を設けることなく、簡単な構造でこれらの機能を果たすことができるようになる。
　図３は、アクチュエータの他の態様を示している。図において、本態様にかかるアクチュエータ２０ａは、モータ３２ａ及び減速ギア３３ａを伸縮アーム部４０ａの軸とは異なる軸上に両者平行となるよう配置し、この両者を、伝達ギア３５を介して連結駆動させる構成となっている。このような構成にすることにより、上述した先の態様に比べてアクチュエータ２０ａの全長を大幅に短縮することができ、４点リンク式ヒンジの設計の自由度をより高めることができる。図示の例では、減速ギア３３ａがモータ３２ａと同軸側に配置されているが、減速ギア３３ａを伸縮アーム部４０ａと同軸側に配置し、モータ３２ａのみを伸縮アーム部４０ａとは異なる軸上に配置して両者を伝達ギア３５で連結するように構成してもよい。
　さらに図示の例では、遊星ギア形式の減速ギア３３ａに加えて伝達ギア３５を追加して設けるものとしているが、伝達ギア３５のギア比を適切に選択して減速することにより、使用条件によっては減速ギア３３ａを廃止することも可能である。また、伝達ギア３５を図示のスパーギア（ヘリカルギアであってもよい）ではなくべベルギアとすることにより、駆動部３０ａの回転駆動軸を伸縮アーム部４０ａの軸と直角の向き、あるいは伸縮アーム部４０ａの軸との間に角度を設けた他の方向に配置することも可能である。これにより、設計上の自由度をさらに高めることができる。
　次に、本願発明の第２の実施形態にかかる扉状部材の自動開閉装置について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態にかかる自動開閉装置５１を示しており、図は家屋の扉５２に取り付けられた自動開閉装置５１の上から見た状態を示している。自動開閉装置５１は、単一のリンクプレートからなるリンク機構６０と、アクチュエータ７０とから構成されている。なお、本実施形態にかかる自動開閉装置５１の各要素の符号は、先の実施形態の対応する要素に対して５０を加算した符号で表示している。
　本実施形態では、リンク機構６０の一端がアクチュエータ７０の伸縮アーム部９０に回転可能に結合され、他端は扉５２を支える枠体側（家屋本体側）に設けられた支点５５に回転可能に結合されている。アクチュエータ７０自身は、扉５２に固定されている。ただし、他の態様においては、この構成を逆にし、枠体側にアクチュエータ７０を固定し、リンク機構６０の一端を扉５２に回転可能に結合することも可能である。アクチュエータ７０の構成そのものは先の実施の形態で記載したアクチュエータ２０又は２０ａと同様とすることができるため、詳細は省略する。また、図示の例では伸張アーム部９０の動作を支持するスライダ５３を備えているが、伸張アーム部９０の構造、強度が十分である限りスライダ５３は必ずしも必要とはされない。
　先の実施形態に示す４点リンクからなるリンク機構１０に対し、本実施形態に示す単一リンクからなるリンク機構６０の基本的な相違は、扉状部材である扉５２がヒンジ（蝶番）５６により回転可能に支持されていることである。ヒンジ５６の存在によって扉５２の移動軌跡は制約され、図１に示すように扉状部材（トランクリッド２）を枠体部分（車体ボデー）から分離した位置で保持する構造とはならないが、その分、リンク機構６０を単一リンク等の簡素化したものとすることができる。
　以上のように構成された本実施形態にかかる扉状部材の自動開閉装置５１の動作は、図４の実線で示すようにアクチュエータ７０が収縮状態にあるときには伸張アーム部９０がリンク機構６０を引っ張ることによって図の時計回りに扉５２を引いて閉じた状態となり、アクチュエータ７０が伸張状態となるときには伸張アーム９０がリンク機構６０を押し込む結果、扉５２を反時計回りに回動させて図４の一点鎖線で示すような開扉状態とする。閉じる場合の動作はこの逆となる。
　以上は、家屋の扉５２を例に説明したが、本実施形態にかかる自動開閉装置５１はこれに限定されず、凡そ建造物の扉、窓、構造物のハッチ等、ヒンジ（蝶番）を利用して開閉動作を行う扉状部材に対して広く適用が可能である。
　以上、本発明にかかる各実施の形態の扉状部材について説明してきたが、第１の実施形態の自動開閉装置においては、従来技術にある４点リンク式ヒンジに併設されるダンパーを本願発明にかかるアクチュエータに置き換えることにより、トランクリッドやリフトゲートの自動開閉を可能としている。この構成は、従来の手動式の４点リンク式トランクリッド開閉機構を何ら複雑化するものではないため、低コストで実用化することが可能である。また、車種やトランク構造に合わせてアクチュエータの駆動推力を適宜設定することにより、トランクリッドが開ききった状態からも自動で閉じる動作を行うことが可能である。本装置におけるアクチュエータは、クラッチを内蔵しなくとも手動で伸縮可能な構成であるため、安全、低コストで利便性の高い自動開閉装置として実装することが可能である。
　また、本発明の第２の実施形態にかかる扉状部材自動開閉装置においては、簡単な構造で家屋等のヒンジ支持された扉状部材を自動開閉することを可能にし、また、当該自動開閉装置は、既存の扉に基本的に何らの手を加えることなく容易に取り付けが可能である。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態におけるリンク機構、電動アクチュエータ、モータなどの構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。
　本発明の扉状部材の自動開閉装置は、上記したように、自動車のトランクリッドやリフトゲートの自動開閉装置として最適に利用されるほか、自動車のサンルーフの自動開閉装置として、あるいは自動車以外の機械一般の自動開閉装置、建造物の扉状部材の自動開閉装置として応用が可能である。
　１．自動開閉装置、　２．トランクリッド、　１０．リンク機構、　１１．第１のヒンジアーム、　１２．第２のヒンジアーム、　１３．第１のリンクプレート、　１４．第２のリンクプレート、　２０、２０ａ．アクチュエータ、　３０．駆動部、　３２、３２ａ．モータ、　３３、３３ａ．減速ギア、　３４．ボールねじ、　３５．伝達ギア、　４０、４０ａ．伸縮アーム部、　４１．ケーシング、　４２．ボールナット、　５１．自動開閉装置、　５２．扉、　５６．ヒンジ（蝶番）、　６０．リンク機構、　７０．アクチュエータ、　９０．伸縮アーム部。

Claims (8)

  1. 　伸縮式アクチュエータと、前記アクチュエータにより駆動されるリンク機構とから構成される扉状部材の自動開閉装置において、
    　前記アクチュエータは、モータ、該モータの回転を減速させる減速ギア、該減速ギアの出力軸に結合されたボールねじとを含む駆動部と、前記ボールねじに螺合するボールナット、該ボールナットに固定されたケーシングを含む伸縮アーム部とから構成され、
    　前記ボールねじとボールナットの螺合が、前記扉状部材に加えられる入力を前記アクチュエータの駆動部側へ逆入力可能とするよう構成されていることを特徴とする自動開閉装置。
  2. 　前記駆動部の内、モータ、またはモータと減速ギアの双方が、伝達ギアを介して前記伸縮アーム部の軸と平行な軸、あるいは前記伸縮アームの軸と角度を持った軸に配置されている、請求項１に記載の自動開閉装置。
  3. 　前記減速ギアが、遊星ギアである、請求項１に記載の自動開閉装置。
  4. 　前記リンク機構が、前記扉状部材、該扉状部材に対応する枠体に各一固定される一対の対向するヒンジアームと、該一対のヒンジアームのそれぞれに回転可能に結合される一対の対向するリンクプレートとから構成される４点リンクであり、前記アクチュエータの長手方向両端が、前記一対のヒンジアームにそれぞれ回転可能に結合されている、請求項１に記載の自動開閉装置。
  5. 　前記扉状部材が、自動車のトランクリッドまたはリフトゲートであり、前記枠体が自動車のボデーである、請求項４に記載の自動開閉装置。
  6. 　前記リンク機構は、一端が前記アクチュエータに回転可能に結合され、他端が前記扉状部材と枠体とのいずれか一方に回転可能に結合された単一リンクにより構成され、前記アクチュエータは、一端が前記単一リンクに回転可能に結合され、他端が前記扉状部材と枠体とのいずれか他方に回転可能に結合されている、請求項１に記載の自動開閉装置。
  7. 　前記扉状部材が、建造物の扉、窓、ハッチのいずれか、前記枠体が前記建造物の扉状部材を回転可能に支持する枠体である、請求項６に記載の自動開閉装置。
  8. 　トランクリッド又はリフトゲートを備える車両において、前記トランクリッド又はリフトゲートを開閉駆動するための駆動装置が、請求項５に記載の自動開閉装置であることを特徴とする車両。
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