(57)【要約】【課題】直動アクチュエータのより一層の小型化を図るだけでなく、スプリングの圧縮により戻り作動速度を減速させることによりモータ減速用の直列抵抗を不要にすると共に、負荷駆動時にはモータ電流を抑えつつ駆動力を増強する。【解決手段】本発明は、モータと、そのモータシャフトに結合した減速機構部と、該減速機構部の最終段ギアの回転を直進往復運動に変換する直進往復運動機構部とを有する。最終段ギアは、その回転中心から偏位させて設けたピンを有する。直進往復運動機構部は、スリットを設けて、該スリット内を前記ピンが移動可能に構成した可動板からなる。可動板は、その往復運動軸を最終段ギア中心を通るラインから一方の側にオフセットさせ、かつ、他方の側にオフセットした位置において、該可動板に作用する弾性部材を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、そのモータシャフトに結合した減速機構部と、該減速機構部の最終段ギアの回転を直進往復運動に変換する直進往復運動機構部とを有する直動アクチュエータにおいて、
前記最終段ギアは、その回転中心から偏位させて設けたピンを有し、
前記直進往復運動機構部は、所定の幅及び長さを有するスリットを設けて、該スリット内を前記ピンが移動可能に構成した可動板を有し、
前記可動板は、その往復運動軸を前記最終段ギア中心を通るラインから一方の側にオフセットさせ、該可動板に作用する弾性部材を配置した、
ことから成る直動アクチュエータ。
【請求項２】
前記弾性部材は、前記可動板の引張り方向に対して引張り駆動力の補助となり、押し方向に対して負荷となるように作用するコイルスプリングによって構成した請求項１に記載の直動アクチュエータ。
【請求項３】
前記減速機構部は、モータシャフトに固定されたウォームギアと、該ウォームギアに噛み合うように配置されたウォームホイールを有し、かつ、前記可動板の第１のアームは、その往復運動軸を幅方向の中心とする別のスリットを設けて、前記ウォームホイールの回転軸を逃がす構造とした請求項２に記載の直動アクチュエータ。
【請求項４】
前記ウォームホイールの回転軸に同一軸線上に具備されたヘリカルギアを設け、該ヘリカルギアに前記最終段ギアが噛み合うように配置した請求項３に記載の直動アクチュエータ。
【請求項５】
負荷を取り付けるための出力部材取付部が、前記可動板の往復運動軸と一致させて、第１のアームの端部に設けられる請求項４に記載の直動アクチュエータ。
【請求項６】
スイッチをオンさせたときに前記可動板を一往復させる摺動接点機構を設け、該摺動接点機構は、絶縁性フレーム上に所定パターンを有するように配置された導電部材と、この導電部材に摺動接触する接点とから構成し、該導電部材を、前記最終段ギアの下方にそれと同心に固定する一方、前記接点を、回転中心からは偏位した位置において、回転する前記最終段ギアの裏面側に固定して、前記最終段ギアが1回転する際、導電部材の上を接触しながら1回転する請求項５に記載の直動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転を直進往復運動に変換して出力して、例えば、自動車電装用途としてシートロック簡易解除装置などに使用することのできる直動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の直動アクチュエータの構成を示す図である（特許文献１参照）。図示の直動アクチュエータは、フレーム内の取付板にモータを取付け、そのモータシャフトにウォームギアを設け、それに噛み合うウォームホイールで減速する。ウォームホイールにはロコモーション動作により直進往復運動可能な構成を設ける。即ち、ウォームホイールに設けたガイド部に長溝を形成し、ウォームホイールの回転に応じて、ウォームホイールに備えた固定板に設けたピンが長溝内を摺動する。このとき、ガイド部に接続したロッドが、フレームに設けたロッドガイドに支承されて、直進往復運動する。
【０００３】
このように、図示の直動アクチュエータは、ギア減速機構をウォームタイプとしたことによる減速比の改善により、ユニットの小型化を達成している。しかしながら、ウォームギアとウォームホイールとの配置と直進往復運動を行う軸（即ちモータシャフトとロッド）が直交しているために、無駄な空間が出来てしまうことになる。仮に、ロッドとモータシャフトを平行に配置したとしても、ユニット幅（直進往復運動方向と直交する方向のユニットの長さ）は、ウォームホイール外径にモータ半径が加わった長さとなるので、小型化の観点からは不利となってしまう。
【特許文献１】特開平４−２９５２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、直動アクチュエータは、ユニット幅を小さくして小型化することが求められている。また、直動アクチュエータをシートロック簡易解除装置などに使用する場合、ワイヤを引いてシートのロック解除し、ワイヤを戻してロックを行なう際、ワイヤ戻し時にモータが無負荷に近い状態となり、回転数が上昇して騒音が大きくなる。この対策のため、ワイヤ戻し時にモータに直列抵抗が接続されるようにし、これによる電圧降下で回転数を低下させることが考えられる。しかし、このような方法は、ワイヤ戻し時にのみ挿入する直列抵抗と、直列抵抗の挿脱に対応してそれぞれ特性の異なる焼損対策用の２個のポリスイッチ（過電流や過熱により熱せられると、素子内部の温度が上昇し、抵抗値が増大して、回路電流を微少に制限する過電流・過熱保護素子）が必要となり、コスト高となる。
【０００５】
本発明は、係る問題点を解決して、ユニットの幅を小さくすることを可能にして、直動アクチュエータのより一層の小型化を図るだけでなく、スプリングの圧縮により戻り作動速度を減速させることによりモータ減速用の直列抵抗を不要にすると共に、負荷駆動時にはモータ電流を抑えつつ駆動力を増強することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の直動アクチュエータは、モータと、そのモータシャフトに結合した減速機構部と、該減速機構部の最終段ギアの回転を直進往復運動に変換する直進往復運動機構部とを有する。最終段ギアは、その回転中心から偏位させて設けたピンを有する。直進往復運動機構部は、所定の幅及び長さを有するスリットを設けて、該スリット内を前記ピンが移動可能に構成した可動板を有する。この可動板は、その往復運動軸を最終段ギア中心を通るラインから一方の側にオフセットさせ、かつ、他方の側にオフセットした位置において、該可動板に作用する弾性部材を配置する。
【０００７】
可動板は、往復運動軸となる第１のアームと、弾性部材が作用する第２のアームを、最終段ギア中心を通るラインの両側に配置して全体的にはＵ字状に構成する。弾性部材は、可動板の引張り方向に対して引張り駆動力の補助となり、押し方向に対して負荷となるように作用するコイルスプリングによって構成することができる。減速機構部は、モータシャフトに固定されたウォームギアと、該ウォームギアに噛み合うように配置されたウォームホイールを有し、かつ、可動板の第１のアームは、その往復運動軸を幅方向の中心とする別のスリットを設けて、ウォームホイールの回転軸を逃がす構造とした。ウォームホイールの回転軸に同一軸線上に具備されたヘリカルギアを設け、該ヘリカルギアに最終段ギアが噛み合うように配置した。負荷を取り付けるための出力部材取付部が、可動板の往復運動軸と一致させて、第１のアームの端部に設けられる。
【０００８】
スイッチをオンさせたときに可動板を一往復させる摺動接点機構を設け、該摺動接点機構は、絶縁性フレーム上に所定パターンを有するように配置された導電部材と、この導電部材に摺動接触する接点とから構成し、該導電部材を、最終段ギアの下方にそれと同心に固定する一方、接点を、回転中心からは偏位した位置において、回転する最終段ギアの裏面側に固定して、最終段ギアが1回転する際、導電部材の上を接触しながら1回転する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コイルスプリングを追加することにより、引張り力の増強と、騒音の低減のための戻り作動速度減速を可能にし、かつ、スプリングの圧縮により戻り作動速度を減速させるため、モータ減速用の直列抵抗が不要になると共に焼損防止用ポリスイッチが１個でよくなる。また、可動板の中心に対して、引張りアームと圧縮アームを反対側に配置することによりコンパクトな設計が可能となる。さらに、最終段ギアに対してウォームホイール径を小さくとることを可能にすることによって、ユニットの幅を小さく取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明を具体化する直動アクチュエータの全体構成を示す上面図である。但し、フレーム蓋は取り除いた状態で示している。図２は、図１に示した直動アクチュエータを可動板の中央で切断した縦断面図である。直動アクチュエータは、モータと、減速機構部と、可動板及び弾性部材（スプリング）からなる直進往復運動機構部から構成される。これら構成は、フレーム（例えば、樹脂製）内に固定され、その上面には、フレーム蓋（例えば、樹脂製）が被せられる。モータ自体は、通常の、例えば直流駆動の整流子モータを用いることができる。図示のモータはフレームに設けた凹所内に固定されて、モータハウジングの一方の側面中央からは、モータシャフトが、モータ出力軸としてモータ外部に伸び、このモータシャフトに減速機構部が結合される。
【００１１】
減速機構部は、モータシャフトに圧入等により固定されたウォームギアと、ウォームホイール（ヘリカルギアＡ）と、ヘリカルギアＢと、最終段ギアとしてのヘリカルギアＣとで構成される。ウォームホイール（ヘリカルギアＡ）は、ウォームギアに噛み合うように配置されている。ヘリカルギアＡの中央には、フレームに支持された回転軸が、ヘリカルギアを回転可能に支持している。これによって、モータより得られたモータシャフト周りの回転力を、ウォームギア及びヘリカルギアＡによって、それとは直交する回転軸周りの回転に変更し、かつ減速を与える（図示の構成例は61：1の減速）。次に、図示の例においては、ヘリカルギアＡに伝達された回転力は、それと同じ回転軸周りに固定されているヘリカルギアＢ、及びこのヘリカルギアＢに噛み合うヘリカルギアＣによって、減速をする（図示の構成例は3.133：1の減速であり、全体の減速比は191：1となる）。
【００１２】
次に、ヘリカルギアＣによる回転力は、ヘリカルギアＣの中心からは偏位した位置においてヘリカルギアＣに固定されたピンを介し、直進往復運動機構を構成する可動板の直進往復運動に変換する。この直進往復運動方向は、モータシャフト軸と平行な方向である。可動板は、全体的にはＵ字状に可動板基部から引張りアーム及び圧縮アームが互いに同方向かつ平行に伸びるように構成される。この可動板の基部及び引張りアーム内にそれぞれ細長い第１及び第２スリット（長孔）が互いに直交する方向に配置されている。
【００１３】
第１スリットは、その長さ方向を、モータシャフト軸とは直交する方向に配置し、かつその長さ方向中心位置を、最終段ギア中心を通りかつモータシャフト軸と平行なライン上に位置させる。最終段ギア中心を通るこのラインの両側において、モータシャフト軸に遠い側に引張りアームが、そして近い側に圧縮アームが位置することになる。第１スリット内には、ヘリカルギアＣに設けたピンを、移動可能に配置する。ピン外周には、それに対して摺動回転可能のスリーブを付加し、ピンが第１スリット内を動く際に回転することにより摩擦力低減を行う。引張りアームの幅中央にある可動板の往復運動軸を、モータシャフトから離れる方向に、最終段ギア中心を通るラインからオフセットさせる（「オフセット距離Ａ」として図示）。このように、可動板の中心（往復運動軸）をずらせる（オフセットさせる）ことにより、ユニットの幅を小さくすることが可能になるだけでなく、詳細は後述するように、最弱引張力地点での力をロスが少なく直進往復運動に変換することが可能となる。
【００１４】
第２スリットは、可動板の引張りアームの往復運動軸を幅方向の中心として、その長さ方向を、モータシャフト軸方向に配置する。この第２スリットは、ヘリカルギアＡとヘリカルギアＢに共通に設けた回転軸を逃がすために設けられている。なお、可動板のガイド機能として、フレーム或いはフレーム蓋に溝を設けて、この溝内に可動板を挿入して往復運動を可能にしつつ、可動板をその両側から規制している。また、第２スリットは、モータシャフト直交方向の可動板の位置決め及び可動板の追加のガイドとして機能する。
【００１５】
結果として、第２スリットもまた、第１スリットの長さ方向中央（それ故、ヘリカルギアＣの中心）から離れる方向にオフセットし、かつ、そのオフセット方向は、モータシャフトから離れる方向（図中の下方向）である。このスリット間のオフセット距離Ａは、ヘリカルギアＡ、Ｂの回転中心と、ヘリカルギアＣの回転中心とのオフセット距離に一致する。
【００１６】
可動板の圧縮アームの先端には、一端が支持された弾性部材が設けられている。弾性部材の他端は、フレーム或いはフレーム蓋のような固定部に支持される。この弾性部材としては、図示したようなコイルスプリング以外にも、油圧ダンパーとかエアシリンダーなどを用いることができる。この弾性部材を設けることにより、詳細は後述するように、引張り力の増強と、騒音の低減のための戻り作動速度減速を図ることができる。可動板の中心に対して、引張りアームと圧縮アームを反対側に配置することによりコンパクトな設計が可能となる。
【００１７】
このように構成したことにより、可動板基部に設けられた第１スリット内をピンが動くことにより、モータの回転は、可動板の直進往復運動に変換される。往復運動する可動板の引張りアームの先端には、往復運動軸と一致させて、出力部材（ワイヤ或いは棒材）（図示省略）を取り付けるための出力部材取付部を有している。出力部材（図示省略）の他端は、外部負荷、例えば、シートロック簡易解除装置に結合されて、それを引っ張る方向、或いは押す方向に駆動する。
【００１８】
図３は、可動板の作用を説明する図である。可動板の引張りアームの中心位置（及びそれに一致する第２スリット位置）をヘリカルギアＣ（最終段ギア）の回転中心よりずらした距離は、図中に「オフセット距離Ａ」として表示している。図示の直動アクチュエータは、ヘリカルギアＡ，Ｂ共通の回転軸（それ故、第２スリット）をこのずらした軸線上に配置し、回転軸が第２スリットを貫通できる構造をとっている。このように、中心をずらしたことにより、最弱引張力地点での力をロスが少なく直進往復運動に変換することが可能となる。
【００１９】
ヘリカルギアＣに設けたピン位置として、図３において、始点／終点、中間地点、及び最大可動位置の３カ所を図示している。ヘリカルギアＣが、始点位置から時計回りに１回転する場合、図４に示すように、始点位置から最大可動位置まで可動板を引っ張る方向に駆動し、かつ、最大可動位置から終点位置まで押し出す方向に駆動することになる。図４は、直動アクチュエータの出力特性を示したもので、破線はモータ駆動力による出力、一点鎖線はスプリングの反力、実線は両者の合力を示している。引張り作動中の合力は、圧縮状態のスプリングが伸びる際のスプリング力がモータ駆動力に加わるように作用する。逆に、押し出す方向に作用するときは、スプリングを圧縮することになるので、モータ駆動力からスプリング力を差し引いた合力が、可動板に作用することになる。また、引張り及び押出のいずれの場合も、図４に示すように、中間地点での力が最小となる。
【００２０】
図３に見られるように、引っ張り駆動中の中間地点にあるときのピン位置に対して、第２スリット位置（引張りアーム中心）を、シャフト直交方向に近づけた構成となっている。引張りアーム中心（往復運動方向軸）からシャフト直交方向に大きく離れた位置で引っ張り駆動した際には、駆動力は、往復運動方向だけでなく直交方向にも分散され効率が悪くなるが、図示の構成のように、最小引張力となる中間地点にあるピン位置に、シャフト直交方向に、引張りアーム中心を近づけることにより、引っ張り駆動力の中間地点での低下を防ぐことが可能となる。但し、ピンが最大可動位置を過ぎて、押し出し力が作用しているときの中間地点では、ピン位置が引張りアーム中心からより一層離れて、ロスがより一層大きくなって押し出し駆動力がさらに低下することになるが、通常、この種直動アクチュエータは、最大可動位置或いはその直前で、例えば、シートロック解除装置のような負荷を作動させた後は、無負荷で終点位置に戻ることになるので、押し出し駆動力の低下は問題とならない。むしろ、押し出し駆動力はより一層低下させることが必要であり、そのための構成として、コイルスプリングが備えられている。
【００２１】
本発明の直動アクチュエータは、出力部材として棒材を用いて外部負荷を押し出す方向に駆動するよう構成することも可能であるが、例えば、シートロック簡易解除装置の外部負荷をワイヤを用いて引っ張る方向に駆動するよう構成する際は、可動板の引張り方向に作用するようにコイルスプリングを組み込むことになる。これによって、モータ仕様を変更することなく、コイルスプリングの戻り力により、引張り力の増強を図ることが可能になる。引張り力が増加することにより、負荷電流値の低減を図ることができる。このように、可動板が最大引張り位置から戻り動作に入ると同時に、スプリングを圧縮する方向に作用し、戻り作動速度を減速させることにより、騒音が低減される。
【００２２】
図５は、可動板が一往復する間のモータ負荷電流特性を示したもので、スプリング無しに対して、スプリング有りは、電流が低く、引張り作動時間は、短い。スタート時に起動電流が流れた後、可動板を引っ張り駆動中は、スプリングの補助によりピーク電流を抑えることができる。また、戻り作動時間は長くなっている。但し、最大可動位置を過ぎた後は、スプリングを圧縮するためのモータ負荷電流が流れる。
【００２３】
図６は、図１に示した直動アクチュエータを駆動するための回路構成を例示する図である。直流電源＋端子からは、スイッチＳＷ或いは摺動接点機構を介して、モータを通って−端子に電流が供給される。摺動接点機構は、図２に見られるように、絶縁性フレーム上に所定パターンを有するように配置された導電部材と、この導電部材に摺動接触する接点（ブラシ）とから構成される。この導電部材は、ヘリカルギアＣの下方に、それと同心に固定されている。接点は、回転中心からは偏位した位置において、回転するヘリカルギアＣの裏面側に固定されていて、ヘリカルギアＣが1回転する際、導電部材の上を接触しながら1回転する。
【００２４】
図６に例示の導電部材は、内周側（領域Ｂ）と外周側（領域Ａ）に電気的に分離（絶縁）する。領域Ａ，Ｂはいずれも、始点／終点位置で、ブラシ摺動部からの導出部を有して、その先端にはそれぞれ配線の一端が接続されている。接点は、領域Ｂに摺動接触する内周側ブラシと、領域Ａに摺動接触する外周側ブラシを一体に連結した構成を有している。
【００２５】
ここでスイッチＳＷは本ユニットの外に配置し、このスイッチのON/OFFは人の動作（手動）により行う。図６に示した接点位置が、始点／終点位置である。このとき、接点の内周側ブラシ及び外周側ブラシのいずれもが、領域Ｂの上にあって、外周側の領域Ａとの間の接続は遮断されている。スイッチＳＷをオンさせると、＋端子から電流がモータを通って−端子に流れて、モータが回転する。モータが回転すると、ヘリカルギアＣの回転と共に移動する接点は、領域Ｂと領域Ａを短絡して、この接点を通るモータへの給電回路が形成される。これによって、スイッチを離してオフさせても、モータは摺動接点機構を介して給電するので、モータ回転は継続する。そして、図示の始点／終点位置に戻って、領域Ｂと領域Ａの間の電気的接続はオフとなりモータは停止する。このように、モータ減速用の直列抵抗が不要になり、引っ張り駆動中と戻り中のモータ給電回路が同一となるため、焼損防止用として挿入されるポリスイッチが１個でよくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を具体化する直動アクチュエータの全体構成を示す上面図である。
【図２】図１に示した直動アクチュエータを可動板の中央で切断した縦断面図である。
【図３】可動板の作用を説明する図である。
【図４】直動アクチュエータの出力特性を示す図である。
【図５】可動板が一往復する間のモータ負荷電流特性を示す図である。
【図６】図１に示した直動アクチュエータを駆動するための回路構成を例示する図である。
【図７】従来の直動アクチュエータの構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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