JP4620540B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、出力部材が一方方向および他方方向に駆動された際の位置検出を行う検出機構を備えたアクチュエータに関するものである。

出力部材が一方方向および他方方向の双方に駆動されるアクチュエータにおいて、出力部材が一方方向および他方方向に駆動された際の位置検出を行う検出機構としては、従来、例えば、２つのマグネットとホールＩＣとを備えたものが提案されており、かかる検出機構では、２つのマグネットのうちの一方のマグネットによって、出力部材が一方方向に動いたときの位置検出を行う一方、他方のマグネットによって、出力部材が他方方向に動いたときの位置検出を行う（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２５８０４７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の構成では、出力部材の双方向での位置検出を行うために２つのマグネットを要し、部材点数が多いという問題点がある。また、レイアウト上の制約などによって、出力部材あるいはその周辺にマグネットを配置できない場合には、上記検出機構を配置できないという問題点もある。

以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、出力部材あるいはその周辺にレイアウト上の制約がある場合でも、少ない使用点数で出力部材の双方向の位置検出を行うことのできるアクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、動力源と、該駆動源からの一方方向および他方方向の駆動力を伝達する伝達機構と、該伝達機構を介して伝達された前記駆動力を出力する出力部材と、該出力部材が一方方向および他方方向に駆動されたときの位置検出を行うための検出機構とを有するアクチュエータにおいて、前記検出機構は、前記伝達機構に含まれる伝達部材に連動するカムと、前記伝達部材が一方方向および他方方向のいずれの方向に動いた際も前記カムによって待機位置から同一方向に変位する被検出部材と、該被検出部材の変位を検出するセンサとを備えていることを特徴とする。

本発明では、動力源の一方方向の駆動力が伝達機構を介して伝達されて出力部材が一方方向に動いた際、伝達機構に含まれる伝達部材の動きがカムを介して被検出部材に伝達され、被検出部材が変位する。従って、被検出部材の変位をセンサで検出すれば、出力部材が一方方向に動いた際の位置検出を行うことができる。また、動力源の他方方向の駆動力が伝達機構を介して伝達されて出力部材が他方方向に動いた際、伝達機構に含まれる伝達部材の動きがカムを介して被検出部材に伝達され、被検出部材が変位する。従って、被検出部材の変位をセンサで検出すれば、出力部材が他方方向に動いた際の位置検出を行うことができる。従って、出力部材が一方方向に動いた際の位置検出、および出力部材が他方方向に動いた際の位置を共通の被検出部材の変位によって検出できる。また、出力部材が一方方向に動いた際、および出力部材が他方方向に動いた際のいずれにおいても、被検出部材は同一方向に変位するので、出力部材が一方方向に動いた際の位置検出、および出力部材が他方方向に動いた際の位置検出を共通のセンサで行うことができる。よって、少ない部品点数で出力部材の双方向の位置検出を行うことができる。また、出力部材およびその周辺に検出機構を配置しなくてもよいので、レイアウト面での設計上の自由度が高いという利点もある。

本発明において、前記被検出部材は、前記カムによって軸線方向に直線的に変位することが好ましい。

本発明において、前記伝達機構は、例えば、歯車伝達機構であり、この場合、前記伝達部材は、当該歯車伝達機構に含まれる１つの歯車である。

本発明において、前記歯車は、前記歯車伝達機構で前記出力部材に直接、駆動力を伝達する最終歯車であることが好ましい。

本発明において、前記カムは、前記歯車と別体の円板状カム部材に構成され、当該円板状カム部材は、前記歯車に対して平面的に重ねて配置されて当該歯車と共通の軸線周りに回転可能に配置され、前記歯車および前記円板状カム部材のうちの一方には、前記歯車が一方方向に動いたときに前記カム部材を変位させる第１の干渉部と、前記伝達部材が他方方向に動いたときに前記カム部材を変位させる第２の干渉部とが構成され、かつ、前記第１の干渉部と前記第２の干渉部との間には遊び区間が構成されていることが好ましい。

本発明において、前記歯車および前記円板状カムのうちの一方側部材には、前記軸線周りに延びた円弧状の溝が形成され、他方側部材には、前記歯車が回転したときに前記溝内を当該溝に沿って移動する突起が形成され、前記溝の両端部のうち、一方の端部が前記第１の干渉部であり、他方の端部が前記第２の干渉部である。このように構成すると、出力部材を一方方向に駆動する際、歯車が１８０°を超えるような角度範囲で回転し、出力部材を他方方向に駆動する際にも、歯車が１８０°を超えるような角度範囲で回転する場合でも、被検出部材およびセンサを共通にしての位置検出を行うことができる。

本発明において、前記カムは、前記円板状カム部材の外周面に形成されているとともに、当該カムの全体が前記歯車の外周縁よりも内側に位置することが好ましい。

本発明では、出力部材が一方方向に動いた際の位置検出、および出力部材が他方方向に動いた際の位置を共通の被検出部材の変位によって検出できる。また、出力部材が一方方向に動いた際、および出力部材が他方方向に動いた際のいずれにおいても、被検出部材は同一方向に変位するので、出力部材が一方方向に動いた際の位置検出、および出力部材が他方方向に動いた際の位置検出を共通のセンサで行うことができる。よって、少ない部品点数で出力部材の双方向の位置検出を行うことができる。また、出力部材およびその周辺に検出機構を配置しなくてもよいので、レイアウト面での設計上の自由度が高いという利点もある。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したアクチュエータの一例を説明する。

（全体構成）
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は各々、本発明を適用したアクチュエータの側面図、縦断面図、および横断面図である。本形態におけるアクチュエータ１は、下ケース２１および上ケース２２からなるケース２の内部に、動力源であるＤＣモータ（以下、単にモータ３と呼ぶ）と、このモータ３の駆動力を伝達する歯車伝達機構４と、この歯車伝達機構４を介して伝達されたモータ３の駆動力によりスライド移動する出力部材５とを備えている。出力部材５は板状部材であり、出力部材５に対しては、図１（Ｂ）に示すように、ケース２の内面壁などを利用したガイド２３が形成されている。

モータ３は、双方向の回転が可能であり、このような双方向の回転により、出力部材５は、ケース２から突出する一方方向（矢印Ａで示す方向）、およびケース２の内側に引っ込む方向（矢印Ｂで示す方向）に移動してモータ３の駆動力を出力する。モータ３の回転軸３０にはウォームギア３１が固着され、回転軸３０の先端部は、軸受３２により回転可能に支持されている。

本形態において、歯車伝達機構４は、ウォームギア３１と噛み合う外歯歯車からなる第１の歯車４１と、この第１の歯車４１と噛み合う外歯歯車からなる第２の歯車４２とを備えており、第２の歯車４２は、最終歯車として、出力部材５に形成されているラック５１と噛み合っている。

（検出機構の構成）
図２は、本発明を適用したアクチュエータの検出機構に用いた円板状カム部材と伝達機構に用いた歯車との機構的な接続構造を示す分解斜視図である。

本形態のアクチュエータ１は、出力部材５の位置検出を行うための検出機構６を備えており、この検出機構６は、歯車伝達機構４に含まれる第２の歯車４２に連動するカム７と、第２の歯車４２が一方方向（反時計周りＣＣＷ）、および他方方向（時計周りＣＷ）のいずれの方向に動いた際もカム７によって待機位置から同一方向に変位する被検出部材８と、この被検出部材８の変位を検出するセンサ９とを備えている。

本形態において、センサ９はフォトインタラプタであり、被検出部材８に固着されたスイッチレバー８０がフォトインタラプタの光路を遮ったとき、被検出部材８が図１（Ｃ）に示す位置から矢印Ｃで示す方向に変位したことを検出する。なお、センサ９は、チップ抵抗９５などが実装されたフレキシブル基板９６上に実装され、このフレキシブル基板９６には、外部からのリード線９７が接続されている。また、フレキシブル基板９６とモータ３とはリード線９８で接続されており、センサ９による検出結果に基づいて、モータ３を制御することが可能になっている。

また、検出機構６は、被検出部材８をカム７に向けて付勢して、図１（Ｃ）に示すように、被検出部材８を待機位置に保持する付勢部材としてのコイルバネ６１を備えており、被検出部材８の基端部は、常にカム７に当接した状態にある。

図１（Ｃ）および図２に示すように、カム７は、第２の歯車４２と別体の円板状カム部材７０の外周面に形成され、円弧部７１と、この円弧部７１から半径方向外側に突出した凸部７２とを備えている。円板状カム部材７０は、第２の歯車４２に対して平面的に重ねて配置されており、カム７は、全体が第２の歯車４２の外周縁よりも内側に位置している。また、円板状カム部材７０と第２の歯車４２とは共通の支持軸４３（図１（Ｂ）、Ｃ）参照）に対して回転可能に支持されており、円板状カム部材７０および第２の歯車４２は、共通の軸線周りに回転可能である。

第２の歯車４２において円板状カム部材７０と対向する面には、支持軸４３周りに延びた円弧状の溝４２０が形成されている一方、円板状カム部材７０において第２の歯車４２と対向する面には、溝４２０の内側に嵌った突起７５が形成されている。従って、第２の歯車４２が反時計周りＣＣＷに回転したとき、溝４２０の両端部のうち、時計周りＣＷの側に位置する一方の端部は、第１の干渉部４２１として突起７５に当接し、円板状カム部材７０を反時計周りＣＣＷに回転させる。また、第２の歯車４２が時計周りＣＷ（他方方向）に回転したとき、反時計周りＣＣＷの側に位置する他方の端部は、第２の干渉部４２２として突起７５に当接し、円板状カム部材７０を時計周りＣＷ（他方方向）に回転させる。ここで、突起７５は、溝４２０の長さ寸法に比較して十分、小さいため、突起７５は、溝４２０の内部を移動自在である。従って、突起７５が溝４２０の長さ方向の途中位置にある間は、第２の歯車４２と円板状カム部材７０との機構的な接続が解除される。このようにして、溝４２０の第１の干渉部４２１と第２の干渉部４２２との間には遊び区間が確保されている。

（検出機構の動作）
図３（Ａ）〜（Ｆ）、および（Ｇ）〜（Ｌ）は各々、本発明を適用したアクチュエータにおいて出力部材を一方方向に駆動したときの説明図、および出力部材を一方方向に駆動したときの説明図である。なお、図３（Ａ）、（Ｇ）は各々、本発明を適用したアクチュエータにおいて、出力部材の位置とセンサ出力との関係を示す説明図であり、図３（Ｂ）〜（Ｆ）、および（Ｈ）〜（Ｌ）は各々、本発明を適用したアクチュエータにおいて、出力部材を駆動した際の第２の歯車、円板状カム部材、および被検出部材の位置関係を示す平面図である。また、本形態では、出力部材５の一方方向および他方方向のストロークは６０ｍｍであり、以下、出力部材５を一方方向に駆動した後、他方方向に駆動する際の動作を説明する。

まず、出力部材５が矢印Ｂで示す方向に移動し終えた状態にあるときは、第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係、および被検出部材８の基端部とカム７との位置関係は、図３（Ｂ）に示す状態にあり、突起７５は、溝４２０の第２の干渉部４２２と接し、被検出部材８の基端部は、カム７の凸部７２からずれて円弧部７１と接する位置にある。このため、被検出部材８は、コイルバネ６１によって円板状カム部材７０の側面部に向かって付勢されて待機位置にあるため、図３（Ａ）に示すように、センサ９からの出力はＯＦＦレベルにある。

この状態から、出力部材５を矢印Ａで示す方向に移動させるためにモータ３の回転軸３０が回転すると、その回転はウォームギア３１および歯車伝達機構４を介して出力部材５に伝達される。その際、歯車伝達機構４において、第１の歯車４１は時計周りＣＷに回転し、第２の歯車４２は反時計周りＣＣＷに回転し、出力部材５が矢印Ａで示す方向に移動する。その結果、検出機構６では、第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係が図３（Ｃ）および図３（Ｄ）に示す状態に移行する。このような区間は遊び区間であるため、突起７５は溝４２０内を相対移動するだけであり、円板状カム部材７０は回転しない。このため、被検出部材８は変位しないので、図３（Ａ）に示すように、センサ９からの出力は、ＯＦＦレベルのままであり、モータ３は回転し続ける。

そして、出力部材５をさらに矢印Ａで示す方向に駆動すると、検出機構６では、第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係、および第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係は、図３（Ｅ）に示す状態を経由して図３（Ｆ）に示す状態に移行する。このような動作を行う際、第２の歯車４２は、図３（Ｂ）に示す状態から図３（Ｆ）に示す状態になるまで、反時計周りＣＣＷに１回転弱の回転を行う。

その間に、溝４２０の第１の干渉部４２１が突起７５に当接して突起７５を反時計周りＣＣＷに押圧するので、円板状カム部材７０は、第２の歯車４２に連動して反時計周りＣＣＷに回転する。このため、被検出部材８は、カム７の凸部７２に押圧され、矢印Ｃで示す方向に変位するので、図３（Ａ）に示すように、センサ９からの出力がＯＮレベルになる。

そして、出力部材５が矢印Ａで示す方向の終端に達すると、図３（Ｆ）に示すように、カム７の凸部７２が被検出部材８と当接する位置を通過するので、被検出部材８は、再び、コイルバネ６１によってカム部材７０の側面部に向かって付勢されて待機位置に戻る。従って、図３（Ａ）に示すように、センサ９からの出力はＯＦＦレベルとなる。それ故、センサ９からの出力信号において、パルスの立下りＰＡを検出するだけで出力部材５が矢印Ａで示す方向における終端まで移動したことを検出できるので、その検出結果に基づいて、モータ３を停止させればよい。

次に、図３（Ｇ）〜（Ｌ）を参照して、本形態のアクチュエータ１において、出力部材５を図１の矢印Ｂ方向にスライド移動させるときの動作を説明する。

まず、出力部材５が矢印Ａで示す方向に移動し終えた状態にあるときは、第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係、および被検出部材８の基端部とカム７との位置関係は、図３（Ｆ）、（Ｈ）に示す状態にあり、突起７５は、溝４２０の第１の干渉部４２１と接し、被検出部材８の基端部は、カム７の凸部７２からずれて円弧部７１と接する位置にある。このため、被検出部材８は、コイルバネ６１によって円板状カム部材７０の側面部に向かって付勢されて待機位置にあるため、図３（Ｇ）に示すように、センサ９からの出力はＯＦＦレベルにある。

この状態から、出力部材５を矢印Ｂで示す方向に移動させるためにモータ３の回転軸３０が回転すると、その回転はウォームギア３１および歯車伝達機構４を介して出力部材５に伝達される。その際、歯車伝達機構４において、第１の歯車４１は反時計周りＣＣＷに回転し、第２の歯車４２は時計周りＣＷに回転し、出力部材５が矢印Ｂで示す方向に移動する。その結果、検出機構６では、第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係が図３（Ｉ）および図３（Ｊ）に示す状態に移行する。このような区間は遊び区間であるため、突起７５は溝４２０内を相対移動するだけであり、円板状カム部材７０は回転しない。このため、被検出部材８は変位しないので、図３（Ｇ）に示すように、センサ９からの出力は、ＯＦＦレベルのままであり、モータ３は回転し続ける。

そして、出力部材５をさらに矢印Ｂで示す方向に駆動すると、検出機構６では、第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係、および第２の歯車４２と円板状カム部材７０との位置関係は、図３（Ｋ）に示す状態を経由して図３（Ｌ）に示す状態に移行する。このような動作を行う際、第２の歯車４２は、図３（Ｈ）に示す状態から図３（Ｌ）に示す状態になるまで、時計周りＣＷに１回転弱の回転を行う。

その間に、溝４２０の第２の干渉部４２２が突起７５に当接して突起７５を時計周りＣＷに押圧するので、円板状カム部材７０は、第２の歯車４２に連動して時計周りＣＷに回転する。このため、被検出部材８は、カム７の凸部７２に押圧され、矢印Ｄで示す方向に変位するので、図３（Ｇ）に示すように、センサ９からの出力がＯＮレベルになる。

そして、出力部材５が矢印Ｂで示す方向の終端に達すると、図３（Ｌ）に示すように、カム７の凸部７２が被検出部材８と当接する位置を通過するので、被検出部材８は、再び、コイルバネ６１によってカム部材７０の側面部に向かって付勢されて待機位置に戻る。従って、図３（Ｇ）に示すように、センサ９からの出力はＯＦＦレベルとなる。それ故、センサ９からの出力信号において、パルスの立下りＰＢを検出するだけで出力部材５が矢印Ｂで示す方向における終端まで移動したことを検出できるので、その検出結果に基づいて、モータ３を停止させればよい。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のアクチュエータ１では、出力部材５が矢印Ａで示す方向に動いた際の位置検出、および出力部材５が矢印Ｂに動いた際の位置を共通の被検出部材８の変位によって検出できる。また、出力部材５が矢印Ａで示す方向に動いた際、および出力部材５が矢印Ｂに動いた際のいずれにおいても、被検出部材８は矢印Ｃで示す方向に変位するので、出力部材５が矢印Ａで示す方向に動いた際の位置検出、および出力部材５が矢印Ｂに動いた出力部材５が一方方向に動いた際の位置検出を共通のセンサ９で行うことができる。よって、少ない部品点数で出力部材５の双方向の位置検出を行うことができる。また、出力部材５およびその周辺に検出機構６を配置しなくてもよいので、レイアウト面での設計上の自由度が高いという利点もある。

さらに、第２の歯車４２の回転を円板状カム部材７０に伝達する第１の干渉部４２１と第２の干渉部４２２との間には遊び区間が確保されているため、出力部材５を矢印Ａで示す方向に駆動する際、第２の歯車４２が１８０°を超えるような角度範囲で回転し、出力部材５を矢印Ｂで示す方向に駆動する際にも、第２の歯車４２が１８０°を超えるような角度範囲で回転する場合でも、被検出部材８およびセンサ９を共通にしての位置検出を行うことができる。

（その他の実施形態）
上記実施の形態では、第２の歯車４２の回転を円板状カム部材７０に伝達する第１の干渉部４２１と第２の干渉部４２２との間には遊び区間を設けるにあたって、第２の歯車４２の溝４２０と円板状カム部材７０の突起７５とを利用したが、第２の歯車４２に突起を設け、円板状カム部材７０に溝を設けてもよい。また、第２の歯車４２および円板状カム部材７０の双方に突起を設けた構成を採用してもよい。

また、上記形態では、センサ９としてフォトインタラプタなどといった光学スイッチを用いたが、マグネットとホールＩＣなどといった磁気スイッチ、あるいはタクトスイッチなどの機械式スイッチを用いてもよい。また、上記実施の形態では、出力部材としてスライド動作をするものを用いたが、出力部材として回転動作を行うものを用いてもよい。さらに、上記実施の形態では、

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は各々、本発明を適用したアクチュエータの側面図、縦断面図、および横断面図である。 本発明を適用したアクチュエータの検出機構に用いた円板状カム部材と伝達機構に用いた歯車との機構的な接続構造を示す分解斜視図である。 （Ａ）〜（Ｆ）、および（Ｇ）〜（Ｌ）は各々、本発明を適用したアクチュエータにおいて出力部材を一方方向に駆動したときの説明図、および出力部材を一方方向に駆動したときの説明図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
３ モータ
４ 伝達機構
５ 出力部材
６ 検出機構
７ カム
８被検出部材
９ センサ
４１ 第１の歯車
４２ 第２の歯車
６１ コイルバネ（付勢部材）
７０ カム部材
７１ 円弧部
７２ 凸部
７５ 突起
４２０ 溝
４２１ 第１の干渉部
４２２ 第２の干渉部

Claims (7)

1. 動力源と、該駆動源からの一方方向および他方方向の駆動力を伝達する伝達機構と、該伝達機構を介して伝達された前記駆動力を出力する出力部材と、該出力部材が一方方向および他方方向に駆動されたときの位置検出を行うための検出機構とを有するアクチュエータにおいて、
   前記検出機構は、前記伝達機構に含まれる伝達部材に連動するカムと、前記伝達部材が一方方向および他方方向のいずれの方向に動いた際も前記カムによって待機位置から同一方向に変位する被検出部材と、該被検出部材の変位を検出するセンサとを備えていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１において、前記被検出部材は、前記カムによって軸線方向に直線的に変位することを特徴とするアクチュエータ。
3. 請求項１または２において、前記伝達機構は、歯車伝達機構であり、
   前記伝達部材は、当該歯車伝達機構に含まれる１つの歯車であることを特徴とするアクチュエータ。
4. 請求項３において、前記歯車は、前記歯車伝達機構で前記出力部材に直接、駆動力を伝達する最終歯車であることを特徴とするアクチュエータ。
5. 請求項３または４において、前記カムは、前記歯車と別体の円板状カム部材に構成され、
   当該円板状カム部材は、前記歯車に対して平面的に重ねて配置されて当該歯車と共通の軸線周りに回転可能に配置され、
   前記歯車および前記円板状カム部材のうちの一方には、前記歯車が一方方向に動いたときに前記カム部材を変位させる第１の干渉部と、前記伝達部材が他方方向に動いたときに前記カム部材を変位させる第２の干渉部とが構成され、かつ、
   前記第１の干渉部と前記第２の干渉部との間には遊び区間が構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
6. 請求項５において、前記歯車および前記円板状カムのうちの一方側部材には、前記軸線周りに延びた円弧状の溝が形成され、他方側部材には、前記歯車が回転したときに前記溝内を当該溝に沿って移動する突起が形成され、
   前記溝の両端部のうち、一方の端部が前記第１の干渉部であり、他方の端部が前記第２の干渉部であることを特徴とするアクチュエータ。
7. 請求項５または６において、前記カムは、前記円板状カム部材の外周面に形成されているとともに、当該カムの全体が前記歯車の外周縁よりも内側に位置することを特徴とするアクチュエータ。

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