JP2006029528A - 電動リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を抑え、品質の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】
電動モータ５と同軸状に連結され、外周にねじ溝７ａが形成されたねじ軸７と、外周にリンク２の一端部を支持する支持軸１２を有し、内周にねじ溝８ａが形成されたナット８と、両ねじ溝間に収容されたボール９とからなり、電動モータ５の回転運動を軸方向運動に変換し、支持軸１２を介してリンク２を揺動運動させるボールねじ３と、ねじ軸７を回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承する一対の支持軸受１０、１１とを備えた電動リニアアクチュエータ１において、電動モータ５側の支持軸受１０を複列アンギュラ玉軸受とすると共に、ボールねじ３に軽予圧を付与することにより、ボールねじ３に振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を抑えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車のブレーキ、エンジン、トランスミッション等の駆動部に使用される電動リニアアクチュエータ、特に電動モータの回転を、ボールねじ機構を介して直線運動に変換して用いる電動リニアアクチュエータに関するものである。

自動車等の車両の各種駆動部に使用される電動リニアアクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。

従来、この種の電動リニアアクチュエータでは、駆動側の作用線はボールねじの軸心と同一であり、純アキシアル荷重がボールねじに負荷されるが、ボールねじに負荷される荷重が純アキシアル荷重でない場合には、ボールねじにラジアル荷重が直接負荷されないように、リニアガイド等が併用されていた。

しかしながら、一般産業機器の用途では、比較的大きな空間スペースがあり、構成部品の配置や大きさに対する自由度が大きいが、自動車のエンジンルーム等ではそれが厳しく制限される。したがって、ボールねじに純アキシアル荷重のみが負荷される構造の電動リニアアクチュエータを組み込むことは困難であった。

こうした問題点を解決したものとして、図５に示すような電動リニアアクチュエータが知られている。この電動リニアアクチュエータ５０は、一対のリンク５１と、このリンク５１を介して被駆動部材を揺動駆動するボールねじ５２と、このボールねじ５２を駆動する電動モータ５３とから構成されている。

ボールねじ５２は、電動モータ５３により回転駆動されるねじ軸５４と、このねじ軸５４の外周面に形成された螺旋状のねじ溝５４ａと対向する螺旋状のねじ溝５５ａが内周面に形成されたナット５５と、これら両ねじ溝５４ａ、５５ａ間に収容された多数のボール５６とを備えている（図６参照）。ナット５５には、リンク５１の一端部を回転自在に支承する支持軸５７が設けられている。この支持軸５７は、ナット５５の重心を通り、ねじ軸５４の軸心に対して直角に設けられている。

また、ボールねじ５２は、螺旋状のねじ溝５４ａ、５５ａとの間にボール５６の無限循環路を形成する循環部材としてのリターンチューブ５８を備えている。このリターンチューブ５８は、ナット５５に装着されており、図６に示すように、支持軸５７を介してナット５５に作用する負荷荷重Ｆのラジアル方向成分Ｆｒが作用する側（図中上側）と反対側（図中下側）に配置されている。

これにより、ラジアル方向成分Ｆｒが作用する反対側（図中下側）に位置するボール数より、ラジアル方向成分Ｆｒが作用する側（図中上側）に位置するボール数が多くなる。したがって、支持軸５７を介してナット５５に作用する負荷荷重Ｆのラジアル方向成分Ｆｒによってボールねじ５２の寿命が低下するのを防止することができる。
特開２００４−８４８２７号公報

しかしながら、こうした従来の電動アクチュエータ５０において、ボールねじ５２のねじ軸５４を回転自在に支承する支持軸受として一対の深溝玉軸受５９、６０が配設されているが、この場合、電動リニアアクチュエータ５０のボールねじ５２には、作用点からの反力として振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されるため、振動や音響面において依然課題が残っていた。

本発明は、こうした従来の課題を解消し、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を抑え、品質の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールと、前記両ねじ溝間にボールの無限循環路が形成されたボールの循環部材とからなり、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承する一対の支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記支持軸受のうち前記電動モータ側の支持軸受をアンギュラ玉軸受とし、前記ねじ軸に負荷されるアキシアル荷重を支持する構成を採用した。

このように、電動モータ側の支持軸受をアンギュラ玉軸受とし、ねじ軸に負荷されるアキシアル荷重を支持するようにしたので、角振れを小さく抑制することができ、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、電動リニアアクチュエータの振動や騒音の発生を抑えることができる。

また、前記アンギュラ玉軸受は、請求項２に記載の発明のように、複列のアンギュラ玉軸受であっても良いし、また、請求項３に記載の発明のように、四点接触玉軸受であっても良い。

好ましくは、請求項４に記載の発明のように、前記ボールねじに予圧が付与されていれば、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を一層抑えることができ、品質の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供することができる。

さらに好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記ボールねじに大径サイズのボールが収容され、当該ボールねじに軽予圧が付与されていれば、ボールねじの回転トルクの上昇を抑制し、温度上昇を防止することができる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールと、前記両ねじ溝間にボールの無限循環路が形成されたボールの循環部材とからなり、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承する一対の支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記支持軸受のうち前記電動モータ側の支持軸受をアンギュラ玉軸受とし、前記ねじ軸に負荷されるアキシアル荷重を支持するようにしたので、角振れを小さく抑制することができ、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、電動リニアアクチュエータの振動や騒音の発生を抑えることができる。

ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールと、前記両ねじ溝間にボールの無限循環路が形成されたボールの循環部材とからなり、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承する一対の支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記支持軸受のうち前記電動モータ側の支持軸受を複列アンギュラ玉軸受とし、前記ねじ軸に負荷されるアキシアル荷重を支持すると共に、前記ボールねじに軽予圧を付与した。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの第１の実施形態を示す要部を断面した正面図、図２は、本発明に係るボールねじを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は駒部材の斜視図である。

この電動リニアアクチュエータ１は、リンク２と、このリンク２を介して図示しない被駆動部材を揺動駆動するボールねじ３と、このボールねじ３を駆動し、ハウジング４に取付けた電動モータ５とから構成されている。

ボールねじ３は、電動モータ５のモータ軸５ａにカップリング６を介して連結され、図２（ａ）に示すように、電動モータ５により回転駆動されるねじ軸７と、このねじ軸７の外周面に形成された螺旋状のねじ溝７ａと対向する螺旋状のねじ溝８ａが内周面に形成されたナット８と、これら両ねじ溝７ａ、８ａ間に収容された多数のボール９とを備えている。各ねじ溝７ａ、８ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここでは、各ねじ溝７ａ、８ａの断面形状は、ボール９との接触角が大きくとれ、軸方向すきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、アキシアル荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。

円筒状のナット８の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝８ａの一部を切欠く楕円状の駒窓１３が穿設され、この駒窓１３に楕円状の駒部材１４が装着されている。また、図２（ｂ）に示すように、駒部材１４の内方には、ねじ溝８ａの隣合う１周分同士を連結する連結溝１５が形成され、この連結溝１５とねじ溝８ａの略１周の部分とでボール９の転動路を構成している。そして、転動路内の内外のねじ溝７ａ、８ａ間に介在された多数のボール９は、ねじ溝７ａ、８ａに沿って転動し、駒部材１４の連結溝１５に案内されてねじ軸７のねじ山を乗り越え、隣接するねじ溝７ａに戻り、再びねじ溝７ａ、８ａに沿って転動する。

駒部材１４の連結溝１５は、ナット８の隣接するねじ溝８ａ間を滑らかに接続するようにＳ字状に湾曲して形成されている。したがって、その両端の開口縁１６は、ナット８の隣接するねじ溝８ａの窓開口縁部に合致するように、駒部材１４の連結溝１５がねじ溝８ａに接続されている。また、連結溝１５の深さは、ボール９が連結溝１５内でねじ軸７におけるねじ溝７ａのねじ山を越えることができる深さとされている。

この駒部材１４は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込むことにより成形される。前記金属粉としては、後に浸炭焼入が可能な材質が好ましく、例えば、Ｃ（炭素）が０．３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が１〜２ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）からなるものとする。なお、駒部材１４の材質はこれに限らず、例えば、ＰＡ（ポリアミド）６６等の射出成形可能な熱可塑性樹脂によって形成しても良い。

図１に示すように、ねじ軸７は、一対の転がり軸受からなる支持軸受１０、１１を介してハウジング４に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。一方、ナット８は、その外周面に一対の支持軸１２が突設されている。この支持軸１２は、リンク２の一端部を回転自在に支承し、ねじ軸７の軸心に対して直角に突設されている。したがって、ナット８は、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支持されている。

このような構成により、電動モータ５の回転に伴ってねじ軸７が回転し、このねじ軸７の回転によりナット８が軸方向（図中左右方向）に移動される。すなわち、このボールねじ３により、モータ軸５ａの回転運動がボールねじ３を介してナット８の軸方向運動に変換され、ナット８の支持軸１２を介して連結されたリンク２が揺動運動する。

ここで、ボールねじ３には所定の軽予圧が付与されている。すなわち、両ねじ溝７ａ、８ａ間に収容されるボール９として僅かな大径サイズを選択している。これにより、ボールねじ３に振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を抑えることができる。なお、ボールねじ３に予圧を付与する手段としては、このように、大径サイズのボール９を収容する以外に、図示しないが、ナット８を一対のナットで構成し、このナット間にすきま調整用の間座を介装する、所謂ダブルナット方式、あるいは、ねじ軸７におけるねじ溝７ａのリードを連続的に変化させ、ねじ軸７とナット８との間に予圧を付与する方式であっても良い。

さらに、本実施形態では、ねじ軸７を回転自在に支承する一対の支持軸受１０、１１のうち、電動モータ５側に配設される支持軸受１０に複列アンギュラ玉軸受、一方、ねじ軸７の端部に配設される支持軸受１１に深溝玉軸受が使用されている。この支持軸受１１は深溝玉軸受で構成されているため、運転中に温度上昇が生じてねじ軸７が膨張しても、この支持軸受１１の内部すきまにより許容することができると共に、外輪はハウジング４に対してすきまばめで嵌合されているため、軸方向にスライド可能である。したがって、ねじ軸７に無理な変形が生じ、ボールねじ３の回転トルクが上昇するのを防止することができる。

支持軸受１０は、図３に示すように、内周に複列の外側転走面１７ａ、１７ａが形成された外輪１７と、内周に複列の内側転走面１８ａ、１８ａが形成された内輪１８と、これら両転走面１７ａ、１８ａ間に保持器１９を介して転動自在に収容された複列のボール２０、２０とからなる複列アンギュラ玉軸受で構成されている。この支持軸受１０は、所定の接触角αを有し、従来から使用されている深溝玉軸受に比べ負荷容量が大きく、また、角振れを小さく抑制することができるため、ボールねじ３に振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、前述したボールねじ３の軽予圧と相俟って、電動リニアアクチュエータ１の振動や騒音の発生を抑えることができる。

なお、ここでは、支持軸受１０として複列のアンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず、一対の単列のアンギュラ玉軸受を組み合せて使用し、ねじ軸７に負荷されるアキシアル荷重を支持しても良い。

図４は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの第２の実施形態を示す要部拡大図である。なお、この第２の実施形態は、前述した実施形態と基本的には支持軸受のみが異なり、その他同一部品同一部位あるいは同一機能の部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施形態では、電動モータ（図示せず）側に配設される支持軸受２１に四点接触玉軸受が使用され、ねじ軸７の端部に配設された図示しない深溝玉軸受からなる支持軸受１１と共に、ねじ軸７をハウジング４に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承している。この四点接触玉軸受からなる支持軸受２１は、内周に外側転走面２２ａが形成された外輪２２と、この外側転走面２２ａに対向する内側転走面２３ａが形成された内輪２３と、両転走面２２ａ、２３ａ間に転動自在に収容されたボール２４とを備えている。

外側転走面２２ａの断面形状は、軸受の幅中心に対して軸方向に等距離オフセットした一対の曲率中心を有する円弧面で構成された、所謂ゴシックアーク形状に形成されている。一方、内輪２３は、互いに突き合された一対の内リング部材２５、２６からなり、各内リング部材２５、２６の外周には所定の曲率半径を有する円弧状の断面形状からなる転走面２５ａ、２６ａがそれぞれ形成され、各転走面２５ａ、２６ａは互いに協働してゴシックアーク形状の内側転走面２３ａが構成されている。

本実施形態における支持軸受２１は四点接触玉軸受からなり、外側転走面２２ａおよび内側転走面２３ａの断面形状がゴシックアークに形成されているので、所定の接触角αを有し、単列の玉軸受でありながら両方向のアキシアル荷重を負荷することができると共に、軸受の径方向すきまに対して軸方向すきまの範囲を抑制することができ、ボールねじ（図示せず）に振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、前述した実施形態と同様、電動リニアアクチュエータの振動や騒音の発生を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、電動モータのモータ軸と同軸状に連結され、モータ軸の回転運動を軸方向運動に変換するボールねじを備え、このボールねじにおけるねじ軸を、一対の支持軸受でハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承した構成の電動リニアアクチュエータに適用できる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータの第１の実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）は、本発明に係るボールねじを示す縦断面図である。 （ｂ）は、同上駒部材を示す斜視図である。 図１の要部拡大図である。 本発明に係る電動リニアアクチュエータの第２の実施形態を示す要部拡大図である。 従来の電動リニアアクチュエータを示す一部を断面した正面図である。 図５のボールねじを示す縦断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
２・・・・・・・・・・・・・・・・・リンク
３・・・・・・・・・・・・・・・・・ボールねじ
４・・・・・・・・・・・・・・・・・ハウジング
５・・・・・・・・・・・・・・・・・電動モータ
５ａ・・・・・・・・・・・・・・・・モータ軸
６・・・・・・・・・・・・・・・・・カップリング
７・・・・・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
７ａ、８ａ・・・・・・・・・・・・・ねじ溝
８・・・・・・・・・・・・・・・・・ナット
９、２０、２４・・・・・・・・・・・ボール
１０、１１、２１・・・・・・・・・・支持軸受
１２・・・・・・・・・・・・・・・・支持軸
１３・・・・・・・・・・・・・・・・駒窓
１４・・・・・・・・・・・・・・・・駒部材
１５・・・・・・・・・・・・・・・・連結溝
１６・・・・・・・・・・・・・・・・開口縁
１７、２２・・・・・・・・・・・・・外輪
１７ａ、２２ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
１８・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
１８ａ、２３ａ・・・・・・・・・・・内側転走面
１９・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
２５、２６・・・・・・・・・・・・・内リング部材
２５ａ、２６ａ・・・・・・・・・・・転走面
５０・・・・・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
５１・・・・・・・・・・・・・・・・リンク
５２・・・・・・・・・・・・・・・・ボールねじ
５３・・・・・・・・・・・・・・・・電動モータ
５４・・・・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
５４ａ、５５ａ・・・・・・・・・・・ねじ溝
５５・・・・・・・・・・・・・・・・ナット
５６・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
５７・・・・・・・・・・・・・・・・支持軸
５８・・・・・・・・・・・・・・・・リターンチューブ
５９、６０・・・・・・・・・・・・・深溝玉軸受
Ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・負荷荷重
Ｆｒ・・・・・・・・・・・・・・・・ラジアル方向成分
α・・・・・・・・・・・・・・・・・接触角

Claims (5)

1. ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールと、前記両ねじ溝間にボールの無限循環路が形成されたボールの循環部材とからなり、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承する一対の支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、
   前記支持軸受のうち前記電動モータ側の支持軸受をアンギュラ玉軸受とし、前記ねじ軸に負荷される軸方向荷重を支持したことを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
2. 前記アンギュラ玉軸受を複列のアンギュラ玉軸受とした請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
3. 前記アンギュラ玉軸受を四点接触玉軸受とした請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
4. 前記ボールねじに予圧が付与されている請求項１乃至３いずれかに記載の電動リニアアクチュエータ。
5. 前記ボールねじに大径サイズのボールが収容され、当該ボールねじに軽予圧が付与されている請求項４に記載の電動リニアアクチュエータ。

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