JP2008185043A - 直動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータの非制御中において逆入力振動が働いてもねじ送り機構が動かないようにする。
【解決手段】 中空円筒状のロータ５３をナットとして備えた電動モータ６０と、軸回り方向に回転不能で軸線方向に移動可能なねじ軸となる駆動シャフト６１と、電動モータ６０のロータ５３と駆動シャフト６１との間に設けられる複数の遊星ローラ６２とにより、ロータ５３の回転運動を駆動シャフト６１の直線運動に変換する。電動モータ６０が制御状態におかれていないときには、ロータ５３と駆動シャフト６１との間にソレノイド８０の押圧体８３を挿入して、駆動シャフト６１を遊星ローラ６２に押し付ける。これにより送りねじ機構に荷重が加わって逆入力振動に対しても送りねじ機構が動かなくなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動モータの回転運動を直線運動に変換する直動アクチュエータに関する。

従来から、この種の直動アクチュエータとしては、例えば、ボールねじ送り機構やローラねじ送り機構を設けたものが知られている。ボールねじ送り機構の場合は、正効率（回転運動を直線運動に変換する効率）は高いものの、逆効率（直線運動を回転運動に変換する効率）を０以下にすることができず、逆入力（駆動対象物から入力される力）に対して駆動シャフトが軸線方向に動いてしまう。

これに対して、ローラねじ送り機構の場合は、ねじリードを小さくすることができ、逆効率を０以下にすることができる。ローラねじ送り機構を用いた直動アクチュエータとしては、例えば、特許文献１に提案されている。このものでは、電動モータのロータ軸の外周面と、ロータ軸の外径側に固定された外輪部材の内径面との間に複数の遊星ローラを設けている。遊星ローラの外周面には螺旋溝が形成され、外輪部材の内周面には遊星ローラの螺旋溝に嵌りこむ螺旋状凸条が形成される。これにより、ロータ軸の回転に伴って、遊星ローラは、ロータ軸回りを自転しながら公転して、軸線方向へ相対移動する。
特開２００６−１９４３５６号

こうしたローラねじ送り機構を用いた直動アクチュエータにおいては、ねじ送り機構は逆入力に対して動かないと考えられている。しかし、実際には、ねじ送り機構のガタを完全になくす事はできないため、駆動対象物から振動が入力された場合には、ねじ送り機構が動いてしまうことがある。
一例として、この直動アクチュエータを車両の転舵装置に適用したケースについて説明する。転舵装置は、直動アクチュエータを車体と転舵輪との間に備え、運転者のハンドル操作に応じて電動モータを駆動制御することで、モータ回転運動を駆動シャフトの直線運動に変換し転舵輪を転舵する。直動アクチュエータは、電動モータが制御状態におかれている時には、仮に、車輪から振動が入力されてもモータ制御により転舵角を適正に維持することができる。しかし、直動アクチュエータは、電動モータが制御状態におかれていないときには、電動モータによりねじ送り機構に荷重が加わっていないため、車輪から振動が入力されると、ねじ送り機構が動いてしまい転舵輪の向きが変化するおそれがある。

例えば、車両をトレーラに載せて輸送するときには、トレーラの振動が荷台車両の車輪に伝わり、その逆入力振動によりねじ送り機構が動かされて車輪が転舵してしまうことがある。また、１輪の転舵装置が故障しているときの走行中（修理工場へ向かう走行中）においても、直動アクチュエータの電動モータが駆動制御されていない状態となるため、車輪に伝わる路面からの振動によりねじ送り機構が動かされて車輪が転舵してしまうことがある。

転舵装置は、転舵輪の舵角（転舵角）を検出するセンサを備えるが、電動モータの回転角度から転舵角を演算するタイプのものでは絶対角度を検出できない。こうした操舵装置においては、基準位置から電動モータの回転角度分を加減算することにより現時点の転舵角を推定により算出している。つまり、車輪の転舵制御を行っていないときには車輪の向きが変化しないという前提で、転舵制御中における電動モータの回転角度から転舵角検出を行っている。従って、転舵制御を行っていないときに、逆入力によりねじ送り機構が動いてしまった場合には、実際の転舵角と転舵装置が認識している相対転舵角との間に差が生じてしまう。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、電動モータの非制御中において逆入力が働いてもねじ送り機構が動かないようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、電動モータと、軸回り方向に回転不能で軸線方向に移動可能な駆動シャフトと、上記電動モータのロータと上記駆動シャフトとの間に設けられ、上記ロータの回転運動を上記駆動シャフトの直線運動に変換するねじ送り機構とを備えた直動アクチュエータにおいて、上記電動モータが制御状態におかれていないときに、上記駆動シャフトを上記ねじ送り機構に押し付ける押付手段を備えたことにある。
この場合、上記押付手段は、上記電動モータが制御状態におかれたときに、上記駆動シャフトのねじ送り機構への押付を解除するように構成するとよい。

この発明によれば、電動モータのロータの回転運動がねじ送り機構により駆動シャフトの直線運動に変換される。電動モータが制御状態におかれていない場合には、ねじ送り機構に荷重が働いていないため、駆動対象物から駆動シャフトに振動が入力されるとねじ送り機構が動きやすい。そこで、本発明においては、電動モータが制御状態におかれていないときに、押付手段が駆動シャフトをねじ送り機構に押し付ける。従って、ねじ送り機構を構成するねじ同士が押し付けられ、ねじ間の摩擦抵抗によりねじ送り機構が動かなくなる。

また、電動モータが制御状態におかれたときには、押付手段が駆動シャフトのねじ送り機構への押付を解除するため、ねじ送り機構をスムーズに作動させて電動モータのロータの回転運動を駆動シャフトの直線運動に変換することができる。

本発明の他の特徴は、上記ねじ送り機構は、上記電動モータのロータに設けられるナットと、上記駆動シャフトに設けられ上記ナットの円筒空間内に上記ナットと隙間をあけて同一軸線上に配置されるねじ軸と、上記ナットの内周ねじ形成面と上記ねじ軸の外周ねじ形成面との間に介在され、上記ナットが回転したときに上記ナットの内周ねじ形成面と上記ねじ軸の外周ねじ形成面との間を自転しながら公転する複数の回転体とを備え、上記押付手段は、上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間に挿入可能に設けられる押圧体と、上記電動モータが制御状態におかれていないときに上記押圧体を上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間に押し込み、上記電動モータが制御状態におかれたときに上記押圧体を上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間から退避させる進退駆動装置とを備えたことにある。

この発明においては、電動モータのロータにナットが設けられ、このナットの円筒空間内にねじ軸が配置される。このねじ軸は、駆動シャフトに設けられる。ナットの内周面およびねじ軸の外周面には、それぞれねじが形成される。そして、ナットの内周ねじ形成面とねじ軸の外周ねじ形成面との間に複数の回転体が設けられ、電動モータの駆動によりナットが回転したときに、回転体が両ねじ形成面の間を自転しながら公転する。このとき、ねじ軸を設けた駆動シャフトは、軸回り方向に回転不能で軸線方向に移動可能に設けられるため、回転体の動きによりねじ軸が軸線方向に押されて直線方向に移動する。このように、ねじ送り機構は、ナットとねじ軸と回転体とを含んで構成される。

押圧手段は、ナットの内周面とねじ軸の外周面との間に挿入可能に設けられる押圧体と、この押圧体を進退させる進退駆動装置とを備える。進退駆動装置は、電動モータが制御状態におかれていないときに、押圧体をナットの内周面とねじ軸の外周面との間の空間に押し込む。この押圧体が押し込まれることにより、ねじ軸は主に径方向に押圧される。従って、この押圧方向におけるねじ軸の外周ねじ形成面とナットの内周ねじ形成面との間に介在される回転体が、両ねじ形成面に強く挟まれることになる。この結果、回転体が挟まれた部分のガタが詰められて、この部分で回転体の運動が規制される。従って、駆動対象物から振動が駆動シャフトを介してねじ送り機構に入力されても、回転体が転動して駆動シャフトが動いてしまうといった不具合を防止することができる。

尚、ねじ送り機構を構成する要素の１つであるナットは、電動モータのロータに固着しても良いが、ロータ自身を中空円筒状に形成し、その中空円筒内周面に雌ねじを形成してナットを構成してもよい。これによれば、直動アクチュエータをコンパクトに構成することができる。
また、ねじ軸と駆動シャフトとを別体に構成してもよいが、駆動シャフトの外周面に雄ねじを形成してねじ軸を構成してもよい。この場合、押圧手段は、駆動シャフトを押し付けることにより、その外周面に形成した雄ねじ形成面を回転体に押し付ける。

本発明の他の特徴は、上記押圧体は、上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間への挿入方向に細くなった楔状体であることにある。

この発明によれば、押圧体が挿入方向に細くなった楔状体であるため、ナットの内周面とねじ軸の外周面との隙間に押圧体を簡単に押し込むことができる。しかも、楔状体の押し込みにより、ねじ軸とナットとの間で回転体が強く挟まれ、その状態が確実に維持される。従って、振動を伴う逆入力に対して、ねじ送り機構の動きを確実に規制することができる。

本発明の他の特徴は、上記回転体は、上記ねじ軸の周りに等間隔に配置される遊星ローラであることにある。

この発明によれば、ナットとねじ軸との間に介在される回転体として遊星ローラを用いているため、ねじリードを小さくすることができ逆効率を０以下にすることができる。従って、振動を伴う逆入力に対しては、遊星ローラと押圧体との協調によりねじ送り機構の動きを規制することができる。
尚、回転体としてボールねじを用いた場合には、ねじリードを小さくして逆効率を０に近づけようとするとボール径が小さくなってしまうため、ねじ軸やナットの径を大きくするなど、装置の大型化や耐久性といった問題が生じるが、本発明のように遊星ローラを用いた場合には、そうした問題を生じない。

本発明の他の特徴は、上記電動モータを車体に支持するとともに上記駆動シャフトを転舵輪に連結することにより、転舵アクチュエータとして使用されることにある。
この場合、乗員によりハンドル操作される操舵操作部と転舵輪を転舵する転舵駆動部とを機械的に分離したステアリングバイワイヤ方式の操舵装置に使用することができる。

この発明によれば、直動アクチュエータが車両の転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータとして使用される。例えば、電動モータのハウジングを車体側に固定し、駆動シャフトの先端を転舵輪のナックルに連結する。そして、電動モータを駆動することによりナックルの先端を進退移動させて転舵輪の舵角を調整する。

転舵アクチュエータは、電動モータが制御状態におかれていないとき、例えば、車両のイグニッションスイッチがオフ状態のとき、あるいは、転舵アクチュエータが故障しているとき等においては、ねじ送り機構にモータ荷重が働いていない。このため、振動が車輪からねじ送り機構に入力されるとねじ送り機構が動きやすく、転舵輪の向きが変化してしまうおそれがある。

そこで本発明においては、電動モータが制御状態におかれていないときに、ナット内周面とねじ軸外周面との間に押圧体を押し込んでねじ軸を主に径方向に押圧する。従って、押圧方向におけるナットとねじ軸とが遊星ローラを挟圧してガタが詰められる。この結果、ねじ送り機構の摩擦抵抗が大きくなり、車輪から振動が入力されても、ねじ送り機構が動かず、転舵輪が転舵してしまうといった不具合を防止できる。

特に、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、操舵操作部と転舵駆動部とが機械的に切り離されているため、操舵操作部とは別に転舵駆動部における転舵角を検出する必要がある。この場合、絶対舵角を検出する舵角センサを設ければ、転舵制御していないときに転舵角が変化しても問題ないが、電動モータの回転角を検出しこの回転角と基準舵角とに基づいて転舵角を推定する舵角センサを設けた場合には、転舵制御をしていないときに舵角が変化してしまうと、それ以降正確な転舵角推定ができなくなる。こうした問題に対して、本発明では、押付手段を設けたことで電動モータの非駆動制御中に逆入力振動により転舵輪の向きが変化しないため、正確な転舵角推定を行うことができる。

以下、本発明の直動アクチュエータに係る一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、直動アクチュエータを車両の操舵装置に用いるものであるため、以下、車両の操舵装置から説明する。図７は、実施形態としての直動アクチュエータを備えた車両の操舵装置の全体概略図である。この車両の操舵装置は、運転者によって操作される操舵操作部１０と、操舵操作部１０とは機械的に分離され左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒおよび左右後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒをそれぞれ独立に転舵可能な転舵駆動部２０ｆｌ，２０ｆｒ，２０ｒｌ，２０ｒｒとを備えたステアリングバイワイヤ方式の操舵装置である。

操舵操作部１０は、運転者によって回転操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、ステアリングシャフト１２の上端に固定され、ステアリングシャフト１２はその下端に反力発生用の電動モータと減速機構とで構成される反力アクチュエータ１３が連結される。反力アクチュエータ１３は、操舵ハンドル１１の操舵操作に対して操舵反力を付与して、運転者に手ごたえ感覚を与えるものである。

次に、転舵駆動部２０ｆｌ，２０ｆｒ，２０ｒｌ，２０ｒｒについて説明する。尚、これらの転舵駆動部２０ｆｌ，２０ｆｒ，２０ｒｌ，２０ｒｒは、転舵対象となる車輪が異なるだけで基本的な構成については同一であるため、以下、それらを特定しない場合には単に転舵駆動部２０として説明する。尚、図中においては、転舵駆動部２０ｆｌ側となる構成部品にはその符号末尾に「ｆｌ」を、転舵駆動部２０ｆｒ側となる構成部品にはその符号末尾に「ｆｒ」を、転舵駆動部２０ｒｌ側となる構成部品にはその符号末尾に「ｒｌ」を、転舵駆動部２０ｒｒ側となる構成部品にはその符号末尾に「ｒｒ」を付加し、説明文中においては、それらを特定しない場合には末尾符号を省略する。また、左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒおよび左右後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒについても、それらを特定しない場合には、単に車輪Ｗと呼ぶ。

４つの転舵駆動部２０は、車輪Ｗにそれぞれ組み付けられるとともに一体的に垂直軸回りに回動して車輪Ｗを転舵するナックル２１（２１ｆｌ，２１ｆｒ，２１ｒｌ，２１ｒｒ）を備えている。各ナックル２１は、サスペンションアーム２２（２２ｆｌ，２２ｆｒ，２２ｒｌ，２２ｒｒ）により支持される。本実施形態では、ダブルウイッシュボーン式サスペンションを用いるが、ストラット式サスペンションなど他の方式のものであっても採用できる。
尚、サスペンションアーム２２と車体との間には、図示しないが、路面から受ける衝撃を吸収し乗心地を高めるバネ装置と、バネ装置の上下振動に対して減衰力を発生させるショックアブソーバとを備える。

左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒのナックル２１ｆｌ，２１ｆｒは後方に延設され、左右後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒのナックル２１ｒｌ，２１ｒｒは前方に延設される。各ナックル２１の端部には、転舵アクチュエータ５０がボールジョイント２３（２３ｆｌ，２３ｆｒ，２３ｒｌ，２３ｒｒ）を介して連結される。この転舵アクチュエータ５０は、電動モータ６０（６０ｆｌ，６０ｆｒ，６０ｒｌ，６０ｒｒ）と、電動モータ６０の回転運動を減速するとともに駆動シャフト６１（６１ｆｌ，６１ｆｒ，６１ｒｌ，６１ｒｒ）の直線運動に変換するねじ送り機構とを備えるもので、ナックル２１との連結部と反対側で車体に鉛直軸回りに揺動可能に取り付けられる。転舵アクチュエータ５０は、駆動シャフト６１の左右動によりナックル２１の端部をボールジョイント２３を介して左右に駆動する。従って、各車輪Ｗは、この転舵アクチュエータ５０により独立して転舵される。尚、この転舵アクチュエータ５０は、本発明の直動アクチュエータに相当するものである。

また、転舵アクチュエータ５０には、電動モータ６０の駆動制御を行っていないときに、ねじ送り機構が動かないようにするソレノイド８０（８０ｆｌ，８０ｆｒ，８０ｒｌ，８０ｒｒ）が設けられる。

次に、反力アクチュエータ１３および４組の転舵アクチュエータ５０を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、ハンドル操舵角センサ３１と、各転舵アクチュエータ５０ｆｌ，５０ｆｒ，５０ｒｌ，５０ｒｒ設けられる転舵角センサ７０ｆｌ，７０ｆｒ，７０ｒｌ，７０ｒｒを備えている。ハンドル操舵角センサ３１は、ステアリングシャフト１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の回転角であるハンドル操舵角θｈを表す信号を出力する。なお、ハンドル操舵角θｈは、操舵ハンドル１１の中立位置を「０」とし、操舵ハンドル１１の左方向の回転角を正の値で表し、操舵ハンドル１１の右方向の回転角を負の値で表す。

各転舵角センサ７０は、転舵アクチュエータ５０内の各電動モータ６０に組み込まれた回転角センサによってそれぞれ構成され、各電動モータ６０の回転角度位置を表す信号を出力する。電動モータ６０の回転角度は車輪Ｗの転舵角に対応するため、転舵角センサ７０により回転角度検出信号は、転舵角信号として使用される。

また、電気制御装置は、反力アクチュエータ１２を駆動するための駆動回路３４と、各転舵アクチュエータ５０ｆｌ，５０ｆｒ，５０ｒｌ，５０ｒｒの電動モータ６０ｆｌ，６０ｆｒ，６０ｒｌ，６０ｒｒを駆動するための駆動回路３２ｆｌ，３２ｆｒ，３２ｒｌ，３２ｒｒ（以下、これらを総称する場合には駆動回路３２と呼ぶ）と、各ソレノイド８０ｆｌ，８０ｆｒ，８０ｒｌ，８０ｒｒに独立して電流を流すコイル通電回路３３とを備える。

ハンドル操舵角センサ３１および４組の転舵角センサ７０検出信号は、マイクロコンピュータを主要部として構成される電子制御ユニット３０に出力される。電子制御ユニット３０は、検出したハンドル操舵角θｈと各車輪Ｗごとの目標転舵角δｆｌ＊，δｆｒ＊，δｒｌ＊，δｒｒ＊とを対応付けた目標転舵角マップ、および、ハンドル操舵角θｈと目標操舵反力Ｔ＊とを対応付けた目標反力マップをそれぞれ記憶している。

電子制御ユニット３０は、イグニッションスイッチ（図示略）がオンされている期間において、制御プログラムにしたがって転舵角および操舵反力を制御する。転舵角の制御は、例えば、ハンドル操舵角センサ３１により検出されたハンドル操舵角θｈに対応する目標転舵角δｆｌ＊，δｆｒ＊，δｒｌ＊，δｒｒ＊を目標転舵角マップから算出し、各転舵角センサ７０により検出されたモータ回転角に対応する転舵角δｆｌ，δｆｒ，δｒｌ，δｒｒと目標転舵角δｆｌ＊，δｆｒ＊，δｒｌ＊，δｒｒ＊との偏差に応じたモータ制御信号（例えばＰＷＭ制御信号）を駆動回路３２ｆｌ，３２ｆｒ，３２ｒｌ，３２ｒｒに出力することにより、転舵角δｆｌ，δｆｒ，δｒｌ，δｒｒを目標転舵角δｆｌ＊，δｆｒ＊，δｒｌ＊，δｒｒ＊に一致させる。

また、操舵反力の制御は、ハンドル操舵角センサ３１により検出されたハンドル操舵角θｈに対応する目標操舵反力Ｔ＊を目標反力マップから算出し、目標操舵反力Ｔ＊に対応する目標電流が反力アクチュエータ１３の電動モータに流れるように、駆動回路３４内に設けた電流センサ（図示略）の検出電流値をフィードバックさせて駆動回路３４にモータ制御信号（例えばＰＷＭ制御信号）を出力することにより行う。このようにして、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、運転者の行ったハンドル操作に応じて、各車輪Ｗを独立して転舵するとともに、操舵ハンドル１１に適切な反力トルクを付与する。尚、転舵角制御および操舵反力制御については、本発明の特徴部分ではなく、種々の手法が知られているため、ここではこれ以上の説明を省略する。

また、電子制御ユニット３０は、転舵アクチュエータ５０ｆｌ，５０ｆｒ，５０ｒｌ，５０ｒｒの電動モータ６０ｆｌ，６０ｆｒ，６０ｒｌ，６０ｒｒが制御状態におかれているときに、コイル通電回路３３を介してソレノイド８０ｆｌ，８０ｆｒ，８０ｒｌ，８０ｒｒに通電するように構成されている。

次に、転舵アクチュエータ５０の構成について説明する。図１は、転舵アクチュエータ５０の断面正面図である。

転舵アクチュエータ５０は、中空円筒状の第１ハウジング５１を備える。第１ハウジング５１の内周面には、その周方向に沿って電磁コイル５２が固定される。この電磁コイル５２は、鉄心を形成する複数のティース５２ａにコイル５２ｂを巻回したもので駆動回路３２（図７参照）から出力された駆動電流が供給される。本実施形態においては、駆動回路３２としてバッテリの直流電源を３相交流電源に変換するインバータを採用し、このインバータから供給される駆動電流により電磁コイル５２に回転磁界を発生させる。従って、この第１ハウジング５１に固定される電磁コイル５２により電動モータ６０のステータを構成している。また、第１ハウジング５１は、電動モータ６０のハウジングを形成するものでもある。

第１ハウジング５１内には、電磁コイル５２に囲まれてロータ５３が設けられる。ロータ５３は、中空円筒状をなす。このロータ５３の一端は、第１ハウジングの一端開放部（図面左側開放部）に第２ハウジング５４をねじ結合することによりアンギュラボールベアリング５５を介して第２ハウジング５４に軸線回りに回転自在に支持される。また、ロータ５３の他端は、スペーサ５６およびアンギュラボールベアリング５７を介して第１ハウジング５１に軸線回りに回転自在に支持される。

第１ハウジング５１の一端開放部（図面左側開放部）の円筒内周面には雌ねじ５１ａが形成される。第２ハウジング５４は、一方端が第１ハウジング５１の開口部を閉蓋するキャップとして椀状に形成され、他方端が車体との連結部となっている。第２ハウジング５４の一方端の外周面には、第１ハウジング５１の雌ねじ５１ａと螺合可能な雄ねじ５４ａが形成されている。第２ハウジング５４は、第１ハウジング５１の雌ねじ５１ａに雄ねじ５４ａを螺合してねじ込むことにより第１ハウジング５１と連結される。更に、第２ハウジング５４の雄ねじ５４ａ形成面にロックナット５９を螺合してねじ締めすることにより第２ハウジング５４が第１ハウジング５１から外れないようになっている。

この第２ハウジング５４の第１ハウジング５１へのねじ込みにより、第２ハウジング５４の内壁とロータ５３との間でアンギュラボールベアリング５５が軸線方向と径方向とに挟圧される。また、第１ハウジング５１他方端（図面右側端）の内壁とロータ５３との間でアンギュラボールベアリング５７とスペーサ５６とが軸線方向と径方向とに挟圧される。

スペーサ５６は、同軸異径円筒体で、大径部がロータ５３の先端部の外周面に嵌められ、小径部がロータ５３先端から軸線方向に延長された部分となる。このスペーサ５６の小径部が、アンギュラボールベアリング５７のインナレースを径方向に挟圧する部分を構成し、小径部と大径部との境となる段部がアンギュラボールベアリング５７を軸線方向に挟圧する部分を構成する。従って、ロータ５３は、２組のアンギュラボールベアリング５５，５７により軸線方向に挟持されるとともに径方向内側に押圧されて第１ハウジング５１内に回転可能に支持される。

ロータ５３の外周面には、電磁コイル５２と向かい合う領域に複数の永久磁石５８が周方向に所定の間隔で貼付されている。各磁石５８は、ロータ５３の軸線ｃｌ方向に平行に延設される。この磁石５８は、ロータ５３の半径方向に磁化されており、その磁性は隣り合う磁石５８同士が互いに異なる磁極となっている。例えば、１つの磁石５８の外周面がＮ極である場合には、その隣の磁石５８は外周面がＳ極となるように配列される。電動モータ６０は、こうしたステータ（第１ハウジングに固定された電磁コイル５２）とロータ５３とを主要部に備えることにより、例えば、３相同期式永久磁石モータ（ブラシレスモータ）を構成する。

ロータ５３は中空円筒状に形成され、その円筒壁に囲まれた空間内には、駆動シャフト６１と遊星ローラ６２とが軸線ｃｌ方向に沿って設けられる。駆動シャフト６１は、ロータ５３の中心軸線ｃｌと同軸上に配置され、その外周面には雄ねじ６１ａが形成されている。ロータ５３の内周面には、駆動シャフト６１に形成された雄ねじ６１ａと同じピッチで雌ねじ５３ａが形成されている。駆動シャフト６１の外径は、ロータ５３の内径よりも小さく形成される。従って、駆動シャフト６１をロータ５３と同軸上に配置したときには、この駆動シャフト６１外周面とロータ５３の内周面との間には、断面リング状の空間Ｓが形成される。遊星ローラ６２は、この断面リング状の空間Ｓに所定の周方向間隔で軸線ｃｌ方向に沿って設けられる。尚、図中において、駆動シャフト６１の外周面に形成される雄ねじ６１ａについては、その輪郭のみを表示して全体表示を省略している。

遊星ローラ６２の外周面には、環状溝６２ａが等ピッチが形成されている。この環状溝６２ａは、駆動シャフト６１の外周面に形成した雄ねじ６１ａおよびロータ５３の内周面に形成した雌ねじ５３ａのピッチと等しいピッチで形成される。こうして、遊星ローラ６２は、この環状溝６２ａを駆動シャフト６１の外周面に形成した雄ねじ６１ａと噛合するとともにロータ５３の内周面に形成した雌ねじ５３ａとも噛合する。つまり、遊星ローラ６２の環状溝６２ａ内に、駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａの螺旋状凸条を嵌合するとともに、それに向かい合う位置でロータ５３の雌ねじ５３ａの螺旋状凸条を嵌合する。

本実施形態においては、１０本の遊星ローラ６２がロータ５３と駆動シャフト６１との間に周方向に等間隔で配置される。つまり、遊星ローラ６２は、駆動シャフト６１の周囲を軸回りに３６度おきに設けられる。各遊星ローラ６２は、図示しないリテーナにより隣り合う遊星ローラ６２との間隔が所定間隔に保持される。また、各遊星ローラ６２は、駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａ形成面とロータ５３の雌ねじ５３ａ形成面との間に密着して設けられる。

第１ハウジング５１の他方端（図面右側端）には、円盤状のシャフト回り止め６３が図面右側から装着され、その外側からロックナット６４を螺合して締め付けることによりシャフト回り止め６３が第１ハウジング５１に固定される。シャフト回り止め６３には、駆動シャフト６１の貫通する貫通孔６３ａが形成されている。この貫通孔６３ａには、その周方向の一部に外径方向に切り欠かれたキー溝６３ｂが形成されている。キー溝６３ｂは、後述する駆動シャフト６１の外周面に形成したキー６１ｂが進退自在に挿入可能な大きさに形成される。

駆動シャフト６１は、その外周面の図面左側の約三分の二が雄ねじ６１ａ形成領域となる。右側の雄ねじ６１ａが形成されていない領域には、外径方向に延びた鍔状のストッパ６１ｃが形成される。ストッパ６１ｃよりも先端側となる駆動シャフト６１の外周面には、軸線ｃｌ方向に沿ってキー６１ｂが形成される。このキー６１ｂは、駆動シャフト６１の外周面から径方向外側に突出した凸条で、シャフト回り止め６３に形成したキー溝６３ｂ内に進退可能に挿入される。従って、駆動シャフト６１は、その外周面に形成したキー６１ｂとシャフト回り止め６３に形成したキー溝６３ｂとの係合により、第１ハウジング５１に対して軸線ｃｌ周りに回転不能で、かつ、軸線ｃｌ方向に進退移動可能に設けられる。

駆動シャフト６１の先端は、小径となり、外周面に雄ねじ６１ｅが形成された連結部６１ｄとなっている。この連結部６１ｄには、タイロッドエンド６５が螺合される。タイロッドエンド６５は、その先端にナックル２１と連結されるボールジョイント２３を備えている。タイロッドエンド６５は、駆動シャフト６１の連結部６１ｄと螺合可能なナット部６５ａを備え、このナット部６５ａを駆動シャフト６１の連結部６１ｄの雄ねじ６１ｅに螺合して連結される。この場合、ロックナット６６を連結部６１ｄの雄ねじ６１ｅに螺合してナット部６５ａ側に締め付けることでタイロッドエンド６５が駆動シャフト６１に硬く固定される。

タイロッドエンド６５のナット部６５ａの外周面には、ブーツ６７の一端が取り付けられる。ブーツ６７は、蛇腹状に形成された伸縮自在カバーで、その他端が第１ハウジング５１の図面右側端外周面に取り付けられる。こうして、第１ハウジング５１から露出する駆動シャフト６１の先端部は、ブーツ６７により覆われる。

転舵アクチュエータ５０は、第２ハウジング５４にて車体と連結される。第２ハウジング５４には、車体との連結部となるブッシュ装置６８が設けられる。ブッシュ装置６８は、第２ハウジング５４に固定される外筒６８ａと、外筒６８ａ内に設けられる内筒６８ｂと、外筒６８ａと内筒６８ｂとの間に介装されるゴムブッシュ６８ｃとからなる。ブッシュ装置６８は、その軸線が駆動シャフトの軸線ｃｌと直交するように設けられる。

電動モータ６０のロータ５３の周りには、ロータ５３の回転角度（回転位置）を検出する回転角センサ７０が設けられる。この回転角センサ７０は、上述した転舵角センサ７０を兼用するものであるため同一符号を付して説明する。本実施形態においては、この回転角センサ７０としてレゾルバセンサを採用する。ここでは、回転角センサ７０をレゾルバセンサ７０と呼ぶ。レゾルバセンサ７０は、ロータ５３の外周面に固定されロータ５３とともに回転するレゾルバロータ７０ａと、レゾルバロータ７０ａの外周に設けられ第１ハウジング５１に固定されるレゾルバステータ７０ｂとを備える。このレゾルバセンサ７０は、１次巻線（図示略）を正弦波信号により励磁することにより、２次巻線（図示略）に２種類の誘起電圧信号を出力させる。電子制御ユニット３０は、この１次巻線への励磁信号の出力と２次巻線からの出力信号の検出とを行って、電動モータ６０の回転角度を検出する。この検出したモータ回転角度は、電動モータ６０の駆動制御に使用されるとともに、車輪Ｗの転舵角δの検出に利用される。

このように構成された転舵アクチュエータ５０においては、電動モータ６０の電磁コイル５２に通電されるとステータに回転磁界が発生しロータ５３が回転する。このロータ５３の回転により、遊星ローラ６２が駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との間を自転しながら公転する。駆動シャフト６１は、キー６１ｂとキー溝６３ｂとの係合により軸線ｃｌ回りに回転不能に設けられているため、遊星ローラ６２のこの動作により軸線ｃｌ方向に押されて前進あるいは後退する。

ロータ５３の内周面には、１箇所だけ径方向外側に向けて円弧状に切り欠いた窪み（図示略）が軸線方向に沿って形成されており、遊星ローラ６２は、それぞれロータ５３の内周面を１周するたびにこの窪みに入り込むようになっている。このとき、遊星ローラ６２の環状溝６２ａと、ロータ５３の雌ねじ５３ａおよび駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａとの噛合が解除され、遊星ローラ６２は軸線ｃｌ方向に１ピッチ分だけ戻る。そして、遊星ローラ６２がリテーナに保持されて公転し窪みから脱出すると、１ピッチ分だけ軸線方向に戻った位置で再びロータ５３の雌ねじ５３ａおよび駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａとに噛合する。つまり、各遊星ローラ６２は、ロータ５３の内周面を転動するあいだに軸線ｃｌ方向にも相対移動するが、ロータ５３の内周面を１周するたびに軸線ｃｌ方向に１ピッチ分だけ戻されることにより軸線ｃｌ方向に循環できるようになっている。一方、駆動シャフト６１は、他の遊星ローラ６２（窪みに入ってない９本の遊星ローラ６２）の動きにより、そのまま軸線ｃｌ方向に移動する。従って、この転舵アクチュエータ５０においては、駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａ形成領域が遊星ローラ６２の軸方向寸法よりも長く設定されている。

このように転舵アクチュエータ５０は、電動モータ６０のロータ５３の回転運度を駆動シャフト６１の軸線方向の運動に変換する循環式ローラねじ送り機構を備えている。この場合、電動モータ６０のロータ５３自身がローラねじ送り機構のナットを構成し、駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａ形成部分がローラねじ送り機構のねじ軸を構成している。従って、ローラねじ送り機構は、電動モータ６０のロータ５３、遊星ローラ６２、駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａ形成部により構成される。このローラねじ送り機構においては、ねじリード（ピッチ）を小さくして逆効率を０以下にすることができる。

転舵アクチュエータ５０は、この駆動シャフト６１を軸線ｃｌ方向に直線運動させることにより、ナックル２１のアーム端を車幅内側方向に引き寄せ、あるいは、車幅外側方向に押し出して車輪Ｗを転舵する。図２は、この転舵アクチュエータ５０により駆動シャフト６１を車幅外側方向に前進させたときの状態を表し、図３は、駆動シャフト６１を車幅内側方向に後退させたときの状態を表す。

電子制御ユニット３０は、イグニッションスイッチ（図示略）がオンされると転舵制御を開始する。この転舵制御中においては、運転者の行ったハンドル操作を操舵角センサ３１により検出し、検出したハンドル操舵角θｈに応じて目標転舵角δ＊を設定するとともに、車輪Ｗの実際の転舵角が目標転舵角δ＊になるように電動モータ６０を駆動制御する。

転舵角を検出するセンサとしてレゾルバセンサ７０が用いられるが、レゾルバセンサ７０は、車輪Ｗの転舵角を直接的に検出するものではなく、ロータ５３の基準回転位置（角度位置）に対する相対回転角度を検出する相対角度センサである。従って、電子制御ユニット３０は、レゾルバセンサ７０によって検出したロータ回転角度を基準回転位置に加減算することにより転舵角δ（δｆｌ，δｆｒ，δｒｌ，δｒｒ）を算出する。例えば、操舵ハンドル１１が中立位置（θｈ＝０）となるときの電動モータ６０の回転角度位置を基準回転位置とし、この基準回転位置に対するモータ回転角度から転舵角δを演算する。

転舵アクチュエータ５０は、ローラねじ送り機構の採用により逆効率を０以下に設定することができるため、転舵制御中に車輪Ｗから逆入力が働いてもそれにより車輪Ｗが転舵してしまうことはない。しかし、転舵制御を行っていないとき、つまり、電動モータ６０の非制御状態においては、電動モータ６０がローラねじ送り機構に荷重をかけていないため、車輪Ｗから振動が入力されるとローラねじ送り機構が動くことがある。この場合、車輪Ｗの転舵角が変化してしまう。

また、電子制御ユニット３０は、転舵制御中においてレゾルバセンサ７０によりモータ回転角度を検出しているが、転舵制御を行っていないときには、その検出を行っていない。従って、転舵制御を行っていないときに、逆入力振動によりローラねじ機構が動いてしまった場合には、実際の転舵角と電子制御ユニット３０が認識している相対転舵角との間に差が生じてしまう。

そこで、本実施形態においては、転舵制御を行っていないときに車輪Ｗから振動が入力されてもローラねじ送り機構が動かないようにする押付手段を備える。この押付手段は、第２ハウジング５４内に設けられるソレノイド８０と、ソレノイド８０の作動を制御する制御装置とからなる。制御装置は、電子制御ユニット３０と、この電子制御ユニット３０からの通電指令によりソレノイド８０のコイル８１に所定電流を流すコイル通電回路３３とから構成される。電子制御ユニット３０は、上述した転舵制御、操舵反力制御用のものを兼用する。

ソレノイド８０は、可動鉄心８２を駆動シャフト６１の軸線ｃｌ方向と平行に備える。可動鉄心８２の先端には、押圧体８３が固着される。ソレノイド８０は、この可動鉄心８２の中心軸線がロータ５３と駆動シャフト６１との間の断面リング状の空間Ｓに向くような位置に設けられる。押圧体８３は、軸線ｃｌから放射方向に向けた厚さが、先端側ほど小さくなるような楔状に形成される。可動鉄心８２は、バネ８４によりソレノイド８０本体から所定位置にまで突出するように付勢されており、コイル８１に通電した場合に限ってバネ８４の付勢に反して後退するようになっている。

遊星ローラ６２は、ロータ５３の図面左側円筒端部からやや内側に入った位置に設けられるため、駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との間には押圧体８３が進入可能な空間Ｓが形成される。ソレノイド８０は、図４に示すように、コイル８１に通電されていないときには、バネ８４により可動鉄心８２が図面右方向に付勢され、駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との間に形成されるリング状開口に押圧体８３を押し込む。

図５に示すように、押圧体８３の厚さ（軸線ｃｌから放射方向に向けた厚さ）は、その先端部（図面右側）においては駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との離隔よりも小さく、後端側に向かって増大し、後端部においては駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との離隔よりも大きくなっている。この例では、押圧体８３の駆動シャフト６１外周面と向かい合う第１当接面８３ａを、駆動シャフト６１外周面と平行な部分円筒面に形成し、押圧体８３のロータ５３内周面と向かい合う第２当接面８３ｂを、先端側ほど厚さが小さくなるような先細り部分円筒面に形成する。この押圧体８３の第１当接面８３ａ、第２当接面８３ｂの円筒中心軸は、どちらもシャフト軸線ｃｌと同一とする。また、ソレノイド８０は、押圧体８３の第１当接面８３ａが駆動シャフト６１外周面と同一平面状、あるいは、駆動シャフト６１外周面よりわずかに径方向外側に位置するように配置される。

可動鉄心８２は、コイル８１への通電が遮断されると吸着力が解かれバネ８４の付勢力により図面右方向に移動する。これにより押圧体８３は、駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との間に形成される空間Ｓに進入し、その過程で第２当接面８３ｂがロータ５３の開口端部に当接する。これにより可動鉄心８２は、径方向内側にたわみつつ前進し、ついには、押圧体８３が駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との間に挟圧されて前進不能になる。このとき、押圧体８３は、図４，図５の矢印に示すように、駆動シャフト６１を主に径方向内側に向けて押し付け、ローラねじ送り機構に荷重をかける。従って、押圧方向（矢印方向）側の駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａ形成面とロータ５３の雌ねじ５３ａ形成面との間で遊星ローラ６２が挟圧される。このため、挟圧された遊星ローラ６２部分のガタが詰められ、この部分での摩擦抵抗により遊星ローラ６２の運動が規制される。従って、車輪Ｗから振動が駆動シャフト６１を介してローラねじ送り機構に入力されても、駆動シャフト６１が軸線ｃｌ方向に動かない。この結果、車輪Ｗの向きが変化してしまうといった不具合を防止することができる。

次に、ソレノイド８０への通電タイミングについて図６を用いて説明する。電子制御ユニット３０は、イグニッションスイッチ（図示略）の状態を読み込み、イグニッションスイッチがオフ状態にあるときには、コイル通電回路３３に通電指令を出力しない。従って、この状態においては、上述したようにソレノイド８０の押圧体８３によりねじ送り機構に荷重をかけて逆入力振動に対する回転防止を行う（図４参照）。そして、イグニッションスイッチがオンすると（時刻ｔ１）、電子制御ユニット３０は、操舵装置のシステム内の初期診断を開始する。初期診断で異常がなければ、転舵制御および操舵反力制御を開始する（時刻ｔ２）。

電子制御ユニット３０は、この転舵制御および操舵反力制御を開始するのと同時にコイル通電回路３３に通電指令を出力する。これにより、各ソレノイド８０のコイル８１に通電され、可動鉄心８２が吸引されて押圧体８３が駆動シャフト６１とロータ５３との間の空間Ｓから引き出される。従って、ローラねじ送り機構の回転防止が解除され、押圧体８３がローラねじ送り機構の作動を邪魔しなくなる。その後、イグニッションスイッチがオフになると（時刻ｔ３）、電子制御ユニット３０は、転舵制御および操舵反力制御を終了するとともに、コイル通電回路３３への通電指令を停止する。この結果、ソレノイド８０の押圧体８３が駆動シャフト６１外周面とロータ５３内周面との間に形成される空間Ｓに進入し、再び、逆入力振動に対する回転防止機能が働くようになる。

また、電子制御ユニット３０は、初期診断時、あるいは、転舵制御時において転舵駆動部２０の異常が検出された場合には、その異常が検出された転舵駆動部２０の転舵制御を中止する。この場合においても、電子制御ユニット３０は、その転舵制御を中止した転舵駆動部２０に対応するソレノイド８０への通電を停止する。従って、逆入力振動による異常輪側の転舵を防止する。

このように、電子制御ユニット３０は、電動モータ６０が制御状態におかれる転舵制御時においては、ソレノイド８０を駆動して押圧体８３を退避させ、電動モータ６０が制御状態におかれないときには、ソレノイド８０による可動鉄心８２の吸着を解除して押圧体８３を前進させ逆入力振動による車輪Ｗの転舵を防止する。

以上説明した本実施形態の転舵アクチュエータによれば、ローラねじ送り機構を採用しているため逆効率を０以下にすることができ逆入力に対して強い。しかも、電動モータ６０が制御状態におかれていないときには、ソレノイド８０の押圧体８３により駆動シャフト６１をねじ送り機構に押し付けるため、遊星ローラ６２が駆動シャフト６１の雄ねじ６１ａとロータ５３の雌ねじ５３ａとの間で挟圧され、車輪Ｗから逆入力振動が加わっても摩擦抵抗によりローラねじ送り機構が動かない。つまり、逆入力振動に対して車輪Ｗが転舵しない。また、押圧体８３は、挿入方向に細くなった楔状であるため、ロータ５３と駆動シャフト６１との間に簡単にスムーズに進入することができる。しかも、挿入時においては、確実な押し込み力を得ることができる。

また、電動モータ６０が制御状態におかれているときには、ソレノイド８０により押圧体８３を後退させるため、電動モータ６０の作動を邪魔しない。従って、ローラねじ送り機構をスムーズに作動させて電動モータ６０のロータ５３の回転運動を駆動シャフト６１の直線運動に変換することができる。

さらに、電動モータ６０のロータ５３を中空円筒状に形成してねじ送り機構のナットを構成しているため、転舵アクチュエータ５０をコンパクトに構成することができる。また、電動モータ６０の相対回転角度から転舵角を検出する転舵角センサ７０を用いている場合であっても、電動モータ６０の制御を行っていないときに車輪Ｗが転舵しないため、検出される転舵角が実転舵角とずれてしまうことが防止され、転舵装置の信頼性が向上する。

以上、本実施形態の転舵アクチュエータを用いた転舵装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、車両の転舵装置に適用するものであったが、車両の電動ブレーキ装置など他の装置に適用することもできる。また、本実施形態においては、押付手段としてソレノイドを採用しているが、それに限定するものではない。また、押圧体の形状に関しても種々の形状を採用することができるものである。

本発明の実施形態に係る転舵アクチュエータの正面断面図である。 本発明の実施形態に係る転舵アクチュエータの正面断面図である（駆動シャフト前進時）。 本発明の実施形態に係る転舵アクチュエータの正面断面図である（駆動シャフト後退時）。 本発明の実施形態に係る転舵アクチュエータの正面断面図である（押圧作動時）。 ソレノイドによるローラねじ送り機構への押圧作動を説明する拡大断面図である。 ソレノイドへの通電タイミングを表すタイミングチャートである。 操舵装置の全体概略構成図である。

符号の説明

１０…操舵操作部、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、２０（２０ｆｌ，２０ｆｒ，２０ｒｌ，２０ｒｒ）…転舵駆動部、３０…電子制御ユニット、３１…ハンドル操舵角センサ、３２（３２ｆｌ，３２ｆｒ，３２ｒｌ，３２ｒｒ）…駆動回路、３３…コイル通電回路、５０（５０ｆｌ，５０ｆｒ，５０ｒｌ，５０ｒｒ）…転舵アクチュエータ、５１…第１ハウジング、５２…電磁コイル、５３…ロータ、５４…第２ハウジング、５８…永久磁石、６０（６０ｆｌ，６０ｆｒ，６０ｒｌ，６０ｒｒ）…電動モータ、６１…駆動シャフト、６１ａ…雄ねじ、６１ｂ…キー、６１ｃ…ストッパ、６１ｄ…連結部、６２…遊星ローラ、６２ａ…環状溝、６３ｂ…キー溝、６３ａ…貫通孔、７０（７０ｆｌ，７０ｆｒ，７０ｒｌ，７０ｒｒ）…回転角センサ、８０（８０ｆｌ，８０ｆｒ，８０ｒｌ，８０ｒｒ）…ソレノイド、８１…コイル、８２…可動鉄心、８３…押圧体、８３ａ…第１当接面、８３ｂ…第２当接面、８４…バネ、Ｓ…空間、Ｗ（Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒ）…車輪。

Claims (7)

1. 電動モータと、
   軸回り方向に回転不能で軸線方向に移動可能な駆動シャフトと、
   上記電動モータのロータと上記駆動シャフトとの間に設けられ、上記ロータの回転運動を上記駆動シャフトの直線運動に変換するねじ送り機構と
   を備えた直動アクチュエータにおいて、
   上記電動モータが制御状態におかれていないときに、上記駆動シャフトを上記ねじ送り機構に押し付ける押付手段を備えたことを特徴とする直動アクチュエータ。
2. 上記押付手段は、上記電動モータが制御状態におかれたときに、上記駆動シャフトのねじ送り機構への押付を解除することを特徴とする請求項１記載の直動アクチュエータ。
3. 上記ねじ送り機構は、上記電動モータのロータに設けられるナットと、上記駆動シャフトに設けられ上記ナットの円筒空間内に上記ナットと隙間をあけて同一軸線上に配置されるねじ軸と、上記ナットの内周ねじ形成面と上記ねじ軸の外周ねじ形成面との間に介在され、上記ナットが回転したときに上記ナットの内周ねじ形成面と上記ねじ軸の外周ねじ形成面との間を自転しながら公転する複数の回転体とを備え、
   上記押付手段は、上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間に挿入可能に設けられる押圧体と、上記電動モータが制御状態におかれていないときに上記押圧体を上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間に押し込み、上記電動モータが制御状態におかれたときに上記押圧体を上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間から退避させる進退駆動装置とを備えたことを特徴とする請求項２記載の直動アクチュエータ。
4. 上記押圧体は、上記ナットの内周面と上記ねじ軸の外周面との間への挿入方向に細くなった楔状体であることを特徴とする請求項３記載の直動アクチュエータ。
5. 上記回転体は、上記ねじ軸の周りに等間隔に配置される遊星ローラであることを特徴とする請求項３または請求項４記載の直動アクチュエータ。
6. 上記電動モータを車体に支持するとともに上記駆動シャフトを転舵輪に連結することにより、転舵アクチュエータとして使用されることを特徴とする請求項５記載の直動アクチュエータ。
7. 乗員によりハンドル操作される操舵操作部と転舵輪を転舵する転舵駆動部とを機械的に分離したステアリングバイワイヤ方式の操舵装置に使用されることを特徴とする請求項６記載の直動アクチュエータ。

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