JP2018078698A - 直動式電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータ部とねじ機構部が同軸上に配置された直動式電動アクチュエータの小型化および搭載性の向上を図ること。
【解決手段】 電動モータ部Ａとねじ機構部Ｂと操作部Ｃを備え、電動モータ部Ａとねじ機構部Ｂが同軸上に配置されており、電動モータ部Ａの中空ロータインナ５２ｃの回転運動がねじ機構部Ｂのナット９２に伝達され、ねじ機構部Ｂのねじ軸９３に操作部Ｃが設けられた直動式電動アクチュエータ１において、中空ロータインナ５２ｃとナット９２が軸方向に重ならない位置に配置されると共に、ねじ軸９３の回り止め機構Ｍが中空ロータインナ５２ｃの半径方向内側に設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直動式電動アクチュエータに関する。

近年、車両等の省力化、低燃費化のために電動化が進み、例えば、自動車の自動変速機やブレーキ、ステアリング等の操作を電動機の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このような用途に使用されるアクチュエータとして、電動機の回転運動を直線方向の運動に変換するために、ボールねじ機構を用いたものがある（特許文献１）。

特開２０１４−１８００７号公報

特許文献１には、ボールねじのナットと電動機のロータとを一体として、電動機のロータにボールねじのナットの機能を持たせ、ロータを転がり軸受で支持した直動式電動アクチュエータが提案されている。この直動式電動アクチュエータでは、電動機とボールねじが同軸上に配置され、電動機のロータとボールねじのナットが半径方向に重畳して構成されている。また、ねじ軸と引き棒を一体に連結し、この引き棒とモータケース端部との間で回り止め機構を構成している。

特許文献１の直動式電動アクチュエータでは、電動機のロータとボールねじのナットが半径方向に重畳した構成としているので、実際の用途を調査した結果、半径方向の取付スペースが小さい用途への対応には限度があることが分かった。

また、回り止め機構が、モータケースの外部に延びる引き棒とモータケースとの間で構成されているので、直動式電動アクチュエータの軸方向寸法が長くなり、用途によっては、取付スペース上の問題があることが分かった。

以上の問題に鑑み、本発明は、電動モータ部とねじ機構部が同軸上に配置された直動式電動アクチュエータの小型化および搭載性の向上を図ることを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討した結果、直動式電動アクチュエータの電動モータ部のロータインナとねじ機構部のナットを軸方向に重ならない位置に配置して半径方向に小型化すると共に、ロータインナの内部スペースを有効利用してねじ機構部のねじ軸の回り止め機構を設けるという新たな着想に至った。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電動モータ部とねじ機構部と操作部を備え、前記電動モータ部とねじ機構部が同軸上に配置されており、前記電動モータ部の中空ロータインナの回転運動が前記ねじ機構部のナットに伝達され、前記ねじ機構部のねじ軸に前記操作部が設けられた直動式電動アクチュエータにおいて、前記中空ロータインナと前記ナットが軸方向に重ならない位置に配置されると共に、前記ねじ軸の回り止め機構が前記中空ロータインナの半径方向内側に設けられていることを特徴とする。

上記の構成により、電動モータ部とねじ機構部が同軸上に配置された直動式電動アクチュエータの小型化、特に半径方向の小型化を図り、搭載性を向上させることができる。

上記のねじ軸の回り止め機構を、ねじ軸に嵌め込まれたピンと、ガイド溝を有するガイド部材を備えたものにすることにより、回り止め機構の構造を簡素化できる。

上記のねじ機構部をボールねじで構成したことにより、高精度で滑らかな直線方向の運動を実現できる。

上記の中空ロータインナとナットとの間に減速機を有することが好ましい。これにより、電動モータを小型化でき、直動式電動アクチュエータを小型、軽量化することができる。

上記の減速機がトラクションドライブ式遊星減速機であることが好ましい。これにより、バックラッシュがなく低騒音を実現できる。

上記の中空ロータインナの半径方向内側に中空出力軸が設けられ、中空ロータインナと中空出力軸との間にトルクリミッタを有することが好ましい。これにより、直動式電動アクチュエータの構成部品への過負荷を防止し、構成部品の損傷等を防止することができる。

本発明によれば、電動モータ部とねじ機構部が同軸上に配置された直動式電動アクチュエータの小型化、特に半径方向の小型化を図り、搭載性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る直動式電動アクチュエータを示し、図３および図６のＨ−Ｈ線で矢視した縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る直動式電動アクチュエータを示し、図６のＩ−Ｉ線で矢視した縦断面図である。 図１の左側面図である。 図１のＥ−Ｅ線で矢視した横断面図である。 図１のＦ−Ｆ線で矢視した横断面図である。 図２のＧ−Ｇ線で矢視した横断面図である。 図２の左側から見た斜視図である。 図２の右側から見た斜視図である。

本発明の一実施形態に係る直動式電動アクチュエータを図１〜図８に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る直動式電動アクチュエータを示し、図３および図６のＨ−Ｈ線で矢視した縦断面図で、図２は、図６のＩ−Ｉ線で矢視した縦断面図である。

図１および図２に示すように、直動式電動アクチュエータ１は、駆動力を発生させる電動モータ部Ａ、電動モータ部Ａの回転運動を直線運動に変換して出力するねじ機構部Ｂ、ねじ機構部Ｂの運動を出力する操作部Ｃを主な構成とする。

電動モータ部Ａは、ケーシング８に固定されたステータ５１と、ステータ５１の半径方向内側に隙間をもって対向するように配置されたロータ５２とを備えるラジアルギャップ型の電動モータ２９で構成されている。

ステータ５１は、軸方向に積層した複数の電磁鋼板で形成されたステータコア５１ａと、ステータコア５１ａに装着された絶縁材料からなるボビン５１ｂと、ボビン５１ｂに巻回されたコイル５１ｃとを有する。

ロータ５２は、環状のロータコア５２ａと、ロータコア５２ａの外周に取り付けられた複数のマグネット５２ｂと、ロータコア５２ａの内周に固定された環状のロータインナ５２ｃとで構成される。ロータコア５２ａは、軸方向に積層した複数の電磁鋼板で形成される。ロータインナ５２ｃの軸方向長さはロータコア５２ａの軸方向長さよりも長く、ロータコア５２ａの軸方向両側にロータインナ５２ｃが突出している。

ケーシング８は、組み立ての都合上、軸方向の一箇所もしくは複数箇所で分割される。本実施形態では、ケーシング８を、有底円筒状の底部８１と、両端を開口した筒部８２と、加圧部８４、蓋部８５とに分割している。筒部８２の軸方向一方側（図１、図２の右側）に加圧部８４、蓋部８５が配置され、筒部８２の軸方向他方側（図１、図２の左側）に底部８１が配置される。底部８１、筒部８２、加圧部８４および蓋部８５は、ボルト８６を用いて締結、一体化されている。蓋部８５は、軸方向一方側に使用機器（図示省略）に取付けるためのフランジ部８５ａが形成され、このフランジ部８５ａにボルト挿通孔８５ｂが設けられている。

図１および図１の左側面図である図３に示すように、ケーシング８の底部８１内にターミナル部Ｄが設けられ、ターミナル部Ｄのコネクタ１０１が底部８１から外側へ突出している。コネクタ１０１内の動力電源用や信号線用の端子が、ステータ５１のコイル５１ｃやセンサ等と接続されている。

ロータインナ５２ｃの軸方向両端部の外周面には転がり軸受５３、５４が装着され、転がり軸受５３、５４によって、ロータインナ５２ｃがケーシング８の筒部８２と底部８１に回転自在に支持されている。転がり軸受５３、５４は、深溝玉軸受を使用し、ラジアル荷重とスラスト荷重の双方を支持する。

ロータインナ５２ｃは中空形状に形成され、その内周面に中空形状の出力軸６が設けられている。中空出力軸６の外周面は、中空ロータインナ（以下、単にロータインナともいう）５２ｃの内周面に対してすきま嵌めで嵌合し、中空出力軸６は、ロータインナ５２ｃに対して相対回転することができる。

ロータインナ５２ｃの内周面の軸方向他方側（図１、図２の左側）に内径寸法が他所よりも大きい環状凹部５２１が形成され、環状凹部５２１の内周面には、軸方向に延びる雌スプライン（セレーションを含む）５２２が形成されている。また、中空出力軸６の外周面の軸方向他方側（図１、図２の左側）に軸方向に延びる雄スプライン（セレーションを含む）６ａが形成されている。ロータインナ５２ｃの環状凹部５２１の内周面と、これに対向する中空出力軸６の外周面との間に環状空間が形成され、本実施形態では、この環状空間にトルクリミッタ７が配置されている。トルクリミッタ７は、直動式電動アクチュエータ１の構成部品への過負荷を防止し、構成部品の損傷等を防止するもので、詳細は後述する。

図１、図２に示すように、本実施形態の直動式電動アクチュエータ１は、電動モータ２９の中空ロータインナ５２ｃ、具体的には中空ロータインナ５２ｃに嵌合された中空出力軸６と後述するねじ機構部Ｂのナットとの間に減速機２を有し、減速機２からねじ機構部Ｂに減速された高トルクの回転力が伝達される。これにより、電動モータ２９を小型化でき、直動式電動アクチュエータ１の小型、軽量化を図っている。また、本実施形態では、減速機２として、トラクションドライブ式の遊星減速機を使用したので、バックラッシュがなく低騒音を実現できる。トラクションドライブ式の遊星減速機２の詳細は後述する。

ねじ機構部Ｂはボールねじ９１で構成されている。ボールねじ９１は、ナット９２、ねじ軸９３、多数のボール９４、および循環部材としてのこま（図示省略）を主な構成要素とする。ナット９２の内周面に螺旋状溝が形成され、ねじ軸９３の外周面に螺旋状溝が形成されている。両螺旋状溝の間にボール９４が装填されている。

ナット９２は、その外周面に装着した複列の転がり軸受９６により、ケーシング８の蓋部８５に回転自在に支持されている。ナット９２の外周面には、減速機２の出力側となるキャリア２４が圧入等によりトルク伝達可能に連結されている。

ねじ軸９３の軸方向他方側（図１、図２の左側）にねじ軸９３の回り止め機構Ｍが設けられている。これにより、ナット９２が回転すると、ねじ軸９３が図１、図２の左右方向に進退する。ねじ軸９３の軸方向一方側（図１、図２の右側）には操作部Ｃとしてのアクチュエータヘッド１００が一体に設けられている。操作部Ｃのアクチュエータヘッド１００は、ねじ軸９３とは別体で構成されたものや、使用機器の対応部位との連結構造を有するもの等、種々の形態がある。回り止め機構Ｍの詳細は後述する。

本実施形態の直動式電動アクチュエータ１の全体構成は以上のとおりである。次に、特徴的な構成および有利な構成を詳細に説明する。本実施形態の特徴的な構成は、電動モータ部Ａとねじ機構部Ｂが同軸上に配置された直動式電動アクチュエータ１において、中空ロータインナ５２ｃとナット９２を軸方向に重ならない位置に配置すると共に、ねじ軸９３の回り止め機構Ｍを中空ロータインナ５２ｃの半径方向内側に設けたことである。これにより、直動式電動アクチュエータ１の小型化、特に半径方向寸法の小型化を図り、搭載性を向上させることができる。

具体的には、図１、図２に示すように、本実施形態の直動式電動アクチュエータ１では、電動モータ２９の中空ロータインナ５２ｃおよびこの中空ロータインナ５２ｃにトルクリミッタ７を介して連結された中空出力軸６と、ボールねじ９１のナット９２とが、軸方向に重ならない位置に配置されている。

本実施形態の直動式電動アクチュエータ１は、電動モータ部Ａとねじ機構部Ｂが同軸上に配置されているが、中空ロータインナ５２ｃと中空出力軸６に対してボールねじ９１のナット９２が半径方向に重畳する構造ではないので、中空ロータインナ５２ｃの内径Ｄ１、さらには中空出力軸６の内径Ｄ２をボールねじ９１のナット９２の外径Ｄ３より小さくすることができる。これにより、小型の電動モータ２９を使用することができ、直動式電動アクチュエータ１の小型化、特に半径方向寸法を小型化することができる。

上記の特徴に加えて、中空出力軸６の内周面に形成される内部スペースを有効利用して、ボールねじ９１のねじ軸９３が収容され、全体の軸方向寸法も小型化されている。さらに、上記内部スペースを有効利用して、ねじ軸９３の軸方向他方側（図１、図２の左側）に回り止め機構Ｍが設けられている。

図１および図１のＥ−Ｅ線で矢視した横断面図である図４に示すように、ねじ軸９３の回り止め機構Ｍは、ガイド部材９５と、ねじ軸９３の半径方向に貫通する孔に嵌め込まれたピン９６とこのピン９６に回転自在に外嵌されたガイドカラー９７とからなる。ガイド部材９５はケーシング８の底部８１に固定され、ガイド部材９５の円筒部９５ａは、中空出力軸６の内周面とねじ軸９３の外周面との間に配置されている。円筒部９５ａの内側にガイド溝９５ｂが設けられ、ガイドカラー９７が嵌め込まれている。ガイドカラー９７は、ＰＰＳ等の樹脂材料からなり、滑らかな回転を可能にする。これにより、ナット９２が回転すると、ねじ軸９３が図１、図２の左右方向にスムーズに進退する。

本実施形態では、ガイドカラー９７の外周面を円筒状とし、ガイドカラー９７が案内されるガイド溝９５ｂの案内面を、平行な２つ面から構成したものを例示したが、これに限られず、Ｖ字状に角度を付けた２つの面からなる案内面や、円筒状の案内面とし、ガイドカラー９７の外周面をそれぞれの案内面に対応する形状にしてもよい。

また、ガイドカラー９７が樹脂材料からなるものを例示したが、これに限られず、金属製としてもよい。さらに、ガイドカラー９７を省略し、ピン９６が直接ガイド溝９５ｂに係合する構造にしてもよい。

以上説明したように、電動モータ部Ａとねじ機構部Ｂが同軸上に配置された直動式電動アクチュエータ１において、中空ロータインナ５２ｃとナット９２を軸方向に重ならない位置に配置すると共に、ねじ軸９３の回り止め機構Ｍを中空ロータインナ５２ｃの半径方向内側に設けた構成により、直動式電動アクチュエータ１の小型化、特に半径方向寸法の小型化を図り、搭載性を向上させることができる。

ここで、特許請求の範囲における、ねじ軸の回り止め機構を中空ロータインナの半径方向内側に設けたという構成は、中空出力軸がトルクリミッタを介して中空ロータインナに連結された本実施形態の場合には、ねじ軸の回り止め機構が中空ロータインナの内側に嵌合する中空出力軸の半径方向内側に設けた構造になるが、この場合も含む概念のものである。

次に、有利な構成としてのトルクリミッタの詳細を図１、図２および図１のＦ−Ｆ線で矢視した横断面図である図５に基づいて説明する。トルクリミッタ７は、電動モータ２９から出力された回転動力を中空出力軸６に伝達する一方で、過負荷が作用した時にトルク伝達を遮断し、電動モータ部２９と中空出力軸６との相対回転を許容するものである。この機能を有する限り任意の構成のトルクリミッタ７を使用することができる。本実施形態では、トルクリミッタ７の一例として、摩擦クラッチ７を使用した場合を例示している。

摩擦クラッチ７は、一対の第１摩擦板７１と、これらの間に組込まれた第２摩擦板７３と、押圧板７５と、押圧板７５と第１摩擦板７１との間に介在し、第一摩擦板７１と第二摩擦板７３を圧接させる波形ばね等の弾性部材７４とからなり、押圧板７１は、ロータインナ５２ｃの内周面の環状溝に係止した止め輪７６により軸方向で位置決めされる。

図５に示すように、第１摩擦板７１は、ロータインナ５２ｃの雌スプライン５２２とスプライン嵌合しトルク伝達可能に連結されている。図５には図示されていないが、押圧板７５もロータインナ５２ｃの雌スプライン５２２とスプライン嵌合している。第２摩擦板７３は、中空出力軸６の雄スプライン６ａにスプライン嵌合しトルク伝達可能に連結されている。第１摩擦板７１と第２摩擦板７３は、雌スプライン５２２、雄スプライン６ａに対して、それぞれ軸方向に相対移動で可能で、弾性部材７４の付勢力により、第１摩擦板７１と第２摩擦板７３間に摩擦力が発生する。そして、第２摩擦板７３には、円周方向に多数の摩擦材７３ａが取り付けられ、第１摩擦板７１との安定した摩擦力が得られる。

電動モータ２９の中空ロータインナ５２ｃと中空出力軸６の間のトルクが、摩擦板７１、７３間の摩擦力以下である時は、両摩擦板７１、７３が一体に回転しトルクが中空出力軸６に伝達される。中空ロータインナ５２ｃと中空出力軸６の間のトルクが、摩擦板７１、７３間の摩擦力を上回ると、一方の摩擦板が他方の摩擦板に対して滑るため、中空出力軸６へのトルク伝達が遮断される。これにより、直動式電動アクチュエータ１の構成部品への過負荷を防止し、構成部品の損傷等を防止することができる。

さらに、有利な構成としてのトラクションドライブ式遊星減速機の詳細を図２および図２のＧ−Ｇ線で矢視した横断面図である図６に基づいて説明する。トラクションドライブ式遊星減速機２は、太陽ローラ２１と、外側リング２２と、複数の遊星ローラ２３と、キャリア２４（図２参照）を主な構成とする。太陽ローラ２１として中空出力軸６の端部を使用し、遊星ローラ２３として転がり軸受２５（例えば深溝玉軸受）を使用している。遊星ローラ２３としての各転がり軸受２５の内輪は、キャリア２４の軸２６に圧入固定されている。

図１、図２に示すように、外側リング２２は、断面Ｕ字状の本体部２２ａと、本体部２２ａの軸方向両側に突出するフランジ部２２ｂとを一体に有する。図示は省略するが、ケーシング８の筒部８２と加圧部８４を結合する前の状態では、筒部８２の内周に収容された外側リング２２は、軸方向一方側（図１、図２の右側）のフランジ部２２ｂを筒部８２の端面よりも突出させている。その後、蓋部８５と一緒に加圧部８４を筒部８２の端面に当接するまで押し込んでボルト８６を用いて両者を結合すると、加圧部８４に押圧された外側リング２２が弾性変形し、本体部２２ａが内径側に膨らむ。この外側リング２２の内径側への弾性変形により、外側リング２２と遊星ローラ２３の接触部、さらには遊星ローラ２３と太陽ローラ２１の接触部に予圧が付与される。

外側リング２２のフランジ部２２ｂと筒部８２の端面間には、リング状の調整部材（シム）２８が配置される。適正厚さの調整部材２８を選択して使用することにより、上記の予圧を所定範囲に設定することができる。

減速機２の出力側となるキャリア２４の内周面に、ボールねじ９１のナット９２の外周面を圧入等により、トルク伝達可能に連結されている。

最後に、本実施形態の直動式電動アクチュエータ１の外観を図７および図８に示す。図７は図２の左側から見た斜視図で、図８は図２の右側から見た斜視図である。本実施形態の直動式電動アクチュエータ１は、特に半径方向寸法が効率よく小型化され、搭載性が良好であることが理解される。

以上説明した実施形態の直動式電動アクチュエータでは、ねじ機構部をボールねじで構成したものを例示したが、これに限られず、ねじ機構部を滑りねじで構成してもよい。
また、電動モータ部Ａの電動モータ２９としてラジアルギャップ型の電動モータを例示したが、これに限られず、アキシャルギャップ型モータを使用してもよい。

以上説明した実施形態の直動式電動アクチュエータでは減速機としてトラクションドライブ式遊星減速機を使用したものを例示したが、これに限られず、他の機構を有する減速機を使用してもよい。また、減速機を設けない直動式電動アクチュエータとしてもよい。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、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。

１ 直動式電動アクチュエータ
２ トラクションドライブ式遊星減速機
６ 中空出力軸
７ トルクリミッタ
８ ケーシング
２３ 遊星ローラ
２９ 電動モータ
５２ｃ 中空ロータインナ
９１ ボールねじ
９２ ナット
９３ ねじ軸
９５ ガイド部材
９６ ピン
９７ ガイドカラー
Ａ 電動モータ部
Ｂ ねじ機構部
Ｃ 操作部
Ｄ ターミナル部
Ｍ 回り止め機構

Claims (6)

1. 電動モータ部とねじ機構部と操作部を備え、前記電動モータ部とねじ機構部が同軸上に配置されており、前記電動モータ部の中空ロータインナの回転運動が前記ねじ機構部のナットに伝達され、前記ねじ機構部のねじ軸に前記操作部が設けられた直動式電動アクチュエータにおいて、
   前記中空ロータインナと前記ナットが軸方向に重ならない位置に配置されると共に、
   前記ねじ軸の回り止め機構が前記中空ロータインナの半径方向内側に設けられていることを特徴とする直動式電動アクチュエータ。
2. 前記ねじ軸の回り止め機構が、前記ねじ軸に嵌め込まれたピンと、ガイド溝を有するガイド部材を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の直動式電動アクチュエータ。
3. 前記ねじ機構部がボールねじで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の直動式電動アクチュエータ。
4. 前記中空ロータインナと前記ナットとの間に減速機を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動式電動アクチュエータ。
5. 前記減速機がトラクションドライブ式遊星減速機であることを特徴とする請求項４に記載の直動式電動アクチュエータ。
6. 前記中空ロータインナの半径方向内側に中空出力軸が設けられ、中空ロータインナと前記中空出力軸との間にトルクリミッタを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の直動式電動アクチュエータ。

Images