JP4731395B2

JP4731395B2 - 電動リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP4731395B2
Application number: JP2006130974A
Authority: JP
Inventors: 良則池田; 康司立石
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP2007303514A

Description

この発明は、ボールねじ機構を用いた電動リニアアクチュエークに関し、詳しくはボールねじ機構の回転ナットをハウジング内に支持する軸受の軸方向固定構造に関する。

自動車等の車両の駆動部に、電動モータの回転力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が知られている（例えば、特許文献１の図１，図６）。この特許文献１に開示された電動リニアアクチュエータにおいては、ボールねじ機構の回転ナットがハウジングに対して転がり軸受によって回転自在に支持されている。また、ねじ軸が回転ナット内に多数のボールを介して軸方向に移動自在に嵌挿されており、これらは２つ割りの分割ハウジング内に収められている。そして、ボールねじ軸端のロッド部より外部からの軸方向荷重が負荷された時、その荷重をクラッチによって遮断し、モータヘ逆入力トルクを伝達しない構造となっている。

ところで、上記の電動リニアアクチュエータでは、ボールねじ軸端のロッド部より軸方向荷重を受けるため、回転ナットを支持する両側の軸受の少なくとも一方は、軸方向荷重を受けることが可能な４点接触玉軸受や、アンギュラ軸受が選択採用される。また、特許文献１の上記電動リニアアクチュエータでは、組立上の配慮から、回転ナットの両側の軸受が分割ハウジングの各々に分けて配置されている。しかし、ねじ軸を押し引きする両方の荷重が発生した時、このようなハウジング構造では、２つの軸受肩間寸法に対し同ハウジング肩間寸法が広い場合は正隙間となり軸方向にガタが発生する。また、逆に負隙間にし過ぎると、軸受内の隙間の減少や変形によって回転トルクの増加や回転時の発熱の原因となることがある。よって、望ましいのは、２つの軸受肩間とハウジング取付肩間の寸法がないか、または適正な負隙間状態とすることであるが、適正寸法に調整するための寸法管理が大変難しくなる。
特開２００５−８３４７４号公報

そこで、本発明者等は、軸方向荷重を受ける軸受側の軸方向固定を、外周面に雄ねじを有する締付ナットを用いてハウジングに締付けることで軸受の軸方向ガタをなくし、煩わしい寸法管理を不要にするよう試みた。図６はその試作例の電動リニアアクチュエータの縦断面図である。

図６に示す電動リニアアクチュエータＢは、ハウジング１に取付けられた電動モータ２と、この電動モータ２の出力軸２ａに固定された動力伝達ギヤ３と、この動力伝達ギヤ３に噛合する被動力伝達ギヤ４が形成された回転ナット５と、この回転ナット５に多数のボール６を介して嵌挿されたねじ軸７と、このねじ軸７の一端部に連結されたリニアクラッチ８とを備えている。動力伝達ギヤ３と被動力伝達ギヤ４とにより回転ナット５の動力伝達手段が構成される。

回転ナット５は、前記ギヤ４の両側の部分において一対の転がり軸受９，１０により回
転自在に支持され、その内周には螺旋状のねじ溝５ａが形成されている。一方、ねじ軸７の外周にはこのねじ溝５ａに対応して螺旋状のねじ溝７ａが形成され、これらのねじ溝５ａ，７ａ間に多数のボール6 が転動自在に収容されている。この回転ナット５、ボール６およびねじ軸７によってボールねじ機構が構成されている。電動モータ２が作動すると、出力軸２ａの回転に伴って動力伝達ギヤ３および被動力伝達ギヤ４を介して回転ナッ
５が回転し、この回転ナット５の回転によりねじ軸７が軸回転することなく軸方向（図中左右方向）に移動する。すなわち、このボールねじ機構により、出力軸２ａの回転運動がねじ軸７の軸方向運動に変換される。

ハウジング１は、２つ割りの分割ハウジング１１，１２からなり、この分割ハウジング１１，１２によりナット配置空間１ａが形成され、このナット配置空間１ａ内にボールねじ機構が収められている。また、各分割ハウジング１１，１２に形成された円形凹部１１ａ，１２ａの内周面に嵌合する前記転がり軸受９，１０によって回転ナット５が回転自在に支持されている。さらに、一方の円形凹部１２ａの内周面に成形された雌ねじ部１２ｂに外周面に雄ねじ部が形成された締付けナット１３を螺合・締付けることによって、軸受１０を円形凹部１２ａ内の軸向き面に押し付け、軸受９，１０の軸方向ガタをなくすようになされている。図６は、締付けナット１３を緩めた状態を示し、この状態では軸受肩間寸法Ｌ１とハウジング肩間寸法Ｌ２とに差（Ｌ１−Ｌ２）が存在する。この差が軸受９，１０の軸方向ガタとなるが、締付けナット１３を締付けることによって、この差( Ｌ１−Ｌ２) がゼロとなりガタがなくなる。

図６の例では、実質的に軸受の軸方向ガタがなくなることになるから、回転トルクの増加や回転時の発熱等の抑制に効果的であるが、振動荷重によって締付けナット１３が緩んだ場合、軸受やボールねじ機構の構成部品が振動荷重によって軸方向に振られ、部品同士がぶつかり合うことで、音や振動の発生要因となることが予想される。また、締付けナット１３の緩み止めにロックタイト等の接着剤で補強、固定することも可能であるが、信頼性、組立作業性の点で十分でなく、なお改善の余地が残されていた。

この発明の目的は、回転ナットを支持する軸受の軸方向ガタを安定的になくすようにした電動リニアアクチュエータを提供することである。

この発明の電動リニアアクチュエータは、ハウジングに設置された電動モータの回転を、動力伝達手段を介してボールねじ機構の回転ナットに伝達し、このボールねじ機構のねじ軸の直線運動に変換する電動リニアアクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構の回転ナットを、前記ハウジング内に設けられた円形凹部の内周面に嵌合する一対の転がり軸受により回転自在に支持し、これら一対の軸受のうち、前記ねじ軸の出力端側の転がり軸受は軸方向荷重を受ける軸受であり、前記円形凹部の内周面に成形された雌ねじ部にねじ込まれて前記ねじ軸の出力端側の転がり軸受を前記円形凹部内の軸向き面に押し付ける締付けナットを設け、前記ハウジングの前記円形凹部の開ロ縁に加締片を設け、この加締片を前記締付けナットの幅面に設けられた凹部内に加締めたことを特徴とする。

この構成によると、ハウジング内に設けられた円形凹部の内周面に嵌合する転がり軸受により支持された回転ナットに対して、電動モータの回転が、動力伝達手段を介して伝達されて、回転ナットは回転する。この回転ナットの回転は、ボールねじ機構のねじ軸の直線運動に変換される。回転ナットを支持する転がり軸受は、ハウジングの円形凹部の内周面に成形された雌ねじ部にねじ込まれる締付けナットによって、円形凹部内の軸向き面に押し付けられるから、転がり軸受の軸方向ガタがなくなる。そして、この締付けナットは、ハウジングの円形凹部の開口縁に設けられた加締片を締付けナットの幅面に設けられた凹部内に加締めているから、軸受の回転に伴う振動荷重によっても緩むことがなく、上記ガタの発生抑止が安定的に持続される。

この発明において、前記回転ナットは、外周面における幅方向の中間に、前記動力伝達手段を構成するギヤが外周に突出し、前記ハウジングは、前記ギヤの両側に対向して位置する一対の円形凹部によりナット配置空間が形成され、前記回転ナットは、前記一対の円形凹部にそれぞれ嵌合する複数の転がり軸受により、前記ギヤの両側の部分が回転自在に支持され、前記締付けナットおよび加締片は、前記一対の円形凹部のうちの片方の円形凹部に設けるようにしても良い。
この構成によれば、ハウジングの一対の円形凹部のうちの片方の円形凹部に設けられた締付けナットおよび加締片によって、回転ナットのギヤの両側の部分を回転自在に支持する転がり軸受の軸方向ガタがなくなり、かつ締付けナットの緩みも生じずガタの発生抑止が安定的に持続される。

また、この発明の電動リニアアクチュエータは、自動車等の車両のクラッチの駆動に使用されるものとすることができる。このように、自動車等の車両のクラッチの駆動に用いると、軸方向荷重がクラッチによって遮断され、モータに逆入力トルクが伝達されず、これにより電動モータの大型化や消費電力増大を来たさず、効率的なアクチュエータが構成される。

この発明の電動リニアアクチュエータは、ハウジングに設置された電動モータの回転を、動力伝達手段を介してボールねじ機構の回転ナットに伝達し、このボールねじ機構のねじ軸の直線運動に変換する電動リニアアクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構の回転ナットを、前記ハウジング内に設けられた円形凹部の内周面に嵌合する一対の転がり軸受により回転自在に支持し、これら一対の軸受のうち、前記ねじ軸の出力端側の転がり軸受は軸方向荷重を受ける軸受であり、前記円形凹部の内周面に成形された雌ねじ部にねじ込まれて前記ねじ軸の出力端側の転がり軸受を前記円形凹部内の軸向き面に押し付ける締付けナットを設け、前記ハウジングの前記円形凹部の開口縁に加締片を設け、この加締片を前記締付けナットの幅面に設けられた凹部内に加締めるようにしたため、部品点数を増やすことなく、比較的安価な構造で確実な締付けナットおよび軸受の軸方向固定が可能とされる。これにより、軸受肩間寸法とハウジングの取付肩間寸法との寸法差を厳重に管理する必要がなくなるから、アクチュエ一タの生産性が向上すると共に、アクチュエータ軸端に押し引きの軸方向荷重が負荷される状況であっても取付ガタがなく、部品の緩みも防止できる。このため緩み時のガタ増大による音や振動発生が防止され、また、構成部品の破損がなく、さらに、アクチュエータとしての信頼性も向上する。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１に示す電動リニアアクチュエータＡは、図６に示す電動リニアアクチュエータＢと基本構成が同様であるので、共通部分に同一の符号を付して以下説明する。すなわち、この実施形態の電動リニアアクチュエータＡは、ハウジング１に取付けられた電動モータ２と、この電動モータ２の出力軸２ａに固定された動力伝達ギヤ３と、この動力伝達ギヤ３に噛合する被動力伝達ギヤ４が形成された回転ナット５と、この回転ナット５に多数のボール６を介して嵌挿されたねじ軸７と、このねじ軸７の一端部に連結されたリニアクラッチ８とを備えている。出力軸２ａの先端側は、転がり軸受２ｂによってハウジング１に回転自在に支持されている。被動力伝達ギヤ４は、回転ナット５の外周面における幅方向の中間に突出するよう形成され、上記動力伝達ギヤ３と被動力伝達ギヤ４とにより回転ナット５の動力伝達手段３４が構成される。

回転ナット５は、前記ギヤ４の両側の部分において一対の転がり軸受９，１０により回転自在に支持され、その内周にねじ溝５ａが形成されている。一方、ねじ軸７の外周にはこのねじ溝５ａに対応してねじ溝７ａが形成され、これらのねじ溝５ａ，７ａ間に多数のボール６が転動自在に収容されている。この回転ナット５、ボール６およびねじ軸７によってボールねじ機構５０が構成される。電動モータ２が作動すると、出力軸２ａの回転に伴って動力伝達ギヤ３および被動力伝達ギヤ４を介して回転ナット５が回転し、この回転ナット５の回転によりボール６がねじ溝５ａ，７ａ間を転動し、この転動作用によって、ねじ軸７が軸回転することなく軸方向（図中左右方向）に移動する。すなわち、このボールねじ機構５０により、出力軸２ａの回転運動がねじ軸７の軸方向運動に変換される。

ハウジング１は、２つ割りの分割ハウジング１１，１２からなる。この分割ハウジング１１，１２には、前記ギヤ４の両側に対向して位置する一対の円形凹部１１ａ，１２ａが同軸的に設けられ、この一対の円形凹部１１ａ，１２ａによりナット配置空間１ａが形成され、このナット配置空間１ａ内にボールねじ機構５０が収められる。各円形凹部１１ａ，１２ａの内周面には転がり軸受９，１０が嵌合し、この転がり軸受９，１０によって回転ナット５が回転自在に支持されている。さらに、片方の円形凹部１２ａの内周面に成形された雌ねじ部１２ｂに、外周面に雄ねじ部１３ａが形成された締付けナット１３を螺合・締付けることによって、転がり軸受１０を円形凹部１２ａ内の軸向き面に押し付け軸受１０の軸方向ガタをなくすようになされている。

分割ハウジング１２の上記円形凹部１２ａの開口縁にはその周方向に沿って多数の加締片１２ｃが等間隔で軸方向に突設されている。各加締片１２ｃの背後、つまり外径側には、この加締片１２ｃの加締代としてのポケット１２ｄが形成されている。また、締付けナット１３の外周縁側幅面には、この各加締片１２ｃに対応する多数の凹部１３ｂが放射状に形成されている。

転がり軸受１０を片方の分割ハウジング１２の上記円形凹部１２ａ内に軸方向に位置決め固定する要領について説明する。図３に示すように円形凹部１２ａ内に転がり軸受１０を嵌合し、さらに、円形凹部１２ａの開口部側から締付けナット１３を、その雄ねじ部１３ａを円形凹部１２ａの内周面に形成された雌ねじ部１２ｂにねじ込み、軸受１０を円形凹部１２ａ内の軸向き面に押し付ける。次いで、加締片１２ｃを内径方向に屈折させて、締付けナット１３の凹部１３ｂ内に加締める。図５，図３および図２の２点鎖線部は、加締める前の状態を示し、図１および図２の実線部は加締片１２ｃが締付けナット１３の凹部１３ｂ内に加締められた状態を示している。このように、セットビス等を用いずとも、加締片１２ｃを締付けナット１３に加締めることにより締付けナット１３の緩みが防止され、部品点数の増大を招くことなく、軸受１０の軸方向ガタおよび締付けナット１３の緩みを抑止することができる。

そして、他方の分割ハウジング１１の円周凹部１１ａに、ボールねじ機構５０の回転ナット５を転がり軸受９を介して嵌合し、上記要領で分割ハウジング１２の円周凹部１２ａに嵌合固定された転がり軸受１０を回転ナット５の上記とは反対側部分に嵌合し、両分割ハウジング１１、１２を図示しない冶具等を用いて合体させる。これにより、図１に示すようにボールねじ機構５０が両円形凹部１１ａ，１２ａにより形成されたナット配置空間１ａ内に収められた電動リニアアクチュエータＡが構成される。この合体によって、両転がり軸受９，１０は、ナット配置空間１ａ内で回転ナット５を介して軸方向にガタ付くことなく固定される。

図１では、ねじ軸７の一端部に伝達ピン１４を介してリニアクラッチ８が連結されている。このリニアクラッチ８は、分割ハウジング１２に嵌合され、円筒状の内周面を有する外輪１５と、ねじ軸７の一端部に形成された円筒状の保持部１６内にスライド自在に挿入された出力軸１７と、この出力軸１７の外周に形成されて緩やかな傾斜面を備えた周溝状係合凹部１７ａと、この係合凹部１７ａと外輪１５の内周面１５ａとの間に収容された複数のボールからなる係合子１８とにより構成されている。この出力軸１７の係合凹部１７ａと外輪１５の内周面１５ａとの間には環状空間１９が形成され、図示しない保持部のポケット内に圧縮ばねからなる弾性部材２０を介して複数の係合子１８が円周方向等間隔に、かつ軸方向の中立位置に保持されている。なお、ここでは、係合子１８として単列のボールを例示したが、これに限らず、複列のボールであっても良い、また、係合子１８としてころを使用することもできる。
上記伝達ピン１４は、出力軸１７に形成されたピン挿入孔１７ｂに対して所定の隙間をもって挿入されている。

この構成のリニアクラッチ８は、特許文献１に開示されたリニアクラッチと同様の作用を奏し、出力軸１７の軸方向運動がスムースになされ、また、出力軸１７に外部から軸方向（図中左方向）の荷重が負荷された場合でも、ボールねじ機構５０を介して電動モータ２に逆入力トルクが発生することはない。すなわち、出力軸１７の軸方向の移動と共にねじ軸７が同方向に移動し、このねじ軸７の軸方向の移動に伴ってナット５が回転するようなことはない。したがって、電動モータ２への衝撃を緩和すると共に、電動モータ２の発熱や消費電力の増大等が生じるのを防止することができる。
したがって、この実施形態の電動リニアアクチュエータＡを、自動車等の車両のクラッチの駆動に使用すれば、従来のような複雑な電気制御を必要とせず、転がり軸受９、１０の軸方向固定がガタ付くことなく安定的かつ持続的になされることとも相侯って、その適性が増大する。

なお、転がり軸受９，１０としては、図示のようなアンギュラ玉軸受の他にころ軸受を用いても良い。また、図例では単列の転がり軸受としているが、複列の転がり軸受であっても良い。その他、アクチュエータＡの全体形状も図例のものに限定されるものではない。

この発明に係る電動リニアアクチュエータの一実施形態を示す縦断面図である。図１におけるＩＩ部の拡大図である。同電動リニアアクチュエータの構成部品の一部を示す縦断面図である。図３において、矢示ＩＶから見た締付けナットの平面図である。図３におけるＶ部の拡大図である。この発明に係る電動リニアアクチュエータの試作品を示す縦断面図である。

符号の説明

１…ハウジング
１ａ…ナット配置空間
２…電動モータ
３…動力伝達ギヤ
４…被動力伝達ギヤ
３４…動力伝達手段
５…回転ナット
５０…ボールねじ機構
７…ねじ軸
８…リニアクラッチ
９…転がり軸受
１０…転がり軸受
１１ａ…円形凹部
１２ａ…円形凹部
１２ｂ…雌ねじ部
１２ｃ…加締片
１３…締付けナット
１３ｂ…凹部
Ａ…電動リニアアクチュエータ

Claims

ハウジングに設置された電動モータの回転を、動力伝達手段を介してボールねじ機構の回転ナットに伝達し、このボールねじ機構のねじ軸の直線運動に変換する電動リニアアクチュエータにおいて、
前記ボールねじ機構の回転ナットを、前記ハウジング内に設けられた円形凹部の内周面に嵌合する一対の転がり軸受により回転自在に支持し、これら一対の軸受のうち、前記ねじ軸の出力端側の転がり軸受は軸方向荷重を受ける軸受であり、前記円形凹部の内周面に成形された雌ねじ部にねじ込まれて前記ねじ軸の出力端側の転がり軸受を前記円形凹部内の軸向き面に押し付ける締付けナットを設け、前記ハウジングの前記円形凹部の開口縁に加締片を設け、この加締片を前記締付けナットの幅面に設けられた凹部内に加締めたことを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
請求項１において、前記回転ナットは、外周面における幅方向の中間に、前記動力伝達手段を構成するギヤが外周に突出し、前記ハウジングは、前記ギヤの両側に対向して位置する一対の円形凹部によりナット配置空間が形成され、前記回転ナットは、前記一対の円形凹部にそれぞれ嵌合する複数の転がり軸受により前記ギヤの両側の部分が回転自在に支持され、前記締付けナットおよび加締片は、前記一対の円形凹部のうちの片方の円形凹部に設けた電動リニアアクチュエータ。
請求項１または請求項２において、自動車等の車両のクラッチの駆動に使用されるものである電動リニアアクチュエータ。