JP5983040B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は自動車部品及び機械部品装置等に使用するアクチュエータに関する。

変速機用電動駆動装置に用いるアクチュエータとして、特許文献１のように、駆動源である電動モータから伝達される回転運動を直線運動に変換するボールねじ装置を用いたものが知られている。ボールねじ装置は、電動モータによりボールねじ軸が回転し、ボールねじ軸に螺合したボールねじナットがボールねじ軸の軸線方向へ移動する。ボールねじナットには、ボールねじ軸の軸線とこの軸線に直交する方向とで形成される面内で揺動可能な揺動アームの一端が連結されており、その揺動アームの他端に、ボールねじ軸の軸線に直交する方向に配置した出力軸が連結し、揺動アームの揺動運動により出力軸が回転することで、ギア切換えが行なわれるようになっている。

ところで、この特許文献１のアクチュエータの揺動アーム（この特許文献１ではシフトアームと称している）には、一端に、ボールねじナットの互いに逆側の面となる一対の外側面から突設する一対の係合ピンに係合する長孔が形成され、他端が出力軸に固定されている。そして、ボールねじナットの直線運動により一対の係合ピンが長孔の長手方向に移動すると、揺動アームが揺動運動を行い、ボールねじナットの直線運動が出力軸に回転運動として伝達されるようになっている。

しかし、特許文献１のアクチュエータでは揺動アームと出力軸とが軸周りに相対回転しない構造となっているため、ボールねじ軸、ボールねじナット、ハウジング、揺動アーム及び出力軸の少なくとも一つの製造誤差によりボールねじ軸及び出力軸の配置角度に誤差が発生すると、揺動アームとボールねじ軸との間にねじれが発生してアクチュエータの組立不良が生じたり、作動性が損なわれるおそれがある。
そこで、伸縮自在な揺動アームを複数のアームで構成し、これら複数のアームを、アーム軸方向に摺動自在とし、且つ互いに相対回転自在に連結し、アクチュエータの構成部品に製造誤差が発生しても、それを吸収してアクチュエータの作動性を良好とするものが知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００２−３１７８７１号公報 特開２０１１−１１２１９３号公報

しかし、特許文献２のアクチュエータは、構成部品の製造誤差を吸収するために、揺動アームを構成する複数のアームをアーム軸方向に摺動自在とし、且つ互いに相対回転自在に連結した構造が複雑であり、組立て性の面で問題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、組立て性を向上させ、簡易な構成で製造誤差を吸収することができるアクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載のアクチュエータは、回転駆動源から回転運動が伝達されるボールねじ軸と、このボールねじ軸の回転運動により直線運動を行うボールねじナットと、このボールねじナットに一端が係合し、前記ボールねじ軸の軸線及び当該ボールねじ軸の軸線に直交する第１方向とで形成される面内を揺動する１本の揺動アームと、前記ボールねじ軸の軸線及び前記第１方向に直交し、前記揺動アームの揺動中心を通る第２方向に延在して前記揺動アームの他端に連結し、前記ボールねじナットの直線運動による前記揺動アームの揺動運動により回転運動が伝達される出力軸と、を備え、前記出力軸及び前記揺動アームの他端は、前記揺動アームが前記第２方向の並進自由度を有し、且つ、前記揺動アームが前記ボールねじナットの直線運動方向に移動するのを規制して連結されており、前記揺動アームの他端は、当該揺動アームの軸線周りの回転自由度を有して前記出力軸に連結されている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記出力軸の端部に、互いに前記第２方向に平行に延在した一対の出力側平坦面を設け、前記揺動アームの他端に前記出力軸の端部を挿入する係合穴部を設け、この係合穴部に、前記一対の出力側平坦面が面接触状態で摺動する一対の揺動側内平面を設けるとともに、前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に突起部を設け、前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に摺動する前記一対の揺動側内平面の少なくとも一方に、前記突起部が入り込む係合溝を前記第２方向に延在して設けた。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載のアクチュエータにおいて、前記出力軸の端部に、前記一対の出力側平坦面で開口するピン挿入穴を形成し、このピン挿入穴に、前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方から突出した端部を前記突起部としてピンを挿入した。
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載のアクチュエータにおいて、前記出力軸の前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に、前記係合溝に入り込む突起を一体に形成した。

また、請求項５記載の発明は、請求項２記載のアクチュエータにおいて、前記出力軸の前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に凹み部を形成し、この凹み部に球体を嵌め込み、前記球体が前記突起部として前記係合溝に入り込むようにした。
さらに、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載のアクチュエータにおいて、前記揺動アームの一端は、前記ボールねじナットの回転を不能として当該ボールねじナットに係合している。

さらにまた、請求項７記載の発明は、請求項６記載のアクチュエータにおいて、前記ボールねじナットは、当該ボールねじナットの直線運動方向に直交する方向に、互いに対向した一対の回転止め平面を設け、前記揺動アームの一端に、前記一対の回転止め平面に摺動自在に当接する一対の係合杆を設けた。

本発明に係るアクチュエータによれば、出力軸及び前記揺動アームの他端は、揺動アームがボールねじナットの直線運動方向に移動するのを規制して連結されているため、揺動アームが第２方向の並進自由度を有している。この結果、揺動アーム及びボールねじナットの干渉を防止することができ、アクチュエータの組立て性を向上させ、簡易な構成で製造誤差を吸収することができる。

本発明に係る第１実施形態のアクチュエータを示す斜視図である。 第１実施形態のアクチュエータを第２方向（Ｚ軸方向）から示した図である。 図２のＡ−Ａ線矢視図である。 本発明に係る第２実施形態のアクチュエータの要部を示す図である。 本発明に係る第３実施形態のアクチュエータの要部を示す図である。 本発明に係る第４実施形態のアクチュエータの要部を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１から図３は、本発明に係る自動車の自動変速機等に使用されているアクチュエータ１の第１実施形態を示す図である。
本実施形態のアクチュエータ１は、シフトセレクトアクチュエータのうちシフト動作を行うシフト用アクチュエータであり、軸線Ｐ１がＸ軸方向に延在するように配置され、モータ２から回転運動が伝達されるボールねじ軸３と、このボールねじ軸３の外周面と自身の内周面との間に複数のボール（不図示）を介在させ、ボールねじ軸３に伝達された回転運動が直線運動として変換されるボールねじナット４と、ボールねじナット４に一端が係合し、ボールねじ軸３の軸線Ｐ１及びボールねじ軸２の軸線Ｐ１に直交するＹ軸方向とで形成される面内を揺動する１本の揺動アーム５と、ボールねじ軸３の軸線Ｐ１及びＹ軸方向に直交し、揺動アーム５の揺動中心を通るＺ軸方向に延在して前記揺動アームの他端に連結した出力軸６と、を備えている。また、ハウジング（不図示）に固定された軸受７，８が、ボールねじ軸２の軸方向の両端側を回転自在に支持している。

出力軸６は、軸受（不図示）を介してハウジングに回転自在に支持された棒状部材である。この出力軸６の外周には環状溝２８が形成されており、この環状溝２８にハウジングに固定された出力軸用ピン２９の一部が係合している。このような環状溝２８及び出力軸用ピン２９の係合により、出力軸６は、Ｚ軸（軸線Ｐ２）方向の移動が規制されながらＺ軸回りに回転自在に配置されている。

そして、出力軸６の長手方向中間部には、出力レバー１１が外方に突出して設けられている。この出力レバー１１は、シフト用アクチュエータである本実施形態のアクチュエータ１から出力軸６と共にＺ軸回りに回転するシフト動作が伝達されるとともに、本実施形態のアクチュエータ１とは異なる構造のセレクト用アクチュエータ（不図示）からＺ軸方向に移動するセレクト動作が伝達されるようになっている。なお、出力レバー１１にセレクト動作が伝達されるときに、出力軸６はＺ軸方向に移動しない。

ここで、出力軸６の一端側（揺動アーム５の他端が連結する側）には、出力軸６の軸線Ｐ２に沿って延在する互いに平行な平面とした一対の出力側平坦面９，１０が形成されている。
図３に示すように、出力軸６の一端側には、軸線Ｐ２に直交する方向に延在して一対の出力側平坦面９，１０で開口するピン挿入穴１２が形成されており、このピン挿入穴１２に、一方の出力側平坦面９から端部１３ａを突出させた状態でピン１３が挿入されている。

ボールねじナット４は直方体形状の外観をなしており、図３に示すように、Ｚ軸方向を向く両側面４ａ，４ｂから円柱形状の凸部１４が突出している。
揺動アーム５は、図２に示すように、アーム部１５と、アーム部１５の一端に形成した一対のナット係合杆１７と、アーム部１５の他端に形成した出力軸係合穴部１６とを備えている。

出力軸係合穴部１６は、図２に示すように、アーム部１５の軸線Ｐ３に直交する方向（図２ではＺ軸方向）に延在した穴を設け、出力軸６の一対の出力側平坦面９，１０に面接触するように互いに平行な平面として形成した一対の揺動側内平面１８，１９と、これら一対の揺動側内平面１８，１９以外の内面であり、出力軸６の一対の出力側平坦面９，１０の間の外周面に対して接触せず隙間を設ける非接触内面２０，２１と、一方の揺動側内平面１８に形成され、軸線Ｐ３に交叉して軸線Ｐ３に直交する方向（Ｚ方向）に延在する係合溝２２とを備えている。

一対のナット係合杆１７は、図２及び図３に示すように、アーム部１５の他端側からＺ軸方向に二股に分岐された形状とされ、先端側に切欠きスリット２３が形成された部材である。そして、一対のナット係合杆１７の内壁の間の距離は、ボールねじナット４のＺ軸方向を向く両側面４ａ，４ｂの間の距離と略同一寸法に設定されている。
次に、上記構成のアクチュエータ１の組立て手順について説明する。
先ず、出力軸６を、軸受（不図示）を介してハウジングに２点支持する。

次に、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６に、出力軸６の一端側をＺ軸方向から挿入する。その際、出力軸係合穴部１６の一方の揺動側内平面１８の軸線Ｐ３に直交する方向（Ｚ方向）に延在する係合溝２２に、出力軸６の一方の出力側平坦面９から突出したピン１３の端部１３ａが入り込む。そして、出力軸係合穴部１６の一対の揺動側内平面１８，１９に、出力軸６の一対の出力側平坦面９，１０を面接触させる。また、出力軸係合穴部１６の非接触内面２０，２１は、出力軸６の一対の出力側平坦面９，１０の間の外周面との間に隙間を設けた状態となる。

次に、両端側に軸受７，８を装着したボールねじ軸３をＸ軸方向に延在させ、ボールねじ軸３の外周に配置したボールねじナット４の両側面４ａ，４ｂからＺ軸方向に凸部１４を突出させる。
次に、揺動アーム５の一対のナット係合杆１７に設けた切欠きスリット２３の周縁を、ボールねじナット４の両側面４ａ，４ｂから突出している凸部１４に係合する。そのとき、図３に示すように、ボールねじナット４のＺ軸方向を向く側面４ａ，４ｂは、一対のナット係合杆１７の内壁を含む部位に囲まれた空間に位置する。

そして、ボールねじ軸２の軸方向の両端側に装着した軸受７，８をハウジングに固定する。
その後、カップリング（不図示）を介してボールねじ軸３をモータ２に連結する。
このように組立てたアクチュエータ１は、モータ２からボールねじ軸３に回転運動が伝達されると、揺動アーム５の一対のナット係合杆１７の内壁がボールねじナット４の側面４ａ，４ｂに当接することでボールねじナット４が回転不能とされ、ボールねじナット４はＸ軸方向の直線運動を行う。

そして、ボールねじナット４の一対の凸部１４に一対のナット係合杆１７の切欠きスリット２３の周縁が摺動自在に係合しているので、ボールねじナット４の直線運動が、出力軸係合穴部１６側を回転中心とした揺動アーム５の回転運動として伝達される。
この揺動アーム５の回転運動は、一対の揺動側内平面１８，１９から出力軸６の一対の出力側平坦面９，１０に伝達され、出力軸６が回転することで出力レバー１１が揺動し、ギアの切換えを行う。

次に、上述したアクチュエータ１の作用効果について述べる。
本実施形態のアクチュエータ１において、出力軸６の一端が出力軸係合穴部１６に挿入された揺動アーム５がＸ軸方向に移動しようとするのを、一方の揺動側内平面１８のＺ方向に延在する係合溝２２に入り込んだ出力軸６のピン１３の端部１３ａが規制する。これにより、揺動アーム５がボールねじナット４とともにＸ軸方向に並進運動するのを防止することができる。

また、製造誤差によってボールねじ軸３の位置精度が悪くても、揺動アーム５はＺ軸方向（出力軸６の軸線Ｐ２に沿う方向）に並進自由度があるので、揺動アーム５及びボールねじナット４の干渉のおそれがない。
また、製造誤差によってボールねじ軸３及び出力軸６の配置角度の精度が悪くても、揺動アーム５は、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６の係合溝２２に入り込んでいるピン１３（端部１３ａ）周りの回転自由度を有しているので、揺動アーム５及びボールねじナット４の干渉のおそれがない。

このように、本実施形態のアクチュエータ１は、出力軸６と別体に形成された揺動アーム５とピン１３とを使用するという最小限の部品点数の増加で、アクチュエータの組立て性を向上させ、簡易な構成で製造誤差を吸収することができる。ここで、本発明で記載した、揺動アームの他端が当該揺動アームの軸線回りの回転自由度を有して出力軸に連結されているという構造は、出力軸係合穴部１６の揺動側内平面１８に形成した係合溝２２やピン１３を、軸線Ｐ３に近いが軸線Ｐ３に交叉しない位置とし、揺動アーム５が、その係合溝２２に入り込んだピン１３（端部１３ａ）周りの回転自由度を有している場合も含んでいるものとする。

また、ボールねじナット４の凸部１４に、揺動アーム５の一対のナット係合杆１７の切欠きスリット２３の周縁が摺動自在に係合するという簡便な構造で、ボールねじナット４の直線運動を、出力軸係合穴部１６側を回転中心とした揺動アーム５の回転運動として伝達することができる。
また、出力軸６の一端側のピン挿入穴１２に挿入されているピン１３は、アクチュエータ１の組付け後は、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６の他方の揺動側内平面１９及び係合溝２２の内壁により抜け落ちが防止されるので、ピンの圧入工程、ピンの抜け止め工程、或いはピンの圧入及び抜け止め工程が不要となる。

また、揺動アーム５及びボールねじナット４の干渉のおそれがないので、係合杆１７の内壁とボールねじナット４の側面４ａ，４ｂとの隙間をより小さくできる。これにより、モータ２の回転運動がボールねじナット４に直線運動として伝達されるまでの時間が短くなり、制御性が向上したアクチュエータ１とすることができる。
なお、本実施形態のＹ軸方向が本発明の第１方向に相当し、本実施形態のＺ軸方向が本発明の第２方向に相当し、本実施形態の端部１３ａが本発明の突起部に相当する。

次に、図４に示すものは、本発明に係るアクチュエータの第２実施形態を示す図である。
本実施形態は、出力軸６の出力側平坦面９に突起２４が一体に形成されている。この突起２４は、円柱、円錐等の回転の自由度が与えられる形状であり、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６の揺動側内平面１８に形成され、軸線Ｐ３に交叉して軸線Ｐ３に直交する方向（Ｚ方向）に延在する係合溝２２に入り込む。

本実施形態によると、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６が軸線Ｐ２に対して直交するＸ軸方向に移動しようとするのを、一方の揺動側内平面１８のＺ方向に延在する係合溝２２に入り込んだ突起２４が規制するので、揺動アーム５がボールねじナット４とともにＸ軸方向に並進運動するのを防止することができる。
また、製造誤差によってボールねじ軸３の位置精度が悪くても、揺動アーム５はＺ軸方向（出力軸６の軸線Ｐ２に沿う方向）に並進自由度があるので、揺動アーム５及びボールねじナット４の干渉のおそれがない。

また、製造誤差によってボールねじ軸３及び出力軸６の配置角度の精度が悪くても、揺動アーム５は、出力軸係合穴部１６の係合溝２２に入り込んでいる突起２４周りの回転自由度があるので、揺動アーム５及びボールねじナット４の干渉のおそれがない。
また、出力軸６の出力側平坦面９に突起２４が一体に形成されているので、アクチュエータ１の部品点数を減少させることができる。
なお、本実施形態の突起２４が本発明の突起部に相当する。

次に、図５（ａ），（ｂ）に示すものは、本発明に係るアクチュエータの第３実施形態を示す図である。
本実施形態は、出力軸６の一端側（揺動アーム５の他端が連結する側）に一対の出力側平坦面９，１０が形成され、一方の出力側平坦面９の一部に円錐形状の凹み２５が形成され、その凹み２５に球体２６が嵌まり込んでいる。

また、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６の一方の揺動側内平面１８に、軸線Ｐ３に交叉して軸線Ｐ３に直交する方向（Ｚ方向）に延在するＶ字溝２７が形成されており、出力軸６の一端側をＺ軸方向から挿入すると、一方の出力側平坦面９の凹み２５に嵌まり込んでいる球体２６が、Ｖ字溝２７に入り込む。
本実施形態によると、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６が軸線Ｐ２に対して直交するＸ軸方向に移動しようとするのを、一方の揺動側内平面１８のＺ方向に延在するＶ字溝２７に入り込み、出力側平坦面９の凹み２５に嵌まり込んでいる球体２６が規制するので、揺動アーム５がボールねじナット４とともにＸ軸方向に並進運動するのを防止することができる。

また、製造誤差によってボールねじ軸３の位置精度が悪くても、揺動アーム５はＺ軸方向（出力軸６の軸線Ｐ２に沿う方向）に並進自由度があるので、揺動アーム５及びボールねじナット４の干渉のおそれがない。
また、製造誤差によってボールねじ軸３及び出力軸６の配置角度の精度が悪くても、揺動アーム５は、出力軸６の凹み２５に入り込んでいる球体２６周りの回転自由度があるので、揺動アーム５及びボールねじナット４の干渉のおそれがない。

さらに、一方の出力側平坦面９の凹み２５に嵌まり込んでいる球体２６は、アクチュエータ１の組付け後は、揺動アーム５の出力軸係合穴部１６に形成したＶ字溝２７の内壁により抜け落ちを防止することができる。
なお、本実施形態の球体２６が本発明の突起部に相当し、本実施形態のＶ字溝２７が本発明の係合溝に相当する。
さらに、図６（ａ），（ｂ）に示すものは、本発明に係るアクチュエータの第４実施形態を示す図である。

本実施形態の揺動アーム５は、アーム部１５の他端に一対のナット係合杆３０を形成している。すなわち、一対のナット係合杆３０は、アーム部１５の他端側からＺ軸方向に二股に分岐された分岐部３１を介して形成された円板形状の部材である。
ボールねじナット４のＺ軸方向を向く両側面４ａ，４ｂには、円板形状のナット係合杆３０が入り込み、そのナット係合杆３０の周縁が係合する係合溝３２が形成されている。
そして、一対のナット係合杆３０の内壁の間の距離は、ボールねじナット４の両側面４ａ，４ｂに形成した係合溝３２の側面３２ａの間の距離と略同一寸法に設定されている。

本実施形態によると、揺動アーム５の一対のナット係合杆３０の内壁がボールねじナット４の側面４ａ，４ｂに形成した係合溝３２の側面３２ａに当接することでボールねじナット４が回転不能とされるので、モータ２からボールねじ軸３に回転運動が伝達されると、ボールねじナット４はＸ軸方向の直線運動を行うことができる。
そして、ボールねじナット４の係合溝３２に、揺動アーム５の円板形状とした一対のナット係合杆３０の周縁が摺動自在に係合するという簡便な構造で、ボールねじナット４の直線運動を、出力軸係合穴部１６側を回転中心とした揺動アーム５の回転運動として伝達することができる。

１…アクチュエータ、２…モータ、３…ボールねじ軸、４…ボールねじナット、４ａ，４ｂ…ボールねじナットの側面、５…揺動アーム、６…出力軸、７，８…軸受、９，１０…出力側平坦面、１１…出力レバー、１２…ピン挿入穴、１３…ピン、１３ａ…端部、１４…凸部、１５…アーム部、１６…出力軸係合穴部、１７…ナット係合杆、１８，１９…揺動側内平面、２０，２１…非接触内面、２２…係合溝、２３…切欠きスリット、２４…突起、２５…凹み、２６…球体、２７…Ｖ字溝、２８…環状溝、２９…出力軸用ピン、３０…ナット係合杆、３１…分岐部、３２…係合溝、３２ａ…係合溝の側面、Ｐ１…ボールねじ軸の軸線、Ｐ２…出力軸の軸線、Ｐ３…揺動アームの軸線

Claims (7)

1. 回転駆動源から回転運動が伝達されるボールねじ軸と、
   このボールねじ軸の回転運動により直線運動を行うボールねじナットと、
   前記ボールねじナットに一端が係合し、前記ボールねじ軸の軸線及び当該ボールねじ軸の軸線に直交する第１方向とで形成される面内を揺動する１本の揺動アームと、
   前記ボールねじ軸の軸線及び前記第１方向に直交し、前記揺動アームの揺動中心を通る第２方向に延在して前記揺動アームの他端に連結し、前記ボールねじナットの直線運動による前記揺動アームの揺動運動により回転運動が伝達される出力軸と、を備え、
   前記出力軸及び前記揺動アームの他端は、前記揺動アームが前記第２方向の並進自由度を有し、且つ、前記揺動アームが前記ボールねじナットの直線運動方向に移動するのを規制して連結されており、
   前記揺動アームの他端は、当該揺動アームの軸線周りの回転自由度を有して前記出力軸に連結されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記出力軸の端部に、互いに前記第２方向に平行に延在した一対の出力側平坦面を設け、前記揺動アームの他端に前記出力軸の端部を挿入する係合穴部を設け、この係合穴部に、前記一対の出力側平坦面が面接触状態で摺動する一対の揺動側内平面を設けるとともに、
   前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に突起部を設け、
   前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に摺動する前記一対の揺動側内平面の少なくとも一方に、前記突起部が入り込む係合溝を前記第２方向に延在して設けたことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記出力軸の端部に、前記一対の出力側平坦面で開口するピン挿入穴を形成し、このピン挿入穴に、前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方から突出した端部を前記突起部としてピンを挿入したことを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
4. 前記出力軸の前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に、前記係合溝に入り込む突起を一体に形成したことを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
5. 前記出力軸の前記一対の出力側平坦面の少なくとも一方に凹み部を形成し、この凹み部に球体を嵌め込み、前記球体が前記突起部として前記係合溝に入り込むことを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
6. 前記揺動アームの一端は、前記ボールねじナットの回転を不能として当該ボールねじナットに係合していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のアクチュエータ。
7. 前記ボールねじナットは、当該ボールねじナットの直線運動方向に直交する方向に、互いに対向した一対の回転止め平面を設け、
   前記揺動アームの一端に、前記一対の回転止め平面に摺動自在に当接する一対の係合杆を設けたことを特徴とする請求項６記載のアクチュエータ。

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