JP7195069B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、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、例えば、下記特許文献１には、電動モータの回転運動を直線運動に変換して出力するボールねじ機構を備えるものが開示されている。また、特許文献１には、電動モータの軸方向の一端部側に板状のステーを取り付け、そのステーを介して電動モータをアクチュエータケースにボルトで締結することで、振動に対する電動モータの位置保持力を向上させた構成が提案されている。

特開２０１８－７４７９０号公報

しかしながら、上記特許文献１に提案されている構成においては、電動モータが、ステーが設けられた側とは反対側では全く支持されていない片持ち支持の状態であるため、外部からの振動（エンジンからの振動や車両走行中に生じる振動など）が電動モータに伝わると、電動モータの支持されていない側で振れが生じる可能性がある。従って、特許文献１に提案されている構成は、厳しい振動条件下での適用には十分ではなく、改善が必要であった。

そこで、本発明は、電動モータの振れを高度に抑制することが可能な電動アクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ケースと、ケースに内蔵された電動モータと、電動モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構とを備え、電動モータが、その軸方向の一端部側でケースに対して固定された電動アクチュエータにおいて、電動モータにおけるケースに固定された一端部側とは反対の他端部側で、電動モータの外周面とケースの内周面との間に弾性部材を設けたことを特徴とする。

このように、電動モータにおけるケースに固定された一端部側とは反対の他端部側で、電動モータの外周面とケースの内周面との間に弾性部材を設けることで、電動モータの他端部側が弾性部材によって弾性的に支持されるようになる。これにより、外部からの振動が電動モータに伝わったとしても、電動モータの他端部側での振れが弾性部材によって吸収されることで、振れが高度に抑制される。

また、電動モータの外周面とケースの内周面とによって弾性部材を径方向に圧縮した状態で挟んで保持することで、弾性部材に径方向の弾性反発力が生じる。従って、この径方向の弾性反発力により電動モータの径方向の振れ（振れの径方向成分）を抑制することができる。ただし、弾性部材によって抑制される振れは、電動モータの径方向の振れだけに限らず、他の任意の方向の振れも抑制することが可能である。すなわち、電動モータとケースとの間で生じる弾性部材の摩擦力や弾性部材の種々の方向に作用する弾性力によって、電動モータの径方向と交差する任意の方向の振れも抑制することができる。

ケースは、互いに組み付け可能に構成された第１ケース分割体と第２ケース分割体とを有するものであってもよい。この場合、第１ケース分割体及び第２ケース分割体の一方のケース分割体の内周面に凸状の位置規制部を設け、その位置規制部と、一方のケース分割体に組み付けられた他方のケース分割体の端面とによって、電動モータに対する弾性部材の軸方向両側への移動を規制することで、弾性部材を電動モータの他端部側で位置保持しておくことができる。これにより、外部からの振動によって弾性部材が電動モータの軸方向に移動して脱落したり、弾性部材が電動モータの他端部側とは反対側（ケースに固定された端部側）へ移動したりするのを防止できるので、弾性部材による所期の機能（電動モータの他端部側での振れ抑制）を長期に亘って確実に発揮させることができる。

弾性部材は、電動アクチュエータの作動時に電動モータが高温になることを考慮して、耐熱性材料で構成されていることが望ましい。

本発明によれば、電動モータの振れを高度に抑制することができるので、電動モータの振れに起因する部品の破損などの不具合が生じにくくなり、厳しい振動環境下においても適用可能な信頼性の高い電動アクチュエータを提供できるようになる。

本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの断面図である。 電動モータを支持するステーやボルトの斜視図である。 ステーがギヤケースに対して固定されている部分を示す断面図である。 電動モータの反固定端部側及びその周辺部を示す断面図である。 モータケースの本体部及びキャップ部の斜視図である。 係合部及び被係合部の部分を示す断面図である。

図１は、本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの断面図である。まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成及び動作について説明する。

図１に示す電動アクチュエータ１は、電動モータ５を有するモータ部２と、電動モータ５の回転運動を伝達する駆動力伝達機構３と、電動モータ５の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構４とを主な構成としている。

モータ部２は、電動モータ５と、電動モータ５に電力供給するための導電部材としての一対のバスバー７０と、電動モータ５やバスバー７０等を収容するモータケース６０とを備えている。本実施形態では、電動モータ５として、安価な（ブラシ付き）ＤＣモータを用いているが、ブラシレスモータ等の他のモータを用いてもよい。なお、ここでいうモータケース６０は、電動モータ５自体が有するケース（ハウジング）とは別体で構成されたものであり、独自のケースを有する電動モータ５全体が収容される電動アクチュエータのケース（アクチュエータケース）である。

モータケース６０は、電動モータ５の大部分を収容する第１ケース分割体としての円筒状の本体部６１と、本体部６１の一端部（図１における左端部）に固定された第２ケース分割体としての蓋状のキャップ部６２とで構成されている。各バスバー７０は、金属製の板部材を所定形状に曲げ加工して形成されており、それぞれ樹脂製のホルダ部７１によって保持されている。また、各バスバー７０は、ホルダ部７１が電動モータ５の端部（図１おける左端部）に固定された状態で、電動モータ５のモータ端子５ｄ（図２参照）に対して溶接により接続されている。キャップ部６２には軸方向に突出する筒状のコネクタ部６２ａが設けられており、コネクタ部６２ａの内周側には各バスバー７０の先端部（モータ端子５ｄに接続される側とは反対側の端部）が配置されている。このバスバー７０の先端部に対し、図示しない動力電源から延びる動力線の相手側端子が接続されることで、動力電源から電動モータ５へ電力が供給可能な状態となる。

駆動力伝達機構３は、駆動側のドライブギヤ８と、これと噛み合う被駆動側のドリブンギヤ９とで構成されている。ドライブギヤ８及びドリブンギヤ９は、ギヤケース１０内に収容されている。ドライブギヤ８は、ドリブンギヤ９よりも歯数の少ない小径のギヤであり、電動モータ５の回転軸５ａに対してこれと一体的に回転するように取り付けられている。これに対して、ドリブンギヤ９は、ドライブギヤ８よりも歯数の多い大径のギヤであり、運動変換機構４を構成する後述のナット１７に対してこれと一体的に回転するように取り付けられている。

また、ドライブギヤ８は、その軸方向の両端部にて２つの軸受１１，１２によって回転可能に支持されている。２つの軸受１１，１２のうち、一方（図１において左側）の軸受１１は、電動モータ５の端部に固定された筒状の軸受保持部材１３内に嵌め込まれることによって保持され、他方（図１において右側）の軸受１２は、ギヤケース１０内に嵌め込まれることによって保持されている。ドリブンギヤ９は、ナット１７の外周面に設けられた複列の軸受１４によってナット１７と共に回転可能に支持されている。複列の軸受１４は、ギヤケース１０に設けられた筒状のスリーブ１５内に収容され、スリーブ１５の内周面に装着された止め輪１６によって軸方向への移動が規制されている。複列の軸受１４としては、ナット１７を安定的かつ確実に支持することができるように、ラジアル荷重に加えて、両方向のアキシャル荷重を支承できる複列アンギュラ玉軸受を用いることが好ましい。

電動モータ５が駆動を開始し、電動モータ５の回転軸５ａが回転すると、回転軸５ａと一体的にドライブギヤ８が回転し、これに連動してドリブンギヤ９が回転する。このとき、電動モータ５からの回転運動は、歯数の少ないドライブギヤ８から歯数の多いドリブンギヤ９へ伝達されるので、減速されて回転トルクが増加する。このように、ドライブギヤ８とドリブンギヤ９間での減速により回転トルクを増加させて出力することで、小型の電動モータを用いても十分な出力が得られるようになる。なお、本実施形態とは異なり、ドライブギヤ８とドリブンギヤ９とを同じ歯数のギヤで構成し、電動モータ５からの回転運動を減速せずに伝達するようにしてもよい。

運動変換機構４は、回転部材としてのナット１７と、直動部材としてのねじ軸１８と、多数のボール１９とを有するボールねじ機構である。ナット１７の内周面とねじ軸１８の外周面には、それぞれ螺旋状溝が形成されており、これらの螺旋状溝の間にボール１９が転動可能に収容されている。また、ナット１７には図示しない循環部材が設けられており、この循環部材によってボール１９が螺旋状溝に沿って循環するように構成されている。

ねじ軸１８は、ナット１７の内周に挿通され、電動モータ５の回転軸５ａと平行に配置されている。ねじ軸１８の前端部（図１における左端部）には、連結孔１８ａが設けられており、この連結孔１８ａにボルト等の締結具を挿入することで、ねじ軸１８と操作対象である図示しない使用機器の対応部位とが連結される。電動モータ５の回転運動がドライブギヤ８及びドリブンギヤ９を介してナット１７に伝達されると、ナット１７が回転することで、ねじ軸１８が軸方向の一方（前進方向又は後退方向）へ移動する。反対に、電動モータ５が逆回転した場合は、ドライブギヤ８及びドリブンギヤ９を介して回転運動がナット１７に伝達されて、ねじ軸１８が軸方向の他方へ移動する。このように、電動モータ５の正逆回転によって、ねじ軸１８が前進又は後退することで、ねじ軸１８の前端部に連結された操作対象が操作される。

ねじ軸１８の後端部（操作対象側の端部とは反対側の端部）は、ねじ軸ケース２０によって覆われている。ねじ軸ケース２０は、ギヤケース１０に対してモータケース６０が固定される側とは反対側で固定されている。

また、ねじ軸１８の後端部には、ねじ軸１８の回転を規制する回転規制部材としての回り止めピン２１が設けられている。回り止めピン２１は、ねじ軸１８に対してその軸方向と直交又は交差する方向に取り付けられている。ねじ軸１８の後端部から外径方向に突出する回り止めピン２１の両端部には、それぞれガイドローラ２２が回転可能に取り付けられている。各ガイドローラ２２は、ねじ軸ケース２０に設けられた軸方向に延びる一対のガイド溝２０ａ内に挿入されている。ガイドローラ２２がガイド溝２０ａに沿って軸方向へ移動することで、ねじ軸１８は周方向に回転することなく軸方向に前進又は後退する。

また、ねじ軸１８において、ナット１７よりも前端部側には、電動アクチュエータ１内に異物が侵入するのを防止するブーツ２３と、ブーツ２３を保護するためのブーツカバー２５とが設けられている。ブーツ２３は、小径端部２３ａと大径端部２３ｂとこれらを繋いで軸方向に伸縮する蛇腹部２３ｃとで構成されている。小径端部２３ａはねじ軸１８の外周面に固定され、大径端部２３ｂはブーツカバー２５に取り付けられた筒状のブーツ装着部材２４の外周面に固定されている。ブーツカバー２５は、ブーツ２３の外側を覆うように配置され、モータケース６０の本体部６１と一体成型されている。

ねじ軸１８の往復運動に伴ってブーツ２３が伸縮すると、ブーツ２３内部の圧力が変動するため、特にねじ軸１８の軸方向移動量が大きい場合に内圧変動により蛇腹部２３ｃが過大に変形して、蛇腹部２３ｃの耐久性が低下する虞がある。そこで、ブーツ２３の内圧変動による蛇腹部２３ｃの破損を防ぐために、ねじ軸ケース２０に通気フィルタ２６を設けている。通気フィルタ２６は、電動アクチュエータ１内を通ってブーツ２３の内部空間と連通しており、ブーツ２３が伸縮すると、通気フィルタ２６を通してエアが流入又は流出することで、蛇腹部２３ｃの変形が抑制される。

また、ねじ軸１８の外周面には、ねじ軸１８の軸方向位置を検出するためのセンサターゲットとなる磁石２７が設けられている。一方、モータケース６０の外周には、図示しないストロークセンサが設けられている。ねじ軸１８が前進又は後退すると、これに伴って移動する磁石２７の磁場（例えば磁束密度の向き及び強さ）の変化をストロークセンサが検出することにより、磁石２７の軸方向位置、ひいてはねじ軸１８の軸方向位置が検出される。

ここで、図２及び図３を参照しつつ、本実施形態に係る電動アクチュエータ１における電動モータ５の支持構造について説明する。

図２に示すように、電動モータ５の回転軸５ａが突出する側の端面には、支持部材としての板状のステー４０が２本のボルト４１によって固定される。詳しくは、ステー４０の中央部には孔部４０ａが設けられており、この孔部４０ａに電動モータ５の回転軸５ａを挿通させた状態で、２本のボルト４１をステー４０に設けられたボルト挿通孔４０ｂを通して電動モータ５の端面に設けられたねじ孔５ｂにねじ込むことにより、ステー４０が電動モータ５の端面に対して固定される。また、ステー４０には別の２本のボルト４２を挿通させるボルト挿通孔４０ｃが設けられており、これらのボルト挿通孔４０ｃにボルト４２を挿通させ、図３に示すように、各ボルト４２をギヤケース１０に設けられたねじ孔１０ａにねじ込むことで、ステー４０がギヤケース１０に対して固定される。これにより、電動モータ５はステー４０を介してギヤケース１０に固定される。

このように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１において、電動モータ５は、その軸方向の一端部側でステー４０を介してギヤケース１０に対して固定されている。一方、電動モータ５の軸方向の他端部側は、ボルト等によるモータケース６０への締結は行われていない。仮に、この他端部側（以下、「反固定端部側」という。）での電動モータ５に対する支持が全くない場合、電動モータ５が片持ち支持となるため、外部からの振動（例えば、エンジンからの振動や車両走行中に生じる振動など）に曝される振動環境下では、電動アクチュエータを適用するにあたって課題がある。具体的には、外部からの振動が電動モータ５に伝わると、特に電動モータ５の固定端部から離れた箇所（反固定端部側）で電動モータ５の振れが大きくなる傾向にあるため、本実施形態のように、モータ端子５ｄとバスバー７０とが電動モータ５の反固定端部側で接続されている構成においては、その振れによる影響でモータ端子５ｄとバスバー７０との溶接個所が破損するなどしてこれらの接続状態が良好に維持できなくなる虞がある。例えば、電動モータ５の反固定端部側に振れが生じた場合に、電動モータ５に固定されているホルダ部７１が電動モータ５よりも先にモータケース６０の内面に衝突すると、衝突による反力（振れの方向とは反対方向の力）によりホルダ部７１の動き（振れ）が規制される一方、電動モータ５の反固定端部側は振れによる慣性運動によってさらにモータケース６０の内面側へ動くので、ホルダ部７１と電動モータ５との間で相反する方向の運動が発生する。このような場合、ホルダ部７１と電動モータ５との相反する方向の運動によって、モータ端子５ｄとバスバー７０との溶接箇所において互いに分離する方向の負荷がかかる。そして、斯かる負荷が溶接箇所に繰り返し加わることで、溶接個所が疲労等により破損し、ひいては電動アクチュエータ１が故障することになる（制御不能となる）。

そこで、本実施形態では、電動モータ５の反固定端部側での振動を高度に抑制するため、以下のような対策を講じている。

図４は、電動モータの反固定端部側及びその周辺部の断面図である。

図４に示すように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１においては、電動モータ５の反固定端部側での振れを抑制するため、電動モータ５の反固定端部側の外周面とモータケース６０の本体部６１の内周面との間に弾性部材としてのＯリング５０を設けている。Ｏリング５０は、電動モータ５とモータケース６０の本体部６１とによって径方向に挟まれた状態で保持されている。また、Ｏリング５０は、本体部６１の内周面に設けられた凸状の位置規制部６１ｃと、本体部６１の内周に嵌め込まれたキャップ部６２の端面６２ｄとによって、電動モータ５に対する軸方向への移動が規制されている。

図５に示すように、本体部６１の内周面には、周方向に延びる凸状の位置規制部６１ｃが複数設けられている。本実施形態では、位置規制部６１ｃが周方向に断続的に設けられているが、周方向に連続的して設けられた環状の位置規制部６１ｃであってもよい。

また、図５に示すように、キャップ部６２には、互いに１８０°対称となる位置に爪状に形成された一対の係合部６２ｂが設けられている。一方、本体部６１には、係合部６２ｂが導入される一対の導入部６１ａが設けられている。

図６に示すように、導入部６１ａ内には、係合部６２ｂと係合可能な被係合部６１ｂが設けられている。係合部６２ｂと被係合部６１ｂとの係合構造は、所謂スナップフィット式の係合構造である。係合部６２ｂが電動モータ５の軸方向に沿って導入部６１ａに導入されると、各係合部６２ｂが互いに離れる方向に撓んで弾性変形し、被係合部６１ｂに達したときに各係合部６２ｂが弾性復帰することによって被係合部６１ｂと係合した状態又は係合可能な状態となり、キャップ部６２が本体部６１に対して組み付けられる。

このようにして組み付けられたキャップ部６２の端面６２ｄが、本体部６１内に装着されたＯリング５０に対して対向することで、キャップ部６２の端面６２ｄと位置規制部６１ｃとの間でＯリング５０が保持される。なお、この状態で、キャップ部６２の端面６２ｄ及び位置規制部６１ｃは、Ｏリング５０に対して接触した状態であってもよいし、非接触の状態であってもよい。これにより、Ｏリング５０はキャップ部６２の端面６２ｄと位置規制部６１ｃとによって電動モータ５の軸方向への移動が規制される。

以上のように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１においては、弾性部材としてのＯリング５０が電動モータ５の反固定端部側の外周面とモータケース６０の本体部６１の内周面との間に設けられていることで、電動モータ５の反固定端部側がＯリング５０によって弾性的に支持される。すなわち、本実施形態においては、電動モータ５の反固定端部側と、この反固定端部側に固定されているホルダ部７１、及びホルダ部７１に保持されるバスバー７０が、モータケース６０の内面に対して隙間を介して配置され、モータケース６０に対して固定されていないが、電動モータ５の反固定端部側がＯリング５０を介してモータケース６０に接触していることで弾性的に支持される。これにより、電動モータ５の反固定端部側に振れが生じたとしても、その振れがＯリング５０によって吸収されることで、振れが抑制され、モータケース６０の内面に対するホルダ部７１の衝突を回避することができる。あるいは、モータケース６０の内面に対してホルダ部７１が衝突したとしても、その衝突による衝撃を抑制することができる。その結果、衝突に起因するモータ端子５ｄとバスバー７０との溶接個所における負荷を低減することができ、溶接個所の破損を防止できるようになる。

ここで、本実施形態では、Ｏリング５０が電動モータ５の径方向に圧縮されて保持されているため、Ｏリング５０による径方向の弾性反発力によって、電動モータ５の径方向の振れ（振れの径方向成分）を抑制することが可能である。ただし、Ｏリング５０によって抑制される振れは、電動モータ５の径方向の振れだけに限らず、他の任意の方向の振れも抑制することが可能である。すなわち、電動モータ５とモータケース６０との間で生じるＯリング５０の摩擦力やＯリング５０の種々の方向に作用する弾性力によって、電動モータ５の径方向と交差する任意の方向の振れも抑制することが可能である。

このように、本発明によれば、電動モータ５の反固定端部側の振れを高度に抑制することができるので、厳しい振動環境下であってもモータ端子５ｄとバスバー７０との接続状態を良好に維持することができ、信頼性の高い電動アクチュエータを提供できるようになる。

また、本実施形態のように、キャップ部６２の端面６２ｄと本体部６１の位置規制部６１ｃとによってＯリング５０の軸方向移動が規制されることで、Ｏリング５０を電動モータ５の反固定端部側で位置保持しておくことができる。これにより、外部からの振動によってＯリング５０が電動モータ５の軸方向に移動して脱落したり、Ｏリング５０が電動モータ５の固定端部側へ移動したりするのを防止できるので、Ｏリング５０による所期の機能（電動モータ５の反固定端部側での振れ抑制）を長期に亘って確実に発揮させることができる。また、本実施形態とは反対に、凸状の位置規制部をキャップ部６２の内周面に設け、この位置規制部と本体部６１の端面とによってＯリング５０の軸方向移動を規制するように構成することも可能である。

また、Ｏリング５０は、電動アクチュエータ１の作動時に電動モータ５が高温になる場合もあることから、耐熱性材料｛例えば、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等｝で構成されていることが望ましい。なお、Ｏリングに限らず、電動モータの振れを抑制できるものであれば他の弾性部材を採用してもよい。

以上、本発明に係る電動アクチュエータの実施形態について説明したが、本発明は上記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る。

上述の実施形態では、電動アクチュエータ１のケースが、本体部６１とキャップ部６２とから成るモータケース６０と、ギヤケース１０と、ねじ軸ケース２０と、ブーツカバー２５とで構成されているが、ケースの構造は上述の実施形態のものに限らない。ケースの形状や分割構造は、電動アクチュエータの内部構造の仕様変更や組付け性などに応じて適宜変更可能である。

１ 電動アクチュエータ
３ 駆動伝達機構
４ 運動変換機構
５ 電動モータ
５０ Ｏリング（弾性部材）
６０ モータケース
６１ 本体部（第１ケース分割体）
６１ｃ 位置規制部
６２ キャップ部（第２ケース分割体）
６２ｄ 端面

Claims (4)

1. ケースと、前記ケースに内蔵された電動モータと、前記電動モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構とを備え、前記電動モータが、その軸方向の一端部側で前記ケースに対して揺動しないように固定され、反対の他端部側で導電部材がモータ端子に接続された電動アクチュエータにおいて、
   前記導電部材は、前記電動モータの前記ケースに固定された一端部側とは反対の他端部に固定されるホルダ部によって保持され、
   前記電動モータにおける前記ケースに固定された一端部側とは反対の他端部側で、前記電動モータの外周面と前記ケースの内周面との間に弾性部材を設けたことを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記電動モータの外周面と前記ケースの内周面とによって前記弾性部材を径方向に圧縮した状態で挟んで保持するように構成した請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記ケースは、互いに組み付け可能に構成された第１ケース分割体と第２ケース分割体とを有し、
   前記第１ケース分割体及び前記第２ケース分割体の一方のケース分割体の内周面に凸状の位置規制部を設け、
   前記位置規制部と、前記一方のケース分割体に組み付けられた他方のケース分割体の端面とによって、前記電動モータに対する前記弾性部材の軸方向両側への移動を規制した請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記弾性部材をフッ素ゴムで構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。

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