WO2011162369A1 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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WO2011162369A1
WO2011162369A1 PCT/JP2011/064518 JP2011064518W WO2011162369A1 WO 2011162369 A1 WO2011162369 A1 WO 2011162369A1 JP 2011064518 W JP2011064518 W JP 2011064518W WO 2011162369 A1 WO2011162369 A1 WO 2011162369A1
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electric actuator
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drive shaft
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辰徳 清水
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Ntn株式会社
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    • Y10T74/18576Reciprocating or oscillating to or from alternating rotary including screw and nut
    • Y10T74/18664Shaft moves through rotary drive means

Definitions

  • the present invention relates to an electric actuator provided with a ball screw mechanism used in a drive unit of a general industrial electric motor or automobile, and more specifically, a rotation input from an electric motor is applied to a ball screw mechanism in an automobile transmission or a parking brake.
  • the present invention relates to an electric actuator that converts a linear motion of a drive shaft through a shaft.
  • a gear mechanism such as a trapezoidal screw or a rack and pinion is generally used as a mechanism for converting the rotational motion of the electric motor into a linear linear motion. Since these conversion mechanisms involve a sliding contact portion, the power loss is large, and it is necessary to increase the size of the electric motor and increase the power consumption. Therefore, a ball screw mechanism has been adopted as a more efficient actuator.
  • a non-rotating groove is provided on the inner periphery of the housing in order to provide a detent for suppressing rotation of the nut.
  • Need to be provided, or the inner periphery must have an irregular (non-cylindrical) shape.
  • machining of the elongated housing is difficult, so the overall length of the housing is limited, and as a result, a long actuator stroke is secured. There is a problem that you can not.
  • FIG. 6 An electric actuator as shown in FIG. 6 is known as a solution to such a problem.
  • This electric actuator is movable so as to be axially movable with respect to the housing 51, the screw shaft 56 having a male screw groove 56a formed on the outer peripheral surface thereof, and is disposed so as to surround the screw shaft 56.
  • a nut 53 having an internal thread groove 53a formed on the inner peripheral surface, a plurality of balls 57 disposed so as to roll along a rolling path formed between the opposing screw grooves 56a and 53a, and the housing 51
  • a guide portion 63 a extending along the inner peripheral surface and a guide member 63 including an engaging portion 63 b that engages with the housing 51 are provided.
  • the housing 51 includes a substantially hollow cylindrical main body 51a and a cup-shaped lid member 51b fixed so as to close one end of the main body 51a.
  • a cylindrical output shaft 52 which is a driven member, and a nut 53 connected to the output shaft 52 are disposed inside the main body 51a having a cylindrical inner periphery.
  • the output shaft 52 has a left end protruding from the main body in the figure, and a bag hole 52a is formed at the right end in the figure.
  • the outer periphery of the output shaft 52 is slidably supported by the bush 54 with respect to the main body 51a.
  • a seal member 55 is disposed adjacent to the bushing 54 and seals between the output shaft 52 and the main body 51a, thereby preventing dust and the like from entering from the outside.
  • the screw shaft 56 penetrates the inside of the nut 53 and enters the bag hole 52a of the output shaft 52 so as to freely enter and exit.
  • the nut 53 arranged so as to surround the screw shaft 56 is formed with a groove 53b along the axial direction on the outer peripheral lower surface thereof, and includes a nut 53 having a tube-type ball circulation member, a screw shaft 56, a ball 57, and A ball screw mechanism is constituted by the guide member 63.
  • a ball bearing 59 is disposed at the end of the main body 51a via a bearing spacer 58, and supports the screw shaft 56 rotatably.
  • the outer ring of the ball bearing 59 is fixed to the bearing spacer 58 by a fixing member 60.
  • the inner ring of the ball bearing 59 is fixed to the screw shaft 56 by a retaining ring 61. Therefore, the screw shaft 56 can only rotate with respect to the main body 51a.
  • a gear 62 is connected to the right end of the screw shaft 56 so as to rotate integrally by serration.
  • the guide member 63 formed by pressing the metal plate material includes a linear guide portion 63a that is engaged with the thread groove 53a of the nut 53, and a member that is bent at a right angle with respect to the guide portion 63a at the right end in the drawing. And a joint part 63b. Further, a groove-like recess 51c is formed on the right end surface of the main body 51a, and the engaging portion 63b is engaged with a recess 51c having the same width as that (see FIG. 7).
  • the surface of the guide portion 63a is subjected to a surface treatment including a coating treatment such as manganese phosphate or zinc phosphate for reducing friction.
  • the rotation shaft of the motor (not shown) rotates, power is transmitted through the speed reduction mechanism, and the screw shaft 56 rotates with it.
  • the nut 53 is smoothly guided only in the axial direction by the guide member 63 that exhibits a detent function, the rotational motion of the screw shaft 56 is efficient for the axial motion of the nut 53.
  • the output shaft 52 that has been converted and thus connected to the nut 53 can be moved in the axial direction.
  • the guide member 63 is inserted from the right end of the main body 51a to which the bush 54 is assembled, the tip of the guide portion 63a is inserted into the notch 54a, and the bent engaging portion 63b is engaged with the concave portion 51c of the main body 51a.
  • the guide member 63 can be easily attached to the main body 51a without using a special tool.
  • the nut 53 and the output shaft 52 are inserted into the main body 51a so that the guide portion 63a is engaged with the groove 53b, and the screw shaft 56 and the like are assembled.
  • the guide portion 63a when the guide portion 63a is long, if only one of the guide members 63 is supported, the guide member 63 may be twisted on the unsupported side, and the anti-rotation function may be insufficient.
  • the front end of the guide portion 63a is engaged with the notch 54a of the bush 54, so that both ends of the guide member 63 can be fixed to the main body 51a. Therefore, even if the guide portion 63a is long, It is possible to suppress the twist and realize an effective detent function (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and provides an electric actuator in which the number of parts is reduced and the cost is reduced, and the detent mechanism is simplified to improve the reliability. For the purpose.
  • the invention according to claim 1 of the present invention transmits a cylindrical housing, an electric motor attached to the housing, and a rotational force of the electric motor via a motor shaft.
  • An electric actuator comprising a speed reduction mechanism and a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into an axial linear motion of the drive shaft via the speed reduction mechanism, wherein the ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism.
  • a nut rotatably supported through a rolling bearing mounted on the housing and supported so as not to move in the axial direction, and inserted into the nut through a number of balls, and is coaxially integrated with the drive shaft.
  • a cylindrical bag hole for housing the drive shaft is formed in the housing, and a sensor cover is detachably fixed to the bag hole,
  • a guide member having a substantially U-shaped cross section and extending in the axial direction facing the drive shaft is mounted on the inner wall of the side cover of the side cover, and the guide member is implanted on the outer diameter of the screw shaft.
  • a non-rotating pin is engaged so that the screw shaft is supported so as not to rotate with respect to the housing and to be movable in the axial direction.
  • the electric actuator including the speed reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor and the ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor to the linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism.
  • a ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism, is rotatably supported via a rolling bearing mounted on the housing and is supported so as not to move in the axial direction, and is inserted into the nut via a large number of balls.
  • a cylindrical bag hole for housing the drive shaft is formed in the housing, and a sensor cover is detachably fixed to the bag hole.
  • a guide member having a substantially U-shaped cross section and extending in the axial direction facing the drive shaft is mounted on the inner wall of the cover, and a detent pin implanted on the outer diameter of the screw shaft is mounted on the guide member. Engagement Since the screw shaft is supported so that it cannot rotate with respect to the housing and can move in the axial direction, the number of parts is reduced and the cost is reduced, and the rotation prevention mechanism is simplified and the reliability is improved.
  • An electric actuator can be provided.
  • a sensor pin is rotatably inserted into the housing, a sensor link is attached to the sensor pin and engaged with the detent pin, and a magnet is provided at the end of the sensor pin. If the sensor is opposed to this magnet via a predetermined air gap, the position of the drive shaft can be adjusted at any position within the linear motion range of the drive shaft by measuring the detection angle of the sensor pin with the sensor. Can be detected directly.
  • the senor is a non-contact type semiconductor sensor as in the third aspect of the invention, the sensor is excellent in vibration resistance, and the magnetic sensor and the signal processing circuit can be integrated to detect the absolute angle. Stable detection accuracy can be ensured over a long period of time even if vibrations or the like occur under severe use conditions of a vehicle such as an automobile.
  • the drive shaft is prevented from rotating, and the drive shaft The pendulum movement that does not hinder the movement in the axial direction is possible.
  • a needle roller used for a needle bearing is used for the detent pin, it is formed of high carbon chrome steel such as SUJ2, and the core is formed by quenching. Since it is cured in a range of ⁇ 64 HRC, the wear resistance can be maintained over a long period of time with high accuracy.
  • the detent mechanism when the axial position of the detent pin is limited by the concave groove of the guide member and the stroke of the drive shaft is restricted, the detent mechanism is simplified.
  • the guide member is formed from a carbon steel plate by press working and is hardened by induction hardening in a range of 40 to 50 HRC, Abrasion is improved and wear can be suppressed over a long period of time even if the detent pin slides.
  • the guide member may be formed of carburized steel and hardened by carburizing and quenching to a surface hardness of 40 to 50 HRC.
  • the slidability is improved, and a smooth and reliable detent mechanism can be achieved. it can.
  • the guide member is formed by injection molding from a thermoplastic synthetic resin filled with a fibrous reinforcing material, the sliding property and resistance to resistance over a long period of time. Abrasion can be improved.
  • An electric actuator includes a cylindrical housing, an electric motor attached to the housing, a reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and the electric motor via the reduction mechanism.
  • An electric actuator comprising a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the motor into a linear motion in the axial direction of the drive shaft, wherein the ball screw mechanism is coupled to the speed reduction mechanism and via a rolling bearing attached to the housing.
  • a nut that is supported so as to be rotatable and non-movable in the axial direction, and a screw shaft that is inserted into the nut through a large number of balls and is coaxially integrated with the drive shaft.
  • a cylindrical bag hole for accommodating the drive shaft is formed on the inner surface of the side cover.
  • a guide member having a substantially U-shaped surface and having a concave groove extending in the axial direction facing the drive shaft is mounted, and a non-rotating pin implanted on the outer diameter of the screw shaft is engaged with the guide member. Since the screw shaft is supported so as to be non-rotatable and axially movable with respect to the housing, the number of parts can be reduced, the cost can be reduced, and the rotation prevention mechanism can be simplified to improve reliability.
  • An improved electric actuator can be provided.
  • FIG. 7 is a transverse sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6.
  • a cylindrical housing an electric motor attached to the housing, a reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and a rotational movement of the electric motor via the reduction mechanism.
  • An electric actuator including a ball screw mechanism that converts linear motion in an axial direction, wherein the ball screw mechanism is coupled to the speed reduction mechanism and is rotatable via a rolling bearing attached to the housing, and in an axial direction.
  • a cylinder that includes a nut that is immovably supported, and a screw shaft that is inserted into the nut through a large number of balls and is coaxially integrated with the drive shaft, and that accommodates the drive shaft in the housing.
  • the sensor cover is detachably fixed to the bag hole, and the inner wall of the side cover is substantially U-shaped in cross section and faces the drive shaft.
  • a guide member having a concave groove extending in the axial direction is mounted, and a locking pin planted on the outer diameter of the screw shaft is engaged with the guide member so that the screw shaft cannot rotate with respect to the housing. And supported so as to be movable in the axial direction.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an electric actuator according to the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of a main part showing a detent part of FIG. 1
  • FIG. 3 is a transverse view showing the detent part of FIG.
  • FIG. 4 is a side view showing the detent portion of FIG. 1
  • FIG. 5 is an explanatory view showing the operation of FIG.
  • the electric actuator 1 includes a cylindrical housing 2, an electric motor 3 attached to the housing 2, and a pair of spur gears 4 and 5 for transmitting the rotational force of the electric motor 3 through a motor shaft 3a.
  • a speed reduction mechanism 6, a ball screw mechanism 8 that converts the rotational motion of the electric motor 3 into an axial linear motion of the drive shaft 7 through the speed reduction mechanism 6, and a detent pin 9 of the drive shaft 7 are provided. .
  • the housing 2 includes a first housing 2a and a second housing 2b assembled to the end surface thereof.
  • An electric motor 3 is disposed inside the first housing 2a.
  • the electric motor 3 is attached in a state where an outer ring of a ball bearing 18 attached to an outer diameter of a nut 16 described later is sandwiched between the first housing 2 a and the bearing bracket 10.
  • a small spur gear 4 is attached to the motor shaft 3a of the electric motor 3 so as not to rotate relative to the motor shaft 3a.
  • the large spur gear 5 is press-fitted into a nut 16 constituting a ball screw mechanism 8 described later, and meshes with the small spur gear 4.
  • the ball screw mechanism 8 includes a screw shaft 15 having a spiral screw groove 15a formed on the outer periphery, and a nut 16 having a spiral screw groove 16a formed on the inner periphery thereof, facing the screw groove 15a of the screw shaft 15. And a large number of balls 17 accommodated in a spiral space formed by both screw grooves 15a and 16a so as to be freely rollable.
  • the above-described large spur gear 5 is press-fitted and fixed to the outer periphery of the nut 16, and the ball bearing 18 fitted to the first housing 2 a and the bearing bracket 10 is positioned and fixed via a retaining ring 19, and is relatively relative to the axial direction. It cannot move and can rotate relatively.
  • each thread groove 15a, 16a may be a circular arc shape or a Gothic arc shape, but here, it has a Gothic arc shape that allows a large contact angle with the ball 17 and a small axial clearance. Is formed. Thereby, the rigidity with respect to an axial load becomes high and generation
  • the drive shaft 7 is configured integrally with a screw shaft 15 constituting the ball screw mechanism 8, and a hole 7 a for connecting to a link member (not shown) is formed at the left end portion of the drive shaft 7.
  • a cylindrical bag hole for accommodating the drive shaft 7 is formed in the first housing 2a, and the outer periphery of the drive shaft 7 is slidably supported by the bush 11 with respect to the first housing 2a.
  • a seal member 12 is mounted adjacent to the bush 11 to seal between the drive shaft 7 and the first housing 2a, thereby preventing dust and the like from entering from the outside.
  • a detent pin 9 is fitted to the left end of the screw shaft 15.
  • a side cover 13 is detachably fixed to the first housing 2a.
  • a guide member 14 having a substantially U-shaped cross section and having a groove 14a extending in the axial direction facing the screw shaft 15 (drive shaft 7) is mounted. Then, the detent pin 9 is engaged with the concave groove 14 a of the guide member 14.
  • the non-rotating pin 9 is a needle roller used for a needle bearing. That is, it is made of a high carbon chrome steel such as SUJ2, and is hardened in the range of 58 to 64 HRC up to the core by quenching. Therefore, it is possible to maintain wear resistance with high accuracy over a long period of time.
  • the guide member 14 is formed by press working from a cold rolled steel plate (JIS standard SPCC type) or a carbon steel plate such as S45C, and is hardened to a surface hardness of 40 to 50 HRC by induction hardening. ing.
  • a cold rolled steel plate JIS standard SPCC type
  • a carbon steel plate such as S45C
  • a lubricating film is formed on the surface of the groove 14a of the guide member 14.
  • the lubricating film include TiC, TiCN, WC, DLC (Diamond Like Carbon), and the like.
  • a DLC film forming method will be described.
  • This DLC is a carbon material having properties similar to diamond as the name implies, and is an amorphous material in which carbon atoms are not regularly arranged. It consists of a membrane.
  • a fluorine resin may be coated.
  • the guide member 14 may be formed of carburized steel such as SCr420 or SCM415 having a relatively small amount of carbon, and the wear resistance may be improved by carburizing and quenching.
  • a thermoplastic synthetic resin such as PA (polyamide) 66 filled with 10 to 40 wt% of a fibrous reinforcing material such as GF (glass fiber) may be formed by injection molding. Thereby, slidability and abrasion resistance can be improved over a long period of time.
  • the GF filling amount is less than 10 wt%, the reinforcing effect is not exhibited, and if the filling amount exceeds 40 wt%, the fibers in the molded product cause anisotropy and the density increases and the dimension is stabilized. This is not preferable because the toughness is lowered and the toughness is lowered and there is a risk of breakage due to the contact of the detent pin 9.
  • a fibrous reinforcement not only GF but CF (carbon fiber), an aramid fiber, a boron fiber, etc. can be illustrated other than this.
  • thermoplastic synthetic resins called so-called engineering plastics such as PPA (polyphthalamide) and PBT (polybutylene terephthalate), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyamide
  • PPA polyphthalamide
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyether ether ketone
  • PAI polyamide
  • thermoplastic synthetic resin called a so-called super engineering plastic such as imide (PAI), or a thermosetting synthetic resin such as phenol resin (PF), epoxy resin (EP), polyimide resin (PI), etc.
  • PAI polyphthalamide
  • PF phenol resin
  • EP epoxy resin
  • PI polyimide resin
  • the sensor pin 21 is rotatably inserted into the first housing 2a via a bush 22 and a magnet 23 is attached to the end of the sensor pin 21.
  • the sensor 24 is arrange
  • a control device (not shown) is arranged so that the center of the magnet 23 and the center of the sensor 24 are aligned, the sensor power supply harness 25 and the output harness 25 extend from the sensor 24, and are arranged outside. )It is connected to the.
  • the output from the sensor 24 is desirable as long as both an analog voltage and a digital signal can be obtained because a digital signal and an analog signal can be selected according to the system.
  • the sensor 24 may be composed of a non-contact type Hall IC.
  • the sensor 24 is excellent in vibration resistance
  • the magnetic sensor and the signal processing circuit are integrated to detect an absolute angle
  • the Hall IC function is a semiconductor circuit.
  • a semiconductor sensor incorporated as a pattern is employed.
  • the electric actuator When the electric motor 3 is driven, the electric motor 3 is decelerated and transmitted to the nut 16 of the ball screw mechanism 8 through the speed reduction mechanism 6, and the screw shaft 15 linearly moves in the axial direction. And it is interlocked with the linear motion of the drive shaft 7 formed integrally with the screw shaft 16 on the same axis. With the linear motion of the drive shaft 7, the sensor link 20 swings to restrict the linear motion range. At this time, the sensor pin 21 rotates within a predetermined detection angle range. That is, the position of the drive shaft 7 can be directly detected by measuring the detection angle with the sensor 24 at an arbitrary position in the linear motion range of the drive shaft 7.
  • the sensor link 20 is fixed to the sensor pin 21 to constitute a pendulum mechanism.
  • the sensor link 20 is formed with a slit 20a in the longitudinal direction, and the rotation of the drive shaft 7 is prevented by engaging the non-rotating pin 9 in the slit 20a, so that the movement of the drive shaft 7 in the axial direction is not hindered. Exercise is possible. That is, as shown in FIG. 5, the rotation prevention pin 9 is engaged in the slit 20 a of the sensor link 20, and the engagement position of the rotation prevention pin 9 is sequentially changed by the swing angle of the sensor link 20.
  • the drive shaft 7 can move in the axial direction within a desired stroke range L that allows 20 pendulum movements.
  • the position of the drive shaft 7 is directly detected by measuring the swing angle of the sensor link 20 with the sensor 24, and the rotation prevention pin that is fitted to the drive shaft 7. 9, the axial position of the detent pin 9 is limited by the guide member 14 and the stroke of the drive shaft 7 is restricted, so that space can be effectively utilized, It is possible to provide an electric actuator in which the number of points is reduced and the cost is reduced, and the rotation prevention mechanism is simplified to improve the reliability.
  • An electric actuator according to the present invention is used in a drive unit of a general industrial electric motor, an automobile or the like, and includes a ball screw mechanism that converts rotational input from an electric motor into linear motion of a drive shaft via the ball screw mechanism. Applicable to electric actuators.

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

【課題】部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、回り止め機構を簡素化して信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供する。 【解決手段】ボールねじ機構8が、減速機構6に連結され、ハウジング2に装着された転がり軸受18を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナット16と、ナット16に多数のボールを介して内挿され、駆動軸7と同軸状に一体化されたねじ軸15とで構成され、ハウジング2aに駆動軸7を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔にセンサカバー13が着脱自在に固定されると共に、このサイドカバー13の内壁に断面略コの字状で、駆動軸7に対向して軸方向に延びる凹溝14aを有する案内部材14が装着され、この案内部材14にねじ軸15の外径に植設された回り止めピン9が係合されてねじ軸15がハウジング2aに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。

Description

電動アクチュエータ
 本発明は、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動アクチュエータ、詳しくは、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等で、電動モータからの回転入力をボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換する電動アクチュエータに関するものである。
 各種駆動部に使用される電動アクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。
 一般的に、ボールねじ機構を備え、そのナットをハウジングに内包するように構成された電動アクチュエータにおいて、ナットの回転を抑止するための回り止めを設けるには、ハウジング内周に回り止め用の溝を設けたり、あるいは内周を異形(非円筒)形状にする必要がある。然しながら、機械加工によって、ハウジング内周に溝を形成したり、異形形状を成形しようとする場合、細長いハウジングに対する加工は困難であることから、ハウジング全長が制限され、その結果アクチュエータのストロークを長く確保することができないという問題がある。これに対し、型を用いた成形加工よって、ハウジング内周に溝を形成したり、異形形状を成形しようとすることも考えられるが、型が複雑となり、コスト高を招くという問題がある。加えて、ハウジング内周溝にナットを係合させるためには、ナットに突起を設ける必要が生じ、同様にナットのコスト高が避けられないという問題がある。さらには、ハウジング内周、ナット形状とも複雑な形状にせざるを得ず、ひいてはアクチュエータの大型化を誘発する。
 こうした問題を解決したものとして、図6に示すような電動アクチュエータが知られている。この電動アクチュエータは、ハウジング51と、外周面に雄ねじ溝56aが形成されたねじ軸56と、ハウジング51に対して軸線方向に移動可能となっており、ねじ軸56を包囲するように配置され、かつ内周面に雌ねじ溝53aが形成されたナット53と、対向する両ねじ溝56a、53a間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボール57と、ハウジング51の内周面に沿って延在する案内部63aと、ハウジング51に係合する係合部63bからなる案内部材63とを有している。
 ハウジング51は、略中空円筒状の本体51aと、本体51aの一端を閉止するように固定されるカップ状の蓋部材51bとからなる。円筒形状の内周を持つ本体51aの内部には、被駆動部材である円筒状の出力軸52と、出力軸52に連結されたナット53とが配置されている。出力軸52は、図で左端を本体から突出させており、図で右端には袋孔52aが形成されている。出力軸52の外周は、本体51aに対してブッシュ54により摺動可能に支持されている。また、ブッシュ54に隣接してシール部材55が配置され、出力軸52と本体51aとの間をシールすることで、外部から塵埃等が侵入することを抑制している。
 ねじ軸56が、ナット53の内部を貫通し、出力軸52の袋孔52aに対して出入り自在に進入している。一方、ねじ軸56を包囲するように配置されたナット53は、その外周下面に軸線方向に沿って溝53bが形成され、チューブ式のボール循環部材を有するナット53、ねじ軸56、ボール57および案内部材63とでボールねじ機構が構成されている。
 本体51aの端部に、軸受間座58を介して玉軸受59が配置され、ねじ軸56を回転自在に支持している。玉軸受59の外輪は、固定部材60により軸受間座58に対して固定されている。一方、玉軸受59の内輪は、止め輪61によりねじ軸56に対して固定されている。したがって、ねじ軸56は、本体51aに対して回転のみ可能となっている。ねじ軸56の図で右端には、ギヤ62がセレーションにより一体的に回転するように連結されている。
 金属板材をプレスして形成された案内部材63は、ナット53のねじ溝53aに係合してなる直線状の案内部63aと、図で右端において案内部63aに対して直角に折り曲げられた係合部63bとを有している。さらに、本体51aの右端面には、溝状の凹部51cが形成されており、係合部63bは、それと同じ幅の凹部51cに係合している(図7参照)。案内部63aの表面には、低摩擦化のためのリン酸マンガン塩やリン酸亜鉛等の皮膜処理からなる表面処理が施されている。
 操作者がスイッチを操作すると、図示しないモータの回転軸が回転し、減速機構を介して動力が伝達され、それと共にねじ軸56が回転する。ここで、ナット53は、回り止め機能を発揮する案内部材63により、軸線方向にのみスムーズに案内されるようになっているため、ねじ軸56の回転運動は、ナット53の軸線運動に効率よく変換され、それによりナット53が連結された出力軸52を軸線方向に移動させることができる。
 組み付け時には、ブッシュ54を組み付けた本体51aの右端から案内部材63を差し込み、案内部63aの先端を切り欠き54aに挿入すると共に、折り曲げた係合部63bを本体51aの凹部51cに係合させる。かかる構成によれば、特殊な工具を用いることなく、案内部材63を本体51aに容易に取り付けることができる。その後、溝53bに案内部63aが係合するようにして、ナット53と出力軸52を本体51a内に挿入し、ねじ軸56等を組み付ければよい。
 特に、案内部63aが長尺であった場合、案内部材63が片方のみ支持されていると、支持されていない側で案内部材63のねじりが生じ、回り止め機能が不足する恐れがあるが、ここでは、案内部63aの先端をブッシュ54の切欠54aに係合させており、これにより案内部材63の両端を本体51aに固定することができるので、案内部63aが長尺であっても、そのねじれを抑制し有効な回り止め機能を実現できる(例えば、特許文献1参照。)。
特開2008-232338号公報
 こうした従来の電動アクチュエータでは、ナット53の回転止めとして、ナット53の外周面に回転止めのための溝53bが形成され、この溝53bに案内部63aを係合させると共に、案内部63aの先端をブッシュ54の切欠54aに係合させることによって行われている。これでは、部品点数が増えるだけでなく、組立工数が嵩み、かつ煩雑となるばかりでなく、相手部材が摺動するに耐え得る硬度や表面粗さ等の表面性状を備える必要があり、製造コストが高騰するといった問題があった。
 本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、回り止め機構を簡素化して信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することを目的とする。
 係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1に記載の発明は、円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されたねじ軸とで構成され、前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔にセンサカバーが着脱自在に固定されると共に、このサイドカバーの内壁に断面略コの字状で、前記駆動軸に対向して軸方向に延びる凹溝を有する案内部材が装着され、この案内部材に前記ねじ軸の外径に植設された回り止めピンが係合されて前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。
 このように、電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備えた電動アクチュエータにおいて、ボールねじ機構が、減速機構に連結され、ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、駆動軸と同軸状に一体化されたねじ軸とで構成され、ハウジングに駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔にセンサカバーが着脱自在に固定されると共に、このサイドカバーの内壁に断面略コの字状で、駆動軸に対向して軸方向に延びる凹溝を有する案内部材が装着され、この案内部材にねじ軸の外径に植設された回り止めピンが係合されてねじ軸がハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されているので、部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、回り止め機構を簡素化して信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することができる。
 好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記ハウジングにセンサピンが回転自在に挿入され、このセンサピンにセンサリンクを取り付けて前記回り止めピンに係合させると共に、前記センサピンの端部に磁石が取り付けられ、この磁石に所定のエアギャップを介してセンサが対峙されていれば、センサピンの検出角をセンサによって計測することによって駆動軸の直動範囲の任意の位置で、駆動軸の位置を直接検出することができる。
 また、請求項3に記載の発明のように、前記センサが非接触式の半導体センサであれば、耐振性に優れ、磁気センサと信号処理回路とが集積されて絶対角度を検出することができ、自動車等の車両の厳しい使用条件における振動等が生じても長期間に亘って安定した検出精度を確保することができる。
 また、請求項4に記載の発明のように、前記センサリンクの長手方向にスリットが形成され、このスリットに前記回り止めピンが係合されていれば、駆動軸の回転を阻止し、駆動軸の軸方向の移動を妨げないような振り子運動が可能となる。
 また、請求項5に記載の発明のように、前記回り止めピンにニードル軸受に用いられるニードルころが使用されていれば、SUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで58~64HRCの範囲に硬化処理されているので、高精度で長期間に亘って耐摩耗性を維持することができる。
 また、請求項6に記載の発明のように、前記案内部材の凹溝によって前記回り止めピンの軸方向の位置が制限され、前記駆動軸のストロークが規制されていれば、回り止め機構を簡素化することができる。
 また、請求項7に記載の発明のように、前記案内部材が炭素鋼板からプレス加工にて形成され、高周波焼入れによって表面硬さを40~50HRCの範囲に硬化処理が施されていれば、耐摩耗性が向上し、回り止めピンが摺動しても長期間に亘って摩耗を抑制することができる。
 また、請求項8に記載の発明のように、前記案内部材が浸炭鋼で形成され、浸炭焼入れによって表面硬さを40~50HRCの範囲に硬化処理が施されていても良い。
 また、請求項9に記載の発明のように、前記案内部材の凹溝の表面に潤滑皮膜が形成されていれば、摺動性が向上し、スムーズで確実な回り止め機構を達成することができる。
 また、請求項10に記載の発明のように、前記案内部材が繊維状強化材が充填された熱可塑性の合成樹脂から射出成形によって形成されていれば、長期間に亘って摺動性と耐摩耗性を向上させることができる。
 本発明に係る電動アクチュエータは、円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されたねじ軸とで構成され、前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔にセンサカバーが着脱自在に固定されると共に、このサイドカバーの内壁に断面略コの字状で、前記駆動軸に対向して軸方向に延びる凹溝を有する案内部材が装着され、この案内部材に前記ねじ軸の外径に植設された回り止めピンが係合されて前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されているので、部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、回り止め機構を簡素化して信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することができる。
本発明に係る電動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の回り止め部を示す要部拡大図である。 図1の回り止め部を示す横断面図である。 図1の回り止め部を示す側面図である。 図4の作動を示す説明図である。 従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。 図6のVII-VII線に沿った横断面図である。
 円筒状のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されたねじ軸とで構成され、前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔にセンサカバーが着脱自在に固定されると共に、このサイドカバーの内壁に断面略コの字状で、前記駆動軸に対向して軸方向に延びる凹溝を有する案内部材が装着され、この案内部材に前記ねじ軸の外径に植設された回り止めピンが係合されて前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
 図1は、本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図、図2は、図1の回り止め部を示す要部拡大図、図3は、図1の回り止め部を示す横断面図、図4は、図1の回り止め部を示す側面図、図5は、図4の作動を示す説明図である。
 この電動アクチュエータ1は、円筒状のハウジング2と、このハウジング2に取り付けられた電動モータ3と、この電動モータ3の回転力をモータ軸3aを介して伝達する一対の平歯車4、5からなる減速機構6と、この減速機構6を介して電動モータ3の回転運動を駆動軸7の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構8と、駆動軸7の回り止めピン9とを備えている。
 ハウジング2は、第1のハウジング2aと、その端面に組み付けられた第2のハウジング2bとからなる。第1のハウジング2aの内部には電動モータ3が配置されている。電動モータ3は、後述するナット16の外径に装着される玉軸受18の外輪は、第1のハウジング2aと軸受ブラケット10とで挟持された状態で取り付けられている。
 電動モータ3のモータ軸3aには小平歯車4が圧入により相対回転不能に取り付けられている。大平歯車5は、後述するボールねじ機構8を構成するナット16に圧入され、小平歯車4に噛合している。
 ボールねじ機構8は、外周に螺旋状のねじ溝15aが形成されたねじ軸15と、このねじ軸15のねじ溝15aに対向し、内周に螺旋状のねじ溝16aが形成されたナット16と、両ねじ溝15a、16aによって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボール17とで構成されている。ナット16の外周には前述した大平歯車5が圧入固定されると共に、第1のハウジング2aと軸受ブラケット10に嵌合された玉軸受18が止め輪19を介して位置決め固定され、軸方向に相対移動不可で、相対回転可能となっている。
 各ねじ溝15a、16aの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール17との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。
 ここで、駆動軸7は、ボールねじ機構8を構成するねじ軸15と一体に構成され、駆動軸7の左端部に、リンク部材(図示せず)に連結するための孔7aが形成されると共に、第1のハウジング2aに駆動軸7を収容する円筒状の袋孔が形成され、駆動軸7の外周は、第1のハウジング2aに対してブッシュ11により摺動可能に支持されている。また、ブッシュ11に隣接してシール部材12が装着され、駆動軸7と第1のハウジング2aとの間が密封され、外部から塵埃等が侵入するのを防止している。
 ねじ軸15の左端部に回り止めピン9が嵌着されている。また、第1のハウジング2aにはサイドカバー13が着脱自在に固定されている。このサイドカバー13の内壁には断面略コの字状で、ねじ軸15(駆動軸7)に対向して軸方向に延びる凹溝14aを有する案内部材14が装着されている。そして、この案内部材14の凹溝14aに回り止めピン9が係合されている。
 図2に拡大して示すように、回り止めピン9にはセンサリンク20が係合されると共に、案内部材14によって軸方向の位置が制限され、駆動軸7のストロークが規制されている。本実施形態では、回り止めピン9はニードル軸受に用いられるニードルころが使用されている。すなわち、SUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで58~64HRCの範囲に硬化処理されている。したがって、高精度で長期間に亘って耐摩耗性を維持することができる。一方、案内部材14は、冷間圧延鋼板(JIS規格のSPCC系)やS45C等の炭素鋼板からプレス加工にて形成され、高周波焼入れによって表面硬さを40~50HRCの範囲に硬化処理が施されている。これにより、耐摩耗性が向上し、回り止めピン9が摺動しても長期間に亘って摩耗を抑制することができる。
 さらに、案内部材14の凹溝14aの表面に潤滑皮膜が形成されている。この潤滑皮膜としては、TiC、TiCN、WC、DLC(Diamond Like Carbon)等を例示することができる。一例として、DLCの製膜方法について説明すれば、このDLCは、その名が示すようにダイヤモンドに似た性質を持つ炭素材料で、炭素原子が規則的な並び方をしていない非結晶(アモルファス)膜からなる。また、これ以外にも、フッ素系樹脂をコーティングしても良い。このように、凹溝14aの表面に潤滑皮膜が形成されることにより、摺動性が向上し、スムーズで確実な回り止め機構を達成することができる。
 なお、案内部材14の材質として、例示した炭素鋼以外に、例えば、炭素量が比較的少ないSCr420やSCM415等の浸炭鋼で形成し、浸炭焼入れによって耐摩耗性を向上させても良い。また、GF(グラス繊維)等の繊維状強化材が10~40wt%充填されたPA(ポリアミド)66等の熱可塑性の合成樹脂を射出成形によって形成しても良い。これにより、長期間に亘って摺動性と耐摩耗性を向上させることができる。なお、GFの充填量が10wt%未満ではその補強効果が発揮されず、また、40wt%を超えて充填されると、成形品内の繊維が異方性を引き起こして密度が大きくなって寸法安定性が低下すると共に、靭性が低下し、回り止めピン9の当接によって割損する恐れがあるため好ましくない。なお、繊維状強化材としては、GFに限らず、これ以外に、CF(炭素繊維)やアラミド繊維、ホウ素繊維等を例示することができる。
 なお、PA以外にも、PPA(ポリフタルアミド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の所謂エンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂やポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)等の所謂スーパーエンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂、あるいは、フェノール樹脂(PF)、エポキシ樹脂(EP)、ポリイミド樹脂(PI)等の熱硬化性の合成樹脂であっても良い。
 センサピン21は第1のハウジング2aにブッシュ22を介して回転自在に挿入され、このセンサピン21の端部に磁石23が取り付けられている。そして、この磁石23に所定のエアギャップを介してセンサ24が対峙するように配設されている。具体的には、磁石23の中心とセンサ24の中心が一致するように配置され、センサ24からのセンサ電源用および出力用のハーネス25が延び、外部に配設された制御装置(図示せず)に接続されている。センサ24からの出力はアナログ電圧とデジタル信号の両方が得られるものであれば、システムに応じてデジタル信号とアナログ信号が選択できるため望ましい。
 センサ24は非接触式のホールICで構成されていても良いが、ここでは、耐振性に優れ、磁気センサと信号処理回路とが集積されて絶対角度を検出でき、ホールIC機能が半導体の回路パターンとして組み込まれた半導体センサが採用されている。これにより、自動車等の車両の厳しい使用条件における振動等が生じても長期間に亘って安定した検出精度を確保することができ、信頼性を向上させることができる。
 次に、図1を用いて、本発明に係る電動アクチュエータの作動を説明する。電動モータ3が駆動されると、減速機構6を介してボールねじ機構8のナット16に減速して伝達され、ねじ軸15が軸方向に直線運動をする。そして、このねじ軸16と同軸上に一体に形成された駆動軸7の直線運動に連動される。この駆動軸7の直動運動に伴い、センサリンク20が揺動して直動範囲を規制する。この時、センサピン21が所定の検出角の範囲で回転する。すなわち、駆動軸7の直動範囲の任意の位置で、センサ24で検出角を計測することによって駆動軸7の位置を直接検出することができる。
 ここで、センサリンク20は、図3、4に示すように、センサピン21に固定され、振り子機構を構成している。センサリンク20は、長手方向にスリット20aが形成され、このスリット20aに回り止めピン9に係合するによって駆動軸7の回転を阻止し、駆動軸7の軸方向の移動を妨げないように振り子運動が可能となっている。すなわち、図5に示すように、センサリンク20のスリット20a内に回り止めピン9が係合し、センサリンク20の揺動角によって回り止めピン9の係合位置が逐次変化することによってセンサリンク20の振り子運動を許容し、予め設定された所望のストロークLの範囲で駆動軸7が軸方向運動することができる。このように、本実施形態では、センサリンク20の揺動角をセンサ24で計測することによって駆動軸7の位置を直接検出すると共に、このセンサリンク20を駆動軸7に嵌着した回り止めピン9に係合させ、この回り止めピン9を案内部材14によって軸方向の位置が制限され、駆動軸7のストロークを規制するようにしているので、効果的にスペースを活用することができ、部品点数を削減して低コスト化を図ると共に、回り止め機構を簡素化して信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することができる。
 以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、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、特許請求の範囲の記載によって示され、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。
 本発明に係る電動アクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力をボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動アクチュエータに適用できる。
1 電動アクチュエータ
2 ハウジング
2a 第1のハウジング
2b 第2のハウジング
3 電動モータ
3a モータ軸
4 小平歯車
5 大平歯車
6 減速機構
7 駆動軸
7a 孔
8 ボールねじ機構
9 回り止めピン
10 軸受ブラケット
11、22 ブッシュ
12 シール部材
14 案内部材
14a 凹溝
15 ねじ軸
15a、16a ねじ溝
16 ナット
17 ボール
18 玉軸受
19 止め輪
20 センサリンク
20a スリット
21 センサピン
23 磁石
24 センサ
25 ハーネス
51 ハウジング
51a 本体
51b 蓋部材
51c 凹部
52 出力軸
52a 袋孔
53 ナット
53a、56a ねじ溝
53b 溝
54 ブッシュ
54a 切欠き
55 シール部材
56 ねじ軸
57 ボール
58 軸受間座
59 玉軸受
60 固定部材
61 止め輪
62 ギヤ
63 案内部材
63a 案内部
63b 係合部
L 駆動軸のストローク

Claims (10)

  1.  円筒状のハウジングと、
     このハウジングに取り付けられた電動モータと、
     この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、
     この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備えた電動アクチュエータにおいて、
     前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されたねじ軸とで構成され、前記ハウジングに前記駆動軸を収容する円筒状の袋孔が形成され、この袋孔にセンサカバーが着脱自在に固定されると共に、このサイドカバーの内壁に断面略コの字状で、前記駆動軸に対向して軸方向に延びる凹溝を有する案内部材が装着され、この案内部材に前記ねじ軸の外径に植設された回り止めピンが係合されて前記ねじ軸が前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
  2.  前記ハウジングにセンサピンが回転自在に挿入され、このセンサピンにセンサリンクを取り付けて前記回り止めピンに係合させると共に、前記センサピンの端部に磁石が取り付けられ、この磁石に所定のエアギャップを介してセンサが対峙されている請求項1に記載の電動アクチュエータ。
  3.  前記センサが非接触式の半導体センサである請求項2に記載の電動アクチュエータ。
  4.  前記センサリンクの長手方向にスリットが形成され、このスリットに前記回り止めピンが係合されている請求項2に記載の電動アクチュエータ。
  5.  前記回り止めピンにニードル軸受に用いられるニードルころが使用されている請求項1に記載の電動アクチュエータ。
  6.  前記案内部材の凹溝によって前記回り止めピンの軸方向の位置が制限され、前記駆動軸のストロークが規制されている請求項1に記載の電動アクチュエータ。
  7.  前記案内部材が炭素鋼板からプレス加工にて形成され、高周波焼入れによって表面硬さを40~50HRCの範囲に硬化処理が施されている請求項1または6に記載の電動アクチュエータ。
  8.  前記案内部材が浸炭鋼で形成され、浸炭焼入れによって表面硬さを40~50HRCの範囲に硬化処理が施されている請求項1または6に記載の電動アクチュエータ。
  9.  前記案内部材の凹溝の表面に潤滑皮膜が形成されている請求項6乃至8いずれかに記載の電動アクチュエータ。
  10.  前記案内部材が繊維状強化材が充填された熱可塑性の合成樹脂から射出成形によって形成されている請求項1または6に記載の電動アクチュエータ。
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