JP2004332759A

JP2004332759A - 電動式リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP2004332759A
Application number: JP2003125367A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakamura; 彰中村; Katsumi Maejima; 克己前島
Original assignee: Tsubaki Emerson Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】荷重を支持すると共に、外部から出力軸を前進後退させることが可能な電動式リニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】ハウジング１内に回転自在に支持された回転軸４と、ハウジング１に固定された電動モータ７と、電動モータ７のモータ軸７ａと回転軸４との間に配置されたウォームギヤと、回転軸４と一体的に形成された送りねじ部４ａと、送りねじ部４ａに螺合し回転が拘束され軸方向に移動可能に支持されたナット２１と、ナット２１に基端部を結合固定した筒状の出力軸２３とを備えた電動式リニアアクチュエータにおいて、ウォームホイール９が回転軸４に回転自在に支持され、ウォームホイール９の後方側の側面に当接する摩擦板１５と、摩擦板１５を押圧する皿ばね１６と、押圧力調整ナット１７とを備え、ウォームホイール９と、摩擦板１５と、皿ばね１６と、押圧力調整ナット１７とでトルクリミッタを構成する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重を支持すると共に、外部から出力軸を前進後退させることが可能な電動式リニアアクチュエータに関し、特に、自動車のトランク等の扉の開扉アシスト機構に好適に使用できる電動式リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のトランク等の扉の開扉アシスト機構は、手動で扉を開閉する際に扉の自重（荷重）を支持して扉の開閉を容易に行なうものである。従来、この開扉アシスト機構には、ガスダンパーが使用されている。そこで、従来のこのガスダンパーに替えて、この開扉アシスト機構に電動式リニアアクチュエータを使用することが考えられる。
【０００３】
従来、電動式リニアアクチュエータとして、次のようなものが提案されている。この提案された電動式リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングの内側に回転のみ自在に支持された回転軸と、上記ハウジングに固定された正転逆転自在な電動モータと、この電動モータの駆動軸と上記回転軸との間に設けられて、この駆動軸のトルクを増大して上記回転軸に伝達する減速機と、上記回転軸の一部に設けられたボールねじ部と、このボールねじ部の周囲に複数のボールを介して螺合し、上記回転軸の軸方向に至る変位のみを自在に支持されたボールナットと、基端部をこのボールナットに結合固定された筒状の出力軸とを備えた電動式リニアアクチュエータにおいて、上記回転軸の一部にこの回転軸と共に回転自在に支持されて、この回転軸に加わるスラスト荷重を受ける間座と、上記回転軸の周囲にこの回転軸に対する回転を自在として支持された間筒と、この間筒の外周面と上記ハウジングの内周面との間に設けられた一方向クラッチと、上記間筒の軸方向一端面と上記間座との間に設けられた摩擦プレートと、上記間筒の軸方向他端面と上記ハウジングとの間に設けられて、上記回転軸から間筒に加わるスラスト荷重を支承する軸受とを備える構成のものである。そして、この電動式リニアアクチュエータは、スラスト荷重により回転軸が回転する傾向の場合には、一方向クラッチがロックし、電動モータにより回転軸を回転させスラスト荷重に抗して出力軸を変位させる際には、一方向クラッチがロックしないようになっている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３２２１８９号公報（第２頁１欄２−２１行、図１−１２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特開平８−３２２１８９号公報に開示された電動式リニアアクチュエータを自動車のトランク等の扉の開扉アシスト機構に使用しようとすると、次のような問題点がある。扉の自重（荷重）は一方向クラッチがロックがされることにより支持できるが、扉の自重（荷重）に抗して、手動により出力軸を前進後退させる場合には、摩擦トルクが手動によるスラスト荷重の大きさに依存するため、摩擦トルクを自由に設定できない。そのため、外部から手動で扉等を開閉しようとした場合に、とくに閉じる場合には、その閉めようとする外力が大きければ摩擦トルクが増大してしまう。したがって、扉が完全に開いた状態や途中まで開いた状態で停止させた場合、あるいは電動モータが故障した場合に、その位置で扉の自重（荷重）を支持すると共に、手動で操作することは不可能である。
【０００６】
すなわち、上記特開平８−３２２１８９号公報に開示された電動式リニアアクチュエータは、扉の自重（荷重）を支持すると共に、外部から手動で出力軸を前進後退させる機能を有しない。
【０００７】
そこで、本発明は、荷重を支持すると共に、外部から出力軸を前進後退させることが可能な電動式リニアアクチュエータを提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、前記問題点を解決するために、ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に支持された回転軸と、前記ハウジングに固定された電動モータと、該電動モータのモータ軸と前記回転軸との間に配置されたウォームとウォームホイールからなるウォームギヤと、前記回転軸と一体的に形成された送りねじ部と、該送りねじ部に螺合し回転が拘束され軸方向に移動可能に支持されたナットと、該ナットに基端部を結合固定した筒状の出力軸とを備えた電動式リニアアクチュエータにおいて、前記ウォームホイールが前記回転軸に回転自在に支持され、前記ウォームホイールの後方側の側面に当接する摩擦板と、前記ウォームホイールの前記側面に前記摩擦板を押圧するばねとを備え、前記ウォームホイールと前記摩擦板と前記ばねとでトルクリミッタを構成するものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記問題点を解決するために、請求項１記載の電動式リニアアクチュエータにおいて、前記トルクリミッタは前記ばねの押圧力を調整する押圧力調整ナットを備えるものである。
【００１０】
請求項１，２記載の発明によれば、外部から出力軸を前進後退させる軸方向の運動はナットにより回転軸の回転運動に変換され、この回転軸の回転はトルクリミッタがスリップする。このスリップにより回転軸は空転する。したがって、外部から出力軸を前進後退させることができる。また、出力軸に加わる荷重は、トルクリミッタがスリップしないため、ウォームホイールを回転させようとするが、ウォームホイールがウォームを回転させようとするときの抵抗により出力軸に加わる荷重を支持することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、押圧力調整ナットでばねの押圧力を調整することができ、トルクリミッタのスリップトルクの設定を調節することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータについて以下に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む正面図である。図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３は図１におけるウォームホイール周りの部分拡大正面図である。
【００１３】
以下、図１に示す電動式リニアアクチュエータを自動車のトランク等の扉の開扉アシスト機構に使用する場合について説明する。
【００１４】
図１に示す電動式リニアアクチュエータは、ハウジング１と、ハウジング１内に回転自在に支持された回転軸４と、ハウジング１に固定された電動モータ７と、電動モータ７のモータ軸７ａと回転軸４との間に配置されたウォーム８とウォームホイール９からなるウォームギヤと、回転軸４と一体的に形成された送りねじ部４ａと、送りねじ部４ａに螺合し回転が拘束され軸方向に移動可能に支持されたナット２１と、ナット２１に基端部を結合固定した筒状の出力軸２３とを備えている。
【００１５】
また、図１に示す電動式リニアアクチュエータは、ウォームホイール９の後方側の側面に当接する摩擦板１５と、ウォームホイール９の側面に摩擦板１５を押圧する皿ばね１６と、皿ばね１６の押圧力を調整する押圧力調整ナット１７とを備えている。
【００１６】
以下に、図１に示す電動式リニアアクチュエータをさらに詳細に説明する。図１に示すように、ハウジング１はハウジング本体２と軸受支持部材３とからなり、軸受支持部材３はハウジング本体２にねじ込まれて取り付けられる。ハウジング１内には回転軸４の基端部を一対の玉軸受５，６により回転自在に支持している。回転軸４には送りねじ部４ａが一体的に形成されている。また、回転軸４は玉軸受６に隣接する部分にフランジ４ｂを一体的に有している。
【００１７】
図２に示すように、ハウジング１には電動モータ７が取り付けられ、電動モータ７のモータ軸７ａはハウジング１内に挿入されている。モータ軸７ａと回転軸４との間にウォーム８とウォームホイール９からなるウォームギヤが配置されている。ウォーム８は、一端側において一端に形成された軸孔にモータ軸７ａが嵌め込まれ連結ピン１０により連結され、他端側は玉軸受１１により回転自在に支持されている。また、玉軸受１１の外側は蓋体１２によって閉鎖されている。
【００１８】
図３に示すように、ウォームホイール９はラジアル軸受１３を介して回転軸４に回転自在に嵌め込まれている。さらに、ウォームホイール９はスラスト軸受１４を介して回転軸４のフランジ４ｂに支持されている。また、ウォームホイール９の後方側の側面（摩擦面）に当接して摩擦板１５が配置されている。さらに、摩擦板１５の背面側に、皿ばね１６と押圧力調整ナット１７とが配置され、押圧力調整ナット１７は回転軸４のおねじ部にねじ込まれている。皿ばね１６はウォームホイール９の後方側の側面（摩擦面）に摩擦板１５を押圧する機能を有する。押圧力調整ナット１７は皿ばね１６の押圧力を調整する機能を有する。そして、ウォームホイール９と摩擦板１５と皿ばね１６と押圧力調整ナット１７とでトルクリミッタ（定トルククラッチ）を構成している。なお、玉軸受６の外側にオイルシール１８が配置されている。
【００１９】
図１に示すように、外筒１９の基端部が軸受支持部材３にねじ込まれて固定されている。外筒１９の先端部には後述する出力軸２３を支持して案内する支持部材２０がねじ込まれている。外筒１９の内部には回転軸４の送りねじ部４ａが配置されており、送りねじ部４ａにはナット２１が螺合している。ナット２１の外周にはナットハウジング２２がボルトにより固定されている。ナットハウジング２２には筒状の出力軸２３の基端部がねじ込まれて取り付けられている。すなわち、筒状の出力軸２３はナットハウジング２２を介してナット２１に連結されている。筒状の出力軸２３の先端部には先端金具２４がねじ込まれて取り付けられている。
【００２０】
なお、送りねじ部４ａとしては台形ねじまたはボールねじを使用できる。ボールねじを使用する場合はナットにボールナットを使用することは当然のことである。また、ラジアル軸受１３及びスラスト軸受１４には針状ローラ（ニードルローラ）タイプの軸受を使用することが好ましい。
【００２１】
ところで、扉の自重（荷重）を支持しながら、電動モータ７の駆動による出力軸２３の前進後退と、外部からの手動操作による出力軸２３の前進後退とを可能にするには、トルクリミッタ（定トルククラッチ）の摩擦トルク（スリップトルク）を所定値にしなければならない。以下に、トルクリミッタ（定トルククラッチ）のスリップトルクＴｓの設定について説明する。以下の説明に使用する符号の意味は次の通りとする。
Ｔ１：扉の開閉に必要なトルク
Ｔｓ：スリップトルク
Ｔ２：手動により出力軸を前進後退させるに必要なトルク
扉の自重（荷重）を支持しながら、電動モータ７の駆動による出力軸２３の前進後退と、外部からの手動操作による出力軸２３の前進後退とを可能にするには、Ｔ１とＴｓとＴ２との間に次の不等式（１）に示す条件が必要である。
Ｔ１＜Ｔｓ＜Ｔ２・・・（１）
【００２２】
また、以下の説明に使用する符号の意味は次の通りとする。
Ｆ１：扉の開閉に必要なスラスト荷重（操作力）
Ｆ２：手動による外力が出力軸（あるいはナット）に作用するスラスト荷重
Ｆ３：押圧力調整ナットによる皿ばね押圧荷重
Ｄ：摩擦板とウォームホイールとの接触面の平均直径
Ｌ：送りねじ部のリード
η：送りねじ部の回転運動をナットの直線運動に変換するときのねじ効率
η’：ナットの直線運動を送りねじ部の回転運動に変換するときのねじ効率
μ：摩擦板の摩擦係数
そこで、Ｔ１、Ｔｓ、Ｔ２はそれぞれ下記の等式（２）、（３）、（４）で表すことができる。
Ｔ１＝Ｆ１・Ｌ／（２・π・η）・・・（２）
Ｔ２＝Ｆ２・Ｌ・η’／（２・π）・・・（３）
Ｔｓ＝μ・Ｆ３・Ｄ／２・・・（４）
等式（２）、（３）、（４）を不等式（１）に代入すると、下記の不等式（５）が得られる。
Ｆ１・Ｌ／（２・π・η）＜μ・Ｆ３・Ｄ／２＜Ｆ２・Ｌ・η’／（２・π）・・・（５）
すなわち、上記不等式（５）の関係を満足する摩擦板の摩擦係数μと皿ばね押圧荷重Ｆ３を決定すればよい。
【００２３】
次に、図１に示す電動式リニアアクチュエータの動作について説明する。図１に示す電動式リニアアクチュエータのハウジング１の基端側（図１の左側）を自動車の車体に枢支し、先端金具２４を扉に枢支して取り付ける。
【００２４】
まず、電動モータ７による扉の開閉について説明する。電動モータ７が正回転または逆回転すると、ウォーム８とウォームホイール９からなるウォームギヤ（減速機）によりモータ軸７ａの回転が減速され、トルクリミッタはスリップすることなくモータ軸７ａの回転が回転軸４に伝達される。回転軸４が回転すると、回転軸４と一体的に形成されている送りねじ部４ａも回転し、送りねじ部４ａに螺合したナット２１は軸方向に移動する。そして、ナット２１に結合固定された出力軸２３も軸方向に移動する。このようにして、出力軸２３が前進あるいは後退することにより扉の開閉が行なわれる。
【００２５】
次に、手動による扉の開閉について説明する。手動による扉の開閉しようとすると、扉に取り付けられた出力軸２３は前進あるいは後退しようとする。この出力軸２３の前進運動あるいは後退運動は、結合固定されたナット２１を軸方向に移動させようとする。このナット２１の軸方向の移動は送りねじ部４ａの回転運動に変換される。送りねじ部４ａの回転は送りねじ部４ａと一体的に形成されている回転軸４も回転させることになる。この回転軸４の回転はトルクリミッタがスリップすることにより可能となる。そこで、トルクリミッタのスリップトルクを前記のように設定しているので、トルクリミッタはスリップし、出力軸２３の前進あるいは後退が可能となり、手動による扉の開閉が行なわれる。
【００２６】
次に、扉が開閉途中でその位置を維持するための扉の自重（荷重）の支持について説明する。扉の自重（荷重）は出力軸２３とナット２１と送りねじ部４ａと回転軸４を介してトルクリミッタに伝達されるが、トルクリミッタのスリップトルクを前記のように設定しているので、トルクリミッタはスリップすることなく回転軸４の回転がウォームホイール９に伝達される。しかし、ウォームホイール９の回転はウォームホイール９と噛み合っているウォーム８によって阻止される。したがって、このウォーム８による回転の阻止によって、扉の自重（荷重）は支持されるので、扉が開閉途中でその位置を維持することができる。
【００２７】
以上説明したように、図１に示す電動式リニアアクチュエータを自動車のトランク等の扉の開扉アシスト機構に使用すると、扉の自重（荷重）を支持すると同時に外部から手動で扉の開閉をすることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータを、自動車のトランク等の扉の開扉アシスト機構に使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、請求項１，２記載の電動式リニアアクチュエータは荷重を支持しながら外部から出力軸を前進後退させる必要かある用途に使用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、外部から出力軸を前進後退させる軸方向の運動はナットにより回転軸の回転運動に変換され、この回転軸の回転はトルクリミッタがスリップする。このスリップにより回転軸は空転する。したがって、外部から出力軸を前進後退させることができる。また、出力軸に加わる荷重は、トルクリミッタがスリップしないため、ウォームホイールを回転させようとするが、ウォームホイールがウォームを回転させようとするときの抵抗により出力軸に加わる荷重を支持することができる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、押圧力調整ナットでばねの押圧力を調整することができ、トルクリミッタのスリップトルクの設定を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１におけるウォームホイール周りの部分拡大正面図である。
【符号の説明】
１ハウジング
２ハウジング本体
３軸受支持部材
４回転軸
４ａ送りねじ部
４ｂフランジ
５玉軸受
６玉軸受
７電動モータ
７ａモータ軸
８ウォーム
９ウォームホイール
１０連結ピン
１１玉軸受
１２蓋体
１３ラジアル軸受
１４スラスト軸受
１５摩擦板
１６皿ばね
１７押圧力調整ナット
１８オイルシール
１９外筒
２０支持部材
２１ナット
２２ナットハウジング
２３筒状の出力軸
２４先端金具

Claims

ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に支持された回転軸と、前記ハウジングに固定された電動モータと、該電動モータのモータ軸と前記回転軸との間に配置されたウォームとウォームホイールからなるウォームギヤと、前記回転軸と一体的に形成された送りねじ部と、該送りねじ部に螺合し回転が拘束され軸方向に移動可能に支持されたナットと、該ナットに基端部を結合固定した筒状の出力軸とを備えた電動式リニアアクチュエータにおいて、
前記ウォームホイールが前記回転軸に回転自在に支持され、前記ウォームホイールの後方側の側面に当接する摩擦板と、前記ウォームホイールの前記側面に前記摩擦板を押圧するばねとを備え、前記ウォームホイールと前記摩擦板と前記ばねとでトルクリミッタを構成することを特徴とする電動式リニアアクチュエータ。
前記トルクリミッタは前記ばねの押圧力を調整する押圧力調整ナットを備えることを特徴とする請求項１記載の電動式リニアアクチュエータ。