JP2005124350A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
コンパクトでありながら被駆動部材側からの逆回転方向トルクを保持することができる電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】
被駆動部材から力を受けた場合には、磁石１３、１４の磁気抵抗力を用いてねじ軸１１の回転をロックでき、電動モータ２が一方向に回転した場合には、ワンウエイクラッチ機構（５，６）がねじ軸１１の回転を許容することで被駆動部材を駆動でき、電動モータ２が他方向に回転した場合には、ワンウエイクラッチ機構（５，６）は内輪７をロックするが、磁石１３，１４の磁気抵抗力にうち勝つことでねじ軸１１が回転するので、被駆動部材を駆動できるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車のパワーウィンドウ、電動パーキングブレーキ装置のワイヤ巻取り機構、電動ディスクブレーキ装置のキャリパ推進機構、自動クラッチレリーズ駆動機構、ＶＶＴ駆動装置、２駆４駆切替機構、一般産業用のウインチ、ホイスト、クレーン、各種位置決め装置等に用いられるアクチュエータに関する。

例えば自動車のパワーウィンドウ等には、電動アクチュエータを組み込んで電動モータを駆動源としてウィンドウの開閉を行うようにしており、このような電動アクチュエータには、電動モータの回転運動を出力軸の軸線方向運動に変換する機能および電動モータの停止時に出力軸が回転しないようにする機能を設けることが望まれる。

これらの両機能を備えた電動アクチュエータとして、例えばねじ軸に多数の転動体を介してナットが螺合されてねじ軸が回転部とされるとともにナットが軸線方向運動する出力部とされたボールねじと、ボールねじのねじ軸に回転力を伝達する電動モータと、ねじ軸の正回転方向のみに回転可能とされてねじ軸と略同心に配置された一方向クラッチ付回転体と、一方向クラッチ付回転体とねじ軸との間に介装され、ねじ軸の停止時にねじ軸に対して従動側からナットを介して逆回転方向のトルクが作用した際に、一方向クラッチの逆回転方向のロック機能と共働してねじ軸に従動側からの逆回転方向トルクに対する摩擦力による制動トルクを発生させる摩擦材とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平８−３２２１８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の電動アクチュエータにおいては、摩擦材による制動トルクのみで従動側からの逆回転方向トルクを受け止めるようにしているため、摩擦材に求められる条件（摩擦係数の選定や精度等）が厳しくなり、コスト高になるという問題がある。又、長期間の使用により摩擦材が摩耗し、摩擦条件が大きく変わることで逆回転方向トルクを受け止めることができなくなる恐れもある。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら被駆動部材側からの逆回転方向トルクを保持することができる電動アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータは、被駆動部材を駆動するアクチュエータであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、
前記電動モータの動力を前記被駆動部材に伝達する動力伝達機構とを備え、
前記動力伝達機構は、
前記電動モータの回転軸に連結された回転要素と、前記被駆動部材に連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールスクリュー機構と、
前記回転要素と、前記ハウジングとの間に配置された中間部材と、
前記ハウジングと中間部材との間に配置され、前記中間部材の一方向の回転のみを許容するワンウェイクラッチ機構と、
前記回転要素と前記中間部材との間に配置され、前記回転要素と前記中間部材の相対回転に応じて周期的に変化する抵抗力を発生させる抵抗手段と、を有し、
前記抵抗手段の抵抗力は、前記ワンウェイクラッチ機構により前記中間部材の回転が禁止された場合において、前記被駆動部材から伝達される回転力に基づいて前記中間部材に対して前記回転要素が相対回転することを阻止するが、前記電動モータから伝達される回転力に基づいて前記中間部材に対して前記回転要素が相対回転することを許容するように設定されることを特徴とする。

本発明のアクチュエータは、前記抵抗手段の抵抗力が、前記ワンウェイクラッチ機構により前記中間部材の回転が禁止（ロック）された場合において、前記被駆動部材から伝達される回転力に基づいて前記中間部材に対して前記回転要素が相対回転することを阻止するが、前記電動モータから伝達される回転力に基づいて前記中間部材に対して前記回転要素が相対回転することを許容するように設定されるので、前記被駆動部材から力を受けた場合には、前記ワンウェイクラッチ機構により前記中間部材の回転がロックされ且つ前記抵抗手段の抵抗力を用いて前記中間部材と前記回転要素の相対回転が阻止されるから、前記電動モータに電力供給を行わなくても前記被駆動部材の位置を維持でき、省エネが図れる。又、前記電動モータが一方向に回転した場合には、前記ワンウエイクラッチ機構が前記中間部材の回転を許容することで前記抵抗手段の抵抗力に関わらず前記被駆動部材を駆動でき、一方、前記電動モータが他方向に回転した場合には、前記ワンウエイクラッチ機構は前記中間部材の回転をロックするが、その回転力は前記抵抗手段の抵抗力にうち勝つようになっているので前記中間部材に対して前記回転要素が相対回転し、それにより前記被駆動部材を駆動できるようになっている。尚、前記被駆動部材は、例えば重力や弾性力など、常に前記中間部材が前記ワンウェイクラッチ機構により回転をロックされる方向に付勢力を発生していると好ましい。

前記抵抗手段は、磁気力による抵抗力を発生させると好ましい。

前記抵抗手段は、バネ力による抵抗力を発生させると好ましい。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態であるアクチュエータの断面図である。図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図３は、図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図１において、ボルト１Ｃにより、モータ２のフランジ部２ｂと、円筒状の第１ハウジング１Ａと、第１ハウジング１Ａに一部が嵌合した円筒状の第２ハウジング１Ｂとが、共締めで連結されており、第１ハウジング１Ａと第２ハウジング１Ｂとで、ハウジング１を構成している。

第１ハウジング１Ａの内部に突出したモータ２の回転軸２ａは、第１ハウジング１Ａと第２ハウジング１Ｂの内部を延在するねじ軸１１の一端（図で左端）に、一体的に回転するように連結されている。ねじ軸１１は、軸受３により第１ハウジング１Ａに対して回転自在に支持される丸軸部１１ａと、ねじ部１１ｂとを有している。ねじ部１１ｂの外周には、雄ねじ溝が形成されている。

図３において、第１ハウジング１Ａの内周面には、ワンウェイクラッチ機構の外輪５が固定されている。図３に示すように、外輪５の内周面には、一方向（図３で時計回り）に進むにつれ軸線から遠くなる複数の斜面５ａが形成されており、かかる斜面５ａと、その内側に配置された内輪７との間には、転動自在なころ６が各々配置されている。外輪５，ころ６とでワンウエィクラッチ機構を構成する。又、内輪７が中間部材を構成する。

図１において、円管状の内輪７は、軸受８により第１ハウジング１Ａに対して回転自在に支持されている。ねじ軸１１の丸軸部１１ａにおけるねじ部１１ｂに隣接した外周面に、ホルダ１２がキー連結されている。ホルダ１２は、ねじ軸１１の半径方向に延在する本体１２ａと、フランジ部１２ａの周縁から軸線方向に延在する円筒状のフランジ部１２ｂとを有する。円筒状のフランジ部１２ｂは、内輪７の一端（図１で右端）を包囲している。尚、軸線方向において、ホルダ１２と内輪７との間にはスラスト軸受９が配置されている。

図２において、内輪７の外周面に形成された第１磁石１３は、フランジ部１２ｂの内周面に形成された第２磁石１４と対向している。ここで、図２に示すように、第１磁石１３は、周方向にＳ極とＮ極とが交互に配置され、これに対応するようにして、第２磁石１４は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。従って、図２に示す位置では、双方のＮ極とＳ極とがそれぞれ対向し磁力で引き合うため、内輪７とホルダ１２の相対回転に対して、最大の抵抗力を発生させ、すなわち最も安定した状態となる。一方、図２に示す位置から位相がずれて、Ｎ極同士、Ｓ極同士が対向するようになると、磁力で反発し合うため最も不安定な状態となる。

図１において、内輪７及びナット１０内をねじ軸１１が貫通している。ナット１０の内周面には、ねじ部１１ｂの雄ねじ溝に対向して、雌ねじ溝が形成され、両ねじ溝によって形成される螺旋状の空間（転走路）には、多数のボール（不図示）が転動自在に配置されている。尚、ナット１０と、ねじ軸１１と、ボールとでボールスクリュー機構を構成する。

第２ハウジング１Ｂの内周には、軸線方向に沿って延在するキー溝１ｂが形成され、これにナット１０の外周面に植設されたピン１６が係合し、ナット１０の軸線方向移動を許容しつつ回転を阻止するように機能する。

ナット１０の端面（図１で右端面）には、円筒状の移動ケース１７が配置されている。移動ケース１７は、第２ハウジング１Ｂの開口１ｃから外部へと突出し、不図示の被駆動部材に連結されるようになっている。開口１ｃの内周面には、移動ケース１７の外周面に当接するようにしてブッシュ１８が設けられており、移動ケース１７を移動自在に支持している。ブッシュ１８に隣接してシール１９が設けられ、ハウジング１内部への異物の侵入や内部からの潤滑剤の流出等を阻止している。

動力伝達機構は、ワンウェイクラッチ機構（５，６）と、ボールスクリュー機構（１１，１０）とから構成される。又、本実施の形態では、ねじ軸１１が回転要素、ナット１０が軸線方向移動要素を構成する。更に、第１磁石１３と第２磁石１４とが抵抗手段を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。不図示のバッテリから電動モータ２に電力が供給されると、ねじ軸１１が正回転する。かかる場合、ホルダ１２もねじ軸１１と共に回転するので、第１磁石１３と第２磁石１４とは、図２に示す安定位置より、左右いずれかの方向に相対回転しようとする。このとき、ワンウェイクラッチ機構（５，６）が内輪７の回転を許容する場合（図でＡ方向）、ホルダ１２と一体的に内輪７も回転する。従って、ねじ軸１１は、殆ど抵抗を受けることなく回転するので、それに応じてナット１０が軸線方向に移動し、移動ケース１７に連結された被駆動部材（不図示）を正方向（例えば図１で左方向）へと移動させることができる。

ここで、不図示のバッテリから電動モータ２への電力供給が停止されたとする。このとき、第１磁石１３と第２磁石１４とは、図２に示すいずれかの安定位置になる。しかるに、不図示の被駆動部材から付勢力が伝達され、移動ケース１７を介してナット１０が軸線方向に力を受けた場合、ねじ軸１１は変換された回転力を受けることになるが、このとき、ホルダ１２もねじ軸１１と共に回転しようとするので、第１磁石１３と第２磁石１４との間の磁力により、内輪７を共回りはさせようとする力が作用する。ところが、ワンウェイクラッチ機構（５，６，７）が内輪７の回転を阻止しているため、内輪７は回転がロックされる。更に、被駆動部材から伝達される付勢力では、第１磁石１３と第２磁石１４との間に作用する磁気抵抗力に抗して、ホルダ１２と内輪７を相対回転させることができないため、ねじ軸１１も回転することがなく、よって移動ケース１７（被駆動部材）の位置も維持されることとなる。すなわち、被駆動部材の位置を維持するために電動モータ２に常時電力を供給する必要がなく、省エネが図れる。

一方、不図示のバッテリから電動モータ２に逆特性の電力が供給されると、ねじ軸１１は逆回転する。かかる場合、ワンウェイクラッチ機構（５，６）が内輪７の回転を阻止しようとするため（図でＢ方向）、内輪７は静止したままとなるが、電動モータ２の回転力は、第１磁石１３と第２磁石１４との間に作用する磁気抵抗力より強いので、ロックされた内輪７に対してホルダ１２を相対回転させることでねじ軸１１を回転させることができ、それに応じてナット１０が軸線方向に移動し、移動ケース１７に連結された被駆動部材（不図示）を逆方向（例えば図１で右方向）へと復帰させることができる。かかる磁気抵抗力は、磁石１３，１４の磁気力を調整することで適宜設定できる。

図４は、第２の実施の形態にかかるアクチュエータの図２と同様な断面図である。図４において、ホルダ１２’のフランジ部１２ｂ’の内周面には、セレーションのごとく、断面が三角形状の溝１２ｃ’が周方向に並んで複数個形成されている。一方、内輪７’の外周面に形成された孔７ａ’内にはコイルバネ２３が配置されており、ボール２４を溝１２ｃ’に向かって押圧している。

図４に示す位置では、双方のボール２４が溝１２ｃ’の奥で両斜面に当接しており、内輪７’とホルダ１２’のいずれの方向への相対回転に対しても抵抗力を発生させ、すなわち最も安定した状態となっている。一方、図４に示す位置から位相がずれて、溝１２ｃ’の間の山を越えるとき、最も不安定な状態となる。溝１２ｃ’、コイルバネ２３，ボール２４で抵抗手段を構成する。それ以外の構成に関しては、図１に示すアクチュエータと同様であるので説明を省略する。

図１を参照して、本実施の形態においても、電動モータ２が静止した状態では、被駆動部材から伝達される付勢力では、溝１２ｃ’とボール２４との間に作用する抵抗力に抗して、ホルダ１２’と内輪７’を相対回転させることができないため、ねじ軸１１も回転することがなく、よって移動ケース１７（被駆動部材）の位置も維持されることとなる。すなわち、被駆動部材の位置を維持するために電動モータ２に常時電力を供給する必要がなく、省エネが図れる。

一方、電動モータ２が逆回転するときは、電動モータ２の回転力は、溝１２ｃ’とボール２４との間に作用する抵抗力より強いので、内輪７’に対してホルダ１２’を相対回転させることでねじ軸１１を回転させることができ、それに応じてナット１０が軸線方向に移動し、移動ケース１７に連結された被駆動部材（不図示）を逆方向（例えば図１で右方向）へと復帰させることができる。かかる抵抗力は、バネ力を変えたコイルバネ２３を選定することで適宜調整できる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、ナットを電動モータで回転させ、ねじ軸を軸線方向に移動させても良い。この場合、ねじ軸が軸線方向移動要素、ナットが回転要素となる。

第１の実施の形態であるアクチュエータの断面図である。 図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 図１の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 第２の実施の形態にかかるアクチュエータの図２と同様な断面図である。

符号の説明

１Ａ 第１ハウジング
１Ｂ 第２ハウジング
２ 電動モータ
５ 外輪
６ ころ
７ 内輪
１０ ナット
１１ ネジ軸
１２ ホルダ
１３ 第１磁石
１４ 第２磁石
１７ 移動ケース
２３ コイルバネ
２４ ボール

Claims (3)

1. 被駆動部材を駆動するアクチュエータであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、
   前記電動モータの動力を前記被駆動部材に伝達する動力伝達機構とを備え、
   前記動力伝達機構は、
   前記電動モータの回転軸に連結された回転要素と、前記被駆動部材に連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールスクリュー機構と、
   前記回転要素と、前記ハウジングとの間に配置された中間部材と、
   前記ハウジングと中間部材との間に配置され、前記中間部材の一方向の回転のみを許容するワンウェイクラッチ機構と、
   前記回転要素と前記中間部材との間に配置され、前記回転要素と前記中間部材の相対回転に応じて周期的に変化する抵抗力を発生させる抵抗手段と、を有し、
   前記抵抗手段の抵抗力は、前記ワンウェイクラッチ機構により前記中間部材の回転が禁止された場合において、前記被駆動部材から伝達される回転力に基づいて前記中間部材に対して前記回転要素が相対回転することを阻止するが、前記電動モータから伝達される回転力に基づいて前記中間部材に対して前記回転要素が相対回転することを許容するように設定されることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記抵抗手段は、磁気力による抵抗力を発生させることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記抵抗手段は、バネ力による抵抗力を発生させることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
   
   

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