JP2005172127A

JP2005172127A - ボールねじアクチュエータ

Info

Publication number: JP2005172127A
Application number: JP2003412839A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Kazuno; 恵介数野
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: EP1541904A1; DE602004011738T2; JP4514021B2; EP1541904B1; DE602004011738D1

Abstract

【課題】
小型・軽量化が図れると共に、低コストなボールねじアクチュエータを提供する。
【解決手段】
電動モータ２と、この電動モータ２に嵌挿されたモータ軸７と、このモータ軸７と同心状に配設されたボールねじ軸３と、このボールねじ軸３にボールを介して螺合され、外周面に一対の係止ピン１０が対向して突設されたボールねじナット４とを備え、このボールねじナット４の軸方向の動きを、係止ピン１０に係合する揺動リンク５を介し回動運動として駆動シャフト６に伝達するようにしたボールねじアクチュエータ１において、モータ軸７の一端部にボールねじ軸３が一体に設けられ、このボールねじ軸３が電動モータ２に内蔵された一対の転がり軸受８、９によって片持ち状に回転自在に支承されると共に、一対の転がり軸受８、９のうち一方の転がり軸受８でスラスト荷重を負荷するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用変速機等の駆動装置として用いられるボールねじアクチュエータに関するものである。

自動車用の変速機として、トルクコンバータと遊星歯車機構とを組み合わせた自動変速機は従来から広く一般的に使用されているが、従来手動変速機として使用されていた変速ユニットの切り換えとクラッチの断接を自動的に行えるようにした自動車用変速機も近年使用されるようになってきた。この自動車用変速機には、切り換え等を油圧で行う油圧式と歯車機構を備えた機械式の２つがあるが、油圧式は自動車の運転中常に油圧ポンプを回転駆動させるため動力損失が大きく、また、油漏れ等の補修に係るメンテナンスも面倒なため、専ら機械式が使用されている。しかし、この機械式は、操作が容易で、しかも伝達効率が一般的な自動変速機に比べて高いという特徴を有している反面、トラック等の大型自動車用として開発されたものであるから、装置自体の構造が複雑で設置スペースが嵩むため、乗用車等の小型自動車用としては不向きとされ、余り使用されてはいなかった。

このような機械式の自動車用変速機の小型・高効率化を図り、小型自動車に使用可能な変速機用電動駆動装置として、図３および図４に示すようなものが知られている。この変速機用電動駆動装置５０は、図４に示すように、第１の電動モータ（図３参照）により回転駆動されるピニオンギヤ５１で、切換シャフト５２と同心状に一体形成されたラック５３を介して切換シャフト５２を軸方向に変位させることにより、セレクト動作を行わせると共に、第２の電動モータ（図３参照）により回転駆動され、ボールねじ軸５４に螺合されたボールねじナット５５の軸方向の動きを、シフトアーム５６、５６とシフトスリーブ５７とを介し回動運動として切換シャフト５２に伝達し、シフト動作を行わせるようにしている。

この従来の変速機用電動駆動装置５０では、図３に示すように、ピニオンギヤ５１は、ハウジング５８内に、一対の転がり軸受５９、５９により回転自在に支持され、第１の電動モータ６０の出力軸に連結されると共に、ピニオンギヤ５１と平行に配置され、ボールねじ機構６１を構成するボールねじ軸５４が、一対の転がり軸受６２、６２により回転自在に支持されている。また、ボールねじ軸５４は、第２の電動モータ６３の出力軸に連結されると共に、ボールねじナット５５に一体に形成された一対の係止ピン６４、６４が、シフトアーム５６、５６の係止孔６５に係合され（図４参照）、ボールねじナット５５は、ボールねじ軸５４に対して回転不能かつ軸方向移動可能に設けられている。これにより、シフトアーム５６、５６を、第２の電動モータ６３により、ボールねじ機構６１を介して揺動変位自在としている。こうしたボールねじ機構６１は、摩擦損失が小さく高効率であるため、装置の小型・軽量化が達成できると共に、変速ユニット内の駆動を円滑にし、伝達効率を高めることができる。
特開２００２−３１７８７１号公報

然しながら、この従来の変速機用電動駆動装置５０において、ボールねじ機構６１を用いたアクチュエータは、シフトアーム５６、５６からなるリンク機構との併用によって大きな減速比を実現することができるため、高推力・高効率が必要な自動車用アクチュエータとして、装置の小型・軽量化が達成できるものの、ボールねじ軸５４の昇温による軸方向の膨張を吸収する手段を設けなければならない。すなわち、熱膨張によってボールねじ軸５４が変形し、ボールねじナット５５内に収容されたボール（図示せず）がスムーズに転動できなくなって円滑なボールねじナット５５の動きが阻害されるためである。

前述したボールねじ機構６１を用いたアクチュエータでは、ボールねじ軸５４を支持する一対の転がり軸受６２、６２の一方の転がり軸受（反モータ側）６２を固定側とすると共に、他方の転がり軸受（モータ側）６２をハウジング５８にルーズ嵌合し、所定の軸方向すきまを介して止め輪６６で固定する自由側とすることにより、ボールねじ軸５４の熱膨張を吸収するようにしているが、これではボールねじアクチュエータの部品点数が増え大型化するだけでなく、小型・軽量化の上に低コスト化が叫ばれている昨今の小型自動車用としては不向きである。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、小型・軽量化が図れると共に、低コストなボールねじ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、電動モータと、この電動モータに嵌挿されたモータ軸と、このモータ軸と同心状に配設され、前記電動モータにより回転駆動されるボールねじ軸と、このボールねじ軸にボールを介して螺合され、外周面に一対の係止ピンが対向して突設されたボールねじナットとを備え、このボールねじナットの軸方向の動きを、前記係止ピンに係合する揺動リンクを介し回動運動として駆動シャフトに伝達するようにしたボールねじアクチュエータにおいて、前記モータ軸の一端部に前記ボールねじ軸が連結され、このボールねじ軸が前記電動モータに内蔵された一対の転がり軸受によって片持ち状に回転自在に支承されている構成を採用した。

このように、モータ軸の一端部にボールねじ軸が連結され、このボールねじ軸が電動モータに内蔵された一対の転がり軸受によって片持ち状に回転自在に支承されているので、ボールねじ軸の昇温による軸方向の膨張を吸収する手段を講じなくてもそれを許容することができる。また、ボールねじ軸を支持するハウジングをはじめ、従来のような転がり軸受は不要となり、部品点数が削減できると共に、ボールねじ軸の軸長も短縮でき、小型・軽量化が達成できる。さらに、組立性が簡便化でき、部品点数の削減と相俟って低コスト化を実現させることができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記一対の転がり軸受のうち一方の転がり軸受でスラスト荷重を負荷するようにしたので、交番荷重による転がり軸受の滑り要因を防止し、摩耗および発熱を抑制して耐久性を向上させることができる。

好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記一対の転がり軸受のうち一方の転がり軸受の内部すきまを他方よりも小さく設定するようにしても良いし、また、請求項４に記載の発明のように、前記一対の転がり軸受のうち一方の転がり軸受を円筒ころ軸受、他方の転がり軸受を深溝玉軸受としても良い。

また、請求項５に記載の発明は、前記モータ軸の一端部に前記ボールねじ軸が一体に設けられているので、ボールねじ軸の軸長をさらに短縮でき、一層小型・軽量化が達成できると共に、組立性が簡便化でき、部品点数の削減と相俟って低コスト化を実現させることができる。

また、請求項６に記載の発明は、前記モータ軸の一端部に、一端にインロー部が形成されたボールねじ軸が連結されているので、ボールねじ軸を転造で形成する場合、その過程で発生する不完全ねじ部によってボールねじストローク範囲が制約を受けることがなく、ボールねじ軸の全長を短くすることができる。したがって、一層小型・軽量化が可能となる。

本発明に係るボールねじアクチュエータは、電動モータと、この電動モータに嵌挿されたモータ軸と、このモータ軸と同心状に配設され、前記電動モータにより回転駆動されるボールねじ軸と、このボールねじ軸にボールを介して螺合され、外周面に一対の係止ピンが対向して突設されたボールねじナットとを備え、このボールねじナットの軸方向の動きを、前記係止ピンに係合する揺動リンクを介し回動運動として駆動シャフトに伝達するようにしたボールねじアクチュエータにおいて、前記モータ軸の一端部に前記ボールねじ軸が連結され、このボールねじ軸が前記電動モータに内蔵された一対の転がり軸受によって片持ち状に回転自在に支承されているので、ボールねじ軸の昇温による軸方向の膨張を吸収する手段を講じなくてもそれを許容することができる。また、ボールねじ軸を支持するハウジングをはじめ、従来のような転がり軸受は不要となり、部品点数が削減できると共に、ボールねじ軸の軸長も短縮でき、小型・軽量化が達成できる。さらに、組立性が簡便化でき、部品点数の削減と相俟って低コスト化を実現させることができる。

電動モータと、この電動モータに嵌挿されたモータ軸と、このモータ軸と同心状に配設され、前記電動モータにより回転駆動されるボールねじ軸と、このボールねじ軸にボールを介して螺合され、外周面に一対の係止ピンが対向して突設されたボールねじナットとを備え、このボールねじナットの軸方向の動きを、前記係止ピンに係合する揺動リンクを介し回動運動として駆動シャフトに伝達するようにしたボールねじアクチュエータにおいて、前記モータ軸の一端部に前記ボールねじ軸が一体に設けられ、このボールねじ軸が前記電動モータに内蔵された一対の転がり軸受によって片持ち状に回転自在に支承されると共に、前記一対の転がり軸受のうち一方の転がり軸受でスラスト荷重を負荷するようにした。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るボールねじアクチュエータの第１の実施形態を示す縦断面図である。このボールねじアクチュエータ１は、前述した変速機用電動駆動装置に用いられ、電動モータ２により回転駆動されるボールねじ軸３と、このボールねじ軸３にボール（図示せず）を介して螺合されたボールねじナット４とを備え、このボールねじナット４の軸方向の動きを、揺動リンク５を介して回動運動として駆動シャフト６に伝達し、変速機のシフト動作を行わせるようにしている。

電動モータ２のモータ軸７は一対の転がり軸受８、９によって回転自在に支承され、このモータ軸７の一端部にはボールねじ軸３が一体に設けられている。また、このボールねじ軸３に螺合されたボールねじナット４の外周面には一対の係止ピン１０、１０が対向して突設されている。また、ボールねじナット４の外周面を挟持するように一対の揺動リンク５、５が配設され、一端部に切欠き状の凹所１１が形成されている。そして、この凹所１１が係止ピン１０に係合している。これにより、ボールねじナット４は、ボールねじ軸３に対して回転不能かつ軸方向移動可能に構成される。一方、揺動リンク５、５の他端部にシフトスリーブ１２が固定されており、駆動シャフト６はこのシフトスリーブ１２に図示しないセレーションを介して軸方向変位自在に、かつ一体回転自在に嵌挿されている。

電動モータ２は、モータハウジング１３の内周に固定されたステータ１４と、このステータ１４に所定のエアギャップを介して対峙し、モータ軸７に外嵌されたロータ１５とを備えている。この電動モータ２への通電により、ボールねじ軸３は所定の方向に回転し、ボールねじナット４が所定方向に軸方向移動する。そして、ボールねじナット４の軸方向の移動に伴い、揺動リンク６を介し回動運動として駆動シャフト６に伝達される。

モータ軸７を支持する一対の転がり軸受８、９は深溝玉軸受からなり、反ボールねじ側（図中左側）の転がり軸受８は、ボールねじ側（図中右側）の転がり軸受９よりも内部すきまが小さく設定され、スラスト荷重を負荷するように構成されている。これにより、ボールねじ軸３に生じるラジアル荷重（モーメント荷重）およびスラスト荷重を、電動モータ２に内蔵された一対の転がり軸受８、９によって負荷することができ、交番荷重による転がり軸受の滑り要因を防止し、摩耗および発熱を抑制して一対の転がり軸受８、９の耐久性を向上させることができる。なお、ここでは、一対の転がり軸受８、９を深溝玉軸受とし、その内部すきまを異ならせた構成を例示したが、一方の転がり軸受でスラスト荷重を負荷する構成ならこれに限定されず、例えば、反ボールねじ側（図中左側）の転がり軸受８を円筒ころ軸受とし、ボールねじ側（図中右側）の転がり軸受９を深溝玉軸受とした構成、あるいは、この逆の構成であっても良い。

本実施形態では、ボールねじ軸３は一端部が開放された、所謂片持ち状の支持構造としたので、ボールねじ軸３の昇温による軸方向の膨張を吸収する手段を講じなくてもそれを許容することができる。また、ボールねじ軸３を支持するハウジングをはじめ、従来のような転がり軸受は不要となり、部品点数が削減できると共に、ボールねじ軸３の軸長も短縮でき、小型・軽量化が達成できる。さらに、組立性が簡便化でき、部品点数の削減と相俟って低コスト化を実現させることができる。

図２は、本発明に係るボールねじアクチュエータの第２の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態はモータ軸とボールねじ軸とを分離したもので、前述した第１の実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

このボールねじアクチュエータ１６は、電動モータ２と、この電動モータ２に嵌挿されたモータ軸１７と、このモータ軸１７に連結され、電動モータ２により回転駆動されるボールねじ軸１８と、このボールねじ軸１８にボール（図示せず）を介して螺合されたボールねじナット４とを備え、前述した実施形態と同様、このボールねじナット４の軸方向の動きを、揺動リンク５を介して回動運動として駆動シャフト６に伝達し、変速機のシフト動作を行わせるようにしている。

電動モータ２のモータ軸１７は一対の転がり軸受８、９によって回転自在に支承され、このモータ軸１７と同心状に、中空に形成されたボールねじ軸１８の一端部が圧入されている。なお、モータ軸１７とボールねじ軸１８の連結は圧入に限らず、例えば、モータ軸１７にボールねじ軸１８の一端部を外挿し、連結ピンを径方向に貫通させて両部材を着脱自在に連結するようにしても良い。

本実施形態では、前述した実施形態と同様、ボールねじ軸１８を片持ちで支持したので、ボールねじ軸１８の昇温による軸方向の膨張を許容することができると共に、ボールねじ軸１８を支持するハウジングをはじめ、従来のような転がり軸受は不要となり、部品点数が削減できる。さらに、ボールねじ軸を転造で形成する場合、その過程で発生する不完全ねじ部（図１のａ部）によってボールねじストローク範囲が制約を受けることがないので、ボールねじ軸の全長を短くすることができる。したがって、一層小型・軽量化が達成できる。

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。

本発明に係るボールねじアクチュエータは、変速機用電動駆動装置に限らず、自動車の駆動機構部、特に高減速比を必要する駆動機構部の電動アクチュエータに適用できる。

本発明に係るボールねじアクチュエータの第１の実施形態を示す縦断面図である。本発明に係るボールねじアクチュエータの第２の実施形態を示す縦断面図である。従来の変速機用電動駆動装置を示す縦断面図である。同上

符号の説明

１、１６・・・・・・ボールねじアクチュエータ
２・・・・・・・・・電動モータ
３、１８・・・・・・ボールねじ軸
４・・・・・・・・・ボールねじナット
５・・・・・・・・・揺動リンク
６・・・・・・・・・駆動シャフト
７、１７・・・・・・モータ軸
８、９・・・・・・・転がり軸受
１０・・・・・・・・係止ピン
１１・・・・・・・・凹所
１２・・・・・・・・シフトスリーブ
１３・・・・・・・・モータハウジング
１４・・・・・・・・ステータ
１５・・・・・・・・ロータ
５０・・・・・・・・変速機用電動駆動装置
５１・・・・・・・・ピニオン
５２・・・・・・・・切換シャフト
５３・・・・・・・・ラック
５４・・・・・・・・ボールねじ軸
５５・・・・・・・・ボールねじナット
５６・・・・・・・・シフトアーム
５７・・・・・・・・シフトスリーブ
５８・・・・・・・・ハウジング
５９、６２・・・・・転がり軸受
６０・・・・・・・・第１の電動モータ
６１・・・・・・・・ボールねじ機構
６３・・・・・・・・第２の電動モータ
６４・・・・・・・・係止ピン
６５・・・・・・・・係止孔
６６・・・・・・・・止め輪

Claims

電動モータと、この電動モータに嵌挿されたモータ軸と、このモータ軸と同心状に配設され、前記電動モータにより回転駆動されるボールねじ軸と、このボールねじ軸にボールを介して螺合され、外周面に一対の係止ピンが対向して突設されたボールねじナットとを備え、このボールねじナットの軸方向の動きを、前記係止ピンに係合する揺動リンクを介し回動運動として駆動シャフトに伝達するようにしたボールねじアクチュエータにおいて、前記モータ軸の一端部に前記ボールねじ軸が連結され、このボールねじ軸が前記電動モータに内蔵された一対の転がり軸受によって片持ち状に回転自在に支承されていることを特徴とするボールねじアクチュエータ。
前記一対の転がり軸受のうち一方の転がり軸受でスラスト荷重を負荷するようにした請求項１に記載のボールねじアクチュエータ。
前記一対の転がり軸受のうち一方の転がり軸受の内部すきまを他方よりも小さく設定した請求項２に記載のボールねじアクチュエータ。
前記一対の転がり軸受のうち一方の転がり軸受を円筒ころ軸受、他方の転がり軸受を深溝玉軸受とした請求項２に記載のボールねじアクチュエータ。
前記モータ軸の一端部に前記ボールねじ軸が一体に設けられている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじアクチュエータ。
前記モータ軸の一端部に、一端にインロー部が形成されたボールねじ軸が連結されている請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじアクチュエータ。