JP2005223983A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
信頼性を維持しつつ、精度の良い駆動を行えるリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】
リンク部材２１９の枢動軸線が、ナット２１６の中心軸と交差しているので、アキシャル力Ｐａによっては、ナット２１６のモーメントを生じさせることがない。すなわち、ナット２１６には、ラジアル力Ｐｒに基づく反時計周りのモーメントのみが常に作用しているので、ナット２１６の位置に関わらず、一方向のモーメントのみが付与されることから、そのがたつきが有効に抑制される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関し、たとえば、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き取り機構、電動ディスクブレーキ装置のキャリパ押し出し機構、エンジンのバルブタイミング可変装置におけるカム位相変換機構、その他産業用ウィンチ、ホイスト、クレーン、各種位置決め装置などに用いることができる、電動モータを動力源としたリニアアクチュエータに関する。

たとえば、車両のパーキングブレーキの動作を電動モータの動力を用いて行い、運転者の負担を軽減する電動パーキングブレーキ駆動装置が知られている。かかる電動パーキングブレーキ駆動装置としては、電動モータでプーリを回転させてワイヤーを巻き上げてパーキングブレーキを動作させ、ワイヤーを巻き戻してパーキングブレーキを解除するものが提案されている（特許文献１）。
特開２００１−１０６０６０号公報

上述した公報に開示された電動パーキングブレーキ駆動装置は、ウォームギヤとウォームホールとを用いて、電動モータからの動力を減速して、パーキングブレーキに伝達している。ウォームギヤとウォームホイールとを用いて動力伝達を行うと、減速比が大きくとれること、及びウォームのネジレ角を適宜設計することで、パーキングブレーキからの動力を電動モータ側に伝達させないようにできるという利点がある。

しかしながら、上記利点を裏返せば、ウォームギヤとウォームホイールは伝達効率が低いという欠点を有し、それ故、パーキングブレーキを動作させるために、電動モータの出力を大きくしなければならず、それにより電動モータが大型化し、又省電力が図れないという問題がある。かかる問題を解消する一つの方策は、電動モータの回転力を軸線方向に変換できるボールスクリュー機構を用いることである。ボールスクリュー機構は、ネジ軸とナットとの間に形成された螺旋溝内を転動するボールにより、低摩擦高効率で回転力を軸線方向力に変換できる。

ところが、ボールスクリュー機構の一つの問題は、構成上、ネジ軸を進退させなくてはならないため、そのラジアル方向の支持剛性が低くなるということである。たとえば、リニアアクチュエータでレバーなどを駆動する場合、レバーは一点を中心として枢動するものであるから、リニアアクチュエータによって駆動される被駆動点は円弧を描くこととなる。従って、レバーの被駆動点に対してネジ軸の一端を枢動可能に直付けしただけでは、ネジ軸の進退に応じてレバーから大きなモーメント力が付与され、それによりネジ軸とナットとの間における螺旋溝内のボールが強く押圧され、その結果として寿命低下が生じてしまう。このような問題に対して、レバーに長孔を形成し、ネジ軸の進退に応じて、ネジ軸の一端を長孔に沿って移動させる構成も考えられる。かかる構成によれば、ネジ軸に付与されるモーメント力を低く抑えることはできるが、相対移動する長孔とネジ軸の連結部が摩耗しやすく、またガタなどが生じやすいことから位置精度の高い駆動を行うのは困難といえる。更に、レバーの回動位置に応じて異なる力が作用する場合、どのように対処すべきかが問題となる。

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、信頼性を維持しつつ、精度の良い駆動を行えるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のリニアアクチュエータは、
被駆動点が曲線を描く被駆動部材を駆動するリニアアクチュエータにおいて、
電動モータと、
前記電動モータの回転軸に連結されたナットと、
前記ナット内に配置されたネジ軸部材と、
前記ネジ軸部材と前記ナットとの間に形成された螺旋溝内を転動するボールと、
前記ナットと、前記被駆動部材の被駆動点とを連結する枢動可能なリンク部材と、を有し、
前記リンク部材の枢動軸線は、前記ナットの軸線と交差することを特徴とする。

本発明のリニアアクチュエータによれば、前記リンク部材の枢動軸線は、前記ナットの軸線と交差しているので、被駆動点が曲線を描く被駆動部材を駆動する場合に、前記リンク部材から伝達される力の前記ナットの軸線に沿った方向の成分に関わらず、それに基づくモーメント力の発生を回避できるので、安定した動作が可能となる。

前記リンク部材の枢動軸線は、前記ナット内の螺旋溝の軸線方向外方に位置すると好ましい。本来的には、前記リンク部材の枢動軸線を、前記ボールが循環する螺旋溝の中心に配置したいが、その場合、ボールはモーメントによる偏荷重を受けやすくなる。そこで、なるべくボールがモーメントによる偏荷重を受けないように、前記リンク部材の枢動軸線を螺旋溝の軸線方向外側に配置させ、且つアキシャル荷重によるモーメントが生じないように、前記ナットの軸線と交差させることができる。

更に、前記ナットには、前記ナットの軸線と交差して貫通する孔が形成され、一対の前記リンク部材の一端が、前記ナットを挟んで前記孔に対してそれぞれピン結合されていると好ましい。

図１，２は、第３の実施の形態にかかるリニアアクチュエータをストローク位置が異なる状態で示す図であり、図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。図１，２において、ハウジングＨに取り付けられた電動モータ２１１の回転軸は、ハウジングＨに対して軸受２１４Ａ、２１４Ｂにより両端の円筒軸部２１３ａ、２１３ｂを回転自在に支持されたネジ軸２１３に連結されている。

ネジ軸２１３の円筒軸部２１３ａ、２１３ｂを除く外周面には、ネジ溝２１３ｃ（一部のみ図示）が形成され、一方、その外周に配置されたナット２１６の内周面には、ネジ溝２１３ｃに対向してネジ溝２１６ａ（図３）が形成され、双方のネジ溝２１３ｃ、２１６ａによって形成される螺旋状の空間（螺旋溝又は転走路）には、多数のボール（不図示）が転動自在に配置されている。更に、ナット２１６の外周には、ボールをナット２１６の一端から他端へと戻すチューブ２１６ｂが設けられている。ナット２１６と、ネジ軸部材即ちネジ軸２１３と、不図示のボールとでボールスクリュー機構ＢＳを構成する。

図３に示すように、ナット２１６は、その軸線と交差し、一方の側から反対の側へと外周面を貫通する貫通孔２１６ｃが形成されている。貫通孔２１６ｃには、一対のリンク部材２１９の一端に形成された円筒状のピン部２１９ａが嵌合（ピン結合）している。従って、リンク部材２１９の枢動軸線は、ナット２１６の軸線と交差している。リンク部材２１９の他端は、ハウジングＨに対して回転自在に支持された被駆動部材であるコントロールシャフト（例えば内燃機関のバルブタイミング変更機構などを駆動すると好ましい）２２１のアーム部２２１ａの先端における被駆動点Ｐ（図１，２参照）で枢動自在に連結されている。貫通孔２１６ｃは、例えばドリルをナット２１６の一方の側から反対の側へと貫通させることで形成されると、貫通孔２１６ｃの位置精度が高まるので好ましい。但し、貫通孔２１６ｃは、ボールが転送する範囲外に形成されると好ましい。そのような範囲内に貫通孔２１６ｃを形成すると、外部荷重によって、ナット２１６に有害なモーメントが発生する恐れがあるからである。更に、ピン部２１９ａは、リンク部材２１９と一体である必要はなく、別体のピンをリンク部材２１９に形成した孔と、貫通孔２１６ｃの双方に嵌合させても良い。

本実施の形態の動作を、比較例と比較しつつ説明する。図４，５は、比較例にかかるリニアアクチュエータの図１，２と同様な図である。図４，５の比較例に関しては、リンク部材２１９とナット２１６との連結位置が、ナットの中心軸からずれているという点のみが異なるので、同一符号を付すことで説明を省略する。

図１において、不図示の電源から電力が供給され、電動モータ２１１の回転軸と共にネジ軸２１３が一方向に回転すると、ナット２１６は、図で右方へ移動するように力を受ける。すると、リンク部材２１９の図で下端がナット２１６と共に図で右方へと移動するため、コントロールシャフト２２１のアーム部２２１ａが引っ張られ、それによりコントロールシャフト２２１が反時計周りに回転するようになっている（図２参照）。

一方、図２において、不図示の電源から逆特性の電力が供給され、電動モータ２１１の回転軸と共にネジ軸２１３が他方向に回転すると、ナット２１６は、図で左方へ移動するように力を受ける。すると、リンク部材２１９の図で下端がナット２１６と共に図で左方へと移動するため、コントロールシャフト２２１のアーム部２２１ａが押し出され、それによりコントロールシャフト２２１が時計回りに回転するようになっている（図１参照）。

ここで、コントロールシャフト２２１には、図１と図４に示す位置でＰ１という最小駆動力が必要になり、図２と図５に示す位置ではＰ２という最大駆動力が必要になるものとする。本実施の形態においては、図１に示す位置で、駆動力Ｐ１は、アキシャル力Ｐａとラジアル力Ｐｒとに分解される。一方、比較例においては、同様な図８に示す位置で、駆動力Ｐ１は、アキシャル力Ｐａとラジアル力Ｐｒとに分解される。リンク部材２１９の角度が同じであるので、本実施の形態も比較例も、アキシャル力Ｐａとラジアル力Ｐｒはそれぞれ等しいこととなる。

本実施の形態の場合、図１、３に示すように、リンク部材２１９の枢動軸線が、ボールが循環する螺旋溝の軸線方向外側に配置され、且つナット２１６の中心軸と交差しているので、アキシャル力Ｐａによっては、ナット２１６のモーメントを生じさせることがない。すなわち、ナット２１６には、ラジアル力Ｐｒに基づく図１，２で反時計周りのモーメントのみが常に作用しているので、ナット２１６の位置に関わらず、一方向のモーメントのみが付与されることから、そのがたつきが有効に抑制される。

これに対し、比較例の場合、図４に示すように、リンク部材２１９の枢動軸線が、ナット２１６の中心軸からずれている。従って、アキシャル力Ｐａとラジアル力Ｐｒの双方によるモーメントが発生したときに、図４，５を比較すると解るように、それらの絶対値は、ナット２１６の位置に応じて変化するので、例えば図４に示す位置では、ラジアル力Ｐｒの影響が大となってナット２１６に反時計周りのモーメントを付与し、図５に示す位置では、アキシャル力Ｐａの影響が大となってナット２１６に時計周りのモーメントを付与するというように、ナット２１６の位置に応じて異なる方向のモーメントが付与され、その結果ナット２１６のがたつきが生じることとなる。

更に、ナット２１６のがたつきの中心点は、通常ナット２１６の軸線上に位置するが、リンク部材２１９の枢動軸線から、がたつきの中心点までの距離（腕という）が、幾何学的に比較例より本実施の形態の方が短いので、ラジアル力Ｐｒに基づくモーメントとの絶対値も小さくなる。

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。

本実施の形態にかかるリニアアクチュエータを最小駆動力発揮状態で示す図である。 本実施の形態にかかるリニアアクチュエータを最大駆動力発揮状態で示す図である。 図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 比較例にかかるリニアアクチュエータを最小駆動力発揮状態で示す図である。 比較例にかかるリニアアクチュエータを最大駆動力発揮状態で示す図である。

符号の説明

２１１ 電動モータ
２１３ ネジ軸
２１６ ナット
２１９ リンク部材
２２１ コントロールシャフト

Claims (3)

1. 被駆動点が曲線を描く被駆動部材を駆動するリニアアクチュエータにおいて、
   電動モータと、
   前記電動モータの回転軸に連結されたナットと、
   前記ナット内に配置されたネジ軸部材と、
   前記ネジ軸部材と前記ナットとの間に形成された螺旋溝内を転動するボールと、
   前記ナットと、前記被駆動部材の被駆動点とを連結する枢動可能なリンク部材と、を有し、
   前記リンク部材の枢動軸線は、前記ナットの軸線と交差することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記リンク部材の枢動軸線は、前記ナット内の螺旋溝の軸線方向外方に位置することを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記ナットには、前記ナットの軸線と交差して貫通する孔が形成され、一対の前記リンク部材の一端が、前記ナットを挟んで前記孔に対してそれぞれピン結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアアクチュエータ。
   
   

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