JP2005321031A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】伝達効率を確保しながらも被駆動部材側からの動力伝達を阻止でき、簡素な構成で精度良く被駆動部材の移動を検出できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】逆入力防止機構１０は、電動モータ２からねじ軸２１に動力が伝達されたときは、ねじ軸の回転を許容するが、移動ケース３１から動力が伝達されたときは、ねじ軸の回転を阻止するので、電動モータの回転軸を静止するために電力を供給する必要がなく、且つ電動モータが一方向に回転駆動した場合には、ワンウェイクラッチ機構がねじ軸の回転を許容することで移動ケースを効率よく駆動でき、電動モータが他方向に回転駆動した場合には、ワンウェイクラッチ機構は回転しないが、摩擦部材が摺動することでねじ軸の回転を許容し、移動ケースを駆動できるようになっている。ナット２２の外周に直接ラック歯２２ｃを刻設し、これに平歯車５１を噛合させて、ナットの軸線方向移動量を検出している。
【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、ＣＶＴのプーリ駆動機構、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電動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被駆動部材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被駆動部材が移動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、特許文献１に記載の従来技術が知られている。

ところで、被駆動部材の駆動制御を精度良く行うには、被駆動部材の位置を正確に検出する必要がある。ここで、特許文献２には、直進移動体の端部突起を設けそれを光電管で原点検出し、サーボモータ、ステッピングモータの回転角、回転数を制御することで絶対変位を算出する構成が記載されている。一方、特許文献２には、電動機にロータリエンコーダを取り付け更に軸に付けられた電磁誘導型により軸方向絶対変位を算出する構成が記載されている。
特開２００１−１０６０５８号公報 特開平７−２８４２４１号公報 特開２００１−２０８５０３号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術によれば、軸方向変位を検出するために２つの信号を検出しなければならず、且つ検出された信号の演算処理を必要とするため構造、信号処理が複雑となるという問題がある。また、特許文献３の技術によれば、モータにエンコーダを取り付けた場合、その分だけ全長を長くせざるをえず、サイズ、重量、そしてコストが上昇するという問題がある。

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、伝達効率を確保しながらも被駆動部材側からの動力伝達を阻止でき、簡素な構成で精度良く被駆動部材の移動を検出できる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、
前記被駆動部材から前記電動モータへの動力伝達を阻止する逆入力防止機構と、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、
前記ハウジングに対して一方向にのみ回転が許容される内輪を有するワンウェイクラッチ機構と、
前記回転要素と前記ワンウェイクラッチ機構の内輪との間に配置された摩擦部材とを有し、
前記逆入力防止機構は、
前記電動モータから前記動力伝達機構の回転要素に動力が伝達されたときは、前記回転要素の回転を許容するが、前記被駆動部材から所定の方向に動力が伝達されたときは、前記回転要素の回転を阻止するようになっており、
更に、前記軸線方向移動要素に設けられたラック歯と、前記ラック歯に噛合する歯車と、前記歯車の回転数を検出する検出器とを有することを特徴とする。

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、前記被駆動部材から前記電動モータへの動力伝達を阻止する逆入力防止機構と、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、前記ハウジングに対して一方向にのみ回転が許容される内輪を有するワンウェイクラッチ機構と、前記回転要素と前記ワンウェイクラッチ機構の内輪との間に配置された摩擦部材とを有し、前記逆入力防止機構は、前記電動モータから前記動力伝達機構の回転要素に動力が伝達されたときは、前記回転要素の回転を許容するが、前記被駆動部材から所定の方向に動力が伝達されたときは、前記回転要素の回転を阻止するので、前記電動モータの回転軸を静止するために電力を供給する必要がなく省エネが図れ、且つ前記電動モータが一方向に回転駆動した場合には、前記ワンウェイクラッチ機構が前記回転要素の回転を許容することで前記被駆動部材を効率よく駆動でき、前記電動モータが他方向に回転駆動した場合には、前記ワンウェイクラッチ機構は回転しないが、前記摩擦部材が摺動することで前記回転要素の回転を許容し、前記被駆動部材を駆動できるようになっている。従って、前記電動モータの容量を小さくでき、小型化及び低コスト化を図れる。更に、前記軸線方向移動要素に設けられたラック歯と、前記ラック歯に噛合する歯車と、前記歯車の回転数を検出する検出器とを有するので、簡素な構成で前記被駆動部材の移動量を精度良く検出できる。

前記軸線方向移動要素の外周面に直接ラック歯を形成すると好ましい。

前記軸線方向移動要素の外周面に、ラック歯を有するラック部材を取り付けており、取り付け時における前記ラック部材と前記軸線方向移動要素との相対位置を位置決めする位置決め手段を設けると好ましい。

次に、本発明の実施の形態を、パーキングブレーキ装置を駆動する例に基づき図面を参照して説明する。図１は、本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４は、図２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図１において、電動モータ２を取り付けたモータハウジング１Ａと円筒状のクラッチハウジング１Ｂとが連結されており、モータハウジング１Ａと、クラッチハウジング１Ｂとで、ハウジング１を構成している。

電動モータ２の回転軸２ａには、小歯車３が連結され、小歯車３は、モータハウジング１Ａに回転自在に支持された出力軸４に連結された大歯車５に噛合している。小歯車３と大歯車５とで減速機構を構成する。出力軸４は、逆入力防止機構１０を介して、動力伝達機構２０のねじ軸２１に連結されている。尚、減速機構（３，５）は、ハウジング１に取り付けられた隔壁６により、動力伝達機構２０及び逆入力防止機構１０とから隔てられており、減速機構の潤滑剤やゴミなどを密封できるようになっている。

図２において、逆入力防止機構１０は、駆動部１１と、カム部１２と、ロック部材１３と、バネ１４と、ハウジング１に固定された外輪１５とからなる。駆動部１１の内周には雌スプライン部１１ａが形成され、これが出力軸４の雄スプライン部４ａに噛合することで、駆動部１１は出力軸４と共に一体的に回転するようになっている。円筒状のカム部１２の内周には雌スプライン部１２ａが形成され、これがねじ軸２１の雄スプライン部２１ｂに噛合することで、カム部１２はねじ軸２１と共に一体的に回転するようになっている。

駆動部１１は、外周から軸線方向に延在する３つの爪部１１ｂを等間隔に有しており、図３に示すように、爪部１１ｂは、カム部１２の外周に設けられた凹溝１２ｂ内に嵌入して、凹溝１２ｂの範囲内で周方向に移動可能となっている。凹溝１２ｂの底面となるカム面１２ｃ上には、ボール状のロック部材１３が転動自在に配置されており、且つ凹溝１２ｂの側面に形成されたバネ孔１２ｄ内に配置されたバネ１４により、爪部１１ｂに向かって付勢されている。カム面１２ｃは、周方向（図３で時計回り）に向かうにつれて軸線から遠ざかるような斜面となっている。

図２、４において、ねじ軸２１の丸軸部２１ｃの周囲に薄肉円筒状の摩擦部材２５が配置され、更に摩擦部材２５の外周に嵌合するようにスリーブ（内輪）２６が配置されている。一方、ハウジング１には外輪２７が固定され、更に外輪２７の内周面にカム部２８が固定されている。カム部２８は、周方向に（図で時計回り）に向かうにつれて深くなる（軸線から半径方向に遠ざかる）複数のカム溝２８ａを、その内周面に形成しており、更にころ２９が、スリーブ２６の外周面をカム溝２９の範囲内で転動可能となるように配置されている。摩擦部材２５は、フランジ部２５ａを有し、かかるフランジ部２５ａをねじ軸２１に形成されたフランジ部２１ｆに当接させている。固定された外輪２７に対してスリーブ２６は、軸受９により回転自在に支持されている。スリーブ２６と、カム部２８と、ころ２９とでワンウェイクラッチ機構３０を構成する。

図１において、ねじ軸２１は、中空円筒状の移動ケース３１を取り付けたナット２２内を貫通可能となっている。ねじ軸２１の図１で左半部外周面には、雄ねじ溝２１ａが形成されており、右半部には丸軸部２１ｃが形成されている。一方、ナット２２の内周面には、雄ねじ溝２１ａに対向して雌ねじ溝２２ａが形成され、ねじ溝２１ａ、２２ａによって形成される螺旋状の空間（転送路）には、多数のボール２３が転動自在に配置されている。ナット２２の外周には直線溝２２ｂが形成されており、それに、ハウジング１に取り付けられた回り止め２４の先端が係合している。従って、ナット２２は回転せず、軸線方向にのみ移動可能となっている。一方、ねじ軸２１は回転のみ可能となっている。尚、回転要素であるねじ軸２１と、軸線方向移動要素であるナット２２と、ボール２３とでボールスクリュー機構４０を構成する。

被駆動部材である移動ケース３１は、ワイヤ３２を介して不図示のパーキングブレーキ装置に連結されており、常に一方向（図１で左方）に付勢力を受けるようになっている。動力伝達機構２０は、ワンウェイクラッチ機構３０と、摩擦部材２５と、ボールスクリュー機構４０とから構成される。

ナット２２の直線溝２２ｂに対し、１８０度位相で（即ち図１で下端に）ラック歯２２ｃが軸線方向に延在するように刻設されている。ラック歯２２ｃに噛合するようにして、平歯車５１が固定ケース１に対して回転自在に支持されている。平歯車５１の回転量は、検出器であるエンコーダ５２により検出できるようになっている。即ち、ナット２２は移動ケース３１に連結されているので、移動ケース３１の移動量（即ち不図示のパーキングブレーキ装置の駆動量）は、ナット２２の軸線方向移動量に対応し、それを平歯車５１の回転量に変換してエンコーダ５２で検出できるようになっている。

本実施の形態の動作について説明する。パーキングブレーキ装置を動作させるために、操作者が不図示の操作ボタンを操作すると、不図示のバッテリから電動モータ２に電力が供給され、回転軸２ａが回転する。回転軸２ａの回転力は、小歯車３と大歯車５とを介して出力軸４に伝達される。このとき、図３（ｂ）において、出力軸４が矢印Ｃ方向に回転したとすると、駆動部１１も同方向に回転し、爪部１１ｂがカム部１２の凹溝１２ｂの側面を時計回りに押すこととなる。かかる場合、ロック部材１３がロック位置にあったとしても、摩擦力によりロック部材１３は、外輪１５の内周面とカム面１２ｃとの間の半径方向空間が広い方に移動するため、ロック部材１３は抵抗とならず、駆動部１１からカム部１２へと回転力が伝達されることとなる。

カム部１２が回転するとねじ軸２１も同方向へ回転力を受ける。このとき、摩擦部材２５を介してスリーブ２６も同方向へ回転しようとするが、図４において、スリーブ２６のＣ方向へ（時計回り）の回転は、ころ２９がロック位置へと移動しないので自由であり、従ってねじ軸２１の回転が許容されることとなる。

ねじ軸２１が回転すると、ねじ溝２１ａ、２２ａによって形成される螺旋状の空間（転送路）を転動するボール２３によって低摩擦状態で軸線方向に押し出され、すなわちその回転変位がナット２２の軸線方向変位に変換される。ナット２２の軸線方向移動と共に、移動ケース３１が移動する（図１にあっては、移動ケース３１がハウジング１へ近づく方向に移動する）ので、かかる動力がワイヤ３２を介して、不図示のパーキングブレーキ装置に伝達され、車輪を制動するようになっている。規定量だけ移動ケース３１が移動したことを、エンコーダ５２が検出すると、不図示の制御装置に信号を送信し、不図示の制御装置は、電動モータ２への電力供給を中止するため、回転軸２が静止する。

一方、操作者が操作ボタンの操作を中断すると、電動モータ２が静止するが、この場合でも、ワイヤ３２にはパーキングブレーキ装置の付勢力が常時作用しているから、それにより付勢された移動ケース３１及びナット２２の軸線方向変位が、ねじ軸２１の回転変位に変換され、よってカム部１２も同方向に回転する。このとき、図３（ｂ）において、カム部１２ｂが矢印Ｂ方向（図で反時計回り）に回転し駆動部１１が静止したままだとすると、バネ１４に支援されながらロック部材１３が、外輪１５の内周面とカム面１２ｃとの間の半径方向空間が狭い方に移動するため、いわゆる楔効果で外輪１５に対してカム部１２がロックされることとなる。これを位置保持状態という。従って、カム部１２から駆動部１１に対して回転力が伝達されることがなく、電動モータ２に電力を供給せずとも、パーキングブレーキ装置の制動動作を継続でき、省エネを図れる。

更に、パーキングブレーキ装置の解除のため、運転者が、操作者が操作ボタンを逆操作すると、電動モータ２に逆極性の電力が供給され、回転軸２ａが逆方向に回転する。回転軸２ａの回転力は、小歯車３と大歯車５とを介して出力軸４に伝達される。このとき、図３（ａ）において、出力軸４が矢印Ａ方向に回転したとすると、駆動部１１も同方向に回転し、爪部１１ｂがロック部材１３を図３（ａ）で反時計回りに押すこととなる。ロック部材１３が半径方向に押されると、ロック部材１３は、外輪１５の内周面とカム面１２ｃとの間の半径方向空間が広い方に移動するため、ロック部材１３は抵抗とならず、又駆動部１１の爪部１１ｂによりロック部材１３を介して凹溝１２ｂのバネ孔１２ｄが設けられた側面が押圧されるため、駆動部１１からカム部１２へと回転力が伝達されることとなる。

カム部１２が回転するとねじ軸２１も同方向へ回転力を受ける。このとき、摩擦部材２５を介してスリーブ２６も同方向へ回転しようとするが、図４において、スリーブ２６のＡ方向へ（反時計回り）の回転により、ころ２９がロック位置へと移動するようになるので、固定された外輪２７に対して、スリーブ２６の回転が阻止されることとなる。しかしながら、電動モータ２のトルクが十分大きければ、摩擦部材２５の摩擦力にうち勝って、ねじ軸２１を回転させることができ、それにより移動ケース３１が図１の左方へと移動するので、ワイヤ３２の張力が減少し、不図示のパーキングブレーキ装置において車輪の制動を解除することができる。このようにワンウェイクラッチ機構３０を締結状態に置くことで、がたつきを効果的に防止できる。ここで、規定量だけ移動ケース３１が移動したことを、エンコーダ５２が検出すると、不図示の制御装置に信号を送信し、不図示の制御装置は、電動モータ２への電力供給を中止するため、回転軸２が静止する。

本実施の形態によれば、位置保持状態から電動モータに電力を供給したときに、摩擦部材２５とねじ軸２１との間で滑りが生じ、それによりがたつきなどを抑制することができる。特に、ねじ軸２１のフランジ部２１ｆと摩擦部材２５のフランジ部２２ａとが当接していることで接触面積が拡大し、回転初期のがたつきの抑制効果が高くなっている。又、ナット２２の外周に直接ラック歯２２ｃを刻設し、これに平歯車５１を噛合させて、ナット２２の軸線方向移動量を検出しているので、簡素な構成ながら精度の良い検出を行える。

図５は、別な実施の形態にかかるナット２２’の斜視図である。上述した実施の形態においては、ラック歯はナットの外周に形成されていた。しかしながら、ナットの外周に直接ラック歯を形成することは、ナット加工の困難性を増大させる恐れがある。そこで、ナットとは別にラック歯を有するラック部材を形成し、加工後に合体させることが考えられる。しかしながら、両者相互の位置決めが不適切であると、検出不良を招く恐れがある。本実施の形態は、かかる問題を以下のようにして解消している。

ナット２２’の外周面に、直線溝２２ｂ’と１８０度位相で取り付け溝２２ｃ’を形成する。この取り付け溝２２ｃ’は、底面即ちナット２２’の軸線に近づくにつれて溝幅が拡径し、即ち長手方向直交断面が台形となっており、かつ図５の右端部（図１で移動ケース３１側端部）が一段深くなった段部２２ｄ’を形成してなる。一方、ラック部材１２２は、取り付け溝２２ｃ’に対応して長手方向直交断面が略台形状のテーパ柱状となっており、上方の狭い面にラック歯１２２ａを形成している。又、ラック部材１２２は、図５の右端部が一段肉厚となった肉厚部１２２ｂを形成してなる。

ナット２２’の取り付け溝２２ｃ’に対して、ラック部材１２２を図５で右方より滑らせるように嵌合させると、長手方向直交断面が台形であることから、ラック部材１２２はナット２２’の半径方向の位置決めを行うことができる。一方、取り付け溝２２ｃ’の段部２２ｄ’に対して、肉厚部１２２ｂを密着当接させることで、ラック部材１２２はナット２２’に対して軸線方向の位置決めができる。従って、ラック部材１２２をナット２２’と別体で形成しても、合体時の位置ズレを回避でき、精度の良い検出を行うことが可能となる。尚、ナット２２’の取り付け溝２２ｃ’及びラック部材１２２における長手方向直交断面の台形形状と、段部２２ｄ’及び肉厚部１２２ｂが、ナット２２’とラック部材１２２との相対位置を位置決めする位置決め手段を構成している。

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る構成としても良い。更に、回転数の検出器としては、エンコーダ、ポテンショメータ、レゾルバ等の各種の検出手段を用いることができる。加えて、電動モータに代わる駆動手段としては、超音波モータ、空圧、廃圧、油圧アシストなどを用いることができ、減速装置としては、チェーン、ベルト等を用いることができる。

本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２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 別な実施の形態にかかるナット２２’の斜視図である。

符号の説明

１ 固定ケース
１Ａ モータハウジング
１Ｂ クラッチハウジング
２ 電動モータ
２ａ 回転軸
３ 小歯車
４ 出力軸
４ａ 雄スプライン部
５ 大歯車
９ 軸受
１０ 逆入力防止機構
１１ 駆動部
１１ａ 雌スプライン部
１１ｂ 爪部
１２ カム部
１２ａ 雌スプライン部
１２ｂ 凹溝
１２ｃ カム面
１２ｄ バネ孔
１３ ロック部材
１４ バネ
１５ 外輪
２０ 動力伝達機構
２１ 軸
２１ａ 溝
２１ｂ 雄スプライン部
２１ｃ 丸軸部
２１ｆ フランジ部
２２、２２’ ナット
２２ａ フランジ部
２２ｂ、２２ｂ’ 直線溝
２２ｃ’ 取り付け溝
２３ ボール
２４ 周り止め
２５ 摩擦部材
２５ａ フランジ部
２６ スリーブ
２７ 外輪
２８ カム部
２８ａ カム溝
２９ カム溝
３０ ワンウェイクラッチ機構
３１ 移動ケース
３２ ワイヤ
４０ ボールスクリュー機構
１２２ ラック部材

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、
   前記被駆動部材から前記電動モータへの動力伝達を阻止する逆入力防止機構と、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、
   前記ハウジングに対して一方向にのみ回転が許容される内輪を有するワンウェイクラッチ機構と、
   前記回転要素と前記ワンウェイクラッチ機構の内輪との間に配置された摩擦部材とを有し、
   前記逆入力防止機構は、
   前記電動モータから前記動力伝達機構の回転要素に動力が伝達されたときは、前記回転要素の回転を許容するが、前記被駆動部材から所定の方向に動力が伝達されたときは、前記回転要素の回転を阻止するようになっており、
   更に、前記軸線方向移動要素に設けられたラック歯と、前記ラック歯に噛合する歯車と、前記歯車の回転数を検出する検出器とを有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記軸線方向移動要素の外周面に直接ラック歯を形成したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記軸線方向移動要素の外周面に、ラック歯を有するラック部材を取り付けており、取り付け時における前記ラック部材と前記軸線方向移動要素との相対位置を位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
   
   

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