JP2006071009A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
コンパクトであり、異音や摩耗を回避できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】
ナット１１を嵌合したスリーブ９は、中空のロータ２ｂに入り込むように移動可能に配置されており、従ってナット１１は、ステータ２ａの半径方向内方の位置まで移動可能となっているので、アクチュエータの軸線方向長を抑えることができ、コンパクトな構成を提供できる。又、ナット１１又はスリーブ９がロータ２ｂに底付きする前に、ピン１２が溝９ａの端部に係止されるようになっているので、ナット１１又はスリーブ９がロータ２ｂに底付きすると生じるであろう異音や摩耗の発生を回避できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクチュエータに関し、例えば、汎用昇降機、ジャッキ、車両用電動パーキングブレーキ、電動ディスクブレーキ、ベルトＣＶＴのプーリ駆動機構、４ＷＤの２ＷＤ、４ＷＤ切り変え機構、変速装置切り替え機構、クラッチ切り替え機構、戸開閉装置等に用いることが出来る電動式のアクチュエータに関する。

近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。

ここで、特許文献１には、モータからの動力をボールねじ機構を介して出力ロッドに伝達し、直線運動をさせるリニアアクチュエータが開示されている。
特開２０００−２２０７１５号公報

ここで、特許文献１に開示されたリニアアクチュエータにおいては、その図から明らかなように、ボールねじ機構のナットを、モータのステータに対して軸線方向に離して設けている。従って、リニアアクチュエータの軸線方向寸法が大となって、設置場所が制限されるという問題がある。又、特許文献１の構成では、モータのロータとナットが連結されており、ねじ軸が軸線方向へ移動する構成となっているので、ナットを高速回転する場合には、その回転バランス精度を確保する必要がある。

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、コンパクトであり、異音や摩耗を回避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、
ハウジングと、
ロータを有するモータと、
前記モータのロータに連結され外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、被駆動部材に連結され、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナット部材と、対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールとを含み、前記ねじ軸の回転運動を前記ナット部材の軸線運動に変換するボールねじ機構と、を有するアクチュエータにおいて、
前記ロータは中空であって、前記ナット部材は、前記ロータの内部に入り込むようになっており、前記ナット部材が前記ロータに接触することを阻止する係止部材が設けられていることを特徴とする。

本発明のアクチュエータによれば、前記ロータは中空であって、前記ナット部材は、前記ロータの内部に入り込むようになっているので、前記アクチュエータの軸線方向長を抑えることができ、コンパクトな構成を提供できる。しかしながら、前記ナット部材が前記ロータの内部に入り込むようになっていると、本来停止すべき位置を通り過ぎたオーバーシュート時に、前記ナット部材が前記ロータに接触し、異音や摩耗を生じさせる恐れがある。そこで、本発明においては、前記ナット部材が前記ロータに接触することを阻止する係止部材を設けることで、異音や摩耗等を回避している。又、一般的にナット部材に比べて回転バランス精度が高いねじ軸を回転させることで、高速回転時における振動等を抑えることができる。

前記ロータ又は前記ねじ軸の回転角度を検出する検出器を設けると好ましい。尚、前記ナットの軸線方向量は、前記ナットの回転角度より前記ボールねじ機構の変換比から演算できることはいうまでもない。

前記ナット部材には、長手方向に延在する溝が形成され、前記係止部材は、前記ハウジングから突出し前記溝に係合していると好ましい。尚、ナット部材がスリーブとそれに嵌合するナットとからなる場合には、スリーブに溝を設けると好ましい。

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、２は、第１の実施の形態であるボールねじ機構を備えたアクチュエータの断面図であり、図１は、ナット１１が最も左方にきた状態を示し、図２は、ナット１１が最も右方にきた状態を示す。

図１、２において、中空円筒状のハウジング１の内周に、ステータ２ａが固定されている。更に、ハウジング１に対して軸受３、４を介してロータ２ｂが回転自在に配置されている。ロータ２ｂは、ステータ２ａに内包された中空状の筒部２ｃと、筒部２ｃに連結された軸部２ｄとを有している。軸部２ｄとハウジング１との間には、ロータ２ｂの回転角度を検出する検出器であるレゾルバ２ｆが配置されている。レゾルバ２ｆの代わりにエンコーダ等も用いることができるが、レゾルバ２ｆは低温から高温まで安定した信号を出力でき、油中でも用いることができるという利点がある。

軸部２ｄ内に形成された貫通孔２ｅ内に、ねじ軸５の右半部に形成された丸軸部５ａが嵌合しており、その端部に螺合させたナット６により、ロータ２ｂとねじ軸５とは固定され一体的に回転するようになっている。軸受３に対して、ロータ２ｂは軸線方向に相対移動可能となっている。又、軸部２ｄを支持する軸受４は、軸受抑え７によりその外輪がハウジング１に対して固定されている。従って、軸受４を介して、ロータ２ｂ及びねじ軸５は軸線方向に移動不能に固定されて回転のみ可能となっている。尚、ステータ２ａとロータ２ｂとレゾルバ５ｆとで、電動モータ２を構成している。

ハウジング１の図１、２で左端内周に、リング状部材８が嵌合している。リング状部材８に対して、中空円筒状のスリーブ９がブッシュ１０を介して移動可能に支持されている。スリーブ９はナット１１を嵌合固定しており、両者は一体的に移動するようになっている。スリーブ９とナット１１とでナット部材を構成する。

スリーブ９は、外周に直線上の溝９ａを有しており、ハウジング１に植設され、リング状部材８の開口８ａを貫通して延在するピン１２の先端が、溝９ａに係合している。従って、ピン１２の回り止め機能により、スリーブ９及びナット１１はハウジング１に対して軸線方向にのみ移動可能となっている。溝９ａの一端（図で左端）は閉じており、従って、図２に示す状態では、ピン１２が溝９ａの端部に係止され、それ以上ナット１１が右方に移動することを防止している。ピン１２が係止部材を構成する。

ナット１１の内周面には、雌ねじ溝１１ａが形成されている。ねじ軸５の左半部には、その外周面に雄ねじ溝５ｂ（一部のみ図示）が形成されている。複数のボール１３が、対向する両ねじ溝間１１ａ、５ｂに形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。ナット１１には、ボール１３の循環用のコマ（不図示）が設けられている。ねじ軸５と、ナット１１と、ボール１３とでボールねじ機構（伝達手段）を構成する。

本実施の形態の動作を説明すると、不図示の電源より電力が供給され、電動モータ２のロータ２ｂが所定の方向に回転すると、それと共にねじ軸５も回転する。ねじ軸５が回転すると、転走路を転動し且つコマを介して循環するボール１３により、その回転運動がナット１１の軸線方向運動に効率よく変換されるので、ナット１１に連結された被駆動部材（不図示）を軸線方向（図で左方）に移動させることができる。このときレゾルバ５ｆからの信号を検出することで、ねじ軸５の回転角度を求めることができ、それによりナット１１を適切な位置に停止させることもできる。

一方、不図示の電源より逆特性の電力が供給され、電動モータ２のロータ２ｂが逆回転すると、それと共にねじ軸５も回転する。ねじ軸５が回転すると、転走路を転動し且つコマを介して循環するボール１３により、その回転運動がナット１１の軸線方向運動に効率よく変換されるので、ナット１１に連結された被駆動部材（不図示）を軸線方向（図で右方）に移動させることができる。ここで、ナット１１が高速で戻り移動するとオーバーシュートが生じる恐れがあるが、本実施の形態によれば、ナット１１又はスリーブ９がロータ２ｂに底付きする前に、ピン１２が溝９ａの端部に係止されるようになっているので、ナット１１又はスリーブ９がロータ２ｂに底付きすると生じるであろう異音や摩耗の発生を回避できる。

尚、ピン１２が溝９ａの端部に係止されることでロータ２ｂが静止し、それにより増大する電動モータ２の逆起電力を測定すれば、ナット１１の移動範囲の起点を容易に求めることができる。

更に、本実施の形態のアクチュエータによれば、ナット１１を嵌合したスリーブ９は、中空のロータ２ｂに入り込むように移動可能に配置されており、従ってナット１１は、ステータ２ａの半径方向内方の位置まで移動可能となっているので、アクチュエータの軸線方向長を抑えることができ、コンパクトな構成を提供できる。又、一般的にナット１１に比べて回転バランス精度が高いねじ軸５を回転させることで、高速回転時における振動等を抑えることができる。尚、ナット１１を、ステータ２ａの半径方向内方の位置まで移動可能な構成としたことで、ステータ２ａの径は大きくなるが、それにより高トルクの電動モータ２を提供できるという利点がある。

又、アクチュエータの仕様が変わった場合でも、電動モータ２の寸法形状を変えることなく、ねじ軸５とナット１１のリードや径を変更することで対応でき、部品の共通化、設計の容易化、製造コストの低減等を図ることができる。電動モータ２は、通常のＤＣモータでも良いが、ブラシレスモータとすることで、油中でも用いることができる。

図３は、第２の実施の形態であるボールねじ機構を備えたアクチュエータの断面図である。図２のアクチュエータは、図１の実施の形態に対し、スリーブ９とナット１１とを一体化したナット部材１１’となっている点が異なる。それ以外の構成については、図１の構成と同様であるので、同様な構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。

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。

第１の実施の形態であるボールねじ機構を備えたアクチュエータの断面図である。 第１の実施の形態であるボールねじ機構を備えたアクチュエータの断面図である。 第２の実施の形態であるボールねじ機構を備えたアクチュエータの断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 電動モータ
２ａ ステータ
２ｂ ロータ
２ｃ 筒部
２ｄ 軸部
２ｅ 貫通孔
２ｆ レゾルバ
３ 軸受
４ 軸受
５ ねじ軸
５ａ 丸軸部
５ｂ ねじ溝
６ ナット
７ 軸受抑え
８ リング状部材
８ａ 開口
９ スリーブ
９ａ 溝
１０ ブッシュ
１１ ナット
１１’ ナット部材
１１ａ 溝
１２ ピン
１３ ボール

Claims (3)

1. ハウジングと、
   ロータを有するモータと、
   前記モータのロータに連結され外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、被駆動部材に連結され、前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナット部材と、対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールとを含み、前記ねじ軸の回転運動を前記ナット部材の軸線運動に変換するボールねじ機構と、を有するアクチュエータにおいて、
   前記ロータは中空であって、前記ナット部材は、前記ロータの内部に入り込むようになっており、前記ナット部材が前記ロータに接触することを阻止する係止部材が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ロータ又は前記ねじ軸の回転角度を検出する検出器を設け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. 前記ナット部材には、長手方向に延在する溝が形成され、前記係止部材は、前記ハウジングから突出し前記溝に係合している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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