JP2007232023A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ボールねじのねじ軸の傾きに滑りブッシュが追随し、摺動部に偏摩耗を生じさせない電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】 ハウジング１にナット３が回転自在に支持されたボールねじ２と、前記ハウジング１に設置されて前記ナット３を回転駆動するモータ５とを備える。前記ハウジング１には、内周面がボールねじ２のねじ軸４に設けられた摺動部１４の外周に摺動自在に嵌合するパイプ状の滑りブッシュ６を内周に嵌合させる。この滑りブッシュ６の外周面とハウジング１の内周面との間に弾性体７を介在させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ボールねじを用いた自動車用アクチュエータに関し、さらに詳しくは、自動車の電動式ディスクブレーキやトランスミッション等の自動制御に用いられ、ボールねじのねじ軸に摺動部を有する電動アクチュエータに関するものである。

上記のような電動アクチュエータでは、電動式ディスクブレーキやトランスミッションに伝達するためのアームなどを作動させているが、アクチュエータの出力軸の軸方向推力をアームに伝達する際、曲げ方向の力がボールねじに作用し、耐久性を損ねることがある。特許文献１では、この問題に対し、ナットとねじ軸との間に弾力性のあるブッシュを介在させることで、耐久性を向上させた電動アクチュエータの提案がなされている。また、特許文献１の電動アクチュエータは、モータの出力軸にボールねじが連結され、ねじ軸が回転する構造であって、ねじ軸の回転力はボールを介してナットに伝達され、ナットがねじ機構によって直動を行うものである。このナットに連結された出力軸部材が進退し、アームを作動させる構造となっている。特許文献１での耐久性向上とは、このような軸回転方式ボールねじの電動アクチュエータでの適用技術である。自動車用電動アクチュエータとしては、特許文献１のような軸回転方式の他に、ナット回転式のアクチュエータも存在するが、この場合はその構造が軸回転方式のものと異なる。
特許文献２には、自動車用アクチュエータの送り軸等に用いられる転造ボールねじが開示されている。また、特許文献３では、ねじ軸の外周に表面が焼入れされた環状部品を圧入状態で取付け、この環状部品を介してボールねじ使用機器にねじ軸を摺接させるようにした電動アクチュエータ用ボールねじが提案されている。
特開２００３−１９４１７４号公報 特開２００５−２９７０３４号公報 特開２００５−３２５９５６号公報

図２は、特許文献２あるいは特許文献３による転造製ボールねじのねじ軸の一部を摺動部位とした場合の従来の電動アクチュエータの構造を示している。この電動アクチュエータ１００は、駆動源であるモータ１０１と、モータ１０１の回転をスライド動作に変換するボールねじ１０２とを備え、ボールねじ１０２はハウジング１０３内に設置されている。ハウジング１０３は、断面概形がハット状の後部材１０４と、円筒状の前部材１０５とでなり、これらの部材を連結して全体が略円筒状に組み立てられる。ハウジング１０３の後部材１０４と前部材１０５は、それらの一端のフランジ部１０４ａ，１０５ａを互いに対向させて連結され、両フランジ部１０４ａ，１０５ａの対向部内側に、ハウジング円筒空間部１０３ａから外径側に張り出すギヤ部空間１０３ｂが形成される。前記モータ１０１は、その出力軸１０１ａがハウジング１０３の軸方向と平行となるようにハウジング１０３の後部外周に設置され、モータ出力軸１０１ａが後部材１０４のフランジ部１０４ａを貫通して前記ギヤ部空間１０３ｂ内に突入させてある。

ボールねじ１０２は、ねじ軸１０６と、ナット１０７と、これらねじ軸１０６およびナット１０７のねじ溝の間に介在させたボール（図示せず）とを備える。ねじ軸１０６は、ハウジング１０３内にこれと同心状に配置される。ナット１０７は、ハウジング１０３の内周に軸受１０８，１０９を介して回転自在に設けられる。ナット１０７の外周には、これと同心とされ前記ハウジング１０３のギヤ部空間１０３ｂ内に配置されるギヤ１１０が一体に形成され、このギヤ１１０がモータ出力軸１０１ａに設けられたギヤ１１１に噛み合わされている。これら両ギヤ１１０，１１１は、モータ１０１の回転をナット１０７に伝達する回転伝達系を構成する。

ハウジング前部材１０５の内周には、滑りブッシュ１１２が圧入嵌合して固定されている。この滑りブッシュ１１２の後端には外径側に張り出すフランジ部１１２ａが形成され、このフランジ部１１２ａがハウジング前部材１０５内の段差部１０５ａに係合し、ボルト１１２ｂによってこの段差部１０５ａに固定されている。ねじ軸１０６の前半部には、滑りブッシュ１１２の内周面をねじ軸１０６の軸方向に沿って摺動する環状部品（摺動部）１１３が圧入状態で取付けられている。また、ねじ軸１０６の先端部には連結ピン１１４を介して回動アーム１１５が連結されている。回動アーム１１５は、自動車の電動式ディスクブレーキやトランスミッション等（いずれも図示せず）に作動軸１１５ａを介して連結される。回動アーム１１５は、その長手方向に沿って長孔１１５ｂが形成され、この長孔１１５ｂ内に上記連結ピン１１４が摺動可能に挿入されている。

このような構成の電動アクチュエータ１００では、モータ１０１による回転力は、ギヤ１１１，１１０を介してナット１０７に伝達され、ナット１０７が回転する。このナット１０７の回転は、図示しないボールを介してねじ軸１０６の軸方向移動に変換される。すなわち、モータ１０１の回転力をボールねじ１０２の軸方向推力に変換するナット回転式電動アクチュエータが構成される。このねじ軸１０６の軸方向移動の際、摺動部１１３が滑りブッシュ１１２の内周面を摺動する。ねじ軸１０６の軸方向移動に伴う連結ピン１１４の作用により、回動アーム１１５は図２の矢示のように作動軸１１５ａの軸芯回りに回動する。

このような構造においては、ボールねじ１０２のねじ軸１０６の推力を連結ピン１１４を介して回動アーム１１５に伝達する際に発生する反力は、滑りブッシュ１１２が受けることになる。この滑りブッシュ１１２は、ボールねじ１０２のねじ軸１０６に設けられた摺動部１１３からスラスト荷重とラジアル荷重を受けながら、摺動部１１３をガイドしつつ、ねじ軸１０６の直動を可能にしている。このねじ軸１０６の直動を円滑に行うためには、摺動部１１３の外径と滑りブッシュ１１２の内径との間に適正な隙間を設けておく必要がある。この隙間が小さいと、摺動部分での摩擦抵抗が大きくなるため、機械損失が増加する。逆に隙間を大きくし、ボールねじ１０２にも隙間を持たせるような仕様とする場合、ラジアル荷重によりボールねじ１０２の傾きが生じる。図２におけるＬ，Ｌ１はボールねじ１０２の軸芯を示し、Ｌ１はボールねじ１０２が傾いた場合の軸芯を示している。このようにボールねじ１０２が傾くと、摺動部１１３も傾き、滑りブッシュ１１２の内径面との間の部位（例えば、図２のＸ部，Ｙ部）でエッジ当りが生じる。その結果、このＸ部，Ｙ部での接触により偏摩耗が進行し、がたつきが増大し、また、Ｘ部，Ｙ部の接触部同士の繰返し衝突により騒音が発生し、さらには、これらが起因してボールねじ１０２等が破損し、短寿命になるなどが懸念されることになる。

この発明は、これらの課題を解消することを目的としたものであり、ボールねじのねじ軸の傾きに滑りブッシュが追随し、摺動部分に偏摩耗を生じさせない電動アクチュエータを提供するものである。

この発明の電動アクチュエータは、ハウジングにナットが回転自在に支持されたボールねじと、前記ハウジングに設置されて前記ナットを回転駆動するモータと、前記ハウジングの内周に嵌合し内周面が前記ボールねじのねじ軸に設けられた摺動部の外周に摺動自在に嵌合するパイプ状の滑りブッシュとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記滑りブッシュの外周面とハウジングの内周面との間に弾性体を介在させたことを特徴とするものである。

この構成によると、モータの回転動力がボールねじのナットに伝達され、ナットの回転がねじ軸の軸方向移動に変換される。この軸方向移動に伴いねじ軸に設けられた摺動部が滑りブッシュ内を摺動する。この摺動に伴って、摺動部により滑りブッシュにラジアル荷重が働き、ねじ軸が傾いた際、ねじ軸の傾きに応じて弾性体が変形し、滑りブッシュ内径とねじ軸とが調芯される。この調芯作用によって、滑りブッシュ内径とねじ軸との間で偏摩耗が生じることが防止される。したがって、偏摩耗が原因のがたつきの増大、騒音の発生、ボールねじ等の破損、短寿命等の懸念も生じない。また、ボールねじのナットに作用するラジアル荷重、モーメント荷重も低減され、ナットの円滑な回転が図られる。
なお、弾性体は滑りブッシュの外周面全面とハウジングの内周面との間に介在するものの他、滑りブッシュの外周の一部に設けたものであっても良い。

この発明において、前記弾性体を、円筒状でゴム材からなるものとしても良い。弾性体を、円筒状のゴム材とすることにより、上記調芯作用がより効果的になされる。ゴム材の種類や硬さは、荷重の大きさや温度環境等を勘案して適正なものが選定される。
このように、弾性体を円筒状のゴム材とする場合において、前記滑りブッシュが一端にフランジを有し、このフランジが前記ハウジングに設けられた軸方向を向く面にねじ部材で固定され、前記弾性体は、前記滑りブッシュのフランジと前記ハウジングの軸方向を向く面との間に介在するフランジを有するものとしても良い。
この構成によると、弾性体が、滑りブッシュのフランジと前記ハウジングの軸方向を向く面との間に介在するフランジを有するから、この弾性体フランジの変形によってスラスト方向の荷重も吸収され、偏摩耗が原因のがたつきの増大、騒音の発生、ボールねじ等の破損、短寿命等の懸念の払拭がより確実になされる。

この発明の電動アクチュエータは、ハウジングにナットが回転自在に支持されたボールねじと、前記ハウジングに設置されて前記ナットを回転駆動するモータと、前記ハウジングの内周に嵌合し内周面が前記ボールねじのねじ軸に設けられた摺動部の外周に摺動自在に嵌合するパイプ状の滑りブッシュとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記滑りブッシュの外周面とハウジングの内周面との間に弾性体を介在させたため、ねじ軸の傾きに応じて弾性体が変形し、ねじ軸の摺動部と滑りブッシュの内径との調芯が的確になされ、摺動部と滑りブッシュの内径との接触部の偏摩耗が原因のがたつきの増大、騒音の発生、ボールねじ等の破損、短寿命等の懸念が払拭されると共に、ボールねじのナットに作用するラジアル荷重、モーメント荷重も低減され、ナットの円滑な回転が図られる。

この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。この電動アクチュエータＡの基本構成は、図２に示す従来の電動アクチュエータ１００と同様である。すなわち、この電動アクチュエータＡは、ハウジング１にナット３が回転自在に支持されたボールねじ２と、前記ハウジング１に設置されて前記ナット３を回転駆動する電動モータ５と、前記ハウジング１に固定され内周面が前記ボールねじ２のねじ軸４の外周に摺動自在に嵌合する滑りブッシュ６とを備えている。

滑りブッシュ６は、前記ハウジング１の内周に嵌合されるパイプ状のブッシュ本体６ａと、このブッシュ本体６ａの一端に一体的に設けられたフランジ６ｂとよりなり、このフランジ６ｂは、ハウジング１の内筒部に形成され軸方向を向く面としての段差部１ａに、ねじ部材であるボルト６ｃによって締結固定される。ハウジング１の内周面と滑りブッシュ６の外周面との間には、ゴム材からなる弾性体７が介在される。弾性体７は、円筒部７ａと、この円筒部７ａの一端に連成された外向きフランジ７ｂとよりなる。上記ボルト６ｃによる滑りブッシュ６のハウジング１に対する締結固定は、ハウジング１の内周面と滑りブッシュ６の外周面との間に弾性体７を介在させ、弾性体フランジ７ｂを段差部１ａとフランジ６ｂと間に挟圧する状態でなされる。これによって、滑りブッシュ６はハウジング１の内周面との間に弾性体７を介在させた状態で位置決め嵌合固定される。

ハウジング１は、断面概形がハット状の後部材８と、円筒状の前部材９とでなり、これらの部材を連結して全体が略円筒状に組み立てられる。この円筒状前部材９の内筒部に滑りブッシュ６および弾性体７が嵌合固定されている。ハウジング１の後部材８と前部材９は、それらの一端のフランジ部８ａ，９ａを互いに対向させて連結され、両フランジ部８ａ，９ａの対向部内側に、ハウジング円筒空間部１ｂから外径側に張り出すギヤ部空間１ｃが形成される。前記モータ５は、その出力軸５ａがハウジング１の軸方向と平行となるようにハウジング１の後部外周に設置され、モータ出力軸５ａが後部材８のフランジ部８ａを貫通して前記ギヤ部空間１ｃ内に突入させてある。

ボールねじ２は、ナット３と、ねじ軸４と、ナット３のねじ溝（図示せず）およびねじ軸４のねじ溝４ａの間に介在させたボール（図示せず）と、ねじ溝間のボールを拾い上げてねじ溝間に戻す循環路（図示せず）とを備える。ナット３は、ハウジング１の内周に軸受１０，１１を介して回転自在に設けられる。ナット３の外周には、これと同心とされ前記ハウジング１のギヤ部空間１ｃ内に配置されるギヤ１２が一体に形成され、このギヤ１１がモータ出力軸５ａに設けられたギヤ１３に噛み合わされている。これら両ギヤ１２，１３は、モータ５の回転をナット３に伝達する回転伝達系を構成する。

ボールねじ２のねじ軸４は、その後半部がねじ溝４ａが形成されたねじ部４Ａとされ、柱状前半部４Ｂの先端部４Ｂａはハウジング１から前方に突出し得るよう構成されている。ねじ軸４の前半部４Ｂ外周の前記滑りブッシュ６の設置範囲に対応する部分には、滑りブッシュ６に摺接させる摺動部１４が、環状部品の圧入によって設けられている。また、ねじ軸４の先端部４Ｂａには連結ピン１５を介して回動アーム１６が連結されている。回動アーム１６は、自動車の電動式ディスクブレーキやトランスミッション等（いずれも図示せず）に作動軸１６ａを介して連結される。回動アーム１６には、その長手方向に沿って長孔１６ｂが形成され、この長孔１６ｂ内に上記連結ピン１５が摺動可能に挿入されている。

モータ５による回転力は、ギヤ１３，１２を介してナット３に伝達され、ナット３が回転する。このナット３の回転は、図示しないボールを介してねじ軸４の軸方向移動に変換される。すなわち、モータ５の回転力をボールねじ２の軸方向推力に変換するナット回転式電動アクチュエータＡが構成される。このねじ軸４の軸方向移動の際、摺動部１４が滑りブッシュ６の内周面を摺動する。滑りブッシュ６の全長は、前記摺動部１４の幅に軸ストローク長さを加えた長さである。

この構成の電動アクチュエータＡは、前記のように、ねじ軸４の先端部４Ｂａに設けられる連結ピン１５およびアーム１６を介して、例えば自動車のトランスミッションや電動式ディスクブレーキに連結される。ねじ軸４の軸方向移動に伴う連結ピン１５の作用により、回動アーム１６は図１の矢示のように実線位置から二点鎖線位置の範囲で作動軸１６ａの軸芯回りに回動する。この時、ボールねじ２のねじ軸４の推力を連結ピン１５を介して回動アーム１６に伝達する際に発生する反力は、滑りブッシュ６が受けることになる。この滑りブッシュ６は、ボールねじ２のねじ軸４に設けられた摺動部１４からスラスト荷重とラジアル荷重を受けながら、摺動部１４をガイドしつつ、ねじ軸４の直動を可能にしている。

このねじ軸４の直動を円滑に行うためには、摺動部１４の外径と滑りブッシュ６の内径との間に適正な隙間を設けておく必要がある。隙間が大きい場合、ラジアル荷重によりボールねじ２の傾きが生じる（図２の軸芯Ｌ１参照）。このようにラジアル荷重によりボールねじ２の軸芯Ｌが、図２の軸芯Ｌ１のように傾くと、これに伴い弾性体７が弾性変形する。これにより、ねじ軸４と滑りブッシュ６との調芯が自動的になされ、摺動部１４の外径と滑りブッシュ６の内径との間の隙間を多少大きくしても、摺動部１４の滑りブッシュ６に対する相対的な傾きは生じず、摺動部１４と滑りブッシュ６の内径面との間でエッジ当りが生じることもない。その結果、摺動部１４と滑りブッシュ６の接触部における偏摩耗が進行したり、がたつきが増大したり、また、接触部同士の繰返し衝突により騒音が発生することもなく、さらには、ボールねじ２等が破損し、短寿命になるなどの懸念も少なくなる。

また、弾性体７のフランジ７ｂは、ハウジング１内の段差部１ａと、滑りブッシュ６のフランジ６ｂとの間に介在され、ボルト６ｃの締結によって両者間に挟圧状態とされるから、弾性体フランジ７ｂの弾性変形によってスラスト方向の荷重も吸収され、偏摩耗が原因のがたつきの増大、騒音の発生、ボールねじ等の破損、短寿命等の懸念の払拭がより確実になされる。

この電動アクチュエータＡにおいて、ねじ軸４の先端側に外力を受けると、ボールねじ２におけるねじ軸４の後半部のねじ部４Ａに曲げ力が作用するが、ねじ軸４の前半部４Ｂは摺動部１４を介してハウジング１の内周の滑りブッシュ６に摺動自在に支持されているので、ねじ軸４のねじ部４Ａに加わる曲げ荷重を吸収することができる。この摺動部１４を焼入れにより表面硬度を高めたものとすれば、この摺動部１４はねじ軸４の外周に圧入状態に取付けているので、ねじ軸４が転造によるもので、転造前のねじ軸素材がセンタレスで製作された場合でも、センタ孔を後加工して前記滑りブッシュ６に対する摺動面の研削仕上げを行う必要がなく、製造が容易となる。また、ねじ軸４における摺動面、つまりこの実施形態では摺動部１４の外周面と、ねじ溝４ａとの同軸度精度を向上させることができて、摺動抵抗の低減や耐摩耗性の向上が可能となる。さらに、ねじ軸４の熱処理においては、摺動部１４の焼入れによる表面硬化を、別部品である環状部品で済ませておくことができるので、高周波焼入れによる移動焼入れ時間を短縮でき、この点でも製造が容易となる。

なお、上記実施形態では、ねじ軸４の滑りブッシュ６に対する摺動部１４として、環状部品をねじ軸４に圧入状態に取付けることで設けた例を示したが、ねじ軸４自体に転造加工等を施して摺動部１４を形成しても良い。また、摺動部１４を複数個軸方向に連なるようにねじ軸４に圧入状態で取付けても良い。さらに、滑りブッシュ６は、円筒状のブッシュ本体６ａと、フランジ６ｂとの一体物を例示したが、両者を分割し、フランジ６ｂをボルト６ｃにより締結固定する際、ブッシュ本体６ａを所定の位置に位置決め固定するようにしても良い。この場合、ハウジング１の先端部にはブッシュ本体６ａの先端を受止する内向きフランジ部を形成しておく必要がある。このように、滑りブッシュ６を、ブッシュ本体６ａとフランジ６ｂとに分割すれば、ブッシュ本体６ａはその内周面および外周面がそれぞれ単一径のものとすることができ、熱処理時における肉厚の違いによる熱変形が生じ難く、加工精度が向上する。

この発明の一実施形態にかかる電動アクチュエータの断面図である。 従来の電動アクチュエータの一例を示す断面図である。

符号の説明

１…ハウジング
１ａ…段差部（軸方向を向く面）
２…ボールねじ
３…ナット
４…ねじ軸
５…モータ
６…滑りブッシュ
６ｂ…フランジ
６ｃ…ボルト（ねじ部材）
７…弾性体
７ｂ…フランジ
１４…摺動部
Ａ…電動アクチュエータ

Claims (3)

1. ハウジングにナットが回転自在に支持されたボールねじと、前記ハウジングに設置されて前記ナットを回転駆動するモータと、前記ハウジングの内周に嵌合し内周面が前記ボールねじのねじ軸に設けられた摺動部の外周に摺動自在に嵌合するパイプ状の滑りブッシュとを備えた電動アクチュエータにおいて、
   前記滑りブッシュの外周面とハウジングの内周面との間に弾性体を介在させたことを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 請求項１において、前記弾性体が、円筒状でゴム材からなる電動アクチュエータ。
3. 請求項２において、前記滑りブッシュが一端にフランジを有し、このフランジが前記ハウジングに設けられた軸方向を向く面にねじ部材で固定され、前記弾性体は、前記滑りブッシュのフランジと前記ハウジングの軸方向を向く面との間に介在するフランジを有するものである電動アクチュエータ。

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