JP2007271014A - 直動機構アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで確実に作動するアクチュエータを提供する。
【解決手段】支持部４１に回転可能に支持された軸体２と、前記軸体２と連係し、前記軸体２の長手方向に沿って移動可能な作動部３と、軸体２を第一回転方向に回転させることにより作動部３を前記長手方向のうちの一方向である第一方向に移動させるとともに、軸体２を第一回転方向とは反対の第二回転方向に回転させることにより作動部３を第一方向とは反対の第二方向に移動させる作動機構７と、長手方向に沿って設けられ、作動部３の軸体２廻りの回転を禁止しつつ、動部３の移動を案内する案内部材６と、作動部３に第二方向の荷重が印加された際に、荷重により軸体２に生じる第二回転方向の回転力に対し、軸体が第二方向へ回転することを防止する抗力を、荷重により、支持部４１と軸体２との間に発生させる回転防止機構８とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、支持部に回転可能に支持された軸体と、前記軸体と連係し、前記軸体の長手方向に沿って移動可能な作動部と、前記作動部を前記軸体の長手方向に沿って移動させる作動機構とを備えた直動機構アクチュエータに関する。

従来、この種のアクチュエータの用途として、例えば特許文献１に示すように、自動車の電動パーキングブレーキ装置のアクチュエータが挙げられる。このアクチュエータは、モータと、モータの回転運動を減速するとともに作動軸に伝達して突出・引退運動に変換する伝達機構を備えている。
このアクチュエータの作動軸には、ブレーキケーブルが接続されている。運転者によるパーキングブレーキ操作具の操作により、モータが回転し作動軸が引退して、ブレーキケーブルが牽引されることによりブレーキが制動される。また、操作具の操作を解除するとモータが逆方向に回転し作動軸が突出して、ブレーキケーブルの牽引が解除され、ブレーキの制動が解除される。

ところで、電動パーキングブレーキ装置において、ブレーキの制動時にアクチュエータに大きな負荷がかかる。この負荷に抗してモータの出力軸が逆方向に回転することを防止して、ブレーキを制動状態に維持する必要がある。
そこで、上述のアクチュエータにおいて、モータの出力軸とアクチュエータの本体との間に前記逆回転を防止する逆転防止機構が備えてある。この逆転防止機構は、モータの出力軸に一体回転可能に固定された円盤部と前記円盤部に対向して、アクチュエータ本体に支持されたプレートとを備える。また、前記円盤部及びプレートは、係合凸部及び摺動面を備える。モータの出力軸をブレーキの制動方向に回転させると、円盤部及びプレートの摺動面同士が摺動して、モータの出力軸が回転する。一方、モータの出力軸が負荷により逆方向に回転しようとすると、円盤部及びプレートの係合凸部同士が係合して、出力軸の逆転を防止する。
上述の構成により、アクチュエータが確実に作動し、ブレーキを制動状態に維持することができる。

特開２０００−２７４４６６号公報（明細書［００４７］段落、［００４８］段落、及び図６）

しかし、上述のアクチュエータでは、モータの出力軸の逆方向の回転を防止するために、別途に部材を用いて逆転防止機構を構成してある。このため、部品点数が増大し、製造工程が複雑化するので、製造コストが増大するという問題がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は低コストで確実に作動するアクチュエータを提供することにある。

本発明の第１特徴構成は、支持部に回転可能に支持された軸体と、前記軸体と連係し、前記軸体の長手方向に沿って移動可能な作動部と、前記軸体を第一回転方向に回転させることにより前記作動部を前記長手方向のうちの一方向である第一方向に移動させるとともに、前記軸体を前記第一回転方向とは反対の第二回転方向に回転させることにより前記作動部を前記第一方向とは反対の第二方向に移動させる作動機構と、前記長手方向に沿って設けられ、前記作動部の前記軸体廻りの回転を禁止しつつ、前記作動部の移動を案内する案内部材と、前記作動部に前記第二方向の荷重が印加された際に、前記荷重により前記軸体に生じる前記第二回転方向の回転力に対し、前記軸体が前記第二方向へ回転することを防止する抗力を、前記荷重により、前記支持部と前記軸体との間に発生させる回転防止機構とを備えた点にある。

本構成によれば、支持部及び軸体に形成された回転防止機構が、前記作動部に前記第二方向の荷重が印加された際に、軸体に生じる第二回転方向の回転力に対し、軸体が第二方向へ回転することを防止する抗力を発生させる。このため、従来の如く別途に部材を用いることなく軸体が第二回転方向に回転することを防止でき、作動部が第二方向へ移動することを防止することができる。また、直動機構アクチュエータにかかる第二方向の荷重を利用して作動部が第二方向に移動することを防止する。このため、前記荷重に抗するために動力源を別途に作動させる必要が無い。この結果、前記荷重に抗するために複雑な構成をとる必要がないので、低コストで確実に作動する直動機構アクチュエータを得ることができる。

本発明の第２の特徴構成は、前記作動機構が前記軸体に形成された第一雄ネジ部及び前記作動部に形成された第一雌ネジ部であり、前記回転防止機構が前記軸体に形成された第二雄ネジ部及び前記支持部に形成された第二雌ネジ部であり、前記第一雄ネジ部及び前記第一雌ネジ部の逆効率が０より大きく、前記第二雄ネジ部及び第二雌ネジ部の逆効率が０より小さく設定してある点にある。

本構成によれば、第二雄ネジ部及び第二雌ネジ部の逆効率が０より小さく設定してある。このため、作動部に第二方向の荷重が印加された際に、第二雄ネジ部及び第二雌ネジ部が、軸体が第二回転方向へ回転することを防止することができる。この結果、作動部が第二方向へ移動することを防止することができる。
また、第一雄ネジ部及び第一雌ネジ部の逆効率が０より大きく設定してあるので、作動部を第二方向へ移動させる際には、軸体に大きな回転力をかけることなく、軸体を第二方向に回転させることができる。

本発明の第３の特徴構成は、前記第一雄ネジ部及び前記第一雌ネジ部のリード角が、前記第二雄ネジ部及び前記第二雌ネジ部のリード角よりも大きく設定した点にある。

本構成によれば、作動機構である第一雄ネジ部及び第一雌ネジ部のリード角が、回転防止機構である第二雄ネジ部及び第二雌ネジ部のリード角よりも大きく設定してある。このため、作動機構ではリード角の大きなネジにより、軸体が一回転する当たりの作動部の移動を大きくすることができる。また、回転防止機構のリード角が小さなネジにより、第二方向の荷重に対して、軸体が第二方向に回転することを防止することができる。この結果、確実に作動し、応答性のよいアクチュエータを得ることができる。

本発明の第４特徴構成は、前記軸体、前記作動部、前記作動機構、及び前記回転防止機構を収納するケース部材を備え、前記ケース部材の内面に、前記作動部の移動方向に沿って、前記作動部の移動を案内する案内部が形成した点にある。

本構成によれば、ケース部材の内面に設けた案内部が、作動部の移動を案内することとなる。このため、作動部を軸体の長手方向に沿って確実に移動させることができる。この結果、直動機構アクチュエータの作動が一層確実になる。

本発明の直動機構アクチュエータは、その用途は特に限定はされないが、例えば自動車の電動パーキングブレーキ装置のアクチュエータとして利用可能である。
（電動パーキングブレーキ装置）
図１及び図２に示すように、自動車Ｃの電動パーキングブレーキ装置Ｂにおいて、動力入力源としてのモータ５の回転力により、直動機構アクチュエータ１の作動部３が軸体２の長手方向に沿って移動する。作動部３には、ブレーキケーブル１１が接続されており、このブレーキケーブル１１が、例えば後輪に設けられたブレーキ１２に連結されている。運転者が、例えばブレーキレバーやブレーキペダルなどの操作具を操作すると、モータ５が作動して、作動部３が図２中の上方に移動する。ブレーキケーブル１１が牽引され、ブレーキ１２が制動される。運転者が操作具の操作を解除若しくは反対方向に操作すると、モータ５が逆方向に作動して、作動部３が図２中の下方に移動する。この結果、ブレーキケーブル１１の牽引が解除され、ブレーキ１２の制動が解除される。

（直動機構アクチュエータ）
図２及び図３に示すように、直動機構アクチュエータ１は、支持部４１と、支持部４１に回転可能に支持された軸体２と、軸体２に設けられ当該軸体２の長手方向に沿って移動可能な作動部３とを備える。また、軸体２の長手方向に沿って、前記作動部３の前記軸体２廻りの回転を禁止しつつ、前記作動部３の移動を案内するガイド棒６１（案内部材６の一例）を備える。軸体２・作動部３・ガイド棒６１は、ケース部材４に収納されている。また、支持部４１はケース部材４の内壁に、例えば一体的に設けてある。また、ケース部材４の長手方向の両側の端部には、軸体２の長手方向の夫々の端部を、回転可能かつ突出・引退可能に保持する孔部４３，４４が設けてある。

軸体２には、互いに同回転方向の第一雄ネジ部２１及び第二雄ネジ部２２が形成してある。また、作動部３には、第一雌ネジ部３１が形成してあり、支持部４１には第二雌ネジ部４２が形成してある。第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１が螺合し、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２が螺合する。
本実施形態において、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１の逆効率と、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２の逆効率を調整することによって、直動機構アクチュエータ１の作動を確保している。

逆効率とは、ネジの進行方向の力によりネジを回転させる場合に、ネジの摩擦係数を０としたときに必要な力（Ｗ０）と、実際に必要な力（Ｗ）との比（Ｗ０/Ｗ）を表す値である。
例えば、図２において、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１の逆効率η（％）は以下の式で表される。

η＝１００×（１−μ/ｔａｎα）/（１+μｔａｎα）

ここで、μは、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１の間の摩擦係数であり、αはリード角である。

また、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２の逆効率η’（％）は、以下の式で表される。

η’＝１００×（１−μ’/ｔａｎβ）/（１+μ’ｔａｎβ）

ここで、μ’は、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２の間の摩擦係数であり、βはリード角である。

上述の式から明らかなように、逆効率はリード角と摩擦係数とによって定まる値である。逆効率は、リード角を小さくすると小さくなり、リード角を大きくすると大きくなる。また、逆効率は、摩擦係数を大きくすると小さくなり、摩擦係数を小さくすると大きくなる。

逆効率が大きいほど、小さい力でネジを回転させることができ、逆効率が小さいほど、ネジの回転に大きな力が必要となる。また、逆効率が０より小さくなると、ネジの進行方向の力によってネジが回転しなくなる。

したがって、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２の逆効率を０より小さく設定することにより、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２が回転防止機構８として機能する。
また、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１の逆効率が０より大きく設定することにより、作動部３を後述する第二方向へ、移動させる際には、軸体２に大きな回転力をかけることなく、軸体２を第二方向に回転させることができる。

第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１の逆効率は、０〜１００％であることが好ましい。また、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２の逆効率は、−１００〜０％であることが好ましい。

本実施形態では、特に、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１のリード角αと、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２のリード角βとを調整することにより、逆効率を調整してある。すなわち、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１のリード角αは、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２のリード角βよりも大きく設定してある。

軸体２の第二雄ネジ部２２の側のケース部材４の外側端部には、モータ５が設けてある。モータ５の動力軸５１がケース部材４の内部に突出し、モータ５の動力軸５１に設けたギア５２と軸体２の第二雄ネジ部２２の側の端部の付近に設けたギア２３に噛合している。上述の構成により、モータ５の動力軸５１の回転が軸体２に伝達される。
作動部３にはブレーキケーブル１１が接続され、ケース部材４のモータ５の側の端部とは反対側の端部からケース部材４の外部に延在している。

（直動機構アクチュエータの動作）
この直動機構アクチュエータ１において、軸体２が図２の矢印ａの方向（第一回転方向の一例）に回転すると、軸体２は図２中の下方に移動し、作動部３は軸体２の長手方向に沿って図２中の上方（第一方向の一例）に移動する。上述のとおり、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１のリード角αが、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２のリード角βよりも大きく設定してある。この結果、作動部３の上方への移動量が、軸体２の下方への移動量よりも大きくなり、作動部３は上方に移動して、ブレーキケーブル１１を牽引する。

このとき、作動部３にはブレーキケーブル１１を介して図２中の下方向き（つまり、第二方向）に荷重がかかることとなる。前記荷重により、第一雄ネジ部２１と第一雌ネジ部３１との間で、第一回転方向と反対の第二回転方向の回転力が発生する。
一方、第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２との間には、作動部３を介して軸体２に伝達された第二方向の荷重により、軸体２には前記第二回転方向とは反対の第一回転方向の回転力が生じる。また、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２は、リード角βが小さく設定してあるので、前記荷重のリード角βをなす角に垂直な方向の成分が大きくなる。このため、軸体２に回転力が生じても、この回転力に対して大きな摩擦力を発生することとなる。上述のように、第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２との間で軸体２に生じた第一回転方向の回転力と、摩擦力とによって、軸体２が第二方向に回転することが防止される。このように、作動部３が第二方向に移動することを防止する。ここで、第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２とは、回転防止機構８を構成する。

また、図３に示すように、軸体２が矢印ｂの方向（つまり、第二回転方向）に回転すると、軸体２は、図４中の上方に移動し、作動部３は軸体２の長手方向に沿って図４中の下方に移動する。上述同様作動部３の移動量の方が軸体２の移動量よりも大きいので、作動部３は図４中の下方へ移動する。

上述のように、軸体２に形成した第二雄ネジ部２２と支持部４１に形成した第二雌ネジ部４２とが回転防止機構８を構成する。このため、従来の如く別途に部材を用いることなく軸体２が第二回転方向に回転することを防止でき、作動部３が第二方向へ移動することを防止することができる。また、直動機構アクチュエータ１にかかる第二方向の荷重を利用して作動部３が第二方向に移動することを防止する。このため、前記荷重に抗するために動力源を別途に作動させる必要が無い。この結果、前記荷重に抗するために複雑な構成をとる必要がないので、低コストで確実に作動する直動機構アクチュエータ１を得ることができる。

上述のように、第一雄ネジ部２１の回転方向と第二雄ネジ部２２の回転方向とを同方向に設定してある。このため、作動部３に第二方向の荷重がかかった際に、第一雄ネジ部２１及び第一雌ネジ部３１の間で生じる軸体２の回転力の向きと、第二雄ネジ部２２及び第二雌ネジ部４２の間で生じる軸体２の回転力の向きとが逆向きとなる。この結果、第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２との間の摩擦力のみによる場合と比較して確実に、作動部３の第二方向への移動を防止することができる。

［別実施形態１］
本実施形態において、図４及び５に示すように、軸体２には、互いに逆回転方向の第一雄ネジ部２１と第二雄ネジ部２２とが形成してある。
この直動機構アクチュエータ１において、軸体２が図４の矢印ａの方向（第一回転方向）に回転すると、軸体２は図４中の上方に移動し、作動部３は軸体２の長手方向に沿って図４中の上方（第一方向）に移動する。

このとき、作動部３にはブレーキケーブル１１を介して図４中の下方向き（つまり、第二方向）に荷重がかかることとなる。前記荷重により、第一雄ネジ部２１と第一雌ネジ部３１との間で、第二回転方向の回転力が発生する。
一方、リード角γを小さく設定してある第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２との間では、前記荷重のリード角γをなす角に垂直な方向の成分が大きくなる。このため、前記荷重による第二回転方向の回転力に対して、第二回転方向の回転力よりも大きな摩擦力が、第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２との間に発生する。
上述のように、前記荷重により軸体２が第二方向に回転することが防止され、作動部３が第二方向に移動することを防止する。ここで、第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２とは、回転防止機構８を構成する。

また、軸体２が図５の矢印ｂの方向（第二回転方向）に回転すると、軸体２は図５中の下方に移動し、作動部３は軸体２の長手方向に沿って図５中の下方（第二方向）に移動する。

このように、第一ネジ部及び第二ネジ部の回転方向を逆向きに形成することにより、軸体２と作動部３とが同方向に移動することとなる。このため、軸体２が一回転する当たりの作動部３の移動量を大きくすることができる。この結果、作動部３の所期の移動量を得るための軸体２の回転数を減少させることができるので、反応性の良い直駆動機構アクチュエータ１を得ることができる。

［別実施形態２］
上述の実施形態において、回転防止機構８が第二雄ネジ部２２と第二雌ネジ部４２である例について説明した。しかし、回転防止機構８は前記回転力に対して、軸体２と支持部４１との間で、前記回転力よりも大きな抗力を発生可能なものであれば何れの構造であっても良い。以下に回転防止機構８の別実施形態の一例を説明する。
例えば、図６に示すように、軸体２と支持部４１との間には、摩擦発生部９ａ，９ｂが設けてある。作動部３に第二方向の荷重が印加されると、作動部３を摩擦発生部９ａ，９ｂに第二方向の荷重が印加される。前記荷重により摩擦力発生部が摩擦力を発生させて、軸体２が第二回転方向に回転することを防止する。

［別実施形態３］
上述の実施形態において、ケース部材４の内面に作動部３の移動を案内する案内部１０を設けてもよい。本実施形態において、案内部１０はケース部材４の内面に作動部３の移動方向に沿って設けた溝部１０１である。作動部３が前記溝部１０１の内部を摺動して、軸体２の長手方向にそって移動する。なお、案内部１０は上述の構成に限られるものではない。例えばケース部材４の内面に、作動部３の移動方向に沿って設けられ、作動部３の移動を案内する凸部など上述以外の構成であってもよい。
このように、案内部１０を設けることにより、作動部３を軸体２の長手方向に沿って確実に移動させることができる。この結果、直動機構アクチュエータ１の作動が一層確実になる。

本発明の直動機構アクチュエータを適用したブレーキ装置の概略図 本発明の直動機構アクチュエータの一例を示す図 本発明の直動機構アクチュエータの一例を示す図 別実施形態に係る直動機構アクチュエータを示す図 別実施形態に係る直動機構アクチュエータを示す図 回転防止機構の別実施形態を示す図 案内手段の一例を示す図

符号の説明

１ 直動機構アクチュエータ
２ 軸体
２１ 第一雄ネジ部
２２ 第二雄ネジ部
３ 作動部
３１ 第一雌ネジ部
４ ケース部材
４１ 支持部
４２ 第二雌ネジ部
６ 案内部材
７ 作動機構
８ 回転防止機構
１０ 案内手段
α リード角
β リード角
γ リード角

Claims (4)

1. 支持部に回転可能に支持された軸体と、
   前記軸体と連係し、前記軸体の長手方向に沿って移動可能な作動部と、
   前記軸体を第一回転方向に回転させることにより前記作動部を前記長手方向のうちの一方向である第一方向に移動させるとともに、前記軸体を前記第一回転方向とは反対の第二回転方向に回転させることにより前記作動部を前記第一方向とは反対の第二方向に移動させる作動機構と、
   前記長手方向に沿って設けられ、前記作動部の前記軸体廻りの回転を禁止しつつ、前記作動部の移動を案内する案内部材と、
   前記作動部に前記第二方向の荷重が印加された際に、前記荷重により前記軸体に生じる前記第二回転方向の回転力に対し、前記軸体が前記第二方向へ回転することを防止する抗力を、前記荷重により、前記支持部と前記軸体との間に発生させる回転防止機構とを備えた直動機構アクチュエータ。
2. 前記作動機構が前記軸体に形成された第一雄ネジ部及び前記作動部に形成された第一雌ネジ部であり、前記回転防止機構が前記軸体に形成された第二雄ネジ部及び前記支持部に形成された第二雌ネジ部であり、前記第一雄ネジ部及び前記第一雌ネジ部の逆効率が０より大きく、前記第二雄ネジ部及び前記第二雌ネジ部の逆効率が０より小さく設定してある請求項１に記載の直動機構アクチュエータ。
3. 前記第一雄ネジ部及び前記第一雌ネジ部のリード角が、前記第二雄ネジ部及び前記第二雌ネジ部のリード角よりも大きく設定してある請求項２に記載の直動機構アクチュエータ。
4. 前記軸体、前記作動部、前記作動機構、及び前記回転防止機構を収納するケース部材を備え、前記ケース部材の内面に、前記作動部の移動方向に沿って、前記作動部の移動を案内する案内部が形成してある請求項１〜３の何れか一項に記載の直動機構アクチュエータ。

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