JP2008141920A - 自動車用電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な制御を行なうことなく、低コストでボールねじ機構の逆作動を効率的に利用することができる自動車用電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】自動車用電動アクチュエータ１は、電動モータ３と、ボールねじ６及び、複数のボールを介してボールねじ６と螺合するナット７を有するボールねじ機構４と、電動モータ３からの駆動力をボールねじ機構４に伝達遮断可能なクラッチ機構５と、を有する。クラッチ機構５は、電動モータ３が駆動力を発生している時に伝達し、電動モータ３が停止しているときに該伝達を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用電動アクチュエータの改良に関する。

自動車用電動アクチュエータは、モータの出力である回転運動を直線運動に変換するのに送りねじ機構として、ボールねじ機構を使用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。ボールねじ機構は、滑りねじに比べて伝動効率が高く、逆入力により動き易くなっている。

このため、特許文献１に記載のアクチュエータでは、モータの駆動力をボールねじ機構のナットに伝達する回転伝達系に逆入力制限型のクラッチが介在されている。このクラッチは、モータの駆動力が入力される入力部材からナットへの回転を伝達する一方、ナットから入力部材への回転伝達を遮断し、逆入力によるナットの回転を阻止している。

一方、モータによりボールねじを作動し、ナット側に形成されたディテント等にピンを係合させて位置決めを行なうような機構では、ボールねじ機構の逆入力による動作が積極的に利用されている。即ち、ピンがディテントの斜面にある状態でアクチュエータが停止した場合には、ボールねじの逆作動によりナットが移動し、ピンはディテントの底に移動する。
特開２００５−２１４０８８号公報

ところで、上述したような位置決め機構では、電動アクチュエータの回転伝達系の抵抗やモータのゴギングトルクにより、ピンがディデントの底に移動しづらかったり、移動するのに時間が掛かり、ボールねじ機構の逆作動が効率的に行なわれないという問題がある。このため、ピンをディテントの底に位置させるためには、コントローラやアクチュエータを高精度に制御する必要があった。

本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、高精度な制御を行なうことなく、低コストでボールねじ機構の逆作動を効率的に利用することができる自動車用電動アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） 電動モータと、
ボールねじ及び、複数のボールを介して前記ボールねじと螺合するナットを有するボールねじ機構と、
前記電動モータからの駆動力を前記ボールねじ機構に伝達遮断可能なクラッチ機構と、
を有する自動車用電動アクチュエータであって、
前記クラッチ機構は、前記電動モータが駆動力を発生している時に伝達し、前記電動モータが停止しているときに該伝達を遮断することを特徴とする自動車用電動アクチュエータ。
（２） 前記クラッチ機構は、前記電動モータと共に回転する支持軸と、該支持軸に弾性部材を介して接続され、径方向に進退可能に配置される係合部材と、前記ボールねじと機械的に接続され、内周面に前記係合部材と係合可能な内歯を有する内歯ホルダーと、を備え、
前記電動モータが駆動力を発生する時、前記係合部材は遠心力の作用により前記内歯ホルダーの内歯と係合することを特徴とする（１）に記載の自動車用電動アクチュエータ。
（３） 前記クラッチ機構は、前記電動モータと共に回転するホルダーと、該ホルダーの内径側で前記ホルダーと相対回転可能に配置される慣性体と、前記ホルダーに取り付けられた弾性部材により径方向内向きに付勢された状態で、前記慣性体に形成された溝内に保持され、径方向に進退可能に配置される係合部材と、前記ボールねじと機械的に接続され、内周面に前記係合部材と係合可能な内歯を有する内歯ホルダーと、を備え、
前記電動モータが駆動力を発生する時、前記慣性体と前記ホルダーが相対回転することで、前記係合部材は前記内歯ホルダーの内歯と係合することを特徴とする（１）に記載の自動車用電動アクチュエータ。
（４） 前記クラッチ機構は、前記電動モータと機械的に接続される太陽歯車と、該太陽歯車の外周面に形成された外歯と噛合し、前記太陽歯車を中心に公転する複数の遊星歯車と、内周面に前記遊星歯車と噛合する内歯を備える外輪歯車と、前記ボールねじ機構と機械的に接続されると共に、前記遊星歯車をそれぞれ回転可能に支持し、前記遊星歯車の公転に伴って回転する遊星キャリアと、前記外輪歯車の外周面に形成された外歯と係合可能なプランジャーを持ったソレノイドと、を備え、
前記電動モータが停止すると同時に、前記ソレノイドのプランジャーは前記外輪歯車の外歯と係合することを特徴とする（１）に記載の自動車用電動アクチュエータ。

本発明の自動車用電動アクチュエータによれば、電動モータからの駆動力をボールねじ機構に伝達遮断可能なクラッチ機構が、電動モータが駆動力を発生している時に伝達し、電動モータが停止しているときに伝達を遮断するので、高精度な制御を行なうことなく、低コストでボールねじ機構の逆作動を効率的に利用することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る自動車用電動アクチュエータについて図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の自動車用電動アクチュエータが適用される一例としての位置決め機構を示している。位置決め機構Ｐの一部を構成する電動アクチュエータ１は、ケース２の後部側に設けられた電動モータ３と、ケース２の前部側に設けられ、回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構４と、電動モータ３からの駆動力をボールねじ機構４に伝達遮断可能なクラッチ機構５と、を有する。

ボールねじ機構４は、ボールねじ６に形成されたねじ溝６ａと、ボールねじ６に遊嵌するナット７に形成されたねじ溝（図示せず）間に、複数のボール（図示せず）を介在させている。両ねじ溝によって形成される転送路の両端は循環用部材８によって連結されており、これにより、各ボールは循環する。

ナット７の先端には、ケース２の前端に形成された開口２ａから延出する軸部材９が連結されており、軸部材９には、軸方向に所定の間隔で複数のディテント９ａが形成されている。軸部材９の上方には、ばね１０により該ディテント９ａに対して進出自在に付勢されたピン１１が設けられており、ナット７が軸方向に移動することでピン１１がディテント９ａに進出し、これにより位置決めが行なわれる。

また、ボールねじ６は、ケース２に設けられた内向きフランジ１２にハウジング１３ａを嵌合した軸受部１３によって回転自在に支持されている。

そして、クラッチ機構５は、電動モータ３のモータ軸３ａを入力側、ボールねじ機構４のボールねじ６を出力側として、電動モータ３からの駆動力をボールねじ機構４に伝達遮断するが、電動モータ３が駆動力を発生している時に伝達し、電動モータ３が停止しているときに該伝達を遮断するように構成されている。

具体的に、クラッチ機構５では、図２に示すように、モータ軸３ａの先端に設けられた支持軸２１に弾性部材としてのスプリング２２を介して連結される係合部材である係合爪２３が複数（本実施例では、４つ）設けられている。これら係合爪２３は、スプリング２２によって径方向内向きに付勢された状態で、モータ軸３ａの先端側外周面に形成されたホルダー２４によって支持されている。具体的に、ホルダー２４は、係合爪２３を径方向に進退可能なように収容する貫通凹部２４ａが円周方向に複数設けられており、これら貫通凹部２４ａの中間部には、係合爪２３がモータ停止状態において係止される係止部２４ｂが設けられている。

一方、ボールねじ６の端部には、係合爪と軸方向において重なる位置に円周方向に亘って内歯２５ａが形成された内歯ホルダー２５が取り付けられている。

このように構成されたクラッチ機構５では、電動モータ３の電源がオンされると、モータ軸３ａがホルダー２４と一緒に回転すると共に、係合爪２３は遠心力により弾性部材２２の付勢力に抗して径方向外方に進出して内歯ホルダー２５の内歯２５ａと係合する。これにより、電動モータ３の駆動力がボールねじ機構４に伝達される。一方、電動モータ３の電源がオフとなると、係合爪２３に作用する遠心力が減少し、内歯２５ａとの係合が解除され、ボールねじ機構４への動力の伝達が遮断される。

これにより、ピン１１がディテント９ａの斜面にある状態で電動アクチュエータ１が停止した場合であっても、クラッチ機構５によって電動モータ３によるゴギングトルクの影響を受けずに、ボールねじ機構４単体の逆作動によりナット７が移動し、ピン１１はディテント９ａの底にスムーズに移動することができる。

したがって、本実施形態によれば、電動モータ３と、ボールねじ６及び、複数のボールを介してボールねじ６と螺合するナット７を有するボールねじ機構４と、電動モータ３からの駆動力をボールねじ機構４に伝達遮断可能なクラッチ機構５と、を有する電動アクチュエータ１において、クラッチ機構５は、電動モータ３が駆動力を発生している時に伝達し、電動モータ３が停止しているときに伝達を遮断するので、高精度な制御を行なうことなく、低コストでボールねじ機構４の逆作動を効率的に利用することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る自動車用電動アクチュエータについて、図３を参照して説明する。なお、本実施形態の電動アクチュエータは、クラッチ機構の構成において第１実施形態のものと異なる。このため、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或は簡略化する。

本実施形態のクラッチ機構３０は、慣性力を利用したものであり、モータ軸３ａの周囲には、外周面にＶ溝３１ａが複数形成された慣性体３１が配置されており、慣性体３１はモータ軸３ａに取り付けられたホルダー３２の内径側に位置されている。ホルダー３２には、係合部材である係合爪３３を径方向に進退可能なように収容する貫通凹部３２ａが円周方向に複数設けられており、また、各貫通凹部３２ａの周方向両側には、中間部にて係合爪３３の突起３３ａと係合するスプリング３４が設けられている。これにより、係合爪３３は、モータ停止状態において、スプリング３４によって径方向内向きに付勢されて慣性体３１のＶ溝３１ａに押し付けられた状態で、ホルダー３２の貫通凹部３２ａ内に収容されている。

また、慣性体３１とホルダー３２との間には、慣性体３１の相対回転を規制する回転規制部３６が設けられている。具体的に、慣性体３１の隣り合うＶ溝３１ａ，３１ａ間の少なくとも一箇所には、円周方向に所定の幅を有する凹溝３１ｂが形成され、ホルダー３２の凹溝３１ｂに対応する位置には、この凹溝３１ｂの幅より小さい幅寸法を有する内向き突部３２ｂが形成される。そして、この突部３２ｂが凹溝３１ｂに入り込むことで、慣性体３１が係合爪３３を押し上げるだけ回転するのを許容し、且つ、慣性体３１が回り続けるのを防止している。

一方、ボールねじ６の端部には、係合爪３３と軸方向において重なる位置に円周方向に亘って内歯３５ａが形成された内歯ホルダー３５が取り付けられている。

このように構成されたクラッチ機構３０においては、電動モータ３の電源がオンされると、モータ軸３ａがホルダー３２と一緒に回転すると共に、慣性体３１に慣性力が作用すると、慣性体３１とホルダー３２とが相対回転し、係合爪３３は慣性体３１のＶ溝３１ａの斜面で押し上げられ、スプリング３４の付勢力に抗して径方向外方に進出して内歯ホルダー３５の内歯３５ａと係合する。これにより、電動モータ３の駆動力がボールねじ機構４に伝達される。一方、電動モータ３の電源がオフとなると、慣性体３１に慣性力が作用しなくなり、係合爪３３と内歯３５ａとの係合が解除され、ボールねじ機構４への動力の伝達が遮断される。

これにより、ピン１１がディテント９ａの斜面にある状態で電動アクチュエータ１が停止した場合であっても、クラッチ機構３０によって電動モータ３によるゴギングトルクの影響を受けずに、ボールねじ機構４単体の逆作動によりナット７が移動し、ピン１１はディテント９ａの底にスムーズに移動することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る自動車用電動アクチュエータについて、図４を参照して説明する。なお、本実施形態の電動アクチュエータも、クラッチ機構の構成において第１実施形態のものと異なる。このため、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或は簡略化する。

本実施形態のクラッチ機構４０は、遊星歯車を利用したものであり、モータ軸３ａの先端部外周面に設けられた太陽歯車４１と、太陽歯車４１の外周面に形成された外歯４１ａと噛合し、太陽歯車４１を中心に公転する複数の遊星歯車４２と、内周面に遊星歯車４２と噛合する内歯４３ａを備える外輪歯車４３と、遊星歯車４２をそれぞれ回転可能に支持し、遊星歯車４２の公転に伴って回転する遊星キャリア４４と、この遊星キャリアと一体に回転し、ボールねじ６と連結されたホルダー４５と、を備えている。さらに、クラッチ機構４０は、外輪歯車４３の周囲にソレノイド４６を有しており、ソレノイド４６のプランジャー４７は、通常状態において、スプリング４８によって外輪歯車４３の外周面に形成された外歯４３ｂと係合される。

このように構成されたクラッチ機構４０においては、電動モータ３の電源がオンされると、モータ軸３ａと共に太陽歯車４１が回転すると共に、ソレノイド４６のプランジャー４７と外輪歯車４３とが噛合することで、遊星キャリア４４が公転してボールねじ６が回転する。これにより、電動モータ３の駆動力がボールねじ機構４に伝達される。一方、電動モータ３の電源がオフとなると、それと同時にソレノイド４６に一定時間通電され、プランジャー４７と外歯４３ｂとの噛合が解除されて外輪歯車４３が回転可能となり、ボールねじ機構４への動力の伝達が遮断される。

したがって、ピン１１がディテント９ａの斜面にある状態で電動アクチュエータ１が停止した場合であっても、クラッチ機構４０によって電動モータ３によるゴギングトルクの影響を受けずに、ボールねじ機構４単体の逆作動によりナット７が移動し、ピン１１はディテント９ａの底にスムーズに移動することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本実施形態では、電動モータのモータ軸をクラッチ機構の入力側とし、ボールねじ機構のボールねじをクラッチ機構の出力側としているが、クラッチ機構はこれらと機械的に連結されていればよく、電動モータとボールねじ機構との間にギア等の回転伝達系が介在されてもよいし、また、クラッチ機構が回転伝達系に設けられてもよい。

この場合、回転伝達系の出力軸とボールねじ機構のボールねじとの間にクラッチ機構が設けられることで、電動モータのゴギングトルクに加え、回転伝達系の抵抗の影響を受けることなく、ボールねじ機構単体の逆作動をスムーズに行なうことができる。

また、上記実施形態では、自動車用電動アクチュエータを位置決め機構に適用した例を示したが、これに限定されるものでなく、ボールねじ機構の逆入力を積極的に利用する任意の構成に適用可能である。

本発明の自動車用電動アクチュエータが適用される位置決め機構を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係る自動車用電動アクチュエータのクラッチ機構を示し、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態に係る自動車用電動アクチュエータのクラッチ機構を示し、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態に係る自動車用電動アクチュエータのクラッチ機構を示し、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）はその正面図である。

符号の説明

１ 自動車用電動アクチュエータ
３ 電動モータ
４ ボールねじ機構
５，３０，４０ クラッチ機構
６ ボールねじ
７ ナット
２１ 支持軸
２２，３４ スプリング（弾性部材）
２３，３３ 係合爪（係合部材）
２５，３５ 内歯ホルダー
２５ａ，３５ａ 内歯
３１ 慣性体
３１ａ Ｖ溝（溝）
３２ ホルダー
４１ 太陽歯車
４１ａ 外歯
４２ 遊星歯車
４３ 外輪歯車
４３ａ 内歯
４３ｂ 外歯
４４ 遊星キャリア
４６ ソレノイド
４７ プランジャー

Claims (4)

1. 電動モータと、
   ボールねじ及び、複数のボールを介して前記ボールねじと螺合するナットを有するボールねじ機構と、
   前記電動モータからの駆動力を前記ボールねじ機構に伝達遮断可能なクラッチ機構と、
   を有する自動車用電動アクチュエータであって、
   前記クラッチ機構は、前記電動モータが駆動力を発生している時に伝達し、前記電動モータが停止しているときに該伝達を遮断することを特徴とする自動車用電動アクチュエータ。
2. 前記クラッチ機構は、前記電動モータと共に回転する支持軸と、該支持軸に弾性部材を介して接続され、径方向に進退可能に配置される係合部材と、前記ボールねじと機械的に接続され、内周面に前記係合部材と係合可能な内歯を有する内歯ホルダーと、を備え、
   前記電動モータが駆動力を発生する時、前記係合部材は遠心力の作用により前記内歯ホルダーの内歯と係合することを特徴とする請求項１に記載の自動車用電動アクチュエータ。
3. 前記クラッチ機構は、前記電動モータと共に回転するホルダーと、該ホルダーの内径側で前記ホルダーと相対回転可能に配置される慣性体と、前記ホルダーに取り付けられた弾性部材により径方向内向きに付勢された状態で、前記慣性体に形成された溝内に保持され、径方向に進退可能に配置される係合部材と、前記ボールねじと機械的に接続され、内周面に前記係合部材と係合可能な内歯を有する内歯ホルダーと、を備え、
   前記電動モータが駆動力を発生する時、前記慣性体と前記ホルダーが相対回転することで、前記係合部材は前記内歯ホルダーの内歯と係合することを特徴とする請求項１に記載の自動車用電動アクチュエータ。
4. 前記クラッチ機構は、前記電動モータと機械的に接続される太陽歯車と、該太陽歯車の外周面に形成された外歯と噛合し、前記太陽歯車を中心に公転する複数の遊星歯車と、内周面に前記遊星歯車と噛合する内歯を備える外輪歯車と、前記ボールねじ機構と機械的に接続されると共に、前記遊星歯車をそれぞれ回転可能に支持し、前記遊星歯車の公転に伴って回転する遊星キャリアと、前記外輪歯車の外周面に形成された外歯と係合可能なプランジャーを持ったソレノイドと、を備え、
   前記電動モータが停止すると同時に、前記ソレノイドのプランジャーは前記外輪歯車の外歯と係合することを特徴とする請求項１に記載の自動車用電動アクチュエータ。

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