JP2008175358A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動アクチュエータにおいてモータにかかる負荷を低減することを主な目的とする。
【解決手段】電動アクチュエータは、モータの回転を直線運動に回転させるボールネジ軸６２とスライダ６３とを有し、スライダ６３には、リンクアームが係合される。スライダ６３は、ボールネジ軸６２にネジ係合されるナット部７１と、ダンパー７２と、リンクユニット７３と、ダンパー７４と、エンドプレート７５とが軸線方向に配置され、ボルト７６で締め付けられている。ナット部７１は、軸線方向に延びる円筒部７１Ａを有し、円筒部７１Ａの端面がエンドプレート７５に突き当てられることで、スライダ６３の軸線方向の長さが一定に調整される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動アクチュエータに関する。

電動アクチュエータとしては、例えば、車両の停車時に変速機の出力軸に設けたパーキングギヤにパーキングポールを係合させて駆動輪をロックさせるものがある。このような電動アクチュエータを含む従来のパーキングロック装置としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。このパーキングロック装置は、ディテントプレートの回動によってカムをパーキングポールに押し付けることで、パーキングギヤと噛み合わせている。ディテントプレートは、ディテント溝が刻まれることで山形に形成された位置決め機構部品であり、いずれか１つのディテント溝にディテントスプリングを係合させることで、カムの位置、すなわちパーキングポールの噛み合わせを制御している。駆動輪のロックを解除するときは、ディテントプレートを回動させ、ディテントスプリングをロック用のディテント溝からリリース用のディテント溝に移動させる。カムがパーキングポールから離脱し、パーキングギヤとの噛み合いが解消される。なお、ディテントスプリングは、ディテント溝の谷部分に向けて引き込む弾性力を作用させているので、駆動輪のロックとリリースを切り替えるときには、この弾性力に抗してディテント溝の突部を乗り越えるようにディテントプレートを回動させる必要がある。
特開２０００−７４２１１号公報

ディテントスプリングは、ディテント溝の谷部に引き込まれた状態で安定するように、大きい弾性力で付勢されているので、パーキングギヤをロック又は解除するときには、ディテントスプリングの弾性力に抗してディテント溝間の突部を乗り越えるように操作しなければならず、大きな操作荷重が必要であった。このため、モータの回転軸に大きい負荷が加わって、圧痕や異音、引っ掛かりが発生したり、動作が重くなったりすることがあった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電動アクチュエータにおいてモータにかかる負荷を低減することを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、モータの出力軸に連結される回転軸にスライダが進退自在に取り付けられ、モータの回転を直線運動に変換する変換機構と、前記回転軸に略平行に配置され、進退動作可能なロッドと、前記スライダと前記ロッドに連結可能で、前記回転軸と前記ロッドのそれぞれに略直交する方向に延びるリンクアームとを備え、前記スライダは、前記リンクアームに当接可能なリンクユニットを有し、前記リンクユニットの軸線方向の両端部のそれぞれに衝撃吸収部材を配置したことを特徴とする電動アクチュエータとした。
この電動アクチュエータは、ロッドに作用した外力がリンクアームを介して変換機構に伝達されるときに、衝撃吸収部材が衝撃を吸収して、変換機構の駆動部分などにかかる負担を低減させる。衝撃吸収部材は、軸線方向の両方に配置されているので、スライダがいずれの方向の移動させられる場合でも衝撃を吸収できる。

本発明によれば、スライダの進退方向に、リンクアームを挟むように衝撃吸収部材を配置したので、リンクアームを伝って変換機構に入力される外力を減衰させることができる。変換機構や、モータへの負荷が低減され、圧痕や異音、引っ掛かりの発生などを防止できる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施の形態で、同じ構成要素には同じ符号を付してある。また、各実施の形態で重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１に電動アクチュエータを含むパーキングロック装置の全体構成を示す。パーキングロック装置１は、変速機２のケースに配設されたパーキング機構３と、パーキング機構３を駆動させるための電動アクチュエータ４とを主に含んで構成されている。

パーキング機構３は、変速機２のいずれかの出力軸に固定されたパーキングギヤ１１に噛み合うパーキングポール１２を有する。パーキングポール１２は、基端部が支持軸１３によって変速機２のケースに回動自在に取り付けられている。支持軸１３には、パーキングポール１２をパーキングギヤ１１から離れる方向に付勢するスプリング１４が装着されている。パーキングポール１２は、支持軸１３に支持されている基端部から延びる先端に爪１２Ａが突設されている。この爪１２Ａは、パーキングギヤ１１の外周に等間隔に形成された凹部に係合可能である。さらに、爪１２Ａから支持軸１３に至るまでの間で、爪１２Ａの突設位置と反対側の側部には、カム１５に係合する突部１２Ｂが形成されている。カム１５は、支持軸１６で変速機２に回動自在に取り付けられており、ロッド１７を進退させると、支持軸１６回りに回動する。ロッド１７が引かれたときには、カム１５が突部１２Ｂを押圧してパーキングポール１２をパーキングギヤ１１に噛み合せることができる。ロッド１７が押されたときには、カム１５が突部１２Ｂから離れる。これによって、パーキングポール１２がスプリング１４に付勢されて回動し、爪１２Ａがパーキングギヤ１１から離れる。カム１５の付いたロッド１７の一端部は、ディテントプレート２１に取り付けられている。

ディテントプレート２１は、支持軸２２で変速機２のケースに回動自在に支持されており、ロッド１７が取り付けられた部分を越えて延びており、先端部には２つのディテント溝２３，２４が支持軸２２を中心とする円周方向に並んで凹設されている。いずれか一方のディテント溝２３，２４には、常にディテントスプリング２５が係合されている。カム１５側のディテント溝２３は、パーキング時にディテントスプリング２５が係合される。残りのディテント溝２４は、ドライブ時にディテントスプリング２５が係合される。ディテントプレート２１の支持軸２２は、ステー２６で回転駆動が可能である。ステー２６にはケーブル２７の一端部が取り付けられており、ケーブル２７を進退させることで、ディテントプレート２１を回動させることができる。このケーブル２７の他端部は、電動アクチュエータ４に連結されている。

電動アクチュエータ４は、ケース４１の側方にモータ４２が取り付けられている。モータ４２は、ブラケット４３とヨーク４４の底部４４Ａのそれぞれに圧入されたベアリング４５，４６でアーマチュア４７を回転自在に支持した構成を有し、ヨーク４４の内周には永久磁石４８が複数固定されている。アーマチュア４７の回転軸４９（出力軸）には、コア５０とコンミテータ５１が固定されている。コア５０には、コイル５２が巻装されており、コイル５２の巻線は、コンミテータ５１のセグメント５１Ａに接続されている。セグメント５１Ａは、周方向に複数配設されており、その外周面にブラケット４３側に保持されたブラシ５３が摺接している。ブラシ５３は、ブラケット４３に固定されたブラシホルダ５４に収容されており、スプリング５５でセグメント５１Ａに向けて付勢されている。モータ４２の回転軸４９は、ブラケット４３を通ってケース４１内に突出しており、ジョイント５６を介してボールネジ６１のボールネジ軸６２の一端部に連結されている。

ボールネジ６１は、回転軸となるボールネジ軸６２にスライダ６３をねじ係合させた構成を有し、モータ４２の回転運動をスライダ６３の直線運動に変換する変換機構である。ボールネジ軸６２は、モータ４２の回転軸４９と平行に配置されており、その他端部はベアリング６４を介してケース４１に回転自在に支持されている。ベアリング６４は、ケース４１に圧入されており、外側からプレート６５で閉塞されている。
スライダ６３は、ベアリング６４側から軸線Ｌ１の方向に沿って順番にナット部７１と、衝撃吸収部材であるダンパー７２と、リンクユニット７３と、衝撃吸収部材であるダンパー７４と、エンドプレート７５を有する。ナット部７１は、ボールネジ軸６２にネジ込まれており、他の構成要素はナット部７１に固定されている。

ここで、図３に示すように、ナット部７１は、軸線方向に延びる円筒部７１Ａと、フランジ状に拡径された端部７１Ｂとを有する。そして、端部７１Ｂ側から順番にダンパー７２と、リンクユニット７３と、ダンパー７４とが円筒部７１Ａに通され、円筒部７１Ａの端部にエンドプレート７５が突き当てられている。エンドプレート７５にはネジ孔７５Ａが設けられており、ボルト７６がネジ込まれている。このとき、ダンパー７２，７４が所定の厚さに潰される。これによって、リンクユニット７３は、軸線Ｌ１方向にダンパー７２，７４を介してナット部７１とエンドプレート７５に挟持される。ダンパー７２，７４は、衝撃を吸収するもので、例えば、ウレタンなどの弾性部材から製造されている。ナット部７１の円筒部７１Ａの端面をエンドプレート７５に突き当てることで、端部７１Ｂからエンドプレート７５までの距離が所定値に保たれるので、ダンパー７２，７４の厚さのばらつきが抑えられる。

図４及び図５に示すように、リンクユニット７３は、中央にボールネジ軸６２を通す孔８１が形成されており、この孔８１を囲むようにボルト７６を通す孔８２が複数形成されている。これら孔８１、８２は、リンクユニット７３の軸線Ｌ１の方向の一方の端部７３Ａから他方の端部７３Ｂまで貫通しており、各端部Ａ７３Ａ、７３Ｂの端面には、スライダ６３内での位置決め用の突部７３Ｃが複数突設されている。
リンクユニット７３の外周には、軸線Ｌ１の方向の両端部を残して幅を減少させるように凹部８３が形成されている。凹部８３は、幅方向に略直交する平面８４（摺動面）を有している。また、凹部８３によって幅方向に突出する両端部７３Ａ，７３Ｂの壁部には、互いに対向するように推力伝達部である凸部８６を膨出させてある。凸部８６は、半円形の滑らかなカーブを有し、その頂点が図２に示すように側面視でスライダ６３及びボールネジ軸６２の軸線Ｌ１と略一致させてある。つまり、凸部８６は、ボールネジ軸６２を挟むように一対ずつ設けられており、端部７３Ａ側の２つの凸部８６の頂点と、端部７３Ｂ側の２つの凸部８６の頂点と、ボールネジ６１の軸線Ｌ１とが、平面８４に直交する同一平面状に配置されている。

このようなリンクユニット７３の凹部８３には、リンクアーム９１が挿入される。リンクアーム９１は、ボールネジ軸６２と平行に通されたロッド９２に固定されたボス部９３を有し、ボス部９３からロッド９２と略直交する方向に延びるアーム部９４を有する。図６に示すように、リンクアーム９１は、ボス部９３にロッド９２を通す孔９３Ａが形成されている。アーム部９４は、幅方向に離間して延びる一対のアーム９５を備える略Ｕ字形を有している。アーム９５の配置間隔は、リンクユニット７３の平面８４間の距離に略等しく、アーム９５の軸線方向の厚さは、リンクユニット７３の凸部８６の頂点間の距離に略等しい。このため、アーム９５は、凸部８６に挟まれ、進退方向のそれぞれで１箇所ずつ点接触している。なお、アーム部９４には凹部９４Ａが一箇所形成されている。この凹部９４Ａには、図２に示すスイッチプレート９８がネジで取り付けられる。スイッチプレート９８は、リンクアーム９１と共に軸線方向に移動可能であり、その移動経路上には、リンクアーム９１の位置でパーキングギヤ１１のロックとリリースを検出する接触式のスイッチ（不図示）が配設されている。

ロッド９２は、ケース４１を貫通しており、ケース４１からモータ４２側に突出する端部には、図１に示すケーブル９９を介して手動ロック解除レバー１００が連結されている。ケース４１の反対側に突出するロッド９２の端部は、図１に示すケーブル２７が連結される。このロッド９２は、ケース４１内でリンクアーム９１を挟むように２箇所でベアリング１０１によって軸線方向に移動自在に支持されている。各ベアリング１０１の外側には、オイルシール１０２が設けられており、ケース４１の内部にオイルや異物などが進入しないようにしてある。なお、ケース４１内には、ボールネジ６１、リンクアーム９１、スイッチプレート９８、ロッド９２が駆動するのに十分なスペースが形成されている。

次に、この実施の形態の作用について図１から図６を参照して説明する。
車両を駐車させる場合など、運転者がシフトレバーや、シフトチェンジ用のスイッチなどを操作してパーキングに切り替えると、パーキングロック装置１が駆動輪をロックする。この際、電動アクチュエータ４には、シフト装置１１０に設けられたセンサ１１１からモータ４２のドライバ回路１１２に対して駆動指令が入力される。ドライバ回路１１２は、モータ４２を予め定められた方向に所定量だけ回転させる。モータ４２の回転軸４９に連結されたボールネジ軸６２が回転させられ、ボールネジ軸６２に装着されているスライダ６３が軸線方向に直線的に移動する。スライダ６３のリンクユニット７３には、凸部８６の頂点を介してリンクアーム９１の一対のアーム９５が点接触しており、この点を介して推力がリンクアーム９５に伝達される。凸部８６は、ボールネジ６１の軸線Ｌ１を通り、リンクアーム９１の長さ方向に直交する平面上で、かつ軸線Ｌ１を跨ぐように対になって配置されているので、リンクアーム９１に均等に荷重がかかる。

その結果、リンクアーム９１が固定されているロッド９２がスライダ６３と同じ方向に、同じ距離だけ移動する。例えば、ロッド９２がモータ４２の取り付け位置と反対側のロック方向に押し込まれたときには、ケーブル２７を介して連結されているディテントプレート２１が回転し、ディテントスプリング２５がパーキングの位置に設けられたディテント溝２３に係合する。この際に、ロッド１７が引っ張られてカム１５がパーキングポール１２を押圧して爪１２Ａをパーキングギヤ１１の凹部に噛み合させる。これによって、変速機２の出力軸がロックされるので、駆動輪が確実に停止する。

これに対して、運転者がシフトレバーや、シフトチェンジ用のスイッチなどを操作してドライブに切り替えて駆動輪のロックを解除するときは、シフト装置１１０の駆動指令を受けたドライバ回路１１２がロック時と反対方向にモータ４２を回転させる。スライダ６３の軸線Ｌ１と同じ位置で凸部８６と点接触するリンクアーム９１が移動してロッド９２が引き戻される。ディテントプレート２１が回動してドライブの位置に設けられたディテント溝２４にディテントスプリング２５が係合する。カム１５がパーキングポール１２から離れ、爪１２Ａとパーキングギヤ１１の噛み合いが解消される。これによって、変速機２の出力軸がフリーになるので、駆動輪を駆動できるようになる。

ここで、手動でロック状態を解除するときは、手動ロック解除レバー１００を手動で引いてロッド９２をケース４１に対して引き戻す。電動でロックを解除する場合と同様にしてパーキングポール１２の爪１２Ａとパーキングギヤ１１の噛み合いが解消されて、駆動輪を動かすことができるようになる。このとき、ディテント溝２３とディテント溝２４の間の突部を越えてディテントスプリング２５がディテント溝２４側に侵入すると、ロッド９２はディテント溝２４の最も低い位置にディテントスプリング２５が収まるときの引き込み荷重によって押し戻される。これによって、ロッド９２が押し込まれる。このとき、リンクアーム９１を介してスライダ６３に外力が加わるが、ダンパー７４が衝撃を吸収することで、ボールネジ軸６２及びモータ４２にかかる負荷が低減される。

手動でロックするときは、手動ロック解除レバー１００を操作してロッド９２を押し込み、パーキングポール１２の爪１２Ａをパーキングギヤ１１に噛み合わせる。このとき、ディテント溝２３とディテント溝２４の間の突部を越えてディテントスプリング２５がディテント溝２３側に侵入するときの引き込み荷重が発生する。この引き込み荷重は、リンクアーム９１を介してスライダ６３に伝達されるが、ダンパー７２が衝撃を吸収することで、ボールネジ軸６２及びモータ４２にかかる負荷が低減される。

なお、手動操作時にロッド９２を進退させるために必要な荷重Ｆは、Ｆ＝２π×Ｔ／（Ｌ×η）から算出できる。Ｔは駆動トルクで、モータ４２の駆動トルクとボールネジ６１の駆動トルクと、その他ロストルクの和である。Ｌはボールネジ６１のリードで、ηはボールネジ６１の逆効率である。この実施の形態では、リードＬが２．５ｍｍで与圧のないボールネジ６１を使用することで必要な荷重Ｆを低減させている。なお、リードＬは、１〜１０ｍｍの範囲であれば、手動操作時の荷重低減が図れた。ボールネジ６１の与圧は、軸方向の隙間が０〜０．０２ｍｍの間であれば、手動操作時の荷重低減が図れた。

この実施の形態によれば、軸線方向にリンクアーム９１を挟むようにダンパー７２，７４を設けたので、リンクアーム９１を通してボールネジ６１に入力される外力を減衰させることができる。これによって、ボールネジ６１やモータ４２にかかる負荷を低減させることができ、圧痕や異音の発生、引っ掛かりなどを防止できる。
また、円筒部７１Ａの端面をエンドプレート７５に突き当てることで、端部７１Ｂからエンドプレート７５までの距離が所定値に保たれるので、ダンパー７２，７４が一定に位置に配置され、かつ厚さが略一定になる。減衰率をコントロールでき、安定した減衰特性が得られる。

（第２の実施の形態）
図７に示すように、ボールネジ６１のスライダ６１は、ナット部７１と、ダンパー７２と、リンクユニット７３と、ダンパー７４と、エンドプレート７５とが軸線方向に沿って順番に配置され、段付きボルト１２１で固定されている。ナット部７１の円筒部７１Ａは、エンドプレート７５に形成された孔を貫通してモータ４２側に突出している。段付きボルト１２１の先端のネジ部分は、エンドプレート７５のネジ孔７５Ａにネジ込まれ、段部の端面１２１Ａがプレート７５に突き当てられる。段付きボルト１２１で締め付けることで、ダンパー７２，７４が所定の厚さに潰され、リンクユニット７３が軸線方向でダンパー７２，７４を介してナット部７１とエンドプレート７５に挟持される。

この実施の形態では、段付きボルト１２１をプレート７５に付き当てて使用することで、ナット部７１からプレート７５までの距離が一定に保たれる。ダンパー７２，７４が一定に位置に配置され、かつ厚さが略一定になって、安定した減衰特性が得られる。ダンパー７２，７４の厚さは、段付きボルト１２１の長さで決まるので、ナット部７１の円筒部７１Ａに高い寸法精度が不要になり、製造が容易になる。ダンパー７２，７４を有する効果は、第１の実施の形態と同様である。

ここで、段付きボルト１２１の代わりに、ボルト７６（図３参照）と、ボルト７６のネジ部を挿入可能なカラーとを使用しても良い。カラーの端面をナット部７１とプレート７５のそれぞれに突き当てることでナット部７１からプレート７５までの距離が一定に保たれるので、ダンパー７２，７４の減衰特性を一定にできる。

なお、本発明は、前記した各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、リンクユニット７３の凸部８６間の距離をリンクアーム９１の厚さより大きくしてクリアランスを形成しても良い。クリアランスをディテント溝２３，２４間でディテントスプリング２５を移動させるときの荷重のピークを越える距離に設定すると、手動時の操作荷重を低減できる。
電動アクチュエータ４は、パーキングロック装置１に限定されず、電動及び手動でワイヤを押し引きする他の用途に用いても良い。

本発明の実施の形態に係るパーキングロック装置の電動アクチュエータを含むシステムの概略を示す図である。 電動アクチュエータの構成を示す図であって、側部を断面にした図である。 ボールネジのスライダの構成を示す図であって、一部を破断した図である。 リンクユニットの側面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 リンクアームの構成と、リンクアームにリンクユニットを挿入させた状態を示す図である。 段付きボルトを使用した場合を示す図である。

符号の説明

１ パーキングロック装置
４ 電動アクチュエータ
１１ パーキングギヤ
１２ パーキングポール
４２ モータ
４９ 回転軸（出力軸）
６１ ボールネジ（変換機構）
６２ ボールネジ軸
６３ スライダ
７１ ナット部
７１Ａ 円筒部
７２，７４ ダンパー（衝撃吸収部材）
７３ リンクユニット
７５ エンドプレート
７６ ボルト
９１ リンクアーム
９２ ロッド
１２１ 段付きボルト
１２１Ａ 端面

Claims (1)

1. モータの出力軸に連結される回転軸にスライダが進退自在に取り付けられ、モータの回転を直線運動に変換する変換機構と、
   前記回転軸に略平行に配置され、進退動作可能なロッドと、
   前記スライダと前記ロッドに連結可能で、前記回転軸と前記ロッドのそれぞれに略直交する方向に延びるリンクアームとを備え、前記スライダは、前記リンクアームに当接可能なリンクユニットを有し、前記リンクユニットの軸線方向の両端部のそれぞれに衝撃吸収部材を配置したことを特徴とする電動アクチュエータ。

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