JP2011047448A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの消費電力を低減させると共に、従動側からの反力に対して定位置保持が可能な電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】ボールねじ６が、ハウジング２に対して一対の転がり軸受１８、１９を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたナット１５と、回転不可で、軸方向に相対移動可能に配設されたねじ軸１４とを備え、電動モータ３の回転運動をねじ軸１４の軸方向の直線運動に変換すると共に、電動モータ３に回転軸８が結合され、この回転軸８とナット１５との間に２列の歯車列から構成された減速機構２３が配設され、回転軸８側の歯車１９、１１が、互いのロック作動方向が相対する関係に配置されたシェル形の一方向クラッチ１２、１３を介して回転軸８に固定されると共に、減速機構２３に中間歯車２８、３０が配設され、この中間歯車２８、３０に電磁クラッチ３１、３２が連結されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用されるボールねじを備えた電動アクチュエータ、詳しくは、電動モータからの回転入力をボールねじを介して出力軸の直線運動に変換する電動アクチュエータに関するものである。

各種駆動部に使用される電動アクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。

自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等、近年の電動化により、従来の油圧駆動式の直動機構に代わり、電動モータで駆動する電動アクチュエータが広く使用されてきている。これらの電動アクチュエータは、小型化や消費電力の少ないことが要求されるため、より効率的な電動アクチュエータとしてボールねじが採用されるようになってきた。

例えば、自動車のパワーウィンドウ等には、電動アクチュエータを組み込んで電動モータを駆動源としてウィンドウの開閉を自在としており、このような電動アクチュエータには、電動モータの回転運動を出力軸の軸方向運動に変換する機能および電動モータの停止時に出力軸が回転しないようにする機能が必要となる。

こうした従動側からの逆回転トルクを保持することができる電動アクチュエータとして、図６および図７に示すようなものが知られている。この電動アクチュエータ５０は、ねじ軸５１に多数のボール５２を介してナット５３が螺合されてナット５３が回転部とされると共に、ねじ軸５１が軸方向運動する出力部とされたボールねじ５４と、このボールねじ５４のナット５３に回転力を伝達する電動モータ５５と、ナット５３の正回転方向のみ回転可能とされてナット５３と略同心に配置された一方向クラッチ５６付きのスラストスリーブ（回転体）５７と、一方向クラッチ付きスラストスリーブ５７とナット５３との間に介装された摩擦材５８とを備えている。

この摩擦材５８は、ナット５３の停止時にナット５３に対して従動側からねじ軸５１を介して逆回転方向のトルクが作用した際に、一方向クラッチ５６の逆回転方向のロック機能と共働してナット５３に従動側からの逆回転方向トルクに対する摩擦力による制動トルクを発生させる

電動モータ５５は、ハウジングＨの内周面に固定されたステータ５９と、このステータ５９に対向配置されたロータ６０とを備えており、ロータ６０の回転軸６１は、玉軸受６２、６３によって回転可能に支持されている。この回転軸６１にはボールねじ５４のねじ軸５１が軸方向に移動自在に内挿されており、ねじ軸５１の電動モータ５５から離間する側の端部には出力軸６４が同心に軸方向に延設されている。

ボールねじ５４のナット５３にはメインスリーブ６５が外嵌固定されており、メインスリーブ６５は回転軸６１にキー６６により連結され、電動モータ５５の回転力がナット５３に伝達されるようになっている。

メインスリーブ６５は、ナット５３に外嵌固定される大径筒部６７と小径筒部６８を備え、この小径筒部６８の端部はニードル軸受６９によって回転可能に支持されると共に、小径筒部６８内に出力軸６４が挿通配置されている。

メインスリーブ６５の小径筒部６８には摩擦材５８を介して一方向クラッチ５６付きスラストスリーブ５７が外嵌されている。摩擦材５８は、スラストスリーブ６５の内周部に嵌合固定された状態で小径筒部６８に外挿された円筒部７０と、この円筒部７０から径方向外方に延びるフランジ部７１とを備えている。フランジ部７１は、大径筒部６７とスラストスリーブ６５との各端面間に挟持ざれ、この挟持力に応じた摩擦力が制動トルクとしてメインスリーブ６５を介してナット５３に付与される。

スラストスリーブ６５の端部はスラスト軸受７２によって回転可能に支持されると共に、スラストスリーブ６５の外周面にはナット５３の正回転方向のみの回転を許容する一方向クラッチ５６が配設されている。

ここで、スイッチをＯＮにすると電動モータ５５が駆動され、その回転力が回転軸６１およびメインスリーブ６５を介してナット５３に伝達されると共に、このナット５３の回転によりねじ軸５１が軸方向に移動し、ウィンドウが開閉動作する。また、スイッチをＯＦＦすると、電動モータ５５の駆動が停止してナット５３の回転が停止し、ウィンドウの開閉動作が中断される。

この時、ナット５３に従動側からねじ軸５１を介して逆回転方向のトルクが作用し、逆回転方向のトルクに対して摩擦材５８のフランジ部７１が一方向クラッチ５６の逆回転方向のロック機能と共働して摩擦力による制動トルクを発生させる。また、自重によりウィンドウが下がる方向の荷重による逆作動回転方向に一方向クラッチ５６がロックし、制動力を発生する。したがって、スイッチをＯＦＦにした後もウィンドウが動くことはなくなり、バッテリーの消費を抑えることができる。

この摩擦材５８による制動トルクを従動側からの逆回転方向トルクより小さくし、摩擦材５８による制動トルクと電動モータ５５の起動トルクやフリクショントルク等を合わせたトルクによって従動側からの逆回転方向トルクを保持するようにしているため、摩擦材５８の摩擦係数を低くすることができ、摩擦材５８に求められる条件が緩和されて低コスト化を図ることができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１５６６３６号公報

こうしたパワーウィンドウ等に使用される従来の電動アクチュエータ５０では、応答性と制動力の両立が必要となる。ここで、ボールねじ５４のリードを大きくすれば応答性は向上するが、高出力の電動モータ５５が必要となって電動アクチュエータ５０の省電力化や小型化が難しくなる。また、電動モータ５５の出力面から考えると、ボールねじ５４のリードを小さくし、減速機構等を用いて電動モータ５５の回転トルクを増幅させて大きな制動力を得ることが望ましい。然しながら、こうした応答性と制動力の両立は非常に難しい課題であった。

本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電動モータの消費電力を低減させると共に、従動側からの反力に対して定位置保持が可能な電動アクチュエータを提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を出力部の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじが、内周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して一対の転がり軸受を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝と、一端部に前記出力部が形成され、前記ナットに対して相対回転不可で、軸方向に相対移動可能に配設されたねじ軸と、前記両ねじ溝によって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボールとで構成され、前記電動モータの回転運動を前記ねじ軸の軸方向の直線運動に変換すると共に、前記電動モータにトルク伝達可能に回転軸が結合され、この回転軸と前記ナットとの間に前記減速機構が配設され、この減速機構が２列の歯車列から構成され、当該２列の歯車のうち前記回転軸側の歯車が、互いのロック作動方向が相対する関係に配置された一方向クラッチを介して前記回転軸に固定されている。

このように、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を出力部の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備えた電動アクチュエータにおいて、ボールねじが、内周に螺旋状のねじ溝が形成され、ハウジングに対して一対の転がり軸受を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝と、一端部に出力部が形成され、ナットに対して相対回転不可で、軸方向に相対移動可能に配設されたねじ軸と、両ねじ溝によって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボールとで構成され、電動モータの回転運動をねじ軸の軸方向の直線運動に変換すると共に、電動モータにトルク伝達可能に回転軸が結合され、この回転軸とナットとの間に減速機構が配設され、この減速機構が２列の歯車列から構成され、当該２列の歯車のうち回転軸側の歯車が、互いのロック作動方向が相対する関係に配置された一方向クラッチを介して回転軸に固定されているので、運転中にねじ軸に反力が加わり、その軸方向荷重が、ボールねじによってナットの回転トルクに変換されるようなことがあっても、一方向クラッチにより動力循環が生じてナットの回転運動を阻止することができ、電動モータにまで回転トルクが伝達されることはない。したがって、電動モータの消費電力を低減させると共に、従動側からの反力に対して定位置保持が可能な電動アクチュエータを提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記一方向クラッチが、内周にカム面を有し、１枚の鋼板を深絞り加工によって円筒形に形成され、前記歯車に内嵌された外輪と、前記外輪と回転軸間に転動自在に収容されて係脱される複数の針状ころとを備えたシェル形の一方向クラッチで構成されていれば、断面高さを低く抑えることができ、また、断面高さの割にトルク容量が高く設定することができるので、低コストで、アクチュエータのコンパクト化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記回転軸とねじ軸が平行に配設されていれば、減速機構を平歯車からなる歯車列で構成でき、低コストで小型化を図った電動アクチュエータを提供することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記モータ軸とボールねじとの間に前記減速機構の２方向の作動方向を切り換えるクラッチが配設されていれば、ナットの回転運動が電動モータに伝達されないように歯車を空転させ、一方向クラッチにより生じる動力循環を解除することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記減速機構に中間歯車が配設され、この中間歯車に前記クラッチが連結されていれば、ナットの回転運動が電動モータに伝達されないように中間歯車を空転させ、一方向クラッチにより生じる動力循環を解除することができる。

好ましくは、請求項６に記載の発明のように、前記クラッチが電磁クラッチであれば、電気信号によって容易にロックオン、オフを切り換えることができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記クラッチが機械式のクラッチであれば、中間歯車に直接装着することができ、アクチュエータのコンパクト化を図ることができる。

また、請求項８に記載の発明のように、前記２列の歯車列が減速比の大小が異なるものに設定されていれば、電動モータのＣＷおよびＣＣＷの回転において、電動アクチュエータの移動速度が異なる構造とすることができ、例えば、ブレーキ側のみ高応答に作動可能となり、高出力の電動モータを使用する必要がなく、電動アクチュエータの省電力化や小型化を達成することができる。

また、請求項９に記載の発明のように、前記２列の歯車のうち前記ナット側の歯車の少なくとも一方の歯車が、当該ナットの外周に一体に形成されていれば、電動アクチュエータの小型化を図ることができる。

また、請求項１０に記載の発明のように、前記ねじ軸とナットのねじ溝が、その断面が前記ボールの半径よりも僅かに大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたサーキュラアーク形状であれば、ボールとの接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるので、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。

本発明に係る電動アクチュエータは、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を出力部の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじが、内周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して一対の転がり軸受を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝と、一端部に前記出力部が形成され、前記ナットに対して相対回転不可で、軸方向に相対移動可能に配設されたねじ軸と、前記両ねじ溝によって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボールとで構成され、前記電動モータの回転運動を前記ねじ軸の軸方向の直線運動に変換すると共に、前記電動モータにトルク伝達可能に回転軸が結合され、この回転軸と前記ナットとの間に前記減速機構が配設され、この減速機構が２列の歯車列から構成され、当該２列の歯車のうち前記回転軸側の歯車が、互いのロック作動方向が相対する関係に配置された一方向クラッチを介して前記回転軸に固定されているので、運転中にねじ軸に反力が加わり、その軸方向荷重が、ボールねじによってナットの回転トルクに変換されるようなことがあっても、一方向クラッチにより動力循環が生じてナットの回転運動を阻止することができ、電動モータにまで回転トルクが伝達されることはない。したがって、電動モータの消費電力を低減させると共に、従動側からの反力に対して定位置保持が可能な電動アクチュエータを提供することができる。

本発明に係る電動アクチュエータの第１の実施形態を示す縦断面図で、電動モータが反時計回りに回転した場合の動力循環を示している。 同上、電動モータが時計回りに回転した場合の動力循環を示している。 図１、図２のボールねじを示す断面図である。 本発明に係る電動アクチュエータの第２の実施形態を示す模式図で、電動モータが反時計回りに回転した場合の動力循環を示している。 同上、電動モータが時計回りに回転した場合の動力循環を示している。 従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面図である。

ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を出力部の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備えた電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじが、内周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して一対の転がり軸受を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝と、一端部に前記出力部が形成され、前記ナットに対して相対回転不可で、軸方向に相対移動可能に配設されたねじ軸と、前記両ねじ溝によって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボールとで構成され、前記電動モータの回転運動を前記ねじ軸の軸方向の直線運動に変換すると共に、前記電動モータにトルク伝達可能に回転軸が結合され、この回転軸と前記ナットとの間に前記減速機構が配設され、この減速機構が２列の歯車列から構成され、当該２列の歯車のうち前記回転軸側の歯車が、互いのロック作動方向が相対する関係に配置されたシェル形の一方向クラッチを介して前記回転軸に固定されると共に、前記減速機構に中間歯車が配設され、この中間歯車に電磁クラッチが連結されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動アクチュエータの第１の実施形態を示す縦断面図で、電動モータが反時計回りに回転した場合の動力循環を示している。図２は、同上、電動モータが時計回りに回転した場合の動力循環を示している。図３は、図１、図２のボールねじを示す断面図である。

この電動アクチュエータ１は、踏面式ブレーキ装置のアクチュエータとして使用され、ハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータ３と、この電動モータ３の回転力をモータ軸３ａを介して伝達する複数の平歯車からなる減速機構４と、この減速機構４を介して電動モータ３の回転運動を出力部５の軸方向の直線運動に変換するボールねじ６とを備えている。

モータ軸３ａにはセレーション７によりトルク伝達可能に回転軸８が外嵌されている。この回転軸８は、大径円筒部８ａと小径円筒部８ｂとからなり、深溝玉軸受からなる支持軸受９によって回転自在に支承されている。そして、回転軸８の大径円筒部８ａと小径円筒部８ｂには、平歯車１０、１１が一方向クラッチ１２、１３を介して装着されている。

なお、これらの一方向クラッチ１２、１３は、内周にカム面を有する外輪が１枚の鋼板を深絞り加工によって円筒形に形成され、平歯車１０、１１に内嵌されると共に、外輪と回転軸８間に転動自在に収容されて係脱させる複数の針状ころとを備えた、所謂シェル形の一方向クラッチで構成され、互いのロック作動方向が相対する関係になるように配置されている。このシェル形の一方向クラッチ１２、１３を使用することにより、断面高さを低く抑えることができ、また、断面高さの割にトルク容量が高く設定することができるので、低コストで、アクチュエータのコンパクト化を図ることができる。

ボールねじ６は、図３に拡大して示すように、外周に螺旋状のねじ溝１４ａが形成されたねじ軸１４と、このねじ軸１４のねじ溝１４ａに対向し、内周に螺旋状のねじ溝１５ａが形成されたナット１５と、両ねじ溝１４ａ、１５ａによって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボール１６とで構成されている。ねじ軸１４およびナット１５のねじ溝１４ａ、１５ａは、その断面がボール１６の半径よりも僅かに大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたサーキュラアーク形状であっても良いし、また、ボール１６の半径よりも僅かに大きい単一の曲率半径からなるサーキュラアーク形状であっても良いが、ここではボール１６との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。

図１に示すように、ナット１５は、ハウジング２に対して、深溝玉軸受からなる一対の支持軸受１８、１９によって回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されている。そして、外周に前述した平歯車１０に噛合する平歯車２０が一体に形成されると共に、平歯車１１に噛合する平歯車２１が圧入固定されている。

一方、ねじ軸１４は、その先端部にブレーキ機構（図示せず）に連結される出力部５が一体に設けられ、ナット１５に対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。そして、ハウジング２と出力部５に固定されたブーツ２２によってハウジング２の内部に封入された潤滑剤の漏洩と、外部から内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

ここで、図１に示す電動モータ３が反時計回り（以下、ＣＣＷと言う）に回転した場合、反電動モータ３側の歯車列（図中右側）１１、２１が駆動側になるように設定されている。すなわち、回転軸８がＣＣＷの場合、大径円筒部８ａ側の一方向クラッチ１２が空転（ＦＲＥＥ）となると共に、小径円筒部８ｂ側の一方向クラッチ１３がロック（ＬＯＣＫ）するように配設されている。

電動モータ３の回転力は、図中一点鎖線の矢印にて示すように、一方向クラッチ１３を介して平歯車１１、２１に伝達され、ボールねじ６のナット１５は時計回り（以下、ＣＷと言う）の回転となり、電動モータ３側の歯車列（図中左側）１０、２０により、動力は一方向クラッチ１２にＣＣＷにて入力される。この時、一方向クラッチ１２はロックする方向に回転させられるため、動力循環が生じ、回転軸８および平歯車１０、１１が回転不能となる。

こうした構成を採用することにより、運転中にねじ軸１４に反力（外力）が加わり、その軸方向荷重が、ボールねじ６によってナット１５の回転トルクに変換されるようなことがあっても、一方向クラッチ１３により動力循環が生じてナット１５の回転運動を阻止することができ、電動モータ３にまで回転トルクが伝達されることはない。したがって、電動モータ３の消費電力を低減させると共に、従動側からの反力に対して定位置保持が可能な電動アクチュエータ１を提供することができる。

一方、図２に示す電動モータ３がＣＷに回転した場合、電動モータ３側の歯車列（図中左側）１０、２０が駆動側になるように設定されている。すなわち、回転軸８がＣＷの場合、小径円筒部８ｂ側の一方向クラッチ１３が空転（ＦＲＥＥ）となると共に、大径円筒部８ａ側の一方向クラッチ１２がロック（ＬＯＣＫ）するように配設されている。

電動モータ３の回転力は、図中一点鎖線の矢印にて示すように、一方向クラッチ１２を介して平歯車１０、２０に伝達され、ボールねじ６のナット１５はＣＣＷの回転となり、反電動モータ３側の歯車列（図中右側）１１、２１により、動力は一方向クラッチ１３にＣＷにて入力される。この時、一方向クラッチ１３はロックする方向に回転させられるため、動力循環が生じ、回転軸８および平歯車１０、１１が回転不能となる。したがって、運転中にねじ軸１４に反力が加わり、その軸方向荷重が、ボールねじ６によってナット１５の回転トルクに変換されるようなことがあっても、このナット１５の回転運動を阻止することができ、電動モータ３にまで回転トルクが伝達されることはない。

このうした構成を採用することにより、電動モータ３のＣＣＷ、ＣＷ（両方向回転）で回転不能となり、保持力を発生させることができる。踏面式ブレーキ装置のブレーキディスクを押圧する際、高出力の電動モータ３を使用する必要がなく、電動モータ３の消費電力を低減させると共に、一方向クラッチ１２、１３の機能を利用するため、いずれか一方に回転信号を付与するだけで動力循環を解除することができる。

図４は、本発明に係る電動アクチュエータの第２の実施形態を示す模式図で、電動モータがＣＣＷに回転した場合の動力循環を示している。図５は、同上、電動モータがＣＷに回転した場合の動力循環を示している。なお、この実施形態は、前述した第１の実施形態と基本的には動力循環を解除する解除機構が付加されただけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図４に示す電動アクチュエータは、電動モータ３と、この電動モータ３の回転力を伝達する複数の平歯車からなる減速機構２３と、この減速機構２３を介して電動モータ３の回転運動を出力部５の軸方向の直線運動に変換するボールねじ６と、動力循環解除機構２４とを備えている。

モータ軸３ａにはカップリング１７を介してトルク伝達可能に回転軸８が連結されている。この回転軸８は、支持軸受９、９’によって回転自在に支承されている。そして、回転軸８には、一方向クラッチ１２、１３を介して平歯車１０、１１がそれぞれ装着されている。

ナット１５は、一対の支持軸受１８、１９によって回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持され、外周に後述する中間歯車２８に噛合する平歯車２０が一体に形成されると共に、中間歯車３０に噛合する平歯車２１が圧入固定されている。一方、ねじ軸１４は、その先端部に出力部５が一体に設けられ、ナット１５に対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。

ここで、本実施形態では、平歯車１０、１１とボールねじ６との間に中間歯車軸２５、２６が配設されている。電動モータ３側の中間歯車軸２５には、前述した平歯車１０に噛合する中間歯車２７と、ナット１５に形成された平歯車２０に噛合する中間歯車２８が装着されている。また、反電動モータ３側の中間歯車軸２６には、前述した平歯車１１に噛合する中間歯車２９と、ナット１５に圧入固定された平歯車２１に噛合する中間歯車３０が装着されている。

中間歯車軸２５、２６には電磁クラッチ３１、３２が配設され、回転軸８とボールねじ６との回転力伝達を制御している。すなわち、電磁クラッチ３１、３２は、中間歯車２８、３０にそれぞれ連結され、電動モータ３の回転力を中間歯車３０と平歯車２１を介してナット１５に伝達すると共に、運転中にねじ軸１４に反力が加わり、その軸方向荷重が、ボールねじ６によってナット１５の回転トルクに変換された場合、ナット１５の回転運動が中間歯車軸２５を介して電動モータ３に伝達されないように中間歯車２８を空転させる。

具体的には、電動モータ３がＣＣＷに回転した場合、反電動モータ３側の歯車列（図中右側）１１、２９、３０、２１が駆動側になるように設定されている。すなわち、回転軸８がＣＣＷの場合、一方向クラッチ１２が空転（ＦＲＥＥ）となると共に、他方の一方向クラッチ１３がロック（ＬＯＣＫ）するように配設され、電動モータ３の回転力は、図中一点鎖線の矢印にて示すように、一方向クラッチ１３を介して平歯車１１、２９、３０、２１に伝達され、ボールねじ６のナット１５はＣＣＷの回転となる。この時、電動モータ３側の歯車列（図中左側）１０、２７、２８、２０のうち中間歯車２８はナット１５に形成された平歯車２０と噛合状態にあるが、電磁クラッチ３２により中間歯車２８が切り離されて空転し、動力は一方向クラッチ１２に入力されず、一方向クラッチ１３のみが作動して動力循環は生じない。

一方、図５に示す電動モータ３がＣＷに回転した場合、電動モータ３側の歯車列（図中左側）１０、２７、２８、２０が駆動側になるように設定されている。すなわち、回転軸８がＣＷの場合、一方向クラッチ１３が空転（ＦＲＥＥ）となると共に、他方の一方向クラッチ１２がロック（ＬＯＣＫ）するように配設されている。

電動モータ３の回転力は、図中一点鎖線の矢印にて示すように、一方向クラッチ１２を介して平歯車１０、２７、２８、２０に伝達され、ボールねじ６のナット１５はＣＷの回転となり、反電動モータ３側の歯車列（図中右側）２１、３０、２９、１１により、動力は一方向クラッチ１３にＣＷにて入力される。この時、反電動モータ３側の歯車列（図中右側）１１、２９、３０、２１のうち中間歯車３０はナット１５に形成された平歯車２１と噛合状態にあるが、電磁クラッチ３１により中間歯車３０が切り離され空転し、動力は一方向クラッチ１３に入力されず、一方向クラッチ１２のみが作動して動力循環は生じない。

なお、動力循環を解除する機構は、電気信号により容易にロックオン、オフが切り換えられる電磁クラッチ３１、３２が好ましいが、この電磁クラッチ３１、３２に限らず、例えば、ドグクラッチや二方向クラッチのような機械式のクラッチであっても良い。これにより、中間歯車軸２５、２６の中間歯車２８、３０に装着することができ、アクチュエータのコンパクト化を図ることができる。

ここでは、互いの歯車列はそれぞれ減速比の大小が異なるものが設定され、電動モータ３のＣＷおよびＣＣＷの回転において、電動アクチュエータの移動速度が異なる構造とすることができる。すなわち、この種の電動アクチュエータでは、応答性が求められるのはブレーキ力を発生させる側であって、ブレーキを解除する側の作動については低応答性であっても良い。したがって、本実施形態では、ブレーキ側のみ高応答に作動可能であるので、高出力の電動モータ３を使用する必要がなく、電動アクチュエータの省電力化や小型化を達成することができる。なお、減速機構に適用される歯車は平歯車以外に遊星歯車であっても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る電動アクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力をボールねじを介して出力軸の直線運動に変換するボールねじを備えた電動アクチュエータに適用できる。

１ 電動アクチュエータ
２ ハウジング
３ 電動モータ
３ａ モータ軸
４、２３ 減速機構
５ 出力部
６ ボールねじ
７ セレーション
８ 回転軸
９、９’、１８、１９ 支持軸受
１０、１１、２０、２１ 平歯車
１２、１３ 一方向クラッチ
１４ ねじ軸
１４ａ、１５ａ ねじ溝
１５ ナット
１６ ボール
１７ カップリング
２２ ブーツ
２４ 動力循環解除機構
２５、２６ 中間歯車軸
２７、２８、２９、３０ 中間歯車
３１、３２ 電磁クラッチ
５０ 電動アクチュエータ
５１ ねじ軸
５２ ボール
５３ ナット
５４ ボールねじ
５５ 電動モータ
５６ 一方向クラッチ
５７ スラストスリーブ
５８ 摩擦材
５９ ステータ
６０ ロータ
６１ 回転軸
６２、６３ 玉軸受
６４ 出力軸
６５ メインスリーブ
６６ キー
６７ 大径筒部
６８ 小径筒部
６９ ニードル軸受
７０ 円筒部
７１ フランジ部
７２ スラスト軸受
Ｈ ハウジング

Claims (10)

1. ハウジングに取り付けられた電動モータと、
   この電動モータの回転力を伝達する減速機構と、
   この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を出力部の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備えた電動アクチュエータにおいて、
   前記ボールねじが、内周に螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して一対の転がり軸受を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝と、一端部に前記出力部が形成され、前記ナットに対して相対回転不可で、軸方向に相対移動可能に配設されたねじ軸と、前記両ねじ溝によって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボールとで構成され、前記電動モータの回転運動を前記ねじ軸の軸方向の直線運動に変換すると共に、
   前記電動モータにトルク伝達可能に回転軸が結合され、この回転軸と前記ナットとの間に前記減速機構が配設され、この減速機構が２列の歯車列から構成され、当該２列の歯車のうち前記回転軸側の歯車が、互いのロック作動方向が相対する関係に配置された一方向クラッチを介して前記回転軸に固定されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記一方向クラッチが、内周にカム面を有し、１枚の鋼板を深絞り加工によって円筒形に形成され、前記歯車に内嵌された外輪と、前記外輪と回転軸間に転動自在に収容されて係脱される複数の針状ころとを備えたシェル形の一方向クラッチで構成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記回転軸とねじ軸が平行に配設されている請求項１または２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記モータ軸とボールねじとの間に前記減速機構の２方向の作動方向を切り換えるクラッチが配設されている請求項１乃至３いずれかに記載の電動アクチュエータ。
5. 前記減速機構に中間歯車が配設され、この中間歯車に前記クラッチが連結されている請求項４に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記クラッチが電磁クラッチである請求項４または５に記載の電動アクチュエータ。
7. 前記クラッチが機械式のクラッチである請求項４または５に記載の電動アクチュエータ。
8. 前記２列の歯車列が減速比の大小が異なるものに設定されている請求項１乃至７いずれかに記載の電動アクチュエータ。
9. 前記２列の歯車のうち前記ナット側の歯車の少なくとも一方の歯車が、当該ナットの外周に一体に形成されている請求項１乃至８いずれかに記載の電動アクチュエータ。
10. 前記ねじ軸とナットのねじ溝が、その断面が前記ボールの半径よりも僅かに大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたサーキュラアーク形状である請求項１乃至９いずれかに記載の電動アクチュエータ。

Images