JP2015117787A - Electric actuator - Google Patents

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辰徳 清水
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美香子 平野
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真司 大石
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric actuator which can perform high-resolution position detection, and enhances position detection accuracy without using a multistage gear, is low in cost, and improved in reliability.SOLUTION: An electric actuator comprises a reduction mechanism 6 which transmits a rotating force of an electric motor 3 via a motor shaft 3a, and a ball screw mechanism 8 which converts the rotational motion of the electric motor 3 into the linear motion of a drive shaft 7 in an axial direction via the reduction mechanism 6. The reduction mechanism 6 comprises an input gear 4 which is externally fit to the motor shaft 3a, and an output gear 5 which is geared with the input gear 4, and fixed to an outside diameter of a nut 16. A plurality of vicinity sensors 9a, 9b and 9c are arranged at an end face side of the input gear 4, and these vicinity sensors 9 are arranged in a center of a tooth 4a of the input gear 4, between the tooth 4a and a tooth 4b adjacent thereto of the input gear 4, and on a pitch circle at an end side of the tooth 4b of the input gear 4, respectively.

Description

本発明は、一般産業用の電動機、自動車や船舶輸送機械等の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動アクチュエータ、詳しくは、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等で、電動モータからの回転入力をボールねじ機構を介して駆動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。   The present invention relates to an electric actuator for general industrial use, an electric actuator having a ball screw mechanism used in a drive unit of an automobile, a ship transporting machine, and the like, and more specifically, rotation input from an electric motor in an automobile transmission, a parking brake, etc. The present invention relates to an electric actuator that converts a linear motion of a drive shaft through a ball screw mechanism.

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。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。   In electric actuators used in various drive units, a gear mechanism such as a trapezoidal screw or a rack and pinion is generally used as a mechanism for converting the rotational motion of the electric motor into a linear motion in the axial direction. Since these conversion mechanisms involve a sliding contact portion, the power loss is large, and it is necessary to increase the size of the electric motor and increase the power consumption. Therefore, a ball screw mechanism has been adopted as a more efficient actuator.

ボールねじ機構を用いたアクチュエータとして、自動車等において、ドライバーの省力化、および車両制御性の向上を目的にトランスミッションの切替やクラッチ、ブレーキを電動モータで作動するシステムが開発されている。このような用途に用いられる電動アクチュエータには出力シャフトの軸方向位置決めのため、アクチュエータ内部に直動センサ、ないしは回転センサを設置して出力シャフトの軸方向位置を検出することがある。   As an actuator using a ball screw mechanism, a system for operating a transmission switching, a clutch, and a brake with an electric motor has been developed in an automobile or the like for the purpose of saving a driver's labor and improving vehicle controllability. In order to position the output shaft in the axial direction in an electric actuator used for such applications, a linear motion sensor or a rotation sensor may be installed inside the actuator to detect the axial position of the output shaft.

例えば、船舶用の電動アクチュエータでは、外洋上で使用されることも考慮しなくてはならず、一般のアクチュエータとは異なった思想で開発することが望まれる。また、一般的なリニアアクチュエータにおいては、軸方向の変位検出がなされて制御されることが多いため、軸方向変位する部分にリミットスイッチを設けて使用される。また、アクチュエータの駆動源となる電動モータは、ハウジング外壁に露出した状態で組み付けられることが多い。   For example, in an electric actuator for a ship, it must be considered that it is used on the open ocean, and it is desired to develop it with a concept different from that of a general actuator. In general linear actuators, axial displacement detection is often performed and controlled. Therefore, a limit switch is provided at a portion that is axially displaced. In many cases, the electric motor serving as the drive source of the actuator is assembled in a state of being exposed on the outer wall of the housing.

然しながら、リニアアクチュエータのストローク位置検出をリミットスイッチで行おうとすると、軸方向変位を2ポジションで検出することとなる。この場合、途中の位置は検出できないことから、何らかの理由によりアクチュエータが2ポジションの間で停止した場合、いずれの方向に移動させるべきか駆動回路が判断できないという問題がある。   However, if the stroke position of the linear actuator is detected with the limit switch, the axial displacement is detected at two positions. In this case, since the position in the middle cannot be detected, there is a problem that when the actuator stops between two positions for some reason, the drive circuit cannot determine in which direction it should be moved.

こうした問題を解決した電動アクチュエータとして、図8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100は、円筒状のハウジング101と、このハウジング101に取り付けられた電動モータ102と、この電動モータ102の回転力を伝達する複数のギヤからなる第1動力伝達機構と、測定軸113aの回転角度を検出するポテンシオメータ113と、複数のギヤを備え、電動モータ102の回転力をポテンシオメータ113の測定軸113aに伝達する第2動力伝達機構とを有している。   As an electric actuator that solves such a problem, one shown in FIG. 8 is known. The electric actuator 100 includes a cylindrical housing 101, an electric motor 102 attached to the housing 101, a first power transmission mechanism including a plurality of gears for transmitting the rotational force of the electric motor 102, and a measurement shaft 113a. And a second power transmission mechanism that includes a plurality of gears and that transmits the rotational force of the electric motor 102 to the measurement shaft 113a of the potentiometer 113.

ハウジング101は、ハウジング本体101Aと、その端面に組み付けられたカバー部材101Bと、モータブラケット101Cとからなる。ハウジング本体101Aの内部には、モータ室101aとねじ軸室101bとを有し、モータ室101a内には、モータ102が配置されている。電動モータ102は、板状のモータブラケット101Cに固定されている。モータブラケット101Cは、玉軸受114の外輪をハウジング本体101Aとの間に挟み込み、かつハウジング本体101Aのモータ室101aとねじ軸室101bを塞ぐようにして取り付けられている。   The housing 101 includes a housing main body 101A, a cover member 101B assembled to an end surface thereof, and a motor bracket 101C. The housing body 101A has a motor chamber 101a and a screw shaft chamber 101b, and a motor 102 is disposed in the motor chamber 101a. The electric motor 102 is fixed to a plate-like motor bracket 101C. The motor bracket 101C is attached so that the outer ring of the ball bearing 114 is sandwiched between the housing main body 101A and the motor chamber 101a and the screw shaft chamber 101b of the housing main body 101A are closed.

電動モータ102の回転軸102aは、モータブラケット101Cから突出しており、その端部には第1ギヤ103が圧入により相対回転不能に取り付けられている。モータブラケット101Cの袋孔に一端を圧入嵌合した長軸104の周囲には、第2ギヤ105が回転自在に配置され、第1ギヤ103および第3ギヤ106の大ギヤ部106aに噛合している。   A rotating shaft 102a of the electric motor 102 protrudes from the motor bracket 101C, and a first gear 103 is attached to the end of the rotating shaft 102a so as not to be relatively rotatable by press-fitting. A second gear 105 is rotatably disposed around the long shaft 104 whose one end is press-fitted into the bag hole of the motor bracket 101C, and meshes with the large gear portion 106a of the first gear 103 and the third gear 106. Yes.

第3ギヤ106は、大ギヤ部106aと小ギヤ部106bとを同軸に形成しており、さらにねじ軸107の端部に、セレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。第3ギヤ106の一部を覆うようにして、支持部材108がモータブラケット101Cに取り付けられている。ここで、第1ギヤ103、第2ギヤ105、第3ギヤ106が第1動力伝達機構を構成する。   The third gear 106 has a large gear portion 106a and a small gear portion 106b formed coaxially, and is attached to the end portion of the screw shaft 107 so as not to be relatively rotatable by serration coupling. A support member 108 is attached to the motor bracket 101C so as to cover a part of the third gear 106. Here, the first gear 103, the second gear 105, and the third gear 106 constitute a first power transmission mechanism.

第2ギヤ105に隣接して配置された第4ギヤ109が長軸104の周囲に回転自在に支持されている。第4ギヤ109は、第3ギヤ106の小ギヤ部106bに噛合した大ギヤ部109aと小ギヤ部109bとが同軸に形成されている。   A fourth gear 109 disposed adjacent to the second gear 105 is rotatably supported around the long shaft 104. In the fourth gear 109, a large gear portion 109a and a small gear portion 109b that are meshed with the small gear portion 106b of the third gear 106 are formed coaxially.

第4ギヤ109の小ギヤ部109bは、長軸104に平行して支持部材108に植設された短軸110に対して回転自在に支持された第5ギヤ111の大ギヤ部111aに噛合している。第5ギヤ111は、大ギヤ部111aと小ギヤ部111bとが同軸に形成されている。小ギヤ部111bは、第5ギヤ111に隣接して配置され長軸104の周囲に回転自在に支持された第6ギヤ112に噛合している。   The small gear portion 109 b of the fourth gear 109 meshes with the large gear portion 111 a of the fifth gear 111 that is rotatably supported with respect to the short shaft 110 implanted in the support member 108 in parallel with the long shaft 104. ing. The fifth gear 111 has a large gear portion 111a and a small gear portion 111b formed coaxially. The small gear portion 111 b meshes with a sixth gear 112 that is disposed adjacent to the fifth gear 111 and rotatably supported around the long shaft 104.

センサとしてのポテンシオメータ113は、カバー部材101Bの孔に嵌合配置されている。ポテンシオメータ113の測定軸113aは第6ギヤ112に連結され、一体的に回転するようになっている。片持ち状に延在している長軸104の先端は、第6ギヤ112と測定軸113aとを介して、ポテンシオメータ113によって支持されている。ここで、第1ギヤ103、第2ギヤ105、第3ギヤ106、第4ギヤ109、第5ギヤ111、第6ギヤ112が第2動力伝達機構を構成する。   The potentiometer 113 as a sensor is fitted and disposed in the hole of the cover member 101B. The measurement shaft 113a of the potentiometer 113 is connected to the sixth gear 112 and rotates integrally. The tip of the long shaft 104 extending in a cantilever manner is supported by the potentiometer 113 via the sixth gear 112 and the measurement shaft 113a. Here, the first gear 103, the second gear 105, the third gear 106, the fourth gear 109, the fifth gear 111, and the sixth gear 112 constitute a second power transmission mechanism.

ねじ軸107は、ハウジング本体101Aに対して、右端側を玉軸受114により回転自在に支持されている。ねじ軸107は円筒状のナット115を貫通し、左端側に雄ねじ溝107aを形成している。ナット115の内周面には、雄ねじ溝107aに対向して雌ねじ溝115aが形成され、両ねじ溝107a、115aによって形成される螺旋状の空間には、多数のボール116が転動自在に配置されている。ナット115は、ハウジング本体101Aに対して回り止めが設けられ、ねじ軸室101b内において、軸線方向に相対移動可能で、相対回転不能となっている。なお、軸線方向移動要素であるナット115と、回転要素であるねじ軸107と、転動体であるボール116とでボールねじ機構を構成し、このボールねじ機構と駆動軸117とで駆動機構を構成する。   The right end side of the screw shaft 107 is rotatably supported by a ball bearing 114 with respect to the housing main body 101A. The screw shaft 107 penetrates the cylindrical nut 115 and forms a male screw groove 107a on the left end side. A female screw groove 115a is formed on the inner peripheral surface of the nut 115 so as to face the male screw groove 107a, and a large number of balls 116 are arranged to roll in a spiral space formed by both the screw grooves 107a and 115a. Has been. The nut 115 is provided with a detent with respect to the housing main body 101A, and is relatively movable in the axial direction within the screw shaft chamber 101b, and is not relatively rotatable. A nut 115 as an axial movement element, a screw shaft 107 as a rotation element, and a ball 116 as a rolling element constitute a ball screw mechanism, and the ball screw mechanism and the drive shaft 117 constitute a drive mechanism. To do.

ねじ軸107の左端は、丸軸状の駆動軸117に形成された袋孔117a内に侵入している。駆動軸117の右端は、ナット115に対して同軸に嵌合し、ピンで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体101Aに対して、駆動軸117はブッシュ118により軸線方向に移動可能に支持されている。ハウジング本体101Aから突出した駆動軸117の端部には、リンク部材(図示せず)に連結するための孔117bが形成されている。   The left end of the screw shaft 107 penetrates into a bag hole 117a formed in the round shaft-shaped drive shaft 117. The right end of the drive shaft 117 is coaxially fitted to the nut 115 and is connected by a pin so as to move integrally. The drive shaft 117 is supported by the bush 118 so as to be movable in the axial direction with respect to the housing main body 101A. A hole 117b for connecting to a link member (not shown) is formed at the end of the drive shaft 117 protruding from the housing main body 101A.

回転軸102aの回転力は、第1ギヤ103、第2ギヤ105、第3ギヤ106、第4ギヤ109、第5ギヤ111、第6ギヤ112を介してポテンシオメータ113の測定軸113aに伝達される。測定軸113aの回転に応じた信号は、ポテンシオメータ113から不図示の駆動回路に入力される。この信号に基づいてねじ軸107が所定の回転量だけ回転したと判断すれば、駆動回路は電動モータ102への電力供給を停止させる。これに対し、電動モータ102に逆極性の電力が供給された時は、回転軸102aが逆方向に回転するので、上述とは逆の動作で、電動アクチュエータ100の駆動軸117が引き込む方向に移動する。   The rotational force of the rotating shaft 102a is transmitted to the measuring shaft 113a of the potentiometer 113 via the first gear 103, the second gear 105, the third gear 106, the fourth gear 109, the fifth gear 111, and the sixth gear 112. The A signal corresponding to the rotation of the measuring shaft 113a is input from the potentiometer 113 to a drive circuit (not shown). If it is determined that the screw shaft 107 has rotated by a predetermined rotation amount based on this signal, the drive circuit stops the power supply to the electric motor 102. On the other hand, when reverse polarity power is supplied to the electric motor 102, the rotating shaft 102a rotates in the reverse direction, so that the drive shaft 117 of the electric actuator 100 moves in the retracting direction by the reverse operation. To do.

このように、第2ギヤ105、第4ギヤ109、第6ギヤ112の中心が一致し、同じ長軸104の周囲に回転自在に配置されているので、高いギヤ比の減速比を得るために5段のギヤ列を用いながら、コンパクトな構成とすることができる。この様に複数のギヤが内蔵される電動アクチュエータ100内にあって3枚のギヤが同一の回転中心軸を持つことは、中心軸の数が減じられること、中心軸を支えるハウジング類の支え穴が減じられるため、加工工数が減ること、軸の部品点数が削減できる等、多くのメリットを持つ。   As described above, the centers of the second gear 105, the fourth gear 109, and the sixth gear 112 coincide with each other and are rotatably disposed around the same long shaft 104, so that a reduction ratio with a high gear ratio can be obtained. A compact configuration can be achieved while using a five-stage gear train. In this way, in the electric actuator 100 in which a plurality of gears are built in, the three gears have the same rotation center axis. This means that the number of center axes is reduced, and support holes for housings that support the center axes. Therefore, there are many merits such as reduction of processing man-hours and reduction of the number of shaft parts.

また、リミットスイッチ等による変位位置検出の代わりに、ねじ軸107の回転変位をポテンショメータ113で検出するため、任意の位置制御が可能となる。ねじ軸107の回転を直接検出するに当り、ねじ軸107は多回転であるため、第2動力伝達機構のギヤ列を介して減速した回転変位をポテンショメータ113で検出する。一方、電動モータ102から出力される回転運動はギヤ列を介して減速されてねじ軸107へ伝達される。この2系統のギヤ列の一部に共通の回転中心軸を設けることで、コンパクトなレイアウトが可能となり、コスト的にも大きな貢献がある(例えば、特許文献1参照。)。   Moreover, since the rotational displacement of the screw shaft 107 is detected by the potentiometer 113 instead of detecting the displacement position by a limit switch or the like, arbitrary position control is possible. When the rotation of the screw shaft 107 is directly detected, since the screw shaft 107 is multi-rotation, the rotational displacement decelerated via the gear train of the second power transmission mechanism is detected by the potentiometer 113. On the other hand, the rotational motion output from the electric motor 102 is decelerated through the gear train and transmitted to the screw shaft 107. By providing a common rotation center shaft in a part of the two gear trains, a compact layout is possible, and there is a great contribution in terms of cost (for example, see Patent Document 1).

特開2008−228557号公報JP 2008-228557 A

こうした従来の電動アクチュエータ100では、ポテンシオメータ113は、一般的に80°〜170°の範囲で有効検出角度を設定することができ、高精度なセンサではあるが、ねじ軸107とポテンシオメータ113間に係る多段のギヤ(平歯車)を持つ電動アクチュエータ100が大減速を得るには、小ギヤと大ギヤの歯数差を大きくする必要がある。これでは、ギヤが多段になって部品点数が増えるだけでなく、各ギヤを収容する電動アクチュエータ100のサイズが大きくなってしまう。   In such a conventional electric actuator 100, the potentiometer 113 can generally set an effective detection angle in a range of 80 ° to 170 °, and although it is a highly accurate sensor, it is between the screw shaft 107 and the potentiometer 113. In order for the electric actuator 100 having multi-stage gears (spur gears) to achieve a large reduction, it is necessary to increase the difference in the number of teeth between the small gear and the large gear. This not only increases the number of parts and the number of parts, but also increases the size of the electric actuator 100 that accommodates each gear.

また、駆動軸117の直線運動を位置検出する機構でありながら、ねじ軸107の回転量から平歯車の減速を介してポテンシオメータ113の検出角に変換するため、駆動軸117とポテンシオメータ113は間接的な関係となり、ねじ軸107とポテンシオメータ113間に介在する部品点数が多いほど、位置検出精度を低下させる要因となるだけでなく、ねじ軸107の回転よりも減速された回転角を測定することになるため、分解能が低下し、また、それを補うために高分解能なセンサが必要となる。さらに、角度検出用にアクチュエータの駆動には必要のない3枚のギヤを配置しているため、コストや組立性の面で課題があった。   In addition, although the mechanism detects the position of the linear movement of the drive shaft 117, the drive shaft 117 and the potentiometer 113 are used to convert the rotation amount of the screw shaft 107 into the detection angle of the potentiometer 113 through the reduction of the spur gear. As the number of parts interposed between the screw shaft 107 and the potentiometer 113 increases, the position detection accuracy decreases, and the rotation angle decelerated from the rotation of the screw shaft 107 is measured. Therefore, the resolution is lowered, and a high-resolution sensor is required to compensate for this. Furthermore, since three gears that are not necessary for driving the actuator are arranged for angle detection, there are problems in terms of cost and assembly.

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、高分解能な位置検出が可能で、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高め、低コストで信頼性を向上させた電動アクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and can detect a position with high resolution, improve position detection accuracy without using a multi-stage gear, and improve reliability at low cost. An object of the present invention is to provide an electric actuator.

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、ハウジングと、この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、モータ軸を介して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駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成され、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、前記歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さX1が、前記歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、nを歯車の歯数以下の整数とした時、nβ<X1<α+nβ(n=1、2、3・・・)の関係を満たしている。   In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 of the present invention includes a housing, an electric motor attached to the housing, and a speed reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft. And a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism, and the ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism and is attached to the housing. A nut that is rotatably supported via a mounted rolling bearing and is not axially movable, and is inserted into the nut via a large number of balls and is coaxially integrated with the drive shaft to form the housing. A screw shaft that is supported so as to be non-rotatable and movable in the axial direction, and the speed reduction mechanism is meshed with the input gear that is externally fitted and fixed to the motor shaft. In the electric actuator having an output gear fixed to the outer diameter of the nut, a plurality of proximity sensors are disposed on the pitch circle of one of the gears, and one of the proximity sensors When the length X1 of the arc on the pitch circle connecting the other proximity sensor is α, the tooth thickness of the gear is α, the pitch is β, and n is an integer equal to or less than the number of gear teeth, nβ <X1 < The relationship of α + nβ (n = 1, 2, 3,...) is satisfied.

このように、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駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、ボールねじ機構が、減速機構に連結され、ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、駆動軸と同軸状に一体化されてハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成され、減速機構が、モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さX1が、歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、nを歯車の歯数以下の整数とした時、nβ<X1<α+nβ(n=1、2、3・・・)の関係を満たしているので、歯車のパルス出力を計測することによって駆動軸の高分解能な位置検出が可能で、歯車の回転方向を同時に検出することができ、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高めた電動アクチュエータを提供することができる。   As described above, the ball screw mechanism includes a speed reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor, and a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism. Is connected to the speed reduction mechanism, is rotatably supported via a rolling bearing mounted on the housing, and is supported so as not to move in the axial direction, and is inserted into the nut via a large number of balls, An input gear, which is composed of a screw shaft that is coaxially integrated and supported so as to be non-rotatable with respect to the housing and movable in the axial direction, and in which the speed reduction mechanism is externally fitted and fixed to the motor shaft, and the input gear In the electric actuator having an output gear fixed to the outer diameter of the nut, a plurality of proximity sensors are arranged on the pitch circle of one of the gears, and among these proximity sensors When the length X1 of the arc on the pitch circle connecting one proximity sensor and one other proximity sensor is α, the gear tooth thickness is α, the pitch is β, and n is an integer equal to or less than the number of gear teeth, nβ Since the relationship <X1 <α + nβ (n = 1, 2, 3,...) Is satisfied, the position of the drive shaft can be detected with high resolution by measuring the pulse output of the gear, and the rotation direction of the gear can be determined. It is possible to provide an electric actuator that can detect at the same time and has improved position detection accuracy without using a multi-stage gear.

好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記複数の近接センサのうちさらに一つの近接センサが前記歯車間に配置され、この近接センサと前記一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さX2が、X2≠X1≠βの関係を満たしていれば、検出出力の分解能が略2倍に向上する。   Preferably, as in the invention according to claim 2, one of the plurality of proximity sensors is further disposed between the gears, and an arc on a pitch circle connecting the proximity sensor and the one proximity sensor. If the length X2 satisfies the relationship X2 ≠ X1 ≠ β, the resolution of the detection output is improved approximately twice.

また、請求項3に記載の発明のように、前記近接センサが前記入力歯車に配置されていれば、減速される歯数が少ない側の歯車となり、駆動軸の軸方向の位置を高分解能で検出することができる。   If the proximity sensor is arranged on the input gear as in the third aspect of the invention, it becomes a gear on the side where the number of teeth to be reduced is small, and the axial position of the drive shaft can be obtained with high resolution. Can be detected.

また、請求項4に記載の発明のように、前記駆動軸を摺動可能に支持するブッシュが前記ハウジングに装着され、当該ブッシュが端部にスリットを有する有端リングからなっていれば、ハウジングとの材質の違いに起因する線膨張係数の差異によって生ずる摺動すきまの変化を許容することができ、低温または高温領域において、駆動軸が摺動する際、ブッシュと駆動軸との間の摩擦力が増大し、駆動軸のスムーズな動きを阻害することなく、また、電動モータへの負荷が増えるのを防止することができる。   Further, as in the invention according to claim 4, if a bush that slidably supports the drive shaft is mounted on the housing, and the bush comprises an end ring having a slit at an end, the housing The change in sliding clearance caused by the difference in coefficient of linear expansion caused by the difference in material between the bush and the drive shaft can be allowed when the drive shaft slides at low or high temperatures. It is possible to prevent an increase in the load on the electric motor without increasing the force and hindering the smooth movement of the drive shaft.

また、請求項5に記載の発明のように、前記ブッシュが低温または高温領域において、スリットの幅が0以上に、かつ嵌合シメシロが0以上になるように設定されていれば、低温使用温度域内においては、線膨張係数の大きいハウジングがブッシュ以上に収縮しても、ブッシュのスリットがすきまを有すると共に、高温使用温度域内においては、線膨張係数の大きいハウジングがブッシュ以上に膨張しても、ハウジングとブッシュとの嵌合シメシロが残る。   Further, as in the invention according to claim 5, if the bush is set so that the width of the slit is not less than 0 and the fitting shimiro is not less than 0 in the low temperature or high temperature region, In the region, even if the housing with a large linear expansion coefficient contracts more than the bush, the slit of the bush has a gap, and in the high temperature operating temperature range, even if the housing with a large linear expansion coefficient expands beyond the bush, A fitting shimiro between the housing and the bush remains.

また、請求項6に記載の発明のように、前記ブッシュが軸線に対して傾斜したスリットを有していれば、ブッシュにラジアル荷重が負荷されても、スリット部に軸方向のいずれかの部分で受けることができる。   In addition, as in the invention described in claim 6, if the bush has a slit inclined with respect to the axis, even if a radial load is applied to the bush, any part in the axial direction is applied to the slit portion. Can be received at.

本発明に係る電動アクチュエータは、ハウジングと、この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、モータ軸を介して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駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成され、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、前記歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さX1が、前記歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、nを歯車の歯数以下の整数とした時、nβ<X1<α+nβ(n=1、2、3・・・)の関係を満たしているので、歯車のパルス出力を計測することによって駆動軸の高分解能な位置検出が可能で、歯車の回転方向を同時に検出することができ、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高めた電動アクチュエータを提供することができる。   An electric actuator according to the present invention includes a housing, an electric motor attached to the housing, a reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and the electric motor via the reduction mechanism. A ball screw mechanism that converts rotational motion into linear motion in the axial direction of the drive shaft, and the ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism and is rotatable via a rolling bearing mounted on the housing. A nut that is supported so as not to move in the axial direction, and is inserted into the nut via a large number of balls, and is integrated with the drive shaft so as to be non-rotatable and axially movable. The speed reduction mechanism is engaged with and fixed to the motor shaft and is fixed to the outer diameter of the nut. In the electric actuator provided with the output gear, a plurality of proximity sensors are arranged on the pitch circle of one of the gears, and one of the proximity sensors is connected to the other proximity sensor. When the length X1 of the arc on the pitch circle is α, the gear tooth thickness is α, the pitch is β, and n is an integer equal to or less than the number of gear teeth, nβ <X1 <α + nβ (n = 1, 2, 3)), the high-resolution position of the drive shaft can be detected by measuring the pulse output of the gear, and the rotational direction of the gear can be detected simultaneously. An electric actuator with improved position detection accuracy can be provided without using it.

本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing one embodiment of an electric actuator concerning the present invention. 図1のアクチュエータ本体を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the actuator main body of FIG. 図1のセンサの配置箇所を示す一部を破断したIII矢視図である。It is the III arrow directional view which fractured | ruptured a part which shows the arrangement | positioning location of the sensor of FIG. 図3の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. センサの出力のパルス波形を示すグラフである。It is a graph which shows the pulse waveform of the output of a sensor. (a)は、図1のブッシュを示す正面図、(b)は、(a)の側面図である。(A) is a front view which shows the bush of FIG. 1, (b) is a side view of (a). (a)は、図6のブッシュの変形例を示す正面図、(b)は、(a)の側面図である。(A) is a front view which shows the modification of the bush of FIG. 6, (b) is a side view of (a). 従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the conventional electric actuator.

ハウジングと、この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、モータ軸を介して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駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成され、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、前記入力歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さX1が、前記入力歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、nを歯車の歯数以下の整数とした時、nβ<X1<α+nβ(n=1、2、3・・・)の関係を満たしている。   A housing, an electric motor attached to the housing, a reduction mechanism that transmits the rotational force of the electric motor via a motor shaft, and the rotational movement of the electric motor via the reduction mechanism in the axial direction of the drive shaft A ball screw mechanism that converts the linear screw motion into a linear motion, and the ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism and is supported by a rolling bearing mounted on the housing so as to be rotatable and not axially movable. And a screw shaft that is inserted into the nut via a large number of balls, is coaxially integrated with the drive shaft, and is supported so as to be non-rotatable and axially movable with respect to the housing. An electric actuator comprising: an input gear configured to be externally fitted and fixed to the motor shaft; and an output gear meshed with the input gear and fixed to the outer diameter of the nut. A plurality of proximity sensors are arranged on the pitch circle of the input gear, and the length X1 of the arc on the pitch circle connecting one proximity sensor and the other proximity sensor among these proximity sensors is the input circle. When the gear tooth thickness is α, the pitch is β, and n is an integer equal to or smaller than the number of gear teeth, the relationship of nβ <X1 <α + nβ (n = 1, 2, 3,...) Is satisfied.

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一実施形態を示す縦断面図、図2は、図1のアクチュエータ本体を示す縦断面図、図3は、図1のセンサの配置箇所を示す一部を破断したIII矢視図、図4は、図3の要部拡大図、図5は、センサの出力のパルス波形を示すグラフ、図6(a)は、図1のブッシュを示す正面図、(b)は、(a)の側面図、図7(a)は、図6のブッシュの変形例を示す正面図、(b)は、(a)の側面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an electric actuator according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an actuator main body of FIG. 1, and FIG. 3 is a partial view showing an arrangement position of the sensor of FIG. FIG. 4 is an enlarged view of the main part of FIG. 3, FIG. 5 is a graph showing a pulse waveform of the output of the sensor, FIG. 6 (a) is a front view showing the bush of FIG. (B) is a side view of (a), FIG. 7 (a) is a front view showing a modification of the bush of FIG. 6, and (b) is a side view of (a).

この電動アクチュエータ1は、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を介して伝達する一対の平歯車4、5からなる減速機構6と、この減速機構6を介して電動モータ3の回転運動を駆動軸7の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構8、そして、平歯車4の端面側に配置した近接センサ9と、を備えている。   The electric actuator 1 includes a housing 2, an electric motor 3 attached to the housing 2, and a speed reduction mechanism including a pair of spur gears 4 and 5 that transmit the rotational force of the electric motor 3 via a motor shaft 3 a. 6, a ball screw mechanism 8 that converts the rotational motion of the electric motor 3 to the axial motion of the drive shaft 7 via the speed reduction mechanism 6, and a proximity sensor 9 disposed on the end face side of the spur gear 4, It has.

ハウジング2はA6063TEやADC12等のアルミ合金からダイキャストによって形成され、第1のハウジング2aと、その端面に組み付けられた第2のハウジング2bとからなる。第1のハウジング2aの内部には電動モータ3が配置されている。電動モータ3のモータ軸3aには入力歯車となる小平歯車4が相対回転不能に取り付けられている。また、出力歯車となる大平歯車5は、後述するボールねじ機構8を構成するナット16の外径に相対回転不能に取り付けられ、小平歯車4に噛合している。   The housing 2 is formed by die-casting from an aluminum alloy such as A6063TE or ADC12, and includes a first housing 2a and a second housing 2b assembled to an end surface thereof. An electric motor 3 is disposed inside the first housing 2a. A small spur gear 4 serving as an input gear is attached to the motor shaft 3a of the electric motor 3 so as not to be relatively rotatable. The large spur gear 5 serving as an output gear is attached to the outer diameter of a nut 16 constituting a ball screw mechanism 8 described later so as not to rotate relative to the small spur gear 4.

ナット16の外径には転がり軸受14が装着されている。この転がり軸受14は深溝玉軸受からなり、その外輪は、第1のハウジング2aと軸受ブラケット10とで挟持された状態で取り付けられている。   A rolling bearing 14 is attached to the outer diameter of the nut 16. The rolling bearing 14 is formed of a deep groove ball bearing, and an outer ring thereof is attached while being sandwiched between the first housing 2a and the bearing bracket 10.

駆動軸7は、ボールねじ機構8を構成するねじ軸15と一体に構成され、駆動軸7の図中左端部に、リンク部材(図示せず)に連結するための円孔7aが形成されると共に、第1のハウジング2aに駆動軸7を収容する円筒状の貫通孔2cが形成され、第2のハウジング2bに袋孔2dが形成されている。駆動軸7の外周は、第1のハウジング2aに対してブッシュ11により摺動可能に支持されている。このブッシュ11は、第1のハウジング2aの貫通孔2cの開口側に圧入された鍔付きのカラー12に内嵌されている。また、カラー12は止め輪13によって位置決め固定され、カラー12の鍔によって駆動軸7と第1のハウジング2aとの間がラビリンスシールとして密封され、外部から塵埃等が侵入するのを防止している。   The drive shaft 7 is integrally formed with a screw shaft 15 constituting the ball screw mechanism 8, and a circular hole 7 a for connecting to a link member (not shown) is formed at the left end portion of the drive shaft 7 in the drawing. At the same time, a cylindrical through hole 2c for accommodating the drive shaft 7 is formed in the first housing 2a, and a bag hole 2d is formed in the second housing 2b. The outer periphery of the drive shaft 7 is slidably supported by the bush 11 with respect to the first housing 2a. The bush 11 is fitted in a collar 12 with a flange that is press-fitted into the opening side of the through hole 2c of the first housing 2a. In addition, the collar 12 is positioned and fixed by a retaining ring 13, and a space between the drive shaft 7 and the first housing 2a is sealed as a labyrinth seal by a collar 12 to prevent entry of dust and the like from the outside. .

ボールねじ機構8は、図2に拡大して示すように、外周に螺旋状のねじ溝15aが形成されたねじ軸15と、このねじ軸15のねじ溝15aに対向し、内周に螺旋状のねじ溝16aが形成されたナット16と、両ねじ溝15a、16a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17とで構成されている。ナット16は、その外周に前述した大平歯車5がキー19を介して圧入固定されると共に、第1のハウジング2aと軸受ブラケット10に嵌合された転がり軸受14が止め輪18を介して位置決め固定され、軸方向に相対移動不可で、相対回転可能となっている。   As shown in an enlarged view in FIG. 2, the ball screw mechanism 8 has a screw shaft 15 having a spiral thread groove 15a formed on the outer periphery thereof, and is opposed to the screw groove 15a of the screw shaft 15, and has a spiral shape on the inner periphery thereof. The nut 16 is formed with a thread groove 16a, and a large number of balls 17 are rotatably accommodated in a spiral space formed by the thread grooves 15a and 16a. The nut 16 is press-fitted and fixed to the outer periphery of the large spur gear 5 via a key 19 and the rolling bearing 14 fitted to the first housing 2 a and the bearing bracket 10 is positioned and fixed via a retaining ring 18. Thus, relative movement in the axial direction is impossible, and relative rotation is possible.

各ねじ溝15a、16aの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール17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。   The cross-sectional shape of each thread groove 15a, 16a may be a circular arc shape or a Gothic arc shape, but here, it has a Gothic arc shape that allows a large contact angle with the ball 17 and a small axial clearance. Is formed. Thereby, the rigidity with respect to an axial load becomes high and generation | occurrence | production of a vibration can be suppressed.

ナット16はSCM415やSCM420等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に55〜62HRCの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸15はS55C等の中炭素鋼あるいはSCM415やSCM420等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に55〜62HRCの範囲に硬化処理が施されている。   The nut 16 is made of case-hardened steel such as SCM415 or SCM420, and its surface is subjected to hardening treatment in the range of 55 to 62HRC by vacuum carburizing and quenching. Thereby, the buffing etc. for the scale removal after the heat treatment can be omitted, and the cost can be reduced. On the other hand, the screw shaft 15 is made of medium carbon steel such as S55C or case-hardened steel such as SCM415 or SCM420, and the surface thereof is hardened in the range of 55 to 62 HRC by induction hardening or carburizing hardening.

ここで、図3に示すように、減速機構6を構成する小平歯車4の端面側に近接センサ9が配設されている。本実施形態では、近接センサ9は、3つのセンサ9a、9b、9cからなり、図4に拡大して示すように、小平歯車4の歯4a、4b、4c、4d、4e、4f、・・・に対向して配設されている。ここで、センサの配置について説明すると、センサ9aとセンサ9bは、ある程度の幅を持たせて配置されている。具体的には、センサ9aの照射点Paが歯車を軸方向から見て小平歯車4の歯4aに照射される範囲、つまり歯車の歯厚αにセンサ9aを配置するとすれば、センサ9aの照射点Paとセンサ9bの照射点Pbを結ぶピッチ円上の円弧の長さX1は、nβ<X1<α+nβ(n=1、2、3・・・)の関係を満たすようにセンサ9bを配置している。ここで、αは歯車の歯厚、βは歯車のピッチ、nは歯車の歯数以下の整数である。なお、図4においては、n=2の場合の配置を示している。   Here, as shown in FIG. 3, a proximity sensor 9 is disposed on the end face side of the small spur gear 4 constituting the speed reduction mechanism 6. In this embodiment, the proximity sensor 9 includes three sensors 9a, 9b, and 9c. As shown in an enlarged view in FIG. 4, the teeth 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f,.・ It is arranged to face. Here, the arrangement of the sensors will be described. The sensors 9a and 9b are arranged with a certain width. Specifically, if the sensor 9a is arranged in a range where the irradiation point Pa of the sensor 9a is irradiated on the teeth 4a of the small spur gear 4 when the gear is viewed from the axial direction, that is, the tooth thickness α of the gear, the irradiation of the sensor 9a. The sensor 9b is arranged so that the length X1 of the arc on the pitch circle connecting the point Pa and the irradiation point Pb of the sensor 9b satisfies the relationship nβ <X1 <α + nβ (n = 1, 2, 3,...). ing. Here, α is the gear tooth thickness, β is the gear pitch, and n is an integer equal to or less than the number of gear teeth. Note that FIG. 4 shows an arrangement when n = 2.

また、3つのセンサ9a、9b、9cの各照射点Pa、Pb、Pcが小平歯車4のピッチ円上に配設されていることにより、小平歯車4の回転角を精度良く検出することができる。   Further, since the irradiation points Pa, Pb, Pc of the three sensors 9a, 9b, 9c are arranged on the pitch circle of the small spur gear 4, the rotation angle of the small spur gear 4 can be detected with high accuracy. .

近接センサ9は、リミットスイッチやマイクロスイッチ等の機械的スイッチに代わるもので、非接触で検出物体が近付いたことを検出するセンサであり、動作の違いにより、レーザ式をはじめ電磁誘導を利用した高周波発振型、磁石を用いた磁気型、静電容量の変化を利用した静電容量型等があるが、本実施形態では、近接センサ9としてレーザ式変位センサが使用されている。このレーザ式変位センサは、三角測量を応用した方式で、発光素子と受光素子の組み合わせで構成され、発光素子には、半導体レーザが用いられている。半導体レーザの光は投光レンズを通し集光され、検出物体(ここでは、小平歯車4)に照射される。そして、検出物体から拡散反射された光線の一部は受光レンズを通して受光素子上にスポットを結ぶ。具体的には、小平歯車4にレーザ光を照射し、小平歯車4のパルス出力を測定する。ここでは、小平歯車4にレーザ光が当たると「1」、当たらないと「0」を出力する。   The proximity sensor 9 is an alternative to a mechanical switch such as a limit switch or a micro switch, and is a sensor that detects that a detection object is approaching in a non-contact manner, and uses electromagnetic induction including a laser type due to a difference in operation. There are a high-frequency oscillation type, a magnetic type using a magnet, a capacitance type using a change in capacitance, and the like. In this embodiment, a laser displacement sensor is used as the proximity sensor 9. This laser displacement sensor is a system that applies triangulation, and is composed of a combination of a light emitting element and a light receiving element, and a semiconductor laser is used as the light emitting element. The light of the semiconductor laser is condensed through a light projecting lens and irradiated to a detection object (here, a small spur gear 4). A part of the light beam diffusely reflected from the detection object forms a spot on the light receiving element through the light receiving lens. Specifically, the small spur gear 4 is irradiated with laser light, and the pulse output of the small spur gear 4 is measured. Here, “1” is output when the laser beam hits the small spur gear 4, and “0” is output when it does not hit.

なお、これ以外にも、例えば、磁石を用いた磁気型や静電容量を利用した静電容量型あるいは電磁誘導を利用した高周波発振型の近接センサであっても良い。この高周波発振型は、検出コイルより高周波磁界が発生し、この磁界に磁性体からなる検出物体が近付くと電磁誘導より、検出物体に誘導電流(渦電流)が流れ、この電流によって、検出コイルのインピーダンスが変化、発振が停止することで検出されるというものである。   In addition, for example, a proximity sensor of a magnetic type using a magnet, a capacitance type using a capacitance, or a high-frequency oscillation type using electromagnetic induction may be used. In this high-frequency oscillation type, a high-frequency magnetic field is generated from the detection coil, and when a detection object made of a magnetic material approaches the magnetic field, an induction current (eddy current) flows to the detection object due to electromagnetic induction. It is detected when the impedance changes and oscillation stops.

次に、図1および図4、5を用いて、本発明に係る電動アクチュエータの作動および近接センサ9の作動について詳細に説明する。まず、電動アクチュエータ1に関しては、図1に示すように、電動モータ3が駆動されると、その回転は減速機構6を介してボールねじ機構8のナット16に減速して伝達され、ねじ軸15が軸方向に直線運動をする。そして、このねじ軸15と同軸上に一体に形成された駆動軸7の直線運動に連動される。   Next, the operation of the electric actuator and the operation of the proximity sensor 9 according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1, when the electric motor 3 is driven, the rotation of the electric actuator 1 is reduced and transmitted to the nut 16 of the ball screw mechanism 8 via the speed reduction mechanism 6, and the screw shaft 15. Moves linearly in the axial direction. And it is interlocked with the linear motion of the drive shaft 7 formed integrally with the screw shaft 15 on the same axis.

また、近接センサ9に関しては、図4に示すように、小平歯車4の端面にセンサ9aを1個配置した場合に比べ、センサ9cを歯4eと隣り合う歯4fの間に配置することで、分解能が略2倍に向上する。ここでは、センサ9cを歯4eと歯4fの略中央に配置する例を示したが、これに限られない。センサ9cの配置としては、センサ9aとセンサ9bに重複しない位置であれば良い。つまりセンサ9aのセンサ9cを結ぶピッチ円上の円弧の長さX2が、X2≠X1≠βの関係を満たせば良い。このように、駆動軸7の直動範囲の任意の位置で、2つのセンサ9a、9cからなる近接センサ9で回転角を計測することによって駆動軸7の高分解能な位置検出が可能で、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高めた電動アクチュエータ1を提供することができる。   As for the proximity sensor 9, as shown in FIG. 4, the sensor 9c is disposed between the teeth 4e and the adjacent teeth 4f as compared with the case where one sensor 9a is disposed on the end face of the small spur gear 4. The resolution is improved approximately twice. Here, although the example which has arrange | positioned the sensor 9c in the approximate center of the tooth | gear 4e and the tooth | gear 4f was shown, it is not restricted to this. The sensor 9c may be arranged in any position that does not overlap the sensors 9a and 9b. That is, it is only necessary that the arc length X2 on the pitch circle connecting the sensors 9c of the sensor 9a satisfies the relationship of X2 ≠ X1 ≠ β. As described above, the position of the drive shaft 7 can be detected at a high resolution by measuring the rotation angle with the proximity sensor 9 including the two sensors 9a and 9c at an arbitrary position in the linear motion range of the drive shaft 7. The electric actuator 1 with improved position detection accuracy can be provided without using any gear.

さらに、センサ9aの照射点Paとセンサ9bの照射点Pbの距離X1が、nβ<X1<α+nβ(n=1、2、3・・・)の関係を満たすようにセンサ9bを配置することにより、小平歯車4の回転方向、すなわち、駆動軸7の進行方向を同時に検出することができる。具体例として、図4に、センサ9aの照射点Paが歯車を軸方向から見て小平歯車4の歯4aの中央部に位置する際に、センサ9bの照射点Pbが歯4cの端部(歯車を軸方向から見た際の歯面側におけるエッジ部)になるようにセンサ9bを配置した例を示す。図5は、図4のようにCW方向に回転させた際のパルス波形を示したものであり、図5のグラフの左→右に時間が変化する様子を示している。ここで、センサ9aとセンサ9bの波形が0→1になる時間に着目して、図4のようにCW方向(グラフの左→右に動いている)の場合、センサ9aとセンサ9bの波形が0→1になる箇所を読むと、センサ9a→センサ9b→センサ9a→センサ9b・・・の順番に出力する。   Further, by arranging the sensor 9b so that the distance X1 between the irradiation point Pa of the sensor 9a and the irradiation point Pb of the sensor 9b satisfies the relationship of nβ <X1 <α + nβ (n = 1, 2, 3...). The rotational direction of the small spur gear 4, that is, the traveling direction of the drive shaft 7 can be detected simultaneously. As a specific example, in FIG. 4, when the irradiation point Pa of the sensor 9a is located at the center of the tooth 4a of the small spur gear 4 when the gear is viewed from the axial direction, the irradiation point Pb of the sensor 9b is the end of the tooth 4c ( The example which has arrange | positioned the sensor 9b so that it may become the edge part in the tooth surface side when a gearwheel is seen from an axial direction is shown. FIG. 5 shows a pulse waveform when rotating in the CW direction as shown in FIG. 4, and shows how the time changes from left to right in the graph of FIG. Here, paying attention to the time when the waveforms of the sensors 9a and 9b become 0 → 1, in the case of the CW direction (moving from the left to the right of the graph) as shown in FIG. 4, the waveforms of the sensors 9a and 9b. Is read in the order of sensor 9a → sensor 9b → sensor 9a → sensor 9b.

一方、CCW方向の場合には、得られるパルス波形は、CW方向と時間の流れが逆になるため、図5におけるグラフの時間を、右→左に見れば良い。この状態で、センサ9aとセンサ9bの波形が0→1になる箇所を読むと、センサ9b→センサ9a→センサ9b→センサ9a・・・の順番に出力する。したがって、センサ9bを配置することにより、小平歯車4がどちらの方向に回転しているかを読み取ることができる。なお、駆動軸7の軸方向の位置を高分解能で検出するためには、本実施形態のように、減速される側(歯数が少ない側、ここでは小平歯車4)に近接センサ9を配置するのが好ましい。また、ここでいうCWとは、出力軸側から見て時計方向(正回転)、CCWとは、出力軸側から見て反時計方向(逆回転)のことをいう。   On the other hand, in the case of the CCW direction, the obtained pulse waveform has a time flow opposite to that in the CW direction, so the time in the graph in FIG. 5 may be viewed from right to left. In this state, when the part where the waveforms of the sensors 9a and 9b are 0 → 1 is read, the signals are output in the order of sensor 9b → sensor 9a → sensor 9b → sensor 9a. Therefore, by arranging the sensor 9b, it is possible to read in which direction the small spur gear 4 is rotating. In order to detect the position of the drive shaft 7 in the axial direction with high resolution, the proximity sensor 9 is arranged on the speed-reduced side (the side with a smaller number of teeth, here the small spur gear 4) as in this embodiment. It is preferable to do this. The CW here refers to the clockwise direction (forward rotation) when viewed from the output shaft side, and the CCW refers to the counterclockwise direction (reverse rotation) when viewed from the output shaft side.

次に、低コストで信頼性を向上させた電動アクチュエータの例として、図6にブッシュ11を示す。このブッシュ11は、前述したように、第1のハウジング2aの貫通孔2cの開口側に圧入された鍔付きのカラー12に内嵌され、駆動軸7を摺動可能に支持している。このブッシュ11は、摩擦係数の小さいLBC3等の銅合金で形成され、軸線に沿って平行なスリット11aを有する有端リングからなる。このスリット11aは、第1のハウジング2aとの材質の違いに起因する線膨張係数の差異によって変化する駆動軸7との摺動すきまを許容している。すなわち、アルミ合金からなる第1のハウジング2aと銅合金からなるブッシュ11とでは、線膨張係数で30〜40%の違いがあり、例えば、低温使用温度域内においては、線膨張係数の大きい第1のハウジング2aがブッシュ11以上に収縮するが、こうした状況においても、ブッシュ11のスリット11aがすきまを有する(0以上になる)ように設定されている。一方、高温使用温度域内においては、線膨張係数の大きい第1のハウジング2aがブッシュ11以上に膨張しても、第1のハウジング2aとブッシュ11との嵌合シメシロが残る(0以上になる)ように設定されている。   Next, a bush 11 is shown in FIG. 6 as an example of an electric actuator with improved reliability at low cost. As described above, the bush 11 is fitted into the collar 12 with a hook that is press-fitted into the opening side of the through hole 2c of the first housing 2a, and supports the drive shaft 7 so as to be slidable. The bush 11 is formed of a copper alloy such as LBC3 having a small friction coefficient, and is formed of an end ring having slits 11a parallel to the axis. The slit 11a allows a sliding clearance with the drive shaft 7 that changes due to a difference in linear expansion coefficient caused by a difference in material from the first housing 2a. That is, there is a difference of 30 to 40% in the linear expansion coefficient between the first housing 2a made of aluminum alloy and the bush 11 made of copper alloy. For example, in the low temperature operating temperature range, the first linear expansion coefficient is large. The housing 2a contracts to the bush 11 or more. Even in such a situation, the slit 11a of the bush 11 is set to have a clearance (become 0 or more). On the other hand, in the high temperature operating temperature range, even if the first housing 2a having a large linear expansion coefficient expands to the bush 11 or more, the fitting squeezing between the first housing 2a and the bush 11 remains (becomes 0 or more). Is set to

このように、本実施形態では、ブッシュ11が有端リングで構成され、低温または高温領域において、スリット11aの幅が0以上に、かつ嵌合シメシロが0以上になるように設定されているので、駆動軸7が摺動する際、ブッシュ11と駆動軸7との間の摩擦力が増大し、駆動軸7のスムーズな動きを阻害することなく、また、電動モータ3への負荷が増えるのを防止することができる。したがって、駆動軸7のスムーズな動きが可能となるため、歯車を安定して回転することができ、アクチュエータの信頼性が向上する。このように、本実施の形態の電動アクチュエータにおいては、高分解能な位置検出が可能で、かつ多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高め、低コストで信頼性を向上させることができる。   Thus, in the present embodiment, the bush 11 is constituted by an end ring, and is set so that the width of the slit 11a is 0 or more and the fitting shishiro is 0 or more in a low temperature or high temperature region. When the drive shaft 7 slides, the frictional force between the bush 11 and the drive shaft 7 increases, and the load on the electric motor 3 increases without hindering the smooth movement of the drive shaft 7. Can be prevented. Therefore, since the drive shaft 7 can move smoothly, the gear can be rotated stably, and the reliability of the actuator is improved. As described above, in the electric actuator according to the present embodiment, position detection with high resolution is possible, position detection accuracy can be improved without using a multistage gear, and reliability can be improved at low cost.

図7に示すブッシュ20は、前述したブッシュ11の変形例である。このブッシュ20はLBC3等の銅合金で形成され、軸線に対して傾斜したスリット20aを有する有端リングからなる。この傾斜したスリット20aにより、ブッシュ20にラジアル荷重(図中矢印にて示す)がスリット20a部に負荷されても、軸方向のいずれかの部分で受けることができる。   A bush 20 shown in FIG. 7 is a modification of the bush 11 described above. The bush 20 is formed of a copper alloy such as LBC3, and is formed of an end ring having a slit 20a inclined with respect to the axis. Even if a radial load (indicated by an arrow in the figure) is applied to the bush 20 by the inclined slit 20a, it can be received at any part in the axial direction.

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。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an embodiment, and is merely an example, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, the scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further, the equivalent meanings described in the scope of claims and all modifications within the scope of the scope of the present invention are included. Including.

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機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動アクチュエータに適用できる。   An electric actuator according to the present invention is used in a drive unit of a general industrial electric motor, an automobile or the like, and includes a ball screw mechanism that converts rotational input from an electric motor into linear motion of a drive shaft via the ball screw mechanism. Applicable to electric actuators.

1 電動アクチュエータ
2 ハウジング
2a 第1のハウジング
2b 第2のハウジング
2c 貫通孔
2d 袋孔
3 電動モータ
3a モータ軸
4 小平歯車
4a、4b、4c、4d、4e、4f 小平歯車の歯
5 大平歯車
6 減速機構
7 駆動軸
7a 円孔
8 ボールねじ機構
9 近接センサ
9a、9b、9c センサ
10 軸受ブラケット
11、20 ブッシュ
11a、20a スリット
12 カラー
13 止め輪
14 転がり軸受
15 ねじ軸
15a、16a ねじ溝
16 ナット
17 ボール
18 止め輪
19 キー
100 電動アクチュエータ
101 ハウジング
101A ハウジング本体
101B カバー部材
101C 電動モータブラケット
101a モータ室
101b ねじ軸室
102 電動モータ
102a 回転軸
103 第1ギヤ
104 長軸
105 第2ギヤ
106 第3ギヤ
106a 大ギヤ部
106b 小ギヤ部
107 ねじ軸
107a 雄ねじ溝
108 支持部材
109 第4ギヤ
109a 大ギヤ部
109b 小ギヤ部
110 短軸
111 第5ギヤ
111a 大ギヤ部
111b 小ギヤ部
112 第6ギヤ
113 ポテンシオメータ
113a 測定軸
114 玉軸受
115 ナット
115a 雌ねじ溝
116 ボール
117 駆動軸
117a 袋孔
117b 孔
118 ブッシュ
n 歯車の歯数
P ピッチ円
Pa、Pb、Pc センサの照射点
X1、X2 近接センサの照射点の距離
α 歯車の歯厚
β 歯車のピッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric actuator 2 Housing 2a 1st housing 2b 2nd housing 2c Through-hole 2d Bag hole 3 Electric motor 3a Motor shaft 4 Small spur gear 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Small spur gear tooth 5 Large spur gear 6 Deceleration Mechanism 7 Drive shaft 7a Circular hole 8 Ball screw mechanism 9 Proximity sensors 9a, 9b, 9c Sensor 10 Bearing bracket 11, 20 Bush 11a, 20a Slit 12 Collar 13 Retaining ring 14 Rolling bearing 15 Screw shaft 15a, 16a Screw groove 16 Nut 17 Ball 18 Retaining ring 19 Key 100 Electric actuator 101 Housing 101A Housing body 101B Cover member 101C Electric motor bracket 101a Motor chamber 101b Screw shaft chamber 102 Electric motor 102a Rotating shaft 103 First gear 104 Long shaft 105 Second gear 106 Third gear 06a Large gear portion 106b Small gear portion 107 Screw shaft 107a Male screw groove 108 Support member 109 Fourth gear 109a Large gear portion 109b Small gear portion 110 Short shaft 111 Fifth gear 111a Large gear portion 111b Small gear portion 112 Sixth gear 113 Tensiometer 113a Measuring shaft 114 Ball bearing 115 Nut 115a Female thread groove 116 Ball 117 Drive shaft 117a Bag hole 117b Hole 118 Bush n Number of gear teeth P Pitch circle Pa, Pb, Pc Sensor irradiation point X1, X2 Proximity sensor irradiation point Distance α Gear tooth thickness β Gear pitch

Claims (6)

ハウジングと、
この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、モータ軸を介して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駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構と、を備え、
前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持されたナットと、
このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成され、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、
前記歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さX1が、前記歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、nを歯車の歯数以下の整数とした時、nβ<X1<α+nβ(n=1、2、3・・・)の関係を満たしていることを特徴とする電動アクチュエータ。
A housing;
An electric motor attached to the housing;
A speed reduction mechanism for transmitting the rotational force of the electric motor via the motor shaft;
A ball screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor to the linear motion in the axial direction of the drive shaft via the speed reduction mechanism, and
The ball screw mechanism is connected to the speed reduction mechanism, and is rotatably supported via a rolling bearing mounted on the housing and is supported so as not to move in the axial direction;
The nut is inserted through a large number of balls, and is composed of a screw shaft that is coaxially integrated with the drive shaft and supported so as to be non-rotatable and axially movable with respect to the housing. In the electric actuator including a reduction mechanism, an input gear externally fitted and fixed to the motor shaft, and an output gear meshed with the input gear and fixed to the outer diameter of the nut,
A plurality of proximity sensors are arranged on the pitch circle of one of the gears, and the arc length X1 on the pitch circle connecting one proximity sensor and the other proximity sensor among these proximity sensors. However, when the tooth thickness of the gear is α, the pitch is β, and n is an integer equal to or smaller than the number of gear teeth, the relationship of nβ <X1 <α + nβ (n = 1, 2, 3,...) Is satisfied. An electric actuator characterized by that.
前記複数の近接センサのうちさらに一つの近接センサが前記歯車間に配置され、この近接センサと前記一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さX2が、X2≠X1≠βの関係を満たしている請求項1に記載の電動アクチュエータ。   One proximity sensor among the plurality of proximity sensors is disposed between the gears, and the length X2 of the arc on the pitch circle connecting the proximity sensor and the one proximity sensor has a relationship of X2 ≠ X1 ≠ β. The electric actuator according to claim 1, wherein the electric actuator is satisfied. 前記近接センサが前記入力歯車に配置されている請求項1または2に記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to claim 1, wherein the proximity sensor is disposed on the input gear. 前記駆動軸を摺動可能に支持するブッシュが前記ハウジングに装着され、当該ブッシュが端部にスリットを有する有端リングからなっている請求項1に記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to claim 1, wherein a bush that slidably supports the drive shaft is mounted on the housing, and the bush includes an end ring having a slit at an end. 前記ブッシュが低温または高温領域において、スリットの幅が0以上に、かつ嵌合シメシロが0以上になるように設定されている請求項4に記載の電動アクチュエータ。   5. The electric actuator according to claim 4, wherein the bush is set to have a slit width of 0 or more and a fitting squealing of 0 or more in a low temperature or high temperature region. 前記ブッシュが軸線に対して傾斜したスリットを有している請求項4または5に記載の電動アクチュエータ。   The electric actuator according to claim 4, wherein the bush has a slit inclined with respect to an axis.
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