JP2016180482A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図った電動アクチュエータを提供する。【解決手段】ハウジング２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１０とで構成された電動アクチュエータ１において、ねじ軸１０が転造加工によって形成され、ねじ溝１０ａが一定の溝形状、溝深さに形成された領域Ｒと、この一端部からねじ溝１０ａの溝深さが漸次大径となるテーパ領域Ｌとを備え、このテーパ領域Ｌが、ねじ軸１０の縦断面において、ねじ溝１０ａの外径を結ぶ漸近線が傾斜角θからなるテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されているので、ねじ軸１０のテーパ領域Ｌが軸方向に移動してストローク端付近で制動力がかかり、システムエラー等で制御不能となってもねじ軸１０がハウジング２の内壁に衝突するのを防止できる。【選択図】図１

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。

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。

従来の電動アクチュエータとしては、例えば、ハウジングに支持された電動モータにより、ボールねじを構成するボールねじ軸を回転駆動自在とし、このボールねじ軸を回転駆動することによってナットに結合された出力部材を軸方向に変位可能としている。ボールねじ機構は、摩擦が非常に低く、出力部材側に作用するスラスト荷重によって簡単にボールねじ軸が回転してしまうので、電動モータが停止時に出力部材を位置保持する必要がある。

また、前述の電動アクチュエータでは、システムエラー等で制御不能になった時、荷重に押されてハウジングの内壁にボールねじ軸が慣性力で衝突し、電動アクチュエータが強度不足の場合は故障する恐れがあることに着眼した電動アクチュエータが知られている。この電動アクチュエータ５１は、図６に示すように、円筒状のハウジング５２と、このハウジング５２に取り付けられた電動モータ（図示せず）と、この電動モータのモータ軸５３ａに取付けられた入力歯車５３に噛合する中間歯車５４と、この中間歯車５４に噛合する出力歯車５５とからなる減速機構５６と、この減速機構５６を介して電動モータの回転運動を駆動軸５７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構５８と、このボールねじ機構５８を備えたアクチュエータ本体５９とを備えている。

ハウジング５２はアルミ合金からなり、第１のハウジング５２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング５２ｂとからなり、第１のハウジング５２ａには電動モータが取り付けられると共に、これら第１のハウジング５２ａと第２のハウジング５２ｂの衝合部には、ねじ軸６０を収容するための袋孔６１、６２が形成されている。

電動モータのモータ軸５３ａは、その端部に入力歯車５３が圧入により相対回転不能に取り付けられ、第２のハウジング５２ｂに装着された深溝玉軸受からなる転がり軸受６３によって回転自在に支持されている。平歯車からなる中間歯車５４に噛合する出力歯車５５は、ボールねじ機構５８を構成するナット６４にキー６５を介して一体に固定されている。

駆動軸５７は、ボールねじ機構５８を構成するねじ軸６０と一体に構成され、この駆動軸５７の一端部（図中右端部）に係止ピン６６が植設されている。また、第２のハウジング５２ｂの袋孔６２には鋼製のスリーブ６７が締結されている。そして、スリーブ６７の周方向に対向する位置に軸方向に形成された凹溝６７ａ、６７ａにねじ軸６０の係止ピン６６が係合され、ねじ軸６０が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。

ボールねじ機構５８は、ねじ軸６０と、このねじ軸６０にボール６８を介して外挿されたナット６４とを備えている。ねじ軸６０は、外周に螺旋状のねじ溝６０ａが形成されている。一方、ナット６４は、ねじ軸６０に外挿されると共に、内周にねじ軸６０のねじ溝６０ａに対応する螺旋状のねじ溝６４ａが形成され、これらねじ溝６０ａ、６４ａとの間に多数のボール６８が転動自在に収容されている。そして、ナット６４は、ハウジング５２ａ、５２ｂに対して、２つの支持軸受６９、６９を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。

ねじ軸６０を回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持するスリーブ６７は、第２のハウジング５２ｂの袋孔６２に締結されている。具体的には、第２のハウジング５２ｂの袋孔６２に雌ねじ６２ａが形成され、この雌ねじ６２ａに螺合する雄ねじ６７ｂがスリーブ６７の外周に形成されている。そして、スリーブ６７を袋孔６２の底部に向かって回転させながら進めることにより、雌ねじ６２ａと雄ねじ６７ｂが係合し、スリーブ６７が第２のハウジング５２ｂに締結される。

スリーブ６７は第２のハウジング５２ｂの底部に直接当接されておらず、キャップ７０を介して締結されている。すなわち、スリーブ６７の端部にキャップ７０が外嵌され、一体となって第２のハウジング５２ｂの底部に嵌合されている。これにより、ねじ軸６０が第２のハウジング５２ｂの袋孔６２に直接衝突することがなく、第２のハウジング５２ｂの損傷と摩耗の低減を図ると共に、軽量化を図りつつ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上させることができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−４３９０５号公報

こうした従来の電動アクチュエータ５１では、ねじ軸６０が慣性力で第２のハウジング５２ｂの内壁に衝突しても安全となるよう、耐久性と強度を高めた構造としつつ、軽量化を図ったものであるが、ねじ軸６０が衝突することを前提に考えられているため、スリーブ６７の端部に配設されたキャップ７０および第２のハウジング５２ｂに強度が必要とされ、材料だけでなく一定以上の厚みが要求される。これにより、軽量・コンパクト化の阻害要因となっていた。

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、システムエラーが生じて制御不能となった場合でも、ねじ軸がハウジングに衝突しない安全機構に着眼し、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図った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、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持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、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、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、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、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た電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸のねじ溝が一定の溝形状、溝深さに形成された領域と、この領域の一端部から当該ねじ溝の溝深さが漸次大径となるテーパ領域とを備えている。

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、ハウジングに装着された支持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、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、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、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、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た電動アクチュエータにおいて、ねじ軸のねじ溝が一定の溝形状、溝深さに形成された領域と、この領域の一端部から当該ねじ溝の溝深さが漸次大径となるテーパ領域とを備えているので、ナットの回転に伴い、ねじ軸のテーパ領域が軸方向に移動し、ナットにおける循環するボールが存在する範囲に到達すると、ボールが円滑に転動するためのすきまがなくなり、ねじ軸の移動に徐々に抵抗が生じて制動力がかかり、この制動力により、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸がその慣性力でオーバーランしても、ねじ軸の軸端ハウジングの内壁に衝突するのを防止することができる。したがって、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図ると共に、ねじ軸が衝突しても安全となるよう、ハウジングを耐久性と強度を高めた構造とする必要がなく、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト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。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ねじ軸のテーパ領域が、前記ねじ軸の縦断面において、前記ねじ溝の外径を結ぶ漸近線が所定の傾斜角からなるテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されていても良い。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ねじ軸のテーパ領域が、前記テーパ状の領域からさらに前記傾斜角よりも大きい傾斜角からなる２段のテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されていれば、１段目のテーパ領域が作動性能を低下させる領域、２段目のテーパ領域が、ボールが介在できない領域となり、ねじ軸に制動力を付与して減速させた後に停止させることができ、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸がその慣性力でオーバーランしても、衝撃を伴わず、スムーズにねじ軸を停止させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ねじ軸が、内周に前記ねじ溝が反転転写された螺旋状の凸条を備えた円筒状のダイスによって転造加工されていれば、量産性が向上し、低コスト化を図ることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成されて鋼製のスリーブがねじ部を介して締結されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合されていれば、ハウジングに対してねじ軸を回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記ハウジングの袋孔の端面に周方向等配に凹部が複数個形成され、これらの凹部に向けて前記スリーブの端面の外径部が塑性変形させて形成した加締部によって回り止めされていれば、運転中の振動等によってスリーブのねじ部が緩むのを防止し、信頼性を向上させることができる。

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、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持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、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、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、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、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た電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸のねじ溝が一定の溝形状、溝深さに形成された領域と、この領域の一端部から当該ねじ溝の溝深さが漸次大径となるテーパ領域とを備えているので、ナットの回転に伴い、ねじ軸のテーパ領域が軸方向に移動し、ナットにおける循環するボールが存在する範囲に到達すると、ボールが円滑に転動するためのすきまがなくなり、ねじ軸の移動に徐々に抵抗が生じて制動力がかかり、この制動力により、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸がその慣性力でオーバーランしても、ねじ軸の軸端ハウジングの内壁に衝突するのを防止することができる。したがって、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図ると共に、ねじ軸が衝突しても安全となるよう、ハウジングを耐久性と強度を高めた構造とする必要がなく、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト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。

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。 図１のボールねじ機構を示す縦断面図である。 図１の中間歯車部を示す要部拡大図である。 図１のスリーブを示す要部拡大図である。 （ａ）は、図２のねじ軸の製造方法を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）のねじ軸の変形例で、同上、製造方法を示す説明図である。 従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。

アルミ合金製のハウジングと、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、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された一対の支持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、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、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、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、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た電動アクチュエータにおいて、
前記ねじ軸が転造加工によって形成され、前記ねじ溝が一定の溝形状、溝深さに形成された領域と、この領域の一端部から当該ねじ溝の溝深さが漸次大径となるテーパ領域とを備え、このテーパ領域が、前記ねじ軸の縦断面において、前記ねじ溝の外径を結ぶ漸近線が傾斜角からなるテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されている。

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一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のボールねじ機構を示す縦断面図、図３は、図１の中間歯車部を示す要部拡大図、図４は、図１のスリーブを示す要部拡大図である。図５（ａ）は、図２のねじ軸の製造方法を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）のねじ軸の変形例で、同上、製造方法を示す説明図である。

この電動アクチュエータ１は、図１に示すように、円筒状のハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータＭと、この電動モータのモータ軸３ａに取付けられた入力歯車３に噛合する中間歯車４、およびこの中間歯車４に噛合する出力歯車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Ｍ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とを備えている。

ハウジング２はＡ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からなり、第１のハウジング２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング２ｂとからなり、固定ボルト（図示せず）によって一体に固定されている。第１のハウジング２ａには電動モータＭが取り付けられると共に、これら第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂには、ねじ軸１０を収容するための貫通孔１１と袋孔１２が形成されている。

電動モータＭのモータ軸３ａは、その端部に入力歯車３が圧入により相対回転不能に取り付けられ、第２のハウジング２ｂに装着された深溝玉軸受からなる転がり軸受１３によって回転自在に支持されている。また、平歯車からなる中間歯車４に噛合する出力歯車５は、後述するボールねじ機構８を構成するナット１８にキー１４を介して一体に固定されている。

駆動軸７は、ボールねじ機構８を構成するねじ軸１０と一体に構成され、この駆動軸７の一端部（図中右端部）に係止ピン１５が植設されている。また、第２のハウジング２ｂの袋孔１２には後述する円筒状のスリーブ１７が締結されている。そして、スリーブ１７の周方向に対向する位置に形成された軸方向に延びる凹溝１７ａ、１７ａにねじ軸１０の係止ピン１５が係合され、ねじ軸１０が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。

ボールねじ機構８は、図２に拡大して示すように、ねじ軸１０と、このねじ軸１０にボール１９を介して外挿されたナット１８とを備えている。ねじ軸１０は、外周に螺旋状のねじ溝１０ａが形成されている。一方、ナット１８は、ねじ軸１０に外挿されると共に、内周にねじ軸１０のねじ溝１０ａに対応する螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、これらねじ溝１０ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。そして、ナット１８は、ハウジング２ａ、２ｂに対して、２つの支持軸受２０、２０を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。２１は、ナット１８のねじ溝１８ａを連結して循環部材を構成する駒部材で、この駒部材２１によって多数のボール１９が無限循環することができる。

各ねじ溝１０ａ、１８ａ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１９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。

ナット１８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１０はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から円柱状に形成され、ねじ溝１０ａは旋削等の機械加工ではなく転造加工によって形成されている。そして、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。これにより、量産性が向上し、低コスト化を図ることができる。

ナット１８の外周面１８ｂには減速機構６を構成する出力歯車５が一体に固定されると共に、この出力歯車５の両側に２つの支持軸受２０、２０が所定のシメシロを介して圧入されている。これにより、駆動軸７からスラスト荷重が負荷されても支持軸受２０、２０と出力歯車５の軸方向の位置ズレを防止することができる。また、２つの支持軸受２０、２０は、両端部にシールド板２０ａ、２０ａが装着された密封型の深溝玉軸受で構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。

また、本実施形態では、ナット１８を回転自在に支持する支持軸受２０が同じ仕様の深溝玉軸受で構成されているので、前述した駆動軸７からスラスト荷重および出力歯車５を介して負荷されるラジアル荷重の両方を負荷することができると共に、組立時に誤組み防止のための確認作業を簡便化することができ、組立作業性を向上させることができる。なお、ここで、同じ仕様の深溝玉軸受とは、軸受の内径、外径、幅寸法をはじめ、転動体サイズ、個数および軸受内部すきま等が同一なものを言う。

また、ここでは、一対の支持軸受２０、２０のうち一方（図中左側）の支持軸受２０がリング状の弾性部材からなるワッシャ２７を介して第１のハウジング２ａに装着されている。このワッシャ２７は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されたウェーブワッシャからなる。そして、その内径Ｄが支持軸受２０の内輪外径ｄよりも大径に形成されている。これにより、一対の支持軸受２０、２０の軸方向ガタをなくすことができ、円滑な回転性能を得ることができると共に、ワッシャ２７が、支持軸受２０の外輪のみに当接して回転輪となる内輪とは干渉しないため、逆スラスト荷重が生じてナット１８が第１のハウジング２ａ側に押し付けられても支持軸受２０の内輪が第１のハウジング２ａに当接して摩擦力が上昇するのを防止し、ロック状態になるのを防止することができる。

減速機構６を構成する中間歯車４は、図３に示すように、転がり軸受２３を介して第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに植設された歯車軸２２に回転自在に支承されている。歯車軸２２の端部のうち、例えば、第１のハウジング２ａ側の端部を圧入する場合、第２のハウジング２ｂ側の端部をすきま嵌めに設定することにより、ミスアライメント（組立誤差）を許容して円滑な回転性能を確保することができる。本実施形態では、転がり軸受２３は、中間歯車４の内径４ａに圧入される鋼板プレス製の外輪２４と、保持器２５を介して外輪２４に転動自在に収容された複数の針状ころ２６とを備えた、所謂シェル型の針状ころ軸受で構成されている。これにより、入手性が高く、低コスト化を図ることができる。

また、中間歯車４の両側にはリング状のワッシャ２８、２８が装着され、中間歯車４が直接第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに接触するのを防止している。ここで、中間歯車４の歯部４ｂの幅が歯幅よりも小さく形成されている。これにより、ワッシャ２８との接触面積を小さくすることができ、回転時の摩擦抵抗を抑えて円滑な回転性能を得ることができる。ここで、ワッシャ２８は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて形成された平ワッシャからなる。なお、これ以外にも、例えば、黄銅や焼結金属、または、ＧＦ（グラス繊維）等の繊維状強化材が所定量充填されたＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性の合成樹脂で形成されていても良い。

さらに、転がり軸受２３の幅が中間歯車４の歯幅よりも小さく設定されている。これにより、摩擦による軸受側面の摩耗や変形を防止することができ、円滑な回転性能を得ることができる。

図４に示すように、ねじ軸１０を回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持するスリーブ１７は、第２のハウジング２ｂの袋孔１２に締結されている。具体的には、第２のハウジング２ｂの袋孔１２に雌ねじ１２ａが形成され、この雌ねじ１２ａに螺合する雄ねじ１７ｂがスリーブ１７の外周に形成されている。そして、スリーブ１７を袋孔１２の底部に向かって螺合（回転させながら進める）することにより、雌ねじ１２ａと雄ねじ１７ｂが係合し、スリーブ１７が第２のハウジング２ｂに締結される。

このスリーブ１７はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から冷間圧造法によって円筒状に形成され、内周には対向する位置に軸方向に延びる凹溝１７ａ、１７ａが形成されている。そして、この凹溝１７ａの表面に無電解ニッケルメッキ等の金属メッキが施されている。一方、凹溝１７ａに係合する係止ピン１５の表面にも硬質クロムメッキ等の金属メッキが施されている。これにより、耐摩耗性が向上し、長期間に亘って摩耗を抑制することができる。なお、金属メッキとして、これ以外にも、例えば、亜鉛メッキ、ユニクロメッキ、クロメートメッキ、ニッケルメッキ、クロムメッキ、カニゼンメッキ等を例示することができる。ここで、凹溝１７ａと係止ピン１５は、摺動時に互いが固着するのを防止することができるように、金属メッキは異種材の方が好ましい。

また、本実施形態では、第２のハウジング２ｂの端面に周方向等配に凹部２９が複数個形成されると共に、スリーブ１７の端面の外径部をこれら凹部２９に向けて塑性変形させて形成した加締部３０によってスリーブ１７の回り止めが行われている。これにより、運転中の振動等によってスリーブ１７のねじ部が緩むのを防止し、信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態では、第２のハウジング２ｂの雌ねじ１２ａとスリーブ１７の雄ねじ１７ｂが袋孔１２の底部寄りに設けられている。これにより、温度上昇によってそれぞれ線膨張係数が異なる第２のハウジング２ｂとスリーブ１７のねじ締結において、温度上昇に伴う軸力の変化を抑制することができる。

また、アクチュエータ本体の作動環境において、特に高温の領域では、それぞれ線膨張係数が異なる第２のハウジング２ｂとスリーブ１７のねじ締結が緩みの状況であった場合でも、加締部３０によってこのねじの緩みを防止することができ、信頼性が向上する。

ここで、本発明に係るねじ軸１０は、図１に示すように、ストローク端付近となるねじ溝１０ａが浅く遷移され、軸方向にテーパ状となるように形成されている。具体的には、
ねじ軸１０は、ねじ溝１０ａが一定の溝形状、溝深さに形成された領域Ｒ（ここでは、右側領域）と、この領域Ｒの一端部（ここでは、左側領域）からねじ溝１０ａの溝深さが漸次大径となるテーパ領域Ｌとを備えている。すなわち、ねじ軸１０の縦断面において、テーパ領域Ｌのねじ溝１０ａの外径を結ぶ漸近線が所定の傾斜角θからなるテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されている。これにより、ナット１８の回転に伴い、ねじ軸１０のテーパ領域Ｌが軸方向に移動し、ナット１８における循環するボール１９が存在する範囲に到達すると、ボール１９が円滑に転動するためのすきまがなくなり、ねじ軸１０の移動に徐々に抵抗が生じて制動力がかかる。

このような制動力により、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸１０がその慣性力でオーバーランしても、ねじ軸１０の軸端（ここでは、右側端面）が第２のハウジング２ｂの袋孔１２の底面１２ｂに衝突するのを防止することができる。したがって、ねじ軸１０の衝突を回避して信頼性の向上を図ると共に、第２のハウジング２ｂの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図った電動アクチュエータ１を提供することができる。

次に、図５（ａ）を用いてねじ軸１０の製造方法を説明する。ねじ軸１０は、内周にねじ溝１０ａが反転転写された螺旋状の凸条３１ａを備えた円筒状のダイス３１によって転造加工される。具体的には、ダイス３１を固定し、ねじ軸１０を回転させながらダイス３１に挿入させた状態で、軸方向（ここでは、左側から右側）に送ることによりねじ溝１０ａが転造される。このダイス３１は円周方向に等分割されており、ねじ溝１０ａが一定の溝形状、溝深さに形成された領域Ｒが形成され、テーパ領域Ｌに入る位置までねじ軸１０が送られてきた時にねじ軸１０の回転と送りを停止すると同時にダイス３１を放射方向に開放（転造を停止）することによって所望のねじ溝１０ａが形成される。

なお、ここでは、ダイス３１を固定し、ねじ軸１０を回転させながら軸方向に送ることによってねじ溝１０ａを転造する方法を例示したが、これに限らず、ダイス３１を回転し、ねじ軸１０をダイス３１に挿入させた状態で、軸方向（ここでは、左側から右側）に送ることによりねじ溝１０ａを転造するようにしても良い。また、ねじ軸１０が右側方向に移動する場合に、ねじ軸１０のねじ溝１０ａの左側に設けたねじ溝１０ａのテーパ領域Ｌが機能をもたらす例を示したが、これに限らず、ボールねじが主として受ける軸方向荷重の方向や周辺構造への取付状況により、テーパ領域Ｌを右側に形成しても良い。

（ｂ）は、（ａ）の製造方法の変形例である。ねじ軸１０’は、ねじ溝１０ａ’が一定の溝形状、溝深さに形成された領域Ｒ（ここでは、右側領域）と、この領域Ｒの一端部（ここでは、左側領域）からねじ溝１０ａ’の溝深さが漸次大径となるテーパ領域Ｌ１と、さらに漸次大径となるテーパ領域Ｌ２とを備えている。すなわち、ねじ軸１０’の縦断面において、テーパ領域Ｌ１のねじ溝１０ａ’の外径を結ぶ漸近線が所定の傾斜角θ１と、さらにこの傾斜角θ１よりも大きな傾斜角θ２からなる２段のテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されている。

円筒状のダイス３２は、前述したダイス３１と同様、内周にねじ軸１０’のねじ溝１０ａ’が反転転写された螺旋状の凸条３２ａを備え、円周方向に等分割されている。そして、このダイス３２を固定し、ねじ軸１０’を回転させながらダイス３２に挿入させた状態で、軸方向に送ることによりねじ溝１０ａ’が転造される。具体的には、ねじ溝１０ａ’が一定の溝形状、溝深さに形成された領域Ｒが形成され、テーパ領域Ｌ１に入る位置までねじ軸１０’が送られてきた時にねじ軸１０’の回転と送りを停止すると同時にダイス３２を放射方向に開放（転造を停止）することによって所望のねじ溝１０ａ’が形成される。

本実施形態では、ねじ軸１０’のねじ溝１０ａ’が一定の溝形状、溝深さに形成された領域Ｒと、この領域Ｒの一端部からねじ溝１０ａ’の溝深さが漸次大径となる２段のテーパ領域Ｌ１、Ｌ２を備えているので、１段目のテーパ領域Ｌ１は作動性能を低下させる領域、２段目のテーパ領域Ｌ２はボール１９が介在できない領域となり、ねじ軸１０’に制動力を付与して減速させた後に停止させることができ、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸１０’がその慣性力でオーバーランしても、衝撃を伴わず、スムーズにねじ軸１０’を停止させることができる。

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。

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
３ 入力歯車
３ａ モータ軸
４ 中間歯車
４ａ 中間歯車の内径
４ｂ 歯部
５ 出力歯車
６ 減速機構
７ 駆動軸
８ ボールねじ機構
１０ ねじ軸
１０ａ、１８ａ ねじ溝
１１ 貫通孔
１２ 袋孔
１２ａ 雌ねじ
１２ｂ 袋孔の底面
１３、２３ 転がり軸受
１４ キー
１５ 係止ピン
１７ スリーブ
１７ａ 凹溝
１７ｂ 雄ねじ
１８ ナット
１８ｂ ナットの外周面
１９ ボール
２０ 支持軸受
２０ａ シールド板
２１ 駒部材
２２ 歯車軸
２４ 外輪
２５ 保持器
２６ 針状ころ
２７、２８ ワッシャ
２９ 凹部
３０ 加締部
３１、３２ ダイス
３１ａ、３２ａ 凸条
５１ 電動アクチュエータ
５２ ハウジング
５２ａ 第１のハウジング
５２ｂ 第２のハウジング
５３ 入力歯車
５３ａ モータ軸
５４ 中間歯車
５５ 出力歯車
５６ 減速機構
５７ 駆動軸
５８ ボールねじ機構
５９ アクチュエータ本体
６０ ねじ軸
６０ａ、６４ａ ねじ溝
６１、６２ 袋孔
６２ａ 雌ねじ
６３ 転がり軸受
６４ ナット
６５ キー
６６ 係止ピン
６７ スリーブ
６７ａ 凹溝
６７ｂ 雄ねじ
６８ ボール
６９ 支持軸受
７０ キャップ
Ｍ 電動モータ
Ｄ ワッシャの内径
ｄ 支持軸受の内輪外径
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ ねじ軸のテーパ領域
Ｒ ねじ軸のねじ溝が一定の溝形状、溝深さに形成された領域
θ、θ１、θ２ テーパ領域の傾斜角

Claims (6)

1. 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、
   このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持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、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
   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、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、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た電動アクチュエータにおいて、
   前記ねじ軸のねじ溝が一定の溝形状、溝深さに形成された領域と、この領域の一端部から当該ねじ溝の溝深さが漸次大径となるテーパ領域とを備えていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記ねじ軸のテーパ領域が、前記ねじ軸の縦断面において、前記ねじ溝の外径を結ぶ漸近線が所定の傾斜角からなるテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記ねじ軸のテーパ領域が、前記テーパ状の領域からさらに前記傾斜角よりも大きい傾斜角からなる２段のテーパ状になり、溝深さが漸次浅く遷移するように形成されている請求項２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記ねじ軸が、内周に前記ねじ溝が反転転写された螺旋状の凸条を備えた円筒状のダイスによって転造加工されている請求項１乃至３いずれかに記載の電動アクチュエータ。
5. 前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成されて鋼製のスリーブがねじ部を介して締結されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記ハウジングの袋孔の端面に周方向等配に凹部が複数個形成され、これらの凹部に向けて前記スリーブの端面の外径部が塑性変形させて形成した加締部によって回り止めされている請求項５に記載の電動アクチュエータ。

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