JP2017141871A - ボールねじ装置およびこれを備える電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量・コンパクトで、ボールねじ軸の動作精度に優れたボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ軸３３と、複数のボール３４を介してボールねじ軸３３の外周に回転自在に嵌合されたボールねじナット３２とを備え、ボールねじナット３２の回転に伴ってボールねじ軸３３が軸方向に直線運動するボールねじ装置３１において、ボールねじ軸３３が、軸方向に延びた孔部３３ｂを有する中空状に形成され、孔部３３ｂに、ボールねじ軸３３の軸方向の変位量を検出するためのストローク検出用センサ５５が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボールねじ装置およびこれを備える電動アクチュエータに関する。

回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換装置の一つに、ボールねじ軸と、複数のボールを介してボールねじ軸の外周に回転自在に嵌合されたボールねじナットとを備えたボールねじ装置がある。また、この種のボールねじ装置を運動変換機構に採用したものとして、例えば、自動車の自動変速機、ブレーキおよびステアリング等の操作をモータ（電動モータ）の力を利用して行う電動アクチュエータがある（特許文献１）。特許文献１の電動アクチュエータは、モータの回転運動を受けてボールねじナットが回転（ボールねじ軸の軸線回りに回転）するのに伴って、ボールねじ軸が軸方向に進退移動するように構成されている。

特許文献１の電動アクチュエータのように、運動変換機構にボールねじ装置を採用し、かつボールねじ軸が当該アクチュエータの出力部材を構成するものにおいては、ボールねじ軸の軸方向の進退移動量（軸方向の変位量）に応じた出力（荷重）が操作対象に付与されることから、ボールねじ軸の軸方向の変位量を高精度に管理・制御する必要がある。このため、この種の電動アクチュエータにおいては、通常、ボールねじ軸の軸方向の変位量を検出するためのセンサが設けられる。特許文献１の電動アクチュエータにおいては、回転角センサと、モータロータとしても機能するボールねじナットに設けた磁石とを軸方向のすきまを介して対向配置することにより、ボールねじナットの回転に伴う磁石の磁束変化を検出し、その検出値に基づいてボールねじ軸の軸方向の変位量を間接的に導出することができるようにしている。

特開２００５−３３０９４２号公報

しかしながら、特許文献１のように、ボールねじ軸の軸方向の変位量を間接的に導出するようにした場合、ボールねじ軸の変位量検出に際しては、ボールねじ装置のガタ、剛性、動作精度等の影響を受けるため、ボールねじ軸の変位量を必ずしも正確に検出できるとは限らない。このため、ボールねじ軸の動作精度に優れ、信頼性に富むボールねじ装置、ひいては電動アクチュエータを実現できない可能性がある。特に、例えば大荷重を必要とする操作対象の制御用途に電動アクチュエータを適用すべく、モータ部とボールねじ装置との間に減速機を設けるような場合、ボールねじ軸の変位量検出に際しては減速機の動作精度等にも影響を受けることになるため、ボールねじ軸の変位量検出を正確に行うことができない可能性が一層高まる。

その一方、この種の電動アクチュエータを自動車等の車両に用いる場合には、使用機器に対する良好な搭載性を確保するためにも、できるだけ軽量・コンパクトであることが求められる。

以上の実情に鑑み、本発明の課題は、軽量・コンパクトで、かつボールねじ軸の軸方向の変位量を正確に検出することができるボールねじ装置を実現することにある。また、本発明の他の課題は、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、かつ出力部材の動作精度に優れた信頼性に富む電動アクチュエータを実現することにある。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、ボールねじ軸と、複数のボールを介してボールねじ軸の外周に回転自在に嵌合されたボールねじナットとを備え、ボールねじナットが回転するのに伴ってボールねじ軸が軸方向に進退移動するボールねじ装置において、ボールねじ軸が軸方向に延びた孔部を有する中空状に形成され、上記孔部に、ボールねじ軸の軸方向の変位量を検出するためのストローク検出用センサが配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、ボールねじ軸の軸方向の変位量を直接検出することができ、ボールねじ軸の変位量検出に際して、ボールねじ装置のガタ、剛性、動作精度等の影響を受けることがなくなるため、ボールねじ軸の変位量を正確に検出することができる。このような作用効果は、ボールねじナットに回転力を付与するエンジンやモータ等の原動機とボールねじナットとの間に、原動機の回転を減速してボールねじナットに伝達する減速機を追加的に設けた場合にも同様に享受することができる。このため、ボールねじ軸の動作精度に優れ、信頼性に富むボールねじ装置を実現することができる。また、ストローク検出用センサは、中空状に形成されたボールねじ軸の内周に配置されるため、この種のセンサをボールねじ軸の外部に配置する場合のように、センサ配置用の専用スペースを別途確保する必要がなくなる。そのため、ストローク検出用センサを含んで構成されるボールねじ装置を軽量・コンパクト化することができる。

ストローク検出用センサは、径方向隙間を介して対向配置された永久磁石の周囲に形成される軸方向および径方向の磁界を検出し、これに基づいてボールねじ軸の軸方向の変位量を算出するホールセンサとすることができる。

本発明に係るボールねじ装置は、上述したような特長を有することから、電力の供給を受けて駆動されるモータ部と、モータ部の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部とを備え、運動変換機構部に上記のボールねじ装置を採用し、かつ、ボールねじ軸の中心軸とモータ部の回転中心とを一致させた電動アクチュエータは、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、かつ出力部材の動作精度に優れた信頼性に富むものとなる。

運動変換機構部には、モータ部の回転を減速してボールねじナットに伝達する減速機をさらに設けることができる。この場合、小型のモータを採用することができるので、電動アクチュエータを一層軽量・コンパクト化することができる。減速機としては、遊星歯車減速機を採用することができる。遊星歯車減速機であれば、例えば、歯車緒元を変更したり、遊星ギヤの設置段数を変更したりすることで減速比を容易に調整することができ、しかも遊星ギヤを多段に設置しても減速機の大型化を回避することができる、という利点がある。

電動アクチュエータは、ボールねじ軸を常時原点側に付勢する付勢部材を有するものとしても良い。このようにすれば、例えば、モータ部に適切に駆動電力が供給されないような場合には、ボールねじ軸を自動的に原点復帰させ、操作対象（使用機器）の作動に悪影響を及ぼす可能性を可及的に低減することができる。

上記構成の電動アクチュエータは、軸方向に結合された複数部材からなり、モータ部および運動変換機構部を収容した筐体と、モータ部に電力（駆動電力）を供給するための給電回路およびストローク検出用センサを保持したターミナル部とを有するものとすることができる。この場合、ターミナル部は、筐体の構成部材により軸方向両側から挟持することができる。これにより、電動アクチュエータの組立性を向上することができる。

ターミナル部は、その外周部に、給電回路に接続されるリード線、およびストローク検出用センサに接続される信号線を筐体の外径側に引き出すための開口部を有するものとすることができる。このようにすれば、例えば、複数の電動アクチュエータを直列に配置し、かつ各ボールねじ軸を個別に直線運動させることができる電動アクチュエータを容易に実現することができる。このような電動アクチュエータは、操作対象が２以上ある使用機器、例えば、自動変速機の一種であるＤＣＴ（Ｄｕａｌ Ｃｌｕｔｃｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に搭載することができ、自動変速機全体の簡素化および軽量・コンパクト化に貢献できる。

以上より、本発明によれば、軽量・コンパクトで、かつ、ボールねじ軸の軸方向の変位量を正確に検出することができるボールねじ装置を実現することができる。また、本発明に係るボールねじ装置を電動アクチュエータの運動変換機構部に適用すれば、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、かつ、出力部材の動作精度に優れた信頼性に富む電動アクチュエータを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るボールねじ装置を備えた電動アクチュエータの縦断面図である。 図１のＥ−Ｅ線矢視断面図である。 モータのロータと運動変換機構部とを取り出して拡大した縦断面図である。 図１のＦ−Ｆ線矢視断面図である。 ケーシングにリングギヤを組み込んだ状態を示す縦断面図である。 モータのステータとターミナル部とを取り出して拡大した縦断面図である。 図１のＧ−Ｇ線矢視断面図である。 図１のＨ−Ｈ線矢視断面図である。 図１に示す電動アクチュエータの左側面図である。 図９のＩ−Ｉ線矢視断面図である。 ストローク検出センサによるボールねじ軸の変位量検出態様を説明するための模式図である。 電動アクチュエータの制御系統を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るボールねじ装置を備えた電動アクチュエータの縦断面図を示し、図２に、図１のＥ−Ｅ線矢視断面図を示し、図３に、モータのロータと運動変換機構部とを取り出して拡大した縦断面図を示す。なお、図１および図２は、電動アクチュエータの出力部材（を構成するボールねじ装置のボールねじ軸）が原点に位置した状態を示している。原点に位置した状態とは、後述する付勢部材としての圧縮コイルばね４８によりカバー２９とばね取付カラー３６とが機械的に当接する位置のことである。図１および図２に示すように、電動アクチュエータ１は、電力の供給を受けて駆動されるモータ部Ａと、モータ部Ａの回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構部Ｂと、図示外の操作対象を操作する操作部Ｃと、ターミナル部Ｄとを備え、これらは筐体２に収容・保持されている。

筐体２は、同軸配置された状態で軸方向に結合された複数部材からなる。本実施形態の筐体２は、軸方向一方側（図１および図２においては紙面右側。以下同様。）の端部および軸方向他方側（図１および図２においては紙面左側。以下同様。）の端部が開口した筒状のケーシング２０と、ケーシング２０の軸方向他方側の端部開口を閉塞するカバー２９と、ケーシング２０とカバー２９の間に配置され、ターミナル部Ｄを構成するターミナル本体５０との結合体からなる。カバー２９およびターミナル本体５０は、図９，１０に示す組立用ボルト６１によりケーシング２０に対して取り付け固定されている。

モータ部Ａは、ケーシング２０に固定されたステータ２３と、径方向隙間を介してステータ２３の内周に対向配置されたロータ２４とを備えたラジアルギャップ型のモータ（詳細には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する三相ブラシレスモータ）２５で構成されている。ステータ２３は、ステータコア２３ａに装着された絶縁用のボビン２３ｂと、ボビン２３ｂに巻き回されたコイル２３ｃとを備える。ロータ２４は、ロータコア２４ａと、ロータコア２４ａの外周に取り付けられた永久磁石２４ｂと、ロータコア２４ａを外周に装着した中空軸状のロータインナ２６とを備える。

図３に示すように、ロータコア２４ａは、ロータインナ２６の軸方向一方側の肩部２６ａにサイドプレート６５をセットした後、ロータインナ２６の外周面２６ｂに嵌合される。永久磁石２４ｂは、ロータコア２４ａの外周に嵌合された後、ロータインナ２６のうち、ロータコア２４ａの軸方向他方側の端部外側に取り付けられたサイドプレート６５、およびその軸方向外側に取り付けられたサークリップ６６により位置決め固定されている。

図１〜図３に示すように、ロータインナ２６の軸方向一方側の端部外周には転がり軸受２７の内側軌道面２７ａが形成され、転がり軸受２７の外輪２７ｂはケーシング２０の内周面に固定された軸受ホルダ２８に装着されている。また、ロータインナ２６の軸方向他方側の端部内周面と、カバー２９の円筒部２９ａの外周面との間に転がり軸受３０が装着されている。このような構成により、ロータインナ２６は、転がり軸受２７，３０を介して筐体２に対して回転自在に支持されている。

図１〜図３に示すように、本実施形態の運動変換機構部Ｂは、ボールねじ装置３１と、減速機（遊星歯車減速機１０）とを備える。

ボールねじ装置３１は、電動アクチュエータ１の出力部材を構成し、ロータ２４（ロータインナ２６）と同軸に配置されたボールねじ軸３３と、複数のボール３４を介してボールねじ軸３３の外周に回転自在に嵌合されたボールねじナット３２と、循環部材としてのこま３５とを備える。ボールねじナット３２の内周面に形成された螺旋状溝３２ａと、ボールねじ軸３３の外周面に形成された螺旋状溝３３ａとの間に複数のボール３４が装填され、２個のこま３５が組み込まれている。このような構成により、ボールねじ軸３３が軸方向に進退移動（直線運動）する際には、両螺旋状溝３２ａ，３３ａの間で２列のボール３４が循環する。ボールねじ軸３３の軸方向一方側の端部には、操作部Ｃとしてのアクチュエータヘッド３９が着脱可能に装着されている。

ボールねじ軸３３は、軸方向に延びた孔部（本実施形態では、軸方向両側の端面に開口した貫通穴）３３ｂを有する中空状に形成され、孔部３３ｂにばね取付カラー３６が収容されている。ばね取付カラー３６は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成され、軸方向一方側の端部に設けられた円形中実部３６ａと、軸方向他方側の端部に設けられたフランジ状のばね受け部３６ｂと、両部３６ａ，３６ｂを接続する筒部３６ｃとを一体に有する。

ボールねじ軸３３の孔部３３ｂに収容されたばね取付カラー３６は、その円形中実部３６ａとボールねじ軸３３とを径方向に貫通するようにピン３７を嵌め込むことによってボールねじ軸３３と連結固定される。ピン３７の両端部は、ボールねじ軸３３の外周面から径方向外側に突出しており、この突出部分にガイドカラー３８が回転自在に外嵌されている。ガイドカラー３８は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成され、ケーシング２０の小径円筒部２０ａの内周に設けられた軸方向に延びる案内溝２０ｂ（図５も併せて参照）に嵌め込まれている。このような構成により、モータ２５の回転に伴ってボールねじナット３２がボールねじ軸３３の軸線回りに回転すると、ボールねじ軸３３は回り止めされた状態で軸方向に直線運動する。

遊星歯車減速機１０は、図１〜図４に示すように、ケーシング２０に固定されたリングギヤ４０と、ロータインナ２６の段部内周面に圧入固定されたサンギヤ４１と、リングギヤ４０とサンギヤ４１の間に配置され、両ギヤ４０，４１に噛合った複数（本実施形態では４つ）の遊星ギヤ４２と、遊星ギヤ４２を回転自在に保持した遊星ギヤキャリア４３および遊星ギヤホルダ４４と、を備える。

図４に示すように、リングギヤ４０の外周には径方向外側に突出したノッチ４０ａが周方向に離間した複数箇所（図示例では４箇所）に設けられ、各ノッチ４０ａは、ケーシング２０の内周面２０ｃの周方向に離間した４箇所に設けられた軸方向溝２０ｅ（図５を併せて参照）にそれぞれ嵌合されている。これにより、リングギヤ４０は、ケーシング２０に対して回り止めされている。

遊星ギヤキャリア４３は、ロータインナ２６に対して相対回転可能であり、図１〜図３に示すように、ロータインナ２６の内周面とボールねじナット３２の外周面３２ｂとの間に配置された円筒部４３ａを一体に有する。円筒部４３ａの外周面はロータインナ２６の内周面（およびサンギヤ４１の内周面）と径方向隙間を介して対向し、円筒部４３ａの内周面はボールねじナット３２の外周面３２ｂに圧入嵌合されている。以上の構成を有する遊星歯車減速機１０により、モータ２５のロータインナ２６の回転が減速された上でボールねじナット３２に伝達される。これにより、回転トルクを増加することができるので、小型のモータ２５を採用することができ、電動アクチュエータ１を全体として軽量・コンパクト化することができる。

図１〜図３に示すように、ボールねじナット３２の軸方向一方側の端面とケーシング２０との間にスラストワッシャ４５が配設され、カバー２９の円筒部２９ａの先端部外周に取り付けられたスラスト受けリング４６とボールねじナット３２の軸方向他方側の端面との間にスラスト針状ころ軸受４７が配設されている。このスラスト針状ころ軸受４７により、ボールねじ軸３３が軸方向一方側に直線運動（前進）する際のスラスト荷重が滑らかに支持される。

図１および図２に示すように、カバー２９の円筒部２９ａの内周面２９ｂとボールねじ軸３３の外周面との間には、付勢部材としての圧縮コイルばね４８が配設されている。圧縮コイルばね４８の軸方向一方側および他方側の端部は、それぞれ、スラスト針状ころ軸受４７およびばね取付カラー３６のばね受け部３６ｂに当接している。このように設けられた圧縮コイルばね４８のばね力により、ばね取付カラー３６と連結されたボールねじ軸３３が常時原点側に付勢される。このようにすれば、例えば、モータ部Ａ（モータ２５）に適切に駆動電力が供給されないような場合には、ボールねじ軸３３を自動的に原点復帰させ、図示しない操作対象の作動に悪影響を及ぼす可能性を可及的に低減することができる。

カバー２９の詳細を図９および図１０を参照して説明する。図９は、図１の左側面図であり、図１０は、図９中に示すＩ−Ｉ線矢視断面図である。カバー２９は、加工性（量産性）および熱伝導率に優れた金属材料、例えば、アルミニウム合金、亜鉛合金又はマグネシウム合金で形成される。図示は省略しているが、カバー２９の外側表面には、電動アクチュエータ１の冷却効率を高めるための冷却フィンを設けても良い。図１０に示すように、カバー２９の円筒部２９ａの外周面には、転がり軸受３０が装着された軸受装着面６３と、スラスト受けリング４６が嵌合された嵌合面６４とが設けられている。また、図９に示すように、カバー２９には、電動アクチュエータ１の組立用ボルト６１が挿通された図示外の貫通穴と、電動アクチュエータ１を使用機器に取り付けるための取付用ボルトが挿通される貫通穴６２とが設けられている。

次に、ターミナル部Ｄを図１および図６〜図８を参照して説明する。図６は、図１に示すモータ２５のステータ２３とターミナル部Ｄを取り出して拡大した縦断面図、図７は、図１のＧ−Ｇ線矢視断面図、図８は、図１のＨ−Ｈ線矢視断面図である。図６に示すように、ターミナル部Ｄは、筐体２の一部を構成する短筒状部、および短筒状部の軸方向他方側の端部から径方向内側に延びる円盤状部を一体に有するターミナル本体５０と、ターミナル本体５０（の円盤状部）に対してねじ止めされたバスバー５１およびプリント基板５２とを備える。図７および図８に示すように、ターミナル本体５０（の短筒状部）は、図９，１０に示す組立用ボルト６１が挿通される貫通穴５０Ａと、電動アクチュエータ１を使用機器に取り付けるためのボルトが挿通される貫通穴５０Ｂとを有し、上記の組立用ボルト６１により、ケーシング２０とカバー２９の間で挟持される（図１参照）。ターミナル本体５０は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成される。

ターミナル部Ｄ（ターミナル本体５０）は、モータ２５に駆動電力を供給するための給電回路を保持している。給電回路は、図７および図８に示すように、ステータ２３のコイル２３ｃをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相別にバスバー５１の端子５１ａに結線し、さらに、図２に示すように、バスバー５１の端子５１ｂと、ターミナル本体５０の端子台５０ａとをねじ７０で締結することで構成される。端子台５０ａは、図示外のリード線が接続される端子５０ｂを有し、上記のリード線は、ターミナル本体５０の外周部（短筒状部）に設けられた開口部５０ｃ（図１参照）を介して筐体２の外径側に引き出され、制御装置８０のコントローラ８１（図１２参照）に接続される。

本実施形態の電動アクチュエータ１には２種類のセンサが搭載されており、これら２種類のセンサはターミナル部Ｄに保持されている。図１等に示すように、２種類のセンサのうちの一方は、モータ２５の回転制御に用いる回転角度検出用センサ５３であり、他方は、ボールねじ軸３３のストローク制御（軸方向の変位量検出）のために用いるストローク検出用センサ５５である。回転角度検出用センサ５３およびストローク検出用センサ５５としては、何れも、磁気センサの一種であるホールセンサが使用される。

図１および図８に示すように、回転角度検出用センサ５３は、円盤状をなしたプリント基板５２に取り付けられており、ロータインナ２６の軸方向他方側の端部に取り付けられたパルサリング５４と軸方向隙間を介して対向配置されている。この回転角度検出用センサ５３は、モータ２５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに電流を流すタイミングを決める。

図２、図７および図８に示すように、ストローク検出用センサ５５は、軸方向に延び、軸方向他方側の端部がプリント基板５２に接続された帯状のプリント基板５６に取り付けられている。プリント基板５６およびストローク検出用センサ５５は、ボールねじ軸３３の孔部３３ｂの内部、より詳細には、孔部３３ｂに収容されたばね取付カラー３６の筒部３６ｃ内周に配置されている。また、ばね取付カラー３６の筒部３６ｃの内周には、ストローク検出用センサ５５と径方向隙間を介して対向するようにしてターゲットとしての永久磁石５７が取り付けられており、本実施形態では軸方向に離間した二箇所に永久磁石５７が取り付けられている。そして、ホールセンサからなるストローク検出用センサ５５は、図１１に模式的に示すように、永久磁石５７の周囲に形成される軸方向の磁界ｘおよび径方向の磁界ｙをそれぞれ検出し、これに基づいてボールねじ軸３３の軸方向の変位量を算出する。

詳細な図示は省略しているが、回転角度検出用センサ５３の信号線およびストローク検出用センサ５５の信号線は、何れも、ターミナル本体５０の開口部５０ｃ（図１参照）を介して筐体２の外径側に引き出され、制御装置８０（図１２参照）に接続される。

以上の構成を有する電動アクチュエータ１の組立手順を簡単に説明する。まず、図５に示すように、リングギヤ４０をケーシング２０に組み込む。次いで、図３に示すモータ２５のロータ２４と運動変換機構部Ｂのサブアセンブリをケーシング２０に挿入する。このとき、遊星ギヤ４２とリングギヤ４０とを噛み合わせ、ガイドカラー３８をケーシング２０の案内溝２０ｂに嵌合させ、さらに軸受ホルダ２８をケーシング２０の内周面２０ｃに嵌合させる。その後、図６に示すモータ２５のステータ２３とターミナル本体５０（ターミナル部Ｄ）のサブアセンブリのうち、ステータ２３をケーシング２０の内周に嵌合してから、カバー２９およびターミナル本体５０をケーシング２０に対して組立用ボルト６１（図９参照）により締結する。これにより、電動アクチュエータ１が完成する。

以上で説明したように、本実施形態に係るボールねじ装置３１およびこれを運動変換機構部Ｂに採用した電動アクチュエータ１においては、ボールねじ軸３３を中空状に形成し、ボールねじ軸３３の内周にボールねじ軸３３の軸方向の変位量を検出するためのストローク検出用センサ５５を配置している。このような構成によれば、ボールねじ軸３３の軸方向の変位量を直接検出することができ、ボールねじ軸３３の変位量検出に際して、当該ボールねじ軸３３やボールねじナット３２を含んで構成されるボールねじ装置３１のガタ、剛性、動作精度等の影響を受けることがなくなる。このため、ボールねじ軸３３の軸方向の変位量を正確に検出することができる。また、本実施形態では、運動変換機構部Ｂに、モータ部Ａの回転を減速してボールねじナット３２に伝達する遊星歯車減速機１０を設けているが、遊星歯車減速機１０のガタや動作精度がボールねじ軸３３の軸方向の変位量検出に影響を及ぼすこともない。そのため、ボールねじ軸３３の動作精度に優れ、信頼性に富むボールねじ装置３１、ひいては電動アクチュエータ１を実現することができる。また、ストローク検出用センサ５５は、中空状に形成されたボールねじ軸３３の内周に配置されるため、この種のセンサをボールねじ軸３３の外部に配置する場合のように、センサ配置用の専用スペースを別途確保する必要がなくなる。そのため、電動アクチュエータ１の軽量・コンパクト化を図り、使用機器に対する搭載性を高めることができる。

また、ロータインナ２６は、ロータコア２４ａの軸方向一方側の端部に近接配置された転がり軸受２７により軸方向一方側の端部が回転自在に支持され、ロータコア２４ａの軸方向他方側の端部に近接配置された転がり軸受３０により軸方向他方側の端部が回転自在に支持されている。このような構造により、ロータインナ２６を軸方向にコンパクト化することができる。これに加えて、転がり軸受２７が、ボールねじナット３２の軸方向幅の内側に配置された構造が相俟って、電動アクチュエータ１の筐体２の軸方向寸法Ｌ（図１参照）を短縮することができる。

また、ロータ２４の回転バランスが取られていれば、ロータインナ２６を支持する転がり軸受２７，３０は、ロータ２４の自重程度のラジアル荷重を支持できれば良い。この場合、転がり軸受２７の内側軌道面２７ａを一体に有するロータインナ２６は、高強度の材料で形成する必要がなく、例えば、焼入れ焼戻し等の熱処理が省略された安価な軟鋼材で形成しても必要強度を確保することができる。特に、本実施形態では、モータ２５の回転運動を、遊星歯車減速機１０を介してボールねじナット３２に伝達するようにしているためにラジアル荷重の発生はなく、また、ボールねじ軸３３の直線運動（特に前進移動）に伴って生じる反力（スラスト荷重）はスラスト針状ころ軸受４７で直接的に支持される。従って、転がり軸受２７は、ラジアル方向の位置決め機能を有していれば足りるため、転がり軸受２７の内側軌道面２７ａを一体に有するロータインナ２６は、上記のような材料仕様で足りる。これにより、電動アクチュエータ１を低コスト化することができる。

また、スラスト針状ころ軸受４７は、ロータインナ２６を支持する転がり軸受２７，３０間の軸方向範囲内に配置されているので、モーメント荷重に対して有利であり、当該軸受として小型のものを使用できる。特に、本実施形態のように、スラスト針状ころ軸受４７を、ロータインナ２６を支持する転がり軸受２７，３０間の軸方向中央付近に配置した場合は、モーメント荷重に対して極めて有利であり、スラスト針状ころ軸受４７の小型化を一層促進できる。その結果、スラスト針状ころ軸受４７およびスラスト受けリング４６等として極めて小型のものを採用することができ、これを通じて電動アクチュエータ１を全体としてコンパクト化することができる。

また、遊星ギヤキャリア４３の円筒部４３ａを遊星歯車減速機１０の出力部とし、この円筒部４３ａをボールねじナット３２の外周面３２ｂに圧入嵌合することで遊星ギヤキャリア４３とボールねじナット３２とをトルク伝達可能に連結したので、組立時の連結作業性が良好であることに加え、減速後の高トルクに対しても安定したトルク伝達が可能である。

また、運動変換機構部Ｂに遊星歯車減速機１０を設けたことによるモータ部Ａ（モータ２５）の小型化と、ロータインナ２６、遊星ギヤキャリア４３の円筒部４３ａおよびボールねじナット３２の半径方向での重畳構造とが相俟って、電動アクチュエータ１の筐体２の径方向寸法Ｍ（図１参照）も小さくすることができる。これにより、電動アクチュエータ１を一層コンパクト化することができ、使用機器に対する搭載性が一層向上する。

また、ロータインナ２６の内周面に遊星歯車減速機１０のサンギヤ４１が圧入嵌合されることで、ロータインナ２６とサンギヤ４１とがトルク伝達可能に連結されているので、この点においても組立時の連結作業性が良好である。なお、このような連結構造を採用しても、サンギヤ４１は、減速前のロータインナ２６と一体回転できれば良いので、両者間で必要とされるトルク伝達性能は十分に確保できる。さらに、ロータインナ２６とサンギヤ４１とは、ロータインナ２６を支持する転がり軸受２７の直下位置で連結されているので、サンギヤ４１の回転精度も良好である。

また、ロータインナ２６とボールねじナット３２とを別体構造としたので、例えば、仕様が異なるボールねじ装置３１を採用する場合でも、ロータインナ２６（ひいてはモータ部Ａ）を共用化することができる。これにより、汎用性を向上し、部品を共用化した多品種展開による電動アクチュエータ１のシリーズ化を実現することも容易となる。

また、給電回路、回転角度検出用センサ５３およびストローク検出用センサ５５等をターミナル本体５０で保持し、このターミナル本体５０（ターミナル部Ｄ）をケーシング２０とカバー２９とで軸方向に挟持するサンドイッチ構造を採用したので、組立性が良好である。さらに、上記のサンドイッチ構造と、ターミナル本体５０の外周部（短筒状部）に設けた開口部５０ｃを介して給電回路のリード線や上記センサの信号線を筐体２（電動アクチュエータ１）の外径側に引き出し可能にした構造とにより、複数の電動アクチュエータ１を軸方向に連ねて配置し、複数の操作対象を個別に操作可能な電動アクチュエータを実現することもできる。

最後に、図１および図１２を参照して本実施形態の電動アクチュエータ１の作動態様を簡単に説明する。図示は省略するが、例えば、車両上位のＥＣＵに操作量が入力されると、この操作量に基づいてＥＣＵは要求される位置指令値を演算する。図１２に示すように、位置指令値は制御装置８０のコントローラ８１に送られ、コントローラ８１は、位置指令値に必要なモータ回転角の制御信号を演算し、この制御信号をモータ２５に送る。

コントローラ８１から送られた制御信号に基づいてロータ２４（ロータインナ２６）が回転し、この回転運動が運動変換機構部Ｂに伝達される。具体的には、ロータインナ２６が回転すると、ロータインナ２６に連結された遊星歯車減速機１０のサンギヤ４１が回転し、これに伴って遊星ギヤ４２が公転すると共に遊星ギヤキャリア４３が回転する。これにより、ロータインナ２６の回転運動が遊星ギヤキャリア４３に連結されたボールねじナット３２に伝達される。このとき、遊星ギヤ４２の公転運動により、ロータインナ２６の回転数が減速されるので、ボールねじナット３２に伝達される回転トルクが増加する。

ロータインナ２６の回転運動を受けてボールねじナット３２が回転すると、ボールねじ軸３３は、回り止めされた状態で軸方向一方側に直線運動（前進）する。この際、ボールねじ軸３３はコントローラ８１の制御信号に基づく位置まで前進し、ボールねじ軸３３の軸方向一方側の端部に取り付けられたアクチュエータヘッド３９が図示しない操作対象を軸方向に操作する。

ボールねじ軸３３の軸方向位置（軸方向の変位量）は、図１２にも示すように、ストローク検出用センサ５５により検出され、その検出値は制御装置８０の比較部８２に送られる。そして、比較部８２は、ストローク検出用センサ５５により検出された検出値と位置指令値との差分を算出し、コントローラ８１はこの算出値および回転角度検出用センサ５３から送られた信号に基づいてモータ２５に制御信号を送る。このようにして、アクチュエータヘッド３９の位置がフィードバック制御される。このため、本実施形態の電動アクチュエータ１を、例えば、シフト・バイ・ワイヤに適用した場合、シフト位置を確実にコントロールすることができる。なお、モータ部Ａ（モータ２５）やセンサ５３，５５等を駆動するための電力は、車両側に設けられたバッテリ等の外部電源（図示せず）から制御装置８０を介してモータ２５等に供給される。

以上、本発明の一実施形態に係るボールねじ装置３１およびこれを具備した電動アクチュエータ１について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限られない。

例えば、以上で説明した実施形態においては、ボールねじ軸３３の軸方向の両端面に開口した孔部３３ｂ（軸方向の貫通穴）を設けることによって、ボールねじ軸３３を中空状に形成すると共に、ボールねじ軸３３の内周にストローク検出用センサ５５を配置したが、ボールねじ軸３３に、その軸方向他方側の端面のみに開口した軸方向に延びる孔部３３ｂを設け、この孔部３３ｂにストローク検出用センサ５５を配置しても良い。

また、以上で説明した実施形態においては、ボールねじ軸３３を常時原点側に付勢する付勢部材としての圧縮コイルばね４８を設けているが、圧縮コイルばね４８は付勢する機能を必要とする用途に応じて設ければよく、必要としない場合は省略しても構わない。

また、以上で説明した実施形態においては、運動変換機構部Ｂを構成する減速機に遊星歯車減速機１０を採用したが、他の機構を有する減速機を採用しても良い。また、本発明は、減速機を具備した電動アクチュエータ１のみならず、減速機を具備しない電動アクチュエータ１に適用することも可能である。図示は省略するが、減速機を省略する場合には、ボールねじナット３２とロータインナ２６とを直接的にトルク伝達可能に連結すれば良い。

また、本発明に係るボールねじ装置３１は、以上で説明した電動アクチュエータ１のみならず、その他の電気機器に適用することも可能である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、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。

１ 電動アクチュエータ
２ 筐体
１０ 遊星歯車減速機（減速機）
２０ ケーシング
２３ ステータ
２４ ロータ
２５ モータ
２６ ロータインナ
２９ カバー
３１ ボールねじ装置
３２ ボールねじナット
３３ ボールねじ軸
３３ｂ 孔部
３４ ボール
４０ リングギヤ
４１ サンギヤ
４２ 遊星ギヤ
４３ 遊星ギヤキャリア
４７ スラスト針状ころ軸受
４８ 圧縮コイルばね（付勢部材）
５０ ターミナル本体
５０ｃ 開口部
５５ ストローク検出用センサ
５７ 永久磁石
Ａ モータ部
Ｂ 運動変換機構部
Ｃ 操作部
Ｄ ターミナル部
Ｌ 筐体の軸方向寸法
Ｍ 筐体の径方向寸法

Claims (8)

1. ボールねじ軸と、複数のボールを介して前記ボールねじ軸の外周に回転自在に嵌合されたボールねじナットとを備え、該ボールねじナットが回転するのに伴って前記ボールねじ軸が軸方向に進退移動するボールねじ装置において、
   前記ボールねじ軸が、軸方向に延びた孔部を有する中空状に形成され、
   前記孔部に、前記ボールねじ軸の軸方向の変位量を検出するためのストローク検出用センサが配置されていることを特徴とするボールねじ装置。
2. 前記ストローク検出用センサは、径方向隙間を介して対向配置された永久磁石の周囲に形成される軸方向および径方向の磁界を検出し、これに基づいて前記ボールねじ軸の軸方向の変位量を算出するホールセンサである請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 電力の供給を受けて駆動されるモータ部と、該モータ部の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部とを備え、前記運動変換機構部に、請求項１又は２に記載のボールねじ装置が採用され、かつ前記ボールねじ軸の中心軸と前記モータ部の回転中心とが一致した電動アクチュエータ。
4. 前記運動変換機構部が、前記モータ部の回転を減速して前記ボールねじナットに伝達する減速機をさらに備える請求項３に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記減速機が、遊星歯車減速機である請求項４に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記ボールねじ軸を常時原点側に付勢した付勢部材を有する請求項３〜５の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
7. 軸方向に結合された複数部材からなり、前記モータ部および前記運動変換機構部を収容した筐体と、前記モータ部に前記電力を供給するための給電回路および前記ストローク検出用センサを保持したターミナル部とをさらに備え、
   前記ターミナル部が、前記筐体の構成部材により軸方向両側から挟持されている請求項３〜６の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
8. 前記ターミナル部は、その外周部に、前記給電回路に接続されるリード線、および前記ストローク検出用センサに接続される信号線を前記筐体の外径側に引き出すための開口部を有する請求項７に記載の電動アクチュエータ。

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