JP2017180571A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ等の基幹部品を共用できる電動アクチュエータを提供する。【解決手段】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とを備え、運動変換機構部Ｂが、モータ部Ａのロータ２４の回転中心と同軸に配置されたねじ軸３３、およびその外周に回転可能に嵌合されたナット部材３２を有し、ナット部材３２の回転に伴ってねじ軸３３が軸方向に直線運動する電動アクチュエータ１において、ロータ２４は、ナット部材３２を内周に配置した中空回転軸としてのロータインナ２６を有し、ロータインナ２６の内周面とナット部材３２の外周面３２との間に配置された中間部材Ｚを介して、ロータ２４の回転運動がナット部材３２に伝達される。【選択図】図１

Description

本発明は、電動アクチュエータに関する。

近年、自動車においては、その省力化や低燃費化のために電動化が進展し、例えば、自動変速機、ブレーキおよびステアリング等の操作を電動機（モータ）の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このようなシステムに使用される電動アクチュエータとして、モータ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にねじ機構を採用したものがある（例えば、特許文献１）。この場合、ねじ機構を構成するねじ軸が、電動アクチュエータの出力部材（出力軸）を構成する。

特許文献１の電動アクチュエータは、減速機としての遊星歯車減速機を有し、モータの回転運動（出力）は、遊星歯車減速機により減速された上でねじ機構のナット部材に伝達されるようになっている。

特開２０１４−２３１２８０号公報

ところで、電動アクチュエータに遊星歯車減速機等の減速機を設けた場合、モータを小型化することができるため、電動アクチュエータを全体として軽量・コンパクト化することができるという利点がある反面、モータの回転運動をナット部材に伝達するための動力伝達系統が複雑化する分、高コスト化する可能性がある。そのため、例えば操作対象を操作するために大トルクを要しないような用途には、減速機を有しない電動アクチュエータが採用される場合もある。従って、電動アクチュエータとしては、用途等に応じて各部の仕様を異ならせた様々なタイプを準備する必要がある。しかしながら、タイプ毎に多くの部品・部材を専用設計していたのでは高コスト化が避けられないものとなる。そこで、部品・部材を共用することによる電動アクチュエータのシリーズ化（多品種展開）が検討されている。

電動アクチュエータのシリーズ化を検討するにあたり、特に、電動アクチュエータの基幹部品であるモータやねじ装置（ボールねじ装置）を共用することができれば、電動アクチュエータの低コスト化を図る上で有利となる。しかしながら、特許文献１の電動アクチュエータでは、ねじ装置のナット部材が遊星歯車減速機の出力部材としても機能する関係上、減速機の有無に応じてねじ装置（特にナット部材）の仕様を異ならせる必要がある。そのため、電動アクチュエータの低コスト化を十分に図ることができない可能性がある。

以上の実情に鑑み、本発明の主な課題は、モータやねじ装置などの基幹部品を共用することのできる電動アクチュエータを提供し、もって電動アクチュエータのシリーズ化（多品種展開）を実現する際のコスト増を可及的に防止可能とすることにある。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、電力の供給を受けて駆動するモータ部と、モータ部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とを備え、運動変換機構部が、モータ部のロータの回転中心と同軸に配置されたねじ軸、およびその外周に回転可能に嵌合されたナット部材を有し、ナット部材の回転に伴ってねじ軸が軸方向に直線運動する電動アクチュエータにおいて、ロータは、ナット部材を内周に配置した中空回転軸を有し、中空回転軸の内周面とナット部材の外周面との間に配置された中間部材を介してロータの回転運動がナット部材に伝達されることを特徴とする。

このような構成によれば、中空回転軸およびナット部材に対する中間部材の固定態様や中間部材の形状等を変更するだけでモータ部（ロータ）の回転運動をナット部材に伝達させ、ねじ軸（電動アクチュエータの出力軸）を直線運動させることができる。このため、運動変換機構部にロータの回転を減速して出力する減速機を設ける場合、および運動変換機構部に減速機を設けない場合の双方において、少なくとも、モータ部と、ねじ軸およびナット部材を有するねじ装置とについては共通のものを使用することが可能となる。これにより、高コスト化を招来することなく、電動アクチュエータのシリーズ化を実現することが可能となる。

本発明は、例えば、
（１）運動変換機構部にロータの回転を減速して出力する減速機を設けると共に、減速機の出力部材で上記中間部材を構成し、出力部材（中間部材）の外周面を中空回転軸の内周面と径方向隙間を介して対向させると共に、出力部材の内周面をナット部材の外周面に固定した電動アクチュエータ、あるいは、
（２）中間部材の外周面が中空回転軸の内周面に固定され、中間部材の内周面がナット部材の外周面に固定された電動アクチュエータ（減速機を有しない電動アクチュエータ）、
に適用することができる。
上記（１）の場合、減速機としては遊星歯車減速機を好ましく採用することができ、本発明は、一段減速式の遊星歯車減速機、あるいは多段減速式の遊星歯車減速機の何れにも好ましく適用することができる。

中空回転軸は、軸方向に離間した二箇所に配置された転がり軸受により回転自在に支持することができる。この場合、中空回転軸に、２つの転がり軸受のうちの一方の転がり軸受の内側軌道面を設ければ、中空回転軸、ひいてはロータを軸方向にコンパクト化することができる。これにより、軸方向にコンパクトで、使用機器に対する搭載性に優れた電動アクチュエータを実現することができる。

中空回転軸に上記の内側軌道面が設けられている場合に、この内側軌道面をナット部材の軸方向幅の内側に配置すれば、電動アクチュエータを軸方向に一層コンパクト化することができる。

以上の構成において、ナット部材は、複数のボールを介してねじ軸の外周に嵌合することができる。すなわち、運動変換機構部を構成するねじ装置としては、いわゆるボールねじ装置を採用することもできる。このようにすれば、ねじ軸、ひいては電動アクチュエータの出力軸の作動性を高めることができる。

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、モータ部に電力を供給するための給電回路を保持したターミナル部とをさらに備えるものとすることができる。この場合に、ターミナル部を筐体の構成部材により軸方向両側から挟持するようにすれば、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、それぞれがねじ軸を有する複数の電動アクチュエータを直列に配置（軸方向に並べて配置）し、かつ各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に搭載することができ、電動アクチュエータを含めた使用機器全体の軽量・コンパクト化に貢献できる。

以上より、本発明によれば、モータやねじ装置などの基幹部品を共用することのできる電動アクチュエータを提供することができる。これにより、電動アクチュエータのシリーズ化（多品種展開）を実現する際のコスト増を可及的に防止することが可能となる。

本発明の一実施形態に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。 図１の電動アクチュエータの制御系統を示す概略ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの制御系統を示す概略ブロック図である。

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、モータ部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ねじ軸３３が原点に位置した状態を示している。本実施形態における「原点に位置した状態」とは、後述する圧縮コイルばね４８のばね力により、ねじ軸３３（に連結された内方部材３６）の端面が、これに対向するカバー２９の端面と機械的に当接する位置にある状態のことである。

図１および図２に示すように、本実施形態の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。従って、ターミナル本体５０は、その軸方向両側に配置されたケーシング２０とカバー２９とで挟持固定されている。

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ロータマグネットとしての永久磁石２４ｂと、中空状に形成され、ロータコア２４ａを外周に装着した中空回転軸としてのロータインナ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（図２参照）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の軸方向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の内周面に装着されている。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、ねじ装置としてのボールねじ装置３１と、減速機としての遊星歯車減速機１０とを備え、遊星歯車減速機１０は、モータ部Ａの軸方向一方側に隣接配置されている。

ボールねじ装置３１は、ロータ２４の回転中心と同軸に配置され、電動アクチュエータ１の出力部材を構成するねじ軸３３と、複数のボール３４を介してねじ軸３３の外周に回転可能に嵌合され、ロータインナ２６の内周に配置されたナット部材３２と、循環部材としてのこま３５とを備える。ナット部材３２の内周面に形成された螺旋状溝３２ａと、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、こま３５が組み込まれている。このような構成により、ナット部材３２が回転するのに伴ってねじ軸３３が軸方向に直線運動する際には、両螺旋状溝３２ａ，３３ａの間でボール３４が循環する。

ねじ軸３３は、軸方向に延びる孔部（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に内方部材３６が収容されている。内方部材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部３６ｂと、両部３６ａ，３６ｂを接続する筒部３６ｃとを一体に有する。

ねじ軸３３の孔部３３ｂに収容された内方部材３６は、その円形中実部３６ａとねじ軸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ねじ軸３３と連結固定される。ピン３７の両端部は、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の内周面に設けられた軸方向の案内溝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、ロータ２４の回転に伴ってナット部材３２がねじ軸３３の軸線回りに回転すると、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。なお、ねじ軸３３が、軸方向他方側から軸方向一方側に向けて直線運動（前進）するか、あるいは、軸方向一方側から軸方向他方側に向けて直線運動（後退）するかは、基本的には、ロータ２４（ナット部材３２）の回転方向に応じて決定付けられるが、本実施形態では、圧縮コイルばね４８のばね力によってもねじ軸３３が後退移動可能となっている（詳細は後述する）。

図１および図２に示すように、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。本実施形態のアクチュエータヘッド３９は、ねじ軸３３が軸方向一方側に直線運動するのに伴ってその先端面が操作対象を軸方向に加圧する、いわゆる押しタイプである。なお、アクチュエータヘッド３９としては、操作対象を軸方向両側に操作可能な、いわゆる押し引きタイプを採用することもできる。いかなるタイプ・形状のアクチュエータヘッド３９を使用するかは、電動アクチュエータ１が搭載される使用機器（操作対象の形状や動作態様）を考慮して決定付けられる。

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２６ｃ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、遊星ギヤキャリア４３は、遊星ギヤ４２の公転運動を取り出して出力する。従って、遊星ギヤキャリア４３が遊星歯車減速機１０の出力部材を構成する。

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複数箇所（図示例では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、図１〜図３に示すように、遊星ギヤ４２の内周に嵌合されたピン状部と、遊星ギヤ４２の軸方向一方側に配置された円盤状部と、円盤状部の径方向内側の端部から軸方向他方側に延び、ロータインナ２６の内周面２６ｄとナット部材３２の外周面３２ｂとの間に介在する円筒部４３ａとを一体に有する。この遊星ギヤキャリア４３は、ロータインナ２６に対して相対回転可能である一方、ボールねじ装置３１のナット部材３２と一体回転可能に連結されている。本実施形態では、円筒部４３ａの外周面がロータインナ２６の内周面２６ｄ（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４３ｂがナット部材３２の外周面３２ｂに圧入固定されている。従って、本実施形態では、遊星ギヤキャリア４３（の円筒部４３ａ）が本発明に規定の中間部材Ｚに相当する。

このように、円筒部４３ａの内周面４３ｂをナット部材３２の外周面３２ｂに圧入することによって遊星ギヤキャリア４３とナット部材３２とをトルク伝達可能に連結すれば、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、ロータインナ２６の段部内周面２６ｃにサンギヤ４１が圧入されることで、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。

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２４（ロータインナ２６）の回転運動は減速された上でナット部材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る。

図１〜図３に示すように、ナット部材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とナット部材３２の軸方向他方側の端面との間にスラスト軸受としての針状ころ軸受４７が配設されている。

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とねじ軸３３の外周面との間には圧縮コイルばね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、針状ころ軸受４７およびねじ軸３３（に連結された内方部材３６）のフランジ部３６ｂに当接している。

上記態様で設けられた圧縮コイルばね４８のばね力により、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、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。また、上記態様で圧縮コイルばね４８を設けておけば、ナット部材３２に軸方向の与圧を付与することができる。これにより、ナット部材３２とねじ軸３３との間に一般的に設けられる運転隙間に起因した応答遅れを解消し、ねじ軸３３およびアクチュエータヘッド３９（操作部Ｃ）を含んで構成される電動アクチュエータ１の出力部材の作動性を高めることもできる。

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と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、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成され、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および円盤状のプリント基板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１，２参照）。

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や、後述する各種センサ等の電装部品をまとめて保持している。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１１参照）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、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、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、貫通穴からなるねじ軸３３の孔部３３ｂの内周、より詳細には、孔部３３ｂに収容された内方部材３６の筒部３６ｃ内周に配置されている。また、内方部材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、ストローク検出用センサ５５は、永久磁石５７の周囲に形成される軸方向および径方向の磁界をそれぞれ検出し、これに基づいてねじ軸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１１参照）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とターミナル部Ｄ（ターミナル本体５０）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９，１０参照）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。

以上の構成を有する電動アクチュエータ１の作動態様を図１および図１１を参照して簡単に説明する。例えば、図示しない車両上位の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１１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が回転すると、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２４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２４の回転運動が遊星ギヤキャリア４３の円筒部４３ａに連結されたナット部材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２４の回転数が減速されるので、ナット部材３２に伝達される回転トルクが増加する。

ロータ２４の回転運動を受けてナット部材３２が回転すると、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、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、ねじ軸３３の軸方向一方側の端部に固定されたアクチュエータヘッド３９が図示しない操作対象を操作（加圧）する。

ねじ軸３３の軸方向位置（軸方向の変位量）は、図１１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、その検出信号は制御装置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、ねじ軸３３（アクチュエータヘッド３９）の軸方向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２５やセンサ５３，５５等を駆動するための電力は、車両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およびターミナル部Ｄに保持された給電回路を介してモータ２５等に供給される。

以上で説明した電動アクチュエータ１においては、モータ部Ａ（モータ２５）のロータ２４が、ナット部材３２を内周に配置した中空回転軸としてのロータインナ２６を有し、ロータ２４の回転運動が、ロータインナ２６の内周面とナット部材３２の外周面３２ｂとの間に配置された中間部材Ｚとしての遊星ギヤキャリア４３（の円筒部４３ａ）を介してナット部材３２に伝達されるようになっている。このような構成によれば、ロータインナ２６およびナット部材３２に対する中間部材Ｚの固定態様や中間部材Ｚの形状等を変更するだけでモータ部Ａ（ロータ２４）の回転運動をナット部材３２に伝達させ、ねじ軸３３を直線運動させ得る種々の形態の電動アクチュエータ１を実現することができる。

すなわち、例えば図１２に示すように、減速機を省略した電動アクチュエータ１’や、図１３に示すように、減速機に、第１段減速部１０Ａと第２段減速部１０Ｂとを有する多段（二段）減速式の遊星歯車減速機１０を採用した電動アクチュエータ１”においても、モータ部Ａ（モータ２５）やボールねじ装置３１等の基幹部品については、図１に示す電動アクチュエータ１と共通のものを使用することができる。このように、電動アクチュエータの基幹部品を共用できることにより、高コスト化を招来することなく、電動アクチュエータのシリーズ化を実現することが可能となる。なお、図１２および図１３にそれぞれ示す電動アクチュエータ１’，１”の詳細構造は後段で説明する。

また、以上で説明した電動アクチュエータ１においては、運動変換機構部Ｂを構成するボールねじ装置３１のナット部材３２が、ロータ２４（中空回転軸としてのロータインナ２６）の内周に配置され、遊星歯車減速機１０の出力部材である遊星ギヤキャリア４３とトルク伝達可能に連結されている。このような構成によれば、モータ部Ａのロータ２４とナット部材３２とが半径方向で重畳した構造となるので、モータ、遊星歯車減速機およびナット部材が軸方向に連ねて配置される特許文献１の構成に比べ、筐体２の軸方向寸法Ｌ（図１参照）を短縮することが、すなわち、電動アクチュエータ１を軸方向にコンパクト化することができる。そのため、特に、電動アクチュエータ１の設置スペースの軸方向寸法に制約があるような使用機器に対する搭載性に優れた電動アクチュエータ１を実現することができる。

また、遊星歯車減速機１０を有することにより実現されるモータ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およびナット部材３２の半径方向での重畳構造とが相俟って、筐体２の径方向寸法Ｍ（図１参照）も極力小さくすることができる。

また、ねじ軸３３に、軸方向の両端面に開口した孔部３３ｂを設け、この孔部３３ｂに、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。このようにすれば、特許文献１の電動アクチュエータのように、ストローク検出用センサ５５の設置スペースをモータ部Ａの軸方向外側等に別途設けずとも足りるので、軸方向にコンパクトでありながら、ねじ軸３３の動作精度に優れた電動アクチュエータ１を実現することができる。

また、中空回転軸としてのロータインナ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がナット部材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を一層軸方向にコンパクト化することができる。

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、本実施形態の電動アクチュエータ１では、モータ２５の回転運動が遊星歯車減速機１０を介してナット部材３２に伝達されるためにラジアル荷重の発生はなく、また、ねじ軸３３の直線運動に伴って生じる反力（スラスト荷重）は、ナット部材３２の軸方向他方側に隣接配置された針状ころ軸受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、上記のように、ナット部材３２に作用するスラスト荷重を針状ころ軸受４７で直接的に支持するようにしておけば、ボールねじ装置３１（運動変換機構部Ｂ）、さらにはモータ部Ａのロータ２４にモーメント荷重が作用するのを効果的に抑制することができる。特に、本実施形態のように、針状ころ軸受４７を、転がり軸受２７，３０の間の軸方向範囲内に配置しておけば、モーメント荷重の抑制効果を高めることができる。このようにモーメント荷重を抑制できれば、電動アクチュエータ１の出力部材の動作精度および耐久寿命を高めることができることに加え、針状ころ軸受４７として小型のものを使用できる。

なお、本実施形態では、針状ころ軸受４７を、両転がり軸受２７，３０の間の軸方向中央付近に配置しており、この場合には、モーメント荷重の抑制効果をより一層高めることができる。このため、針状ころ軸受４７の小型化を一層促進できる。その結果、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るため、電動アクチュエータ１が軸方向に長寸化するのを可及的に防止することができる。

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等の電装部品をターミナル本体５０でまとめて保持し、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、給電回路のリード線や上記センサの信号線を筐体２の外径側に引き出し可能な構造とにより、２つの電動アクチュエータ１（モータ部Ａ、運動変換機構部Ｂおよびターミナル部Ｄをユニット化したもの）を軸方向に連ねて配置してなり、全体としてコンパクトな構成でありながら、２つ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。

ここで、参考までに、前述した図１２に示す電動アクチュエータ１’および図１３に示す電動アクチュエータ１”の詳細構造を説明する。なお、説明の簡略化の観点から、以下では、図１等に示す電動アクチュエータ１とは異なる構成を中心に説明することとし、図１等に示す電動アクチュエータ１と共通する構成（部材・部位）については共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

図１２に示す電動アクチュエータ１’は、減速機としての遊星歯車減速機１０が省略され、ロータ２４の回転運動が、ロータインナ２６の内周面２６ｄとナット部材３２の外周面３２ｂとの間に配置された中間部材Ｚとしての円筒体１１を介してナット部材３２に伝達されるように構成された点において、図１等に示す電動アクチュエータ１と構成を異にしている。従って、この実施形態では、中間部材Ｚ（円筒体１１）の外周面はロータインナ２６の内周面２６ｄに対して固定されており、また、円筒体１１の内周面はナット部材３２の外周面３２ｂに対して固定されている。ロータインナ２６およびナット部材３２に対する円筒体１１の固定方法は任意に選択できるが、組立性を考慮すると圧入（締まり嵌め）が好ましい。

なお、図１２に示す電動アクチュエータ１’は遊星歯車減速機１０を具備していないため、モータ２５等を収容し、筐体２を構成するケーシング２０としては、図１等に示すケーシング２０に比べ軸方向に短寸のものが採用されている。一方、この電動アクチュエータ１’が備えるモータ２５やボールねじ装置３１、さらにはターミナル部Ｄ（ターミナル本体５０）やカバー２９等は、図１等に示す電動アクチュエータ１が備えるものと共通である。

図１３に示す電動アクチュエータ１”は、主に、減速機として、第１段減速部１０Ａと、第１段減速部１０Ａの軸方向一方側に隣接配置された第２段減速部１０Ｂとを備えた多段（二段）減速式の遊星歯車減速機１０を採用した点において、図１等に示す電動アクチュエータ１と構成を異にしている。

第１段減速部１０Ａは、ケーシング２０の内周面に固定されたリングギヤ４０と、ロータインナ２６に固定されたサンギヤ４１と、リングギヤ４０とサンギヤ４１に噛合った複数の遊星ギヤ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４３Ａおよび遊星ギヤホルダ４４とを備える。また、第２段減速部１０Ｂは、ケーシング２０の内周面に固定されたリングギヤ１２と、サンギヤとして機能する遊星ギヤキャリア４３Ａの一部（ギヤ部）と、リングギヤ１２と遊星ギヤキャリア４３Ａのギヤ部に噛合った複数の遊星ギヤ１３と、遊星ギヤ１３を回転自在に保持した遊星ギヤホルダ１４および遊星ギヤキャリア１５とを備える。遊星ギヤキャリア１５は、ロータインナ２６の内周面２６ｄとナット部材３２の外周面３２ｂとの間に介在する円筒部１５ａを有し、円筒部１５ａの外周面はロータインナ２６の内周面２６ｄ（並びにサンギヤ４１の内周面および遊星ギヤキャリア４３Ａの内周面）と径方向隙間を介して対向し、円筒部１５ａの内周面はナット部材３２の外周面３２ｂに固定されている。そのため、この実施形態では、遊星ギヤキャリア１５（の円筒部１５ａ）が中間部材Ｚとして機能し、ロータ２４の回転運動は、遊星歯車減速機１０の円筒部１５ａを介してナット部材３２に伝達される。

なお、図１３に示す電動アクチュエータ１”は、多段減速式の遊星歯車減速機１０を採用している分、モータ２５等を収容し、筐体２を構成するケーシング２０としては、図１等に示すケーシング２０よりも軸方向に長寸のものが採用されている。一方、この電動アクチュエータ１”が備えるモータ２５やボールねじ装置３１、さらにはターミナル部Ｄ（ターミナル本体５０）やカバー２９等は、図１等に示す電動アクチュエータ１が備えるものと共通である。

以上、本発明の実施形態に係る電動アクチュエータ１，１’，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、複数のボール３４を介してナット部材３２をねじ軸３３の外周に回転可能に嵌合した（運動変換機構部Ｂにボールねじ装置３１を採用した）が、運動変換機構部Ｂに、ボール３４およびこま３５を省略したねじ装置が採用される電動アクチュエータにも本発明は適用できる。但し、ねじ軸３３の作動性等を考慮するとボールねじ装置３１を採用するのが好ましい。

また、ナット部材３２の軸方向他方側に隣接配置するスラスト軸受としては、針状ころ軸受４７以外の転がり軸受、例えば円筒ころ軸受を採用することもできる。但し、スラスト荷重の支持能力や、軸受の軸方向寸法を考慮すると、針状ころ軸受４７が好ましい。

また、以上で説明した実施形態においては、ねじ軸３３を常時原点側に付勢する機能等を有する圧縮コイルばね４８を設けているが、圧縮コイルばね４８は必要に応じて設ければ足り、必ずしも設ける必要はない。

また、以上で説明した実施形態においては、ストローク検出用センサ５５を使用するようにしているが、ストローク検出用センサ５５は必要に応じて使用すれば足り、使用機器によっては、ストローク検出用センサ５５を省略しても構わない。

図１４に基づき、ストローク検出用センサ５５を使用しない場合における電動アクチュエータ１の作動態様の一例を説明する。図１４は、圧力制御の例であり、図示外の操作対象に圧力センサ８３が設けられている。図示外のＥＣＵに操作量が入力されると、ＥＣＵは要求される圧力指令値を演算する。この圧力指令値が制御装置８０のコントローラ８１に送られると、コントローラ８１は、圧力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。そして、図１１を参照して説明した場合と同様に、ねじ軸３３がコントローラ８１の制御信号に基づく位置まで前進し、ねじ軸３３の軸方向一方側の端部に装着されたアクチュエータヘッド３９が図示外の操作対象を操作する。

ねじ軸３３（アクチュエータヘッド３９）の操作圧力は、外部に設置された圧力センサ８３により検出され、フィードバック制御される。このため、ストローク検出用センサ５５を使用しない電動アクチュエータ１を例えばブレーキバイワイヤに適用した場合、ブレーキの液圧を確実にコントロールすることができる。

上記のように、ストローク検出用センサ５５を使用しない場合、ねじ軸３３としては、中実のものを採用し、内方部材３６を省略しても良い。但し、中実のねじ軸３３を使用する場合であって、圧縮コイルばね４８を使用する場合には、ねじ軸３３として、その軸方向他方側の端部にフランジ部を有するものを採用する。

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
２０ ケーシング
２４ ロータ
２５ モータ
２６ ロータインナ（中空回転軸）
２９ カバー
３１ ボールねじ装置
３２ ナット部材
３３ ねじ軸
３３ｂ 貫通穴
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
４３ａ 円筒部（中間部材）
４７ 針状ころ軸受（スラスト軸受）
４８ 圧縮コイルばね
５０ ターミナル本体
５０ｃ 開口部
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
Ｚ 中間部材

Claims (9)

1. 電力の供給を受けて駆動するモータ部と、該モータ部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とを備え、該運動変換機構部が、前記モータ部のロータの回転中心と同軸に配置されたねじ軸、およびその外周に回転可能に嵌合されたナット部材を有し、該ナット部材の回転に伴って前記ねじ軸が軸方向に直線運動する電動アクチュエータにおいて、
   前記ロータは、前記ナット部材を内周に配置した中空回転軸を有し、
   前記中空回転軸の内周面と前記ナット部材の外周面との間に配置された中間部材を介して、前記ロータの回転運動が前記ナット部材に伝達されることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記運動変換機構部に前記ロータの回転を減速して出力する減速機を設けると共に、該減速機の出力部材で前記中間部材を構成し、
   前記出力部材の外周面を前記中空回転軸の内周面と径方向隙間を介して対向させると共に、前記出力部材の内周面を前記ナット部材の外周面に固定した請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記減速機が遊星歯車減速機である請求項２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記中間部材の外周面が前記中空回転軸の内周面に固定され、前記中間部材の内周面が前記ナット部材の外周面に固定されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記中空回転軸は、軸方向に離間した二箇所に配置された転がり軸受により回転自在に支持され、２つの前記転がり軸受のうち、一方の転がり軸受の内側軌道面を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記内側軌道面が、前記ナット部材の軸方向幅の内側に配置されている請求項５に記載の電動アクチュエータ。
7. 前記ナット部材は、複数のボールを介して前記ねじ軸の外周に嵌合されている請求項１〜６の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
8. 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１〜７の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
9. 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８に記載の電動アクチュエータ。

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