JP2017180674A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向にコンパクトで、かつ汎用性に富む電動アクチュエータを提供する。【解決手段】モータ部Ａと、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の回転を減速して出力する減速機としての遊星歯車減速機１０と、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とを有し、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、遊星歯車減速機１０の出力部材とトルク伝達可能に連結されたナット部材３２を内周に配置したロータインナ２６を有し、ねじ軸３３が、軸方向の両端面に開口した貫通穴３３ｂを有する中空状に形成されている。【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。この場合、小型のモータを採用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。

特開２０１４−２３１２８０号公報

ところで、ねじ軸の動作精度に優れ、信頼性に富む電動アクチュエータを実現するためには、ねじ軸の軸方向位置（軸方向の変位量）を正確に把握可能であるのが好ましい。ねじ軸の軸方向位置に基づいて、アクチュエータの出力部材の動作制御を行い得るからである。この点、特許文献１の電動アクチュエータにおいては、モータの軸方向外側（遊星歯車減速機が配置された側とは反対側）であって、ねじ軸の径方向外側に、ねじ軸の軸方向の変位量を検出するための変位センサを設けている。しかしながら、このような構造を採用すると、モータや運動変換機構を収容するための筐体、ひいては電動アクチュエータが軸方向に長寸化する。このため、特許文献１に記載の電動アクチュエータは、例えば、電動アクチュエータの設置スペースの軸方向寸法に制約がある機器には適用できない、という問題がある。

また、電動アクチュエータは、例えば、自動変速機の一種であるＤＣＴ（Ｄｕａｌ Ｃｌｕｔｃｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のように、複数（２つ）の操作対象を有し、かつこれら２つの操作対象が同軸に配置された機器へも適用される。しかしながら、特許文献１の電動アクチュエータは、上記のような複数の操作対象を有する機器への適用（出力軸の二軸化）については何ら考慮されていない。そのため、操作対象が２つある機器に特許文献１の電動アクチュエータを適用しようとすると、例えば、２つの電動アクチュエータを個別に設置すると共に、各電動アクチュエータの出力部材と操作対象との接続態様に工夫を凝らす必要があるため、機器全体の大型化や複雑化を招来する可能性がある。

以上の実情に鑑み、本発明の主な課題は、軸方向に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の向上、あるいは出力部材の二軸化への要請等に容易に対応できる汎用性に富む電動アクチュエータを提供することにある。

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を減速して出力する減速機と、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とを有し、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、ロータマグネットを保持したロータコアと、ロータコアを外周に装着すると共に、減速機の出力部材とトルク伝達可能に連結されたナット部材を内周に配置した中空回転軸とを有し、ねじ軸が、軸方向の両端面に開口した貫通穴を有する中空状に形成されていることを特徴とする。なお、ここでいう「減速機」とは、例えば遊星歯車減速機や平歯車減速機などの種々の減速機を含む概念である。

このような構成によれば、モータ部のロータと運動変換機構部（ねじ機構）のナット部材とが半径方向で重畳した構造となるので、電動アクチュエータを軸方向にコンパクト化することができる。また、ねじ軸が、軸方向の両端面に開口した貫通穴を有することから、この貫通穴を、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の設置スペースとして、あるいは、他の電動アクチュエータの出力部材（出力軸）を挿通させる部位として活用することができる。上記の貫通穴にストローク検出用センサを設置すれば、ストローク検出用センサの設置スペースをモータ部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、出力軸の動作精度に優れた電動アクチュエータを実現することができる。また、上記の貫通穴を他の出力軸を挿通させる部位として活用すれば、それぞれがねじ軸を有する２つの電動アクチュエータを直列に接続してなり、２つの出力軸を個別に直線運動させることができる（２つの操作対象を個別に操作することのできる）ものでありながら、軸方向にコンパクトな電動アクチュエータを容易に実現することができる

減速機の出力部材と、ロータの内周に配置されるナット部材とをトルク伝達可能に連結するための具体的な構成として、減速機の出力部材に、ロータの内周面とナット部材の外周面との間に介在する円筒部を設け、円筒部の外周面をロータの内周面と半径方向隙間を介して対向させると共に、円筒部の内周面をナット部材の外周面に固定する構成を採用することができる。このとき、圧入により、円筒部の内周面をナット部材の外周面に固定するようにすれば、電動アクチュエータの組立性を向上することができる。

モータ部のロータを構成する中空回転軸は、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、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。

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より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機構は、いわゆるボールねじ機構としても良い。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。この場合、リード線をはじめとする電気配線の取り回し作業をターミナル部単体の状態で完結することができるので、電動アクチュエータの組立段階で煩雑な電気配線の取り回し作業を実施する必要がなくなる。従って、電動アクチュエータの組立性・生産性を高め、そのコスト低減を図ることができる。

以上より、本発明によれば、軸方向にコンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、かつ、種々の要請に対応できる汎用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。 図１２のＪ−Ｊ線矢視拡大断面図である。

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、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、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（出力軸）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とトルク伝達可能にロータインナ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、貫通穴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の貫通穴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。要するに、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等に応じて決定付けられる。

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（トルク伝達可能）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の内周面がナット部材３２の外周面３２ｂに圧入固定されている。

このように、円筒部４３ａの内周面をナット部材３２の外周面３２ｂに圧入することで遊星ギヤキャリア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）の回転が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ので、ナット部材３２とねじ軸３３との間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）を備えた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、ねじ軸３３の貫通穴３３ｂの内周、より詳細には、貫通穴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、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。

以上で説明したように、本実施形態に係る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貫通穴３３ｂを設け、この貫通穴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、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、出力軸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（このような電動アクチュエータについては後段で詳細に説明する）。

また、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とナット部材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、モータ部Ａ（モータ２５）および遊星歯車減速機１０を共用することができる。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。

次に、図１２および図１３を参照して、本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータを説明する。図１２は、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り、図１３は、図１２のＪ−Ｊ線矢視拡大断面図である。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極力省略する。

図１２に示す電動アクチュエータ１００は、それぞれがモータ部Ａ、運動変換機構部Ｂおよびターミナル部Ｄを備えた第１および第２のアクチュエータユニット１０１，１０２を軸方向に連ねて配置したものである。このアクチュエータ１００の筐体２は、軸方向一方側の端部に配置された筒状のケーシング２０と、軸方向他方側の端部に配置されたカバー２９と、ケーシング２０とカバー２９の間に配置された中間ケーシング８０と、ケーシング２０と中間ケーシング８０の間、および中間ケーシング８０とカバー２９の間にそれぞれ配置されたターミナル本体５０との結合体からなる。図中右側のターミナル本体５０（ターミナル部Ｄ）は、第１のアクチュエータユニット１０１のモータ２５に駆動電力を供給するための給電回路をはじめとする電装部品をまとめて保持しており、図中左側のターミナル本体５０（ターミナル部Ｄ）は、第２のアクチュエータユニット１０２のモータ２５に駆動電力を供給するための給電回路をはじめとする電装部品をまとめて保持している。

第１のアクチュエータユニット１０１においては、その出力部材が、中空状に形成されたねじ軸３３と、ねじ軸３３の内周に収容された中空状の内方部材３６Ａ（円形中実部３６ａを有しない内方部材）と、軸方向の貫通穴を有し、ねじ軸３３の軸方向一方側の端部に取り付けられた操作部Ｃとしてのアクチュエータヘッド３９Ａとで構成される。また、第２のアクチュエータユニット１０２においては、その出力部材が、中空状に形成されたねじ軸３３Ａと、大径部９１ａ、小径部９１ｂおよびフランジ部９１ｄを有し、大径部９１ａがねじ軸３３Ａの内周に嵌合固定された操作部Ｃとしてのフランジ付軸部材９１と、ねじ軸３３Ａの軸方向他方側の端部に固定された蓋部材９３とで構成されている。

フランジ付軸部材９１の小径部９１ｂは、第１のアクチュエータユニット１０１の出力軸を構成する内方部材３６Ａおよびアクチュエータヘッド３９Ａの内周に配置されており、図１３に示すように、外周面の周方向に離間した二箇所に開口した長孔状の貫通穴９１ｃを有する。そして、フランジ付軸部材９１の貫通穴９１ｃには、第１のアクチュエータユニット１０１のねじ軸３３および内方部材３６Ａを径方向に貫通するように嵌め込まれたピン３７が挿通されている。ピン３７の両端部にガイドカラー３８が回転自在に外嵌され、ガイドカラー３８は、ケーシング２０の内周面に設けられた軸方向の案内溝２０ｂに嵌め込まれている。このような構成により、第１のアクチュエータユニット１０１において、ロータ２４が回転するの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を含む出力部材は回り止めされた状態で軸方向に直線運動する。また、第２のアクチュエータユニット１０２において、ロータ２４が回転するのに伴ってナット部材３２がねじ軸３３Ａの軸線回りに回転すると、ねじ軸３３Ａを含む出力部材は回り止めされた状態で軸方向に直線運動する。

以上で説明した構成により、この実施形態の電動アクチュエータ１００は、第１のアクチュエータユニット１０１の出力部材と、第２のアクチュエータユニット１０２の出力部材とが個別に直線運動可能であり、従って、２つの操作対象を個別に操作可能である。しかもこの電動アクチュエータ１００は、２つのアクチュエータユニット１０１，１０２を軸方向に連ねて配置したものであることから、全体としてコンパクトである。そのため、例えばＤＣＴに電動アクチュエータ１００を搭載した場合、軽量・コンパクトな変速装置を実現することができる。

以上、本発明の実施形態に係る電動アクチュエータ１，１００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、運動変換機構部Ｂにボールねじ装置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、軸受の軸法寸法を考慮すると、針状ころ軸受４７が好ましい。

また、図１に示す電動アクチュエータ１においては、ねじ軸３３を常時原点側に付勢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、以上で説明した電動アクチュエータ１，１００においては、減速機として遊星歯車減速機１０を採用したが、本発明は、平歯車減速機等の他の減速機が採用される電動アクチュエータにも適用することができる。

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
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（出力部材）
４３ａ 円筒部
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
８０ 中間ケーシング
１００ 電動アクチュエータ
１０１ 第１のアクチュエータユニット
１０２ 第２のアクチュエータユニット
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 (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を減速して出力する減速機と、前記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とを有し、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、ロータマグネットを保持したロータコアと、該ロータコアを外周に装着すると共に、前記減速機の出力部材とトルク伝達可能に連結された前記ナット部材を内周に配置した中空回転軸とを有し、
   前記ねじ軸が、軸方向の両端面に開口した貫通穴を有する中空状に形成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記貫通穴に、前記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請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記減速機の出力部材が、前記ロータの内周面と前記ナット部材の外周面との間に介在する円筒部を有し、該円筒部は、外周面が前記ロータの内周面と半径方向隙間を介して対向すると共に、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。
4. 前記円筒部の内周面が前記ナット部材の外周面に圧入固定されている請求項３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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