JP2017184317A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】組立性に優れた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、モータ部Ａおよび運動変換機構部Ｂを収容した筐体２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であって、筐体２は、軸方向に結合された複数部材からなり、モータ部Ａに駆動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Ｄ（ターミナル本体５０）が、筐体２の構成部材により軸方向両側から挟持された筒状部５０Ａを有する。【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装置（ボールねじ装置）を採用したものがある（例えば、特許文献１）。この場合、ボールねじ装置のねじ軸が電動アクチュエータの出力部材を構成する。

特開２０１５−１０４２３１号公報

ところで、電動アクチュエータ（の出力部材）を駆動させるには、少なくとも、モータに駆動電力を供給するための給電回路が必要であるが、特許文献１では給電回路をどのように構築するかについて何ら言及されていない。例えば、電動アクチュエータが組み立てられる毎に給電回路を構築するようにした場合、電動アクチュエータの組立性（生産性）が悪く、電動アクチュエータが高コスト化する。

以上の実情に鑑み、本発明の主な課題は、組立性に優れた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、モータ部および運動変換機構部を収容した筐体とを備え、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、ロータの回転運動を受けてナット部材が回転するの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であって、筐体が軸方向に結合された複数部材からなり、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が、筐体の構成部材により軸方向両側から挟持された筒状部を有することを特徴とする。

このような構成によれば、筐体を構成する部材同士を軸方向に結合し、筐体を組み立てるだけでモータ部に駆動電力を供給可能な状態にすることができる。そのため、電動アクチュエータの組立性（生産性）を高め、電動アクチュエータの低コスト化を図ることができる。

上記構成において、モータ部のステータの少なくとも一部を、ターミナル部の筒状部の内周に嵌合することができる。このようにすれば、筐体を組み立てるのと同時にモータ部のステータを筐体の内周に組み付けることができるので、電動アクチュエータの組立性を一層高めることができる。

ターミナル部には、ロータの回転角度を検出する回転角度検出用センサを保持させることもできる。このようなセンサを設けておけば、ロータの回転角度（回転量）を検出し、この検出値に基づいてねじ軸の軸方向の移動量を制御することが可能となる。そのため、ねじ軸（出力部材）の動作精度に優れた電動アクチュエータを容易に実現することができる。

ターミナル部の筒状部には、筐体の内外を連通させる開口部を設けることができる。このような構成によれば、給電回路に接続される（給電回路を構成する）リード線、さらには回転角度検出用センサに接続される信号線を上記の開口部を介して筐体の径方向外側に引き出すことができる。この場合、上記のリード線や信号線等を含む電気配線の取り回し作業をターミナル部単体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性・生産性を一層高めることができる。また、電気配線の取り回し作業をターミナル部単体で完結することができれば、ターミナル部の結合相手部材の被結合部形状が同じである限りにおいて、ターミナル部を共用することができる。これにより、部品・部材の共用化による電動アクチュエータの多品種展開（シリーズ化）にも容易に対応することができる。

以上の構成において、ロータは、ナット部材を内周に配置し、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た中空回転軸を有するものとすることができ、この場合、中空回転軸には、２つの転がり軸受のうち、一方の転がり軸受の内側軌道面を設けても良い。このようにすれば、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。

運動変換機構部は、ロータの回転を減速してナット部材に伝達する減速機を有するものとすることができる。このようにすれば、小型のモータを採用することができるので、軽量・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。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、例えば歯車諸元を変更したり、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、ひいては電動アクチュエータの大型化を回避することができる、という利点がある。

以上より、本発明によれば、組立性に優れた電動アクチュエータを提供することができる。

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（ロータと運動変換機構部とを組み付けてなるサブアセンブリの縦断面図）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、加工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、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（の筒状部５０Ａ）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とで挟持固定された筒状部５０Ａを有する。

モータ部Ａは、ケーシング２０およびターミナル本体５０の筒状部５０Ａの内周面に嵌合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（ステータ２３とターミナル部Ｄとを組み付けてなるサブアセンブリの縦断面図）、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１および図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の一部を構成する筒状部５０Ａ、および筒状部５０Ａ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５０Ｂ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５０Ｂ）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（の筒状部５０Ａ）は、図９，１０に示す組立用ボルト６１が挿通される貫通穴５０Ｃ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５０Ｄ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センサなど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、筐体２の内外を連通させるようにターミナル本体５０の筒状部５０Ａ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本体５０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に接続された信号線およびストローク検出用センサ５５に接続された信号線は、何れも、ターミナル本体５０の筒状部５０Ａ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（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により直接検出され、その検出信号は制御装置８０の比較部８２に送られる。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。

以上で説明した本実施形態の電動アクチュエータ１においては、モータ２５に駆動電力を供給するための給電回路の他、モータ２５のロータ２４の回転角度を検出するための回転角度検出用センサ５３およびねじ軸３３の軸方向の移動量を検出するためのストローク検出用センサ５５等の電装部品を保持したターミナル部Ｄ（ターミナル本体５０）が、筐体２を構成するケーシング２０およびカバー２９により軸方向両側から挟持された筒状部５０Ａを有する。要するに、本実施形態の電動アクチュエータ１では、給電回路をはじめとする電装部品をまとめて保持したターミナル本体５０を、ケーシング２９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ている。このような構成によれば、筐体２を構成するケーシング２０、ターミナル本体５０およびカバー２９を軸方向に結合して筐体２を組み立てるだけで、モータ２５に駆動電力を供給可能で、かつモータ２５の回転角度やねじ軸３３の移動量を精度良く制御可能な電動アクチュエータ１を容易に実現することができる。そのため、組立性（生産性）や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、本実施形態では、図１や図６等に示すように、モータ２５のステータ２３の一部（軸方向他方側の端部外周）が、ターミナル本体５０の筒状部５０Ａの内周に嵌合されている。この場合、筐体２を組み立てるのと同時にステータ２３を筐体２の内周に組み付けることができるので、この点からも電動アクチュエータ１の組立性が向上する。

また、ターミナル本体５０の筒状部５０Ａは、筐体２の内外を連通させる開口部５０ｃを有し、給電回路に接続されるリード線や上記のセンサ５３，５５に接続される信号線（電気配線）は、開口部５０ｃを介して筐体２の径方向外側に引き出される。この場合、上記の電気配線の取り回し作業をターミナル本体５０単体で完結することが、すなわち、電動アクチュエータ１を適当かつ精度良く動作させるために必要となる電気系統は、筐体２（電動アクチュエータ１）の組み立て前にターミナル本体５０で集約して保持することができる。これにより、電動アクチュエータ１の組立段階で面倒な配線作業を別途実施する必要がなくなるため、電動アクチュエータ１の組立性を一層高めることができる。

また、上記のように、電気配線の取り回し作業をターミナル本体５０単体で完結することができれば、例えば、モータ２５や遊星歯車減速機１０等に仕様変更が生じた場合でも、ターミナル本体５０の結合相手部材（ここでは、特にケーシング２０）の被結合部形状が同じである限りにおいて、ターミナル本体５０を共用することができる。これにより、部品・部材の共用化による電動アクチュエータ１の多品種展開（シリーズ化）にも容易に対応することができる。

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およびナット部材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）を小さくすることができる。

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の内側軌道面２７ａを有し、この転がり軸受２７によりロータインナ２６の軸方向一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の筐体２の軸方向寸法Ｌ（図１参照）を小さくすることができる。以上のように、筐体２の軸方向寸法Ｌおよび径方向寸法Ｍを短寸化できれば、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ので、使用機器に対する搭載性に優れた電動アクチュエータ１を実現することができる。

また、ねじ軸３３を中空状に形成し、ねじ軸３３の内周に、ねじ軸３３の軸方向の変位量を直接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、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、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、ターミナル本体５０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こと、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にしたこと、および中空状のねじ軸３３を採用したこと、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、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。なお、このような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）に好ましく搭載することができ、ＤＣＴ全体のコンパクト化に貢献することができる。

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、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、いわゆるすべり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１２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１２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
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
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
５０Ａ 筒状部
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

Claims (8)

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、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を備え、前記運動変換機構部が、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、前記ロータの回転運動を受けて前記ナット部材が回転するの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であって、
   前記筐体は、軸方向に結合された複数部材からなり、
   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が、前記筐体の構成部材により軸方向両側から挟持された筒状部を有することを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記モータ部のステータの少なくとも一部が、前記筒状部の内周に嵌合されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記ターミナル部が、前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出用センサを保持している請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記筒状部が、前記筐体の内外を連通させる開口部を有する請求項１〜３の何れか一項に記載に電動アクチュエータ。
5. 前記ロータは、前記ナット部材を内周に配置し、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た中空回転軸を有し、該中空回転軸は、２つの前記転がり軸受のうち、一方の前記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. 前記運動変換機構部が、前記ロータの回転を減速して前記ナット部材に伝達する減速機を有する請求項１〜６の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
8. 前記減速機が遊星歯車減速機である請求項７に記載の電動アクチュエータ。

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