JP2017184318A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】運動変換機構部にボールねじ装置を採用した電動アクチュエータにおいて、出力部材の動作精度を向上する。
【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、ボールねじ軸３３と、ボール３４を介してボールねじ軸３３の外周に回転可能に嵌合されたボールねじナット３２とを有し、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電動アクチュエータ１において、ボールねじ軸３３の径方向外側に圧縮コイルばね４８を配設し、この圧縮コイルばね４８の軸方向一方側の端部とボールねじナット３２の軸方向他方側の端部とを軸方向で係合させた。
【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、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るボールねじ機構（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、ボールねじ軸が電動アクチュエータの出力部材を構成する。

特開２００５−３３０９４２号公報

自動車に用いられる電動アクチュエータのボールねじ装置には、通常、内部隙間とも称される運転隙間が適宜設けられている。この運転隙間は、ボールねじ装置の作動性や耐久寿命の向上等に有効に寄与するものであるが、特許文献１の電動アクチュエータの構成では、ボールねじ装置に設けられた運転隙間の存在により、モータのロータ（ボールねじナット）の回転運動をボールねじ軸の直線運動に変換する際に応答遅れが生じ、アクチュエータの出力部材の直動精度（軸方向の位置決め精度）が低下する一因となる可能性がある。

そこで、本発明の課題は、運動変換機構部にボールねじ装置が採用される電動アクチュエータにおいて、モータの駆動時にボールねじ装置に応答遅れが生じるのを可及的に防止し、もって出力部材の動作精度に優れ、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、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可能に嵌合され、転がり軸受を介して回転自在に支持されたモータ部のロータとトルク伝達可能に設けられたボールねじナットとを有し、ボールねじナットの回転方向に応じて、ボールねじ軸が軸方向一方側に前進又は軸方向他方側に後退する電動アクチュエータにおいて、運動変換機構部が、軸方向に圧縮された状態でボールねじ軸の径方向外側に配設された弾性部材を有し、この弾性部材の軸方向一方側の端部とボールねじナットの軸方向他方側の端部とが軸方向で係合していることを特徴とする。

このような構成によれば、弾性部材の弾性復元力により、ボールねじナットが軸方向一方側に常時付勢された状態、すなわちボールねじナットに常時軸方向の予圧が付与され、ボールねじ装置に設けられた運転隙間が実質的にゼロの状態でボールねじ装置を作動させることができる。このため、ボールねじ軸に応答遅れが生じるのを効果的に解消し、電動アクチュエータの出力部材の動作精度を向上することができる。

ボールねじ軸にフランジ部を設け、このフランジ部と上記弾性部材の軸方向他方側の端部とを軸方向で係合させることができる。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。

弾性部材の軸方向一方側の端部とボールねじナットの軸方向他方側の端部とは、スラスト軸受を介して軸方向で係合させることもできる。このようなスラスト軸受を設けておけば、ボールねじ軸が軸方向に直線運動する（アクチュエータの出力部材が操作対象を軸方向に操作する）のに伴ってボールねじナットに作用する反力（スラスト荷重）をスラスト軸受で直接的に支持することができる。そのため、ボールねじナットにスラスト荷重が負荷された状態においても、低トルクでボールねじナットを回転させることが可能となる。この場合、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。

モータ部のロータを支持する転がり軸受が軸方向に離間した二箇所に配置される場合、スラスト軸受は、２つの転がり軸受の間の軸方向範囲内に配置するのが好ましい。このようにすれば、ボールねじ軸が軸方向に直線運動するのに伴ってボールねじ軸等に作用するモーメント荷重に対して有利となるため、軸方向にコンパクトなスラスト軸受を採用することができる。なお、スラスト軸受としては、軸方向にコンパクトでありながら、大きな荷重支持能力を確保し得る針状ころ軸受を採用するのが好ましい。

モータ部のロータは、ロータマグネットを保持したロータコアと、外周にロータコアを装着すると共に、内周にボールねじナットを配置した中空回転軸とを有するものとすることができる。この場合、中空回転軸には、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ることができる。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ため、電動アクチュエータを軸方向にコンパクト化する上で有利となる。

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、この内側軌道面をボールねじナット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コンパクト化する上で一層有利となる。

以上の構成において、運動変換機構部には、ロータ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設けることができる。減速機を設けることで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、例えばギヤ諸元を変更したり、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。

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、それぞれがボールねじ軸を有する複数の電動アクチュエータを直列に接続し、かつ各ボールねじ軸を個別に直線運動させ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、モータの駆動時にボールねじ装置に応答遅れが生じるのを効果的に防止することができるので、出力部材の動作精度に優れ、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。 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ボールねじ軸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、後述する弾性部材としての圧縮コイルばね４８のばね力（弾性復元力）により、ボールねじ軸３３（に連結されたばね取付カラー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、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の部材からなる。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、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と直列に配置（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、こま３５が組み込まれている。このような構成により、ボールねじナット３２が回転するのに伴ってボールねじ軸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。

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、この突出部分に回転体としてのガイドカラー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、ロータ２４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。なお、ボールねじ軸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、ボールねじナット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、弾性部材としての圧縮コイルばね４８のばね力（弾性復元力）によってもボールねじ軸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、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。本実施形態のアクチュエータヘッド３９は、ボールねじ軸３３が軸方向一方側に直線運動（前進）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。

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に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。

サンギヤ４１は、ロータインナ２６の段部内周面２６ｃに圧入されている。このようにすれば、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。また、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。

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のボールねじナット３２と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４３ｂがボールねじナット３２の外周面３２ｂに圧入固定されている。このような連結構造を採用すれば、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。

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軸受としての針状ころ軸受４７が配設されている。要するに、針状ころ軸受４７は、ボールねじナット３２の軸方向他方側に隣接配置されている。

図１および図２に示すように、運動変換機構部Ｂは、軸方向に圧縮された状態でボールねじ軸３３の径方向外側（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）に配設された弾性部材としての圧縮コイルばね４８を有する。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、スラスト軸受としての針状ころ軸受４７およびボールねじ軸３３のフランジ部（ボールねじ軸３３に連結固定されたばね取付カラー３６のフランジ部３６ｂ）に当接している。すなわち、圧縮コイルばね４８は、その軸方向一方側の端部がボールねじナット３２の軸方向他方側の端部と針状ころ軸受４７を介して軸方向で係合し、また、その軸方向他方側の端部がボールねじ軸３３のフランジ部３６ｂと軸方向で係合している。

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、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又は図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、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の内周、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、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１１又は図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が、ボールねじ軸３３の径方向外側（ボールねじ軸３３の外周面とカバー２９の円筒部２９ａの内周面２９ｂとの間）に軸方向に圧縮された状態で配設された弾性部材としての圧縮コイルばね４８を有し、この圧縮コイルばね４８の軸方向一方側の端部とボールねじナット３２の軸方向他方側の端部とが軸方向で係合している。このような構成によれば、圧縮コイルばね４８のばね力（弾性復元力）により、ボールねじナット３２が軸方向一方側に常時付勢された状態、すなわちボールねじナット３２に常時軸方向の与圧が付与され、ボールねじ装置３１に設けられた運転隙間が実質的にゼロの状態でボールねじ装置３１を作動させることができる。これにより、ボールねじ軸３３に応答遅れが生じるのを効果的に防止することができるため、ボールねじ軸３３およびアクチュエータヘッド３９を含んで構成される出力部材の動作精度に優れ、信頼性に富む電動アクチュエータ１を実現することができる。

また、圧縮コイルばね４８の軸方向他方側の端部は、ボールねじ軸３３（に連結されたばね取付カラー３６）のフランジ部３６ｂと軸方向で係合している。このようにすれば、圧縮コイルばね４８のばね力により、ボールねじ軸３３が常時軸方向他方側（原点側）に付勢される。そのため、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。

また、本実施形態では、スラスト軸受としての針状ころ軸受４７を介して圧縮コイルばね４８の軸方向一方側の端部とボールねじナット３２の軸方向他方側の端部とを軸方向で係合させている。この場合、ボールねじナット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ことができるため、ボールねじナット３２にスラスト荷重が負荷された状態においても、ボールねじナット３２を低トルクで回転させることが可能となるため、小型のモータ２５を採用することができる。

特に、本実施形態のように、針状ころ軸受４７を、ロータ２４（ロータインナ２６）を回転自在に支持する転がり軸受２７，３０の間の軸方向範囲内に配置しておけば、ボールねじ軸３３が軸方向に直線運動するのに伴ってボールねじ軸３３等に作用するモーメント荷重に対して有利となるため、軸方向にコンパクトな針状ころ軸受４７を採用することができる。また、モーメント荷重に対して有利であれば、ボールねじ軸３３等の動作精度および耐久寿命を高めることもできる。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、モーメント荷重に対して一層有利となる。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、使用機器に対する電動アクチュエータ１の搭載性が向上する。

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を介してボールねじナット３２に伝達され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の直線運動に伴って生じる反力（スラスト荷重）は針状ころ軸受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、運動変換機構部Ｂに遊星歯車減速機１０や針状ころ軸受４７を設けた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、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。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、モータ部Ａのロータ２４（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、モータ部Ａや運動変換機構部Ｂの一部（遊星歯車減速機１０）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等の電装部品をターミナル本体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、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、複数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、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。

本実施形態の電動アクチュエータ１は、以上で説明したような特徴的な構成を有することから、出力部材の動作精度に優れ、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、組立性も良好で低コストに製造可能であり、さらに部品の共用化による多品種展開（シリーズ化）も容易である。

最後に、図１および図１１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。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２４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２４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装着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。

ボールねじ軸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、本発明の一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、軸方向に圧縮された状態でボールねじ軸３３の径方向外側に配設する弾性部材としては、圧縮コイルばね４７以外のものを採用しても良い。また、ボールねじナット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、荷重支持能力や、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、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を中空状に形成したが、ボールねじ軸３３に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を設けることでボールねじ軸３３を中空状に形成することも可能である。

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、ボールねじ軸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、ボールねじ軸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。

ボールねじ軸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、ボールねじ軸３３としては、中実のものを採用し、ばね取付カラー３６を省略しても良い。但し、中実のボールねじ軸３３を使用する場合であって、圧縮コイルばね４８のばね力により、ボールねじ軸３３を軸方向他方側に常時付勢したい場合には、ボールねじ軸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 ボールねじナット
３３ ボールねじ軸
３４ ボール
３６ｂ フランジ部
４７ 針状ころ軸受（スラスト軸受）
４８ 圧縮コイルばね（弾性部材）
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

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、前記運動変換機構部が、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、転がり軸受を介して回転自在に支持された前記モータ部のロータとトルク伝達可能に設けられたボールねじナットとを有し、前記ボールねじナットの回転方向に応じて、前記ボールねじ軸が軸方向一方側に前進又は軸方向他方側に後退する電動アクチュエータにおいて、
   前記運動変換機構部が、軸方向に圧縮された状態で前記ボールねじ軸の径方向外側に配設された弾性部材を有し、該弾性部材の軸方向一方側の端部と前記ボールねじナットの軸方向他方側の端部とが軸方向で係合していることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記ボールねじ軸がフランジ部を有し、該フランジ部と前記弾性部材の軸方向他方側の端部とが軸方向で係合している請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. スラスト軸受を介して前記弾性部材の軸方向一方側の端部と前記ボールねじナットの軸方向他方側の端部とが軸方向で係合している請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記転がり軸受が、軸方向に離間した二箇所に配置され、
   前記スラスト軸受が、２つの前記転がり軸受の間の軸方向範囲内に配置されている請求項３に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記ロータは、ロータマグネットを保持したロータコアと、外周に前記ロータコアを装着すると共に、内周に前記ボールねじナットを配置した中空回転軸とを有し、
   前記中空回転軸が、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４に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記内側軌道面が、前記ボールねじナット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ボールねじナットに伝達する減速機をさらに有する請求項１〜６の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
8. 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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