JP2018017368A - 電動アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】ロック部材の傾きを防止し、ロック部材の進退運動を円滑に行って確実にロックおよびロック解除できる電動アクチュエータを提供する。【解決手段】駆動部と、駆動部からの回転運動を駆動部の出力軸と平行な軸方向の直線運動に変換する運動変換機構部と、駆動部から運動変換機構部へ駆動力を伝達する伝達ギヤ機構を有する駆動力伝達部と、運動変換機構部の駆動を防止するロック機構部7を備える電動アクチュエータであって、ロック機構部7は、進退して、運動変換機構部の駆動を防止するロック位置と、運動変換機構部の駆動を防止しないロック解除位置とに移動可能なロック部材60を有し、ロック部材60の進退方向に対する傾きを防止する傾き防止部90を設けた。【選択図】図15

Description

本発明は、電動アクチュエータに関する。
近年、車両等の省力化、低燃費化のために電動化が進み、例えば、自動車の自動変速機やブレーキ、ステアリング等の操作を電動機の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このような用途に使用されるアクチュエータとして、電動機の回転運動を直線方向の運動に変換するボールねじ機構を用いた電動リニアアクチュエータが知られている。
ところで、ボールねじ機構は、操作対象装置への駆動力伝達効率が非常に良い反面、操作対象装置側からボールねじに外力が入力された場合にボールねじ軸が軸方向に移動してしまうことがある。斯かる課題に対して、従来、操作対象装置側からの逆入力に伴うボールねじの駆動を防止するロック機構を備えたものが提案されている。
例えば、特許文献1では、ロック機構として、歯車に対して係脱可能なシャフトを設けた電動リニアアクチュエータが提案されている。図20に示すように、特許文献1に記載の電動リニアアクチュエータは、電動モータ100と、ボールねじ200と、電動モータ100からボールねじ200へ駆動力を伝達する歯車400等を備えており、シャフト300を歯車400の歯間に通過貫通させることによって歯車400の回転を防止する。
特許第5243018号公報
上記特許文献1に記載の構成では、歯車の回転を防止するために、シャフトを軸方向に前進させて、歯車の歯間にシャフトを挿入する。しかしながら、このとき、仮にシャフトに傾きが生じると、シャフトが周囲の部材と干渉して円滑な進退運動ができなくなったり、シャフトが歯間に挿入できなくなったりして、ロック動作およびロック解除動作に支障をきたす虞がある。
そこで、本発明は、ロック部材の傾きを防止し、ロック部材の進退運動を円滑に行って確実にロックおよびロック解除できる電動アクチュエータを提供することを目的とする。
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、駆動部と、駆動部からの回転運動を駆動部の出力軸と平行な軸方向の直線運動に変換する運動変換機構部と、駆動部から運動変換機構部へ駆動力を伝達する伝達ギヤ機構を有する駆動力伝達部と、運動変換機構部の駆動を防止するロック機構部を備える電動アクチュエータであって、ロック機構部は、進退して、運動変換機構部の駆動を防止するロック位置と、運動変換機構部の駆動を防止しないロック解除位置とに移動可能なロック部材を有し、ロック部材の進退方向に対する傾きを防止する傾き防止部を設けたことを特徴とする。
このように、傾き防止部を設けることで、ロック部材の傾きを低減または解消することができ、ロック部材の進退動作を円滑に行えるようになる。これにより、ロック動作およびロック解除動作の確実性が増し、信頼性が高まる。
例えば、電動アクチュエータが、ロック部材に接触してロック部材の進退位置を検知するロックセンサを備えている場合は、傾き防止部を、ロック部材に対してロックセンサが接触する側とは反対側においてアクチュエータケースに設ける。そして、ロック部材が前進してロック位置に移動する際に、ロック部材に対してロックセンサが接触する側とは反対側のロック部材の面が傾き防止部に突き当たるようにすることで、ロック部材を傾いた状態から戻すことができる。すなわち、ロック部材の片側にロックセンサが接触することでロック部材に傾きが生じても、ロック部材の反対側の面が傾き防止部に突き当たることで、ロック部材を傾いた状態から戻すことができる。
また、ロック部材が、係合孔に挿入されて係合する先端部と、先端部を通る進退方向の直線を挟んで互いに反対側に配置される一対の肩部を有し、ロックセンサが、一方の肩部に対して接触可能な位置に配置されている場合は、傾き防止部を、ロックセンサが接触する肩部とは反対側の肩部に対向するようにアクチュエータケースに設ける。このような位置に傾き防止部を設けることで、ロック部材の前進によって、ロックセンサが接触する肩部とは反対側の肩部が傾き防止部に突き当たり、ロック部材を傾いた状態から戻すことができる。
また、上記のように、電動アクチュエータが、ロック部材に接触してロック部材の進退位置を検知するロックセンサを備えている場合、傾き防止部を、ロック部材に対してロックセンサが接触する側とは反対側においてロック部材に設けてもよい。この場合、ロック部材が前進してロック位置に移動する際に、傾き防止部がアクチュエータケースに突き当たるようにすることで、ロック部材を傾いた状態から戻すことができる。
また、ロック部材が、上記のような一対の肩部を有するものである場合、傾き防止部を、ロックセンサが接触する肩部とは反対側の肩部に設けてもよい。
また、ロック部材の表面を低摩擦面とすることで、周辺部材に対するロック部材の摺動性を向上させることができると共に、周辺部材との干渉によるロック部材の摩耗も抑制できる。
また、伝達ギヤ機構が、ロック部材が係脱可能な係合孔が形成されたギヤを有する構成においては、各係合孔の入口部に傾斜面を設けることで、この傾斜面に沿ってロック部材を係合孔にスムーズに挿入させることができる。
また、上記ギヤにおける係合孔の部分を低摩擦表面の樹脂で構成し、歯の部分を金属で構成してもよい。これにより、係合孔に対するロック部材の摺動性を向上させることができると共に、ロック部材と係合孔との干渉による摩耗も抑制できる。
本発明によれば、ロック部材の傾きを低減または解消することができるので、ロック部材の進退運動を円滑に行って確実にロックおよびロック解除することができる。
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である。 電動アクチュエータの外観斜視図である。 電動アクチュエータの分解斜視図である。 モータケースを開口部側から見た図である。 図1のA−A線で矢視した横断面図である。 減速機構部の分解斜視図である。 軸ケースと、これに取り付けられるロック機構部の分解斜視図である。 図1のB−B線で矢視した横断面図である。 軸受ケースを図1における左側から見た正面図である。 貫通孔からロック部材の先端部が突出した状態を示す斜視図である。 図1のC−C線で矢視した横断面図である。 電動アクチュエータの制御ブロック図である。 電動アクチュエータの制御ブロック図である。 ロック部材に傾きが生じる原因を説明するための横断面図である。 軸受ケースに傾き防止部を設けた構成を示す横断面図である。 傾き防止部の作用を説明するための横断面図である。 ロック部材に傾き防止部を設けた構成を示す横断面図である。 歯の部分と係合孔の部分とで構成材料を異ならせたドライブギヤの図である。 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。 従来の電動リニアアクチュエータの縦断面図である。
以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの組み立て状態を示す縦断面図、図2は、前記電動アクチュエータの組み立て状態を示す外観斜視図、図3は、前記電動アクチュエータの分解斜視図である。
図1に示すように、本実施形態の電動アクチュエータ1は、駆動力を発生させる駆動部2と、駆動部2からの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部3と、駆動部2から運動変換機構部3へ駆動力を伝達する駆動力伝達部4と、運動変換機構部3を支持する運動変換機構支持部5と、運動変換機構部3の運動を出力する操作部6と、運動変換機構部3の駆動を防止するロック機構部7を主な構成とする。また、駆動部2は、モータ部8と減速機構部9とで構成される。
上記電動アクチュエータ1を構成する各部分は、それぞれケースを有し、各ケース内に構成部品が収容されている。具体的に、モータ部8は、駆動用モータ10を収容するモータケース11を有し、減速機構部9は、減速ギヤ機構16を収容する減速ギヤケース17を有する。また、駆動力伝達部4は、伝達ギヤ機構28を収容する伝達ギヤケース29を有し、運動変換機構支持部5は、支持軸受40を収容する軸受ケース41を有する。そして、モータ部8と減速機構部9、減速機構部9と駆動力伝達部4、駆動力伝達部4と運動変換機構支持部5は、互いにケースごと連結分離可能に構成されている。さらに、軸受ケース41に対しては、軸ケース50が連結分離可能に構成されている。以下、電動アクチュエータ1を構成する各部の詳細な構成について説明する。
モータ部8は、運動変換機構部3を駆動させる駆動用モータ(DCモータ)10と、駆動用モータ10を収容するモータケース11を主な構成とする。モータケース11は、内部に駆動用モータ10が収容される有底円筒状のケース本体12と、ケース本体12の底部12aから外部に突出する突出部13とを有する。突出部13は、ケース本体12の内部空間と連通する孔部13aが形成されている。この孔部13aは、突出部13の外面を覆う樹脂製の封止部材14によって封止されている。
駆動用モータ10は、ケース本体12の開口部12dから内部に挿入された状態で、駆動用モータ10の挿入方向奥側の端面がケース本体12の底部12aに当接する。また、底部12aの中央部には嵌合孔12cが形成されており、この嵌合孔12cに駆動用モータ10の挿入方向奥側の突起10bが嵌合することで、突起10bから突出する出力軸10aの後端(図1の左端部)がモータケース11の底部12aと干渉するのが回避される。さらに、ケース本体12の周壁部12bの内周面は、開口部12d側から底部12a側に向かってテーパ状に縮径しており、駆動用モータ10がケース本体12内に挿入されると駆動用モータ10の挿入方向奥側の外周面が周壁部12bの内周面に接触するように構成されている。このように、駆動用モータ10は、ケース本体12内に挿入された状態で、ケース本体12の内周面との接触と嵌合孔12cとの嵌合によって支持される。
また、モータケース11を開口部12d側から見た図4に示すように、ケース本体12には、駆動用モータ10を動力電源に接続するための一対のバスバー15が取り付けられている。各バスバー15の一端部15aはモータ端子10cに対してかしめて接続され、他端部15bはケース本体12から外部に露出している(図2、図3参照)。この外部に露出するバスバー15の端部15bが動力電源に接続される。
次に、減速機構部9について説明する。
図1に示すように、減速機構部9は、駆動用モータ10の駆動力を減速して出力する減速ギヤ機構16と、減速ギヤ機構16を収容する減速ギヤケース17を主な構成とする。減速ギヤ機構16は、複数の歯車等から成る遊星歯車減速機構18で構成される。なお、遊星歯車減速機構18の詳細な構成については後述する。
減速ギヤケース17には、遊星歯車減速機構18を駆動用モータ10側とは反対側から収容するための収容凹部17aが設けられている。また、減速ギヤケース17には、モータ取付部材としてのモータアダプタ19が取付可能に構成されている。モータアダプタ19は筒状の部材で、その内周面に駆動用モータ10の出力側(図1の右側)の突起10dが挿入されて嵌合される。減速ギヤケース17には、モータアダプタ19が嵌合される嵌合孔17bが形成されており、この嵌合孔17bに対してモータアダプタ19が駆動用モータ10側から挿入されて取り付けられる。
減速ギヤケース17は、モータケース11とこれとは反対側に配置される後述の伝達ギヤケース29に対して嵌合可能に構成されている。減速ギヤケース17のうち、モータケース11側に配置される部分がモータケース11の開口部12d側に内嵌され、伝達ギヤケース29側に配置される部分が伝達ギヤケース29に外嵌される。また、減速ギヤケース17は、モータケース11に対して嵌合された状態でモータアダプタ19と一緒にボルト21(図3、図6参照)によって駆動用モータ10に締結される。減速ギヤケース17の駆動用モータ10側には、減速ギヤケース17とモータケース11とが嵌合された状態で、駆動用モータ10から突出するモータ端子10cおよびこれにかしめられたバスバー15の端部15aとの干渉を回避するための凹部17cが形成されている。また、モータケース11の内周面と嵌合する減速ギヤケース17の外周面(嵌合面)には、Oリング20を装着するための装着溝17dが形成されている。
続いて、運動変換機構部3について説明する。
運動変換機構部3は、ボールねじ22で構成される。ボールねじ22は、回転体としてのボールねじナット23と、直線運動する軸部であるボールねじ軸24と、多数のボール25および循環部材としてのこま26を主な構成とする。ボールねじナット23の内周面とボールねじ軸24の外周面にそれぞれ螺旋状溝23a,24aが形成されている。両螺旋状溝23a,24aの間にボール25が充填され、こま26が組み込まれ、これにより2列のボール25が循環する。
ボールねじナット23は、駆動用モータ10からの駆動力を受けて正方向または逆方向に回転する。一方、ボールねじ軸24は、その後端部(図1の右端部)に設けられた回転規制部材としてのピン27によって回転が規制されている。このため、ボールねじナット23が回転すると、ボール25が両螺旋状溝23a,24aおよびこま26に沿って循環し、ボールねじ軸24が軸方向に進退する。なお、図1は、ボールねじ軸24が最も図の右側へ後退した初期位置に配置された状態を示している。また、ボールねじ軸24は、駆動用モータ10の出力軸10aと平行に配置されており、駆動用モータ10からの回転運動はボールねじ軸24によって出力軸10aと平行な軸方向の直線運動に変換される。ボールねじ軸24の前進方向の先端部(図1の左端部)が、操作対象装置を操作する操作部(アクチュエータヘッド)6として機能する。
続いて、駆動力伝達部4について説明する。
駆動力伝達部4は、駆動部2が有する駆動用モータ10から運動変換機構部3であるボールねじ22へ駆動力を伝達する伝達ギヤ機構28と、伝達ギヤ機構28を収容する伝達ギヤケース29を主な構成とする。伝達ギヤ機構28は、第1歯車としての駆動側のドライブギヤ30と、これと噛み合う第2歯車としての被駆動側のドリブンギヤ31とを有する。
ドライブギヤ30の回転中心部にはギヤボス32が圧入嵌合されている。ドライブギヤ30は、このギヤボス32を介して伝達ギヤケース29と後述の軸受ケース41の両ケースに装着される2つの転がり軸受33,34によって回転可能に支持される。一方、ドリブンギヤ31は、ボールねじナット23の外周面に圧入嵌合され固定されている。駆動用モータ10からの駆動力が遊星歯車減速機構18を介してドライブギヤ30に伝達されると、ドリブンギヤ31とボールねじナット23が一体的に回転し、ボールねじ軸24が進退する。
伝達ギヤケース29は、内部にドライブギヤ30およびドリブンギヤ31が収容される収容凹部29aを有する。また、伝達ギヤケース29には、ギヤボス32を挿通するための挿通孔29bが形成され、挿通孔29bの内周面には、ギヤボス32を支持する一方の転がり軸受33が装着される軸受装着面29cが形成されている。また、伝達ギヤケース29は、減速ギヤケース17の内周面と嵌合する環状突起29dを有する。この環状突起29dの外周面(嵌合面)には、Oリング35を装着するための装着溝29eが形成されている。また、伝達ギヤケース29の軸受ケース41側の面には、軸受ケース41と嵌合する溝状の嵌合凹部29fが形成されている。
また、伝達ギヤケース29は、ボールねじ軸24の先端部側(図1の左側)へ突出する円筒部29gを有する。この円筒部29gは、伝達ギヤケース29内にドリブンギヤ31が収容され、これにボールねじ22が組み付けられた状態で、ボールねじ軸24の周囲を覆うように配置される部分である。円筒部29gとボールねじ軸24の間には、伝達ギヤケース29内への異物侵入を防止するブーツ36が取り付けられる。ブーツ36は、大径端部36aと小径端部36bとこれらを繋いで軸方向に伸縮する蛇腹部36cで構成されている。大径端部36aが円筒部29gの外周面の取付部位にブーツバンド37によって締め付け固定され、小径端部36bがボールねじ軸24の外周面の取付部位にブーツバンド38によって締め付け固定される。また、円筒部29gには、ブーツ36が伸縮したときに内外で通気させるための通気孔29hが設けられている。また、上記モータケース11には、ブーツ36の周囲に配置されるブーツカバー39が一体に設けられている。
続いて、運動変換機構支持部5について説明する。
運動変換機構支持部5は、運動変換機構部3であるボールねじ22を支持する支持軸受40と、支持軸受40を収容する軸受ケース41を主な構成とする。支持軸受40は、外輪42と内輪43とこれらの間に介在する複列のボール44を主要な構成要素とする背面合わせの複列アンギュラ玉軸受で構成される。
支持軸受40は、軸受ケース41と一体に形成されたスリーブ45内に収容され、スリーブ45の内周面に装着された止め輪46で固定されている。また、支持軸受40は、ボールねじナット23の外周面に対して上記ドリブンギヤ31よりもボールねじ軸24の後端側(図1の右側)に圧入嵌合されて固定される。ボールねじナット23の外周面に固定される支持軸受40とドリブンギヤ31は、ボールねじナット23のドリブンギヤ31側に設けられた規制突起23bと、支持軸受40側に装着された規制部材47によって軸方向の移動が規制される。規制部材47は、一対の半円弧状部材で構成され、これらを環状に組み合わせた状態でボールねじナット23の外周面に装着される。さらに、ボールねじナット23の外周面には、規制部材47を保持する押さえ用カラー48と、この押さえ用カラー48の軸方向の脱落を防止する止め輪49が装着される。
軸受ケース41の伝達ギヤケース29側には、伝達ギヤケース29の嵌合凹部29fと嵌合する突条部41aが設けられている。また、軸受ケース41の伝達ギヤケース29側には、軸受ケース41が伝達ギヤケース29と嵌合した状態で、伝達ギヤケース29から突出するギヤボス32の一部が収容されるギヤボス収容部41bが設けられている。このギヤボス収容部41bの内周面には、ギヤボス32を支持する転がり軸受34を装着するための軸受装着面41cが形成されている。
軸受ケース41の伝達ギヤケース29側とは反対側には、ボールねじ軸24の後端部側(図1の右端部側)を収容する有底筒状の軸ケース50がボルト51(図3参照)で締結可能に構成されている。軸ケース50の軸受ケース41との当接面には、Oリング52を装着するための装着溝50aが形成されている。また、軸ケース50の内周面には、ボールねじ軸24に設けられたピン27の両端部が挿入される案内溝50bが軸方向に延在するように形成されている。ピン27の両端部にはそれぞれガイドカラー53が回転可能に装着されており、ボールねじ軸24が軸方向に進退する際、ガイドカラー53が案内溝50bに沿って回転しながら移動する。
図3に示すように、上記モータケース11、減速ギヤケース17、伝達ギヤケース29、軸受ケース41の各ケースの半径方向外側周辺には、これらを組み立て締結するためのボルト54を挿通するボルト挿通孔11a,17e,29i,41dが設けられている。
さらに、伝達ギヤケース29と軸受ケース41の両方の半径方向外側周辺には、組立てられた電動アクチュエータ1を設置場所に取付けるための貫通孔29j,41eが設けられている。
ここで、図1、図5および図6に基づき遊星歯車減速機構18について説明する。
図5は、図1のA−A線で矢視した横断面図、図6は、遊星歯車減速機構18の分解斜視図である。
遊星歯車減速機構18は、リングギヤ55と、サンギヤ56と、複数の遊星ギヤ57と、遊星ギヤキャリア58(図1参照)と、遊星ギヤホルダ59(図1参照)から構成される。リングギヤ55は、軸方向に突出する複数の凸部55aを有し、減速ギヤケース17の収容凹部17aには凸部55aと同数の係合凹部17fが設けられている(図1参照)。減速ギヤケース17の係合凹部17fにリングギヤ55の凸部55aを位相合わせして組み込むことで、リングギヤ55が減速ギヤケース17に対して回り止めされて収容される。
リングギヤ55の中央にサンギヤ56が配置され、サンギヤ56には駆動用モータ10の出力軸10aが圧入嵌合される。また、リングギヤ55とサンギヤ56との間には各遊星ギヤ57がこれらと噛み合うように配置されている。各遊星ギヤ57は、遊星ギヤキャリア58と遊星ギヤホルダ59によって回転可能に支持されている。遊星ギヤキャリア58はその中央部に円筒部58aを有し、円筒部58aはギヤボス32の外周面と転がり軸受33の内周面との間に圧入嵌合されている(図1参照)。なお、他方の転がり軸受34の内周面とギヤボス32の外周面との間には、環状のカラー75が装着されている。
上記の如く構成された遊星歯車減速機構18は、駆動用モータ10が回転駆動すると、駆動用モータ10の出力軸10aに連結されたサンギヤ56が回転し、これに伴って各遊星ギヤ57が自転しながらリングギヤ55に沿って公転する。そして、この遊星ギヤ57の公転運動により遊星ギヤキャリア58が回転する。これにより、駆動用モータ10の回転が減速されてドライブギヤ30に伝達され、回転トルクが増加する。このように、遊星歯車減速機構18を介して駆動力が伝達されることで、ボールねじ軸24の出力が大きく得られるようになり、駆動用モータ10の小型化を図ることが可能である。
続いて、図1、図7および図8に基づき、ロック機構部7について説明する。図7は、軸ケース50と、これに取り付けられるロック機構部7の分解斜視図、図8は、図1のB−B線で矢視した横断面図である。
ロック機構部7は、ロック部材60と、滑りねじナット61と、滑りねじ軸62と、ロック部材固定板63と、ロック用モータ(DCモータ)64と、ばね65を主な構成とする。ロック機構部7の組み立ては、まず、ロック部材60を、滑りねじナット61に対してロック部材固定板63を介してボルト84(図7参照)で締結する。次いで、ロック用モータ64を、軸ケース50に設けられたホルダ部66内に収容し、ホルダ部66から突出するロック用モータ64の出力軸64aに滑りねじ軸62を取り付ける。そして、滑りねじ軸62の外周にばね65を配置すると共に、ロック部材60が取り付けられた滑りねじナット61を滑りねじ軸62に対して螺合して装着する。このようにして、ロック機構部7の組み立てが完了する。
ホルダ部66は、有底筒状に形成され、その底部66aとは反対側にキャップ67が装着されている。ロック用モータ64がホルダ部66内に挿入され、キャップ67を装着した状態で、ロック用モータ64は、ホルダ部66の底部66aとキャップ67の内面に当接する。また、この状態で、ロック用モータ64の出力側(図1の左側)の突起64bがホルダ部66の底部66aに形成された嵌合孔66cに嵌合する。ロック用モータ64の本体外周面とホルダ部66の周壁部66bの内周面はいずれも円筒形ではない同形状に形成されているため、ホルダ部66の周壁部66b内にロック用モータ64が挿入されることで、ロック用モータ64の回転が規制される。このように、ホルダ部66にロック用モータ64が収容されることで、ホルダ部66によってロック用モータ64が保持され、ロック機構部7全体が保持される。また、キャップ67には、ロック用モータ64のモータ端子64dに接続されるケーブル68を挿通するための孔部67aが形成されている(図8参照)。
軸ケース50のホルダ部66が設けられた部分とこれに対向する軸受ケース41の部分には、それぞれロック機構収容凹部66d,41fが形成され、軸受ケース41側のロック機構収容凹部41fには貫通孔41gが形成されている。図1に示すように、軸ケース50が軸受ケース41に取り付けられた状態で、ロック機構収容凹部66d,41f内には、ホルダ部66から突出するロック用モータ64の出力軸64a、滑りねじ軸62、滑りねじナット61、ロック部材固定板63、ばね65およびロック部材60の一部が収容され、貫通孔41g内には、ロック部材60の平板状に形成された先端部側が挿入される。貫通孔41gは、ロック部材60の先端部側とほぼ同サイズで同形状の断面矩形の孔で構成されている(図9、図10参照)。また、軸ケース50が軸受ケース41に取り付けられた状態では、ばね65がホルダ部66の底部66aとロック部材固定板63との間で軸方向に圧縮され、この圧縮されたばね65によってロック部材60は前進する方向(図1の左側)へ常時付勢されている。
ロック部材60が前進する方向にはドライブギヤ30が配置されており、ドライブギヤ30にはロック部材60の先端部が係合可能な係合孔30aが形成されている。図1のC−C線で矢視した横断面図である図11に示すように、係合孔30aは、ドライブギヤ30の周方向に渡って複数設けられている。ロック部材60はこれらの係合孔30aのうちのいずれかに係合されることで、ドライブギヤ30の回転が規制される。また、各係合孔30aの入口部には傾斜面30bが形成されており、この傾斜面30bに沿ってロック部材60が係合孔30aにスムーズに挿入される。
軸受ケース41には、ロック状態か否かを把握するためにロック部材60の進退位置を検知するロックセンサ69が装着されている(図8参照)。ロックセンサ69は、板バネ等の弾性部材で構成された接触子69aを有しており、ロック部材60が前進する際、ロック部材60が接触子69aを押すことで、ロック部材60の位置が検知される。
以下、ロック機構部7の動作について説明する。
ロック用モータ64に電力が供給されていない状態では、ロック部材60はばね65によって前進したロック位置に保持されており、ロック部材60の先端部がドライブギヤ30の係合孔30aに係合したロック状態にある。この状態から、ボールねじ軸24の駆動を開始するために駆動用モータ10に電力が供給されると、ロック用モータ64にも電力が供給され、ロック用モータ64はロック部材60を後退させる方向に駆動する。これにより、滑りねじ軸62が回転する。このとき、滑りねじナット61は断面矩形の貫通孔41gに対するロック部材60の平板状先端部の挿入によって回転が規制されているため、滑りねじ軸62が回転すると、滑りねじナット61がばね65の付勢力に抗して後退し、これと一体的にロック部材60も後退する。これにより、ロック部材60の先端部がドライブギヤ30の係合孔30aから離脱し、ロック状態が解除される。こうして、ボールねじ軸24を駆動させている間は、ロック部材60が後退したロック解除位置に保持され、ドライブギヤ30がロックされないロック解除状態に保持される。
その後、駆動用モータ10への電力供給が遮断され、ボールねじ軸24の駆動が停止すると、ロック用モータ64への電力供給も遮断される。これにより、ロック部材60を後退させておくための駆動力が生じなくなるため、ロック部材60はばね65によって前進する方向へ押し動かされる。そして、ロック部材60の先端部がドライブギヤ30の係合孔30aに係合することでロック状態となり、ドライブギヤ30の回転が規制される。
このように、ロック部材60によってドライブギヤ30の回転が規制されることで、ボールねじ軸24が進退しない状態で保持される。これにより、操作対象装置側からボールねじ軸24側へ外力が入力されたとしても、ボールねじ軸24の位置を所定の位置に保持しておくことができる。斯かる構成は、特に位置保持が必要なアプリケーションに電動アクチュエータを適用する場合に好適である。
本実施形態では、ロック用モータ64を駆動させることにより、ロック部材60を後退させるようにしているが、反対に、ロック部材60を前進させるために、ロック用モータ64を駆動させてもよい。また、ロック用モータ64を正逆回転させることで、ロック部材60を前進させたり後退させたりすることも可能である。
本実施形態の電動アクチュエータ1には、ボールねじ軸24のストロークを検出するためのストロークセンサ70が搭載されている(図2、図3参照)。ストロークセンサ70はセンサベース71に取り付けられ、センサベース71はモータケース11とブーツカバー39の間の外周面に設けられたセンサケース76にボルト72で締結固定されている。一方、ボールねじ軸24のブーツ36で覆われる部分の外周面には、センサターゲットとしての永久磁石73が取り付けられている(図1参照)。本実施形態では、永久磁石73は、周方向の一部で切り離された円筒状の弾性部材74を介してボールねじ軸24に取り付けられている。ボールねじ軸24が進退すると、ストロークセンサ70に対する磁石73の位置が変化し、これに伴って変化する磁力線の向きをストロークセンサ70によって検出することで、ボールねじ軸24の軸方向位置を把握することができる。
続いて、図12に基づき、ストロークセンサ70を用いたフィードバック制御について説明する。
図12に示すように、目標値が制御装置80に送られると、制御装置80のコントローラ81から駆動用モータ10に制御信号が送られる。なお、この目標値は、例えば、車両上位のECUに操作量が入力された際に、その操作量に基づいてECUが演算したストローク値である。
制御信号を受け取った駆動用モータ10は回転駆動を開始し、この駆動力が上記遊星歯車減速機構18、ドライブギヤ30、ドリブンギヤ31、ボールねじナット23を介してボールねじ軸24に伝達されて、ボールねじ軸24が前進する。これにより、ボールねじ軸24の先端部側(アクチュエータヘッド側)に配置される操作対象装置が操作される。
このとき、ストロークセンサ70によってボールねじ軸24のストローク値(軸方向位置)が検出される。ストロークセンサ70によって検知された検出値は制御装置80の比較部82に送られ、検出値と上記目標値との差分が算出される。そして、検出値が目標値と一致するようになるまで、駆動用モータ10を駆動させる。このように、ストロークセンサ70によって検出されたストローク値がフィードバックされてボールねじ軸24の位置が制御されることで、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。
次に、図13に基づき、ストロークセンサ70に代えて圧力センサ83を用いた場合のフィードバック制御について説明する。
図13に示すように、この場合は、操作対象装置に圧力センサ83が設けられている。車両上位のECUに操作量が入力されると、ECUは要求される目標値(圧力指令値)を演算する。この目標値が制御装置80に送られ、コントローラ81から駆動用モータ10に制御信号が送られると、駆動用モータ10は回転駆動を開始する。これにより、ボールねじ軸24が前進し、ボールねじ軸24の先端部側(アクチュエータヘッド側)に配置される操作対象装置が加圧操作される。
このときのボールねじ軸24の操作圧力は、圧力センサ83により検出され、この検出値と目標値に基づいて、上記ストロークセンサ70を用いる場合と同様に、ボールねじ軸24の位置がフィードバック制御される。このように、圧力センサ83によって検出された圧力値がフィードバックされてボールねじ軸24の位置が制御されることで、本実施形態の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。
ところで、本実施形態に係る電動アクチュエータにおいては、上記ロック部材60がロック状態となるために前進すると、ロックセンサ69の接触子69aがロック部材60の片側に接触するため、ロック部材60が進退方向に対して傾く場合がある。詳しくは、図14に示すように、ロック部材60には、一対の肩部60bが先端部60aを通る進退方向の直線Lを挟んで互いに反対側に設けられており、これらの肩部60bのうちの一方にロックセンサ69の接触子69aが接触する。このように接触子69aが接触すると、ロックセンサ69の片側にのみ接触抵抗が作用する。また、接触子69aからの反力Rがロック部材60の前進する方向に対して交差する方向に作用するため、ロック部材60は図の反時計回り方向のモーメントMを受け回転しようとする。これにより、ロック部材60がその進退方向に対して傾くと、ロック部材60が貫通孔41gの内面に引っ掛かって円滑な進退運動ができなくなる可能性がある。また、ロック部材60に傾きが生じた結果、ロック部材60が係合孔30aに挿入されなくなる可能性や、ロック部材60が係合孔30aに挿入されても抜けなくなる可能性がある。
そこで、このような問題を未然に防止するため、本発明に係る電動アクチュエータにおいては、ロック部材60の傾きを防止する傾き防止部を設けている。本実施形態では、図15に示すように、軸受ケース41の内面に傾き防止部90を設けている。詳しくは、傾き防止部90は、軸受ケース41の内面において、ロック部材60に対してロックセンサ69の接触子69aが接触する側とは反対側の肩部60b(図15の右側の肩部60b)の前面(前進方向を臨む面)601に対向するように配置されている。
このような位置に傾き防止部90を配置することで、ロック部材60が前進すると、上記右側の肩部60bの前面601が傾き防止部90に突き当たる。これにより、図16(a)に示すように、ロック部材60が傾いていたとしても、同図(b)に示すように、ロック部材60が傾き防止部90と当接することで、ロック部材60に図の時計回り方向のモーメントが作用し、ロック部材60の姿勢が戻されて傾きが低減または解消される。
なお、傾き防止部90の厚さt{図16(b)参照}を変更することで、ロック部材60が前進したときに傾き防止部90に突き当たるタイミングを調整することができる。傾き防止部90は、厚すぎるとロック部材60の先端部60aが係合孔30aに挿入できなくなり、薄すぎると傾きを矯正するタイミングが遅くなって期待する効果が得られ難くなるので、係合孔30aに対するロック部材60の挿入を妨げず、かつ、なるべく早いタイミングで傾きを矯正できるように、傾き防止部90の厚さtを適宜設定することが望ましい。
上記のように、本発明に係る電動アクチュエータにおいては、傾き防止部90を設けることで、ロック部材60の傾きを低減または解消することができ、ロック部材60が貫通孔41gや係合孔30aに引っ掛かったり、係合孔30aに挿入できなくなったりする事態を回避することができる。これにより、ロックおよびロック解除の確実性が増し、信頼性が高まる。しかも、傾き防止部90を軸受ケース41に取り付けるだけの簡単な構成によってロック部材60の円滑な進退動作を実現できるので、装置の低コスト化や小型化にも有利である。
また、図17に示す例のように、傾き防止部90は、軸受ケース41ではなく、ロック部材60に設けてもよい。この場合、傾き防止部90は、ロックセンサ69が接触する肩部60bとは反対側の肩部60bの前面601に設けられており、ロック部材60が前進することで傾き防止部90が軸受ケース41の内面に突き当たって、上記と同様にロック部材60の傾きが低減または解消される。また、傾き防止部90を、軸受ケース41等のアクチュエータケースまたはロック部材60と別体ではなく、一体成型してもよい。
また、係合孔30aや貫通孔41gに対するロック部材60の摺動性を向上させ、さらにこれらの孔30a,41gとの干渉による摩耗を抑制するため、ロック部材60の表面を低摩擦処理してもよい(低摩擦面としてもよい)。低摩擦処理としては、例えば、二硫化モリブデン微粉を処理対象物の表面に高速噴射し、衝突させることで処理対象物の表面に二硫化モリブデンの層を形成する、いわゆる二硫化モリブデンショット処理等を適用できる。低摩擦処理する部分は、ロック部材60の表面全体としてもよいが、少なくとも係合孔30aや貫通孔41gに対して接触する部分であればよい。
また、図18に示す例のように、インサート成型などにより、ドライブギヤ30の歯の部分およびその周辺部のみ(図のハッチング部)を金属で構成し、係合孔30aが形成されたその他の部分を低摩擦処理した樹脂(低摩擦表面の樹脂)で構成してもよい。この場合、係合孔30aの表面が低摩擦面となるので、係合孔30aに対するロック部材60の摺動性を向上させることができると共に、ロック部材60と係合孔30aとの干渉による摩耗を抑制することができる。さらに、係合孔30aの部分を低摩擦処理した樹脂で構成することに加え、上記のようにロック部材60の表面も低摩擦処理することで、ロック部材60の摺動性と摩耗抑制効果をより一層向上させることが可能である。
図19は、本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータ1である。
図19に示す電動アクチュエータ1は、図1に示す電動アクチュエータ1と比べて、減速機構部9をなくして、モータ部8と駆動力伝達部4を直接連結している。この場合、駆動部2はモータ部8のみで構成されている。また、駆動用モータ10の出力軸10aは、減速機構部9がないので、ギヤボス32に圧入嵌合し、ギヤボス32を支持する伝達ギヤケース29側の転がり軸受33は省略している。また、駆動用モータ10が取り付けられるモータアダプタ19は、嵌合する相手部材が減速ギヤケース17から伝達ギヤケース29に変わるので、相手部材の嵌合形状に合った別の形状のものに換えている。その他の構成は、図1に示す実施形態と同様である。なお、図19に示す実施形態の電動アクチュエータ1は、駆動用モータ10からの駆動力が減速機構部9を介さずに駆動力伝達部4に直接伝達される以外、図1に示す実施形態と基本的に同様に制御されて動作するので、制御および動作に関する説明は省略する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、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る。前述の実施形態は、ロック部材の傾きがロックセンサとの接触により発生するものであるが、本発明は、これに限らず、ロックセンサ以外の周辺部材との接触または干渉などが原因でロック部材に傾きが生じる電動アクチュエータにおいても適用可能である。また、上記運動変換機構部3は、ボールねじ22に限らず、滑りねじ装置であってもよい。ただし、回転トルクを低減して、駆動用モータ10を小型化する観点からすれば、ボールねじ22の方が好適である。また、前述の実施形態では、運動変換機構部3を支持する支持軸受40として、複列のアンギュラ玉軸受を使用した構成を例示したが、これに限らず、一対の単列のアンギュラ玉軸受を組み合せて使用してもよい。また、支持軸受40としては、アンギュラ玉軸受のほかに、例えば、深溝玉軸受等を用いた他の複列軸受を適用することも可能である。また、上記減速機構部9は、遊星歯車減速機構18以外の減速機構でもよい。また、本発明に係る電動アクチュエータは、二輪車を含む自動車用の電動パーキングブレーキ機構や、電動油圧ブレーキ機構、電動シフト切替機構、電動パワーステアリングのほか、2WD/4WD電動切替機構、船外機用(船舶推進機用)の電動シフト切替機構などにも適用可能である。
1 電動アクチュエータ
2 駆動部
3 運動変換機構部
4 駆動力伝達部
5 運動変換機構支持部
7 ロック機構部
28 伝達ギヤ機構
30 ドライブギヤ
30a 係合孔
41 軸受ケース
60 ロック部材
60a 先端部
60b 肩部
69 ロックセンサ
90 傾き防止部

Claims (8)

  1. 駆動部と、前記駆動部からの回転運動を前記駆動部の出力軸と平行な軸方向の直線運動に変換する運動変換機構部と、前記駆動部から前記運動変換機構部へ駆動力を伝達する伝達ギヤ機構を有する駆動力伝達部と、前記運動変換機構部の駆動を防止するロック機構部を備える電動アクチュエータであって、
    前記ロック機構部は、進退して、前記運動変換機構部の駆動を防止するロック位置と、前記運動変換機構部の駆動を防止しないロック解除位置とに移動可能なロック部材を有し、
    前記ロック部材の進退方向に対する傾きを防止する傾き防止部を設けたことを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 前記ロック部材に接触して前記ロック部材の進退位置を検知するロックセンサを備え、
    前記傾き防止部は、前記ロック部材に対して前記ロックセンサが接触する側とは反対側においてアクチュエータケースに設けられ、
    前記ロック部材が前進して前記ロック位置に移動する際に、前記ロック部材に対して前記ロックセンサが接触する側とは反対側の前記ロック部材の面が前記傾き防止部に突き当たることで前記ロック部材が傾いた状態から戻される請求項1に記載の電動アクチュエータ。
  3. 前記ロック部材は、前記係合孔に挿入されて係合する先端部と、前記先端部を通る進退方向の直線を挟んで互いに反対側に配置される一対の肩部を有し、
    前記ロックセンサは、一方の前記肩部に対して接触可能な位置に配置され、
    前記傾き防止部は、前記ロックセンサが接触する前記肩部とは反対側の前記肩部に対向するように前記アクチュエータケースに設けられている請求項2に記載の電動アクチュエータ。
  4. 前記ロック部材に接触して前記ロック部材の進退位置を検知するロックセンサを備え、
    前記傾き防止部は、前記ロック部材に対して前記ロックセンサが接触する側とは反対側において前記ロック部材に設けられ、
    前記ロック部材が前進して前記ロック位置に移動する際に、前記傾き防止部がアクチュエータケースに突き当たることで前記ロック部材が傾いた状態から戻される請求項1に記載の電動アクチュエータ。
  5. 前記ロック部材は、前記係合孔に挿入されて係合する先端部と、前記先端部を通る進退方向の直線を挟んで互いに反対側に配置される一対の肩部を有し、
    前記ロックセンサは、一方の前記肩部に対して接触可能な位置に配置され、
    前記傾き防止部は、前記ロックセンサが接触する前記肩部とは反対側の前記肩部に設けられている請求項4に記載の電動アクチュエータ。
  6. 前記ロック部材の表面を、低摩擦面とした請求項1から5のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
  7. 前記伝達ギヤ機構は、前記ロック部材が係脱可能な係合孔が形成されたギヤを有し、
    前記各係合孔の入口部に傾斜面を設けた請求項1から6のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
  8. 前記伝達ギヤ機構は、前記ロック部材が係脱可能な係合孔が形成されたギヤを有し、
    前記ギヤにおける前記係合孔の部分を低摩擦表面の樹脂で構成し、歯の部分を金属で構成した請求項1から7のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
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