JP2020139575A - 電動アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】ねじ軸の耐腐食性を確保できると共に、製造工程を簡素化して低コスト化を図れる電動アクチュエータを提供する。【解決手段】電動モータ2と、電動モータ2の回転運動を直線運動に変換する直動変換機構5と、を備え、直動変換機構5が、回転可能に支持されたナット21と、ナット21の回転に伴って軸方向に移動するねじ軸22と、を有する電動アクチュエータであって、ねじ軸22は、電動アクチュエータの密閉空間内に収容されたねじ部22a側の部分Aと、密閉空間から外部に露出する露出部22b側の部分Bとの間で分割され、露出部22b側の部分Bは、耐腐食性を有するように構成されている。【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、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電動アクチュエータとして、下記特許文献1には、電動モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構を備えるものが提案されている。特許文献1に記載の構成においては、ねじ軸のねじ部側が、ケースやブーツによって密閉された密閉空間内に配置され、外部環境に曝されないようになっている。一方、ねじ軸の先端側は、外部に露出しているため、錆などの腐食が発生する虞がある。そのため、腐食の生じやすい環境下で電動アクチュエータが使用される場合は、ねじ軸の先端側にメッキなどの耐腐食膜処理を施すことが望まれる。
特開2017−184484号公報
ところで、耐腐食膜処理を行うにあたって、ねじ部にまで耐腐食膜を形成すると、ねじ山などのねじ部の寸法精度を高精度に管理することが難しくなる。また、ボールの転動によってねじ部の耐腐食膜が剥がれる問題もある。そのため、耐腐食膜処理を行うには、予めねじ部にマスキング処理してから耐腐食膜処理を行うか、ねじ軸全体に耐腐食膜処理を行ってからねじ部の耐腐食膜の除去処理を行う必要がある。
また、耐腐食膜処理としてメッキ処理を行う場合は、メッキ液中に存在する水素がねじ軸内に侵入することにより水素脆性を引き起こすことから、後でねじ部におけるメッキ膜を除去するにしても、ねじ部の水素脆性による耐久性低下を防止するために、ねじ軸を高温で長時間加熱して、ねじ軸内に侵入した水素を外部へ放出するベーキング処理を行う必要がある。このように、ねじ軸に対して耐腐食膜処理を行うには、いずれの場合も製造工程が増加するため、製造コストが高くなってしまうといった課題がある。
そこで、本発明は、ねじ軸の耐腐食性を確保できると共に、製造工程を簡素化して低コスト化を図れる電動アクチュエータを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、電動モータと、電動モータの回転運動を直線運動に変換する直動変換機構と、を備え、直動変換機構が、回転可能に支持されたナットと、ナットの回転に伴って軸方向に移動するねじ軸と、を有する電動アクチュエータであって、ねじ軸は、電動アクチュエータの密閉空間内に収容されたねじ部側の部分と、密閉空間から外部に露出する又は露出し得る露出部側の部分との間で分割され、露出部側の部分は、耐腐食性を有するように構成されていることを特徴とする。
このように、ねじ軸を、ねじ部側の部分と露出部側の部分とで分割することで、露出部側の部分のみに簡単に耐腐食膜処理することができるようになり、ねじ部に対してマスキング処理や耐腐食膜を除去する処理をしなくてもよくなる。また、露出部側の部分のみを耐腐食材料で構成することもできる。従って、本発明によれば、ねじ部に対するマスキング処理や耐腐食膜除去処理を行わなくても、露出部側の部分の耐腐食性を確保できるようになり、製造工程を簡素化でき、製造コストの低減を図れるようになる。
露出部側の部分を、耐腐食性を有する非磁性体で構成してもよい。この場合、露出部側の部分が、周囲の磁石などの影響により着磁することがないので、露出部側の部分に対する鉄粉などの異物の付着を防止できる。
ねじ部側の部分と露出部側の部分とを圧入により連結してもよい。
また、ねじ部側の部分と露出部側の部分とを、非円形断面の嵌合構造により、又は、スプライン嵌合構造により連結することで、これらの間での相対的な回転を確実に防止できるようになる。
さらに、ねじ部側の部分と露出部側の部分とをこれらの軸方向への分離を防止する抜け止め部材を用いて連結することで、両部分の連結が強固となり、信頼性が向上する。
抜け止め部材としては、ねじ部側の部分と露出部側の部分との互いに嵌合する部分の外周面と内周面とに係合する止め輪でもよいし、ねじ部側の部分と露出部側の部分との互いに嵌合する部分に対して貫通するピンでもよい。
本発明によれば、ねじ軸を、ねじ部側の部分と露出部側の部分とで分割することで、ねじ部に対するマスキング処理や耐腐食膜除去処理を行わなくても、露出部側の部分の耐腐食性を確保することができるため、製造工程を簡素化して低コスト化を図れるようになる。
本発明の実施の一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。 本発明の別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。 本発明のさらに別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1は、本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。まず、図1を参照しつつ、本実施形態に係る電動アクチュエータの基本構成及び動作について説明する。
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、駆動源である電動モータ2と、電動モータ2の回転運動を減速して出力する減速機構3と、減速機構3によって減速された回転運動を電動モータ2の回転軸2aと平行な軸に伝達する駆動力伝達機構4と、駆動力伝達機構4によって伝達された回転運動を直線運動に変換する直動変換機構5と、電動アクチュエータ1の駆動を防止するロック機構6と、を主な構成としている。
電動モータ2は、モータケース7内に収容されている。電動モータ2の軸方向の一端部側(図1における左端部側)は、モータケース7の内周面によって支持され、これとは反対の他端部側は、円筒状のモータ支持部材15によって支持されている。モータ支持部材15は、減速機構3を収容する減速機構ケース14に取り付けられている。
減速機構ケース14は、モータケース7に連結されている。本実施形態では、減速機構3として、複数の遊星ギヤ10を有する遊星歯車減速機構を用いている。具体的に、減速機構3は、電動モータ2の回転軸2aに固定された入力回転体としての太陽ギヤ9と、太陽ギヤ9の周囲に配置された遊星回転体としての複数の遊星ギヤ10と、減速機構ケース14と一体に形成された軌道リングとしてのリングギヤ11と、複数の遊星ギヤ10を保持する出力回転体としてのキャリア12と、を有している。
電動モータ2が回転駆動を開始すると、太陽ギヤ9が回転し、これに伴って、太陽ギヤ9と噛み合う複数の遊星ギヤ10が自転しながらリングギヤ11に沿って公転する。そして、遊星ギヤ10の公転運動がこれを支持するキャリア12の回転運動となることで、電動モータ2の回転運動が減速されて出力される。
駆動力伝達機構4は、減速機構3から出力された駆動力が入力される駆動側のドライブギヤ16と、ドライブギヤ16と噛み合う被駆動側のドリブンギヤ17と、を有している。ドライブギヤ16及びドリブンギヤ17は、減速機構ケース14に対してモータケース7側とは反対側に連結された伝達機構ケース19内に収容されている。ドライブギヤ16の中央部には、筒状のギヤボス18が圧入されて固定されている。ドライブギヤ16は、ギヤボス18の軸方向両端部に配置された一対の転がり軸受52,53によって回転可能に支持されている。これらの転がり軸受52,53のうち、一方(図1における左側の転がり軸受52)は、伝達機構ケース19に設けられ、他方(図1における右側の転がり軸受53)は、伝達機構ケース19に対して減速機構ケース14側とは反対側に連結された直動変換機構ケース25に設けられている。ドリブンギヤ17は、直動変換機構5が有するナット21の外周面に固定されることで回転可能に支持されている。
ギヤボス18の減速機構3側の端部には、減速機構3のキャリア12が圧入されて固定されている。このため、キャリア12が回転すると、これと一体的にドライブギヤ16が回転する。本実施形態では、ドリブンギヤ17がドライブギヤ16よりも歯数の多い大径のギヤで構成されているため、ドライブギヤ16からドリブンギヤ17へ回転運動が伝達されると、回転速度がさらに減速される。このように、本実施形態では、電動モータ2の回転運動が、上述の減速機構3によって減速され、さらに駆動力伝達機構4においても減速されることで、回転トルクを大幅に増大させることができ、小型の電動モータを用いても十分な出力を得ることが可能である。なお、本実施形態とは異なり、ドライブギヤ16とドリブンギヤ17とを同じ歯数のギヤで構成し、回転運動を減速せずに伝達するようにしてもよい。
直動変換機構5は、ボールねじ機構で構成されている。具体的に、直動変換機構5は、円筒状のナット21と、ナット21の内側に挿入されたねじ軸22と、ねじナット21の内周面とねじ軸22の外周面とのそれぞれ形成された螺旋状溝間に配置された多数のボール23と、ボール23を螺旋状溝間で循環させる循環部材24と、を有している。ナット21は、直動変換機構ケース25に設けられた複列の軸受部材26によって回転可能に支持されている。本実施形態では、軸受部材26として、複列アンギュラ玉軸受を用いているが、それ以外の軸受を用いてもよい。
ねじ軸22は、電動モータ2の回転軸2aと平行に配置されている。ねじ軸22の先端側(図1における左端側)には、連結孔220が設けられており、この連結孔220にボルト等の締結具を挿入することで、ねじ軸22に対して操作対象となる使用機器の対応部位を連結することができる。
電動モータ2の回転運動が減速機構3から駆動力伝達機構4に伝達されて、ドリブンギヤ17が回転すると、これと一体的にナット21が回転することで、多数のボール23が両螺旋状溝に沿って循環移動し、ねじ軸22がその軸方向の一方又は他方に直線移動する。図1における状態では、ねじ軸22が最も図の右側へ後退した位置に配置されており、この状態から電動モータ2を正回転させると、ねじ軸22が図の左側へ前進する。また、前進後、電動モータ2を逆回転させると、ねじ軸22が図の右側へ後退する。このように、ねじ軸22が前進又は後退することで、電動モータ2の正方向又は逆方向の回転運動が電動モータ2の回転軸2aと平行な直線運動に変換される。
ねじ軸22の後端部(図1における右端部)は、ねじ軸ケース29によって覆われている。ねじ軸ケース29は、直動変換機構ケース25に対して伝達機構ケース19側とは反対側に連結されている。また、ねじ軸22の後端部には、ねじ軸22の回転を規制する回転規制部材としての回り止めピン28が設けられている。回り止めピン28は、ねじ軸22をこれと直交又は交差する方向に貫通しており、回り止めピン28の両端部には、それぞれ回転可能なガイドローラ30が取り付けられている。各ガイドローラ30は、ねじ軸ケース29の軸方向に伸びるように設けられた一対のガイド溝29a内に挿入されている。ガイドローラ30がガイド溝29aに沿って軸方向へ移動することで、ねじ軸22は周方向に回転することなく軸方向に前進又は後退する。
ねじ軸22の先端側には、電動アクチュエータ1内への異物侵入を防止するブーツ31と、ブーツ31を保護するためのブーツカバー34と、が設けられている。ブーツ31は樹脂製又はゴム製であり、大径端部31aと小径端部31bとこれらを繋いで軸方向に伸縮する蛇腹部31cとで構成されている。大径端部31aは、伝達機構ケース19に設けられた円筒部19aの外周面にブーツバンド32によって締め付け固定され、小径端部31bは、ねじ軸22の先端側の外周面にブーツバンド33によって締め付け固定されている。本実施形態では、ブーツカバー34が、ブーツ31の外側を覆うように、モータケース7と一体に構成されている。
また、ねじ軸22の外周面には、ねじ軸22の軸方向位置を検出するための磁石45(センサーターゲット)が設けられている。ねじ軸22が前進又は後退すると、これに伴って磁石45の磁場(例えば磁束密度の向き及び強さ)が変化するため、この磁場の変化をモータケース7の外側に設けられた図示しないストロークセンサが検出することにより、磁石45の軸方向位置、ひいてはねじ軸22の軸方向位置が検出される。
ロック機構6は、ロック部材35と、ロック用モータ39と、ロック用モータ39の回転軸39aに固定されたすべりねじ軸37と、すべりねじ軸37の外周に螺合するすべりねじナット38と、を有している。ロック用モータ39は、ねじ軸ケース29に設けられたホルダ部42と、ホルダ部42に装着されたキャップ部材43と、によって形成された空間内に収容されている。すべりねじナット38の先端部にはロック部材35が取り付けられており、ロック用モータ39が正方向又は逆方向に回転すると、これと一体的にすべりねじ軸37が回転することで、すべりねじナット38とロック部材35とが軸方向に前進又は後退する。
ロック部材35が前進すると、ドライブギヤ16の周方向に渡って設けられている複数の係合孔16aのいずれか1つにロック部材35の先端部が挿入されることで、ロック部材35によってドライブギヤ16の回転が規制されたロック状態(図1に示す状態)となる。ロック状態となることで、操作対象側から直動変換機構5のねじ軸22側へ逆入力があったとしても、ねじ軸22の軸方向移動が規制されるので、操作対象を所定の位置に保持しておくことができる。
一方、この状態からロック部材35が後退すると、ロック部材35の先端部がドライブギヤ16の係合孔16aから離脱し、ロック状態が解除される。ロック状態が解除されることで、電動モータ2を駆動させて、ねじ軸22を前進又は後退させて操作対象を操作することが可能な状態となる。
本実施形態に係る電動アクチュエータの基本構成及び動作については以上の通りである。以下、本実施形態に係る電動アクチュエータの特徴部分について説明する。
本実施形態に係る電動アクチュエータ1おいては、モータケース7、減速機構ケース14、伝達機構ケース19、直動変換機構ケース25及びねじ軸ケース29の、各種アクチュエータケースと、ブーツ31とによって、電動アクチュエータ1内に密閉された密閉空間が形成されている。ここで、直動変換機構5のねじ軸22に着目すると、ねじ軸22のうち、外周面に螺旋状溝が形成されたねじ部22a側は、各種アクチュエータケース14,19,25,29及びブーツ31によって密閉された密閉空間内に収容されている。一方、ねじ軸22のうち、操作対象の使用機器が連結される連結孔220側(先端側)は、ブーツ31によって覆われておらず、密閉空間から外部に露出する露出部22bとなっている。
このような露出部22bは、特に、錆など腐食の生じやすい環境下で使用される場合、腐食を防止するために、メッキ処理などの耐腐食膜処理を施す必要がある。これに対して、密閉空間内に収容されているねじ部22a側の部分は、腐食の原因になる外気や水などに曝されにくいため、耐腐食膜処理を施す必要はない。加えて、ねじ軸22a側の部分は、ねじ軸22としての機能性を確保する観点から耐腐食膜処理を行うのは好ましくないといった事情もある。
斯かる事情から、従来では、予めねじ部にマスキング処理してから耐腐食膜処理を行うか、あるいは、ねじ軸全体に耐腐食膜処理を行ってからねじ部の耐腐食膜の除去処理を行うかであったが、このようなマスキング処理や膜除去処理は、製造工程の複雑化や製造コストの増加に繋がるといった問題がある。特に、耐腐食膜処理としてメッキ処理を行う場合は、水素脆性を防止するためのベーキング処理などが必要になるため、より一層製造工程が複雑になり、製造コストも増加する。
そこで、本実施形態に係る電動アクチュエータにおいては、図1に示すように、ねじ軸22を、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとの間で分割し、露出部22b側の部分Bにのみ耐腐食膜処理を施している。このように、ねじ軸22を、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとで分割することで、露出部22b側の部分Bだけを簡単に耐腐食膜処理することができるようになる。すなわち、ねじ部22aにマスキング処理をしたり、ねじ部22aに形成された耐腐食膜を除去したりしなくてもよくなるので、製造工程を簡素化でき、製造コストの低減を図れるようになる。特に、メッキ処理を行う場合は、ベーキング処理も不要になるので、より大きな効果が期待できる。
なお、本実施形態では、ねじ軸22を、ブーツ31の小径端部31bの先端位置よりも少し内側(密封空間側)の位置で分割しているが、少なくとも露出部22b全体に耐腐食膜処理ができればよいので、ブーツ31の小径端部31bの先端位置(露出している部分とそれ以外の部分との境界線)でねじ軸22を分割してもよい。
また、露出部22b側の部分B自体を、ステンレスなどの耐腐食性(防錆性)を有する材料で構成してもよい。この場合、耐腐食膜処理が不要になるため、製造工程のさらなる簡素化を図れるようになる。
また、本実施形態のように、ねじ軸22の外周面にセンサターゲットとなる磁石45が取り付けられている場合は、露出部22b側の部分Bを、耐腐食性を有する非磁性体で構成することが望ましい。露出部22b側の部分Bを非磁性体で構成することで、磁石45の影響により露出部22b側の部分Bが着磁することがないので、露出部22bへの鉄粉などの異物の付着を防止できるようになる。非磁性体の材料としては、例えば、ステンレスやアルミニウムなどを適用できる。
また、本実施形態では、図1に示すように、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとが、これらに設けられた突起47と孔部48との嵌合により互いに連結されている。突起47と孔部48は、圧入により嵌合しているため、両部分A,Bは互いに軸方向に分離しにくく、相対的な回転も生じにくい状態で連結されている。さらに、突起47と孔部48の各断面形状を断面D型などに形成し、両部分A,Bを非円形断面の嵌合構造により連結した場合は、両部分A,B間の相対的な回転をより確実に防止できるようになる。また、突起47及び孔部48をスプライン状に形成し、両部分A,Bをスプライン嵌合構造により連結してもよい。
また、図2示す実施形態のように、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとを、抜け止め部材60を用いて連結してもよい。この場合、抜け止め部材60として、突起47の外周面に設けられた溝470と孔部48の内周面に設けられた溝480とに係合するC字型の止め輪61を用いている。このように、止め輪61を用いることで、両部分A,B間の軸方向の分離を確実に防止できるようになる。特に、このような抜け止め部材60を用いた実施形態は、ねじ軸22が後退したときに、両部分A,B間に互いに分離する方向の力が大きく作用する場合に好適である。
また、図3に示す実施形態のように、抜け止め部材60として、ピン62を用いてもよい。図3に示すように、ピン62を、突起47と孔部48とに対してこれらの嵌合方向と交差する方向(図の紙面直交方向)に貫通するように圧入することで、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとの間の軸方向の分離を確実に防止できるようになる。
なお、図3に示す実施形態では、図1や図2に示す実施形態とは反対に、突起47がねじ部22a側の部分Aに設けられ、孔部48が露出部22b側の部分Bに設けられているが、突起47及び孔部48は、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとのいずれに設けられていてもよい。
図4に示す実施形態は、上述の図1〜図3に示す各実施形態とは異なり、電動アクチュエータ1内を密閉する密閉部材として、ブーツ31を用いず、オイルシール70を用いた実施形態である。この場合、オイルシール70は、伝達機構ケース19の円筒部19aの先端に固定されている。すなわち、オイルシール70は、ねじ軸22が前進又は後退しても、ブーツ31とは異なり、ねじ軸22の軸方向移動には追従しないため、ねじ軸22の外部に露出する部分の範囲は、ねじ軸22の前進又は後退に伴って変化する。図4に示す状態では、ねじ軸22が最も後退した位置にあるため、ねじ軸22のうち、外部に露出する部分は最も少ない状態となっているが、この状態からねじ軸22が前進すると、これに伴って外部に露出する部分は多くなる。斯かる構成においては、ねじ軸22が最大限に前進した状態で、ねじ軸22が密封空間から外部に露出する最大の露出範囲全体が耐腐食性を有するように構成することが望ましい。
そのため、図4に示す実施形態では、ねじ軸22の前進及び後退に伴って密封空間から露出し得る最大の露出範囲を露出部22bとし、この露出部22b全体を少なくとも含む露出部22b側の部分Bを、ねじ部22a側の部分Aとは別体で構成している。これにより、本実施形態においても、ねじ軸22を、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとの間で分割することで、上述の各実施形態と同様に、ねじ部22aに対するマスキング処理や耐腐食膜除去処理を行わなくても、露出部22b側の部分Bの耐腐食性を確保することができるようになり、製造工程を簡素化でき、製造コストの低減を図れるようになる。
また、本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、磁石45によるねじ軸22の着磁を防止するために、露出部22b側の部分Bを、耐腐食性を有する非磁性体で構成してもよい。また、ねじ部22a側の部分Aと露出部22b側の部分Bとの連結は、突起47と孔部48との圧入による連結のほか、図2に示すような止め輪61や、図3に示すようなピン62を用いた連結であってもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、図2〜図4に示す各実施形態において、上記説明した部分以外は、図1に示す実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
また、本発明は上述の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である。上述の実施形態では、本発明をボールねじ機構のねじ軸に適用した場合を例に説明したが、本発明は、ボールねじ機構に限らず、ボールを有しないすべりねじ機構のねじ軸(三角ねじや台形ねじ)など、他の直動変換機構のねじ軸にも適用可能である。
また、本発明に係る電動アクチュエータは、上述の実施形態のような、電動モータの回転運動をその回転軸と平行な直線運動に変換するものに限らず、電動モータの回転運動をその回転軸と同軸の直線運動に変換するものであってもよい。
1 電動アクチュエータ
2 電動モータ
5 直動変換機構
21 ナット
22 ねじ軸
22a ねじ部
22b 露出部
47 突起
48 孔部
60 抜け止め部材
61 止め輪
62 ピン
A ねじ部側の部分
B 露出部側の部分

Claims (8)

  1. 電動モータと、前記電動モータの回転運動を直線運動に変換する直動変換機構と、を備え、前記直動変換機構が、回転可能に支持されたナットと、前記ナットの回転に伴って軸方向に移動するねじ軸と、を有する電動アクチュエータであって、
    前記ねじ軸は、電動アクチュエータの密閉空間内に収容されたねじ部側の部分と、前記密閉空間から外部に露出する又は露出し得る露出部側の部分との間で分割され、
    前記露出部側の部分は、耐腐食性を有するように構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 前記露出部側の部分を、耐腐食性を有する非磁性体で構成した請求項1に記載の電動アクチュエータ。
  3. 前記ねじ部側の部分と前記露出部側の部分とを圧入により連結した請求項1又は2に記載の電動アクチュエータ。
  4. 前記ねじ部側の部分と前記露出部側の部分とを非円形断面の嵌合構造により連結した請求項1から3のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
  5. 前記ねじ部側の部分と前記露出部側の部分とをスプライン嵌合構造により連結した請求項1から3のいずれか1項に記載の電動アクチュエータ。
  6. 前記ねじ部側の部分と前記露出部側の部分とをこれらの軸方向への分離を防止する抜け止め部材を用いて連結した請求項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. 前記抜け止め部材は、前記ねじ部側の部分と前記露出部側の部分との互いに嵌合する部分の外周面と内周面とに係合する止め輪である請求項6に記載の電動アクチュエータ。
  8. 前記抜け止め部材は、前記ねじ部側の部分と前記露出部側の部分との互いに嵌合する部分に対して貫通するピンである請求項6に記載の電動アクチュエータ。
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