JP2021129384A - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的に手動操作できると共に、軸方向サイズの小型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の回転を減速して出力する減速機3と、減速機によって減速された回転を直線運動に変換する運動変換機構4と、電動モータ2、減速機3及び運動変換機構4を収容するハウジング6とを備え、運動変換機構4は、減速機3の回転に伴って回転するねじ軸7と、ねじ軸7の回転に伴って直線運動するナット8とを有する電動アクチュエータである。ハウジング6は、ねじ軸7の減速機3側とは反対側の端部の延長線上に配置される貫通孔6aを有する。【選択図】図2
Description
本発明は、電動アクチュエータに関する。
近年、車両などの省力化、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、ステアリングなど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。
例えば、下記特許文献1には、車両用変速機のシフトレンジ切換機構を作動させる電動アクチュエータとして、電動モータと、電動モータの回転を減速してシフトレンジ切換機構に伝達する減速機と、電動モータ及び減速機を収容するハウジングとを備えるものが記載されている。
ところで、シフトレンジがパーキングレンジとなっている状態で、電動アクチュエータが故障により作動しなくなると、変速機の出力軸のロック状態を解除できなくなる。そのため、特許文献1に記載の電動アクチュエータにおいては、手動でシフトレンジを切り換えできるように、外部から電動モータの回転軸を回転操作するための貫通孔がハウジングに設けられている。
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、減速機よりも動力伝達方向の上流側に配置されている電動モータの回転軸を手動で回転させるため、ロック状態を解除するには回転軸を多く回転させる必要がある。このため、特に作業者が作業し難い姿勢でロック解除しなければならない場合は、作業時間が多くかかり、負担となることが考えられる。また、特許文献1に記載の構成では、電動モータの回転軸に工具を係合させる係合部を形成しようとすると、電動モータの回転軸をロータから軸方向に延伸させなければならず、軸方向サイズが増大するといった課題がある。
そこで、本発明は、効率的に手動操作できると共に、軸方向サイズの小型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、電動モータの回転を減速して出力する減速機と、減速機によって減速された回転を直線運動に変換する運動変換機構と、電動モータ、減速機及び運動変換機構を収容するハウジングとを備え、運動変換機構は、減速機の回転に伴って回転するねじ軸と、ねじ軸の回転に伴って直線運動するナットとを有する電動アクチュエータであって、ハウジングは、ねじ軸の減速機側とは反対側の端部が挿入される貫通孔、又は、ねじ軸の減速機側とは反対側の端部の延長線上に配置される貫通孔を有する。
ハウジングが上記のような貫通孔を有することで、貫通孔を通して外部から工具などを挿入し、ねじ軸を回転させることができる。これにより、電動アクチュエータが故障などで作動しない場合でも、手動で操作することができる。また、本発明に係る電動アクチュエータにおいては、減速機よりも動力伝達方向の下流側に配置されているねじ軸を手動で回転操作するため、電動モータの回転軸を手動で回転させる場合に比べて、少ない回転数で効率的に電動アクチュエータを動かすことができる。このため、作業時間を短縮でき、作業者の負担も軽減することが可能である。また、本発明によれば、電動モータの回転軸を軸方向に大きく延伸させなくてもよいので、軸方向サイズの増大を回避でき、小型化を図れるようになる。
さらに、ねじ軸の手動操作を行いやすくするため、ねじ軸の減速機側とは反対側の端部に、ねじ軸を回転させる工具と係合可能な係合部を設けてもよい。
例えば、係合部は、多角形断面又はスプライン状の凹部とすることができる。
貫通孔に、貫通孔を封止する封止部材を装着することで、ハウジングからのグリース漏れやハウジング内への異物侵入を防止できる。
また、貫通孔に封止部材が装着された状態で、係合部がハウジングの外部に露出するようしてもよい。この場合、貫通孔から封止部材を取り外さなくても、係合部に工具を係合させることができる。このため、手動操作の作業がより簡便になる。また、係合部が、外部から視認しやすくなるので、係合部に対する工具の係合も容易に行うことができる。
本発明によれば、効率的に手動操作できると共に、軸方向サイズの小型化を図れるようになる。
以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。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、本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの斜視図、図2は、本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及び図2に示すように、本実施形態に係る電動アクチュエータ1は、電動モータ2と、電動モータ2の回転を減速して出力する減速機3と、減速機3から出力された回転運動を直線運動に変換する第1の運動変換機構4と、第1の運動変換機構4から出力された直線運動を電動モータ2の回転軸2aとは異なる方向の軸の回転運動に変換する第2の運動変換機構5と、これらを収容するハウジング6とを主に備えている。
本実施形態では、電動モータ2として、ブラシ付きモータ又はブラシレスモータなどの小型のモータを用いている。電動モータ2は、ハウジング6内に設けられたスイッチング素子であるリレー回路(図示省略)などを介して電源(図示省略)に接続されている。電動モータ2の軸方向一端部側(減速機3側)には、電動モータ2を保持するモータホルダ16が設けられている。モータホルダ16は、ハウジング6に組み付けられている。これにより、電動モータ2は、モータホルダ16を介してハウジング6に支持されている。また、モータホルダ16と電動モータ2は、固定部材としての複数のボルト17(図2参照)によって固定されている。
ハウジング6は、2つのハウジング分割体60が組み付けられて構成される。図1では、2つのハウジング分割体60の一方が他方に対して取り外された状態を示す。ハウジング分割体60同士は、その合わせ面間にシール部材(図示省略)を介して組み付けられることで、ハウジング6の内部空間が密閉され、ハウジング6内への粉塵や水などの異物の侵入が防止される。特に、本実施形態のように、ハウジング分割体60の合わせ面を、電動モータ2の回転軸2aと平行な(段差の無い)平面とすることで、組み付け時に、ハウジング分割体60の合わせ面同士の間で多少のずれが生じても、合わせ面同士の間に隙間が生じにくく、密閉性を確保しやすい。シール部材としては、Oリング、ゴムシート、樹脂シート、ジョイントシート、メタルガスケットなどの固体のシール材、あるいは、液状ガスケットなどの液体のシール部材を採用することができる。
図2に示すように、第1の運動変換機構4は、回転部材としてのねじ軸7と、ねじ軸7の回転に伴ってその回転軸方向に直線運動する直動部材としてのナット8とを有している。ねじ軸7の外周面とナット8の内周面には、それぞれねじ溝が形成されており、これらのねじ軸が直接螺合することで、すべりねじ機構を構成している。なお、第1の運動変換機構4として、ねじ軸(回転部材)とナット(直動部材)との間に複数のボールを介在させたボールねじ機構を用いてもよい。ねじ軸7の両端部は、それぞれラジアル軸受9とスラスト軸受10を介してハウジング6に対して回転可能に支持されている。また、ねじ軸7の一端部側と他端部側に配置される二組のラジアル軸受9及びスラスト軸受10は、それぞれハウジング6に組み付けられる軸受ホルダ18によって保持されている。
第2の運動変換機構5は、円筒状の出力軸14と、出力軸14に取り付けられる揺動部材11とを備えている。出力軸14は、ラジアル軸受15(図1参照)を介して回転可能に支持されている。揺動部材11は、出力軸14の軸方向の両端部側にそれぞれ取り付けられており、出力軸14を中心として出力軸14と一体的に揺動可能(回転可能)に構成されている。また、出力軸14には、内周面に複数の凹凸(スプライン)が形成された連結孔14aが設けられている。この連結孔14aは、図示しない操作対象に設けられた操作軸を挿入するための孔であり、操作軸が連結孔14aに挿入されてスプライン嵌合することにより、操作軸は出力軸14と一体的に回転可能に連結される。また、揺動部材11には、図1に示す下端側で開口するスリット状の長孔11cが設けられている。この長孔11cには、ナット8から突出する円柱状の突起12が挿入されている。これにより、ナット8と揺動部材11とが突起12を介して連動可能に構成されている。また、本実施形態では、突起12がナット8の互いに反対側の面にそれぞれ設けられており、これに対応して長孔11cを有する揺動部材11もナット8を挟んで両側に設けられている。
減速機3は、電動モータ2と第1の運動変換機構4との間に配置されている。本実施形態では、減速機3として二段の遊星減速機20を用いている。具体的に、遊星減速機20は、図2に示すように、一段目の入力回転体としての第1太陽ギヤ21と、一段目の遊星回転体としての複数の第1遊星ギヤ22と、一段目の出力回転体及び二段目の入力回転体を兼ねる第1キャリア23と、二段目の遊星回転体としての複数の第2遊星ギヤ24と、二段目の出力回転体としての第2キャリア25と、一段目及び二段目の軌道リングを兼ねるリングギヤ26とを備えている。
第1太陽ギヤ21は、電動モータ2の回転軸2aに対してこれと一体的に回転するように取り付けられている。リングギヤ26は、第1太陽ギヤ21の外周に配置され、ハウジング6に対して回転しないように組み付けられている。複数の第1遊星ギヤ22は、第1太陽ギヤ21とリングギヤ26との間に介在し、それぞれに対して噛み合うように配置されている。また、各第1遊星ギヤ22は、第1キャリア23の円筒部23aから外径方向に突出するフランジ部23bに回転可能に取り付けられている。第1キャリア23の円筒部23aの外周面には、複数の歯が周方向に並ぶギヤ部23cが設けられている。また、第1キャリア23の円筒部23aの内周には、電動モータ2の回転軸2aが相対的に回転可能な状態で挿入されている。第1キャリア23のギヤ部23cとリングギヤ26との間には、これらと噛み合う複数の第2遊星ギヤ24が配置されている。各第2遊星ギヤ24は、第2キャリア25の円筒部25aから外径方向に突出するフランジ部25bに回転可能に取り付けられている。また、第2キャリア25は、上記ねじ軸7の一端部側が挿入されている。第2キャリア25の円筒部25aの内周面と、ねじ軸7の一端部側の外周面には、それぞれ軸方向に伸びる複数の凹凸(スプライン)25d,7aが形成されており、これらの凹凸25d,7a同士がスプライン嵌合することにより、ねじ軸7は第2キャリア25に対して軸方向に移動可能で、かつ、周方向に一体的に回転可能に連結されている。また、第2キャリア25の円筒部25aの外周面には、ねじ軸7の一端部側を支持する一方のラジアル軸受9が配置されている。
また、リングギヤ26は、モータホルダ16及び一方(減速機3側)の軸受ホルダ18に対して組み付け可能に構成されている。具体的に、モータホルダ16、リングギヤ26及び一方の軸受ホルダ18には、それぞれ互いに嵌合する嵌合部16b,26a,26b,18fが設けられている。これらの嵌合部16b,26a,26b,18fは、軸方向に突出する環状の凸部、又は、軸方向に凹む環状の凹部で構成されており、モータホルダ16とリングギヤ26の互いに軸方向に対向する各端面、及び、リングギヤ26と軸受ホルダ18の互いに軸方向に対向する各端面に、それぞれ設けられている。モータホルダ16、リングギヤ26及び軸受ホルダ18が、各嵌合部16b,26a,26b,18fを介して互いに嵌合することで、これらの径方向の相対的位置が保持される。なお、各嵌合部16b,26a,26b,18fは、モータホルダ16、リングギヤ26及び軸受ホルダ18のそれぞれの全周に渡って設けられている場合に限らず、周方向に部分的に設けられた複数の凸部又は凹部であってもよい。
また、本実施形態では、第1キャリア23が、一段目の出力回転体及び二段目の入力回転体を兼ねているが、一段目の出力回転体として機能する部分(第1遊星ギヤ22を保持するフランジ部23b)と、二段目の入力回転体として機能する部分(ギヤ部23cを有する円筒部23a)とを別体で構成してもよい。同様にリングギヤ26も、一段目の軌道リングとして機能する部分(第1遊星ギヤ22と噛み合う部分)と、二段目の軌道リングとして機能する部分(第2遊星ギヤ24と噛み合う部分)とを別体で構成してもよい。
続いて、本実施形態に係る電動アクチュエータの動作について説明する。
上記リレー回路の切換により電源から電動モータ2へ電力が供給され、電動モータ2が正回転又は逆回転すると、その回転運動が遊星減速機20(減速機3)に伝達される。遊星減速機20では、第1太陽ギヤ21が電動モータ2(回転軸2a)と一体的に回転することで、これと噛み合う複数の第1遊星ギヤ22が回転を開始する。各第1遊星ギヤ22は、自転しながらリングギヤ26に沿って公転し、その公転運動が第1遊星ギヤ22を保持する第1キャリア23の回転運動として出力される。これにより、電動モータ2の回転運動が一段階減速される。
また、第1キャリア23の回転に伴って、そのギヤ部23cに噛み合う複数の第2遊星ギヤ24が回転を開始する。各第2遊星ギヤ24は、自転しながらリングギヤ26に沿って公転し、その公転運動が第2遊星ギヤ24を保持する第2キャリア25の回転運動として出力される。これにより、回転運動はさらに減速される。
減速機3によって減速された回転運動は、第1の運動変換機構4に伝達される。すなわち、遊星減速機20の第2キャリア25が回転することで、これと一体的に第1の運動変換機構4のねじ軸7が回転する。ねじ軸7が回転すると、その回転に伴ってナット8が直線運動する。ナット8は、電動モータ2が正回転する場合、図2中の矢印A1方向に前進し、電動モータ2が逆回転する場合、図2中の矢印A2方向に後退する。
そして、ナット8が前進又は後退することで、ナット8に設けられた突起12によって揺動部材11が押し動かされる。これにより、揺動部材11は、図2中の矢印B1方向又は矢印B2方向に揺動運動し、これと一体的に出力軸14が回転することで、ナット8の直線運動が電動モータ2の回転軸2aとは異なる方向の軸(出力軸14)の回転運動として出力される。本実施形態では、出力軸14が、電動モータ2の回転軸2aと直交する方向に配置されているため、電動モータ2の回転運動は、電動モータ2の回転軸2aとは直交する軸の回転運動として出力される。
以下、本実施形態に係る電動アクチュエータを手動操作するための構成について説明する。
図2に示すように、本実施形態では、ねじ軸7の減速機3側とは反対側の端部(図の右側の端部)に、レンチなどの手動操作用の工具を係合させる係合部7bが設けられている。係合部7bは、例えば六角形などの多角形断面又はスプライン状の凹部で構成されている。また、ハウジング6には、手動操作用の工具を外部から挿入するための貫通孔6aが設けられている。貫通孔6aは、ねじ軸7の係合部7bが設けられている端部の延長線上に位置している。また、ハウジング6内のグリースが外部に漏れ出たり、水や粉塵などの異物がハウジング6内へ侵入したりしないように、通常、貫通孔6aには封止部材29が装着され、封止部材29によって貫通孔6aが封止されている。封止部材29としては、金属材料又は弾性材料など、種々の材料を適用可能である。
電動アクチュエータを手動で操作するには、図3に示すように、まず、貫通孔6aから封止部材29を取り外し、貫通孔6aを開放する。次いで、貫通孔6aを通して工具33をハウジング6内に挿入し、工具33の先端をねじ軸7の係合部7bに係合させる。そして、工具33を回転させることで、ねじ軸7を回転させる。これにより、ナット8が前進又は後退し、出力軸14が回転することで、操作対象を動かすことができる。
このように、本実施形態では、工具33を用いて外部からねじ軸7を回転させることにより、電動アクチュエータを手動操作することができる。これにより、電動アクチュエータが故障などで作動しない場合でも、操作対象を動かすことが可能である。また、本実施形態では、減速機3よりも動力伝達方向の下流側に配置されているねじ軸7を手動で回転させるため、電動モータ2の回転軸2aを手動で回転させる場合に比べて、少ない回転数で効率的に操作対象を動かすことができる。このため、作業時間を短縮でき、作業者の負担も軽減することが可能である。また、本実施形態の構成によれば、電動モータ2の回転軸2aを軸方向に大きく延伸させなくてもよいので、軸方向サイズの増大を回避でき、小型化を図れるようになる。
次に、図4に基づき、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、主に上述の実施形態とは異なる部分について説明し、その他の部分については上述の実施形態と同様であるので説明を省略する。
図4に示す実施形態では、ねじ軸7の減速機3側とは反対側の端部に、軸方向に突出する凸部7cが設けられている。そして、その凸部7cの先端に手動操作用の工具を係合させる係合部7bが設けられている。また、係合部7bが設けられたねじ軸7の端部(凸部7c)は、ハウジング6に設けられた貫通孔6a内に挿入されている。本実施形態では、貫通孔6aが、ハウジング6の内側よりも外側で段差状に大きくなるように形成されている。すなわち、貫通孔6aは、開口幅(径)の小さい内側の幅狭部6a1と、開口幅(径)の大きい外側の幅広部6a2とを有する。幅広部6a2には、環状の封止部材29が装着されており、この封止部材29によって貫通孔6aとねじ軸7(凸部7c)との間が封止されている。封止部材29は、オイルシールのほか、Oリングなどの他のシール部材であってもよい。
図4に示すように、本実施形態では、封止部材29が装着された状態で、ねじ軸7の係合部7bがハウジング6の外部に露出している(外部からアクセスできる位置にある)ので、電動アクチュエータを手動で操作する際、封止部材29を取り外さなくても係合部7bに工具を係合させることができる。このため、手動操作の作業がより簡便になる。また、本実施形態では、係合部7bが外部から視認しやすい位置にあるので、上述の実施形態のように、係合部7bが貫通孔6aよりも内側に位置する場合に比べて(図2参照)、係合部7bに対する工具の係合も容易に行うことができる。
また、本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、手動で回転操作する対象が、減速機3よりも動力伝達方向の下流側に配置されているねじ軸7であることで、少ない回転数で効率的に操作対象を動かすことができる。このため、作業時間を短縮でき、作業者の負担も軽減することができる。また、本実施形態の場合も、電動モータ2の回転軸2aを軸方向に大きく延伸させなくてもよいので、軸方向サイズの増大を回避でき、小型化を図れる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。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。
電動アクチュエータが備える減速機3は、上記のような二段の遊星減速機に限らず、一段の遊星減速機であってもよい。さらに、減速機3は、ギヤを介して駆動力を伝達する遊星ギヤ減速機にかぎらず、ローラを介して駆動力を伝達する構成であってもよい。すなわち、減速機3は、電動モータから駆動力が入力される入力回転体としての太陽ローラと、太陽ローラの外周に配置された軌道リングと、太陽ローラと軌道リングとの間に回転可能に配置された遊星回転体しての複数の遊星ローラと、各遊星ローラを保持する出力回転体としてのキャリアとを有する、いわゆるトラクションドライブ式の遊星減速機であってもよい。また、遊星減速機以外の構成を有する減速機を使用することも可能である。
1 電動アクチュエータ
2 電動モータ
2a 回転軸
3 減速機
4 第1の運動変換機構
6 ハウジング
6a 貫通孔
7 ねじ軸
7b 係合部
8 ナット
29 封止部材
33 工具
2 電動モータ
2a 回転軸
3 減速機
4 第1の運動変換機構
6 ハウジング
6a 貫通孔
7 ねじ軸
7b 係合部
8 ナット
29 封止部材
33 工具
Claims (5)
- 電動モータと、前記電動モータの回転を減速して出力する減速機と、前記減速機によって減速された回転を直線運動に変換する運動変換機構と、前記電動モータ、前記減速機及び前記運動変換機構を収容するハウジングとを備え、
前記運動変換機構は、前記減速機の回転に伴って回転するねじ軸と、前記ねじ軸の回転に伴って直線運動するナットとを有する電動アクチュエータであって、
前記ハウジングは、前記ねじ軸の前記減速機側とは反対側の端部が挿入される貫通孔、又は、前記ねじ軸の前記減速機側とは反対側の端部の延長線上に配置される貫通孔を有する電動アクチュエータ。 - 前記ねじ軸の前記減速機側とは反対側の端部に、前記ねじ軸を回転させる工具と係合可能な係合部が設けられている請求項1に記載の電動アクチュエータ。
- 前記係合部は、多角形断面又はスプライン状の凹部で構成される請求項2に記載の電動アクチュエータ。
- 前記貫通孔に、前記貫通孔を封止する封止部材が装着されている請求項1から3のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
- 前記貫通孔に前記封止部材が装着された状態で、前記係合部は前記ハウジングの外部に露出している請求項4に記載の電動アクチュエータ。
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Publication number | Publication date |
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WO2021161688A1 (ja) | 2021-08-19 |
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