JP2024030363A - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動アクチュエータの作動音や振動を抑える。【解決手段】電動アクチュエータ１は、ナット３１と、ねじ軸３２と、ナット３１の外周に固定されたギヤ４２と、ギヤ固定用ナット５０とを有する。ナット３１には、ギヤ４２に後側から当接する係止部３１ｂが設けられる。ギヤ固定用ナット５０は、ナット３１と軸方向に係合し、ギヤ４２を前側から押圧して係止部３１ｂに押し付ける。【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、車両などの省力化又は低燃費化のために電動化が進んでいる。例えば、自動車においては、自動変速機、ブレーキ、又は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。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、電動モータの駆動により生じた回転運動を直線運動に変換する運動変換機構を備える電動アクチュエータが知られている。

例えば下記の特許文献１には、運動変換機構としてボールねじ機構を採用した電動アクチュエータが示されている。具体的には、図８に示すように、図示しない電動モータの回転駆動力が、入力歯車１０３、中間歯車１０４、及び出力歯車１０５を介してナット１１８に伝達され、ナット１１８が回転することによりねじ軸１１０が軸方向（図中左右方向）に移動する。

特許第５８９７８７４号公報

図８に示す電動アクチュエータにおいて、出力歯車１０５はナット１１８の外周に固定されている。詳しくは、出力歯車１０５の内周面に溝１０５ａが形成され、ナット１１８の外周面に溝１１８ａが形成され、これらの溝１０５ａ、１１８ａに嵌合するキー１１４が設けられる。このキー１１４が溝１０５ａ、１１８ａと回転方向で係合することにより、出力歯車１０５とナット１１８とがトルク伝達可能に結合される。

ナット１１８に出力歯車１０５及びキー１１４を組み付けるためには、出力歯車１０５の内周面とナット１１８の外周面との間や、キー１１４と溝１０５ａ、１１８ａとの間に隙間を設ける必要がある。これらの隙間があることにより、電動アクチュエータの作動時に作動音や振動が発生する。また、上記のような隙間があることにより、ナット１１８と出力歯車１０５との同芯度が崩れ、出力歯車１０５と中間歯車１０４との噛み合わせが悪化し、この噛合い部から作動音や振動が発生してしまう。

そこで、本発明は、電動アクチュエータの作動音や振動を抑えることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、電動モータと、前記電動モータで回転駆動され、内周にねじ溝が形成された回転部材と、前記回転部材のねじ溝と直接的又は間接的に螺合するねじ溝が外周に形成された直動部材と、前記回転部材の外周に固定されたギヤと、前記回転部材に設けられ、前記ギヤに軸方向一方側から当接する係止部と、前記回転部材と軸方向に係合し、前記ギヤを軸方向他方側から押圧して前記係止部に押し付ける押圧部材とを有する電動アクチュエータを提供する。

この電動アクチュエータでは、回転部材と軸方向に係合する押圧部材でギヤを軸方向他方側から押圧して、回転部材に設けられた係止部に押し付けることにより、押圧部材と係止部とでギヤを軸方向両側から挟持して回転部材に固定することができる。これにより、ギヤと回転部材とをガタ無く固定することができるため、電動アクチュエータの作動音や振動を抑えることができる。

上記のように、押圧部材によりギヤと回転部材とを固定することで、ギヤと回転部材との作動中の芯ずれを抑えることができ、例えば、ギヤの内周面と回転部材の外周面との間の同軸度（JIS B 0621-1984）を、ギヤとこれに噛み合う他のギヤの両歯面全噛み合い偏差の許容値（JIS B 1702-2 : 2022）以下にすることができる。これにより、回転部材に固定されたギヤと他のギヤとを良好に噛み合わせることができるため、この噛み合わせ部における作動音や振動の発生が抑えられる。

回転部材は、例えばギヤ固定用ナットとすることができる。ギヤ固定用ナットの内周に形成されたねじ溝と回転部材の外周に形成されたねじ溝とを螺合させて締め付けることで、ギヤ固定用ナットと係止部とでギヤを挟持固定することができる。

上記の電動アクチュエータでは、電動モータによりギヤが回転駆動されたときに、ギヤとの摩擦によりギヤ固定用ナットが連れ回って緩んでしまうことが懸念される。一方、電動アクチュエータの用途によっては、回転部材を一方側に回転させるときのトルクが、回転部材を他方側に回転させるときのトルクよりも大きい場合がある。この場合、ギヤ固定用ナットが、回転部材に対して一方側（トルクが大きい側）に回転させることで軸方向一方側（ギヤを係止部に押し付ける側）に移動するように、ギヤ固定用ナットのねじ溝及び回転部材の外周のねじ溝の傾斜方向を設定することが好ましい。これにより、ギヤを一方側に回転させたときに、ギヤ固定用ナットがギヤと連れ回っても、ギヤ固定用ナットはギヤを係止部に押し付ける側に移動するため、ギヤ固定用ナットが緩むことはない。一方、ギヤを他方側に回転させたときには、ギヤに加わるトルクが小さいため、ギヤ固定用ナットがギヤと連れ回る可能性は低い。

回転部材は、止め輪であってもよい。この場合、止め輪を縮径させることでギヤを軸方向一方側に押圧する力を発生させるようにすればよい。例えば、回転部材に、止め輪に軸方向他方側から当接する当接面を設け、止め輪の軸方向他方側の端面及び回転部材の当接面の少なくとも一方に、内径側に行くにつれて軸方向一方側に変位したテーパ面を設けることができる。この場合、止め輪を縮径させることにより、止め輪と回転部材の当接面とがテーパ面を介して当接し、これにより止め輪を軸方向一方側（係止部側）に押し込む押圧力が発生し、この止め輪の押圧力でギヤを係止部に押し付けることができる。

以上のように、押圧部材と係止部とでギヤを軸方向両側から挟持固定することにより、ギヤを回転部材にガタ無く固定することができるため、電動アクチュエータの作動音や振動を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの軸方向断面図である。 図１の電動アクチュエータの断面斜視図である。 図１の電動アクチュエータの分解斜視図である。 他の実施形態に係る電動アクチュエータの軸方向断面図である。 図４の電動アクチュエータの分解斜視図である。 図４の拡大図である。 参考例に係る電動アクチュエータの軸方向断面図である。 従来の電動アクチュエータの軸方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る電動アクチュエータは、電動モータの回転運動を直線運動に変換するものである。以下では、本実施形態に係る電動アクチュエータを自動車の電動ブレーキシステムに使用する場合を例にとって説明する。

図１～３に示されるように、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（図１に一点鎖線で示す。）と、運動変換機構としてのボールねじ機構３と、伝達ギヤ機構４と、これらを保持するハウジング５とを備える。本実施形態では、組み立ての都合上、ハウジング５が二分割されている。ハウジング５は、電動モータ２が取り付けられる第１ハウジング５Ａと、第１ハウジング５Ａに連結される第２ハウジング５Ｂによって構成されている。

ボールねじ機構３は、電動モータ２の回転運動をその回転軸２ａと平行な直線運動に変換して出力するものである。ボールねじ機構３は、回転部材としての筒状のナット３１と、ナット３１の回転に伴って直線運動する直動部材としてのねじ軸３２と、複数のボール３３とを備える。尚、以下の説明では、ねじ軸３２の軸方向で、ねじ軸３２をハウジング５から突出させる側（図１の左側）を「前側」と言い、その反対側を「後側」と言う。

ナット３１は、第１ハウジング５Ａ内と第２ハウジング５Ｂ内のそれぞれに設けられた２つの転がり軸受６，７（ここでは、玉軸受）によって回転可能に支持されている。転がり軸受６，７の内輪は、ナット３１の外周面に圧入されている。ナット３１の内周面には、螺旋状のねじ溝３１ａが設けられている。ナット３１の内側に挿通されるねじ軸３２の外周面には、螺旋状のねじ溝３２ａが設けられている。互いに対向するねじ溝３１ａ、３２ａの間には、複数のボール３３が収容されており、これらのボール３３によって、ねじ軸３２が、電動モータ２の回転軸２ａと平行に支持されている。ねじ溝３１ａ、３２ａの間には、ボールねじ機構３の作動性と耐久性を向上させるため、潤滑剤としてのグリースが充填されている。

ねじ軸３２の後端（図１における右端）には、ねじ軸３２がその軸心を中心に回転しないように規制する一対の回り止め部材３４が設けられている。一対の回り止め部材３４は、丸棒状（ピン状）に形成されており、その一部がねじ軸３２の外周面から突出するように設けられている。また、各回り止め部材３４は、第２ハウジング５Ｂに設けられたガイド溝３５ａ内に配置されている。各ガイド溝３５ａは、ねじ軸３２の軸方向に延び、各ガイド溝３５ａに沿って各回り止め部材３４が軸方向移動可能とされる。図示例では、第２ハウジング５Ｂ内に筒状のガイド部材３５が設けられ、ガイド部材３５の内周面に２本のガイド溝３５ａが形成されている。

伝達ギヤ機構４は、電動モータ２の回転軸２ａに固定された第１ギヤ４１と、ナット３１の外周に固定された第２ギヤ４２とを有する。第１ギヤ４１と第２ギヤ４２とは互いに噛み合っている。電動モータ２の回転軸２ａと第１ギヤ４１とを一体に回転させることで、第２ギヤ４２とナット３１が一体に回転する。尚、第１ギヤ４１と第２ギヤ４２との間に一又は複数の中間ギヤを設け、第１ギヤ４１の回転を、中間ギヤを介して第２ギヤ４２に伝達してもよい。

ここで、本発明の特徴的構成であるナット３１と第２ギヤ４２との固定構造について詳しく説明する。本実施形態では、従来のように、ナット３１と第２ギヤ４２の双方に回転方向で係合するキーを設けることなく、第２ギヤ４２を軸方向に挟持することでナット３１の外周に固定している。

本実施形態では、第２ギヤ４２の内周面とナット３１の外周面とが、何れも周方向で凹凸のない略円筒面であり、これらが僅かな隙間を介して嵌合している。ナット３１の外周面には、係止部３１ｂが設けられる。本実施形態では、係止部３１ｂが、ナット３１の外周面から外径側に突出した環状の突起で構成される。係止部３１ｂには、前側から第２ギヤ４２が当接し、後側から転がり軸受７の内輪が当接している。

ナット３１の外周には、第２ギヤ４２を後側（図１の右側）に向けて押圧する押圧部材が設けられる。本実施形態では、押圧部材としてギヤ固定用ナット５０が設けられる。ギヤ固定用ナット５０の内周には、ねじ溝５０ａが形成されている。ナット３１の外周面には、第２ギヤ４２の内周面が嵌合する円筒面３１ｃと、円筒面３１ｃの前側（図１の左側）に設けられたねじ溝３１ｄとが形成されている。ギヤ固定用ナット５０のねじ溝５０ａと、ナット３１の外周面のねじ溝３１ｄとを螺合させることで、ギヤ固定用ナット５０がナット３１と軸方向で係合した状態となる。この状態で、ギヤ固定用ナット５０を締め付けて第２ギヤ４２を後側に押し込むことで、第２ギヤ４２をナット３１の係止部３１ｂに押し付ける。これにより、ギヤ固定用ナット５０とナット３１の係止部３１ｂとで第２ギヤ４２が軸方向両側から挟持され、第２ギヤ４２がナット３１に固定される。

このように、ナット３１の外周面に螺合させたギヤ固定用ナット５０を締め付けて、ギヤ固定用ナット５０と係止部３１ｂとで第２ギヤ４２を軸方向両側から強固に挟持固定することにより、第２ギヤ４２をナット３１に対して周方向のガタなく固定することができる。これにより、電動アクチュエータ１の作動時に、第２ギヤ４２とナット３１との固定部における作動音や振動の発生を防止できる。また、第２ギヤ４２がナット３１に対してガタなく固定されることで、第２ギヤ４２とナット３１とを精度良く固定することができる。例えば、第２ギヤ４２の内周面とナット３１の外周面との芯ずれ量（同軸度）を、第１ギヤ４１と第２ギヤ４２の両歯面全噛合い偏差の許容値以下にすることができる。これにより、第２ギヤ４２と第１ギヤ４１とを良好に噛み合わせることができるため、これらの噛み合わせ部における作動音や振動の発生が抑えられる。

上記の電動アクチュエータ１において、電動モータ２の回転軸２ａが回転すると、その回転運動が第１ギヤ４１及び第２ギヤ４２を介してナット３１へ伝達され、このナット３１の回転によりねじ軸３２がその軸方向に前進又は後退する。このとき、ねじ軸３２は、ナット３１の回転運動によって同じ向きに回転しようとするが、ねじ軸３２の後端に設けられた回り止め部材３４がガイド部材３５のガイド溝３５ａに接触することにより、ねじ軸３２の回転が規制される。これにより、ねじ軸３２が回転することなく前進又は後退する。

このように、ねじ軸３２がその軸方向に前進又は後退することにより、ねじ軸３２の先端（図１における左端）によって図示外の使用機器（ここでは、電動ブレーキシステムを構成する油圧シリンダ）が操作される。具体的に、ナット３１を正方向に回転させてねじ軸３２を前進（図１の左側へ移動）させることにより、油圧シリンダのピストンを押し込んで、制動力を発生させる。このとき、ナット３１及び第２ギヤ４２には、比較的大きなトルクが加わる。一方、ナット３１を逆方向に回転させてねじ軸３２を後退させる際には、油圧シリンダの反力でねじ軸３２が後方に押し込まれるため、ナット３１を正方向に回転させる場合と比べて、ナット３１及び第２ギヤ４２に加わるトルクは小さい。

このような場合、ギヤ固定用ナット５０をナット３１に対して正方向に回転させたときに、ギヤ固定用ナット５０がナット３１に対して後側に移動するように、ギヤ固定用ナット５０のねじ溝５０ａ及びナット３１の外周のねじ溝３１ｄの傾斜方向を設定することが好ましい。第２ギヤ４２を介してナット３１を正方向に回転させると、第２ギヤ４２との摩擦によりギヤ固定用ナット５０が連れ回ってナット３１に対して正方向に回転しようとする。このとき、ねじ溝５０ａ、３１ｄが上記の方向に傾斜していることで、ギヤ固定用ナット５０がナット３１に対して後方、すなわち、第２ギヤ４２をさらに係止部３１ｂに押し付ける側に移動しようとするため、ギヤ固定用ナット５０が緩むことはない。

一方、第２ギヤ４２を介してナット３１を逆方向に回転させたときには、第２ギヤ４２との摩擦力によりギヤ固定用ナット５０が緩む方向（前方に移動する方向）に回転しようとする。しかし、本実施形態では、上述のように、ナット３１を逆方向に回転させるときに第２ギヤ４２及びナット３１に加わるトルクは小さいため、このトルクによりギヤ固定用ナット５０が緩むおそれはほとんどない。特に、本実施形態では、ナット３１の外周面に圧入された転がり軸受６の内輪が、ギヤ固定用ナット５０に前側から当接しているため、ギヤ固定用ナット５０が緩むことを確実に防止できる。

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く、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

押圧部材は、上記のようなギヤ固定用ナット５０に限られない。例えば、図４に示す実施形態では、押圧部材として止め輪５１が設けられている。図５に示すように、止め輪５１はＣ形を成し、端部同士を接近させることで縮径可能となっている。

図６に拡大して示すように、止め輪５１の前側（図６の左側）の端面には、内径側に行くにつれて後側（図６の右側）に変位したテーパ面５１ａが設けられる。ナット３１には、止め輪５１に前側から当接する当接面３１ｆが設けられる。本実施形態では、ナット３１の外周面に環状溝３１ｅが設けられ、環状溝３１ｅの前側の内壁に当接面３１ｆが設けられる。図示例では、当接面３１ｆに、内径側に行くにつれて後側に変位したテーパ面３１ｇが設けられる。ナット３１のテーパ面３１ｇは、止め輪５１のテーパ面５１ａと同じ角度で傾斜している。止め輪５１の後側の端面には、軸方向と直交する平坦面５１ｂが設けられる。

止め輪５１による第２ギヤ４２のナット３１への固定は以下の手順で行われる。まず、ナット３１の外周の円筒面３１ｃに第２ギヤ４２を嵌合させた後、ナット３１の環状溝３１ｅの外周に止め輪５１を配する。そして、止め輪５１の端部同士を治具で接近させることにより、止め輪５１が縮径してナット３１の環状溝３１ｅに嵌り込む。このとき、止め輪５１の前側の端面に設けられたテーパ面５１ａが、環状溝３１ｅのテーパ面３１ｇに当接することにより、止め輪５１が後側に押し込まれる。これにより、止め輪５１の後側の端面に設けられた平坦面５１ｂが、第２ギヤ４２を後側に押し込んでナット３１の係止部３１ｂに押し付ける。

そして、止め輪５１と係止部３１ｂとで第２ギヤ４２を軸方向両側から挟持固定した状態で、止め輪５１の両端を図示しない固定具で固定することにより、第２ギヤ４２がナット３１の外周に固定される。この状態で、止め輪５１の内周面と環状溝３１ｅの底面との間には半径方向の隙間が形成され、止め輪５１の後側の端面（平坦面５１ｂ）と環状溝３１ｅの後側の内壁３１ｈとの間には軸方向の隙間が形成されている（図６参照）。これにより、止め輪５１で第２ギヤ４２を確実に後側に押し込むことが可能となる。

尚、図示例では、止め輪５１の前側の端面及びこれに当接するナット３１の当接面３１ｆの双方にテーパ面５１ａ，３１ｇを設けた場合を示したが、止め輪５１及びナット３１の何れか一方のみにテーパ面を設けてもよい。この場合、止め輪５１を縮径させて、止め輪５１及びナット３１の一方に設けたテーパ面に、止め輪５１及びナット３１の他方の角部を押し付けることにより、止め輪５１を後側に押し込んで、第２ギヤ４２を後側に押圧する力を発生させることができる。

上記の電動アクチュエータ１では、ナット３１と軸方向に係合する押圧部材（ギヤ固定用ナット５０，止め輪５１）による軸方向の押圧力で、第２ギヤ４２をナット３１に固定しているため、従来のように、第２ギヤ４２及びナット３１の双方と回転方向で係合するキーを設ける必要はない。ただし、上記のように押圧部材で第２ギヤ４２を固定する構造に加えて、第２ギヤ４２及びナット３１の双方と回転方向で係合するキーを設けてもよい。この場合、故障や経年劣化により、押圧部材による第２ギヤ４２とナット３１との固定力が低下し、第２ギヤ４２がナット３１に対して回転しようとした場合でも、キーを介して第２ギヤ４２とナット３１との相対回転を規制できる。

図７は、参考例に係る電動アクチュエータ１であり、第２ギヤ４２の内周面にねじ溝４２ａを形成し、このねじ溝４２ａを、ナット３１の外周面に形成したねじ溝３１ｉに螺合させている。ねじ溝４２ａ，３１ｉは、第２ギヤ４２をナット３１に対して正方向に回転させたときに、ナット３１に対して後方に移動する方向に傾斜している。これにより、電動モータを正方向（ねじ軸３２を前進させる方向）に回転駆動し、第２ギヤ４２がナット３１に対して正方向に回転しようとしたときに、第２ギヤ４２が後側（係止部３１ｂに押し付けられる側）に移動しようとするため、第２ギヤ４２が緩むことを防止できる。また、転がり軸受６の内輪を、ナット３１の外周面に圧入しながら第２ギヤ４２に前側から当接させることで、第２ギヤ４２が緩むことをより確実に防止できる。

また、上述の実施形態においては、本発明に係る電動アクチュエータを、電動ブレーキシステムの油圧機器を操作する電動アクチュエータとして用いた場合を例に説明したが、操作対象となる装置又は部材は、油圧機器以外のものであってもよい。

また、電動モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構は、ナットのねじ溝とねじ軸のねじ溝とがボールを介して間接的に螺合するボールねじ機構に限らず、ナットのねじ溝とねじ軸のねじ溝とがボールを介さずに直接的に螺合するすべりねじ機構であってもよい。

１ 電動アクチュエータ
２ 電動モータ
３ ボールねじ機構
４ 伝達ギヤ機構
５ ハウジング
６，７ 転がり軸受
３１ ナット（回転部材）
３１ｂ 係止部
３１ｄ ねじ溝
３１ｆ 当接面
３１ｇ テーパ面
３２ ねじ軸（直動部材）
３３ ボール
４１ 第１ギヤ
４２ 第２ギヤ
５０ ギヤ固定用ナット（押圧部材）
５１ 止め輪（押圧部材）
５１ａ テーパ面

Claims (6)

1. 電動モータと、前記電動モータで回転駆動され、内周にねじ溝が形成された回転部材と、前記回転部材のねじ溝と直接的又は間接的に螺合するねじ溝が外周に形成された直動部材と、前記回転部材の外周に固定されたギヤと、前記回転部材に設けられ、前記ギヤに軸方向一方側から当接する係止部と、前記回転部材と軸方向に係合し、前記ギヤを軸方向他方側から押圧して前記係止部に押し付ける押圧部材とを有する電動アクチュエータ。
2. 前記ギヤの内周面と前記回転部材の外周面との同軸度が、前記ギヤとこれに噛合う他のギヤの両歯面全噛合い偏差の許容値以下である請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記押圧部材がギヤ固定用ナットであり、
   前記ギヤ固定用ナットの内周に形成されたねじ溝と前記回転部材の外周に形成されたねじ溝とを螺合させた請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記回転部材を一方側に回転させるときのトルクが、前記回転部材を他方側に回転させるときのトルクよりも大きく、
   前記ギヤ固定用ナットが、前記回転部材に対して一方側に回転することで軸方向一方側に移動するように、前記ギヤ固定用ナットのねじ溝及び前記回転部材の外周のねじ溝の傾斜方向が設定された請求項３に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記押圧部材が止め輪であり、
   前記止め輪を縮径させることで前記ギヤを軸方向一方側に押圧する力を発生させる請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記回転部材が、前記止め輪に軸方向他方側から当接する当接面を有し、
   前記止め輪の軸方向他方側の端面及び前記回転部材の当接面の少なくとも一方に、内径側に行くにつれて軸方向一方側に変位したテーパ面を設けた請求項５に記載の電動アクチュエータ。

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