JP3736238B2

JP3736238B2 - 電動式リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP3736238B2
Application number: JP30498699A
Authority: JP
Inventors: 幹雄山口; 大作川田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP2001124171A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る電動式リニアアクチュエータは、例えば自動車用変速機の変速比を自動的に切り替える為、或はクラッチを自動的に断接させる為の駆動装置として、それぞれ利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータを駆動源として伸縮し、各種物品を変位させる電動式リニアアクチュエータとして従来から、特開平８−３２２１８９号公報、同９−３２７１４９号公報、米国特許第５６６９２６４号明細書等に記載されたものが知られている。これら各公報に記載される等により従来から知られている電動式リニアアクチュエータは、ハウジングに支持された正転逆転自在な電動モータにより、このハウジング内に回転のみ自在に支持されたねじ軸の回転に伴って、このねじ軸に係合させたナット部材を軸方向に変位させ、このナット部材にその基端部を結合した、少なくとも基端部を筒状に構成した出力軸部材を軸方向に変位させるものである。又、これら各従来技術の場合には、この出力軸部材の基部周囲を筒状のカバーにより覆い、上記ねじ軸とナット部材との螺合部に異物が入り込む事を防止している。又、上記出力軸部材の外周面と上記カバーの先端部内周面とは、互いに摺接させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様な従来から知られている電動式リニアアクチュエータは、例えば電動ベッド等、比較的大きなストロークを必要とする用途に考えられたもので、本発明の対象となる様な、自動車用変速機の変速比切り替え用として使用する場合には不向きな構造である。即ち、従来構造の場合には、筒状のカバーによりねじ軸とナット部材との螺合部に異物が入り込む事を防止している為、これらカバーとねじ軸と出力軸部材との中心軸同士が、組み付け誤差等、何らかの原因で不一致になった場合には、上記カバーの先端部外周面と出力軸部材の外周面との間に作用する摩擦力が大きくなる。特に、本発明が対象としている様な、ストロークが小さな構造の場合には、上述の様な中心軸同士の不一致に基づく摩擦力の増大が著しくなって、円滑な作動を確保できず、効率が低下する可能性がある。
本発明は、この様な事情に鑑みて、ストロークの小さな、しかも組み付け誤差等に拘らず優れた効率を得られる電動式リニアアクチュエータを、低コストで実現すべく発明したものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動式リニアアクチュエータは、従来から知られている電動式リニアアクチュエータと同様に、ハウジングと、このハウジングに支持された正転逆転自在な電動モータと、このハウジングに回転のみ自在に支持されてこの電動モータにより回転駆動されるねじ軸と、自身の回転を阻止された状態でこのねじ軸に係合し、このねじ軸の回転に伴ってこのねじ軸の軸方向に変位するナット部材と、基端部にこのナット部材を結合してこのナット部材と共にこの軸方向に変位する円筒状の出力軸部材とを備えている。
特に、本発明の電動式リニアアクチュエータに於いては、上記出力軸部材の先端寄り部分の内側にキャップを内嵌固定する事により、この出力軸部材の先端側開口を塞ぐと共に、上記ねじ軸とナット部材との螺合部のうちで上記ハウジングと上記出力軸部材の基端部との間に露出している部分を、基端部をこのハウジングに外嵌すると共に先端部を上記出力軸部材のうちで上記ナット部材よりも先端寄り部分に外嵌した、弾性変形自在なカバー若しくは伸縮自在なベローズでのみ覆っている。
【０００５】
【作用】
上述の様に構成する本発明の電動式リニアアクチュエータによれば、カバー若しくはベローズの存在に基づく、ナット部材の変位に対する抵抗を小さく抑えて、効率の高い構造を実現できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。略円筒状のハウジング１の一端部（図１の左端部）に、正転逆転自在な電動モータ２を支持固定している。又、上記ハウジング１の中間部内側にねじ軸３の中間部基端寄り部分を、深溝型玉軸受の如く、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な転がり軸受４により、回転のみ自在に支持している。尚、この転がり軸受４を構成する外輪５は、上記ハウジング１の中間部内周面に形成した内向フランジ状の鍔部６の内面（図１の左側面）基端部とこのハウジング１の内周面に係止したストップリング７との間で挟持して、軸方向への変位を阻止している。又、上記転がり軸受４を構成する内輪８は、上記ねじ軸３の中間部に形成した段部９とこのねじ軸３の基端部（図１の左端部）外周面に係止したストップリング１０とにより挟持して、このねじ軸３に対し上記内輪８が軸方向に変位する事を防止している。そして、上記ねじ軸３の基端部で上記転がり軸受４よりも突出した部分と上記電動モータ２の出力軸１１とを、カップリング部１２により、回転力の伝達自在に結合している。図示の例では、このカップリング部１２の周囲にも、別の転がり軸受１３を配置している。
【０００７】
上記ねじ軸３の周囲には、ナット部材１４を螺合させている。従ってこのナット部材１４は、後述する様にして自身の回転を阻止すれば、上記ねじ軸３の回転に伴ってこのねじ軸３の軸方向に変位する。本例の電動式リニアアクチュエータ１５の場合、電動モータ２の故障時にも上記ナット部材１４を軸方向に変位させられる様にすべく、このナット部材１４と上記ねじ軸３とを、逆作動可能に係合させている。この為に、このナット部材１４の内周面に形成した雌ねじ及びねじ軸３の外周面に形成した雄ねじのピッチ（リード）を大きくしている。又、このナット部材１４の片端面（図１の右端面）には円筒状の出力軸部材１６の基端部を、これらナット部材１４と出力軸部材１６とを一体に造る事により結合している。
【０００８】
又、上記ねじ軸３の先端面で上記出力軸部材１６の内側に位置する部分には、このねじ軸３よりも大径の端板１９を、ボルト２０により結合固定している。従って上記ナット部材１４は、前記鍔部６の外面（図１の右側面）と上記端板１９との間部分でのみ、軸方向に亙る変位が自在である。図１は、上記ナット部材１４が中立位置に存在する状態で示しており、この状態でこのナット部材１４の軸方向両端面と上記鍔部６の外面及び上記端板１９との間には、それぞれ全ストロークＳの１／２ずつ（Ｓ／２）の隙間が存在する。又、本例の場合には、この全ストロークＳは、上記ねじ軸３の外径（ねじ山の頂部までの直径）Ｄの凡そ６倍（Ｓ≒６Ｄ）としている。
【０００９】
又、上記出力軸部材１６の先端部にはボルト等を挿通する為の通孔１７を形成して、この出力軸部材１６を、自動車用変速機の入力部等、電動式リニアアクチュエータ１５により駆動すべき被駆動部材に結合自在としている。更に、上記出力軸部材１６の内側先端寄り部分でこの通孔１７よりも中間寄り部分は、キャップ１８を内嵌固定する事により塞いで、上記出力軸部材１６の先端開口側から、上記ねじ軸３とナット部材１４との螺合部への異物の進入防止を図っている。
【００１０】
更に、前記ハウジング１の先端部（図１の右端部）外周面には、カバー２１の基端部（図１の左端部）を外嵌支持している。このカバー２１は、合成樹脂を射出成形或はブロー成形する事により、先端部（図１の右端部）に向かう程外径が小さくなる、テーパ円筒状に形成して成る。この様なカバー２１の基端部は、その内周面に形成した突条２２を上記ハウジング１の先端部外周面に形成した係止溝２３に緩く（若干の揺動変位自在に）嵌合係止する事により、このハウジング１に結合している。この状態で上記カバー２１の先端部内周面は、上記出力軸部材１６の外周面に摺接若しくは近接対向している。この様なカバー２１は、上記出力軸部材１６の基端面（図１の左端面）と上記ハウジング１の先端面との間から、上記ねじ軸３とナット部材１４との螺合部に異物が進入する事を防止する。尚、この異物進入防止効果を向上させる為、上記カバー２１の先端部内周面に、複数本の凹溝（又は突条）を全周に亙って形成し、このカバー２１の先端部内周面と上記出力軸部材１６の外周面との間に、ラビリンスシールを設ける事もできる。
【００１１】
上述の様に構成する本例の電動式リニアアクチュエータ１５の使用時には、上記ハウジング１を、取付孔２４を利用する等により図示しない固定部分に、固定若しくは揺動自在に支持する。又、上記出力軸部材１６の先端部を図示しない被駆動部材に、前記通孔１７を挿通したボルト等の取付部材により結合する。この状態では、前記ねじ軸３の回転に拘らず、上記出力軸部材１６及び上記ナット部材１４が回転する事がなくなる。そこで、前記電動モータ２により上記ねじ軸３を所定方向に回転させれば、前記ナット部材１４及び上記出力軸部材１６が軸方向に変位し、上記被駆動部材を変位させる。
【００１２】
又、本例の電動式リニアアクチュエータ１５の場合には、上記ハウジング１に対して、弾性を有するカバー２１が、若干の変位自在に支持されている為、このカバー２１の先端部が上記出力軸部材１６に対して円滑に追従する。従って、このカバー２１の先端部内周面とこの出力軸部材１６の外周面との摺接部の面圧が部分的に高くなる事がなくなる。この結果、このカバー２１の存在に基づく、上記ナット部材１４の変位に対する抵抗を小さく抑えて、効率の高い構造を実現できる。
【００１３】
次に、図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ねじ軸３ａの外周面並びにナット部材１４ａの内周面にそれぞれボールねじ溝を形成すると共に、これら両ボールねじ溝同士の間に、複数個のボール２５を介在させて、ボールねじ機構２６を構成している。尚、これら各ボール２５を循環させる為の循環チューブは、図示を省略している。上記ボールねじ機構２６は、上記ボールねじ溝のピッチを小さくしても逆作動が可能である。そこで本例の場合には、このピッチを小さくして、電動モータ２のトルクの割合に大きな出力を得られる様にしている。この為、必要とするストロークを確保する為には、上記電動モータ２の回転数が多くなるので、回転検出器２７によりこの回転数を計測し、この回転数から上記ストロークを計測自在としている。
【００１４】
更に本例の場合には、ハウジング１の先端部（図２の右端部）外周面に、ベローズ２８の基端部（図２の左端部）を外嵌し、更にバンド２９で抑え付ける事により支持している。このベローズ２８は、ゴムにより蛇腹状に形成する事で、伸縮自在に構成して成る。この様なベローズ２８の先端部は、出力軸部材１６の外周面に外嵌している。本例の場合には、この様なベローズ２８により、上記出力軸部材１６の基端面（図２の左端面）と上記ハウジング１の先端面との間を塞いでいる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００１５】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第３例を示している。前述した第１例及び上述した第２例の場合には、ねじ軸と電動モータとを互いに同心に配置していたのに対して、本例の場合には、ねじ軸３ｂの側方に電動モータ２を、このねじ軸３ｂに対し平行に設けている。そして、この電動モータ２の出力軸１１により回転駆動自在とした駆動歯車３０と、上記ねじ軸３ｂの基端部（図３の左端部）にスプライン係合させた従動歯車３１とを、中間歯車３２を介して噛合させ、上記電動モータ２により上記ねじ軸３ｂを回転駆動自在としている。
【００１６】
本例の場合、上記電動モータ２とねじ軸３ｂとの配置を変えた以外の基本的な構成及び作用は、前述した第１例或は上述した第２例の場合とほぼ同様であるが、具体的構造に於いて本例は、次の様な点で、第１例或は第２例の場合と相違している。先ず第一に、ナット部材１４の軸方向片端面（図３の左端面）が対向する、ハウジング１ａの内周面に形成した鍔部６ａの外側面、及び、上記ナット部材１４の軸方向他端面（図３の右端面）に、それぞれ緩衝リング３３ａ、３３ｂを装着している。これら各緩衝リング３３ａ、３３ｂは、上記ナット部材１４が移動方向端部まで変位した状態で、このナット部材１４を緩衝的に受け止めるもので、それぞれがゴム等の、内部損失が大きな材料により円環状に構成している。又、上記ねじ軸３ｂの基端部（図３の左端部）には、リードの大きなウォーム３４を形成し、このウォーム３４とウォームホイール３５とを噛合させている。そして、このウォームホイール３５により回転検出器（図３には省略）を駆動し、上記ねじ軸３ｂの回転数並びに上記ナット部材１４のストロークを計測自在としている。
【００１７】
次に、図４は、本発明に関する参考例の１例を示している。本参考例の場合には、外周面にボールねじ溝を形成したねじ軸３ａの先端面に、断面Ｌ字形で円輪状の端板１９ａを、ボルト２０により固定している。そして、上記ねじ軸３ａの周囲にナット部材１４ａを、ボールねじ機構２６を介して、このねじ軸３ａの回転に伴う軸方向移動自在に設けている。そして、ハウジング１の先半部（図４の右半部）外周面と上記ナット部材１４ａの片端部（図４の左端部）外周面との間、並びにこのナット部材１４ａの他端部（図４の右端部）外周面と上記端板１９ａの外周面との間に、それぞれベローズ２８ａ、２８ｂを掛け渡している。更に、上記ナット部材１４ａの中間部外周面の直径方向反対側２個所位置に設けた係止孔３６、３６に、被駆動部材３７の端部に設けた突部３８、３８を挿入している。その他の構成及び作用は、前述した本発明の実施の形態の第２例の場合とほぼ同様である。但し、本参考例の場合には、上記ナット部材１４ａのストロークが小さいので、電動モータ２の回転数を測定する為のポテンショメータは省略している。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成し作用するので、ストロークが小さいが、組み付け誤差等に拘らず優れた効率を得られる電動式リニアアクチュエータを、低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す半部切断側面図。
【図２】同第２例を示す半部切断側面図。
【図３】同第３例を示す断面図。
【図４】本発明に関する参考例の１例を示す半部切断側面図。
【符号の説明】
１、１ａハウジング
２電動モータ
３、３ａ、３ｂねじ軸
４転がり軸受
５外輪
６、６ａ鍔部
７ストップリング
８内輪
９段部
１０ストップリング
１１出力軸
１２カップリング部
１３転がり軸受
１４、１４ａナット部材
１５電動式リニアアクチュエータ
１６出力軸部材
１７通孔
１８キャップ
１９、１９ａ端板
２０ボルト
２１カバー
２２突条
２３係止溝
２４取付孔
２５ボール
２６ボールねじ機構
２７回転検出器
２８、２８ａ、２８ｂベローズ
２９バンド
３０駆動歯車
３１従動歯車
３２中間歯車
３３ａ、３３ｂ緩衝リング
３４ウォーム
３５ウォームホイール
３６係止孔
３７被駆動部材
３８突部

Claims

ハウジングと、このハウジングに支持された正転逆転自在な電動モータと、このハウジングに回転のみ自在に支持されてこの電動モータにより回転駆動されるねじ軸と、自身の回転を阻止された状態でこのねじ軸に係合し、このねじ軸の回転に伴ってこのねじ軸の軸方向に変位するナット部材と、基端部にこのナット部材を結合してこのナット部材と共にこの軸方向に変位する円筒状の出力軸部材とを備えた電動式リニアアクチュエータに於いて、この出力軸部材の先端寄り部分の内側にキャップを内嵌固定する事により、この出力軸部材の先端側開口を塞ぐと共に、上記ねじ軸とナット部材との螺合部のうちで上記ハウジングと上記出力軸部材の基端部との間に露出している部分を、基端部をこのハウジングに外嵌すると共に先端部を上記出力軸部材のうちで上記ナット部材よりも先端寄り部分に外嵌した、弾性変形自在なカバー若しくは伸縮自在なベローズでのみ覆った事を特徴とする電動式リニアアクチュエータ。