JP4022731B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関し、たとえば、自動車のパワーウィンドウ、電動パーキングブレーキ装置のワイヤ巻き取り機構、電動ディスクブレーキ装置のキャリパ押し出し機構、エンジンのバルブタイミング可変装置におけるカム位相変換機構、ベルトＣＶＴプーリ駆動機構等、その他産業用ウィンチ、ホイスト、クレーン、各種位置決め装置などに用いることができる、電動モータを動力源としたリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、車両のパーキングブレーキの動作を電動モータの動力を用いて行い、運転者の負担を軽減する電動パーキングブレーキ駆動装置が知られている。かかる電動パーキングブレーキ駆動装置としては、電動モータでプーリを回転させてワイヤーを巻き上げてパーキングブレーキを動作させ、ワイヤーを巻き戻してパーキングブレーキを解除するものが提案されている（特開２００１−１０６０６０参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報に開示された電動パーキングブレーキ駆動装置は、ウォームギヤとウォームホールとを用いて、電動モータからの動力を減速して、パーキングブレーキに伝達している。ウォームギヤとウォームホイールとを用いて動力伝達を行うと、減速比が大きくとれること、及びウォームのネジレ角を適宜設計することで、パーキングブレーキからの動力を電動モータ側に伝達させないようにできるという利点がある。
【０００４】
しかしながら、上記利点を裏返せば、ウォームギヤとウォームホールは伝達効率が低いという欠点を有し、それ故、パーキングブレーキを動作させるために、電動モータの出力を大きくしなければならず、それにより電動モータが大型化し、又省電力が図れないという問題がある。かかる問題を解消する一つの方策は、電動モータの回転力を軸線方向に変換できるボールスクリュー機構を用いることである。ボールスクリュー機構は、ネジ軸とナットとの間に形成された螺旋溝内を転動するボールにより、低摩擦高効率で回転力を軸線方向力に変換できる。
【０００５】
しかしながら、ボールスクリュー機構の一つの問題は、構成上、ネジ軸を進退させなくてはならないため、軸線方向の寸法が大きくなりやすいということである。特に、ボールスクリュー機構に電動モータを組み込んだリニアアクチュエータの場合、さらに軸線方向の寸法が大きくなり、車両に搭載する場合に広いスペースを確保しなければならないということがある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトな構成を有しながらも、電動モータを動力源として軸線方向出力を発生できるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、前記ナット部材のラジアル荷重の一部は、前記第２の軸受により支持されていることを特徴とする。
【０００８】
第２の本発明のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、前記電動モータの出力軸のラジアル荷重の一部は、前記第１の軸受により支持されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
第１の本発明のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、前記ナット部材のラジアル荷重の一部は、前記第２の軸受により支持されているので、前記回転体のラジアル荷重の一部を前記第２の軸受によって負担することで、軸受の数を減らすことができ、それにより前記リニアアクチュエータの軸線方向長を短縮することができる。
【００１０】
第２の本発明のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、前記電動モータの出力軸のラジアル荷重の一部は、前記第１の軸受により支持されているので、前記電動モータの出力軸のラジアル荷重の一部を前記第１の軸受によって負担することで、軸受の数を減らすことができ、それにより前記リニアアクチュエータの軸線方向長を短縮することができる。
【００１１】
更に、前記第１の軸受は、前記出力軸から離れた前記回転体の端部もしくはその近傍に取り付けられ、前記第２の軸受は、前記回転体から離れた前記電動モータの出力軸の端部もしくはその近傍に取り付けられていると、支持剛性を高められるので好ましい。
【００１２】
前記回転体としては、ボールスクリュー機構のナット部材などが考えられるが、これに限られない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、２は、第１の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置５０の断面図であり、図１は、ネジ軸が最も引き込まれた状態を示し、図２は、ネジ軸が最も押し出された状態を示す。図３は、図１の構成を矢印III方向に見た図である。図４は、図２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。
【００１４】
図１において、車体の一部Ｂに取り付けられた略円筒状のナットハウジング１Ａは、円筒状のモータハウジング１Ｂに対し、その端部内周にインロー嵌め（Ｋ）されることで、それぞれの軸線を一致させるようにして３本のボルト１Ｃにより取り付けられている。ナットハウジング１Ａとモータハウジング１Ｂとで、ハウジング１を構成する。モータハウジング１Ｂの内周面には、円筒状のステータ２ｂが固定されており、ステータ２ｂは、ロータ２ｃを内包している。軸受４によりモータハウジング１Ｂに対して回転自在に支持された中空の回転軸３の外周面に、ロータ２ｃが取り付けられ、一体的に回転するようになっている。電動モータ２は、ステータ２ｂ、ロータ２ｃ、回転軸３を有する。
【００１５】
回転軸３の図１，２で左端は、大径部３ａとなっており、その内周面には、ナット部材５が、キー８（図４参照）を介して相対回転不能に取り付けられている。大径部３ａとナット部材５との嵌め合い関係は、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めである。ナット部材５内をネジ軸６が貫通している。ネジ軸６の図１，２で左半部外周面には雄ネジ溝６ｂ（図４参照）が形成されている。
【００１６】
ネジ軸６の雄ネジ溝６ｂに対向して、ナット部材５の内周面には雌ネジ溝５ｂ（図４参照）が形成され、それらネジ溝５ｂ、６ｂによって形成される螺旋状の空間には、多数のボール７（図４参照）が転動自在に配置されている。尚、動作時に、ボール７をナット部材５の一端から他端へと戻すチューブ５ａが、ナット部材５の外部に設けられている。ナット部材５と、ネジ軸６と、ボール７とでボールスクリュー機構（変換機構）を構成する。
【００１７】
ナット部材５の図１，２で左端は軸線方向に伸びた円筒部５ｃとなっており、軸受９により、ナットハウジング１Ａに対して回転自在に支持されている。尚、モータハウジング１Ｂと軸受４との間に配置されたワッシャーバネ１０が、軸受４を図１，２で左方に押圧している。
【００１８】
ネジ軸６の図１，２で右半部は丸軸となっており、その右端には、外周面を平行に切り取ってなる一対の係合面６ａが形成されている。また、ネジ軸６の図１，２で右端近傍表面には、直線溝６ｄが形成されており、一方、モータハウジング１Ｂの端部開口には、半径方向内方に突出する突起１ｄが形成されている。突起１ｄは、直線溝６ｄに係合することで、モータハウジング１Ｂに対してネジ軸６が軸線方向に移動することを許容するが、軸線周りに相対回転することを阻止するように機能する。
【００１９】
ネジ軸６の図１、２で左端部には、ブラケット１２が固定されている。ブラケット１２の切欠１２ａには、ワイヤ１１の端部に取り付けられたピン１１ａが係合している。ワイヤ１１は、車両の一部Ｂの開口に嵌合した案内部材１３を通過して、不図示のパーキングブレーキ装置に連結されている。尚、不図示のパーキングブレーキ装置に組み込まれたバネにより、ワイヤ１１は常時、図１，２で左方に付勢されている。従って、軸受９には常時パーキングブレーキ装置側よりスラスト荷重が付与されるため、軸受４とモータハウジング１Ｂとの間に配置されたワッシャーバネ１０により、軸受４、９に予圧が付与されることとなる。
【００２０】
尚、軸受４には実質的にスラスト荷重が付与されないことから、軸受４は玉軸受でなく、ラジアルニードル軸受やブッシュなど用いることができる。更に、軸受９の代わりに、回転軸３の大径部３ａとナットハウジング１Ａとの間に、ブッシュを設けて支持しても良く、又、回転軸３とネジ軸６の丸軸との間にブッシュ２４（図２で点線で示す）を追加して支持しても良い。但し、本実施の形態のように、軸受４を回転軸３の端部に配置し、軸受９をナット部材５の端部に配置することで、電動パーキングブレーキ駆動装置の半径方向の寸法を抑えることができ、且つ支持スパンが広がることで支持剛性も高まることから、振動抑制などの観点から有利である。
【００２１】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図２に示す状態から、たとえば運転者がパーキングブレーキ装置を動作させるための操作を行うと、不図示の電源から電動モータ２に電力が供給され、回転軸３に連結されたナット部材５が回転する。更に、ナット部材５の回転変位は、ネジ軸６（直線溝６ｄと凸部１ｄとの係合によりハウジング１に対して回転しない）の軸線方向変位に変換されることとなる。このとき、ボール７により、かかる変換は低摩擦で行われることとなる。
【００２２】
ネジ軸６が、図２で右方に移動する（変位するともいう）と、図１に示すように、ブラケット１２及びピン１１ａを介してワイヤ１１が引っ張られ、たとえばパーキングブレーキ装置のキャリパを閉じる動作がなされることとなる。図１に示す状態から、運転者がパーキングブレーキ装置を解除させるため解除操作を行うと、電動モータ２が逆回転し、同様にしてネジ軸６が左方へと移動し、パーキングブレーキ装置のバネにより、ワイヤ１１は左方へと移動するので、パーキングブレーキ装置のキャリパを開く動作がなされることとなる。
【００２３】
本実施の形態の電動パーキングブレーキ駆動装置５０によれば、第２の軸受４と第１の軸受９とで、回転軸（電動モータの出力軸）３とナット部材（回転体）５とを回転自在に支持しており、且つ回転軸３のラジアル荷重の一部は、第１の軸受９により支持され、又ナット部材５のラジアル荷重の一部は、第２の軸受４により支持されるようになっているので、例えば回転軸３を２つの軸受で支持するような場合に比較すると、電動パーキングブレーキ駆動装置５０の軸線方向長を短縮することができる。尚、ナット部材５は、大径部３ａと一体的に形成されていても良い。
【００２４】
次に、第２の実施の形態を図面を参照して説明する。図５、６は、第２の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置１５０の断面図であり、図５は、ネジ軸が最も引き込まれた状態を示し、図６は、ネジ軸が最も押し出された状態を示す。図５，６では車両の一部は省略している。図７は、図５の構成を矢印VII方向に見た図である。図に示すように、本実施の形態の電動パーキングブレーキ駆動装置は、上述した実施の形態に対し、ネジ軸の構成及び回転防止構造が異なるのみであるため、共通する構成に関しては説明を省略し、また共通する作用効果についての説明も省略する。
【００２５】
モータハウジング１０１Ｂの図５，６で右方端には、カバー部材１２０が、かしめなどにより取り付けられている。板材をプレスして形成できるカバー部材１２０は、モータハウジング１０１Ｂの右面に当接する円盤部１２０ａと、円盤部１２０ａの中央開口１２０ｂの内周の一部から、図５，６で左方且つ半径方向内方に向かって延在する凸部１２０ｃとを有する。凸部１２０ｃは、ネジ軸１０６の直線溝１０６ｄに係合し、その軸線方向移動は許容するが、相対回転移動は阻止するように機能する。
【００２６】
ネジ軸１０６は、図５，６の左側において、ナットハウジング１Ａの外方まで延在する円柱部１０６ｆを形成しており、円柱部１０６ｆの外周面は、ナットハウジング１Ａに配置されたシール１２１により当接密封されている。円柱部１０６ｆの左端には、不図示のワイヤに連結されたブラケット１２２が取り付けられている。尚、回転軸３と、ネジ軸１０６の丸軸との間には、ブッシュ１２４が配置されている。
【００２７】
本実施の形態によれば、凸部１２０ｃが、モータハウジング１Ｂの軸線方向内方に配置されているので、ネジ軸１０６が最大引き込まれた状態（図５参照）でも、その端部がモータハウジング１Ｂより外方に突出しないようにでき、それにより電動パーキングブレーキ駆動装置１５０におけるその周囲部品との干渉を抑えることができる。尚、本実施の形態において、ネジ軸１０６がブラケット１２２より図５，６で常時右方に付勢されている場合、ナットハウジング１Ａと軸受９との間にワッシャーバネを入れ、軸受９を右方に付勢するようにしても良い。
【００２８】
次に、第３の実施の形態を図面を参照して説明する。図８、９は、第３の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置２５０の断面図であり、図８は、ネジ軸が最も引き込まれた状態を示し、図９は、ネジ軸が最も押し出された状態を示す。図８，９では車両の一部は省略している。図１０は、図８の構成を矢印X方向に見た図である。図に示すように、本実施の形態の電動パーキングブレーキ駆動装置は、図５〜７の実施の形態に対し、ネジ軸の構成及び回転防止構造が異なるのみであるため、共通する構成に関しては説明を省略し、また共通する作用効果についての説明も省略する。尚、本実施の形態においては、回転軸３とネジ軸１０６の丸軸との間にブッシュ１２４を追加して支持しているため、支持剛性が高くなっている。
【００２９】
モータハウジング１０１Ｂの図８，９で右方端には、カバー部材２２０が、かしめなどにより取り付けられている。本実施の形態においては、ネジ軸２０６とモータハウジング１０１Ｂ又はカバー部材２２０との間には、回転防止構造は形成されていない。本実施の形態においては、ブラケット１２２が、不図示のガイド等により図５，６に示す姿勢のままで案内されるなど、本来的に回転しない構成となっている場合に好適な構成である。尚、ネジ軸２０６の図８，９で右端には、断面が六角の孔２０６ｅが形成されており、ここに不図示の工具（六角レンチ等）を係合させることによって、ネジ軸２０６を進退させることができるので、それにより不図示のワイヤ等の張り調整を行える。
【００３０】
図１１は、第４の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置３５０の断面図であり、モータハウジング１Ｂに対して、回転軸３をブッシュ３０４で支持している。ネジ軸６に、図１１で右方向にスラスト荷重が付与されない場合に有効である。
【００３１】
図１２は、第５の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置４５０の断面図であり、図１１の実施の形態に対して、更に、回転軸３とネジ軸６の丸軸との間にブッシュ４３０を追加して支持してなる。
【００３２】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本実施の形態では、高効率であるという理由から変換機構としてボールスクリュー機構を採用したが、他の変換機構を用いても良いことはいうまでもない。又、本発明のリニアアクチュエータは、電動パーキングブレーキ駆動装置の用途に限られないこともいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
第１の本発明のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、前記ナット部材のラジアル荷重の一部は、前記第２の軸受により支持されているので、前記回転体のラジアル荷重の一部を前記第２の軸受によって負担することで、軸受の数を減らすことができ、それにより前記リニアアクチュエータの軸線方向長を短縮することができる。
【００３４】
第２の本発明のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、前記電動モータの出力軸のラジアル荷重の一部は、前記第１の軸受により支持されているので、前記電動モータの出力軸のラジアル荷重の一部を前記第１の軸受によって負担することで、軸受の数を減らすことができ、それにより前記リニアアクチュエータの軸線方向長を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置５０の断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置５０の断面図である。
【図３】図１の構成を矢印III方向に見た図である。
【図４】図２の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。
【図５】第２の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置１５０の断面図である。
【図６】第２の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置１５０の断面図である。
【図７】図５の構成を矢印VII方向に見た図である。
【図８】第３の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置２５０の断面図である。
【図９】第３の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置２５０の断面図である。
【図１０】図８の構成を矢印X方向に見た図である。
【図１１】第４の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置３５０の断面図である。
【図１２】第５の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの一例としての電動パーキング駆動装置４５０の断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 電動モータ
３ 回転軸
４ 軸受
５ ナット部材
６，１０６，２０６ ネジ軸
９ 軸受
１２０、２２０ カバー部材

Claims (4)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、
   前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、
   前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、
   前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、
   前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、
   前記ナット部材のラジアル荷重の一部は、前記第２の軸受により支持されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられた電動モータと、
   前記電動モータの出力軸に同軸に連結された雌ネジ溝を有するナット部材と、雄ネジ溝を有し前記ナット部材内に配置されたネジ軸と、前記雌ネジ溝と前記雄ネジ溝との間に形成される螺旋状の空間内に配置されたボールとを含み、前記ナット部材の回転変位を前記ネジ軸の軸線方向変位に変換するボールスクリュー機構と、
   前記ハウジングに対して前記ナット部材を回転自在に支持する第１の軸受と、
   前記ハウジングに対して前記電動モータの出力軸を回転自在に支持する第２の軸受と、を有し、
   前記ナット部材と前記出力軸とは、中間嵌めないしは若干の隙間嵌めの嵌め合い関係で相対回転不能に連結され、
   前記電動モータの出力軸のラジアル荷重の一部は、前記第１の軸受により支持されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
3. 前記第１の軸受は、前記出力軸から離れた前記ナット部材の端部もしくはその近傍に取り付けられ、前記第２の軸受は、前記ナット部材から離れた前記電動モータの出力軸の端部もしくはその近傍に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記出力軸と前記ねじ軸との間にブッシュを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリニアアクチュエータ。

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