JP4753789B2 - 電動リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は、ボールねじ機構を用いた自動車用等の電動リニアアクチュエータに関し、詳しくはハウジングと進退部材との相互の摺動部の構造に関する。

自動車の各種駆動部に、電動リニアアクチュエータが用いられている。このようなアクチュエータはユニットとして構成され、ハウジング内部に駆動部品であるボールねじ機構や支持軸受が組込まれ、また電動モータがマウントされているのが一般的である。特許文献１には、自動車の電動ブレーキシステムに電動リニアアクチュエータを用いた例が示されている。この特許文献１の電動ブレーキシステムにおける電動リニアアクチュエータでは、ボールねじ機構のねじ軸を回転させ、ねじ軸の回転によってナットをねじ軸に沿って螺進・螺退させ、ナットをキャリパー（進退部材）に押圧しまたは一体とさせて制動力を発生させるようにしている。この進退部材は、ハウジング（ブレーキフレーム）に対して、回り止めがなされた上でねじ軸の軸方向に沿った進退が可能とされている。

上記特許文献１には、進退部材の具体的な回り止め機構について言及されていないが、ねじ軸回転でナットに直線運動の推力を発生させるためには、何らかの凸部材および凹部材の嵌め合いにより摺動関係を維持した上で回り止めを講じる必要がある。さもなければ、進退部材が軸トルクによって回転してしまい、正確な制動力を発現させることができなくなる。このような摺動関係を維持した回り止め構造としては、一般的には、ハウジングにねじ軸の軸方向に沿ったキーを設置し、進退部材に同方向に沿ったキー溝を設け、キーをこのキー溝に摺動可能に嵌装させるようにした構造が採用される。図７，図８は、このような回り止め機構が採用された電動リニアアクチュエータ用ハウジングの一例を示している。
特開２００４−２５５９６２号公報

図７，図８に示すハウジング５０は、特許文献１の電動ブレーキシステムにおける電動リニアアクチュエータ等に用いられるものであり、金属製の円筒体からなり、ボールねじ機構と、ボールねじ機構のナットに結合された進退部材（いずれも図示せず）とを内装・保持するものである。このハウジング５０の内周壁５１にはボールねじ機構のねじ軸（図示せず）の軸方向に沿ったキー５２が嵌め込み装着される。一方、進退部材の外周壁にはねじ軸の軸方向に沿った図示しないキー溝（摺動溝）が形成され、上記キー５２をこのキー溝に摺動可能に嵌装させた状態で、進退部材がハウジング５０内に挿入される。これによって、ボールねじ機構のねじ軸の軸回転に伴うナットの軸方向に沿った螺進・螺退によって、進退部材が軸回転することなくハウジング５０内を軸方向に沿って進退する。

ところで、上記のようなキー５２によって進退部材の回り止めを行う場合、ハウジング５０の内周壁５１にはキー５２を嵌め込み装着するための細長四角状の嵌合穴もしくは溝５３をスロッターと呼ばれる機械で加工形成し、進退部材の外周壁にはキー溝を形成する必要がある。また、キー５２を装着するにおいては、その位置決めのためにねじ部材等を必要とし、寸法管理の精度も必要とされ、組付け、部品精度管理上コスト高となる。しかしながら、これに代る構造はなく、このようなキー構造が一般的に使用されているのが現状である。

この発明の目的は、進退部材の回り止めが低コストで構成され、かつ信頼性の高い駆動が実現される電動リニアアクチュエータを提供することである。

この発明の電動リニアアクチュエータは、円筒状の金属製のハウジングと、このハウジング内に進退自在に嵌合した進退部材と、この進退部材にナットが結合されたボールねじ機構と、このボールねじ機構のねじ軸を回転させる電動モータとを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングの周壁に、内側へ軸方向に延びて突出しかつ周壁外面が凹み形状となる半抜きプレス加工部分からなるキー状凸部を一体成形し、前記進退部材に前記キー状凸部に摺動自在に嵌合する摺動溝を設けたことを特徴とする。

この構成によると、電動モータの回転によって、ボールねじ機構のねじ軸が回転する。ねじ軸の回転に伴いボールねじ機構を構成するナットがねじ軸の軸方向に沿って螺進・螺退し、ナットに結合された進退部材がハウジング内を同様に軸方向に沿って進退する。この時、ハウジングの周壁に一体成形されたキー状凸部が、進退部材に設けられた摺動溝に摺動可能に嵌合されているから、進退部材はねじ軸の軸回りに回転することなく、軸方向に沿った進退が円滑になされる。そして、このキー状凸部は、ハウジングの周壁に、内側へ軸方向に延びて突出しかつ周壁外面が凹み形状となるよう、半抜きプレス加工して一体成形されたものであるから、進退部材の回り止め機構が簡易に形成される上に、別部品としてのキー部材を不要とし、ハウジングを部品点数が少なく低コストで製造することができる。

前記ハウジングは、低炭素鋼の鋼板の深絞り加工によって円筒形に加工されたハウジング素材に対して、半抜きプレス加工を施してハウジングの周壁に、内側へ軸方向に延びて突出しかつ周壁外面が凹み形状となるキー状凸部を一体成形し、かつ浸炭焼入れしたものであり、前記進退部材の摺動溝が前記キー状凸部に摺動自在に嵌合され、ねじ軸の軸回りの回転に伴いナットがねじ軸の軸方向に進退動作することで、ナットに結合された進退部材が前記軸方向に沿って進退動作するものとしている。
この構成によれば、低炭素鋼の鋼板の深絞り加工によってハウジングの素材が簡易に成形されると共に、このハウジングの素材（深絞り加工品）に対して半抜きプレス加工部分からなるキー状凸部が一体成形されるから、製造の効率化が図られる。そして、この加工後に浸炭焼入れにより焼入れされたものとされるから、ハウジングの強化が図られると共に、キー状凸部を含む初期形状の保持が確実になされる。

また、この発明の電動リニアアクチュエータは、自動車用のアクチュエータに使用されるものとすることができる。このように、自動車用のアクチュエータ、例えば、自動車の電動ブレーキシステムに用いると、ボールねじ機構の動作と、進退部材の回り止めが施された進退動作とにより、的確な制動制御が可能となる。

この発明の電動リニアアクチュエータは、円筒状の金属製のハウジングと、このハウジング内に進退自在に嵌合した進退部材と、この進退部材にナットが結合されたボールねじ機構と、このボールねじ機構のねじ軸を回転させる電動モータとを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングの周壁に、内側へ軸方向に延びて突出しかつ周壁外面が凹み形状となる半抜きプレス加工部分からなるキー状凸部を一体成形し、前記進退部材に前記キー状凸部に摺動自在に嵌合する摺動溝を設け、前記ハウジングは、低炭素鋼の鋼板の深絞り加工によって円筒形に加工されたハウジング素材に対して、半抜きプレス加工を施してハウジングの周壁に、内側へ軸方向に延びて突出しかつ周壁外面が凹み形状となるキー状凸部を一体成形し、かつ浸炭焼入れしたものであり、前記進退部材の摺動溝が前記キー状凸部に摺動自在に嵌合され、ねじ軸の軸回りの回転に伴いナットがねじ軸の軸方向に進退動作することで、ナットに結合された進退部材が前記軸方向に沿って進退動作するものとしたため、従来のようなキー部材を不要とし、部品点数が減り、また、組込み時あるいは稼動中にキーの外れやずれを生じる懸念がなく、信頼性が飛躍的に向上する。さらに、ハウジングに対しキー状凸部を一工程で加工することができるから、製造の効率化および製造コストの低減化も図ることができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１は、この実施形態の電動リニアアクチュエータを用いた自動車の電動ブレーキシステムの縦断面図であり、自動車の車輪１が車輪用軸受２に回転自在に支持されている。車輪１は、リム３の外周にタイヤ４を設けたものである。車輪用軸受２は、内輪５と外輪６の間に複列の転動体７を介在させたものであり、内外輪５，６間の軸受空間の両端がシール８で密封されている。外輪６は車体（図示せず）に懸架装置９を介して設置され、内輪５に車輪１が取付けられる。車輪用軸受２は各種の形式のものが採用できるが、この例ではいわゆる第３世代のものとされ、外輪６は外周にフランジ６ａを有し、フランジ６ａでボルト１０により懸架装置９に固定されている。内輪５は、車輪取付フランジ５ａを有し、車輪取付フランジ５ａに車輪１のリム３がブレーキ１５のブレーキ輪１６と共にボルト・ナット１３で取付けられている。内輪５は、ハブ輪５Ａと単列内輪５Ｂとでなり、これらハブ輪５Ａおよび単列内輪５Ｂに各列の転走面が形成されている。ハブ輪５Ａに、上記車輪取付フランジ５ａが設けられている。車輪１が駆動輪の場合、内輪５には等速ジョイント１４が連結され、等速ジョイント１４および内輪５を介して車輪１の駆動が行われる。

ブレーキ１５は、車輪１に設けられた上記ブレーキ輪１６およびこのブレーキ輪１６に摩擦接触可能なブレーキ片１７を有する作動部１８と、ブレーキ片１７を動作させる電動リニアアクチュエータ１９とを有し、この電動リニアアクチュエータ１９の駆動源として電動モータ２０を用いた電動ブレーキとされている。ブレーキ輪１６はブレーキディスクからなる。ブレーキ片１７はパッドからなり、ブレーキ輪１６を挟み付けるように一対のブレーキ片１７が設けられている。片方のブレーキパッド１７は、ブレーキフレーム２１に固定され、もう片方のブレーキパッド１７は、ブレーキフレーム２１に一体結合されたハウジング２３に直線的に進退自在に嵌合された進退部材２２に取付けられている。進退部材２２の進退可能方向はブレーキ輪１６に対面する方向である。進退部材２２は、前記ハウジング２３に対して回り止めされている。

ブレーキ１５を構成する電動リニアアクチュエータ１９は、上記電動モータ２０と、この電動モータ２０の回転出力を往復直線運動に変換してブレーキ片１７に制動力として伝えるボールねじ機構２４とを有し、電動モータ２０の出力は減速伝達機構２９を介してボールねじ機構２４に伝達される。ボールねじ機構２４は、ねじ軸２５が軸受２８を介してハウジング２３に回転のみ自在に支持され、ナット２６が上記進退部材２２に固定されている。進退部材２２とナット２６とは、互いに一体の部材であっても良い。電動モータ２０および減速伝達機構２９は、ハウジング２３に一体結合された一連の駆動部カバー２１Ａによって覆われている。

ボールねじ機構２４は、図２に示すように、ねじ軸２５およびナット２６と、これらねじ軸２５の外周面およびナット２６の内周面に対向して形成されたねじ溝２５ａ，２６ａ間に介在する複数のボール２７とを有する。ナット２６は、ねじ軸２５とナット２６の間に介在したボール２７を無端の経路で循環させる循環手段（図示せず）を有している。循環手段は、リターンチューブやガイドプレートを用いた外部循環形式のものであっても、エンドキャップや駒を用いた内部循環形式のものであっても良い。また、このボールねじ機構２４は、短い距離を往復動作させるものであるため、上記循環手段を有しない形式のもの、例えばねじ軸２５とナット２６間の複数のボール２７をリテナ（図示せず）で保持したリテナ式のものであっても良い。

減速伝達機構２９は、電動モータ２０の回転をボールねじ機構２４のねじ軸２５に減速して伝える機構であり、ギヤ列で構成されている。減速伝達機構２９は、この例では、モータ２０の出力軸に設けられたギヤ３０、およびねじ軸２５に設けられて上記ギヤ３０に噛み合うギヤ３１からなる。減速伝達機構２９は、この他に、例えばウォームおよびウォームホイル（図示せず）からなるものとしても良い。

この電動ブレーキシステムは、上記作動部１８および電動リニアアクチュエータ１９で構成されるブレーキ１５と、ブレーキペダル等の操作部材３２の操作に従い上記電動モータ２０を制御する操作部３３とを有し、操作部３３にアンチロック制御手段３６が設けられている。操作部３３は、上記操作部材３２と、この操作部材３２の動作量および動作方向を検出可能なセンサ３５と、このセンサ３５の検出信号に応答してモータ２０を制御する制御装置３４とでなり、この制御装置３４に上記アンチロック制御手段３６が設けられている。制御装置３４は、モータ制御信号を生成する手段およびそのモータ制御信号によりモータ電流を制御可能なモータ駆動回路（いずれも図示せず）を有している。

アンチロック制御手段３６は、操作部材３２の操作による制動時に、車輪１の回転に応じて電動モータ２０による制動力を調整することで、車輪１の回転ロックを防止する手段である。アンチロック制御手段３６は、上記制動時に、回転検出器３７によって車輪１の回転速度を検出し、検出速度から車輪１の回転ロックまたはその兆候が検出されると、電動モータ２０の駆動電流を低下させ、または一時的に逆回転出力を発生するなどして、制動力、つまりブレーキ片１７の締め付け力を調整する処理を行う。回転検出器３７は、車輪用軸受２の回転側部材である内輪５に設けられた環状の磁気エンコーダ３８、およびこの磁気エンコーダ３８に対向して設置されたセンサ３９からなる。センサ３９は、例えばホール素子等からなる。センサ３９の取付箇所は、車輪用軸受２における外輪６等の固定側の部材、またはこの固定側の部材を取付けた懸架装置９とされる。センサ３９の回転検出情報はアンチロック制御手段３６に入力され、電動モータ２０の上記回転制御がなされる。

前記ボールねじ機構２４は、電動モータ２０の回転を減速伝達機構２９を介してねじ軸２５に駆動伝達し、このねじ軸２５の軸回転により前記ボール２７を介してナット２６を螺進・螺退させ、ナット２６をしてねじ軸２５の軸方向に沿った直線運動に変換するものである。ハウジング２３は、図２ないし図６に示すように、ボールねじ機構２４を収容し、ナット２６およびこのナット２６に結合された進退部材２２をボールねじ機構２４のねじ軸２５の軸方向に沿って進退自在に保持する。このハウジング２３は、金属製の円筒体からなり、一端側の大開口部において進退部材２２および進退部材２２に取付けられたブレーキパッド１７がブレーキフレーム２１内に臨むように、また、他端側の小開口部において軸受２８によって回転可能に支持されたねじ軸２５の駆動入力側が導出されるよう構成されている。

ハウジング２３の周壁２３ａには、内側へ軸方向に延びて突出２３ｂａしかつ周壁外面に凹み形状２３ｂｂとなる半抜きプレス加工部分２３ｂからなるキー状凸部２３ｃが、カウンタシンク形状に一体成形されている。ハウジング２３は、低炭素鋼の鋼板を深絞り加工によって円筒形に加工されたハウジング素材に対して、半抜きプレス加工を施して半抜きプレス加工部分２３ｂからなるキー状凸部２３ｃを一体成形し、図示のような円筒状となし、その後、浸炭焼入れにより焼入れ処理して得られたものである。

前記進退部材２２には、その周壁の外面部分に軸方向に沿って摺動溝２２ａが設けられ、この摺動溝２２ａが前記キー状凸部２３ｃに摺動自在に嵌合されている。進退部材２２は、ねじ軸２５の軸回転に伴うナット２６の螺進・螺退動作によって、ハウジング２３内をねじ軸２５の軸方向に沿って進退するが、摺動溝２２ａとキー状凸部２３ｃとの相互の摺動自在な嵌合関係によって、ねじ軸２５の軸回りに回転することがなく、その進退動作が円滑になされる。したがって、図１に示すような、電動ブレーキシステムのキャリパーを構成する進退部材２２およびブレーキパッド１７の姿勢が安定化し、これらが軸トルクによっても回転することがないから、正確な制動力が常に発現される。

上記構成のハウジング２３による進退部材２２の回り止め構造においては、上記のようにハウジング２３が、低炭素鋼の鋼板の深絞り加工品としてのハウジング素材に対して、半抜きプレス加工を施し、半抜きプレス加工部分２３ｂからなるキー状凸部２３ｃを形成したものであるから、その製造工数が少なくなる、また、別部品としてのキーを不要とするから、部品点数の削減が可能となる。さらに、キーの外れやずれの懸念もないから、進退部材２２の進退動作の信頼性も高くなる。加えて、半抜きプレス加工の後、浸炭焼入れによって焼入れ処理が施されているから、キー状凸部２３ｃを含むハウジング２３が強化されて形状保持性が付与され、長期に亘る稼動によって負荷トルクが作用しても変形することなくその信頼性が維持される。

なお、図１では、ブレーキフレーム２１および駆動部カバー２１Ａが、別部材としてハウジング２３に一体結合された例を示しているが、これらが一体成形されたものであっても良い。また、自動車の電動ブレーキシステムにおけるアクチュエータに適用した例について述べたが、この発明の電動リニアアクチュエータは、他のアクチュエータにも適用させることができる。その他、電動リニアアクチュエータの全体形状も図例のものに限定されるものではない。

この発明に係る一実施形態の電動リニアアクチュエータを用いた自動車の電動ブレーキシステムの縦断面図である。 同電動リニアアクチュエータを構成するハウジングにボールねじ機構および進退部材を組込んだ状態の断面図である。 同ハウジングの正面図である。 同斜視図である。 同平面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 従来の電動リニアアクチュエータを構成するハウジングの正面図である。 同斜視図である。

符号の説明

１９…電動リニアアクチュエータ
２０…電動モータ
２２…進退部材
２２ａ…摺動溝
２３…ハウジング
２３ａ…ハウジングの周壁
２３ｂ…半抜きプレス加工部分
２３ｂａ…半抜きプレス加工部分の突出部分
２３ｂｂ…半抜きプレス加工部分の凹み形状部分
２３ｃ…キー状凸部
２４…ボールねじ機構
２５…ねじ軸
２６…ナット

Claims (2)

1. 円筒状の金属製のハウジングと、このハウジング内に進退自在に嵌合した進退部材と、この進退部材にナットが結合されたボールねじ機構と、このボールねじ機構のねじ軸を回転させる電動モータとを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、
   前記ハウジングの周壁に、内側へ軸方向に延びて突出しかつ周壁外面が凹み形状となる半抜きプレス加工部分からなるキー状凸部を一体成形し、前記進退部材に、前記キー状凸部に摺動自在に嵌合する摺動溝を設け、
   前記ハウジングは、低炭素鋼の鋼板の深絞り加工によって円筒形に加工されたハウジング素材に対して、半抜きプレス加工を施してハウジングの周壁に、内側へ軸方向に延びて突出しかつ周壁外面が凹み形状となるキー状凸部を一体成形し、かつ浸炭焼入れしたものであり、前記進退部材の摺動溝が前記キー状凸部に摺動自在に嵌合され、ねじ軸の軸回りの回転に伴いナットがねじ軸の軸方向に進退動作することで、ナットに結合された進退部材が前記軸方向に沿って進退動作するものとしたことを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
2. 請求項１において、自動車用のアクチュエータとして使用されるものである電動リニアアクチュエータ。
   

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