JP5101227B2 - 電動リニアアクチュエータの組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の駆動部に使用される電動リニアアクチュエータ、詳しくは、電動モータの回転をボールねじ機構を介して直線運動に変換して用いる電動リニアアクチュエータの組立方法に関するものである。

自動車等の車両の各種駆動部に使用される電動リニアアクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。

例えば、自動車の停止時にミッションの出力軸に設けられたパーキングギアにパーキングポールを係合させてロックするパーキングロック装置として、電動リニアアクチュエータを用いてパーキングギアにポールを係合させる電動パーキングロック装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この電動リニアアクチュエータは、図１０に示すように、ケーシング５０に取り付けられた電動モータ５１と、周面にねじ溝５２ａが形成された出力軸（ねじ軸）５２と、この出力軸５２の軸線方向と平行に設けられた軸方向移動可能なロッド軸５３と、出力軸５２のねじ溝５２ａ周囲に設置されたボールねじ機構５４と、ボールねじ機構５４の上面側に一体的に形成された凹状部５５と、基端５６ａがロッド軸５３の中間部に固定され、先端部５６ｂの突起下部（図示せず）が凹状部５５内に位置するように配置された連結アーム５６とを備えている。ここでは、凹状部５５と連結アーム５６とで直線運動伝達機構が構成されている。

ロッド軸５３に連結された連結アーム５６の先端部５６ｂの突起下部が、ボールねじ機構（ナット）５４の上面側に形成された凹状部５５内に位置しているので、例えば、電動モータ５１の駆動による出力軸５２の正回転によってボールねじ機構５４が図中右方向に直線移動すると、連結アーム５６の先端部５６ｂの突起下部が凹状部５５の一方の壁面５５ａに接して押されることにより、連結アーム５６の右方向への直線移動に伴って、連結されているロッド軸５３が右方向に直線移動する（パーキングロック時）。

一方、電動モータ５１の駆動による出力軸５２の逆回転によってボールねじ機構５４が図中左方向に直線移動すると、連結アーム５６の先端部５６ｂの突起下部が凹状部５５の他方の壁面５５ｂに接して押されることにより、連結アーム５６の左方向への直線移動に合わせてロッド軸５３が左方向に直線移動する（パーキングロック解除時）。

なお、ボールねじ機構５４は、電動モータ５１に通電していない時において、出力軸５２のねじ溝５２ａと図示しないナットのねじ溝との間に収容されているボールが無限循環することにより、出力軸５２を回転させながら出力軸５２の軸線方向に沿って円滑に直線移動が可能となっている。すなわち、パーキングロックＯＮ、ＯＦＦは手動でも操作可能となっている。
特開２００６−３２２４９０号公報

こうした従来の電動リニアアクチュエータでは、出力軸５２にロッド軸５３が並設された２軸で構成されているため、組立性を考慮した場合、ケーシング５０外で予め構成部品全てを組み立てておき、最後にユニットとしてケーシング５０に取り付けることが可能であれば望ましい。然しながらこの組立方法では、ケーシング５０を分割構造にする等の必要があり、支持軸受（図示せず）や電動モータ５１を取り付けるためのハウジングを縦割りにしなければならない。これでは、加工精度が低下してミスアライメントを招くと共に、気密性も低下して信頼性が損なわれる恐れがある。

したがって、この種の２軸構造からなる電動リニアクチュエータの場合、通常は２軸の軸心上でケーシング５０の側面に開口部を設けて蓋をする構造が採用されている。こうしたケーシング構造の場合、ケーシング５０内の空間を利用して内部で組立をしなければならず、作業性が悪く組立性が著しく低下する恐れがあった。

また、この従来の電動リニアアクチュエータでは、図１１に示すように、ボールねじ機構５４を構成する円筒状のナット５７には凹状部５５が一体に形成されているので、この凹状部５５に係合し、ロッド軸５３に連結された連結アーム５６によってナット５７の回転防止と共に、軸方向推力を伝達しているが、この推力伝達のための凹状部５５を形成するためにはナット５７が必然的に大型化する。その結果、ナット５７の重量が増大するだけでなく、ナット５７と連結アーム５６との干渉を避けるためにロッド軸５３と出力軸５２との２軸間距離が長くなって電動リニアクチュエータ自体が大型化してしまうと言う問題を抱えていた。

本発明は、こうした従来の課題を解消し、軽量・コンパクト化を図ると共に、組立性を改善して生産性を向上させた電動リニアアクチュエータの組立方法を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の方法発明は、ケーシングに取り付けられる電動モータと、この電動モータの主軸と同軸状に結合され、前記ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されるねじ軸、およびこのねじ軸に多数のボールを介して外挿され、回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されるナットからなるボールねじと、前記ねじ軸と平行に配設され、前記ケーシングに対して軸方向移動自在に支持されたロッド軸と、このロッド軸の略中間部に固定され、先端部が前記ナットに係合される連結アームとを備え、前記電動モータの回転運動が前記ナットを介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される電動リニアアクチュエータの組立方法において、前記ロッド軸の軸心を回転中心として前記連結アームが前記ケーシングの開口部から外部に振り子運動で回動された状態で、この連結アームに前記ナットが係合されて当該ナットが組み立てられる工程を備えている。

このように、ボールねじのねじ軸と、このねじ軸と平行に配設されるロッド軸とを備える２軸構造の電動リニアアクチュエータの組立方法において、ロッド軸の軸心を回転中心として連結アームがケーシングの開口部から外部に振り子運動で回動された状態で、この連結アームにナットが係合されて当該ナットが組み立てられる工程を備えているので、ケーシングに何ら拘束されずに広い組立スペースを確保することができ、組立性を改善して生産性を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記ナットのねじ溝に前記ボールが収容され、パイプ状の仮軸が前記ナットに内挿されてナットサブユニットが組み立てられる工程を備えていれば、組立中にボールが脱落しないように保持することができ、組立性を向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ねじ軸の端部の外径が前記仮軸の外径と略同一に設定されると共に、前記ナットサブユニットが前記ケーシング内に収容された後、前記ねじ軸が回転された状態で前記ケーシングとナットに挿入されれば、ねじ軸の挿入に伴って仮軸がねじ軸の端部に当接して押出され、ボールの脱落が防止された状態でねじ軸の挿入ができると共に、ナットに収容されているボールをねじ軸のねじ溝にスムーズに移行させることができ、ケーシングの狭いスペース内でもボールねじの組立作業が簡便にできる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータの組立方法は、ケーシングに取り付けられる電動モータと、この電動モータの主軸と同軸状に結合され、前記ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されるねじ軸、およびこのねじ軸に多数のボールを介して外挿され、回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されるナットからなるボールねじと、前記ねじ軸と平行に配設され、前記ケーシングに対して軸方向移動自在に支持されたロッド軸と、このロッド軸の略中間部に固定され、先端部が前記ナットに係合される連結アームとを備え、前記電動モータの回転運動が前記ナットを介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される電動リニアアクチュエータの組立方法において、前記ロッド軸の軸心を回転中心として前記連結アームが前記ケーシングの開口部から外部に振り子運動で回動された状態で、この連結アームに前記ナットが係合されて当該ナットが組み立てられる工程を備えているので、ケーシングに何ら拘束されずに広い組立スペースを確保することができ、組立性を改善して生産性を向上させることができる。

ケーシングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの主軸と同軸状に結合され、前記ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたねじ軸、およびこのねじ軸に多数のボールを介して外挿され、回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されたナットからなるボールねじと、前記ねじ軸と平行に配設され、前記ケーシングに対して軸方向移動自在に支持されたロッド軸と、このロッド軸の略中間部に固定され、先端部が前記ナットに係合された連結アームとを備え、前記電動モータの回転運動が前記ナットを介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される電動リニアアクチュエータにおいて、前記ケーシングの側面に開口部が設けられ、この開口部に蓋が取り付けられ、前記ロッド軸の軸心を回転中心として前記連結アームが回動自在に構成されると共に、前記ナットが断面矩形状に形成され、平面状の両側面に円柱状の凸部が対向して突設され、前記連結アームの先端部が凹所を有する二股状に形成されて前記側面を挟持した状態で前記凸部に係合され、当該連結アームが振り子運動で回動させた状態で、前記ケーシングの側面よりも外側に位置している。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの一実施形態を示す一部を断面した正面図、図２（ａ）は、図１のナットを示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）のナットに連結アームが係合した状態を示す説明図、図３は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの組立の第１工程を示す説明図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図、図５（ａ）は、同上組立の第２工程を示す説明図、（ｂ）は、ナットサブユニットを示す平面図、（ｃ）は、（ｂ）の側面図、図６は、同上組立の第３工程を示す説明図、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図、図８は、同上組立の第４工程を示す説明図、図９は、図８の要部拡大図である。

この電動リニアアクチュエータ１は、ケーシング２に取り付けられた電動モータ３と、外周面に螺旋状のねじ溝４ａが形成されたねじ軸（出力軸）４と、このねじ軸４に外挿され、内周面にねじ溝４ａに対応する螺旋状のねじ溝５ａが形成されたナット５、および両ねじ溝４ａ、５ａ間に転動自在に収容された多数のボール６からなるボールねじ７と、このボールねじ７のねじ軸４と平行に設けられたロッド軸８と、基端９ａがロッド軸８の中間部に固定され、先端部９ｂがナット５に係合された連結アーム９とを備えている。

ねじ軸４は、電動モータ３の主軸３ａにセレーション４ｂを介してトルク伝達可能に、かつ軸方向に着脱可能に結合されている。また、ケーシング２には軸受穴２ａが形成され、ねじ軸４は、この軸受穴２ａに装着された転がり軸受１０によって軸方向移動不可に、かつケーシング２に対して回転自在に支承されている。

一方、ナット５は、図２に示すように、冷間鍛造により断面矩形状に形成され、平面状の両側面５ｂ、５ｂに円柱状の凸部１６が対向して突設されている。そして、連結アーム９の先端部９ｂが、このナット５の側面５ｂを挟持するように二股状に形成され、凹所９ｃが凸部１６に係合されているので、ナット５は、回転不可で軸方向移動自在に構成されている。すなわち、連結アーム９とナット５の側面５ｂとの面接触でナット５に作用するモーメント荷重を支持しつつナット５を回転不可に構成すると共に、連結アーム９の凹所９ｃとナット５の凸部１６との係合によってナット５の軸方向の動きに対して連結アーム９をガタなく追従させることができる。こうした構成を採用することにより、図中ハッチングにて示すように、ナット５がコンパクト化でき、また、これに伴い、連結アーム９も相当量コンパクト化することができる。さらに、従来の構造（図中２点鎖線にて示す）に比べ、ロッド軸８とねじ軸４との２軸間距離をδだけ短縮でき、電動リニアアクチュエータ１自体を格段に軽量・コンパクト化することができる。

また、本実施形態では、ねじ軸４と主軸３ａがセレーション４ｂを介してトルク伝達可能に、かつ軸方向着脱可能に結合されているので、同軸状に配置された電動モータ３の主軸３ａとねじ軸４との芯合わせが容易となると共に、このねじ軸４を、反電動モータ３側に嵌合された単一の転がり軸受１０の片持ちで支持することができ、組立性を向上させることができる。また、これにより、部品点数を削減して軽量・コンパクト化を図ることができる。

図１に示すように、ロッド軸８は、ケーシング２に形成された挿通穴２ｂに内挿され、軸受１１、１１を介して軸方向移動自在に支持されると共に、中間部が連結アーム９の基端９ａに固定ねじ１２を介して固定されている。このロッド軸８の両端部には、プッシュプルケーブル等に接続されるヨークからなる連結部８ａ、８ｂが設けられている。

ロッド軸８に連結された連結アーム９の先端部９ｂが、ボールねじ７を構成するナット５に係合されているので、電動モータ３に通電することにより、例えば、電動モータ３の駆動による主軸３ａの正回転によってナット５が図中右方向に直線移動すると、連結アーム９が右方向へ直線移動し、この連結アーム９の移動に伴って連結されているロッド軸８が右方向に直線移動する。一方、電動モータ３の駆動による主軸３ａの逆回転によってナット５が図中左方向に直線移動すると連結アーム９が左方向へ直線移動し、この連結アーム９の移動に伴ってロッド軸８が左方向に直線移動する。

次に、図３〜図９を用いて電動リニアアクチュエータ１の組立手順を詳細に説明する。
先ず、図３および図４に示すように、第１工程は、ケーシング２の挿通穴２ｂにロッド軸８が内挿され、ケーシング２内でこのロッド軸８に連結アーム９の基端９ａが挿入され、固定ねじ１２によって連結アーム９がロッド軸８に固定される。その後、ロッド軸８の端部に連結部８ａ、８ｂが固定される。この時、連結アーム９とロッド軸８の固定作業がケーシング２の開口部１３側からできるように、固定ねじ１２がケーシング２の開口部１３側に配設されるのが好ましい。ここで、連結アーム９は、図４に示すように、ケーシング２内で、ロッド軸８の軸心を回転中心として振り子運動が可能な回転半径Ｒ以下にサイズが設定されている。

図５に示す第２工程では、ナット５のねじ溝５ａにボール６を収容し、これらのボール６が脱落しないようにパイプ状の仮軸１４をナット５に内挿してナットサブユニット１５を組み立てる。この時、仮軸１４がケーシング２に干渉しないように、仮軸１４の全長Ｌ１は、ケーシング２の開口部１３の幅Ｌ２よりも短くなるように設定されている。

次に、図６および図７に示すように、第３工程では、ナットサブユニット１５がケーシング２の開口部１３から納められる。ここでは、ロッド軸８に連結された連結アーム９を、ロッド軸８の軸心を回転中心にケーシング２の開口部１３から外部に振り子運動で回動させた状態、すなわち、連結アーム９の先端部９ｂがナット５の両側面５ｂ、５ｂを挟持できる位置まで連結アーム９を回動させた状態でナットサブユニット１５が連結アーム９に装着される。その後、ナットサブユニット１５が自重で元に戻ってケーシング２内に収容される。

図８に示す第４工程では、ねじ軸４と、このねじ軸４を回転自在に支承する転がり軸受１０がケーシング２に装着される。すなわち、予め転がり軸受１０がねじ軸４の端部に形成された嵌合部１７に取り付けられ、このねじ軸４がケーシング２に内挿されると共に、軸受穴２ａに転がり軸受１０が嵌合される。

ここで、図９に示すように、ねじ軸４の他端部に形成されたセレーション４ｂの外径は仮軸１４の内径よりも僅かに小径に設定されていると共に、ねじ軸４の端部１８の外径Ｄ１が仮軸１４の外径Ｄ２と同一か僅かに小径（Ｄ１≦Ｄ２）に設定されているので、ねじ軸４のケーシング２への挿入に伴って仮軸１４がねじ軸４の端部１８に当接して押出され、ボール６の脱落を防止した状態でねじ軸４の挿入ができる。この時、ねじ軸４を回転させることにより、ナット５に収容されているボール６がねじ軸４のねじ溝４ａに移行され、ナット５とねじ軸４の組立が完了する。

その後、転がり軸受１０がケーシング２に固定されると共に、図示しない電動モータ３がケーシング２に取り付けられると共に、ねじ軸４のセレーション４ｂが電動モータ３の主軸３ａに結合されて電動リニアアクチュエータ１の組立が完了する。ケーシング２の開口部１３には別途図示しない蓋が取り付けられ、電動リニアアクチュエータ１の気密性が確保される。

本実施形態では、ボールねじ７のねじ軸４と、このねじ軸４と平行に配設されたロッド軸８とを備えた２軸構造の電動リニアアクチュエータ１において、予め仮軸１４を用いてボール６が脱落しない状態でナット５とボール６を組み立ててナットサブユニット１５を準備すると共に、ロッド軸８に連結された連結アーム９を、ロッド軸８の軸心を回転中心にケーシング２の開口部１３から外部に振り子運動で回動させた状態で、この連結アーム９にナットサブユニット１５のナット５を係合させ、ケーシング２の開口部１３側からナットサブユニット１５がケーシング２内に収容されるので、ケーシング２に何ら拘束されずに広い組立スペースを確保することができ、組立性を改善して生産性を向上させた電動リニアアクチュエータ１を提供することができる。また、ケーシング２を分割構造にして組み立てる必要がなくなり、ケーシング２の加工精度を向上させると共に、ミスアライメントを防止して信頼性を高めることができる。

また、パイプ状の仮軸１４とねじ軸４との寸法関係が所定の関係になるように設定されているので、ナットサブユニット１５がケーシング２内に収容された後、ねじ軸４のケーシング２への挿入に伴って仮軸１４がねじ軸４の端部１８に当接して押出され、ボール６の脱落を防止した状態でねじ軸４の挿入ができると共に、このねじ軸４を回転させることにより、ナット５に収容されているボール６がねじ軸４のねじ溝４ａにスムーズに移行され、ケーシング２の狭いスペース内でも組立作業が簡便化でき、組立性を改善して生産性を一層向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、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のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、自動車のパーキングギアにポールを係合させてパーキングロックさせる電動パーキングロック装置等の電動リニアアクチュエータとして適用できる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータの一実施形態を示す一部を断面した正面図である。 （ａ）は、図１のナットを示す斜視図である。 （ｂ）は、同上、ナットに連結アームが係合した状態を示す説明図である。 本発明に係る電動リニアアクチュエータの組立の第１工程を示す説明図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 （ａ）は、同上組立の第２工程を示す説明図である。 （ｂ）は、ナットサブユニットを示す平面図である。 （ｃ）は、（ｂ）の側面図である。 同上組立の第３工程を示す説明図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 同上組立の第４工程を示す説明図である。 図８の要部拡大図である。 従来の電動リニアアクチュエータを示す正面図である。 （ａ）は、図１０のナットを示す斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）のナットに連結アームが係合した状態を示す正面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
２・・・・・・・・・・・・・ケーシング
２ａ・・・・・・・・・・・・軸受穴
２ｂ・・・・・・・・・・・・挿通穴
３・・・・・・・・・・・・・電動モータ
３ａ・・・・・・・・・・・・主軸
４・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
４ａ、５ａ・・・・・・・・・ねじ溝
４ｂ・・・・・・・・・・・・セレーション
５・・・・・・・・・・・・・ナット
５ｂ・・・・・・・・・・・・側面
６・・・・・・・・・・・・・ボール
７・・・・・・・・・・・・・ボールねじ
８・・・・・・・・・・・・・ロッド軸
８ａ、８ｂ・・・・・・・・・連結部
９・・・・・・・・・・・・・連結アーム
９ａ・・・・・・・・・・・・基端
９ｂ・・・・・・・・・・・・先端部
９ｃ・・・・・・・・・・・・凹所
１０・・・・・・・・・・・・転がり軸受
１１・・・・・・・・・・・・軸受
１２・・・・・・・・・・・・固定ねじ
１３・・・・・・・・・・・・開口部
１４・・・・・・・・・・・・仮軸
１５・・・・・・・・・・・・ナットサブユニット
１６・・・・・・・・・・・・凸部
１７・・・・・・・・・・・・嵌合部
１８・・・・・・・・・・・・ねじ軸の端部
５０・・・・・・・・・・・・ケーシング
５１・・・・・・・・・・・・電動モータ
５２・・・・・・・・・・・・ねじ軸
５２ａ・・・・・・・・・・・ねじ溝
５３・・・・・・・・・・・・ロッド軸
５４・・・・・・・・・・・・ボールねじ機構
５５・・・・・・・・・・・・凹状部
５５ａ、５５ｂ・・・・・・・壁面
５６・・・・・・・・・・・・連結アーム
５６ａ・・・・・・・・・・・基端
５６ｂ・・・・・・・・・・・先端部
５７・・・・・・・・・・・・ナット
Ｄ１・・・・・・・・・・・・ねじ軸の端部の外径
Ｄ２・・・・・・・・・・・・仮軸の外径
Ｌ１・・・・・・・・・・・・仮軸の全長
Ｌ２・・・・・・・・・・・・ケーシングの開口部の幅
Ｒ・・・・・・・・・・・・・連結アームの回転半径
δ・・・・・・・・・・・・・２軸間距離の短縮量

Claims (3)

1. ケーシングに取り付けられる電動モータと、
   この電動モータの主軸と同軸状に結合され、前記ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されるねじ軸、およびこのねじ軸に多数のボールを介して外挿され、回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されるナットからなるボールねじと、
   前記ねじ軸と平行に配設され、前記ケーシングに対して軸方向移動自在に支持されたロッド軸と、
   このロッド軸の略中間部に固定され、先端部が前記ナットに係合される連結アームとを備え、
   前記電動モータの回転運動が前記ナットを介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される電動リニアアクチュエータの組立方法において、
   前記ロッド軸の軸心を回転中心として前記連結アームが前記ケーシングの開口部から外部に振り子運動で回動された状態で、この連結アームに前記ナットが係合されて当該ナットが組み立てられる工程を備えていることを特徴とする電動リニアアクチュエータの組立方法。
2. 前記ナットのねじ溝に前記ボールが収容され、パイプ状の仮軸が前記ナットに内挿されてナットサブユニットが組み立てられる工程を備えている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータの組立方法。
3. 前記ねじ軸の端部の外径が前記仮軸の外径と略同一に設定されると共に、前記ナットサブユニットが前記ケーシング内に収容された後、前記ねじ軸が回転された状態で前記ケーシングとナットに挿入される請求項２に記載の電動リニアアクチュエータの組立方法。
   

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