JP5102709B2 - 電動リニアアクチュエータ - 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、モータを取り付けたハウジングに対して軸方向移動自在に支持されるロッド軸に伝達する連結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に関する。

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。近年では、これらの変換機構に加え、動力損失を小さくするために、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構を採用することも多い。

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７に示すように、ハウジング５０に取り付けられた電動モータ５１と、ハウジング５０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５２、およびこのねじ軸５２に不図示の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５３からなるボールねじ機構５４と、ねじ軸５２と平行に配設され、ハウジング５０に対して軸方向移動自在に支持されたロッド軸５５と、基端部５６ａがこのロッド軸５５の略中間部に固定され、先端部５６ｂがナット５３外周に係合された連結部材５６とを備え、電動モータ５１の回転運動がボールねじ機構５４を介してロッド軸５５の軸方向運動に変換される構成となっている。

すなわち、ナット５３の直動に連動した連結部材５６がナット５３を回転不能にするとともに、ねじ軸５２に沿って配設されたロッド軸５５と連結され、このロッド軸５５を進退させる構造となっている。

ロッド軸５５は、ロッド軸５５の軸端の一方が、不図示のワイヤーを介してパーキングポール作動機構に連結されてパーキングのＯＮ、ＯＦＦを行い、また、他の一端では、同様に不図示のワイヤーを介して操作レバーに連結され、手動で操作可能となっている。

ロッド軸５５に連結された連結部材５６の先端部５６ｂは、ナット５３に形成された凹状部５７内に係合しており、例えば、電動モータ５１の駆動によるねじ軸５２の正回転によってナット５３が図中右方向に直線移動すると、連結部材５６の先端部５６ｂが凹状部５７の一方の壁面５７ｂに接して押されることにより、連結部材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５５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の駆動によるねじ軸５２の逆回転によってナット５３が図中左方向に直線移動すると、連結部材５６の先端部５６ｂが凹状部５７の他方の壁面５７ａに接して押されることにより、連結部材５６の左方向への直線移動に合わせてロッド軸５５が左方向に直線移動するようになっている（パーキングロック解除時）。

なお、ナット５３は、電動モータ５１に通電していない時において、ねじ軸５２とナット５３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、ねじ軸５２を回転させながらねじ軸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

しかし、上記した従来の電動アクチュエータでは、アクチュエータを構成するほとんどの部品がハウジング５０内に収められるが、ロッド軸５５の両端がハウジング５０外に突出した状態で、ロッド軸５５が進退を繰り返す構造となっている。

自動車用途の場合、車両走行地の環境が様々であり、防塵性、防錆性や気密性等の性能を適宜備えることが必要であることから、ロッド軸５５の突出部分５５ｂは、図８に示すように、ブーツ６０で覆う方法が用いられる。

しかし、ロッド軸５５の進退に伴って、ブーツ６０が伸縮する際、内圧の変化によりブーツ６０が伸びた時に凹みが発生し、縮んだ時は内部の空気が圧縮されてブーツ６０が膨張し、ブーツ切れやアクチュエータの作動性劣化の原因となる。

このようなブーツ６０の伸縮に起因する不具合を防止するために、図９に示すように、ハウジング５０にブーツ６０が呼吸可能な通気孔６１を設ける方法が考えられる。

このようにすれば、通気孔６１を通じてハウジング内部空間とブーツ内部空間の間を空気が流通し、ロッド軸５５作動時のブーツ６０内の圧力変動が解消される。

しかし、ブーツ６０内に入り込んだ塵埃等が、通気孔６１を通じてハウジング５０内部に入り込むおそれがあり、折角ブーツ６０で覆っているにも拘わらず、防塵性、防錆性や気密性の信頼性を低下させてしまうという問題が生じる。

さらに、昨今の電動化や環境への対応に多様化する自動車に要求される自動車用アクチュエータにおいては、パワートレインの形式を問わずに適用可能なものが望まれる。

例えば、燃料電池車への適用では、ロッド軸５５の出入りの際、水素ガスをアクチュエータ内部に吸い込むおそれがある。この時アクチュエータの作動に伴い、例えば金属同士の当接による火花や電気的な作動制御を設けた際のリレー接点による火花で、前記吸い込まれた水素ガスが発火した場合でも、ブーツ側へ火炎が伝播することを防止する機能がアクチュエータに求められる。

本発明は、こうした従来の課題を解消し、防塵性、防錆性、気密性を損なうことなく、ロッド軸作動時のブーツ内の圧力変動を解消することができる信頼性の高い電動リニアアクチュエータ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に記載の発明は、ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記ハウジングに対して軸方向移動自在に支持されるロッド軸と、前記電動モータの動力を前記ロッド軸に伝達する連結機構とを備え、前記電動モータの回転運動が前記連結機構を介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される構成で、前記ロッド軸のハウジングから突出する突出部分をブーツで覆い、該ブーツがロッド軸の往復移動に伴って伸縮する構造の電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングには、ブーツ内部空間とハウジング内部空間とを連通する通気孔が設けられ、該通気孔にはフィルタが装着されるフィルタ装着部が設けられ、このフィルタ装着部は、カバーによって閉じられるハウジングの開口部に面して設けられていることを特徴とする。
ロッド軸の進退に伴ってブーツが伸縮する際、内圧の変化により、ブーツが伸びた時に凹みが発生し、縮んだ時はブーツが膨張する場合があるが、通気孔を設けることにより、ブーツの内圧変化が無くなり、ブーツ切れやアクチュエータの作動性劣化は防止される。
また、通気孔のフィルタ装着部に装着されるフィルタの装着作業が容易にできると共に、フィルタにより、防塵性、防錆性や気密性の信頼性も高まる。

また、請求項２に記載の発明のように、フィルタを金属焼結体によって構成すれば、水素ガス等の可燃性ガスが侵入し、前記水素ガスがアクチュエータ作動によって、発火した場合においても、ブーツ内部空間とハウジング内部空間がフィルタによって遮断され、ブーツ側へ火炎が伝播することを防止できる。

また、請求項３に記載の発明のように、フィルタは抜け止め部材によってフィルタ装着部からの脱落が防止され、カシメによって固定されていれば、フィルタの脱落が防止されると共に、がたつきの無い信頼性が高い電動アクチュエータを実現できる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記ハウジングに対して軸方向移動自在に支持されるロッド軸と、前記電動モータの動力を前記ロッド軸に伝達する連結機構とを備え、前記電動モータの回転運動が前記連結機構を介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される構成で、前記ロッド軸のハウジングから突出する突出部分をブーツで覆い、ブーツはロッド軸の往復移動に伴って伸縮する構造の電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングには、ブーツ内部空間とハウジング内部空間とを連通する通気孔が設けられ、該通気孔にはフィルタが装着されるフィルタ装着部が設けられ、このフィルタ装着部は、カバーによって閉じられるハウジングの開口部に面して設けられているので、ロッド軸の進退に伴って、ブーツが伸縮する際の内圧変化が解消され、ブーツ切れやアクチュエータの作動性劣化は防止される。また、通気孔のフィルタ装着部に装着されるフィルタの装着作業が容易にできると共に、フィルタにより、防塵性、防錆性や気密性の信頼性も高まる。

ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記ハウジングに対して軸方向移動自在に支持されるロッド軸と、前記電動モータの動力を前記ロッド軸に伝達する連結機構とを備え、前記電動モータの回転運動が前記連結機構を介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される構成で、ロッド軸のハウジングから突出する突出部分をブーツで覆い、ブーツはロッド軸の往復移動に伴って伸縮する構造の電動リニアアクチュエータにおいて、ハウジングには、ブーツ内部空間とハウジング内部空間とを連通する通気孔が設けられ、該通気孔にはフィルタを装着可能なフィルタ装着部が設けられ、このフィルタ装着部は、カバーによって閉じられるハウジングの開口部に面して設けられる構成とし、フィルタを金属焼結体とした。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づ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破断正面図、図２は図１のカバーでハウジングを閉じた状態の一部破断正面図、図３は図１のアクチュエータのブーツを取り外した状態のハウジングの側面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

この電動リニアアクチュエータ１は、図１に示すように、ハウジング２に取り付けられた電動モータ３と、ハウジング２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４、およびこのねじ軸４に不図示の多数のボール６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５からなる連結機構としてのボールねじ機構７と、ねじ軸４と平行に配設され、ハウジング２に対して軸方向移動自在に支持されるロッド軸８と、このロッド軸８の略中間部とナット５とを連結する連結部材９とを備え、電動モータ３の回転運動がボールねじ機構７を介してロッド軸８の軸方向運動に変換される構成となっている。

ハウジング２は、ねじ軸が架け渡される一対の端壁部２０１、２０２と、端壁部２０１、２０２間を連結しボールねじ機構７を囲むように設けられる本体壁部２０３とを備えた中空構造で、一方の端壁部２０１に電動モータ３が取り付けられている。本体壁部２０３には、ボールねじ機構７、ロッド軸８および連結部材９の全体を側方から見えるように露出させる開口部２０４が設けられ、開口部２０４がカバー２０５で閉じられている（図２参照）。
開口部２０４は、一対の端壁部２０１、２０２と本体壁部２０３の側面によって四角形状に取り囲まれており、この端壁部２０１、２０２と本体壁部２０３の側面にカバー２０５が流体密に固定され、ハウジング内部空間Ｔを密閉している。

ねじ軸４の一方の軸端部４ａは、端壁部２０１に設けられた軸穴２０１ａ内で、電動モータ３の主軸３ａにセレーション等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。軸穴２０１ａの内径は、ねじ軸４及び主軸３ａよりも大径の穴で、ねじ軸４及び主軸３ａと干渉しない。また、ねじ軸４の他方の軸端部４ｂは、他方の端壁部２０２に設けられた軸穴２０２ａ内で、転がり軸受１０を介して、軸方向移動不可に、かつハウジング２に対して回転自在に支承されている。

ロッド軸８は、図３及び図４に示すように、反モータ側の端壁部２０２を例にとって説明すると、端壁部２０２に設けられた挿通孔２０２ｃに内挿され、軸受１１を介して軸方向移動自在に支持されている。モータ側の端壁部２０１についても、特に図示しないが、反モータ側の端壁部２０２と全く同様に、端壁部２０１に設けられた挿通穴に内挿され、軸受を介して軸方向移動自在に支持されている。また、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連結部８ａ、８ａが設けられている。

ロッド軸８のハウジング２から左右に突出する突出部分８１は、ブーツ２０で覆われている。ブーツ２０は両端が開口するゴム状弾性体で成形された蛇腹形状の中空部材で、ロッド軸８の突出部分８１を覆う蛇腹部２１と、蛇腹部２１の先端部に設けられロッド軸８の先端部に固定される先端開口部２２と、蛇腹部２１の基端部に設けられハウジング２に固定される基端開口部２３とを有し、ロッド軸８の往復移動に伴って伸縮する構造となっている。

先端開口部２２は小径に絞られ、その内径部がロッド軸８先端の連結部８ａ付け根側に形成された先端小径部８２に密接嵌合され、先端小径部８２の段部と連結部８ａとの間で軸方向に相対移動しないように固定されている。

また、ブーツ２０の基端開口部２３は、ハウジング２の端面から突出する環状突部２５外周に固定されている。環状突部２５は、ロッド軸８の挿通孔２０２ｃの軸受１１を取り囲むように設けられている。環状突部２５の外周には取付溝２５ａが設けられ、この取付溝２５ａに基端開口部２３の内径部が密接嵌合している。

一方、ハウジング２の端壁部２０２には、ブーツ内部空間Ｓとハウジング内部空間Ｔとを連通する通気孔４０が設けられ、この通気孔４０にフィルタ３１が装着されるフィルタ装着部３０が設けられている。

通気孔４０は、一端がブーツ内部空間Ｓに面する環状突部２５の端面に開口し、ブーツ側の開口部からロッド軸８と平行にハウジング内部空間Ｔに向かって直線状に延びる軸方向穴部４１を有している。この軸方向穴部４１は、ハウジング２の端壁部２０２を直線状に貫通せずに、内壁面２０２ｄ手前で止めた止め穴となっている。
一方、通気孔４０のハウジング内部空間Ｔ側の開口端部は、カバー２０５で閉じられる開口部２０４に面して設けられるが、この例ではフィルタ装着部３０の装着穴３４として構成されている。カバー２０５は、ハウジング２の端壁部側面２０２ｅに固定されるが、端壁部側面２０２ｅには段差部２０２ｆが設けられ、この段差部２０２ｆに装着穴３４が開口している。

フィルタ３１の形状は扁平な円筒形状で、多孔質の金属焼結体によって構成され、ろ過作用、通気性、消炎・防爆作用、消音作用を発揮するものである。

装着穴３４は、底部側が小径の段付き円筒形状で、環状の段差部がフィルタ３１の座面３５を構成している。フィルタ３１の固定は、フィルタ３１を装着穴３４の座面３５に突き当たるまで押し込み、フィルタ３１を装着した後に、Ｃ形の止め輪３２で抜け止めを行っている。装着穴３４の内周面には止め輪３２が係合する止め輪溝３２ａが設けられている。
さらに、図５に拡大して示すように、止め輪溝３２ａと止め輪３２の取り付けすきまを、フィルタ装着後に、カシメ治具３７によって装着穴３４の開口端縁３６を変形させることで加締め、止め輪３２と止め輪溝３２ａの側面を圧着させる。

取付すきまを詰めることにより、フィルタ３１の端面と止め輪３２の端面間を密着させ、フィルタ３１のガタツキを無くすことで、フィルタ３１による防爆、防炎性能を確実に得られるようにしている。

なお、フィルタ３１の形状は、円筒形状に限るものではなく、種々の形状を採用することができる。

また、フィルタ装着部３０については、図６に示すように、直線状の通気孔４０′の延長線上に設けて端壁部２０２の内壁面２０２ｄに開口するようにしてもよいが、カバー２０５によって閉じられるハウジング２の開口部２０４に面してフィルタ装着部３０を設けることにより、開口部２０４よりカシメ治具３７を入れることが容易に出来るので、組立性が良い。かしめ固定は、加熱時間が必要なロウ付け等固定方法よりも生産性が優れており、フィルタ装着時の作業性を考えれば、ハウジング２の開口部２０４に面しているため、この位置が望ましい。

上記構成の電動リニアアクチュエータにあっては、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、支持軸１２に連結される連結部材９が右方向へ直線移動し、この連結部材９の移動に伴ってロッド軸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部材９が左方向へ直線移動し、この連結部材９の移動に伴ってロッド軸８が左方向に直線移動する。

通常作動では、ハウジング２の内部空間の範囲、すなわち端壁部２０１、２０２の間で干渉無くナット５と連結部材９とロッド軸８は軸方向に往復運動を繰り返す。

このロッド軸８の往復移動に伴い、ブーツ２０が膨張、収縮を繰り返すが、ブーツ内部空間Ｓとハウジング内部空間Ｔが通気孔４０を通じて連通しているので、ブーツ２０が収縮した際にはブーツ内部空間Ｓからハウジング内部空間Ｔに気体が移動し、ブーツ２０が伸張した場合には、ハウジング内部空間Ｔからブーツ内部空間Ｓに気体が移動する。

先端小径部８２、若しくは基端開口部２３とブーツ２０との間に隙間が発生し、ブーツ２０に塵埃が侵入したとしても、気体はフィルタ３１を通じて流通するので、流通する気体中の塵埃はフィルタ３１によって除去され、ハウジング内部空間Ｔには侵入しない。

また、フィルタ３１を金属焼結体によって構成しているので、アクチュエータの内部に水素ガス等が侵入し、前記水素ガスがアクチュエータ作動によって、発火した場合においても、ブーツ内部空間Ｓとハウジング内部空間Ｔがフィルタ３１によって遮断され、ブーツ側へ火炎が伝播することを防止できる。

また、フィルタ３１に対して、繰り返し圧力が作用するが、金属製であり、しかもカシメ部によって強固に固定されているので、脱落が防止され、信頼性が高い電動アクチュエータを実現できる。

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パーキング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破断正面図である。 図１のカバーを閉じた状態の一部破断正面図である。 図１のアクチュエータのブーツを除いたハウジングの右側面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図４のフィルタ装着部をカシメ固定する状態の要部拡大図である。 図４の通気孔を貫通孔とした場合のフィルタ装着部の位置を示す図である。 従来の電動リニアアクチュエータの概略正面断面図である。 図７のロッド軸の突出部分をブーツで被覆した状態の要部拡大断面図である。 図８のブーツ内部空間とハウジング内部空間とを連通する通気孔を設けた状態を示す図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
２・・・・・・・・・・ハウジング
３・・・・・・・・・・電動モータ
３ａ・・・・・・・・・主軸
４・・・・・・・・・・ねじ軸
４ａ・・・・・・・・・軸端部
４ｂ・・・・・・・・・軸端部
５・・・・・・・・・・ナット
６・・・・・・・・・・ボール
７・・・・・・・・・・ボールねじ機構
８・・・・・・・・・・ロッド軸
８ａ・・・・・・・・・連結部
８１・・・・・・・・・突出部分
８２・・・・・・・・・先端小径部
９・・・・・・・・・・連結部材
１０・・・・・・・・・軸受
１１・・・・・・・・・軸受
１２・・・・・・・・・支持軸
２０・・・・・・・・・ブーツ
２１・・・・・・・・・蛇腹部
２２・・・・・・・・・先端開口部
２３・・・・・・・・・基端開口部
２５・・・・・・・・・環状突部
２５ａ・・・・・・・・取付溝
３０・・・・・・・・・フィルタ装着部
３１・・・・・・・・・フィルタ
３２・・・・・・・・・止め輪
３２ａ・・・・・・・・止め輪溝
３４・・・・・・・・・装着穴
３５・・・・・・・・・座面
３６・・・・・・・・・開口端縁
３７・・・・・・・・・カシメ治具
４０・・・・・・・・・通気孔
４１・・・・・・・・・軸方向穴部
２０１・・・・・・・・端壁部
２０１ａ・・・・・・・軸穴
２０２・・・・・・・・端壁部
２０２ａ・・・・・・・軸穴
２０２ｃ・・・・・・・挿通孔
２０２ｄ・・・・・・・内壁面
２０２ｅ・・・・・・・端壁部側面
２０２ｆ・・・・・・・段差部
２０３・・・・・・・・本体壁部
２０４・・・・・・・・開口部
２０５・・・・・・・・カバー
Ｓ・・・・・・・・・・ブーツ内部空間
Ｔ・・・・・・・・・・ハウジング内部空間

Claims (3)

1. ハウジングに取り付けられた電動モータと、前記ハウジングに対して軸方向移動自在に支持されるロッド軸と、前記電動モータの動力を前記ロッド軸に伝達する連結機構とを備え、前記電動モータの回転運動が前記連結機構を介して前記ロッド軸の軸方向運動に変換される構成で、前記ロッド軸のハウジング外部に突出する突出部分をブーツで覆い、ブーツがロッド軸の往復移動に伴って伸縮する構成の電動リニアアクチュエータにおいて、
   前記ハウジングには、ブーツ内部空間とハウジング内部空間とを連通する通気孔が設けられ、該通気孔にはフィルタが装着されるフィルタ装着部が設けられ、このフィルタ装着部は、カバーによって閉じられるハウジングの開口部に面して設けられていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
2. 前記フィルタは金属焼結体によって構成される請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
3. フィルタは抜け止め部材によってフィルタ装着部からの脱落が防止され、カシメによって固定されている請求項２に記載の電動リニアアクチュエータ。
   

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