JP5521512B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、自動車部品及び機械部品装置等に使用することができるアクチュエータに関し、電動モータにより回転駆動されたボールねじ装置にアームによるリンク機構を介して出力レバーを揺動させるアクチュエータに関するものである。

従来より、変速機用電動駆動装置に用いる電動アクチュエータでは、駆動源である電動モータから伝達される回転運動を高効率で直線運動に変換するボールねじ装置が用いられている。このボールねじ装置は、電動モータによりボールねじ軸を回転させ、ボールねじ軸に螺合するボールねじナットをボールねじ軸方向へ移動させることによりアームを揺動させるものである。さらに、アームの揺動運動により、アームに連結されている出力軸である出力シャフトが回転し、出力レバーを揺動させる。出力レバーの揺動により、ギア切換えが行なわれる。ところで、出力シャフトは、変速機用電動駆動装置のハウジングに回転可能な状態で支持されており、回転中心位置は固定されている。そのため、ボールねじナットがボールねじ軸の軸方向に移動してアームを介して出力シャフトを回転させると、ボールねじナットの軸心と出力シャフトの軸心との間隔が変動しようとするため、ボールねじナットの軸心を間隔の変動に対応できるようにする必要がある。

この部分の改善の先行技術としては、特許文献１に開示されているものがあり、これは、回転可能な出力シャフトとボールねじナットとを連結するアームをアーム軸方向に伸縮可能とし、アームはナットとの連結側の端部がナットに対して所定の回動中心の回りに揺動自在に取付けられており、その揺動中心はボールねじ軸の軸心を含み、且つ出力シャフトと平行な平面上にあるように構成されている。アームが伸縮することにより、出力シャフトとボールねじナット間の距離の変化を吸収するので、簡単な構造でコンパクトなスペースに取り付けることができる。さらに、ナットが移動しても、ナットに作用する力はボール循環路の中心を通るため、ナットに反力モーメントを発生させることがなく、装置の寿命を長くすることができるというものである。

特開２００６―１３２７２０号公報

しかしながら、ボールねじナットと出力シャフトを連結する伸縮可能なアームは、アームの軸方向には摺動自在でありながら、軸回りには回転しない構造になっているために、ボールねじ軸と出力シャフト軸のねじれ方向の取付け誤差及び荷重による変形などの要因によりアーム摺動部に応力が発生して、摩擦損失の増大を招くことになり、動力の伝達ロスが発生する。さらに、各部品が直接摺動するので摩擦抵抗が大きく、摩擦の大きさは部品の製作精度に依存することになり、動力の伝達効率を低下させているという問題が有った。

本発明は、先行技術を更に改良するものであり、部品及び組立の各精度の影響を排除し、伝達ロスが少なくて高効率にて力を伝達することができるために小型高出力化することが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、下記の構成(1) 〜(4) を有することを特徴とするアクチュエータを提供する。
(1) 回転可能な出力軸と、ねじ軸およびナットを有し、前記ねじ軸がハウジングに回転自在に支持されているボールねじと、前記ナットと前記出力軸とを連結するアームと、を有し、前記ねじ軸が回転駆動源により回転駆動され、前記ナットが移動することにより前記出力軸を回動させる。
(2) 前記アームは、前記ア−ムの軸方向に伸縮可能且つ前記アームの軸周りに回転可能な構造を有する。
(3) 前記アームは、前記ナットに対して、前記ねじ軸の軸心と直交する回転軸を中心に回動自在に連結されている。
(4) 前記アームは、前記出力軸に対して、前記出力軸の軸心と直交する回転軸を中心に回動自在に連結されている。
本発明のアクチュエータは、下記の構成(5) を有することが好ましい。
(5) 前記アームの前記出力軸に対する回転軸は前記アームの軸方向に対して直交する。

本発明によれば、伸縮且つ回転可能なアームのリンク機構により、ボールねじ軸や出力軸の部品精度及び組立精度の影響を排除し、高効率な運動変換機構であるボールねじの伝達効率の低下を防止することができる。また、動力伝達部に応力が発生しないので耐久性を向上することが可能でるあると共に、アクチュエータの内部伝達効率を向上させたことにより小型で高出力なアクチュエータを提供できるという効果がある。

本発明の第1実施形態を示すアクチュエータの全体図である。 本発明の第1実施形態におけるハウジング組込み図である。 図１のアーム構成展開図である。 図１のアームとボールねじナットの構成詳細図である。 本発明の第２実施形態を示すアームの断面図である。 本発明の第３実施形態を示すアームの断面図である。 本発明の第４実施形態を示すアームの断面図である。

図1は、第1の実施形態を示すアクチュエータの全体図である。本アクチュエータは自動車トランスミッションのクラッチ機構等に使用されるものであり、回転駆動源であるモータ４により回転駆動されるボールねじ軸５に螺合されたボールねじナット６に、リンク機構を構成するアーム３が連結され、アーム３の他端は出力軸である出力シャフト２に連結されており、出力シャフトには出力レバー１が取付けられている。図２に示すように、ハウジング９に取付けられたモータ４により回転駆動されるボールねじ軸５の上下軸端は、図1に示すようにハウジングに固定された軸受７，８により支持されている。図示されていないが、出力シャフト２はハウジングに対して回転運動のみ可能な構造により支持されている。

図３にアーム構成展開図、図４にアームとボールねじナットの構成詳細図を示す。アーム３は、中空円筒形である第１アーム１２と円柱形である第２アーム１３と、すべり軸受であるメタル１０，１０により構成されているので、軸方向に伸縮可能であると共に、軸周りに回転可能な構造になっている。ボールねじナット６の外径にボールねじ軸５と直交する中心軸を持つ凸部１７を設け、この凸部と第１アーム１２に取付けられたすべり軸受であるメタル１１，１１により、アーム３はボールねじナット６に対して回転自在に連結されている。なお、メタル１１，１１は、プレート１４及びプレート１４を第１アーム１２に固定するネジ１６により、第１アーム１２に保持されている。出力シャフト２に貫通穴を設け、この穴を通してピン１５を第２アーム１３に固定しているので、第２アームはピンを軸心として回動可能に連結されている。

ボールねじ軸５はモータ４により回転駆動され、この回転運動に伴ってボールねじナット６がボールねじ軸５上を直線運動する。ボールねじナット６に設けられた凸部１７は第１アーム１２を回転可能に支持しており、ボールねじナット６と出力シャフト２を連結するアーム３は軸方向に伸縮可能であるので、出力シャフト２とボールねじナット６間の距離の変化を吸収することができる。ボールねじナット６が上下に直線運動すると、出力シャフト２が回転し、出力レバー１を揺動運動させる。この出力レバー１にクラッチ機構を接続することによりアクチュエータの動作を行う。

ボールねじナット６と第１アーム１２の連結部は、ボールねじナットの直線運動を出力レバー１の揺動運動に伝達するが、本発明ではアーム３が伸縮できることにより、ボールねじナット６の凸部１７とアーム３に取付けられたメタル１１により回転軸受として構成ができる。さらに、該回転軸受の回転中心軸はボールねじ軸５の軸心と直交しているので、ボールねじナット６にモーメント負荷が加わらない。また、ボールねじ軸５の上下軸端はハウジング９に固定されているので、コンパクトな構造となっている。

本発明によるアームによれば、アーム軸方向に伸縮可能且つアーム軸周りに回転可能な構造によりボールねじと出力シャフトの位置ずれを吸収可能であり、アームの傾斜及びボールねじナット凸部軸受の精度の影響を受けず、特別なバランス調整の必要も無く、ボールねじ軸心とナットの直線性が確保されるので、ボールねじを高効率に作動させることができる。

以上のように、ボールねじの伝達効率が低下することなく、リンク機構の直線及び回転運動部分にはメタルによる軸受で構成することにより動力伝達ロスを最小にしたことにより、小型で高出力なアクチュエータを提供できる。

本実施例では、ボールねじナット６に凸部を設けて第１アーム１２に軸受を構成したが、第１アームに凸部を設けてボールねじナットに軸受を構成することも可能である。また、ボールねじナット６と第1アーム１２を、ピンにて結合することも可能である。

図５は、第２の実施形態を示すアームの断面図である。本実施形態のアクチュエータは、前記第１実施形態のアクチュエータとほぼ同様であるが、前述したアーム３の構造が異なる。本実施形態では、第２アーム１３は出力シャフト２に圧入され一体化されている。

第２アーム１３と出力シャフト２の連結部において、ピン１５を廃止して出力シャフトにアームを圧入することにより、アーム部品の簡素化及び出力シャフトの加工が容易になり、コストダウンが可能である。なお、本実施形態においては、出力シャフトとアームの構成におけるアームのピンを中心とした自由度は失われるが、ボールねじ軸５及び出力シャフト２がそれぞれハウジングに取付けられているので、アクチュエータとしての動作が可能である。

図６は、第３の実施形態を示すアームの断面図である。本実施形態のアクチュエータは、前記第１実施形態のアクチュエータと同様であるが、前述したアーム３の構造が異なる。本実施形態では、貫通穴を設けた出力シャフト２に、摺動及び回転可能に第１アーム１２が挿入されている。アーム３と出力シャフト２の連結部において、第２アーム１３を廃止することにより、部品点数が減少するのでコストダウンが可能である。

図７は、第４の実施形態を示すアームの断面図である。本実施形態のアクチュエータは、前記第３実施形態のアクチュエータとほぼ同様であるが、前述したアーム３の構造が異なる。本実施形態では、出力シャフト２にメタル２０を圧入して、すべり軸受を構成している。第１アーム１２と出力シャフト２の摩擦抵抗を低減することにより、動力の伝達効率を高めることができる。

本発明のアクチュエータは、自動車部品、機械部品装置等の用途に好適に適用できる。

１ 出力レバー
２ 出力シャフト
３ アーム
４ モータ
５ ボールねじ軸
６ ボールねじナット
７ 軸受
８ 軸受
９ ハウジング
１０ メタル
１１ メタル
１２ 第１アーム
１３ 第２アーム
１４ プレート
１５ ピン
１６ ネジ
１７ 凸部
２０ メタル

Claims (5)

1. 回転可能な出力軸と、
   ねじ軸およびナットを有し、前記ねじ軸がハウジングに回転自在に支持されているボールねじと、
   前記ナットと前記出力軸とを連結するアームと、
   を有し、
   前記ねじ軸が回転駆動源により回転駆動され、前記ナットが移動することにより前記出力軸を回動させるアクチュエータにおいて、
   前記アームは、前記ア−ムの軸方向に伸縮可能且つ前記アームの軸周りに回転可能な構造を有し、
   前記アームは、前記ナットに対して、前記ねじ軸の軸心と直交する回転軸を中心に回動自在に連結され、
   前記アームは、前記出力軸に対して、前記出力軸の軸心と直交する回転軸を中心に回動自在に連結されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記アームの前記出力軸に対する回転軸は、前記アームの軸方向に対して直交する請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記アームは、前記ナットに対して、回転軸受により回動自在に連結されている請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記アームは、前記出力軸に対して、ピンを用いて回動自在に連結されている請求項２に記載のアクチュエータ。
5. 前記出力軸の前記ア−ムとの連結部に貫通穴が形成され、前記貫通穴に前記ア−ムの前記出力軸との連結部が挿入されている請求項１又は３に記載のアクチュエータ。

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