JP6111043B2

JP6111043B2 - 電動リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP6111043B2
Application number: JP2012239632A
Authority: JP
Inventors: 崇夫水内
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: JP2014088920A

Description

本発明は、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動リニアアクチュエータ、詳しくは、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等で、電動モータからの回転入力をボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換する電動リニアアクチュエータに関するものである。

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。

従来の電動リニアアクチュエータとしては、例えば、ハウジングに支持された電動モータにより、ボールねじを構成するナットを回転駆動自在とし、このナットを回転駆動することによってナットに挿入されたねじ軸を軸方向に変位可能としている。この場合、ナットにトルクを加えると、その一部がねじ軸にまで伝わってしまい、ねじ軸も回転しようとするため、回転をスムーズに直線運動に変換するには、ねじ軸に回り止め機構を用いる必要がある。

そこで、その代表的なものとして、図９に示すような電動リニアアクチュエータが知られている。この電動リニアアクチュエータ５０を構成する円筒状のハウジング５１は、その内部に、ボールねじ機構を収容する空洞部５１ａと、同径のシリンダ部５１ｂと、シリンダ部５１ｂに連通する流体入口（図示せず）と流体出口５１ｃとを有している。

ハウジング５１の空洞部５１ａには、一端を、ハウジング５１の外部の電動モータ（図示せず）に接続されたねじ軸５２が延在している。ねじ軸５２の外周面には、雄ねじ溝５２ａと、丸軸部５２ｂと、それらの間に配置されたフランジ部５２ｃが形成されている。丸軸部５２ｂの外周には軸受５３の内輪５３ａが嵌合され、フランジ部５２ｃに、その内方端（図中右端）が突き当てられている。また、軸受５３の外輪５３ｂの外方端（図中左端）は、ハウジング５１の空洞部５１ａに嵌め込まれた止め輪５４に当接されている。したがって、ねじ軸５２は、ハウジング５１に対して軸受５３により回転自在に支持されているが、軸方向に移動不能となっている。なお、軸受５３の外輪５３ｂの内方端と、ハウジング５１の段部５１ｄとの間には、一体化された間座５５と板ばね（緩衝部材）５６が挟持されている。

一方、ハウジング５１に対して回転のみ可能に支持された円筒状のナット５７は、図１０に示すように、ねじ軸５２を包囲するように配置され、かつ内周面に雌ねじ溝５７ａが形成されている。そして、複数のボール５８が、対向する両ねじ溝５２ａ、５７ａ間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。これらねじ軸５２と、ナット５７と、ボール５８とでボールねじ機構が構成されている。

ナット５７の外周には、平坦部５７ｂが半径方向に張り出すように一体成形されている。平坦部５７ｂには、循環部材であるチューブ５７ｃが取り付けられている。図９で、チューブ５７ｃは、取り付け部材５９により、ナット５７に対して螺合するねじ６０を用いて固定されている。そして、ボールねじ機構の動作時に、両ねじ溝５２ａ、５７ａ間に形成された螺旋状の転走路の一端から他端へと、ボール５８を戻す機能を有している。

取り付け部材５９は、三角柱状の２つの部品５９ａ、５９ｂとから構成されている。これらの部品５９ａ、５９ｂは、チューブ５７ｃの外周面に倣う係合面を備えている。取り付け部材５９は、ハウジング５１の空洞部５１ａにおける内周面に、軸線方向に沿って形成された矩形断面状の案内溝５１ｅ内に侵入し、係合可能となっている。

ナット５７の右端には、一端を閉止した中空円筒状のピストン部材６１が取り付けられている。このピストン部材６１の内部には、ねじ軸５２が出し入れ自在の構成となっている。ピストン部材６１の外周面は、ハウジング５１のシリンダ部５１ｂの内周に密着嵌合され、それに対して摺動自在となっている。ピストン部材６１の右端近傍に形成された周溝６１ａ内には、Ｏリング６２が配置され、シリンダ部５１ｂ内に充填された流体が、ピストン部材６１とシリンダ部５１ｂとの間を通過して空洞部５１ａ側に漏れないように機能している。

取り付け部材５９と案内溝５１ｅの対向する側面５１ｆ、５１ｆとの間には、所定のすきまΔがそれぞれ形成されている。ナット５７に対して部品５９ａ、５９ｂを組み付ける際に、ある程度相対変位可能な構成とすることにより、取り付け部材５９の幅を任意の値に設定できる。すなわち、組み付けるハウジング５１の案内溝５１ｅの寸法を測定して、それに合わせて最適なすきまΔを設定できる取り付け部材５９の幅を求めて、ナット５７に対して部品５９ａ、５９ｂを適宜変位させた後、ねじ６０を用いて部品５９ａ、５９ｂを固定する。このように取り付け部材５９を取り付けたナット５７をハウジング５１に組み込むことで、最適なすきまΔを得ることができ、コストの増大を招くことなく、作動不良や騒音等を抑制できる電動リニアアクチュエータ５０を提供することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−００２８８２号公報

こうした従来の電動リニアアクチュエータ５０では、取り付け部材５９がナット５７の半径方向に張り出すように一体成形され、この取り付け部材５９がハウジング５１の空洞部５１ａにおける矩形断面状の案内溝５１ｅ内に侵入して係合しているので、ナット５７の回り止めがなされている。このため、ハウジングと回り止め（取り付け部材５９）間の摩耗が問題となる。ハウジング５１が鋼材であれば、耐摩耗性や強度が得られる反面、一体構造であるため、コスト面に課題を残している。

また、軽量化のため、ハウジング５１がアルミ合金からなる場合、耐摩耗性や強度が不足することがあり、改善が必要になってくる。さらに、ハウジング５１がアルミ合金からなる場合、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてハウジング５１の内壁にボールねじが慣性力で衝突することが考えられる。この場合、強度不足により故障する恐れがある。

本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ハウジングの損傷と摩耗の低減を図ると共に、ねじ軸の直線運動の抵抗を減らすことができ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上を図った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。また、本発明の他の目的は、小型化・組立性に優れた電動リニアアクチュエータを提供することである。

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、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングに形成された袋孔に円筒状のスリーブが嵌合固定され、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成されると共に、前記ねじ軸の端部に回り止め部材が設けられ、この回り止め部材にローラが回転自在に嵌挿されて前記凹溝に係合され、前記回り止め部材とローラとの間に生じる静摩擦が、前記ローラとスリーブの凹溝との間の動摩擦により生ずる回転モーメントよりも小さく設定され、前記スリーブの端部に弾性部材からなるキャップが装着され、このキャップが前記袋孔の底部に当接するまで前記スリーブが嵌合されている。

このように、電動モータの回転力を伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、ボールねじ機構が、ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、駆動軸と同軸状に一体化され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、ハウジングに形成された袋孔に円筒状のスリーブが嵌合固定され、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成されると共に、ねじ軸の端部に回り止め部材が設けられ、この回り止め部材にローラが回転自在に嵌挿されて凹溝に係合され、回り止め部材とローラとの間に生じる静摩擦が、ローラとスリーブの凹溝との間の動摩擦により生ずる回転モーメントよりも小さく設定され、スリーブの端部に弾性部材からなるキャップが装着され、このキャップが袋孔の底部に当接するまでスリーブが嵌合されているので、ハウジングの損傷と摩耗の低減を図ると共に、ねじ軸の直線運動の抵抗を減らすことができ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供することができる。また、回り止め部材にローラを装着するだけの組立なので小型化・組立性に優れた電動リニアアクチュエータを提供することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記ローラが合成樹脂で形成され、外周面にクラウニングが施されていれば、ローラがスリーブの凹溝上を転動する際に、傾いて角部にエッジロードが発生するのを防止することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記ローラの外表面の表面粗さがＲａ６．３以下に設定されていれば、ローラが摩耗するのを抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記回り止め部材が針状ころ軸受に使用される針状ころで構成されていれば、５８ＨＲＣ以上の表面硬さが得られ、耐摩耗性が優れていると共に、入手性が良く、低コスト化を図ることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記スリーブの周方向に前記凹溝が３箇所等配に配設され、これらの凹溝に前記回り止め部材がそれぞれ係合されていれば、回転方向のガタを最小限に抑えることができる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングに形成された袋孔に円筒状のスリーブが嵌合固定され、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成されると共に、前記ねじ軸の端部に回り止め部材が設けられ、この回り止め部材にローラが回転自在に嵌挿されて前記凹溝に係合され、前記回り止め部材とローラとの間に生じる静摩擦が、前記ローラとスリーブの凹溝との間の動摩擦により生ずる回転モーメントよりも小さく設定され、前記スリーブの端部に弾性部材からなるキャップが装着され、このキャップが前記袋孔の底部に当接するまで前記スリーブが嵌合されているので、ハウジングの損傷と摩耗の低減を図ると共に、ねじ軸の直線運動の抵抗を減らすことができ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供することができる。また、回り止め部材にローラを装着するだけの組立なので小型化・組立性に優れた電動リニアアクチュエータを提供することができる。

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縦断面図である。図１のアクチュエータ本体を示す縦断面図である。図１のスリーブ部を示す要部拡大図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図である。図４のローラ部を示す要部拡大図である。図３の一部断面斜視図である。図４の変形例を示す横断面図である。図４の他の変形例を示す横断面図である。従来の電動リニアアクチュエータを示す縦断面図である。図９のＸ−Ｘ線に沿った横断面図である。

アルミ合金製のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングに形成された袋孔に円筒状のスリーブが嵌合固定され、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成されると共に、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設され、この係止ピンにローラが回転自在に嵌挿されて前記凹溝に係合されると共に、前記係止ピンとローラとの間に生じる静摩擦が、前記ローラと凹溝との間の動摩擦により生ずる回転モーメントよりも小さく設定されている。

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縦断面図、図２は、図１のアクチュエータ本体を示す縦断面図、図３は、図１のスリーブを示す要部拡大図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図、図５は、図４のローラ部を示す要部拡大図、図６は、図３の一部断面斜視図、図７は、図４の変形例を示す横断面図、図８は、図４の他の変形例を示す横断面図である。

この電動リニアアクチュエータ１は、図１に示すように、円筒状のハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータ３と、この電動モータ３のモータ軸３ａに取付けられた入力歯車４に噛合する中間歯車５と、入力歯車４と中間歯車５、およびこの中間歯車５に噛合する出力歯車６からなる減速機構７と、この減速機構７を介して電動モータ３の回転運動を駆動軸８の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構９と、このボールねじ機構９を備えたアクチュエータ本体１０とを備えている。

ハウジング２はＡ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からアルミダイカストによって形成され、第１のハウジング２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング２ｂとからなり、固定ボルト１１によって一体に固定されている。第１のハウジング２ａには電動モータ３が取り付けられると共に、これら第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂの衝合部には、駆動軸８を収容するための袋孔１２、１３が形成されている。

電動モータ３のモータ軸３ａは、その端部に入力歯車４が圧入により相対回転不能に取り付けられ、平歯車からなる中間歯車５に噛合する出力歯車６は、後述するボールねじ機構９を構成するナット１８にキー１９を介して一体に固定されている。

駆動軸８は、ボールねじ機構９を構成するねじ軸１４と一体に構成され、この駆動軸８の一端部（図中右端部）に係止ピン等からなる回り止め部材１５、１５が植設されている。また、第２のハウジング２ｂの袋孔１３には後述するスリーブ１６が嵌合され、このスリーブ１６の内周に軸方向に延びる凹溝１６ａ、１６ａが研削加工によって形成されている。そして、凹溝１６ａ、１６ａは周方向に対向して配設されてねじ軸１４の回り止め部材１５、１５がそれぞれ係合され、ねじ軸１４が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。ピンの形状を釘形とすることにより、止め輪の機能を持たせても良い。なお、ここでは回り止め部材１５として係止ピンを例示したが、これに限らず、キーやボルトをねじ軸に固定しても良い。また、凹溝１６ａをスリーブ１６に形成する例を示したが、これに限られず、直接ハウジング２ｂに形成しても良い。

ボールねじ機構９は、図２に拡大して示すように、ねじ軸１４と、このねじ軸１４にボール１７を介して外挿されたナット１８とを備えている。ねじ軸１４は、外周に螺旋状のねじ溝１４ａが形成されている。一方、ナット１８は、内周にねじ軸１４のねじ溝１４ａに対応する螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、これらねじ溝１４ａ、１８ａとの間に多数のボール１７が転動自在に収容されている。そして、ナット１８は、ハウジング２ａ、２ｂに対して、２つの支持軸受２０、２０を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。

各ねじ溝１４ａ、１８ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール１７との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。

ナット１８はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸１４はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

ナット１８の外周面１８ｂ、１８ｃには減速機構７を構成する出力歯車６がキー１９を介して一体に固定されている。この出力歯車６の側面に当接して一方の支持軸受２０が所定のシメシロを介して圧入されていると共に、肩部２１に衝合するように他方の支持軸受２０が圧入されている。これにより、駆動軸８からスラスト荷重が負荷されても支持軸受２０、２０と出力歯車６の軸方向の位置ズレを防止することができる。また、２つの支持軸受２０、２０は、両端部にシールド板２０ａ、２０ａが装着された密封型の深溝玉軸受で構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。

また、本実施形態では、ナット１８を回転自在に支持する支持軸受２０、２０が同じ仕様の深溝玉軸受で構成されているので、前述した駆動軸８からスラスト荷重および出力歯車６を介して負荷されるラジアル荷重の両方を負荷することができると共に、組立時に誤組み防止のための確認作業を簡便化することができ、組立作業性を向上させることができる。なお、同一仕様の転がり軸受とは、軸受の内径、外径、幅寸法をはじめ、転動体サイズ、個数および軸受内部すきま等が同一なものを言う。

さらに、一対の支持軸受２０、２０のうち一方の支持軸受２０がリング状の弾性部材からなるワッシャ２２を介して第１のハウジング２ａに装着されている（図１参照）。このワッシャ２２は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて形成されたウェーブワッシャからなる。このワッシャ２２により支持軸受２０の軸方向ガタをなくすことができる。

本実施形態では、ねじ軸１４を支持するスリーブ１６が第２のハウジング２ｂの袋孔１３に嵌合されている。このスリーブ１６はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から冷間圧造法によって円筒状に形成され、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、ハウジング２がアルミ合金等の軽合金であっても、軽量化を図りつつ、ハウジング２の損傷と摩耗の低減を図ることができる。

なお、スリーブ１６は、これ以外にも、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金で形成しても良い。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂ＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

また、スリーブ１６の材質として、ＧＦ（ガラス繊維）等の繊維状強化材が含有されたＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性の合成樹脂で形成されていても良い。これにより、ねじ軸１４に衝撃荷重が負荷されてもそれを緩和することができると共に、低コスト化を図ることができる。なお、繊維状強化材としては、ＧＦに限らず、ＣＦ（炭素繊維）やアラミド繊維、ホウ素繊維等を例示することができる。さらに、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の所謂エンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等の熱可塑性の合成樹脂、あるいは、ＰＦ（フェノール樹脂）、ＥＰ（エポキシ樹脂）、ＰＩ（ポリイミド樹脂）等の熱硬化性の合成樹脂であっても良い。

ここで、図３に示すように、スリーブ１６の端部に、耐候性、耐熱性、耐薬品性に優れたシリコンゴムからなる弾性部材で形成されたキャップ（底板）２３が装着されている。そして、このキャップ２３が袋孔１３の底部１３ａに当接するまでスリーブ１６が嵌合されている。これにより、予期しない入力信号等によりねじ軸１４の先端がスリーブ１６のキャップ２３に衝突したとしても、その衝撃力を吸収して緩和し、第２のハウジング２ｂの変形や損傷を防止して耐久性を向上させることができる。なお、キャップ２３はこれ以外にも多孔質ゴムとも呼ばれる発泡ゴムからなるスポンジゴムで形成しても良い。このスポンジゴムは、断熱性、衝撃吸収性、クッション性等に優れている。

一方、凹溝１６ａに係合する回り止め部材１５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼あるいはＳＣｒ４３５等の浸炭軸受鋼で形成され、その表面には、炭素含有量０．８０ｗｔ％以上、５８ＨＲＣ以上の浸炭窒化層が形成されている。なお、回り止め部材１５に針状ころ軸受に使用される針状ころを適用することにより、５８ＨＲＣ以上の表面硬さが得られ、耐摩耗性が優れていると共に、入手性が良く、低コスト化を図ることができる。

ここでは、回り止め部材１５にローラ２４が回転自在に嵌挿されると共に、ローラ２４の抜け止め用に止め輪２５が嵌着されている。止め輪２５はローラ２４に、軽圧入または接着剤にて固定する。ここで、止め輪２５として、真鍮などの柔な金属を使用して圧入しやすくする、または切りかきを設けて、取り付けやすくしてもよい。ローラ２４は所定のすきまを介して回り止め部材１５に嵌挿され、ねじ軸１４の移動に伴って、回転しながら凹溝１６ａ上を進むので、ねじ軸１４の直線運動の抵抗を減らすことができると共に、凹溝１６ａの摩耗を抑制することができ、軽量化を図りつつ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上を図っ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。なお、止め輪２５は、リング状に形成して圧入しても良いが、有端状に形成することにより、その組立性を向上させることができる。また、ローラ２４、回り止め部材１５、スリーブ１６の接触面に表面処理もしくは皮膜形成がされていれば、さらに凹溝１６ａの摩耗を抑制することができる。

このローラ２４はＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩ等の熱可塑性の合成樹脂で射出成形によって先端部が漸次小径となる銃弾形状に形成され、外周面にクラウニングが施されている。これにより、ローラ２４が凹溝１６ａ上を転動する際に、傾いて角部にエッジロードが発生するのを防止することができる。なお、ローラ２４は、熱可塑性の合成樹脂に限らず、ＰＦ、ＥＰ、ＰＩ等の熱硬化性の合成樹脂であっても良い。

また、ローラ２４の外表面の表面粗さがＲａ６．３以下に設定されている。これにより、ローラ２４が摩耗するのを抑制することができる。なお、Ｒａは、ＪＩＳの粗さ形状パラメータの一つで（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）、算術平均粗さ、すなわち、平均線から絶対値偏差の平均値を言う。

さらに、ローラ２４の材質として、例示したもの以外に、例えば、セラミックでも良いし、また、グラファイト微粉末を添加した多孔質金属からなる含油軸受（ＮＴＮ商品名；ベアファイト（登録商標））で構成されていても良い。これにより、ローラ２４が摩耗するのを防止し、回転時の摩擦抵抗を抑えて円滑な回転性能を得ることができる。その他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂等の熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂、ポリアミド、ポリブチルエーテル等のエンジニアリングプラスチックやそれらを含む複合材、ポリアセタールやフッ素樹脂のような自己潤滑性のある樹脂、潤滑油を含浸させた焼結金属でも良い。焼結金属を使用すると潤滑材が不要ゆえに低抵抗、かつ硬度が高くそれゆえ耐摩耗性が高くなるので好ましい。

こうしたローラ２４を積極的に回転させることで、ローラ２４の摩耗を防止して長期間に亘って耐久性を保持することができると共に、ねじ軸１４の移動が抵抗なくスムーズになり、機械効率を高めて省エネを図ることができる。そのためには、回り止め部材１５とローラ２４の間に生じる摩擦力が、ローラ２４とスリーブ１６の凹溝１６ａの間に生じる摩擦力よりも小さくなる必要がある。

ここで、回り止め部材１５とローラ２４の間に生じる摩擦力、あるいは、ローラ２４と凹溝１６ａの間に生じる摩擦力は、平均ヘルツ応力と摩擦係数の積で表わすことができる。平均ヘルツ応力は、ローラ２４、回り止め部材１５およびスリーブ１６の材料定数とその寸法（直径）に依存すると共に、摩擦係数は、ローラ２４、回り止め部材１５およびスリーブ１６の材料および潤滑状態、あるいは、その表面粗さに依存する。

また、ローラ２４が回転し、かつその回転がスムーズであるための必要条件は、回り止め部材１５とローラ２４との間に生じる静摩擦が、ローラ２４と凹溝１６ａとの間の動摩擦により生ずる回転モーメントよりも小さくなる必要がある。具体的には、回り止め部材１５とローラ２４の間の静摩擦とローラ２４の内径ｄとの積が、ローラ２４と凹溝１６ａの間の動摩擦とローラ２４の外径Ｄとの積よりも小さくなるように設定する必要がある（図５参照）。

本実施形態では、このような条件に鑑みて最適な設計がなされている。すなわち、ローラ２４がスリーブ１６の凹溝１６ａ上を積極的に回転した上で、転がり抵抗が少なくなるように、回り止め部材１５とスリーブ１６およびローラ２４の表面粗さと材質による摩擦係数を考慮すると共に、ローラ２４の内外径とその形状およびローラ２４の接触部の形状と接触部材の材料によって定まるヘルツ応力がそれぞれ考慮されている。

また、基本的には、スリーブ１６に単一の凹溝１６ａを形成し、この凹溝１６ａに回り止め部材１５を係合するだけでも良いが、図４および図６に示すように、本実施形態では、凹溝１６ａ、１６ａは周方向に対向して配設され、ねじ軸１４の回り止め部材１５、１５がそれぞれ係合されている。これにより、ねじ軸１４が半径方向に振れるのを防止することができる。

また、図７に示すように、スリーブ２６の周方向２箇所に凹溝１６ａを配設し、これらの凹溝１６ａにねじ軸２７の回り止め部材１５をそれぞれ係合させることにより、各部材の寸法精度に依存する回転方向のガタを抑えることができる。さらには、図８に示すように、スリーブ２８の周方向に３箇所等配に凹溝１６ａを配設し、これらの凹溝１６ａにねじ軸２９の回り止め部材１５をそれぞれ係合させることにより、回転方向のガタを最小限に抑えることができる。

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、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動リニアアクチュエータに適用できる。

１電動リニアアクチュエータ
２ハウジング
２ａ第１のハウジング
２ｂ第２のハウジング
３電動モータ
３ａモータ軸
４入力歯車
５中間歯車
６出力歯車
７減速機構
８駆動軸
９ボールねじ機構
１０アクチュエータ本体
１１固定ボルト
１２、１３袋孔
１４、２７、２９ねじ軸
１４ａ、１８ａねじ溝
１５回り止め部材
１、２６、２８スリーブ
１６ａ凹溝
１７ボール
１８ナット
１８ｂ、１８ｃナットの外周面
１９キー
２０支持軸受
２０ａシールド板
２１肩部
２２ワッシャ
２３キャップ
２４ローラ
２５止め輪
５０電動リニアアクチュエータ
５１ハウジング
５１ａ空洞部
５１ｂシリンダ部
５１ｃ流体出口
５１ｄ段部
５１ｅ案内溝
５１ｆ案内溝の側面
５２ねじ軸
５２ａ雄ねじ溝
５２ｂ丸軸部
５２ｃフランジ部
５３軸受
５３ａ内輪
５３ｂ外輪
５４止め輪
５５間座
５６板ばね
５７ナット
５７ａ雌ねじ溝
５７ｂ平坦部
５７ｃチューブ
５８ボール
５９取り付け部材
５９ａ、５９ｂ取り付け部材の部品
６０ねじ
６１ピストン部材
６１ａ周溝
６２Ｏリング
ｄローラの内径
Ｄローラの外径
Δ 取り付け部材と案内溝の側面との間のすきま

Claims

ハウジングと、
このハウジングに取り付けられた電動モータと、
この電動モータの回転力をモータ軸を介して伝達する減速機構と、
この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、
このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動リニアアクチュエータにおいて、
前記ハウジングに形成された袋孔に円筒状のスリーブが嵌合固定され、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成されると共に、前記ねじ軸の端部に回り止め部材が設けられ、この回り止め部材にローラが回転自在に嵌挿されて前記凹溝に係合され、前記回り止め部材とローラとの間に生じる静摩擦が、前記ローラとスリーブの凹溝との間の動摩擦により生ずる回転モーメントよりも小さく設定され、前記スリーブの端部に弾性部材からなるキャップが装着され、このキャップが前記袋孔の底部に当接するまで前記スリーブが嵌合されていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
前記ローラが合成樹脂で形成され、外周面にクラウニングが施されている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
前記ローラの外表面の表面粗さがＲａ６．３以下に設定されている請求項１または２に記載の電動リニアアクチュエータ。
前記回り止め部材が針状ころ軸受に使用される針状ころで構成されている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
前記スリーブの周方向に前記凹溝が３箇所等配に配設され、これらの凹溝に前記回り止め部材がそれぞれ係合されている請求項１乃至４いずれかに記載の電動リニアアクチュエータ。