JP6176060B2

JP6176060B2 - 電動アクチュエータ

Info

Publication number: JP6176060B2
Application number: JP2013228869A
Authority: JP
Inventors: 中島正人; 浅田稔晃
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-11-04
Also published as: JP2015090153A

Description

本発明は、産業機械や、車両に用いられる電動アクチュエータに関し、特に、車両の無段変速装置の駆動装置に用いられ、電動モータの回転運動をボールねじ機構等の動力伝達機構を介して直線運動に変換させることにより、出力軸に所定の直線動作を行わせる電動アクチュエータに関する。

従来より、ボールねじ機構を用いた電動アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１）。また、電動アクチュエータの動作を制御するためにセンサを用いて電動アクチュエータの動作量を検出することが知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００９−７９７５９特表２００５−５０６５００

車両に搭載される電動アクチュエータは、組付け性や、車両への搭載性を向上させるため、ユニット化やコンパクト化が求められている。電動アクチュエータの動作量を検出するセンサについても車両への組付け時の調整を不要とするため、電動アクチュエータのハウジング内に電動モータやボールねじ機構と共に内蔵される。ボールねじ機構にはグリースが塗布されており、センサはボールねじ機構のねじ軸の軸方向位置を検出する為に、ボールねじ機構の近傍に配置される。また、車両に搭載して使用する場合、車両の走行時の加減速により生じる加速度や路面からの振動により、電動アクチュエータ内部のボールねじ機構に塗布されたグリースが車両の鉛直方向下方側に流動する。そのため、ボールねじ機構よりも鉛直方向下方にセンサが存在する場合、センサにグリースが付着、内部に侵入して動作不良を生じる虞がある。

そこで、本発明は、ボールねじ機構に近接したセンサにグリース等の潤滑剤及び潤滑剤の油分が飛散するのを防止する構成とした電動アクチュエータを提供することを課題としている。

上記課題を解決する為に、本発明は下記に示す電動アクチュエータを提供する。
（１）アクチュエータハウジングと、前記アクチュエータハウジングを覆うアクチュエータカバーと、前記アクチュエータハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータが発生した回転力を伝達する駆動ギヤ及び従動ギヤを介して前記電動モータの
回転力を入力する回転要素及び前記回転要素の回転量に応じて軸線方向に変位する軸線方向変位要素を含む駆動機構と、前記軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出するセンサを備える電動アクチュエータであって、
前記センサは、前記軸線方向変位要素の軸端部に直接当接して当該軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出し、且つ当該軸線方向変位要素の軸端部を覆う前記アクチュエータカバーに固定され、且つ、前記軸線方向変位要素よりも天側に配置されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
（２）前記センサは、前記軸線方向変位要素を軸方向に押圧する押圧手段を有することを特徴とする上記（１）に記載の電動アクチュエータ。
（３）前記駆動機構はボールねじ機構であり、前記回転要素はナットであり、前記軸線方向変位要素はねじ軸であることを特徴する上記（１），（２）に記載の電動アクチュエータ。

本発明によれば、電動アクチュエータは、ハウジング内に駆動機構の軸線方向変位要素の軸線方向変位量を検出するセンサを有し、そのセンサが前記軸線方向変位要素よりも天側に配置されていることにより、電動アクチュエータに用いるグリース等の潤滑剤がセンサに浸入することを防止することができる。

本発明の実施形態に係るベルト式無段変速装置の構成を模式的に示す側面断面図である。本発明の実施形態における電動アクチュエータの軸方向断面図である。（ａ），（ｂ）は軸線方向変位要素の軸方向位置が各ストローク端にある状態を示す。本発明の実施形態における電動アクチュエータの縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るベルト式無段変速装置の構成を模式的に示す図である。
まず、図1における無段変速装置１０の構成について説明する。
図１において、エンジン１３のクランク軸１４からの回転力が入力される駆動側プーリ軸２０１は、エンジンケース１２に対して、玉軸受２０２により回転自在に支持されている。

固定シーブ２０３は、図１で右側の端面が円錐面２０３ａとなっており、駆動側プーリ軸２０１に対して固定され、一体的に回転するようになっている。
可動シーブ２０７は、図１で左側の面が、固定シーブ２０３の円錐面２０３ａと鏡像形状の円錐面２０７ｂとなっており、両者は半径方向外側にゆくに従って軸線方向に沿って離間している。また、図１で可動シーブ２０７の右側に中央筒部２０７ａが形成されている。可動シーブ２０７は、駆動側プーリ軸２０１に対して、軸線方向に移動可能であるが、一体的に回転するようスプライン係合やキー連結等により支持されている。

中央筒部２０７ａの外周には、玉軸受２０８の内輪が圧入されている。玉軸受２０８の外輪は、軸受ホルダ２０９に嵌合している。軸受ホルダ２０９には、電動アクチュエータ１００のねじ軸（出力軸）１１１が、アーム部材３００を介して接続されている。固定シーブ２０３と可動シーブ２０７との間には、断面が台形状のＶベルト２１１が配設されている。
駆動側プーリ２００では、固定シーブ２０３の円錐面２０３ａと可動シーブ２０７の円錐面２０７ｂとの間がプーリ溝１６とされており、このプーリ溝１６には、駆動側プーリ２００及び後述する従動側プーリ２５０により長円状に張設されたＶベルト２１１が外周側から巻き掛けられている。

従動側プーリ２５０は、減速機３２を介して車軸３４に連結された従動側プーリ軸２５１、この従動側プーリ軸２５１の外周側にそれぞれ配置された固定シーブ２５３及び可動シーブ２５７並びに、可動シーブ２５７の軸線方向外側に取り付けられた遠心クラッチ機構２５２を備えている。可動シーブ２５７は、固定シーブ２５３に対して軸線方向に沿って基端側（図１では左側）に配置されており、従動側プーリ軸２５１と一体となって回転する。固定シーブ２５３は、その軸線方向内側の端面が駆動側プーリ２００の固定シーブ２０３の円錐面２０３ａと同一形状を有する円錐面２５３ａとされている。

可動シーブ２５７は、シーブ本体部２５５と、このシーブ本体２５５の内周面に同軸的に取り付けられた玉軸受２５４を備えている。玉軸受２５４は、その外輪がシーブ本体部２５５の内周面に固定されると共に、内輪が従動側プーリ軸２５１の一部に設けられたスプライン部（非図示）にスプライン結合されている。シーブ本体部２５５は、従動側プーリ軸２５１の外周側に軸線方向へスライド可能となる様に嵌挿されている。これにより、可動シーブ２５７は、従動側プーリ軸２５１に対して相対的に回動可能とされると共に、軸線方向に沿って移動可能とされている。

駆動側プーリ２００及び従動側プーリ２５０には、それぞれ可動シーブ２０７，２５７を軸線方向内側に押圧する力を発するカウンタスプリング１８及びアシストスプリング２０を有する。従動側プーリ２５０におけるシーブ本体部２５５には、軸線方向外側に略円筒状に形成された円筒部２５５ａが一体的に形成されており、この円筒部２５５ａの外周側には、玉軸受２５４を介して環状の座受リング２６４が配置されている。座受リング２６４は、玉軸受２５４により円筒部２５５ａ（シーブ本体部２５５）に対して相対的に回動可能とされており、シーブ本体部２５５が回転している時でも、回転停止が可能になっている。また遠心クラッチ機構２５２における外輪ディスク２５９は、その軸線方向内側の端面が座受面２５９ａとされている。

従動側プーリ２５０では、座受リング２６４と外輪ディスク２５９の座受面２５９ａとの間に推力スプリング２０が圧縮状態とされて配置されている。このとき、推力スプリング２０は、軸線方向一端側（図１では、左端側）の端面（座面）を座受面２５９ａに圧接させると共に、他端側の座面を座受リング２６４の端面に圧接させている。

駆動側プーリ２００では、座受リング２６６と内フランジ２０９ｃの座受面２０９ｄとの間にカウンタスプリング１８が圧縮状態とされて配置されている。このとき、カウンタスプリング１８は、軸線方向一端側（図１では、左端側）の端面（座面）を座受面２０９ｄに圧接させると共に、他端側の座面を座受リング２６６の端面に圧接させている。

次に、無段変速装置１０の動作について説明する。尚、ここでは説明を簡略化するために前進についてのみ説明し、後進については省略する。車両におけるＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）等の制御装置は、車速、エンジン回転数、アクセル開度等に基づいて、最適な変速比を選択する。選択した変速比に基づいて、電動アクチュエータ１００を駆動する。

電動アクチュエータ１００により駆動側プーリ２００の可動シーブ２０７を軸線方向内側に移動させると、可動シーブ２０７と固定シーブ２０３とが接近するため、プーリ溝１６の幅が狭くなるので、Ｖベルト２１１は、回転する円錐面２０３ａと円錐面２０７ｂとの間に狭持されながら、その半径方向外側へと移動する。すなわち、プーリ溝１６におけるＶベルト２１１に圧接する領域である巻掛領域が外周側へ変位し、この巻掛領域の外径が拡大する。

一方、従動側プーリ２５０では可動シーブ２５７が推力スプリング２０の推力に抗して軸線方向外側へ移動し、プーリ溝２６２の幅が拡大するので、Ｖベルト２１１は、回転する円錐面２５３ａと円錐面２５７ａの間に挟持されながら、その半径方向内側へと移動する。プーリ溝２６２における巻掛領域の外径が縮小することにより、入力軸である駆動側プーリ軸２０１の回転速度に対して、出力軸である従動側プーリ軸２５１の回転速度が低下し、減速を実現できる。制御装置は、電動アクチュエータ１００のセンサ（後述）からの信号に基づいて、所定位置までねじ軸（出力軸）１１１が変位したことを検知して、モータへの駆動制御を停止する。これにより、可動シーブ２０７の位置が固定されるので、Ｖベルト２１１のプーリ半径が固定され、定速状態になる。

次に、図２，図３を基に電動アクチュエータ１００について説明する。
図２，図３は、本発明の実施形態による電動アクチュエータを示す図である。
電動アクチュエータ１００は、金属製のアクチュエータハウジング１０１Ａと、アクチュエータハウジング１０１Ａ内に収納された駆動機構と、アクチュエータハウジング１０１Ａに取り付けられた電動モータ１０２とを備えている。この電動アクチュエータ１００は、アクチュエータハウジング１０１Ａが無段変速装置１０のハウジング（図１の３０）の外側にボルト等により着脱可能に取り付けられている。アクチュエータハウジング１０１Ａの開口端は、アクチュエータカバー１０１Ｂで覆われている。また、アクチュエータハウジング１０１Ａとアクチュエータカバー１０１Ｂとの当接面には外周部に沿って形成された環状溝内にシール部材１１７が挿入されている。なお、本実施形態では、駆動機構をボールねじ機構として説明する。

ボールねじ機構は、外周面に転動体の転動路を螺旋状に有するねじ軸１１１と、内周面の転動路を螺旋状に且つねじ軸転動路に対応して有するナット１０７と、ねじ軸１１１の転動路とナット１０７の転動路との間に転動自在に介装される複数のボール（非図示）と、を有している。
ねじ軸１１１の軸方向端部には、転動路が形成されていない丸軸部１１１ｂが形成されている。丸軸部１１１ｂは、シール部材１１６を介してアクチュエータハウジング１０１Ａの図２右方向の端部からその先端部分が突出している。また、シール部材１１６は、丸軸部１１１ｂの外周面部分を摺動可能にシールしている。

また、ねじ軸１１１のねじ溝部１１１ａ（図２の左側）にはねじ軸１１１の軸線方向の変位量を検出するセンサ１１８がアクチュエータカバー１０１Ｂに設けられている。センサ１１８は本実施例ではロータリポテンショメータであり、センサ１１８の回転軸にはセンサアーム１１８ａが固定される。図２の（ａ），（ｂ）に示すように、センサアーム１１８ａの先端部は、ねじ軸１１１のねじ溝部１１１ａ側端面に摺接しながら、ねじ軸１１１の軸方向移動に対してストロークの全域で追従する。その結果、センサ１１８の回転軸が回転される事によりセンサ１１８の出力信号に変化が生じ、その変化を制御装置（非図示）で検出することによりねじ軸１１１の軸方向位置をフィードバック制御する。

図２及び図３に示すように、センサ１１８は、電動アクチュエータ１０が車両に組み付けられた状態で、センサアーム１１８ａの回転中心がねじ溝部１１１ａ外径よりも鉛直方向上方（図２の上側）に位置するよう構成される。その為ねじ溝部１１１ａに塗布されているグリースがセンサ１１８の本体に流動するのを防止することが出来、これにより、電動アクチュエータ１００が車両に組みつけられた状態において、ねじ軸１１１に塗布されたグリースがセンサ１１８に達する可能性を減少させることが出来る。

なお、上記の実施形態において、前記回転要素及び軸線方向変位要素をボールねじ機構のナット及びねじ軸として説明したが、必ずしもボールねじ機構でなくとも良く、例えば、前記回転要素及び前記軸線方向変位要素は通常のナット及びボルトの組み合わせでも良い。また、センサ１１８は必ずしもロータリポテンショメータでなくても良く、軸線方向変位要素であるねじ軸１１１の軸線方向への変位を直接的に当接して検出するものであれば良い。

１０無段変速装置
１２エンジンケース
１３エンジン
１４クランク軸
１６プーリ溝
１８カウンタスプリング
２０アシストスプリング
３０無段変速装置のハウジング
１００電動アクチュエータ
１０１Ａアクチュエータハウジング
１０１Ｂアクチュエータカバー
１０２電動モータ
１０２ａ回転軸
１０３駆動ギヤ
１０６従動ギヤ
１０７ナット
１１１ねじ軸
１１１ａねじ溝部
１１１ｂ丸軸部
１１８センサ
１１８ａセンサアーム
２００駆動側プーリ
２０１駆動側プーリ軸
２０２玉軸受
２０３固定シーブ（第１の固定シーブ）
２０３ａ円錐面
２０７可動シーブ（第１の可動シーブ）
２０７ａ中央筒部
２０７ｂ円錐面
２０８玉軸受
２０９軸受ホルダ
２０９ａ円筒部
２０９ｂ外フランジ
２０９ｃ内フランジ
２０９ｄ座受面
２１１Ｖベルト
２５０従動側プーリ
２５１従動側プーリ軸
２５２遠心クラッチ機構
２５３固定シーブ
２５３ａ円錐面
２５４玉軸受
２５５シーブ本体部
２５５ａ円筒部
２５７可動シーブ（第２の可動シーブ）
２５７ａ円錐面
２５９ａ座受面
２６４座受リング
２６４ａ係合部
２６６座受リング
２６６ａ係合部
３００アーム部材

Claims

アクチュエータハウジングと、前記アクチュエータハウジングを覆うアクチュエータカバーと、前記アクチュエータハウジングに取り付けられた電動モータと、前記電動モータが発生した回転力を伝達する駆動ギヤ及び従動ギヤを介して前記電動モータの回転力を入力する回転要素及び前記回転要素の回転量に応じて軸線方向に変位する軸線方向変位要素を含む駆動機構と、前記軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出するセンサを備える電動アクチュエータであって、
前記センサは、前記軸線方向変位要素の軸端部に直接当接して当該軸線方向変位要素の軸線方向への変位量を検出し、且つ当該軸線方向変位要素の軸端部を覆う前記アクチュエータカバーに固定され、且つ、前記軸線方向変位要素よりも天側に配置されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
前記センサは、前記軸線方向変位要素を軸方向に押圧する押圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
前記駆動機構はボールねじ機構であり、前記回転要素はナットであり、前記軸線方向変位要素はねじ軸であることを特徴する請求項１又は請求項２に記載の電動アクチュエータ。