JP6214384B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、一般産業用の電動機、自動車や船舶輸送機械等の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動アクチュエータ、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。

ボールねじ機構を用いたアクチュエータとして、自動車等において、ドライバーの省力化、および車両制御性の向上を目的にトランスミッションの切替やクラッチ、ブレーキを電動モータで作動するシステムが開発されている。このような用途に用いられる電動アクチュエータには出力シャフトの軸方向位置決めのため、アクチュエータ内部に直動センサ、ないしは回転センサを設置して出力シャフトの軸方向位置を検出することがある。

例えば、船舶用の電動アクチュエータでは、外洋上で使用されることも考慮しなくてはならず、一般のアクチュエータとは異なった思想で開発することが望まれる。また、一般的なリニアアクチュエータにおいては、軸方向の変位検出がなされて制御されることが多いため、軸方向変位する部分にリミットスイッチを設けて使用される。また、アクチュエータの駆動源となる電動モータは、ハウジング外壁に露出した状態で組み付けられることが多い。

然しながら、リニアアクチュエータのストローク位置検出をリミットスイッチで行おうとすると、軸方向変位を２ポジションで検出することとなる。この場合、途中の位置は検出できないことから、何らかの理由によりアクチュエータが２ポジションの間で停止した場合、いずれの方向に移動させるべきか駆動回路が判断できないという問題がある。

こうした問題を解決した電動アクチュエータとして、図８に示すようなものが知られている。この電動アクチュエータ１００は、円筒状のハウジング１０１と、このハウジング１０１に取り付けられた電動モータ１０２と、この電動モータ１０２の回転力を伝達する複数のギヤからなる第１動力伝達機構と、測定軸１１３ａの回転角度を検出するポテンシオメータ１１３と、複数のギヤを備え、電動モータ１０２の回転力をポテンシオメータ１１３の測定軸１１３ａに伝達する第２動力伝達機構とを有している。

ハウジング１０１は、ハウジング本体１０１Ａと、その端面に組み付けられたカバー部材１０１Ｂと、モータブラケット１０１Ｃとからなる。ハウジング本体１０１Ａの内部には、モータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂとを有し、モータ室１０１ａ内には、モータ１０２が配置されている。電動モータ１０２は、板状のモータブラケット１０１Ｃに固定されている。モータブラケット１０１Ｃは、玉軸受１１４の外輪をハウジング本体１０１Ａとの間に挟み込み、かつハウジング本体１０１Ａのモータ室１０１ａとねじ軸室１０１ｂを塞ぐようにして取り付けられている。

電動モータ１０２の回転軸１０２ａは、モータブラケット１０１Ｃから突出しており、その端部には第１ギヤ１０３が圧入により相対回転不能に取り付けられている。モータブラケット１０１Ｃの袋孔に一端を圧入嵌合した長軸１０４の周囲には、第２ギヤ１０５が回転自在に配置され、第１ギヤ１０３および第３ギヤ１０６の大ギヤ部１０６ａに噛合している。

第３ギヤ１０６は、大ギヤ部１０６ａと小ギヤ部１０６ｂとを同軸に形成しており、さらにねじ軸１０７の端部に、セレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。第３ギヤ１０６の一部を覆うようにして、支持部材１０８がモータブラケット１０１Ｃに取り付けられている。ここで、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６が第１動力伝達機構を構成する。

第２ギヤ１０５に隣接して配置された第４ギヤ１０９が長軸１０４の周囲に回転自在に支持されている。第４ギヤ１０９は、第３ギヤ１０６の小ギヤ部１０６ｂに噛合した大ギヤ部１０９ａと小ギヤ部１０９ｂとが同軸に形成されている。

第４ギヤ１０９の小ギヤ部１０９ｂは、長軸１０４に平行して支持部材１０８に植設された短軸１１０に対して回転自在に支持された第５ギヤ１１１の大ギヤ部１１１ａに噛合している。第５ギヤ１１１は、大ギヤ部１１１ａと小ギヤ部１１１ｂとが同軸に形成されている。小ギヤ部１１１ｂは、第５ギヤ１１１に隣接して配置され長軸１０４の周囲に回転自在に支持された第６ギヤ１１２に噛合している。

センサとしてのポテンシオメータ１１３は、カバー部材１０１Ｂの孔に嵌合配置されている。ポテンシオメータ１１３の測定軸１１３ａは第６ギヤ１１２に連結され、一体的に回転するようになっている。片持ち状に延在している長軸１０４の先端は、第６ギヤ１１２と測定軸１１３ａとを介して、ポテンシオメータ１１３によって支持されている。ここで、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６、第４ギヤ１０９、第５ギヤ１１１、第６ギヤ１１２が第２動力伝達機構を構成する。

ねじ軸１０７は、ハウジング本体１０１Ａに対して、右端側を玉軸受１１４により回転自在に支持されている。ねじ軸１０７は円筒状のナット１１５を貫通し、左端側に雄ねじ溝１０７ａを形成している。ナット１１５の内周面には、雄ねじ溝１０７ａに対向して雌ねじ溝１１５ａが形成され、両ねじ溝１０７ａ、１１５ａによって形成される螺旋状の空間には、多数のボール１１６が転動自在に配置されている。ナット１１５は、ハウジング本体１０１Ａに対して回り止めが設けられ、ねじ軸室１０１ｂ内において、軸線方向に相対移動可能で、相対回転不能となっている。なお、軸線方向移動要素であるナット１１５と、回転要素であるねじ軸１０７と、転動体であるボール１１６とでボールねじ機構を構成し、このボールねじ機構と駆動軸１１７とで駆動機構を構成する。

ねじ軸１０７の左端は、丸軸状の駆動軸１１７に形成された袋孔１１７ａ内に侵入している。駆動軸１１７の右端は、ナット１１５に対して同軸に嵌合し、ピンで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体１０１Ａに対して、駆動軸１１７はブッシュ１１８により軸線方向に移動可能に支持されている。ハウジング本体１０１Ａから突出した駆動軸１１７の端部には、リンク部材（図示せず）に連結するための孔１１７ｂが形成されている。

回転軸１０２ａの回転力は、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６、第４ギヤ１０９、第５ギヤ１１１、第６ギヤ１１２を介してポテンシオメータ１１３の測定軸１１３ａに伝達される。測定軸１１３ａの回転に応じた信号は、ポテンシオメータ１１３から不図示の駆動回路に入力される。この信号に基づいてねじ軸１０７が所定の回転量だけ回転したと判断すれば、駆動回路は電動モータ１０２への電力供給を停止させる。これに対し、電動モータ１０２に逆極性の電力が供給された時は、回転軸１０２ａが逆方向に回転するので、上述とは逆の動作で、電動アクチュエータ１００の駆動軸１１７が引き込む方向に移動する。

このように、第２ギヤ１０５、第４ギヤ１０９、第６ギヤ１１２の中心が一致し、同じ長軸１０４の周囲に回転自在に配置されているので、高いギヤ比の減速比を得るために５段のギヤ列を用いながら、コンパクトな構成とすることができる。この様に複数のギヤが内蔵される電動アクチュエータ１００内にあって３枚のギヤが同一の回転中心軸を持つことは、中心軸の数が減じられること、中心軸を支えるハウジング類の支え穴が減じられるため、加工工数が減ること、軸の部品点数が削減できる等、多くのメリットを持つ。

また、リミットスイッチ等による変位位置検出の代わりに、ねじ軸１０７の回転変位をポテンショメータ１１３で検出するため、任意の位置制御が可能となる。ねじ軸１０７の回転を直接検出するに当り、ねじ軸１０７は多回転であるため、第２動力伝達機構のギヤ列を介して減速した回転変位をポテンショメータ１１３で検出する。一方、電動モータ１０２から出力される回転運動はギヤ列を介して減速されてねじ軸１０７へ伝達される。この２系統のギヤ列の一部に共通の回転中心軸を設けることで、コンパクトなレイアウトが可能となり、コスト的にも大きな貢献がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２２８５５７号公報

こうした従来の電動アクチュエータ１００では、ポテンシオメータ１１３は、一般的に８０°〜１７０°の範囲で有効検出角度を設定することができ、高精度なセンサではあるが、ねじ軸１０７とポテンシオメータ１１３間に係る多段のギヤ（平歯車）を持つ電動アクチュエータ１００が大減速を得るには、小ギヤと大ギヤの歯数差を大きくする必要がある。これでは、ギヤが多段になって部品点数が増えるだけでなく、各ギヤを収容する電動アクチュエータ１００のサイズが大きくなってしまう。

また、駆動軸１１７の直線運動を位置検出する機構でありながら、ねじ軸１０７の回転量から平歯車の減速を介してポテンシオメータ１１３の検出角に変換するため、駆動軸１１７とポテンシオメータ１１３は間接的な関係となり、ねじ軸１０７とポテンシオメータ１１３間に介在する部品点数が多いほど、位置検出精度を低下させる要因となるだけでなく、ねじ軸１０７の回転よりも減速された回転角を測定することになるため、分解能が低下し、また、それを補うために高分解能なセンサが必要となる。さらに、角度検出用にアクチュエータの駆動には必要のない３枚のギヤを配置しているため、コストや組立性の面で課題があった。

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、高分解能な位置検出が可能で、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高め、低コストで信頼性を向上させた電動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、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり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て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、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、前記歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ１が、前記歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、ｎを歯車の歯数以下の整数とした時、ｎβ＜Ｘ１＜α＋ｎβ（ｎ＝１、２、３・・・）の関係を満たしている。

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、減速機構に連結され、ハウジングに装着された転がり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て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、減速機構が、モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ１が、歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、ｎを歯車の歯数以下の整数とした時、ｎβ＜Ｘ１＜α＋ｎβ（ｎ＝１、２、３・・・）の関係を満たしているので、歯車のパルス出力を計測することによって駆動軸の高分解能な位置検出が可能で、歯車の回転方向を同時に検出することができ、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高めた電動アクチュエータを提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記複数の近接センサのうちさらに一つの近接センサが前記歯車間に配置され、この近接センサと前記一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ２が、Ｘ２≠Ｘ１≠βの関係を満たしていれば、検出出力の分解能が略２倍に向上する。

また、請求項３に記載の発明のように、前記近接センサが前記入力歯車に配置されていれば、減速される歯数が少ない側の歯車となり、駆動軸の軸方向の位置を高分解能で検出することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記駆動軸を摺動可能に支持するブッシュが前記ハウジングに装着され、当該ブッシュが端部にスリットを有する有端リングからなっていれば、ハウジングとの材質の違いに起因する線膨張係数の差異によって生ずる摺動すきまの変化を許容することができ、低温または高温領域において、駆動軸が摺動する際、ブッシュと駆動軸との間の摩擦力が増大し、駆動軸のスムーズな動きを阻害することなく、また、電動モータへの負荷が増えるのを防止することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ブッシュが低温または高温領域において、スリットの幅が０以上に、かつ嵌合シメシロが０以上になるように設定されていれば、低温使用温度域内においては、線膨張係数の大きいハウジングがブッシュ以上に収縮しても、ブッシュのスリットがすきまを有すると共に、高温使用温度域内においては、線膨張係数の大きいハウジングがブッシュ以上に膨張しても、ハウジングとブッシュとの嵌合シメシロが残る。

また、請求項６に記載の発明のように、前記ブッシュが軸線に対して傾斜したスリットを有していれば、ブッシュにラジアル荷重が負荷されても、スリット部に軸方向のいずれかの部分で受けることができる。

本発明に係る電動アクチュエータは、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、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり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て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、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、前記歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ１が、前記歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、ｎを歯車の歯数以下の整数とした時、ｎβ＜Ｘ１＜α＋ｎβ（ｎ＝１、２、３・・・）の関係を満たしているので、歯車のパルス出力を計測することによって駆動軸の高分解能な位置検出が可能で、歯車の回転方向を同時に検出することができ、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高めた電動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のセンサの配置箇所を示す一部を破断したＩＩＩ矢視図である。 図３の要部拡大図である。 センサの出力のパルス波形を示すグラフである。 （ａ）は、図１のブッシュを示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。 （ａ）は、図６のブッシュの変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。 従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。

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、前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり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て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、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、前記入力歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ１が、前記入力歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、ｎを歯車の歯数以下の整数とした時、ｎβ＜Ｘ１＜α＋ｎβ（ｎ＝１、２、３・・・）の関係を満たしている。

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のセンサの配置箇所を示す一部を破断したＩＩＩ矢視図、図４は、図３の要部拡大図、図５は、センサの出力のパルス波形を示すグラフ、図６（ａ）は、図１のブッシュを示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図、図７（ａ）は、図６のブッシュの変形例を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。

この電動アクチュエータ１は、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の回転力を、モータ軸３ａを介して伝達する一対の平歯車４、５からなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータ３の回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構８、そして、平歯車４の端面側に配置した近接センサ９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ダイキャストによって形成され、第１のハウジング２ａと、その端面に組み付けられた第２のハウジング２ｂとからなる。第１のハウジング２ａの内部には電動モータ３が配置されている。電動モータ３のモータ軸３ａには入力歯車となる小平歯車４が相対回転不能に取り付けられている。また、出力歯車となる大平歯車５は、後述するボールねじ機構８を構成するナット１６の外径に相対回転不能に取り付けられ、小平歯車４に噛合している。

ナット１６の外径には転がり軸受１４が装着されている。この転がり軸受１４は深溝玉軸受からなり、その外輪は、第１のハウジング２ａと軸受ブラケット１０とで挟持された状態で取り付けられている。

駆動軸７は、ボールねじ機構８を構成するねじ軸１５と一体に構成され、駆動軸７の図中左端部に、リンク部材（図示せず）に連結するための円孔７ａが形成されると共に、第１のハウジング２ａに駆動軸７を収容する円筒状の貫通孔２ｃが形成され、第２のハウジング２ｂに袋孔２ｄが形成されている。駆動軸７の外周は、第１のハウジング２ａに対してブッシュ１１により摺動可能に支持されている。このブッシュ１１は、第１のハウジング２ａの貫通孔２ｃの開口側に圧入された鍔付きのカラー１２に内嵌されている。また、カラー１２は止め輪１３によって位置決め固定され、カラー１２の鍔によって駆動軸７と第１のハウジング２ａとの間がラビリンスシールとして密封され、外部から塵埃等が侵入するのを防止している。

ボールねじ機構８は、図２に拡大して示すように、外周に螺旋状のねじ溝１５ａが形成されたねじ軸１５と、このねじ軸１５のねじ溝１５ａに対向し、内周に螺旋状のねじ溝１６ａが形成されたナット１６と、両ねじ溝１５ａ、１６ａによって形成される螺旋状の空間に転動自在に収容された多数のボール１７とで構成されている。ナット１６は、その外周に前述した大平歯車５がキー１９を介して圧入固定されると共に、第１のハウジング２ａと軸受ブラケット１０に嵌合された転がり軸受１４が止め輪１８を介して位置決め固定され、軸方向に相対移動不可で、相対回転可能となっている。

各ねじ溝１５ａ、１６ａ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１６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１５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。

ここで、図３に示すように、減速機構６を構成する小平歯車４の端面側に近接センサ９が配設されている。本実施形態では、近接センサ９は、３つのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃからなり、図４に拡大して示すように、小平歯車４の歯４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、・・・に対向して配設されている。ここで、センサの配置について説明すると、センサ９ａとセンサ９ｂは、ある程度の幅を持たせて配置されている。具体的には、センサ９ａの照射点Ｐａが歯車を軸方向から見て小平歯車４の歯４ａに照射される範囲、つまり歯車の歯厚αにセンサ９ａを配置するとすれば、センサ９ａの照射点Ｐａとセンサ９ｂの照射点Ｐｂを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ１は、ｎβ＜Ｘ１＜α＋ｎβ（ｎ＝１、２、３・・・）の関係を満たすようにセンサ９ｂを配置している。ここで、αは歯車の歯厚、βは歯車のピッチ、ｎは歯車の歯数以下の整数である。なお、図４においては、ｎ＝２の場合の配置を示している。

また、３つのセンサ９ａ、９ｂ、９ｃの各照射点Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが小平歯車４のピッチ円上に配設されていることにより、小平歯車４の回転角を精度良く検出することができる。

近接センサ９は、リミットスイッチやマイクロスイッチ等の機械的スイッチに代わるもので、非接触で検出物体が近付いたことを検出するセンサであり、動作の違いにより、レーザ式をはじめ電磁誘導を利用した高周波発振型、磁石を用いた磁気型、静電容量の変化を利用した静電容量型等があるが、本実施形態では、近接センサ９としてレーザ式変位センサが使用されている。このレーザ式変位センサは、三角測量を応用した方式で、発光素子と受光素子の組み合わせで構成され、発光素子には、半導体レーザが用いられている。半導体レーザの光は投光レンズを通し集光され、検出物体（ここでは、小平歯車４）に照射される。そして、検出物体から拡散反射された光線の一部は受光レンズを通して受光素子上にスポットを結ぶ。具体的には、小平歯車４にレーザ光を照射し、小平歯車４のパルス出力を測定する。ここでは、小平歯車４にレーザ光が当たると「１」、当たらないと「０」を出力する。

なお、これ以外にも、例えば、磁石を用いた磁気型や静電容量を利用した静電容量型あるいは電磁誘導を利用した高周波発振型の近接センサであっても良い。この高周波発振型は、検出コイルより高周波磁界が発生し、この磁界に磁性体からなる検出物体が近付くと電磁誘導より、検出物体に誘導電流（渦電流）が流れ、この電流によって、検出コイルのインピーダンスが変化、発振が停止することで検出されるというものである。

次に、図１および図４、５を用いて、本発明に係る電動アクチュエータの作動および近接センサ９の作動について詳細に説明する。まず、電動アクチュエータ１に関しては、図１に示すように、電動モータ３が駆動されると、その回転は減速機構６を介してボールねじ機構８のナット１６に減速して伝達され、ねじ軸１５が軸方向に直線運動をする。そして、このねじ軸１５と同軸上に一体に形成された駆動軸７の直線運動に連動される。

また、近接センサ９に関しては、図４に示すように、小平歯車４の端面にセンサ９ａを１個配置した場合に比べ、センサ９ｃを歯４ｅと隣り合う歯４ｆの間に配置することで、分解能が略２倍に向上する。ここでは、センサ９ｃを歯４ｅと歯４ｆの略中央に配置する例を示したが、これに限られない。センサ９ｃの配置としては、センサ９ａとセンサ９ｂに重複しない位置であれば良い。つまりセンサ９ａのセンサ９ｃを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ２が、Ｘ２≠Ｘ１≠βの関係を満たせば良い。このように、駆動軸７の直動範囲の任意の位置で、２つのセンサ９ａ、９ｃからなる近接センサ９で回転角を計測することによって駆動軸７の高分解能な位置検出が可能で、多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高めた電動アクチュエータ１を提供することができる。

さらに、センサ９ａの照射点Ｐａとセンサ９ｂの照射点Ｐｂの距離Ｘ１が、ｎβ＜Ｘ１＜α＋ｎβ（ｎ＝１、２、３・・・）の関係を満たすようにセンサ９ｂを配置することにより、小平歯車４の回転方向、すなわち、駆動軸７の進行方向を同時に検出することができる。具体例として、図４に、センサ９ａの照射点Ｐａが歯車を軸方向から見て小平歯車４の歯４ａの中央部に位置する際に、センサ９ｂの照射点Ｐｂが歯４ｃの端部（歯車を軸方向から見た際の歯面側におけるエッジ部）になるようにセンサ９ｂを配置した例を示す。図５は、図４のようにＣＷ方向に回転させた際のパルス波形を示したものであり、図５のグラフの左→右に時間が変化する様子を示している。ここで、センサ９ａとセンサ９ｂの波形が０→１になる時間に着目して、図４のようにＣＷ方向（グラフの左→右に動いている）の場合、センサ９ａとセンサ９ｂの波形が０→１になる箇所を読むと、センサ９ａ→センサ９ｂ→センサ９ａ→センサ９ｂ・・・の順番に出力する。

一方、ＣＣＷ方向の場合には、得られるパルス波形は、ＣＷ方向と時間の流れが逆になるため、図５におけるグラフの時間を、右→左に見れば良い。この状態で、センサ９ａとセンサ９ｂの波形が０→１になる箇所を読むと、センサ９ｂ→センサ９ａ→センサ９ｂ→センサ９ａ・・・の順番に出力する。したがって、センサ９ｂを配置することにより、小平歯車４がどちらの方向に回転しているかを読み取ることができる。なお、駆動軸７の軸方向の位置を高分解能で検出するためには、本実施形態のように、減速される側（歯数が少ない側、ここでは小平歯車４）に近接センサ９を配置するのが好ましい。また、ここでいうＣＷとは、出力軸側から見て時計方向（正回転）、ＣＣＷとは、出力軸側から見て反時計方向（逆回転）のことをいう。

次に、低コストで信頼性を向上させた電動アクチュエータの例として、図６にブッシュ１１を示す。このブッシュ１１は、前述したように、第１のハウジング２ａの貫通孔２ｃの開口側に圧入された鍔付きのカラー１２に内嵌され、駆動軸７を摺動可能に支持している。このブッシュ１１は、摩擦係数の小さいＬＢＣ３等の銅合金で形成され、軸線に沿って平行なスリット１１ａを有する有端リングからなる。このスリット１１ａは、第１のハウジング２ａとの材質の違いに起因する線膨張係数の差異によって変化する駆動軸７との摺動すきまを許容している。すなわち、アルミ合金からなる第１のハウジング２ａと銅合金からなるブッシュ１１とでは、線膨張係数で３０〜４０％の違いがあり、例えば、低温使用温度域内においては、線膨張係数の大きい第１のハウジング２ａがブッシュ１１以上に収縮するが、こうした状況においても、ブッシュ１１のスリット１１ａがすきまを有する（０以上になる）ように設定されている。一方、高温使用温度域内においては、線膨張係数の大きい第１のハウジング２ａがブッシュ１１以上に膨張しても、第１のハウジング２ａとブッシュ１１との嵌合シメシロが残る（０以上になる）ように設定されている。

このように、本実施形態では、ブッシュ１１が有端リングで構成され、低温または高温領域において、スリット１１ａの幅が０以上に、かつ嵌合シメシロが０以上になるように設定されているので、駆動軸７が摺動する際、ブッシュ１１と駆動軸７との間の摩擦力が増大し、駆動軸７のスムーズな動きを阻害することなく、また、電動モータ３への負荷が増えるのを防止することができる。したがって、駆動軸７のスムーズな動きが可能となるため、歯車を安定して回転することができ、アクチュエータの信頼性が向上する。このように、本実施の形態の電動アクチュエータにおいては、高分解能な位置検出が可能で、かつ多段のギヤを使用することなく位置検出精度を高め、低コストで信頼性を向上させることができる。

図７に示すブッシュ２０は、前述したブッシュ１１の変形例である。このブッシュ２０はＬＢＣ３等の銅合金で形成され、軸線に対して傾斜したスリット２０ａを有する有端リングからなる。この傾斜したスリット２０ａにより、ブッシュ２０にラジアル荷重（図中矢印にて示す）がスリット２０ａ部に負荷されても、軸方向のいずれかの部分で受けることができる。

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アクチュエータに適用できる。

１ 電動アクチュエータ
２ ハウジング
２ａ 第１のハウジング
２ｂ 第２のハウジング
２ｃ 貫通孔
２ｄ 袋孔
３ 電動モータ
３ａ モータ軸
４ 小平歯車
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ 小平歯車の歯
５ 大平歯車
６ 減速機構
７ 駆動軸
７ａ 円孔
８ ボールねじ機構
９ 近接センサ
９ａ、９ｂ、９ｃ センサ
１０ 軸受ブラケット
１１、２０ ブッシュ
１１ａ、２０ａ スリット
１２ カラー
１３ 止め輪
１４ 転がり軸受
１５ ねじ軸
１５ａ、１６ａ ねじ溝
１６ ナット
１７ ボール
１８ 止め輪
１９ キー
１００ 電動アクチュエータ
１０１ ハウジング
１０１Ａ ハウジング本体
１０１Ｂ カバー部材
１０１Ｃ 電動モータブラケット
１０１ａ モータ室
１０１ｂ ねじ軸室
１０２ 電動モータ
１０２ａ 回転軸
１０３ 第１ギヤ
１０４ 長軸
１０５ 第２ギヤ
１０６ 第３ギヤ
１０６ａ 大ギヤ部
１０６ｂ 小ギヤ部
１０７ ねじ軸
１０７ａ 雄ねじ溝
１０８ 支持部材
１０９ 第４ギヤ
１０９ａ 大ギヤ部
１０９ｂ 小ギヤ部
１１０ 短軸
１１１ 第５ギヤ
１１１ａ 大ギヤ部
１１１ｂ 小ギヤ部
１１２ 第６ギヤ
１１３ ポテンシオメータ
１１３ａ 測定軸
１１４ 玉軸受
１１５ ナット
１１５ａ 雌ねじ溝
１１６ ボール
１１７ 駆動軸
１１７ａ 袋孔
１１７ｂ 孔
１１８ ブッシュ
ｎ 歯車の歯数
Ｐ ピッチ円
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ センサの照射点
Ｘ１、Ｘ２ 近接センサの照射点の距離
α 歯車の歯厚
β 歯車のピッチ

Claims (6)

1. 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、
   前記ボールねじ機構が、前記減速機構に連結され、前記ハウジングに装着された転がり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て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、前記減速機構が、前記モータ軸に外嵌固定された入力歯車と、この入力歯車に噛合され、前記ナットの外径に固定された出力歯車を備えた電動アクチュエータにおいて、
   前記歯車のうちどちらか一方の歯車のピッチ円上に複数の近接センサが配設され、これら近接センサのうち一つの近接センサと他の一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ１が、前記歯車の歯厚をα、ピッチをβ、そして、ｎを歯車の歯数以下の整数とした時、ｎβ＜Ｘ１＜α＋ｎβ（ｎ＝１、２、３・・・）の関係を満たしていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記複数の近接センサのうちさらに一つの近接センサが前記歯車間に配置され、この近接センサと前記一つの近接センサを結ぶピッチ円上の円弧の長さＸ２が、Ｘ２≠Ｘ１≠βの関係を満たしている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記近接センサが前記入力歯車に配置されている請求項１または２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記駆動軸を摺動可能に支持するブッシュが前記ハウジングに装着され、当該ブッシュが端部にスリットを有する有端リングからなっている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記ブッシュが低温または高温領域において、スリットの幅が０以上に、かつ嵌合シメシロが０以上になるように設定されている請求項４に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記ブッシュが軸線に対して傾斜したスリットを有している請求項４または５に記載の電動アクチュエータ。

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