JP6621687B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電動アクチュエータに関する。

近年、自動車においては、その省力化や低燃費化のために電動化が進展し、例えば、自動変速機、ブレーキおよびステアリング等の操作を電動機（モータ）の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このようなシステムに使用される電動アクチュエータとして、モータの回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構に、ボールねじ軸と、複数のボールを介してボールねじ軸の外周に回転自在に嵌合されたボールねじナットとを有するボールねじ装置を採用したものがある（例えば、特許文献１）。

運動変換機構にボールねじ装置を採用した電動アクチュエータは、ボールねじ軸又はボールねじナットの何れか一方（例えばボールねじナット）がモータの回転運動を受けて軸線回りに回転するのに伴って他方（ボールねじ軸）が軸方向に直線運動することにより、操作対象を軸方向に操作する。上記態様でボールねじ軸が軸方向に直線運動するには、ボールねじナットの回転時に、ボールねじ軸がボールねじナットと共回りするのを防止する必要がある。

この点につき、特許文献１の電動アクチュエータにおいては、直線運動するボールねじ軸の外周に円筒状の回り止め部材をスプライン嵌合すると共に、ボールねじ軸のスプライン端部に加締め部を形成することにより、ボールねじ軸と回り止め部材とを相対移動不能に結合し、かつ、回り止め部材に設けられた案内突起をケーシングに設けた軸方向の案内溝に嵌合するようにしている。案内溝は、ケーシングの内周に固定したガイド部材の対向二面で形成される。

特開２０１５−１８０８４２号公報

しかしながら、特許文献１の回り止め構造を実現するには、ボールねじ軸と回り止め部材とを相対移動不能に結合するために多くの加工が必要であることに加え、ケーシングとは別のガイド部材が必要であることから、高コスト化やアクチュエータの重量化が問題となる。

また、ボールねじ軸が軸方向に直線運動する際には、回り止め部材の案内突起がケーシング（ガイド部材）に対してすべり接触（摺動接触）することから、摺動面の摩擦・摩耗に起因した耐久寿命の低下、およびボールねじ軸の動作精度の低下が生じ易いという問題もある。

さらに、ボールねじナットは、ボールねじ軸に対して極めて滑らかに相対回転可能であることから、例えば、取り扱い時にボールねじ軸が水平方向に対して僅かに傾いただけでも、ボールねじナットがその自重によって滑らかに回転してボールねじ軸に対する軸方向の相対位置が（大きく）変化し、最悪の場合、ボールねじナットがボールねじ軸から脱落する（ボールねじ装置が分解する）おそれがある。特許文献１のボールねじ装置、およびこれを備える運動変換機構は、これを単体で取り扱う際のボールねじナットの位置ずれ（脱落）防止対策が採られていないため、アクチュエータの組立性が悪いという問題もある。

以上の実情に鑑み、本発明の課題は、軽量・コンパクトで、耐久寿命および動作精度に優れ、さらに組立性も良好な電動アクチュエータを実現することにある。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、電力の供給を受けて駆動するモータ部と、モータ部の回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構部と、モータ部および運動変換機構部を収容した筐体とを備え、運動変換機構部が、ボールねじ軸と、複数のボールを介してボールねじ軸の外周に回転自在に嵌合され、モータ部のロータとトルク伝達可能に設けられたボールねじナットとを有し、ボールねじナットの回転に伴ってボールねじ軸が軸方向に直線運動する電動アクチュエータにおいて、ボールねじ軸に、径方向に延びる支軸回りに回転可能な回転体が取り付けられ、この回転体は、ボールねじナットと軸方向で係合可能にボールねじナットよりも軸方向一方側で筐体の内周面に設けた軸方向溝に嵌合されており、ボールねじ軸とボールねじナットとの間に、ボールねじナットの軸方向他方側への移動を規制する規制手段が設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、軸方向に直線運動（進退移動）するボールねじ軸の回り止め構造を、スプライン加工や加締め加工等のコストの嵩む加工を要することなく、しかも必要最低限の構成部材で実現することができる。また、ボールねじ軸が軸方向に進退移動する際には、回転体が筐体に設けた軸方向溝と転がり接触しながら軸方向に案内され、ボールねじ軸が軸方向に直線運動する際の摩擦（摩耗）および抵抗が抑制されるため、耐久寿命の低下やボールねじ軸の動作精度の低下を可及的に防止することができる。

さらに、ボールねじ軸に取り付けられた回転体がボールねじ軸の軸方向一方側にボールねじナットと軸方向で係合可能に配置されていること、および、ボールねじ軸とボールねじナットとの間にボールねじナットの軸方向他方側への移動を規制する規制手段が設けられていること、により、ボールねじ装置に上記の回転体や規制手段が組み付けられたアセンブリの状態では、ボールねじ軸に対するボールねじナットの軸方向の相対位置が（大きく）変化する可能性を効果的に低減することができる。このため、ボールねじ装置を含む運動変換機構部の取り扱い性を向上することができ、電動アクチュエータの組立性が向上する。

上記の規制手段は、軸方向に圧縮された状態でボールねじナットとボールねじ軸との間に配設された弾性体（例えば、圧縮コイルばね）を含むものとすることができる。

また、上記の規制手段は、ボールねじナットの軸方向他方側に隣接配置されたスラスト軸受を含むものとすることもできる。このようなスラスト軸受を設けておけば、ボールねじ軸が前進するのに伴ってボールねじナットに作用する反力（スラスト荷重）をスラスト軸受で直接的に支持することができる。そのため、ボールねじナットにスラスト荷重が負荷された状態においても、ボールねじナットを低トルクで回転させることが可能となり、小型のモータを採用することができる。これにより、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れた電動アクチュエータを実現することができる。

上記構成を実現するための具体的な構成として、ボールねじ軸の軸方向他方側の端部にフランジ部を設け、このフランジ部とボールねじナットの軸方向他方側の端面との間に規制手段を配設する構成を挙げることができる。このようにすれば、ボールねじナットがボールねじ軸から脱落するのを効果的に防止することができる。この場合、ボールねじ軸を軸方向に延びた中空部を有する中空状に形成し、軸方向他方側の端部に上記フランジ部を有する内方部材を中空部に収容すると共に、上記支軸によりボールねじ軸と内方部材とを連結するようにしても良い。

上記構成において、モータ部のロータを支持する転がり軸受を軸方向に離間した二箇所に配置し、スラスト軸受を、２つの転がり軸受の間の軸方向範囲内に配置することができる。このようにすれば、モーメント荷重がボールねじ軸等に作用するのを効果的に抑制することができ、スラスト軸受をコンパクト化することができる。なお、スラスト軸受として針状ころ軸受を採用すれば、軸方向にコンパクトでありながら、大きなスラスト荷重を支持することができる。

以上の構成において、運動変換機構部には、ロータの回転を減速してボールねじナットに伝達する減速機を設けることができる。この場合、減速機としては、遊星歯車減速機を採用することができる。減速機を設けることで小型のモータを採用することができるので、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れた電動アクチュエータを実現することができる。減速機としては、遊星歯車減速機を採用することができる。遊星歯車減速機であれば、例えば、ギヤ諸元を変更したり、遊星ギヤの設置段数を変更したりすることで減速比を容易に調整することができ、しかも遊星ギヤを多段に設置しても減速機、ひいては電動アクチュエータの大型化を回避することができる、という利点がある。

上記構成の電動アクチュエータを駆動させるには、モータ部に駆動電力を供給するための給電回路が必要である。この点につき、筐体を軸方向に結合された複数部材で構成し、モータ部に電力を供給するための給電回路を保持したターミナル部を筐体の構成部材により軸方向両側から挟持すれば、電動アクチュエータの組立性を向上することができる。

ターミナル部は、その外周部に、給電回路に接続されるリード線を筐体の外径側に引き出すための開口部を有するものとすることができる。このようにすれば、例えば、それぞれがボールねじ軸を有する複数の電動アクチュエータを直列に接続し、かつ各ボールねじ軸を個別に直線運動させることができる電動アクチュエータを容易に実現することができる。このような電動アクチュエータは、操作対象が２以上ある使用機器、例えば、自動変速機の一種であるＤＣＴに搭載することができ、電動アクチュエータを含めた機器全体の軽量・コンパクト化に貢献できる。

以上で説明した本発明は、例えば、ボールねじ軸がモータ部のロータと同軸配置された電動アクチュエータに好ましく適用することができる。

以上より、本発明によれば、軽量・コンパクトで、耐久寿命および動作精度に優れ、さらに組立性も良好な電動アクチュエータを実現することができる。

本発明の一実施形態に電動アクチュエータの縦断面図である。 図１のＥ−Ｅ線矢視断面図である。 モータのロータと運動変換機構部とを組み付けてなるサブアセンブリの縦断面図である。 図３に示すサブアセンブリの概略斜視図である。 図１のＦ−Ｆ線矢視断面図である。 ケーシングにリングギヤを組み込んだ状態を示す縦断面図である。 モータのステータとターミナル部とを組み付けてなるサブアセンブリの縦断面図である。 図１のＧ−Ｇ線矢視断面図である。 図１のＨ−Ｈ線矢視断面図である。 図１に示す電動アクチュエータの左側面図である。 図１０のＩ−Ｉ線矢視断面図である。 図１の電動アクチュエータの制御系統を示す概略ブロック図である。 他の実施形態に係る電動アクチュエータの制御系統を示すブロック図である。

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に、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図を示し、図２に、図１のＥ−Ｅ線矢視断面図を示し、図３に、モータのロータと運動変換機構部とを組み付けてなるサブアセンブリの縦断面図を示し、図４に、図３に示すサブアセンブリの概略斜視図を示す。なお、図１および図２は、電動アクチュエータの出力部材を構成するボールねじ装置のボールねじ軸が原点に位置した状態を示している。本実施形態における「原点に位置した状態」とは、後述する弾性体としての圧縮コイルばね４８のばね力（弾性復元力）により、ボールねじ軸３３（に連結された内方部材としてのばね取付カラー３６）の端面が、これに対向するカバー２９の端面と機械的に当接する位置にある状態のことである。図１および図２に示すように、電動アクチュエータ１は、電力の供給を受けて駆動されるモータ部Ａと、モータ部Ａの回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構部Ｂと、図示外の操作対象を操作する操作部Ｃと、ターミナル部Ｄとを備え、これらは筐体２に収容・保持されている。

筐体２は、同軸配置された状態で軸方向に結合された複数部材からなる。本実施形態の筐体２は、軸方向一方側（図１および図２においては紙面右側。以下同様。）の端部および軸方向他方側（図１および図２においては紙面左側。以下同様。）の端部が開口した筒状のケーシング２０と、ケーシング２０の軸方向他方側の端部開口を閉塞するカバー２９と、ケーシング２０とカバー２９の間に配置され、ターミナル部Ｄを構成するターミナル本体５０との結合体からなる。カバー２９およびターミナル本体５０は、図１０，１１に示す組立用ボルト６１によりケーシング２０に対して取り付け固定されている。

モータ部Ａは、ケーシング２０に固定されたステータ２３と、径方向隙間を介してステータ２３の内周に対向配置されたロータ２４とを備えたラジアルギャップ型のモータ（詳細には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する三相ブラシレスモータ）２５で構成されている。ステータ２３は、ステータコア２３ａに装着された絶縁用のボビン２３ｂと、ボビン２３ｂに巻き回されたコイル２３ｃとを備える。ロータ２４は、ロータコア２４ａと、ロータコア２４ａの外周に取り付けられたロータマグネットとしての永久磁石２４ｂと、中空軸状に形成され、ロータコア２４ａを外周に装着したロータインナ２６とを備える。

図３に示すように、ロータコア２４ａは、ロータインナ２６の軸方向一方側の肩部２６ａにサイドプレート６５をセットした後、ロータインナ２６の外周面２６ｂに嵌合される。永久磁石２４ｂ（図２参照）は、ロータコア２４ａの外周に嵌合された後、ロータインナ２６のうち、ロータコア２４ａの軸方向他方側の端部の軸方向外側に取り付けられたサイドプレート６５、およびその軸方向外側に取り付けられたサークリップ６６により位置決め固定されている。

図１〜図３に示すように、ロータインナ２６の軸方向一方側の端部外周には転がり軸受２７の内側軌道面２７ａが形成され、転がり軸受２７の外輪２７ｂはケーシング２０の内周面に固定された軸受ホルダ２８の内周面に装着されている。また、ロータインナ２６の軸方向他方側の端部内周面と、カバー２９の円筒部２９ａの外周面との間に転がり軸受３０が装着されている。このような構成により、ロータインナ２６は、転がり軸受２７，３０を介して筐体２に対して回転自在に支持されている。

図１〜図３に示すように、本実施形態の運動変換機構部Ｂは、ボールねじ装置３１と、減速機としての遊星歯車減速機１０とを備える。

ボールねじ装置３１は、モータ部Ａのロータ２４（ロータインナ２６）と同軸に配置され、電動アクチュエータ１の出力部材を構成するボールねじ軸３３と、複数のボール３４を介してボールねじ軸３３の外周に回転自在に嵌合され、ロータインナ２６とトルク伝達可能にロータインナ２６の内周に配置されたボールねじナット３２と、循環部材としてのこま３５とを備える。ボールねじナット３２の内周面に形成された螺旋状溝３２ａと、ボールねじ軸３３の外周面に形成された螺旋状溝３３ａとの間に複数のボール３４が装填され、こま３５が組み込まれている。このような構成により、ボールねじナット３２が回転するのに伴ってボールねじ軸３３が軸方向に直線運動する際には、両螺旋状溝３２ａ，３３ａの間でボール３４が循環する。

ボールねじ軸３３は、軸方向に延びた中空部（本実施形態では、軸方向両側の端面に開口した貫通穴）３３ｂを有する中空状に形成され、中空部３３ｂには、軸方向他方側の端部にフランジ部３６ｂを有する内方部材としてのばね取付カラー３６が収容されている。ばね取付カラー３６は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成され、上記のフランジ部３６ｂに加え、軸方向一方側の端部に設けられた円形中実部３６ａと、円形中実部３６ａおよびフランジ部３６ｂを接続する筒部３６ｃとを一体に有する。

ボールねじ軸３３の中空部３３ｂに収容されたばね取付カラー３６は、その円形中実部３６ａとボールねじ軸３３とを径方向に貫通するようにピン３７を嵌め込むことによってボールねじ軸３３と連結固定される。ピン３７の両端部は、ボールねじ軸３３の外周面から径方向外側に突出しており、この突出部分に回転体としてのガイドカラー３８が取り付けられている。このような構成から、ガイドカラー３８は、ボールねじ軸３３の径方向外側に配設され、ボールねじナット３２と軸方向（一方側）で係合可能となっている。ガイドカラー３８は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成されており、ケーシング２０のうち、ボールねじナット３２よりも軸方向一方側にある小径円筒部２０ａの内周面に設けられた軸方向溝２０ｂ（図６も併せて参照）に嵌合されている。以上の構成から、本実施形態では、ピン３７が、本発明でいう「径方向に延びる支軸」に対応する。また、ガイドカラー３８は、ピン３７を介してボールねじ軸３３に対して回転可能に取り付けられている。

なお、ガイドカラー３８は、ボールねじ軸３３が軸方向に直線運動する際に、軸方向溝２０ｂの溝側面と転がり接触するようにピン３７に外嵌されていれば良い。従って、ピン３７がボールねじ軸３３およびばね取付カラー３６に対して回転不能に嵌め込まれる場合には、ガイドカラー３８をピン３７に対して回転自在に嵌合（すきま嵌め）する。一方、ピン３７がボールねじ軸３３およびばね取付カラーに対して回転可能に嵌め込まれている場合、ガイドカラー３８は、ピン３７に対してすきま嵌めしても良いし、締まり嵌めしても良い。

以上の構成により、ロータ２４の回転に伴ってボールねじナット３２がボールねじ軸３３の軸線回りに回転すると、ボールねじ軸３３は回り止めされた状態で軸方向に直線運動する。なお、ボールねじ軸３３が、軸方向一方側に直線運動（前進）するか、あるいは、軸方向他方側に直線運動（後退）するかは、基本的には、ロータ２４（ボールねじナット３２）の回転方向に応じて決定付けられるが、本実施形態では、弾性体としての圧縮コイルばね４８のばね力によってもボールねじ軸３３が後退移動可能となっている（詳細は後述する）。

図１および図２に示すように、ボールねじ軸３３の軸方向一方側の端部には、操作部Ｃとしてのアクチュエータヘッド３９が着脱可能に装着されている。図示例のアクチュエータヘッド３９は、ボールねじ軸３３が軸方向一方側に前進するのに伴ってその先端面が操作対象を軸方向に加圧する、いわゆる押しタイプである。なお、図示例のアクチュエータヘッド３９はあくまでも一例であり、操作対象の形状や動作態様等に応じて最適なアクチュエータヘッド３９が選択使用される。

遊星歯車減速機１０は、図１および図２に示すように、ケーシング２０に固定されたリングギヤ４０と、ロータインナ２６の段部内周面に圧入固定されたサンギヤ４１と、リングギヤ４０とサンギヤ４１の間に配置され、両ギヤ４０，４１に噛合った複数（本実施形態では４つ）の遊星ギヤ４２と、遊星ギヤ４２を回転自在に保持した遊星ギヤキャリア４３および遊星ギヤホルダ４４と、を備える。

上記のように、ロータインナ２６の内周面にサンギヤ４１を圧入固定すれば、組立時の連結作業性が良好である。なお、このような連結構造を採用しても、サンギヤ４１は、減速前のロータインナ２６と一体回転できれば良いので、両者間で必要とされるトルク伝達性能は十分に確保できる。さらに、ロータインナ２６とサンギヤ４１とは、ロータインナ２６を支持する転がり軸受２７の直下位置で連結されているので、サンギヤ４１の回転精度も良好である。

図５に示すように、リングギヤ４０の外周には径方向外側に突出したノッチ４０ａが周方向に離間した複数箇所（図示例では４箇所）に設けられ、各ノッチ４０ａは、ケーシング２０の内周面２０ｃの周方向に離間した複数個所（図示例では４箇所）に設けられた軸方向溝２０ｅ（図６を併せて参照）にそれぞれ嵌合されている。これにより、リングギヤ４０は、ケーシング２０に対して回り止めされている。

遊星ギヤキャリア４３は、ロータインナ２６に対して相対回転可能であり、図１〜図３に示すように、ロータインナ２６の内周面とボールねじナット３２の外周面３２ｂとの間に配置された円筒部４３ａを一体に有する。円筒部４３ａの外周面はロータインナ２６の内周面（およびサンギヤ４１の内周面）と径方向隙間を介して対向し、円筒部４３ａの内周面４３ｂはボールねじナット３２の外周面３２ｂに圧入嵌合されている。このように、遊星ギヤキャリア４３の円筒部４３ａを遊星歯車減速機１０の出力部とし、円筒部４３ａの内周面４３ｂをボールねじナット３２の外周面３２ｂに圧入嵌合することで遊星ギヤキャリア４３とボールねじナット３２とをトルク伝達可能に連結したので、組立時の連結作業性が良好であることに加え、減速後の高トルクに対しても安定したトルク伝達が可能である。

以上の構成を有する遊星歯車減速機１０により、モータ２５のロータ２４の回転が減速された上でボールねじナット３２に伝達される。これにより、回転トルクを増加することができるので、小型のモータ２５を採用することができ、電動アクチュエータ１を全体として軽量・コンパクト化することができる。

図１〜図３に示すように、運動変換機構部Ｂは、ボールねじナット３２の軸方向他方側への移動を規制する（ボールねじナット３２がボールねじ軸３３に対して軸方向他方側に相対移動するのを規制する）規制手段を有する。この規制手段は、ボールねじ軸３３（に連結されたばね取付カラー３６）のフランジ部３６ｂとボールねじナット３２の軸方向他方側の端面との間に設けられている。本実施形態の規制手段は、ボールねじナット３２の軸方向他方側に隣接配置されたスラスト軸受としての針状ころ軸受４７と、針状ころ軸受４７とボールねじ軸３３のフランジ部３６ｂとの間に軸方向に圧縮された状態で配設された弾性体としての圧縮コイルばね４８とを含んで構成される。このような規制手段であれば、モータ部Ａのロータ２４と運動変換機構部Ｂとを組み付けてなるサブアセンブリＳＡ_１（図３および図４参照）の状態、すなわち当該サブアセンブリＳＡ_１をケーシング２０の内周に組込む前の状態でも、ボールねじナット３２がボールねじ軸３３に対して軸方向他方側に相対移動するのを規制することができる。

また、図３に示すように、ボールねじナット３２の軸方向一方側にはスラストワッシャ４５が隣接配置され、針状ころ軸受４７の軸方向他方側にはスラスト受けリング４６が隣接配置されている。図１および図２に示す完成品状態の電動アクチュエータ１においては、スラストワッシャ４５はボールねじナット３２の軸方向一方側の端面とケーシング２０との間に配設され、スラスト受けリング４６はカバー２９の円筒部２９ａの先端部外周に嵌合固定される。以上の構成により、完成品状態の電動アクチュエータ１において、ボールねじ軸３３は、圧縮コイルばね４８のばね力（弾性体の弾性復元力）により常時軸方向他方側（原点側）に付勢される。このようにすれば、例えば、モータ部Ａに適切に駆動電力が供給されないような場合には、ボールねじ軸３３を自動的に原点復帰させ、図示しない操作対象の作動に悪影響を及ぼす可能性を可及的に低減することができる。また、ボールねじナット３２は、圧縮コイルばね４８のばね力により軸方向一方側に付勢されて予圧が付与された状態となる。そのため、良好な作動性を担保すべくボールねじ装置３１に通常設けられる運転すきまに起因した応答遅れを可及的に解消することができる。これにより、ボールねじ軸３３を含んで構成される電動アクチュエータ１の出力部材の動作精度を高めることができる。

カバー２９の詳細を図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、図１の左側面図であり、図１１は、図１０中に示すＩ−Ｉ線矢視断面図である。図１１に示すように、カバー２９は、その中央領域に軸方向一方側に延びる円筒部２９ａを有し、円筒部２９ａの外周面には、転がり軸受３０が装着された軸受装着面６３と、スラスト受けリング４６が嵌合された嵌合面６４とが設けられている。また、図１０に示すように、カバー２９には、電動アクチュエータ１の組立用ボルト６１が挿通された図示外の貫通穴と、電動アクチュエータ１を使用機器に取り付けるための取付用ボルトが挿通される貫通穴６２とが設けられている。以上の構成を有するカバー２９は、加工性および熱伝導率に優れた金属材料、例えば、アルミニウム合金、亜鉛合金又はマグネシウム合金で形成される。従って、カバー２９は、例えば金型鋳造により成形された成形品（ダイキャスト部品）とすることができる。図示は省略しているが、カバー２９の外側表面には、電動アクチュエータ１の冷却効率を高めるための冷却フィンを設けても良い。

次に、ターミナル部Ｄを図１および図７〜図９を参照して説明する。図７は、図１に示すモータ２５のステータ２３とターミナル部Ｄとを組み付けてなるサブアセンブリＳＡ_２の縦断面図、図８は、図１のＧ−Ｇ線矢視断面図、図９は、図１のＨ−Ｈ線矢視断面図である。図７に示すように、ターミナル部Ｄは、筐体２の一部を構成する短筒状部、および短筒状部の軸方向他方側の端部から径方向内側に延びる円盤状部を一体に有するターミナル本体５０と、ターミナル本体５０（の円盤状部）に対してねじ止めされたバスバー５１および円盤状のプリント基板５２とを備える。図８および図９に示すように、ターミナル本体５０（の短筒状部）は、図９，１０に示す組立用ボルト６１が挿通される貫通穴５０Ａと、電動アクチュエータ１を使用機器に取り付けるためのボルトが挿通される貫通穴５０Ｂとを有し、上記の組立用ボルト６１により、ケーシング２０とカバー２９の間で挟持される（図１，２参照）。ターミナル本体５０は、例えばＰＰＳ等の樹脂材料で形成される。

ターミナル部Ｄ（ターミナル本体５０）は、モータ２５に駆動電力を供給するための給電回路を保持している。給電回路は、図８および図９に示すように、ステータ２３のコイル２３ｃをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相別にバスバー５１の端子５１ａに結線し、さらに、図２に示すように、バスバー５１の端子５１ｂと、ターミナル本体５０の端子台５０ａとをねじ７０で締結することで構成される。端子台５０ａは、図示外のリード線が接続される端子５０ｂを有し、上記のリード線は、ターミナル本体５０の外周部（短筒状部）に設けられた開口部５０ｃ（図１参照）を介して筐体２の外径側に引き出され、制御装置８０のコントローラ８１（図１２又は図１３参照）に接続される。

本実施形態の電動アクチュエータ１には２種類のセンサが搭載されており、これら２種類のセンサはターミナル部Ｄに保持されている。図１等に示すように、２種類のセンサのうちの一方は、モータ２５の回転制御に用いる回転角度検出用センサ５３であり、他方は、ボールねじ軸３３のストローク制御（原点からの軸方向の変位量検出）のために用いるストローク検出用センサ５５である。回転角度検出用センサ５３およびストローク検出用センサ５５としては、何れも、磁気センサの一種であるホールセンサが使用される。

図１および図９に示すように、回転角度検出用センサ５３は、プリント基板５２に取り付けられており、ロータインナ２６の軸方向他方側の端部に取り付けられたパルサリング５４と軸方向隙間を介して対向配置されている。この回転角度検出用センサ５３は、モータ２５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに電流を流すタイミングを決める。

図２、図８および図９に示すように、ストローク検出用センサ５５は、軸方向に延び、軸方向他方側の端部がプリント基板５２に接続された帯状のプリント基板５６に取り付けられている。プリント基板５６およびストローク検出用センサ５５は、ボールねじ軸３３の中空部３３ｂの内周、より詳細には、中空部３３ｂに収容されたばね取付カラー３６の筒部３６ｃ内周に配置されている。また、ばね取付カラー３６の筒部３６ｃの内周には、ストローク検出用センサ５５と径方向隙間を介して対向するようにターゲットとしての永久磁石５７が取り付けられており、本実施形態では軸方向に離間した二箇所に永久磁石５７が取り付けられている。そして、ホールセンサからなるストローク検出用センサ５５は、永久磁石５７の周囲に形成される軸方向および径方向の磁界をそれぞれ検出し、これに基づいてボールねじ軸３３の軸方向の変位量を算出する。

詳細な図示は省略しているが、回転角度検出用センサ５３の信号線およびストローク検出用センサ５５の信号線は、何れも、ターミナル本体５０の開口部５０ｃ（図１参照）を介して筐体２の外径側に引き出され、制御装置８０（図１２又は図１３参照）に接続される。

以上の構成を有する電動アクチュエータ１の組立手順を簡単に説明する。まず、図６に示すように、リングギヤ４０をケーシング２０に組み込む。次いで、図３に示すモータ２５のロータ２４と運動変換機構部ＢのサブアセンブリＳＡ_１をケーシング２０に挿入する。このとき、遊星ギヤ４２とリングギヤ４０とを噛み合わせ、ガイドカラー３８をケーシング２０の案内溝２０ｂに嵌合させ、さらに軸受ホルダ２８をケーシング２０の内周面２０ｃに嵌合させる。その後、図７に示すモータ２５のステータ２３とターミナル部Ｄ（ターミナル本体５０）のサブアセンブリＳＡ_２のうち、ステータ２３をケーシング２０の内周に嵌合してから、カバー２９およびターミナル本体５０をケーシング２０に対して組立用ボルト６１（図１０，１１参照）により締結する。これにより、電動アクチュエータ１が完成する。

以上で説明したように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１においては、ボールねじ軸３３に、径方向に延びる支軸（ピン３７）回りに回転可能なガイドカラー３８が取り付けられ、このガイドカラー３８は、ボールねじナット３２と軸方向で係合可能（本実施形態ではスラストワッシャ４５を介して軸方向で係合可能）にボールねじナット３２よりも軸方向一方側でケーシング２０の内周面に設けた軸方向溝２０ｂに嵌合されている。このような構成によれば、軸方向に進退移動するボールねじ軸３３の回り止め構造を、スプライン加工や加締め加工等のコストの嵩む加工を要することなく、しかも必要最低限の構成部材で実現することができる。また、ボールねじ軸３３が軸方向に直線運動する際には、ガイドカラー３８が軸方向溝２０ｂと転がり接触しながら軸方向に案内され、ボールねじ軸３３が軸方向に直線運動する際の摩擦（摩耗）および抵抗が抑制されるため、耐久寿命の低下やボールねじ軸３３の動作精度の低下を可及的に防止することができる。

また、ボールねじ軸３３に取り付けられたガイドカラー３８がボールねじナット３２と軸方向で係合可能にボールねじナット３２の軸方向一方側でボールねじ軸３３に取り付けられていること、および、ボールねじ軸３３（に設けたフランジ部３６ｂ）とボールねじナット３２の軸方向他方側の端面との間にボールねじナット３２の軸方向他方側への移動を規制する規制手段（針状ころ軸受４７や圧縮コイルばね４８）が設けられていること、により、ボールねじ装置３１等をケーシング２０の内周に組み込む前の状態、すなわち、図３および図４に示すサブアセンブリＳＡ_１の状態でも、ボールねじ軸３３に対するボールねじナット３２（さらには、ボールねじナット３２とトルク伝達可能に連結された遊星歯車減速機１０やモータ部Ａのロータ２４等）の軸方向の相対位置が（大きく）変化する可能性、ひいては、ボールねじ軸３３からボールねじナット３２が脱落するといった最悪の事態が生じる可能性を効果的に低減することができる。このため、上記のサブアセンブリＳＡ_１の取り扱い性を向上することができ、電動アクチュエータ１の組立性が向上する。

上記の規制手段に、ボールねじナット３２の軸方向他方側に隣接配置されたスラスト軸受としての針状ころ軸受４７を含めておけば、ボールねじ軸３３が前進するのに伴ってボールねじナット３２に作用するスラスト荷重を針状ころ軸受４７で直接的に支持することができる。このため、ボールねじナット３２にスラスト荷重が負荷された状態においても、ボールねじナット３２を低トルクで回転させることが可能となり、小型のモータ２５を採用することができる。これにより、電動アクチュエータ１の軽量・コンパクト化を図ることができ、使用機器に対する搭載性が向上する。

また、針状ころ軸受４７は、ロータ２４（ロータインナ２６）を回転自在に支持する転がり軸受２７，３０の間の軸方向範囲内に配置されているので、モーメント荷重に対して有利である。そのため、針状ころ軸受４７として小型のものを使用できる。特に、本実施形態のように、針状ころ軸受４７を、両転がり軸受２７，３０の間の軸方向中央付近に配置した場合は、モーメント荷重に対して極めて有利であり、針状ころ軸受４７の小型化を一層促進できる。その結果、針状ころ軸受４７およびスラスト受けリング４６等として極めて小型のものを採用することができ、これを通じて電動アクチュエータ１の筐体２の軸方向寸法Ｌ（図１参照）を短縮することができるため、使用機器に対する電動アクチュエータ１の搭載性を一層向上することができる。

また、中空回転軸としてのロータインナ２６は、ロータコア２４ａの軸方向一方側の端部に近接配置された転がり軸受２７により軸方向一方側の端部が回転自在に支持され、ロータコア２４ａの軸方向他方側の端部に近接配置された転がり軸受３０により軸方向他方側の端部が回転自在に支持されている。このような構造により、ロータインナ２６を軸方向にコンパクト化することができる。これに加えて、転がり軸受２７が、ボールねじナット３２の軸方向幅の内側に配置された構造が相俟って、電動アクチュエータ１を一層軸方向にコンパクト化することができる。

また、ロータ２４の回転バランスが取られていれば、ロータインナ２６を支持する転がり軸受２７，３０は、ロータ２４の自重程度のラジアル荷重を支持できれば良い。この場合、転がり軸受２７の内側軌道面２７ａを一体に有するロータインナ２６は、高強度の材料で形成する必要がなく、例えば、焼入れ焼戻し等の熱処理が省略された安価な軟鋼材で形成しても必要強度を確保することができる。特に、本実施形態では、モータ２５の回転運動を、遊星歯車減速機１０を介してボールねじナット３２に伝達するようにしているためにラジアル荷重の発生はなく、また、ボールねじ軸３３の直線運動に伴って生じる反力（スラスト荷重）は針状ころ軸受４７で直接的に支持される。従って、転がり軸受２７は、ラジアル方向の位置決め機能を有していれば足りるため、転がり軸受２７の内側軌道面２７ａを一体に有するロータインナ２６は、上記のような材料仕様で足りる。これにより、電動アクチュエータ１を低コスト化することができる。

また、運動変換機構部Ｂに遊星歯車減速機１０を設けたことによるモータ部Ａ（モータ２５）の小型化と、ロータインナ２６、遊星ギヤキャリア４３の円筒部４３ａおよびボールねじナット３２の半径方向での重畳構造とが相俟って、電動アクチュエータ１の筐体２の径方向寸法Ｍ（図１参照）も小さくすることができる。これにより、電動アクチュエータ１を一層コンパクト化することができ、使用機器に対する搭載性が一層向上する。

また、ロータインナ２６とボールねじナット３２とを別体構造としたので、例えば、仕様が異なるボールねじ装置３１を採用する場合でも、ロータインナ２６、ひいてはモータ部Ａを共用化することができる。これにより、汎用性を向上し、部品を共用化した多品種展開による電動アクチュエータ１のシリーズ化を実現することも容易となる。

また、給電回路、回転角度検出用センサ５３およびストローク検出用センサ５５等をターミナル本体５０で保持し、このターミナル本体５０（ターミナル部Ｄ）をケーシング２０とカバー２９とで軸方向に挟持するサンドイッチ構造を採用したので、組立性が良好である。さらに、上記のサンドイッチ構造と、給電回路のリード線や上記センサの信号線を筐体２の外径側に引き出し可能な構造とにより、複数の電動アクチュエータ１（モータ部Ａ、運動変換機構部Ｂおよびターミナル部Ｄをユニット化したもの）を軸方向に連ねて配置してなり、複数の操作対象を個別に操作可能な電動アクチュエータを実現することもできる。

本実施形態の電動アクチュエータ１は、以上で説明したような構成を有することから、軽量・コンパクトで使用機器に対する搭載性に優れ、動作精度および耐久寿命に優れて信頼性に富み、組立性も良好で低コストに製造可能であり、さらに部品の共用化による多品種展開（シリーズ化）も容易である。

図１および図１２を参照して本実施形態の電動アクチュエータ１の作動態様を簡単に説明する。例えば、図示しない車両上位のＥＣＵに操作量が入力されると、この操作量に基づいてＥＣＵは要求される位置指令値を演算する。図１２に示すように、位置指令値は制御装置８０のコントローラ８１に送られ、コントローラ８１は、位置指令値に必要なモータ回転角の制御信号を演算し、この制御信号をモータ２５に送る。

コントローラ８１から送られた制御信号に基づいてロータ２４（ロータインナ２６）が回転すると、この回転運動が運動変換機構部Ｂに伝達される。具体的には、ロータ２４が回転すると、ロータインナ２６に連結された遊星歯車減速機１０のサンギヤ４１が回転し、これに伴って遊星ギヤ４２が公転すると共に遊星ギヤキャリア４３が回転する。これにより、ロータ２４の回転運動が遊星ギヤキャリア４３に連結されたボールねじナット３２に伝達される。このとき、遊星ギヤ４２の公転運動により、ロータ２４の回転数が減速されるので、ボールねじナット３２に伝達される回転トルクが増加する。

ロータ２４の回転運動を受けてボールねじナット３２が回転すると、ボールねじ軸３３は、回り止めされた状態で前進する。この際、ボールねじ軸３３はコントローラ８１の制御信号に基づく位置まで前進し、ボールねじ軸３３の軸方向一方側の端部に固定されたアクチュエータヘッド３９が図示しない操作対象を操作（加圧）する。

ボールねじ軸３３の軸方向位置（軸方向の変位量）は、図１２にも示すように、ストローク検出用センサ５５により検出され、その検出信号は制御装置８０の比較部８２に送られる。そして、比較部８２は、ストローク検出用センサ５５により検出された検出値と位置指令値との差分を算出し、コントローラ８１はこの算出値および回転角度検出用センサ５３から送られた信号に基づいてモータ２５に制御信号を送る。このようにして、アクチュエータヘッド３９の位置がフィードバック制御される。このため、本実施形態の電動アクチュエータ１を、例えば、シフト・バイ・ワイヤに適用した場合、シフト位置を確実にコントロールすることができる。なお、モータ２５やセンサ５３，５５等を駆動するための電力は、車両側に設けられたバッテリ等の外部電源（図示せず）から、制御装置８０およびターミナル部Ｄに保持された給電回路を介してモータ２５等に供給される。

以上、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ１について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限られない。

例えば、以上で説明した実施形態においては、ボールねじ軸３３の回り止め構造を、ボールねじ軸３３を径方向に貫通するピン３７の両端部（ボールねじ軸３３の外径側に突出した部分）に回転体としてのガイドカラー３８を取り付け、このガイドカラー３８をケーシング２０の軸方向溝２０ｂに嵌合させることによって実現したが、当該構成を採用した場合と同様の作用効果が享受できるのであれば、これに限られない。例えば、回転体としては、カムフォロア等を用いることも可能である。

また、ボールねじナット３２の軸方向他方側に隣接配置するスラスト軸受としては、針状ころ軸受４７以外の転がり軸受、例えば円筒ころ軸受を採用することもできる。但し、スラスト荷重の支持能力や、軸受の軸方向寸法を考慮すると、針状ころ軸受４７が好ましい。

また、運動変換機構部Ｂを構成する減速機には、遊星歯車減速機１０以外の減速機を採用しても良い。また、本発明は、減速機を具備した電動アクチュエータ１のみならず、減速機を具備しない電動アクチュエータ１に適用することも可能である。図示は省略するが、減速機を省略する場合には、ボールねじナット３２とロータインナ２６とを直接的にトルク伝達可能に連結すれば良い。

また、以上で説明した実施形態においては、ストローク検出用センサ５５を使用するようにしているが、使用機器によっては、ストローク検出用センサ５５を使用しない場合もある。

図１３に基づき、ストローク検出用センサ５５を使用しない場合における電動アクチュエータ１の作動態様の一例を説明する。図１３は、圧力制御の例であり、図示外の操作対象に圧力センサ８３が設けられている。図示外のＥＣＵに操作量が入力されると、ＥＣＵは要求される圧力指令値を演算する。この圧力指令値が制御装置８０のコントローラ８１に送られると、コントローラ８１は、圧力指令値に必要なモータ回転角の制御信号を演算し、この制御信号をモータ２５に送る。そして、図１２を参照して説明した場合と同様に、ボールねじ軸３３がコントローラ８１の制御信号に基づく位置まで前進し、ボールねじ軸３３の軸方向一方側の端部に固定されたアクチュエータヘッド３９が図示外の操作対象を操作する。

ボールねじ軸３３（アクチュエータヘッド３９）の操作圧力は、外部に設置された圧力センサ８３により検出され、フィードバック制御される。このため、ストローク検出用センサ５５を使用しない電動アクチュエータ１を例えばブレーキバイワイヤに適用した場合、ブレーキの液圧を確実にコントロールすることができる。

また、以上で説明した実施形態においては、主に、ストローク検出用センサ５５をボールねじ軸３３の内周に配置することを目的としてボールねじ軸３３を中空状に形成したが、ストローク検出用センサ５５を用いない場合には、ボールねじ軸３３として中実軸を使用しても構わない。この場合、軸方向他方側の端部にフランジ部を有するボールねじ軸３３を使用すれば、フランジ部とボールねじナット３２との間に圧縮コイルばね４８を問題なく配置することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、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。

１ 電動アクチュエータ
２ 筐体
１０ 遊星歯車減速機（減速機）
２０ ケーシング
２４ ロータ
２５ モータ
２６ ロータインナ（中空回転軸）
３１ ボールねじ装置
３２ ボールねじナット
３３ ボールねじ軸
３４ ボール
３６ ばね取付カラー（内方部材）
３６ｂ フランジ部
３７ ピン（支軸）
３８ ガイドカラー（回転体）
４７ 針状ころ軸受（スラスト軸受）
４８ 圧縮コイルばね（弾性体）
５０ ターミナル本体
５０ｃ 開口部
Ａ モータ部
Ｂ 運動変換機構部
Ｃ 操作部
Ｄ ターミナル部
Ｌ 筐体の軸方向寸法
Ｍ 筐体の径方向寸法
ＳＡ_１ サブアセンブリ

Claims (7)

1. 電力の供給を受けて駆動するモータ部と、該モータ部の回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構部と、前記モータ部および前記運動変換機構部を収容した筐体とを備え、前記運動変換機構部が、ボールねじ軸と、複数のボールを介して前記ボールねじ軸の外周に回転自在に嵌合され、前記モータ部のロータとトルク伝達可能に設けられたボールねじナットとを有し、該ボールねじナットの回転に伴って前記ボールねじ軸が軸方向に直線運動する電動アクチュエータにおいて、
   前記ボールねじ軸に、径方向に延びる支軸回りに回転可能な回転体が取り付けられ、該回転体は、前記ボールねじナットと軸方向で係合可能に前記ボールねじナットよりも軸方向一方側で前記筐体の内周面に設けた軸方向溝に嵌合されており、
   前記ボールねじ軸の軸方向他方側の端部に設けられたフランジ部と前記ボールねじナットの軸方向他方側の端面との間に、前記ボールねじナットの軸方向他方側への移動を規制可能な規制手段が設けられており、
   前記ボールねじ軸に設けられた軸方向に延びた中空部に、軸方向他方側の端部に前記フランジ部を有する内方部材が収容され、前記支軸により前記ボールねじ軸と前記内方部材とが連結されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記規制手段が、軸方向に圧縮された状態で前記ボールねじナットの軸方向他方側の端面と前記ボールねじ軸に設けられた前記フランジ部との間に配設された弾性体を含む請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記規制手段が、前記ボールねじナットの軸方向他方側に隣接配置されたスラスト軸受を含む請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記モータ部のロータを回転自在に支持する転がり軸受が軸方向に離間した二箇所に配置され、
   前記スラスト軸受が、２つの前記転がり軸受の間の軸方向範囲内に配置されている請求項３に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記筐体が軸方向に結合された複数部材からなり、
   前記モータ部に前記電力を供給するための給電回路を保持したターミナル部が、前記筐体の構成部材により軸方向両側から挟持されている請求項１〜４の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。
6. 前記ターミナル部は、その外周部に、前記給電回路に接続されるリード線を前記筐体の外径側に引き出すための開口部を有する請求項５に記載の電動アクチュエータ。
7. 前記ボールねじ軸が、前記ロータと同軸配置されている請求項１〜６の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。

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