JP6779645B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、電動アクチュエータに関する。
近年、車両等の省力化、低燃費化のために電動化が進み、例えば、自動車の自動変速機やブレーキ、ステアリング等の操作を電動機の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このような用途に使用されるアクチュエータとして、電動機の回転運動を直線方向の運動に変換するボールねじ機構を用いた電動リニアアクチュエータが知られている。
例えば、特許文献１には、図１３に示すように、電動モータ１００と、ボールねじ２００と、電動モータ１００の回転運動をボールねじ２００に伝達する歯車減速機構５００とを主な構成要素とする電導リニアアクチュエータが記載されている。ここで、ボールねじ２００は、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸２０１と、ねじ軸２０１に外嵌され内周面に螺旋状のねじ溝が形成されたナット２０２と、両ねじ溝に収容された多数のボール２０３とを有する。歯車減速機構５００は、電動モータ１００のモータ軸１００ａに固定された小径の第１歯車５０１と、ナット２０２の外周に設けられ、第１歯車５０１に噛み合う大径の第２歯車５０２とを有する。これらの歯車５０１，５０２を介して電動モータ１００の駆動力がナット２０２に伝達されると、ナット２０２が回転し、ねじ軸２０１が直動運動する。
特許第５２４３０１８号公報
ところで、上記特許文献１に記載の電導リニアアクチュエータにおいては、ナット２０２を支持するために、２つの転がり軸受６００，７００が第２歯車５０２を挟んでナット２０２の両側に配置されている。しかしながら、このような位置に転がり軸受６００，７００を配置すると、他の構成部品をボールねじ２００の周囲に配置するにあたって、第２歯車５０２を挟んだ両側において各転がり軸受６００，７００との干渉を回避しなければならないといったレイアウト上の制約が発生し、コンパクト化や設計変更の支障となることがある。
そこで、本発明は、コンパクト化や設計自由度の向上を実現できる電動アクチュエータを提供することを目的とする。
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、駆動部と、駆動部からの回転運動を駆動部の出力軸と平行な軸方向の直線運動に変換する運動変換機構部と、駆動部から運動変換機構部へ駆動力を伝達する伝達ギヤ機構を有する駆動力伝達部と、運動変換機構部を支持する複列軸受を有する運動変換機構支持部とを備え、複列軸受は、伝達ギヤ機構に対して軸方向の片側に配置されることを特徴とする。
このように、複列軸受が伝達ギヤ機構に対して軸方向の片側に配置されることで、複列軸受が配置されない側においては複列軸受と他の構成部品との干渉を考慮しなくてもよいため、部品レイアウトの設計自由度が向上し、小型化も図れるようになる。
さらに、複列軸受が伝達ギヤ機構に対して駆動部とは反対側に配置されることで、複列軸受が配置されない側では駆動部を運動変換機構部に対してその軸方向と直交する方向に近づけて配置することができる。これにより、駆動部と運動変換機構部との軸間距離を短くすることができ、電動アクチュエータの小型化を図れる。
上記複列軸受は、複列アンギュラ玉軸受であることが望ましい。この場合は、複列軸受が、ラジアル荷重に加えて、両方向のアキシャル荷重を支承でき、運動変換機構部を安定的かつ確実に支持することができる。
さらに、複列アンギュラ玉軸受は、背面合わせであることが望ましい。この場合は、モーメント荷重に対しても有利となる。
また、電動アクチュエータは、運動変換機構部の直線運動のストロークを検出するためのストロークセンサを備えるものであってもよい。この場合、ストロークセンサを、伝達ギヤ機構に対して複列軸受とは反対側に配置することで、複列軸受との干渉を考慮することなくストロークセンサを配置できる。
また、電動アクチュエータは、運動変換機構部への異物侵入を防止するブーツを備えるものであってもよい。この場合、ブーツを、伝達ギヤ機構に対して複列軸受とは反対側に配置することで、複列軸受との干渉を考慮することなくブーツを配置できる。
駆動部は、駆動用モータと、駆動用モータを収容するモータケースとを有するものであってもよい。この場合、モータケースの運動変換機構部側の外周面が、複列軸受の外周面を軸方向に延長させた仮想面の位置よりも運動変換機構部に接近した位置に配置されることで、駆動用モータと運動変換機構部との軸間距離が短くなるため、電動アクチュエータの小型化を図れる。
本発明によれば、コンパクト化や設計自由度の向上を実現できる電動アクチュエータを提供することができる。
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である。 電動アクチュエータの外観斜視図である。 電動アクチュエータの分解斜視図である。 モータケースを開口部側から見た図である。 図１のＡ−Ａ線で矢視した横断面図である。 減速機構部の分解斜視図である。 軸ケースと、これに取り付けられるロック機構部の分解斜視図である。 図１のＢ−Ｂ線で矢視した横断面図である。 図１のＣ−Ｃ線で矢視した横断面図である。 電動アクチュエータの制御ブロック図である。 電動アクチュエータの制御ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 従来の電動リニアアクチュエータの縦断面図である。
以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータの組み立て状態を示す縦断面図、図２は、前記電動アクチュエータの組み立て状態を示す外観斜視図、図３は、前記電動アクチュエータの分解斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の電動アクチュエータ１は、駆動力を発生させる駆動部２と、駆動部２からの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部３と、駆動部２から運動変換機構部３へ駆動力を伝達する駆動力伝達部４と、運動変換機構部３を支持する運動変換機構支持部５と、運動変換機構部３の運動を出力する操作部６と、運動変換機構部３の駆動を防止するロック機構部７を主な構成とする。また、駆動部２は、モータ部８と減速機構部９とで構成される。
上記電動アクチュエータ１を構成する各部分は、それぞれケースを有し、各ケース内に構成部品が収容されている。具体的に、モータ部８は、駆動用モータ１０を収容するモータケース１１を有し、減速機構部９は、減速ギヤ機構１６を収容する減速ギヤケース１７を有する。また、駆動力伝達部４は、伝達ギヤ機構２８を収容する伝達ギヤケース２９を有し、運動変換機構支持部５は、支持軸受４０を収容する軸受ケース４１を有する。そして、モータ部８と減速機構部９、減速機構部９と駆動力伝達部４、駆動力伝達部４と運動変換機構支持部５は、互いにケースごと連結分離可能に構成されている。さらに、軸受ケース４１に対しては、軸ケース５０が連結分離可能に構成されている。以下、電動アクチュエータ１を構成する各部の詳細な構成について説明する。
モータ部８は、運動変換機構部３を駆動させる駆動用モータ（ＤＣモータ）１０と、駆動用モータ１０を収容するモータケース１１を主な構成とする。モータケース１１は、内部に駆動用モータ１０が収容される有底円筒状のケース本体１２と、ケース本体１２の底部１２ａから外部に突出する突出部１３とを有する。突出部１３は、ケース本体１２の内部空間と連通する孔部１３ａが形成されている。この孔部１３ａは、突出部１３の外面を覆う樹脂製の封止部材１４によって封止されている。
駆動用モータ１０は、ケース本体１２の開口部１２ｄから内部に挿入された状態で、駆動用モータ１０の挿入方向奥側の端面がケース本体１２の底部１２ａに当接する。また、底部１２ａの中央部には嵌合孔１２ｃが形成されており、この嵌合孔１２ｃに駆動用モータ１０の挿入方向奥側の突起１０ｂが嵌合することで、突起１０ｂから突出する出力軸１０ａの後端（図１の左端部）がモータケース１１の底部１２ａと干渉するのが回避される。さらに、ケース本体１２の周壁部１２ｂの内周面は、開口部１２ｄ側から底部１２ａ側に向かってテーパ状に縮径しており、駆動用モータ１０がケース本体１２内に挿入されると駆動用モータ１０の挿入方向奥側の外周面が周壁部１２ｂの内周面に接触するように構成されている。このように、駆動用モータ１０は、ケース本体１２内に挿入された状態で、ケース本体１２の内周面との接触と嵌合孔１２ｃとの嵌合によって支持される。
また、モータケース１１を開口部１２ｄ側から見た図４に示すように、ケース本体１２には、駆動用モータ１０を動力電源に接続するための一対のバスバー１５が取り付けられている。各バスバー１５の一端部１５ａはモータ端子１０ｃに対してかしめて接続され、他端部１５ｂはケース本体１２から外部に露出している（図２、図３参照）。この外部に露出するバスバー１５の端部１５ｂが動力電源に接続される。
次に、減速機構部９について説明する。
図１に示すように、減速機構部９は、駆動用モータ１０の駆動力を減速して出力する減速ギヤ機構１６と、減速ギヤ機構１６を収容する減速ギヤケース１７を主な構成とする。減速ギヤ機構１６は、複数の歯車等から成る遊星歯車減速機構１８で構成される。なお、遊星歯車減速機構１８の詳細な構成については後述する。
減速ギヤケース１７には、遊星歯車減速機構１８を駆動用モータ１０側とは反対側から収容するための収容凹部１７ａが設けられている。また、減速ギヤケース１７には、モータ取付部材としてのモータアダプタ１９が取付可能に構成されている。モータアダプタ１９は筒状の部材で、その内周面に駆動用モータ１０の出力側（図１の右側）の突起１０ｄが挿入されて嵌合される。減速ギヤケース１７には、モータアダプタ１９が嵌合される嵌合孔１７ｂが形成されており、この嵌合孔１７ｂに対してモータアダプタ１９が駆動用モータ１０側から挿入されて取り付けられる。
減速ギヤケース１７は、モータケース１１とこれとは反対側に配置される後述の伝達ギヤケース２９に対して嵌合可能に構成されている。減速ギヤケース１７のうち、モータケース１１側に配置される部分がモータケース１１の開口部１２ｄ側に内嵌され、伝達ギヤケース２９側に配置される部分が伝達ギヤケース２９に外嵌される。また、減速ギヤケース１７は、モータケース１１に対して嵌合された状態でモータアダプタ１９と一緒にボルト２１（図３、図６参照）によって駆動用モータ１０に締結される。減速ギヤケース１７の駆動用モータ１０側には、減速ギヤケース１７とモータケース１１とが嵌合された状態で、駆動用モータ１０から突出するモータ端子１０ｃおよびこれにかしめられたバスバー１５の端部１５ａとの干渉を回避するための凹部１７ｃが形成されている。また、モータケース１１の内周面と嵌合する減速ギヤケース１７の外周面（嵌合面）には、Ｏリング２０を装着するための装着溝１７ｄが形成されている。
続いて、運動変換機構部３について説明する。
運動変換機構部３は、ボールねじ２２で構成される。ボールねじ２２は、回転体としてのボールねじナット２３と、直線運動する軸部であるボールねじ軸２４と、多数のボール２５および循環部材としてのこま２６を主な構成とする。ボールねじナット２３の内周面とボールねじ軸２４の外周面にそれぞれ螺旋状溝２３ａ，２４ａが形成されている。両螺旋状溝２３ａ，２４ａの間にボール２５が充填され、こま２６が組み込まれ、これにより２列のボール２５が循環する。
ボールねじナット２３は、駆動用モータ１０からの駆動力を受けて正方向または逆方向に回転する。一方、ボールねじ軸２４は、その後端部（図１の右端部）に設けられた回転規制部材としてのピン２７によって回転が規制されている。このため、ボールねじナット２３が回転すると、ボール２５が両螺旋状溝２３ａ，２４ａおよびこま２６に沿って循環し、ボールねじ軸２４が軸方向に進退する。なお、図１は、ボールねじ軸２４が最も図の右側へ後退した初期位置に配置された状態を示している。また、ボールねじ軸２４は、駆動用モータ１０の出力軸１０ａと平行に配置されており、駆動用モータ１０からの回転運動はボールねじ軸２４によって出力軸１０ａと平行な軸方向の直線運動に変換される。ボールねじ軸２４の前進方向の先端部（図１の左端部）が、操作対象装置を操作する操作部（アクチュエータヘッド）６として機能する。
続いて、駆動力伝達部４について説明する。
駆動力伝達部４は、駆動部２が有する駆動用モータ１０から運動変換機構部３であるボールねじ２２へ駆動力を伝達する伝達ギヤ機構２８と、伝達ギヤ機構２８を収容する伝達ギヤケース２９を主な構成とする。伝達ギヤ機構２８は、駆動側のドライブギヤ３０と、これと噛み合う被駆動側のドリブンギヤ３１とを有する。
ドライブギヤ３０の回転中心部にはギヤボス３２が圧入嵌合されている。ドライブギヤ３０は、このギヤボス３２を介して伝達ギヤケース２９と後述の軸受ケース４１の両ケースに装着される２つの転がり軸受３３，３４によって回転可能に支持される。一方、ドリブンギヤ３１は、ボールねじナット２３の外周面に圧入嵌合され固定されている。駆動用モータ１０からの駆動力が遊星歯車減速機構１８を介してドライブギヤ３０に伝達されると、ドリブンギヤ３１とボールねじナット２３が一体的に回転し、ボールねじ軸２４が進退する。
伝達ギヤケース２９は、内部にドライブギヤ３０およびドリブンギヤ３１が収容される収容凹部２９ａを有する。また、伝達ギヤケース２９には、ギヤボス３２を挿通するための挿通孔２９ｂが形成され、挿通孔２９ｂの内周面には、ギヤボス３２を支持する一方の転がり軸受３３が装着される軸受装着面２９ｃが形成されている。また、伝達ギヤケース２９は、減速ギヤケース１７の内周面と嵌合する環状突起２９ｄを有する。この環状突起２９ｄの外周面（嵌合面）には、Ｏリング３５を装着するための装着溝２９ｅが形成されている。また、伝達ギヤケース２９の軸受ケース４１側の面には、軸受ケース４１と嵌合する溝状の嵌合凹部２９ｆが形成されている。
また、伝達ギヤケース２９は、ボールねじ軸２４の先端部側（図１の左側）へ突出する円筒部２９ｇを有する。この円筒部２９ｇは、伝達ギヤケース２９内にドリブンギヤ３１が収容され、これにボールねじ２２が組み付けられた状態で、ボールねじ軸２４の周囲を覆うように配置される部分である。円筒部２９ｇとボールねじ軸２４の間には、伝達ギヤケース２９内への異物侵入を防止するブーツ３６が取り付けられる。ブーツ３６は、大径端部３６ａと小径端部３６ｂとこれらを繋いで軸方向に伸縮する蛇腹部３６ｃで構成されている。大径端部３６ａが円筒部２９ｇの外周面の取付部位にブーツバンド３７によって締め付け固定され、小径端部３６ｂがボールねじ軸２４の外周面の取付部位にブーツバンド３８によって締め付け固定される。また、円筒部２９ｇには、ブーツ３６が伸縮したときに内外で通気させるための通気孔２９ｈが設けられている。また、上記モータケース１１には、ブーツ３６の周囲に配置されるブーツカバー３９が一体に設けられている。
続いて、運動変換機構支持部５について説明する。
運動変換機構支持部５は、運動変換機構部３であるボールねじ２２を支持する支持軸受４０と、支持軸受４０を収容する軸受ケース４１を主な構成とする。支持軸受４０は、内周面に複列の軌道面４２ａが形成された外輪４２と、外周面に複列の軌道面４３ａが形成された内輪４３と、これらの軌道面４２ａ，４３ａの間に介在する複列のボール４４、および各ボール４４を保持する図示しない保持器を主要な構成要素とする複列アンギュラ玉軸受で構成される。
支持軸受４０は、軸受ケース４１と一体に形成されたスリーブ４５内に収容され、スリーブ４５の内周面に装着された止め輪４６で固定されている。また、支持軸受４０は、ボールねじナット２３の外周面に対して上記ドリブンギヤ３１よりもボールねじ軸２４の後端側（図１の右側）に圧入嵌合されて固定される。ボールねじナット２３の外周面に固定される支持軸受４０とドリブンギヤ３１は、ボールねじナット２３のドリブンギヤ３１側に設けられた規制突起２３ｂと、支持軸受４０側に装着された規制部材４７によって軸方向の移動が規制される。規制部材４７は、一対の半円弧状部材で構成され、これらを環状に組み合わせた状態でボールねじナット２３の外周面に装着される。さらに、ボールねじナット２３の外周面には、規制部材４７を保持する押さえ用カラー４８と、この押さえ用カラー４８の軸方向の脱落を防止する止め輪４９が装着される。
軸受ケース４１の伝達ギヤケース２９側には、伝達ギヤケース２９の嵌合凹部２９ｆと嵌合する突条部４１ａが設けられている。また、軸受ケース４１の伝達ギヤケース２９側には、軸受ケース４１が伝達ギヤケース２９と嵌合した状態で、伝達ギヤケース２９から突出するギヤボス３２の一部が収容されるギヤボス収容部４１ｂが設けられている。このギヤボス収容部４１ｂの内周面には、ギヤボス３２を支持する転がり軸受３４を装着するための軸受装着面４１ｃが形成されている。
軸受ケース４１の伝達ギヤケース２９側とは反対側には、ボールねじ軸２４の後端部側（図１の右端部側）を収容する有底筒状の軸ケース５０がボルト５１（図３参照）で締結可能に構成されている。軸ケース５０の軸受ケース４１との当接面には、Ｏリング５２を装着するための装着溝５０ａが形成されている。また、軸ケース５０の内周面には、ボールねじ軸２４に設けられたピン２７の両端部が挿入される案内溝５０ｂが軸方向に延在するように形成されている。ピン２７の両端部にはそれぞれガイドカラー５３が回転可能に装着されており、ボールねじ軸２４が軸方向に進退する際、ガイドカラー５３が案内溝５０ｂに沿って回転しながら移動する。
図３に示すように、上記モータケース１１、減速ギヤケース１７、伝達ギヤケース２９、軸受ケース４１の各ケースの半径方向外側周辺には、これらを組み立て締結するためのボルト５４を挿通するボルト挿通孔１１ａ，１７ｅ，２９ｉ，４１ｄが設けられている。さらに、伝達ギヤケース２９と軸受ケース４１の両方の半径方向外側周辺には、組立てられた電動アクチュエータ１を設置場所に取付けるための貫通孔２９ｊ，４１ｅが設けられている。
ここで、図１、図５および図６に基づき遊星歯車減速機構１８について説明する。
図５は、図１のＡ−Ａ線で矢視した横断面図、図６は、遊星歯車減速機構１８の分解斜視図である。
遊星歯車減速機構１８は、リングギヤ５５と、サンギヤ５６と、複数の遊星ギヤ５７と、遊星ギヤキャリア５８（図１参照）と、遊星ギヤホルダ５９（図１参照）から構成される。リングギヤ５５は、軸方向に突出する複数の凸部５５ａを有し、減速ギヤケース１７の収容凹部１７ａには凸部５５ａと同数の係合凹部１７ｆが設けられている（図１参照）。減速ギヤケース１７の係合凹部１７ｆにリングギヤ５５の凸部５５ａを位相合わせして組み込むことで、リングギヤ５５が減速ギヤケース１７に対して回り止めされて収容される。
リングギヤ５５の中央にサンギヤ５６が配置され、サンギヤ５６には駆動用モータ１０の出力軸１０ａが圧入嵌合される。また、リングギヤ５５とサンギヤ５６との間には各遊星ギヤ５７がこれらと噛み合うように配置されている。各遊星ギヤ５７は、遊星ギヤキャリア５８と遊星ギヤホルダ５９によって回転可能に支持されている。遊星ギヤキャリア５８はその中央部に円筒部５８ａを有し、円筒部５８ａはギヤボス３２の外周面と転がり軸受３３の内周面との間に圧入嵌合されている（図１参照）。なお、他方の転がり軸受３４の内周面とギヤボス３２の外周面との間には、環状のカラー７５が装着されている。
上記の如く構成された遊星歯車減速機構１８は、駆動用モータ１０が回転駆動すると、駆動用モータ１０の出力軸１０ａに連結されたサンギヤ５６が回転し、これに伴って各遊星ギヤ５７が自転しながらリングギヤ５５に沿って公転する。そして、この遊星ギヤ５７の公転運動により遊星ギヤキャリア５８が回転する。これより、駆動用モータ１０の回転が減速されてドライブギヤ３０に伝達され、回転トルクが増加する。このように、遊星歯車減速機構１８を介して駆動力が伝達されることで、ボールねじ軸２４の出力が大きく得られるようになり、駆動用モータ１０の小型化を図ることが可能である。
続いて、図１、図７および図８に基づき、ロック機構部７について説明する。図７は、軸ケース５０と、これに取り付けられるロック機構部７の分解斜視図、図８は、図１のＢ−Ｂ線で矢視した横断面図である。
ロック機構部７は、ロック部材６０と、滑りねじナット６１と、滑りねじ軸６２と、ロック部材固定板６３と、ロック用モータ（ＤＣモータ）６４と、ばね６５を主な構成とする。ロック機構部７の組み立ては、まず、ロック部材６０を、滑りねじナット６１に対してロック部材固定板６３を介してボルト８４（図７参照）で締結する。次いで、ロック用モータ６４を、軸ケース５０に設けられたホルダ部６６内に収容し、ホルダ部６６から突出するロック用モータ６４の出力軸６４ａに滑りねじ軸６２を取り付ける。そして、滑りねじ軸６２の外周にばね６５を配置すると共に、ロック部材６０が取り付けられた滑りねじナット６１を滑りねじ軸６２に対して螺合して装着する。このようにして、ロック機構部７の組み立てが完了する。
ホルダ部６６は、有底筒状に形成され、その底部６６ａとは反対側にキャップ６７が装着されている。ロック用モータ６４がホルダ部６６内に挿入され、キャップ６７を装着した状態で、ロック用モータ６４は、ホルダ部６６の底部６６ａとキャップ６７の内面に当接する。また、この状態で、ロック用モータ６４の出力側（図１の左側）の突起６４ｂがホルダ部６６の底部６６ａに形成された嵌合孔６６ｃに嵌合する。ロック用モータ６４の本体外周面とホルダ部６６の周壁部６６ｂの内周面はいずれも円筒形ではない同形状に形成されているため、ホルダ部６６の周壁部６６ｂ内にロック用モータ６４が挿入されることで、ロック用モータ６４の回転が規制される。このように、ホルダ部６６にロック用モータ６４が収容されることで、ホルダ部６６によってロック用モータ６４が保持され、ロック機構部７全体が保持される。また、キャップ６７には、ロック用モータ６４のモータ端子６４ｄに接続されるケーブル６８を挿通するための孔部６７ａが形成されている（図８参照）。
軸ケース５０のホルダ部６６が設けられた部分とこれに対向する軸受ケース４１の部分には、それぞれロック機構収容凹部６６ｄ，４１ｆが形成され、軸受ケース４１側のロック機構収容凹部４１ｆには貫通孔４１ｇが形成されている。図１に示すように、軸ケース５０が軸受ケース４１に取り付けられた状態で、ロック機構収容凹部６６ｄ，４１ｆ内には、ホルダ部６６から突出するロック用モータ６４の出力軸６４ａ、滑りねじ軸６２、滑りねじナット６１、ロック部材固定板６３、ばね６５およびロック部材６０の一部が収容され、貫通孔４１ｇ内には、ロック部材６０の先端部側が挿入される。また、軸ケース５０が軸受ケース４１に取り付けられた状態では、ばね６５がホルダ部６６の底部６６ａとロック部材固定板６３との間で軸方向に圧縮され、この圧縮されたばね６５によってロック部材６０は前進する方向（図１の左側）へ常時付勢されている。
ロック部材６０が前進する方向にはドライブギヤ３０が配置されており、ドライブギヤ３０にはロック部材６０の先端部が係合可能な係合孔３０ａが形成されている。図１のＣ−Ｃ線で矢視した横断面図である図９に示すように、係合孔３０ａは、ドライブギヤ３０の周方向に渡って複数設けられている。ロック部材６０はこれらの係合孔３０ａのうちのいずれかに係合されることで、ドライブギヤ３０の回転が規制される。また、各係合孔３０ａの入口部には傾斜面３０ｂが形成されており、この傾斜面３０ｂに沿ってロック部材６０が係合孔３０ａにスムーズに挿入される。
軸受ケース４１には、ロック状態を検知するためのロックセンサ６９が装着されている（図８参照）。ロックセンサ６９は、板バネ等の弾性部材で構成された接触子６９ａを有しており、ロック部材６０が前進して係合孔３０ａに係合されると（ロック状態になると）、ロック部材６０が接触子６９ａを押すことで、ロック状態となったことが検知される。
以下、ロック機構部７の動作について説明する。
ロック用モータ６４に電力が供給されていない状態では、ロック部材６０はばね６５によって前進した位置に保持されており、ロック部材６０の先端部がドライブギヤ３０の係合孔３０ａに係合したロック状態にある。この状態から、ボールねじ軸２４の駆動を開始するために駆動用モータ１０に電力が供給されると、ロック用モータ６４にも電力が供給され、ロック用モータ６４はロック部材６０を後退させる方向に駆動する。これにより、滑りねじ軸６２が回転し、一方、滑りねじナット６１は貫通孔４１ｇに対するロック部材６０の平板状先端部の挿入によって回転が規制されているため、滑りねじ軸６２が回転すると、滑りねじナット６１がばね６５の付勢力に抗して後退し、これと一体的にロック部材６０も後退する。これにより、ロック部材６０の先端部がドライブギヤ３０の係合孔３０ａから離脱し、ロック状態が解除される。こうして、ボールねじ軸２４を駆動させている間は、ロック部材６０が後退した位置に保持され、ドライブギヤ３０がロックされない状態に保持される。
その後、駆動用モータ１０への電力供給が遮断され、ボールねじ軸２４の駆動が停止すると、ロック用モータ６４への電力供給も遮断される。これにより、ロック部材６０を後退させておくための駆動力が生じなくなるため、ロック部材６０はばね６５によって前進する方向へ押し動かされる。そして、ロック部材６０の先端部がドライブギヤ３０の係合孔３０ａに係合することでロック状態となり、ドライブギヤ３０の回転が規制される。
このように、ロック部材６０によってドライブギヤ３０の回転が規制されることで、ボールねじ軸２４が進退しない状態で保持される。これにより、操作対象装置側からボールねじ軸２４側へ外力が入力されたとしても、ボールねじ軸２４の位置を所定の位置に保持しておくことができる。斯かる構成は、特に位置保持が必要なアプリケーションに電動アクチュエータを適用する場合に好適である。
本実施形態では、ロック用モータ６４を駆動させることにより、ロック部材６０を後退させるようにしているが、反対に、ロック部材６０を前進させるために、ロック用モータ６４を駆動させてもよい。また、ロック用モータ６４を正逆回転させることで、ロック部材６０を前進させたり後退させたりすることも可能である。
本実施形態の電動アクチュエータ１には、ボールねじ軸２４のストロークを検出するためのストロークセンサ７０が搭載されている（図２、図３参照）。ストロークセンサ７０はセンサベース７１に取り付けられ、センサベース７１はモータケース１１とブーツカバー３９の間の外周面に設けられたセンサケース７６にボルト７２で締結固定されている。一方、ボールねじ軸２４のブーツ３６で覆われる部分の外周面には、センサターゲットとしての永久磁石７３が取り付けられている（図１参照）。本実施形態では、永久磁石７３は、周方向の一部で切り離された円筒状の弾性部材７４を介してボールねじ軸２４に取り付けられている。ボールねじ軸２４が進退すると、ストロークセンサ７０に対する磁石７３の位置が変化し、これに伴って変化する磁力線の向きをストロークセンサ７０によって検出することで、ボールねじ軸２４の軸方向位置を把握することができる。
続いて、図１０に基づき、ストロークセンサ７０を用いたフィードバック制御について説明する。
図１０に示すように、目標値が制御装置８０に送られると、制御装置８０のコントローラ８１から駆動用モータ１０に制御信号が送られる。なお、この目標値は、例えば、車両上位のＥＣＵに操作量が入力された際に、その操作量に基づいてＥＣＵが演算したストローク値である。
制御信号を受け取った駆動用モータ１０は回転駆動を開始し、この駆動力が上記遊星歯車減速機構１８、ドライブギヤ３０、ドリブンギヤ３１、ボールねじナット２３を介してボールねじ軸２４に伝達されて、ボールねじ軸２４が前進する。これにより、ボールねじ軸２４の先端部側（アクチュエータヘッド側）に配置される操作対象装置が操作される。
このとき、ストロークセンサ７０によってボールねじ軸２４のストローク値（軸方向位置）が検出される。ストロークセンサ７０によって検知された検出値は制御装置８０の比較部８２に送られ、検出値と上記目標値との差分が算出される。そして、検出値が目標値と一致するようになるまで、駆動用モータ１０を駆動させる。このように、ストロークセンサ７０によって検出されたストローク値がフィードバックされてボールねじ軸２４の位置が制御されることで、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。
次に、図１１に基づき、ストロークセンサ７０に代えて圧力センサ８３を用いた場合のフィードバック制御について説明する。
図１１に示すように、この場合は、操作対象装置に圧力センサ８３が設けられている。車両上位のＥＣＵに操作量が入力されると、ＥＣＵは要求される目標値（圧力指令値）を演算する。この目標値が制御装置８０に送られ、コントローラ８１から駆動用モータ１０に制御信号が送られると、駆動用モータ１０は回転駆動を開始する。これにより、ボールねじ軸２４が前進し、ボールねじ軸２４の先端部側（アクチュエータヘッド側）に配置される操作対象装置が加圧操作される。
このときのボールねじ軸２４の操作圧力は、圧力センサ８３により検出され、この検出値と目標値に基づいて、上記ストロークセンサ７０を用いる場合と同様に、ボールねじ軸２４の位置がフィードバック制御される。このように、圧力センサ８３によって検出された圧力値がフィードバックされてボールねじ軸２４の位置が制御されることで、本実施形態の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。
本実施形態の電動アクチュエータ１の構成および動作については以上の通りである。以下、本実施形態の電動アクチュエータ１に関して、小型化および設計自由度の向上に好適な構成部分について説明する。
図１に示すように、本実施形態では、ボールねじ２２を支持する支持軸受４０が、ドリブンギヤ３１に対して片側（右側）のみに配置され、反対側（左側）にはボールねじ２２を支持する軸受は一切配置されていない。このように、支持軸受４０をドリブンギヤ３１に対して片側のみに配置することで、支持軸受４０が配置されない側においては支持軸受４０と他の構成部品との干渉を考慮しなくてもよいため、部品レイアウトの設計自由度が向上し、小型化も図れるようになる。
具体的に、本実施形態では、支持軸受４０がドリブンギヤ３１に対して駆動部２とは反対側に配置されていることで、駆動部２をボールねじ２２に対してその軸方向と直交する方向（半径方向）に近づけて配置することができる。ここで、本実施形態とは異なり、支持軸受４０を駆動部２側に配置すると、駆動部２は支持軸受４０の外周面との干渉を回避するため、図１に示す一点鎖線αの位置よりもボールねじ２２から半径方向に離れた位置に配置されなければならない。この一点鎖線αは、図１に示す支持軸受４０の外周面を軸方向に延長させた仮想面のうち最も駆動部２側の位置を示す線であり、支持軸受４０を駆動部２側に配置した場合においても、当該支持軸受４０の外周面の最も駆動部２側の部分が配置されると想定される位置である。
これに対し、本実施形態のように、支持軸受４０を駆動部２とは反対側に配置した場合は、支持軸受４０が駆動部２側に存在しないため、駆動部２（モータケース１１）のボールねじ２２側の外周面を、上記一点鎖線αで示す位置よりもボールねじ２２に対して半径方向に接近させて配置することができる。これにより、駆動用モータ１０とボールねじ軸２４との軸間距離が短くなるため、電動アクチュエータ１の縦方向の小型化を図れる。また、支持軸受４０が駆動部２側に配置されていないことで、その配置スペースを利用して、本実施形態のように、ブーツ３６や、ブーツカバー３９、ブーツ３６が取り付けられる円筒部２９ｇ、ストロークセンサ７０、ターゲットとなる永久磁石７３等を配置することも可能である。
また、本実施形態では、ボールねじ２２の安定した片持ちを実現するため、支持軸受４０として複列アンギュラ玉軸受を用いている。複列アンギュラ玉軸受は、２列のボール４４が、いずれも接触角をもって外輪４２の軌道面４２ａと内輪４３の軌道面４３ａに接触しているため、ラジアル荷重に加えて、両方向のアキシャル荷重を支承でき、直線運動するボールねじ２２を安定的かつ確実に支持することができる。ここで、接触角とは、軸受中心軸に垂直な平面（ラジアル平面）と、軌道面からボールへ伝えられる力の合力の作用線（図１に示す各ボール４４の中心を通る一点鎖線）とが成す角度である。特に、本実施形態では、各ボール４４の上記作用線が半径方向外側で交差するように配置される、所謂背面合わせの構成となっているため、モーメント荷重に対しても有利である。
本実施形態の支持軸受４０においては、ボール４４に予圧は付与されておらず、外輪４２および内輪４３の各軌道面４２ａ，４３ａとボール４４との間は正隙間となっている。また、反対に、ボール４４に予圧を付与して負隙間としてもよい。
図１２は、本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータ１である。
図１２に示す電動アクチュエータ１は、図１に示す電動アクチュエータ１と比べて、減速機構部９をなくして、モータ部８と駆動力伝達部４を直接連結し、軸ケース５０を、ロック機構部７を取り付けるホルダ部６６のないものに取り換えている。この場合、駆動用モータ１０の出力軸１０ａは、減速機構部９がないので、ギヤボス３２に圧入嵌合し、ギヤボス３２を支持する伝達ギヤケース２９側の転がり軸受３３は省略している。また、駆動用モータ１０が取り付けられるモータアダプタ１９は、嵌合する相手部材が減速ギヤケース１７から伝達ギヤケース２９に変わるので、相手部材の嵌合形状に合った別の形状のものに換えている。その他の構成は、図１に示す実施形態と同様である。なお、図１２に示す実施形態の電動アクチュエータ１は、駆動用モータ１０からの駆動力が減速機構部９を介さずに駆動力伝達部４に直接伝達される以外、図１に示す実施形態と基本的に同様に制御されて動作するので、制御および動作に関する説明は省略する。
図１２に示す電動アクチュエータ１においても、図１に示す電動アクチュエータ１と同様に、支持軸受４０がドリブンギヤ３１に対して片側のみに配置されていることで、設計自由度が向上し、小型化を図れる。また、支持軸受４０として、背面合わせの複列アンギュラ玉軸受を用いることで、ボールねじ２２を安定的かつ確実に支持することができると共に、モーメント荷重に対しても有利な構成となる。
以上のように、本発明によれば、電動アクチュエータのコンパクト化や設計自由度の向上を実現可能であるので、種々の用途、使用に対応した電動アクチュエータの設計変更が行いやすくなる。従って、本発明に係る電動アクチュエータの構成は、電動アクチュエータを、例えば、二輪車を含む自動車用の電動パーキングブレーキ機構や、電動油圧ブレーキ機構、電動シフト切替機構、電動パワーステアリングのほか、２ＷＤ／４ＷＤ電動切替機構、船外機用（船舶推進機用）の電動シフト切替機構などの用途、使用に対応させてシリーズ化し、多品種展開する際に好適である。
上述の実施形態では、支持軸受４０として複列アンギュラ玉軸受を用いたものを例に説明したが、これに限らず、一対の単列のアンギュラ玉軸受を組み合せて使用してもよい。また、支持軸受４０としては、アンギュラ玉軸受のほかに、例えば、深溝玉軸受等を用いた他の複列軸受を適用することも可能である。このような複列軸受を用いた場合も、複列軸受によってボールねじ２２をドリブンギヤ３１に対して片側で支持することで、上記と同様に設計自由度の向上や小型化を図ることが可能である。また、支持軸受４０は、外輪４２が軸受ケース４１と一体的に構成されたものであってもよいし、内輪４３がボールねじナット２３と一体的に構成されたものであってもよい。
上記運動変換機構部３は、ボールねじ２２に限らず、滑りねじ装置であってもよい。ただし、回転トルクを低減して、駆動用モータ１０を小型化する観点からすれば、ボールねじ２２の方が好適である。
上記減速機構部９は、遊星歯車減速機構１８以外の減速機構でもよい。また、ドライブギヤ３０とドリブンギヤ３１との間で回転駆動を等速で伝達するようにしてもよいし、減速して伝達するようにしてもよい。
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 駆動部
３ 運動変換機構部
４ 駆動力伝達部
５ 運動変換機構支持部
６ 操作部
７ ロック機構部
８ モータ部
９ 減速機構部
１０ 駆動用モータ
１０ａ 出力軸
２８ 伝達ギヤ機構
３６ ブーツ
４０ 支持軸受
７０ ストロークセンサ

Claims (4)

  1. 駆動部と、前記駆動部からの回転運動を前記駆動部の出力軸と平行な軸方向の直線運動に変換する運動変換機構部と、前記駆動部から前記運動変換機構部へ駆動力を伝達する伝達ギヤ機構を有する駆動力伝達部と、前記運動変換機構部を支持する複列軸受を有する運動変換機構支持部と、前記運動変換機構部への異物侵入を防止するブーツと、前記ブーツの周囲に配置されるブーツカバーとを備え、
    前記複列軸受は、前記伝達ギヤ機構に対して前記駆動部とは反対側に配置され、
    前記駆動部は、駆動用モータと、前記駆動用モータを収容するモータケースとを有し、
    前記モータケースの前記運動変換機構部側の外周面は、前記複列軸受の外周面を軸方向に延長させた仮想面の位置よりも前記運動変換機構部に接近した位置に配置され、
    前記モータケースに前記ブーツカバーが一体に設けられると共に、前記ブーツカバーが前記伝達ギヤ機構に対して前記複列軸受とは反対側に配置されることを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 前記複列軸受は、複列アンギュラ玉軸受である請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  3. 前記複列アンギュラ玉軸受は、背面合わせである請求項２に記載の電動アクチュエータ。
  4. 前記運動変換機構部の直線運動のストロークを検出するためのストロークセンサを備え、
    前記ストロークセンサは、前記伝達ギヤ機構に対して前記複列軸受とは反対側に配置される請求項１から３のいずれか１項に記載の電動アクチュエータ。
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