JP7061937B2 - 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、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、例えば、下記特許文献１には、ボールねじ機構を用いてモータの回転運動を直線運動に変換して出力するものが開示されている。また、この電動アクチュエータにおいては、ボールねじ機構を構成するねじ軸の後端部側を収容する軸ケースが設けられている。

特開２０１７－１８４４８４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のように、ねじ軸がケースによって覆われた構成の場合、組付け作業中の取り扱いミスや電動アクチュエータの誤作動などにより、ねじ軸の後端部がケースの内面に衝突すると、ケースが破損する虞がある。

そこで、本発明は、ねじ軸の衝突によるケースの破損を防止することが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。

上記課題を解決するため、本発明は、電動モータと、電動モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構とを備え、運動変換機構が、回転可能に支持されたナットと、ナットの回転に伴って軸方向に移動するねじ軸とを有し、ねじ軸の軸方向端面を覆うケースが設けられた電動アクチュエータにおいて、ねじ軸の軸方向端面とこれに対向するケースの対向面との間に弾性部材を設けたことを特徴とする。

このように、ねじ軸の軸方向端面とこれに対向するケースの対向面との間に弾性部材を設けることで、ねじ軸の軸方向端面がケースの対向面に衝突したとしても、弾性部材がこの衝突によるケースへの衝撃を緩和する緩衝部材として機能することで、ケースの破損を防止することができる。

弾性部材をねじ軸の軸方向端面に設けてもよい。この場合、ねじ軸の軸方向端面に設けられた弾性部材がケースの対向面に対して当接することで、ケースの破損が防止される。

弾性部材をねじ軸の軸方向端面に設ける構成として、例えば、ねじ軸の軸方向端面に軸方向の孔部を設け、弾性部材に孔部に挿入される差込部を設ける構成を採用することができる。

弾性部材が上記のような差込部を有する構成の場合、差込部の外径を孔部の内径より小さい径に設定し、差込部に、差込部が孔部に挿入された状態で孔部の内周面に対して圧接する突起を設けた構成とすることが好ましい。このように、差込部の外径を孔部の内径よりも小さい径に設定することで、孔部への差込部の挿入作業が行いやすくなると共に、孔部への挿入時における差込部の外周面の削れ等の破損も回避することができる。一方、差込部に設けられた突起が孔部の内周面に対して圧接することで、その圧接力（弾性復元力）によって孔部からの差込部の脱落を防止することができる。

また、孔部の周壁部と差込部とのそれぞれに、軸方向とは直交又は交差する方向に挿通孔を設け、各挿通孔にねじ軸の回転を規制する回転規制部材を挿通させてもよい。この場合、孔部に差込部を挿入した状態で、回転規制部材を各挿通孔に挿通させることで、回転規制部材が、孔部に対する差込部の軸方向への移動を拘束するので、弾性部材の脱落を防止する脱落防止部材として機能する。また、回転規制部材が脱落防止部材としての機能も兼ねることで、別途脱落防止部材を設ける必要がなくなり、低コスト化も図れるようになる。

また、孔部から外部に露出する弾性部材の部分に、差込部に設けられた挿通孔の周方向位相を特定するための印を設けてもよい。これにより、作業者は差込部を孔部に挿入した後でも、差込部の挿通孔の周方向位相を外部から確認することができるので、差込部と孔部の周壁部に設けられた挿通孔同士の位相合わせを容易に行えるようになる。

本発明によれば、ねじ軸の軸方向端面がケースの対向面に衝突したとしても、弾性部材がこの衝突によるケースへの衝撃を緩和することで、ケースの破損を防止できるようになる。

本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの断面図である。 図１に示す電動アクチュエータにおけるねじ軸の後端部及び軸ケースの一部を拡大して示す断面図である。 ねじ軸の後端部から弾性部材と回り止めピンとを取り外した状態を示す分解斜視図である。 ねじ軸への組付け前の弾性部材の状態を示す断面図である。

図１は、本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの断面図である。まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成及び動作について説明する。

図１に示す電動アクチュエータ１は、電動モータ５を有するモータ部２と、電動モータ５の回転運動を伝達する駆動力伝達機構３と、電動モータ５の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構４とを主な構成としている。

モータ部２は、電動モータ５と、電動モータ５に電力供給するための導電部材としての一対のバスバー７０と、電動モータ５やバスバー７０等を収容するモータケース６０とを備えている。本実施形態では、電動モータ５として、安価な（ブラシ付き）ＤＣモータを用いているが、ブラシレスモータ等の他のモータを用いてもよい。

モータケース６０は、電動モータ５の大部分を収容する円筒状の本体部６１と、本体部６１の一端部（図１における左端部）に固定された蓋状のキャップ部６２とで構成されている。各バスバー７０は、金属製の板部材を所定形状に曲げ加工して形成されており、それぞれ樹脂製のホルダ部７１によって保持されている。また、各バスバー７０は、ホルダ部７１が電動モータ５の端部（図１おける左端部）に固定された状態で、電動モータ５の図示しないモータ端子に対して溶接により接続されている。キャップ部６２には軸方向に突出する筒状のコネクタ部６２ａが設けられており、コネクタ部６２ａの内周側には各バスバー７０の先端部（モータ端子に接続される側とは反対側の端部）が配置されている。このバスバー７０の先端部に対し、図示しない動力電源から延びる動力線の相手側端子が接続されることで、動力電源から電動モータ５へ電力が供給可能な状態となる。

駆動力伝達機構３は、駆動側のドライブギヤ８と、これと噛み合う被駆動側のドリブンギヤ９とで構成されている。ドライブギヤ８及びドリブンギヤ９は、ギヤケース１０内に収容されている。ドライブギヤ８は、ドリブンギヤ９よりも歯数の少ない小径のギヤであり、電動モータ５の回転軸５ａに対してこれと一体的に回転するように取り付けられている。これに対して、ドリブンギヤ９は、ドライブギヤ８よりも歯数の多い大径のギヤであり、運動変換機構４を構成する後述のナット１７に対してこれと一体的に回転するように取り付けられている。

また、ドライブギヤ８は、その軸方向の両端部にて２つの軸受１１，１２によって回転可能に支持されている。２つの軸受１１，１２のうち、一方（図１において左側）の軸受１１は、電動モータ５の端部に固定された筒状の軸受保持部材１３内に嵌め込まれることによって保持され、他方（図１において右側）の軸受１２は、ギヤケース１０内に嵌め込まれることによって保持されている。ドリブンギヤ９は、ナット１７の外周面に設けられた複列の軸受１４によってナット１７と共に回転可能に支持されている。複列の軸受１４は、ギヤケース１０に設けられた筒状のスリーブ１５内に収容され、スリーブ１５の内周面に装着された止め輪１６によって軸方向への移動が規制されている。複列の軸受１４としては、ナット１７を安定的かつ確実に支持することができるように、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る複列アンギュラ玉軸受を用いることが好ましい。

電動モータ５が駆動を開始し、電動モータ５の回転軸５ａが回転すると、回転軸５ａと一体的にドライブギヤ８が回転し、これに連動してドリブンギヤ９が回転する。このとき、電動モータ５からの回転運動は、歯数の少ないドライブギヤ８から歯数の多いドリブンギヤ９へ伝達されるので、減速されて回転トルクが増加する。このように、ドライブギヤ８とドリブンギヤ９間での減速により回転トルクを増加させて出力することで、小型の電動モータを用いても十分な出力が得られるようになる。なお、本実施形態とは異なり、ドライブギヤ８とドリブンギヤ９とを同じ歯数のギヤで構成し、電動モータ５からの回転運動を減速せずに伝達するようにしてもよい。

運動変換機構４は、回転部材としてのナット１７と、直動部材としてのねじ軸１８と、多数のボール１９とを有するボールねじ機構である。ナット１７の内周面とねじ軸１８の外周面には、それぞれ螺旋状溝が形成されており、これらの螺旋状溝の間にボール１９が転動可能に収容されている。また、ナット１７には図示しない循環部材が設けられており、この循環部材によってボール１９が螺旋状溝に沿って循環するように構成されている。

ねじ軸１８は、ナット１７の内周に挿通され、電動モータ５の回転軸５ａと平行に配置されている。ねじ軸１８の前端部（図１における左端部）には、連結孔１８ａが設けられており、この連結孔１８ａにボルト等の締結具を挿入することで、ねじ軸１８と操作対象である図示しない使用機器の対応部位とが連結される。電動モータ５の回転運動がドライブギヤ８及びドリブンギヤ９を介してナット１７に伝達されると、ナット１７が回転することで、ねじ軸１８が軸方向の一方（前進方向又は後退方向）へ移動する。反対に、電動モータ５が逆回転した場合は、ドライブギヤ８及びドリブンギヤ９を介して回転運動がナット１７に伝達されて、ねじ軸１８が軸方向の他方へ移動する。このように、電動モータ５の正逆回転によって、ねじ軸１８が前進又は後退することで、ねじ軸１８の前端部に連結された操作対象が操作される。

ねじ軸１８の後端部（操作対象側の端部とは反対側の端部）は、ねじ軸ケース２０によって覆われている。ねじ軸ケース２０は、ギヤケース１０に対してモータケース６０が固定される側とは反対側でギヤケース１０に固定されている。

また、ねじ軸１８の後端部には、ねじ軸１８の回転を規制する回転規制部材としての回り止めピン２１が設けられている。回り止めピン２１は、ねじ軸１８に対してその軸方向と直交又は交差する方向に取り付けられている。ねじ軸１８の後端部から外径方向に突出する回り止めピン２１の両端部には、それぞれガイドローラ２２が回転可能に取り付けられている。各ガイドローラ２２は、ねじ軸ケース２０に設けられた軸方向に延びる一対のガイド溝２０ａ内に挿入されている。ガイドローラ２２がガイド溝２０ａに沿って軸方向へ移動することで、ねじ軸１８は周方向に回転することなく軸方向に前進又は後退する。

また、ねじ軸１８において、ナット１７よりも前端部側には、電動アクチュエータ１内に異物が侵入するのを防止するブーツ２３と、ブーツ２３を保護するためのブーツカバー２５とが設けられている。ブーツ２３は、小径端部２３ａと大径端部２３ｂとこれらを繋いで軸方向に伸縮する蛇腹部２３ｃとで構成されている。小径端部２３ａはねじ軸１８の外周面に固定され、大径端部２３ｂはブーツカバー２５に取り付けられた筒状のブーツ装着部材２４の外周面に固定されている。ブーツカバー２５は、ブーツ２３の外側を覆うように配置され、モータケース６０の本体部６１と一体成型されている。

ねじ軸１８の往復運動に伴ってブーツ２３が伸縮すると、ブーツ２３内部の圧力が変動するため、特にねじ軸１８の軸方向移動量が多い場合に内圧変動により蛇腹部２３ｃが過大に変形して、蛇腹部２３ｃの耐久性が低下する虞がある。そこで、ブーツ２３の内圧変動による蛇腹部２３ｃの破損を防ぐために、ねじ軸ケース２０に通気フィルタ２６を設けている。通気フィルタ２６は、電動アクチュエータ１内を通ってブーツ２３の内部空間と連通しており、ブーツ２３が伸縮すると、通気フィルタ２６を通してエアが流入又は流出することで、蛇腹部２３ｃの変形が抑制される。

また、ねじ軸１８の外周面には、ねじ軸１８の軸方向位置を検出するためのセンサターゲットとなる磁石２７が設けられている。一方、モータケース６０の外周には、図示しないストロークセンサが設けられている。ねじ軸１８が前進又は後退すると、これに伴って移動する磁石２７の磁場（例えば磁束密度の向き及び強さ）の変化をストロークセンサが検出することにより、磁石２７の軸方向位置、ひいてはねじ軸１８の軸方向位置が検出される。

このように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１においては、ストロークセンサを用いることでねじ軸１８の前進位置及び後退位置を制御し管理することができる。従って、ねじ軸１８は基本的に所定の停止位置を越えて前進又は後退することはない。しかしながら、ストロークセンサの故障などにより、ねじ軸１８が誤作動して所定の停止位置を越えて後退すると、ねじ軸１８の後端部がねじ軸ケース２０に衝突し、ねじ軸ケース２０が破損してしまう虞がある。また、部品組付け中の取り扱いミスによって、ねじ軸１８の後端部がねじ軸ケース２０に衝突することもあり得る。その場合も、ねじ軸１８の衝突によりねじ軸ケース２０が破損する虞がある。

そこで、本実施形態では、このようなねじ軸ケース２０の破損を防止するため、以下のような対策を講じている。

図２は、図１に示す電動アクチュエータ１におけるねじ軸１８の後端部及び軸ケース２０の一部を拡大して示す断面図である。

図２に示すように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１においては、ねじ軸１８の後端部の衝突によるねじ軸ケース２０の破損を防止するため、ねじ軸１８の後端面１８ｂにゴム等から成る弾性部材３０を設けている。このように、ねじ軸１８の後端面１８ｂに弾性部材３０を設けることで、万が一ねじ軸１８が所定の停止位置を越えて後退した場合でも、弾性部材３０がねじ軸ケース２０に対して当接することで、ねじ軸ケース２０の破損が防止される。すなわち、弾性部材３０は、ねじ軸１８の後端面１８ｂとこれに対向するねじ軸ケース２０の対向面２０ｂとの間で、これら同士の衝突による衝撃を緩和する緩衝部材として機能する。

また、図２に示すように、本実施形態に係る弾性部材３０は、ねじ軸１８の後端面１８ｂに設けられた軸方向の孔部１８ｃに挿入される円柱状の差込部３１と、差込部３１よりも大径に形成された緩衝部３２とで構成されている。緩衝部３２は、差込部３１が孔部１８ｃに挿入された状態で、孔部１８ｃよりも軸方向外側（ねじ軸ケース２０の対向面２０ｂ側）へ突出するように配置されており、ねじ軸１８が所定の停止位置を越えて後退した場合にねじ軸ケース２０の対向面２０ｂに対して当接する部分である。

図３は、ねじ軸１８の後端部から弾性部材３０と回り止めピン２１とを取り外した状態を示す分解斜視図である。なお、図３において、ねじ軸１８の外周面に設けられた螺旋状溝は省略している。

図３に示すように、ねじ軸１８の後端面１８ｂに設けられた孔部１８ｃの周壁部と弾性部材３０の差込部３１とのそれぞれには、回り止めピン２１を挿通するための挿通孔１８ｄ，３３が設けられている。各挿通孔１８ｄ，３３は、ねじ軸１８の軸方向又はこれに相当する弾性部材３０の軸方向とは直交又は交差する方向に配置されており、それぞれねじ軸１８又は弾性部材３０を貫通するように形成されている。

ねじ軸１８に対して弾性部材３０及び回り止めピン２１を組み付けるには、まず、弾性部材３０の差込部３１をねじ軸１８の孔部１８ｃに挿入する。次いで、それぞれの挿通孔１８ｄ，３３の周方向位相を合わせた状態で、回り止めピン２１を各挿通孔１８ｄ，３３に挿通させ、回り止めピン２１がねじ軸１８及び弾性部材３０を貫通した状態となるように組み付ける。最後に、回り止めピン２１の両端部に上述のガイドローラ２２を取り付けることで、各挿通孔１８ｄ，３３に対する回り止めピン２１の抜け止めがなされる。

ここで、弾性部材３０の差込部３１の外径を、ねじ軸１８の孔部１８ｃの内径と同じか、それよりも僅かに大きい径に設定すると、孔部１８ｃに対して差込部３１を挿入した際に、差込部３１の外周面が孔部１８ｃの内周面に対して周方向全体に渡って接触又は圧接することで、両部材の摩擦力により組付け時における差込部３１の脱落を防止することが可能である。しかしながら、このように、孔部１８ｃの内周面に対して差込部３１の外周面全体を接触させる構成は、孔部１８ｃへの挿入時に差込部３１の外周面が削れるなどの破損が生じてしまう虞がある。一方で、差込部３１の外径を孔部１８ｃの内径より小さい径に設定すると、組付け時に孔部１８ｃから差込部３１が脱落する可能性があり、取り扱いに不便となる。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、差込部３１の外周面に複数の突起３４を設け、各突起３４が孔部１８ｃの内周面に圧接することで、孔部１８ｃからの差込部３１の脱落を防止できるようにしている。本実施形態では、突起３４が互いに１８０°対称の位置に２つ設けられているが、突起３４の数は１つ又は３つ以上であってもよい。

図４は、ねじ軸１８への組付け前の弾性部材３０の状態を示す断面図である。

図４に示すように、組付け前の孔部１８ｃの中心軸と差込部３１の中心軸とを同軸上に配置した状態で、差込部３１の各突起３４は、孔部１８ｃの（凹凸の無い）円筒状の内周面よりも外径方向に突出するように配置されている。本実施形態の構成で言えば、互いに１８０°対称の位置に配置された一方の突起３４の頂部から他方の突起３４の頂部までの径方向寸法ｄ１が、孔部１８ｃの内径ｄ２よりも大きく設定されている。従って、孔部１８ｃに対して差込部３１が挿入されると、各突起３４が孔部１８ｃの内周面に接触して内径方向に圧縮されることで、孔部１８ｃの内周面に対して各突起３４が圧接し、その圧接力（弾性復元力）によって孔部１８ｃからの差込部３１の脱落が防止される。

一方、図４に示すように、差込部３１の外径ｄ３は孔部１８ｃの内径ｄ２よりも小さい径に設定されているので、孔部１８ｃへの挿入時における差込部３１の外周面の削れ等の破損を回避することができる。また、差込部３１の外周面を全周に渡って孔部１８ｃの内周面に接触させる構成に比べて、差込部３１と孔部１８ｃとの間での摩擦力が低減するので、孔部１８ｃへの差込部３１の挿入作業も行いやすくなると共に、回り止めピン２１を組み付ける際の各挿通孔１８ｄ，３３同士の位相合わせも楽に行えるようになる。

さらに、本実施形態においては、挿通孔１８ｄ，３３同士の位相合わせを容易に行えるように、図３に示すように、弾性部材３０の緩衝部３２の外周面に、差込部３１の挿通孔３３の周方向位相を特定するための印３５を設けている。本実施形態では、印３５を凸部で構成しているが、凹部でもよいし、着色により判別可能な印であってもよい。また、本実施形態では、印３５が差込部３１の挿通孔３３と同じ周方向位相に配置されているが、挿通孔３３に対して９０°位相がずれた位置など、挿通孔３３とは異なる周方向位相に印３５を配置してもよい。このように、孔部１８ｃから外部に露出する部分（緩衝部３２）に、差込部３１の挿通孔３３の周方向位相を特定するための印３５を設けることで、作業者は差込部３１を孔部１８ｃに挿入した後でも、差込部３１の挿通孔３３の周方向位相を外部から確認することができるので、挿通孔１８ｄ，３３同士の位相合わせを容易に行えるようになる。

また、上述のように、ねじ軸１８に対して回り止めピン２１が組み付けられることで、ねじ軸１８からの弾性部材３０の脱落が確実に防止される。すなわち、回り止めピン２１は、孔部１８ｃに対する差込部３１の挿入方向又は脱落方向とは直交又は交差する方向にねじ軸１８及び差込部３１を貫通した状態で組み付けられるため、差込部３１が脱落方向へ移動しようとしたとしても、その移動が回り止めピン２１によって拘束される。このように、本実施形態では、回り止めピン２１が弾性部材３０の脱落防止部材として機能することで、孔部１８ｃからの弾性部材３０の脱落が確実に防止されると共に、専用の脱落防止部材を別途設けなくてもよいので、低コスト化を図ることも可能である。

以上、本発明に係る電動アクチュエータの実施形態について説明したが、本発明は上記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る。

上述の実施形態では、弾性部材３０をねじ軸１８の後端面１８ｂに設けているが、ねじ軸ケース２０の対向面２０ｂに弾性部材３０を設けてもよい。また、ケースがねじ軸１８の前端部側（操作対象側の端部）に設けられている場合は、ねじ軸１８の前端面、あるいはこれに対向するケースの対向面に、弾性部材３０を設けてもよい。要するに、本発明は、ねじ軸の少なくとも一方の軸方向端面とこれを覆うケースとが設けられた構成であれば適用可能であり、ねじ軸の軸方向端面とこれに対向するケースの対向面との間に弾性部材を設けることで、ねじ軸の軸方向端面とケースの対向面との衝突によるケースの破損を防止することができる。また、このようなケースへの衝撃を緩和する弾性部材としては、上述の実施形態に挙げるようなゴム弾性体に限らず、バネ構造体を適用することも可能である。

また、上述の実施形態では、運動変換機構としてボールねじ機構を用いた構成を例に挙げているが、ねじ軸とこれに螺合するナットとで構成されたすべりねじ機構を備える電動アクチュエータに対しても本発明を適用可能である。

１ 電動アクチュエータ
３ 駆動伝達機構
４ 運動変換機構
５ 電動モータ
１７ ナット
１８ ねじ軸
１８ｂ 後端面
１８ｃ 孔部
１８ｄ 挿通孔
１９ ボール
２０ ねじ軸ケース
２０ｂ 対向面
２１ 回り止めピン（回転規制部材）
３０ 弾性部材
３１ 差込部
３２ 緩衝部
３３ 挿通孔
３４ 突起
３５ 印

Claims (4)

1. 電動モータと、前記電動モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構とを備え、前記運動変換機構が、回転可能に支持されたナットと、前記ナットの回転に伴って軸方向に移動するねじ軸とを有し、前記ねじ軸の軸方向端面を覆うケースが設けられた電動アクチュエータにおいて、
   前記ねじ軸の軸方向端面と対向する前記ケースの対向面に当接可能な弾性部材を、前記ねじ軸の軸方向端面に設け、
   前記弾性部材は、前記ねじ軸の軸方向端面に設けられた軸方向の孔部に挿入される差込部を有することを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記差込部の外径を前記孔部の内径より小さい径に設定し、
   前記差込部に、前記差込部が前記孔部に挿入された状態で前記孔部の内周面に対して圧接する突起を設けた請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記孔部の周壁部と前記差込部とのそれぞれに、軸方向とは直交又は交差する方向に挿通孔を設け、
   前記各挿通孔に前記ねじ軸の回転を規制する回転規制部材を挿通した請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記孔部から外部に露出する前記弾性部材の部分に、前記差込部に設けられた前記挿通孔の周方向位相を特定するための印を設けた請求項３に記載の電動アクチュエータ。

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