JP7217606B2 - 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、自動車をはじめとする車両においては、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、下記の特許文献１には、電動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ねじ機構を採用したものが開示されている。このねじ機構を構成するねじ軸は、電動アクチュエータの出力軸（最終出力軸）を構成し、軸方向に直線運動（進退移動）することで操作対象を操作する。

ねじ機構のねじ軸は、高精度にかつスムーズに進退移動可能である。そのため、ねじ軸を最終出力軸として用いた電動アクチュエータは、操作対象を精度良く操作することができるという利点を有する反面、例えば、電動モータの停止状態で操作対象（ねじ軸）に外力が入力された場合、何らの対策も講じられていなければ、操作対象を誤操作してしまう可能性がある。そこで、特許文献１の電動アクチュエータには、電動モータの停止状態で運動変換機構が動作する（ねじ軸が進退移動する）のを規制可能なロック機構部が設けられている。

上記のロック機構部は、主に、ねじ軸駆動用の電動モータ（駆動用モータ）とは別に設けられた小型の電動モータ（ロック用モータ）と、ロック用モータの出力を受けて軸方向に移動可能なロック部材とを備える。駆動用モータとねじ機構との間（の動力伝達経路上）には、駆動用モータの回転運動をねじ機構のナットに伝達するためのギヤ機構部が設けられており、ロック部材は、ギヤ機構部を構成する駆動ギヤおよび従動ギヤのうち、駆動ギヤに設けられた孔部に対して挿脱可能とされている。以上の構成を有するロック機構部は、例えば以下のように動作する。まず、駆動用モータに電力が供給されている状態では、ロック用モータにも電力が供給され、ロック部材が駆動ギヤの孔部から離脱した状態で保持される。この場合、駆動ギヤは回転可能であり、駆動用モータの回転運動が駆動ギヤおよび従動ギヤを介してナットに伝達されることから、電動アクチュエータは、ねじ軸の進退移動が許容されるロック解除状態に保持される。一方、駆動用モータへの電力供給が遮断されると、ロック用モータへの電力供給も遮断される。これに伴い、ロック部材が駆動ギヤに対して接近移動し、ロック部材が駆動ギヤの孔部に挿入されると、駆動ギヤの周方向で駆動ギヤとロック部材とが係合する。これにより、駆動ギヤが回転不能となるため、電動アクチュエータはねじ軸の進退移動が規制されるロック状態となる。

以上を小括すると、特許文献１の電動アクチュエータは、駆動用モータが駆動されると、ロック用モータも併せて駆動されてロック状態からロック解除状態に移行し、駆動用モータが停止するとロック解除状態からロック状態に移行するように構成されている。

特開２０１７－１８４４８４号公報

上記のロック機構部は、駆動用モータとは別のロック用モータが必要であることに加え、ロック用モータを駆動するための電源や制御を必要とすることから、電動アクチュエータ全体としての動作制御の複雑化、ひいては電動アクチュエータの高コスト化を招来するという問題がある。

また、上記のロック機構部は、ロック部材が駆動ギヤに設けられた孔部に挿入されなければ、ねじ軸の進退移動を規制するロック状態にすることができない。そのため、例えば、操作対象に外力が作用した時点で上記孔部の配設位置とロック部材の配設位置とが駆動ギヤの回転方向でずれていた場合（ロック部材の移動方向の延長線上に上記孔部が存在しない場合）、ねじ軸の進退移動を即座に規制することができず（ロック機構部が有効に作用せず）、複雑な制御を必要とした。

そこで、本発明の主な目的は、駆動部の停止状態でねじ軸に外力が作用した場合にねじ軸が直線運動するのを確実に規制することができ、かつねじ軸の直線運動が許容される状態とねじ軸の直線運動が規制される状態との切り替えを電源や制御を必要とせずに実行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。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、電動モータを有する駆動部と、駆動部の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部と、駆動部の回転運動を運動変換機構部に伝達するギヤ機構部と、駆動部の停止状態で運動変換機構部が動作するのを規制するロック機構部とを備え、運動変換機構部が、軸方向に直線運動することで操作対象を操作するねじ軸およびその外周に回転可能に嵌合されたナットを有し、ギヤ機構部が、駆動部の回転運動を受けて回転する駆動ギヤおよびその回転運動をナットに伝達する従動ギヤを有する電動アクチュエータにおいて、ロック機構部は、駆動ギヤと同軸配置された静止部材に設けられた円筒面と、駆動ギヤの内径面に設けられ、円筒面との間に楔状空間を形成するカム面と、円筒面と駆動ギヤの内径面との間に移動可能に配置されたローラと、円筒面と駆動ギヤの内径面との間に配され、ローラを円筒面とカム面とで拘束することにより駆動ギヤの回転を規制する規制位置に向けてローラを常時付勢した弾性部材と、駆動部の出力部材と一体回転可能に設けられた筒状の入力部材と、を備え、入力部材は、駆動部が回転駆動されるのに伴って、弾性部材の付勢力に抗してローラを規制位置から離脱させるための加圧力をローラに付与可能な加圧部、および駆動ギヤの内径面に設けられた円弧溝と駆動ギヤの周方向で係合する係合部を有し、円弧溝は、その全体がカム面と軸方向で重複するように駆動ギヤの内径面に設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、駆動部（電動モータ）の停止状態においては、弾性部材の付勢力によってローラを規制位置に位置させることができ、また、回転駆動中の駆動部が停止すると、弾性部材の付勢力によってローラを規制位置に即座に移動させることができる。ローラが規制位置に位置した状態では、駆動ギヤの回転が規制される結果、従動ギヤさらにはナットの回転が規制されるので、ねじ軸の直線運動が規制される。その一方、駆動部が回転駆動されると、駆動部の出力部材と一体回転する入力部材に設けられた加圧部からローラに対して付与される加圧力によってローラが規制位置から離脱するので、駆動ギヤは円筒面を有する静止部材に対して回転可能な状態となる。また、駆動部が回転駆動されると、入力部材に設けられた係合部が駆動ギヤの周方向で駆動ギヤと係合するので、入力部材と駆動ギヤとが一体回転する。このように、駆動ギヤが回転すると、従動ギヤ、さらにはナットが回転するので、ねじ軸が直線運動する。

以上のように、本発明に係る電動アクチュエータに設けられるロック機構部は、駆動部が駆動又は停止するのに伴って駆動ギヤ、ひいてはナットが回転又は停止するように構成された機械式のクラッチ（カムクラッチ）としての機能を有しており、これを作動させるための専用電源や制御を必要としない。従って、本発明に係る電動アクチュエータは、駆動部の停止状態でねじ軸に外力が作用した場合でもねじ軸が直線運動するのを確実に規制することができ、かつねじ軸の直線運動が許容される状態とねじ軸の直線運動が規制される状態との切り替えを電源や制御を必要とせずに即座に実行することができる。

上記構成を有する電動アクチュエータにおいて、ローラを駆動ギヤの周方向に離間した（ｎ＋１）箇所に設け（但し、ｎは１以上の奇数）、周方向の所定位置から数えて第ｎ番目のローラおよびこれと周方向で隣り合う第（ｎ＋１）番目のローラ、並びにこれら二つのローラ間に圧縮状態で配置された弾性部材を一組とする可動体と加圧部とを周方向で交互に配置することができる。この場合、駆動部が回転駆動されたとき、可動体を構成する二つのローラのうち、入力部材の回転方向後方側に位置するローラがこれと周方向で隣接する加圧部の加圧力を受けて規制位置から離脱すると共に、入力部材の回転方向前方側に位置するローラが円筒面およびカム面に対して空転するように構成することができる。

上記構成によれば、駆動部が正逆何れの方向に回転駆動される場合でも、上述した本発明の作用効果を有効に享受することができる。なお、上記の構成は、例えば、カム面を、駆動ギヤの回転中心を通って駆動ギヤの径方向に延びる平面と平行な平坦面で構成することによって得られる。

上述した本発明の構成は、従動ギヤの歯数を駆動ギヤの歯数よりも多くし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。

上記構成において、駆動ギヤは、外周部が従動ギヤと噛み合うギヤ部と、ギヤ部に対して固定され、内径面にカム面が設けられたカム部とを有するものとすることができる。すなわち、駆動ギヤは、ギヤ部とカム部とが別体に設けられたものとすることができる。このようにすれば、ギヤ部およびカム部を有する複雑形状の駆動ギヤを容易にかつ精度良く得ることができる。もちろん、駆動ギヤは、ギヤ部およびカム部が一体に設けられたものとしても良い。

以上のことから、本発明によれば、ねじ軸の直線運動を許容する状態とねじ軸の直線運動を規制する状態との切り替えを電源や制御を必要とせずに実行し得る簡素な構成でありながら、駆動部の停止状態でねじ軸に外力が作用した場合にねじ軸が直線運動するのを確実に規制可能な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概略縦断面図である。 図１のＡ－Ａ線矢視断面図である。 図１のＢ－Ｂ線矢視断面図である。 ロック機構部の分解斜視図である。 図２の部分拡大図である。 駆動部の停止状態におけるロック機構部の部分横断面図である。 駆動部の駆動状態におけるロック機構部の部分横断面図である。 他の実施形態に係る電動アクチュエータの部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で使用する「軸方向一方側」とは図１の紙面左側であり、「軸方向他方側」とは図１の紙面右側である。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ１の概略縦断面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ線矢視断面図であり、図３は、図１のＢ－Ｂ線矢視断面図である。電動アクチュエータ１は、回転駆動力を発生させる駆動部２と、駆動部２から出力された回転駆動力（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３と、駆動部２の回転運動を運動変換機構部３に伝達するギヤ機構部４と、運動変換機構部３を支持する支持部５と、運動変換機構部３の直線運動を操作対象に出力（伝達）する操作部６と、駆動部２の停止状態で運動変換機構部３が動作するのを規制するロック機構部７とを備える。本実施形態の駆動部２は、モータ部８と減速機構部９とで構成される。

モータ部８は、主に、電動モータ１０と、電動モータ１０を収容したモータケース１１とを備える。電動モータ１０のモータ端子（図示省略）は、図示外の導電部材や動力線を介して動力電源に接続されている。なお、電動モータ１０としては、例えばブラシ付きのＤＣモータやブラシレスモータが使用される。

減速機構部９は、電動モータ１０の回転を減速して出力する減速機１２と、減速機１３を収容した減速機ケース１４とを備える。減速機ケース１４は、その軸方向一方側に隣接配置されたモータケース１１に対して分離可能に連結されている。

減速機１２には、いわゆる遊星歯車減速機を採用している。すなわち、減速機１２は、電動モータ１０の出力軸１０ａと一体回転可能に設けられたサンギヤ１５と、減速機ケース１４の内周に設けられたリングギヤ１６と、サンギヤ１５とリングギヤ１６の間に配置され、サンギヤ１５およびリングギヤ１６に噛み合った複数（例えば、３つ）の遊星ギヤ１７と、遊星ギヤ１７を回転自在に保持した遊星ギヤホルダ１８および遊星ギヤキャリア１９とを備える。遊星ギヤキャリア１９は、遊星ギヤ１７に連結された環状部１９ａと、環状部１９ａの内径端部から軸方向他方側に延びた円筒部１９ｂとを一体に有し、遊星ギヤ１７の公転運動を取り出して出力する。遊星ギヤキャリア１９の円筒部１９ｂは、後述する転がり軸受４４（の内輪）および入力部材としての入力保持器７１と一体回転可能に連結されている。

上記構成を有する減速機１２により、電動モータ１０の出力軸１０ａの回転運動が減速された上でギヤ機構部４、さらには運動変換機構部３に伝達される。これにより、ギヤ機構部４（を構成する駆動ギヤ４１）の回転トルクを増加することができるので、小型の電動モータ１０を採用することができる。

運動変換機構部３は、ボールねじ３０で構成される。ボールねじ３０は、電動モータ１０の出力軸１０ａと平行に配置されたねじ軸３１と、多数のボール３３を介してねじ軸３１の外周に回転可能に嵌合された回転部材としてのナット３２と、循環部材としてのこま３４とを備える。ねじ軸３１の外周面に形成された螺旋状溝３１ａとナット３２の内周面に形成された螺旋状溝３２ａとの間に多数のボール３３が装填され、こま３４が組み込まれている。このような構成により、ナット３２が回転するのに伴ってねじ軸３１が軸方向に進退移動する際には、両螺旋状溝３１ａ，３２ａの間でボール３３が循環する。

ねじ軸３１は、電動アクチュエータ１の出力部材を構成するものであり、その軸方向一方側の端部には、図示外の操作対象を操作するための操作部６が設けられている。図示例において、操作部６は、操作対象とねじ軸３１とを連結するための連結部材が挿入される径方向の貫通孔で構成される。

電動アクチュエータ１には、筒部３５ａおよび底部３５ｂを有する有底筒状の軸ケース３５が設けられ、この軸ケース３５にねじ軸３１の一部が収容されている。本実施形態の軸ケース３５には、筒部３５ａの軸方向一方側の端部から径方向外側に延びたフランジ部３５ｃが一体に設けられ、このフランジ部３５ｃは、支持部５を構成する軸受ケース５１に対して分離可能に連結されている。

電動アクチュエータ１には、ねじ軸３１の軸方向位置（進退移動量）を検出するための位置検出装置が設けられる。この位置検出装置は、例えば、モータケース１１に取り付けられたストロークセンサとしての磁気センサ（図示省略）と、ねじ軸３１に取り付けられたセンサターゲットとしての永久磁石３６とで構成される。永久磁石３６は、保持部材３７を介してねじ軸３１に取り付けられている。この場合、ねじ軸３１が軸方向に進退移動すると、これに伴って移動する永久磁石３６の磁場（例えば磁束密度の向きおよび強さ）の変化が磁気センサで検出されることにより、ねじ軸３１の進退移動量が検出される。

図３にも示すように、ねじ軸３１の軸方向他方側の端部には、ねじ軸３１がその中心軸回りに回転するのを規制するための回転規制部２０を設けている。回転規制部２０は、ねじ軸３１に取り付けられて径方向に延び、両端部がねじ軸３１の外側に突出した支持ピン２１と、支持ピン２１の突出部に外嵌され、支持ピン２１に回転可能に支持されたガイドローラ２２と、軸ケース３５の筒部３５ａの内周面に設けられて軸方向に延び、ガイドローラ２２が転動可能に嵌め込まれた一対の案内溝３５ｄとを備える。係る構成を備えた回転規制部２０は、ねじ軸３１の径方向に延びた取り付け孔（貫通孔）３１ｂに対して支持ピン２１を挿入（ここでは圧入）してから、ガイドローラ２２を支持ピン２１に対して回転可能に嵌合することにより、ねじ軸３１、支持ピン２１およびガイドローラ２２からなるアセンブリを作製した後、ガイドローラ２２と軸ケース３５に設けた案内溝３５ｄとの位相合わせを行った状態で上記アセンブリを軸ケース３５内に組み込むことで完成する。

上記のとおり、本実施形態の電動アクチュエータ１には、ねじ軸３１の軸方向位置を検出するための位置検出装置を設けており、また、ねじ軸３１は、ねじ軸３１に取り付けたガイドローラ２２が軸ケース３５に設けた案内溝３５ｄに沿って転動することで進退移動することから、ねじ軸３１の前進限および後退限を制御することができる。従って、ねじ軸３１は基本的に所定の停止位置を越えて前進又は後退しない。しかしながら、位置検出装置の故障などにより、ねじ軸３１が誤作動して所定の停止位置を越えて後退（軸方向他方側に移動）すると、ねじ軸３１の後端部（軸方向他方側の端部）が軸ケース３５の底部３５ｂに衝突し、軸ケース３５が破損するおそれがある。

そこで、本実施形態では、ねじ軸３１と軸ケース３５の底部３５ｂとの間にゴム、樹脂又は熱可塑性エラストマー等の弾性材料で形成された緩衝部材２３を設けている。これにより、仮にねじ軸３１が所定の停止位置を越えて後退することにより、ねじ軸３１が軸ケース３５の底部３５ｂに衝突した場合でも、緩衝部材２３によって衝撃荷重が緩和されるので、軸ケース３５が破損等する可能性を低減することができる。

本実施形態の緩衝部材２３は、ねじ軸３１の軸方向他方側の端面３１ｃに開口した凹部３１ｄに挿入される円柱状の差込部２４と、ねじ軸３１と軸ケース３５の底部３５ｂとの間に介在するフランジ状の緩衝部２５とで構成されている。緩衝部材２３の差込部２４には径方向の貫通孔２６が設けられており、緩衝部材２３は、上記貫通孔２６に支持ピン２１を挿通することでねじ軸３１に対して取付固定される。要するに、支持ピン２１は、ガイドローラ２２の支持軸として機能するだけでなく、緩衝部材２３の取付部材としても機能する。このような構成により、ねじ軸３１、支持ピン２１、ガイドローラ２２および緩衝部材２３等を備えたアセンブリを容易に組み立てることができる。

図１および図２に示すように、ギヤ機構部４は、主に、ロック機構部７を介して伝達される駆動部２の出力を受けて回転駆動される駆動ギヤ４１と、駆動ギヤ４１（のギヤ部４１１）と噛み合った従動ギヤ４２と、駆動ギヤ４１（の一部）および従動ギヤ４２を収容したギヤケース４３と、減速機１２の遊星ギヤキャリア１９を回転自在に支持した転がり軸受４４とを備える。転がり軸受４４は、内輪、外輪および玉を備えた玉軸受（例えば、深溝玉軸受）で構成される。

ギヤケース４３は、軸方向一方側に隣接配置された減速機ケース１６に対して分離可能に連結された基部４３ａと、ねじ軸３１の一部を収容した円筒部４３ｂとを有する。基部４３ａには、電動モータ１０の回転軸１０ａ等が挿通された軸方向の貫通孔４３ａ１が設けられており、この貫通孔４３ａ１の内壁面に転がり軸受４４の外輪が装着される。転がり軸受４４の内輪の内周面には、遊星ギヤキャリア１９の円筒部１９ｂの外周面が圧入されている。

ギヤケース４３の円筒部４３ｂとねじ軸３１との間には筒状のブーツ４５が取り付けられる。ブーツ４５は、樹脂、ゴムあるいは熱可塑性エラストマー等の弾性材料で形成され、小径筒部４５ａおよび大径筒部４５ｂと、両筒部４５ａ，４５ｂを接続する蛇腹部４５ｃとを一体に有する。小径筒部４５ａおよび大径筒部４５ｂは、それぞれ、ブーツバンド４６Ａ，４６Ｂによってねじ軸３１およびギヤケース４３の円筒部４３ｂに対して締め付け固定される。このような構成により、ギヤケース４３内への異物侵入が防止される。ブーツ４５の外周には、ブーツ４５を保護するためのブーツカバー４７が配置されている。本実施形態のブーツカバー４７は、モータケース１１と一体に設けられている。

図１および図４に示すように、駆動ギヤ４１は、ロック機構部７を収容した中空部を有する段付き円筒状に形成されており、ギヤ部４１１とカム部４１２とを一体に有する。ギヤ部４１１は、外周部に従動ギヤ４２と噛み合う歯面を有する。本実施形態のギヤ部４１１は、図２に示すように、従動ギヤ４２よりも小径でかつ歯数が少ない。また、カム部４１２は、ロック機構部７の一部を構成するものであり、その詳細構造は後段で説明するが、簡単に説明すると、カム部４１２は、カム面４１５が設けられた大径内径面４１４と、ロック機構部７を構成する第３転がり軸受７８の外輪が装着された小径内径面４１３とを有する。

図２に示すように、従動ギヤ４２は、駆動ギヤ４１のギヤ部４１１よりも大径でかつ歯数が多いギヤで構成され、ボールねじ３０のナット３２と一体回転可能に設けられている。本実施形態では、ナット３２の外周面が従動ギヤ４２の内周面に圧入されることにより、従動ギヤ４２およびナット３２が一体回転する。

以上の構成により、（ロック機構部７を介して伝達される）駆動部２の出力を受けて駆動ギヤ４１が回転すると、従動ギヤ４２およびナット３２が一体回転する。これにより、ナット３２の回転方向に応じてねじ軸３１が軸方向（電動モータ１０の回転軸１０ａと平行な軸方向）に進退移動し、ねじ軸３１の操作部６に連結された図示外の操作対象が操作される。本実施形態では、駆動ギヤ４１のギヤ部４１１の歯数よりも従動ギヤ４２の歯数の方が多いので、ギヤ機構部４に入力された回転運動は、減速されると共にトルクが増加された上で運動変換機構部３のナット３２に伝達される。そのため、電動モータ１０の一層の小型化を図ることができる。

支持部５は、ボールねじ３０のナット３２を回転自在に支持する支持軸受５０と、支持軸受５０を収容した軸受ケース５１とを備える。図２にも示すように、軸受ケース５１は、軸方向一方側に隣接配置された伝達ギヤケース４５に対して分離可能に連結されており、駆動ギヤ４１の回転中心と同軸配置された軸部５２を有する。

支持軸受５０としては、外輪５０ａおよび内輪５０ｂと、これらの間に転動自在に配された複列のボール５０ｃとを備え、ラジアル荷重および両方向のアキシャル荷重を支持することができる複列アンギュラ玉軸受が使用される。軸受ケース５１と支持軸受５０との間には、径方向内向きの鍔部５３ａを一体に有する鍔付き円筒状のスリーブ５３が配置されており、支持軸受５０の外輪５０ａは、スリーブ５３の鍔部５３ａとスリーブ５３の内周面に装着された止め輪５４とで挟持されることにより、軸方向の位置決めがなされている。一方、支持軸受５０の内輪５０ｂは、従動ギヤ４２とナット３２の外周面に装着された止め輪５５とで挟持されることにより、軸方向の位置決めがなされている。

以下、本発明に係る電動アクチュエータ１の特徴的構成であるロック機構部７について、図１および図２に加え、図４～図７を参照しながら詳細に説明する。なお、図４は、ロック機構部７の分解斜視図であり、図５は、図２の部分拡大図である。また、図６は、駆動部２の停止状態におけるロック機構部７の部分横断面図であり、図７は、駆動部２の駆動状態におけるロック機構部７の部分横断面図である。

図１および図２に示すように、ロック機構部７は、駆動ギヤ４１の内周（駆動部２とギヤ機構部４の間の動力伝達経路上）に配置されている。図４に示すように、ロック機構部７は、主に、入力部材としての入力保持器７１と、可動体７２と、静止部材としての固定軸７５と、駆動ギヤ４１に設けられたカム部４１２と、第１転がり軸受７６、第２転がり軸受７７および第３転がり軸受７８とを組み合わせて形成される。第１転がり軸受７６～第３転がり軸受７８は、何れも、深溝玉軸受で構成される。

図１、図２および図４に示すように、入力保持器７１は、軸方向一方側から軸方向他方側に向けて順に配置された第１筒部７１ａ、第２筒部７１ｂおよび環状部７１ｃと、係合部７１ｄと、加圧部７１ｅとを有する。第１筒部７１ａは、ギヤケース４３の基部４３ａに設けられた貫通孔４３ａ１の内周に配置され、その外周面には遊星ギヤキャリア１９の筒部１９ｂの内周面が圧入される。第２筒部７１ｂは、駆動ギヤ４１の内周に配置され、その外周面には、駆動ギヤ４１の軸方向一方側の端部を入力保持器７１に対して回転自在に支持する第１転がり軸受７６の内輪が装着される。

静止部材としての固定軸７５は、段付きの中空軸に形成され、軸受ケース５１に設けられた軸部５２の外周に嵌合固定されている。図４に示すように、固定軸７５の内周面には軸方向溝７５ｂが形成されており、この軸方向溝７５ｂを軸部５２の外周面に形成された軸方向の凸部（図示省略）に嵌合することで固定軸７５が軸部５２に対して回り止めされる。固定軸７５は、第２転がり軸受７７の内輪および第３転がり軸受７８の内輪がそれぞれ装着される二つの小径円筒面と、両小径円筒面の間に配置され、小径円筒面よりも大径の大径円筒面７５ａとを有する。大径円筒面７５ａは、駆動ギヤ４１のカム部４１２の大径内径面４１４と環状空間を介して対向配置される。

図５に示すように、駆動ギヤ４１のカム部４１２の大径内径面４１４には、固定軸７５の大径円筒面７５ａとの間に楔状空間Ｇを形成するカム面４１５が設けられている。このため、固定軸７５の大径円筒面７５ａは、本発明でいう円筒面（Ｃ）を構成する。カム面４１５は、周方向に離間した複数箇所（本実施形態では１２箇所）に等配されており、本実施形態のカム面４１５は、駆動ギヤ４１の回転中心を通って駆動ギヤ４１の径方向に延びる平面と平行な平坦面で構成される。従って、各カム面４１５で形成される計１２個の楔状空間Ｇは、その周方向中央部から周方向両端部に向けて径方向寸法が漸次縮小した形態を有する（図６および図７を併せて参照）。カム面４１５の周方向中央部と円筒面Ｃとの径方向離間距離は、カム部４１２の大径内径面４１４と円筒面Ｃとの間に配置されるローラ７３の直径寸法よりも小さく設定される。なお、図５には、１２箇所に設けられたカム面４１５を区別して説明する場合の便宜から、周方向の所定位置から数えて第１番目のカム面４１５には符号４１５Ａを併せて表示し、第２番目～第１２番目のカム面４１５には、それぞれ、符号４１５Ｂ～４１５Ｌを表示している。

図５－図７に示すように、カム部４１２の大径内径面４１４のうち、周方向で隣り合う２つのカム面４１５の間の領域には、外径側を凸とする円弧状の逃げ面４１６を設けている。従って、周方向で隣り合う２つのカム面４１５は、円弧状の逃げ面４１６を介して接続されている。逃げ面４１６と円筒面Ｃとの径方向離間距離は、ローラ７３の直径寸法よりも大きく設定されている。

図４および図６－図７に示すように、カム部４１２の大径内径面４１４（大径内径面４１４のうち軸方向一方側の端部付近）には、さらに、入力保持器７１に設けられた係合部７１ｄが嵌め込まれる円弧溝４１７が設けられており、この円弧溝４１７は、周方向に離間した複数箇所（本実施形態では４箇所）に等配されている。図６に示すように、円弧溝４１７の周方向寸法Ｗ１は係合部７１ｄの周方向寸法Ｗよりも大きく設定される（Ｗ１＞Ｗ）。従って、駆動ギヤ４１は、入力保持器７１に対して僅かに相対回転可能である。

可動体７２は、駆動ギヤ４１の内径面（カム部４１２の大径内径面４１４）と円筒面Ｃとの間に配置されており、周方向に相互に離間して配置された一対のローラ７３，７３と、両ローラ７３間に圧縮状態で配置された弾性部材としての圧縮コイルばね７４とを備える。係る構成を有する可動体７２は、入力保持器７１に設けられた加圧部７１ｅ，７１ｅの間に配置されている。従って、図４および図５に示すように、可動体７２は、周方向に離間した４箇所に配設され、ローラ７３は、周方向に離間した８箇所に配設されている。なお、図５には、計８個設けられたローラ７３を区別して説明する便宜上、周方向の所定位置から数えて第１番目のローラ７３に符号７３Ａを、また、第２番目～第８番目のローラ７３のそれぞれに符号７３Ｂ～７３Ｈを併せて表示している。

図６に示すように、ローラ７３Ａ，７３Ｂおよび圧縮コイルばね７４からなる可動体７２のうち、ローラ７３Ａは、圧縮コイルばね７４の弾性復元力を受けてカム面４１５Ａで形成される楔状空間Ｇの幅方向中央部側に付勢されることにより、カム面４１５Ａと係合し、カム面４１５Ａと円筒面Ｃとで拘束されている。また、ローラ７３Ｂは、圧縮コイルばね７４の弾性復元力を受けてカム面４１５Ｃで形成される楔状空間Ｇの幅方向中央部側に付勢されることにより、カム面４１５Ｃと係合し、カム面４１５Ｃと円筒面Ｃとで拘束されている。同様に、ローラ７３Ｃ～７３Ｈは、それぞれ、対応するカム面４１５と円筒面Ｃとで拘束されている（図５参照）。係る構成により、カム面４１５（４１５Ａ～４１５Ｌ）を有する駆動ギヤ４１は、正逆両方向の回転が規制される。従って、図５および図６は、各ローラ７３が、対応するカム面４１５と円筒面Ｃとで拘束されることによって駆動ギヤ４１の回転を規制する規制位置に位置した状態を示している。このように、ローラ７３が規制位置に位置した状態では、駆動ギヤ４１の回転が規制されることから、従動ギヤ４２およびボールねじ３０のナット３２の回転、さらにはねじ軸３１の直線運動も規制される。従って、駆動部２の停止状態でねじ軸３１に外力が入力された場合でも、ねじ軸３１さらには操作対象は所定位置に保持される。

次に、図７に示すように、駆動部２が正方向に回転駆動されると、駆動部２の出力部材（ここでは遊星ギヤキャリア１９）と一体回転可能に設けられた入力保持器７１が回転（同図中、半時計回りに回転）する。入力保持器７１が回転すると、各可動体７２を構成する一対のローラ７３のうち、入力保持器７１の回転方向後方側に位置するローラ７３（ここでは、ローラ７３Ｂ，７３Ｄ，７３Ｆ，７３Ｈ。図５を参照。）には、圧縮コイルばね７４の付勢力（弾性復元力）に抗してローラ７３を規制位置から離脱させるための加圧力が入力保持器７１の加圧部７１ｅから付与される。これにより、カム面４１５と円筒面Ｃによるローラ７３（７３Ｂ，７３Ｄ，７３Ｆ，７３Ｈ）の拘束が解除される。このようにして拘束が解除されたローラ７３には、入力保持器７１の回転に伴う遠心力Ｆと、加圧部７１ｅとの接触による遠心力分力Ｆ’とが作用することから、ローラ７３と円筒面Ｃとの間には、両者を非接触とする微小隙間Ｄが形成される。

また、（カム面４１５と円筒面Ｃとによるローラ７３の拘束が解除された状態で）入力保持器７１が回転すると、入力保持器７１に設けられた係合部７１ｄが、駆動ギヤ４１の内径面に設けられた円弧溝４１７と係合することにより、入力保持器７１と駆動ギヤ４１とが駆動ギヤ４１の周方向で係合する。これにより、駆動ギヤ４１は入力保持器７１と一体的に回転可能となる。このとき、各可動体７２を構成する一対のローラ７３のうち、入力保持器７１の回転方向前方側に位置するローラ７３（ここでは、ローラ７３Ａ，７３Ｃ，７３Ｅ，７３Ｇ）には、これを規制位置から離脱させるための周方向の加圧力が付与されないが、カム面４１５を有する駆動ギヤ４１は、楔状空間Ｇの径方向寸法を拡大させる方向に回転するので、上記ローラ７３（７３Ａ，７３Ｃ，７３Ｅ，７３Ｇ）は、駆動ギヤ４１が回転するのに伴ってカム面４１５および円筒面Ｃに対して空転する。

以上の構成により、駆動部２が回転駆動されると、入力保持器７１、可動体７２および駆動ギヤ４１が一体的に回転する。駆動ギヤ４１が回転すると、従動ギヤ４２およびボールねじ３０のナット３２が一体的に回転し、ねじ軸３１が直線運動する。

なお、図示は省略するが、駆動部２が逆方向に回転駆動されたときには、各可動体７２を構成する一対のローラ７３のうち、入力保持器７１の回転方向後方側に位置するローラ７３（この場合、ローラ７３Ａ，７３Ｃ，７３Ｅ，７３Ｇ）には、圧縮コイルばね７４の付勢力に抗してローラ７３を規制位置から離脱させるための加圧力が入力保持器７１の加圧部７１ｅから付与される。これにより、カム面４１５と円筒面Ｃによるローラ７３（７３Ａ，７３Ｃ，７３Ｅ，７３Ｇ）の拘束が解除される。そして、上記同様にしてねじ軸３１が直線運動する。

以上を小括すると、本実施形態のロック機構部７を採用した場合、駆動部２の停止状態においては、圧縮コイルばね７４の付勢力（弾性復元力）によってローラ７３を駆動ギヤ４１の回転を規制する規制位置に位置させることができ、また、回転駆動中の駆動部２が停止すると、圧縮コイルばね７４の付勢力によってローラ７３を規制位置に即座に移動させることができる。ローラ７３が規制位置に位置した状態では、駆動ギヤ４１の回転が規制される結果、従動ギヤ４２さらにはナット３２の回転も規制されるので、ねじ軸３１の直線運動が規制される（ロック状態）。その一方、駆動部２が回転駆動されると、駆動部２の出力部材である遊星ギヤキャリア１９と一体回転する入力保持器７１に設けられた加圧部７１ｅからローラ７３に対して付与される周方向の加圧力によってローラ７３が規制位置から離脱するので、駆動ギヤ４１の回転規制が解除される。また、駆動部２が回転駆動されると、入力保持器７１に設けられた係合部７１ｄが駆動ギヤ４１の周方向で駆動ギヤ４１と係合するので、入力保持器７１と駆動ギヤ４１とが一体回転する。このように、駆動ギヤ４１が回転すると、従動ギヤ４２、さらにはナット３２が回転するので、ねじ軸３１が直線運動する（ロック解除状態）。

以上のように、本発明に係る電動アクチュエータ１に設けられるロック機構部７は、駆動部２の駆動又は停止に連動するかたちで駆動ギヤ４１、ひいてはナット３２が回転又は停止するように構成されており、これを作動させるための専用電源や制御を必要としない。そのため、本発明に係る電動アクチュエータ１は、駆動部２の停止状態でねじ軸３１に外力が作用した場合でもねじ軸３１が直線運動するのを確実に規制することができ、かつねじ軸３１の直線運動を許容するロック状態とねじ軸３１の直線運動を規制するロック解除状態との切り替えを電源や制御を必要とせずに即座に実行することができる。従って、本発明に係る電動アクチュエータ１は、操作対象を所望の動作態様で精度良く操作することができる。

なお、以上で説明した構成とは逆に、固定軸７５の外径面にカム面を設けると共に駆動ギヤ４１の内径面に円筒面を設けることで楔状空間Ｇを形成することも可能であるが、この場合、入力保持器７１の回転時には、入力保持器７１と共回りする可動体７２を構成するローラ７３が固定軸７５の外径面に設けたカム面と繰り返し摺動接触する。前述したとおり、本実施形態の電動アクチュエータ１においては、駆動ギヤ４１のギヤ部４１１の歯数よりも従動ギヤ４２の歯数を多くし、ギヤ機構部４内にも減速機構を設けている関係上、ロック機構部７は、駆動力伝達経路のうち最終減速前の部分に設けられる。従って、入力保持器７１の回転数（最大回転数）が比較的高く、ローラ７３が固定軸７５の外径面に設けたカム面と繰り返し摺動接触すると、ローラ７３が摩耗し易くなる。

これに対し、以上で説明したロック機構部７では、固定軸７５の外径面に設けた円筒面Ｃと駆動ギヤ４１の内径面に設けたカム面４１５とで楔状空間Ｇを形成し、入力保持器７１の回転時にはローラ７３（厳密には、可動体７２を構成する一対のローラ７３，７３のうち入力保持器７１の回転方向後方側に位置するローラ７３）を固定軸７５とは非接触の状態で入力保持器７１および駆動ギヤ４１と共回りするようにしたことから、ローラ７３の異常摩耗、ひいてはロック機構部７の機能低下を防止する上で有利となる。

以上、本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ１について説明したが、電動アクチュエータ１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更を施すことができる。

例えば、以上で説明した実施形態では、ロック機構部７に８個のローラ７３（４個の可動体７２）を設けたが、ローラ７３の設置個数は、偶数個である限りにおいて任意に設定することができる。従って、ローラ７３の設置個数は、２個、４個、６個又は１０個等としても良い。

また、以上で説明した実施形態では、歯車部４１１とカム部４１２とが一体的に設けられた駆動ギヤ４１を採用したが、駆動ギヤ４１は、図８に示すように、個別に作製した歯車部４１１とカム部４１２とを適宜の手段で固定したもの（歯車部４１１とカム部４１２とが別体に設けられたもの）としても良い。このようにすれば、複雑形状の駆動ギヤ４１を容易にかつ精度良く作製することができる。

また、以上で説明した実施形態では、運動変換機構部３をボールねじ３０で構成したが、運動変換機構部３は、ボール３３およびこま３４が省略され、実質的にねじ軸３１およびその外周に回転可能に嵌合されたナット３２のみで構成された、いわゆるすべりねじで構成することも可能である。また、以上で説明した実施形態では、モータ部８と減速機構部９とを備えた駆動部２を採用したが、駆動部２としては、減速機構部９が省略され、モータ部８のみで構成されたものを採用することも可能である。この場合には、例えば、電動モータ１０の回転軸１０ａに対し、入力部材としての入力保持器７１を一体回転可能に連結すれば良い。

また、以上で説明した実施形態では、駆動ギヤ４１のギヤ部４１１よりも従動ギヤ４２の方が歯数を多くすることにより、ギヤ機構部４内に減速機構を設けたが、ギヤ機構部４内に減速機構を設けるか否かは任意であり、ギヤ機構部４内の減速機構は省略しても構わない。すなわち、駆動ギヤ４１のギヤ部４１１および従動ギヤ４２の歯数は同数とすることも可能である。

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 駆動部
３ 運動変換機構部
４ ギヤ機構部
７ ロック機構部
１０ 電動モータ
３１ ねじ軸
３２ ナット
４１ 駆動ギヤ
４２ 従動ギヤ
４１１ ギヤ部
４１２ カム部
４１５ カム面
７１ 入力保持器（入力部材）
７１ｄ 係合部
７１ｅ 加圧部
７２ 可動体
７３ ローラ
７４ 圧縮コイルばね（弾性部材）
７５ 固定軸（静止部材）
７５ａ 大径円筒面（円筒面）
Ｃ 円筒面
Ｇ 楔状空間

Claims (4)

1. 電動モータを有する駆動部と、該駆動部の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構部と、前記駆動部の回転運動を前記運動変換機構部に伝達するギヤ機構部と、前記駆動部の停止状態で前記運動変換機構部が動作するのを規制するロック機構部とを備え、前記運動変換機構部が、軸方向に直線運動することで操作対象を操作するねじ軸およびその外周に回転可能に嵌合されたナットを有し、前記ギヤ機構部が、前記駆動部の回転運動を受けて回転する駆動ギヤおよびその回転運動を前記ナットに伝達する従動ギヤを有する電動アクチュエータにおいて、
   前記ロック機構部は、前記駆動ギヤと同軸配置された静止部材に設けられた円筒面と、前記駆動ギヤの内径面に設けられ、前記円筒面との間に楔状空間を形成するカム面と、前記円筒面と前記駆動ギヤの内径面との間に移動可能に配置されたローラと、前記円筒面と前記駆動ギヤの内径面との間に配置され、前記ローラを前記円筒面と前記カム面とで拘束することにより前記駆動ギヤの回転を規制する規制位置に向けて前記ローラを常時付勢した弾性部材と、前記駆動部の出力部材と一体回転可能に設けられた筒状の入力部材と、を備え、
   前記入力部材は、前記駆動部が回転駆動されるのに伴って、前記弾性部材の付勢力に抗して前記ローラを前記規制位置から離脱させるための加圧力を前記ローラに付与可能な加圧部、および前記駆動ギヤの内径面に設けられた円弧溝と前記駆動ギヤの周方向で係合する係合部を有し、
   前記円弧溝は、その全体が前記カム面と軸方向で重複するように前記駆動ギヤの内径面に設けられていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記ローラは、周方向に離間した（ｎ＋１）箇所に設けられ（但し、ｎは１以上の奇数）、
   周方向の所定位置から数えて第ｎ番目のローラおよびこれと周方向で隣り合う第（ｎ＋１）番目のローラ、並びにこれら二つのローラ間に圧縮状態で配置された前記弾性部材を一組とする可動体と前記加圧部とが周方向で交互に配置され、
   前記駆動部が回転駆動されたとき、前記可動体を構成する二つのローラのうち、前記入力部材の回転方向後方側に位置するローラがこれと周方向で隣接する前記加圧部の加圧力を受けて前記規制位置から離脱すると共に、前記入力部材の回転方向前方側に位置するローラが前記円筒面および前記カム面に対して空転する請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記従動ギヤの歯数を、前記駆動ギヤの歯数よりも多くした請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記駆動ギヤは、外周部が前記従動ギヤと噛み合うギヤ部と、該ギヤ部に対して固定され、内径面に前記カム面が設けられたカム部とを有する請求項１～３の何れか一項に記載の電動アクチュエータ。

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