JP7456515B2 - 直動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置を備えた直動アクチュエータに関する。

直動アクチュエータは、回転運動を直線運動に変換するボールねじ装置を備える装置である。直動アクチュエータにおいて、ナットが回転すると、ナットから突出するねじ軸の突出量が変わる。これにより、ねじ軸の端部に取り付けられた対象物が軸方向に変位する。ねじ軸の端部に取り付けられる対象物として、ピストンが挙げられる。このような直動アクチュエータは、例えば特許文献１に示すように、ブレーキブースタに利用される。

直動アクチュエータは、特許文献２に示すように、ストローク制限機構を備えている。このストローク制限機構によれば、ねじ軸の移動開始時点（作動開始時点）を一定とすることができる。

詳細に説明すると、特許文献２のストローク制限機構では、ナットの端面に、突起部が設けている。一方、ねじ軸の端部に、回り止め部材が取り付けられている。回り止め部材は、ねじ軸の端部から径方向外側に突出する係止部を有している。ナットの回転によりねじ軸の突出量が小さくなると、回り止め部材がナットに近づき、係止部が突起に接触する。これによりナットの回転が規制され、ねじ軸の軸方向の位置が位置決めされる。

特開２０１６－０１４４３７号公報 特開２０１９－１１３１６８号公報

特許文献２のストローク制限機構は、回り止め部材がねじ軸と別体である。また、ねじ軸に回り止め部材が取り付けられるので、直動アクチュエータの作動性を向上させる際には、重量が障害となる。また、ねじ軸の端部に回り止め部材が取り付けられるため、ねじ軸と回り止め部材を配置するスペースが必要となる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、部品点数の削減と軽量化と小型化を図ることができる直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、本発明の一態様に係る直動アクチュエータは、ねじ軸、ナット、及び複数のボールを有するボールねじ装置と、前記ねじ軸の一端部に取り付けられたピストンと、前記一端部が指す第１方向への前記ねじ軸の作動開始時点を設定するストローク制限機構と、を有している。前記ナットは、前記第１方向を向く一端面と、前記一端面から突出する突起部と、を有している。前記ピストンは、前記第１方向と反対の第２方向を向き、前記一端面と対向する対向面と、前記対向面から前記第１方向に窪み、前記ねじ軸を中心に回転方向に延びる逃げ溝部と、前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記逃げ溝部の前記回転方向の一方の端部に配置され、前記回転方向の他方を向く段差面と、を有している。前記突起部と前記段差面とが当接し、前記ストローク制限機構を成している。

本発明によれば、回り止め部材に代えて、ピストンに段差面が設けられている。よって、部品点数が削減する。また、ねじ軸が従来よりも軽量化することにより、直動アクチュエータの作動性が向上する。また、回り止め部材を有していないため、直動アクチュエータの小型化を図れる。また、突起部との接触により段差面に入力された荷重は、ピストンに分散する。よって、段差面が設けられた部位に応力が集中することが抑制される。

上記の直動アクチュエータの好ましい態様として、前記ピストンは、前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記第１方向から前記逃げ溝部を囲む底面を有している。前記底面の少なくとも一部は、前記回転方向の一方に向かうにつれて前記第１方向に位置するように傾斜して螺旋状となっている。

前記構成によれば、逃げ溝部の窪み量が周方向に一定となっている場合よりも、逃げ溝部の窪み量を少なくできる。つまり、ピストンの体積が小さくなることが抑制される。これにより、段差面に入力した荷重が分散し易くなり、応力の集中が抑制される。

上記の直動アクチュエータの好ましい態様として、前記ピストンは、前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記第１方向から前記逃げ溝部を囲む底面を有している。前記底面の少なくとも一部は、前記回転方向の一方に向かうにつれて段階的に前記第１方向に位置し、階段状となっている。

前記構成によれば、逃げ溝部の窪み量が周方向に一定となっている場合よりも、逃げ溝部の窪み量を少なくできる。つまり、ピストンの体積が小さくなることが抑制される。これにより、段差面に入力した荷重が分散し易くなり、応力の集中が抑制される。

上記の直動アクチュエータの一態様として、前記ピストンは、前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記第１方向から前記逃げ溝部を囲む底面を有している。前記底面の少なくとも一部は、平坦面となっていてもよい。

上記の直動アクチュエータの一態様として、前記ピストンは、前記回転方向の他方を向く面が前記段差面となっているストッパを有していてもよい。

上記の直動アクチュエータの好ましい態様として、前記ピストンは、前記ストッパよりも径方向内側に位置し、前記第２方向に開口して前記ねじ軸の一端部が嵌合する嵌合穴が設けられた内筒部を有している。前記ストッパの径方向内側の端部は、前記内筒部と接続している。

前記構成によれば、ストッパに作用した荷重が内筒部に分散する。よって、ストッパへの応力の集中が抑制される。

上記の直動アクチュエータの好ましい態様として、前記ピストンは、前記ストッパよりも径方向外側に位置し、外周面がハウジングに摺動する外筒部を有している。前記ストッパの径方向外側の端部は、前記外筒部と接続している。

前記構成によれば、ストッパに作用した荷重が外筒部に分散する。よって、ストッパへの応力の集中が抑制される。

上記の直動アクチュエータの好ましい態様として、前記ピストンは、前記第１方向を向く第１端面を有している。前記押圧面には、前記軸方向から視て前記逃げ溝部と重なる位置に前記第１方向に突出する突条が設けられている。前記突条の突出量は、前記逃げ溝部の窪み量に対応している。

前記構成によれば、逃げ溝部が形成された部位の軸方向の厚みを均等とすることができる。また、段差面及びストッパは外筒部に覆われているため、ねじ軸への組み付けの際、段差面及びストッパを視認できなくなる。よって、ねじ軸の組み付けの際、段差面及びストッパの位相決めが困難となる。しかしながら、突条の形状から段差面及びストッパの位相を把握することができる。よって、ねじ軸の組み付けの際、段差面及びストッパの位相決めが容易となる。

上記の直動アクチュエータの好ましい態様として、前記突起部は、前記段差面と当接する当接面を有している。前記段差面は、前記ねじ軸と平行な軸方向から視て、径方向に延びる第１仮想線と平行であり、かつ前記回転方向の他方に配置されている。前記当接面は、前記軸方向から視て、径方向に延びる第２仮想線と平行であり、かつ前記回転方向の他方に配置されている。前記段差面と前記第１仮想線との距離は、前記当接面と前記第２仮想線との距離よりも大きい。

前記構成によれば、段差面と当接面は、それぞれ径方向内側の部分で接触する。よって、段差面と当接面は、それぞれ径方向外側の部分に荷重が作用し難くなる。

上記の直動アクチュエータの好ましい態様として、前記ナットは、鉄系材料製である。前記ピストンは、アルミニウム合金製である。

前記構成によれば、突起部と段差面との接触の際、段差面（ピストン）の方が塑性変形し易くなる。

本発明の直動アクチュエータによれば、部品点数の削減と軽量化と小型化を図ることができる。

図１は、実施形態１の直動アクチュエータを軸方向に切った断面図である。 図２は、実施形態１のナットを第１方向から斜視した斜視図である。 図３は、実施形態１のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ矢視断面図である。 図５は、変形例１のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。 図６は、変形例２のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。 図７は、変形例３のピストンを第２方向から斜視した斜視図である 図８は、変形例４のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。 図９は、変形例５のピストンを第２方向から視た平面図である。 図１０は、変形例６のピストンを軸方向に切った断面図である。 図１１は、変形例７のピストンを第２方向から視た平面図である。 図１２は、変形例７のナットを第１方向から視た平面図である。 図１３は、変形例７の直動アクチュエータにおいてストッパと突起部とが接触した状態を示す断面図である。 図１４は、比較例の直動アクチュエータにおいてストッパと突起部とが接触した状態を示す断面図である。 図１５は、変形例８のピストンを第１方向から視た平面図である。 図１６は、実施形態２の直動アクチュエータの断面図である。 図１７は、実施形態２のナットの斜視図である。 図１８は、実施形態２のピストンの斜視図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、実施形態１の直動アクチュエータを軸方向に切った断面図である。図２は、実施形態１のナットを第１方向から斜視した斜視図である。図３は、実施形態１のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ矢視断面図である。

（実施形態１）
実施形態１の直動アクチュエータ１００は、車両に搭載され、ブレーキペダルの踏み込み量に対応した液圧を生成するブレーキブースタである。図１に示すように、直動アクチュエータ１００は、モータ１０１と、伝達装置１０２と、ハウジング１０３と、ボールねじ装置１１０と、ピストン１２０と、ストローク制限機構１４０と、を備えている。

以下、ボールねじ装置１１０のねじ軸１１２の軸心Ｏと平行な方向を軸方向と称する。また、軸方向のうち、ボールねじ装置１１０のナット１１１から視てピストン１２０が配置される方向を第１方向Ｘ１と称し、第１方向Ｘ１と反対方向を第２方向Ｘ２と称する。

モータ１０１は、ステータ（不図示）と、ロータ（不図示）と、出力軸１０１ａと、を備える。モータ１０１は、電源（不図示）から電力が供給されてロータ及び出力軸１０１ａが回転する。モータ１０１は、ハウジング１０３に支持され、出力軸１０１ａがねじ軸１１２と平行となっている。

伝達装置１０２は、モータ１０１の出力軸１０１ａに嵌合する第１歯車１０４と、ナット１１１の外周側に嵌合する第２歯車１０５と、を備える。第２歯車１０５は、第１歯車１０４よりも大径の歯車である。よって、伝達装置１０２は、モータ１０１で生成された回転運動を減速してナット１１１に伝達する。

ボールねじ装置１１０は、ナット１１１と、ねじ軸１１２と、複数のボール１１３と、を備える。ナット１１１は、軸心Ｏを中心に円筒状を成している。ナット１１１の内周面には、内周軌道面１１１ａが設けられている。ナット１１１は、ハウジング１０３の内周面に嵌合する軸受１０６に支持されている。これにより、ナット１１１は、ねじ軸１１２の軸心Ｏを中心に回転自在となっている。

以下、ナット１１１の回転方向に関し、第１方向Ｘ１から視た場合を基準として説明する。そして、図２に示すように、第１方向Ｘ１から視て、軸心Ｏを中心に左回りの回転方向を第１回転方向Ｌ１と称する。軸心Ｏを中心に右回りの回転方向を第２回転方向Ｌ２と称する。

図２に示すように、ナット１１１は、第１方向Ｘ１を向く一端面１１６を有している。一端面１１６には、第１方向Ｘ１に突出する突起部１１７が設けられている。突起部１１７は、軸方向から視て略台形状となっている。突起部１１７は、第１回転方向Ｌ１を向く当接面１１８を有している。

図１に示すように、ねじ軸１１２は、ナット１１１を貫通する中実の軸部品である。ねじ軸１１２は、外周面に外周軌道面１１４ａが設けられたねじ軸本体１１４と、ねじ軸本体１１４の第１方向Ｘ１の端面から第１方向Ｘ１に延出する取付部１１５と、を備えている。特に図示しないが、ねじ軸本体１１４は、軸方向に移動自在であり、かつ軸心Ｏ回りに回転不能にハウジング１０３に支持されている。

内周軌道面１１１ａと外周軌道面１１４ａとの間は、螺旋状の軌道となっている。この螺旋状の軌道に複数のボール１１３が配置されている。ナット１１１が回転すると、内周軌道面１１１ａは、ボール１１３を介して外周軌道面１１４ａを軸方向に押圧する。これにより、ねじ軸１１２が軸方向に移動する。また、本実施形態では、ナット１１１が第２回転方向Ｌ２に回転した場合、ねじ軸１１２が第１方向Ｘ１に移動する。一方、ナット１１１が第１回転方向Ｌ１に回転した場合、ねじ軸１１２が第２方向Ｘ２に移動する。

取付部１１５は、ねじ軸本体１１４よりも小径となっている。よって、取付部１１５とねじ軸本体１１４との境界には、第１方向Ｘ１を向く環状段差面１１５ａが設けられている。

ピストン１２０は、軸心Ｏと同軸状に配置された円柱状の部品である。ピストン１２０は、鍛造により製造されることが好ましいが、切削加工などの公知の加工方法で形成してもよい。ピストン１２０は、シリンダ１０７の内部であって第２方向Ｘ２の端寄りに配置されている。なお、本実施形態のシリンダ１０７は、ハウジング１０３に一体的に設けられているが、本開示においては、シリンダ１０７とハウジング１０３とが別体となっていてもよい。シリンダ１０７の内部には、図示しないブレーキフルードが入っている。ピストン１２０は、第１方向Ｘ１を向く第１端面１２１と、第２方向Ｘ２を向く第２端面１２２と、を備えている。

第１端面１２１には、第２方向Ｘ２に窪む凹面１２１ａが設けられている。凹面１２１ａは、シリンダ１０７の底面１０７ｂと対向している。凹面１２１ａと底面１０７ｂとの間には、図示しないコイルばねが配置されている。ピストン１２０が第１方向Ｘ１へ押圧された場合、ピストン１２０は、図示しないコイルばねに抗って移動する。なお、本開示のピストンは、凹面１２１ａが設けられていないものであってもよい。

図３に示すように、第２端面１２２の中央部には、第２方向Ｘ２に開口する嵌合穴１２３が設けられている。嵌合穴１２３には、取付部１１５（ねじ軸１１２の一端部）が挿入されている（図１参照）。嵌合穴１２３の内径は、取付部１１５の外径よりも僅かに小さく、締め代が設けられている。よって、ピストン１２０は、ねじ軸１１２と分離することなく、ねじ軸１１２と一体に軸方向に移動する。

以下、ピストン１２０のうち取付部１１５と嵌合する部分（嵌合穴１２３の外周側を囲む筒状の壁部）を内筒部１２４と称する。図１に示すように、内筒部１２４の第２方向Ｘ２の端面１２４ａは、ねじ軸１１２の環状段差面１１５ａと当接している。

図１に示すように、ピストン１２０の外周面は、シリンダ１０７の内周側のシール部材１０８と摺動自在に当接している。これにより、図示しないブレーキフルードがナット１１１やねじ軸１１２の方に流動しないように封止される。

ピストン１２０の外径は、ナット１１１の外径よりも大きい。ピストン１２０の第２端面１２２には、第２方向Ｘ２に突出してナット１１１の外周側を囲む環状の外筒部１２５が設けられている。つまり、ピストン１２０の外周面は、外筒部１２５によって第２方向Ｘ２に拡張されている。よって、ピストン１２０が第１方向Ｘ１に移動しても、外筒部１２５とシール部材１０８とが摺接し、シール性が保持される。

ピストン１２０の第２端面１２２の一部は、ナット１１１の一端面１１６と対向する対向面１２６となっている。対向面１２６は、内筒部１２４の径方向外側であり、かつ外筒部１２５の径方向内側に位置している。

図３に示すように、対向面１２６の一部には、第１方向Ｘ１に窪む逃げ溝部１２７が設けられている。逃げ溝部１２７は、軸心Ｏを中心に回転方向に延び、軸方向から視て円弧状（Ｃ字状）となっている。この逃げ溝部１２７は、ナット１１１の突起部１１７との接触を回避するための空間である。以下、逃げ溝部１２７を囲む壁面のうち逃げ溝部１２７を第１方向Ｘ１から囲む壁面を底面１２９と称する。

図３、図４に示すように、逃げ溝部１２７の窪み量（深さ）は、対向面１２６から、第１回転方向Ｌ１に向かうにつれて次第に大きくなっている。よって、逃げ溝部１２７の底面１２９も、第１回転方向Ｌ１に向かうにつれて第１方向Ｘ１に位置する、螺旋状の螺旋面となっている。そして、逃げ溝部１２７の第１回転方向Ｌ１の端部には、対向面１２６と底面１２９との段差面１３０が設けられている。一方、逃げ溝部１２７の第２回転方向Ｌ２の端部には、対向面１２６と底面１２９との境界線である稜線１３１が設けられている。

逃げ溝部１２７は、上記したように突起部１１７との接触を回避するための空間である。よって、逃げ溝部１２７の底面１２９の傾斜角度は、内周軌道面１１１ａ（図１参照）の傾斜角度と同じに設定するか、若しくは内周軌道面１１１ａの傾斜角度よりも大きくなるように設定する。

対向面１２６のうち逃げ溝部１２７が設けられていない部分は、ストッパ１２８となっている。ストッパ１２８は、第２回転方向Ｌ２の側面が段差面１３０となっている。ストッパ１２８は、軸方向から視て略台形状となっている。図３に示すように、ストッパ１２８は、径方向内側の端部が内筒部１２４と接続している。ストッパ１２８は、径方向外側の端部が外筒部１２５と接続している。

次に、実施形態１の直動アクチュエータ１００の動作について説明する。モータ１０１が駆動すると、伝達装置１０２を介して、ナット１１１に回転運動が伝達する。これにより、ナット１１１が回転する。また、ナット１１１の回転方向が第２回転方向Ｌ２の場合、ねじ軸１１２は第１方向Ｘ１に移動する。これに伴い、ピストン１２０も第１方向Ｘ１に移動し、ブレーキフルードの液圧が高まる。この結果、ブレーキフルードの液圧が貫通孔１０７ａを通じて外部の装置に伝達される。

一方、ナット１１１が第１回転方向Ｌ１に回転すると、ねじ軸１１２が第２方向Ｘ２に移動する。これに伴い、ピストン１２０が第２方向Ｘ２に移動し、ブレーキフルードの液圧が低下する。また、ピストン１２０の第２端面１２２とナット１１１の一端面１１６との距離は、次第に小さくなる。そして、ナット１１１の突起部１１７は、第１回転方向Ｌ１に回転しながらピストン１２０の逃げ溝部１２７に入り込む。

突起部１１７は、逃げ溝部１２７に入り込んだ後、さらに第１回転方向Ｌ１に回転し、ストッパ１２８の段差面１３０に接触する。これにより、ナット１１１の第１回転方向Ｌ１への回転が停止する。また、ナット１１１の回転の停止後、ナット１１１の当接面１１８とピストン１２０の段差面１３０が当接しているため（図４参照）、ナット１１１は、第１回転方向Ｌ１への回転が規制される。これに伴い、ねじ軸１１２も第２方向Ｘ２への移動が規制される。以上から、直動アクチュエータ１００が次回作動する場合、突起部１１７と段差面１３０とが当接した状態から開始する。このようにして、ねじ軸１１２の軸方向の移動開始時点（作動開始時点）が一定となる。つまり、突起部１１７（当接面）とストッパ１２８（段差面１３０）とがストローク制限機構１４０を成している。

また、突起部１１７が段差面１３０に接触すると、突起部１１７からストッパ１２８に荷重が入力される。ストッパ１２８は、ピストン１２０と一体に形成されているため、ピストン１２０に荷重が分散する。また、ストッパ１２８は、内筒部１２４と外筒部１２５と連続し、内筒部１２４と外筒部１２５に荷重が分散し易い。よって、ストッパ１２８に入力した荷重は各部位に分散し、ストッパ１２８に応力が集中しない。

以上、実施形態１の直動アクチュエータ１００は、ねじ軸１１２、ナット１１１、及び複数のボール１１３を有するボールねじ装置１１０と、ねじ軸１１２の一端部に取り付けられたピストン１２０と、一端部が指す第１方向Ｘ１へのねじ軸１１２の作動開始時点を設定するストローク制限機構１４０と、を有する。ナット１１１は、第１方向Ｘ１を向く一端面１１６と、一端面１１６から突出する突起部１１７と、を有している。ピストン１２０は、第１方向Ｘ１と反対の第２方向Ｘ２を向き、一端面１１６と対向する対向面１２６と、対向面１２６から第１方向Ｘ１に窪み、ねじ軸１１２を中心に回転方向に延びる逃げ溝部１２７と、逃げ溝部１２７を囲む壁面のうち逃げ溝部１２７の回転方向の一方（第２回転方向Ｌ２）の端部に配置され、回転方向の他方（第１回転方向Ｌ１）を向く段差面１３０と、を有している。突起部１１７と段差面１３０とが当接し、ストローク制限機構１４０を成している。

実施形態１の直動アクチュエータ１００によれば、回り止め部材が不要となる。よって、部品点数が削減され、組立作業の工数が低減する。また、ねじ軸１１２が軽量化し、直動アクチュエータ１００の作動性が向上する。さらに、直動アクチュエータ１００の小型化も図れる。

また、実施形態１のピストン１２０は、回転方向の他方（第１回転方向Ｌ１）を向く面が段差面１３０となっているストッパ１２８と、ストッパ１２８よりも径方向内側に位置し、第２方向Ｘ２に開口してねじ軸１１２の一端部が嵌合する嵌合穴１２３が設けられた内筒部１２４と、ストッパ１２８よりも径方向外側に位置し、外周面がハウジング１０３に摺動する外筒部１２５と、を有している。ストッパ１２８の径方向内側の端部は、内筒部１２４と接続している。ストッパ１２８の径方向外側の端部は、外筒部１２５と接続している。

実施形態１の直動アクチュエータ１００によれば、ストッパ１２８に入力した荷重が内筒部１２４と外筒部１２５に荷重が分散する。よって、ストッパ１２８に応力が集中しない。

以上、実施形態１の直動アクチュエータ１００について説明したが、本開示は実施形態で示した例に限定されない。例えば、実施形態１のピストン１２０は、内筒部１２４と外筒部１２５を有しているが、本開示は、内筒部のみを備えるピストン、又は外筒部のみを備えたピストン、若しくは又は内筒部と外筒部の両方を備えていないピストンであってもよい。ピストンの逃げ溝部の形状についても、実施形態で示した例に限定されない。以下、逃げ溝部を変形させた変形例について説明する。なお、変形例においては、逃げ溝の形状を見易すくるため、ピストンは外筒部を有していないものを挙げる。

（変形例１）
図５は、変形例１のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。変形例１のピストン１２０Ａにおいて、逃げ溝部１２７Ａの窪み量は、周方向に一定となっている。つまり、逃げ溝部１２７Ａの底面１２９Ａは、回転方向に向かって平坦な平坦面となっている。この変形例１であっても、実施形態１と同様に、回り止め部材が不要となり、部品点数の削減と直動アクチュエータの小型化を図れる。

なお、逃げ溝部１２７Ａの第２回転方向Ｌ２の端部は、底面１２９Ａと対向面１２６との段差面１３１Ａとなっている。また、変形例１によれば、逃げ溝部１２７Ａの窪み量は実施形態１の逃げ溝部１２７よりも大きい。つまり、変形例１のピストン１２０Ａの体積よりも実施形態１のピストン１２０の方が大きい。よって、応力の集中を抑制するという観点からは、実施形態１の逃げ溝部１２７の形状の方が望ましい。

（変形例２）
図６は、変形例２のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。図６に示すように、変形例２のピストン１２０Ｂにおいて、逃げ溝部１２７Ｂの底面１２９Ｂは、螺旋状の螺旋面１２９ａと、平坦な平坦面１２９ｂと、を有している。つまり、稜線１３１から第１回転方向Ｌ１に螺旋面１２９ａが延在し、螺旋面１２９ａの第１回転方向Ｌ１の端部から、第１回転方向Ｌ１に平坦面１２９ｂが延在している。このような変形例２であっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、本開示の底面は、２種類以上の面が組み合わせられてもよい。

（変形例３）
図７は、変形例３のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。図７に示すように、変形例３のピストン１２０Ｃの逃げ溝部１２７Ｃは、対向面１２６からの窪み量（深さ）が第１回転方向Ｌ１に向かうにつれて段階的に大きくなっている。つまり、逃げ溝部１２７Ｃの底面１２９Ｃは、第１回転方向Ｌ１に向かうにつれて段階的に第１方向Ｘ１に位置する、階段状の階段面となっている。このような変形例３であっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

また、逃げ溝部１２７Ｃの窪み量は、実施形態１の逃げ溝部１２７と略同等であり、ピストン１２０Ｂの体積は、実施形態１のピストン１２０と略等しい。よって、実施形態１と同様に応力の集中が抑制され易い形状である。そのほか、変形例２のピストン１２０Ｃの製造に関し、ピストン１２０Ｃの外周面を切削して（径方向外側から切削して）逃げ溝部１２７Ｃを形成する場合、実施形態１の螺旋状の底面１２９よりも形成し易い。よって、ピストン１２０Ｃの製造の低コスト化を図れる。

（変形例４）
図８は、変形例４のピストンを第２方向から斜視した斜視図である。図８に示すように、変形例４のピストン１２０Ｄにおいて、逃げ溝部１２７Ｄの底面１２９Ｄは、螺旋面１２９ａと、段差面１３１Ａと、平坦面１２９ｂと、の組み合わせとなっている。つまり、逃げ溝部１２７Ｄの窪み量が途中で大きく変化し、段差面１３１Ａが形成されている。これによれば、ストッパ１２８の第１回転方向Ｌ１に肉厚の補強部１３１Ｄが一部残っている。よって、変形例４においては、実施形態１のピストン１２０よりも軽量化が図れ、一方で変形例１のピストン１２０Ａよりも応力の集中が抑制される形状となっている。

以上、逃げ溝部（底面）の変形例について説明したが、次に当接面及び段差面の形状を変更した例を説明する。

（変形例５）
図９は、変形例５のピストンを第２方向から視た平面図である。図９に示すように、変形例５のピストン１２０Ｅの段差面１３０Ｅは、第２方向Ｘ２から視て円弧状を成している。つまり、段差面１３０Ｅの径方向の中央部１３２は、第２回転方向Ｌ２に突出している。よって、突起部１１７とストッパ１２８Ｅとの接触の際、段差面１３０Ｅの中央部１３２に当接面１１８が接触する。そして、接触を繰り返すと、段差面１３０Ｅの中央部１３２が次第に潰れ、段差面１３０Ｅが平坦面となる。以上から、変形例５によれば、段差面１３０Ｅは、突起部１１７の当接面１１８との接触個所が次第に大きくなる形状となっている。また、変形例５であっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、変形例５においては、ナット１１１が鉄系材料製であり、ピストン１２０Ｅがアルミニウム合金製であることが好ましい。これによれば、突起部１１７と段差面１３０Ｅとが接触すると、段差面１３０Ｅの方が変形し易い。よって、段差面１３０Ｅの平坦化（塑性変形）を早めることができる。また、アルミニウム合金を用いることで、突起部１１７の当接面１１８が接触する際に、ダンピング効果（振動吸収）が生じる。よって、接触音を小さく抑えることができる。

また、段差面が塑性変形し易い形状の一例として、変形例５で円弧上の段差面１３０Ｅを挙げたが、本開示はこれに限定されない。例えば、段差面は、略平坦となっているものの表面粗さが大きいものであってもよい。この例によれば、段差面は、突起部１１７との接触を繰り返すことで、表面上の凹凸が少なくなる（表面粗さが小さくなる）。

また、段差面１３０Ｅに微細な凹凸を成形してもよい。これによれば、過大なトルクが入力した場合にのみ凹凸が塑性変形し、接触面同士を馴染ませて、応力を分散させることができる。

（変形例６）
図１０は、変形例６のピストンを軸方向に切った断面図である。図１０に示すように変形例６のピストン１２０Ｆは、段差面１３０と底面１２９との隅部１３３がＲ形状となっている。これによれば、隅部１３３の部分の体積が増え、応力の集中を抑制することができる。

（変形例７）
図１１は、変形例７のピストンを第２方向から視た平面図である。図１２は、変形例７のナットを第１方向から視た平面図である。図１３は、変形例７の直動アクチュエータにおいてストッパと突起部とが接触した状態を示す断面図である。図１４は、比較例の直動アクチュエータにおいてストッパと突起部とが接触した状態を示す断面図である。

図１１に示すように、変形例７のピストン１２０Ｇにおいて、段差面１３０Ｇは、軸心Ｏと軸心Ｏから垂直に延びる仮想線Ｍ１とを含む面に対して、平行な面となっている。従って、軸方向から視た場合、段差面１３０Ｇの第１方向Ｘ１の縁部と第２方向Ｘ２の縁部とが重なっている。また、変形例７のピストン１２０Ｇの段差面１３０Ｇは、軸方向から視て、ストッパ１２８の周方向の中央部１２８ａと軸心Ｏを通過する仮想線Ｍ１に対し、第２回転方向Ｌ２に配置（オフセット）され、仮想線Ｍ１と平行となっている。また、仮想線Ｍ１と段差面１３０Ｇとの距離がａとなっている。

図１２に示すように、変形例７のナット１１１Ｇにおいて、当接面１１８Ｇは、軸心Ｏと軸心Ｏから垂直に延びる仮想線Ｍ２とを含む面に対して、平行な面となっている。従って、軸方向から視た場合、当接面１１８Ｇの第１方向Ｘ１の縁部と第２方向Ｘ２の縁部とが重なっている。また、変形例７のナット１１１Ｇの当接面１１８Ｇは、軸方向から視て、軸心Ｏを通過する仮想線Ｍ２に対し、第２回転方向にオフセットし、かつ仮想線Ｍ２と平行となっている。また、仮想線Ｍ２と当接面１１８Ｇとの距離がｂとなっている。また、距離ａは距離ｂよりも大きい（ａ＞ｂ）。

この変形例７によれば、突起部１１７Ｇとストッパ１２８Ｇの接触の際、接触部位は、突起部１１７Ｇとストッパ１２８Ｇのそれぞれの径方向内側の部分となる。よって、突起部１１７Ｇとストッパ１２８Ｇのそれぞれの径方向外側の部分に作用する荷重が低減する。

なお、図１４に示すように、仮に距離ａと距離ｂが等しい場合（ａ＝ｂ）、突起部１１１７の当接面１１１８とストッパ１１２８の段差面１１３０は、互いに平行に接触（面接触）となる。よって、径方向外側の部分に作用する荷重を低減できない。次に、ピストンの第１端面を変形させた例を説明する。

（変形例８）
図１５は、変形例８のピストンを第１方向から視た平面図である。図１５に示すように、変形例８のピストン１２０Ｈの第１端面１２１には、第１方向Ｘ１に突出する突条１３４が設けられている。突条１３４は、回転方向に延在し、円弧状（Ｃ字状）となっている。突条１３４は、軸方向から視て逃げ溝部１２７（図３参照）と重なっている。よって、突条１３４の回転方向の両端部の間に配置される平面１３７は、ストッパ１２８（図３、図４参照）と重なっている。

突条１３４の突出量は、第１回転方向Ｌ１に向かうにつれて次第に大きくなっている。つまり、突条１３４の突出面１３４ａは、螺旋状の螺旋面となっている。よって、突条１３４の第１回転方向Ｌ１の端部には、突出面１３４ａと平面１３７との段差面１３５が設けられている。一方、突条１３４の第２回転方向Ｌ２の端部には、突出面１３４ａと平面１３７とによる稜線１３６が設けられている。

突条１３４に第１方向Ｘ１への突出量は、逃げ溝部１２７の第１方向Ｘ１の窪み量と等しい。つまり、突条１３４の突出面１３４ａから逃げ溝部１２７の底面１２９までの軸方向の厚みは、周方向に一定となっている。

このような変形例８によれば、ピストン１２０Ｈにおいて、軸方向の厚みが均等となる。また、外筒部１２５を備えるピストン１２０（図３参照）において、ピストン１２０とねじ軸１１２を組み立てる際、ストッパ１２８及び段差面１３０が外筒部１２５に覆われ、視認できなくなる（図１参照）。よって、組立の際にストッパ１２８及び段差面１３０の位相決めが困難となる。一方、変形例８によれば、平面１３７（突条１３４）によりストッパ１２８及び段差面１３０を把握することができる。よって、ストッパ１２８及び段差面１３０の位相決めが容易となる。

なお、ストッパ１２８及び段差面１３０の位相決めを容易とする変形例は、上記したものに限定されない。例えば、本開示のピストンは、外周面に回り止め用のキー溝が設けられていてもよい。そして、このピストンによれば、キー溝を基準にストッパ及び段差面の位相を把握できるようにしてもよい。そのほか、ピストン１２０の第１端面１２１や外周面に目印となる印をつけてもよい。

（実施形態２）
図１６は、実施形態２の実施形態に係る直動アクチュエータの断面図である。図１７は、実施形態２のナットの斜視図である。図１８は、実施形態２のピストンの斜視図である。図１は、実施形態に係る直動アクチュエータ１の断面図である。図１６に示すように、直動アクチュエータ１は、ボールねじ装置２と、ストローク制限機構３と、ピストン４と、モータ５と、ハウジング６と、を有する。

ボールねじ装置２は、ねじ軸７と、ナット８と、複数のボール９を備える。ねじ軸７は、外周面に、外周軌道面（第１ねじ溝）１０が設けられている。ねじ軸７は、ナット８を貫通している。ナット８は、内周面に、外周軌道面（第１ねじ溝）１０と対応する内周軌道面（第２ねじ溝）１１が設けられる。外周軌道面（第１ねじ溝）１０と、内周軌道面（第２ねじ溝）１１とでらせん状の軌道（転動路）が形成される。複数のボール９は、軌道（転動路）を転がる。ボールねじ装置２は、ハウジング６に玉軸受１２を介して支持される。玉軸受１２は、ナット８の両端に内輪１３を嵌合し、ハウジング６に外輪１４が嵌合される。これにより、ねじ軸７及びナット８は、滑らかに相対運動可能となっている。なお、内輪１３は、ナット８に一体成形してもよい。

ストローク制限機構３は、ナット８の一方の端面、かつ、径方向外側に設けられた突起部１５（図１７参照）と、後述のピストン４に設けられた係止部１６とから構成される。これにより、ねじ軸７の縮み方向のストロークエンドにおいて、ねじ軸７とナット８との相対変位を規制する。

図１８に示すように、ピストン４は、係止部１６が設けられている。係止部１６は、ピストン４の端面に凹形状に設けられる。係止部１６は、段差面（当接部）１７と逃げ溝部１８から形成される。段差面（当接部）１７は、突起部１５が接触する。逃げ溝部１８は、外周軌道面（第１ねじ溝）１０のリードに合わせて深さが深くなる。ピストン４は、ねじ軸７の一方の端部に、ねじ軸７と同軸に設けられた取付部（軸部）１９に連結される。ピストン４は、有底筒状の形状をしており、取付部（軸部）１９が内径側に挿入される。ピストン４と取付部（軸部）１９とは、セレーション嵌合と圧入とにより結合し、ピストン４と取付部（軸部）１９が回転不能に、かつ、取付部（軸部）１９がピストン４から軸方向に抜け出さないように結合している。ピストン４の材料は、アルミ合金等が好適である。なお、逃げ溝部１８は、全面の深さを同一としてもよく、突起部１５が接しない程度の一定の深さとしてもよい。

モータ５は、ハウジング６に配置される。モータ５は、出力軸（駆動軸）２０を有する。出力軸（駆動軸）２０の端部に、第１歯車（駆動歯車）２１が設けられる。第１歯車（駆動歯車）２１は、ナット８の外周面に設けられた第２歯車（従動歯車）２２と噛み合う。第１歯車（駆動歯車）２１は、モータ５の回転を、第２歯車（従動歯車）２２を介してナット８に伝える。ナット８が回転すると、ねじ軸７が軸方向に移動する。これにより、ボールねじ装置２は、回転運動を直進運動に変換する。

ハウジング６は、第１ハウジング２３と第２ハウジング２４から構成される。第１ハウジング２３は、大径の第１大径凹部２５と小径の第１小径凹部２６を有する。第１大径凹部２５は、ナット８の両端の内、ナット８の一方に嵌合された玉軸受１２が嵌合される。第１小径凹部２６は、モータ５が配置される。第１大径凹部２５は、第１大径凹部２５より小径の第２小径凹部２７を有する。第２小径凹部２７に、スライド可能にピストン４が嵌合される。第２小径凹部２７は、シリンダの役割をする。第２ハウジング２４は、第１ハウジング２３の第１大径凹部２５と同径の第２大径凹部２８を有する。第２大径凹部２８は、ナット８の他方に嵌合された玉軸受１２が嵌合される。

なお、本実施形態では、ストローク制限機構３について、ナット８の一方の端面に設けられた突起部１５と、ピストン４に設けられた係止部１６とから構成したが、ナット８の突起部１５とピストン４の係止部１６を各々逆に設けてもよい。また、直接ナット８の端面に突起部１５を設けるのではなく、ナット８の端面に穴を開け、その穴にピンを挿入することで、突起部１５としてもよい。さらには、ピン状の突起部１５に合わせて、ピン状の突起部１５が当接する係止部１６の形状を円弧形状としてもよい。

以上説明したように、本実施形態の直動アクチュエータ１は、ボールねじ装置２と、ストローク制限機構３と、ピストン４と、モータ５と、ハウジング６と、を有する。ボールねじ装置２は、ねじ軸７と、ナット８と、複数のボール９を備える。ストローク制限機構３は、ナット８の一方の端面に設けられた突起部１５と、ピストン４に設けられた係止部１６とから構成される。係止部１６は、ピストン４の端面に凹形状に設けられる。係止部１６は、段差面（当接部）１７と逃げ溝部１８から形成される。

これによれば、従来のピストン４とは別体の部品に設けられていた係止部１６をピストン４に設けることにより、部品を大型化せず係止部１６の強度を向上することができる。したがって、簡易な構成でストローク制限機構３に過大な応力集中が発生することを防止することができる。

また、係止部１６をピストン４に設けることにより、従来の係止部１６を設けていた別体の部品を削減、つまり、部品点数を削減することができる。さらには、従来の係止部１６を設けていた別体の部品の削減により、直動アクチュエータ１の小型化を図ることができる。

また、ねじ軸７は、ねじ軸７の一方の端部に設けた取付部（軸部）１９を介してピストン４に連結されることで、軸方向への変位をピストン４にガイドされる。そのため、ボールねじ装置２のがたつきが抑えられ、ストローク制限機構３における突起部１５と段差面（当接部）１７の接触が安定することになり、突起部１５と段差面（当接部）１７の摩耗を低減することができる。

１ 直動アクチュエータ
２ ボールねじ装置
３ ストローク制限機構
４ ピストン
５ モータ
６ ハウジング
７ ねじ軸
８ ナット
９ ボール
１０ 外周軌道面（第１ねじ溝）
１１ 内周軌道面（第２ねじ溝）
１２ 玉軸受
１３ 内輪
１４ 外輪
１５ 突起部
１６ 係止部
１７ 段差面（当接部）
１８ 逃げ溝部
１９ 取付部（軸部）
２０ 出力軸（駆動軸）
２１ 第１歯車（駆動歯車）
２２ 第２歯車（従動歯車）
２３ 第１ハウジング
２４ 第２ハウジング
２５ 第１大径凹部
２６ 第１小径凹部
２７ 第２小径凹部
２８ 第２大径凹部
１００ 直動アクチュエータ
１０１ モータ
１０２ 伝達装置
１０３ ハウジング
１０７ シリンダ
１１０ ボールねじ装置
１１１、１１１Ｇ ナット
１１１ａ 内周軌道面
１１２ ねじ軸
１１３ ボール
１１６ 一端面
１１７、１１７Ｇ 突起部
１１８、１１８Ｇ 当接面
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅ、１２０Ｆ、１２０Ｇ、１２０Ｈ ピストン
１２１ 第１端面
１２２ 第２端面
１２３ 嵌合穴
１２４ 内筒部
１２５ 外筒部
１２６ 対向面
１２７、１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃ、１２７Ｄ 逃げ溝部
１２８、１２８Ｇ ストッパ
１２９、１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃ、１２９Ｄ 底面
１２９ａ 螺旋面
１２９ｂ 平坦面
１３０、１３０Ｅ、１３０Ｇ 段差面
１３１ 稜線
１３１Ａ 段差面
１３３ 隅部
１３４ 突条
１３５ 段差面
１３６ 稜線
１３７ 平面
１４０ ストローク制限機構

Claims (10)

1. ねじ軸、ナット、及び複数のボールを有するボールねじ装置と、
   前記ねじ軸の一端部に取り付けられたピストンと、
   前記一端部が指す第１方向への前記ねじ軸の作動開始時点を設定するストローク制限機構と、
   を有し、
   前記ナットは、
   前記第１方向を向く一端面と、
   前記一端面から突出する突起部と、
   を有し、
   前記ピストンは、
   前記第１方向と反対の第２方向を向き、前記一端面と対向する対向面と、
   前記対向面から前記第１方向に窪み、前記ねじ軸を中心に回転方向に延びる逃げ溝部と、
   前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記逃げ溝部の前記回転方向の一方の端部に配置され、前記回転方向の他方を向く段差面と、
   を有し、
   前記突起部と前記段差面とが当接し、前記ストローク制限機構を成している
   直動アクチュエータ。
2. 前記ピストンは、前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記第１方向から前記逃げ溝部を囲む底面を有し、
   前記底面の少なくとも一部は、前記回転方向の一方に向かうにつれて前記第１方向に位置するように傾斜して螺旋状となっている
   請求項１に記載の直動アクチュエータ。
3. 前記ピストンは、前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記第１方向から前記逃げ溝部を囲む底面を有し、
   前記底面の少なくとも一部は、前記回転方向の一方に向かうにつれて段階的に前記第１方向に位置し、階段状となっている
   請求項１又は請求項２に記載の直動アクチュエータ。
4. 前記ピストンは、前記逃げ溝部を囲む壁面のうち前記第１方向から前記逃げ溝部を囲む底面を有し、
   前記底面の少なくとも一部は、平坦面となっている
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
5. 前記ピストンは、前記回転方向の他方を向く面が前記段差面となっているストッパを有している
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
6. 前記ピストンは、前記ストッパよりも径方向内側に位置し、前記第２方向に開口して前記ねじ軸の一端部が嵌合する嵌合穴が設けられた内筒部を有し、
   前記ストッパの径方向内側の端部は、前記内筒部と接続している
   請求項５に記載の直動アクチュエータ。
7. 前記ピストンは、前記ストッパよりも径方向外側に位置し、外周面がハウジングに摺動する外筒部を有し、
   前記ストッパの径方向外側の端部は、前記外筒部と接続している
   請求項５又は請求項６に記載の直動アクチュエータ。
8. 前記ピストンは、前記第１方向を向く第１端面を有し、
   前記第１端面には、前記ねじ軸と平行な軸方向から視て前記逃げ溝部と重なる位置に前記第１方向に突出する突条が設けられ、
   前記突条の突出量は、前記逃げ溝部の窪み量に対応している
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
9. 前記突起部は、前記段差面と当接する当接面を有し、
   前記段差面は、前記ねじ軸と平行な軸方向から視て、前記ピストンの軸心から径方向に延びる第１仮想線と平行であり、かつ前記回転方向の他方に配置され、
   前記当接面は、前記軸方向から視て、前記ナットの軸心から径方向に延びる第２仮想線と平行であり、かつ前記回転方向の他方に配置され、
   前記段差面と前記第１仮想線との距離は、前記当接面と前記第２仮想線との距離よりも大きい
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
10. 前記ナットは、鉄系材料製であり、
    前記ピストンは、アルミニウム合金製である
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。

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