JP7486596B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、正逆回転可能な電動モータの回転をネジ軸の往復直線運動に変換する運動変換機構を備える電動アクチュエータに関する。
電動アクチュエータは、正逆回転可能な電動モータと、該電動モータの回転をネジ軸の往復直線運動に変換する運動変換機構を備えており、運動変換機構のナットが電動モータによって正逆回転されると、該ナットに進退可能に螺合挿通するネジ軸が往復直線運動する。このような電動アクチュエータは、例えば、車両の電動パーキングブレーキ装置に用いられている(例えば、特許文献1参照)。
斯かる電動アクチュエータを備える電動パーキングブレーキ装置においては、ドラムブレーキ内のパーキングブレーキレバーが電動アクチュエータのネジ軸の往復直線運動によって解除位置から作動位置へと移動すると、車輪と共に回転するブレーキドラムの内周面にブレーキシューが押圧され、両者間に発生する摩擦抵抗力によって車輪の回転が制動されて車両がパーキングブレーキ状態となる。そして、パーキングブレーキ状態から電動アクチュエータの電動モータを逆回転させると、パーキングレバーが作動位置から解除位置へと移動してブレーキシューがブレーキドラムの内周面から離反し、車両のパーキングブレーキ状態が解除される。
ところで、電動アクチュエータの運動変換機構においては、回転するナットに螺合挿通するネジ軸がナットに対して往復直線運動するため、該ネジ軸とナットとの螺合部に摺動摩擦が発生し、両者の螺合部に摩耗が発生するという問題がある。
そこで、特許文献2には、ネジ軸の雄ネジ部に螺合するナットの雌ネジ部上端に油溝を形成し、この油溝に潤滑油を貯留する構成が提案されている。このような構成によれば、油溝に貯留されている潤滑油がネジ軸とナットとの相対回転によって油溝から引き出され、ネジ軸の雄ネジ部とナットの雌ネジ部との螺合部分全体に潤滑油が供給されて該螺合部分の潤滑に供される。
また、特許文献3には、スクリュースピンドル(ネジ軸)に螺合するスクリュースリーブ(ナット)に固体潤滑剤を埋め込むとともに、該スクリュースリーブの上下端に固体潤滑剤止め板を設ける構成が提案されている。このような構成によれば、スクリュースリーブに埋め込まれた固体潤滑剤が固体潤滑剤止め板によってスクリュースリーブから抜け出ることがないため、スクリュースピンドルとスクリュースリーブとの螺合部の潤滑が固体潤滑剤によって安定的になされる。
日本特開2019-006223号公報 日本特開2001-132813号公報 日本実開昭53-014413号公報
ところで、特許文献1において提案された電動アクチュエータにおいて、ナットとネジ軸との螺合部を潤滑するためにネジ軸にグリス等の潤滑剤を塗布すると、ナットの回転によって潤滑剤がナットの内部に侵入して該ナットとネジ軸との螺合部の潤滑に供されるが、次のような問題が発生する。
すなわち、図8(a),(b)に示すように、ネジ軸103が矢印方向に往復直線運動すると、このネジ軸103に塗布した潤滑剤がナット108によって掃かれて該ネジ軸103の軸方向両端部(移動限付近)に溜まる。また、ナット108の端面に潤滑剤が溜まると、この潤滑剤がナット108の回転による遠心力によって周囲に飛散する。このため、ネジ軸103の軸方向中央部(図示A部分)において潤滑剤が不足して油膜切れが発生し、この部分の摩耗が促進するという問題が発生する。
また、特許文献2において提案された潤滑構造では、油溝がナットの雌ネジ部上端に形成されているため、ナットやネジ軸が縦方向に配置される構成に適用が限定されるという問題がある。
さらに、特許文献3において提案された潤滑構造は、潤滑剤が固体潤滑剤に限定されるため、その適用範囲が狭いという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ナットとネジ軸との螺合部の潤滑を十分行うことによって該螺合部の摩耗を抑制し、ナットとネジ軸の耐久性を高めることができる電動アクチュエータを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、正逆回転可能な電動モータと、該電動モータの回転をネジ軸の往復直線運動に変換する運動変換機構を備え、前記運動変換機構は、前記電動モータによって回転駆動されるナットと、該ナットに進退可能に螺合挿通する前記ネジ軸を備える電動アクチュエータにおいて、前記ナットの軸方向一端内周に、当該ナットのネジ孔の径よりも大きな外径を有して潤滑剤を収容可能な潤滑剤保持部を形成し、該潤滑剤保持部の軸方向開口端を覆う蓋部材を設け、前記蓋部材は、蓋部と前記ナットと同軸の筒部とを一体に備え、前記筒部の内周に形成された凸部を前記ナットの外周に形成された凹部に嵌合させ、或いは前記ナットの外周に形成された凸部を前記筒部の内周に形成された凹部に嵌合させることによって、前記蓋部材を前記ナットに取り付けたことを第1の特徴とする。
本発明は、前記第の特徴に加えて、前記蓋部の内周に円筒状のスクレーパ部を形成し、該スクレーパ部の内径を前記ネジ軸の外径よりも若干大きく設定して該スクレーパ部と前記ネジ軸との間に径方向の微小隙間を形成したことを第の特徴とする。
本発明は、前記第または第の特徴に加えて、前記筒部の外径は、前記ナットの外径以下であることを第の特徴とする。
本発明は、前記第1~第の何れかの特徴に加えて、前記蓋部材は、ゴム材で構成されていることを第の特徴とする。
本発明の第1の特徴によれば、ナットの回転によってネジ軸がナット内に侵入しても、該ネジ軸に塗布された潤滑剤がナットの潤滑剤保持部に保持されるため、ナットの端面に余分な潤滑剤が溜まることがなく、溜まった潤滑剤がナットの回転による遠心力によって周囲に飛散することがない。また、ナットの潤滑剤保持部に貯留された潤滑剤は、ネジ軸がナットから出てくる際に該ネジ軸に塗布されるが、この潤滑剤の塗布量が蓋部材によって規制されるため、必要十分な量の潤滑剤がネジ軸の広範囲に亘って塗布される。この結果、ネジ軸の部分的な潤滑剤不足(油膜切れ)が発生することがなく、ナットとネジ軸との螺合部の潤滑が十分になされ、螺合部の摩耗が抑制されてナットとネジ軸の耐久性が高められる。しかも、凹凸嵌合によって蓋部材をナットの外周にワンタッチで簡単に取り付けることができる。
本発明の第の特徴によれば、蓋部材の蓋部の内周に形成されたスクレーパ部の内径をネジ軸の外径よりも若干大きく設定して両者の間に径方向の微小隙間を形成したため、ナットの潤滑剤保持部に貯留されている潤滑剤がスクレーパ部によって掻き取られてネジ軸に所定厚さで均一に塗布される。この場合、スクレーパ部はネジ軸に対して非接触であるため、両者間に摩擦抵抗力が発生せず、ネジ軸が抵抗なくスムーズに摺動することができる。また、スクレーパ部がネジ軸から外力を受けることがないため、該スクレーパ部の損傷が防がれて蓋部材の耐久性が高められる。
本発明の第の特徴によれば、蓋部材の筒部の外径をナットの外径以下にすることにより、蓋部材を装着してナットをラジアルベアリングに装着する際に、蓋部材がラジアルベアリングに干渉することなく組み付けることができる。
本発明の第の特徴によれば、蓋部材を柔軟で弾性に富むゴム材で構成したため、該蓋部材がネジ軸に万一接触した場合であっても、該蓋部材の損傷が防がれてその耐久性が高められる。
図1は本発明に係る電動アクチュエータの斜視図である。 図2は本発明に係る電動アクチュエータの平断面図である。 図3は本発明に係る電動アクチュエータのナットとネジ軸部分の平断面図である。 図4は図3の4部拡大詳細図である。 図5は図4の5-5線断面図である。 図6は図4の6-6線断面図である。 図7の(a),(b)は本発明に係る電動アクチュエータにおけるネジ軸への潤滑剤塗布状態を示す模式的断面図である。 図8の(a),(b)は従来の電動アクチュエータにおけるネジ軸への潤滑剤塗布状態を示す模式的断面図である。
1 電動アクチュエータ
2 電動モータ
2a 電動モータの出力軸
3 ネジ軸
3b ネジ軸の雄ネジ
4 運動変換機構
5 伝動機構
6 駆動ギヤ
8 ナット
8A ナットのスリーブ部
8B ナットのドラム部
8a ナットの雌ネジ
8b ナットの凹部
10 アクチュエータケース
19 中間ギヤ
20 従動ギヤ
21 潤滑剤保持部
22 蓋部材
22A 蓋部材の蓋部
22B 蓋部材の筒部
22a 蓋部材のスクレーパ部
22b 蓋部材の凸部
φD スクレーパ部の内径
φd ネジ軸の外径
δ 微小隙間
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る電動アクチュエータの斜視図、図2は同電動アクチュエータの平断面図である。
本実施の形態に係る電動アクチュエータ1は、不図示の電動パーキングブレーキ装置に備えられるものであって、図2に示すように、駆動源である正逆回転可能な電動モータ2と、該電動モータ2の回転をネジ軸3の往復直線運動に変換する運動変換機構4と、電動モータ2の回転を運動変換機構4に伝達するための伝動機構(ギヤ機構)5を備えており、これらの電動モータ2と運動変換機構4及び伝動機構5は、アクチュエータケース10内に収容されている。なお、以下の説明においては、図1及び図2に示す矢印方向を「前後方向」とする。
上記アクチュエータケース10は、円筒状の第1のケース11Aと第2のケース11Bを一体に有するケース本体11と、該ケース本体11の第1のケース11Aの開口端に被着されたモータカバー12と、該モータカバー12とは反対側(図2の右側)からケース本体11の開口端に被着されたギヤカバー13とで構成されている。
そして、図2に示すように、ケース本体11の第1のケース11Aには電動モータ2が収容されており、該電動モータ2から後方(図2の右方)に向かって延出する出力軸(モータ軸)2aのギヤカバー13内に臨む端部(後端部)には、小径の駆動ギヤ6が取り付けられている。ここで、電動モータ2の軸方向一端(前端)は、モータカバー12に形成された凹部12aに嵌合保持されており、同電動モータ2の軸方向他端(後端)は、第1のケース11Aの端壁11aに形成された円孔11bに嵌合保持されている。なお、電動モータ2の出力軸(モータ軸)2aは、軸受7を介して第1のケース11Aに回転可能に支持されている。
また、ケース本体11の第2のケース11Bは、第1のケース11Aの側方に一体に配置されており、この第2のケース11Bには運動変換機構4が収容されている。この運動変換機構4は、回転可能なナット8と、該ナット8に直線移動可能に螺合挿通する前記ネジ軸3を備えている。
上記ナット8は、スリーブ部8Aと該スリーブ部8Aよりも大径のドラム部8Bとを一体に有しており、スリーブ部8Aの外周に組み付けられたラジアルベアリング(ボールベアリング)9によって第2のケース11Bに回転可能に支持されている。ここで、スリーブ部8Aの内周には、雌ネジ8aが螺旋状に刻設されている。
ネジ軸3は、前後方向に長い丸棒状のスライド部材であって、その前端部に形成された円孔3aには、不図示のブレーキケーブルが連結されており、このブレーキケーブルの他端は、不図示の電動パーキングブレーキ装置のパーキングブレーキレバーに連結されている。また、ネジ軸3の後端にはフランジ部3Aが一体に形成されており、このフランジ部3Aの外周は、ギヤカバー13内に収容された筒状のガイド部材14の内周に軸方向に沿って形成された一対のガイド溝14aに係合している。このため、ネジ軸3の回転がガイド部材14によって阻止され、ネジ軸3は、回転することなく前後方向に往復直線運動する。
そして、ネジ軸3の外周の所定範囲には、雄ネジ3bが螺旋状に刻設されており、ネジ軸3は、ナット8のスリーブ部8Aに螺合挿通している。したがって、ネジ軸3のナット8への挿通においては、該ネジ軸3の外周に刻設された雄ネジ3bとナット8のスリーブ部8Aの内周に刻設された雌ネジ8aとが互いに螺合している。
また、ネジ軸3のアクチュエータケース10の外部へと延出する部分は、柔軟で弾性に富むゴム材などによって構成された伸縮可能な蛇腹状のブーツ15によって覆われており、該ブーツ15の一端(前端)は、ネジ軸3の前端部外周に嵌着され、同ブーツ15の他端(後端)は、アクチュエータケース10の第2のケース11Bに突設された筒状部11cの外周に嵌着されている。
ところで、図2に示すように、ナット8のドラム部8B内にネジ軸3のフランジ部3Aとの間に形成された軸方向空間には、複数の皿バネ16が軸方向に積層された状態で収容されており、これらの皿バネ16は、従動ギヤ20に当接するリテーナ17によってその軸方向位置が規制されている。なお、これらの皿バネ16は、ネジ軸3をナット8から離間させる方向(後方)に付勢する付勢手段を構成している。
ここで、伝動機構5の構成を図2に基づいて以下に説明する。
伝動機構5は、電動モータ2の出力軸2aの回転を運動変換機構4のナット8へと伝達するものであって、電動モータ2の出力軸2aに取り付けられた前記駆動ギヤ6と、支軸18によって回転可能に支持された中間ギヤ19と、ナット8のドラム部8Bの外周に取り付けられた従動ギヤ20を備えている。
上記中間ギヤ19は、アクチュエータケース10のケース本体11とガイド部材14との間に架設された支軸18によって回転可能に支持されており、大小異径の大径中間ギヤ19aと小径中間ギヤ19bを一体に備えている。ここで、大径中間ギヤ19aは、駆動ギヤ6に噛合しているが、その径は駆動ギヤ6の径よりも大きく設定されている。また、小径中間ギヤ19bは、これよりも大径の従動ギヤ20に噛合しており、従動ギヤ20は、ナット8のドラム部8Bの外周に嵌着されている。
次に、本発明の特徴的な構成を図3~図6に基づいて以下に説明する。
図3は本発明に係る電動アクチュエータのナットとネジ軸部分の平断面図、図4は図3の4部拡大詳細図、図5は図4の5-5線断面図、図6は図4の6-6線断面図である。
本実施の形態においては、図3~図5に示すように、ナット8のスリーブ部8Aの軸方向一端(前端部)8A1の内周には、当該ナット8のネジ孔の径よりも大きな外径を有する潤滑剤保持部21が形成されており、この潤滑剤保持部21は、グリスなどの潤滑剤を収容可能である。そして、ナット8のスリーブ部8Aの軸方向一端部(前端部)8A1の外周には、潤滑剤保持部21の軸方向開口端を覆う蓋部材22が取り付けられている。
上記蓋部材22は、ゴム材によって一体に成形されており、図4に示すように、潤滑剤保持部21の軸方向開口端を軸方向から覆うリング板状の蓋部22Aと、ナット8と同軸の円筒状の筒部22Bとを一体に備えている。ここで、図4に示すように、蓋部材22の筒部22Bの端部内周には、リング状の凸部22bが全周に亘って一体に形成されており、ナット8のスリーブ部8Aの端部外周には、リング溝状の凹部8bが全周に亘って一体に形成されている。
而して、蓋部材22は、筒部22Bの端部内周に形成された凸部22bをナット8のスリーブ部8Aの端部外周に形成された凹部8bに嵌め込むことによってナット8のスリーブ部8Aの端部外周にワンタッチで簡単に取り付けられる。なお、本実施の形態では、蓋部材22の筒部22B側に凸部22bを形成し、ナット8のスリーブ部8A側に凹部8bを形成したが、これとは逆に蓋部材22の筒部22B側に凹部を形成し、ナット8のスリーブ部8B側に凸部を形成し、これらの凹部と凸部を互いに嵌合させることによっても、蓋部材22をナット8のスリーブ部8Aの端部外周にワンタッチで簡単に取り付けることができる。
ところで、本実施の形態では、図4に示すように、蓋部材22の筒部22Bの外径とナット8のスリーブ部8Aの外径は同径とされている。また、蓋部材22の蓋部22Aの内周には、前方(図4の左方)に向かって一体に突出する円筒状のスクレーパ部(掻き取り部)22aが一体に形成されており、このスクレーパ部22aの前端内周には、前方(図4の左方)に向かって拡径するテーパ面22b1が形成されている。ここで、図6に示すように、スクレーパ部22aの内径φDは、ネジ軸3の外径φdよりも若干大きく設定されており(φD>φd)、したがって、スクレーパ部22aとネジ軸3との間には、径方向のリング状の微小隙間δ(=(D-d)/2)が形成されている。
而して、以上のように構成された電動アクチュエータ1は、不図示の電動パーキングブレーキ装置のアクチュエータとして使用されるが、以下、この電動アクチュエータ1の作用を図7を参照しながら説明する。なお、電動アクチュエータ1は、アクチュエータケース10の外周に嵌着されたスナップリング23(図1及び図2参照)を用いて電動パーキングブレーキ装置に位置決め固定される。
図2に示す状態は、ネジ軸3が前進して該ネジ軸3の先端に取り付けられた不図示のブレーキケーブルが弛んでいる状態であって、この状態ではドラムブレーキのブレーキシューがブレーキドラムの内周面から離反している。このため、ブレーキシューとブレーキドラムとの間には摩擦抵抗力が発生せず、電動パーキングブレーキ装置は、パーキングブレーキが解除された状態にあり、ブレーキドラムと車輪は自由に回転することができるために車両の走行が可能である。
上記状態から、不図示のパーキングブレーキスイッチがON操作されると、電動アクチュエータ1の電動モータ2に通電されて該電動モータ2が起動される。すると、電動モータ2の出力軸2aの回転が伝動機構5によって減速されながら運動変換機構4へと伝達され、電動モータ2の出力軸2aの回転がネジ軸3の直線運動(後進運動)へと変換される。
すなわち、電動モータ2の出力軸2aの回転は、駆動ギヤ6から中間ギヤ19へと減速されて伝達され、該中間ギヤ19が所定速度で回転する。そして、この中間ギヤ19の回転は、互いに噛合する小径中間ギヤ19bと従動ギヤ20を経て減速されて運動変換機構4のナット8に伝達され、該ナット8が所定の速度で回転する。
上述のように、ナット8が回転すると、このナット8に螺合挿通するネジ軸3が図7(a)に示すように直線移動して後退し、該ネジ軸3の先端に取り付けられた不図示のブレーキケーブルが引っ張られる。すると、電動パーキングブレーキ装置のパーキングブレーキレバーが操作されてブレーキシューが拡開し、該ブレーキシューがブレーキドラムの内周面に押圧されるために両者間に摩擦抵抗力が発生する。そして、この摩擦抵抗力によってブレーキドラムと車輪の回転が制動されるため、車両はパーキングブレーキ状態となる。
上記パーキングブレーキ状態を解除するために不図示のパーキングブレーキスイッチがOFF操作されると、電動モータ2が逆回転され、その出力軸2aの回転が前記と同様の伝達経路を経て運動変換機構4のナット8に伝達されるため、該ナット8が逆回転する。このようにナット8が逆回転すると、該ナット8に螺合挿通するネジ軸3が図7(b)の矢印方向に直線移動して前進し、電動アクチュエータ1は、図2に示す状態に復帰するため、電動パーキングブレーキ装置が解除された状態となる。
而して、本実施の形態では、ナット8の軸方向一端内周に、当該ナット8のネジ孔の径よりも大きな外径を有して潤滑剤を収容可能な潤滑剤保持部21を形成し、該潤滑剤保持部21の軸方向開口端を覆う蓋部材22を設けたため、ナット8の回転によってネジ軸3がナット8内に侵入しても、該ネジ軸3に塗布された潤滑剤がナット8の潤滑剤保持部21に保持される。このため、図7(a),(b)に示すように、ナット8の端面に余分な潤滑剤が溜まることがなく、溜まった潤滑剤がナット8の回転による遠心力によって周囲に飛散することがない。
また、ナット8の潤滑剤保持部21に貯留された潤滑剤は、ネジ軸3がナット8から出てくる際に該ネジ軸3に塗布されるが、この潤滑剤の塗布量が蓋部材22によって規制されるため、必要十分な量の潤滑剤がネジ軸3の広範囲に亘って塗布される。この結果、ネジ軸3の部分的な潤滑剤不足(油膜切れ)が発生することがなく、ナット8とネジ軸3との螺合部の潤滑が十分になされ、螺合部の摩耗が抑制されてナット8とネジ軸3の耐久性が高められる。
そして、本実施の形態においては、蓋部材22の蓋部22Aの内周に形成されたスクレーパ部22aの内径φDをネジ軸3の外径φdよりも若干大きく設定して(φD>φd)両者の間に径方向の微小隙間δを形成したため、ナット8の潤滑剤保持部21に貯留されている潤滑剤がスクレーパ部22aによって掻き取られて図7(a),(b)に示すようにネジ軸3に当該潤滑剤が所定厚さδで均一に塗布される。この場合、スクレーパ部22aは、ネジ軸3に対して非接触であるため、両者間に摩擦抵抗力が発生せず、ネジ軸3が抵抗なくスムーズに摺動することができる。また、スクレーパ部22aがネジ軸3から外力を受けることがないため、該スクレーパ部22aの損傷が防がれて蓋部材22の耐久性が高められる。
ところで、ナット8は、ラジアルベアリング9に挿通され組み付けられるが、蓋部材22の筒部22Bの外径がナット8のスリーブ部8Aの外径以下であるため、蓋部材22をナット8に装着した後に、ラジアルベアリング9に挿通しても、蓋部材22がラジアルベアリング9に干渉することなくナット8を組み付けることができる。
また、本実施の形態では、蓋部材22を柔軟で弾性に富むゴム材で構成したため、該蓋部材22がネジ軸3に万一接触した場合であっても、該蓋部材22の損傷が防がれてその耐久性が高められるという効果も得られる。
なお、以上は本発明を車両用ドラムブレーキの電動パーキングブレーキ装置に備えられる電動アクチュエータに対して適用した形態について説明したが、本発明は、他の任意の装置に用いられる電動アクチュエータに対しても同様に適用可能である。
その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

Claims (4)

  1. 正逆回転可能な電動モータ(2)と、該電動モータ(2)の回転をネジ軸(3)の往復直線運動に変換する運動変換機構(4)を備え、
    前記運動変換機構(4)は、前記電動モータ(2)によって回転駆動されるナット(8)と、該ナット(8)に進退可能に螺合挿通する前記ネジ軸(3)を備える電動アクチュエータ(1)において、
    前記ナット(8)の軸方向一端内周に、当該ナット(8)のネジ孔の径よりも大きな外径を有して潤滑剤を収容可能な潤滑剤保持部(21)を形成し、
    前記潤滑剤保持部(21)の軸方向開口端を覆う蓋部材(22)を設け
    前記蓋部材(22)は、蓋部(22A)と前記ナット(8)と同軸の筒部(22B)とを一体に備え、
    前記筒部(22B)の内周に形成された凸部(22b)を前記ナット(8)の外周に形成された凹部(8b)に嵌合させ、或いは前記ナット(8)の外周に形成された凸部を前記筒部(22B)の内周に形成された凹部に嵌合させることによって、前記蓋部材(22)を前記ナット(8)に取り付けたことを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 前記蓋部(22A)の内周に円筒状のスクレーパ部(22a)を形成し、該スクレーパ部(22a)の内径(φD)を前記ネジ軸(3)の外径(φd)よりも若干大きく設定して該スクレーパ部(22a)と前記ネジ軸(3)との間に径方向の微小隙間(δ)を形成したことを特徴とする請求項に記載の電動アクチュエータ。
  3. 前記筒部(22B)の外径は、前記ナット(8)の外径以下であることを特徴とする請求項またはに記載の電動アクチュエータ。
  4. 前記蓋部材(22)は、ゴム材で構成されていることを特徴とする請求項1~の何れかに記載の電動アクチュエータ。
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