WO2019167964A1 - ねじ軸、送りねじ機構及び電動アクチュエータ - Google Patents

ねじ軸、送りねじ機構及び電動アクチュエータ Download PDF

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ball screw
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electric actuator
target holder
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池田　良則
辰徳 清水
慎介 平野
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Ntn株式会社
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    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2081—Parallel arrangement of drive motor to screw axis

Definitions

  • the present invention relates to a screw shaft constituting a feed screw mechanism, a feed screw mechanism, and an electric actuator.
  • a notch is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft in order to attach a permanent magnet to the screw shaft.
  • an object of the present invention is to provide a screw shaft that can suppress the occurrence of warpage, a feed screw mechanism including the screw shaft, and an electric actuator.
  • the present invention is a screw shaft constituting a feed screw mechanism provided in an electric actuator, wherein the mounting surface is formed on the screw shaft on which a mounting surface for mounting a sensor target is formed.
  • the portion is formed in a non-circular and line-symmetric cross section.
  • the warping is the line of the screw shaft.
  • the same degree occurs on one side and the other side of the symmetrical cross section.
  • these warpages are canceled out, and the warpage finally occurring on the screw shaft can be suppressed.
  • two flat surfaces may be formed so as to be line symmetric with respect to the axis of the screw shaft, and either one of these two flat surfaces may be used as the mounting surface. Furthermore, the degree of freedom (flexibility) for mounting the sensor target is improved by making the mounting surface arbitrarily selectable from two flat surfaces.
  • the attachment surface may be a surface to which a target holder that holds the sensor target is attached.
  • the sensor target can be correctly mounted and reliability is improved.
  • the screw shaft may be one in which at least a portion where the mounting surface is formed is heat-treated.
  • production of the curvature accompanying heat processing can also be suppressed because the cross-sectional shape of a screw shaft is axisymmetric. That is, since the cross-sectional shape is axisymmetric, the amount of contraction of the screw shaft accompanying heat treatment becomes uniform, so that the occurrence of warpage due to the difference in the amount of contraction can be suppressed. Thereby, it becomes possible to provide a screw shaft having high linearity (straightness) of the shaft while ensuring the required strength.
  • the screw shaft according to the present invention includes a rotatable nut and a screw shaft that moves in the axial direction as the nut rotates, and can be applied to a feed screw mechanism provided in the electric actuator.
  • the screw shaft according to the present invention can be applied to an electric actuator including an electric motor and a feed screw mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion.
  • the warpage of the screw shaft can be suppressed, it is possible to avoid malfunction of the feed screw mechanism, a decrease in operating efficiency, and a decrease in service life due to the warpage of the screw shaft. It becomes possible to provide a highly reliable feed screw mechanism and an electric actuator including the same.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1) in which the electric actuator according to the present embodiment is cut at the position of the magnetic sensor and the permanent magnet.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electric actuator showing an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an external perspective view of the electric actuator according to this embodiment
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the electric actuator according to this embodiment.
  • is there. 4 is a cross-sectional view of the speed reduction mechanism included in the electric actuator according to the present embodiment (AA cross-sectional view in FIG. 1).
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the lock mechanism included in the electric actuator according to the present embodiment. It is.
  • the electric actuator 1 of the present embodiment transmits an electric motor 2 that is a drive source, a speed reduction mechanism 3 that reduces the rotation of the electric motor 2, and a driving force that is reduced by the speed reduction mechanism 3.
  • the main configuration includes a driving force transmission mechanism 4, a motion conversion mechanism 5 that converts the rotational motion of the electric motor 2 transmitted by the driving force transmission mechanism 4 into a linear motion, and a lock mechanism 6 that prevents the electric actuator 1 from being driven. It is said.
  • the electric motor 2 is accommodated in the motor case 7.
  • the motor case 7 is formed in a bottomed cylindrical shape, and a resin sealing member 8 for sealing the hole 7a is provided on the bottom thereof.
  • the speed reduction mechanism 3 is a planetary gear speed reduction mechanism including a sun gear 9 connected to the rotating shaft 2 a of the electric motor 2 and a plurality of planetary gears 10 arranged around the sun gear 9.
  • the speed reduction mechanism 3 rotates between a sun gear 9 as an input rotator, a ring gear 11 as a track ring disposed on the outer periphery of the sun gear 9, and between the sun gear 9 and the ring gear 11.
  • a plurality of planetary gears 10 as planetary rotors arranged as possible and a carrier 12 as an output rotor holding each planetary gear 10 are provided.
  • the sun gear 9 is fixed to the rotating shaft 2 a of the electric motor 2 and rotates integrally with the electric motor 2.
  • Each planetary gear 10 is disposed between the sun gear 9 and the ring gear 11 and is assembled so as to mesh with them.
  • Each planetary gear 10 is rotatably supported by a support shaft 13 provided on the carrier 12.
  • the sun gear 9 of the speed reduction mechanism 3 rotates integrally with the electric motor 2, and accordingly, the plurality of planetary gears 10 revolve along the ring gear 11 while rotating.
  • the rotation of the electric motor 2 is decelerated and output as the carrier 12 rotates as the planetary gear 10 revolves.
  • the speed reduction mechanism 3 is accommodated in a speed reduction mechanism case 14 connected to the motor case 7.
  • a cylindrical motor adapter 15 as a motor support member that supports the electric motor 2 is attached to the speed reduction mechanism case 14.
  • the electric motor 2 is supported by the projection 2b on the output side (right side in FIG. 1) being inserted into the motor adapter 15.
  • the portion of the electric motor 2 opposite to the output side is supported by the inner peripheral surface of the motor case 7.
  • the driving force transmission mechanism 4 includes a driving side drive gear 16 to which the driving force output from the speed reduction mechanism 3 is input, and a driven side driven gear 17 that meshes with the driving gear 16. It has.
  • the driven gear 17 is configured by a large-diameter gear having a larger number of teeth than the drive gear 16 and is configured to reduce the rotation from the drive gear 16 to the driven gear 17 and transmit it. 16 and 17 may have the same number of teeth and the rotation may be transmitted at a constant speed.
  • a gear boss 18 is press-fitted and fixed in the center of the drive gear 16.
  • a cylindrical portion 12a see FIG.
  • the drive gear 16 and the driven gear 17 are accommodated in a transmission mechanism case 19 connected to the speed reduction mechanism case 14.
  • the transmission mechanism case 19 is provided with a rolling bearing 52 that supports one end of the gear boss 18.
  • the other end of the gear boss 18 is supported by a rolling bearing 53 provided in a motion conversion mechanism case 25 described later.
  • the motion conversion mechanism 5 includes a rotatable ball screw nut 21, a ball screw shaft 22 inserted on the inner peripheral side of the ball screw nut 21, an inner peripheral surface of the ball screw nut 21, and an outer peripheral surface of the ball screw shaft 22.
  • the ball screw mechanism 20 is composed of a large number of balls 23 disposed between the spiral grooves formed in each of these and a circulation member 24 that circulates the balls 23 between the spiral grooves.
  • the ball screw mechanism 20 is supported by a motion conversion mechanism case 25 connected to the transmission mechanism case 19.
  • the ball screw nut 21 is rotatably supported by a bearing member 26 provided in the motion conversion mechanism case 25.
  • the bearing member 26 is a double row angular ball bearing, but other bearing members may be used.
  • a driven gear 17 is integrally fixed to the outer peripheral surface of the ball screw nut 21.
  • FIG. 1 shows a state in which the ball screw shaft 22 is disposed at the initial position where it is most retracted to the right in the drawing.
  • the tip end portion (left end portion in FIG. 1) of the ball screw shaft 22 functions as an operation unit 27 that operates a device to be used (not shown) as an operation target.
  • a hole 22 a for inserting a bolt or a pin for connecting a corresponding portion of a used device (not shown) to the ball screw shaft 22 is provided on the tip end side of the ball screw shaft 22.
  • a rotation prevention pin 28 is provided on the rear end side of the ball screw shaft 22 as a rotation restricting member that restricts the rotation of the ball screw shaft 22.
  • the rear end side of the ball screw shaft 22 is covered with a screw shaft case 29 connected to the motion conversion mechanism case 25.
  • a guide groove 29a extending in the axial direction is formed on the inner peripheral surface of the screw shaft case 29, and the anti-rotation pin 28 and the guide roller 30 provided on the anti-rotation pin 28 are inserted into the guide groove 29a.
  • the guide roller 30 moves while rotating along the guide groove 29a, the ball screw shaft 22 moves forward or backward in the axial direction without rotating in the circumferential direction.
  • a boot 31 for preventing entry of foreign matter into the ball screw mechanism 20 or the electric actuator 1 is attached to the tip end side of the ball screw shaft 22.
  • the boot 31 is made of resin or rubber, and includes a large-diameter end portion 31a, a small-diameter end portion 31b, and a bellows portion 31c that extends and contracts in the axial direction.
  • the large-diameter end portion 31a is fastened and fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 19a provided in the transmission mechanism case 19 by the boot band 32, and the small-diameter end portion 31b is fastened and fixed to the outer peripheral surface of the ball screw shaft 22 by the boot band 33.
  • the motor case 7 is integrally provided with a boot cover 34 for protecting the outside of the boot 31.
  • the lock mechanism 6 includes a lock member 35, a slide screw nut 36, a slide screw shaft 37, a lock member fixing plate 38, a lock motor 39 as a lock drive source, and a spring 40.
  • the lock member 35 is fastened to the sliding screw nut 36 by a bolt 41 via a lock member fixing plate 38.
  • the locking motor 39 is accommodated in a holder portion 42 provided in the screw shaft case 29. Specifically, the locking motor 39 is inserted into the holder portion 42 from the side of the holder portion 42 where the cap member 43 is attached (the right side of the holder portion 42 in FIG. 5), and the cap member 43 is attached to the holder portion 42.
  • the locking motor 39 is accommodated in the holder portion 42.
  • the spring 40 is compressed in the axial direction between the bottom 42 a of the holder 42 and the lock member fixing plate 38. Due to the biasing force of the compressed spring 40, the lock member 35 is constantly biased in the forward direction (left side in FIG. 1).
  • the drive gear 16 is disposed in the direction in which the lock member 35 advances, and the drive gear 16 is formed with an engagement hole 16a into which the distal end portion of the lock member 35 can be inserted and engaged.
  • a plurality of engagement holes 16 a are provided in the circumferential direction of the drive gear 16.
  • the lock member 35 is in a locked state in which the tip end portion is engaged with the engagement hole 16 a of the drive gear 16. From this state, when electric power is supplied to the locking motor 39 and the locking motor 39 is driven, the sliding screw shaft 37 rotates, whereby the sliding screw nut 36 and the locking member 35 attached thereto are retracted. Thereby, the front-end
  • the locked state is released, the electric motor 2 is driven, and the operation unit 27 (ball screw shaft 22) is moved forward or backward to operate the operation target. While the electric motor 2 is being driven, the energization of the lock motor 39 is continued and the unlocked state is maintained.
  • the electric actuator 1 includes a position detection device 44 for detecting the axial position of the operation unit 27 (ball screw shaft 22).
  • the position detection device 44 includes a permanent magnet 45 (see FIG. 1) as a sensor target provided on the ball screw shaft 22 and a non-contact sensor housed in a sensor case 47 between the motor case 7 and the boot cover 34. And a magnetic sensor 46 (see FIG. 2).
  • a magnetic sensor of a type capable of detecting the direction and magnitude of the magnetic field using the Hall effect such as a Hall IC or a linear Hall IC, is preferable.
  • the magnetic sensor 46 is attached to a sensor base 48, and the sensor base 48 is accommodated in the sensor case 47 by being fastened and fixed to the sensor case 47 with bolts 49.
  • the magnetic sensor 46 is a sensor case.
  • the magnetic sensor 46 faces the permanent magnet 45 via the boot 31 and the boot cover 34.
  • the sensor base 48, the sensor case 47, and the boot cover 34 that cover the periphery of the magnetic sensor 46 are all preferably made of a nonmagnetic material such as resin.
  • the magnetic field at the location where the magnetic sensor 46 is arranged also changes as the position of the permanent magnet 45 relative to the magnetic sensor 46 changes.
  • the magnetic sensor 46 By detecting changes in the magnetic field (for example, the direction and strength of the magnetic flux density) at this time by the magnetic sensor 46, the axial position of the permanent magnet 45 and thus the axial position of the operation unit 27 (ball screw shaft 22) are acquired. be able to.
  • the permanent magnet 45 is attached to the ball screw shaft 22 via a semi-cylindrical target holder 50 that can be elastically deformed.
  • FIG. 7 shows a state before the target holder 50 is attached to the ball screw shaft 22
  • FIG. 8 shows a state where the target holder 50 is attached to the ball screw shaft 22.
  • the target holder 50 has a pair or multiple pairs (five pairs in the illustrated example) of fitting claws 50a.
  • Each fitting claw 50a has a shape following the outer peripheral surface of the ball screw shaft 22, and when the target holder 50 is pushed into the ball screw shaft 22, each fitting claw 50a is elastically deformed in a direction away from each other, Thereafter, the target holder 50 is attached to the ball screw shaft 22 by returning to elasticity.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the state in which the target holder 50 is attached to the ball screw shaft 22.
  • a fitting recess 50 b into which the permanent magnet 45 can be fitted is provided on the outer peripheral surface of the target holder 50.
  • the fitting recessed part 50b has a pair of side wall parts 50c, and each side wall part 50c is formed so as to approach each other toward the tip side.
  • an attachment surface 22 c for attaching the permanent magnet 45 (via the target holder 50) is provided on the outer peripheral surface between the screw portion 22 b of the ball screw shaft 22 and the operation portion 27. It has been.
  • the mounting surface 22 c is formed by a flat surface 51 that is recessed in the radial direction from the outer peripheral surface of the ball screw shaft 22, and is disposed in parallel with the axis of the ball screw shaft 22. As described above, the mounting surface 22 c is formed by denting the outer peripheral surface of the ball screw shaft 22, thereby reducing the amount of radial protrusion when the permanent magnet 45 is mounted via the target holder 50. Thus, an increase in size of the electric actuator 1 can be suppressed.
  • the attachment surface 22 c is the flat surface 51
  • the flat surface 50 d inside the target holder 50 contacts the flat surface 51 of the ball screw shaft 22.
  • rotation of the target holder 50 in the circumferential direction with respect to the ball screw shaft 22 is restricted.
  • the permanent magnet 45 is magnetized so that one of the end portions in the longitudinal direction is an S pole and the other is an N pole. If the arrangement of the S pole and the N pole with respect to the ball screw shaft 22 is different for each electric actuator, the output signal of the magnetic sensor 46 that detects the magnetic field also changes, so the S pole and the N pole are arranged in a fixed direction. It is desirable that Therefore, in this embodiment, in order to prevent erroneous assembly of the target holder 50 to the mounting surface 22c, as shown in FIG. 7, there is an error in one end of the mounting surface 22c in the axial direction and one end of the target holder 50 in the axial direction. A recess 22d and a protrusion 50e for preventing assembly are provided.
  • the target holder 50 when the target holder 50 is oriented as shown in FIG. 7, the target holder 50 can be attached to the attachment surface 22c by fitting the convex portion 50e and the concave portion 22d as shown in FIG.
  • the projection 50e interferes with the edge of the mounting surface 22c, thereby preventing the target holder 50 from being attached to the mounting surface 22c.
  • the convex portion may be provided on the mounting surface 22 c and the concave portion may be provided on the target holder 50.
  • the ball screw shaft 22 according to the present embodiment is different from the conventional screw shaft shown in FIG.
  • a flat surface 51 similar to the mounting surface 22c is also formed on the opposite side in the circumferential direction.
  • These two flat surfaces 51 are formed at the same distance L from the symmetry axis M passing through the axis O of the ball screw shaft 22 (see FIG. 11), and are line symmetric with respect to the axis O (symmetry axis M). It is formed as follows. That is, by providing two flat surfaces 51 that are line-symmetric with respect to each other, the portion on which the mounting surface 22c of the ball screw shaft 22 is formed is formed in a non-circular and line-symmetric cross section.
  • the distance L from the symmetry axis M to each flat surface 51 includes not only the completely same distance but also a case where there is an allowable error in design of about ⁇ 1 mm (substantially the same).
  • the cross section of the portion where the mounting surface 22c of the ball screw shaft 22 is formed may be a square cross section or a polygonal cross section such as a regular octagon.
  • the portion where the mounting surface 22c is formed is formed in a line-symmetric cross section having two flat surfaces 51, and this portion is cut by machining. Even if it forms, the curvature of the ball screw axis 22 accompanying the process can be suppressed. That is, when the circular flat section of the ball screw shaft 22 is cut to form the two flat surfaces 51, even if warping occurs due to cutting resistance or heat during processing, the one flat surface 51 side and the other flat surface 51 The warpage generated on the surface 51 side occurs in the same direction in the opposite direction. For this reason, the warp generated on the one flat surface 51 side and the other flat surface 51 side cancel each other, and the warp finally occurring on the ball screw shaft 22 can be suppressed.
  • the linearity (straightness) of the ball screw shaft 22 can be improved, and the occurrence of misalignment between the ball screw shaft 22 and the ball screw nut 21 due to warping can be suppressed.
  • the cross-sectional shape is axisymmetric, so that the occurrence of warpage due to heat treatment can be suppressed. That is, since the cross-sectional shape is axisymmetric, the amount of shrinkage of the ball screw shaft 22 due to heat treatment becomes uniform, so that the occurrence of warping due to the difference in the amount of shrinkage can be suppressed. Thereby, in order to improve strength, even if heat treatment such as induction hardening or vacuum carburizing and quenching is performed on at least the portion where the mounting surface 22c is formed, the occurrence of warpage is suppressed, thereby ensuring the required strength.
  • the operator can select either one of the flat surfaces 51 to attach the target holder 50, and the attachment is free.
  • the degree (flexibility) is also improved.
  • by providing the above-described concave or convex portions for preventing wrong assembly on both flat surfaces 51 it is possible to prevent erroneous assembly even when the target holder 50 is attached to either flat surface 51. It becomes.
  • the attachment surface 22c to which the target holder 50 is attached is formed as one flat surface 51, but the attachment surface 22c may be a surface obtained by combining a plurality of flat surfaces or curved surfaces. Even such a mounting surface 22c can be prevented from warping of the ball screw shaft 22 by being formed so as to be symmetrical with respect to each other.
  • the feed screw mechanism according to the present invention is not limited to the ball screw mechanism, and the nut and the screw shaft can be connected without using a ball.
  • a sliding screw mechanism that engages with each other may be used.
  • the electric actuator according to the present invention is not limited to the one that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion parallel to the rotational axis as in the above-described embodiment, and the rotational motion of the electric motor is the rotational shaft. It may be converted into a coaxial linear motion.

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Abstract

電動アクチュエータに設けられる送りねじ機構を構成するねじ軸２２であって、センサターゲットを取り付けるための取付面２２ｃが形成されたねじ軸２２において、取付面２２ｃが形成された部分を、非円形で線対称の断面に形成した。

Description

ねじ軸、送りねじ機構及び電動アクチュエータ
　本発明は、送りねじ機構を構成するねじ軸、送りねじ機構及び電動アクチュエータに関する。
　自動車の自動変速機構やブレーキ機構、ステアリング機構等に使用される電動アクチュエータとして、電動モータの回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構を用いたものが知られている。
　この種の電動アクチュエータにおいては、直線運動を行う可動部の移動量（軸方向の位置）を制御することが重要となる。そのため、例えば、下記特許文献１では、ボールねじ機構のねじ軸にセンサターゲットとしての永久磁石を取り付け、ねじ軸の軸方向の移動に伴って変化する永久磁石の磁場を磁気センサによって検出することで、ねじ軸の軸方向の移動量（位置）を取得する電動アクチュエータが提案されている。
特開２０１７－１８０６８１号公報
　上記特許文献１に記載の電動アクチュエータにおいては、ねじ軸に永久磁石を取り付けるために、ねじ軸の外周面に切欠き部を形成している。
　しかしながら、切欠き部を形成するにあたってねじ軸の外周面を切削加工すると、加工時に生じる切削抵抗や熱によって、図１２に示すように、ねじ軸１００の軸心Ｏが切欠き部１００ａ側に曲がる反りが発生する。特に、このような反りの発生は、ねじ軸の軸方向移動距離が長い場合に永久磁石を軸方向に長く配置する必要があるため、すなわち切欠き部を軸方向に長く形成する必要があるため、顕著となる傾向にある。そして、ねじ軸に反りが生じると、ねじ軸の先端部に操作対象の相手部材が連結された場合に、この連結位置でねじ軸が拘束されることで、ねじ軸の先端部とは反対側のねじ溝側が傾けられる。その結果、ねじ軸とナットとの間でミスアライメントが発生し、送りねじ機構の作動不良や作動効率の低下、さらには寿命の低下に繋がる虞がある。このため、改善が望まれている。　
　そこで、本発明は、反りの発生を抑制できるねじ軸、斯かるねじ軸を備える送りねじ機構及び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、電動アクチュエータに設けられる送りねじ機構を構成するねじ軸であって、センサターゲットを取り付けるための取付面が形成されたねじ軸において、取付面が形成された部分を、非円形で線対称の断面に形成したことを特徴とする。
　このように、取付面が形成された部分を非円形で線対称の断面とすることで、取付面を形成する際の切削抵抗や熱によって反りが発生しても、その反りはねじ軸の線対称となる断面の一方側と他方側とで同程度生じることになる。また、一方側と他方側とで発生する反りは互いに反対方向に生じるため、これらの反りは相殺されて、最終的にねじ軸に生じる反りを抑制することができる。
　また、ねじ軸の軸心を挟んで線対称となるように２つの平坦面を形成し、これら２つの平坦面のうちのいずれか一方を取付面としてもよい。さらに、取付面を、２つの平坦面のうちから任意に選択可能にすることで、センサターゲット取付の自由度（融通性）が向上する。
　また、取付面は、センサターゲットを保持するターゲットホルダが取り付けられる面であってもよい。この場合、取付面の軸方向の一端部に、取付面に対するターゲットホルダの誤組付け防止用の凸部又は凹部を設けることで、センサターゲットを正しく取り付けることができ、信頼性が向上する。
　また、ねじ軸は、少なくとも取付面が形成された部分が、熱処理されたものであってもよい。ねじ軸の断面形状が線対称であることで、熱処理に伴う反りの発生も抑制できる。すなわち、断面形状が線対称であることで、熱処理に伴うねじ軸の収縮量が均一になるので、収縮量の違いによる反りの発生を抑制できる。これにより、必要強度を担保しつつ軸の直線性（真直度）の高いねじ軸を提供することができるようになる。
　また、本発明に係るねじ軸は、回転可能なナットと、ナットの回転に伴って軸方向に移動するねじ軸とを備えると共に、電動アクチュエータに設けられる送りねじ機構に適用することができる。
　さらに、本発明に係るねじ軸は、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送りねじ機構とを備える電動アクチュエータにも適用可能である。
　本発明によれば、ねじ軸の反りを抑制することができるので、ねじ軸の反りに起因する送りねじ機構の作動不良や作動効率の低下、さらには寿命の低下を回避できるようになり、信頼性の高い送りねじ機構及びこれを備える電動アクチュエータを提供できるようになる。
本発明の実施形態を示す電動アクチュエータの縦断面図である。 本実施形態に係る電動アクチュエータの外観斜視図である。 本実施形態に係る電動アクチュエータの分解斜視図である。 本実施形態に係る電動アクチュエータが備える減速機構の断面図（図１におけるＡ－Ａ断面図）である。 本実施形態に係る電動アクチュエータが備えるロック機構の分解斜視図である。 本実施形態に係る電動アクチュエータを磁気センサと永久磁石との位置で切断した断面図（図１におけるＢ－Ｂ線断面図）である。 ターゲットホルダがボールねじ軸に取り付けられる前の状態を示す斜視図である。 ターゲットホルダがボールねじ軸に取り付けられた状態を示す斜視図である。 ターゲットホルダがボールねじ軸に取り付けられた状態の断面図である。 本実施形態に係るボールねじ軸の側面図である。 本実施形態に係るボールねじ軸の断面図（図１０のＣ－Ｃ断面図）である。 従来のねじ軸における課題を説明するための図である。
　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、本発明の実施形態を示す電動アクチュエータの縦断面図、図２は、本実施形態に係る電動アクチュエータの外観斜視図、図３は、本実施形態に係る電動アクチュエータの分解斜視図である。また、図４は、本実施形態に係る電動アクチュエータが備える減速機構の断面図（図１におけるＡ－Ａ断面図）、図５は、本実施形態に係る電動アクチュエータが備えるロック機構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、駆動源である電動モータ２と、電動モータ２の回転を減速する減速機構３と、減速機構３によって減速された駆動力を伝達する駆動力伝達機構４と、駆動力伝達機構４によって伝達された電動モータ２の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構５と、電動アクチュエータ１の駆動を防止するロック機構６とを主な構成としている。
　電動モータ２は、モータケース７内に収容されている。モータケース７は、有底円筒状に形成され、その底部には、孔部７ａを封止する樹脂製の封止部材８が設けられている。
　減速機構３は、電動モータ２の回転軸２ａに連結された太陽ギヤ９と、太陽ギヤ９の周囲に配置された複数の遊星ギヤ１０等で構成された、遊星歯車減速機構である。
　図４に示すように、減速機構３は、入力回転体としての太陽ギヤ９と、太陽ギヤ９の外周に配置された軌道リングとしてのリングギヤ１１と、太陽ギヤ９とリングギヤ１１との間に回転可能に配置された遊星回転体としての複数の遊星ギヤ１０と、各遊星ギヤ１０を保持する出力回転体としてのキャリア１２とを備える。
　太陽ギヤ９は、電動モータ２の回転軸２ａに固定され、電動モータ２と一体的に回転する。各遊星ギヤ１０は、太陽ギヤ９とリングギヤ１１との間に配置され、これらと噛み合うように組み付けられている。また、各遊星ギヤ１０は、キャリア１２に設けられた支軸１３によって回転可能に支持されている。
　電動モータ２が駆動を開始すると、これと一体的に減速機構３の太陽ギヤ９が回転し、これに伴って、複数の遊星ギヤ１０が自転しながらリングギヤ１１に沿って公転する。そして、この遊星ギヤ１０の公転に伴ってキャリア１２が回転することで、電動モータ２の回転が減速されて出力される。
　また、図１及び図３に示すように、減速機構３は、モータケース７に連結された減速機構ケース１４内に収容されている。減速機構ケース１４には、電動モータ２を支持するモータ支持部材としての円筒状のモータアダプタ１５が取り付けられている。電動モータ２は、その出力側（図１における右側）の突起２ｂがモータアダプタ１５内に挿入されることで支持されている。なお、電動モータ２の出力側とは反対側の部分は、モータケース７の内周面によって支持されている。
　図１及び図３に示すように、駆動力伝達機構４は、減速機構３から出力された駆動力が入力される駆動側のドライブギヤ１６と、ドライブギヤ１６と噛み合う被駆動側のドリブンギヤ１７とを備えている。本実施形態では、ドリブンギヤ１７をドライブギヤ１６よりも歯数の多い大径のギヤで構成し、ドライブギヤ１６からドリブンギヤ１７へ回転を減速して伝達するように構成されているが、これらのギヤ１６，１７が同じ歯数であって回転が等速で伝達されるようにしてもよい。ドライブギヤ１６の中央には、ギヤボス１８が圧入され固定されている。ギヤボス１８の一端部側には、上記減速機構３のキャリア１２の円筒部１２ａ（図１参照）が圧入され、キャリア１２とドライブギヤ１６が一体的に回転するように構成されている。これにより、減速機構３によって減速された回転運動はキャリア１２からドライブギヤ１６へ伝達される。
　また、ドライブギヤ１６及びドリブンギヤ１７は、減速機構ケース１４に連結された伝達機構ケース１９内に収容されている。伝達機構ケース１９には、ギヤボス１８の一端部側を支持する転がり軸受５２が設けられている。一方、ギヤボス１８の他端部は、後述の運動変換機構ケース２５に設けられた転がり軸受５３によって支持されている。
　運動変換機構５は、回転可能なボールねじナット２１と、ボールねじナット２１の内周側に挿入されたボールねじ軸２２と、ボールねじナット２１の内周面とボールねじ軸２２の外周面とのそれぞれ形成された螺旋状溝間に配置された多数のボール２３と、ボール２３を螺旋状溝間で循環させる循環部材２４とで構成された、ボールねじ機構２０である。ボールねじ機構２０は、伝達機構ケース１９に連結された運動変換機構ケース２５によって支持されている。具体的には、運動変換機構ケース２５に設けられた軸受部材２６によってボールねじナット２１が回転可能に支持されている。本実施形態では、軸受部材２６を複列アンギュラ玉軸受としているが、それ以外の軸受部材であってもよい。また、ボールねじナット２１の外周面には、ドリブンギヤ１７が一体的に固定されている。
　従って、電動モータ２の駆動力が減速機構３を介してドライブギヤ１６からドリブンギヤ１７に伝達されると、ドリブンギヤ１７が回転することで、これと一体的にボールねじナット２１も回転する。そして、ボールねじナット２１が回転することにより、多数のボール２３が両螺旋状溝に沿って循環移動し、ボールねじ軸２２がその軸方向に直線移動することで、電動モータ２の回転運動が直線運動に変換される。また、電動モータ２が正方向又は逆方向に回転することにより、ボールねじナット２１が正方向又は逆方向に回転してボールねじ軸２２が軸方向に前進又は後退する。なお、図１は、ボールねじ軸２２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２２の先端部（図１における左端部）は、操作対象としての図示しない使用機器を操作する操作部２７として機能する。本実施形態では、ボールねじ軸２２の先端部側には、図示しない使用機器の対応部位をボールねじ軸２２に連結するボルトやピンを挿入するための孔部２２ａが設けられている。一方、ボールねじ軸２２の後端部側には、ボールねじ軸２２の回転を規制する回転規制部材としての回り止めピン２８が設けられている。また、ボールねじ軸２２の後端部側は、運動変換機構ケース２５に連結されたねじ軸ケース２９に覆われている。このねじ軸ケース２９の内周面に、軸方向に延びる案内溝２９ａが形成されており、案内溝２９ａ内には、回り止めピン２８、及び回り止めピン２８に設けられたガイドローラ３０が挿入されている。ガイドローラ３０が案内溝２９ａに沿って回転しながら移動することで、ボールねじ軸２２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、ボールねじ軸２２の先端部側には、ボールねじ機構２０内あるいは電動アクチュエータ１内への異物侵入を防止するブーツ３１が取り付けられている。ブーツ３１は樹脂製又はゴム製であり、大径端部３１ａと小径端部３１ｂとこれらを繋いで軸方向に伸縮する蛇腹部３１ｃとで構成されている。大径端部３１ａは、伝達機構ケース１９に設けられた円筒部１９ａの外周面にブーツバンド３２によって締め付け固定され、小径端部３１ｂは、ボールねじ軸２２の外周面にブーツバンド３３によって締め付け固定されている。また、モータケース７には、ブーツ３１の外側を保護するためのブーツカバー３４が一体に設けられている。
　図５に示すように、ロック機構６は、ロック部材３５と、滑りねじナット３６と、滑りねじ軸３７と、ロック部材固定板３８と、ロック用駆動源としてのロック用モータ３９と、ばね４０とを主な構成としている。ロック部材３５は、滑りねじナット３６に対してロック部材固定板３８を介してボルト４１で締結されている。ロック用モータ３９は、ねじ軸ケース２９に設けられたホルダ部４２内に収容されている。詳しくは、ホルダ部４２のキャップ部材４３が装着される側（図５においてホルダ部４２の右側）からロック用モータ３９がホルダ部４２内に挿入され、キャップ部材４３がホルダ部４２に装着されることで、ロック用モータ３９がホルダ部４２内に収容される。ロック用モータ３９がホルダ部４２内に収容されている状態では、ホルダ部４２の底部４２ａ（キャップ部材４３側とは反対側の部分）からロック用モータ３９の回転軸３９ａが突出し（図１参照）、その回転軸３９ａに滑りねじ軸３７が取り付けられている。また、滑りねじ軸３７の外周には、ばね４０が配置されると共に、滑りねじナット３６が螺合して装着されている。
　図１に示すように、ばね４０は、ホルダ部４２の底部４２ａとロック部材固定板３８との間で軸方向に圧縮されている。この圧縮されたばね４０の付勢力によって、ロック部材３５は前進する方向（図１における左側）へ常時付勢されている。ロック部材３５が前進する方向にはドライブギヤ１６が配置されており、ドライブギヤ１６にはロック部材３５の先端部が挿入されて係合可能な係合孔１６ａが形成されている。また、係合孔１６ａは、ドライブギヤ１６の周方向に渡って複数設けられている。ロック部材３５がこれらの係合孔１６ａのうちのいずれかに係合されることで、ドライブギヤ１６の回転が規制され、ボールねじ軸２２前進後退が規制されたロック状態となる。
　図１では、ロック部材３５の先端部がドライブギヤ１６の係合孔１６ａに係合したロック状態にある。この状態から、ロック用モータ３９に電力が供給され、ロック用モータ３９が駆動すると、滑りねじ軸３７が回転することにより、滑りねじナット３６とこれに取り付けられたロック部材３５とが後退する。これにより、ロック部材３５の先端部がドライブギヤ１６の係合孔１６ａから離脱し、ロック状態が解除される。ロック状態が解除されることで、電動モータ２を駆動させて、操作部２７（ボールねじ軸２２）を前進又は後退させて操作対象を操作することが可能な状態となる。また、電動モータ２を駆動させている間は、ロック用モータへ３９の通電が継続されており、ロック解除状態が維持されている。
　その後、電動モータ２への電力供給が遮断され、操作部２７（ボールねじ軸２２）の前進又は後退が停止すると、これと同時にロック用モータ３９への電力供給も遮断され、ロック部材３５がばね４０の付勢力によって前進する方向へ押し動かされる。これにより、ロック部材３５の先端部がドライブギヤ１６の係合孔１６ａに係合し、ロック状態となる。このように、ロック状態となることで、操作部２７（ボールねじ軸２２）の前進及び後退が規制されるので、操作対象側から操作部２７（ボールねじ軸２２）側へ外力が入力されたとしても、操作部２７（ボールねじ軸２２）の軸方向移動を防止し所定の位置に保持しておくことができる。
　また、本実施形態に係る電動アクチュエータ１は、操作部２７（ボールねじ軸２２）の軸方向位置を検出するための位置検出装置４４を備えている。位置検出装置４４は、ボールねじ軸２２に設けられたセンサターゲットとしての永久磁石４５と（図１参照）、モータケース７とブーツカバー３４との間のセンサケース４７内に収容された非接触センサとしての磁気センサ４６とで構成されている（図２参照）。
　磁気センサ４６としては、任意のタイプを適用でき、その中でもホールＩＣ、リニアホールＩＣなどホール効果を利用して磁場の向き及び大きさを検出可能なタイプの磁気センサが好適である。磁気センサ４６は、センサベース４８に取り付けられており、センサベース４８がセンサケース４７に対してボルト４９で締結固定されることで、センサケース４７内に収容される。
　本実施形態に係る電動アクチュエータ１を磁気センサ４６と永久磁石４５との位置で切断した断面図（図１におけるＢ－Ｂ線断面図）である図６に示すように、磁気センサ４６がセンサケース４７内に収容され、永久磁石４５がボールねじ軸２２に取り付けられた状態では、磁気センサ４６がブーツ３１及びブーツカバー３４を介して永久磁石４５と対向した状態となる。なお、磁気センサ４６の周囲を覆うセンサベース４８、センサケース４７、及びブーツカバー３４は、いずれも樹脂等の非磁性材料で形成されるのが望ましい。
　このように構成された位置検出装置４４において、ボールねじ軸２２が進退すると、磁気センサ４６に対する永久磁石４５の位置が変化することに伴って、磁気センサ４６の配置箇所における磁場も変化する。このときの磁場（例えば磁束密度の向き及び強さ）の変化を磁気センサ４６によって検出することで、永久磁石４５の軸方向位置ひいては操作部２７（ボールねじ軸２２）の軸方向位置を取得することができる。
　また、図７及び図８に示すように、永久磁石４５は、弾性変形可能な半円筒状のターゲットホルダ５０を介してボールねじ軸２２に取り付けられる。図７は、ターゲットホルダ５０がボールねじ軸２２に取り付けられる前の状態を示し、図８は、ターゲットホルダ５０がボールねじ軸２２に取り付けられた状態を示す。
　図７及び図８に示すように、ターゲットホルダ５０は、一対又は複数対（図示例では５対）の嵌合爪５０ａを有する。各嵌合爪５０ａはボールねじ軸２２の外周面に倣った形状をなしており、ターゲットホルダ５０がボールねじ軸２２に押し込まれると、各嵌合爪５０ａが互いに離間する向きに弾性変形し、その後弾性復帰することで、ターゲットホルダ５０がボールねじ軸２２に取り付けられる。
　図９は、ターゲットホルダ５０がボールねじ軸２２に取り付けられた状態の断面図である。
　図９に示すように、ターゲットホルダ５０の外周面には、永久磁石４５を嵌合可能な嵌合凹部５０ｂが設けられている。嵌合凹部５０ｂは、一対の側壁部５０ｃを有しており、各側壁部５０ｃはその先端側に向かうにつれて互いに近づくように形成されている。これにより、嵌合凹部５０ｂに永久磁石４５が押し込まれて嵌合すると、永久磁石４５が一対の側壁部５０ｃによって挟まれることで、嵌合凹部５０ｂに対する永久磁石４５の離脱が防止される。
　また、図７に示すように、ボールねじ軸２２のねじ部２２ｂと操作部２７との間の外周面には、永久磁石４５を（ターゲットホルダ５０を介して）取り付けるための取付面２２ｃが設けられている。取付面２２ｃは、ボールねじ軸２２の外周面よりも径方向に凹ませた平坦面５１で形成され、ボールねじ軸２２の軸心と平行に配置されている。このように、取付面２２ｃがボールねじ軸２２の外周面を凹ませて形成されていることで、ターゲットホルダ５０を介して永久磁石４５が取り付けられたときの径方向の突出量を低減することができ、電動アクチュエータ１の大型化を抑制できる。また、取付面２２ｃが平坦面５１であることで、ターゲットホルダ５０がボールねじ軸２２に取り付けられると、ボールねじ軸２２の平坦面５１に対してターゲットホルダ５０の内側の平坦面５０ｄが接触することにより（図９参照）、ボールねじ軸２２に対するターゲットホルダ５０の周方向への回転が規制される。
　永久磁石４５は、その長手方向の両端部の一方がＳ極で、他方がＮ極となるように着磁されている。仮に、電動アクチュエータごとにボールねじ軸２２に対するＳ極とＮ極との配置が異なると、その磁場を検出する磁気センサ４６の出力信号も変化するため、Ｓ極及びＮ極は決まった方向に配置されることが望ましい。そのため、本実施形態では、取付面２２ｃに対するターゲットホルダ５０の誤組付けを防止するため、図７に示すように、取付面２２ｃの軸方向一端部とターゲットホルダ５０の軸方向一端部に、誤組付け防止用の凹部２２ｄ及び凸部５０ｅが設けられている。すなわち、ターゲットホルダ５０が図７に示す向きの場合は、図８に示すように、凸部５０ｅと凹部２２ｄが嵌合することで取付面２２ｃに対するターゲットホルダ５０の取付が可能であるが、ターゲットホルダ５０が図７に示す向きとは逆向きの場合は、凸部５０ｅが取付面２２ｃの縁と干渉することにより、取付面２２ｃに対するターゲットホルダ５０の取付が妨げられる。このように、ターゲットホルダ５０が取付面２２ｃに対して所定の向きの場合にのみ取付可能にすることで、永久磁石４５が所定の向きとは反対向きに取り付けられる誤組付けを防止できる。なお、本実施形態とは反対に、凸部が取付面２２ｃに設けられ、凹部がターゲットホルダ５０に設けられていてもよい。
　ここで、図１０、及び図１０のＣ－Ｃ断面図である図１１に示すように、本実施形態に係るボールねじ軸２２は、図１２に示す従来のねじ軸とは異なり、取付面２２ｃの周方向反対側にも、取付面２２ｃと同様の平坦面５１が形成されている。これら２つの平坦面５１は、ボールねじ軸２２の軸心Ｏを通る対称軸Ｍから同じ距離Ｌに形成され（図１１参照）、軸心Ｏ（対称軸Ｍ）を挟んで互いに線対称となるように形成されている。すなわち、互いに線対称となる２つの平坦面５１が設けられていることで、ボールねじ軸２２の取付面２２ｃが形成された部分は非円形で線対称の断面に形成されている。なお、対称軸Ｍから各平坦面５１までの距離Ｌは、完全に同一の距離のみならず、±１ｍｍ程度の設計上許容される誤差がある場合（略同一）も含む。また、ボールねじ軸２２の取付面２２ｃが形成された部分の断面は、四角形の断面や、正八角形等の多角形の断面であってもよい。
　このように、本実施形態に係るボールねじ軸２２においては、取付面２２ｃが形成された部分が２つの平坦面５１を有する線対称の断面に形成されていることで、この部分を切削加工により形成しても、その加工に伴うボールねじ軸２２の反りを抑制することができる。すなわち、ボールねじ軸２２の断面円形部分を切削加工して２つの平坦面５１を形成するにあたって、加工時の切削抵抗や熱によって反りが発生したとしても、一方の平坦面５１側と他方の平坦面５１側とで発生する反りは互いに反対方向に同程度発生する。このため、一方の平坦面５１側と他方の平坦面５１側とで発生する反りが互いに相殺され、最終的にボールねじ軸２２に生じる反りを抑制することができる。これにより、ボールねじ軸２２の直線性（真直度）を高めることができ、反りに起因するボールねじ軸２２とボールねじナット２１との間でのミスアライメントの発生を抑制できるようになる。その結果、ボールねじ機構の作動不良や作動効率低下、さらには寿命の低下を回避できるようになり、信頼性の高いボールねじ機構及び電動アクチュエータを提供することができるようになる。
　また、本実施形態に係るボールねじ軸２２においては、断面形状が線対称であることで、熱処理に伴う反りの発生も抑制できる。すなわち、断面形状が線対称であることで、熱処理に伴うボールねじ軸２２の収縮量が均一になるので、収縮量の違いによる反りの発生を抑制できる。これにより、強度を向上させるために、少なくとも取付面２２ｃが形成された部分に対して高周波焼入れや真空浸炭焼入れなどの熱処理を行っても、反りの発生が抑制されることで、必要強度を担保しつつ軸の直線性（真直度）の高いボールねじ軸２２を提供することができるようになる。
　また、本実施形態に係るボールねじ軸２２においては、２つの平坦面５１を有することで、作業者はいずれか一方の平坦面５１を選択してターゲットホルダ５０を取り付けることができ、取付の自由度（融通性）も向上する。また、上述の誤組付け防止用の凹部又は凸部を、両方の平坦面５１に設けておくことで、いずれの平坦面５１に対するターゲットホルダ５０の取付においても誤組付けを防止することが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の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である。
　上述の実施形態では、ターゲットホルダ５０が取り付けられる取付面２２ｃが１つの平坦面５１で形成されているが、取付面２２ｃは複数の平面又は曲面を組み合せた面であってもよい。そのような取付面２２ｃであっても、互いに線対称となるように形成することでボールねじ軸２２の反りの発生を抑制することが可能である。
　また、上述の実施形態では、本発明をボールねじ軸２２に適用した例について説明したが、本発明に係る送りねじ機構は、ボールねじ機構に限らず、ボールを介さずにナットとねじ軸とが螺合する滑りねじ機構であってもよい。
　また、本発明に係る電動アクチュエータは、上述の実施形態のような、電動モータの回転運動をその回転軸と平行な直線運動に変換するものに限らず、電動モータの回転運動をその回転軸と同軸の直線運動に変換するものであってもよい。
　１　　　電動アクチュエータ
　２　　　電動モータ
　２０　　ボールねじ機構
　２１　　ボールねじナット
　２２　　ボールねじ軸
　２２ｃ　取付面
　２２ｄ　凹部
　４４　　位置検出装置
　４５　　永久磁石
　４６　　磁気センサ
　５０　　ターゲットホルダ
　５０ｅ　凸部
　５１　　平坦面
　Ｏ　　　軸心

Claims (7)

  1. 　電動アクチュエータに設けられる送りねじ機構を構成するねじ軸であって、センサターゲットを取り付けるための取付面が形成されたねじ軸において、
    　前記取付面が形成された部分を、非円形で線対称の断面に形成したことを特徴とするねじ軸。
  2. 　軸心を挟んで線対称となるように２つの平坦面を形成し、前記２つの平坦面のうちのいずれか一方を前記取付面とした請求項１に記載のねじ軸。
  3. 　前記２つの平坦面のうちから前記取付面とする平坦面を任意に選択可能とした請求項２に記載のねじ軸。
  4. 　前記取付面は、前記センサターゲットを保持するターゲットホルダが取り付けられる面であって、
    　前記取付面の軸方向の一端部に、前記取付面に対する前記ターゲットホルダの誤組付け防止用の凸部又は凹部を設けた請求項１から３のいずれか１項に記載のねじ軸。
  5. 　少なくとも前記取付面が形成された部分が、熱処理されたものである請求項１から４のいずれか１項に記載のねじ軸。
  6. 　回転可能なナットと、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備えると共に、電動アクチュエータに設けられる送りねじ機構において、
    　前記ねじ軸として、請求項１から５のいずれか１項に記載のねじ軸を用いたことを特徴とする送りねじ機構。
  7. 　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送りねじ機構とを備える電動アクチュエータにおいて、
    　前記送りねじ機構を構成するねじ軸として、請求項１から５のいずれか１項に記載のねじ軸を用いたことを特徴とする電動アクチュエータ。
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