WO2023047916A1 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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WO2023047916A1
WO2023047916A1 PCT/JP2022/033068 JP2022033068W WO2023047916A1 WO 2023047916 A1 WO2023047916 A1 WO 2023047916A1 JP 2022033068 W JP2022033068 W JP 2022033068W WO 2023047916 A1 WO2023047916 A1 WO 2023047916A1
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WO
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case
electric motor
screw shaft
nut
electric actuator
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English (en)
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Inventor
光司 佐藤
慎介 平野
Original Assignee
Ntn株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Definitions

  • the present invention relates to electric actuators.
  • an electric motor for example, in a system in which the automatic transmission, brakes, steering, etc., of an automobile are operated by the power of an electric motor, an electric motor, a motion conversion mechanism that converts the rotary motion of the electric motor into linear motion, and outputs these are accommodated. and a casing, and the motion conversion mechanism is composed of a screw mechanism having a screw shaft and a nut rotatably fitted to the outer periphery thereof.
  • Patent Literature 1 describes an electric actuator with a subdivided casing in order to accommodate the development of a wide variety of products.
  • the casing includes a motor case that houses an electric motor, a bearing case that houses a nut (a bearing that rotatably supports a nut on the rotating side of a screw mechanism), and a screw. It is formed by detachably connecting the shaft case that houses the screw shaft, which is the linear motion side of the mechanism, and the gear case that houses the rotation transmission mechanism (transmission gear mechanism) that transmits the rotation of the electric motor to the nut. .
  • Patent Document 1 when the casing is composed of a combination of a large number of subdivided cases, there is a concern that the number of parts and the number of assembly steps will increase, resulting in an increase in the cost of the electric actuator. It is difficult to stably ensure the desired assembly accuracy, and there is also concern that it will be difficult to stably exhibit high operational accuracy.
  • a main object of the present invention is to provide an electric actuator that can stably exhibit high operational accuracy at low cost.
  • the present invention invented to achieve the above object, comprises an electric motor, a motion converting mechanism for converting the rotary motion of the electric motor into linear motion, and a casing housing the electric motor and the motion converting mechanism, wherein the motion
  • a conversion mechanism has a nut that rotates by receiving the rotational motion of an electric motor and a screw shaft that moves back and forth in the axial direction along with the rotation of the nut
  • the casing is made of aluminum alloy and houses the electric motor.
  • the electric motor comprises a first case and a second case made of aluminum alloy axially coupled to the first case while housing the nut and the screw shaft, and the electric motor is attached to the second case via a metal bracket. The entire surface of at least one of the second case and the metal bracket is covered with an insulating film.
  • first and second cases are made of an aluminum alloy
  • the first and second cases can be connected by using fastening members such as screws without requiring separate screw receiving parts. It can be strongly bonded.
  • the first and second cases made of aluminum alloy can be molded products (die-cast products). As a result, a casing having high dimensional accuracy and mechanical strength can be stably obtained at low cost.
  • the electric motor is supported by the second case housing the nut and the screw shaft (motion conversion mechanism) via the metal bracket, the rotation side (nut) of the rotation shaft and the motion conversion mechanism is supported. It is possible to manage the relative position with high accuracy, thereby increasing the operating accuracy of the screw shaft and, by extension, the electric actuator.
  • the electric motor and the second case can be electrically connected via the metal bracket, so there is a possibility that the driving current of the electric motor will leak to the casing.
  • the entire surface of at least one of the second case and the metal bracket is covered with an insulating film.
  • the thickness of the insulating film formed on at least one of the second case and the metal bracket is preferably 5 ⁇ m or more. This can further reduce the possibility of current leaking from the electric motor to the second case (casing).
  • the present invention can be applied to an electric actuator in which the rotating shaft of an electric motor and the screw shaft of a motion converting mechanism are arranged in parallel.
  • the rotary motion of the electric motor can be transmitted to the nut via the power transmission mechanism housed together with the second case housing the motion conversion mechanism.
  • the electric actuator according to the present invention needs to be provided with a rotation restricting portion that restricts the rotation of the screw shaft that constitutes the linear motion side of the motion conversion mechanism.
  • This rotation restricting portion is formed, for example, by fitting longitudinal ends of a detent pin attached to the screw shaft into a pair of axially extending guide grooves provided in the screw shaft housing portion of the second case. can be built. It is preferable to rotatably attach resin-made guide collars having a bottomed cylindrical shape to both ends of the anti-rotation pin in the longitudinal direction. Thereby, when the screw shaft moves back and forth in the axial direction, the anti-rotation pin can be guided and moved smoothly along the guide groove of the second case, so that the operability of the screw shaft can be enhanced.
  • the axial guide groove provided in the aluminum alloy second case must be finished by machining using a cutting tool such as an end mill.
  • the cross-sectional shape of the bottom surface of the guide groove is arcuate in conformity with the cross-sectional shape of the cutting tool. Therefore, of the guide collar fitted in the guide groove, the outer bottom surface facing the groove bottom surface of the guide groove is also formed in an arc shape. As a result, the guide collar can smoothly move along the guide groove, so that the screw shaft can be smoothly moved back and forth.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an electric actuator according to one embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line YY in FIG. 1
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the electric actuator shown in FIG. 1;
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of an electric actuator 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view taken along line XX of FIG. 1
  • FIG. 3 shows line YY of FIG.
  • FIG. 4 is an overall perspective view of the electric actuator 1.
  • the electric actuator 1 shown in FIG. and a casing 10 housing the electric motor 2 , the motion conversion mechanism 3 and the power transmission mechanism 4 .
  • the term “axial direction” used in the following description refers to the direction along the axis of the rotating shaft 22 of the electric motor 2, and the terms “one side in the axial direction” and “the other side in the axial direction” refer to FIG. , the left side of the paper (advance movement side of the screw shaft 31) and the right side of the paper (retraction movement side of the screw shaft 31).
  • the casing 10 includes a first case 11 containing the electric motor 2 and a second case 12 containing the motion conversion mechanism 3 and the power transmission mechanism 4 .
  • Both cases 11 and 12 are aluminum die-cast products (molded products of aluminum alloy), and are axially coupled using screws 13 (see FIG. 4), which are metal fastening members.
  • the electric motor 2 includes a motor body 21 including a stator core and stator coils, and a rotating shaft 22.
  • the electric motor 2 is electrically connected to a power source (not shown) through a connector 23 arranged adjacent to one side in the axial direction.
  • a motor capable of detecting and controlling the rotation amount (rotation angle) of the rotating shaft 22, such as a three-phase brushless motor, is used.
  • the electric motor 2 is housed in a motor housing portion 11a that constitutes the first case 11, and the connector 23 is housed in a cylindrical connector housing portion 11b fixed to the motor housing portion 11a.
  • the first case 11 includes a motor accommodating portion 11a and a connector accommodating portion 11b.
  • the connector accommodating portion 11b is fitted and fixed to the motor accommodating portion 11a, but the connector accommodating portion 11b can be provided integrally with the motor accommodating portion 11a.
  • the motion conversion mechanism 3 includes a screw shaft 31 arranged parallel to the rotating shaft 22, a nut 32 rotatably fitted to the outer circumference of the screw shaft 31 via a large number of balls (not shown), and a circulation member (not shown). It consists of a ball screw 30 with a top. Spiral grooves 31a and 32a are formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 31 and the inner peripheral surface of the nut 32, respectively.
  • the screw shaft 31 has an operation part for transmitting its output (linear motion) to an operation target (not shown). Therefore, the threaded shaft 31 also functions as an output shaft of the electric actuator 1 .
  • the operating portion is provided at one axial end of the screw shaft 31 (the portion of the screw shaft 31 that protrudes outward from the casing 10).
  • the nut 32 is rotatably supported with respect to (the second case 12 of) the casing 10 by a rolling bearing (first rolling bearing) 34 .
  • the illustrated rolling bearing 34 has an outer ring mounted on the inner peripheral surface of the second case 12, an inner ring mounted on the outer peripheral surface of the nut 32, and a double row rollingly arranged between the outer ring and the inner ring. and a retainer (not shown) holding the balls, and is a double-row angular contact ball bearing capable of supporting a radial load and an axial load in both directions.
  • the power transmission mechanism 4 transmits the rotary motion of the electric motor 2 to the nut 32 of the ball screw 30, and includes a drive gear 41 that is rotatable integrally with the rotary shaft 22, and a drive gear 41 that is rotatable integrally with the nut 32.
  • a driven gear 42 meshing with a driving gear 41, and a rolling bearing (second rolling bearing) 43 rotatably supporting the driving gear 41 with respect to (the second case 12 constituting) the casing 10. Consists of a gear mechanism.
  • the illustrated rolling bearing 43 includes an outer ring mounted on the inner peripheral surface of the second case 12, an inner ring mounted on the outer peripheral surface of the drive gear 41, and balls arranged to roll freely between the outer ring and the inner ring. and a cage (not shown) holding balls (deep groove ball bearing).
  • the power transmission mechanism 4 having such a configuration, when the rotating shaft 22 rotates, the driving gear 41 rotates integrally, and the driven gear 42 meshing with the driving gear 41 and the nut 32 of the ball screw 30 also rotate integrally. do. As a result, the screw shaft 31 moves back and forth in the axial direction according to the rotation direction of the nut 32 (rotating shaft 22).
  • the driven gear 42 has a larger diameter and a larger number of teeth than the drive gear 41 . Therefore, the rotational motion of the rotating shaft 22 input to the power transmission mechanism 4 is transmitted to the nut 32 after being decelerated and increased in torque. As a result, the size of the electric motor 2 can be reduced.
  • the ball screw 30 as the motion conversion mechanism 3 and the power transmission mechanism 4 are accommodated in the second case 12 of the casing 10.
  • the second case 12 accommodates a nut 32 of the ball screw 30, a rolling bearing 34 that rotatably supports the nut 32, a first accommodating portion 12a that accommodates the power transmission mechanism 4, and a portion of the screw shaft 31. It integrally has a bottomed cylindrical second accommodating portion 12b.
  • the electric actuator 1 of this embodiment has a position detection device for detecting the axial position (advance/retreat movement amount) of the screw shaft 31 .
  • This position detection device includes, for example, a magnetic sensor (not shown) as a stroke sensor held on the inner circumference of (the boot mounting portion 11c of) the first case 11 and a permanent magnet as a sensor target attached to the screw shaft 31. magnet 35.
  • the magnetic sensor detects a change in the magnetic field (for example, the direction and strength of the magnetic flux density) of the permanent magnet 35 that moves accordingly, thereby detecting the movement of the screw shaft 31. quantity is detected.
  • the electric actuator 1 has a rotation restricting portion for restricting rotation of the screw shaft 31 around its axis. As shown in an enlarged view in FIG. 3, the rotation restricting portion of the present embodiment is inserted (press-fitted) into a radial through-hole 31b provided at the other end of the screw shaft 31 in the axial direction.
  • a single anti-rotation pin 36 having both ends protruding radially outward of the screw shaft 31 , a pair of guide collars 37 rotatably fitted to the protrusions of the anti-rotation pin 36 , and the second case 12 .
  • the pair of guide grooves 12c provided on the inner periphery of the second case 12, which is an aluminum die-cast product, is elongated in the axial direction, it is difficult to mold them with high accuracy. Therefore, when providing the pair of guide grooves 12c in the second case 12, at least finishing is performed by machining using a cutting tool such as an end mill having a circular cross-sectional shape. As a result, the cross-sectional shape of the groove bottom surface 12c1 of each guide groove 12c becomes an arc shape following the cross-sectional shape of the cutting tool, as shown in FIG.
  • the guide collar 37 can be moved smoothly along the guide groove 12c. Since it may be difficult to guide and move the screw shaft 31 smoothly, the outer bottom surface 37a of the guide collar 37 has an arcuate shape similar to the groove bottom surface 12c1 of the guide groove 12c. More specifically, it is formed in an arc concentric with the groove bottom surface 12c1.
  • a cushioning member 38 made of an elastic material such as rubber, resin, or thermoplastic elastomer is attached to the other end of the screw shaft 31 in the axial direction.
  • the impact load is absorbed by the buffer member 38. Since it is relieved, the possibility that the second case 12 will be damaged can be reduced.
  • a radial through hole 38a is provided in the cushioning member 38, and the cushioning member 38 is attached and fixed to the screw shaft 31 by inserting a detent pin 36 into the through hole 38a.
  • the anti-rotation pin 36 functions not only as a support shaft for the guide collar 37 but also as a holding member for the cushioning member 38 .
  • the first case 11 constituting the casing 10 is provided with a tubular boot attachment portion 11c, and a tubular boot 5 functioning as a sealing member is attached between the boot attachment portion 11c and the screw shaft 31.
  • the boot attachment portion 11c provided separately from the motor accommodation portion 11a is fitted and fixed to the motor accommodation portion 11a, but the boot attachment portion 11c may be provided integrally with the motor accommodation portion 11a. It is possible.
  • the boot 5 is made of an elastic material such as resin, rubber, or thermoplastic elastomer, and integrally has a small-diameter tubular portion 5a, a large-diameter tubular portion 5b, and a bellows portion 5c connecting the tubular portions 5a and 5b.
  • the small-diameter tubular portion 5a is tightened and fixed to the screw shaft 31 by a boot band 6A
  • the large-diameter tubular portion 6b is tightened and fixed to the boot mounting portion 11c by a boot band 6B.
  • the boot 5 expands and contracts in the axial direction when the screw shaft 31 moves back and forth in the axial direction.
  • the casing 10, including the boot 5, has a sealing structure to prevent foreign matter from entering its internal space and lubricant from leaking to the outside. Therefore, if no countermeasures are taken, the internal pressure of the casing 10 tends to increase as the screw shaft 31 retreats to the other side in the axial direction (the boot 5 compresses and deforms in the axial direction). If the internal pressure of the casing 10 is excessively increased, the boot 5 may be damaged. Therefore, the electric actuator 1 of this embodiment is provided with a ventilation filter 7 for allowing air to flow between the inside and outside of the casing 10 .
  • the ventilation filter 7 has a function of blocking the flow of liquids such as water and solids such as dust while allowing the flow of gases such as air. It is fixed to a hole 12d formed coaxially with. By providing such a ventilation filter 7, the internal pressure of the casing 10 can be kept within an appropriate range.
  • the casing 10 includes the first aluminum alloy case 11 housing the electric motor 2, the screw shaft 31 and the nut 32 (including the ball screw 30 as the motion conversion mechanism 3), and the power transmission mechanism 4. and a second case 12 made of aluminum alloy, which is axially coupled to the first case 11 in a state in which the .
  • the second case 12 integrally has a portion corresponding to a "transmission gear case” in addition to the "bearing case” and “shaft case” referred to in the conventional product described in Patent Document 1.
  • a screw 13 (see FIG. 4) is used to connect the first case 11 and the second case 12 in consideration of ensuring the strength of the connection and ease of assembly and disassembly. Since both the first case 11 and the second case 12, which are connected using the screws 13, are made of an aluminum alloy, they do not require a separate screw-receiving part or the like made of a metal material. Cases 11 and 12 can be strongly connected. In addition, since both cases 11 and 12 made of aluminum alloy are die-cast products, the casing 10 having high dimensional accuracy and mechanical strength can be stably obtained at low cost.
  • the electric motor 2 is supported by the second case 12 via the metal bracket 8 .
  • the electric motor 2 is fixedly supported with respect to the second case 12 .
  • the second case 12 accommodates (rotatably supports via a second rolling bearing 34) a nut 32 that constitutes the rotating side of the motion converting mechanism 3 (ball screw 30), and is rotatable integrally with the rotating shaft 22.
  • the drive gear 41 of the provided power transmission mechanism 4 is accommodated (rotatably supported via a first rolling bearing 43).
  • the relative positional accuracy of the rotating shaft 22 and the nut 32 on the rotating side of the motion conversion mechanism 3, and the relative positional accuracy (coaxiality) of the rotating shaft 22 and the drive gear 41 of the power transmission mechanism 4 can be accurately achieved.
  • the electric motor 2 and the aluminum alloy second case 12 can be electrically connected via the metal bracket 8 and the screw 9, so if no countermeasures are taken, , the drive current of the electric motor 2 may leak to the casing 10 (second case 12).
  • the driving current of the electric motor 2 leaks to the casing 10
  • the current leaks to the mating part to which the casing 10 is attached (for example, the part that accommodates and holds the object to be operated by the electric actuator 1).
  • the mating part to which the casing 10 is attached for example, the part that accommodates and holds the object to be operated by the electric actuator 1).
  • the mating part to which the casing 10 is attached for example, the part that accommodates and holds the object to be operated by the electric actuator 1).
  • an insulating coating C see the enlarged view in FIG. 2.
  • the conductive path formed between the electric motor 2 and the casing 10 (second case 12 ) is cut off, and the possibility of leakage of the driving current of the electric motor 2 to the casing 10 can be effectively reduced.
  • the insulating film C may be formed only on a part of the metal bracket 8 as long as it can cut off the above-described conductive path. High cost. Therefore, it is preferable to form the insulating film C so as to cover the entire surface of the metal bracket 8 .
  • the masking C may be formed so as to cover the entire surface of the second case 12 instead of the metal bracket 8 or in addition to the metal bracket 8 .
  • rubber or the like is provided between the end of the motor main body 21 of the electric motor 2 on one side in the axial direction and the first case 11 of the casing 10 (the motor accommodating portion 11a constituting the first case 11).
  • a seal ring made of an insulating material is interposed in a compressed state. As a result, current leakage from the electric motor 2 to the first case 11 can be prevented as much as possible.
  • the thickness of the insulating film C is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more. However, if the insulating film C becomes too thick, the amount of film-forming material used increases, resulting in an increase in cost. Therefore, the film thickness of the insulating film C is preferably 30 ⁇ m or less.
  • the linear motion actuator 1 according to the embodiment of the present invention can be manufactured at a relatively low cost while achieving desired assembly accuracy and operation accuracy (operation of the output shaft). Accuracy) can be stably ensured and is highly reliable.
  • the electric actuator 1 according to one embodiment of the present invention has been described above, the electric actuator 1 can be appropriately modified without departing from the gist of the present invention.
  • the motion conversion mechanism 3 is configured with the ball screw 30, but the present invention can also be applied to the electric actuator 1 in which the motion conversion mechanism 3 is configured with a slide screw.
  • the sliding screw referred to here is a screw mechanism that is substantially composed of only a screw shaft 31 and a nut 32 that is rotatably fitted around the outer circumference of the screw shaft 31 without balls and tops.
  • the present invention can also be applied to the electric actuator 1 in which a speed reduction mechanism such as a planetary gear speed reducer is provided between the electric motor 2 and the power transmission mechanism 4, for example.
  • the power transmission mechanism 4 may be one that does not have a speed reducing function, for example, one that includes a driving gear 41 and a driven gear 42 having the same diameter and the same number of teeth.
  • the present invention can also be applied to the electric actuator 1 in which the rotating shaft 22 and the screw shaft 31 are arranged coaxially.

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Abstract

電動モータ２及び運動変換機構３としてのボールねじ３０を収容したケーシング１０が、電動モータ２を収容したアルミ合金製の第１ケース１１と、ボールねじ３０を収容した状態で第１ケース１１に対して軸方向に結合された第２ケース１２とを備える。電動モータ２は、金属ブラケット８及びネジ９を介して第２ケース１２に支持されており、金属ブラケット８及び第２ケース１２の少なくとも一方の外表面全域は絶縁皮膜Ｃで被覆されている。

Description

電動アクチュエータ
　本発明は、電動アクチュエータに関する。
　例えば、自動車の自動変速機、ブレーキ及びステアリング等の操作を電動機の力で行うシステムにおいては、電動モータと、電動モータの回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構と、これらを収容したケーシングとを備え、運動変換機構が、ねじ軸及びその外周に回転可能に嵌合されたナットを有するねじ機構で構成された電動アクチュエータ、が広く採用されている。
　下記の特許文献１には、多品種展開に対応するために、ケーシングを細分化した電動アクチュエータが記載されている。例えば、同文献の図１２に記載された電動アクチュエータでは、ケーシングが、電動モータを収容したモータケース、ねじ機構の回転側であるナット（を回転自在に支持する軸受）を収容した軸受ケース、ねじ機構の直動側であるねじ軸を収容した軸ケース、及び電動モータの回転をナットに伝達する回転伝達機構（伝達ギヤ機構）を収容したギヤケースなどを分離可能に連結することで形成されている。
特許第６６７９３８０号公報
　特許文献１に記載のように、ケーシングを、細分化された数多くのケースの結合体で構成した場合には、部品点数や組立工数の増加等による電動アクチュエータの高コスト化が懸念される他、所望の組立精度を安定的に確保することが難しく、高い動作精度を安定的に発揮するのが難しくなることも懸念される。
　そこで、本発明の主な目的は、高い動作精度を安定的に発揮することのできる電動アクチュエータを低コストに提供可能とすること、にある。
　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、電動モータ及び運動変換機構を収容したケーシングとを備え、運動変換機構が、電動モータの回転運動を受けて回転するナットと、ナットの回転に伴って軸方向に進退移動するねじ軸とを有する電動アクチュエータにおいて、ケーシングは、電動モータを収容したアルミ合金製の第１ケースと、ナット及びねじ軸を収容した状態で第１ケースに対して軸方向に結合されたアルミ合金製の第２ケースとを備え、電動モータは、金属ブラケットを介して第２ケースに支持されており、第２ケース及び上記金属ブラケットの少なくとも一方の表面全域が絶縁皮膜で被覆されていることを特徴とする。
　上記の構成によれば、第１ケースと第２ケースを軸方向に結合することにより、電動モータ及び運動変換機構（としてのねじ機構）を収容したケーシングを形成することができる。第２ケースは、ナット及びねじ軸を収容していることから、特許文献１に記載の従来品で言う「軸受ケース」及び「軸ケース」に相当する部分を一体に有する。そのため、ケーシングの部品点数や組立工数を減じ、電動アクチュエータのコスト低減を図ることができる。
　ケース同士の結合には、結合強度の確保や組立及び分解容易性を考慮してネジに代表される金属製の締結部材を用いるのが通例であるが、例えば、電動アクチュエータの軽量化を狙って両ケースを樹脂製とした場合には、結合強度を確保するために必要となるネジの締結力をケース自体（樹脂部）で受けることが難しいため、金属製のネジ受け部品を樹脂部にインサート成形等する必要が生じ、却ってコスト高となる。この点、本発明では、第１及び第２ケースがアルミ合金で形成されるので、別途のネジ受け部品を必要とすることなく、ネジ等の締結部材を用いて第１ケースと第２ケースを強固に結合することができる。また、アルミ合金製とされる第１及び第２ケースは、型成型品（ダイカスト品）とすることができる。これにより、高い寸法精度及び機械的強度を具備するケーシングを低コストにかつ安定的に得ることができる。
　また、本発明では、電動モータが、金属ブラケットを介してナット及びねじ軸（運動変換機構）を収容した第２ケースに支持されることから、回転軸と運動変換機構の回転側（ナット）の相対位置を精度良く管理可能として、ねじ軸、ひいては電動アクチュエータの動作精度を高めることができる。但し、このような支持構造を採用すると、電動モータと第２ケースとが金属ブラケットを介して導通可能となるため、電動モータの駆動電流がケーシングに漏洩する可能性がある。ケーシングに電動モータの駆動電流が漏洩すると、ケーシングが取り付けられる相手部品（例えば、電動アクチュエータによる操作対象を収容・保持した部品）に電流が漏洩し、電動アクチュエータによる操作対象に電気的失陥等の不具合を誘発する可能性がある。そこで、本発明では、第２ケース及び金属ブラケットの少なくとも一方の表面全域を絶縁皮膜で被覆している。これにより、上記の電流漏洩、及びこれに起因した操作対象の不具合等を引き起こす可能性を効果的に減じることができ、しかも絶縁皮膜の形成に際して煩雑なマスキング作業を省略することができる。
　第２ケース及び金属ブラケットの少なくとも一方に形成する絶縁皮膜の膜厚は、５μｍ以上とするのが好ましい。これにより、電動モータから第２ケース（ケーシング）に電流が漏洩する可能性を一層低減することができる。
　本発明は、電動モータの回転軸と運動変換機構のねじ軸とが平行に配置された電動アクチュエータに適用することができる。この場合、電動モータの回転運動は、運動変換機構を収容した第２ケースに併せて収容された動力伝達機構を介してナットに伝達させることができる。
　本発明に係る電動アクチュエータには、運動変換機構の直動側を構成するねじ軸の回転を規制する回転規制部を設ける必要がある。この回転規制部は、例えば、第２ケースのうちねじ軸の収容部に設けた軸方向に延びる一対の案内溝に、ねじ軸に取り付けた回り止めピンの長手方向両端部を嵌合することで構築することができる。回り止めピンの長手方向の両端部には、有底筒状をなす樹脂製のガイドカラーを回転可能に取り付けておくのが好ましい。これにより、ねじ軸が軸方向に進退移動する際、回り止めピンを第２ケースの案内溝に沿って滑らかに案内移動させることができるので、ねじ軸の作動性を高めることができる。
　アルミ合金製の第２ケースに設けられる軸方向の案内溝は、エンドミル等の切削工具を用いた機械加工により仕上げる必要がある。この場合、案内溝の溝底面の断面形状は、切削工具の横断面形状に合致するかたちで円弧状になる。従って、案内溝に嵌合される上記のガイドカラーのうち、案内溝の溝底面と対向配置される外底面も円弧状に形成する。これにより、ガイドカラーが案内溝に沿って滑らかに動作可能となるので、ねじ軸を滑らかに進退移動させることができる。
　以上のことから、本発明によれば、高い動作精度を安定的にすることができる電動アクチュエータを低コストに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Ｘ－Ｘ線矢視断面図である。 図１のＹ－Ｙ線矢視断面図である。 図１に示す電動アクチュエータの概略斜視図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１に本発明の一実施形態に係る電動アクチュエータ１の概略縦断面図を示し、図２に図１のＸ－Ｘ線矢視概略断面図を示し、図３に図１のＹ－Ｙ線矢視概略断面図を示し、図４に電動アクチュエータ１の全体斜視図を示す。図１等に示す電動アクチュエータ１は、電動モータ２と、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３と、電動モータ２の回転運動（駆動力）を運動変換機構３に伝達する動力伝達機構４と、電動モータ２、運動変換機構３及び動力伝達機構４を収容したケーシング１０とを備える。なお、以下の説明で使用する「軸方向」とは電動モータ２の回転軸２２の軸心に沿う方向であり、「軸方向一方側」および「軸方向他方側」とは、それぞれ、図１の紙面左側（ねじ軸３１の前進移動側）および紙面右側（ねじ軸３１の後退移動側）である。
　ケーシング１０は、電動モータ２を収容した第１ケース１１と、運動変換機構３及び動力伝達機構４を収容した第２ケース１２とを備える。両ケース１１，１２は、何れもアルミダイカスト品（アルミ合金の型成型品）とされ、金属製の締結部材であるネジ１３（図４参照）を用いて軸方向に結合される。
　電動モータ２は、ステータコアやステータコイルを含むモータ本体２１と、回転軸２２とを備え、その軸方向一方側に隣接配置されたコネクタ２３を介して図示外の動力電源と電気的に接続される。この電動モータ２には、回転軸２２の回転量（回転角）を検出・制御することができるモータ、例えば三相ブラシレスモータが使用される。
　電動モータ２は、第１ケース１１を構成するモータ収容部１１ａに収容され、コネクタ２３は、モータ収容部１１ａに対して固定された筒状のコネクタ収容部１１ｂに収容されている。すなわち、第１ケース１１は、モータ収容部１１ａ及びコネクタ収容部１１ｂを備える。図示例ではコネクタ収容部１１ｂをモータ収容部１１ａに対して嵌合固定しているが、コネクタ収容部１１ｂはモータ収容部１１ａと一体的に設けることも可能である。
　運動変換機構３は、回転軸２２と平行に配置されたねじ軸３１と、図示しない多数のボールを介してねじ軸３１の外周に回転可能に嵌合されたナット３２と、図示しない循環部材としてのこまとを備えたボールねじ３０で構成される。ねじ軸３１の外周面及びナット３２の内周面にはそれぞれ螺旋状溝３１ａ，３２ａが形成され、両螺旋状溝３１ａ，３２ａの間に多数のボールが装填され、こまが組み込まれている。
　ねじ軸３１は、その出力（直線運動）を図示しない操作対象に伝達するための操作部を有する。従って、ねじ軸３１は、電動アクチュエータ１の出力軸としても機能する。図示は省略しているが、操作部は、ねじ軸３１の軸方向一方側の端部（ねじ軸３１のうち、ケーシング１０の外側に突出した部分）に設けられる。
　ナット３２は、転がり軸受（第１転がり軸受）３４によってケーシング１０（の第２ケース１２）に対して回転自在に支持されている。図示例の転がり軸受３４は、第２ケース１２の内周面に装着された外輪と、ナット３２の外周面に装着された内輪と、外輪と内輪の間に転動自在に配された複列のボールと、ボールを保持した図示しない保持器とを備えた玉軸受であって、ラジアル荷重及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である。
　動力伝達機構４は、電動モータ２の回転運動を、ボールねじ３０のナット３２に伝達するものであり、回転軸２２と一体回転可能に設けられた駆動ギヤ４１と、ナット３２と一体回転可能に設けられ、駆動ギヤ４１と噛み合った従動ギヤ４２と、駆動ギヤ４１をケーシング１０（を構成する第２ケース１２）に対して回転自在に支持した転がり軸受（第２転がり軸受）４３とを備えたギヤ機構で構成される。図示例の転がり軸受４３は、第２ケース１２の内周面に装着された外輪と、駆動ギヤ４１の外周面に装着された内輪と、外輪と内輪の間に転動自在に配されたボールと、ボールを保持した図示しない保持器とを備えた玉軸受（深溝玉軸受）である。
　係る構成の動力伝達機構４により、回転軸２２が回転すると、駆動ギヤ４１が一体的に回転すると共に、駆動ギヤ４１と噛み合った従動ギヤ４２、さらにはボールねじ３０のナット３２が一体的に回転する。これにより、ナット３２（回転軸２２）の回転方向に応じてねじ軸３１が軸方向に進退移動する。なお、本実施形態では、従動ギヤ４２に、駆動ギヤ４１よりも大径でかつ歯数の多いものを採用している。そのため、動力伝達機構４に入力された回転軸２２の回転運動は、減速されると共にトルクが増加された上でナット３２に伝達される。これにより、電動モータ２の小型化を図ることができる。
　運動変換機構３としてのボールねじ３０、及び動力伝達機構４は、ケーシング１０の第２ケース１２に収容される。第２ケース１２は、ボールねじ３０のナット３２、ナット３２を回転自在に支持した転がり軸受３４、及び動力伝達機構４などを収容した第１収容部１２ａと、ねじ軸３１の一部を収容した有底筒状の第２収容部１２ｂとを一体に有する。
　本実施形態の電動アクチュエータ１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を有する。この位置検出装置は、例えば、第１ケース１１（のブーツ取付部１１ｃ）の内周に保持さ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３５とで構成される。この場合、ねじ軸３１が進退移動すると、これに伴って移動する永久磁石３５の磁場（例えば磁束密度の向き及び強さ）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。
　電動アクチュエータ１は、ねじ軸３１がその軸線回りに回転するのを規制するための回転規制部を有する。図３に拡大して示すように、本実施形態の回転規制部は、ねじ軸３１の軸方向他方側の端部に設けられた径方向の貫通孔３１ｂに挿入（圧入）され、長手方向の両端部がねじ軸３１の径方向外側に突出した一本の回り止めピン３６と、回り止めピン３６の突出部に回転可能な状態で嵌合された一対のガイドカラー３７と、第２ケース１２の第２収容部１２ｂの内周面に設けられて軸方向に延び、ガイドカラー３７が転動可能に嵌め込まれた一対の案内溝１２ｃとで構成される。このような回転規制部が設けられていることにより、ナット３２が回転すると、ねじ軸３１は、その軸線回りに回転することなく、ナット３２の回転方向に応じて軸方向一方側に前進又は軸方向他方側に後退し、操作対象を操作する。
　ところで、アルミダイカスト品である第２ケース１２の内周に設けられる一対の案内溝１２ｃは、軸方向に長寸であることから、精度良く型成形するのが困難である。そのため、第２ケース１２に上記一対の案内溝１２ｃを設けるに際し、少なくとも仕上げ加工は、横断面形状が円形のエンドミル等の切削工具を用いた機械加工により行われる。その結果、各案内溝１２ｃの溝底面１２ｃ１の断面形状は、図３に示すように、切削工具の横断面形状に倣った円弧状になる。このとき、案内溝１２ｃの溝底面１２ｃ１、及びこれに対向する有底筒状のガイドカラー３７の外底面３７ａの断面形状が互いに異なっていると、ガイドカラー３７を案内溝１２ｃに沿って滑らかに案内移動させること、さらに言えばねじ軸３１を滑らかに進退移動させることが難しくなる可能性があることから、ガイドカラー３７の外底面３７ａは、案内溝１２ｃの溝底面１２ｃ１と同様の円弧状、より具体的には溝底面１２ｃ１と同心の円弧状に形成している。
　ねじ軸３１の軸方向他方側の端部には、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３８を取り付けている。これにより、例えば上記の位置検出装置の故障等によってねじ軸３１が誤作動し、ねじ軸３１が第２ケース１２の第２収容部１２ｂの底部に衝突した場合でも、緩衝部材３８によって衝撃荷重が緩和されるので、第２ケース１２が破損等する可能性を低減することができる。緩衝部材３８には径方向の貫通孔３８ａが設けられており、緩衝部材３８は、貫通孔３８ａに回り止めピン３６を挿通することでねじ軸３１に対して取り付け固定される。要するに、回り止めピン３６は、ガイドカラー３７の支持軸として機能するだけでなく、緩衝部材３８の保持部材としても機能する。
　ねじ軸３１は、その軸方向一方側の端部をケーシング１０の外側に常時突出させた状態で軸方向に進退移動することから、ねじ軸３１の外周面とケーシング１０の開口部との間には環状隙間が設けられている。ケーシング１０の内部空間には、運動変換機構３（ボールねじ３０）や動力伝達機構４を円滑に作動させるための潤滑剤が介在していることから、上記の環状隙間をシールし、この環状隙間を介してのケーシング１０内への水・塵芥等の異物侵入や潤滑剤の外部漏洩を防止する必要がある。本実施形態では、ケーシング１０を構成する第１ケース１１に筒状のブーツ取付部１１ｃを設け、このブーツ取付部１１ｃとねじ軸３１との間にシール部材として機能する筒状のブーツ５を取り付けている。図示例では、モータ収容部１１ａとは別体に設けたブーツ取付部１１ｃをモータ収容部１１ａに対して嵌合固定しているが、ブーツ取付部１１ｃをモータ収容部１１ａと一体に設けることも可能である。
　ブーツ５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５ａ及び大径筒部５ｂと、両筒部５ａ，５ｂを接続する蛇腹部５ｃとを一体に有する。小径筒部５ａはブーツバンド６Ａによってねじ軸３１に対して締め付け固定され、大径筒部６ｂはブーツバンド６Ｂによってブーツ取付部１１ｃに対して締め付け固定されている。係る構成により、ねじ軸３１が軸方向に進退移動すると、ブーツ５は軸方向に伸縮する。
　上記のブーツ５を含め、ケーシング１０は、その内部空間への異物侵入や潤滑剤の外部漏洩を防止するための密封構造を有している。そのため、何らの対策も講じられていなければ、ねじ軸３１が軸方向他方側に後退移動する（ブーツ５が軸方向に圧縮変形する）のに伴ってケーシング１０の内圧が高まり易い。そして、ケーシング１０の内圧が過剰に高まると、ブーツ５が破損等する可能性がある。そこで、本実施形態の電動アクチュエータ１には、ケーシング１０の内外で空気を行き来させるための通気フィルタ７を設けている。通気フィルタ７は、水等の液体及び塵芥等の固体の流通は阻止する一方で空気等の気体の流通は許容する機能を有するものであり、ケーシング１０の第２ケース１２のうち、回転軸２２と同軸上に形成された孔部１２ｄに固定されている。このような通気フィルタ７が設けられていることにより、ケーシング１０の内圧を適正範囲に保つことができる。
　以下、本実施形態の電動アクチュエータ１が有する特徴的構成について説明する。
　上記のとおり、ケーシング１０は、電動モータ２を収容したアルミ合金製の第１ケース１１と、ねじ軸３１及びナット３２（を含む運動変換機構３としてのボールねじ３０）、さらには動力伝達機構４を収容した状態で第１ケース１１に対して軸方向に結合されたアルミ合金製の第２ケース１２とを備えている。この場合、第２ケース１２は、特許文献１に記載の従来品で言う「軸受ケース」及び「軸ケース」に加え、「伝達ギヤケース」に相当する部分をも一体に有する。これにより、ケーシング１０の部品点数や組立工数を減じ、電動アクチュエータ１のコスト低減を図ることができる。
　第１ケース１１と第２ケース１２の結合には、結合強度の確保や組立及び分解容易性を考慮してネジ１３（図４参照）を用いている。そして、ネジ１３を用いて結合される第１ケース１１及び第２ケース１２は何れもアルミ合金製であることから、金属材料で形成された別途のネジ受け部品等を必要とすることなく、両ケース１１，１２を強固に結合することができる。また、アルミ合金製の両ケース１１，１２は何れもダイカスト品であることから、高い寸法精度及び機械的強度を具備するケーシング１０を低コストにかつ安定的に得ることができる。
　また、電動モータ２は、金属ブラケット８を介して第２ケース１２に支持されている。本実施形態では、図１及び図２に示すように、金属ブラケット８を電動モータ２のモータ本体２１及び第２ケース１２の第１収容部１２ａに対してネジ９を用いて固定することにより、電動モータ２が第２ケース１２に対して固定的に支持されている。第２ケース１２は、運動変換機構３（ボールねじ３０）の回転側を構成するナット３２を収容（第２転がり軸受３４を介して回転自在に支持）すると共に、回転軸２２と一体回転可能に設けられる動力伝達機構４の駆動ギヤ４１を収容（第１転がり軸受４３を介して回転自在に支持）している。そのため、回転軸２２と運動変換機構３の回転側であるナット３２の相対的な位置精度、及び回転軸２２と動力伝達機構４の駆動ギヤ４１の相対的な位置精度（同軸度）を精度良く管理可能として、ねじ軸３１の動作精度、ひいては操作対象の操作精度を高めることができる。
　上記のようなモータの支持構造を採用すると、電動モータ２とアルミ合金製の第２ケース１２とが金属ブラケット８及びネジ９を介して導通可能となることから、何らの対策も講じていなければ、電動モータ２の駆動電流がケーシング１０（第２ケース１２）に漏洩する可能性がある。ケーシング１０に電動モータ２の駆動電流が漏洩すると、ケーシング１０が取り付けられる相手部品（例えば、電動アクチュエータ１による操作対象を収容・保持した部品）に電流が漏洩し、電動アクチュエータ１による操作対象に電気的失陥等の不具合を誘発する可能性がある。
　そこで、本実施形態では、ネジ９が挿通される挿通孔の内壁面も含め、金属ブラケット８の表面全域を絶縁皮膜Ｃ（図２中の拡大図を参照）で被覆している。これにより、電動モータ２とケーシング１０（第２ケース１２）の間に形成される導電経路を遮断し、電動モータ２の駆動電流がケーシング１０に漏洩する可能性を効果的に減じることができる。なお、上記の導電経路を遮断できるのであれば、絶縁皮膜Ｃは金属ブラケット８の一部にのみ形成しても構わないが、マスキングの形成作業及び除去作業が追加的に必要になることから却ってコスト高となる。従って、絶縁皮膜Ｃは金属ブラケット８の表面全域を被覆するように形成するのが好ましい。
　図示は省略するが、マスキングＣは、金属ブラケット８に替えて、あるいは金属ブラケット８に加え、第２ケース１２の表面全域を被覆するように形成しても良い。
　なお、図１に示すように、電動モータ２のモータ本体２１の軸方向一方側の端部とケーシング１０の第１ケース１１（を構成するモータ収容部１１ａ）との間には、ゴム等の絶縁材料からなるシールリングを圧縮状態で介在させている。これにより、電動モータ２から第１ケース１１への電流漏洩も可及的に防止することができる。
　絶縁皮膜Ｃには、高い耐電圧性を具備するもの、具体的には、１０００Ｖ程度の高電圧が印加された場合でも損傷等せずに絶縁性能を発揮し得るもの、が選択される。高い絶縁性（耐電圧性）を安定的に発揮可能とする観点から、絶縁皮膜Ｃの膜厚は５μｍ以上とするのが好ましく、１０μｍ以上とするのが一層好ましい。但し、絶縁皮膜Ｃが厚くなり過ぎると、皮膜形成材料の使用量が増してコスト高となる。そのため、絶縁皮膜Ｃの膜厚は３０μｍ以下とするのが好ましい。
　以上で説明したような作用効果が相俟って、本発明の実施形態に係る直動アクチュエータ１は、比較的低コストに作製可能でありながら、所望の組立精度や動作精度（出力軸の動作精度）を安定的に確保できて信頼性に富む、という特徴を有する。
　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で適宜の変更を施すことが可能である。
　例えば、以上で説明した実施形態では、運動変換機構３をボールねじ３０で構成したが、本発明は、運動変換機構３をすべりねじで構成した電動アクチュエータ１に適用することもできる。ここでいうすべりねじとは、ボール及びこまが省略され、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のみで構成されたねじ機構である。
　また、本発明は、例えば、電動モータ２と動力伝達機構４との間に遊星歯車減速機等の減速機構が設けられる電動アクチュエータ１にも適用することができる。また、動力伝達機構４には、減速機能を有さないもの、例えば径及び歯数が同一の駆動ギヤ４１及び従動ギヤ４２を備えるものを採用することも可能である。さらに、本発明は、回転軸２２とねじ軸３１とが同軸に配置された電動アクチュエータ１にも適用することが可能である。
　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る。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、さらに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　　　　電動モータ
　３　　　　運動変換機構
　４　　　　動力伝達機構
　８　　　　金属ブラケット
　９　　　　ネジ
　１０　　　ケーシング
　１１　　　第１ケース
　１２　　　第２ケース
　１２ｃ　　案内溝
　１２ｃ１　溝底面
　２２　　　回転軸
　３０　　　ボールねじ
　３１　　　ねじ軸
　３２　　　ナット
　３４　　　転がり軸受（第１転がり軸受）
　３７　　　ガイドカラー
　３７ａ　　外底面
　４１　　　駆動ギヤ
　４２　　　従動ギヤ
　４３　　　転がり軸受（第２転がり軸受）
　Ｃ　　　　絶縁皮膜

Claims (4)

  1. 　電動モータと、該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、前記電動モータ及び前記運動変換機構を収容したケーシングとを備え、前記運動変換機構が、前記電動モータの回転運動を受けて回転するナットと、該ナットの回転に伴って軸方向に進退移動するねじ軸とを有する電動アクチュエータにおいて、
    　前記ケーシングは、前記電動モータを収容したアルミ合金製の第１ケースと、前記ナット及び前記ねじ軸を収容した状態で前記第１ケースに対して軸方向に結合されたアルミ合金製の第２ケースとを備え、
    　前記電動モータは、金属ブラケットを介して前記第２ケースに支持されており、
    　前記第２ケース及び前記金属ブラケットの少なくとも一方の表面全域が絶縁皮膜で被覆されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 　前記絶縁皮膜の膜厚を５μｍ以上とした請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  3. 　前記電動モータの回転軸と前記ねじ軸とが平行に配置され、
    　前記電動モータの回転運動が、前記第２ケースに収容された動力伝達機構を介して前記ナットに伝達される請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
  4. 　前記第２ケースのうち前記ねじ軸の収容部に、軸方向に延びる一対の案内溝が設けられ、
    　長手方向の両端部を前記一対の案内溝に嵌合させた回り止めピンが前記ねじ軸に取り付けられると共に、前記回り止めピンの両端部に有底筒状のガイドカラーが回転可能に取り付けられ、
    　互いに対向する前記案内溝の溝底面及び前記ガイドカラーの外底面の断面形状が、何れも円弧状である請求項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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