JP6039748B1 - 電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図った電動アクチュエータを提供する。【解決手段】ハウジングにねじ軸１０を収容する袋孔１２が形成され、これに円筒状のスリーブ１７が回り止めされた状態で嵌合されると共に、スリーブ１７の内周に軸方向に延びる凹溝１７ａが形成され、ねじ軸１０の端部に係止ピン１５が植設されて凹溝１７ａに係合され、ハウジングに対してねじ軸１０が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持された電動アクチュエータにおいて、スリーブ１７の凹溝１７ａの一方の端面から凹溝１７ａに平行して溝幅が段階的に大きくなる方向に複数の螺旋階段状の段部３１、３２、３３が形成されているので、出力側からの逆入力が負荷された時にねじ軸１０が回転し、係止ピン１５が段部３１に係止されて回転が阻止されてロック状態になる。【選択図】図４

Description

本発明は、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動アクチュエータ、詳しくは、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等で、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換する電動アクチュエータに関するものである。

各種駆動部に使用される電動アクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。

従来の電動アクチュエータとしては、例えば、ハウジングに支持された電動モータにより、ボールねじを構成するボールねじ軸を回転駆動自在とし、このボールねじ軸を回転駆動することによってナットに結合された出力部材を軸方向に変位可能としている。ボールねじ機構は、摩擦が非常に低く、高効率であるため、出力側からの逆入力に対しても高効率となる。そのため、逆入力が入力側に伝達されてしまう。すなわち、出力部材側に作用するスラスト荷重によって簡単にボールねじ軸が回転してしまうので、電動モータが停止時に出力部材を位置保持する必要がある。

また、前述の電動アクチュエータでは、システムエラー等で制御不能になった時、荷重に押されてハウジングの内壁にボールねじ軸が慣性力で衝突するのを防止した電動アクチュエータが知られている。この電動アクチュエータ５１は、図７に示すように、電動パーキングブレーキ駆動装置として使用され、円筒状のモータハウジング５１ａとハウジング本体５１ｂとを備えている。モータハウジング５１ａ内には電動モータ５２が備えられている。電動モータ５２は、回転駆動部として機能する回転軸５２ａと、ステータ５２ｂと、ロータ５２ｃを有している。回転軸５２ａは、軸受５３を介してモータハウジング５１ａに回転自在に支持されている。

回転軸５２ａは中空で、かつ、一方の軸方向端部（図中右側の端部）が大径となるように構成され、その外周面が軸受５４によってモータハウジング５１ａの内周面に支持されている。回転軸５２ａは、大径側の軸方向端面から軸方向に突出した複数の爪部５２ｄを有している。

ハウジング本体５１ｂは、大径の円筒部と小径の円筒部とを軸方向に連結したような形状を有し、大径の円筒部の内周面には、外輪５５が圧入等によって回転不能に取り付けられている。外輪５５の径方向内側には、爪部５２ｄ同士の間にロック部材であるころ５６と、キー５７とが配されている。外輪５５の一方の軸方向端部（図中右側）には径方向内側に突出するようにフランジ５５ａが形成されている。ころ５６は、このフランジ５５ａによって軸方向に移動することが防止されている。

ハウジング本体５１ｂの内周面には、軸受５８を介して回転被駆動部５９が回転自在に支持され、ころ５６はこの回転被駆動部５９の外周面を転動可能に配されている。回転被駆動部５９の内周面にはナット６０が止めねじ等によって回転被駆動部５９と相対回転不能に取り付けられている。

ナット６０を貫通するようにねじ軸６１が設けられている。ねじ軸６１は一方の端部（図中左側端部）が回転軸５２ａの内側に挿入されるように配されている。また、ねじ軸６１の外周面において、ナット６０と径方向に対向する箇所には図示しないねじ溝が形成されている。また、ナット６０の内周面には、ねじ軸６１のねじ溝に対応するように図示しないねじ溝が形成されている。それぞれのねじ溝によって区画される螺旋状の空間には多数のボールが転動自在に配置されている。

ねじ軸６１の他方の端部（図中右側端部）には円筒状の移動ケース６２が配置され、この移動ケース６２の端部に形成されたキー溝に配されたキー６２ａを介して、ねじ軸６１が移動ケース６２に回転不能に取り付けられている。

移動ケース６２の軸方向端面（図中右側端面）には、図示しないワイヤの一端が連結され、移動ケース６２がこのワイヤを介して被駆動部材であるパーキングブレーキ装置に連結されている。そして、ワイヤが左側に移動することで、パーキングブレーキ装置を作動して図示しない車輪に制動力を付与し、右側に移動することで、パーキングブレーキ装置の制動を解除するように構成されている。

ここで、移動ケース６２は、内周面に形成された軸方向に延びる直線状の溝を有し、この直線状の溝に係合するようにピン６２ｂが設けられ、このピン６２ｂによって、移動ケース６２がハウジング本体５１ｂに対して軸方向に移動することが可能に取り付けられている。つまり、移動ケース６２は、ハウジング本体５１ｂに対して相対回転不能であるが、軸方向に移動可能に構成されている。

移動ケース６２に取り付けられたワイヤは、図示しないバネ等によって常に図中右側に付勢される。つまり、パーキングブレーキ装置を作動させた状態において、移動ケース６２およびねじ軸６１が常に軸方向右側に引っ張られている。

図８（ａ）および図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、回転被駆動５９の外周面にはキー溝５９ｂと３つのカム溝５９ｃが互いに等間隔に形成されている。カム面５９ａは、時計回りの方向に軸心から遠ざかる（外輪５５の内周面に近づく）ように一方に傾いた斜面を有している。図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、カム面５９ａは、ころ５６が外輪５５と回転被駆動部５９との間に食い込ませることなく転動可能な傾斜部５９ｄと、ころ５６を両者に食い込ませる傾斜部５９ｅとを有している。ころ５６を外輪５５と回転被駆動部５９との間に食い込ませた状態で、キー５７と、その両側の爪部５２ｄとの間隔をａとし、ころ５６が外輪５５と回転被駆動部５９との間に食い込んだ状態における図８（ａ）中の左側の爪部５２ｄとの間隔をｂ、同右側の爪部５２ｄとの間隔をｃとすると、ｂ＞ａ＞ｃなる関係が成立するようになっている。

図７および図８（ｂ）に示すように、ハウジング本体５１ｂの内周面には一方向クラッチとしての機能を備えたローラクラッチ６３が取り付けられている。また、回転被駆動部５９の外周面に円環状に形成されたスリーブ６４がわずかな隙間を有して嵌合されている。スリーブ６４はローラクラッチ６３を介してハウジング本体５１ｂの内周面に回転可能に支持されている。スリーブ６４は、例えば、軸受鋼等で焼入れされたものであり、その外径面はローラクラッチ６３の転動面で、その軸方向側面の一方が摩擦材との摺動面となるものである。

図７に示すように、ローラクラッチ６３は、スリーブ６４が本図の反時計回りに回転するとき、転動体であるローラが食い込みを生じることでロック状態となる。回転被駆動部５９の外周面においてスリーブ６４と軸方向に隣接するように摩擦材（摩擦手段）６５ａが配され、この摩擦材６５ａは回転被駆動部５９と一体に回転するよう構成されている。さらに、回転被駆動部５９の外周面にはねじ６６が設けられ、このねじ６６は、摩擦材６５ｂを介してスリーブ６４の軸方向端部を押圧し、スリーブ６４と摩擦材６５ａとを当接させている。ねじ６６は、回転被駆動部５９がローラクラッチ６３の食い込み方向に回転した際に摩擦力によって緩まない方向のねじであって、この場合左ねじである。

ローラクラッチ６３は、回転被駆動部５９が図９（ａ）の矢印Ａ方向に回転するときには、ロック状態となり、スリーブ６４と回転被駆動部５９とが相対回転するように構成されている。一方、矢印Ａ方向とは反対に方向する回転するときには非ロック状態となり、スリーブ６４と回転被駆動部５９とが一体に回転することを許容するように構成されている。

電動パーキングブレーキ駆動装置を作動させると、電動モータ５２に電力が供給され、回転軸５２ａ（図８参照）が回転被駆動部５９に対して相対回転する。このとき、図９（ｃ）に示すように、爪部５２ｄが矢印Ｃ方向に回転し、爪部５２ｄの端部がキー５７を押圧することで回転軸５２ａ（図７参照）と回転被駆動部５９が一体的に回転する。なお、このとき、回転被駆動部５９がＣ方向に回転するので、ころ５６は傾斜部５９ｄに自ら寄せられるので外輪５５と回転被駆動部５９との間に食い込むことがない。そして、図７に示すように、回転被駆動部５９の回転に伴いナット６０が回転すると、ねじ軸６１が軸方向電動モータ５２側（図中左側）に移動する。このとき、ねじ軸６１に支持された移動ケース６２も軸方向に移動し、ワイヤを介して被駆動部材であるパーキングブレーキ装置に動力を伝達し、図示しない車輪に制動力を付与する。

ボールねじ機構６７は、回転軸５２ａおよび回転被駆動部５９を図９（ｃ）の矢印Ｃ方向に回転させることでねじ軸６１が図中左側に移動するように構成されている。このとき、図７のような状態となり、被駆動部材であるパーキングブレーキ装置は作動状態となる。また、ボールねじ機構は、回転軸５２ａおよび回転被駆動部５９を図９（ｃ）矢印Ｃ方向とは反対側に回転させることでねじ軸６１が図の右側に移動するように構成されている。このとき、被駆動部材であるパーキングブレーキ装置は作動が解除された状態となる。

このように、パーキングブレーキ装置が作動している状態において、電動モータ５２が静止した後、ワイヤにかかるバネなどによる付勢力によって、移動ケース６２およびねじ軸６１には軸方向に対して図７の右側に向かって外部荷重がかかる。この外部荷重はナット６０を介して回転被駆動部５９を図９（ｂ）の矢印Ｂ方向に回転させる力に変換される。また、回転被駆動部５９が矢印Ｂ方向に回転し、ころ５６が相対的に傾斜部５９ｅに移動し、外輪５５と回転被駆動部５９との間に食い込まれ、回転被駆動部５９の回転が阻止される。このときの状態を位置保持機構のロックという。

また、被駆動部材であるパーキングブレーキ装置を解除する際には、電動モータ５２に電力が供給され、回転軸５２ａが回転すると、図９（ａ）に示すように、爪部５２ｄが矢印Ａ方向に回転し、爪部５２ｄの１つがキー５７を押圧することで、回転被駆動部５９を矢印Ａ方向に回転せしめる。すると、ころ５６は爪部５２ｄの端面から押圧されるので、傾斜部５９ｄに移動し、食い込むことなく、回転軸５２ａと回転被駆動部５９と一体的に回転する。

ここで、仮に、回転被駆動部５９に制動力を付与しないで位置保持機構のロックを解除する場合を考える。回転軸５２ａの回転に伴い爪部５２ｄを矢印Ａ方向に回転させた際に、爪部５２ｄがころ５６を傾斜部５９ｄに押し出し、別の爪部５２ｄがキー５７を押圧することで、回転軸５２ａと回転被駆動部５９とが回転し始める。しかし、その直後、回転被駆動部５９が外部荷重からの力によって回転軸５２ａより大きい回転加速度で回転を始めると、一旦は爪部５２ｄに押し出されたころ５６が相対的に傾斜部５９ｅに移動することとなる。すると、ころ５６が再び外輪５５と回転被駆動部５９との間に食い込むことがある。つまり、これが、位置保持機構のがたつきの要因となる。

そこで、図９（ａ）に示すように、被駆動部材であるパーキングブレーキ装置を解除する際に、回転被駆動部５９の、外部荷重による回転に対して制動力を作用させる機構を有している。図７および図８（ｂ）に示すように、ハウジング本体５１ｂに設けられたローラクラッチ６３は、回転被駆動部５９が図９（ａ）の矢印Ａの方向に回転しようとする際に、スリーブ６４が回転被駆動部５９と一体に回転しないようにロック状態となる。このとき、スリーブ６４はハウジング本体５１ｂに実質的に固定された状態になる。一方、摩擦材６５ａは、スリーブ６４に当接するように設けられており、回転被駆動部５９と一体に回転する。すると、スリーブ６４と摩擦材６５ａとの間で摩擦力が生じ、制動力が付与されることによって回転被駆動部５９は図９（ａ）の矢印Ａ方向の回転加速度が低下する。

これにより、パーキングブレーキ装置の作動を解除する際において、外部荷重を受けた回転被駆動部５９の回転加速度を回転駆動部（回転軸５２ａ）の回転加速度に比して小さくすることができる。このため、パーキングブレーキ装置の作動を解除する際に位置保持機構においてがたつきが生じることを防止することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４２１４３７１号公報

こうした従来の電動アクチュエータ５１では、ローラクラッチ６３の解除とロックを繰り返すため、その度に異音や振動が発生する。また、こうしたクラッチ機構では、部品点数が多くなるだけでなく組立が煩雑となるため、軽量・コンパクト化と低コスト化の阻害要因となっていた。

本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、システムエラーが生じて制御不能となった場合でも、ねじ軸がハウジングに衝突しない安全機構に着眼し、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図った電動アクチュエータを提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達し、前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されると共に、前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成され、この袋孔に円筒状のスリーブが回り止めされた状態で嵌合されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合され、前記ハウジングに対して前記ねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持された電動アクチュエータにおいて、前記スリーブの凹溝に前記係止ピンを軸方向に保持できる段部が形成されている。

このように、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達し、電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、駆動軸と同軸状に一体化され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されると共に、ハウジングにねじ軸を収容する袋孔が形成され、この袋孔に円筒状のスリーブが回り止めされた状態で嵌合されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて凹溝に係合されてハウジングに対してねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持された電動アクチュエータにおいて、スリーブの凹溝に係止ピンを軸方向に保持できる段部が形成されているので、出力側からの逆入力が負荷された時、この逆入力によりねじ軸が回転し、係止ピンが凹溝から移動して段部に係止されてスリーブによってその回転が阻止されてロック状態になり、システムエラーが生じて制御不能となった場合でも、ねじ軸がハウジングに衝突するのを防止することができ、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図った電動アクチュエータを提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記スリーブの段部が前記ねじ軸の軸心に対して螺旋階段状に複数形成されていれば、ねじ軸の適宜な位置で保持することができ、逆入力が常に負荷される状態であっても、所定の位置でねじ軸を保持することができ、設計自由度が大きくなると共に、電動アクチュエータの適用範囲が広がる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記スリーブの外周に平坦面が形成されると共に、この平坦面に対応して前記ハウジングの袋孔に平坦面が形成され、これら平坦面同士を一致させた状態で前記スリーブが前記袋孔に嵌合されていれば、ハウジングに対してスリーブを回り止めすることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ねじ軸の周方向の対向する位置に前記係止ピンが固定され、これらの係止ピンを収容し、前記スリーブの内周に対向して前記凹溝が形成されていれば、スリーブに対するねじ軸の位相合せが簡素化され、組立作業の工数を低減させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記スリーブがＭＩＭによって成形された焼結金属で構成されていれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

本発明に係る電動アクチュエータは、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達し、前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されると共に、前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成され、この袋孔に円筒状のスリーブが回り止めされた状態で嵌合されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合され、前記ハウジングに対して前記ねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持された電動アクチュエータにおいて、前記スリーブの凹溝に前記係止ピンを軸方向に保持できる段部が形成されているので、出力側からの逆入力が負荷された時、この逆入力によりねじ軸が回転し、係止ピンが凹溝から移動して段部に係止されてスリーブによってその回転が阻止されてロック状態になり、システムエラーが生じて制御不能となった場合でも、ねじ軸がハウジングに衝突するのを防止することができ、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図った電動アクチュエータを提供することができる。

本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図である。 図１のボールねじ機構を示す縦断面図である。 図１の中間歯車部を示す要部拡大図である。 図１のスリーブを示す要部拡大図である。 （ａ）は、図１のボールねじ機構のロック時を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）のロック解除時を示す説明図である。 図１のスリーブとねじ軸を示す斜視図である。 従来の電動アクチュエータを適用した電動パーキングブレーキ駆動装置を示す縦断面図である。 （ａ）は、図７の電動パーキングブレーキ駆動装置のＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線に沿った横断面図、（ｂ）は、同上、ＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線に沿った横断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図７の電動パーキングブレーキ駆動装置の動作を示す要部拡大断面図である。

アルミ合金製のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されると共に、前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成され、この袋孔に円筒状のスリーブが回り止めされた状態で嵌合されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合され、前記ハウジングに対して前記ねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持された電動アクチュエータにおいて、前記スリーブの凹溝の一方の端面から当該凹溝に平行してその溝幅が段階的に大きくなる方向に、前記ねじ軸の軸心に対して複数の螺旋階段状の段部が形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のボールねじ機構を示す縦断面図、図３は、図１の中間歯車部を示す要部拡大図、図４は、図１のスリーブを示す要部拡大図、図５（ａ）は、図１のボールねじ機構のロック時を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）のロック解除時を示す説明図、図６は、図１のスリーブとねじ軸を示す斜視図である。

この電動アクチュエータ１は、図１に示すように、円筒状のハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータＭと、この電動モータのモータ軸３ａに取付けられた入力歯車３に噛合する中間歯車４、およびこの中間歯車４に噛合する出力歯車５からなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータＭの回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構８とを備えている。

ハウジング２はＡ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からなり、第１のハウジング２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング２ｂとからなり、固定ボルト（図示せず）によって一体に固定されている。第１のハウジング２ａには電動モータＭが取り付けられると共に、これら第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂには、ねじ軸１０を収容するための貫通孔１１と袋孔１２が形成されている。

電動モータＭのモータ軸３ａは、その端部に入力歯車３が圧入により相対回転不能に取り付けられ、第２のハウジング２ｂに装着された深溝玉軸受からなる転がり軸受１３によって回転自在に支持されている。また、平歯車からなる中間歯車４に噛合する出力歯車５は、後述するボールねじ機構８を構成するナット１８にキー１４を介して一体に固定されている。

駆動軸７は、ボールねじ機構８を構成するねじ軸１０と一体に構成され、この駆動軸７の一端部（図中右端部）に係止ピン１５が植設されている。また、第２のハウジング２ｂの袋孔１２には後述する円筒状のスリーブ１７が嵌合されている。そして、このスリーブ１７の内周に軸方向に延びて形成された凹溝１７ａにねじ軸１０の係止ピン１５が係合され、ねじ軸１０が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。

ボールねじ機構８は、図２に拡大して示すように、ねじ軸１０と、このねじ軸１０にボール１９を介して外挿されたナット１８とを備えている。ねじ軸１０は、外周に螺旋状のねじ溝１０ａが形成されている。一方、ナット１８は、ねじ軸１０に外挿されると共に、内周にねじ軸１０のねじ溝１０ａに対応する螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、これらねじ溝１０ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。そして、ナット１８は、第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに対して、２つの支持軸受２０、２０を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。２１は、ナット１８のねじ溝１８ａを連結して循環部材を構成する駒部材で、この駒部材２１によって多数のボール１９が無限循環することができる。

各ねじ溝１０ａ、１８ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール１９との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。

ナット１８はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸１０はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から円柱状に形成され、ねじ溝１０ａは旋削等の機械加工ではなく転造加工によって形成されている。そして、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、量産性が向上し、低コスト化を図ることができる。

ナット１８の外周面１８ｂには減速機構６を構成する出力歯車５が一体に固定されると共に、この出力歯車５の両側に２つの支持軸受２０、２０が所定のシメシロを介して圧入されている。これにより、駆動軸７からスラスト荷重が負荷されても支持軸受２０、２０と出力歯車５の軸方向の位置ズレを防止することができる。また、２つの支持軸受２０、２０は、両端部にシールド板２０ａ、２０ａが装着された密封型の深溝玉軸受で構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。

また、本実施形態では、ナット１８を回転自在に支持する支持軸受２０が同じ仕様の深溝玉軸受で構成されているので、前述した駆動軸７からスラスト荷重および出力歯車５を介して負荷されるラジアル荷重の両方を負荷することができると共に、組立時に誤組み防止のための確認作業を簡便化することができ、組立作業性を向上させることができる。なお、ここで、同じ仕様の深溝玉軸受とは、軸受の内径、外径、幅寸法をはじめ、転動体サイズ、個数および軸受内部すきま等が同一なものを言う。

また、ここでは、一対の支持軸受２０、２０のうち一方（図中左側）の支持軸受２０がリング状の弾性部材からなるワッシャ２７を介して第１のハウジング２ａに装着されている。このワッシャ２７は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されたウェーブワッシャからなる。そして、その内径Ｄが支持軸受２０の内輪外径ｄよりも大径に形成されている。これにより、一対の支持軸受２０、２０の軸方向ガタをなくすことができ、円滑な回転性能を得ることができると共に、ワッシャ２７が、支持軸受２０の外輪のみに当接して回転輪となる内輪とは干渉しないため、逆スラスト荷重が生じてナット１８が第１のハウジング２ａ側に押し付けられても支持軸受２０の内輪が第１のハウジング２ａに当接して摩擦力が上昇するのを防止し、ロック状態になるのを防止することができる。

減速機構６を構成する中間歯車４は、図３に示すように、転がり軸受２３を介して第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに植設された歯車軸２２に回転自在に支承されている。歯車軸２２の端部のうち、例えば、第１のハウジング２ａ側の端部を圧入する場合、第２のハウジング２ｂ側の端部をすきま嵌めに設定することにより、ミスアライメント（組立誤差）を許容して円滑な回転性能を確保することができる。本実施形態では、転がり軸受２３は、中間歯車４の内径４ａに圧入される鋼板プレス製の外輪２４と、保持器２５を介して外輪２４に転動自在に収容された複数の針状ころ２６とを備えた、所謂シェル型の針状ころ軸受で構成されている。これにより、入手性が高く、低コスト化を図ることができる。

また、中間歯車４の両側にはリング状のワッシャ２８、２８が装着され、中間歯車４が直接第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに接触するのを防止している。ここで、中間歯車４の歯部４ｂの幅が歯幅よりも小さく形成されている。これにより、ワッシャ２８との接触面積を小さくすることができ、回転時の摩擦抵抗を抑えて円滑な回転性能を得ることができる。ここで、ワッシャ２８は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて形成された平ワッシャからなる。なお、これ以外にも、例えば、黄銅や焼結金属、または、ＧＦ（グラス繊維）等の繊維状強化材が所定量充填されたＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性の合成樹脂で形成されていても良い。

さらに、転がり軸受２３の幅が中間歯車４の歯幅よりも小さく設定されている。これにより、摩擦による軸受側面の摩耗や変形を防止することができ、円滑な回転性能を得ることができる。

図４に示すように、ねじ軸１０を回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持するスリーブ１７は、第２のハウジング２ｂの袋孔１２に嵌合されている。具体的には、スリーブ１７の外周の対向する位相に平坦面１７ｂ、１７ｂが形成されると共に、これらの平坦面１７ｂ、１７ｂに対応して第２のハウジング２ｂの袋孔１２の対向する位相にも平坦面１２ａ、１２ａが形成されている。また、第２のハウジング２ｂの袋孔１２の開口端部に環状溝２９が形成されると共に、この環状溝２９に止め輪３０が装着され、両平坦面１７ｂ、１２ａ同士を一致させ、スリーブ１７を底部１２ｂに向けて嵌合することにより、第２のハウジング２ｂに対してスリーブ１７が回り止めされた状態で、軸方向に位置決め固定されている。

ここで、スリーブ１７は、内周に凹溝１７ａの一方の端面からねじ軸１０の軸心に対して螺旋階段状の複数（ここでは３段）の段部３１、３２、３３が形成されている。具体的には、凹溝１７ａに平行して溝幅が段階的にそれぞれ大きくなる方向に段部３１、３２、３３が形成され、これらの段部壁面３１ａ、３２ａ、３３ａが、ねじ軸１０のねじ溝１０ａのリード角に沿って形成されると共に、これら段部３１、３２、３３の段部幅面３１ｂ、３２ｂ、３３ｂがねじ溝１０ａのピッチよりも幅広に設定されている（図６参照）。なお、ここでいう「リード」というのは、ねじ軸１０が１回転する時に軸方向に移動する長さで、「リード角」とは、ねじ山のつる巻き線と、その上の１点を通るねじ軸１０に直角な平面とがなす角度、また、「ピッチ」というのは、ねじ山の相隣り合う山の対応する２点間の距離をいう。例えば、ねじ上の１点が軸方向に移動した距離１本のつる巻線に沿ってねじ山を設けた１条ねじでは、ピッチ＝リードとなり、１本の円筒に２本のつる巻線を等間隔に巻き付けた２条ねじでは、リード＝２×ピッチとなる。

次に、図５を用いて、本発明に係る安全機構の作用について説明する。
図５（ａ）に示すように、ねじ軸１０が右ねじ、かつ図中右方向に荷重を受けつつ、荷重に逆らって図中左方向に軸を作動させる場合、通常、ナット１８の回転に伴い、ねじ軸１０の係止ピン１５は段部壁面３１ｂ（段部側）に沿って摺動する。ねじ軸１０がスリーブ１７に対して、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されているが、出力側からの逆入力（図中、右方向）が負荷され、かつ電動モータのトルクがＯＦＦの時、この逆入力によりねじ軸１０は、図中矢印に示すように、右回転（時計回りの方向）し、係止ピン１５は段部３１に係止される。具体的には、段部３１の段部壁面３１ｂに沿って移動して段部幅面３１ａに衝合し、係止ピン１５が軸方向に固定される。これにより、ねじ軸１０はスリーブ１７によってその回転が阻止されてロック状態になり、システムエラーが生じて制御不能となった場合でも、ねじ軸１０が第２のハウジング２ｂに衝突するのを防止することができ、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸１０の衝突を回避して信頼性の向上を図った電動アクチュエータを提供することができる。

一方、ねじ軸１０のロック解除時は、図５（ｂ）に示すように、入力側から軸を図中右方向に作動させることで逆入力以上の荷重を加えることにより、ねじ軸１０が左回転（反時計回りの方向）し、係止ピン１５が段部３１から上方向に移動する。すなわち、ねじ軸１０の係止ピン１５が段部３１との係合が解かれてロックが解除され、ねじ軸１０が、スリーブ１７に対して、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されて通常状態に復帰する。

本実施形態では、図６に示すように、スリーブ１７の内周に螺旋階段状の複数の段部３１、３２、３３が形成されているので、ねじ軸１０の適宜な位置で保持することができる。これにより、逆入力が常に負荷される状態であっても、所定の位置でねじ軸１０を保持することができ、設計自由度が大きくなると共に、電動アクチュエータの適用範囲が広がる。

また、ねじ軸１０の周方向の対向する位置に係止ピン１５、１５が固定され、この係止ピン１５、１５を収容し、ねじ軸１０の回転を阻止する凹溝１７ａ、１７ａがスリーブ１７の内周に対向して形成されているので、スリーブ１７に対するねじ軸１０の位相合せが簡素化され、組立作業の工数を低減させることができる。

このスリーブ１７はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から鍛造加工あるいは冷間圧造法によって形成されても良いが、本実施形態では、スリーブ１７は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

前記金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、Ｃ（炭素）が０．１３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が０．２１ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）が１．１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）が０．０４ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）が０．７６ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）が０．１９ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）が０．２０ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）等からなるＳＣＭ４１５を例示することができる。なお、スリーブ１７は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。

また、スリーブ１７の材料としてこれ以外にも、Ｎｉが３．０〜１０．０ｗｔ％含有し、加工性、耐食性に優れた材料（日本粉末冶金工業規格のＦＥＮ８）、あるいは、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなる析出硬化系ステンレスＳＵＳ６３０であっても良い。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で２０〜３３ＨＲＣの範囲に表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。

なお、本実施形態では、減速機がある場合での実施の形態について説明を行ったが、特に減速機がある場合に限定されず、減速機がない場合でも実施することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る電動アクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動アクチュエータに適用できる。

１ 電動アクチュエータ
２ ハウジング
２ａ 第１のハウジング
２ｂ 第２のハウジング
３ 入力歯車
３ａ モータ軸
４ 中間歯車
４ａ 中間歯車の内径
４ｂ 歯部
５ 出力歯車
６ 減速機構
７ 駆動軸
８ ボールねじ機構
１０ ねじ軸
１０ａ、１８ａ ねじ溝
１１ 貫通孔
１２ 袋孔
１２ａ、１７ｂ 平坦面
１２ｂ 袋孔の底面
１３、２３ 転がり軸受
１４ キー
１５ 係止ピン
１６ 止め輪
１７ スリーブ
１７ａ 凹溝
１８ ナット
１８ｂ ナットの外周面
１９ ボール
２０ 支持軸受
２０ａ シールド板
２１ 駒部材
２２ 歯車軸
２４ 外輪
２５ 保持器
２６ 針状ころ
２７、２８ ワッシャ
２９ 環状溝
３０ 止め輪
３１、３２、３３ 段部
３１ａ、３２ａ、３３ａ 段部壁面
３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ 段部幅面
５１ 電動アクチュエータ
５１ａ モータハウジング
５１ｂ ハウジング本体
５２ 電動モータ
５２ａ 回転軸
５２ｂ ステータ
５２ｃ ロータ
５２ｄ 爪部
５３、５４、５８ 軸受
５５ 外輪
５５ａ フランジ体
５６ ころ
５７、６２ａ キー
５９ 回転被駆動部
５９ａ カム面
５９ｂ キー溝
５９ｃ カム溝
５９ｄ、５９ｅ 傾斜部
６０ ナット
６１ ねじ軸
６２ 移動ケース
６２ｂ ピン
６３ ローラクラッチ
６４ スリーブ
６５ａ、６５ｂ 摩擦材
６６ ねじ
６７ ボールねじ機構
ａ、ｂ、ｃ キーと爪部との間隔
ｄ 支持軸受の内輪外径
Ｄ ワッシャの内径
Ｍ 電動モータ

Claims (5)

1. ハウジングと、
   このハウジングに取り付けられた電動モータと、
   この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達し、前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、
   このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
   このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸とで構成されると共に、
   前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成され、この袋孔に円筒状のスリーブが回り止めされた状態で嵌合されると共に、
   このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合され、前記ハウジングに対して前記ねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持された電動アクチュエータにおいて、
   前記スリーブの凹溝に前記係止ピンを軸方向に保持できる段部が形成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記スリーブの段部が前記ねじ軸の軸心に対して螺旋階段状に複数形成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
3. 前記スリーブの外周に平坦面が形成されると共に、この平坦面に対応して前記ハウジングの袋孔に平坦面が形成され、これら平坦面同士を一致させた状態で前記スリーブが前記袋孔に嵌合されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
4. 前記ねじ軸の周方向の対向する位置に前記係止ピンが固定され、これらの係止ピンを収容し、前記スリーブの内周に対向して前記凹溝が形成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
5. 前記スリーブがＭＩＭによって成形された焼結金属で構成されている請求項１乃至４いずれかに記載の電動アクチュエータ。

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