JP2005083474A - 電動リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
出力軸に軸方向荷重を遮断できる機械式のリニアクラッチを配設することにより、複雑な電気制御を必要としないコンパクトな電動リニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】
ハウジング２に取付けられた電動モータ３と、この電動モータ３のモータ軸３ａに平歯車４を介してナット６が連結され、このナット６が、ハウジング２に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持され、このナット６に多数のボール７を介してねじ軸８が回転不可に、かつ軸方向移動自在に内挿されると共に、このねじ軸８と同軸上に出力軸１５が伝達ピン１２を介して連結され、この出力軸１２の連結部近傍に機械式のリニアクラッチ９が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の駆動部に使用される電動リニアアクチュエータ、特に電動モータの回転を、ボールねじ機構を介して直線運動に変換して用いる電動リニアアクチュエータに関するものである。

自動車等の車両の各種駆動部に使用される電動リニア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。

しかしながら、後輪操舵機構や動力伝達制御用摩擦クラッチ機構にボールねじを適用した場合、台形ねじ等による変換機構では外部から軸方向荷重が負荷されても、電動モータに逆入力トルクが発生しないのに対し、このボールねじでは作動の方向によらず、高効率であるが故に、軸方向荷重に対する保持トルクが電動モータに発生する恐れがあり、電動モータの発熱や消費電力の増大等の新たな問題が生じている。

こうした問題点を解決したものとして、図７に示すような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５０は、変速機の摩擦クラッチの係脱制御を行なうために用いられるもので、スライダー５１が右に移動されると、これに連結されたレリーズフォーク５２の他端５２ｃも右に移動され、レリーズフォーク５２は中間部５２ａを中心として時計回りに揺動される。この揺動により、一端５２ｂに押されてレリーズベアリング５３が左に移動され、ダイヤフラムスプリング５４の内周端部を左に押して、プレッシャープレート５５の押圧が解除される。これにより、フリクションディスク５６はフリーとなり、エンジン出力軸ＥＳとメインシャフト５７との接続が開放され、メインクラッチはオフ状態となる。逆にスライダー５１が左に移動されると、前記と逆の作用がなされ、メインクラッチはオン状態となる。

この電動アクチュエータ５０は、図８に示すように、変速機ハウジング５８に取付けられた電動モータ５９と、この電動モータ５９の軸５９ａにカップリング６０により連結されて同軸に延びると共に、ハウジング５８に対して一対の転がり軸受６１ａ、６１ｂを介して回転自在に支承された回転軸６２と、電磁力により作動されて電動モータ５９の軸５９ａを固定保持可能な電磁ブレーキ６３とを備えている。

回転軸６２の外周には螺旋状のボールねじ溝６２ａが形成され、このボールねじ溝６２ａに図示しないボールを介してスライダー５１が螺合されている。これにより、スライダー５１は回転軸６２の回転に伴ってこの回転軸６２上を左右に移動される。すなわち、このボールねじ機構により、回転軸６２の回転運動がスライダー５１の軸方向運動に変換される。そして、スライダー５１の係合溝５１ａ内にレリーズフォーク５２の他端５２ｃが係止されているため、スライダー５１が軸方向に移動されると、レリーズフォーク５２が揺動され、メインクラッチの係脱作動制御がなされる。

電磁ブレーキ６３は、ハウジング５８内に固設されたボディ６４と、このボディ６４内に配設された電磁コイル６５および圧縮ばね６６と、ボディ６４の側面に対向して配設されたプレート６７とエンドプレート６８との間に配設されたブレーキディスク６９とからなる。ここで、電磁コイル６５が非通電の時には、ブレーキディスク６９は固定されて電動モータ５９の軸５９ａは固定保持される。また、電磁コイル６５が通電されると、この電磁コイル６５に発生する電磁力によりプレート６７が圧縮ばね６６の付勢に抗して作動される。これにより、プレート６７とエンドプレート６８の挟持が開放され、ブレーキディスク６９はフリーな状態となり、電動モータ５９の軸５９ａも自由に回転可能な状態となる。

この電磁ブレーキ６３は、電動モータ５９により回転軸６２を回転させ、メインクラッチの係脱状態を変化させる時に通電させて回転軸６２をフリーな状態にすると共に、メインクラッチを保持する時には、電磁ブレーキ６３は非通電とされて回転軸６２は固定保持される。したがって、メインクラッチの係脱状態を変化させる時にのみ駆動電力が必要で、電動モータ５９への通電をオフとして省電力化を図ることができる。
特開平５−２５６３５９号公報

しかしながら、こうした従来の電動アクチュエータ５０においては、電気的な制御が必要であり、消費電力の低減や装置および制御の簡略化という面において依然課題が残る。

本発明は、こうした従来の課題を解消し、出力軸に軸方向荷重を遮断できる機械式のリニアクラッチを配設することにより、複雑な電気制御を必要としないコンパクトな電動リニア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、電動モータと、この電動モータのモータ軸に動力伝達手段を介して連結され、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換するボールねじ機構と、このボールねじ機構と前記電動モータと動力伝達手段を収容するハウジングとを備え、このボールねじ機構と同軸上に出力軸が連結され、この出力軸の連結部近傍にリニアクラッチが配設されている構成を採用した。

このように、ボールねじ機構と同軸上に出力軸が連結され、この出力軸の連結部近傍にリニアクラッチが配設されているので、ボールねじ機構を介して電動モータに逆入力トルクが発生することはなく、電動モータの発熱や消費電力の増大等が生じるのを防止することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記モータ軸に平歯車を介して前記ボールねじ機構が連結されていても良いし、また、請求項３に記載の発明のように、前記モータ軸にカップリングを介して前記ボールねじ機構が連結されても良い。これにより、出力軸に負荷される軸方向荷重が直接電動モータに逆入力されることはなく、電動モータへの衝撃を緩和することができ耐久性を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、前記リニアクラッチが、前記ハウジングに嵌合され、円筒状の内周面を有する外輪と、前記ボールねじ機構の一端部に形成され、円周等配位置にポケットが穿設された円筒状の保持部と、この保持部にスライド自在に内挿され、外周に両端部が内方に傾斜する係合面が形成された出力軸と、前記ポケット内に弾性部材を介して保持された係合子とを備え、前記係合面と前記外輪の内周面との間に形成される楔形空間内に前記係合子が収容されているので、従来のような複雑な電気制御を必要としない機械式のコンパクトな電動リニアアクチュエータを提供することができる。

また、請求項５に記載の発明は、前記保持部と出力軸が、径方向に挿入された伝達ピンで連結され、この伝達ピンの外径よりも所定の寸法だけ大径になるよう前記出力軸のピン挿入孔の径が設定されているので、出力軸に外部から軸方向の荷重が負荷された場合、出力軸の係合面に係合子が接触し、係合面と外輪の円周面との間に形成される楔形空間に係合する。これにより、出力軸の軸方向の移動は阻止され、ボールねじ機構を介して電動モータに逆入力トルクが発生することはない。

また、請求項６に記載の発明のように、前記ボールねじ機構のナットが、前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持され、前記ナットに多数のボールを介してねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動自在に内挿されていても良いし、また、請求項７に記載の発明のように、前記ボールねじ機構のねじ軸が、前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持され、前記ねじ軸に多数のボールを介してナットが回転不可に、かつ軸方向移動自在に外挿されていても良い。これにより、簡単な構成でアクチュエータのコンパクト化ができる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、電動モータと、この電動モータのモータ軸に動力伝達手段を介して連結され、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換するボールねじ機構と、このボールねじ機構と前記電動モータと動力伝達手段を収容するハウジングとを備え、このボールねじ機構と同軸上に出力軸が連結され、この出力軸の連結部近傍にリニアクラッチが配設されているので、ボールねじ機構を介して電動モータに逆入力トルクが発生することはなく、電動モータの発熱や消費電力の増大等が生じるのを防止することができる。

ハウジングに取付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に平歯車を介してナットが連結され、このナットが、ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持され、このナットに多数のボールを介してねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動自在に内挿されると共に、このねじ軸と同軸上に出力軸が伝達ピンを介して連結され、この出力軸の連結部近傍に機械式のリニアクラッチが配設されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの第１の実施形態を示す縦断面図である。

この電動リニアアクチュエータ１は、ハウジング２に取付けられた電動モータ３と、この電動モータ３のモータ軸３ａに固設された平歯車４と、この平歯車４の歯４ａに噛合する歯５ａが形成されたフランジ５を一体に有するナット６と、このナット６に多数のボール７を介して内挿されたねじ軸８と、このねじ軸８の一端部に連結されたリニアクラッチ９とを備えている。

ナット６は一対の転がり軸受１０、１１を介してハウジング２に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承され、内周には螺旋状のねじ溝６ａが形成されている。一方、ねじ軸８の外周にはこのねじ溝６ａに対応する螺旋状のねじ溝８ａが形成され、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支承されている。そして、これらのねじ溝６ａ、８ａ間に多数のボール７を転動自在に収容してボールねじ機構を構成している。電動モータ３に通電すると、モータ軸３ａの回転に伴って平歯車４を介してナット６が回転し、このナット６の回転によりねじ軸８が軸方向（図中左右方向）に移動される。すなわち、このボールねじ機構により、モータ軸３ａの回転運動がボールねじ機構を介してねじ軸８の軸方向運動に変換される。

ここで、ねじ軸８の一端部には伝達ピン１２を介してリニアクラッチ９が連結されている。このリニアクラッチ９は、ハウジング２ｂに嵌合され、円筒状の内周面を有する外輪１３と、ねじ軸８の一端部に形成された円筒状の保持部１４にスライド自在に内挿された出力軸１５と、この出力軸１５の外周に形成され、両端部が内方に傾斜する係合面１５ａと、外輪１３の内周面１３ａとの間に収容された複数の係合子（ボール）１６とを備えている。この出力軸１５の係合面１５ａと外輪１３の内周面１３ａとの間には環状の楔形空間１７が形成され、図２に示すように、保持部１４に穿設されたポケット１４ａ内に弾性部材１８を介して複数の係合子１６が円周等配に、かつ軸方向の中立位置に保持されている。なお、ここでは、係合子１６として単列のボールを例示したが、これに限らず、複列のボールであっても良い、また、係合子１６としてころを使用することもできる。

ねじ軸８の一端部に形成された保持部１４には出力軸１５が内挿され、保持部１４と出力軸１５の径方向に伝達ピン１２が挿入されているが、出力軸１５にこの伝達ピン１２の外径よりも所定の寸法だけ大径になるようピン挿入孔１９が形成され、ねじ軸８に対してこの出力軸１５は軸方向に所定量相対移動することができる。

次に、図３乃至図５を用いてリニアクラッチ９の作用を詳細に説明する。
図３において、ねじ軸８の保持部１４に固定された伝達ピン１２は、出力軸１５のピン挿入孔１９に所定の軸方向すきまδを介して挿入されている。この状態から図４に示すように、ねじ軸８が軸方向（図中右方向）に移動すると、伝達ピン１２がピン挿入孔１９に接触してねじ軸８と一体に出力軸１５を同方向に移動させる。この時、保持部１４のポケット１４ａ内に収容された係合子１６は、弾性部材１８によって楔形空間１７における中立位置を保持された状態で出力軸１５と共に移動し、係合面１５ａに係合することはない。したがって、出力軸１５の軸方向運動を阻害することはない。

一方、出力軸１５に外部から軸方向（図中左方向）の荷重が負荷された場合、図５に示すように、出力軸１５はねじ軸８に対して軸方向（図中左方向）に移動しようとするが、出力軸１５の係合面１５ａに係合子１６が接触し、係合面１５ａと外輪１３の円周面１３ａとの間に形成される楔形空間１７に係合する。これにより、出力軸１５の軸方向の移動は阻止され、ボールねじ機構を介して電動モータ３に逆入力トルクが発生することはない。すなわち、出力軸１５の軸方向の移動と共にねじ軸８が同方向に移動し、このねじ軸８の軸方向の移動に伴ってナット６が回転するようなことはない。したがって、電動モータ３への衝撃を緩和すると共に、電動モータ３の発熱や消費電力の増大等が生じるのを防止することができる。また、電動モータ３のモータ軸３ａに平歯車４からなる動力伝達手段を介してナット６に連結したので、出力軸１５に負荷される軸方向荷重が直接電動モータ３に逆入力されることはない。

このように、出力軸１５に軸方向荷重を遮断できる機械式のリニアクラッチ９を配設することにより、従来のような複雑な電気制御を必要としないコンパクトな電動リニアアクチュエータを提供することができる。

図６は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの第２の実施形態を示す縦断面図である。なお、この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態と基本的にはボールねじ機構のみが異なり、その他同一部品同一部位あるいは同一機能の部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

この電動リニアアクチュエータ２０は、ハウジング２に取付けられた電動モータ３と、この電動モータ３のモータ軸３ａとカップリング２１を介して連結されたねじ軸２２と、このねじ軸２２に多数のボール７を介して外挿されたナット２３と、このナット２３の一端部に連結されたリニアクラッチ２４とを備えている。

ねじ軸２２は転がり軸受１０を介してハウジング２に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承され、外周には螺旋状のねじ溝２２ａが形成されている。一方、ナット２３の内周にはこのねじ溝２２ａに対向する螺旋状のねじ溝２３ａが形成され、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支承されている。そして、これらのねじ溝２２ａ、２３ａ間に多数のボール７を転動自在に収容してボールねじ機構を構成している。電動モータ３に通電すると、モータ軸３ａの回転に伴ってねじ軸２２が回転し、このねじ軸２２の回転によりナット２３が軸方向に移動される。

ここで、ナット２３の一端部には伝達ピン１２を介してリニアクラッチ２４が連結されている。このリニアクラッチ２４は、ハウジング２ｂに嵌合された外輪１３と、ナット２３の一端部に形成された円筒状の保持部１４にスライド自在に内挿された出力軸１５と、この出力軸１５の外周に形成され、両端部が内方に傾斜する係合面１５ａと、外輪１３の内周面１３ａとの間に収容された複数の係合子１６とを備えている。この出力軸１５の係合面１５ａと外輪１３の内周面１３ａとの間には環状の楔形空間１７が形成され、保持部１４に穿設されたポケット１４ａ内に弾性部材１８を介して複数の係合子１６が円周等配に、かつ軸方向の中立位置に保持されている。

ナット２３の一端部に形成された保持部１４には出力軸１５が内嵌され、保持部１４と出力軸１５の径方向に伝達ピン１２が挿入されているが、この伝達ピン１２の外径よりも所定の寸法だけ大径になるよう出力軸１５にピン挿入孔１９が形成され、ナット２３に対してこの出力軸１５は軸方向に所定量相対移動することができる。なお、このリニアクラッチ２４の作用については前述した実施形態と同様なのでここでは省略する。

このように、出力軸１５に軸方向荷重を遮断できる機械式のリニアクラッチ２４を配設することにより、従来のような複雑な電気制御を必要としないコンパクトな電動リニアアクチュエータを提供することができる。電動モータ３のモータ軸３ａにカップリング２１を介してねじ軸２２に連結したので、電動モータ３への衝撃をカップリング２１で緩和すると共に、出力軸１５の軸方向の移動と共にナット２３が同方向に移動し、このナット２３の軸方向の移動に伴ってねじ軸２２が回転するようなことはないので、電動モータ３の発熱や消費電力の増大等が生じるのを防止することができる。

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。

本発明に係る電動リニアアクチュエータは、自動車等の車両の後輪操舵機構や動力伝達制御用の摩擦クラッチ機構等のアクチュエータとして適用できる。

本発明に係る電動リニアアクチュエータの第１の実施形態を示す縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。 本発明に係るリニアクラッチの作用を示す断面図で、中立状態を表している。 同上、係合子が非係合状態を示す断面図ある。 同上、係合子が係合状態を示す断面図である。 本発明に係る電動リニアアクチュエータの第２の実施形態を示す縦断面図である。 従来の電動アクチュエータおよびこれにより作動されるメインクラッチを示す縦断面図である。 従来の電動アクチュエータの構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１、２０・・・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
２、２ａ、２ｂ・・・・・・・・・・・ハウジング
３・・・・・・・・・・・・・・・・・電動モータ
３ａ・・・・・・・・・・・・・・・・モータ軸
４・・・・・・・・・・・・・・・・・平歯車
４ａ、５ａ・・・・・・・・・・・・・歯
５・・・・・・・・・・・・・・・・・フランジ
６、２３・・・・・・・・・・・・・・ナット
６ａ、８ａ、２２ａ、２３ａ・・・・・ねじ溝
７・・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
８、２２・・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
９、２４・・・・・・・・・・・・・・リニアクラッチ
１０、１１・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
１２・・・・・・・・・・・・・・・・伝達ピン
１３・・・・・・・・・・・・・・・・外輪
１３ａ・・・・・・・・・・・・・・・内周面
１４・・・・・・・・・・・・・・・・保持部
１４ａ・・・・・・・・・・・・・・・ポケット
１５・・・・・・・・・・・・・・・・出力軸
１５ａ・・・・・・・・・・・・・・・係合面
１６・・・・・・・・・・・・・・・・係合子
１７・・・・・・・・・・・・・・・・楔形空間
１８・・・・・・・・・・・・・・・・弾性部材
１９・・・・・・・・・・・・・・・・ピン挿入孔
２１・・・・・・・・・・・・・・・・カップリング
５０・・・・・・・・・・・・・・・・電動アクチュエータ
５１・・・・・・・・・・・・・・・・スライダー
５１ａ・・・・・・・・・・・・・・・係合溝
５２・・・・・・・・・・・・・・・・レリーズフォーク
５２ａ・・・・・・・・・・・・・・・中間部
５２ｂ・・・・・・・・・・・・・・・一端
５２ｃ・・・・・・・・・・・・・・・他端
５３・・・・・・・・・・・・・・・・レリーズベアリング
５４・・・・・・・・・・・・・・・・ダイヤフラムスプリング
５５・・・・・・・・・・・・・・・・プレッシャープレート
５６・・・・・・・・・・・・・・・・フリクションディスク
５７・・・・・・・・・・・・・・・・メインシャフト
５８・・・・・・・・・・・・・・・・ハウジング
５９・・・・・・・・・・・・・・・・電動モータ
５９ａ・・・・・・・・・・・・・・・軸
６０・・・・・・・・・・・・・・・・カップリング
６１ａ、６１ｂ・・・・・・・・・・・転がり軸受
６２・・・・・・・・・・・・・・・・回転軸
６２ａ・・・・・・・・・・・・・・・ねじ溝
６３・・・・・・・・・・・・・・・・電磁クラッチ
６４・・・・・・・・・・・・・・・・ボディ
６５・・・・・・・・・・・・・・・・電磁コイル
６６・・・・・・・・・・・・・・・・圧縮ばね
６７・・・・・・・・・・・・・・・・プレート
６８・・・・・・・・・・・・・・・・エンドプレート
６９・・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキディスク
ＥＳ・・・・・・・・・・・・・・・・エンジン出力軸

Claims (7)

1. 電動モータと、この電動モータのモータ軸に動力伝達手段を介して連結され、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換するボールねじ機構と、このボールねじ機構と前記電動モータと動力伝達手段を収容するハウジングとを備え、このボールねじ機構と同軸上に出力軸が連結され、この出力軸の連結部近傍にリニアクラッチが配設されていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
2. 前記モータ軸に平歯車を介して前記ボールねじ機構が連結されている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
3. 前記モータ軸にカップリングを介して前記ボールねじ機構が連結されている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
4. 前記リニアクラッチが、前記ハウジングに嵌合され、円筒状の内周面を有する外輪と、前記ボールねじ機構の一端部に形成され、円周等配位置にポケットが穿設された円筒状の保持部と、この保持部にスライド自在に内挿され、外周に両端部が内方に傾斜する係合面が形成された出力軸と、前記ポケット内に弾性部材を介して保持された係合子とを備え、前記係合面と前記外輪の内周面との間に形成される楔形空間内に前記係合子が収容されている請求項１乃至３いずれかに記載の電動リニアアクチュエータ。
5. 前記保持部と出力軸が、径方向に挿入された伝達ピンで連結され、この伝達ピンの外径よりも所定の寸法だけ大径になるよう前記出力軸のピン挿入孔の径が設定されている請求項４に記載の電動リニアアクチュエータ。
6. 前記ボールねじ機構のナットが、前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持され、前記ナットに多数のボールを介してねじ軸が回転不可に、かつ軸方向移動自在に内挿されている請求項１乃至５いずれかに記載の電動リニアアクチュエータ。
7. 前記ボールねじ機構のねじ軸が、前記ハウジングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持され、前記ねじ軸に多数のボールを介してナットが回転不可に、かつ軸方向移動自在に外挿されている請求項１乃至５いずれかに記載の電動リニアアクチュエータ。

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