JP2014059042A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】作動性と位置決め精度を両立できるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ１は、外周面に螺旋状の転動溝が軸方向に形成されたねじ軸１０と、上記転動溝に対応する転動溝が内周面に形成され、該転動溝とねじ軸１０の転動溝とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体を介してねじ軸１０に螺合するナット２０とを有して、ねじ軸１０とナット２０とが相対的に回転することにより、ねじ軸１０又はナット２０が軸方向に直動する直動部材２として機能する。そして、直動部材２（ねじ軸１０）に相手部材５０に当接する弾性部材４０を設け、弾性部材４０は所定のバネ係数を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじを用い、自動車や二輪、船舶用に好適なアクチュエータに関し、特に、ブレーキ用アクチュエータに適したアクチュエータに関する。

近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。このようなボールねじを用いたアクチュエータにおいては、直動と回転との変換部であるボールねじの作動性の向上が求められる。
このようなボールねじの作動性を向上させることを目的とした技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１によれば、出力軸（ねじ軸）と相手部材との間に弾性体が設けられている。これにより、相手部材のストロークが小さい用途でも、ねじ軸移動量（ナット回転量）が増えるため、全領域で潤滑されて作動性が向上するとされている。

特開２００２−２１３５０４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、ボールねじの作動性は確保できるが、ボールねじを用いた多くのアクチュエータで要求される位置決め精度が低下する可能性があり、検討の余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、作動性と位置決め精度とを両立できるアクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するためのある実施形態のアクチュエータは、外周面に螺旋状の転動溝が形成されたねじ軸と、
上記転動溝に対応する転動溝が内周面に形成され、該転動溝と上記ねじ軸の転動溝とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体を介して上記ねじ軸に螺合するナットとを有して、上記ねじ軸と上記ナットとが相対的に回転することにより、上記ねじ軸又は上記ナットが上記軸方向に直動する直動部材として機能するアクチュエータである。

そして、上記直動部材の直動方向の端面に対向する相手部材に当接する弾性部材を前記直動部材に設け、上記弾性部材は所定のバネ係数を有する。
このような構成によれば、ボールねじを構成するナット、ねじ軸、ボールの製造誤差、組付誤差により、ボールの引っかかりが生じた場合にも、直動部材が触れ回ることができる。このため、直動と回転との滑らかな変換が可能となり、作動性を向上できる。また、上記直動部材が、軸方向に相対移動不能となっているので、位置決め精度も確保できる。よって、作動性と位置決め精度とを両立できるアクチュエータを提供することができる。

また、正作動時における上記相手部材を上記直動部材（例えば、ねじ軸）が押す力をＦとし、逆作動時における上記直動部材（例えば、ねじ軸）を上記相手部材が押す力をＦ’としたとき、上記バネ係数ｋが、Ｆ’＜ｋｘ＜Ｆ を満たすようにしてもよい。
また、上記弾性部材は、上記直動部材（例えば、ねじ軸）の外周に巻かれていてもよい。
また、上記弾性部材は、上記直動部材（例えば、ねじ軸）の軸方向の端面よりも上記相手部材側に突出していてもよい。

本発明によれば、作動性と位置決め精度とを両立できるアクチュエータを提供することができる。

本発明のアクチュエータの第１の実施形態における構成を示す軸方向に沿う部分断面図であり、（ａ）は正作動時、（ｂ）は逆作動時を示す。 本発明のアクチュエータの第２の実施形態における構成を示す軸方向に沿う部分断面図であり、（ａ）は正作動時、（ｂ）は逆作動時を示す。

以下、本発明のアクチュエータの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明のアクチュエータの第１の実施形態における構成を示す軸方向に沿う断面図である。
＜構成＞
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、ねじ軸１０と、ナット２０とを有する。ねじ軸１０及びナット２０は、複数の転動体（ボール）３０を介して螺合している。ナット２０は、ねじ軸１０の外径より大きい内径で筒状に形成されている。ねじ軸１０の外周面には、軸方向に螺旋状にねじ溝１０ａが形成されている。また、ナット２０の内周面には、ねじ軸１０のねじ溝１０ａに対向するようにねじ溝２０ａが形成されている。ねじ溝１０ａとねじ溝２０ａとによって形成された転動路に転動体３０が転動可能に配置（又は充填）されている。そして、ねじ軸１０とナット２０とが相対的に回転することにより、ねじ軸１０又はナット２０が上記軸方向に直動する直動部材２として機能する。なお、本実施形態では、ねじ軸１０を直動部材２とした態様、すなわち、ナット２０が回転することによってねじ軸１０が直動する態様について説明する。

また、ねじ軸１０の相手部材５０に連結する側の端部には小径部１１が設けられている。相手部材５０は、直動部材（本実施形態ではねじ軸１０）の直動方向の端面に対向する部材である。そして直動部材であるねじ軸１０が直動することによってねじ軸１０に連結される相手部材５０にねじ軸１０が押す際に、ねじ軸１０を上記軸方向に相対移動不能且つ径方向に相対移動可能にする弾性部材４０が上記端部から相手部材５０側に突出し、且つ小径部１１を覆うように設けられている。この弾性部材４０としては、図１（ａ）．（ｂ）に示すように、例えば、コイルバネが好ましい。また、弾性部材４０のバネ係数ｋは、正作動時（図１（ａ）参照）における相手部材５０を直動部材２（ねじ軸１０）が押す力をＦ、逆作動時（図１（ｂ）参照）における直動部材２（ねじ軸１０）を相手部材５０が押す力をＦ’、弾性部材４０に荷重がかかっていない状態で弾性部材４０が上記端部から相手部材５０側に突出している間隔（上記端部と相手部材５０とのクリアランス）をｘとすると、Ｆ'＜ｋｘ＜Ｆを満たすものである。なお、上記「正作動」とは、回転力が伝達された回転部材の回転が変換されて直動部材を直動させた結果、直動部材が相手部材を押す動作を指す。一方、「逆作動」とは、相手部材が直動部材を押して、ボールねじ機構によりその押された力で生じた直線運動を回転運動に変換することにより、回転部材を回転させる動作を指す。例えば、ナットが回転することによって、ねじ軸が直動する構成を有するアクチュエータにおいては、モータの回転によりナットが回転し、回転したナットがボールねじ機構を介してねじ軸を直動させる動作が「正作動」であり、相手部材がねじ軸を押すことによってねじ軸が直動し、直動したねじ軸がボールねじ機構を介してナットを回転させる動作が「逆作動」である。

ここで、ナット、ねじ軸、ボール（転動体）の製造誤差、組付誤差により、ボールの引っかかりが生じた場合、ナットとねじ軸の中心軸が相対的に振れ回らないと、ボールが引っかかりから脱するためには大きな推進力が必要となる。すなわち、ボールが引っかかりから脱出し易くなる位置に、ねじ軸とナットとが相対移動することができない。このため、ボールが引っかかりから脱出するためには、ボール、又は軌道面のうちボールが引っかかっている部分、ねじ軸、ナットが弾性的に変形する必要があり、それを行うだけの推力がボールに負荷されることが必要である。

そこで、本実施形態では、ナット２０の回転によってねじ軸１０が直動し、相手部材５０を押す正作動時（図１（ａ）参照）には、弾性部材４０は所定のバネ係数を持つので、弾性部材４０が完全に縮んで、ねじ軸が相手部材を直接押す。このため、位置決め精度を保つことができる。一方、ねじ軸１０が相手部材５０と離れる方向に動くときや、相手部材５０によりねじ軸１０が押されてナット２０が回転する逆作動時（図１（ｂ）参照）には、弾性部材４０がある程度伸びて相手部材５０とねじ軸１０とが接触しなくなる。このため、ねじ軸１０が相手部材５０に対して径方向に移動でき、ナット２０に対し振れまわることができる。この結果、ボール３０の引っかかりを容易に解除できる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明のアクチュエータの第２の実施形態における構成を示す軸方向に沿う部分断面図である。なお、本実施形態のアクチュエータは、制限部材の構成が上述した第１の実施形態と異なるだけであるため、第１の実施形態と重複又は相当する部材等については図に同一符号を付して説明を省略する。また、図２では、ナット２０及びボール（転動体）３０を省略した。
図２に示すように、本実施形態のアクチュエータ１は、弾性部材４０を、コイルバネではなく、筒形状のゴム等からなる弾性部材４０としている。この弾性部材４０は、ねじ軸１０の小径部１１に巻回されてもよいし、部分的に設けられてもよい。

このような構成とすることにより、ナット２０の回転によってねじ軸１０が直動し、相手部材５０を押す正作動時（図２（ａ）参照）には、弾性部材４０は所定のバネ係数を持つので、弾性部材４０が完全に縮んで、ねじ軸が相手部材を直接押す。このため、位置決め精度を保つことができる。一方、ねじ軸１０が相手部材５０と離れる方向に動くときや、相手部材５０によりねじ軸１０が押されてナット２０が回転する逆作動時（図２（ｂ）参照）には、弾性部材４０がある程度伸びて相手部材５０とねじ軸１０とが接触しなくなる。このため、ねじ軸１０が相手部材５０に対して径方向に移動でき、ナット２０に対し振れまわることができる。この結果、ボール３０の引っかかりを容易に解除できる。

また、本実施形態の変形例として、ねじ軸１０の端部に、相手部材５０側に開口する開口部を設けて中空のねじ軸１０とし、上記開口部に弾性部材４０を、相手部材５０側に突出するように内蔵してもよい。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。例えば、上述の実施形態では、直動部材としてねじ軸に弾性部材を設けたが、ナットを直動部材として、上述と同様に弾性部材をナットに設けてもよい。すなわち、上述の実施形態ではナット２０が回転することによってねじ軸１０が直動する構成について説明したが、ねじ軸１０が回転することによってナット２０を直動させる構成にも適用することができる。この場合、第１の実施形態では、ナット２０に弾性部材４０を設けた構造となり、第２の実施形態では、ナット２０の内周面又は外周面に弾性部材４０を設けた構造となる。

さらに、本実施形態のアクチュエータ１は、自動車やニ輪、船舶用に適用できる。特に、ブレーキ用アクチュエータのように、直動部材２が相手部材５０を押すが、相手部材５０を引くことのないアクチュエータ、すなわち、相手部材５０から離れる方向に直動部材２が動く場合に、相手部材５０が直動部材２と同じ方向に動く、又は相手部材５０に押されて直動部材２がその方向に動くアクチュエータに適している。

１ アクチュエータ
１０ ねじ軸
１１ 小径部
１２ 開口部
２０ ナット
３０ 転動体
４０ 弾性部材
５０ 相手部材

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状の転動溝が軸方向に形成されたねじ軸と、
   前記転動溝に対応する転動溝が内周面に形成され、該転動溝と前記ねじ軸の転動溝とによって形成される転動体転動路に配設された複数の転動体を介して前記ねじ軸に螺合するナットとを有して、前記ねじ軸と前記ナットとが相対的に回転することにより、前記ねじ軸又は前記ナットが軸方向に直動する直動部材として機能するアクチュエータであって、
   前記直動部材の直動方向の端面に対向する相手部材に当接する弾性部材を前記直動部材に設け、
   前記弾性部材は所定のバネ係数を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 正作動時における前記相手部材を前記直動部材が押す力をＦとし、逆作動時における前記直動部材を前記相手部材が押す力をＦ’としたとき、
   前記バネ係数ｋが、Ｆ’＜ｋｘ＜Ｆ を満たすことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記弾性部材は、前記直動部材の外周に巻かれていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 前記弾性部材は、前記直動部材の軸方向の端面よりも前記相手部材側に突出していることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。

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