JP2005308181A

JP2005308181A - アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005308181A
Application number: JP2004129540A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tanabe; 晃一田邉
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】
省エネを図れ且つコンパクト化を図れるアクチュエータを提供する。
【解決手段】
例えばシフト切替え装置に適用した場合、２方向の駆動を単一のアクチュエータ１０により達成できるため、従来の技術と比較して大幅に小型化、低コスト化になる。又、第１の電動モータ１２の回転軸１２ａと第２の電動モータ２０の回転軸２０ａとが非同軸であるため、同軸に設ける場合に比べると、アクチュエータ１０の軸線方向寸法を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、アクチュエータに関し、例えば、車両の自動変速機のシフトレンジを切り替えるために用いられると好適なアクチュエータに関する。

モータを動力源として車両用ギヤ式変速機のシフト・セレクタ切り替え駆動装置に用いられ、電動モータからの出力をウォーム機構により減速し、駆動軸を駆動することでシフト切り替えを行う駆動ユニットが、特許文献１に開示されている。
特開平１０−８１１５８号公報

ところで、ギヤ式変速機において所望のシフト切り替えを達成するには、シフトレバーを少なくとも２方向へ駆動することが必要となる。そこで、特許文献１に記載の駆動ユニットにおいては、２方向への駆動を実現するために、同じアクチュエータを２基設けている。しかるに、同じアクチュエータを２つ設けると、駆動ユニットとしてのコンパクト化が図れない。又、特許文献１のアクチュエータにおいては、電動モータの動力をウォーム機構により減速しているために、伝達効率が悪く、比較的大容量の電動モータを搭載しなくてはならず、省エネが図れないと共に、駆動ユニットの構成も大型化するという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、省エネを図れ且つコンパクト化を図れるアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータは、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられた第１の電動モータと、
前記第１の電動モータの回転軸と非同軸に配置された回転軸を有する第２の電動モータと、
前記第１の電動モータの回転軸と動力伝達機構を介して連結された回転要素と、被駆動部材に連結され且つ前記第２の電動モータに連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールスクリュー機構と、を有することを特徴とする。

本発明のアクチュエータによれば、ハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた第１の電動モータと、前記第１の電動モータの回転軸と非同軸に配置された回転軸を有する第２の電動モータと、前記第１の電動モータの回転軸と動力伝達機構を介して連結された回転要素と、被駆動部材に連結され且つ前記第２の電動モータに連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールスクリュー機構と、例えば回転要素をナットとし、前記軸線方向移動要素をねじ軸とした場合、前記第１の電動モータの動力により、前記ボールスクリュー機構を介して前記ねじ軸を軸線方向に任意に移動させることができ、且つ前記第２の電動モータの動力により、前記ねじ軸を任意に回転させることができるため、前記ねじ軸の軸線方向位置と回転位置とを調整することで、例えば被駆動部材としての変速機のシフトレバーを所望のシフト位置へと移動させることができる。又、動力伝達のために効率の悪いウォーム機構を設けていないので、省エネ効果も期待できる。更に、前記第１の電動モータの回転軸と前記第２の電動モータの回転軸とが非同軸であるため、前記アクチュエータの軸線方向寸法を抑えることができる。

前記第２の電動モータは前記ハウジングに取り付けられており、前記軸線方向移動要素と前記第２の電動モータとは、キーもしくはスプラインにより軸線方向に相対移動可能に取り付けられていると好ましい。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態であるアクチュエータ１０の断面図である。図２は、図１のアクチュエータ１０を含むギヤ式変速機用シフト切り替え機構の斜視図である。

図１において、ハウジング本体１１Ａに対して、カバー１１Ｂが取り付けられている。ハウジング本体１１Ａと、カバー１１Ｂとで、ハウジング１１を構成する。

ハウジング本体１１Ａの上部には第１の電動モータ１２が取り付けられている。又、ハウジング本体１１Ａの下方には、ねじ軸１７が配置されている。ねじ軸１７は、図１で右端側の外周面には雄スプライン歯１７ａを形成し、その図で左側の外周面には雄ねじ部１７ｂ（簡略図示）を形成している。ハウジング本体１１Ａに対して軸受１５Ａ，１５Ｂにより回転自在に支持され軸線方向には移動不能であるナット１６が、ねじ軸１７の周囲に配置されている。ナット１６の内周には雌ねじ溝（不図示）が形成され、ねじ軸１７の雄ねじ部１７ｂの雄ねじ溝（不図示）と、ナット１６の雌ねじ溝との間に形成された螺旋状の転走路内には、多数の転動体であるボール（不図示）が転動自在に配置されている。よって、ナット１６の回転運動は、ねじ軸１７の軸線方向運動に変換されることとなる。このとき、雄ねじ部１７ｂのランド部が、カバー１１Ｂの中心孔１１ａに配置されたブッシュ１９を介して支持されることで、ねじ軸１７は、軸線方向に移動可能となっている。軸線方向移動要素としてのねじ軸１７、回転要素としてのナット１６，及びボールによりボールスクリュー機構が構成される。

ハウジング本体１１Ａの図１で右端には、ねじ軸１７と同軸の回転軸２０ａを有する第２の電動モータ２０が取り付けられている。回転軸２０ａの外周面には、雄スプライン歯２０ｂが形成されている。ねじ軸１７の端部と、回転軸２０ａの端部とを包囲するようにして、カップリング２１が配置されている。カップリング２１の内周面には、ねじ軸１７の雄スプライン歯１７ａと、回転軸２０ａの雄スプライン歯２０ｂにそれぞれ噛合する雌スプライン歯２１ａが形成されており、従ってねじ軸１７の端部と回転軸２０ａの端部とは、相対的に軸線方向に移動可能だが、回転方向には一体となっている。

第１の電動モータ１２の回転軸１２ａは、第２の電動モータの回転軸２０ａ及びナット１６と平行に（すなわち非同軸に）配置されている。回転軸１２ａには小歯車２３が取り付けられ、ナット１６の外周には小歯車２３に噛合した大歯車２４が嵌合固定されている。従って、回転軸１２ａの回転力は、小歯車２３と大歯車２４とを介してナット１６に、所定の減速比で減速されつつ伝達されることとなる。尚、小歯車２３と大歯車２４とで動力伝達機構（減速機構）を構成するが、このような動力伝達機構としては、例えばベルトやチェーン等も用いることができる。

図２において、アクチュエータ１０のねじ軸１７の突出端には、クランク部材２２が取り付けられている。クランク部材２２は、ねじ軸１７の端部に固定された厚い小判状の支持部２２ａと、支持部２２ａ上に植設された駆動軸２２ｂとを有する。駆動軸２２ｂは、不図示のギヤ式変速機に連結された被駆動部材であるシフトレバーＬの上部に形成された長孔Ｌａを貫通しており、その先端には抜け止め用の大径部２２ｃが形成されている。尚、シフトレバーＬは、図２に示すように、Ｈ形溝に沿って移動することでシフト切り替えができるようになっており、Ｈ形溝の中央にシフトレバーＬがあるときは、ニュートラル状態であり、Ｈ形溝の各移動端にあるときは、それぞれ１速（ＬＯＷ）、２速（ＳＥＣＯＮＤ）、３速（ＴＯＰ）もしくはリバース（Ｒ）状態にシフトされるものとする。尚、図２において、Ｈ形溝は説明を容易にするために図示されており、必ずしも必要なものではない。

次に、本実施の形態のアクチュエータの動作について説明する。まず、アクチュエータ１０の動作を説明すると、図１において、第１の電動モータ１２に電力供給が行われたときは、小歯車２３と大歯車２４とを介してナット１６が回転させられ、更にナット１６内部の転走路内を転動するボールによって、その回転運動がねじ軸１７の軸線方向運動に円滑に変換される。従って、ねじ軸１７は、所定量だけ軸線方向へと移動できる。一方、第２の電動モータ２０に電力供給が行われたときは、回転軸２０ａが、カップリング２１を介してねじ軸１７にスプライン結合しているので、ナット１６の回転とは独立して、回転軸２０ａと共にねじ軸１７が回転することとなる。

次に、本実施の形態のアクチュエータ１０を用いたシフト切り替え制御について説明する。ここでは外部の制御装置の制御に従い、第１の電動モータ１２と、第２の電動モータ２０が駆動される。図２において、例えば、ギヤをニュートラル状態にする場合、制御装置は、第２の電動モータ２０を駆動し、図２に示す点線の位置にクランク部材２２がくるようにねじ軸１７を回転させる。

更に、ギヤを１速にシフトする場合、制御装置は、第１の電動モータ１２を駆動して、ねじ軸１７を最大に伸長させた後、第２の電動モータ２０を駆動し、図２に示す実線の位置にクランク部材２２がくるようにねじ軸１７を右回転させる。続いて、ギヤを２速にシフトする場合、制御装置は、第２の電動モータ２０を駆動し、ねじ軸１７を左回転させる。

又、ギヤを３速にシフトする場合、制御装置は、第２の電動モータ２０を駆動し、図２に示す点線の位置にクランク部材２２がくるようにねじ軸１７を右回転させてニュートラル状態とした後に、第１の電動モータ１２を駆動して、ねじ軸１７を最大に縮め、更に第２の電動モータ２０を駆動し、ねじ軸１７を右回転させる。

尚、いずれのシフト位置からギヤをリバースにシフトする場合、制御装置は、第２の電動モータ２０を駆動し、図２に示す点線の位置にクランク部材２２がくるようにねじ軸１７を回転させてニュートラル状態とした後に、第１の電動モータ１２を駆動して、ねじ軸１７を最大に縮め、更に第２の電動モータ２０を駆動し、ねじ軸１７を左回転させる。

本実施の形態によれば、回転運動から回転運動（スプライン結合による）、回転運動から直線運動ヘ変換（ボールスクリュー機構による）するときの機械効率は、それぞれ９０％以上と一般的なウォーム機構の効率５０％と比較し非常に高い効率が得られるため、駆動力として必要なエネルギーがその分小さくなり、結果としてモータ１２，２０を小さく出来、小型で省エネを実現できるアクチュエータを提供できる。

更に、本実施の形態のアクチュエータを、例えばシフト切替え装置に適用した場合、２方向の駆動を単一のアクチュエータにより達成できるため、従来の技術と比較して大幅に小型化、低コスト化になる。又、第１の電動モータ１２の回転軸１２ａと第２の電動モータ２０の回転軸２０ａとが非同軸であるため、同軸に設ける場合に比べると、アクチュエータ１０の軸線方向寸法を抑えることができる。更に、回転軸１２ａは、減速機構を介してナット１６と連結されているので、トルクの小さなタイプの電動モータを使用することができ、アクチュエータ１０のコンパクト化に更に貢献する。尚、シフト切替え時のそれぞれのポジション検出は、各々の電動モータ１２，２０およびその入出力経路の何れかにロータリエンコーダやそれに準ずる回転検出器を取り付けることにより、または、ねじ軸１７以降にポテンションメータやそれに準ずる位置検出器を設けて検出することで、それらの信号に基づきシフト位置を精度良く制御することができる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態では、モータ回転軸とねじ軸の連結はスプライン歯同士の結合により行っているが、キー結合でも良い。更に、回転要素をナットとし、軸線方向移動要素をねじ軸としているが、回転要素をねじ軸とし、軸線方向移動要素をナットとしてもよい。又、ロータにモータを取り付けて、ねじ軸に対して相対回転させるようにしても良い。

本実施の形態であるアクチュエータ１０の断面図である。図１のアクチュエータ１０を含むギヤ式変速機用シフト切り替え機構の斜視図である。

符号の説明

１０アクチュエータ
１１ハウジング
１２第１の電動モータ
１６ナット
１７ねじ軸
２０第２の電動モータ
２１カップリング
２２クランク部材
Ｌシフトレバー

Claims

ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられた第１の電動モータと、
前記第１の電動モータの回転軸と非同軸に配置された回転軸を有する第２の電動モータと、
前記第１の電動モータの回転軸と動力伝達機構を介して連結された回転要素と、被駆動部材に連結され且つ前記第２の電動モータに連結された軸線方向移動要素と、前記回転要素と前記軸線方向移動要素との間に配置された転動体とを含み、前記回転要素の回転運動を、前記軸線方向移動要素の軸線方向運動に変換するボールスクリュー機構と、を有することを特徴とするアクチュエータ。
前記第２の電動モータは前記ハウジングに取り付けられており、前記軸線方向移動要素と前記第２の電動モータとは、キーもしくはスプラインにより軸線方向に相対移動可能に取り付けら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。