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JP5914031B2 - 電動リニアアクチュエータ - Google Patents

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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リニアアクチュエータ、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リニア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。
従来の電動リニア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、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。
そこで、例えば、電動モータにブレーキ手段を設けたり、あるいは伝達手段としてウオームギアのような低効率なものを設けたりすることがなされているが、その代表的なものとして、図7に示すような電動リニアアクチュエータが知られている。この電動リニアアクチュエータ50は、電動モータ(図示せず)により回転駆動されるボールねじ軸51と、このボールねじ軸51にボール(図示せず)を介して螺合されたボールねじナット52とを備えるボールねじ機構53を採用している。電動モータのモータ軸(図示せず)が回転すると、このモータ軸に連結されたボールねじ軸51が回転し、ボールねじナット52を直線運動(図の左右方向)に移動させる。
ボールねじ軸51は、円筒状のハウジング54、55に2つの転がり軸受56、57によって回転自在に支承されている。これらの転がり軸受56、57は、固定用の蓋58を介して緩み止め用の回り止め部材59によって固定されている。
ボールねじ軸51の外周には螺旋状のねじ溝51aが形成され、ボールを介して円筒状のボールねじナット52が螺合されている。ボールねじナット52の内周には螺旋状のねじ溝52aが形成され、端部に大径部60が形成されている。
大径部60の側面には、端面がフラットになるようにカットされたフラット部61が形成されている。このフラット部61の略中央部には、カムフォロア(回転止め手段)62が径方向の外側に向けて突設されている。
このように、カムフォロア62が切欠き部に嵌合されているので、ボールねじナット52は、ボールねじ軸51の回転に伴って連れ回りすることがなく、かつ、カムフォロア62が切欠き部に回転摺動するので、摺動摩擦や摩耗の問題を低減することができる(例えば、特許文献1参照。)。
特開2007−333046号公報
こうした従来の電動リニアアクチュエータ50では、ボールねじナット52の回転止め手段としてカムフォロア62が使用されているため、摺動摩擦や摩耗の問題を低減すると共に、低トルク化を図ることができるが、カムフォロア62自体が転がり軸受を使用しているためコストが高騰する恐れがある。また、ハウジング54がアルミ材料を使用している場合は、摩耗対策が必要になってくる。
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、摺動摩擦や摩耗の低減を図ると共に、簡便な構造で低コスト化を図った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、アルミ軽合金からなる円筒状のハウジングと、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一対の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、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持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た電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングの袋孔に円筒状のスリーブが嵌合され、このスリーブの内周に軸方向に延び、対向する位置に一対の凹溝が形成されて前記ねじ軸の端部に植設されたガイドピンが係合されると共に、前記ハウジングの袋孔の開口部に環状溝が形成され、この環状溝に穴用の止め輪が装着され、前記環状溝の溝幅が前記止め輪の自由高さよりも小さく設定され、かつ、切欠き部を中心に左右対称となる位置に少なくとも一箇所に頂点を有する湾曲部が形成された当該穴用の止め輪の湾曲部によって前記スリーブの端面が押圧された状態で抜け止めされている。
このように、アルミ軽合金からなる円筒状のハウジングと、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一対の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、ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持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た電動リニアアクチュエータにおいて、ハウジングの袋孔に円筒状のスリーブが嵌合され、このスリーブの内周に軸方向に延び、対向する位置に一対の凹溝が形成されてねじ軸の端部に植設されたガイドピンが係合されると共に、ハウジングの袋孔の開口部に環状溝が形成され、この環状溝に穴用の止め輪が装着され、環状溝の溝幅が止め輪の自由高さよりも小さく設定され、かつ、切欠き部を中心に左右対称となる位置に少なくとも一箇所に頂点を有する湾曲部が形成された当該穴用の止め輪の湾曲部によってスリーブの端面が押圧された状態で抜け止めされているので、ハウジングの摺動摩擦や摩耗の低減を図ると共に、簡便な構造で低コスト化を図った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、請求項に記載の発明のように、前記止め輪の少なくとも外径部の角部が丸められていれば、装着時にハウジングに接触し、内周面を削ってコンタミの発生による作動不良を防止して信頼性を高めることができる。
また、請求項に記載の発明のように、前記止め輪が、予め角部が丸められた線材を用いてプレス加工によって形成されていれば、後処理が不要となり量産性が向上する。
また、請求項に記載の発明のように、前記スリーブが、浸炭焼入が可能な焼結合金で形成されていれば、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。
また、請求項に記載の発明のように、前記ハウジングがアルミダイカストによって形成されていれば、量産性に富み、低コスト化を図ることができる。
また、請求項に記載の発明のように、前記ガイドピンが針状ころ軸受用の針状ころからなっていれば、耐摩耗性とせん断強度に優れると共に、入手性が良く低コスト化を図ることができる。また、針状ころを使用することにより、外周面にクラウニングが形成されているので、スリーブの凹溝との接触においてエッジロードを防止して接触面圧を低下させ、長期間に亘って耐久性を向上させることができる。
本発明に係る電動リニアアクチュエータは、アルミ軽合金からなる円筒状のハウジングと、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一対の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、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持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た電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングの袋孔に円筒状のスリーブが嵌合され、このスリーブの内周に軸方向に延び、対向する位置に一対の凹溝が形成されて前記ねじ軸の端部に植設されたガイドピンが係合されると共に、前記ハウジングの袋孔の開口部に環状溝が形成され、この環状溝に穴用の止め輪が装着され、前記環状溝の溝幅が前記止め輪の自由高さよりも小さく設定され、かつ、切欠き部を中心に左右対称となる位置に少なくとも一箇所に頂点を有する湾曲部が形成された当該穴用の止め輪の湾曲部によって前記スリーブの端面が押圧された状態で抜け止めされているので、ハウジングの摺動摩擦や摩耗の低減を図ると共に、簡便な構造で低コスト化を図った電動リニアアクチュエータを提供することができる。
本発明に係る電動リニア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III−III線に沿った横断面図である。 図1の止め輪の装着部を示す要部拡大図である。 (a)は、本発明に係る止め輪の側面図、(b)は、(a)の正面図である。 従来の止め輪の装着部状態を示す説明図である。 従来の電動リニアアクチュエータを示す縦断面図である。
アルミ軽合金からなる円筒状のハウジングと、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一対の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、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持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た電動リニアアクチュエータにおいて、前記ハウジングの袋孔に円筒状のスリーブが嵌合され、このスリーブの内周に軸方向に延び、対向する位置に一対の凹溝が形成されて前記ねじ軸の端部に植設されたガイドピンが係合されると共に、前記ハウジングの袋孔の開口部に環状溝が形成され、この環状溝に装着され、切欠き部を中心に左右対称となる位置に頂点を有する湾曲部が形成された穴用の止め輪によって前記スリーブが押圧された状態で抜け止めされている。
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、本発明に係る電動リニア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III−III線に沿った横断面図、図4は、図1の止め輪の装着部を示す要部拡大図、図5(a)は、本発明に係る止め輪の側面図、(b)は、(a)の正面図、図6は、従来の止め輪の装着部状態を示す説明図である。
この電動リニアアクチュエータ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3と、この電動モータ3の回転力をモータ軸3aを介して伝達する一対の平歯車4、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3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とを備え、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3が取り付けられると共に、この第1のハウジング2aと第2のハウジング2bには、ねじ軸12を収容するための袋孔9、10が形成されている。
電動モータ3のモータ軸3aの端部には小平歯車4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に装着された転がり軸受11によって回転自在に支持されている。大平歯車5は、後述するボールねじ機構8を構成するナット14に一体形成され、小平歯車4に噛合している。駆動軸7は、ボールねじ機構8を構成するねじ軸12と一体に構成されている。
ボールねじ機構8は、図2に拡大して示すように、ねじ軸12と、このねじ軸12にボール13を介して外装されたナット14とを備えている。ねじ軸12は、外周に螺旋状のねじ溝12a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。一方、ナット14は、内周にねじ軸12のねじ溝12aに対応する螺旋状のねじ溝14aが形成され、これらねじ溝12a、14aとの間に多数のボール13が転動自在に収容されている。そして、ナット14は、ハウジング(図示せず)に対して、2つの支持軸受15、16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。17は、ナット14のねじ溝14aを連結してボール13の循環部材を構成する駒部材で、この駒部材17によって多数のボール13が無限循環することができる。
各ねじ溝12a、14a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13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14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12はS55C等の中炭素鋼あるいはSCM415やSCM420等の肌焼き鋼からなり、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。
ナット14の外周には減速機構6を構成する大平歯車5が一体に形成されると共に、この大平歯車5の両側に2つの支持軸受15、16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15、16と大平歯車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15、16は、両端部にシールド板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。
ここで、本実施形態では、図1に示すように、第1のハウジング2aの袋孔9に筒状のスリーブ18が嵌合されている。このスリーブ18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。スリーブ18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18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。
スリーブ18は、図3に示すように、周方向に対向して軸方向に延びる凹溝18aが成形されている。このような材料を採用することにより、少なくともアルミ合金からなる第1のハウジング2aよりも材料強度と耐摩耗性が高くなり、耐久性を向上させることができる。
一方、ねじ軸12の端部には径方向に貫通する貫通孔19が形成され、この貫通孔19にガイドピン20が嵌着されている。また、スリーブ18は、ハウジング2aの袋孔9に圧入されている。袋孔9の開口部には環状溝21が形成され、この環状溝21に装着された後述する穴用の止め輪22によってスリーブ18が軸方向に位置決め固定されている(図1参照)。
ここで、ガイドピン20がスリーブ18の凹溝18aに係合し、ねじ軸12の軸方向の案内と共に回り止めを行う。このガイドピン20と、このガイドピン20に係合する凹溝18aを有するスリーブ18とでねじ軸12の回り止め機構を構成している。
ガイドピン20には、耐摩耗性とせん断強度に優れると共に、入手性が良く低コストな針状ころ軸受用の針状ころ(ニードル)が使用されている。特に、針状ころを使用することにより、外周面にクラウニングが形成されているので、スリーブ18の凹溝18aとの接触においてエッジロードを防止して接触面圧を低下させ、長期間に亘って耐久性を向上させることができる。
このように、ねじ軸12のガイドピン20がスリーブ18の凹溝18aに係合し、ねじ軸12の軸方向の案内と共に回り止めを行うため、アルミ軽合金からなるハウジング2aの摺動摩擦や摩耗の低減を図ると共に、簡便な構造で低コスト化を図った電動リニアアクチュエータを提供することができる。
ここで、本実施形態では、図4に拡大して示すように、袋孔9に形成された環状溝21に止め輪22が装着され、この止め輪22にスリーブ18が干渉することによってスリーブ18の軸方向の移動が阻止されている。止め輪22は、SWRH67A(JIS G3506)等の硬鋼線材から形成されている。そして、図5に示すように、この止め輪22は、通常のC形同心止め輪のように端面が平坦ではなく、弓形形状、すなわち、切欠き部22aを中心に左右対称となる位置に少なくとも一箇所(ここでは、中央部に一箇所)に頂点を有する湾曲部23、23が形成されている。
なお、止め輪22は、前述したもの以外に、例えば、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ていても良い。
図6に比較して示すように、従来の止め輪24では、環状溝21と止め輪24とのガタδ1(軸方向すきま)、あるいは、止め輪24とスリーブ18とのガタδ2より、軸方向にスリーブ18がガタつき、ハウジング2bの袋孔9の摩耗や、音あるいは振動が発生する恐れがある。また、止め輪24の装着時に、縮径した状態で袋孔9の内周面と接触しながら環状溝21に拡径して入るため、袋孔9の内周面を削ってしまう。この削り粉はコンタミとしてアクチュエータ内部に残留した場合、作動不良の原因となる恐れがあって好ましくない。
これに対し、本実施形態では、図4に示すように、少なくとも止め輪22の外径部の角部のエッジが除去され丸められている。なお、予め角部が丸められた線材を用いてプレス加工によって形成されていれば、後処理が不要となり量産性が向上する。また、環状溝21の溝幅Wが止め輪22の自由高さH0(図5(a)参照)よりも小さく設定されているため、圧縮されていない状態(自由高さH0)に対し、環状溝21に装着された状態(装着高さH1)では軸方向に圧縮される。すなわち、スリーブ18に対して、止め輪22のばね力によって軸方向荷重が発生し、スリーブ18に所定の予圧を付与することができ、ハウジング2bの摩耗や音あるいは振動の発生を確実に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、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リニアアクチュエータに適用できる。
1 電動リニアアクチュエータ
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 電動モータ
3a モータ軸
4 小平歯車
5 大平歯車
6 減速機構
7 駆動軸
8 ボールねじ機構
9、10 袋孔
11 転がり軸受
12 ねじ軸
12a、14a ねじ溝
13 ボール
14 ナット
15、16 支持軸受
17 駒部材
18 スリーブ
18a 凹溝
19 貫通孔
20 ガイドピン
21 環状溝
22、24 止め輪
22a 切欠き部
23 湾曲部
50 電動リニアアクチュエータ
51 ボールねじ軸
51a、52a ねじ溝
52 ボールねじナット
53 ボールねじ
54、55 ハウジング
56、57 転がり軸受
58 固定用の蓋
59 緩み止め用の回り止め部材
60 ナットの大径部
61 フラット部
H0 止め輪の自由高さ
H1 止め輪の装着高さ
W 環状溝の溝幅
δ1 止め輪と環状溝とのガタ
δ2 止め輪とスリーブとのガタ

Claims (6)

  1. アルミ軽合金からなる円筒状のハウジングと、
    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一対の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、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持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た電動リニアアクチュエータにおいて、
    前記ハウジングの袋孔に円筒状のスリーブが嵌合され、このスリーブの内周に軸方向に延び、対向する位置に一対の凹溝が形成されて前記ねじ軸の端部に植設されたガイドピンが係合されると共に、前記ハウジングの袋孔の開口部に環状溝が形成され、この環状溝に穴用の止め輪が装着され、前記環状溝の溝幅が前記止め輪の自由高さよりも小さく設定され、かつ、切欠き部を中心に左右対称となる位置に少なくとも一箇所に頂点を有する湾曲部が形成された当該穴用の止め輪の湾曲部によって前記スリーブの端面が押圧された状態で抜け止め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. 前記止め輪の少なくとも外径部の角部が丸められている請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
  3. 前記止め輪が、予め角部が丸められた線材を用いてプレス加工によって形成されている請求項1または2に記載の電動リニアアクチュエータ。
  4. 前記スリーブが、浸炭焼入が可能な焼結合金で形成されている請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
  5. 前記ハウジングがアルミダイカストによって形成されている請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
  6. 前記ガイドピンが針状ころ軸受用の針状ころからなっている請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
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