(57)【要約】【課題】  直線運動する部材の回り止めを有する電動アクチュエータの低コスト化および小型化を図る。【解決手段】  電動アクチュエータ１は、電動モータ２と、電動モータ２から出力された回転運動を直線運動に変換する運動変換機構５と、静止部材１９とを有する。運動変換機構５はねじ軸２２とねじ軸２２に螺合したナット部材２１とを備える。直線運動を行うねじ軸２２と静止部材１９との間にブーツ３１を配置し、ブーツ３１を、ねじ軸２２の直線運動に追従して弾性変形可能なばね部材６０と一体化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、前記電動モータから出力された回転運動を直線運動に変換する運動変換機構と、静止部材とを有し、前記運動変換機構がねじ軸と当該ねじ軸に螺合したナット部材とを備え、前記ねじ軸と前記ナット部材のうちどちらか一方の部材が直線運動を行う電動アクチュエータにおいて、
直線運動を行う前記一方の部材と前記静止部材との間に配置された密封部材と、前記一方の部材の直線運動に追従して弾性変形可能なばね部材とを備えたことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記密封部材が、蛇腹部を有するブーツである請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記ブーツとばね部材を一体にした請求項２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記密封部材が、環状のシールリップを有するシール部材である請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記ばね部材が螺旋状をなす請求項１〜４の何れか１項に記載の電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両等の省力化、低燃費化を目的とした電動化が進んでおり、例えば、自動車の自動変速機やブレーキ、ステアリング等の操作をモータなど電動機の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このような用途に使用される電動アクチュエータとして、電動モータから出力された回転運動をねじ機構（ボールねじ機構、あるいは滑りねじ機構）により直線運動に変換するものが知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１８４４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このねじ機構では、運動変換機構の直線運動側の部材（例えばねじ軸）が回転運動側の部材（例えばナット部材）との間の摩擦で回転しないように回り止めが必要とされる。特許文献１には、この種の回り止めとして、ボールねじ軸の一端に設けたピン挿入穴にピンを挿入し、ピン挿入穴から突出したピンの端部にガイドローラを取り付け、このガイドローラを静止側のケースに設けた案内溝に挿入する構造が開示されている。この回り止めでは、ガイドローラがボールねじナットの回転方向で案内溝と係合することによりボールねじ軸の回り止めがなされ、その一方で、ガイドローラが案内溝を転動することによりボールねじ軸の直線運動が許容される。
【０００５】
しかしながら、係る構成の回り止めでは、ボールねじ軸の直線運動中に、ガイドローラが案内溝に押し付けられながら転動するため、ガイドローラや案内溝の摩耗対策が必要となり、コスト高を招く。また、ピン、ガイドローラ、および案内溝を設置するスペースが必要となるため、回り止めの占有スペースが大きくなり、電動アクチュエータのさらなる小型化に支障を来す。
【０００６】
そこで、本発明は、直線運動する部材の回り止めを有する電動アクチュエータの低コスト化および小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、本発明は、電動モータと、前記電動モータから出力された回転運動を直線運動に変換する運動変換機構と、静止部材とを有し、前記運動変換機構がねじ軸と当該ねじ軸に螺合したナット部材とを備え、前記ねじ軸と前記ナット部材のうちどちらか一方の部材が直線運動を行う電動アクチュエータにおいて、直線運動を行う前記一方の部材と前記静止部材との間に配置された密封部材と、前記一方の部材の直線運動に追従して弾性変形可能なばね部材とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
係る構成によれば、密封部材により一方の部材と静止部材との間の空間が密封される。また、ばね部材は一方の部材の直線運動に追従して弾性変形するため、直線運動を行う一方の部材と静止部材は、ばね部材を介して連結された状態にある。ばね部材は高いねじり剛性を有するため、ばね部材を、直線運動を行う一方の部材の回転を規制する回り止めとして機能させることができる。これにより、回り止めが占有するスペースを少なくして、電動アクチュエータの小型化を図ることができる。また、回り止め機能を奏するばね部材は基本的に摩耗しないため、電動アクチュエータの長寿命化を図ることもできる。
【０００９】
密封部材は、蛇腹部を有するブーツで形成するのが好ましい。この時、ブーツとばね部材を一体にすれば、回り止めが占有するスペースを最小限にすることができる。そのため、電動アクチュエータのさらなる小型化、あるいは低コスト化を図ることができる。この場合、ブーツが直線運動を行う一方の部材の回り止めとして機能する。
【００１０】
密封部材は、環状のシールリップを有するシール部材で形成することもできる。
【００１１】
ばね部材を螺旋状に形成すれば、ばね部材を、一方の部材の直線運動に追従して弾性変形させることが容易となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、直線運動する部材の回り止めを有する電動アクチュエータの低コスト化および小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）図は本発明の第一の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図であり、（ｂ）図は（ａ）図中の領域Ｘを拡大して示す断面図である。
【図２】第一の実施形態で使用するばね部材を示す側面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。
【図４】第二の実施形態で使用するばね部材を示す側面図である。
【図５】ばね部材の他の例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。まず、図１（ａ）を参照しつつ、電動アクチュエータの基本構成及び動作について説明する。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、第一の実施形態に係る電動アクチュエータ１は、駆動源である電動モータ２と、電動モータ２の回転運動を減速して出力する減速機構３と、減速機構３によって減速された回転運動を電動モータ２の回転軸２ａと平行な軸に伝達する駆動力伝達機構４と、駆動力伝達機構４によって伝達された回転運動を直線運動に変換する運動変換機構５と、逆入力による電動アクチュエータ１の駆動を抑制するロック機構６と、を主な構成としている。
【００１６】
電動モータ２は、モータケース７内に収容されている。電動モータ２の軸方向の一端部側（図１（ａ）における左端部側）は、モータケース７の内周面によって支持され、これとは反対の他端部側は、円環状のモータ支持部材１５によって支持されている。モータ支持部材１５は、減速機構３を収容する減速機構ケース１４に取り付けられている。
【００１７】
減速機構ケース１４は、モータケース７に連結されている。本実施形態では、減速機構３として、複数の遊星ギヤ１０を有する遊星歯車減速機構を用いている。具体的に、減速機構３は、電動モータ２の回転軸２ａに固定された入力回転体としての太陽ギヤ９と、太陽ギヤ９の周囲に配置された遊星回転体としての複数の遊星ギヤ１０と、減速機構ケース１４と一体に形成された軌道リングとしてのリングギヤ１１と、複数の遊星ギヤ１０を保持する出力回転体としてのキャリア１２と、を有している。
【００１８】
電動モータ２が回転駆動を開始すると、太陽ギヤ９が回転し、これに伴って、太陽ギヤ９と噛み合う複数の遊星ギヤ１０が自転しながらリングギヤ１１に沿って公転する。そして、遊星ギヤ１０の公転運動がこれを支持するキャリア１２の回転運動となることで、電動モータ２の回転運動が減速されて出力される。
【００１９】
駆動力伝達機構４は、減速機構３から出力された駆動力が入力される駆動側のドライブギヤ１６と、ドライブギヤ１６と噛み合う被駆動側のドリブンギヤ１７と、を有する平行軸ギヤ列で構成される。ドライブギヤ１６及びドリブンギヤ１７は、減速機構ケース１４に対してモータケース７側とは反対側に連結された伝達機構ケース１９内に収容されている。ドライブギヤ１６の中央部には、筒状のギヤボス１８が圧入されて固定されている。ドライブギヤ１６は、ギヤボス１８の軸方向両端部に配置された一対の転がり軸受５２，５３によって回転可能に支持されている。これらの転がり軸受５２，５３のうち、一方（図１における左側の転がり軸受５２）は、伝達機構ケース１９に設けられ、他方（図１（ａ）における右側の転がり軸受５３）は、伝達機構ケース１９に対して減速機構ケース１４側とは反対側に連結された運動変換機構ケース２５に設けられている。ドリブンギヤ１７は、運動変換機構５が有するナット部材２１の外周面に固定されている。
【００２０】
ギヤボス１８の減速機構３側の端部には、減速機構３のキャリア１２が圧入されて固定されている。このため、キャリア１２が回転すると、これと一体的にドライブギヤ１６が回転する。本実施形態では、ドリブンギヤ１７がドライブギヤ１６よりも歯数の多い大径のギヤで構成されているため、駆動力伝達機構４は減速機としても機能する。このように、本実施形態では、電動モータ２の回転運動が、上述の減速機構３によって減速され、さらに駆動力伝達機構４においても減速されることで、回転トルクを大幅に増大させることができ、小型の電動モータを用いても十分な出力を得ることが可能である。なお、ドライブギヤ１６とドリブンギヤ１７とを同じ歯数のギヤで構成し、回転運動を減速せずに伝達するようにしてもよい。
【００２１】
運動変換機構５は、ボールねじ機構で構成されている。具体的に、運動変換機構５は、ナット部材（ボールねじナット）２１と、ナット部材２１の内周に挿入されたねじ軸（ボールねじ軸）２２と、ナット部材２１の内周面とねじ軸２２の外周面とのそれぞれ形成された螺旋状溝間に配置された多数のボール２３と、ボール２３を螺旋状溝間で循環させる循環部材２４と、を有している。ナット部材２１は、運動変換機構ケース２５に設けられた複列の軸受２６によって回転可能に支持されている。本実施形態では、軸受２６として、複列アンギュラ玉軸受を用いているが、それ以外の軸受を用いてもよい。
【００２２】
ねじ軸２２は、電動モータ２の回転軸２ａと平行に配置されている。ねじ軸２２の先端側（図１における左端側）には、連結孔２２０が設けられており、この連結孔２２０にボルト等の締結具を挿入することで、ねじ軸２２に対して操作対象となる機器を連結することができる。
【００２３】
電動モータ２の回転運動が減速機構３から駆動力伝達機構４に伝達されて、ドリブンギヤ１７が回転すると、これと一体的にナット部材２１が回転することで、多数のボール２３が両螺旋状溝に沿って循環移動し、ねじ軸２２がその軸方向の一方又は他方に直線移動する。図１に示す状態から電動モータ２を正回転させると、ねじ軸２２が図の左側へ前進する。また、電動モータ２を逆回転させると、ねじ軸２２が図の右側へ後退する。このように、ねじ軸２２が前進又は後退することで、電動モータ２の正方向又は逆方向の回転運動が電動モータ２の回転軸２ａと平行な直線運動に変換される。
【００２４】
ねじ軸２２の後端側（図１における右側）は、ねじ軸ケース２９によって覆われている。ねじ軸ケース２９は、運動変換機構ケース２５に対して伝達機構ケース１９側とは反対側に連結されている。ねじ軸２２の後端部には、ねじ軸２２がねじ軸ケース２９と当接した際の衝撃を吸収するため、緩衝部材３０が配置されている。
【００２５】
ねじ軸２２の先端側には、電動アクチュエータ１内への異物侵入を防止する密封部材としてのブーツ３１と、ブーツ３１を保護するためのブーツカバー３４と、が設けられている。ブーツ３１は樹脂製又はゴム製であり、大径端部３１ａと小径端部３１ｂとこれらを繋いで軸方向に伸縮する蛇腹部３１ｃとで構成されている。大径端部３１ａは、伝達機構ケース１９に設けられた円筒部１９ａの外周面にブーツバンド３２によって締め付け固定され、小径端部３１ｂは、ねじ軸２２の先端側の外周面にブーツバンド３３によって締め付け固定されている。本実施形態では、ブーツカバー３４が、ブーツ３１の外側を覆うように、モータケース７と一体に構成されている。
【００２６】
また、ねじ軸２２の外周面には、ねじ軸２２の軸方向位置を検出するための磁石４５（センサーターゲット）が設けられている。ねじ軸２２が前進又は後退すると、これに伴って磁石４５の磁場（例えば磁束密度の向き及び強さ）が変化するため、この磁場の変化をモータケース７の外側に設けられた図示しないストロークセンサが検出することにより、磁石４５の軸方向位置、ひいてはねじ軸２２の軸方向位置が検出される。
【００２７】
ロック機構６は、ロック部材３５と、ロック用モータ３９と、ロック用モータ３９の回転軸３９ａに固定されたすべりねじ軸３７と、すべりねじ軸３７の外周に螺合するすべりねじナット部材３８と、を有している。ロック用モータ３９は、ねじ軸ケース２９に設けられたホルダ部４２と、ホルダ部４２に装着されたキャップ部材４３と、によって形成された空間内に収容されている。すべりねじナット部材３８の先端部にはロック部材３５が取り付けられており、ロック用モータ３９が正方向又は逆方向に回転すると、これと一体的にすべりねじ軸３７が回転することで、すべりねじナット部材３８とロック部材３５とが軸方向に前進又は後退する。
【００２８】
ロック部材３５が前進すると、ドライブギヤ１６の周方向の複数個所に設けられた係合孔１６ａのいずれか１つにロック部材３５の先端部が挿入されることで、ドライブギヤ１６の回転が規制されたロック状態（図１に示す状態）となる。ロック状態となることで、操作対象側から運動変換機構５のねじ軸２２側へ逆入力があったとしても、ねじ軸２２の軸方向移動が規制される。そのため電動モータ２の停止中も操作対象を所定の位置に保持しておくことができる。なお、ロック機構６は用途によっては省略することもできる。
【００２９】
一方、この状態からロック部材３５が後退すると、ロック部材３５の先端部がドライブギヤ１６の係合孔１６ａから離脱し、ロック状態が解除される。ロック状態が解除されることで、電動モータ２を駆動させて、ねじ軸２２を前進又は後退させて操作対象を操作することが可能な状態となる。ロック状態およびロック解除状態の何れの状態であるかは、滑りねじナット部材３８と接触可能なマイクロスイッチ４４のＯＮ、ＯＦＦにより検出される。
【００３０】
本実施形態に係る電動アクチュエータの基本構成及び動作については以上の通りである。以下、本実施形態に係る電動アクチュエータの特徴部分について説明する。
【００３１】
本実施形態では、既に述べたように、直線運動を行うねじ軸２２と、静止部材としての伝達機構ケース１９の円筒部１９ａとの間に、密封部材としてのブーツ３１が配置され、このブーツ３１でねじ軸と円筒部１９ａの間の空間が密封されている。
【００３２】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ブーツ３１は、螺旋状のばね部材６０と一体に成形されている。図２に示すように、ばね部材６０は例えば金属製のコイルばねで形成される。ばね部材６０は、ブーツ３１の蛇腹部３１ｃの形状に対応した形状を備えており、ばね軸方向に沿って複数の山部６１と谷部６２とを有する。本実施形態のばね部材６０は、山部６１および谷部６２をブーツ３１の山部３１１および谷部３１２と同数にしている。
【００３３】
ばね部材６０は、ブーツ３１の各山部３１１を大径端部３１ａ側から順に第１山（３１１ａ）、第２山、第３山、第４山（３１１ｄ）と称し、各谷部を大径端部３１ａから順に第１谷（３１２ａ）、第２谷、第３谷、第４谷（３１２ｄ）と称した時に、例えば、大径端部３１ａに連なる円筒部３１ｄと第１谷３１２ａの間の領域から、第４山（最終山）３１１ｄに至る領域にわたって配置される。
【００３４】
このばね部材６０を金型内にインサートした状態でブーツ３１を射出成形（インサート成形）することにより、図１（ａ）に示すブーツ３１とばね部材６０の一体品が得られる。なお、ばね部材６０はブーツ３１の肉厚よりも小径の線材で形成し、かつブーツ３１の成形時には、ブーツ３１の肉厚の中央付近に配置するのが好ましい。これにより、ばね部材６０の全表面がブーツ３１で覆われるため、ばね部材６０の発錆等を防止することができる。
【００３５】
このようにブーツ３１にばね部材６０を一体化させることにより、ばね部材６０がコア材として機能するため、ブーツ３１のねじり剛性を高めることができる。その一方で、コイルばねからなるばね部材６０が、そのばね軸をねじ軸２２の直線移動方向に向けて配置されているため、ばね部材６０は、ブーツ３１の伸縮に伴って弾性的に伸縮可能である。そのため、ねじ軸２２の直線移動中は、その全行程においてばね部材６０がねじ軸２２に追従し、ブーツ３１と共に弾性変形する。従って、ブーツ３１の伸縮がばね部材６０によって阻害されることはない。
【００３６】
このようにブーツ３１のねじり剛性を高めることで、ブーツ３１に、ねじ軸２２の回転を規制する回り止めとしての機能を付与することができる。特許文献１に記載の電動アクチュエータでは、緩衝部材３０に相当する部分に半径方向に突出するピンを設け、ピンの両端にガイドローラを装着し、ガイドローラをねじ軸ケース２９の軸方向に沿って設けたガイド溝内に収容して回り止めを形成しているが、本実施形態では、ねじ軸２２の軸端に設けられた係る回り止めが不要となる。そのため、回り止めが占有するスペースを省略もしくは小型化することができ、電動アクチュエータ１の小型化を図ることができる。また、回り止め機能を有するばね部材６０は基本的に摩耗しない。そのため、電動アクチュエータの長寿命化を図ることもできる。
【００３７】
図３に基づいて第二の実施形態を説明する。
この第二の実施形態では、静止部材としての伝達機構ケース１９の円筒部１９ａが軸方向に延長されている。延長した円筒部１９ａの先端部の内周に、スペーサ７１を介して、環状のシールリップ７２ａを有するシール部材７２が取り付けられている。シールリップ７２ａはねじ軸２２の外周面に摺接している。このように円筒部１９ａとねじ軸２２の間に、密封部材としてのシール部材７２を配置することにより、円筒部１９ａとねじ軸２２の間の空間が密封された状態となる。この場合、第一の実施形態で使用されていたブーツ３１が不要となる。
【００３８】
シール部材７２で密封された空間内に、第一の実施形態と同様に、複数の山部６１と谷部６２（図４参照）を有する螺旋状のばね部材６０が配置される。ばね部材６０の一端６３は伝達機構ケース１９に取り付けられ、他端６４はねじ軸２２に取り付けられている。以上に説明した事項を除き、第二の実施形態に係る電動アクチュエータ１の構成は、第一の実施形態と共通するため、重複説明を省略する。
【００３９】
この第二の実施形態でも、ばね部材６０が高いねじり剛性を有するため、ばね部材６０がねじ軸２２の回転を規制する回り止めとして機能する。また、ばね部材６０はねじ軸２２の直線移動方向に弾性変形可能であり、ねじ軸２２の直線移動に追従して弾性変形する。従って、ねじ軸２２の直線運動は阻害されない。よって、第一の実施形態と同様の作用効果を得ることができ、電動アクチュエータ１の小型化と長寿命化を達成することができる。
【００４０】
なお、図３に示す実施形態では、ばね部材６０に山部６１と谷部６２を設けているが、図５に示すように、ばね部材６０を、ばね軸方向が均一径となった円筒状に形成することもできる。
【００４１】
以上の実施形態では、運動変換機構５のねじ軸２２を直線運動させる場合について説明したが、ねじ軸２２を回転させてナット部材２１を直線運動させる場合にも、各実施形態の構成を同様に適用することができる。
【００４２】
また、運動変換機構５として、ボールねじ２２とボールねじナット２１を有するボールねじ機構を使用する場合を例示したが、螺旋溝間にボール２３を介在させずにねじ軸とナット部材を螺合させた滑りねじ装置を運動変換機構５として使用することもできる。
【００４３】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００４４】
１      電動アクチュエータ
２      電動モータ
３      減速機構
４      駆動力伝達機構
５      運動変換機構
６      ロック機構
７      モータケース（静止部材）
１９    伝達機構ケース（静止部材）
２１    ボールねじナット（ナット部材）
２２    ボールねじ軸（ねじ軸）
３０    緩衝部材
３１    ブーツ（密封部材）
３１ａ  大径端部
３１ｂ  小径端部
３１ｃ  蛇腹部
６０    ばね部材
６１    山部
６２    谷部
７２    シール部材（密封部材）
７２ａ  シールリップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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