(57)【要約】【課題】  ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を抑え、品質の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供する。【解決手段】  電動モータ５と同軸状に連結され、外周にねじ溝７ａが形成されたねじ軸７と、外周にリンク２の一端部を支持する支持軸１２を有し、内周にねじ溝８ａが形成されたナット８と、両ねじ溝間に収容されたボール９とを有し、電動モータ５の回転運動を軸方向運動に変換し、支持軸１２を介してリンク２を揺動運動させるボールねじ３と、ねじ軸７を回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承する一対の深溝玉軸受からなる支持軸受１０、１１とを備えた電動リニアアクチュエータ１において、支持軸受１１の外輪１１ａとハウジング４との間に皿ばね１７が弾性装着され、ボールねじ３に作用する静的なアキシアル荷重よりも大きく設定された予圧を支持軸受１１に付与した。【選択図】図１
2006057803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールとを有し、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を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承する一対の深溝玉軸受からなる支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記一対の支持軸受の一方の支持軸受に所定の定圧予圧を付与したことを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記予圧量が、前記ボールねじに作用する静的なアキシアル荷重よりも大きく設定されている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記ねじ軸の端部に配設された前記支持軸受の外輪と前記ハウジングとの間に弾性部材が装着されている請求項１または２に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記電動モータ側に配設された前記支持軸受の内輪と前記電動モータとの間にスラスト軸受を介して弾性部材が装着されている請求項１または２に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記ボールねじに軽予圧が付与されている請求項１乃至４いずれかに記載の電動リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車のブレーキ、エンジン、トランスミッション等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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
従来、この種の電動リニアアクチュエータでは、駆動側の作用線はボールねじの軸心と同一であり、純アキシアル荷重がボールねじに負荷されるが、ボールねじに負荷される荷重が純アキシアル荷重でない場合には、ボールねじにラジアル荷重が直接負荷されないように、リニアガイド等が併用されていた。
【０００４】
しかしながら、一般産業機器の用途では、比較的大きな空間スペースがあり、構成部品の配置や大きさに対する自由度が大きいが、自動車のエンジンルーム等ではそれが厳しく制限される。したがって、ボールねじに純アキシアル荷重のみが負荷される構造の電動リニアアクチュエータを組み込むことは困難であった。
【０００５】
こうした問題点を解決したものとして、図４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、一対のリンク５１と、このリンク５１を介して被駆動部材を揺動駆動するボールねじ５２と、このボールねじ５２を駆動する電動モータ５３とから構成されている。
【０００６】
ボールねじ５２は、電動モータ５３により回転駆動されるねじ軸５４と、このねじ軸５４の外周面に形成された螺旋状のねじ溝５４ａと対向する螺旋状のねじ溝５５ａが内周面に形成されたナット５５と、これら両ねじ溝５４ａ、５５ａ間に収容された多数のボール５６とを備えている（図５参照）。ナット５５には、リンク５１の一端部を回転自在に支承する支持軸５７が設けられている。この支持軸５７は、ナット５５の重心を通り、ねじ軸５４の軸心に対して直角に設けられている。
【０００７】
また、ボールねじ５２は、螺旋状のねじ溝５４ａ、５５ａとの間にボール５６の無限循環路を形成する循環部材としてのリターンチューブ５８を備えている。このリターンチューブ５８は、ナット５５に装着されており、図５に示すように、支持軸５７を介してナット５５に作用する負荷荷重Ｆのラジアル方向成分Ｆｒが作用する側（図中上側）と反対側（図中下側）に配置されている。
【０００８】
これにより、ラジアル方向成分Ｆｒが作用する反対側（図中下側）に位置するボール数より、ラジアル方向成分Ｆｒが作用する側（図中上側）に位置するボール数が多くなる。したがって、支持軸５７を介してナット５５に作用する負荷荷重Ｆのラジアル方向成分Ｆｒによってボールねじ５２の寿命が低下するのを防止することができる。
【特許文献１】特開２００４−８４８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、ボールねじ５２のねじ軸５４を回転自在に支承する支持軸受として一対の深溝玉軸受５９、６０が配設されているが、この場合、電動リニアアクチュエータ５０のボールねじ５２には、作用点からの反力として振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されるため、振動や音響面において依然課題が残っていた。
【００１０】
本発明は、こうした従来の課題を解消し、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を抑え、品質の向上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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールとを有し、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を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承する一対の深溝玉軸受からなる支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記一対の支持軸受の一方の支持軸受に所定の定圧予圧を付与した構成を採用した。
【００１２】
このように、ねじ軸を回転自在に支承する一対の深溝玉軸受からなる支持軸受の一方の指示軸受に所定の定圧予圧を付与したので、支持軸受はボールと接触角がついた状態で保持され、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、簡単な構成で電動リニアアクチュエータの振動や騒音の発生を抑えることができる。
【００１３】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記予圧量が、前記ボールねじに作用する静的なアキシアル荷重よりも大きく設定されていれば、支持軸受に予圧抜けが発生しなく、常時安定して振動や騒音の発生を抑えることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、前記ねじ軸の端部に配設された前記支持軸受の外輪と前記ハウジングとの間に弾性部材が装着されているので、一対の支持軸受はボールと接触角がついた状態で保持され、最小の部品点数で支持軸受に予圧を付与することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、前記電動モータ側に配設された前記支持軸受の内輪と前記電動モータとの間にスラスト軸受を介して弾性部材が装着されているので、弾性部材に内輪の回転に伴う無理な捩れが発生せず、高速回転時においても挙動が安定する。
【００１６】
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記ボールねじに軽予圧が付与されていれば、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を一層抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電動リニアアクチュエータは、ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールとを有し、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を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承する一対の深溝玉軸受からなる支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記一対の支持軸受の一方の支持軸受に所定の定圧予圧を付与したので、支持軸受はボールと接触角がついた状態で保持され、ボールねじに振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、簡単な構成で電動リニアアクチュエータの振動や騒音の発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータのモータ軸に同軸状に連結され、外周に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外挿され、外周にリンクの一端部を支持する支持軸を有し、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、両ねじ溝間に収容された多数のボールとを有し、前記電動モータの回転運動を軸方向運動に変換すると共に、前記支持軸を介して連結されたリンクを揺動運動させるボールねじと、前記ねじ軸を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承する一対の深溝玉軸受からなる支持軸受とを備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記ねじ軸の端部に配設された前記支持軸受の外輪と前記ハウジングとの間に皿ばねが弾性装着され、当該支持軸受に所定の定圧予圧を付与した。
【実施例１】
【００１９】
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の実施形態を示す要部を断面した正面図、図２は、本発明に係るボールねじを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は駒部材の斜視図である。
【００２０】
この電動リニアアクチュエータ１は、リンク２と、このリンク２を介して図示しない被駆動部材を揺動駆動するボールねじ３と、このボールねじ３を駆動し、ハウジング４に取付けた電動モータ５とから構成されている。
【００２１】
ボールねじ３は、電動モータ５のモータ軸５ａにカップリング６を介して連結され、図２（ａ）に示すように、電動モータ５により回転駆動されるねじ軸７と、このねじ軸７の外周面に形成された螺旋状のねじ溝７ａと対向する螺旋状のねじ溝８ａが内周面に形成されたナット８と、これら両ねじ溝７ａ、８ａ間に収容された多数のボール９とを備えている。各ねじ溝７ａ、８ａ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、各ねじ溝７ａ、８ａの断面形状は、ボール９との接触角が大きくとれ、軸方向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、アキシアル荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動を抑制することができる。
【００２２】
円筒状のナット８の胴部には、内外の周面に貫通してねじ溝８ａの一部を切欠く楕円状の駒窓１３が穿設され、この駒窓１３に楕円状の駒部材１４が装着されている。また、図２（ｂ）に示すように、駒部材１４の内方には、ねじ溝８ａの隣合う１周分同士を連結する連結溝１５が形成され、この連結溝１５とねじ溝８ａの略１周の部分とでボール９の転動路を構成している。そして、転動路内の内外のねじ溝７ａ、８ａ間に介在された多数のボール９は、ねじ溝７ａ、８ａに沿って転動し、駒部材１４の連結溝１５に案内されてねじ軸７のねじ山を乗り越え、隣接するねじ溝７ａに戻り、再びねじ溝７ａ、８ａに沿って転動する。
【００２３】
駒部材１４の連結溝１５は、ナット８の隣接するねじ溝８ａ間を滑らかに接続するようにＳ字状に湾曲して形成されている。したがって、その両端の開口縁１６は、ナット８の隣接するねじ溝８ａの窓開口縁部に合致するように、駒部材１４の連結溝１５がねじ溝８ａに接続されている。また、連結溝１５の深さは、ボール９が連結溝１５内でねじ軸７におけるねじ溝７ａのねじ山を越えることができる深さとされている。
【００２４】
この駒部材１４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ことにより成形される。前記金属粉としては、後に浸炭焼入が可能な材質が好ましく、例えば、Ｃ（炭素）が０．３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が１〜２ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）からなるものとする。なお、駒部材１４の材質はこれに限らず、例えば、ＰＡ（ポリアミド）６６等の射出成形可能な熱可塑性樹脂によって形成しても良い。
【００２５】
図１に示すように、ねじ軸７は、一対の転がり軸受からなる支持軸受１０、１１を介してハウジング４に対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。一方、ナット８は、その外周面に一対の支持軸１２が突設されている。この支持軸１２は、リンク２の一端部を回転自在に支承し、ねじ軸７の軸心に対して直角に突設されている。したがって、ナット８は、軸方向移動自在に、かつ回転不可に支持されている。
【００２６】
このような構成により、電動モータ５の回転に伴ってねじ軸７が回転し、このねじ軸７の回転によりナット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３により、モータ軸５ａの回転運動がボールねじ３を介してナット８の軸方向運動に変換され、ナット８の支持軸１２を介して連結されたリンク２が揺動運動する。
【００２７】
ここで、本実施形態では、ねじ軸７を回転自在に支承する一対の支持軸受１０、１１として深溝玉軸受が使用されている。このうち電動モータ５側と反対側、すなわち、ねじ軸７の端部に配設される支持軸受１１に皿ばね１７によって所定の定圧予圧が付与されている。この皿ばね１７は、ばね鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＰ１０等）、あるいはステンレス鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＳ６３０等）で形成され、ハウジング４の底部４ａに配設されて支持軸受１１の外輪１１ａの端面に弾性接触している。
【００２８】
皿ばね１７によって支持軸受１１の外輪１１ａが電動モータ５側（図中左側）に押圧され、ねじ軸７がボール１１ｂおよび内輪１１ｃを介して電動モータ５側に押圧される。さらに、このねじ軸７を介して電動モータ５側の支持軸受１０にも予圧が付与される。このように、皿ばね１７の押圧力は、支持軸受１０の内輪１０ｃおよびボール１０ｂを介して外輪１０ａに付与されるが、この外輪１０ａは、ハウジング４に設けられたロックナット１８によって位置決め固定されているため、一対の支持軸受１０、１１は、ボール１０ｂ、１１ｂと接触角がついた状態で保持され、最小の部品点数で支持軸受１０、１１に予圧を付与することができる。したがって、ボールねじ３に振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても振動や騒音の発生を抑えることができ、品質の向上を図った低コス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。
【００２９】
ここで、予圧量は、リンク２を介してボールねじ３に少なくとも静的なアキシアル荷重が作用しても予圧抜けが発生しないように、作用するこのアキシアル荷重よりも大きく設定することが望ましい。また、振動荷重が作用しても、この振動の変位や周波数に対応して予圧抜けが生じない程度の予圧量に設定することが望ましい。なお、ここでは、予圧付与手段として皿ばね１７を例示したが、これに限らず、例えば、所定のばね定数を有するコイルスプリングやゴム等の弾性部材でも良い。
【００３０】
さらに、本実施形態では、ボールねじ３には所定の軽予圧が付与されている。すなわち、両ねじ溝７ａ、８ａ間に収容されるボール９として僅かな大径サイズを選択している。これにより、ボールねじ３に振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、前述した支持軸受１０、１１の予圧と相俟って、一層振動や騒音の発生を抑えることができる。
【００３１】
なお、ボールねじ３に予圧を付与する手段としては、このように、大径サイズのボール９を収容する以外に、図示しないが、ナット８を一対のナットで構成し、このナット間にすきま調整用の間座を介装する、所謂ダブルナット方式、あるいは、ねじ軸７におけるねじ溝７ａのリードを連続的に変化させ、ねじ軸７とナット８との間に予圧を付与する方式であっても良い。
【実施例２】
【００３２】
図３は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの第２の実施形態を示す要部を断面した正面図である。なお、この第２の実施形態は、前述した実施形態と基本的には支持軸受の予圧付与手段のみが異なるだけで、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。
【００３３】
本実施形態では、前述した実施形態と同様、ねじ軸７を回転自在に支承する一対の支持軸受１０、１１として深溝玉軸受が使用されている。このうち電動モータ５側の支持軸受１０にコイルスプリング１９によって所定の定圧予圧が付与されている。このコイルスプリング１９は、ばね鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＰ１０等）、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ６３０等）で形成され、電動モータ５の端部５ｂと支持軸受１０の内輪１１ｃ間に弾性装着されている。なお、予圧付与手段として、ここではコイルスプリング１９を例示したが、これ以外にも、所定のばね定数を有する皿ばね、あるいはゴムや合成樹脂等からなる弾性部材を例示できる。
【００３４】
ここで、予圧量は、リンク２を介してボールねじ３に少なくとも静的なアキシアル荷重が作用しても予圧抜けが発生しないように、前述した実施形態と同様、作用するこのアキシアル荷重よりも大きく設定することが望ましい。
【００３５】
本実施形態では、電動モータ５と支持軸受１０の内輪１０ｃ間にコイルスプリング１９が弾性装着されているので、支持軸受１０は、ボール１０ｂと接触角がついた状態で保持される。したがって、ボールねじ３に振動を伴う荷重や交番荷重が負荷されても、簡単な構成で電動リニアアクチュエータ１の振動や騒音の発生を抑えることができる。
【００３６】
また、このコイルスプリング１９は、ばね受け２０を介して内輪１０ｃを押圧しているが、内輪１０ｃの回転に伴ってコイルスプリング１９が捩られる恐れがあるため、ここでは、電動モータ５の端部５ｂにスラスト針状ころ軸受からなるスラスト軸受２１が配設され、コイルスプリング１９に無理な捩れが発生しないように、また、高速回転時においても挙動が安定するように工夫がなされている。なお、このスラスト軸受２１は、スラスト針状ころ軸受に限らず、滑り軸受や深溝玉軸受を介装させても良い。
【００３７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る電動リニアアクチュエータは、電動モータのモータ軸と同軸状に連結され、モータ軸の回転運動を軸方向運動に変換するボールねじを備え、このボールねじにおけるねじ軸を、一対の支持軸受で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承した構成の電動リニアアクチュエータに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る電動リニアアクチュエータの第１の実施形態を示す要部を断面した正面図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係るボールねじを示す縦断面図である。  （ｂ）は、同上駒部材を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る電動リニアアクチュエータの第２の実施形態を示す要部を断面した正面図である。
【図４】従来の電動リニアアクチュエータを示す一部を断面した正面図である。
【図５】図５のボールねじを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・・・・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
２・・・・・・・・・・・・・・・・・リンク
３・・・・・・・・・・・・・・・・・ボールねじ
４・・・・・・・・・・・・・・・・・ハウジング
４ａ・・・・・・・・・・・・・・・・底部
５・・・・・・・・・・・・・・・・・電動モータ
５ａ・・・・・・・・・・・・・・・・モータ軸
５ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・端部
６・・・・・・・・・・・・・・・・・カップリング
７・・・・・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
７ａ、８ａ・・・・・・・・・・・・・ねじ溝
８・・・・・・・・・・・・・・・・・ナット
９、１０ｂ、１１ｂ・・・・・・・・・ボール
１０、１１・・・・・・・・・・・・・支持軸受
１０ａ、１１ａ・・・・・・・・・・・外輪
１０ｃ、１１ｃ・・・・・・・・・・・内輪
１２・・・・・・・・・・・・・・・・支持軸
１３・・・・・・・・・・・・・・・・駒窓
１４・・・・・・・・・・・・・・・・駒部材
１５・・・・・・・・・・・・・・・・連結溝
１６・・・・・・・・・・・・・・・・開口縁
１７・・・・・・・・・・・・・・・・皿ばね
１８・・・・・・・・・・・・・・・・ロックナット
１９・・・・・・・・・・・・・・・・コイルスプリング
２０・・・・・・・・・・・・・・・・ばね受け
２１・・・・・・・・・・・・・・・・スラスト軸受
５０・・・・・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
５１・・・・・・・・・・・・・・・・リンク
５２・・・・・・・・・・・・・・・・ボールねじ
５３・・・・・・・・・・・・・・・・電動モータ
５４・・・・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
５４ａ、５５ａ・・・・・・・・・・・ねじ溝
５５・・・・・・・・・・・・・・・・ナット
５６・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
５７・・・・・・・・・・・・・・・・支持軸
５８・・・・・・・・・・・・・・・・リターンチューブ
５９．６０・・・・・・・・・・・・・深溝玉軸受
Ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・負荷荷重
Ｆｒ・・・・・・・・・・・・・・・・ラジアル方向成分
【図１】
2006057803.tif 000003
【図２】
2006057803.tif 000004
【図３】
2006057803.tif 000005
【図４】
2006057803.tif 000006
【図５】
2006057803.tif 000007