(57)【要約】  【課題】  低コスト且つ小型化が図れ、更に省エネが図れるアクチュエータを提供する。  【解決手段】  ボール１２が凹部７ｂ又は７ｃに係合している間は、コイルばね１１の付勢力により、ボール１２が凹部７ｂ又は７ｃに向かって押圧されるので、ナット７を軸線方向に移動させるには、ボール１２を押し戻す力が必要になる。即ち、ボール１２が凹部７ｂ又は７ｃに係合する位置を、シフトセレクト位置とすれば、その位置を保持することができることとなる。従って、電磁クラッチなどを用いることなく、ナット７の軸線方向の位置が保持されることとなり、動作に当たって通電が不要であり省エネが図れると共に、低コスト且つコンパクトなアクチュエータを提供できる。【選択図】  図１
2006144914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
外周面に雄ねじ溝を形成し、軸線方向に移動不能であって回転可能に支持されたねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成し、回転不能であって軸線方向に移動可能に支持されたナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ハウジングに取り付けられた弾性体と、
前記弾性体により前記ナットに対して付勢された凸部と、を有し、
前記ナットの外周面には凹部が形成されており、前記凸部を前記凹部に係合させることによって、前記ナットを軸線方向に位置保持することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記凸部の移動を検出することによって、前記ナットが所定の位置へと移動したことを検出する検出器を有することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記ハウジングと前記ナットとの間には、前記ナットの軸線方向移動を緩衝する緩衝部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ機構を備えた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たり、４輪駆動車両において２輪駆動と４輪駆動とを切り替える等のために用いられると好適なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
同期かみ合い式変速機において、モータを動力源として、複数のシフトフォーク軸の任意の１つを軸方向に移動させることによってセレクトする電動式セレクト・シフト装置が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３５１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両が受ける衝撃力や振動などで、一旦セレクトされたシフトフォーク軸が移動することを防止するために、特許文献１においては、電磁クラッチとスプリングとを組み合わせて用いることにより、固定位置でセレクト・シフト軸の回転を拘束するようにしている。ところが、かかる従来技術の構成では、電磁クラッチを設けることによりコストや部品点数が増大すると共に、設置スペースも設けなくてはならないという問題がある。更に、電磁クラッチは、その動作のために通電が必要になり、省エネが図れないという問題がある。
【０００４】
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、低コスト且つ小型化が図れ、更に省エネが図れる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】
【０００５】
本発明のボールねじ機構は、
ハウジングと、
外周面に雄ねじ溝を形成し、軸線方向に移動不能であって回転可能に支持されたねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成し、回転不能であって軸線方向に移動可能に支持されたナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、
前記ハウジングに取り付けられた弾性体と、
前記弾性体により前記ナットに対して付勢された凸部と、を有し、
前記ナットの外周面には凹部が形成されており、前記凸部を前記凹部に係合させることによって、前記ナットを軸線方向に位置保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のアクチュエータは、前記弾性体により前記ナットに対して付勢された凸部を前記凹部に係合させることによって、前記ナットを軸線方向に位置保持するので、電磁クラッチを用いる必要がなく、従って動作に当たって通電が不要であり省エネが図れると共に、低コスト且つコンパクトなアクチュエータを提供できる。
【０００７】
更に、前記凸部の移動を検出することによって、前記ナットが所定の位置へと移動したことを検出する検出器を有すると、位置決め制御を行えるので好ましい。
【０００８】
更に、前記ハウジングと前記ナットとの間には、前記ナットの軸線方向移動を緩衝する緩衝部材が設けられていると、ナットがオーバーランした場合の衝撃を緩和できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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、第１の実施の形態である、シフトセレクト装置に搭載できるアクチュエータの軸線方向断面図である。図１において、ハウジング１は、中空のハウジング本体１Ａと、その端部を遮蔽するハウジング蓋１Ｂとからなる。ハウジング本体１Ａには軸受２が配置され、ハウジング蓋１Ｂには軸受３が配置されている。軸受２，３によって、ハウジング１に対しねじ軸４が回転自在に且つ軸線方向移動不能に支持されている。
【００１０】
ねじ軸４の図で右端には、セレーション結合によりウォームホイール５が一体的に回転するように取り付けられている。ウォームホイール５は、不図示のモータの回転軸に連結されたウォーム６に噛合している。
【００１１】
ねじ軸４の外周面には、雄ねじ溝４ａが形成されている。軸線方向に移動可能となるように支持された略円筒状のナット７は、ねじ軸４を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝７ａを形成している。複数のボール８が、対向する両ねじ溝４ａ、７ａ間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。ボール８は、チューブ７ｄにより転走路の一端から他端へと戻されるようになっている。ナット７の上部には、軸線方向に離れて２カ所に凹部７ｂ、７ｃが設けられている。ねじ軸４，ナット７，ボール８でボールねじ機構を構成する。
【００１２】
ナット７の外周には、出力アーム９の一端が取り付けられている。出力アームは、ハウジング１に形成された長孔１ａを介して外方へと延在し、不図示のシフトフォークに連結されている。ナット７が軸線方向へ移動すれば、出力アーム９も一体的に移動し、その動力を用いて不図示のシフトフォークを駆動し、シフトを行うようになっている。尚、出力アーム９と長孔１ａは、ナット７の回り止めの機能も有する。
【００１３】
ハウジング本体１Ａの上部に形成されたねじ孔１ｂには、下端が開放した袋孔１０ａを有するねじ部材１０が螺合している。ねじ部材１０の袋孔１０ａ内には、弾性体であるコイルばね１１が装填され、更にコイルばね１１により付勢されるようにして凸部であるボール１２が取り付けられている。尚、袋孔１０ａの開放端は、ボール１２を組み込んだ後、カシメなどして縮径されると、ねじ部材１０を逆さにしてもボール１２が落下することが阻止されるので好ましい。
【００１４】
更に、軸受２に隣接して間座１３を設けており、間座１３とナット７との間に緩衝部材としての大コイルばね１４を配置している。間座１３を設けた理由は、大コイルばね１４の端部が軸受２に直接当接しないようにするためであり、それにより例えば大コイルばね１４の圧縮時等によるねじり回転を軸受２に伝達しないようになっている。尚、緩衝部材としては大コイルばねに限らず、樹脂材などでも良い。
【００１５】
本実施の形態の動作を説明すると、不図示の電動モータからの動力がウォーム６及びウォームホイール５により減速されつつねじ軸４に伝達されると、転走路を転動し且つチューブ７ｄを介して循環するボール８により、回転運動がナット７の軸線方向運動に効率よく変換され、出力アーム９を介して不図示のシフトフォークを軸線方向に移動させることができる。ねじ軸４の回転力が大きく、ナット７がオーバーランしたような場合には、ナット７に押されて大コイルばね１４がたわむことで、所望の緩衝機能を発揮するようになっている。
【００１６】
ここで、図１に示す状態からナット７が右方に移動したとすると、ボール１２がコイルばね１１の付勢力に抗して凹部７ｃから抜け出した後、ナット７の外周面を転動する。その後、ナット７が所定距離移動することで、ボール１２が凹部７ｂに係合することとなる。ナットが左方に移動した場合も、同様な動作となる。
【００１７】
ここで、ボール１２が凹部７ｂ又は７ｃに係合している間は、コイルばね１１の付勢力により、ボール１２が凹部７ｂ又は７ｃに向かって押圧されるので、ナット７を軸線方向に移動させるには、ボール１２を押し戻す力が必要になる。即ち、ボール１２が凹部７ｂ又は７ｃに係合する位置を、不図示のシフトフォークを固定すべきシフトセレクト位置とすれば、その位置を保持することができることとなる。従って、本実施の形態によれば、電磁クラッチなどを用いることなく、ナット７の軸線方向の位置が保持されることとなり、動作に当たって通電が不要であり省エネが図れると共に、低コスト且つコンパクトなアクチュエータを提供できる。
【００１８】
尚、コイルばね１１によるボール１２の付勢力が強すぎると、大きなモータの起動トルクを必要になり、弱すぎると位置保持機能が弱められる恐れがある。従って、コイルばね１１の付勢力は所定範囲に調整されることが望ましい。本実施の形態においては、ねじ部材１０のねじ孔１ｂへのねじ込み量を調整することにより、ボール１２の予圧量を変化させることができるため、それにより凹部７ｂ、７ｃ係合時におけるコイルばね１１によるボール１２の付勢力を調整することができる。
【００１９】
図２は、本実施の形態の変形例にかかるアクチュエータの一部を示す図である。図２において、ハウジング本体１Ａに取り付けた部材に、板ばね１２’の両端（片端でもよい）をビス止めしている。弾性体である板ばね１２’は、中央が三角形状に折り曲げられて先端１２ａ’を形成しており、ここが凸部となっている。尚、凹部７ｂ、７ｃに先端１２ａ’が係合した状態でも、板ばね１２’は弾性変形している。
【００２０】
本変形例においても、図２に示す状態からナット７が右方に移動したとすると、先端１２ａ’が板ばね１２’の弾性変形に基づく付勢力に抗して凹部７ｃから抜け出した後、ナット７の外周面を摺動する。その後、ナット７が所定距離移動することで、先端１２ａ’が凹部７ｂに係合することとなる。ナットが左方に移動した場合も、同様な動作となる。本変形例の場合は、図１に示す構成より、簡素且つ低コストである。
【００２１】
図３は、第２の実施の形態である、シフトセレクト装置に搭載できるアクチュエータの軸線方向断面図である。尚、ねじ軸は簡略化して図示している。図３において、ハウジング１０１は、中空のハウジング本体１０１Ａと、その端部を遮蔽するハウジング蓋１０１Ｂとからなる。ハウジング本体１０１Ａには軸受１０２が配置され、ハウジング蓋１０１Ｂには軸受１０３が配置されている。軸受１０２，１０３によって、ハウジング１０１に対しねじ軸１０４が回転自在に且つ軸線方向移動不能に支持されている。
【００２２】
ねじ軸１０４の図で右端には、セレーション結合によりウォームホイール１０５が一体的に回転するように取り付けられている。ウォームホイール１０５は、モータ１０６の回転軸に連結されたウォームに噛合している。
【００２３】
ねじ軸１０４の外周面には、雄ねじ溝１０４ａが形成されている。軸線方向に移動可能となるように支持された略円筒状のナット１０７は、ねじ軸１０４を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成している。複数のボール（不図示）が、対向する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。ナット１０７の図で上部及び下部には、軸線方向に離れて２カ所に凹部１０７ｂ、１０７ｃが設けられている。ねじ軸１０４，ナット１０７，ボールでボールねじ機構を構成する。
【００２４】
ナット１０７の外周には、出力アーム１０９の一端が取り付けられている。出力アーム１０９は、ハウジング１０１に形成された長孔（不図示）を介して外方へと延在し、不図示のシフトフォークに連結されている。ナット１０７が軸線方向へ移動すれば、出力アーム１０９も一体的に移動し、その動力を用いて不図示のシフトフォークを駆動し、シフトを行うようになっている。尚、出力アーム１０９と長孔は、ナット１０７の回り止めの機能も有する。
【００２５】
ハウジング本体１０１Ａの上部及び下部に形成されたねじ孔１０１ｂ、１０１ｃには、それぞれ検出器１１０、１１０が取り付けられている。同様な構成である各検出器１１０は、中空孔を有する本体１１０ａと、中空孔内において並行して配置された一対の接片（弾性体）１１０ｂ、１１０ｃと、接片１１０ｂ、１１０ｃより外方に配置されたボール（凸部）１１０ｄとからなる。
【００２６】
図３で上方の検出器１１０のように、ボール１１０ｄが、凹部１０７ｂ、１０７ｃに係合していない状態のときは、ナット１０７の外周面から押し上げられたボール１１０ｄにより接片１１０ｂが押されて接片１１０ｃに接触しており、それにより検出器１１０から接触信号が出される。一方、図３で下方の検出器１１０のように、ボール１１０ｄが、凹部１０７ｂ、１０７ｃに係合している状態のときは、ナット１０７の外周面からのボール１１０ｄの押し上げ量が減るため、接片１１０ｂが接片１１０ｃから離隔し、それにより検出器１１０から非接触信号が出される。
【００２７】
本実施の形態の動作を説明すると、電動モータ１０６からの動力がウォーム及びウォームホイール１０５により減速されつつねじ軸１０４に伝達されると、回転運動がナット１０７の軸線方向運動に効率よく変換され、出力アーム１０９を介して不図示の被駆動部材を軸線方向に移動させることができる。
【００２８】
ここで、図３に示す状態では、下方の検出器１１０から非接触信号が出力され、上方の検出器１１０から接触信号が出力されているため、かかる信号よりナット１０７は図で右方の所定位置にあると判断できる。かかる状態から、ナット１０７が左方に移動したとすると、下方の検出器１１０のボール１１０ｄが凹部１０７ｃからナット１０７の外周面へと押し上げられるため、双方の検出器１１０から接触信号が出力される。それによりナット１０７は、所定位置以外の位置にあると判断できる。その後、ナット１０７が所定距離移動することで、上方の検出器１１０のボール１１０ｄが凹部１０７ｂに係合することとなるので、非接触信号が出される。かかる信号よりナット１０７は図で左方の所定位置にきたと判断できる。即ち、２つの検出器１１０からの出力信号を検出することによって、ナット１０７がいずれの位置にあるかを判断することができ、それによりモータ１０６の駆動制御を行うことができる。
【００２９】
本実施の形態においても、凸部であるボール１１０ｄが凹部１０７ｂ又は１０７ｃに係合している間は、弾性体である接片１１０ｂの付勢力により、ボール１１０ｄが凹部１０７ｂ又は１０７ｃに向かって押圧されるので、ナット１０７を軸線方向に移動させるには、ボール１１０ｄを押し戻す力が必要になる。即ち、ボール１１０ｄが凹部１０７ｂ又は１０７ｃに係合する位置を、シフトセレクト位置として保持することができることとなる。従って、電磁クラッチなどを用いることなく、ナット１０７の軸線方向の位置が保持されることとなり、動作に当たって通電が不要であり省エネが図れると共に、低コスト且つコンパクトなアクチュエータを提供できる。
【００３０】
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、凹部の数は、１つもしくは３つ以上の任意の数とすることができる。又、検出器は上述したタイプに限らない。一例としては、ナットにマグネットを装着し、ホール素子によって磁界の強度を検出することで、マグネット即ちナットの位置を検出する検出器が考えられる。更に、モータからねじ軸への動力伝達は、歯車、ベルト、摩擦車、リンク機構など各種の媒体を用いることができる。凹部は、円錐形状でも、周方向に切り取られたＶ字断面周溝でも、いずれでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施の形態である、シフトセレクト装置に搭載できるアクチュエータの軸線方向断面図である。
【図２】本実施の形態の変形例にかかるアクチュエータの一部を示す図である。
【図３】第２の実施の形態である、シフトセレクト装置に搭載できるアクチュエータの軸線方向断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ ハウジング
１Ａ ハウジング本体
１Ｂ ハウジング蓋
１ａ 長孔
１ｂ ねじ孔
２，３ 軸受
４ ねじ軸
４ａ 雄ねじ溝
５ ウォームホイール
６ ウォーム
７ ナット
７ａ 雌ねじ溝
７ｂ 凹部
７ｃ 凹部
７ｄ チューブ
８ ボール
９ 出力アーム
１０ ねじ部材
１０ａ 袋孔
１１  コイルばね
１２ ボール
１３ 間座
１０１ ハウジング
１０１Ａ ハウジング本体
１０１Ｂ ハウジング蓋
１０１ｂ ねじ孔
１０２，１０３ 軸受
１０４ ねじ軸
１０５ ウォームホイール
１０６ モータ
１０７ ナット
１０７ｂ 凹部
１０７ｃ 凹部
１０９ 出力アーム
１１０ 検出器
１１０ａ 本体
１１０ｂ 接片
１１０ｃ 接片
１１０ｄ ボール
【図１】
2006144914.tif 000003
【図２】
2006144914.tif 000004
【図３】
2006144914.tif 000005