(57)【要約】  【課題】  低コスト且つ小型化が図れ、更に係止動作を確実に行えるアクチュエータを提供する。  【解決手段】  制御回路１１２が、センサ１１０，１１１から検出信号を入力した後、決定された遅延時間経過後に、モータ１０６への電力供給を遮断するので、例えばモータ１０６の電源電圧や温度に応じて、遅延時間を異ならせ、それに応じてナット１０７が確実に係止位置で静止するようにすることで、ナット１０７の位置決めを高精度に行えることとなる。又、モータ１０６の惰性回転量に関わらず、検出位置と係止位置とは任意の関係とできるので、設計の自由度が向上する。【選択図】  図１
2006304422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられたモータと、
前記モータから動力を受け、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、
前記ナットが軸線方向における検出位置に到達したことを検出し、検出信号を出力するセンサと、
前記センサからの信号に応じて、前記モータを駆動制御する制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記センサから検出信号を入力した後、決定された遅延時間経過後に、前記モータへの電力供給を遮断することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記ナットの外周面には凹部が形成され、前記ハウジングに対して前記ナットに向かって付勢された凸部が前記凹部に係合することによって、前記ナットは所定の軸線方向位置に係止され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】
前記制御回路は、前記モータの電源電圧及び前記モータの温度の少なくとも一方に応じて、前記遅延時間を決定す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セレクトを行ったり、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】
モータからの動力をボールねじ機構を介して伝達し、変速のためにシフトフォークを駆動する自動車用変速機が特許文献１に開示されている。特許文献１において、モータの回転軸が回転すると、歯車対を介して連結されたねじ軸が回転し、その回転運動はナットの軸線運動に変換されるので、ナットに連結されたシフトフォークを所定の位置へと移動させることができる。
【特許文献１】特開２００１−９９３１２号公報
【特許文献２】特開平５−２５６３５９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、特許文献１に具体的な記載はないが、駆動された後のシフトフォークが、車両の振動などによって移動しないように固定する構成が必要となる。ここで、特許文献２に示すような電磁クラッチなどを用いてねじ軸の回転を固定することも考えられるが、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生じる。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もある。
【０００４】
これに対し、例えばボールねじ機構のナットに凹部を設け、かかるナットが所定の位置にきたときに、ハウジングに対してスプリングなどで付勢されたボールを係合させることで、ナットを係止することも考えられる。しかるに、モータの回転軸は比較的慣性が大きいので、モータへの電力供給を遮断しても、直ちに静止せず、しばらく惰性で回転するということがある。かかる場合、惰性でナットが進みすぎた場合、凸部と凹部との係合が確実に行われず、振動などによりナットが移動し始める恐れがある。従って、どのようなタイミングで、モータを制御するかが問題となっている。
【０００５】
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、更に係止動作を確実に行え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】
【０００６】
本発明のボールねじ機構は、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられたモータと、
前記モータから動力を受け、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、
前記ナットが軸線方向における検出位置に到達したことを検出し、検出信号を出力するセンサと、
前記センサからの信号に応じて、前記モータを駆動制御する制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記センサから検出信号を入力した後、決定された遅延時間経過後に、前記モータへの電力供給を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
ここで、例えば前記ナットの係止位置の手前に前記センサを設け、検出位置を通過した前記ナットを検出し、そのセンサからの検出信号に応動し、かかる係止位置に至る前に前記モータへの動力供給を中断すれば、前記モータの惰性回転があっても、前記ナットを係止位置に近づけて係止させることができる。しかるに、例えばシフトフォーク等の被駆動部材に連結された前記ナットの外周面に凹部を設け、且つ前記ハウジングから付勢した凸部を凹部に係合させて、この係止位置に前記ナットを係止する場合、検出位置と係止位置とは固定関係となるが、前記モータの惰性回転量は条件に応じて変化するので、凸部が凹部に完全に係合しない場合もあり得る。特に、ボールねじ機構は滑りねじやウォームギアなどより効率が高いため、ナットを静止させる十分な抵抗を発揮できないため、振動等により凸部が凹部から抜け出して前記ナットが動き出す恐れがある。かかる場合、シフトフォーク等の不用意な移動を招いてしまうこととなる。そこで、本発明においては、前記制御回路が、前記センサから検出信号を入力した後、決定された遅延時間経過後に、前記モータへの電力供給を遮断するので、例えば前記モータの電源電圧や温度に応じて、前記遅延時間を異ならせ、それに応じて前記ナットが確実に係止位置で静止するようにすることで、前記ナットの位置決めを高精度に行えることとなる。又、前記モータの惰性回転量に関わらず、検出位置と係止位置とは任意の関係とできるので、設計の自由度も向上する。
【０００８】
前記ナットの外周面には凹部が形成され、前記ハウジングに対して前記ナットに向かって付勢された凸部が前記凹部に係合することによって、前記ナットは所定の軸線方向位置に係止されると好ましい。
【０００９】
前記制御回路は、前記モータの電源電圧及び前記モータの温度の少なくとも一方に応じて、前記遅延時間を決定すると好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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、シフトセレクト装置に適用できるアクチュエータの軸線方向断面図である。尚、図１ではねじ軸は簡略化して図示している。図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【００１１】
図１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。
【００１２】
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（不図示）に噛合している。
【００１３】
図２に示すように、ねじ軸１０４の外周面には、雄ねじ溝１０４ａが形成されている。回転不能且つ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１０７ａを形成している。複数のボール１０８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２で上部外周には、軸線方向に離れて２カ所に凹部としての周溝１０７ｂ、１０７ｃが設けられている。ねじ軸１０４，ナット１０７，ボール１０８でボールねじ機構を構成する。
【００１４】
図２において、ハウジング本体１０１Ａの上部に形成されたねじ孔１０１ｄには、下端が開放した袋孔１２０ａを有するねじ部材１２０が螺合している。ねじ部材１２０の袋孔１２０ａ内には、弾性体であるコイルばね１２１が装填され、更にコイルばね１２１により付勢されるようにして凸部であるボール１２２が取り付けられている。尚、袋孔１２０ａの開放端は、ボール１２２を組み込んだ後、カシメなどして縮径されると、ねじ部材１２０を逆さにしてもボール１２２が落下することが阻止されるので好ましい。
【００１５】
図１において、ナット１０７の外周には、被駆動部材である出力アーム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。
【００１６】
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、それぞれ第１センサ１１０と、第２センサ１１１が軸線方向にずれて取り付けられている。同様な構成である各センサ１１０、１１１は、それぞれ本体１１０ａ、１１１ａと、ナット１０７の外周面に当接し本体１１０ａ、１１１ａより付勢された変位可能なプローブ１１０ｂ、１１１ｂとを有している。
【００１７】
各センサ１１０、１１１は、ナット１０７の外周にプローブ１１０ｂ、１１１ｂが接触している（即ち本体１１０ａ、１１１ａからの突出量Δ１）間は接触信号を出力し、ナット１０７の外周にプローブ１１０ｂ、１１１ｂが接触しなくなった（即ち本体１１０ａ、１１１ａからの突出量Δ２＞Δ１）ときに非接触信号を出力するようになっている。接触信号と非接触信号を総称して検出信号という。
【００１８】
第１センサ１１０と第２センサ１１１は、それぞれ制御回路１１２に検出信号を出力するようになっており、制御回路１１２は、モータ１０６を駆動制御するようになっている。
【００１９】
図３は、制御回路１１２の概略を示すブロック図である。モータ駆動用の外部電源Ｅから伸びる電源電圧引き込み線Ｈを接続した制御回路１１２は、セレクト指令を入力すると共に第１センサ１１０と第２センサ１１１から検出信号を入力する論理制御回路１１２ａと、基準の遅延時間を記憶するメモリ１１２ｂと、モータの電源電圧を検出するモータ電源電圧検出回路１１２ｃと、モータ１０６の温度を検出するモータ温度検出回路１１２ｄと、遅延時間を設定する遅延時間設定回路１１２ｅと、モータ１０６に電力を供給するモータ駆動回路１１２ｆとを有する。
【００２０】
本実施の形態にかかる制御回路１１２のモータ駆動回路１１２ｆは、セレクト指令を入力後にモータ１０６を起動する。その後、更に第１センサ１１０と第２センサ１１１から検出信号を入力したときに、遅延時間設定回路１１２ｅは、モータ電源電圧検出回路１１２ｃが検出したモータ１０６の電源電圧に基づき、例えば図４に示すグラフより遅延時間を求め（例えばモータの電源電圧が１２Ｖのときは遅延時間１５０ｍｓとし）、モータ駆動回路１１２ｆは、求めた遅延時間をモータ温度検出回路１１２ｄの検出した温度で補正して、決定された遅延時間の経過後に、モータ１０６への電力を遮断する。決定された遅延時間は、メモリ１１２ｂに記憶できる。尚、モータ１０６の温度による補正は、例えばモータ１０６の温度上昇による熱損失により、モータの巻線抵抗、インダクタンス、モータ定数が低下してしまうことによって、モータのＴ−Ｎ特性が変化し、惰性回転数が変わってしまうことに対応するものであり、例えば温度が上昇すれば遅延時間を長くし、逆に温度が低下すれば遅延時間を短くする。
【００２１】
本実施の形態にかかるアクチュエータの動作を説明すると、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。
【００２２】
図５は、センサとナットの位置関係を示す図であるが、理解しやすいようにボールとセンサとを同一平面上に示している。ボール１２２が周溝１０７ｂ、１０７ｃ上にあるナット１０７の位置が係止位置である。まず、ナット１０７が図で右方に移動する場合について説明する。図５（ａ）に示す状態では、第１センサ１１０と第２センサ１１１から、それぞれ接触信号が出力されているので、制御回路１１２の論理制御回路１１２ａは、ボール１２２が周溝１０７ｃ上に位置していると判断する。
【００２３】
ここで、セレクト指令が入力されると、モータ１０６（図１）が駆動され、ナット１０７が右方へと移動を開始する。最初に第２センサ１１１が非接触信号を出力し、続いて第１センサ１１０が非接触信号を出力する（図５（ｂ）参照）。第１センサ１１０が非接触信号を出力した時点をナット１０７が検出位置を通過した時点とし、それから論理制御回路１１２ａはカウントを開始し、遅延時間設定回路１１２ｅで決定された遅延時間が経過した時点で、モータ駆動回路１１２ｆはモータ１０６への電力供給を遮断する。電力供給の遮断後も、モータ１０６は惰性で回転するが、最適な遅延時間が決定されているので、ナット１０７が静止したときに、ボール１２２は周溝１０７ｂの真上に位置し（図５（ｃ）参照）、それによりナット１０７の係止を確実に行うことができる。
【００２４】
一方、図５（ｃ）に示す状態で逆のセレクト指令が入力されると、モータ１０６（図１）が駆動され、ナット１０７が左方へと移動を開始する。このときは最初に第１センサ１１０が接触信号を出力し（図５（ｂ）参照）、続いて第２センサ１１１が接触信号を出力する。第２ンサ１１１が接触信号を出力した時点をナット１０７が検出位置を通過した時点とし、それから論理制御回路１１２ａはカウントを開始し、遅延時間設定回路１１２ｅで決定された遅延時間が経過した時点で、モータ駆動回路１１２ｆはモータ１０６への電力供給を遮断する。電力供給の遮断後も、モータ１０６は惰性で回転するが、最適な遅延時間が決定されているので、ナット１０７が静止したときに、ボール１２２は周溝１０７ｃの真上に位置し（図５（ａ）参照）、それによりナット１０７の係止を確実に行うことができる。ナット１０７の右方への移動時の遅延時間と、左方への移動の遅延時間とを異ならせることは任意である。
【００２５】
本実施の形態によれば、制御回路１１２が、センサ１１０，１１１から検出信号を入力した後、決定された遅延時間経過後に、モータ１０６への電力供給を遮断するので、例えばモータ１０６の電源電圧や温度に応じて、リアルタイムで遅延時間を異ならせ、それに応じてナット１０７が確実に係止位置で静止するようにすることで、ナット１０７の位置決めを高精度に行えることとなる。又、モータ１０６の惰性回転量に関わらず、検出位置と係止位置とは任意の関係とできるので、設計の自由度が向上する。更に、センサ１１０，１１１は、オンオフタイプの安価なものでよく、例えばナットの移動距離を精度良く測定する高価なポテンシオメータなどを用いる必要はなく、コスト低減に貢献する。
【００２６】
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、センサ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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態である、シフトセレクト装置に適用できるアクチュエータの軸線方向断面図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】制御回路１１２の概略を示すブロック図である。
【図４】モータ電源電圧と遅延時間との関係の一例を示すグラフである。
【図５】センサとナットの位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
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
１０１ｄ ねじ孔
１０２，１０３ 軸受
１０４ ねじ軸
１０４ａ 雄ねじ溝
１０５ ウォームホイール
１０６ モータ
１０７ ナット
１０７ａ 雌ねじ溝
１０７ｂ 周溝
１０７ｃ 周溝
１０８ ボール
１０９ 出力アーム
１１０，１１１ センサ
１１０ａ 本体
１１０ｂ プローブ
１１２ 制御回路
１１２ａ 論理制御回路
１１２ｂ メモリ
１１２ｃ モータ電源電圧検出回路
１１２ｄ モータ温度検出回路
１１２ｅ 遅延時間設定回路
１１２ｆ モータ駆動回路
１２０ ねじ部材
１２０ａ 袋孔
１２１ コイルばね
１２２ ボール
【図１】
2006304422.tif 000003
【図２】
2006304422.tif 000004
【図３】
2006304422.tif 000005
【図４】
2006304422.tif 000006
【図５】
2006304422.tif 000007