(57)【要約】【課題】アクチュエータ可動部の誤動作を検知することで、アクチュエータ可動部動作を常に安全が確保できる側に保つ電動アクチュエータを提供する。【解決手段】電動アクチュエータはケース１と、電動モータ２と、ボールねじ４と螺合するボールナット５を有するボールねじ機構３とを備える。また、ケース１内に臨ませた一端をボールナット５と結合させた出力軸７を備える。アクチュエータ可動部の誤動作を検知するために変位検出器１１が設けられる。変位検出器１１は変位センサ１２と演算器１３と備え、変位センサ１２はケース１のガイド溝１０に対峙して取り付けられる一対のホール素子１４ａ、１４ｂと、回り止め部材９に取り付けられる永久磁石１５とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のケースと、前記ケースに連設された電動モータと、前記電動モータに連結され、ボールねじおよび複数のボールを介して前記ボールねじと螺合するボールナットを有するボールねじ機構と、前記ケース内に臨ませた一端を前記ボールナットと結合されると共に、前記ケースに対して軸方向に摺動可能に設けられた出力軸と、前記ボールナット上に固着され、前記ボールねじの回転中、前記ボールナットの回転を止めるように、前記ケースのガイド溝と係合させた回り止め部材とを備える電動アクチュエータにおいて、アクチュエータ可動部の誤動作を検知する変位検出器を設けたことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記変位検出器がアクチュエータ可動部の軸方向変位を検出する変位センサと、検出された変位信号に基づいて演算し、アクチュエータ操作信号を出力する演算器とからなることを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記変位センサが静止部に対峙して設けられた一対のホール素子と、アクチュエータ可動部に設けられた永久磁石とからなる請求項２記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記変位センサが静止部に対峙して設けられた一対の光源およびフォトディテクタと、アクチュエータ可動部に設けられた光学ミラーとからなる請求項２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】
本発明はアクチュエータ可動部が誤動作によって停止位置を超えて移動しようとするとき、その動作を検知することで、アクチュエータ動作を常に安全が保てる側に保持する電動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の技術を駆使して変速のためのシーケンシャル操作をなし遂げるマニュアル・トランスミッションが注目されている。このマニュアル・トランスミッションにはギヤシフトを円滑に行うアクチュエータが搭載される。このアクチュエータの代表的な手段は油圧アクチュエータである。油圧アクチュエータはコンピュータ制御のもとで働く油圧パワーユニットとの連係でマニュアル・トランスミッションのギヤシフト機構を動作させ、変速のためのシーケンシャル操作を可能にする。
【０００３】
このアクチュエータについてはより軽量で、メンテナンスが容易な電動アクチュエータに置き換えることが提案されている。電動アクチュエータを採用した場合、油圧アクチュエータで欠かせない、油圧パワーユニット、電磁切り換え弁、配管などが不要となり、これらの機器の搭載を免れることで、車輌重量の軽減に大きく寄与することができる。電動アクチュエータでは、一般に、回転運動を直線運動に変換するのに減速装置を必要とするために、通常、ボールねじ機構または歯車装置が用いられる。ギヤシフト用電動アクチュエータの場合、位置決め精度において十分に要求を満たすことが可能であるボールねじ機構が使用される。
【０００４】
ところで、変速のためのシフト操作は、図３に示すように、ミッションケース３１上のスリーブ３２を貫いて直立させて設けられた切換操作軸３３によってなされる。すなわち、シフト操作はギヤシフト用電動アクチュエータ３４の電動モータ３５を回転させ、電動アクチュエータ３４内部のボールねじ機構（図示せず）と連結したアーム部材３６を軸方向（図では紙面と垂直方向）に変位させて行われる。アーム部材３６が変位したとき、それと一体の円筒部材３７が回動し、スプライン同士で結合した切換操作軸３３が回動し、ギヤかみ合いを変えるシフト操作を行うことができる。このギヤシフト用電動アクチュエータについては特許文献１に記載されている。
【０００５】
ところで、電動アクチュエータに組み込む電動モータは回転方向が簡単に変えられ、バッテリ駆動が容易である直流モータ（以下、ＤＣモータと称する）が好ましい。ＤＣモータは回転角制御と速度制御との連係で極めて精度の高い制御を行うことができる。すなわち、メインループの回転角制御にマイナーループとしての速度制御を加えることで、速度制御をしながら、回転角制御が可能となり、位置決め精度においてほぼ理想的であるといえる。
【０００６】
双方の制御ではＤＣモータの速度を検出する速度センサおよび回転角を検出する位置センサが用いられ、位置センサで検出される現在の回転角がフィードバック信号として第１の偏差検出部に送られ、位置指令と比較され、そのときの偏差が算出される。次いで、位置偏差は第１の演算処理部でＤＣモータの速度信号に変換され、さらに、第２の偏差検出部で速度センサで検出される現在のモータ速度と比較されて速度偏差が求められる。速度偏差は第２の演算処理部および増幅器でモータ駆動用の電圧信号に変換および増幅され、速度偏差が零になるまでＤＣモータを回転させる。この結果、ボールねじのボールナットの位置決めがなされ、その状態が保たれる。
【特許文献１】特開２００３−２２７６５７号公報、  （第３頁、図１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この位置決めにおいて、何らかの原因で回転角制御が不調に陥ってしまうと、速度制御自体は正常であっても、常態での精度の高さに反してボールねじが誤動作してしまう。この場合、ボールナットおよび出力部材などアクチュエータ可動部の移動量が変化することから、アクチュエータの安全性が大きく損なわれる。
【０００８】
たとえば、回転角制御用位置センサが故障によって誤作動したとき、位置センサから与えられるフィードバック信号には誤差が混入し、誤って演算された位置偏差のために回転角制御は不調に陥る。仮に、こうした誤差が過大になると、ボールねじの度を超えた回転によってボールナットは停止位置を超えて移動し、アクチュエータ可動部のオーバランによって機器の一部に損傷が生じる可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的はアクチュエータ可動部の誤動作を検知することによりアクチュエータ動作を常に安全が確保できる側に保つようにした電動アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は円筒状のケースと、ケースに連設された電動モータと、電動モータに連結され、ボールねじおよび複数のボールを介してボールねじと螺合するボールナットを有するボールねじ機構と、ケース内に臨ませた一端をボールナットと結合されると共に、ケースに対して軸方向に摺動可能に設けられた出力軸と、ボールナット上に固着され、ボールねじの回転中、ボールナットの回転を止めるように、ケースのガイド溝と係合させた回り止め部材とを備える電動アクチュエータにおいて、アクチュエータ可動部の誤動作を検知する変位検出器を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては誤動作を検知する変位検出器を設けたので、アクチュエータ可動部の動作から直接誤動作を検知することができ、直ちに退避動作を取ることで、安全が確保できる側に保つことが可能になる。これにより、電動アクチュエータの安全性が損なわれるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る電動アクチュエータの一実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）において、本発明の電動アクチュエータは円筒状のケース１と、このケース１の一端に連設される、回転角制御と速度制御とを同時に果たすＤＣモータ２とを有する。ケース１は内部に回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構３を収容している。このボールねじ機構３はＤＣモータ２と直結されるボールねじ４と、このボールねじ４と複数のボール（図示せず）を介して螺合するボールナット５とを備える。ボールねじ機構３に組み込まれるボールは球軸受の球体と同じようにねじ山の側面に沿って一端から他端へ回転移動する。ボールは他端において回収され、通路を通して出発地点の一端に戻され、再度ボールナット５内に入り、循環を続ける。このボールねじ機構３は一端を軸受６によって支承される。
【００１３】
さらに、ケース１内に一端を臨ませた出力軸７が設けられる。この出力軸７はボールナット５と結ばれており、ケース１に対して軸方向に摺動することが可能である。出力軸７は他端がケース１から突出しており、被駆動体を動作させるアーム部材（図示せず）と連結することができる。この出力軸７はすべり軸受８によって支承されている。
【００１４】
一方、ボールねじ機構３のボールナット５の上部には回り止め部材９が設けられる。この回り止め部材９はケース１の上面に刻設されたガイド溝１０にかけて延びており、ボールねじ４の回転中、ケース１との係合を保ってボールナット５の回転を止める。さらに、ボールねじ４の回転中、回り止め部材９はガイド溝１０に沿って軸方向にすべり、ボールナット５と一体の出力軸７を案内する。
【００１５】
この電動アクチュエータにはアクチュエータ可動部の誤動作を検知する変位検出器１１が設けられる。この変位検出器１１はアクチュエータ可動部の軸方向変位を検出する変位センサ１２と、誤動作が検知されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する演算器１３とで構成される。
【００１６】
変位センサ１２は、図１（ｂ）に示すように、ケース１のガイド溝１０内に対峙して取り付けられた一対のホール素子１４ａ、１４ｂと、ホール素子１４ａ、１４ｂ同士を結ぶ直線上に位置する回り止め部材９に取り付けた永久磁石１５とで構成される。ホール素子１４ａ、１４ｂは半導体からなるホール素子の通電中に永久磁石１５の磁場により起電力を生じるホール効果を利用するものである。
【００１７】
一方、再び図１（ａ）に戻って、演算器１３はホール素子１４ａ、１４ｂから与えられる変位信号に基づいて演算し、基準値を超える変位信号が入力されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する。また、演算器１３の出力信号を増幅してスイッチング信号として出力する増幅器１６を備える。増幅器１６の出力信号はＤＣモータ制御用コントローラ１７に入力される。
【００１８】
電動アクチュエータの作動中、たとえば、位置センサの誤作動で回転角制御が不調となり、誤差を伴った信号でボールねじ４が回転することによりアクチュエータ可動部が停止位置を超えて移動しようとする。アクチュエータ可動部が直進するとき、永久磁石１５が、たとえば、ホール素子１４ａに接近し、ホール素子１４ａに起電力が生じる。このときホール素子１４ａに生じた電位に応じて変位センサ１２が変位信号を出力する。
【００１９】
変位信号は演算器１３に送られ、そこで基準値と比較され、変位信号が基準値を超えたとき、演算器１３からアクチュエータ操作信号が出力される。この操作信号は増幅器１６で増幅されてスイッチング信号となる。スイッチング信号はコントローラ１７のモータ駆動回路の正逆転切り換え回路に与えられる。この結果、ＤＣモータ２が正転から逆転に切り換わり、ＤＣモータ２に従うボールねじ４の逆転でボールナット５が後退し、これにより、アクチュエータ可動部がオーバランする直前で逆方向に移動方向を転換する。
【００２０】
このように本実施の形態においては誤動作を検知する変位検出器１１を設けたので、電動アクチュエータの作動中、アクチュエータ可動部の動作から直接誤動作を検知することができ、ボールねじ４を逆転させるなど、安全が確保できる側に保つことが可能で、これにより、電動アクチュエータの安全性が損なわれるのを防ぐことができる。
【００２１】
本発明の異なる実施の形態について説明する。図２（ａ）に示すように、電動アクチュエータの主要な構成は上記実施の形態のものと同一である。この電動アクチュエータにはアクチュエータ可動部の誤動作を検知する変位検出器１８が設けられる。この変位検出器１８はアクチュエータ可動部の軸方向変位を検出する変位センサ１９と、誤動作が検知されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する演算器２０とからなる。
【００２２】
変位センサ１９は、図２（ｂ）に示すように、ケース１の上部に同軸上に対面して配置された一対の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）２１ａ、２１ｂと、ガイド溝１０内に対峙して取り付けられた一対のフォトディテクタ２２ａ、２２ｂと、フォトディテクタ２２ａ、２２ｂ同士を結ぶ直線上に位置する回り止め部材９に取り付けた光学ミラー２３とからなる。フォトディテクタ２２ａ、２２ｂは、たとえば、ＧａＡｓのような化合物半導体で構成され、そこに光があたると、起電力を生じる、光電効果を利用したものである。
【００２３】
さらに、光学ミラー２３については光学ミラーがフォトディテクタ２２ａおよびフォトディテクタ２２ｂに近づいたとき、ＬＥＤ２１ａおよびＬＥＤ２１ｂからの光が光学ミラー２３で反射し、反射光がフォトディテクタ２２ａおよびフォトディテクタ２２ｂで感知できるように反射角度が設定される。
【００２４】
一方、再び図２（ａ）に戻って、演算器２０はフォトディテクタ２２ａ、２２ｂから与えられる変位信号に基づいて演算し、基準値を超える変位信号が入力されたとき、アクチュエータ操作信号を出力する。また、演算器２０の出力信号を増幅してスイッチング信号として出力する増幅器１６を備える。増幅器１６の出力信号はＤＣモータ制御用コントローラ１７に入力される。
【００２５】
電動アクチュエータの作動中、たとえば、位置センサの誤作動で回転角制御が不調に陥り、誤差を伴った信号でボールねじ４が回転することによりアクチュエータ可動部が停止位置を超えて移動しようとする。アクチュエータ可動部が直進するとき、光学ミラー２３が、たとえば、フォトディテクタ２２ａに近づき、ＬＥＤ２１aからの光が光学ミラー２３で反射し、その反射光がフォトディテクタ２２ａに入射し、光が当たることによりフォトディテクタ２２ａに起電力が生じる。このときフォトディテクタ２２ａに生じた電位に応じて変位センサ１９が変位信号を出力する。
【００２６】
変位信号は演算器２０に送られ、そこで基準値と比較され、変位信号が基準値を超えたとき、演算器２０からアクチュエータ操作信号が出力される。この操作信号は増幅器１６で増幅されてスイッチング信号となる。スイッチング信号はコントローラ１７のモータ駆動回路の正逆転切り換え回路に与えられる。この結果、ＤＣモータ２が正転から逆転に切り換わり、ＤＣモータ２に従うボールねじ４の逆転でボールナット５が後退し、これにより、オーバランする直前でアクチュエータ可動部が逆方向に移動方向を転換する。
【００２７】
このように本実施の形態においては誤動作を検知する変位検出器１８を設けたので、電動アクチュエータの作動中、アクチュエータ可動部の動作から直接誤動作を検知することができ、ボールねじ４を逆転させるなど、安全が確保できる側に保つことが可能で、これにより、電動アクチュエータの安全性が損なわれるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による電動アクチュエータの一実施の形態を示すもので、図１（ａ）は電動アクチュエータの構成図、図１（ｂ）は電動アクチュエータの要部を示す平面図である。
【図２】本発明による電動アクチュエータの他の実施の形態を示すもので、図２（ａ）は電動アクチュエータの構成図、図２（ｂ）は電動アクチュエータの要部を示す平面図である。
【図３】従来技術によるギヤシフト用電動アクチュエータを備えたギヤシフト機構の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…  ケース
２…  ＤＣモータ
４…  ボールねじ
５…  ボールナット
７…  出力軸
９…  回り止め部材
１１、１８…  変位検出器
１４ａ、１４ｂ…  ホール素子
１５…  永久磁石
２１ａ、２１ｂ…  ＬＥＤ
２２ａ、２２ｂ…  フォトディテクタ
２３…  光学ミラー
【図１】
2005176526.tif 000003
【図２】
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【図３】
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