(57)【要約】【課題】動力源を用いることなく転動体や転動路に過大な力が加わらない範囲でねじ軸の位置を保持することができる位置保持機能付き電動アクチュエータを提供する。【解決手段】ボールねじ６を構成するねじ軸７とナット８とのうち電動モータ４からの回転力によって軸方向に移動される直動部材であるねじ軸７の移動を規制する位置保持機能付き電動アクチュエータ１において、ねじ軸７の外周面に一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとが軸方向に並んで形成され、一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとに挿入可能な複数のピン１２・１３が軸方向に並んで配置され、ねじ軸７が所定の位置に到達すると、ピン１２・１３のうち少なくとも一つがコイルばね１４によって所定のばね力Ｂで押圧された状態で一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに係合するように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじを構成するねじ軸とナットとのうち電動モータからの回転力によって軸方向に移動される直動部材の移動を規制する位置保持機能付き電動アクチュエータにおいて、
前記直動部材の外周面に複数の環状溝が軸方向に並んで形成され、
前記環状溝に挿入可能な複数の突出部材が軸方向に並んで配置され、
前記直動部材が所定の位置に到達すると、複数の前記突出部材のうち少なくとも一つが弾性部材によって所定の力で押圧された状態で前記環状溝に係合するように構成される位置保持機能付き電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記直動部材の外周面と前記環状溝の底部とが傾斜面で接続され、前記環状溝の周方向の断面視で、前記傾斜面と直動部材の軸心との間の角度が３０°から６０°になるように形成される請求項１に記載の位置保持機能付き電動アクチュエータ。
【請求項３】
複数の前記突出部材の前記環状溝への挿入を前記突出部材毎に検出する検出装置を備える請求項１または請求項２に記載の位置保持機能付き電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記直動部材の外周面にその軸方向に沿って直線溝が前記環状溝と交差するように形成され、前記突出部材が前記直線溝に係合され、前記直動部材が所定の位置に到達すると、前記突出部材が前記環状溝と直線溝とに係合される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置保持機能付き電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置保持機能付き電動アクチュエータに関する。詳しくはボールねじを備えた位置保持機能付き電動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般産業用の電動機、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等の電動アクチュエータにおいて、電動モータの出力軸の回転運動を高効率で直進運動に変換して出力するためボールねじを備えた電動アクチュエータが用いられている。電動アクチュエータは、電動モータの回転運動をボールねじの回転部材であるナットまたはねじ軸に伝達する。ボールねじは、回転部材の回転運動をねじ溝の作用によって軸方向の直進運動に変換し、直動部材であるねじ軸またはナットに伝達する。このように構成される電動アクチュエータのボールねじにおいて、転動路内のボールをロックさせることでねじ軸の軸方向の動きを止めて位置保持を行うものがある。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１に記載のボールねじは、ボールの転動路の一部が没入可能に構成されている。ボールねじは、転動路の一部を没入させることで転動面に凹部が構成される。ボールねじは、転動路内の複数のボールのうち一つが転動面の凹部にはまり込んでボールの配列が千鳥状になる。これにより、ボールねじは、ボールの転動が阻害され、ねじ軸の位置が保持される。しかし、特許文献１に記載の技術は、転動路内に構成された凹部にボールをはめ込むことでボールの転動が強制的に停止される。また、ねじ軸に軸方向の外力が加わっても凹部にボールがはまり込んでいるためボールが転動されない。このため、ボールねじは、ボールや転動路に過大な力が加わる可能性がある。さらに、ボールねじは、転動路の一部を没入させるための駆動源が別途必要になり、装置が大型化する点で不利であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０９０４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、動力源を用いることなく転動体や転動路に過大な力が加わらない範囲で直動部材の位置を保持することができる位置保持機能付き電動アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、位置保持機能付き電動アクチュエータは、ボールねじを構成するねじ軸とナットとのうち電動モータからの回転力によって軸方向に移動される直動部材の移動を規制する位置保持機能付き電動アクチュエータにおいて、前記直動部材の外周面に複数の環状溝が軸方向に並んで形成され、前記環状溝に挿入可能な複数の突出部材が軸方向に並んで配置され、前記直動部材が所定の位置に到達すると、複数の前記突出部材のうち少なくとも一つが弾性部材によって所定の力で押圧された状態で前記環状溝に係合するように構成されるものである。
【０００７】
位置保持機能付き電動アクチュエータは、前記直動部材の外周面と前記環状溝の底部とが傾斜面で接続され、前記環状溝の周方向の断面視で、前記傾斜面と直動部材の軸心との間の角度が３０°から６０°になるように形成されるものである。
【０００８】
位置保持機能付き電動アクチュエータは、複数の前記突出部材の前記環状溝への挿入を前記突出部材毎に検出する検出装置を備えるものである。
【０００９】
位置保持機能付き電動アクチュエータは、前記直動部材の外周面にその軸方向に沿って直線溝が前記環状溝と交差するように形成され、前記突出部材が前記直線溝に係合され、前記直動部材が所定の位置に到達すると、前記突出部材が前記環状溝と直線溝とに係合されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
即ち、位置保持機能付き電動アクチュエータは、ボールねじのねじ軸が弾性部材によって押圧されている突出部材によって所定の位置で保持される。つまり、位置保持機能付き電動アクチュエータは、弾性部材の押圧力に応じた外力がねじ軸に加わるまでねじ軸の位置が保持されている。これにより、動力源を用いることなく転動体や転動路に過大な力が加わらない範囲でねじ軸の位置を保持することができる。
【００１２】
位置保持機能付き電動アクチュエータは、ボールねじのねじ軸に加わる軸方向の外力によってねじ軸と突出部材との係合が解除される。また、ボールねじは、弾性部材の押圧力、傾斜面の角度およびねじ軸と突出部材との間の摩擦係数によってねじ軸と突出部材との係合が解除される外力の大きさが定まる。これにより、動力源を用いることなく転動体や転動路に過大な力が加わらない範囲で直動部材の位置を保持することができる。
【００１３】
位置保持機能付き電動アクチュエータは、ボールねじのねじ軸の保持位置が複数設定されていても突出部材の係合状態からねじ軸の位置が特定される。これにより、動力源を用いることなく転動体や転動路に過大な力が加わらない範囲で直動部材の位置を保持することができる。
【００１４】
位置保持機能付き電動アクチュエータは、係合部材によってボールねじのねじ軸が所定位置で保持されるとともに、ねじ軸の軸回りの回転が防止される。これにより、動力源を用いることなく転動体や転動路に過大な力が加わらない範囲で直動部材の位置を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】位置保持機能付き電動アクチュエータの一実施形態における全体構成を示す断面図。
【図２】位置保持機能付き電動アクチュエータの一実施形態におけるボールねじの全体構成を示す斜視図。
【図３】（ａ）位置保持機能付き電動アクチュエータの一実施形態におけるボールねじの拡大平面図、（ｂ）図２（ａ）におけるＡ矢視断面図。
【図４】（ａ）位置保持機能付き電動アクチュエータの一実施形態におけるボールねじの軸方向の力Ａがねじ軸に加わった場合の力の成分を示す図、（ｂ）同じくばね力Ｂが突出部材に加わった場合の成分を示す図、（ｃ）同じく軸方向の力Ａがねじ軸に加わった場合の力の成分とばね力Ｂが突出部材に加わった場合の力の成分との合力を示す図。
【図５】（ａ）位置保持機能付き電動アクチュエータの一実施形態におけるボールねじのねじ軸が後退位置にある場合の突出部材の係合の態様を示す図、（ｂ）同じくねじ軸が中間置にある場合の突出部材の係合の態様を示す図、（ｃ）同じくねじ軸が前進位置にある場合の突出部材の係合の態様を示す図。
【図６】位置保持機能付き電動アクチュエータの一実施形態におけるボールねじの他の実施形態における直線溝と環状溝とに係合している突出部材の態様を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図１を用いて、位置保持機能付き電動アクチュエータの一実施形態である電動アクチュエータ１について説明する。
【００１７】
図１に示すように、電動アクチュエータ１は、電動の動力源からの回転運動を直線運動に変換して出力するものである。電動アクチュエータ１は、格納側ハウジング２、延伸側ハウジング３、電動モータ４、スリーブ５、直動機構であるボールねじ６、突出部７ｃおよび歯車減速機構１１を具備する。電動アクチュエータ１は、電動モータ４の動きを制御することでねじ軸７を任意の位置に移動可能に構成されている。
【００１８】
格納側ハウジング２と延伸側ハウジング３とは、電動アクチュエータ１の主な構造部材である。格納側ハウジング２と延伸側ハウジング３とは、Ａ６０６１やＡＤＣ１２等のアルミ合金やダイキャストから形成される。格納側ハウジング２と延伸側ハウジング３とを形成しているアルミ合金やダイキャストは、高温に加熱して固溶体を形成させる溶体化処理、それを水中で急速冷却する焼き入れ処理、続いて室温に保持あるいは低温（１００〜２００℃）に加熱して析出させる時効硬化処理（焼きもどし処理）で構成される熱処理によって、析出相に大きな格子ひずみを生じさせ硬化させる析出硬化処理が施されている。これにより、格納側ハウジング２と延伸側ハウジング３とは、量産性が良くなり、低コスト化を図ることができる共に、強度を高めてアルミ使用量を削減し、軽量化を達成することができる。格納側ハウジング２と延伸側ハウジング３とは、その一側面同士を突き合わせて図示しないボルト等により一体的に固定されている。
【００１９】
格納側ハウジング２には、格納部２ａおよび玉軸受保持部２ｂが形成されている。格納部２ａは、格納側ハウジング２の他側面に後述するボールねじ６のねじ軸７を格納可能な中空有底の円筒形状に形成されている。格納部２ａには、スリーブ５が嵌合されて一体的に設けられている。玉軸受保持部２ｂは、格納部２ａと同一軸心上であって格納側ハウジング２の一側面である格納部２ａの開口部分に形成されている。また、玉軸受保持部２ｂは、後述するボールねじ６のナット８を回転自在に支持する玉軸受１０を保持可能に形成されている。
【００２０】
延伸側ハウジング３には、電動モータ取付け部３ａ、歯車減速機構配置部３ｂ、玉軸受保持部３ｃおよび連通孔３ｄが形成されている。電動モータ取付け部３ａは、延伸側ハウジング３の他側面に電動モータ４を取付け可能な形状に形成されている。歯車減速機構配置部３ｂは、延伸側ハウジング３の一側面に歯車減速機構１１を構成している駆動側ギヤ１１ａと従動側ギヤ１１ｂとアイドルギヤ１１ｃとが配置可能な凹み形状に形成されている。玉軸受保持部３ｃは、延伸側ハウジング３の一側面であって格納側ハウジング２の玉軸受保持部２ｂと同一軸心上に形成されている。また、玉軸受保持部３ｃは、ボールねじ６のナット８を回転自在に支持する玉軸受１０を保持可能に形成されている。連通孔３ｄは、玉軸受保持部３ｃと同一軸心上であって延伸側ハウジング３の一側面と他側面とを連通するように形成されている。つまり、連通孔３ｄは、格納側ハウジング２の格納部２ａ内と外部とを連通している。
【００２１】
電動モータ４は、回転駆動力を発生させるものである。電動モータ４は、その出力軸４ａが歯車減速機構配置部３ｂの凹み形状部分に突出するようにして延伸側ハウジング３の電動モータ取付け部３ａに取り付けられている。電動モータ４は、図示しない制御装置等からの制御電流により任意のトルク、回転速度、回転角度等で駆動可能に構成されている。つまり、電動モータ４は、制御電流に応じた回転速度およびトルクで回転動力を出力する。
【００２２】
スリーブ５は、ねじ軸７の回転を規制するものである。スリーブ５は、Ｓ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から冷間圧造法によって円筒状に形成され、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、量産性が向上し、低コストを図ることができる。スリーブ５は、格納側ハウジング２の格納部２ａに嵌合されて一体的に設けられている。つまり、スリーブ５は、格納側ハウジング２に対して相対回転不能に構成されている。スリーブ５の内周面には、軸心方向に沿う溝５ａが対向するようにして二か所に設けられている。スリーブ５は、溝５ａが形成されることで回り止め機構を構成している。なお、本実施形態において、溝５ａは、格納側ハウジング２の格納部２ａに嵌合されて一体的に設けられているスリーブ５に形成されているがこれに限定するものではなく、格納側ハウジング２に形成されていてもよい。
【００２３】
次に、ボールねじの第一実施形態であるボールねじ６について説明する。ボールねじ６は、回転運動を直線運動に変換するものである。ボールねじ６は、ねじ軸７、ナット８、複数のボール９および玉軸受１０等から構成されている。
【００２４】
ねじ軸７は、Ｓ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、真空浸炭焼入れによって５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。ねじ軸７は、その外周面にボール９が転動するための一巻きの軸側ねじ溝７ａが複数形成されている。ねじ軸７の一側端部には、略円柱状の摺動部７ｂ（摺動しなくても良い）が形成されている。摺動部７ｂは、スリーブ５に摺動自在に挿入可能な直径に形成されている。摺動部７ｂには、スリーブ５の二か所の溝５ａと対向する位置に突出部７ｃがそれぞれ設けられている。突出部７ｃは、スリーブ５の溝５ａに係合されて回り止め機構を構成している。
【００２５】
ねじ軸７の他側端から軸側ねじ溝７ａが形成されている範囲までは、平滑な外周面７ｄが形成されている。また、他側端部には、ねじ軸７によって駆動される図示しない物品を接続するための孔が形成されている。ねじ軸７の平滑な外周面７ｄの部分には、その一側から順に所定の間隔で一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとが形成されている。一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとは、ねじ軸７の平滑な外周面７ｄの周方向に沿って全周に渡って形成されている。なお、本実施形態において、ねじ軸７に形成されている軸側ねじ溝７ａは右ねじであるものとするがこれに限定されるものではない。ねじ軸７の他側端部には、被駆動物（図示せず）が接続可能なねじ加工等がされている。
【００２６】
ナット８は、ねじ軸７を挿入可能な中空円筒状に形成されている。ナット８は、ＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによって５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。ナット８の内周面には、ボール９が転動するためのナット側ねじ溝８ａがねじ軸７の軸側ねじ溝７ａと同一のリードおよびピッチで形成されている。ナット８の外周面には、その外径を部分的に拡径した段付き部である鍔部８ｂが形成されている。ナット８には、軸側ねじ溝７ａとナット側ねじ溝８ａとが対向するようにしてねじ軸７が挿入されている。
【００２７】
軸側ねじ溝７ａとナット側ねじ溝８ａとから構成される空間には、複数のボール９が転動自在に収容されている。ボール９は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。ナット８は、複数のボール９を介してねじ軸７をナット８の軸回りに回転自在に支持している。また、ナット８の両側端部には、玉軸受１０が設けられている。なお、本実施形態において、ねじ軸７の軸側ねじ溝７ａは一巻きとしたがこれに限定されるものではない。
【００２８】
このように構成されているボールねじ６は、ナット８に設けられている一方の玉軸受１０が格納側ハウジング２の玉軸受保持部２ｂに保持され、他方の玉軸受１０が延伸側ハウジング３の玉軸受保持部３ｃに保持されている。つまり、ナット８は、玉軸受１０を介して格納側ハウジング２と延伸側ハウジング３とに回転自在に支持されている。また、ボールねじ６は、格納側ハウジング２の格納部２ａと延伸側ハウジング３の連通孔３ｄとにねじ軸７が配置され、ねじ軸７の一側端部の摺動部７ｂが格納部２ａのスリーブ５に摺動自在に挿入されている。この際、スリーブ５の各溝５ａには、摺動部７ｂに設けられている突出部７ｃがそれぞれ係合されている。このように、ボールねじ６は、ねじ軸７がナット８にその軸回りに回転自在に支持されつつ、スリーブ５の溝５ａと突出部７ｃとからなる回り止め機構によって格納側ハウジング２に対する回転を規制された状態で挿入されている。
【００２９】
ボールねじ６は、ナット８が回転されると軸側ねじ溝７ａとナット側ねじ溝８ａとに収容されている複数のボール９を介してねじ軸７にその軸回りの回転トルク（以下、単に「回転力」と記す）が伝達される。ねじ軸７は、格納側ハウジング２に対する回転が規制されているのでナット８の回転運動が軸側ねじ溝７ａの傾きによってねじ軸７の軸方向の直線運動に変換される。このようにして、ボールねじ６のねじ軸７は、格納側ハウジング２の格納部２ａから延伸側ハウジング３の連通孔３ｄを通って延伸側ハウジング３からその外部に延伸または後退する。
【００３０】
歯車減速機構１１は、電動モータ４からの回転動力を減速して出力するものである。歯車減速機構１１は、ピニオンギヤである駆動側ギヤ１１ａ、駆動側ギヤ１１ａよりも歯数の多い従動側ギヤ１１ｂおよび駆動側ギヤ１１ａと従動側ギヤ１１ｂとを連結するアイドルギヤ１１ｃを具備する。アイドルギヤ１１ｃは、従動側ギヤ１１ｂの回転方向を反転させる場合や、駆動側ギヤ１１ａと従動側ギヤ１１ｂとの軸間距離が離れている場合に用いるものである。駆動側ギヤ１１ａ、従動側ギヤ１１ｂおよびアイドルギヤ１１ｃは、焼結金属から構成されている。
【００３１】
駆動側ギヤ１１ａ、従動側ギヤ１１ｂおよびアイドルギヤ１１ｃは、噛み合った状態で延伸側ハウジング３の歯車減速機構配置部３ｂに配置されている。駆動側ギヤ１１ａは、電動モータ４の出力軸４ａに一体的に回転可能に設けられている。従動側ギヤ１１ｂには、ナット８が挿入され、一体的に回転可能に設けられている。アイドルギヤ１１ｃは、格納側ハウジング２と延伸側ハウジング３とに回転可能に支持されている。アイドルギヤ１１ｃは、駆動側ギヤ１１ａと従動側ギヤ１１ｂとに同時に噛み合うように配置される。これにより、歯車減速機構１１は、駆動側ギヤ１１ａと従動側ギヤ１１ｂとの減速比に応じて電動モータ４からの入力回転速度を減速し、回転力を増大して出力する。なお、本実施形態において、歯車減速機構１１は、駆動側ギヤ１１ａ、従動側ギヤ１１ｂおよびアイドルギヤ１１ｃからなる３枚のギヤで構成されているがこれに限定するものではない。また、駆動側ギヤ１１ａ、従動側ギヤ１１ｂおよびアイドルギヤ１１ｃは、焼結金属から構成されているがこれに限定されるものではない。
【００３２】
突出部材である一側ピン１２と他側ピン１３とは、ねじ軸７の位置を保持するものである。一側ピン１２と他側ピン１３とは、Ｓ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、真空浸炭焼入れによって５５〜６２ＨＲＣ程度の硬化処理が施されている。一側ピン１２と他側ピン１３とは、延伸側ハウジング３の連通孔３ｄの内周面にねじ軸７の一側から一側ピン１２、他側ピン１３の順に設けられている。一側ピン１２と他側ピン１３とは、ねじ軸７に形成されている一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとの間隔と同一の間隔で設けられている。
【００３３】
一側ピン１２と他側ピン１３とは、弾性部材であるコイルばね１４によって所定の力でねじ軸７の平滑な外周面７ｄにそれぞれ独立して押圧されている。コイルばね１４で押圧されている一側ピン１２と他側ピン１３とは、ねじ軸７の位置保持機構を構成している。なお、本実施形態において一側ピン１２と他側ピン１３とを押圧している弾性部材はコイルばね１４から構成されているがこれに限定するものではない。
【００３４】
一側ピン１２には、一側センサ１５が設けられている。一側センサ１５は、一側ピン１２が一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに挿入された状態を検出するものである。同様に、他側ピン１３には、他側センサ１６が設けられている。他側センサ１６は、他側ピン１３が一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに挿入された状態を検出するものである。一側センサ１５と他側センサ１６とは、それぞれ独立したフォトマイクロスイッチ等から構成されている。
【００３５】
このように構成される電動アクチュエータ１は、図示しない制御装置等からトルク、回転速度または回転角度のうちいずれか一つの制御因子に基づいた制御電流が電動モータ４に供給されると、制御電流に応じた動作態様で電動モータ４の出力軸４ａが一方向または他方向に回転する。電動アクチュエータ１は、電動モータ４の入力回転速度と入力トルクを歯車減速機構１１の減速比に応じた出力回転速度と出力トルクとに変換してボールねじ６に伝達する。そして、電動アクチュエータ１は、従動側ギヤ１１ｂが設けられているボールねじ６のナット８が回転されることでナット８（ねじ軸７）のリードに応じた速度と軸方向推力でねじ軸７が軸方向に直線運動する。この際、ボールねじ６は、スリーブ５の溝５ａとねじ軸７に設けられている突出部７ｃとから構成される回り止め機構によりねじ軸７のつれ回りが抑制されている。
【００３６】
以下に、図２と図３とを用いて、ボールねじ６のねじ軸７の一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇ、および突出部材である一側ピン１２と他側ピン１３とついて説明する。
【００３７】
図２と図３とに示すように、ねじ軸７の一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとは、底部側の幅よりも開口側の幅が広くなるように形成されている。すなわち、一側環状溝７ｅの軸方向側の両側の側壁７ｆと他側環状溝７ｇの軸方向側の両側の側壁７ｈとは、それぞれ傾斜面に形成されている。具体的には、図３に示すように、一側環状溝７ｅの側壁７ｆと他側環状溝７ｇの側壁７ｈとは、周方向の断面視でねじ軸７の軸心と各側壁との角度のうち鋭角側の角度θ（以下、単に「傾斜角θ」と記す）が３０°から６０°の間になるように形成されている。本実施形態において、一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとは、周方向の断面視でねじ軸７の軸心と各側壁との角度が４５°の略Ｖ字状に形成されている。一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとは、ディテント溝としてねじ軸７の位置保持機構を構成している。
【００３８】
一側ピン１２と他側ピン１３との先端部は、半球状に形成され、一側環状溝７ｅの側壁７ｆおよび他側環状溝７ｇの側壁７ｈとの摩擦係数が所定の摩擦係数μになるように表面処理や加工が施されている。一側ピン１２と他側ピン１３とは、一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとにそれぞれ挿入可能で、その先端部が側壁７ｆの両側または側壁７ｈの両側に同時に接触する形状に形成されている。
【００３９】
ボールねじ６は、ねじ軸７の直進運動によってねじ軸７の一側環状溝７ｅが一側ピン１２または他側ピン１３の先端部に到達した場合、または他側環状溝７ｇが一側ピン１２または他側ピン１３の先端部に到達した場合、コイルばね１４の力によって一側ピン１２または他側ピン１３が一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに挿入される。つまり、ボールねじ６は、ねじ軸７が所定の位置に直進運動することで一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに一側ピン１２または他側ピン１３が係合されて、ねじ軸７の位置が保持される。なお、本実施形態において、軸側ねじ溝７ａとナット側ねじ溝８ａとは一巻きとしたがこれに限定されるものではない。また、本実施形態において、軸側ねじ溝７ａは右ねじであるものとするがこれに限定されるものではない。
【００４０】
以下に、図４と図５とを用いて、ボールねじ６の位置保持機構である一側環状溝７ｅおよび他側環状溝７ｇと一側ピン１２および他側ピン１３との係合条件について詳細に説明する。本実施形態において、一側ピン１２とねじ軸７の他側環状溝７ｇとを用いて係合条件を説明する。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、一側ピン１２がねじ軸７の他側環状溝７ｇの側壁７ｈ上にあり、ねじ軸７に側壁７ｈを一側ピン１２に押し付ける軸方向の力Ａが加わっている場合、一側ピン１２は、軸方向の力Ａの反力（以下、単に「反力Ａ」と記す）で側壁７ｈを押圧しているとみなされる。従って、傾斜角θの傾斜面からなる側壁７ｈを反力Ａで押圧している一側ピン１２は、反力Ａにおける側壁７ｈの垂直方向分力Ａｓｉｎθで側壁７ｈを押圧している。さらに、一側ピン１２には、側壁７ｈとの間の摩擦係数μおよび反力Ａにおける側壁７ｈの垂直方向分力Ａｓｉｎθから定まる静止摩擦力μＡｓｉｎθが生じている。また、一側ピン１２には、反力Ａにおける側壁７ｈの平行方向分力Ａｃｏｓθが側壁に沿って他側環状溝７ｇの開口側に向かう力として生じている。つまり、一側ピン１２には、反力ＡのうちＡｃｏｓθ−μＡｓｉｎθが側壁７ｈに沿って他側環状溝７ｇの開口側に向かう力として一側ピン１２に作用している。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、一側ピン１２がねじ軸７の他側環状溝７ｇの側壁７ｈ上にあり、かつ一側ピン１２がコイルばね１４（図３参照）によってねじ軸７の軸心に垂直な方向のばね力Ｂで側壁７ｈを押圧している場合（以下、単に「ばね力Ｂ」と記す）、一側ピン１２は、ばね力Ｂにおける側壁７ｈの垂直方向分力Ｂｃｏｓθで側壁７ｈを押圧している。さらに、一側ピン１２には、側壁７ｈとの間の摩擦係数μおよびばね力Ｂにおける側壁７ｈの垂直方向分力Ｂｃｏｓθから定まる静止摩擦力μＢｃｏｓθが生じている。また、一側ピン１２には、ばね力Ｂにおける側壁７ｈの平行方向分力Ｂｓｉｎθが側壁７ｈに沿って他側環状溝７ｇの底部側に向かう力として生じている。つまり、一側ピン１２には、ばね力ＢのうちＢｓｉｎθ−μＢｃｏｓθが側壁７ｈに沿って他側環状溝７ｇの底部側に向かう力として一側ピン１２に作用している。
【００４３】
図４（ｃ）に示すように、一側ピン１２がねじ軸７の他側環状溝７ｇの側壁７ｈ上にあり、かつ一側ピン１２がコイルばね１４（図３参照）によって側壁７ｈをばね力Ｂで押圧している状態において、側壁７ｈが一側ピン１２を押圧する軸方向の力Ａがねじ軸７に加わっている場合、一側ピン１２には、側壁７ｈに沿って他側環状溝７ｇの開口側に向かう力Ａｃｏｓθ−μＡｓｉｎθと側壁に沿って他側環状溝７ｇの底部側に向かう力Ｂｓｉｎθ−μＢｃｏｓθとが作用している。従って、ボールねじ６は、傾斜角θ、摩擦係数μ、反力Ａおよびばね力Ｂにおいて数１に示す関係が成立する場合、一側ピン１２が他側環状溝７ｇの側壁７ｈを開口側に向かって移動する。すなわち、ボールねじ６は、傾斜角θ、摩擦係数μ、ばね力Ｂの場合、ねじ軸７に数１の関係を満たす軸方向の力Ａがねじ軸７に加わると一側ピン１２と他側環状溝７ｇとの係合が解除されるように構成されている。一側ピン１２と一側環状溝７ｅとの関係、他側ピン１３と一側環状溝７ｅとの関係および他側ピン１３と他側環状溝７ｇとの関係においても同様である。
【数１】
2017145894.tif 000003
【００４４】
以下に、図５を用いて、ボールねじ６の位置保持機構である一側環状溝７ｅおよび他側環状溝７ｇと一側ピン１２および他側ピン１３との動作態様について詳細に説明する。
【００４５】
ボールねじ６は、ナット８を基準としてねじ軸７が最も一側の位置にある場合、すなわち、ねじ軸７が延伸側ハウジング３の内部に最も後退した位置にある場合、一側ピン１２と他側ピン１３とが他側環状溝７ｇよりも他側にあるように構成されている。また、ボールねじ６は、ナット８を基準としてねじ軸７が最も他側の位置にある場合、すなわち、ねじ軸７が延伸側ハウジング３の内部から最も延出した位置にある場合、一側ピン１２と他側ピン１３とが一側環状溝７ｅよりも一側にあるように構成されている。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、ボールねじ６は、ねじ軸７の平滑な外周面７ｄのうち一側ピン１２に押圧されている位置と他側環状溝７ｇの位置とが一致すると、一側ピン１２が他側環状溝７ｇに挿入される。この際、一側ピン１２は、先端部が他側環状溝７ｇの両側の側壁７ｈに接触した状態でコイルばね１４のばね力Ｂで押圧されている。つまり、ボールねじ６は、一側ピン１２が他側環状溝７ｇに隙間なく係合されている。このようにして、ボールねじ６は、位置保持機構である他側環状溝７ｇと一側ピン１２とのみが係合する位置（以下、単に「後退位置」と記す）においてねじ軸７が保持されている。ボールねじ６は、ねじ軸７に上述の数１を満たす軸方向の力Ａが加わると、一側ピン１２が側壁７ｈによってコイルばね１４の圧縮方向に移動される。つまり、ボールねじ６は、ねじ軸７に所定の軸方向の力Ａが加わることで他側環状溝７ｇと一側ピン１２との係合が解除され、ねじ軸７が後退位置から移動される。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、ボールねじ６は、ねじ軸７の後退位置から他側方向への直進運動（黒塗矢印参照）によって一側環状溝７ｅが一側ピン１２に向かって移動されるとともに他側環状溝７ｇが他側ピン１３に向かって移動される。ボールねじ６は、ねじ軸７の平滑な外周面７ｄのうち一側ピン１２に押圧されている位置とねじ軸７の一側環状溝７ｅの位置とが一致し、平滑な外周面７ｄのうち他側ピン１３に押圧されている位置とねじ軸７の他側環状溝７ｇの位置とが一致すると、一側ピン１２が一側環状溝７ｅに挿入され、他側ピン１３が他側環状溝７ｇに挿入される。この際、一側ピン１２は、先端部が一側環状溝７ｅの両側の側壁７ｆに接触した状態でコイルばね１４のばね力Ｂで押圧される。同様に、他側ピン１３は、先端部が他側環状溝７ｇの両側の側壁７ｈに接触した状態でコイルばね１４のばね力Ｂで押圧されている。つまり、ボールねじ６は、一側ピン１２が一側環状溝７ｅに隙間なく係合され、他側ピン１３が他側環状溝７ｇに隙間なく係合されている。このようにして、ボールねじ６は、位置保持機構である一側環状溝７ｅと一側ピン１２および他側環状溝７ｇと他側ピン１３とが係合する位置（以下、単に「中間位置」と記す）でねじ軸７が保持されている。ボールねじ６は、ねじ軸７に上述の数１を満たす軸方向の力Ａが一側ピン１２と他側ピン１３とにそれぞれ加わると、一側ピン１２が側壁７ｆによってコイルばね１４の圧縮方向に移動され、他側ピン１３が側壁７ｈによってコイルばね１４の圧縮方向に移動される。つまり、ボールねじ６は、ねじ軸７に所定の軸方向の力Ａの二倍の力が加わることで一側環状溝７ｅと一側ピン１２との係合および他側環状溝７ｇと他側ピン１３との係合が解除され、ねじ軸７が中間位置から移動される。
【００４８】
図５（ｃ）に示すように、ボールねじ６は、ねじ軸７の中間位置から他側方向への直進運動（黒塗矢印参照）によって一側環状溝７ｅが他側ピン１３に向かって移動される。ボールねじ６は、ねじ軸７の平滑な外周面７ｄのうち他側ピン１３に押圧されている位置とねじ軸７の一側環状溝７ｅの位置とが一致すると、他側ピン１３が一側環状溝７ｅに挿入される。この際、他側ピン１３は、先端部が一側環状溝７ｅの両側の側壁７ｆに接触した状態でコイルばね１４のばね力Ｂで押圧される。つまり、ボールねじ６は、他側ピン１３が一側環状溝７ｅに隙間なく係合されている。このようにして、ボールねじ６は、位置保持機構である一側環状溝７ｅと他側ピン１３とが係合する位置（以下、単に「前進位置」と記す）でねじ軸７が保持されている。ボールねじ６は、ねじ軸７に上述の数１を満たす軸方向の力Ａが他側ピン１３に加わると、他側ピン１３が側壁７ｆによってコイルばね１４の圧縮方向に移動される。つまり、ボールねじ６は、ねじ軸７に所定の軸方向の力Ａが加わることで一側環状溝７ｅと他側ピン１３との係合が解除され、ねじ軸７が前進位置から移動される。ボールねじ６は、ねじ軸７の一側方向への直進運動においても同様の態様でねじ軸７の前進位置、中間位置および後退位置での位置が保持される。
【００４９】
加えて、ボールねじ６は、ねじ軸７が後退位置にある場合に他側環状溝７ｇに挿入されている一側ピン１２の一側センサ１５から検出信号が出力される。また、ボールねじ６は、ねじ軸７が中間位置にある場合に一側環状溝７ｅに挿入されている一側ピン１２の一側センサ１５と他側環状溝７ｇに挿入されている他側ピン１３の他側センサ１６とから検出信号がそれぞれ出力される。また、ボールねじ６は、ねじ軸７が前進位置にある場合に一側環状溝７ｅに挿入されている他側ピン１３の他側センサ１６から検出信号が出力される。このように、ボールねじ６は、ねじ軸７の後退位置、後退位置および前進位置に応じて異なる検出信号が出力される。
【００５０】
以上のごとく構成することで、ボールねじ６は、コイルばね１４によってねじ軸７の平滑な外周面７ｄに押圧されている一側ピン１２または他側ピン１３がねじ軸７の所定位置において一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに挿入され、ばね力Ｂによって押圧される。この結果、ボールねじ６は、傾斜角θ、摩擦係数μ、ばね力Ｂから定まる軸方向の力Ａがねじ軸７に加わるまでねじ軸７の位置が保持されている。つまり、ボールねじ６は、軸方向の力Ａを軸側ねじ溝７ａ、ナット側ねじ溝８ａおよびボール９が損傷する力よりも十分小さく設定することで軸側ねじ溝７ａ、ナット側ねじ溝８ａおよびボール９の損傷が防止される。また、ボールねじ６は、一側ピン１２と他側ピン１３とが所定の態様で一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに係合することで複数の所定位置である後退位置、中間位置、前進位置のうちいずれの位置で保持されているか特定される。これにより、動力源を用いることなく軸側ねじ溝７ａ、ナット側ねじ溝８ａおよびボール９に過大な力が加わらない範囲でねじ軸７の位置を保持することができる。
【００５１】
次に、図６を用いて、位置保持機能付き電動アクチュエータ１におけるボールねじの第二実施形態であるボールねじ１７について説明する。なお、以下の第二実施形態に係るボールねじ１７は、図１から図５に示すボールねじ６において、ボールねじ６に替えて適用されるものとして、その説明で用いた名称、図番、記号を用いることで、同じものを指すこととし、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
【００５２】
図６に示すように、ボールねじ１７は、回転運動を直進運動に変換して出力するものである。ボールねじ１７を構成するねじ軸７の平滑な外周面７ｄには、その一側から順に所定の間隔で一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとが形成されている。一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとは、ねじ軸７の平滑な外周面７ｄの周方向に沿って全周に渡って形成されている。さらに、平滑な外周面７ｄの一側端から他側端には、軸心に沿った直線溝７ｉが形成されている。直線溝７ｉは、一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとの溝深さよりも浅い溝深さで一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇとに交差するように形成されている。また、直線溝７ｉは、底部側の幅よりも開口側の幅が広くなるように形成されている。すなわち、直線溝７ｉは、両側の側壁がそれぞれ一側環状溝７ｅと他側環状溝７ｇと同様の傾斜面に形成されている。直線溝７ｉは、ねじ軸７の周り止め機構を構成している。
【００５３】
突出部材である一側ピン１８と他側ピン１９とは、ねじ軸７の軸方向の位置と周方向の位置とを保持するものである。一側ピン１８と他側ピン１９とは、側面視で略十字状に形成されている。すなわち、一側ピン１８と他側ピン１９とは、その途中部から垂直な方向に凸部１８ａ・１９ａが形成されている。一側ピン１８および他側ピン１９の先端部は、一側環状溝７ｅ、他側環状溝７ｇおよび直線溝７ｉにそれぞれ挿入可能な形状に形成されている。また一側ピン１８および他側ピン１９は、その先端部が一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに挿入された際、凸部１８ａ・１９ａが直線溝７ｉに挿入されるように形成されている。つまり、コイルばね１４で押圧される一側ピン１８と他側ピン１９とは、先端部が一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに挿入されることで位置保持機構を構成し、先端部または凸部１８ａ・１９ａが直線溝７ｉに挿入されることで周り止め機構を構成している。
【００５４】
ボールねじ１７は、ナット８が回転されると転動路に収容されている複数のボール９を介してねじ軸７に回転力が伝達される。ねじ軸７は、直線溝７ｉと一側ピン１８および他側ピン１９から構成される回り止め機構により軸回りの回転が規制されているため、ナット８の回転運動が軸側ねじ溝７ａの傾きによってねじ軸７の軸方向の直進運動に変換される。
【００５５】
以下にボールねじ１７の位置保持機構と周り止め機構である一側環状溝７ｅおよび他側環状溝７ｇと一側ピン１８および他側ピン１９との動作態様について詳細に説明する。
【００５６】
ボールねじ１７は、一側ピン１８に押圧されている直線溝７ｉの位置が直線溝７ｉと他側環状溝７ｇとの交差点の位置に一致すると、直線溝７ｉに挿入されていた一側ピン１８の先端部が他側環状溝７ｇに挿入されるとともに一側ピン１８の凸部１８ａが直線溝７ｉに挿入される。つまり、ボールねじ１７は、一側ピン１８が直線溝７ｉと他側環状溝７ｇとに係合されている。このようにして、ボールねじ１７は、ねじ軸７の軸回りの回転運動を抑制しつつ後退位置でねじ軸７が保持されている。同様にして、ボールねじ１７は、ねじ軸７の後退位置、中間位置および前進位置への移動においてねじ軸７の軸回りの回転運動を抑制しつつ所定位置でねじ軸７が保持されている。
【００５７】
以上のごとく構成することで、ボールねじ１７は、コイルばね１４によってねじ軸７の直線溝７ｉに押圧されている一側ピン１８または他側ピン１９がねじ軸７の所定位置において直線溝７ｉと一側環状溝７ｅまたは他側環状溝７ｇに挿入され、ばね力Ｂによって押圧される。この結果、ボールねじ１７は、ねじ軸７の周方向の位置および軸方向の位置が保持されている。つまり、ボールねじ１７は、一側ピン１８と他側ピン１９との先端部によってねじ軸７の軸回りの位置および軸方向の位置が所定位置で保持されるとともに、一側ピン１８と他側ピン１９との凸部１８ａ・１９ａによってねじ軸７の軸回りの位置が所定位置で保持される。これにより、動力源を用いることなく軸側ねじ溝７ａ、ナット側ねじ溝８ａおよびボール９に過大な力が加わらない範囲でねじ軸７の周方向および軸方向の位置を保持することができる。
【００５８】
以上の実施形態は、ねじ軸７に形成された二つの環状溝とボールねじ６・１７の延伸側ハウジング３に設けられた二つのピンとの組み合わせによって構成されているがこれに限定されるものではなく、ねじ軸７と延伸側ハウジング３とが所定の外力の範囲内で係合可能な複数の位置保持機構から構成されていればよい。また、電動アクチュエータ１は、ねじ軸７が直動部材として構成されているがこれに限定するものではなく、ナット８を直動部材とする構成でもよい。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。
【符号の説明】
【００５９】
１    電動アクチュエータ
４    電動モータ
６    ボールねじ
７    ねじ軸
７ａ  軸側ねじ溝
２ｅ  一側環状溝
２ｇ  他側環状溝
８    ナット
８ａ  ナット側ねじ溝
９    ボール
１２    一側ピン
１３    他側ピン
１４    コイルばね
【図１】
2017145894.tif 000004
【図２】
2017145894.tif 000005
【図３】
2017145894.tif 000006
【図４】
2017145894.tif 000007
【図５】
2017145894.tif 000008
【図６】
2017145894.tif 000009