(57)【要約】【課題】ハウジングの薄肉化によって軽量化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図ったボールねじおよびこれを備えた電動アクチュエータを提供する。【解決手段】ハウジング２に対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸１０を備えた電動アクチュエータ１において、ねじ溝９、１６が、円弧状のねじ溝９ａ、１６ａと鋸歯状のねじ溝９ｂ、１６ｂで構成されると共に、ねじ軸１０に引張荷重が負荷された場合、円弧状のねじ溝９ａ、１６ａとボール１９間にすきまがなくなり、鋸歯状のねじ溝９ｂ、１６ｂ間にすきまが生じて、円弧状のねじ溝１６ａ、９ａとボール１９がアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、逆入力が負荷された場合、円弧状のねじ溝１６ａ、９ａとボール１９間にすきまが生じ、鋸歯状のねじ溝１６ｂ、９ｂ間にすきまがなく滑り接触して台形ねじの状態となる。【選択図】図２
2017020630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、
このねじ軸に外嵌され、内周面に前記ねじ軸の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、
対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、
前記ねじ軸のねじ溝が、断面が円弧状のねじ溝と鋸歯状のねじ溝とで構成されると共に、前記ナットのねじ溝が、前記ねじ軸の円弧状のねじ溝に対向する円弧状のねじ溝と、前記ねじ軸の鋸歯状のねじ溝に対向する鋸歯状のねじ溝とで構成されていることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記ねじ軸の円弧状のねじ溝が、断面が円周の４分の１の部分円弧からなるサーキュラアーク形状に形成されると共に、前記鋸歯状のねじ溝が、当該円弧状のねじ溝と軸方向に対向し、断面が台形状に形成されている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記ナットの円弧状のねじ溝が、断面が円周の４分の１の部分円弧からなるサーキュラアーク形状に形成されると共に、前記鋸歯状のねじ溝が、当該円弧状のねじ溝と軸方向に対向し、断面が台形状に形成されている請求項１に記載のボールねじ。
【請求項４】
前記ナットの鋸歯状のねじ溝が、前記円弧状のねじ溝の接線方向に延び、垂線に対する傾斜角が０°〜２０°の平坦面に形成されている請求項３に記載のボールねじ。
【請求項５】
前記ナットのねじ溝が、断面が円弧状のねじ溝と、このねじ溝の端部から径方向内方に突出し、断面が台形状に形成された鋸歯状のねじ溝とで構成され、前記円弧状のねじ溝が円周の略２分の１の半円からなり、その断面形状が前記ボールの半径よりも大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたゴシックアーク形状に形成されている請求項３に記載のボールねじ。
【請求項６】
ハウジングと、
このハウジングに取り付けられた電動モータと、
この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、
この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備え、
このボールねじが、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、
前記ボールねじが前記請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじで構成され、
前記ねじ軸に引張荷重が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまがなくなり、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまが生じて、前記円弧状の両ねじ溝に前記ボールがアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、
前記ねじ軸に逆入力が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまが生じ、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまがなくなり、前記鋸歯状の両ねじ溝が滑り接触して台形ねじの状態となることを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項７】
前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成されて鋼製のスリーブがねじ部を介して締結されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合されている請求項６に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、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用されるボールねじ、詳しくは、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキ等で、電動モータからの回転入力を、駆動軸の直線運動に変換するボールねじおよびこれを備えた電動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種駆動部に使用される電動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】
従来の電動アクチュエータとしては、例えば、ハウジングに支持された電動モータにより、ボールねじを構成するボールねじ軸を回転駆動自在とし、このボールねじ軸を回転駆動することによってナットに結合された出力部材を軸方向に変位可能としている。ボールねじ機構は、摩擦抵抗が非常に小さく、出力部材側に作用するスラスト荷重によって簡単にボールねじ軸が回転してしまうので、電動モータが停止時に出力部材を位置保持する必要がある。
【０００４】
また、前述の電動アクチュエータでは、システムエラー等で制御不能になった時、荷重に押されてハウジングの内壁にボールねじ軸が慣性力で衝突し、電動アクチュエータが強度不足の場合は故障する恐れがある。これを解決した電動アクチュエータとして図７に示すようなものが知られている。この電動アクチュエータ５１は、円筒状のハウジング５２と、このハウジング５２に取り付けられた電動モータ（図示せず）と、この電動モータのモータ軸５３ａに取付けられた入力歯車５３に噛合する中間歯車５４と、この中間歯車５４に噛合する出力歯車５５とからなる減速機構５６と、この減速機構５６を介して電動モータの回転運動を駆動軸５７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構５８と、このボールねじ機構５８を備えたアクチュエータ本体５９とを備えている。
【０００５】
ハウジング５２はアルミ合金からなり、第１のハウジング５２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング５２ｂとからなり、第１のハウジング５２ａには電動モータが取り付けられると共に、これら第１のハウジング５２ａと第２のハウジング５２ｂの衝合部には、ねじ軸６０を収容するための袋孔６１、６２が形成されている。
【０００６】
電動モータのモータ軸５３ａは、その端部に入力歯車５３が圧入により相対回転不能に取り付けられ、第２のハウジング５２ｂに装着された深溝玉軸受からなる転がり軸受６３によって回転自在に支持されている。平歯車からなる中間歯車５４に噛合する出力歯車５５は、ボールねじ機構５８を構成するナット６４にキー６５を介して一体に固定されている。
【０００７】
駆動軸５７は、ボールねじ機構５８を構成するねじ軸６０と一体に構成され、この駆動軸５７の一端部（図中右端部）に係止ピン６６が植設されている。また、第２のハウジング５２ｂの袋孔６２には鋼製のスリーブ６７が締結されている。そして、スリーブ６７の周方向に対向する位置に軸方向に形成された凹溝６７ａ、６７ａにねじ軸６０の係止ピン６６が係合され、ねじ軸６０が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。
【０００８】
ボールねじ機構５８は、ねじ軸６０と、このねじ軸６０にボール６８を介して外挿されたナット６４とを備えている。ねじ軸６０は、外周に螺旋状のねじ溝６０ａが形成されている。一方、ナット６４は、ねじ軸６０に外挿されると共に、内周にねじ軸６０のねじ溝６０ａに対応する螺旋状のねじ溝６４ａが形成され、これらねじ溝６０ａ、６４ａとの間に多数のボール６８が転動自在に収容されている。そして、ナット６４は、ハウジング５２ａ、５２ｂに対して、２つの支持軸受６９、６９を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。
【０００９】
ねじ軸６０を回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持するスリーブ６７は、第２のハウジング５２ｂの袋孔６２に締結されている。具体的には、第２のハウジング５２ｂの袋孔６２に雌ねじ６２ａが形成され、この雌ねじ６２ａに螺合する雄ねじ６７ｂがスリーブ６７の外周に形成されている。そして、スリーブ６７を袋孔６２の底部に向かって回転させながら進めることにより、雌ねじ６２ａと雄ねじ６７ｂが係合し、スリーブ６７が第２のハウジング５２ｂに締結される。
【００１０】
スリーブ６７は第２のハウジング５２ｂの底部に直接当接されておらず、キャップ７０を介して締結されている。すなわち、スリーブ６７の端部にキャップ７０が外嵌され、一体となって第２のハウジング５２ｂの底部に嵌合されている。これにより、ねじ軸６０が第２のハウジング５２ｂの袋孔６２に直接衝突することがなく、第２のハウジング５２ｂの損傷と摩耗の低減を図ると共に、軽量化を図りつつ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１４−４３９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
こうした従来の電動アクチュエータ５１では、ねじ軸６０が慣性力で第２のハウジング５２ｂの内壁に衝突しても安全となるよう、耐久性と強度を高めた構造としつつ、軽量化を図ったものであるが、ねじ軸６０が衝突することを前提に考えられているため、スリーブ６７の端部に配設されたキャップ７０および第２のハウジング５２ｂに強度が必要とされ、材料だけでなく一定以上の厚みが要求される。これにより、軽量・コンパクト化の阻害要因となっていた。
【００１３】
本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、システムエラーが生じて制御不能となった場合でも、ねじ軸がハウジングに衝突しない安全機構に着眼し、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図ると共に、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図ったボールねじおよびこれを備えた電動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】
【００１４】
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、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に前記ねじ軸の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、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、前記ねじ軸のねじ溝が、断面が円弧状のねじ溝と鋸歯状のねじ溝とで構成されると共に、前記ナットのねじ溝が、前記ねじ軸の円弧状のねじ溝に対向する円弧状のねじ溝と、前記ねじ軸の鋸歯状のねじ溝に対向する鋸歯状のねじ溝とで構成されている。
【００１５】
このように、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面にねじ軸の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、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、ねじ軸のねじ溝が、断面が円弧状のねじ溝と鋸歯状のねじ溝とで構成されると共に、ナットのねじ溝が、ねじ軸の円弧状のねじ溝に対向する円弧状のねじ溝と、ねじ軸の鋸歯状のねじ溝に対向する鋸歯状のねじ溝とで構成されているので、ねじ軸に通常の進行方向に進む場合、ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝およびボールとの間にすきまがなくなり、ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまが生じて、円弧状の両ねじ溝にボールがアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、ねじ軸に反進行方向に進む場合、ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝およびボールとの間にすきまが生じ、ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまがなくなり、鋸歯状の両ねじ溝が滑り接触して台形ねじの状態となる。したがって、入力荷重に対しては高効率となると共に、外部入力に対してはブレーキの役割りをなし、鋸歯状のねじ溝で負荷を受けて鈍感となり、システムエラー等で制御不能となった時、ボールねじ側からの逆入力トルクを遮断することができるボールねじを提供することができる。
【００１６】
好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記ねじ軸の円弧状のねじ溝が、断面が円周の４分の１の部分円弧からなるサーキュラアーク形状に形成されると共に、前記鋸歯状のねじ溝が、当該円弧状のねじ溝と軸方向に対向し、断面が台形状に形成されていても良い。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明のように、前記ナットの円弧状のねじ溝が、断面が円周の４分の１の部分円弧からなるサーキュラアーク形状に形成されると共に、前記鋸歯状のねじ溝が、当該円弧状のねじ溝と軸方向に対向し、断面が台形状に形成されていても良い。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明のように、前記ナットの鋸歯状のねじ溝が、前記円弧状のねじ溝の接線方向に延び、垂線に対する傾斜角が０°〜２０°の平坦面に形成されていていれば、ねじ溝の軸方向のコンパクト化を図ることができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明のように、前記ナットのねじ溝が、断面が円弧状のねじ溝と、このねじ溝の端部から径方向内方に突出し、断面が台形状に形成された鋸歯状のねじ溝とで構成され、前記円弧状のねじ溝が円周の略２分の１の半円からなり、その断面形状が前記ボールの半径よりも大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたゴシックアーク形状に形成されていれば、ボールを安定して保持してガタツキを防止し、異音や振動の発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明のうち請求項６に記載の発明は、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備え、このボールねじが、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじが前記請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじで構成され、前記ねじ軸に引張荷重が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまがなくなり、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまが生じて、前記円弧状の両ねじ溝に前記ボールがアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、前記ねじ軸に逆入力が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまが生じ、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまがなくなり、前記鋸歯状の両ねじ溝が滑り接触して台形ねじの状態となる。
【００２１】
このように、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備え、このボールねじが、ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、駆動軸と同軸状に一体化され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、ボールねじが前記請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじで構成され、ねじ軸に引張荷重が負荷された場合、ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝およびボールとの間にすきまがなくなり、ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまが生じて、円弧状の両ねじ溝にボールがアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、ねじ軸に逆入力が負荷された場合、ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝およびボールとの間にすきまが生じ、ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまがなくなり、鋸歯状の両ねじ溝が滑り接触して台形ねじの状態となるので、入力荷重に対しては高効率となると共に、外部入力に対してはブレーキの役割りをなし、鋸歯状のねじ溝で負荷を受けて鈍感となり、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸がその慣性力でオーバーランしても、ねじ軸の軸端ハウジングの袋孔の底面に衝突するのを防止することができる。したがって、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図ると共に、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図った電動アクチュエータを提供することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明のように、前記ハウジングに前記ねじ軸を収容する袋孔が形成されて鋼製のスリーブがねじ部を介して締結されると共に、このスリーブの内周に軸方向に延びる凹溝が形成され、前記ねじ軸の端部に係止ピンが植設されて前記凹溝に係合されていれば、ハウジングに対してねじ軸を回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に外嵌され、内周面に前記ねじ軸の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、対向する両ねじ溝により形成される転動路に収容された複数のボールと、を備えたボールねじにおいて、前記ねじ軸のねじ溝が、断面が円弧状のねじ溝と鋸歯状のねじ溝とで構成されると共に、前記ナットのねじ溝が、前記ねじ軸の円弧状のねじ溝に対向する円弧状のねじ溝と、前記ねじ軸の鋸歯状のねじ溝に対向する鋸歯状のねじ溝とで構成されているので、ねじ軸に通常の進行方向に進む場合、ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝およびボールとの間にすきまがなくなり、ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまが生じて、円弧状の両ねじ溝にボールがアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、ねじ軸に反進行方向に進む場合、ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝およびボールとの間にすきまが生じ、ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまがなくなり、鋸歯状の両ねじ溝が滑り接触して台形ねじの状態となる。したがって、入力荷重に対しては高効率となると共に、外部入力に対してはブレーキの役割りをなし、鋸歯状のねじ溝で負荷を受けて鈍感となり、システムエラー等で制御不能となった時、ボールねじ側からの逆入力トルクを遮断することができるボールねじを提供することができる。
【００２４】
また、本発明に係る電動アクチュエータは、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじとを備え、このボールねじが、前記ハウジングに装着された支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、前記ボールねじが前記請求項１乃至５いずれかに記載のボールねじで構成され、前記ねじ軸に引張荷重が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまがなくなり、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまが生じて、前記円弧状の両ねじ溝に前記ボールがアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、前記ねじ軸に逆入力が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまが生じ、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまがなくなり、前記鋸歯状の両ねじ溝が滑り接触して台形ねじの状態となるので、入力荷重に対しては高効率となると共に、外部入力に対してはブレーキの役割りをなし、鋸歯状のねじ溝で負荷を受けて鈍感となり、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸がその慣性力でオーバーランしても、ねじ軸の軸端ハウジングの袋孔の底面に衝突するのを防止することができる。したがって、ねじ軸の衝突を回避して信頼性の向上を図ると共に、ハウジングの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図った電動アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は、図１のボールねじ機構を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。
【図３】図１の中間歯車部を示す要部拡大図である。
【図４】図１のスリーブを示す要部拡大図である。
【図５】（ａ）は、図２のねじ軸の荷重負荷時の状態を示す説明図、（ｂ）は、ねじ軸の逆入力負荷時の状態を示す説明図である。
【図６】（ａ）は、図２のナットの変形例を示す要部拡大図、（ｂ）は、図２のナットの他の変形例を示す要部拡大図である。
【図７】従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
アルミ合金製のハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された一対の支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、前記駆動軸と同軸状に一体化され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、
前記ねじ溝が、断面が円周の４分の１の部分円弧からなるサーキュラアーク形状に形成された円弧状のねじ溝と、この円弧状のねじ溝と軸方向に対向し、断面が台形状に形成された鋸歯状のねじ溝とで構成されると共に、前記ねじ軸に引張荷重が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまがなくなり、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまが生じて、前記円弧状の両ねじ溝に前記ボールがアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となると共に、前記ねじ軸に逆入力が負荷された場合、前記ナットとねじ軸の円弧状のねじ溝および前記ボールとの間にすきまが生じ、前記ナットとねじ軸の鋸歯状のねじ溝との間にすきまがなくなり、前記鋸歯状の両ねじ溝が滑り接触して台形ねじの状態となる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図、図２（ａ）は、図１のボールねじ機構を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図、図３は、図１の中間歯車部を示す要部拡大図、図４は、図１のスリーブを示す要部拡大図、図５（ａ）は、図２のねじ軸の荷重負荷時の状態を示す説明図、（ｂ）は、ねじ軸の逆入力負荷時の状態を示す説明図、図６（ａ）は、図２のナットの変形例を示す要部拡大図、（ｂ）は、図２のナットの他の変形例を示す要部拡大図である。
【００２８】
この電動アクチュエータ１は、図１に示すように、円筒状のハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータＭと、この電動モータＭのモータ軸３ａに取付けられた入力歯車３に噛合する中間歯車４、およびこの中間歯車４に噛合する出力歯車５からなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータＭの回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構８とを備えている。
【００２９】
ハウジング２はＡ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からなり、第１のハウジング２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング２ｂとからなり、固定ボルト（図示せず）によって一体に固定されている。第１のハウジング２ａには電動モータＭが取り付けられると共に、これら第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂには、ねじ軸１０を収容するための貫通孔１１と袋孔１２が形成されている。
【００３０】
電動モータＭのモータ軸３ａは、その端部に入力歯車３が圧入により相対回転不能に取り付けられ、第２のハウジング２ｂに装着された深溝玉軸受からなる転がり軸受１３によって回転自在に支持されている。また、平歯車からなる中間歯車４に噛合する出力歯車５は、後述するボールねじ機構８を構成するナット１８の外周にキー１４を介して一体に固定されている。
【００３１】
駆動軸７は、ボールねじ機構８を構成するねじ軸１０と一体に構成され、この駆動軸７の一端部（図中右端部）に係止ピン１５が植設されている。また、第２のハウジング２ｂの袋孔１２には後述する円筒状のスリーブ１７が締結されている。そして、スリーブ１７の周方向の対向する位置に軸方向に延びる凹溝１７ａ、１７ａが形成され、この凹溝１７ａ、１７ａにねじ軸１０の係止ピン１５が係合され、ねじ軸１０が、ハウジング２に対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。
【００３２】
ボールねじ機構８は、図２（ａ）に拡大して示すように、ねじ軸１０と、このねじ軸１０にボール１９を介して外挿されたナット１８とを備えている。ねじ軸１０は、外周に螺旋状のねじ溝９が形成されている。一方、ナット１８は、ねじ軸１０に外挿されると共に、内周にねじ軸１０のねじ溝１６に対応する螺旋状のねじ溝１６が形成され、これらねじ溝９、１６との間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。そして、ナット１８は、第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに対して、２つの支持軸受２０、２０を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。２１は、ナット１８のねじ溝１６を連結して循環部材を構成する駒部材で、この駒部材２１によって多数のボール１９が無限循環することができる。
【００３３】
ナット１８はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から円筒状に形成され、ねじ溝１６は旋削等の機械加工によって形成されている。そして、真空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、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸１０はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼から円柱状に形成され、ねじ溝９は旋削等の機械加工によって形成されている。そして、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、低コスト化を図ることができる。なお、ナット１８のねじ溝１６およびねじ軸１０のねじ溝９を転造加工によって形成しても良い。
【００３４】
ナット１８の外周面１８ａには減速機構６を構成する出力歯車５が一体に固定されると共に、この出力歯車５の両側に２つの支持軸受２０、２０が所定のシメシロを介して圧入されている。これにより、駆動軸７からスラスト荷重が負荷されても支持軸受２０、２０と出力歯車５の軸方向の位置ズレを防止することができる。また、２つの支持軸受２０、２０は、両端部にシールド板２０ａ、２０ａが装着された密封型の深溝玉軸受で構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。
【００３５】
また、本実施形態では、ナット１８を回転自在に支持する支持軸受２０が同じ仕様の深溝玉軸受で構成されているので、前述した駆動軸７からスラスト荷重および出力歯車５を介して負荷されるラジアル荷重の両方を負荷することができると共に、組立時に誤組み防止のための確認作業を簡便化することができ、組立作業性を向上させることができる。なお、ここで、同じ仕様の深溝玉軸受とは、軸受の内径、外径、幅寸法をはじめ、転動体サイズ、個数および軸受内部すきま等が同一なものを言う。
【００３６】
また、ここでは、一対の支持軸受２０、２０のうち一方（図中左側）の支持軸受２０がリング状の弾性部材からなるワッシャ２７を介して第１のハウジング２ａに装着されている。このワッシャ２７は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されたウェーブワッシャからなる。そして、その内径Ｄが支持軸受２０の内輪２０ｂの外径ｄよりも大径に形成されている。これにより、一対の支持軸受２０、２０の軸方向ガタをなくすことができ、円滑な回転性能を得ることができると共に、ワッシャ２７が、支持軸受２０の外輪のみに当接して回転輪となる内輪とは干渉しないため、逆スラスト荷重が生じてナット１８が第１のハウジング２ａ側に押し付けられても支持軸受２０の内輪２０ｂの端面が第１のハウジング２ａに当接して摩擦力が上昇するのを防止し、ロック状態になるのを防止することができる。
【００３７】
減速機構６を構成する中間歯車４は、図３に示すように、転がり軸受２３を介して第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに植設された歯車軸２２に回転自在に支承されている。歯車軸２２の端部のうち、例えば、第１のハウジング２ａ側の端部を圧入する場合、第２のハウジング２ｂ側の端部をすきま嵌めに設定することにより、ミスアライメント（組立誤差）を許容して円滑な回転性能を確保することができる。本実施形態では、転がり軸受２３は、中間歯車４の内径４ａに圧入される鋼板プレス製の外輪２４と、保持器２５を介して外輪２４に転動自在に収容された複数の針状ころ２６とを備えた、所謂シェル型の針状ころ軸受で構成されている。これにより、軸受の入手性が高く、低コスト化を図ることができる。
【００３８】
また、中間歯車４の両側にはリング状のワッシャ２８、２８が装着され、中間歯車４が直接第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに接触するのを防止している。ここで、中間歯車４の歯部４ｂの幅が歯幅よりも小さく形成されている。これにより、ワッシャ２８との接触面積を小さくすることができ、回転時の摩擦抵抗を抑えて円滑な回転性能を得ることができる。ここで、ワッシャ２８は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて形成された平ワッシャからなる。なお、これ以外にも、例えば、黄銅や焼結金属、または、ＧＦ（グラス繊維）等の繊維状強化材が所定量充填されたＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性の合成樹脂で形成されていても良い。
【００３９】
さらに、転がり軸受２３の幅が中間歯車４の歯幅よりも小さく設定されている。これにより、摩擦による軸受側面の摩耗や変形を防止することができ、円滑な回転性能を得ることができる。
【００４０】
図４に示すように、ねじ軸１０を回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持するスリーブ１７は、第２のハウジング２ｂの袋孔１２に締結されている。具体的には、第２のハウジング２ｂの袋孔１２に雌ねじ１２ａが形成され、この雌ねじ１２ａに螺合する雄ねじ１７ｂがスリーブ１７の外周に形成されている。そして、スリーブ１７を袋孔１２の底部１２ｂに向かって螺合（回転させながら進める）することにより、雌ねじ１２ａと雄ねじ１７ｂが係合し、スリーブ１７が第２のハウジング２ｂに締結される。
【００４１】
このスリーブ１７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、内周には対向する位置に軸方向に延びる凹溝１７ａ、１７ａが形成されている。そして、この凹溝１７ａの表面に無電解ニッケルメッキ等の金属メッキが施されている。一方、凹溝１７ａに係合する係止ピン１５の表面にも硬質クロムメッキ等の金属メッキが施されている。これにより、耐摩耗性が向上し、長期間に亘って摩耗を抑制することができる。なお、金属メッキとして、これ以外にも、例えば、亜鉛メッキ、ユニクロメッキ、クロメートメッキ、ニッケルメッキ、クロムメッキ、カニゼンメッキ等を例示することができる。ここで、凹溝１７ａと係止ピン１５は、摺動時に互いが固着するのを防止することができるように、金属メッキは異種材の方が好ましい。
【００４２】
また、本実施形態では、第２のハウジング２ｂの端面に周方向等配に凹部２９が複数個形成されると共に、スリーブ１７の端面の外径部をこれら凹部２９に向けて塑性変形させて形成した加締部３０によってスリーブ１７の回り止めが行われている。これにより、運転中の振動等によってスリーブ１７のねじ部が緩むのを防止し、信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、第２のハウジング２ｂの雌ねじ１２ａとスリーブ１７の雄ねじ１７ｂが袋孔１２の底部寄りに設けられている。これにより、温度上昇によってそれぞれ線膨張係数が異なる第２のハウジング２ｂとスリーブ１７のねじ締結において、温度上昇に伴う軸力の変化を抑制することができる。
【００４４】
また、アクチュエータ本体の作動環境において、特に高温の領域では、それぞれ線膨張係数が異なる第２のハウジング２ｂとスリーブ１７のねじ締結が緩みの状況であった場合でも、加締部３０によってこのねじの緩みを防止することができ、信頼性が向上する。
【００４５】
ここで、本発明に係るボールねじ機構８は、図２（ｂ）に示すように、ねじ軸１０およびナット１８のねじ溝９、１６は、左右で異なった断面形状に形成されている。具体的には、ねじ軸１０のねじ溝９は、通常のボールねじを形成する円弧状のねじ溝９ａと、台形ねじを形成する鋸歯状のねじ溝９ｂとで構成されている。また、ナット１８のねじ溝１６は、ねじ軸１０のねじ溝９ａに対向する円弧状のねじ溝１６ａと、鋸歯状のねじ溝９ｂに対向する鋸歯状のねじ溝１６ｂとで構成されている。
【００４６】
ボールねじを形成するねじ溝９ａ、１６ａは、断面が円周の４分の１〜２の部分円弧からなるサーキュラアーク形状に形成されている。一方、台形ねじを形成するねじ溝９ｂ、１６ｂは、円弧状のねじ溝９ａ、１６ａと軸方向に対向し、垂線に対する傾斜角が０°〜２０°の平坦面からなる断面が台形状に形成されている。
【００４７】
次に、図５を用いてボールねじ機構８の作動について詳細に説明する。（ａ）に示すように、ねじ軸１０に矢印（図中左側方向）のような引張荷重が負荷された場合、すなわち、通常の進行方向に進む場合、ナット１８の円弧状のねじ溝１６ａとねじ軸１０の円弧状のねじ溝９ａおよびボール１９との間にすきまＳ１がなくなると共に、ナット１８の鋸歯状のねじ溝１６ｂとねじ軸１０の鋸歯状のねじ溝９ｂとの間にすきまＳ２が生じて、円弧状の両ねじ溝１６ａ、９ａにボール１９がアンギュラコンタクトしてボールねじの状態となる。
【００４８】
一方、（ｂ）に示すように、ねじ軸１０に矢印（図中右側方向）のような逆入力（外部入力）が負荷された場合、ナット１８の円弧状のねじ溝１６ａとねじ軸１０の円弧状のねじ溝９ａおよびボール１９との間にすきまＳ１が生じると共に、ナット１８の鋸歯状のねじ溝１６ｂとねじ軸１０の鋸歯状のねじ溝９ｂとの間にすきまＳ２がなくなり、鋸歯状の両ねじ溝１６ｂ、９ｂが滑り接触して台形ねじの状態となる。
【００４９】
これにより、入力荷重に対しては高効率となると共に、外部入力に対してはブレーキの役割りをなし、このねじ溝９ｂ、１６ｂで負荷を受けて鈍感となり、システムエラー等で制御不能となった時、荷重に押されてねじ軸１０がその慣性力でオーバーランしても、ねじ軸１０の軸端（ここでは、右側端面）が第２のハウジング２ｂの袋孔１２の底面１２ｂに衝突するのを防止することができる（図１参照）。したがって、ねじ軸１０の衝突を回避して信頼性の向上を図ると共に、第１のハウジング２ｂの薄肉化によって軽量・コンパクト化を図った電動アクチュエータ１を提供することができる。
【００５０】
図６に前述したナット１８の変形例を示す。（ａ）に示すナット３１は、内周に螺旋状のねじ溝３２が形成され、このねじ溝３２は、通常のボールねじを形成する断面が円弧状のねじ溝３２ａと、このねじ溝３２ａの端部から径方向内方に突出し、台形ねじを形成する鋸歯状のねじ溝１６ｂとで構成されている。円弧状のねじ溝３２ａは円周の略２分の１の半円からなり、その断面形状は、ボール１９の半径よりも僅かに大きい曲率半径からなる２つの円弧を組み合わせたゴシックアーク形状に形成されている。これにより、ボール１９を安定して保持してガタツキを防止し、異音や振動の発生を抑制することができる。なお、ねじ溝３２ａは単一の円弧からなるサーキュラアーク形状であっても良い。
【００５１】
（ｂ）に示すナット３３は、内周に螺旋状のねじ溝３４が形成され、このねじ溝３４は、通常のボールねじを形成する断面が円弧状のねじ溝１６ａと、このねじ溝１６ａから径方向内方に突出し、台形ねじを形成する鋸歯状のねじ溝３４ａとで構成されている。
【００５２】
鋸歯状のねじ溝３４ａは、一方の歯面Ｆｆ（図中左側）が円弧状のねじ溝１６ａと軸方向に対向し、他方の歯面Ｂｆ（図中右側）が円弧状のねじ溝１６ａの接線方向に延び、垂線に対する傾斜角が０°〜２０°の平坦面に形成されている。これにより、ねじ溝３４の軸方向のコンパクト化を図ることができる。
【００５３】
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】
【００５４】
本発明に係る電動アクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動アクチュエータに適用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１  電動アクチュエータ
２  ハウジング
２ａ  第１のハウジング
２ｂ  第２のハウジング
３  入力歯車
３ａ  モータ軸
４  中間歯車
４ａ  中間歯車の内径
４ｂ  歯部
５  出力歯車
６  減速機構
７  駆動軸
８  ボールねじ機構
９、１６、３２、３４  ねじ溝
９ａ、１６ａ、３２ａ  円弧状のねじ溝
９ｂ、１６ｂ、３４ｂ  鋸歯状のねじ溝
１０  ねじ軸
１１  貫通孔
１２  袋孔
１２ａ  雌ねじ
１２ｂ  袋孔の底面
１３、２３  転がり軸受
１４  キー
１５  係止ピン
１７  スリーブ
１７ａ  凹溝
１７ｂ  雄ねじ
１８、３１、３３  ナット
１８ａ  ナットの外周面
１９  ボール
２０  支持軸受
２０ａ  シールド板
２０ｂ  内輪
２１  駒部材
２２  歯車軸
２４  外輪
２５  保持器
２６  針状ころ
２７、２８  ワッシャ
２９  凹部
３０  加締部
５１  電動アクチュエータ
５２  ハウジング
５２ａ  第１のハウジング
５２ｂ  第２のハウジング
５３  入力歯車
５３ａ  モータ軸
５４  中間歯車
５５  出力歯車
５６  減速機構
５７  駆動軸
５８  ボールねじ機構
５９  アクチュエータ本体
６０  ねじ軸
６０ａ、６４ａ  ねじ溝
６１、６２  袋孔
６２ａ  雌ねじ
６３  転がり軸受
６４  ナット
６５  キー
６６  係止ピン
６７  スリーブ
６７ａ  凹溝
６７ｂ  雄ねじ
６８  ボール
６９  支持軸受
７０  キャップ
Ｂｆ、Ｆｆ  鋸歯状のねじ溝の歯面
Ｄ  ワッシャの内径
ｄ  支持軸受の内輪外径
Ｍ  電動モータ
Ｓ１  円弧状のねじ溝とボール間のすきま
Ｓ２  鋸歯状のねじ溝間のすきま
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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