(57)【要約】【課題】軽量・コンパクト化を図ると共に、加工工数を削減して低コスト化を図った電動アクチュエータを提供する。【解決手段】ナット３の外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝４が互いに対向して形成され、ヨーク７の先端部に形成された貫通孔７ａに円柱状のピン６が嵌合されて連結溝４に係合されると共に、連結アーム５がナット３の軸方向の移動により揺動してそのストロークエンドで、連結アーム５と連結溝４との接触位置がナット３の中心に一致するように設定されているので、荷重が立ち上がるストロークエンドでナット３の中心に荷重が作用し、モーメント荷重の発生が抑えられる。したがって、ナット３の耐久性を向上させると共に、ナット３の軽量・コンパクト化を図ることができる。また、素材の歩留まりを抑えると共に、加工工数を削減して低コス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。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータに連結され、ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたねじ軸と、
このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、連結アームの一端部に二股状に形成されたヨークに係合されて回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されたナットとからなるボールねじ機構を備え、
前記電動モータの回転運動を前記ナットを介して前記連結アームの揺動運動に変換する電動アクチュエータにおいて、
前記ナットの外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝が互いに対向して形成され、この連結溝が前記ヨークの先端部に係合されると共に、前記連結アームが前記ナットの軸方向の移動により揺動してそのストロークエンドで、前記連結アームと連結溝との接触位置が前記ナットの中心に一致するように設定されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記ヨークの先端部に貫通孔が形成され、この貫通孔に円柱状のピンが嵌合されて前記連結溝に係合されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記ピンが回転自在に嵌合されている請求項２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記ピンが硬化処理されている請求項２または３に記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記ピンの位置が、前記連結アームのヨークが垂直位置で、前記ナットの中心より所定量だけオフセットして下方に配置され、このオフセット量が、前記連結アームの揺動中心と前記ピンの中心距離および前記連結アームの最大揺動角度から設定されている請求項２乃至４いずれかに記載の電動アクチュエータ。
【請求項６】
前記連結溝の両側に径方向外方に延びる案内壁が形成されている請求項１乃至５いずれか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、自動車等の車両の駆動部に使用されるボールねじ機構を備えた電動アクチュエータ、詳しくは、自動車の機械式チェンジギア変速機に使用され、電動モータからの回転入力をボールねじ機構を介して変速機のシフト機構の直線運動に変換する電動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の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】
例えば、自動車の機械式チェンジギア変速機のシフトバーハウジングに使用され、電動アクチュエータを用いて、電動モータからの回転入力部がボールねじ機構によってシフト機構に入力を与える変速機のシフト機構が知られている。
【０００４】
機械式チェンジギア変速機のシフトバーハウジングアセンブリは、一般的に、ほぼ平行で独立的に横方向移動可能な複数のシフトバーを有しており、それを選択して横方向移動させることによって、特定のギア比の連結／切り離しが行われる。一般的にこのシフトバーハウジングは手動で制御され、シフトバーに直接的に取り付けられて固定されるか、または遠隔操作シフト機構の横軸に固定されているシフトフィンガによって作動されてきた。このシフトフィンガが自動的に軸方向（Ｘ−Ｙ）、すなわち、レール選択方向に移動してから、横方向（Ｙ−Ｙ）、すなわち、ギア連結／切り離し方向に移動する自動制御式、所謂Ｘ−Ｙ形シフト機構は公知である。なお、ここで用いる「横方向」および「軸方向」とは、シフターに関するものであり、必ずしも変速機または車両の特定方向を意味するものではない。
【０００５】
このような自動または半自動Ｘ−Ｙシフト機構は非同期機械式チェンジギア変速機に適用される場合が多い。ここで用いる「非同期」とは、シンクロナイザを備えていない形式の機械式チェンジギア変速機のことである。このような変速機には、自動または半自動シフト機構を用いることに関連した問題の１つとして、「キックアウト」として知られる現象がある。これは、別のジョークラッチに連結する位置へ移動したジョークラッチが部分連結するだけで、その後に事実上連結状態からキックアウトされる。このキックアウト移動は、通常、ジョークラッチからシフトフォーク、シフトフィンガおよびシフト機構に逆向きに伝達される。
【０００６】
このキックアウト力がシフト機構を通って送り戻されることによって、シフト機構の多くの部材のいくらかが破損する可能性がある。特に、電動式シフト機構では、電動モータからの回転入力部がボールねじ機構によってシフト機構に入力を与えるため、シフト機構がキックアウト力を受けると、ほとんどの部材はその力に耐えて破損しないが、1つの典型的な結果としてボールねじ機構のねじ山が破損する。これにより、その機構はほとんど作動不能となってしまう。このような問題を解決したシフト機構として、図８に示すようなものが知られている。
【０００７】
この変速機のシフト機構５０は、図示しない機械式チェンジギア変速機およびシフトバーハウジングに取り付けられるハウジング５１を備え、シフト機構５０は、ハウジング５１に取り付けられる電動モータＭを備えている。この作動によってシフトフィンガ５２が軸方向（Ｘ−Ｙ）に移動することができる。シフト機構５０にはさらに電動モータ（図示せず）が設けられており、この作動によってシフトフィンガ５２が横方向（Ｙ−Ｙ）に移動することができる。
【０００８】
ねじ軸５３は左端部で電動モータＭに連結され、右端部がハウジング５１内に軸支されてボールねじ機構Ｂ／Ｓを構成している。ねじ軸５３には外周に螺旋状のねじ溝５３ａが形成されており、ねじ付き横部材（ナット部材）５４に螺合しているため、このねじ付き横部材５４はねじ軸５３に沿って両横方向（Ｘ−Ｙ）に横移動することができる。ねじ付き横部材５４は、その両軸方向側部にトラニオン部材５５が設けられている。このトラニオン部材５５に係合するレバー部材５６のレバーアーム５７にはほぼＵ字形のスロット５８が形成され、このスロット５８がトラニオン部材５５に係合している。軸部材５９の中央部分６０は断面がほぼ正方形で、シフトキャリア部材６１内へ延出している。これにより、ねじ付き横部材５４の横方向（Ｘ−Ｙ）への移動がトラニオン部材５５によってレバーアーム５７に伝達されて、レバー部材５６全体が軸部材５９の中央部分６０の回転軸線Ａ回りに回動する。
【０００９】
軸部材５９の中央部分６０の周囲にはほぼＶ字形のばね受け部材６２が配置されている。このばね受け部材６２はほぼ円筒形の内表面６２ａが形成され、レバーアーム５７の円筒形外表面５７ａに嵌合し、軸部材５９と協働して、回転軸線Ａに対してレバー部材５６の環状部分とセンタリングすることができる。
【００１０】
ばね受け部材６２は、横方向の両側に脚部分６３、６４が形成され、これらの脚部分６３、６４にリベット部材６５、６５が嵌挿されている。そして、リベット部材６５、６５に圧縮コイルばね６６、６６が配置され、リベット部材６５、６５がほぼ等しい付勢力でもって押し付けられてレバーアーム５７に係合している。
【００１１】
電動モータＭが起動されてねじ軸５３が回転すると、ねじ付き横部材５４が移動するが、例えば、ねじ付き横部材５４が右方向へ移動するものとすると、レバー部材５６が回転軸線Ａを中心に時計回り方向に回動する。圧縮コイルばね６６の付勢力は、脚部材６４に対応した圧縮コイルばね６６が圧縮されないで、その代わりばね受け部材６２に十分な力を伝達してそれを回転軸線Ａ回りに回動させる。このような回動によって、シフトフィンガ５２が回転軸線Ａを中心に時計回り方向に回動する。
【００１２】
その結果、レバー部材５６が垂直位置にある状態で、ばね受け部材６２はシフトフィンガ６１も垂直になる位置に維持される。すなわち、レバー部材５６が回動した時、その移動が圧縮コイルばね６６を介して伝達され、ばね受け部材６２を回動させてシフトフィンガ６１を回動させる。非同期連結中は、キックアウト移動によってシフトフィンガ６１が反対方向へ回動して圧縮コイルばね６６が圧縮される。この圧縮コイルばね６６の圧縮によって、シフト機構５０を介して送り戻されるエネルギの多くが消散し、これによってシフト機構５０のボールねじ機構Ｂ／Ｓが破損するのを防止することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−３３１０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
こうした従来の変速機用のシフト機構５０では、ボールねじ機構Ｂ／Ｓにおけるねじ付き横部材５４の両軸方向側部にトラニオン部材５５が設けられているため、これらトラニオン部材５５を介して駆動することにより、常にねじ付き横部材５４の中心に荷重を作用させることができる。したがって、モーメント荷重の発生が抑えられ、ねじ付き横部材５４の耐久性が向上する。然しながら、ねじ付き横部材５４にトラニオン部材５５を突設するためには加工工数が増大するだけでなく、素材の歩留まりが悪くコスト面で不利となる。また、ねじ付き横部材５４が必然的に大型化して軽量・コンパクト化の阻害要因となって好ましくない。
【００１４】
本発明は、こうした従来の課題を解消し、軽量・コンパクト化を図ると共に、加工工数を削減して低コスト化を図っ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】
【００１５】
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、電動モータに連結され、ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、連結アームの一端部に二股状に形成されたヨークに係合されて回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されたナットとからなるボールねじ機構を備え、前記電動モータの回転運動を前記ナットを介して前記連結アームの揺動運動に変換する電動アクチュエータにおいて、前記ナットの外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝が互いに対向して形成され、この連結溝が前記ヨークの先端部に係合されると共に、前記連結アームが前記ナットの軸方向の移動により揺動してそのストロークエンドで、前記連結アームと連結溝との接触位置が前記ナットの中心に一致するように設定されている。
【００１６】
このように、電動モータに連結され、ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、連結アームの一端部に二股状に形成されたヨークに係合されて回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されたナットとからなるボールねじ機構を備え、電動モータの回転運動をナットを介して連結アームの揺動運動に変換する電動アクチュエータにおいて、ナットの外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝が互いに対向して形成され、この連結溝がヨークの先端部に係合されると共に、連結アームがナットの軸方向の移動により揺動してそのストロークエンドで、連結アームと連結溝との接触位置がナットの中心に一致するように設定されているので、荷重が立ち上がるストロークエンドで、ナットの中心に荷重が作用するため、従来のように、ナットにトラニオンを突設しなくてもモーメント荷重の発生が抑えられ、ナットの耐久性を向上させることができると共に、ナットの軽量・コンパクト化を図ることができる。また、素材の歩留まりを抑えると共に、加工工数を削減して低コス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。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明のように、前記ヨークの先端部に貫通孔が形成され、この貫通孔に円柱状のピンが嵌合されて前記連結溝に係合されていれば、連結アームとボールねじ機構との組立性を向上させることができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明のように、前記ヨークの先端部に貫通孔が形成され、この貫通孔に円柱状のピンが回転自在に嵌合されていれば、ピン自体の耐摩耗性を向上させ、電動アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明のように、前記ピンが硬化処理されていれば、ピン自体の耐摩耗性を一層向上させ、電動アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明のように、前記ピンの位置が、前記連結アームのヨークが垂直位置で、前記ナットの中心より所定量だけオフセットして下方に配置され、このオフセット量が、前記連結アームの揺動中心と前記ピンの中心距離および前記連結アームの最大揺動角度から設定されていれば、最大荷重が生じるストロークエンドでナットの中心に荷重が作用し、モーメント荷重の発生を抑えてナットの耐久性を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明のように、前記連結溝の両側に径方向外方に延びる案内壁が形成されていれば、ピンは、連結溝とこの案内壁に接触し、連結アームとナットとの接触面積が増大してナットの軸方向の動きに対して連結アームをガタなく追従させることができると共に、当接部の摩耗を抑制し、耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る電動アクチュエータは、電動モータに連結され、ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、連結アームの一端部に二股状に形成されたヨークに係合されて回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されたナットとからなるボールねじ機構を備え、前記電動モータの回転運動を前記ナットを介して前記連結アームの揺動運動に変換する電動アクチュエータにおいて、前記ナットの外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝が互いに対向して形成され、この連結溝が前記ヨークの先端部に係合されると共に、前記連結アームが前記ナットの軸方向の移動により揺動してそのストロークエンドで、前記連結アームと連結溝との接触位置が前記ナットの中心に一致するように設定されているので、荷重が立ち上がるストロークエンドで、ナットの中心に荷重が作用するため、従来のように、ナットにトラニオンを突設しなくてもモーメント荷重の発生が抑えられ、ナットの耐久性を向上させることができると共に、ナットの軽量・コンパクト化を図ることができる。また、素材の歩留まりを抑えると共に、加工工数を削減して低コス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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
電動モータに連結され、ケーシングに対して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支持されたねじ軸と、このねじ軸に多数のボールを介して外挿され、連結アームの一端部に二股状に形成されたヨークに係合されて回転不可に、かつ軸方向移動自在に支持されたナットとからなるボールねじ機構を備え、前記電動モータの回転運動を前記ナットを介して前記連結アームの揺動運動に変換する電動アクチュエータにおいて、前記ナットの外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝が互いに対向して形成され、前記ヨークの先端部に形成された貫通孔に円柱状のピンが嵌合されて前記連結溝に係合されると共に、前記連結アームが前記ナットの軸方向の移動により揺動してそのストロークエンドで、前記連結アームと連結溝との接触位置が前記ナットの中心に一致するように設定されている。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基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第１の実施形態を示す横断面図、図２は、図１の底面図、図３は、ナットに連結アームが係合した状態での作動を示す説明図である。
【００２５】
このボールねじ機構１は、図１および図２に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外挿され、内周面にねじ溝２ａに対応する螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット３、および両ねじ溝２ａ、３ａ間に転動自在に収容された多数のボール１０を備えている。
【００２６】
ナット３は円筒状に形成され、外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝４、４が形成されている。この連結溝４、４は所定幅に形成されて互いに対向して配置され、連結アーム５に突設されたピン６に係合している。すなわち、連結アーム５の一端部に二股状のヨーク７が形成され、このヨーク７の先端部に貫通孔７ａが形成されると共に、この貫通孔７ａに円柱状のピン６が圧入固定されている。そして、このピン６がナット３の連結溝４、４を挟持するように当接されている。これにより、ナット３は回転不可で、かつ軸方向移動自在に構成される。換言すれば、連結アーム５とナット３の連結溝４との面接触でナット３に作用するモーメント荷重を支持しつつナット３を回転不可に構成すると共に、連結アーム５のピン６とナット３の連結溝４との係合によってナット３の軸方向の動きに対して連結アーム５をガタなく追従させることができる。
【００２７】
なお、ヨーク７とピン６が鍛造加工により一体に成形されたものであっても良いが、ここでは、鍛造成形された連結アーム５のヨーク７に貫通孔７ａが形成され、この貫通孔７ａに円柱状のピン６を圧入固定することにより、ボールねじ機構１と連結アーム５との組立性を向上させることができると共に、硬化処理されたピン６を使用することにより、ピン６自体の耐摩耗性を向上させ、電動アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
【００２８】
ここで、本実施形態では、図３に示すように、連結アーム５のヨーク７が垂直位置（０−ＡＡ）で、ピン６の位置がナット３の中心より所定量ｅだけオフセットして下方に配置されている。そして、連結アーム５がナット３の軸方向の移動により揺動し、そのストロークエンド（Ｏ−ＡＢ、Ｏ−ＡＣ）位置で、ピン６の位置がナット３の中心に一致するように設定されている。このオフセット量ｅは、連結アーム５の揺動中心Ｏとピン６の中心距離Ｌおよび連結アーム５の最大揺動角度αから容易に設定することができる。こうした構成を採用することにより、荷重が立ち上がるストロークエンドで、ナット３の中心に荷重が作用するため、従来のように、ナットにトラニオンを突設しなくてもモーメント荷重の発生が抑えられ、ナット３の耐久性を向上させることができると共に、ナット３の軽量・コンパクト化を図ることができる。また、素材の歩留まりを抑えると共に、加工工数を削減して低コスト化を図ったボールねじ機構１を提供することができる。
【実施例２】
【００２９】
図４は、本発明に係る電動アクチュエータの第２の実施形態を示す側面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図、図７は、ナットに連結アームが係合した状態での作動を示す説明図である。なお、この実施形態は、前述した第１の実施形態とナットの構成が一部異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３０】
このボールねじ機構８は、図４および図５に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝２ａが形成されたねじ軸２と、このねじ軸２に外挿され、内周面にねじ溝２ａに対応する螺旋状のねじ溝３ａが形成されたナット９、および両ねじ溝２ａ、３ａ間に転動自在に収容された多数のボール１０を備えている。
【００３１】
ナット９は円筒状に形成され、外周面の一部に軸線と直交する一対の連結溝４、４が形成されている。また、連結アーム５のヨーク７の先端部には貫通孔７ａが形成され、この貫通孔７ａに円柱状のピン６が圧入固定されている。そして、このピン６がナット３の連結溝４、４を挟持するように当接されている。本実施形態では、ナット９の連結溝４の両側に径方向外方に延びる案内壁１１が形成されている。これにより、ピン６は、連結溝４とこの案内壁１１に接触し、連結アーム５とナット９との接触面積が増大し、ナット９の軸方向の動きに対して連結アーム５をガタなく追従させることができると共に、当接部の摩耗を抑制し、耐久性を向上させることができる。なお、ヨーク７の貫通孔７ａに円柱状のピン６を回転自在に嵌挿することにより、連結アーム５の揺動に伴い、ピン６と案内壁１１との滑りを抑制し、接触部の摩耗を軽減することができる。
【００３２】
ここで、本実施形態では、図６に示すように、案内壁１１がナット３の中心より下方にずれて形成されている。そして、連結アーム５のヨーク７が垂直位置（０−ＡＡ）で、ピン６の位置がナット９の中心より所定量ｅだけ下方に配置され、連結アーム５がナット９の軸方向の移動により揺動し、そのストロークエンド（Ｏ−ＡＢ、Ｏ−ＡＣ）位置で、ピン６の位置がナット９の中心に一致するように設定されている。これにより、荷重が立ち上がるストロークエンドで、ナット９の中心に荷重が作用するため、モーメント荷重の発生が抑えられ、ナット９の耐久性を向上させることができると共に、案内壁１１を介してナット９の駆動力を確実に連結アーム５に伝達することができ、作動性を良好せしめることができる。
【００３３】
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】
【００３４】
本発明に係る電動アクチュエータは、自動車の機械式チェンジギア変速機等、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する電動アクチュエータに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る電動アクチュエータの第１の実施形態を示す横断面図である。
【図２】図１の底面図である。
【図３】ナットに連結アームが係合した状態での作動を示す説明図である。
【図４】本発明に係る電動アクチュエータの第２の実施形態を示す側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】ナットに連結アームが係合した状態での作動を示す説明図である。
【図８】従来の変速機のシフト機構を示す一部を断面した平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、８・・・・・・・・・・・ボールねじ機構
２・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
２ａ、３ａ・・・・・・・・・ねじ溝
３、９・・・・・・・・・・・ナット
４・・・・・・・・・・・・・連結溝
５・・・・・・・・・・・・・連結アーム
６・・・・・・・・・・・・・ピン
７・・・・・・・・・・・・・ヨーク
７ａ・・・・・・・・・・・・貫通孔
１０・・・・・・・・・・・・ボール
１１・・・・・・・・・・・・案内壁
５０・・・・・・・・・・・・シフト機構
５１・・・・・・・・・・・・ハウジング
５２・・・・・・・・・・・・シフトフィンガ
５３・・・・・・・・・・・・ねじ軸
５３ａ・・・・・・・・・・・ねじ溝
５４・・・・・・・・・・・・ねじ付き横部材
５５・・・・・・・・・・・・トラニオン部材
５６・・・・・・・・・・・・レバー部材
５７・・・・・・・・・・・・レバーアーム
５７ａ・・・・・・・・・・・レバーアームの外表面
５８・・・・・・・・・・・・スロット
５９・・・・・・・・・・・・軸部材
６０・・・・・・・・・・・・中央部分
６１・・・・・・・・・・・・シフトキャリア部材
６２・・・・・・・・・・・・ばね受け部材
６２ａ・・・・・・・・・・・ばね受け部材の内表面
６３、６４・・・・・・・・・脚部材
６５・・・・・・・・・・・・リベット部材
６６・・・・・・・・・・・・圧縮コイルばね
Ａ・・・・・・・・・・・・・回転軸線
Ｂ／Ｓ・・・・・・・・・・・ボールねじ機構
Ｌ・・・・・・・・・・・・・連結アームの揺動中心とピンの中心までの距離
Ｍ・・・・・・・・・・・・・電動モータ
α・・・・・・・・・・・・・連結アームの最大揺動角度
【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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【図８】
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