(57)【要約】【課題】電動モータ側からの入力トルクをボールねじ機構に効率よく伝達する一方、ボールねじ機構側からの逆入力トルクを遮断して電動モータ側に還流させない機能を有する減速機構を備えた電動リニアアクチュエータを提供する。【解決手段】電動モータ３とボールねじ機構４の間に配設された減速機構５を備えた電動リニアアクチュエータにおいて、減速機構５は、ハイポサイクロイド歯車機構を構成する第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２とを備えた複合遊星歯車機構によって構成され、ボールねじ機構４側からの逆入力トルクが作用しても、第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２の内歯歯車５１ａ、５２ａが一体的に構成され、第１遊星外歯歯車５１ｂがハウジング２に固定されているので、逆入力トルクは完全にロックすることができる。しかも、電動モータ３側からは両方向回転可能であり、ボールねじ機構４の高効率、低摩擦を損なわない。【選択図】図１
2009156415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに取り付けられた電動モータと、
電動モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構と、
前記電動モータとボールねじ機構の間に配設された減速機構と、を備えた電動リニアアクチュエータにおいて、
前記減速機構は、ハイポサイクロイド機構を構成する第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備えた複合遊星歯車機構によって構成され、
前記第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の各外歯歯車が、電動モータのモータ軸に連結される入力側部材に設けられた偏芯軸部に一体的に回転可能に支持され、
前記第１遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転不能に設けられ、前記第２遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転可能に設けられると共に出力側部材を介してボールねじ機構の回転部分に相対回転不能に連結されていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
【請求項２】
ボールねじ機構の回転部分はねじ軸であり、ねじ軸が回転してナットを直線運動させる構成となっている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項３】
ボールねじ機構の回転部分はナットであり、ナットが回転してねじ軸を直線運動させる構成となっている請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項４】
カウンタバランスが入力側部材に設けられている請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項５】
減速機構の減速比を１対７０以上とし、ボールねじ機構のねじ溝のリード角を７度以上としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の電動リニアアクチュエータ。
【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電動リニアアクチュエータ、特に電動モータの回転を、ボールねじ機構を介して直線運動に変換して用いる電動リニア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リニア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（たとえば、特許文献１参照）。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。
【特許文献１】特開２００１−３３６５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、後輪操舵機構や動力伝達制御用摩擦クラッチ機構にボールねじを適用した場合、台形ねじ等による変換機構では外部から軸方向荷重が負荷されても、電動モータに逆入力トルクが発生しないのに対し、このボールねじでは作動の方向によらず、高効率であるが故に、軸方向荷重によって逆入力トルクが電動モータに負荷される恐れがあり、電動モータの発熱や消費電力の増大等の新たな問題が生じている。
【０００４】
こうした問題点を解決し、電磁ブレーキ等の複雑な電気制御を行わずに機械的に位置保持するためには、減速装置としてウォームギアを用いることが考えられるが、効率が悪くボールねじ機構を採用した意味がなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、こうした従来の課題を解消し、電動モータ側からの入力トルクをボールねじ機構に効率よく伝達する一方、ボールねじ機構側からの逆入力トルクを遮断して電動モータ側に還流させない機能を有する減速機構を備えた電動リニア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】
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、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運動を直線運動に変換するボールねじ機構と、前記電動モータとボールねじ機構の間に配設された減速機構と、を備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記減速機構は、ハイポサイクロイド機構を構成する第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の各外歯歯車が、電動モータのモータ軸に連結される入力側部材に設けられた偏芯軸部に一体的に回転可能に支持され、前記第１遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転不能に設けられ、前記第２遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転可能に設けられると共に出力側部材を介してボールねじ機構の回転部分に相対回転不能に連結されていることを特徴とする。
ここで、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の各外歯歯車が、電動モータのモータ軸に連結される入力側部材に設けられた偏芯軸部に一体的に回転可能に支持される構成は、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の各外歯歯車を同一部材で製作して一体的に回転可能とする場合だけでなく、別部材で製作しお互いを相対回転不能に連結して一体的に回転可能とする場合も含まれる。
【０００７】
このように、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運動を直線運動に変換するボールねじ機構と、前記電動モータとボールねじ機構の間に配設された減速機構と、を備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記減速機構が、ハイポサイクロイド機構を構成する第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の各外歯歯車が、電動モータのモータ軸に連結される入力側部材に設けられた偏芯軸部に一体的に回転可能に支持され、前記第１遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転不能に設けられ、前記第２遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転可能に設けられると共に出力側部材を介してボールねじ機構の回転部分に相対回転不能に連結されているので、ボールねじ機構側から減速機構の出力側部材に逆入力トルクが作用しても、第２遊星歯車機構の外歯歯車と一体の第１遊星歯車機構の外歯歯車は、ハウジングに固定されている内歯歯車に係合しているために回転が阻止され、電動モータへの逆入力をロックすることができる。しかも、電動モータ側からは両方向回転可能であり、ボールねじ機構の高効率、低摩擦を損なわない。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、ボールねじ機構の回転部分はねじ軸であり、ねじ軸が回転してナットを直線運動させる構成となっているので、省スペースで良好な組立性が得られる。
また、請求項３に記載の発明のように、ボールねじ機構の回転部分はナットであり、ナットが回転してねじ軸を直線運動させる構成としてもよい。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、カウンタバランスが入力側部材に設けられているので、高速回転する場合に、偏芯軸の動的バランスがよく、減速機の振動を防止することができる。
【００１０】
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、減速機構の減速比を１対７０以上とし、ボールねじ機構のねじ溝のリード角を７度以上とすれば、効率を高めつつ、アクチュエータのスピードを落とさない利点がある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電動リニアアクチュエータは、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運動を直線運動に変換するボールねじ機構と、前記電動モータとボールねじ機構の間に配設された減速機構と、を備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記減速機構は、ハイポサイクロイド機構を構成する第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の各外歯歯車が、電動モータのモータ軸に連結される入力側部材に設けられた偏芯軸部に一体的に回転可能に支持され、前記第１遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転不能に設けられ、前記第２遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転可能に設けられると共に出力側部材を介してボールねじ機構の回転部分に相対回転不能に連結されているので、ボールねじ機構側から減速機構の出力側部材に逆入力トルクが作用しても、第２遊星歯車機構の外歯歯車と一体の第１遊星歯車機構の外歯歯車は、ハウジングに固定されている内歯歯車に係合しているために回転が阻止され、電動モータへの逆入力をロックすることができる。しかも、電動モータ側からは両方向回転可能であり、ボールねじ機構の高効率、低摩擦を損なわない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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運動を直線運動に変換するボールねじ機構と、前記電動モータとボールねじ機構の間に配設された減速機構と、を備えた電動リニアアクチュエータにおいて、前記減速機構は、ハイポサイクロイド機構を構成する第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを備えた複合遊星歯車機構によって構成され、前記第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構の各外歯歯車が、電動モータのモータ軸に連結される入力側部材に設けられた偏芯軸部に一体的に回転可能に支持され、前記第１遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転不能に設けられ、前記第２遊星歯車機構の内歯歯車がハウジングに対して相対回転可能に設けられると共に出力側部材を介してボールねじ機構のねじ軸に相対回転不能に連結された構成とした。
【実施例】
【００１３】
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、本発明に係る電動リニアアクチュエータの一実施形態のロッド伸張状態を示す縦断面図、図２は図１のロッド収縮状態を示す縦断面図、図３（ａ）は図１の減速機構の拡大断面図、図３（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００１４】
この電動リニアアクチュエータ１は、ハウジング２に取り付けられた電動モータ３と、
電動モータ３の回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構４と、電動モータ３とボールねじ機構４の間に配設された減速機構５と、を備えた構成となっている。電動モータ３、減速機構５及びボールねじ機構４は、直線上に直列に配置されている。
【００１５】
ボールねじ機構４は、ナット６と、このナット６に不図示の多数のボールを介して内挿されたねじ軸７と、基端部がナット６に固定された中空のロッド８とを備えており、このロッド８がハウジング２の一端に設けられたロッド孔から出没するようになっている。
ねじ軸７は、一端に設けられた連結軸７ｂが減速機構５の出力側部材５４の連結穴５４ｄに相対回転不能に連結され、連結部に隣接する基端部が転がり軸受９を介してハウジング２に回転自在に支持されている。
【００１６】
ナット６の外周には、ロッド８の基部に設けられた固定端部８ａがロッド連結ピン１０を介して固定されている。ロッド連結ピン１０はナット６に形成されたピン孔に圧入されている。ロッド８はハウジング２のロッド孔内周に設けられた滑り軸受２ａによって軸方向に摺動自在に支持されている。また、ロッド８の外周には、軸方向に延びる溝１１が設けられ、ハウジング２にねじ込まれた回り止め部材１２の先端部が溝１１に係合して、ロッド８を回転不能でかつ軸方向に相対移動自在に支持している。
【００１７】
ナット６の内周には、特に図示しないが、螺旋状のねじ溝が形成され、一方、ねじ軸７の外周にもナット６内周に設けられたねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成され、ナット６及びねじ軸７のねじ溝間に多数のボールを転動自在に収容してボールねじ機構４が構成される。図示例では、ボールを循環させる循環機構として駒方式を採用した例で、ナット６に駒部材１３が装着されている。もっとも、循環機構としては駒方式に限定されるものではなく、リターンチューブやエンドプレート等の他の方式でもよい。
また、ナット６と転がり軸受９の外輪との間には、ばね１４が軸方向に収縮状態で介装されており、軸方向ガタを吸収している。ばね１４のナット６側の端部は、ばね座１５を介してナット６に係合している。
【００１８】
減速機構５は、ハイポサイクロイド機構を構成する第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２とを備えた複合遊星歯車機構によって構成されている。第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２は軸方向の直列に配置され、電動モータ３側に第１遊星歯車機構５１が、ボールねじ機構４側に第２遊星歯車機構５２が配置されている。第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２の各外歯歯車５１ａ、５２ａは一つの円筒体上に構成された一体構造で、内周が電動モータ３のモータ軸３ａに連結される入力側部材５３に針状ころを用いた転がり軸受５８を介して回転自在に支持されている。
【００１９】
入力側部材５３は、中心軸線に対して所定寸法だけ偏芯された偏芯軸部５３ａと、偏芯軸部５３ａの電動モータ側端部から中心軸線に沿って突出する連結軸部５３ｂと、偏芯軸部５３ａのボールねじ機構４側の端部から中心軸線に沿ってボールねじ機構４側に延びる中心軸部５３ｃとを備えている。この連結軸部５３ｂが電動モータ３のモータ軸３ａに相対回転不能に連結され、偏芯軸部５３ａに第１遊星歯車機構５１と第２遊星歯車機構５２の外歯歯車５１ａ、５２ａが転がり軸受５８を介して相対回転自在に嵌合されている。
【００２０】
また、この入力側部材５３には、偏芯軸部５３ａの重量のアンバランスを解消するために、カウンタバランスウエイト６０が設けられている。図示例では、偏芯軸部５３ａと連結軸部５３ｂの境界部と、偏芯軸部５３ａと中心軸部５３の境界部の２箇所に設けられている。この例ではカウンタバランスウェイトを設けているが、別の方法で偏芯軸部５３ａに対するカウンタバランスをとるようにしてもよい。
【００２１】
また、第１遊星歯車機構５１の外歯歯車５１ａが噛合する内歯歯車５１ｂの外周は、ハウジング２内周に相対回転不能に嵌合固定されている。一方、第２遊星歯車機構５２の外歯歯車５２ａが噛合する内歯歯車５２ｂ外周は、ハウジング２に対して針状ころを用いた転がり軸受５５を介して相対回転可能に支持されると共に、ピン５６によって出力側部材５４に相対回転不能に連結され、出力側部材５４がボールねじ機構４の回転部分であるねじ軸７に相対回転不能に連結された構成となっている。
【００２２】
出力側部材５４は、電動モータ側が大径、ボールねじ機構４側が小径となっている段付き円筒形状で、大径部分５４ａが入力側部材５３の中心軸部５３ｃ外周に針状ころを用いた転がり軸受５７を介して相対回転自在に嵌合され、ボールねじ機構４側の端部が連結穴５４ｄを有する端板部５４ｃによって閉塞された形状となっている。また、出力側部材５４の大径部分５４ａ外周には、第２遊星歯車機構５２の内歯歯車５２ｂの端部内周が嵌合され、ピン５６によって相対回転不能に固定されている。さらに、出力側部材５４の小径部分５４ｂの外周は、転がり軸受５９を介して、ハウジング２内周に相対回転自在に支持されている。転がり軸受５９の外輪は、円筒状の間座５９ａを介してハウジング２内周に嵌合固定されている。
【００２３】
上記構成の電動リニアアクチュエータにあっては、電動モータ３に通電して回転駆動すると、電動モータ３の回転運動が減速機構５を介して減速されてねじ軸７に伝達され、このねじ軸７の回転によりナット６が軸方向（図中左右方向）に移動される。
【００２４】
減速機構５では、入力側部材５３の回転によって偏芯軸部５３ａが偏芯回転し、この偏芯軸部５３ａに支持されている第１遊星歯車機構５１の外歯歯車５１ａが内歯歯車５１ｂに噛合した状態で自転しながら中心軸線回りを公転する。この第１遊星歯車機構５１の外歯歯車５１ａと同期して第２遊星歯車機構５２の外歯歯車５２ａが一体となって公転しながら自転し、外歯歯車５２ａの運動によって第２遊星歯車機構５２の内歯歯車５２ｂが回転する。この回転が出力側部材５４を介してねじ軸７に伝達され、ねじ軸７が回転する。
【００２５】
ここで、第１遊星歯車機構５１の外歯歯車５１ａの歯数をＺ１、内歯歯車５１ｂの歯数をＺ２、第２遊星歯車機構５２の外歯歯車５２ａの歯数をＺ３、内歯歯車５２ｂの歯数をＺ４とすると、減速比は、１−Ｚ１・Ｚ４／Ｚ２・Ｚ３である。歯数の差を小さくすることにより、減速比を大きくすることができる。減速比は１対７０以上とし、ボールねじ機構４のねじ溝のリード角を７度以上に設定しておけば、効率を高めつつ、アクチュエータのスピードを落とさない構成とすることができる。
【００２６】
次に、電動モータ３を停止した場合、ロッド８からの逆入力荷重によってボールねじ機構４側から減速機構５の出力側部材５４に逆入力トルクが作用しても、第２遊星歯車機構５２の外歯歯車５２ａと一体の第１遊星歯車機構５１の外歯歯車５１ａは、ハウジング２に固定されている内歯歯車５１ｂに係合しているために回転が阻止され、電動モータ３への逆入力をロックすることができる。
【００２７】
すなわち、逆入力トルクは、出力側部材５４から第２遊星歯車機構５２の内歯歯車５２ｂに伝達され、この内歯歯車５２ｂに噛合する外歯歯車５２ａを回転させようとするが、この外歯歯車５２ａと一体構造の第１遊星歯車機構５１の外歯歯車５１ａはハウジング２に回転不能に固定されている内歯歯車５１ｂに噛合しているので、外歯歯車５１ａの回転が阻止され、電動モータ３側への逆入力トルクの環流を防止することができる。したがって、逆入力トルクによる電動モータ３への衝撃を緩和することができる。
【００２８】
このように、本実施例の減速機構５は、入力側からの入力トルクを出力側に伝達する一方、出力側からの逆入力トルクを遮断して入力側の電動モータに環流させない機能を有すると共に、軽量・コンパクト化を図った電動リニアアクチュエータを提供することができる。また、特殊な構造の電動モータを使用せずとも、シンプルな汎用モータを使用することができ、さらに、減速比の変更が生じた場合でも仕様変更が容易にできるメリットがある。
【００２９】
なお、上記実施例では、ボールねじ機構４のねじ軸７を回転させてナット６を直線運動させる構成となっているが、ナット６を回転させてねじ軸７を直線運動させるようにしてもよい。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明に係る電動リニアアクチュエータは、自動車等の車両の後輪操舵機構や動力伝達制御用の摩擦クラッチ機構等のアクチュエータとして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る電動リニアアクチュエータの一実施形態のロッド伸張状態を示す縦断面図である。
【図２】図１のロッド収縮状態を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）は、図１の減速機構の拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・・・・・・・・・・・・電動リニアアクチュエータ
２・・・・・・・・・・・・・・ハウジング
３・・・・・・・・・・・・・・電動モータ
３ａ・・・・・・・・・・・・・モータ軸
４・・・・・・・・・・・・・・ボールねじ機構
５・・・・・・・・・・・・・・減速機構
６・・・・・・・・・・・・・・ナット
７・・・・・・・・・・・・・・ねじ軸
７ｂ・・・・・・・・・・・・・連結軸
８・・・・・・・・・・・・・・ロッド
９・・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
１０・・・・・・・・・・・・・ピン
１１・・・・・・・・・・・・・溝
１２・・・・・・・・・・・・・回り止め部材
１３・・・・・・・・・・・・・駒部材
１４・・・・・・・・・・・・・ばね
１５・・・・・・・・・・・・・ばね座
５１・・・・・・・・・・・・・第１遊星歯車機構
５１ａ・・・・・・・・・・・・外歯歯車
５１ｂ・・・・・・・・・・・・内歯歯車
５２・・・・・・・・・・・・・第２遊星歯車機構
５２ａ・・・・・・・・・・・・外歯歯車
５２ｂ・・・・・・・・・・・・内歯歯車
５３・・・・・・・・・・・・・入力側部材
５３ａ・・・・・・・・・・・・偏芯軸部
５３ｂ・・・・・・・・・・・・連結軸部
５３ｃ・・・・・・・・・・・・中心軸部
５４・・・・・・・・・・・・・出力側部材
５４ａ・・・・・・・・・・・・大径部分
５４ｂ・・・・・・・・・・・・小径部分
５４ｃ・・・・・・・・・・・・端板部
５４ｄ・・・・・・・・・・・・連結穴
５５・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
５６・・・・・・・・・・・・・ピン
５７・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
５８・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
５９・・・・・・・・・・・・・転がり軸受
５９ａ・・・・・・・・・・・・間座
６０・・・・・・・・・・・・・カウンタバランスウエイト
【図１】
2009156415.tif 000003
【図２】
2009156415.tif 000004
【図３】
2009156415.tif 000005