JP6239995B2

JP6239995B2 - 電動アクチュエータ

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Publication number: JP6239995B2
Application number: JP2014023734A
Authority: JP
Inventors: 隼人川口
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP2015152031A

Description

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機構を備えた電動アクチュエータ、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ボールねじ機構を介して駆動軸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。

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。

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、摩擦が非常に低く、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。

そこで、例えば、電動モータにブレーキ手段を設けたり、あるいは伝達手段としてウォームギアのような低効率なものを設けたりすることがなされているが、その代表的なものとして、図１０に示すような電動アクチュエータ５０が知られている。この電動アクチュエータ５０を構成する円筒状のハウジング５１は、その内部に、ボールねじ機構を収容する空洞部５１ａと、この空洞部５１ａより僅かに小径に形成されたシリンダ部５１ｂと、シリンダ部５１ｂに連通する流体入口（図示せず）と流体出口５１ｃとを有している。

ハウジング５１の空洞部５１ａには、一端を、ハウジング５１の外部の電動モータ（図示せず）に接続されたねじ軸５２が延在している。ねじ軸５２の外周面には、雄ねじ溝５２ａと、丸軸部５２ｂと、それらの間に配置されたフランジ部５２ｃが形成されている。丸軸部５２ｂの外周には軸受５３の内輪５３ａが嵌合され、フランジ部５２ｃに、その内方端（図中右端）が突き当てられている。また、軸受５３の外輪５３ｂの外方端（図中左端）は、ハウジング５１の空洞部５１ａに嵌め込まれた止め輪５４に当接されている。したがって、ねじ軸５２は、ハウジング５１に対して軸受５３により回転自在に支持されているが、軸方向に移動不能となっている。なお、軸受５３の外輪５３ｂの内方端と、ハウジング５１の段部５１ｄとの間には、一体化された間座５５と板ばね（緩衝部材）５６が挟持されている。

一方、ハウジング５１に対して軸方向移動のみ可能に支持された円筒状のナット５７は、ねじ軸５２を包囲するように配置され、かつ内周面に雌ねじ溝５７ａが形成されている。そして、複数のボール５８が、対向する両ねじ溝５２ａ、５７ａ間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。これらねじ軸５２と、ナット５７と、ボール５８とでボールねじ機構が構成されている。

ナット５７の外周には、矩形板状部５７ｂが半径方向に張り出すように一体成形されている。係合部である矩形板状部５７ｂは、ハウジング５１の空洞部５１ａにおける内周面に、軸線方向に沿って形成された矩形断面状の案内溝５１ｅ内に侵入し、係合可能となっている。矩形板状部５７ｂの側面（係合面）５７ｃ、５７ｃと、案内溝５１ｅの対向する側面（案内面）５１ｆ、５１ｆとの間には、所定のすきまδがそれぞれ形成されている。

矩形板状部５７ｂは、平面状の最外面に、循環部材であるチューブ５７ｄが取り付けられている。チューブ５７ｄはブラケット５７ｅにより、ナット５７に対してねじ５７ｆを用いて固定されており、ボールねじ機構の動作時に、両ねじ溝５２ａ、５７ａ間に形成された螺旋状の転走路の一端から他端へと、ボール５８を戻す機能を有する。

ナット５７の右端には、一端を閉止した中空円筒状のピストン部材５９が取り付けられている。このピストン部材５９の内部には、ねじ軸５２が出し入れ自在の構成となっている。ピストン部材５９の外周面は、ハウジング５１のシリンダ部５１ｂの内周に密着嵌合され、それに対して摺動自在となっている。ピストン部材５９の右端近傍に形成された周溝５９ａ内には、Ｏリング６０が配置され、シリンダ部５１ｂ内に充填された流体が、ピストン部材５９とシリンダ部５１ｂとの間を通過して空洞部５１ａ側に漏れないように機能している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−２３３９９７号公報

こうした従来の電動アクチュエータ５０では、ボールねじ機構をハウジング５１へ挿入した後、軸受５３の軸方向の抜け止めとして止め輪５４を取り付けなければならない。然しながら、この止め輪５４は弾性変形させて装着しなければならないため、組立作業が煩雑で作業効率が低下するばかりでなく、ハウジング５１に止め輪５４を装着するための止め輪溝を形成する必要があり、加工工数が嵩んでコストアップの要因となると共に装置が大型化する。

この種の電動アクチュエータの小型化を実現する場合、駆動モータおよびボールねじの小型化が必要となるが、ボールねじにおいては、ねじ軸とナットの小型化やねじ溝の低リード化が考えられる。この場合、ねじ軸の軸径を同一として低リードを実現しようとするとリード角を小さくする必要が生じる。然しながら、従来のボールねじでは、効率の関係から、このリード角を４°前後とするのが一般的である。よって、低リードを維持しつつ、リード角を４°前後に保とうとすると、必然的に軸径を大きくする必要がある。

一方、ねじ軸、ナットが小径のボールねじでは、リード角を４°前後に保とうとすると高リードとなる。したがって、従来のボールねじでは、ねじ溝の低リード化とねじ軸とナットの小型化とを同時に満足することは困難となり、結果として、この種の電動アクチュエータのボールねじの小型化には限界があった。

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、駆動モータと減速機構の小型化を図るため、ねじ軸の軸方向案内部となるスリーブに減速機能を付与させることを着想したもので、装置の軽量・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を目的とする。

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、前記ハウジングにスリーブが嵌合され、このスリーブの内周面に螺旋溝が形成され、この螺旋溝に前記ねじ軸の端部に設けられた案内部材が係合されて当該ねじ軸が軸方向に案内支持されると共に、この螺旋溝の巻き方向が前記ナットのねじ溝の巻き方向と同方向に設定されている。

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、ボールねじ機構が、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、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、ハウジングにスリーブが嵌合され、このスリーブの内周面に螺旋溝が形成され、この螺旋溝にねじ軸の端部に設けられた案内部材が係合されて当該ねじ軸が軸方向に案内支持されると共に、この螺旋溝の巻き方向がナットのねじ溝の巻き方向と同方向に設定されているので、ナットの回転に伴い、スリーブの螺旋溝に沿ってねじ軸が同じ向きに回転運動しながら直線運動するため、ナットのリード分に加え、スリーブによって減速比が増加することになる。したがって、スリーブでも駆動モータの回転速度を減速させることができるため、ボールねじ機構のリードを大きく、かつ、ねじ軸の小型化を実現させることができ、装置の軽量・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。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記案内部材が前記ねじ軸に植設された係止ピンで構成されていれば、簡単な構造でねじ軸を案内支持することができ、組立の簡素化と低コスト化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記案内部材が、前記ねじ軸に植設された係止ピンと、この係止ピンに回転自在に嵌挿されたローラで構成されていれば、ねじ軸の移動に伴って、回転しながら螺旋溝に沿って進むので、ねじ軸の直線運動の抵抗を減らすことができると共に、螺旋溝の摩耗を抑制することができ、軽量化を図りつつ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上を図ることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ローラの外周面が凸球面に形成されると共に、前記スリーブの螺旋溝が断面円弧状に形成されていれば、ローラと螺旋溝との接触面圧を軽減することができ、ねじ軸の直線運動の抵抗を減らして伝達効率を向上させると共に、振動の発生を抑制することができ、装置の静寂性を高めることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記案内部材が、前記スリーブの螺旋溝と前記ねじ軸のねじ溝の間に回転自在に収容された案内ボールで構成されていれば、案内ボールの転動する際の振動の発生を抑制することができ、ねじ軸の案内を一層安定させることができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記スリーブの螺旋溝の断面形状が、単一半径からなるサーキュラアーク形状または一対の円弧からなるゴシックアーク形状に形成されていれば、案内ボールの転動する際の振動の発生を抑制することができ、ねじ軸の案内を一層安定させることができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記スリーブが、対向する外周面に一対の平坦面が形成され、前記ハウジングの収容孔に、前記平坦面に対応する平坦面が設けられ、前記スリーブが前記収容孔に嵌合されると共に、前記ハウジングに前記支持軸受が装着される環状凹所が形成され、この環状凹所の肩部に円板状の間座が介装されて前記支持軸受とスリーブの端面に当接されていれば、スリーブの抜け止めと回り止めができ、従来のように止め輪によって抜け止めを行う構造に比べ、組立作業が容易になって作業効率が向上し、また、ハウジングに止め輪を装着するための止め輪溝を形成する必要がなくなり、加工工数が低減されると共に、ボールねじ機構をはじめ、部品のメンテナンス時に容易に分解組立ができ、低コスト化を図ることができる。

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、前記ハウジングにスリーブが嵌合され、このスリーブの内周面に螺旋溝が形成され、この螺旋溝に前記ねじ軸の端部に設けられた案内部材が係合されて当該ねじ軸が軸方向に案内支持されると共に、この螺旋溝の巻き方向が前記ナットのねじ溝の巻き方向と同方向に設定されているので、ナットの回転に伴い、スリーブの螺旋溝に沿ってねじ軸が同じ向きに回転運動しながら直線運動するため、ナットのリード分に加え、スリーブによって減速比が増加することになる。したがって、スリーブでも駆動モータの回転速度を減速させることができるため、ボールねじ機構のリードを大きく、かつ、ねじ軸の小型化を実現させることができ、装置の軽量・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。

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１のアクチュエータ本体を示す縦断面図である。図１の中間歯車部を示す要部拡大図である。図３の変形例を示す要部拡大図である。本発明に係るスリーブの抜け止め部を示す要部拡大図である。図１のスリーブとねじ軸を示す斜視図である。図１の係止ピンの変形例を示す要部拡大図である。本発明に係る電動アクチュエータの組立方法を示す説明図である。（ａ）は、図１のスリーブの変形例を示す一部断面斜視図、（ｂ）は、（ａ）の変形例を示す一部断面斜視図、（ｃ）は、図１のスリーブの変形例を示す縦断面図である。（ａ）は、従来の電動リニアアクチュエータを示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った横断面図である。

第１のハウジングと、その端面に衝合された第２のハウジングとからなるアルミ合金からダイカストで形成されたハウジングと、前記第１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、前記第１のハウジングと第２のハウジングに前記ねじ軸を収容するための収容孔が形成され、前記第２のハウジングの収容孔に円筒状のスリーブが嵌合され、このスリーブの内周面に断面矩形状の螺旋溝が形成され、この螺旋溝に前記ねじ軸の端部に植設された係止ピンが係合されて当該ねじ軸が軸方向に案内支持されると共に、前記螺旋溝の巻き方向が前記ナットのねじ溝の巻き方向と同方向に設定されている。

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は、図１のアクチュエータ本体を示す縦断面図、図３は、図１の中間歯車部を示す要部拡大図、図４は、図３の変形例を示す要部拡大図、図５は、本発明に係るスリーブの抜け止め部を示す要部拡大図、図６は、図１のスリーブとねじ軸を示す斜視図、図７は、図１の係止ピンの変形例を示す要部拡大図、図８は、本発明に係る電動アクチュエータの組立方法を示す説明図、図９（ａ）は、図１のスリーブの変形例を示す一部断面斜視図、（ｂ）は、（ａ）の変形例を示す一部断面斜視図、（ｃ）は、図１のスリーブの変形例を示す縦断面図である。

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（図示せず）と、この電動モータのモータ軸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、このボールねじ機構８を備えたアクチュエータ本体９とを備えている。

ハウジング２はＡ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からダイカストによって形成され、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の衝合部には、ねじ軸１０を収容するための収容孔（貫通孔）１１と、収容孔（袋孔）１２が形成されている。

電動モータのモータ軸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。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にキー１４を介して一体に固定されている。

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の収容孔１２には後述するスリーブ１７が嵌合され、このスリーブ１７の内周には螺旋溝１７ａが形成されている。そして、この螺旋溝１７ａにねじ軸１０の係止ピン(案内部材)１５が係合され、ねじ軸１０が、軸方向移動可能に案内支持されている。これにより、簡単な構造でねじ軸１０を案内支持することができ、組立の簡素化と低コスト化を図ることができる。

ボールねじ機構８は、図２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１０ａが形成されている。一方、ナット１８は、内周にねじ軸１０のねじ溝１０ａに対応する螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、これらねじ溝１０ａ、１８ａ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、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１８ａ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。

各ねじ溝１０ａ、１８ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール１９との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。

ナット１８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等の肌焼き鋼からなり、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。

ナット１８の外周面１８ｂには減速機構６を構成する出力歯車５がキー１４を介して固定されると共に、この出力歯車５の両側に２つの支持軸受２０、２０が固定されている。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。

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、ボールサイズ、個数および軸受内部すきま等が実質的に同一なものを言う。

次に、減速機構６を構成する中間歯車４について説明する。図３に示すように、歯車軸２２は第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに植設され、中間歯車４は、転がり軸受２３を介してこの歯車軸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。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。

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。

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。

図４に、図３の変形例を示す。歯車軸２２は第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに植設され、中間歯車２９は、滑り軸受３０を介してこの歯車軸２２に回転自在に支承されている。本実施形態では、中間歯車２９は、歯部２９ｂの幅が歯幅と同一に形成されると共に、滑り軸受３０は、中間歯車２９の内径２９ａに圧入され、グラファイト微粉末を添加した多孔質金属からなる含油軸受（ＮＴＮ商品名；ベアファイト）で構成されている。そして、中間歯車２９の歯幅よりも大きく設定されている。これにより、ワッシャを装着しなくても中間歯車２９が第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに接触して摩耗するのを防止し、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と共に、部品点数増加を抑えて低コスト化を図ることができる。なお、滑り軸受３０は、これ以外にも、例えば、射出成形を可能にした熱可塑性ポリイミド樹脂で形成されていても良い。

本実施形態では、図５に示すように、第２のハウジング２ｂに、前述した支持軸受２０が装着される環状凹所３１が形成され、この環状凹所３１の肩部３１ａに円板状の間座３２が介装されている。具体的には、支持軸受２０は、この間座３２と、ナット１８の外周面に突設された鍔部１８ｃとによって軸方向に位置決め固定されている。間座３２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、量産性に富み、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ている。

また、この間座３２は、一方の端面の外径部に軸方向に突出する環状の凸部３２ａが形成され、支持軸受２０の外輪３３の端面に当接している。一方、内径部は第２のハウジング２ｂの収容孔１２の内径よりも小径に形成され、スリーブ１７の端面に当接している。これにより、従来のように止め輪によってスリーブの抜け止めを行う構造に比べ、組立作業が容易になって作業効率が向上し、また、ハウジングに止め輪を装着するための止め輪溝を形成する必要がなくなり、加工工数の低減と装置の小型化を図ることができると共に、ボールねじ機構８をはじめ、部品のメンテナンス時に容易に分解組立ができ、低コスト化を図ることができる。また、間座３２がスリーブ１７の端面に完全な円形で面接触して摩擦力が高くなり、第２のハウジング２ｂに対するスリーブ１７の抜け止めを行うことができる。

なお、間座３２の軸方向ガタを防止するために、図示はしないが、例えば、支持軸受２０と第１または第２のハウジング２ａ、２ｂとの間にウェーブワッシャ等の弾性部材が介装されていても良いし、間座自体をウェーブワッシャや合成ゴム等の弾性部材で形成しても良い。

ここで、スリーブ１７は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂ＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

前記金属粉として、後に浸炭焼入が可能な材質、例えば、Ｃ（炭素）が０．１３ｗｔ％、Ｎｉ（ニッケル）が０．２１ｗｔ％、Ｃｒ（クロム）が１．１ｗｔ％、Ｃｕ（銅）が０．０４ｗｔ％、Ｍｎ（マンガン）が０．７６ｗｔ％、Ｍｏ（モリブデン）が０．１９ｗｔ％、Ｓｉ（シリコン）が０．２０ｗｔ％、残りがＦｅ（鉄）等からなるＳＣＭ４１５を例示することができる。スリーブ１７は、浸炭焼入れおよび焼戻し温度を調整して行われる。また、スリーブ１７の材料としてこれ以外にも、Ｎｉが３．０〜１０．０ｗｔ％含有し、加工性、耐食性に優れた材料（日本粉末冶金工業規格のＦＥＮ８）、あるいは、Ｃが０．０７ｗｔ％、Ｃｒが１７ｗｔ％、Ｎｉが４ｗｔ％、Ｃｕが４ｗｔ％、残りがＦｅ等からなる析出硬化系ステンレスＳＵＳ６３０であっても良い。このＳＵＳ６３０は、固溶化熱処理で２０〜３３ＨＲＣの範囲に表面硬さを適切に上げることができ、強靭性と高硬度を確保することができる。

また、スリーブ１７の材質として、ＧＦ（ガラス繊維）等の繊維状強化材が含有された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。これにより、ねじ軸１０に衝撃荷重が負荷されてもそれを緩和することができると共に、低コスト化を図ることができる。なお、繊維状強化材としては、ＧＦに限らず、ＣＦ（炭素繊維）やアラミド繊維、ホウ素繊維等を例示することができる。さらに、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の所謂エンジニアリングプラスチックと呼称される熱可塑性の合成樹脂やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等の熱可塑性の合成樹脂、あるいは、ＰＦ（フェノール樹脂）、ＥＰ（エポキシ樹脂）、ＰＩ（ポリイミド樹脂）等の熱硬化性の合成樹脂であっても良い。

図６に示すように、スリーブ１７は円筒状に形成されると共に、対向する外周面に一対の平坦面３４、３４が形成されている。そして、図示はしないが、第２のハウジング２ｂの収容孔１２に、これらの平坦面３４、３４に対応するように平坦面を設け、スリーブ１７を収容孔１２に嵌合させることにより回り止めを行っている。また、スリーブ１７の一方の開口部に螺旋溝１７ａに連通する凹所３５、３５が形成され、この凹所３５から係止ピン１５を挿入して螺旋溝１７ａに係合させている。

本発明に係るスリーブ１７は、内周面に断面矩形状の螺旋溝１７ａが形成され、この螺旋溝１７ａの巻き方向はナット１８のねじ溝１８ａの巻き方向と同方向に設定され、そのリードは、ナット１８のねじ溝１８ａのリードよりも大きく設定されている。これにより、減速機構６を介してボールねじ機構８のナット１８が回転し、スリーブ１７の螺旋溝１７ａに沿ってねじ軸１０が同じ向きに回転運動しながら直線運動するため、ナット１８のリード分に加え、スリーブ１７によって減速比が増加することになる。したがって、スリーブ１７でも駆動モータの回転速度を減速させることができるため、ボールねじ機構８のリードを大きく、かつ、ねじ軸１０の小型化を実現させることができ、装置の軽量・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。

一方、螺旋溝１７ａに係合する係止ピン１５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼あるいはＳＣｒ４３５等の浸炭軸受鋼で形成され、その表面には、炭素含有量０．８０ｗｔ％以上、５８ＨＲＣ以上の浸炭窒化層が形成されている。なお、係止ピン１５に針状ころ軸受に使用される針状ころを適用することにより、５８ＨＲＣ以上の表面硬さが得られ、耐摩耗性が優れていると共に、入手性が良く、低コスト化を図ることができる。

図７に前述した係止ピン１５の変形例を示す。この係止ピン（案内部材）３６には、ローラ３７が回転自在に嵌挿されると共に、ローラ３７の抜け止め用に止め輪３８が嵌着されている。ローラ３７は所定のすきまを介して係止ピン３６に嵌挿され、ねじ軸１０の移動に伴って、回転しながら螺旋溝１７ａに沿って進むので、ねじ軸１０の直線運動の抵抗を減らすことができると共に、螺旋溝１７ａの摩耗を抑制することができ、軽量化を図りつつ、耐久性と強度を高めて信頼性の向上を図ることができる。なお、止め輪３８は、リング状に形成して圧入しても良いが、有端状に形成することにより、その組立性を向上させることができる。

このローラ３７はＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩ等の熱可塑性の合成樹脂で射出成形によって先端部が漸次小径となる銃弾形状に形成され、外周面にクラウニングが施されている。これにより、ローラ３７が螺旋溝１７ａ上を転動する際に、傾いて角部にエッジロードが発生するのを防止することができる。なお、ローラ３７は、熱可塑性の合成樹脂に限らず、ＰＦ、ＥＰ、ＰＩ等の熱硬化性の合成樹脂であっても良い。

さらに、ローラ３７の材質として、例示したもの以外に、例えば、セラミックでも良いし、また、グラファイト微粉末を添加した多孔質金属からなる含油軸受（ＮＴＮ商品名；ベアファイト）で構成されていても良い。これにより、ローラ３７が摩耗するのを防止し、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。

こうしたローラ３７を積極的に回転させることで、ローラ３７の摩耗を防止して長期間に亘って耐久性を保持することができると共に、ねじ軸１０の移動が抵抗なくスムーズになり、機械効率を高めて省エネを図ることができる。

また、スリーブ１７は、第２のハウジング２ｂにおける収容孔１２の底部１２ａに装着された底板３９に当接するまで嵌合される。なお、底板３９は、冷間圧延鋼板等の鋼板からプレス加工によって円板状に形成され、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。本実施形態では、底板３９がスリーブ１７と別体で、かつ円板状に形成されているので、スリーブ１７と収容孔１２の底部１２ａとで挟持された状態で回転可能となり、ねじ軸１０の端部が衝突した場合でも、その衝撃荷重を分散させて効率的に吸収することができ、耐久性を向上させることができる。

なお、スリーブ１７の螺旋溝１７ａは、前述した実施形態と同様、矩形状に形成されているが、これに限らず、例えば、ローラ３７の外周面を凸球面に形成すると共に、螺旋溝１７ａの内周面を断面円弧状に形成しても良い。これにより、ローラ３７と螺旋溝１７ａとの接触面圧を軽減することができ、ねじ軸１０の直線運動の抵抗を減らして伝達効率を向上させると共に、振動の発生を抑制することができ、装置の静寂性を高めることができる。

なお、図示はしないが、スリーブ１７の螺旋溝１７ａの断面形状を単一半径からなるサーキュラアーク形状、あるいは一対の円弧からなるゴシックアーク形状にすると共に、この螺旋溝１７ａとねじ軸１０のねじ溝１０ａの間に案内部材となる案内ボールを回転自在に収容しても良い。これにより、案内ボールの転動する際の振動の発生を抑制することができ、ねじ軸１０の案内を一層安定させることができる。

次に、図８を用いて本発明に係る電動アクチュエータの組立方法を示す。まず、第２のハウジング２ｂの収容孔１２に底板３９が嵌挿され、底部１２ａに底板３９が密着された状態で、スリーブ１７が嵌挿される。次に、第２のハウジング２ｂの環状凹所３１に間座３２が装着され、ねじ軸１０がスリーブ１７側に進入されると共に、スリーブ１７の凹所（図示せず）に係止ピン１５が嵌挿され、スリーブ１７の螺旋溝１７ａに係合された状態で、ボールねじ機構８を構成する支持軸受２０が環状凹所３１に嵌合され、第２のハウジング２ｂと第１のハウジング２ａが衝合され、両者が固定ボルト（図示せず）によって結合される。このように、本実施形態では、各部品を軸方向に順次挿入するだけで組み立てることができ、組立作業を簡便化して組立作業性を向上させることができる。

図９（ａ）に、前述したスリーブ１７の変形例を示す。このスリーブ４１は、前述したスリーブ１７と基本的にはリードが異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して重複した説明を省略する。

このスリーブ４１は射出成形可能な焼結合金からなり、内周面に断面矩形状の螺旋溝４１ａが形成され、この螺旋溝４１ａの巻き方向はナット１８のねじ溝１８ａの巻き方向と同方向に設定され、そのリードは、ナット１８のねじ溝１８ａのリードよりも大きく、さらに前述したスリーブ１７よりも大きく設定されている。

また、図９（ｂ）に示すように、スリーブ４２の螺旋溝４２ａのリードをさらに大きくすれば、スリーブ４２によって減速比をさらに増加させることができ、随時、これらのスリーブ４１、４２の螺旋溝４１ａ、４２ａのリードを選択することによって必要減速比を変更することができる。

図９（ｃ）に、前述したスリーブ１７の他の変形例を示す。このスリーブ４３は、前述したスリーブ１７と基本的には外郭形状が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して重複した説明を省略する。スリーブ４３は射出成形可能な焼結合金からなり、内周面に断面矩形状の螺旋溝１７ａが形成されると共に、外周の一端部にフランジ４３ａが形成され、螺旋溝１７ａがこの端面に開口されている。これにより、螺旋溝１７ａに連通する凹所３５を廃止することができると共に、スリーブ４３の外径を小さくすることができ、低コストで軽量・コンパクト化を図ることができる。

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。

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。

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、２９中間歯車
４ａ、２９ａ中間歯車の内径
４ｂ、２９ｂ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アクチュエータ本体
１０ねじ軸
１０ａ、１８ａねじ溝
１１収容孔（貫通孔）
１２収容孔（袋孔）
１３、２３転がり軸受
１４キー
１５、３６係止ピン
１７、４１、４２、４３スリーブ
１７ａ、４１ａ、４２ａ螺旋溝
１８ナット
１８ｂナットの外周面
１８ｃナットの鍔部
１９ボール
２０支持軸受
２０ａシールド板
２１駒部材
２２歯車軸
２４、３３外輪
２５保持器
２６針状ころ
２８ワッシャ
３０滑り軸受
３１環状凹所
３１ａ肩部
３２間座
３２ａ凸部
３４平坦面
３５凹所
３７ローラ
３８止め輪
３９底板
４３ａフランジ
５０電動アクチュエータ
５１ハウジング
５１ａ空洞部
５１ｂシリンダ部
５１ｃ流体出口
５１ｄ段部
５１ｅ案内溝
５１ｆ案内溝の側面
５２ねじ軸
５２ａ雄ねじ溝
５２ｂ丸軸部
５２ｃフランジ部
５３軸受
５３ａ内輪
５３ｂ外輪
５４止め輪
５５間座
５６板ばね
５７ナット
５７ａ雌ねじ溝
５７ｂ矩形板状部
５７ｃ矩形板状部の側面
５７ｄチューブ
５７ｅブラケット
５７ｆねじ
５８ボール
５９ピストン部材
５９ａ周溝
６０Ｏリング
δ 矩形板状部の側面と案内溝の対向する側面との間のすきま

Claims

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、
前記ハウジングにスリーブが嵌合され、このスリーブの内周面に螺旋溝が形成され、この螺旋溝に前記ねじ軸の端部に設けられた案内部材が係合されて当該ねじ軸が軸方向に案内支持されると共に、この螺旋溝の巻き方向が前記ナットのねじ溝の巻き方向と同方向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。
前記案内部材が前記ねじ軸に植設された係止ピンで構成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
前記案内部材が、前記ねじ軸に植設された係止ピンと、この係止ピンに回転自在に嵌挿されたローラで構成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
前記ローラの外周面が凸球面に形成されると共に、前記スリーブの螺旋溝が断面円弧状に形成されている請求項３に記載の電動アクチュエータ。
前記案内部材が、前記スリーブの螺旋溝と前記ねじ軸のねじ溝の間に回転自在に収容された案内ボールで構成されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
前記スリーブの螺旋溝の断面形状が、単一半径からなるサーキュラアーク形状または一対の円弧からなるゴシックアーク形状に形成されている請求項５に記載の電動アクチュエータ。
前記スリーブが、対向する外周面に一対の平坦面が形成され、前記ハウジングの収容孔に、前記平坦面に対応する平坦面が設けられ、前記スリーブが前記収容孔に嵌合されると共に、前記ハウジングに前記支持軸受が装着される環状凹所が形成され、この環状凹所の肩部に円板状の間座が介装されて前記支持軸受とスリーブの端面に当接されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。