JP2007166838A - 電動アクチュエーター及び車両用アクチュエーター - Google Patents

Abstract

【課題】同一の出力軸に回転駆動力と直線駆動力を出力することが可能な電動アクチュエーター及びこれを利用した車両用アクチュエーターを提供すること。
【解決手段】略円筒形状の側面に、軸方向に延在する帯状の、ねじ山が形成されたねじ部２２及び略平面状の面取り部２４が設けられた出力軸２０と、出力軸２０を軸方向に直線駆動することが可能な第１の電動モータ３０と、出力軸２０における軸回りの回転駆動又は回転の抑制を行なう第２の電動モータ４０と、を備え、第１の電動モータ３０と第２の電動モータ４０との出力の組み合わせにより、出力軸２０を軸方向に直線駆動する動作、及び軸回りに回転駆動する動作を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動アクチュエーター及び車両用アクチュエーターに関する。

従来、モータ出力軸の回転駆動力をボールねじの構造を用いて直線駆動力として出力するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、一般に、自動車のブレーキ装置にはその性質上直線駆動力（押圧力）が必要であり、ステアリング装置には回転駆動力が必要である。これらを電動のアクチュエーターを用いて駆動する場合、直線駆動力を出力するものと、回転駆動力を出力するものとが使い分けられている。例えば、ホイール内部に配置される駆動用のホイールモータを備える構造についての、特許文献２の装置においても、ブレーキ装置用のアクチュエーターとステアリング装置用のアクチュエーターを統合するような記載はなされていない。
特開２００５−１２１１７６号公報 特開２００５−１４７２９号公報

しかしながら、アクチュエーターを別個設けると、装置の大型化を招く場合が生じる。そこで、例えば、同一の出力軸に回転駆動力と直線駆動力の両方を、又は択一的に出力することにより、装置全体が必要とするスペースを小さくすることが考えられる。

ところが、前述従来の特許文献１に記載の電動アクチュエーターは、回転駆動力と直線駆動力の両方を、又は一方を選択して出力するものではない。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、同一の出力軸に回転駆動力と直線駆動力を出力することが可能な電動アクチュエーター及びこれを利用した車両用アクチュエーターを提供することを主たる目的とする。

前述目的を達成するための本発明の第１の態様は、略円筒形状の側面に、軸方向に延在する帯状の、ねじ山が形成されたねじ部及び略平面状の面取り部が設けられた出力軸と、出力軸のねじ部に直接又は間接的に螺合するロータを有し、出力軸の回転が抑制された状態で該ロータを回転駆動することにより該出力軸を軸方向に直線駆動することが可能な第１の電動モータと、出力軸の面取り部に摺接する平面部位が形成されることにより、出力軸の回転に伴って回転すると共に出力軸における軸方向の直線運動を許容するロータを有し、出力軸における軸回りの回転駆動又は回転の抑制を行なう第２の電動モータと、を備え、第１の電動モータ及び第２の電動モータは非回転部位が相対運動不能に連結され、第１の電動モータと第２の電動モータとの出力の組み合わせにより、出力軸を軸方向に直線駆動する動作、及び軸回りに回転駆動する動作を行なう、ことを特徴とするものである。ここで、「出力軸の回転が抑制された状態」は、第２の電動モータによるものに限られず、外力が出力軸に作用している状態であってもよい。

この本発明の第１の態様によれば、出力軸に軸回りの回転駆動力を出力する際には第２の電動モータを駆動し、軸方向の直線駆動力を出力する際には第２の電動モータ或いは出力軸に作用する外力により出力軸の回転が抑制された状態で第１の電動モータを駆動し、軸回りの回転駆動力と軸方向の直線駆動力を同時に駆動する際には第１の電動モータと第２の電動モータを同時に駆動すればよい。従って、同一の出力軸に回転駆動力と直線駆動力を出力することが可能となる。

また、この本発明の第１の態様において、好ましくは、第１の電動モータ及び前記第２の電動モータを制御する制御手段を備え、制御手段は、第２の電動モータにより出力軸の回転を抑制する際には、第１の電動モータから出力される回転駆動力を打ち消すように、第２の電動モータから出力すべき回転駆動力を決定する、ことを特徴とするものである。但し、前述した如く、外力が出力軸に十分に作用している状態であれば、「第１の電動モータから出力される回転駆動力を打ち消すように、第２の電動モータから出力すべき回転駆動力」は略ゼロとなることもあり得る。

本発明の第２の態様は、車両が備えるブレーキ装置及びステアリング装置を駆動する、車両用アクチュエーターであって、本発明の第１の態様の電動アクチュエーターと、電動アクチュエーターが備える出力軸の一端に出力軸との相対回転自在に接続され、出力軸における軸方向の直線駆動力を車両が備えるブレーキ装置に伝達する、直線駆動力伝達部と、出力軸における軸回りの回転駆動力を車両が備えるステアリング装置のステアリング軸に伝達する、回転駆動力伝達部と、を備え、電動アクチュエーターが備える第１の電動モータと第２の電動モータとの出力の組み合わせによりブレーキ装置及びステアリング装置を駆動するものである。

この場合、ステアリング反力により基本的には出力軸の回転が抑制されているため、第２の電動モータから出力軸の回転抑制のために出力する回転駆動力は小さくて済み、搭載状況（摩擦など）によっては無視できる。従って、これが無視できるとすると、ステアリング動作を行なう際には要求されるステアリング舵角に応じて第２の電動モータを駆動し、ブレーキ動作を行なう際には要求されるブレーキ力に応じて第１の電動モータを駆動し、ステアリング動作とブレーキ動作を行なう際には第１の電動モータと第２の電動モータを同時に駆動すればよい。もとより、第２の電動モータから出力軸の回転抑制のために回転駆動力を出力する必要がある場合には、その分の調整を行なって第２の電動モータを駆動すればよい。これにより、同一の出力軸によりブレーキ装置とステアリング装置との両方を駆動することができる。

本発明の第３の態様は、略円筒形状の側面に、軸方向に延在する帯状の、ねじ山が形成されたねじ部及び略平面状の面取り部が設けられた出力軸と、出力軸の面取り部に摺接する平面部位が形成されることにより、出力軸と一体回転すると共に出力軸における軸方向の直線運動を許容するロータを有し、出力軸における軸回りの回転駆動を行なう電動モータと、出力軸と直接又は間接的に螺合する螺合部位を有し、螺合部位を出力軸の回転に伴って回転自在にする第１の状態、螺合部位の回転を抑制する第２の状態、及び出力軸における軸方向の直線運動を抑制する第３の状態、を切替え可能な切替え手段と、を備え、電動モータ及び切替え手段は非回転部位が相対運動不能に連結され、電動モータの出力と切替え手段の状態との組み合わせにより、出力軸を軸方向に直線駆動する動作、軸回りに回転駆動する動作、又は軸方向の直線運動を抑制した状態で軸回りに回転駆動する動作を行なう、ことを特徴とするものである。

この本発明の第３の態様によれば、出力軸を軸方向に直線駆動する際には電動モータを駆動すると共に切替え機構を第２の状態とし、軸回りに回転駆動する際には電動モータを駆動すると共に切替え機構を第１の状態とし、軸方向の直線運動を抑制した状態で軸回りに回転駆動する際には電動モータを駆動すると共に切替え機構を第３の状態とすればよい。ここで、「軸方向の直線運動を抑制した状態で軸回りに回転駆動する動作」が必要となるのは、例えば、螺合する接続部材により回転駆動力を伝達する場合があり得ることに基づく。これにより、同一の出力軸に軸回りの回転駆動力と軸方向の直線駆動力を選択的に出力することができる。

この本発明の第３の態様は、例えば、切替え手段は、螺合部位と、切替え手段用電動モータと、切替え手段用電動モータのロータ及び切替え手段の非回転部材に直接又は間接的に螺合する切替え手段用出力軸と、出力軸と相対回転自在に、且つ出力軸と共に出力軸の軸方向の直線運動をすることが可能に保持され、切替え手段用出力軸に螺合可能なねじ穴が形成された直線運動伝達部と、を有し、この切替え手段用出力軸は、切替え手段用出力軸の軸方向における一方の側に向けて駆動されることにより、螺合部位に形成された凹部に勘合して螺合部位の回転を停止させ、切替え手段用出力軸の軸方向における他方の側に向けて駆動されることにより、直線運動伝達部のねじ穴と螺合して直線運動伝達部における出力軸の軸方向の直線運動を抑制するものである。

本発明の第４の態様は、車両が備えるブレーキ装置又はステアリング装置を選択的に駆動することが可能な、車両用アクチュエーターであって、本発明の第３の態様の電動アクチュエーターと、出力軸のねじ部に直接又は間接的に螺合し、出力軸の回転をステアリング装置が有するステアリング軸に伝達する、回転力伝達部と、を備え、直線運動伝達部は、電動アクチュエーターの出力軸が軸方向に直線駆動された際に押圧力をブレーキ装置に伝達し、電動アクチュエーターが備える電動モータの出力と切替え手段の状態との組み合わせにより、ブレーキ装置又はステアリング装置を選択的に駆動するものである。

この本発明の第４の態様によれば、ステアリング動作を行なう際には要求されるステアリング舵角に応じて電動モータを駆動すると共に切替え機構を第３の状態とし、ブレーキ動作を行なう際には要求されるブレーキ力に応じて電動モータを駆動すると共に切替え機構を第２の状態とすればよい。本発明の第４の態様においては、回転力伝達部が出力軸に螺合する構造であるため、前述の如くステアリング動作を行なう（回転駆動力を伝達する）際には切り替え機構を第３の状態とするのである。

本発明の第５の態様は、略円筒形状の側面に、軸方向に延在する帯状の、ねじ山が形成されたねじ部及び略平面状の面取り部が設けられた出力軸と、出力軸の面取り部に摺接する平面部位が形成されることにより、出力軸の回転に伴って回転すると共に出力軸における軸方向の直線運動を許容するロータを有し、出力軸における軸回りの回転駆動を行なう電動モータと、出力軸と直接又は間接的に螺合する螺合部位を有し、螺合部位を出力軸の回転に伴って回転自在にする第１の状態、及び該螺合部位の回転を抑制する第２の状態、を切替え可能な切替え手段と、を備え、電動モータ及び切替え手段は非回転部位が相対運動不能に連結され、電動モータの出力と切替え手段の状態との組み合わせにより、出力軸を軸方向に直線駆動する動作、又は軸回りに回転駆動する動作を行なう、ことを特徴とするものである。

この本発明の第５の態様は、本発明の第３の態様が行なう「軸方向の直線運動を抑制した状態で軸回りに回転駆動する動作」は行なわない。従って、回転駆動力を伝達する接続部材が出力軸に螺合する構造でない場合、又は螺合する構造であっても回転駆動力を伝達する対象の回転抵抗が螺合部分の摩擦等に比して十分小さい場合に、適用される。本発明の第５の態様によれば、出力軸を軸方向に直線駆動する際には電動モータを駆動すると共に切替え機構を第２の状態とし、軸回りに回転駆動する際には電動モータを駆動すると共に切替え機構を第１の状態とすればよい。これにより、同一の出力軸に軸回りの回転駆動力と軸方向の直線駆動力を選択的に出力することができる。

本発明によれば、同一の出力軸に回転駆動力と直線駆動力を出力することが可能な電動アクチュエーター及びこれを利用した車両用アクチュエーターを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係る電動アクチュエーター１０の全体構成の一例を示す図である。図示するように、電動アクチュエーター１０は、例えば、スクリューシャフト２０と、スクリューシャフト２０を軸心とする第１モータ３０及び第２モータ４０と、制御装置５０と、を備える。なお、第１モータ３０のステータ３６と第２モータ４０のステータ４６とは相対運動不能に連結されている。

スクリューシャフト２０は、図２に示す如く、その側面に、ねじ山が形成されたねじ部２２と略平面状の面取り部２４が設けられた略円筒状の形状をしている。

第１モータ３０は、例えば、周知のサーボモータであり、そのロータ３２の内側に、スクリューシャフト２０のねじ部２２に螺合するねじ山が形成された第１の環状部位３４が、連結され又は一体に形成されている。第１モータ３０のロータ３２とスクリューシャフト２０の接続断面は、例えば図３（Ａ）に示す如くである。これにより、第１モータ３０がスクリューシャフト２０にトルクを出力すると共にこのトルクと逆の向きに何らかのトルクがスクリューシャフト２０に作用した場合には、スクリューシャフト２０は軸方向に直線運動することとなる（この場合におけるスクリューシャフト２０の回転については、両トルクの大きさの比率等によって変化する）。

第２モータ４０は、例えば、周知のサーボモータであり、そのロータ４２の内側に、スクリューシャフト２０の面取り部２４に摺接する平面部４４ａと、スクリューシャフト２０のねじ部２２の外端に摺接するガイド部４４ｂとが形成された第２の環状部位４４が、連結され又は一体に形成されている。第２モータ４０のロータ４２とスクリューシャフト２０の接続断面は、例えば図３（Ｂ）に示す如くである。これにより、第２モータのロータ４２の回転に伴ってスクリューシャフト２０が回転する。一方、スクリューシャフト２０が軸方向の運動をしても、スクリューシャフト２０がロータ４２に対して摺動するのみであり、ロータ４２の動作には影響を及ぼさない。

制御装置５０は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、第１モータ３０や第２モータ４０を駆動する図示しない駆動回路に対して、駆動信号を送信する。以下、こうして構成された電動アクチュエーター１０において、制御装置５０が第１モータ３０や第２モータ４０を駆動する動作について、（１−１）軸回りの回転駆動力（トルク）を出力する際、（１−２）軸方向の直線駆動力を出力する際、（１−３）軸回りの回転駆動力（トルク）と軸方向の直線駆動力を同時に出力する際、に場合分けして説明する。

（１−１）軸回りの回転駆動力（トルク）を出力する際には、要求されるトルクに応じたトルクを出力するように第２モータ４０を駆動する。ここで、要求されるトルクは、例えば、制御装置５０に入力操作されてもよく、他の装置から通信により入力されてもよい。

（１−２）軸方向の直線駆動力を出力する際には、第１モータ３０を駆動すると共に、反力として、第２モータ４０から反対方向のトルク（以下、反力トルクと称する）を出力する。こうすることにより、スクリューシャフト２０は回転せずに、軸方向に直線駆動される。この際に、スクリューシャフト２０がロータ４２に対して軸方向に摺動するのは、前述した如くである。反力トルクの決定については、予め、スクリューシャフト２０と第１モータ３０や第２モータ４０との摩擦やスクリューシャフト２０が接続される外部機器の回転抵抗等を考慮して、予め定めることができる。

（１−３）軸回りの回転駆動力（トルク）と軸方向の直線駆動力を同時に出力する際には、第１モータ３０を駆動すると共に、第２モータ４０から、要求されるトルクに上述の反力トルクを付加した（又は、方向が逆の場合は差し引いた）トルクを出力する。こうすることにより、スクリューシャフト２０は、直線方向と回転方向に同時に駆動される。

このように、第１実施例の電動アクチュエーター１０によれば、スクリューシャフト２０に軸回りの回転駆動力及び軸方向の直線駆動力を出力することができる。

図４は、本発明の第１実施例に係る電動アクチュエーター１０を利用した車両用アクチュエーター１が自動車に搭載された様子の一例を示す図である。なお、本図中、上方向が、鉛直上方向を表す。車両用アクチュエーター１は、例えば、車輪８０のホイール８２の内部に配設され、車両のシャーシに固定部材を介して連結された電動アクチュエーター１０と、直線駆動力伝達部６６と、回転駆動力伝達部７４と、を備える。なお、本図において、車両用アクチュエーター１は、ホイール８０内部に配置されているが、これに限られない。

直線駆動力伝達部６６は、例えば、スクリューシャフト２０の一端にベアリング６６ａを用いて回転自在に接続され、ブレーキ装置６０のブレーキローター６２を押圧力により停止させるブレーキキャリパー６４に電動アクチュエーター１０が出力した直線駆動力を伝達する。

回転駆動力伝達部７４は、スクリューシャフト２０における直線駆動力伝達部６６とは異なる端部に、スクリューシャフト２０とロータ４２との接続と同様に、スクリューシャフト２０と一体回転すると共に直線運動を許容するように接続され、車両のステアリング装置７０のステアリング軸７２に電動アクチュエーター１０が出力した回転駆動力を伝達する。なお、回転駆動力伝達部７４とスクリューシャフト２０との接続断面は、例えば図３（Ｃ）に示す如くである。回転駆動力伝達部７４とステアリング軸７２とは、例えば、ベベルギアの構造により連結され、軸方向を変化させながら回転駆動力を伝達する仕組みとなっている。なお、ステアリング軸７２に伝達された回転駆動力は、図５に示す如く、車輪８０の向きを車両本体に対して変化させる。なお、図５（Ａ）は、上面図であり、図５（Ｂ）は、背面図である。

車両用アクチュエーター１において、制御装置５０には、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）などの適切な通信ネットワークを介して、車両内の各種の電子部品（各種センサーや各種ＥＣＵ）が接続されている。特に、本実施例の制御装置５０には、ステアリングホイールに取り付けられたステアリング角センサーやブレーキペダルに取り付けられたブレーキペダルセンサーが通信可能に接続されている。以下、こうして構成された車両用アクチュエーター１において、ブレーキ装置６０やステアリング装置７０が駆動される動作について、（２−１）ステアリング動作を行なう際、（２−２）ブレーキ動作を行なう際、（２−３）ステアリング動作とブレーキ動作を同時に行なう際、に場合分けして説明する。

（２−１）ステアリング動作を行なう際には、ステアリング角センサーからの信号に基づいて定められるステアリング舵角に応じて、第２モータ４０を駆動する。具体的には、例えば、ステアリング角センサーからの信号に基づいて定められる要求ステアリング舵角と、第２モータ４０の回転角度から計算される実際のステアリング舵角との差分に応じたトルクを、要求ステアリング舵角と実際のステアリング舵角が略一致するまで出力する制御を行なう。なお、この際には、第１モータ３０は回転をフリーにした状態である。

（２−２）ブレーキ動作を行なう際には、要求されるブレーキ力に応じて、第１モータ３０を駆動する。具体的には、例えば、ブレーキペダルセンサーからの信号に基づいて定められる要求ブレーキトルクがブレーキキャリパー６４に出力されるように、スクリューシャフト２０の目標駆動距離（軸方向に駆動されるべき距離）を計算し、スクリューシャフト２０がこの目標駆動距離の分だけ軸方向に駆動されるように、第１モータ３０を駆動する。なお、車両用アクチュエーター１０では、電動アクチュエーター１０の説明において述べた第２モータ４０からの反力トルクの出力は、必要がない。なぜなら、本実施例の車両用アクチュエーター１０において、ステアリング装置７０の回転抵抗は、スクリューシャフト２０とロータ３２の摩擦抵抗に比して十分大きくなるように設定されており、第１モータ３０を駆動すれば、スクリューシャフト２０は、回転することなく、ねじ構造により直線運動をするからである。

（２−３）従って、ステアリング動作とブレーキ動作を同時に行なう際には、前述（２−１）及び（２−２）を並行して行なえばよい。この際にも、反力トルクを出力する必要がない点については、前述（２−２）と同様である。

このように、第１実施例の電動アクチュエーター１０を利用した車両用アクチュエーター１では、スクリューシャフト２０に軸回りの回転駆動力及び軸方向の直線駆動力を出力するから、同一の出力軸（スクリューシャフト２０）によりブレーキ装置６０とステアリング装置７０との両方を駆動することができる。

図６は、本発明の第２実施例に係る電動アクチュエーター１１０の全体構成の一例を示す図である。図６（Ａ）に示すように、電動アクチュエーター１１０は、例えば、スクリューシャフト１２０と、スクリューシャフト１２０を軸心とするモータ１３０と、切替え機構１４０と、制御装置１５０と、を備える。なお、本図６（Ａ）では、上方向が、鉛直上方向を表す。また、モータ１３０のステータ１３６と切替え機構１４０とは相対運動不能に連結されている。

スクリューシャフト１２０は、第１実施例のスクリューシャフト２０と同様に、ねじ山が形成されたねじ部１２２と略平面状の面取り部１２４が設けられた略円筒状の形状をしている（第１実施例における図２参照）。

モータ１３０は、例えば、周知のサーボモータであり、そのロータ１３２の内側に、スクリューシャフト１２０の面取り部１２４に摺接する平面部１３４ａと、スクリューシャフト１２０のねじ部１２２の外端に摺接するガイド部１３４ｂとが形成された環状部位１３４が、連結され又は一体に形成されている。モータ１３０のロータ１３２とスクリューシャフト１２０の接続断面は、図７（Ｂ）に示す如くである。これにより、モータ１３０のロータ１３２の回転に伴ってスクリューシャフト１２０が回転する。一方、スクリューシャフト１２０が軸方向の運動をしても、スクリューシャフト１２０がロータ１３２に対して摺動するのみであり、ロータ１３２の動作には影響を及ぼさない。

切替え機構１４０は、例えば、ナット１４１と、切替え機構用モータ１４２と、切替え機構用スクリューシャフト１４３と、固定ナット１４４と、直線運動伝達部１４５と、ハウジング１４６と、を備える。

図６（Ｂ）はナット１４１を図６（Ａ）におけるスクリューシャフト１２０の軸方向から見た図である。図示するように、ナット１４１は環状の形状をしており、その内側には、スクリューシャフト１２０のねじ部１２２に螺合するねじ山が形成されている。また、ナット１４１は、ベアリング１４１ａによりスクリューシャフト１２０の回転に伴って回転可能に保持されている。さらに、ナット１４１の外側には、後述する回転停止用の角部１４１ｂが複数形成されている。ナット１４１とスクリューシャフト１２０の接続断面は、図７（Ａ）に示す如くである。

切替え機構用モータ１４２は、例えば、周知のサーボモータであり、そのロータ１４２ａの内側に、切替え機構用スクリューシャフト１４３に螺合するねじ山が形成された環状部位１４２ｂが、連結され又は一体に形成されている。なお、この切替え機構用モータ１４２は、切替え機構用スクリューシャフト１４３を軸方向に直線駆動するためだけのものであるため、第１実施例の第１モータや第２モータ、本実施例のモータ１３０に比して小型のものであってよい。

切替え機構用スクリューシャフト１４３は、略円筒形の形状の側面にねじ山が形成されており、前述の如くロータ１４２ａ、及びハウジング１４６に固定された固定ナット１４４に螺合している。これにより、切替え機構用モータ１４２が駆動されると、切替え機構用スクリューシャフト１４３は、切替え機構用モータ１４２の駆動方向（回転方向）に応じた向きに回転しながら軸方向に直線運動をする。

直線運動伝達部１４５は、例えば、スクリューシャフト１２０の一端にベアリングを用いて相対回転自在に接続されると共に、自身はハウジング１４６に対して回転せずにスクリューシャフト１２０の軸方向の移動のみを行なう。また、直線運動伝達部１４５には、切替え機構用スクリューシャフト１４３が螺合可能なねじ穴１４５ａが形成されている。

ここで、切替え機構１４０の機能について説明する。まずは、切替え機構用スクリューシャフト１４３が初期位置（図６（Ａ）に示す位置）にあって、ナット１４１及び直線運動伝達部１４５のいずれにも作用しない状態を、第１の状態と称する。

第１の状態から、切替え機構用モータ１４２がある一方の向きに駆動されると、切替え機構用スクリューシャフト１４３は、ナット１４１の角部１４１ｂに向けて回転しながら移動し、角部１４１ｂの隙間に形成される凹部１４１ｃに勘合して、ナット１４１の回転を停止させる（以下、第２の状態と称する）。

第１の状態から、切替え機構用モータ１４２が、第２の状態に至るための向きとは逆の向きに駆動されると、切替え機構用スクリューシャフト１４３は、直線運動伝達部１４５のねじ穴１４５ａに向けて回転しながら移動し、ねじ穴１４５ａに螺合する。こうすることにより、直線運動伝達部１４５とスクリューシャフト１２０とがスクリューシャフト１２０の軸方向に相対運動不可能となる。すなわち、切替え機構１４０とスクリューシャフト１２０とがスクリューシャフト１２０の軸方向に相対運動不可能となる（以下、第３の状態とする）。

制御装置１５０は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、モータ１３０及び切替え機構用モータ１４２を駆動する図示しない駆動回路に対して駆動信号を送信する。

ここで、制御装置１５０により、モータ１３０の出力及び切替え機構１４０の状態を変化させて、電動アクチュエーター１１０が機能する動作について、以下のように場合分けして説明する。

（３−１）モータ１３０を駆動すると共に、切替え機構１４０を前述した第１の状態とすると、スクリューシャフト１２０は、ロータ１３２の回転に伴って回転し、外力が働かない状態では軸方向の直線運動をしない。

（３−２）モータ１３０を駆動すると共に、切替え機構１４０を前述した第２の状態とすると、スクリューシャフト１２０は、ナット１４１との螺合構造により、回転しながら、軸方向における一方の側に直線運動をする。この際に、スクリューシャフト１２０がロータ１３２に対して軸方向に摺動するのは、前述した如くである。

（３−３）モータ１３０を駆動すると共に、切替え機構１４０を前述した第３の状態とすると、スクリューシャフト１２０は、ロータ１３２の回転に伴って回転し、外力が働くか否かに拘らず、軸方向の直線運動をしない。

このように、第２実施例の電動アクチュエーター１１０によれば、スクリューシャフト１２０に軸回りの回転駆動力又は軸方向の直線駆動力を出力するから、軸回りの回転駆動力と軸方向の直線駆動力を選択的に出力することができる。

図８は、本発明の第２実施例に係る電動アクチュエーター１１０を利用した車両用アクチュエーター１０１が自動車に搭載された様子の一例を示す図である。なお、図中上方向が、鉛直上方向を表す。電動アクチュエーター１１０は、軸回りの回転駆動力と軸方向の直線駆動力を選択的に出力する装置であるため、例えば、車両が備える主ブレーキ装置１６０や主ステアリング装置１７０が故障した場合の、補完用装置として搭載される場合に、特に効果を奏するものである。車両用アクチュエーター１０１は、例えば、車輪１８０のホイール１８２の内部に配設され、車両のシャーシに固定部材を介して連結された電動アクチュエーター１１０と、回転駆動力伝達部１７６と、を備える。なお、本図において、車両用アクチュエーター１は、ホイール１８２内部に配置されているが、これに限られない。

車両用アクチュエーター１０１においては、直線運動伝達部１４５が、主ブレーキ装置１６０と補完用ブレーキ装置１６２とで共用されるブレーキローター１６４を押圧力により停止させる補完用ブレーキキャリパー１６６に、電動アクチュエーター１１０が出力した直線駆動力を伝達する。

回転駆動力伝達部１７６は、その内側にスクリューシャフト１２０のねじ部１２２に螺合するねじ山が形成されており、スクリューシャフト１２０における直線運動伝達部１４５が配設された端部とは異なる端部においてスクリューシャフト１２０と螺合し、主ステアリング装置１７０と補完用ステアリング装置１７２とで共用されるステアリング軸１７４に電動アクチュエーター１１０が出力した回転駆動力を伝達する。なお、回転駆動力伝達部１７６とスクリューシャフト２０との接続断面は、例えば第１実施例における図３（Ａ）に例示した如くである。回転駆動力伝達部１７６とステアリング軸１７４とは、例えば、実施例１と同様にベベルギアの構造により連結され、第１実施例における図５に例示した仕組みにより車輪１８０の向きを車両本体に対して変化させる。

車両用アクチュエーター１０１において、制御装置１５０には、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）などの適切な通信ネットワークを介して、車両内の各種の電子部品（各種センサーや各種ＥＣＵ）が接続されている。特に、本実施例の制御装置１５０には、主ブレーキ装置１６０や主ステアリング装置１７０を制御するＥＣＵ、及び、ステアリングホイールに取り付けられたステアリング角センサーやブレーキペダルに取り付けられたブレーキペダルセンサーが通信可能に接続されている。そして、主ブレーキ装置１６０や主ステアリング装置１７０の故障を夫々のＥＣＵからの通信により検知した際に、補完用ブレーキ装置１６２や補完用ステアリング装置１７２を、センサー出力に基づいて駆動する。以下、こうして構成された車両用アクチュエーター１０１において、補完用ブレーキ装置１６２や補完用ステアリング装置１７２が駆動される動作について、（４−１）ステアリング動作を行なう際、（４−２）ブレーキ動作を行なう際、に場合分けして説明する。

（４−１）ステアリング動作を行なう際には、ステアリング角センサーからの信号に基づいて定められるステアリング舵角に応じて、モータ１３０を駆動すると共に、切替え機構１４０を前述した第３の状態とする。この状態では、スクリューシャフト１２０はロータ１３２の回転に伴って回転し、軸方向の直線運動が切替え機構１４０により停止されている。従って、スクリューシャフト１２０が回転しながら直進運動をして回転駆動力伝達部１７６にねじ込まれる（或いはその逆）結果、回転駆動力伝達部１７６にスクリューシャフト１２０の回転が伝達されないという現象は起こらない。従って、回転駆動力伝達部１７６に対するスクリューシャフト１２０の回転の伝達は確保されている。なお、スクリューシャフト１２０と回転駆動力伝達部１７６との摩擦や補完用ステアリング装置１７２の回転抵抗の設定によっては、切替え機構１４０を前述した第１の状態としても、ステアリング動作を行なうことは可能である。モータ１３０の具体的な出力制御については、実施例１の（２−１）において例示したものと同様である。

（４−２）ブレーキ動作を行なう際には、要求されるブレーキ力に応じて、モータ１３０を駆動すると共に、切替え機構１４０を前述した第２の状態とする。この状態では、前述したとおり、スクリューシャフト１２０は回転しながら補完用ブレーキ装置１６２に向けて直線運動をする。この際に、スクリューシャフト１２０は、前述の（４−１）とは異なり、回転しながら回転駆動力伝達部１７６から脱する動きをするため、回転駆動力伝達部１７６にスクリューシャフト１２０の回転は伝達されない。モータ１３０の具体的な出力制御については、実施例１の（２−２）において例示したものと同様である。

このように、第２実施例の電動アクチュエーター１１０を利用した車両用アクチュエーター１０１では、スクリューシャフト１２０の駆動により、補完用ブレーキ装置１６２と補完用ステアリング装置１７２とのいずれかを駆動することができるから、特にブレーキ装置及びステアリング装置の故障時の補完用として搭載された場合に好適である。

次に、本発明の第３実施例に係る電動アクチュエーター２１０について説明する。電動アクチュエーター２１０は、第２実施例の電動アクチュエーター１１０の切替え機構１４０に換えて、切替え機構１４０から直線運動伝達部１４５を除いたもの（以下、切替え機構１４０Ａと称する）を備える構成となっている。従って、各部品については同一の符号を付し、説明を省略する。

切替え機構１４０Ａは、ナット１４１の回転を自在に保持する（以下、第１の状態と称する）、或いは停止させる（以下、第２の状態と称する）機能を有する。

第１の状態は、切替え機構用スクリューシャフト１４３が初期位置（図７（Ａ）に示す位置）にあって、ナット１４１に作用しない状態である。

第２の状態は、切替え機構用モータ１４２が駆動され、切替え機構用スクリューシャフト１４３は、ナット１４１の凹部１４１ｃに勘合して、ナット１４１の回転を停止させた状態である。

続いて、制御装置１５０により、モータ１３０の出力及び切替え機構１４０Ａの状態を変化させて、電動アクチュエーター２１０が機能する動作について、以下のように場合分けして説明する。

（５−１）モータ１３０を駆動すると共に、切替え機構１４０Ａを前述した第１の状態とすると、スクリューシャフト１２０は、ロータ１３２の回転に伴って回転し、外力が働かない状態では軸方向の直線運動をしない。

（５−２）モータ１３０を駆動すると共に、切替え機構１４０Ａを前述した第２の状態とすると、スクリューシャフト１２０は、ナット１４１との螺合構造により、回転しながら、軸方向における一方の側に直線運動をする。この際に、スクリューシャフト１２０がロータ１３２に対して軸方向に摺動するのは、前述した如くである。

このように、第３実施例の電動アクチュエーター２１０によれば、スクリューシャフト１２０に軸回りの回転駆動力又は軸方向の直線駆動力を出力するから、軸回りの回転駆動力と軸方向の直線駆動力を選択的に出力することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第１実施例のスクリューシャフト２０において、ねじ部２２と面取り部２４は、夫々２つ設けられるものとして例示したが、夫々３つ以上設けられてもよい。第２実施例のスクリューシャフト１２０においても、同様である。

また、第１実施例において、制御装置５０は第１モータ３０と第２モータ４０の双方を制御するものとしたが、第１モータ３０と第２モータ４０の夫々に対して設けられ、互いに通信を行なって協調制御する態様のものとしてもよい。第２実施例の制御装置１５０についても同様に、モータ１３０と切替え機構１４０の夫々に対して設けられ、互いに通信を行なって協調制御する態様のものとしてもよい。

また、第２実施例において、切替え機構１４０は、ねじ山が形成された切替え機構用スクリューシャフト１４３を利用した態様のものとして例示したが、これに限られず、スクリューシャフト１２０に螺合する螺合部位を有し、この螺合部位をスクリューシャフト１２０の回転に伴って回転自在にする第１の状態、螺合部位の回転を抑制する第２の状態、及びスクリューシャフト１２０における軸方向の直線運動を抑制する第３の状態、を切替え可能な構造であれば、如何なる態様のものでもよい。例えば、ソレノイドを用いて切替え機構用スクリューシャフト１４３に代替する棒状の部材を軸方向に駆動し、ナット１４１の回転を停止する態様のものとしてもよい。

また、第３実施例の切替え機構１４０Ａは、図９に示す如く、環状のナットの中央部に回転停止用の凹部を備える態様のものとしてもよい。

本発明は、少なくとも回転駆動力と直線駆動力を出力するアクチュエーターに利用できる。

本発明の第１実施例に係る電動アクチュエーター１０の全体構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施例に係るスクリューシャフト２０の構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施例に係るスクリューシャフト２０と第１モータ３０のロータ３２等の接続断面を示す図である。 本発明の第１実施例に係る電動アクチュエーター１０を利用した車両用アクチュエーター１が自動車に搭載された様子の一例を示す図である。 ステアリング軸７２に伝達された回転駆動力が車輪８０の向きを車両本体に対して変化させる様子を示す図である。 本発明の第２実施例に係る電動アクチュエーター１１０の全体構成の一例を示す図である。 本発明の第２実施例に係るスクリューシャフト２０とナット１４１等の接続断面を示す図である。 本発明の第２実施例に係る電動アクチュエーター１１０を利用した車両用アクチュエーター１０１が自動車に搭載された様子の一例を示す図である。 本発明の他の実施例に係る切替え機構１４０Ａの一例を示す図である。

符号の説明

１、１０１ 車両用アクチュエーター
１０、１１０、２１０ 電動アクチュエーター
２０、１２０ スクリューシャフト
２２、１２２ ねじ部
２４、１２４ 面取り部
３０ 第１モータ
３２、４２、１３２、１４２ａ ロータ
３４、４４、１４２ｂ 環状部位
３６、１３６ ステータ
４０ 第２モータ
４４ａ、１３４ａ 平面部
４４ｂ、１３４ｂ ガイド部
４６ ステータ
５０、１５０ 制御装置
６０ ブレーキ装置
６２、１６４ ブレーキローター
６４ ブレーキキャリパー
６６ 直線駆動力伝達部
６６ａ、１４１ａ、２４１ａ ベアリング
７０ ステアリング装置
７２、１７４ ステアリング軸
７４、１７６ 回転駆動力伝達部
８０、１８０ 車輪
８２、１８２ ホイール
１３０ モータ
１４０、１４０Ａ 切替え機構
１４１ ナット
１４１ｂ 角部
１４１ｃ 凹部
１４２ 切替え機構用モータ
１４３ 切替え機構用スクリューシャフト
１４４ 固定ナット
１４５ 直線運動伝達部
１４５ａ ねじ穴
１４６ ハウジング
１６０ 主ブレーキ装置
１６２ 補完用ブレーキ装置
１６６ 補完用ブレーキキャリパー
１７０ 主ステアリング装置

Claims (7)

1. 略円筒形状の側面に、軸方向に延在する帯状の、ねじ山が形成されたねじ部及び略平面状の面取り部が設けられた出力軸と、
   前記出力軸のねじ部に直接又は間接的に螺合するロータを有し、該出力軸の回転が抑制された状態で該ロータを回転駆動することにより該出力軸を軸方向に直線駆動することが可能な第１の電動モータと、
   前記出力軸の面取り部に摺接する平面部位が形成されることにより、該出力軸の回転に伴って回転すると共に該出力軸における軸方向の直線運動を許容するロータを有し、該出力軸における軸回りの回転駆動又は回転の抑制を行なう第２の電動モータと、を備え、
   前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータは非回転部位が相対運動不能に連結され、前記第１の電動モータと前記第２の電動モータとの出力の組み合わせにより、前記出力軸を軸方向に直線駆動する動作、及び軸回りに回転駆動する動作を行なう、
   ことを特徴とする、電動アクチュエーター。
2. 請求項１に記載の電動アクチュエーターであって、
   前記第１の電動モータ及び前記第２の電動モータを制御する制御手段を備え、
   該制御手段は、前記第２の電動モータにより前記出力軸の回転を抑制する際には、前記第１の電動モータから出力される回転駆動力を打ち消すように、該第２の電動モータから出力すべき回転駆動力を決定する、
   ことを特徴とする、電動アクチュエーター。
3. 車両が備えるブレーキ装置及びステアリング装置を駆動する、車両用アクチュエーターであって、
   請求項１又は２に記載の電動アクチュエーターと、
   該電動アクチュエーターが備える出力軸の一端に該出力軸との相対回転自在に接続され、該出力軸における軸方向の直線駆動力を車両が備えるブレーキ装置に伝達する、直線駆動力伝達部と、
   該出力軸における軸回りの回転駆動力を車両が備えるステアリング装置のステアリング軸に伝達する、回転駆動力伝達部と、を備え、
   該電動アクチュエーターが備える第１の電動モータと第２の電動モータとの出力の組み合わせにより前記ブレーキ装置及びステアリング装置を駆動する、
   車両用アクチュエーター。
4. 略円筒形状の側面に、軸方向に延在する帯状の、ねじ山が形成されたねじ部及び略平面状の面取り部が設けられた出力軸と、
   前記出力軸の面取り部に摺接する平面部位が形成されることにより、該出力軸と一体回転すると共に該出力軸における軸方向の直線運動を許容するロータを有し、該出力軸における軸回りの回転駆動を行なう電動モータと、
   前記出力軸と直接又は間接的に螺合する螺合部位を有し、該螺合部位を前記出力軸の回転に伴って回転自在にする第１の状態、該螺合部位の回転を抑制する第２の状態、及び前記出力軸における軸方向の直線運動を抑制する第３の状態、を切替え可能な切替え手段と、を備え、
   前記電動モータ及び前記切替え手段は非回転部位が相対運動不能に連結され、前記電動モータの出力と前記切替え手段の状態との組み合わせにより、前記出力軸を軸方向に直線駆動する動作、軸回りに回転駆動する動作、又は軸方向の直線運動を抑制した状態で軸回りに回転駆動する動作を行なう、
   ことを特徴とする、電動アクチュエーター。
5. 請求項４に記載の電動アクチュエーターであって、
   前記切替え手段は、前記螺合部位と、切替え手段用電動モータと、
   該切替え手段用電動モータのロータ及び該切替え手段の非回転部材に直接又は間接的に螺合する切替え手段用出力軸と、
   前記出力軸と相対回転自在に、且つ該出力軸と共に該出力軸の軸方向の直線運動をすることが可能に保持され、前記切替え手段用出力軸に螺合可能なねじ穴が形成された直線運動伝達部と、を有し、
   該切替え手段用出力軸は、該切替え手段用出力軸の軸方向における一方の側に向けて駆動されることにより、前記螺合部位に形成された凹部に勘合して該螺合部位の回転を停止させ、該切替え手段用出力軸の軸方向における他方の側に向けて駆動されることにより、前記直線運動伝達部のねじ穴と螺合して前記直線運動伝達部における前記出力軸の軸方向の直線運動を抑制する、
   電動アクチュエーター。
6. 車両が備えるブレーキ装置又はステアリング装置を選択的に駆動することが可能な、車両用アクチュエーターであって、
   請求項５に記載の電動アクチュエーターと、
   該出力軸のねじ部に直接又は間接的に螺合し、該出力軸の回転をステアリング装置が有するステアリング軸に伝達する、回転力伝達部と、を備え、
   前記直線運動伝達部は、前記電動アクチュエーターの出力軸が軸方向に直線駆動された際に押圧力をブレーキ装置に伝達し、
   前記電動アクチュエーターが備える電動モータの出力と前記切替え手段の状態との組み合わせにより、前記ブレーキ装置又はステアリング装置を選択的に駆動する、
   車両用アクチュエーター。
7. 略円筒形状の側面に、軸方向に延在する帯状の、ねじ山が形成されたねじ部及び略平面状の面取り部が設けられた出力軸と、
   前記出力軸の面取り部に摺接する平面部位が形成されることにより、該出力軸の回転に伴って回転すると共に該出力軸における軸方向の直線運動を許容するロータを有し、該出力軸における軸回りの回転駆動を行なう電動モータと、
   前記出力軸と直接又は間接的に螺合する螺合部位を有し、該螺合部位を前記出力軸の回転に伴って回転自在にする第１の状態、及び該螺合部位の回転を抑制する第２の状態、を切替え可能な切替え手段と、を備え、
   前記電動モータ及び前記切替え手段は非回転部位が相対運動不能に連結され、前記電動モータの出力と前記切替え手段の状態との組み合わせにより、前記出力軸を軸方向に直線駆動する動作、又は軸回りに回転駆動する動作を行なう、
   ことを特徴とする、電動アクチュエーター。

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