WO2021161688A1

WO2021161688A1 - 電動アクチュエータ

Info

Publication number: WO2021161688A1
Application number: PCT/JP2021/000240
Authority: WO
Inventors: 齋藤　隆英; 佐藤　光司
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2021-08-19
Also published as: JP2021129384A

Abstract

電動アクチュエータは、電動モータ２と、電動モータ２の回転を減速して出力する減速機３と、減速機によって減速された回転を直線運動に変換する運動変換機構４と、電動モータ２、減速機３及び運動変換機構４を収容するハウジング６とを備える。運動変換機構４は、減速機３の回転に伴って回転するねじ軸７と、ねじ軸７の回転に伴って直線運動するナット８とを有する。ハウジング６は、ねじ軸７の減速機３側とは反対側の端部の延長線上に配置される貫通孔６ａを有する。

Description

電動アクチュエータ

　本発明は、電動アクチュエータに関する。

　近年、車両などの省力化、低燃費化のために電動化が進み、例えば、自動車の自動変速機やブレーキ、ステアリングなどの操作を電動機の力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。

　例えば、下記特許文献１には、車両用変速機のシフトレンジ切換機構を作動させる電動アクチュエータとして、電動モータと、電動モータの回転を減速してシフトレンジ切換機構に伝達する減速機と、電動モータ及び減速機を収容するハウジングとを備えるものが記載されている。

　ところで、シフトレンジがパーキングレンジとなっている状態で、電動アクチュエータが故障により作動しなくなると、変速機の出力軸のロック状態を解除できなくなる。そのため、特許文献１に記載の電動アクチュエータにおいては、手動でシフトレンジを切り換えできるように、外部から電動モータの回転軸を回転操作するための貫通孔がハウジングに設けられている。

特開２０１７－１２５５１３号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の構成では、減速機よりも動力伝達方向の上流側に配置されている電動モータの回転軸を手動で回転させるため、ロック状態を解除するには回転軸を多く回転させる必要がある。このため、特に作業者が作業し難い姿勢でロック解除しなければならない場合は、作業時間が多くかかり、負担となることが考えられる。また、特許文献１に記載の構成では、電動モータの回転軸に工具を係合させる係合部を形成しようとすると、電動モータの回転軸をロータから軸方向に延伸させなければならず、軸方向サイズが増大するといった課題がある。

　そこで、本発明は、効率的に手動操作できると共に、軸方向サイズの小型化を図れる電動アクチュエータを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明は、電動モータと、電動モータの回転を減速して出力する減速機と、減速機によって減速された回転を直線運動に変換する運動変換機構と、電動モータ、減速機及び運動変換機構を収容するハウジングとを備え、運動変換機構は、減速機の回転に伴って回転するねじ軸と、ねじ軸の回転に伴って直線運動するナットとを有する電動アクチュエータであって、ハウジングは、ねじ軸の減速機側とは反対側の端部が挿入される貫通孔、又は、ねじ軸の減速機側とは反対側の端部の延長線上に配置される貫通孔を有する。

　ハウジングが上記のような貫通孔を有することで、貫通孔を通して外部から工具などを挿入し、ねじ軸を回転させることができる。これにより、電動アクチュエータが故障などで作動しない場合でも、手動で操作することができる。また、本発明に係る電動アクチュエータにおいては、減速機よりも動力伝達方向の下流側に配置されているねじ軸を手動で回転操作するため、電動モータの回転軸を手動で回転させる場合に比べて、少ない回転数で効率的に電動アクチュエータを動かすことができる。このため、作業時間を短縮でき、作業者の負担も軽減することが可能である。また、本発明によれば、電動モータの回転軸を軸方向に大きく延伸させなくてもよいので、軸方向サイズの増大を回避でき、小型化を図れるようになる。

　さらに、ねじ軸の手動操作を行いやすくするため、ねじ軸の減速機側とは反対側の端部に、ねじ軸を回転させる工具と係合可能な係合部を設けてもよい。

　例えば、係合部は、多角形断面又はスプライン状の凹部とすることができる。

　貫通孔に、貫通孔を封止する封止部材を装着することで、ハウジングからのグリース漏れやハウジング内への異物侵入を防止できる。

　また、貫通孔に封止部材が装着された状態で、係合部がハウジングの外部に露出するようしてもよい。この場合、貫通孔から封止部材を取り外さなくても、係合部に工具を係合させることができる。このため、手動操作の作業がより簡便になる。また、係合部が、外部から視認しやすくなるので、係合部に対する工具の係合も容易に行うことができる。

　本発明によれば、効率的に手動操作できると共に、軸方向サイズの小型化を図れるようになる。

本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの斜視図である。電動アクチュエータの縦断面図である。電動アクチュエータの手動操作の方法を説明するための図である。本発明の他の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。

　以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

　図１は、本発明の実施の一形態に係る電動アクチュエータの斜視図、図２は、本実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。

　図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電動アクチュエータ１は、電動モータ２と、電動モータ２の回転を減速して出力する減速機３と、減速機３から出力された回転運動を直線運動に変換する第１の運動変換機構４と、第１の運動変換機構４から出力された直線運動を電動モータ２の回転軸２ａとは異なる方向の軸の回転運動に変換する第２の運動変換機構５と、これらを収容するハウジング６とを主に備えている。

　本実施形態では、電動モータ２として、ブラシ付きモータ又はブラシレスモータなどの小型のモータを用いている。電動モータ２は、ハウジング６内に設けられたスイッチング素子であるリレー回路（図示省略）などを介して電源（図示省略）に接続されている。電動モータ２の軸方向一端部側（減速機３側）には、電動モータ２を保持するモータホルダ１６が設けられている。モータホルダ１６は、ハウジング６に組み付けられている。これにより、電動モータ２は、モータホルダ１６を介してハウジング６に支持されている。また、モータホルダ１６と電動モータ２は、固定部材としての複数のボルト１７（図２参照）によって固定されている。

　ハウジング６は、２つのハウジング分割体６０が組み付けられて構成される。図１では、２つのハウジング分割体６０の一方が他方に対して取り外された状態を示す。ハウジング分割体６０同士は、その合わせ面間にシール部材（図示省略）を介して組み付けられることで、ハウジング６の内部空間が密閉され、ハウジング６内への粉塵や水などの異物の侵入が防止される。特に、本実施形態のように、ハウジング分割体６０の合わせ面を、電動モータ２の回転軸２ａと平行な（段差の無い）平面とすることで、組み付け時に、ハウジング分割体６０の合わせ面同士の間で多少のずれが生じても、合わせ面同士の間に隙間が生じにくく、密閉性を確保しやすい。シール部材としては、Ｏリング、ゴムシート、樹脂シート、ジョイントシート、メタルガスケットなどの固体のシール材、あるいは、液状ガスケットなどの液体のシール部材を採用することができる。

　図２に示すように、第１の運動変換機構４は、回転部材としてのねじ軸７と、ねじ軸７の回転に伴ってその回転軸方向に直線運動する直動部材としてのナット８とを有している。ねじ軸７の外周面とナット８の内周面には、それぞれねじ溝が形成されており、これらのねじ軸が直接螺合することで、すべりねじ機構を構成している。なお、第１の運動変換機構４として、ねじ軸（回転部材）とナット（直動部材）との間に複数のボールを介在させたボールねじ機構を用いてもよい。ねじ軸７の両端部は、それぞれラジアル軸受９とスラスト軸受１０を介してハウジング６に対して回転可能に支持されている。また、ねじ軸７の一端部側と他端部側に配置される二組のラジアル軸受９及びスラスト軸受１０は、それぞれハウジング６に組み付けられる軸受ホルダ１８によって保持されている。

　第２の運動変換機構５は、円筒状の出力軸１４と、出力軸１４に取り付けられる揺動部材１１とを備えている。出力軸１４は、ラジアル軸受１５（図１参照）を介して回転可能に支持されている。揺動部材１１は、出力軸１４の軸方向の両端部側にそれぞれ取り付けられており、出力軸１４を中心として出力軸１４と一体的に揺動可能（回転可能）に構成されている。また、出力軸１４には、内周面に複数の凹凸（スプライン）が形成された連結孔１４ａが設けられている。この連結孔１４ａは、図示しない操作対象に設けられた操作軸を挿入するための孔であり、操作軸が連結孔１４ａに挿入されてスプライン嵌合することにより、操作軸は出力軸１４と一体的に回転可能に連結される。また、揺動部材１１には、図１に示す下端側で開口するスリット状の長孔１１ｃが設けられている。この長孔１１ｃには、ナット８から突出する円柱状の突起１２が挿入されている。これにより、ナット８と揺動部材１１とが突起１２を介して連動可能に構成されている。また、本実施形態では、突起１２がナット８の互いに反対側の面にそれぞれ設けられており、これに対応して長孔１１ｃを有する揺動部材１１もナット８を挟んで両側に設けられている。

　減速機３は、電動モータ２と第１の運動変換機構４との間に配置されている。本実施形態では、減速機３として二段の遊星減速機２０を用いている。具体的に、遊星減速機２０は、図２に示すように、一段目の入力回転体としての第１太陽ギヤ２１と、一段目の遊星回転体としての複数の第１遊星ギヤ２２と、一段目の出力回転体及び二段目の入力回転体を兼ねる第１キャリア２３と、二段目の遊星回転体としての複数の第２遊星ギヤ２４と、二段目の出力回転体としての第２キャリア２５と、一段目及び二段目の軌道リングを兼ねるリングギヤ２６とを備えている。

　第１太陽ギヤ２１は、電動モータ２の回転軸２ａに対してこれと一体的に回転するように取り付けられている。リングギヤ２６は、第１太陽ギヤ２１の外周に配置され、ハウジング６に対して回転しないように組み付けられている。複数の第１遊星ギヤ２２は、第１太陽ギヤ２１とリングギヤ２６との間に介在し、それぞれに対して噛み合うように配置されている。また、各第１遊星ギヤ２２は、第１キャリア２３の円筒部２３ａから外径方向に突出するフランジ部２３ｂに回転可能に取り付けられている。第１キャリア２３の円筒部２３ａの外周面には、複数の歯が周方向に並ぶギヤ部２３ｃが設けられている。また、第１キャリア２３の円筒部２３ａの内周には、電動モータ２の回転軸２ａが相対的に回転可能な状態で挿入されている。第１キャリア２３のギヤ部２３ｃとリングギヤ２６との間には、これらと噛み合う複数の第２遊星ギヤ２４が配置されている。各第２遊星ギヤ２４は、第２キャリア２５の円筒部２５ａから外径方向に突出するフランジ部２５ｂに回転可能に取り付けられている。また、第２キャリア２５は、上記ねじ軸７の一端部側が挿入されている。第２キャリア２５の円筒部２５ａの内周面と、ねじ軸７の一端部側の外周面には、それぞれ軸方向に伸びる複数の凹凸（スプライン）２５ｄ，７ａが形成されており、これらの凹凸２５ｄ，７ａ同士がスプライン嵌合することにより、ねじ軸７は第２キャリア２５に対して軸方向に移動可能で、かつ、周方向に一体的に回転可能に連結されている。また、第２キャリア２５の円筒部２５ａの外周面には、ねじ軸７の一端部側を支持する一方のラジアル軸受９が配置されている。

　また、リングギヤ２６は、モータホルダ１６及び一方（減速機３側）の軸受ホルダ１８に対して組み付け可能に構成されている。具体的に、モータホルダ１６、リングギヤ２６及び一方の軸受ホルダ１８には、それぞれ互いに嵌合する嵌合部１６ｂ，２６ａ，２６ｂ，１８ｆが設けられている。これらの嵌合部１６ｂ，２６ａ，２６ｂ，１８ｆは、軸方向に突出する環状の凸部、又は、軸方向に凹む環状の凹部で構成されており、モータホルダ１６とリングギヤ２６の互いに軸方向に対向する各端面、及び、リングギヤ２６と軸受ホルダ１８の互いに軸方向に対向する各端面に、それぞれ設けられている。モータホルダ１６、リングギヤ２６及び軸受ホルダ１８が、各嵌合部１６ｂ，２６ａ，２６ｂ，１８ｆを介して互いに嵌合することで、これらの径方向の相対的位置が保持される。なお、各嵌合部１６ｂ，２６ａ，２６ｂ，１８ｆは、モータホルダ１６、リングギヤ２６及び軸受ホルダ１８のそれぞれの全周に渡って設けられている場合に限らず、周方向に部分的に設けられた複数の凸部又は凹部であってもよい。

　また、本実施形態では、第１キャリア２３が、一段目の出力回転体及び二段目の入力回転体を兼ねているが、一段目の出力回転体として機能する部分（第１遊星ギヤ２２を保持するフランジ部２３ｂ）と、二段目の入力回転体として機能する部分（ギヤ部２３ｃを有する円筒部２３ａ）とを別体で構成してもよい。同様にリングギヤ２６も、一段目の軌道リングとして機能する部分（第１遊星ギヤ２２と噛み合う部分）と、二段目の軌道リングとして機能する部分（第２遊星ギヤ２４と噛み合う部分）とを別体で構成してもよい。

　続いて、本実施形態に係る電動アクチュエータの動作について説明する。

　上記リレー回路の切換により電源から電動モータ２へ電力が供給され、電動モータ２が正回転又は逆回転すると、その回転運動が遊星減速機２０（減速機３）に伝達される。遊星減速機２０では、第１太陽ギヤ２１が電動モータ２（回転軸２ａ）と一体的に回転することで、これと噛み合う複数の第１遊星ギヤ２２が回転を開始する。各第１遊星ギヤ２２は、自転しながらリングギヤ２６に沿って公転し、その公転運動が第１遊星ギヤ２２を保持する第１キャリア２３の回転運動として出力される。これにより、電動モータ２の回転運動が一段階減速される。

　また、第１キャリア２３の回転に伴って、そのギヤ部２３ｃに噛み合う複数の第２遊星ギヤ２４が回転を開始する。各第２遊星ギヤ２４は、自転しながらリングギヤ２６に沿って公転し、その公転運動が第２遊星ギヤ２４を保持する第２キャリア２５の回転運動として出力される。これにより、回転運動はさらに減速される。

　減速機３によって減速された回転運動は、第１の運動変換機構４に伝達される。すなわち、遊星減速機２０の第２キャリア２５が回転することで、これと一体的に第１の運動変換機構４のねじ軸７が回転する。ねじ軸７が回転すると、その回転に伴ってナット８が直線運動する。ナット８は、電動モータ２が正回転する場合、図２中の矢印Ａ１方向に前進し、電動モータ２が逆回転する場合、図２中の矢印Ａ２方向に後退する。

　そして、ナット８が前進又は後退することで、ナット８に設けられた突起１２によって揺動部材１１が押し動かされる。これにより、揺動部材１１は、図２中の矢印Ｂ１方向又は矢印Ｂ２方向に揺動運動し、これと一体的に出力軸１４が回転することで、ナット８の直線運動が電動モータ２の回転軸２ａとは異なる方向の軸（出力軸１４）の回転運動として出力される。本実施形態では、出力軸１４が、電動モータ２の回転軸２ａと直交する方向に配置されているため、電動モータ２の回転運動は、電動モータ２の回転軸２ａとは直交する軸の回転運動として出力される。

　以下、本実施形態に係る電動アクチュエータを手動操作するための構成について説明する。

　図２に示すように、本実施形態では、ねじ軸７の減速機３側とは反対側の端部（図の右側の端部）に、レンチなどの手動操作用の工具を係合させる係合部７ｂが設けられている。係合部７ｂは、例えば六角形などの多角形断面又はスプライン状の凹部で構成されている。また、ハウジング６には、手動操作用の工具を外部から挿入するための貫通孔６ａが設けられている。貫通孔６ａは、ねじ軸７の係合部７ｂが設けられている端部の延長線上に位置している。また、ハウジング６内のグリースが外部に漏れ出たり、水や粉塵などの異物がハウジング６内へ侵入したりしないように、通常、貫通孔６ａには封止部材２９が装着され、封止部材２９によって貫通孔６ａが封止されている。封止部材２９としては、金属材料又は弾性材料など、種々の材料を適用可能である。

　電動アクチュエータを手動で操作するには、図３に示すように、まず、貫通孔６ａから封止部材２９を取り外し、貫通孔６ａを開放する。次いで、貫通孔６ａを通して工具３３をハウジング６内に挿入し、工具３３の先端をねじ軸７の係合部７ｂに係合させる。そして、工具３３を回転させることで、ねじ軸７を回転させる。これにより、ナット８が前進又は後退し、出力軸１４が回転することで、操作対象を動かすことができる。

　このように、本実施形態では、工具３３を用いて外部からねじ軸７を回転させることにより、電動アクチュエータを手動操作することができる。これにより、電動アクチュエータが故障などで作動しない場合でも、操作対象を動かすことが可能である。また、本実施形態では、減速機３よりも動力伝達方向の下流側に配置されているねじ軸７を手動で回転させるため、電動モータ２の回転軸２ａを手動で回転させる場合に比べて、少ない回転数で効率的に操作対象を動かすことができる。このため、作業時間を短縮でき、作業者の負担も軽減することが可能である。また、本実施形態の構成によれば、電動モータ２の回転軸２ａを軸方向に大きく延伸させなくてもよいので、軸方向サイズの増大を回避でき、小型化を図れるようになる。

　次に、図４に基づき、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、主に上述の実施形態とは異なる部分について説明し、その他の部分については上述の実施形態と同様であるので説明を省略する。

　図４に示す実施形態では、ねじ軸７の減速機３側とは反対側の端部に、軸方向に突出する凸部７ｃが設けられている。そして、その凸部７ｃの先端に手動操作用の工具を係合させる係合部７ｂが設けられている。また、係合部７ｂが設けられたねじ軸７の端部（凸部７ｃ）は、ハウジング６に設けられた貫通孔６ａ内に挿入されている。本実施形態では、貫通孔６ａが、ハウジング６の内側よりも外側で段差状に大きくなるように形成されている。すなわち、貫通孔６ａは、開口幅（径）の小さい内側の幅狭部６ａ１と、開口幅（径）の大きい外側の幅広部６ａ２とを有する。幅広部６ａ２には、環状の封止部材２９が装着されており、この封止部材２９によって貫通孔６ａとねじ軸７（凸部７ｃ）との間が封止されている。封止部材２９は、オイルシールのほか、Ｏリングなどの他のシール部材であってもよい。

　図４に示すように、本実施形態では、封止部材２９が装着された状態で、ねじ軸７の係合部７ｂがハウジング６の外部に露出している（外部からアクセスできる位置にある）ので、電動アクチュエータを手動で操作する際、封止部材２９を取り外さなくても係合部７ｂに工具を係合させることができる。このため、手動操作の作業がより簡便になる。また、本実施形態では、係合部７ｂが外部から視認しやすい位置にあるので、上述の実施形態のように、係合部７ｂが貫通孔６ａよりも内側に位置する場合に比べて（図２参照）、係合部７ｂに対する工具の係合も容易に行うことができる。

　また、本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、手動で回転操作する対象が、減速機３よりも動力伝達方向の下流側に配置されているねじ軸７であることで、少ない回転数で効率的に操作対象を動かすことができる。このため、作業時間を短縮でき、作業者の負担も軽減することができる。また、本実施形態の場合も、電動モータ２の回転軸２ａを軸方向に大きく延伸させなくてもよいので、軸方向サイズの増大を回避でき、小型化を図れる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。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である。

　電動アクチュエータが備える減速機３は、上記のような二段の遊星減速機に限らず、一段の遊星減速機であってもよい。さらに、減速機３は、ギヤを介して駆動力を伝達する遊星ギヤ減速機にかぎらず、ローラを介して駆動力を伝達する構成であってもよい。すなわち、減速機３は、電動モータから駆動力が入力される入力回転体としての太陽ローラと、太陽ローラの外周に配置された軌道リングと、太陽ローラと軌道リングとの間に回転可能に配置された遊星回転体しての複数の遊星ローラと、各遊星ローラを保持する出力回転体としてのキャリアとを有する、いわゆるトラクションドライブ式の遊星減速機であってもよい。また、遊星減速機以外の構成を有する減速機を使用することも可能である。

　１　　　電動アクチュエータ
　２　　　電動モータ
　２ａ　　回転軸
　３　　　減速機
　４　　　第１の運動変換機構
　６　　　ハウジング
　６ａ　　貫通孔
　７　　　ねじ軸
　７ｂ　　係合部
　８　　　ナット
　２９　　封止部材
　３３　　工具

Claims

　電動モータと、前記電動モータの回転を減速して出力する減速機と、前記減速機によって減速された回転を直線運動に変換する運動変換機構と、前記電動モータ、前記減速機及び前記運動変換機構を収容するハウジングとを備え、
　前記運動変換機構は、前記減速機の回転に伴って回転するねじ軸と、前記ねじ軸の回転に伴って直線運動するナットとを有する電動アクチュエータであって、
　前記ハウジングは、前記ねじ軸の前記減速機側とは反対側の端部が挿入される貫通孔、又は、前記ねじ軸の前記減速機側とは反対側の端部の延長線上に配置される貫通孔を有する電動アクチュエータ。
　前記ねじ軸の前記減速機側とは反対側の端部に、前記ねじ軸を回転させる工具と係合可能な係合部が設けられている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
　前記係合部は、多角形断面又はスプライン状の凹部で構成される請求項２に記載の電動アクチュエータ。
　前記貫通孔に、前記貫通孔を封止する封止部材が装着されている請求項１から３のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
　前記貫通孔に前記封止部材が装着された状態で、前記係合部は前記ハウジングの外部に露出している請求項４に記載の電動アクチュエータ。