JP2008215572A - 伸縮アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 伸縮アクチュエータの出力ロッドの内部に固定した雌ねじ部材を、特別の抜止め手段を必要とせずに確実に抜止めする。
【解決手段】 出力ロッド３３の内部に雌ねじ部材９６を固定するロックナット９７が万一緩んだ場合でも、出力ロッド３３にストロークセンサ１０２の被検出部１０４を固定するボルト１０３が出力ロッド３３を貫通して雌ねじ部材９６の係止孔９６ａに係合するので、出力ロッド３３の内部からの雌ねじ部材９６の脱落を確実に防止することができる。しかも被検出部１０４を固定するボルト１０３を雌ねじ部材９６の脱落防止に利用するので、特別の抜止め防止手段を設ける必要がなくなって部品点数の増加を抑えることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、モータに接続されて回転する雄ねじ部材と、出力ロッドの内部に固定手段で固定された雌ねじ部材とを螺合し、前記モータで前記雄ねじ部材を回転させることで前記雌ねじ部材と共に前記出力ロッドを進退駆動する伸縮アクチュエータに関する。

車両のサスペンション装置のアッパーリンクおよびロアリンクをアクチュエータで伸縮制御することで、車輪のバンプおよびリバウンドに伴うキャンバー角や対地トレッドの変化を抑制して操縦安定性能を高めるものにおいて、前記アクチュエータをモータで相対回転する雄ねじ部材および雌ねじ部材を備えた送りねじ機構で構成したものが、下記特許文献１により公知である。
特公平６−４７３８８号公報

ところで、かかる送りねじ機構では、雄ねじ部材が鉄で構成され、雌ねじ部材が青銅や非鉄合金で構成される場合が多い。送りねじ機構の出力ロッドには充分な強度が要求されるため、青銅や非鉄合金で構成された雌ねじ部材と一体に出力ロッドを形成することはできず、強度を確保するために鉄やアルミニウム合金で構成した中空の出力ロッドの内部に雌ねじ部材を収納してロックナット等の固定手段で一体に固定する必要がある。

このような場合に、万一前記ロックナットが緩むと出力ロッドに対して雌ねじ部材が位置ずれしたり、出力ロッドから雌ねじ部材が脱落したりする可能性があるため、何らかの抜止め手段で雌ねじ部材を拘束する必要があるが、特別の抜止め手段を設けると部品点数が増加してしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、伸縮アクチュエータの出力ロッドの内部に固定した雌ねじ部材を、特別の抜止め手段を必要とせずに確実に抜止めすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、モータに接続されて回転する雄ねじ部材と、出力ロッドの内部に固定手段で固定された雌ねじ部材とを螺合し、前記モータで前記雄ねじ部材を回転させることで前記雌ねじ部材と共に前記出力ロッドを進退駆動する伸縮アクチュエータにおいて、前記出力ロッドにはそのストローク位置を検出するための被検出部がボルトで固定されており、前記ボルトは前記出力ロッドを貫通して前記雌ねじ部材に係合することで、前記出力ロッドに対して前記雌ねじ部材を抜止めすることを特徴とする伸縮アクチュエータが提案される。

尚、実施の形態のロックナット９７は本発明の固定手段に対応する。

請求項１の構成によれば、出力ロッドの内周面に雌ねじ部材を固定する固定手段が万一緩んだ場合でも、出力ロッドに被検出部を固定するボルトが該出力ロッドを貫通して雌ねじ部材に係合するので、出力ロッドの内部からの雌ねじ部材の脱落を確実に防止することができる。しかも被検出部を固定するボルトを雌ねじ部材の脱落防止に利用するので、特別の抜止め防止手段を設ける必要がなくなって部品点数の増加を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の実施の形態を示すもので、図１は左後輪のサスペンション装置の斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図１の３−３線拡大断面図、図４は図３の４部拡大図、図５は図３の５部拡大図、図６は減速機およびカップリングの分解斜視図、図７は図３の７−７線拡大断面図、図８は図５の８−８線断面図である。

図１および図２に示すように、四輪操舵車両のダブルウイッシュボーン式のリヤサスペンションＳは、後輪Ｗを回転自在に支持するナックル１１と、ナックル１１を上下動可能に車体に連結するアッパーアーム１２およびロアアーム１３と、後輪Ｗのトー角を制御すべくナックル１１および車体を連結するトーコントロールアクチュエータ１４と、後輪Ｗの上下動を緩衝する懸架ばね付きダンパー１５等で構成される。

基端をそれぞれゴムブッシュジョイント１６，１７で車体に連結されたアッパーアーム１２およびロアアーム１３の先端は、それぞれボールジョイント１８，１９を介してナックル１１の上部および下部に連結される。トーコントロールアクチュエータ１４は、基端がゴムブッシュジョイント２０を介して車体に連結され、先端がゴムブッシュジョイント２１を介してナックル１１の後部に連結される。上端を車体（サスペンションタワーの上壁２２）に固定された懸架ばね付きダンパー１５の下端が、ゴムブッシュジョイント２３を介してナックル１１の上部に連結される。

トーコントロールアクチュエータ１４を伸長駆動すると、ナックル１１の後部が車幅方向外側に押されて後輪Ｗのトー角がトーイン方向に変化し、トーコントロールアクチュエータ１４を収縮駆動すると、ナックル１１の後部が車幅方向内側に引かれて後輪Ｗのトー角がトーアウト方向に変化する。従って、ステアリングホイールの操作による通常の前輪の操舵に加えて、車速やステアリングホイールの操舵角に応じて後輪Ｗのトー角を制御することで、車両の直進安定性能や旋回性能を高めることができる。

次に、図３〜図８に基づいてトーコントロールアクチュエータ１４の構造を詳細に説明する。

図３および図４に示すように、トーコントロールアクチュエータ１４は、車体側に連結されるゴムブッシュジョイント２０が一体に設けられた第１ハウジング３１と、ナックル１１側に連結されるゴムブッシュジョイント２１が一体に設けられた出力ロッド３３を伸縮自在に支持する第２ハウジング３２とを備えており、第１、第２ハウジング３１，３２の対向部は、シール部材３４を介してインロー嵌合した状態で、各々の結合フランジ３１ａ，３２ａを複数本のボルト３５…で締結して一体化される。第１ハウジング３１の内部には駆動源となるブラシ付きのモータ３６が収納され、第２ハウジング３２の内部には遊星歯車式の減速機３７と、弾性を有するカップリング３８と、台形ねじを用いた送りねじ機構３９とが収納される。

このように、モータ３６を収納する第１ハウジング３１と、減速機３７、カップリング３８および送りねじ機構３９を収納する第２ハウジング３２とを予めサブアセンブリ化しておき、それらを結合することでトーコントロールアクチュエータ１４を構成するので、モータ３６を出力の大きいものや小さいものに変更したい場合や、減速機３７や送りねじ機構３９の作動特性を変更したい場合に、トーコントロールアクチュエータ１４全体を設計変更することなく、第１ハウジング３１側のサブアセンブリあるいは第２ハウジング３２側のサブアセンブリだけの交換で対応することが可能となり、多機種に対する汎用性が向上してコストダウンが可能になる。

モータ３６の外郭は、フランジ４０ａを有するをカップ状に形成されたヨーク４０と、ヨーク４０のフランジ４０ａに複数のボルト４１…で締結されたベアリングホルダ４２とで構成される。ヨーク４０およびベアリングホルダ４２を締結するボルト４１…は第１ハウジング３１の端面に螺合しており、このボルト４１…を利用してモータ３６が第１ハウジング３１に固定される。

ヨーク４０の内周面に支持した環状のステータ４３内に配置されるロータ４４は、その回転軸４５の一端がヨーク４０の底部に設けたボールベアリング４６に回転自在に支持され、他端がベアリングホルダ４２に設けたボールベアリング４７に回転自在に支持される。ベアリングホルダ４２の内面には、回転軸４５の外周に設けたコミュテータ４８に摺接するブラシ４９が支持される。ブラシ４９から延びる導線５０は、第１ハウジング３１に設けたグロメット５１を介して外部に引き出される。

ステータ４３およびロータ４４を収納する強固な部品であるヨーク４０でモータ３６の外郭を構成し、このヨーク４０を第１ハウジング３１に固定したので、後輪Ｗからトーコントロールアクチュエータ１４に入力される荷重を第１ハウジング３１で受けてモータ３６に作用し難くし、モータ３６の耐久性や信頼性を高めることができる。しかもモータ３６のヨーク４０の外周面と第１ハウジング３１の内周面との間に隙間αが形成されているため、この隙間αによりモータ３６の作動音が第１ハウジング３１の外部に漏れるのを抑制することができるだけでなく、第１ハウジング３１に作用する外力がモータ３６に伝達されるのを更に確実に防止することができる。

またモータ３６のヨーク４０およびベアリングホルダ４２を一体に締結するボルト４１…を利用してモータ３６を第１ハウジング３１に固定するので、前記ボルト４１…とは別のボルトでモータ３６を第１ハウジング３１に固定する場合に比べて、ボルトの本数を削減できるだけでなく、前記別のボルトを配置するスペースを削減してトーコントロールアクチュエータ１４の小型化を図ることができる。

図４および図５に示すように、減速機３７は第１遊星歯車機構６１および第２遊星歯車機構６２を２段に結合して構成される。第１遊星歯車機構６１は、第２ハウジング３２の開口部に嵌合して固定されたリングギヤ６３と、モータ３６の回転軸４５の先端に直接形成された第１サンギヤ６４と、円板状の第１キャリヤ６５と、第１キャリヤ６５に圧入により片持ち支持された第１ピニオンピン６６…にボールベアリング６７…を介して回転自在に支持され、前記リングギヤ６３および前記第１サンギヤ６４に同時に噛合する４個の第１ピニオン６８…とで構成される。第１遊星歯車機構６１は、入力部材である第１サンギヤ６４の回転を、出力部材である第１キャリヤ６５に減速して伝達する。

減速機３７の第２遊星歯車機構６２は、第１遊星歯車機構６１と共通のリングギヤ６３と、第１キャリヤ６５の中心に固定された第２サンギヤ６９と、円板状の第２キャリヤ７０と、第２キャリヤ７０に圧入により片持ち支持された第２ピニオンピン７１…にスライドブッシュ７２…を介して回転自在に支持され、前記リングギヤ６３および前記第２サンギヤ６９に同時に噛合する４個の第２ピニオン７３…とで構成される。第２遊星歯車機構６２は、入力部材である第２サンギヤ６９の回転を、出力部材である第２キャリヤ７０に減速して伝達する。

このように第１、第２遊星歯車機構６１，６２を直列に接続することで、大きな減速比を得ることができ、しかも減速機３７の小型化を図ることができる。また第１遊星歯車機構６１のサンギヤ６４を、モータ３６の回転軸４５に固定することなく回転軸４５に直接形成したので、回転軸４５と別体の第１サンギヤ６４を用いる場合に比べて部品点数を削減することができるだけでなく、第１サンギヤ６４の直径を最小限に抑えて第１遊星歯車機構６１の減速比を大きく設定することができる。

減速機３７の出力部材である第２キャリヤ７０は、送りねじ機構３９の入力部材である入力フランジ７４にカップリンング３８を介して接続される。概ね円板状の入力フランジ７４は、その外周部を一対のスラストベアリング７５，７６に挟まれて回転自在に支持される。即ち、第２ハウジング３２の内周面にスペーサカラー７７を挟むように環状のロックナット７８が締結されており、一方のスラストベアリング７５は第２ハウジング３２と入力フランジ７４との間のスラスト荷重を支持し、他方のスラストベアリング７６はロックナット７８と入力フランジ７４との間のスラスト荷重を支持するように配置される。

図４、図６および図７から明らかなように、カップリング３８は、例えばポリアセタールで構成された２枚の外側弾性ブッシュ７９，７９と、例えばシリコンゴムで構成された１枚の内側弾性ブッシュ８０とを備えており、それらの外周には各８個の突起７９ａ…，８０ａ…および各８個の溝７９ｂ…，８０ｂ…が等間隔で放射状に突出する。一方、第２キャリヤ７０および入力フランジ７４の対向面には、各４個の爪７０ａ…，７４ａ…が等間隔で軸方向に対峙するように突出する。

外側弾性ブッシュ７９，７９および内側弾性ブッシュ８０は突起７９ａ…，８０ａ…の位相が揃うように重ね合わされ、８個の溝７９ｂ…，８０ｂ…のうちの一つおきの４個に第２キャリヤ７０の４個の爪７０ａ…が係合し、８個の溝７９ｂ…，８０ｂ…のうちの残りの４個に入力フランジ７４の４個の爪７４ａ…が係合する。

従って、第２キャリヤ７０のトルクは、該第２キャリヤ７０の爪７０ａ…から外側弾性ブッシュ７９，７９および内側弾性ブッシュ８０は突起７９ａ…，８０ａ…と、入力フランジ７４の爪７４ａ…とを介して、該入力フランジ７４に伝達される。その際に、弾性体で構成された外側弾性ブッシュ７９，７９および内側弾性ブッシュ８０が、第２キャリヤ７０および入力フランジ７４間の微小な軸線のずれを吸収する自動調芯機能を発揮するとともに、トルクの急変を吸収してスムーズな動力伝達を可能にすることができる。

図５から明らかなように、第２ハウジング３２の軸方向中間部の内周面に第１スライドベアリング９１が固定され、また第１ハウジング３２の軸方向端部に螺合するエンド部材９３の内周面に第２スライドベアリング９２が固定されており、これら第１、第２スライドベアリング９１，９２に前記出力ロッド３３が摺動自在に支持される。入力フランジ７４の回転運動を出力ロッド３３のスラスト運動に変換する送りねじ機構３９は、入力フランジ７４の中心を貫通してナット９４（図４参照）で締結された雄ねじ部材９５と、この雄ねじ部材９５の外周に螺合するとともに、中空の出力ロッド３３の内周面に嵌合してロックナット９７で固定された雌ねじ部材９６とを備える。

このように、出力ロッド３３を複数個（実施の形態では２個）のスライドベアリング９１，９２を介して第２ハウジング３２に支持したので、出力ロッド３３に加わる径方向の荷重を第２ハウジング３２で確実に支持して送りねじ機構３９のコジリを防止することができる。

雄ねじ部材９５の先端にスラストベアリング９８を介して支持したばね座９９と、出力ロッド３３の先端に設けたばね座１００との間に、コイルばね１０１が縮設される。このコイルばね１０１の弾発力は、出力ロッド３３に固定された雌ねじ部材９６と、この雌ねじ部材９６に螺合する雄ねじ部材９５とを相互に逆方向に付勢し、雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６のねじ山間のガタを消滅させるように機能する。

これにより、雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６のねじ山を常に密着させて摩擦力を発生させ、後輪Ｗ側から雌ねじ部材９６に振動的な荷重が入力したときに、あるいは後輪Ｗ側から雌ねじ部材９６に大荷重が入力したときに、雄ねじ部材９５が勝手に回転して後輪Ｗのトー角が変化してしまうのを防止することができ、トー角の制御精度が向上する。その結果、モータ３６に電流を流して雄ねじ部材９５の意図せぬ回転を抑制する必要がなくなり、モータ３６の消費電力が削減される。

トーコントロールアクチュエータ１４を伸縮制御する際に、その出力ロッド３３のストローク位置を検出して制御装置にフィードバックすべく第２ハウジング３２に設けられたストロークセンサ１０２は、出力ロッド３３の外周面にボルト１０３で固定された永久磁石よりなる被検出部１０４と、この被検出部１０４の位置を磁気的に検出するコイル等の検出部１０５を収納するセンサ本体１０６とを備える。第２ハウジング３２には、出力ロッド３３の移動に伴って被検出部１０４が干渉するのを回避すべく、軸方向に延びる開口３２ｂが形成される。

出力ロッド３３の外周には環状のストッパ１０７が設けられており、このストッパ１０７は出力ロッド３３が伸長方向に限界位置まで移動したときに、前記エンド部材９３の付き当て面９３ｂに当接する。このストッパ１０７を設けたことにより、何らかの異常でモータ３６が暴走しても、出力ロッド３３が第２ハウジング３２から脱落するのを確実に防止することができる。また第１、第２スライドベアリング９１，９２に挟まれたデッドスペースを利用してストッパ１０７を配置したので、スペースの削減が可能になる。しかも第２スライドベアリング９２が第２ハウジング３２から分離可能なエンド部材９３に設けられているので、ストッパ１０７を備えた出力ロッド３３を、第２スライドベアリング９２に邪魔されることなく第２ハウジング３２に着脱することができる。

第２ハウジング３２と出力ロッド３３との隙間に水や塵が侵入するのを防止すべく、第２ハウジング３２に形成した環状段部３２ｃと、出力ロッド３３に形成した環状溝３３ａとにブーツ１０８の両端が嵌合し、それぞれバンド１０９，１１０で固定される。このとき、第２ハウジング３２の環状段部３２ｃと、エンド部材９３のフランジ９３ａとが協働して環状溝を構成するので、バンド１０９で固定されたブーツ１０８の一端部の脱落を防止することができる。またエンド部材９３のフランジ９３ａを利用してブーツ１０８の脱落を防止するので、第２ハウジング３２に環状溝を設けずに環状段部３２ｃを設けるだけで済み、環状溝を形成する場合に比べて加工が容易になる。しかも二つの肩部を持つ環状溝よりも一つの肩部だけを持つ環状段部３２ｃ方が幅が小さくなるため、そ分だけ第２ハウジング３２の軸方向寸法を小型化することができる。

出力ロッド３３が伸長すると第１、第２ハウジング３１，３２の内部空間の容積が増加し、逆に出力ロッド３３が収縮すると第１、第２ハウジング３１，３２の内部空間の容積が減少するため、前記内部空間の圧力が変動してトーコントロールアクチュエータ１４のスムーズな作動を妨げる虞がある。しかしながら、中空の出力ロッド３３の内部空間とブーツ１０８の内部空間とが、出力ロッド３３に形成した通気孔３３ｂを介して連通しているため、前記圧力の変動がブーツ１０８の変形により緩和されてトーコントロールアクチュエータ１４のスムーズな作動が可能になる。

ところで、左右のトーコントロールアクチュエータ１４，１４は車体中心面に対して鏡面対称な構造を有しており、左右の第１ハウジング３１，３１、左右の第２ハウジング３２，３２、左右の出力ロッド３３，３３、左右の雄ねじ部材９５，９５、左右の雌ねじ部材９６，９６等は、互換不能な鏡面対称な部材である。従って、左側の第２ハウジング３２に右側の出力ロッド３３を誤組みしたり、右側の第２ハウジング３２に左側の出力ロッド３３を誤組みしたりすると、正常に機能を発揮しない可能性がある。

図８から明らかなように、出力ロッド３３の上面にピン１１３で位置決めされてボルト１０３で固定された被検出部ホルダ１１４に固定された被検出部１０４は、出力ロッド３３の軸線Ｌを通る鉛直面Ｐに対して一方向に距離ｄだけ偏心している。例えば、車体左側のトーコントロールアクチュエータ１４では、車体外側から内側に見たとき、出力ロッド３３の軸線Ｌを通る鉛直面Ｐに対して被検出部１０４が反時計方向（車体前方側）に回転した位置に偏心しており、車体右側のトーコントロールアクチュエータ１４では、車体外側から内側に見たとき、出力ロッド３３の軸線Ｌを通る鉛直面Ｐに対して被検出部１０４が時計方向（車体前方側）に回転した位置に偏心している。

また被検出部ホルダ１１４を出力ロッド３３に固定するボルト１０３の先端は、出力ロッド３３を貫通して雌ねじ部材９６に形成した係止孔９６ａに係合している。

本実施の形態によれば、図８おいて左側の第２ハウジング３２に右側の出力ロッド３３（鎖線図示）を誤組みしようとしても、偏心した被検出部ホルダ１１４および被検出部１０４が第２ハウジング３２の開口３２ｂと干渉して組み付けられないため、誤組みの発生を確実に防止することができる。

出力ロッド３３はナックル１１に連結されるゴムブッシュジョイント２１によって軸線Ｌまわりの回転を規制されているが、ゴムブッシュジョイント２１の弾性変形分だけは回転することができる。出力ロッド３３が回転すると被検出部１０４が第２ハウジング３２の開口３２ｂに接触して損傷する可能性があるが、出力ロッド３３の外周に突設したストッパ３３ｃ，３３ｃを第２ハウジング３２の開口３２ｂに対向させることで、被検出部１０４の損傷を防止することができる。

万一、出力ロッド３３が軸線Ｌまわりに回転した場合、仮に被検出部１０４の上面が平坦面であると検出部１０５との距離が変化してしまい、ストロークセンサ１０２の検出精度が低下する虞がある。しかしながら、本実施の形態では、検出部１０５に対向する被検出部１０４の上面が出力ロッド３３の軸線Ｌを中心とする円弧面に形成されているので、出力ロッド３３が回転しても被検出部１０４の上面と検出部１０５との距離が一定に維持され、ストロークセンサ１０２の検出精度の低下が最小限に抑えられる。

更に、出力ロッド３３の内部に雌ねじ部材９６を固定するロックナット９７が緩んだような場合でも、被検出部１０４を設けた被検出部ホルダ１１４を出力ロッド３３に固定するボルト１０３の先端が雌ねじ部材９６の係止孔９６ａに係合しているので、雌ねじ部材９６が出力ロッド３３に対して位置ずれしたり、出力ロッド３３から脱落したりするのを確実に防止することができる。しかも被検出部ホルダ１１４を固定するボルト１０３を雌ねじ部材９６の脱落防止に利用するので、特別の抜止め部材を設ける必要がなくなって部品点数の増加を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の伸縮アクチュエータの用途は実施の形態で説明したトーコントロールアクチュエータ１４に限定されず、任意の用途に適用することができる。

また実施の形態では出力ロッド３３に雌ねじ部材９６を固定する固定手段としてロックナット９７を用いているが、ロックナット９７以外の任意の固定手段を採用することができる。

左後輪のサスペンション装置の斜視図 図１の２方向矢視図 図１の３−３線拡大断面図 図３の４部拡大図 図３の５部拡大図 減速機およびカップリングの分解斜視図 図３の７−７線拡大断面図 図５の８−８線断面図

符号の説明

３３ 出力ロッド
３６ モータ
９５ 雄ねじ部材
９６ 雌ねじ部材
９７ ロックナット（固定手段） １０３ ボルト
１０４ 被検出部

Claims (1)

1. モータ（３６）に接続されて回転する雄ねじ部材（９５）と、出力ロッド（３３）の内部に固定手段（９７）で固定された雌ねじ部材（９６）とを螺合し、前記モータ（３６）で前記雄ねじ部材（９５）を回転させることで前記雌ねじ部材（９６）と共に前記出力ロッド（３３）を進退駆動する伸縮アクチュエータにおいて、
   前記出力ロッド（３３）にはそのストローク位置を検出するための被検出部（１０４）がボルト（１０３）で固定されており、前記ボルト（１０３）は前記出力ロッド（３３）を貫通して前記雌ねじ部材（９６）に係合することで、前記出力ロッド（３３）に対して前記雌ねじ部材（９６）を抜止めすることを特徴とする伸縮アクチュエータ。

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