JP2009243488A - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】加工工程の簡素化が図ることを可能にするとともに、歩留まりのよい動力伝達機構を提供することを可能にする。
【解決手段】ナット部３９とねじ部８１とにより回転力を直動力に変換する動力伝達機構であり、回転動力出力部材（減速機３６の最終段である第２の基部）７５からカップリング３７を介してねじ部８１で動力を受け、ナット部３９に動力を伝達する動力伝達機構３０において、ねじ部８１の端部に設けられ、カップリング３７を収容するカップ部８２と、カップ部８２に設けられ、カップリング３７を係止するつめ部８４とを鍛造にて形成した。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転力を直動力に変換して動力を伝達する動力伝達機構に関するものである。

動力伝達機構として、回転出力軸からカップリングを介して動力が伝達され、回転力を直動力に変換するアクチュエータが知られている。
この種のアクチュエータは、駆動源としてのモータと、このモータの回転数を減速する減速機と、この減速機で減速されたモータの回転力をカップリングを介して伝達される送りねじ（ねじ部）と、この送りねじに噛み合わせられ、回転力を直動力に変換するナット部とから構成されるものであった。

このような動力伝達機構（アクチュエータ）として、独立後輪操舵装置に用いられるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−２９０４１７公報

特許文献１の動力伝達機構は、サーボモータ（モータ）の回転力が、ねじ部が形成された内筒に伝達され、雄ねじに噛み合わせられるナット部が形成された外筒に伝達され、モータの回転力が外筒の直動力に変換されて動力伝達されるものであった。
さらに、上記の動力伝達機構の外筒の先端に、後輪のトー角を変化させるタイロッドを連結して、独立後輪操舵装置が構成されていた。

このような動力伝達機構（アクチュエータ）は、一般的には、送り側であるモータの回転出力軸と送りねじと受け側であるねじ部との間に、軸心のズレを防止するためにカップリングを介することが多く、詳細には、モータの回転出力軸側に送り側動力伝達部が設けられ、ねじ部側に受け側動力伝達部が設けられ、これらの伝達部の間にカップリングを介在させていた。

しかし、このような動力伝達機構では、受け側動力伝達部は、鍛造した送りねじの端部に切削加工で、カップリングを受けるつめ部を形成するものであった。このために、鍛造と切削加工との２つの違う工程が必要であり、加工工程が煩雑となっていた。
さらに、上記の動力伝達機構では、一例として送りねじの端部につめ部を残し、つめ部以外の部分を全部削り取るために歩留まりも悪いという課題があった。

本発明は、加工工程の簡素化を図ることができるとともに、歩留まりのよい動力伝達機構を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ナット部とねじ部とにより回転力を直動力に変換する動力伝達機構であり、回転動力出力部材からカップリングを介してねじ部で動力を受け、ナット部に動力を伝達する動力伝達機構において、ねじ部の端部にカップリングを収容するカップ部を鍛造にて形成したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、カップ部に、カップリングを係止するつめ部を備え、カップリングに、カップ部の底部に当接するとともにつめ部に当接する円筒部と、この円筒部から放射状に延ばされ、つめ部に係合する係合片とを備え、カップ部は、円筒部が当接する部位のみに切削加工が施されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、カップリングが、少なくとも２つの部材を重ね合わせて構成されるものであり、一方側部材の軸部に他方側部材が挿入され、且つ一方側部材に他方側部材が係合されたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、動力伝達機構が、左右の後輪を独立して操舵する独立後輪操舵装置に適用されるものであることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、動力伝達機構は、ナット部とねじ部とにより回転力を直動力に変換するものであり、回転動力出力部材からカップリングを介してねじ部で動力を受け、ナット部に動力が伝達される。
ねじ部の端部にカップリングを収容するカップ部を鍛造にて形成したので、ねじ部及びカップ部を鍛造のみで成形できる。これにより、製造工程の簡略化を図ることができる。 また、鍛造のみの製造工程を経るだけなので、製品の歩留まりを改善することができる。

請求項２に係る発明では、カップ部に、カップリングを係止するつめ部を備え、カップリングに、カップ部の底部に当接するとともにつめ部に当接する円筒部と、この円筒部から放射状に延ばされ、つめ部に係合する係合片とを備え、カップ部は、円筒部が当接する部位のみに切削加工を施すようにしたので、切削加工部分が少なくて済む。
さらに、カップ部は、円筒部が当接する部位のみに切削加工を施すようにしたので、カップリングの保持精度が向上するとともに、カップリングのがたつきの低減を図ることができる。

請求項３に係る発明では、カップリングが、少なくとも２つの部材を重ね合わせて構成されるものであり、一方側部材の軸部に他方側部材が挿入され、且つ一方側部材に他方側部材が係合されたので、カップリングの軸方向の精度を向上させることができる。

請求項４に係る発明では、動力伝達機構が、左右の後輪を独立して操舵する独立後輪操舵装置に適用されることで、完成車に搭載時に左右の後輪の動きのばらつきを最小限におさえることができる。この結果、完成車組立時に、左右の後輪のトー角調整の簡素化を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る動力伝達装置が搭載される独立後輪操舵装置の原理図である。
独立後輪操舵装置１０は、車体１１の下部後方にトー角調整可能に設けられる後輪１２と、この後輪１２を揺動自在に支持するサスペンション（懸架装置）１３と、車体１１側と後輪１２側との間に掛け渡され、後輪１２のトー角を制御するアクチュエータ（動力伝達機構３０とから構成される。

サスペンション１３は、一例としてダブルウィッシュボン形式の懸架装置であり、車体１１下方から揺動自在に延出されるロアアーム１６と、このロアアーム１６の上方且つ車体１１から揺動自在に延出されるアッパアーム１７と、これらのアーム１６，１７に回転自在に設けられ、後輪１２を支持するナックル１８と、車体１１に上端が支持され、下端がロアアーム１６に取付けられ、後輪１２から車体１１に加わる衝撃を和らげるショックアブソーバユニット１９とからなる。

アクチュエータ３０は、一端が車体１１側に揺動自在に支持され、他端がナックル１８に揺動自在に取付けられ、後述するように、回転力を直動力に変換して後輪１２のトー角を制御するものである。
次図で独立後輪操舵装置１０の動作原理を説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る動力伝達装置が搭載される独立後輪操舵装置の作用説明図である。
（ａ）において、後輪１２を車体中心に平行に位置させる初期状態の独立後輪操舵装置１０が示される。

（ｂ）において、アクチュエータ３０を矢印ａ１の如く伸ばすことで後輪１２を車体１１内方に駆動し、トーインの状態に制御することができる。
（ｃ）において、アクチュエータ３０を矢印ａ２の如く縮めることで、後輪１２を車体１１外方に駆動し、トーアウトの状態に制御することができる。
以下、アクチュエータ３０の詳細を説明する。

図３は本発明に係る動力伝達装置の正面断面図であり、図４は本発明に係る動力伝達装置の主要部品の分解斜視図である。
図３及び図４に示されたように、アクチュエータ（動力伝達機構）３０は、回転力を直動力に変換する部材であり、２分割構成され、車体１１側に取付けられる一方側ハウジング（車体側部材）３１と、２分割構成され、後輪１２側に取付けられる他方側ハウジング（後輪側部材）３２と、一方側ハウジング３１の内周面３３に設けられ、回転力を発生する駆動源としてのモータ３４と、このモータ３４の出力軸（回転出力軸）３５に配置されるとともに、一方側ハウジング３１に構成され、モータ３４の回転数を減速する減速機３６と、この減速機３６の最終段（回転動力出力部材）７５にカップリング３７を介して接続されるとともに、他方側ハウジング３２に構成され、回転力から直動力に変換するための送りねじ３８と、この送りねじ３８に噛み合わされるとともに、他方側ハウジング３２に取付けられ、回転力から直動力に変換するためのナット部３９と、一方側ハウジング（車体側部材）３１と他方側ハウジング（後輪側部材）３２との間を回転シール部材４１を介して覆うダストブーツ４２とを主要構成とする部材である。

ダストブーツ４２は、飛び石に強く、耐候性優れた材料としてエラストマーが採用される。
エラストマーは、合成高分子材料で、特に常温付近でゴムのような弾性や屈曲性をもつ材料である。

なお、送りねじ３８及びナット部３９は、回転力から直動力に変換する変換部材であり、ナット部３９は、他方側ハウジング３２に止めねじ４７で係止されている。

一方側ハウジング３１は、車体１１側に連結される車体側連結部４８を備え、一方側ハウジング３１には、モータ３４及び減速機３６が設けられる。
他方側ハウジング３２は、後輪１２側に連結される後輪側連結部４９を備え、他方側ハウジング３２には、送りねじ３８及びナット部３９が設けられる。

すなわち、アクチュエータ３０は、モータ３４及び減速機３６が設けられた一方側ハウジング３１に、送りねじ３８及びナット部３９が設けられた他方側ハウジング３２をカップリング３７を介して合わせ、取付けねじ４６で結合し、一方側ハウジング３１と他方側ハウジング３２との間にダストブーツ４２が被せられる。

モータ３４は、ロータ５１と、このロータ５１の周りに設けられるステータ５２と、これらのロータ５１とステータ５２とを覆うモータケース５３とからなり、ロータ５１の中心に出力軸３５が設けられる。

モータケース５３は、出力軸３５の一端を減速機３６側に突出させるブロック部５４と
このブロック部５４に取付けられ、ステータ５２を固定するとともにロータ５１を回転自在に支持する収納部５５とからなる。
さらに、モータケース５３は、一方側ハウジング３１にモータケース５３の外周面５６（ブロック部５４の端面）が挟持され、減速機３６の構成部品であるリングギヤ６２で一方側ハウジング３１に保持される。

減速機３６は、図４に示されたように、モータ３４の出力軸３５に嵌合されるサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心に配置されるリングギヤ６２と、これらのサンギヤ６１及びリングギヤ６２に噛み合わされる第１のギヤ組立体６４と、第１のギヤ組立体６４に噛み合わされる第２のギヤ組立体６５とからなる。

一方側ハウジング３１の内周面３３には雌ねじ６６が形成されており、リングギヤ６２は、外周部６７に雄ねじ６８が形成され、一方側ハウジング３１の内周面３３に螺合される。

第１のギヤ組立体６４は、円板状の第１の基部７１と、この第１の基部７１に回転自在に取付けられ、サンギヤ６１及びリングギヤ６２に噛み合わされる複数の遊星歯車７２と、第１の基部７１の中心に且つ複数の遊星歯車７２の対向面に設けられたピニオン７３とからなる。

第２のギヤ組立体６５は、円板状の第２の基部７５と、この第２の基部７５に回転自在に取付けられ、第１のギヤ組立体６４のピニオン７３に噛み合わされる複数の歯車７６ととからなる。

第２の基部７５は、減速機３６の最終段であって、回転動力出力部材に相当する部材であり、第２の基部７５に同心状に且つ複数の歯車７６の対向面に設けられ、カップリング３７に係合する複数の突起７７と、複数の歯車７６を回転自在に支持する支持軸７８とを備える。
図中、７９は一方側ハウジング３１と他方側ハウジング３２との間に介在させたオイルシールである。

図５は本発明に係る動力伝達装置のねじ部及びカップリングの斜視図であり、図６は本発明に係る動力伝達装置のカップリング及び減速機の構成部品の斜視図である。
送りねじ３８は、図５に示されるように、ナット部３９に螺合するねじ部８１と、このねじ部８１のカップリング３７側にカップリング３７を収納するカップ部８２と、カップリング３７の円筒部９１が摺接する底部８３と、カップリング３７に噛み合う複数のつめ部８４とを備える。

カップリング３７は、図５及び図６に示されたように、一方側部材８７、中間部材８８及び他方側部材８９の３つの部材が積層された部材であり、中央の円筒部９１と、この円筒部９１から放射状に延出され、送りねじ３８の複数のつめ部８４と、減速機３６の複数の突起７７との間に介在され、送りねじ３８側の軸心とモータ３４側の軸心とのズレを吸収しつつ、モータ３４側の回転力を送りねじ３８側に伝達する係合片９２とからなる。

図７（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る動力伝達装置のカップリング比較検討図であり、カップリング３７の詳細構造が示される。
（ａ），（ｂ）において、実施例のカップリング３７が示され、（ａ）はカップリング３７の平面、（ｂ）はａのｂ−ｂ線断面図である。

カップリング３７は、先に説明したように、一方側部材８７、中間部材８８及び他方側部材８９の３つの部材が積層された部材であり、一方側部材８７には、先に説明した円筒部９１が形成されるとともに、他方側部材８９を嵌合する嵌合部９４が形成され、他方側部材８９には、一方側部材８７を嵌合する嵌合爪９５及び円筒部９１に貫通する貫通孔９３が形成され、中間部材８８には、嵌合爪９５を貫通する孔９６が形成される。なお、円筒部９１は、中間部材８８及び他方側部材８９が貫通する軸部でもある。

カップリング３７の積層構造は、一方側部材８７の円筒部９１に中間部材８８及び他方側部材８９が挿入され、一方側部材８７と他方側部材８９との間に中間部材８８が挟まれ、一方側部材８７の嵌合部９４に他方側部材８９の嵌合爪９５が嵌合されたものである。

すなわち、カップリング３７は、少なくとも２つの部材を重ね合わせて構成するものであり、一方側部材８７の軸部（円筒部）９１に他方側部材８９が挿入され、且つ一方側部材８７に他方側部材８９が係合されたので、カップリング３７の軸方向の精度を向上させることができる。

（ｃ），（ｄ）において、比較例のカップリング２００が示され、（ｃ）はカップリング２００の平面、（ｄ）はｃのｄ−ｄ線断面図である。
カップリング２００は、一方側部材２０１、中間部材２０２及び他方側部材２０３の３つの部材が積層された部材である。図中、２０４が二つの部材（例えば、モータの出力軸側と送りねじ側）間に噛み合う係合片である。

カップリング２００の積層構造は、一方側部材２０１と他方側部材２０３との間に中間部材２０２を挟み込み、一方側部材２０１及び他方側部材２０３の双方から嵌合させたものであり、図７（ａ）の実施例に示される円筒部（軸部）９１がないのでカップリング２００の径方向の精度が劣る。

また、カップリング２００は、一方側部材２０１及び他方側部材２０３の双方から嵌合する構造なので、一方側部材２０１、中間部材２０２及び他方側部材２０３の軸方向の寸法のばらつきも出やすい。

（ｂ），（ｄ）に示されるように、カップリング３７，２００の軸方向の寸法Ｌｂ，Ｌｄを比較すると、寸法Ｌｂは１部品の精度で決定されるが、寸法Ｌｄは３部品の寸法精度が積み重なる。従って、カップリング３７の軸方向の寸法精度は、カップリング２００の軸方向の寸法精度よりも優れる。

図８（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る動力伝達装置の送りねじに形成されるカップ部の第１比較検討図である。
（ａ），（ｂ）において、実施例の送りねじ３８が示され、（ａ）は送りねじ３８の斜視図、（ｂ）は送りねじ３８の平面図である。（ｃ），（ｄ）において、比較例の送りねじ２１０が示され、（ｃ）は送りねじ２１０の斜視図、（ｄ）は送りねじ２１０の平面図である。

（ａ），（ｂ）に示されるように、送りねじ３８は、ねじ部８１の端部にカップリング３７を収容するカップ部（凹部）８２を鍛造にて形成した。すなわち、カップリング３７に噛み合う複数のつめ部８４をカップ部（凹部）８２内に形成することで、ねじ部８１及びつめ部８４を含むカップ部８２を鍛造のみで成形しやすい。

（ｃ），（ｄ）に示されるように、送りねじ２１０は、ねじ部２１１の端部にカップリング２１６に嵌合する複数の嵌合爪（凸部）２１３を形成するものであり、嵌合爪（凸部）２１３は、一般的には、鍛造若しくは切削加工で形成することができる。
送りねじ２１０では、嵌合爪２１３を鍛造で形成する場合は、嵌合爪２１３の高さをあまり高くはできない。また、切削加工で形成する場合には、コストの高騰を招く。

すなわち、送りねじ３８は、ねじ部８１の端部にカップリング３７を収容するカップ部（凹部）８２を鍛造にて形成したので、ねじ部８１及びつめ部８４を含むカップ部８２を鍛造のみで成形できる。これにより、製造工程の簡略化を図ることができる。また、鍛造のみの製造工程を経るだけなので、製品の歩留まりを改善することができる。

図９（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る動力伝達装置の送りねじに形成されるカップ部の第２比較検討図であり、（ａ），（ｂ）において、実施例のカップ部８２とカップリング３７との関係が示され、（ｃ），（ｄ）において、比較例のカップ部２２２とカップリング２２６との関係が示される。

（ａ），（ｂ）に示されたように、送りねじ３８は、カップ部８２が凹状に形成され、カップ部８２の内周につめ部８４が形成され、カップリング３７は、カップ部８２の底部８３に摺接する円筒部９１が形成される。カップ部８２は、円筒部９１の当接する部位のみに切削加工が施される。ここで、当接する部位（当接部位）とは、底部８３の中心部８３ａ及び複数のつめ部８４の先端部８４ａが相当する。

（ｃ），（ｄ）に示されたように、送りねじ２２０は、ねじ部（不図示）の端部に凹状のカップ部２２２が形成され、カップ部２２２の内周に複数の嵌合爪２２３が形成される。また、カップリング２２６は、カップ部２２２の底部２２５に全体が摺接する構造である。
従って、カップ部２２２の底部２２５に切削加工を施す場合にも、底部２２５全体に切削加工が必要になる。なお、送りねじ２２０では、嵌合爪２２３が切削加工の妨げとなり、切削加工は困難な形状でもある。

すなわち、実施例の動力伝達機構３０は、カップ部８２の円筒部９１に当接する部位のみに切削加工を施すようにしたので、切削加工部分が少なくて済む。
さらに、カップ部８２は、円筒部９１が当接する部位のみに切削加工を施すようにしたので、カップリング３７の保持精度が向上するとともに、カップリング３７のがたつきの低減を図ることができる。

図１及び図２に示されるように、動力伝達機構３０が、左右の後輪１２を独立して操舵する独立後輪操舵装置１０に適用されることで、完成車に搭載時に左右の後輪１２の動きのばらつきを最小限に抑えることができる。この結果、完成車組立時に、左右の後輪１２のトー角調整の簡素化を図ることができる。

なお、図１においては、左の後輪１２を操舵する独立後輪操舵装置１０が示されたが、右の後輪１２を操舵する独立後輪操舵装置は、独立後輪操舵装置１０と同一構成にて車体中心に対して対象に構成される。

尚、本発明に係る動力伝達機構３０は、図７に示すように、カップリング３７の一方側部材８７に円筒部９１が形成されたが、これに限るものではなく、カップリングの一方側部材、中間部材８８若しくは他方側部材のいずれかに形成されるものであればよい。

本発明に係る動力伝達機構は、セダンやワゴンなどの乗用車に採用するのに好適である。

本発明に係る動力伝達装置が搭載される独立後輪操舵装置の原理図である。 本発明に係る動力伝達装置が搭載される独立後輪操舵装置の作用説明図である。 本発明に係る動力伝達装置の正面断面図である。 本発明に係る動力伝達装置の主要部品の分解斜視図である。 本発明に係る動力伝達装置のねじ部及びカップリングの斜視図である。 本発明に係る動力伝達装置のカップリング及び減速機の構成部品の斜視図である。 本発明に係る動力伝達装置のカップリング比較検討図である。 本発明に係る動力伝達装置の送りねじに形成されるカップ部の第１比較検討図である。 本発明に係る動力伝達装置の送りねじに形成されるカップ部の第２比較検討図である。

符号の説明

１０…独立後輪操舵装置、３０…動力伝達機構（アクチュエータ）、３７…カップリング、３９…ナット部、７５…回転動力出力部材（減速機の最終段若しくは第２の基部）、８１…ねじ部、８３…底部、８４…つめ部、８７…一方側部材、８９…他方側部材、９１…軸部（円筒部）、９２…係合片。

Claims (4)

1. ナット部とねじ部とにより回転力を直動力に変換する動力伝達機構であり、回転動力出力部材からカップリングを介してねじ部で動力を受け、ナット部に動力を伝達する動力伝達機構において、
   前記ねじ部の端部に前記カップリングを収容するカップ部を鍛造にて形成したことを特徴とする動力伝達機構。
2. 前記カップ部は、前記カップリングを係止するつめ部を備え、前記カップリングは、前記カップ部の底部に当接するとともに前記つめ部に当接する円筒部と、この円筒部から放射状に延ばされ、前記つめ部に係合する係合片とを備え、
   前記カップ部は、前記円筒部が当接する部位のみに切削加工が施されることを特徴とする請求項１記載の動力伝達機構。
3. 前記カップリングは、少なくとも２つの部材を重ね合わせて構成するものであり、一方側部材の軸部に他方側部材が挿入され、且つ前記一方側部材に前記他方側部材が係合されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の動力伝達機構。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３記載の動力伝達機構は、左右の後輪を独立して操舵する独立後輪操舵装置に適用されるものであることを特徴とする。

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