JP6254039B2

JP6254039B2 - 伸縮アクチュエータ

Info

Publication number: JP6254039B2
Application number: JP2014081229A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　勝治; 勝治渡辺
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: JP2015203421A

Description

本発明は、電動機の回転運動を出力ロッドの往復直線運動に変換する送りねじ機構を備える伸縮アクチュエータに関する。

従来技術として、例えば、特許文献１には、ホイールガイド部材の長さを調節するために、モータの回転運動をプッシュロッド（出力軸）の往復直線運動に変換するボールねじ機構が開示されている。

このボールねじ機構は、プッシュロッドと一体に同軸に形成されるボールねじ軸と、ボールねじ軸に外嵌されるねじ付ナットと、ボールねじ軸とねじ付ナットとの間で転動する複数のボールとから構成されている。

特表２０１２−５１１４６５号公報

ところで、特許文献１に開示された構造では、ボールねじ機構が用いられているが、製造コストを削減するために、ボールねじ軸に代替して、例えば、台形ねじ等の送りねじ機構に置き換える必要がある。

送りねじ機構を用いた場合、例えば、送りねじ機構に対し、送りねじ軸の軸方向と略直交する方向の横荷重が付与されたとき、送りねじ軸の山部と送りナットの谷部とが嵌合する。この結果、送りねじ軸と送りナットとの摺動部位のねじ面には、くさび効果（wedge effect）が発生して、ねじ効率が低下するおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、送りねじ軸と送りナットとの摺動部位のねじ面で、くさび効果の発生による損失トルクの増加を抑制することが可能な伸縮アクチュエータを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、送りねじ軸と前記送りねじ軸に螺合する送りナットとからなり、電動機の回転運動を往復直線運動に変換する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって変位する出力ロッドとを備える伸縮アクチュエータにおいて、前記送りねじ軸は、山部と谷部とから構成される雄ねじ部を有し、前記送りナットは、山部と谷部とから構成される雌ねじ部を有し、前記送りねじ機構は、前記送りねじ軸の前記山部のねじ山角度をαとしたとき、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の軸方向のアキシャルクリアランスＣ_Ａと、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の径方向のラジアルクリアランスＣ_Ｒとの関係が、下記の（１）式を充たすと共に、前記送りナットの前記谷部の底面の曲率半径Ｒ_Ｎ１は、前記送りねじ軸の前記山部の頂部の曲率半径Ｒ_Ｓ１よりも大きく設定される（Ｒ_Ｓ１＜Ｒ_Ｎ１）ことを特徴とする。
Ｃ_Ｒtan（α／２）＜２Ｃ_Ａ・・・・（１）

また、本発明は、送りねじ軸と前記送りねじ軸に螺合する送りナットとからなり、電動機の回転運動を往復直線運動に変換する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって変位する出力ロッドとを備える伸縮アクチュエータにおいて、前記送りねじ軸は、山部と谷部とから構成される雄ねじ部を有し、前記送りナットは、山部と谷部とから構成される雌ねじ部を有し、前記送りねじ機構は、前記送りねじ軸の前記山部のねじ山角度をαとしたとき、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の軸方向のアキシャルクリアランスＣ_Ａと、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の径方向のラジアルクリアランスＣ_Ｒとの関係が、下記の（１）式を充たすと共に、前記送りねじ軸の前記谷部の底面の曲率半径Ｒ_Ｓ２は、前記送りナットの前記山部の頂部の曲率半径Ｒ_Ｎ２よりも大きく設定される（Ｒ_Ｎ２＜Ｒ_Ｓ２）ことを特徴とする。
Ｃ_Ｒtan（α／２）＜２Ｃ_Ａ・・・・（１）

本発明によれば、上記のようなクリアランス及び曲率半径に設定することにより、例えば、伸縮アクチュエータに対して軸線方向と直交する横荷重が入力された場合であっても、雄ねじ部及び雌ねじ部の摺動部位のねじ面で、くさび効果の発生による損失トルクの増加を抑制することができる。この結果、本発明では、ねじ効率が低下することを好適に回避することができる。なお、「ねじ面」とは、送りねじ軸の雄ねじと送りナットの雌ねじとが接触（噛合）して、圧力がかかる面（力が作用する面）をいう。

また、本発明によれば、雄ねじ部及び雌ねじ部の山部と谷部とが接触しても、山部の頂部及び谷部の底面を所定の曲率半径からなる断面円弧状に形成することにより、雄ねじ部及び雌ねじ部における摺動部位のねじ面を良好な潤滑状態に保持することができる。これにより、雄ねじ部及び雌ねじ部の山部の先端部分の磨耗を軽減して、くさび効果の発生を抑制することができる。

さらに、本発明によれば、くさび効果の発生を抑制することができるので、例えば、送りねじ軸と送りナットとの軸方向の相対的変位が緩やかに行われる場合であっても、円滑且つ安定した変位動作を確保することができる。

さらにまた、本発明によれば、くさび効果の発生を抑制することができるので、いわゆるスティックスリップ現象の発生を抑制することができる。

さらにまた、本発明によれば、くさび効果の発生を抑制してねじ効率が向上することにより、電動機の消費電力を低減させ電動機の小型化を達成することができるので、生産性を向上させて製造コストを低減することができる。また、本発明では、雄ねじ部と雌ねじ部との摺動部位のねじ面における発熱量を低減させることができるので、潤滑油（例えば、グリス）の酸化劣化を抑制し、ねじ面を良好な潤滑状態に維持することができる。

さらに、本発明は、前記ラジアルクリアランスＣ _Ｒが、前記送りねじ軸と前記送りナットとの中心軸線を一致させた状態における、前記雄ねじ部の山部と谷部とを結ぶねじ面と、前記雌ねじ部の山部と谷部とを結ぶねじ面との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ１であり、前記径方向クリアランスＣ_ｒ１と、前記雄ねじ部の谷部の底面と前記雌ねじ部の山部の頂部との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ２と、前記雄ねじ部の山部の頂部と前記雌ねじ部の谷部の底面との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ３との関係が、下記の（２）式を充たすことを特徴とする。
Ｃ_ｒ１≧Ｃ_ｒ3＞Ｃ_ｒ2・・・・（２）

本発明によれば、径方向クリアランスＣ_ｒ１と、径方向クリアランスＣ_ｒ２と、径方向クリアランスＣ_ｒ３との関係を、Ｃ_ｒ１≧Ｃ_ｒ3＞Ｃ_ｒ2とすることにより、送りねじ軸及び送りナットが、雄ねじ部の谷部と雌ねじ部の山部で接触することとなり、回転中心からの半径を小さくすることができる。この結果、くさび効果の発生をより一層抑制して、損失トルクのロスを減少させることができる。

径方向クリアランスＣ_ｒ１、径方向クリアランスＣ_ｒ２、及び、径方向クリアランスＣ_ｒ３からなる各ラジアルクリアランスは、それぞれ、雄ねじ部及び雌ねじ部のねじ面と別個に設けられる。

本発明では、送りねじ軸と送りナットとの摺動部位のねじ面で、くさび効果の発生による損失トルクの増加を抑制することが可能な伸縮アクチュエータを得ることができる。

本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータが組み込まれたリヤサスペンション装置の斜視図である。図１の矢印Ａ方向からみた矢視図である。本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図である。図３に示す送りねじ機構の一部拡大断面図である。トーコントロールアクチュエータを構成する遊星歯車機構の分解斜視図である。図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大縦断面図である。（ａ）は、キャリア側から見た弾性カップリングの拡大正面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った拡大断面図、（ｃ）は、（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線に沿った拡大断面図である。（ａ）は、雄ねじ部材の雄ねじ部と雌ねじ部材の雌ねじ部との螺合状態を示す一部拡大断面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ部の部分拡大図である。雄ねじ部の山部及び谷部の曲率半径と、雌ねじ部の山部及び谷部の曲率半径との関係を示す一部拡大断面図である。本出願人が案出した比較例に係る送りねじ機構の構造を示す拡大断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータが組み込まれたリヤサスペンション装置の斜視図、図２は、図１の矢印Ａ方向からみた矢視図である。なお、各図中に矢印で示される、「前後」は、車両の前後方向を示し、「上下」は、車両の上下方向（鉛直方向）を示し、「左右」は、左右方向（車幅方向）を示している。

図１及び図２に示されるリヤサスペンション装置１０は、ダブルウィッシュボーン式からなり、図示しない四輪操舵車両の左後輪に配置されている。このリヤサスペンション装置１０は、後輪Ｗを回転自在に支持するナックル１２と、ナックル１２を上下動可能に車体フレームに連結するアッパアーム１４及びロアアーム１６と、後輪Ｗのトー角を制御すべくナックル１２及び図示しない車体フレームを連結するトーコントロールアクチュエータ（伸縮アクチュエータ）１８と、後輪Ｗの上下動を緩衝する懸架ばね付きダンパ２０を含んで構成されている。

アッパアーム１４及びロアアーム１６の基端は、それぞれゴムブッシュジョイント２２ａ、２２ｂによって図示しない車体フレームに連結されている。アッパアーム１４及びロアアーム１６の先端は、それぞれボールジョイント２４ａ、２４ｂを介してナックル１２の上部及び下部に連結されている。

トーコントロールアクチュエータ１８の基端は、ゴムブッシュジョイント２６ａを介して図示しない車体フレームに連結されている。トーコントロールアクチュエータ１８の先端は、ゴムブッシュジョイント２６ｂを介してナックル１２の後部に連結されている。

懸架ばね付きダンパ２０の上端は、車体（図２に示すサスペンションタワーの上壁２８）に固定されている。懸架ばね付きダンパ２０の下端は、ゴムブッシュジョイント２６ｃを介してナックル１２の上部に連結されている。

トーコントロールアクチュエータ１８を伸長方向に駆動すると、ナックル１２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する。一方、トーコントロールアクチュエータ１８を収縮方向に駆動すると、ナックル１２の後部が車幅方向内側に引っ張られて後輪Ｗのトー角がトーアウト方向に変化する。従って、図示しない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向上させることができる。

次に、図３〜図６に基づいて、トーコントロールアクチュエータ１８の構造を以下詳細に説明する。

図３は、本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図、図４は、図３に示す送りねじ機構の一部拡大断面図、図５は、トーコントロールアクチュエータを構成する遊星歯車機構の分解斜視図、図６は、図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大縦断面図、図７（ａ）は、キャリア側から見た弾性カップリングの拡大正面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った拡大断面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線に沿った拡大断面図である。

図３及び図４に示されるように、トーコントロールアクチュエータ１８は、車体フレーム側に連結されるゴムブッシュジョイント２６ａが一体に設けられた第１ハウジング３０ａと、ナックル１２側に連結されるゴムブッシュジョイント２６ｂが一体に設けられた出力ロッド３２を伸縮自在に支持する第２ハウジング３０ｂとを備える。第１ハウジング３０ａ及び第２ハウジング３０ｂ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３６ａ、３６ｂを複数のボルト３８で締結することにより一体的に結合されている。

第１ハウジング３０ａの内部の室４０ａには、駆動源となるブラシ付きのモータ（電動機）４２と、減速機として機能する遊星歯車機構４４（図５参照）とが収納されている。第２ハウジング３０ｂの内部の室４０ｂには、弾性カップリング４６と、台形ねじを用いた送りねじ機構４８とが収納されている。これらのモータ４２、遊星歯車機構４４、弾性カップリング４６、及び、送りねじ機構４８は、それぞれ、トーコントロールアクチュエータ１８の軸線Ｌ上に直列に配置されている。

モータ４２は、第１ハウジング３０ａ側に固定される環状のステータ５０と、ステータ５０内で回転可能に支持されるロータ５２とを備える。モータ４２の外郭は、フランジ５４を有するカップ状に形成されたヨーク５６と、ヨーク５６のフランジ５４に突き当てられて固定されるベアリングホルダ５８とによって構成されている。ロータ５２は、棒状の回転軸（モータ軸）６０を有する。回転軸６０の一端は、ヨーク５６の底部に設けられたボールベアリング６２ａに回転自在に支持されている。回転軸６０の他端は、ベアリングホルダ５８に設けられたボールベアリング６２ｂに回転自在に支持されている。

ベアリングホルダ５８の内面には、回転軸６０の外周面に係止されて回転軸６０と一体的に回転するコミュテータ６４に摺接するブラシ６６が支持されている。ブラシ６６から延在してブラシ６６と電気的に接続される導線６８は、第１ハウジング３０ａに設けられたグロメット７０を介して第１ハウジング３０ａの外部に引き出されている。

図３及び図５に示されるように、遊星歯車機構４４は、第１ハウジング３０ａの略円筒状の開口部７２内に嵌合して固定されるリングギヤ７４と、モータ４２の回転軸６０の先端に直接形成されたサンギヤ７６と、リングギヤ７４よりも小径で略円板状に形成されるキャリア７８と、キャリア７８の支持孔１０２に圧入されて片持ち支持される３本のピニオンピン８０と、各ピニオンピン８０を介して回転自在に支持され、リングギヤ７４及びサンギヤ７６に対して同時に噛合する３つのピニオン８４とから構成されている。遊星歯車機構４４は、入力部材であるサンギヤ７６の回転運動を、出力部材であるキャリア７８に対して減速して伝達する機能を有する。

遊星歯車機構４４の出力部材であるキャリア７８は、送りねじ機構４８の入力部材である入力フランジ８６と弾性カップリング４６を介して連結されている。

キャリア７８は、略円板状を呈し、弾性カップリング４６に対向する円形状の第１端面７９と、第１端面７９の反対側でピニオン８４側に臨む円形状の第２端面８１とを有する。キャリア７８の第１端面７９には、４個の爪部８５が周方向に沿って等角度離間して配置されていると共に、軸線Ｌ方向に沿って突出している。

図５に示されるように、弾性カップリング４６は、例えば、シリコーンゴム等のゴム体や樹脂体等で形成されている。この弾性カップリング４６は、単一の環状部４６ａと、複数の腕部４６ｂとが一体的に構成されている。環状部４６ａは、リング状からなり、その中心に円形の貫通孔９２が形成されている。複数（図５中では８つを例示）の腕部４６ｂは、環状部４６ａの外周面に所定角度だけ離間して配置され、環状部４６ａの外周面から半径外方向に放射状に突出するように配置されている。互いに隣接する腕部４６ｂ、４６ｂの間には、正面視して略Ｖ字状の溝部からなる谷部４６ｃが設けられている。

弾性カップリング４６の貫通孔９２には、コイルスプリング９４が挿通されている。このコイルスプリング９４の一端は、キャリア７８に当接し、コイルスプリング９４の他端は、入力フランジ８６に当接している（図３参照）。コイルスプリング９４のばね力によってキャリア７８と入力フランジ８６とが互いに離間する方向に付勢されている。

弾性カップリング４６の腕部４６ｂの先端側には、複数の突出部９６が設けられている。複数の突出部９６は、周方向に略等角度離間して８つ配置されている。８つの突出部９６のうち、キャリア７８と対向する腕部４６ｂの側面には、隣接する腕部４６ｂの１つおきに４本の突出部９６ａがそれぞれ突出して配置され、入力フランジ８６と対向する腕部４６ｂの側面には、隣接する腕部４６ｂの１つおきに４本の突出部９６ｂがそれぞれ配置されている。

換言すると、弾性カップリング４６の腕部４６ｂの先端側には、８つの突出部９６のうち、キャリア７８側に向かって突出する突出部９６ａと、入力フランジ８６側に向かって突出する突出部９６ｂとが交互に配置されている。キャリア７８側に向かって突出する突出部９６ａは、キャリア７８の第１端面７９と当接可能に設けられていると共に、入力フランジ８６側に向かって突出する突出部９６ｂは、入力フランジ８６の対向面９８と当接可能に設けられている。

図３に示されるように、入力フランジ８６は、略円板状からなり、その外周部の表裏両面を一対のスラストベアリング８８ａ、８８ｂに挟持されることで、回転自在に支持されている。一対のスラストベアリング８８ａ、８８ｂは、第２ハウジング３０ｂの内周面に締結される環状のロックナット９０により第２ハウジング３０ｂに保持されている。一対のスラストベアリング８８ａ、８８ｂのうち、一方のスラストベアリング８８ａは、第２ハウジング３０ｂと入力フランジ８６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８８ｂは、ロックナット９０と入力フランジ８６との間のスラスト荷重を支持する。

図５に示されるように、軸線Ｌ方向においてキャリア７８と対向する入力フランジ８６の対向面９８には、４個の爪部１００が周方向に沿って等角度離間して配置されていると共に、弾性カップリング４６側（キャリア７８側）に向かって所定長だけ突出している。なお、キャリア７８の第１端面７９に設けられる４個の爪部８５と、入力フランジ８６の対向面９８に設けられる４個の爪部１００とは、周方向においてその位相が約４５度だけずれるように配置されている（図６参照）。

さらに、図７（ａ）に示されるように、弾性カップリング４６の腕部４６ｂの径方向外端部には、キャリア７８側と入力フランジ８６側とに向かって交互に突出する複数の突出部９６が設けられている。この場合、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示されるように、複数の突出部９６が支点となって腕部４６ｂを弾性変形（撓曲）させる。このとき支点となる突出部９６に発生する反力が、入力フランジ８６を基準としてキャリア７８を軸線Ｌ方向に付勢することで、キャリア７８の倒れを防止することができる。なお、図６に示されるように、複数の突出部９６ａ、９６ｂは、キャリア７８の爪部８５と入力フランジ８６の爪部１００との間に周方向に沿って配置されている。

ピニオンピン８０とピニオン８４との間には、例えば、すべり軸受けやニードル軸受け等の軸受部材（図示せず）が介装されている。この軸受部材によって回転自在に支持されるピニオン８４の厚さは、ピニオンピン８０の軸方向の長さよりも大きく設定されている。このため、ピニオン８４の端面（外周に形成された歯部と略直交する面）が、キャリア７８の第２端面８１とリングギヤ７４の内径フランジ部７４ａとの間で挟持されることによって、ピニオン８４の取付姿勢を制御することができる。

弾性カップリング４６の８つの谷部４６ｃには、キャリア７８の４個の爪部８５が一つおきに係合すると共に、キャリア７８の爪部８５と異なる位相で、入力フランジ８６の４個の爪部１００が一つおきに係合する。すなわち、図６に示されるように、弾性カップリング４６の８つの谷部４６ｃには、キャリア７８の爪部８５と入力フランジ８６の爪部１００とが周方向に沿って交互に係合する。

従って、キャリア７８の回転トルクは、キャリア７８の爪部８５から、弾性カップリング４６の腕部４６ｂと、入力フランジ８６の爪部１００を介して、入力フランジ８６に伝達される。その際、弾性体で構成された弾性カップリング４６が、その弾発力によって弾性変形することで、キャリア７８及び入力フランジ８６間の軸線のズレ（芯ズレ）を吸収すると共に、回転トルクの急変を吸収して円滑な動力伝達を遂行することができる。

図５に示されるように、キャリア保持部材１０６は、金属板をプレス加工したものであり、図示しないボルトを介してリングギヤ７４に締結される。このキャリア保持部材１０６は、環状の平板からなる本体部１０６ａと、本体部１０６ａの内周を断面Ｌ字状に折り曲げたフランジ部１０６ｂとを有する。

図３に示されるように、第２ハウジング３０ｂの軸線Ｌ方向の中間部の内周面には、第１スライドベアリング１０８ａが固定されている。また、第２ハウジング３０ｂの軸線Ｌ方向の端部に螺合するエンド部材１１０の内周面には、第２スライドベアリング１０８ｂが固定されている。この第１スライドベアリング１０８ａ及び第２スライドベアリング１０８ｂによって、出力ロッド３２が軸線Ｌ方向に沿って摺動自在に支持されている。

送りねじ機構４８は、入力フランジ８６の回転運動を出力ロッド３２の往復直線運動に変換する機能を有する。図３に示されるように、この送りねじ機構４８は、入力フランジ８６と一体に形成され外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部材（送りねじ軸）１１２と、雄ねじ部材１１２の雄ねじと螺合する雌ねじを内周面の一部に有し、中空の出力ロッド３２の内周面に嵌合して出力ロッド３２に固定される雌ねじ部材（送りナット）１１４とを備える。

図４に示されるように、雄ねじ部材１１２の外周面には、雄ねじ部１１２ａが設けられている。この雄ねじ部１１２ａは、山部１２９と谷部１３１とを有する。雌ねじ部材１１４は、略円筒体からなり、ロックナット１１５を介して出力ロッド３２の内周面に固定されている。雌ねじ部材１１４の内周面には、雌ねじ部１１４ａが設けられている。雌ねじ部１１４ａは、山部１２１と谷部１２３と有する。なお、雄ねじ部１１２ａと雌ねじ部１１４ａとの間には、図示しない潤滑油が塗布されている。

図８（ａ）は、雄ねじ部材の雄ねじ部と雌ねじ部材の雌ねじ部との螺合状態を示す一部拡大断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ部の部分拡大図、図９は、雄ねじ部の山部及び谷部の曲率半径と、雌ねじ部の山部及び谷部の曲率半径との関係を示す一部拡大断面図である。

図９に示されるように、雄ねじ部１１２ａの山部１２９には、半径外方向に向かって突出し曲率半径Ｒ_Ｓ１からなる断面円弧状の頂部１２９ａが形成されている。雄ねじ部１１２ａの谷部１３１には、半径内方向に窪み、曲率半径Ｒ_Ｓ２からなる断面円弧状の底面１３１ａが形成されている。

雌ねじ部１１４ａの谷部１２３には、半径外方向に窪み、曲率半径Ｒ_Ｎ１からなる断面円弧状の底面１２３ａが形成されている。雌ねじ部１１４ａの山部１２１には、半径内方向に向かって突出し曲率半径Ｒ_Ｎ２からなる断面円弧状の頂部１２１ａが形成されている。

図８（ａ）に示されるように、雄ねじ部１１２ａと雌ねじ部１１４ａとの間には、軸線Ｌ方向に沿った軸方向クリアランス（アキシャルクリアランスＣ_Ａ）Ｃ_ａ１と、軸線Ｌ方向と直交する径方向の径方向クリアランス（ラジアルクリアランスＣ_Ｒ）Ｃ_ｒ１が形成されている。軸方向クリアランスＣ_ａ１は、軸線Ｌ方向に沿ったトータルの移動量である。径方向クリアランスＣ_ｒ１は、雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４の中心軸線を一致させたときに、半径方向に移動可能な変位量である。

なお、径方向クリアランスＣ_ｒ１は、径方向において、雄ねじ部１１２ａの山部１２９と谷部１３１とを結ぶねじ面と、雌ねじ部１１４ａの山部１２１と谷部１２３とを結ぶねじ面との間の径方向における離間距離である。

また、雄ねじ部１１２ａの谷部１３１の底面１３１ａと雌ねじ部１１４ａの山部１２１と頂部１２１ａとの間における径方向には、径方向クリアランスＣ_ｒ２が形成されている。さらに、雄ねじ部１１２ａの山部１２９の頂部１２９ａと雌ねじ部１１４ａの谷部１２３の底面１２３ａとの間における径方向には、径方向クリアランスＣ_ｒ３が形成されている。

なお、径方向クリアランスＣ_ｒ１、径方向クリアランスＣ_ｒ２、及び、径方向クリアランスＣ_ｒ３は、径方向においてそれぞれ上下に２つ有するため、図８（ａ）中では、（Ｃ_ｒ１／２）、（Ｃ_ｒ２／２）、（Ｃ_ｒ３／２）とそれぞれ記載している。各クリアランスの大小関係については、後記で詳細に説明する。

図３に戻って、出力ロッド３２の外周には、環状のストッパ１１６が装着されている。出力ロッド３２が伸長方向に向かって最大位置まで変位したとき、ストッパ１１６が第２ハウジング３０ｂに固定されたエンド部材１１０と当接することにより、その変位が規制されてストッパ機能が発揮される。このストッパ１１６を設けることにより、出力ロッド３２が第２ハウジング３０ｂから脱落することを確実に防止することができる。

第２ハウジング３０ｂと出力ロッド３２の間には、第２ハウジング３０ｂと出力ロッド３２との隙間内に水（水分）や塵埃等が進入することを防止するためにシール機構が設けられている。このシール機構は、伸縮可能な蛇腹部を有するゴム製のブーツ１２０と、ブーツ１２０の両端の嵌合部を締結する異径のバンド１２２ａ、１２２ｂとから構成されている。ブーツ１２０の一端部は、第２ハウジング３０ｂの端部外周面に形成される環状段部１１８に嵌合され、ブーツ１２０の他端部は、出力ロッド３２に形成された環状溝１１９に嵌合するように設けられている。

出力ロッド３２が伸長変位すると、第１ハウジング３０ａ及び第２ハウジング３０ｂ内の室４０ａ、４０ｂの容積が増加し、これとは反対に出力ロッド３２が収縮変位すると、第１ハウジング３０ａ及び第２ハウジング３０ｂ内の室４０ａ、４０ｂの容積が減少する。このため、室４０ａ、４０ｂ内の圧力が変動してトーコントロールアクチュエータ１８の円滑な作動を妨げるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、中空の出力ロッド３２の内部空間とブーツ１２０の内部空間とが、出力ロッド３２に形成された通気孔１２４を介して連通しているため、圧力変動がブーツ１２０の変形により緩和され、トーコントロールアクチュエータ１８を円滑に作動させることができる。

第２ハウジング３０ｂには、トーコントロールアクチュエータ１８を伸縮制御する際、出力ロッド３２のストローク位置（変位量）を検出して図示しない制御装置に検出信号をフィードバックするストロークセンサ１２６が配設されている。このストロークセンサ１２６は、出力ロッド３２の外周面にボルト１２８を介して固定される永久磁石１３０と、永久磁石１３０の位置を磁気的に検出するコイル等の検出部１３２が収納されたセンサ本体１３４とを備える。第２ハウジング３０ｂには、出力ロッド３２の変位に伴って永久磁石１３０との干渉を回避するために、軸線Ｌ方向に延在する長溝（開口）１３６が形成されている。

本実施形態に係るトーコントロールアクチュエータ１８が組み付けられたリヤサスペンション装置１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図３において、後輪Ｗのトー角を変更すべく図示しない制御装置から出力される駆動信号に基づいてモータ４２を駆動すると、モータ４２の回転軸６０に形成されたサンギヤ７６の回転運動が、遊星歯車機構４４（サンギヤ７６と同時に噛合するリングギヤ７４及びピニオン８４）で減速されてキャリア７８に出力される。キャリア７８の回転運動は、弾性カップリング４６を介して入力フランジ８６に伝達され、入力フランジ８６と一体的に連結された雄ねじ部材１１２を回転させる。雄ねじ部材１１２が回転すると、雄ねじ部材１１２に螺合する雌ねじ部材１１４が軸線Ｌ方向に変位し、雌ねじ部材１１４に連結された出力ロッド３２が第２ハウジング３０ｂから進退動作することで、トーコントロールアクチュエータ１８が伸縮して後輪Ｗのトー角が変更される。

本実施形態では、図８（ａ）に示されるように、雄ねじ部１１２ａの山部１２９のねじ山角度をαとすると、軸方向クリアランスＣ_ａ１と径方向クリアランスＣ_ｒ１との間には、次の関係式が成立する（図８（ｂ）参照）。
２Ｃ_ａ１＝Ｃ_ｒ１・tan（α／２）
ここで、雄ねじ部材１１２の雄ねじ部１１２ａと、雌ねじ部材１１４の雌ねじ部１１４ａとの間に十分なクリアランスがあれば、雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４とは、このクリアランスの範囲内で円滑な変位が可能となる。
そこで、本実施形態では、雄ねじ部１１２ａの山部１２９のねじ山角度をαとしたとき、下記の（１）式を充足するように軸方向クリアランスＣ_ａ１と径方向クリアランスＣ_ｒ１とを設定している。
Ｃ_ｒ１・tan（α／２）＜２Ｃ_ａ１・・・・（１）

図１０（ａ）は、本出願人が案出した比較例に係る送りねじ機構の構造を示す拡大断面図、図１０（ｂ）は、横力Ｆと垂直荷重Ｆｎとの関係を示す説明図である。
ところで、雄ねじ部及び雌ねじ部の山部と谷部を当接しないような径方向のクリアランスを有する構造にすると、例えば、図１０（ａ）に示される比較例に係る送りねじ機構の構造となる。この比較例では、軸線Ｌ方向のアキシャルクリアランスが設けられておらず、送りねじ機構に対して横力Ｆが入力されると、雄ねじ部及び雌ねじ部の山部と谷部とが嵌合状態となる。この嵌合状態になると、ねじ面には、くさび効果によってねじ面と垂直な垂直荷重Ｆｎが発生する。
図１０（ｂ）より、Ｆ＝２・Ｆｎ・sin（α／２）の関係式が成立する。
この関係式から、この垂直荷重Ｆｎは、
Ｆｎ＝Ｆ／{２sin（α／２）}
と表される。
この垂直荷重Ｆｎがくさび効果によって発生すると、雄ねじ部材及び雌ねじ部材には、次のような固着トルクＴが発生する。但し、軸線Ｌ（軸中心）から垂直荷重Ｆｎの発生箇所までの半径をｒとし、摩擦係数をμとすると、固着トルクＴは、
Ｔ＝２・μ・Ｆｎ・ｒ
と表される。
通常、この固着トルクＴは、トルク損失としてねじ効率を低下させ、モータの消費電力を増加させる。また、固着トルクＴは、摩擦熱となり、雄ねじ部及び雌ねじ部の摺動部位におけるねじ面の温度を増加させ、潤滑油であるグリスを酸化劣化させる。さらに、過渡的には、雄ねじ部材と雌ねじ部材との間における、静摩擦トルクと動摩擦トルクとの差が大きくなり、振動が発生するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、図９に示されるように、前記した径方向クリアランスＣ_ｒ１と、雄ねじ部材１１２の谷部１３１と雌ねじ部材１１４の山部１２１との間の径方向クリアランスＣ_ｒ２と、雄ねじ部材１１２の山部１２９と雌ねじ部材１１４の谷部１２３との径方向クリアランスＣ_ｒ３とを、次の大小関係に設定している。なお、径方向クリアランスＣ_ｒ１、径方向クリアランスＣ_ｒ２、及び、径方向クリアランスＣ_ｒ３からなる各ラジアルクリアランスは、それぞれ、雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａが接触するねじ面と別個に設けられる。
Ｃ_ｒ１≧Ｃ_ｒ3＞Ｃ_ｒ2・・・（２）
Ｒ_Ｓ１＜Ｒ_Ｎ１・・・・・（３）
Ｒ_Ｎ２＜Ｒ_Ｓ２・・・・・（４）
さらに、上式（３）に示されるように、雌ねじ部材１１４の谷部１２３の底面１２３ａの曲率半径Ｒ_Ｎ１が、雄ねじ部材１１２の山部１２９の頂部１２９ａの曲率半径Ｒ_Ｓ１よりも大きく設定されていると共に、上式（４）に示されるように、雄ねじ部材１１２の谷部１３１の底面１３１ａの曲率半径Ｒ_Ｓ２が、雌ねじ部材１１４の山部１２１の頂部１２１ａの曲率半径Ｒ_Ｎ２よりも大きく設定されている。

以上から、本実施形態では、上記した式（１）、式（３）、及び、式（４）により、雄ねじ部材１１２の谷部１３１と雌ねじ部材１１４の山部１２１との径方向クリアランスＣ_ｒ２が、３つ径方向のクリアランスの中で最も小さく設定されているために初めに接触する。この結果、本実施形態では、横力Ｆが入力された場合であっても、軸方向クリアランスＣ_ａ１が詰まってくさび効果が発生することを好適に回避することができる。

また、本実施形態では、上記した式（１）、式（３）、及び、式（４）を充足すると共に、さらに径方向クリアランスの大小関係である式（２）を充足するように設定されることで、雄ねじ部材１１２及び雌ねじ部材１１４が、雄ねじ部１１２ａの谷部１３１と雌ねじ部１１４ａの山部１２１で接触することとなり、回転中心からの半径を小さくすることができる。なお、径方向クリアランスＣ_ｒ１と径方向クリアランスＣ_ｒ3とは、同等（Ｃ_ｒ１＝Ｃ_ｒ3）であってもよい（Ｃ_ｒ１≧Ｃ_ｒ3）。
本実施形態において、ねじ面に発生する摩擦トルクＴｎは、
Ｔｎ＝μ・Ｆ・ｒ_１となる。
なお、Ｔ＝２・μ・Ｆｎ・ｒ
Ｆ＝２・Ｆｎ・sin（α／２）
とし、ｒ_１は、図９に示されるように、軸線Ｌ（軸中心）から、雄ねじ部材１１２の谷部１３１と雌ねじ部材１１４の山部１２１とが接触する部位までの半径とする。
そこで、比較例おける固着トルクＴと本実施形態における摩擦トルクＴｎとを比較する。雄ねじ部材の山部のねじ山角度を、α＝３０°とし、便宜的にｒ≒ｒ_１とすると、
Ｔｎ／Ｔ＝（μ・Ｆ・ｒ_１）／（２・μ・Ｆｎ・ｒ）
＝（Ｆ）／（２・Ｆｎ）
＝{２・Ｆｎ・sin（α／２）}／（２・Ｆｎ）
＝sin（α／２）＝sin１５°＝０．２５６
となり、本実施形態では、比較例と比較して、摩擦トルクＴｎを約１／４に低減することができる。

本実施形態では、式（１）〜式（４）に示されるクリアランス及び曲率半径に設定することにより、例えば、トーコントロールアクチュエータ１８に対して軸線Ｌ方向と直交する横荷重Ｆが入力された場合であっても、雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａの摺動部位のねじ面で、くさび効果の発生による損失トルクの増加を抑制することができる。この結果、本実施形態では、ねじ効率が低下することを好適に回避することができる。

また、本実施形態では、雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａの山部１２９、１２１と谷部１２３、１３１とが接触しても、山部１２９、１２１の頂部１２９ａ、１２１ａ及び谷部１２３、１３１の底面１２３ａ、１３１ａを所定の曲率半径からなる断面円弧状に形成することにより、雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａにおける摺動部位のねじ面を良好な潤滑状態に保持することができる。これにより、雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａの山部１２９、１２１の頂部（先端部分）１２９ａ、１２１ａの磨耗を軽減して、くさび効果の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、くさび効果の発生を抑制することができるので、例えば、雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４との軸方向の相対的変位が緩やかに行われる場合であっても、円滑且つ安定した変位動作を確保することができる。

さらにまた、本実施形態では、くさび効果の発生を抑制することができるので、いわゆるスティックスリップ現象の発生を抑制することができる。

さらにまた、本実施形態では、くさび効果の発生を抑制してねじ効率が向上することにより、モータ４２の消費電力を低減させモータ４２の小型化を達成することができるので、生産性を向上させて製造コストを低減することができる。

さらにまた、本実施形態では、雄ねじ部１１２ａと雌ねじ部１１４ａとの摺動部位のねじ面における発熱量を低減させることができるので、例えば、グリス等の潤滑油の酸化劣化を抑制し、ねじ面を良好な潤滑状態に保持することができる。

なお、本実施形態では、車両のリヤサスペンション装置１０に組み込まれるトーコントロールアクチュエータ１８に基づいて説明しているが、これに限定されるものではなく、出力部材を往復動作させる他の伸縮アクチュエータにも適用することができる。

１８トーコントロールアクチュエータ（伸縮アクチュエータ）
３２出力ロッド
４２モータ（電動機）
４８送りねじ機構
１１２雄ねじ部材（送りねじ軸）
１１２ａ雄ねじ部（ねじ部）
１１４雌ねじ部材（送りナット）
１１４ａ雌ねじ部（雌ねじ）
１２１、１２９山部
１２３、１３１谷部
１２１ａ、１２９ａ頂部
１２３ａ、１３１ａ底面
Ｃ_ａ１軸方向クリアランス（アキシャルクリアランスＣ_Ａ）
Ｃ_ｒ１径方向クリアランス（ラジアルクリアランスＣ_Ｒ）
Ｃ_ｒ2 径方向クリアランス
Ｃ_ｒ3 径方向クリアランス

Claims

送りねじ軸と前記送りねじ軸に螺合する送りナットとからなり、電動機の回転運動を往復直線運動に変換する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって変位する出力ロッドとを備える伸縮アクチュエータにおいて、
前記送りねじ軸は、山部と谷部とから構成される雄ねじ部を有し、
前記送りナットは、山部と谷部とから構成される雌ねじ部を有し、
前記送りねじ機構は、
前記送りねじ軸の前記山部のねじ山角度をαとしたとき、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の軸方向のアキシャルクリアランスＣ_Ａと、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の径方向のラジアルクリアランスＣ_Ｒとの関係が、下記の（１）式を充たすと共に、
前記送りナットの前記谷部の底面の曲率半径Ｒ_Ｎ１は、前記送りねじ軸の前記山部の頂部の曲率半径Ｒ_Ｓ１よりも大きく設定される（Ｒ_Ｓ１＜Ｒ_Ｎ１）ことを特徴とする伸縮アクチュエータ。

Ｃ_Ｒtan（α／２）＜２Ｃ_Ａ・・・・（１）
請求項１記載の伸縮アクチュエータにおいて、
前記ラジアルクリアランスＣ _Ｒは、前記送りねじ軸と前記送りナットとの中心軸線を一致させた状態における、前記雄ねじ部の山部と谷部とを結ぶねじ面と、前記雌ねじ部の山部と谷部とを結ぶねじ面との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ１であり、
前記径方向クリアランスＣ_ｒ１と、前記雄ねじ部の谷部の底面と前記雌ねじ部の山部の頂部との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ２と、前記雄ねじ部の山部の頂部と前記雌ねじ部の谷部の底面との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ３との関係が、下記の（２）式を充たすことを特徴とする伸縮アクチュエータ。

Ｃ_ｒ１≧Ｃ_ｒ3＞Ｃ_ｒ2・・・・（２）
送りねじ軸と前記送りねじ軸に螺合する送りナットとからなり、電動機の回転運動を往復直線運動に変換する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって変位する出力ロッドとを備える伸縮アクチュエータにおいて、
前記送りねじ軸は、山部と谷部とから構成される雄ねじ部を有し、
前記送りナットは、山部と谷部とから構成される雌ねじ部を有し、
前記送りねじ機構は、
前記送りねじ軸の前記山部のねじ山角度をαとしたとき、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の軸方向のアキシャルクリアランスＣ_Ａと、前記送りねじ軸と前記送りナットとの間の径方向のラジアルクリアランスＣ_Ｒとの関係が、下記の（１）式を充たすと共に、
前記送りねじ軸の前記谷部の底面の曲率半径Ｒ_Ｓ２は、前記送りナットの前記山部の頂部の曲率半径Ｒ_Ｎ２よりも大きく設定される（Ｒ_Ｎ２＜Ｒ_Ｓ２）ことを特徴とする伸縮アクチュエータ。

Ｃ_Ｒtan（α／２）＜２Ｃ_Ａ・・・・（１）
請求項３記載の伸縮アクチュエータにおいて、
前記ラジアルクリアランスＣ _Ｒは、前記送りねじ軸と前記送りナットとの中心軸線を一致させた状態における、前記雄ねじ部の山部と谷部とを結ぶねじ面と、前記雌ねじ部の山部と谷部とを結ぶねじ面との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ１であり、
前記径方向クリアランスＣ_ｒ１と、前記雄ねじ部の谷部の底面と前記雌ねじ部の山部の頂部との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ２と、前記雄ねじ部の山部の頂部と前記雌ねじ部の谷部の底面との間における径方向の間隙である径方向クリアランスＣ_ｒ３との関係が、下記の（２）式を充たすことを特徴とする伸縮アクチュエータ。

Ｃ_ｒ１≧Ｃ_ｒ3＞Ｃ_ｒ2・・・・（２）