JP2008232185A - ボールねじ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造でボールねじ機構の雄ねじ部材および雌ねじ部材の相対回転を抑制する。
【解決手段】 ボールねじ機構３９は、雄ねじ部材９５の外周面に形成した螺旋状の雄ねじ溝９５ａと、雌ねじ部材９６の内周面に形成した螺旋状の雌ねじ溝９６ａとに多数のボール１１１を係合させて構成される。ソレノイド１１２で駆動されるロックピン１１３で雄ねじ溝９５ａにボール１１１を押し付けて拘束するボール係止機構１１４を設けたので、ボール１１１の循環を抑制して雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６を相対回転不能にロックすることが可能となる。ボール係止機構１１４は、ソレノイド１１２およびロックピン１１３だけで構成される簡単な構造であるため、部品点数の減少、レイアウト性の向上、コストの節減が可能になる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、外周面に螺旋状の雄ねじ溝が形成された雄ねじ部材と、内周面に螺旋状の雌ねじ溝が形成され雌ねじ部材と、前記雄ねじ溝および前記雌ねじ溝に係合して循環する多数のボールとを備えたボールねじ機構に関する。

ボールねじ杆とボールナット杆との間に多数のボールを配置したボールねじ機構において、ボールねじ杆およびボールナット杆が負荷側から逆伝達される外力で勝手に相対回転するのを防止すべく、前記外力によりカム機構を介して作動するロック爪をボールねじ杆に設けた歯形制止盤に係合させて回転不能に拘束するものが、下記特許文献１により公知である。
特開２０００−９７３０８号公報

ところで、上記従来のものは、外力により回転しようとするボールねじ杆を拘束するために、歯形制止盤、ロック爪、カム機構等を用いた複雑な構造となっており、部品点数の増加、レイアウト性の低下、コストの上昇等が発生する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造でボールねじ機構の雄ねじ部材および雌ねじ部材の相対回転を抑制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、外周面に螺旋状の雄ねじ溝が形成された雄ねじ部材と、内周面に螺旋状の雌ねじ溝が形成され雌ねじ部材と、前記雄ねじ溝および前記雌ねじ溝に係合して循環する多数のボールとを備えたボールねじ機構において、前記ボールの循環を抑制するボール係止機構を備えることを特徴とするボールねじ機構が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ボール係止機構は、雌ねじ部材に形成されて前記雌ねじ溝に連通するガイド孔と、前記ガイド孔に進退自在に嵌合して前記ボールに係合するロックピンとを備えることを特徴とするボールねじ機構が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記ボール係止機構は、前記ロックピンを進退駆動するソレノイドを備えることを特徴とするボールねじ機構が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記ボール係止機構は、前記雄ねじ部材および前記雌ねじ部材の相対回転に伴う変位を出力として取り出す伸縮アクチュエータに用いられることを特徴とするボールねじ機構が提案される。

尚、実施の形態のトーコントロールアクチュエータ１４は本発明の伸縮アクチュエータに対応する。

請求項１の構成によれば、雄ねじ部材の外周面に形成した螺旋状の雄ねじ溝と、雌ねじ部材の内周面に形成した螺旋状の雌ねじ溝とに多数のボールを係合させたボールねじ機構に、それらのボールの循環を抑制するボール係止機構を設けたので、ボール係止機構でボールの循環を抑制するだけの簡単な構造で、雄ねじ部材および雌ねじ部材を相対回転不能にロックすることが可能となる。

また請求項２の構成によれば、ボール係止機構が、雌ねじ部材に形成されて雌ねじ溝に連通するガイド孔と、ガイド孔に進退自在に嵌合してボールに係合するロックピンとを備えるので、ロックピンを前進させて雄ねじ溝内のボールを移動不能に拘束するだけで、雄ねじ部材および雌ねじ部材を相対回転不能にロックすることができる。

また請求項３の構成によれば、ボール係止機構がロックピンを進退駆動するソレノイドを備えるので、コンパクトな構造で雄ねじ部材および雌ねじ部材を相対回転不能にロックすることができる。

また請求項４の構成によれば、ボール係止機構を、ボールねじ機構の雄ねじ部材および雌ねじ部材の相対回転に伴う変位を出力として取り出す伸縮アクチュエータに用いたので、ボールねじ機構で雄ねじ部材および雌ねじ部材の螺合部の摩擦力を減らして伸縮アクチュエータの駆動源を小型化しながら、ボール係止機構で外力による伸縮アクチュエータの意図せぬ伸縮を確実に阻止することができる。

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７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７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、ボール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の外周面には螺旋状の雄ねじ溝９５ａが形成されるとともに、雌ねじ部材９６の内周面には螺旋状の雌ねじ溝９６ａが形成されており、相対向する雄ねじ溝９５ａおよび雌ねじ溝９６ａに多数のボール１１１…が係合する。雄ねじ溝９５ａおよび雌ねじ溝９６ａから外れたボール１１１…は、雌ねじ部材９６の内部に形成したボール戻し溝９６ｂを通って循環する。出力ロッド３３にはソレノイド１１２が設けられており、ソレノイド１１２により進退駆動されるロックピン１１３が、雌ねじ部材９６を貫通するガイド孔９６ｃに案内されて雄ねじ溝９５ａ内に突出可能である。

ソレノイド１１２およびロックピン１１３は本発明のボール係止機構１１４を構成する。ボール係止機構１１４を、ロックピン１１３と、それを進退駆動するソレノイド１１２とで構成したので、部品点数の少ないコンパクトで安価な構造で雄ねじ部材および雌ねじ部材を相対回転不能にロックすることができる。

以上のように、送りねじ機構３９にボールねじ機構を用いたので、その摩擦力を最小限に抑えてモータ３６の負荷を低減し、消費電力を節減しながらトーコントロールアクチュエータ１４の作動応答性を高めることができる。

その一方、送りねじ機構３９の摩擦力が減少したことで、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可能性がある。しかしながら、ボール係止機構１１４のソレノイド１１２でロックピン１１３を突出させて雄ねじ溝９５ａ内の何れかのボール１１１を移動不能に拘束することで、全てのボール１１１…の循環を不能にして雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６の相対回転を抑制することができる。これにより、後輪Ｗのトー角が外力により変化してしまうのを防止できるので、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。

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、本発明のボールねじ機構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。

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

符号の説明

１４ トーコントロールアクチュエータ（伸縮アクチュエータ）
９５ 雄ねじ部材
９５ａ 雄ねじ溝
９６ 雌ねじ部材
９６ａ 雌ねじ溝
９６ｃ ガイド孔
１１１ ボール
１１２ ソレノイド
１１３ ロックピン
１１４ ボール係止機構

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状の雄ねじ溝（９５ａ）が形成された雄ねじ部材（９５）と、内周面に螺旋状の雌ねじ溝（９６ａ）が形成され雌ねじ部材（９６）と、前記雄ねじ溝（９５ａ）および前記雌ねじ溝（９６ａ）に係合して循環する多数のボール（１１１）とを備えたボールねじ機構において、
   前記ボール（１１１）の循環を抑制するボール係止機構（１１４）を備えることを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記ボール係止機構（１１４）は、雌ねじ部材（９６）に形成されて前記雌ねじ溝（９６ａ）に連通するガイド孔（９６ｃ）と、前記ガイド孔（９６ｃ）に進退自在に嵌合して前記ボール（１１１）に係合するロックピン（１１３）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ機構。
3. 前記ボール係止機構（１１４）は、前記ロックピン（１１３）を進退駆動するソレノイド（１１２）を備えることを特徴とする、請求項２に記載のボールねじ機構。
4. 前記ボール係止機構（１１４）は、前記雄ねじ部材（９５）および前記雌ねじ部材（９６）の相対回転に伴う変位を出力として取り出す伸縮アクチュエータ（１４）に用いられることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のボールねじ機構。

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