JP2009133339A - 伸縮アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 送りねじ機構を用いてハウジングに対して出力ロッドを伸縮させる伸縮アクチュエータにおいて、出力ロッドの先端に設けたボールジョイントのコジリを防止する。
【解決手段】 雄ねじ部材９５に雌ねじ部材９６を螺合した送りねじ機構３９を介してハウジング３１，３２に対して出力ロッド３３を軸方向に伸縮させるとき、ハウジング３１，３２をゴムブッシュジョイント２０で車体に接続し、出力ロッド３３をボールジョイント２１でナックル１１に接続すると、送りねじ機構３９のトルクでボールジョイント２１が限界位置まで捩じられてコジリが発生する可能性があるが、ハウジング３１，３２に螺合したボルト８２の先端を出力ロッド３３の面取部に当接させることで、ハウジング３１，３２に対する出力ロッド３３の相対回転を防止してボールジョイント２１のコジリを抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、第１部材に第１ジョイントを介して接続されたハウジングと、第２部材に第２ジョイントを介して接続された出力ロッドとを、雄ねじ部材に雌ねじ部材を螺合した送りねじ機構を介して軸方向伸縮自在に結合し、前記第１、第２ジョイントの一方をボールジョイントで構成した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、送りねじ機構を用いたこの種の伸縮アクチュエータのハウジングおよび出力ロッドの端部をジョイントを介してそれぞれ車体およびナックルに接続する場合、ナックルは転舵により角度が変化するため、ナックルと出力ロッドとを連結するジョイントは、ゴムブッシュジョイントではなくボールジョイントで構成することが望ましい。

しかしながら、ナックルと出力ロッドとをボールジョイントで接続すると、ボールジョイントには出力ロッドの回転を拘束する機能がないため、送りねじ機構のトルクでハウジングに対して出力ロッドが相対回転してしまい、ボールジョイントにコジリが発生して耐久性を低下させる虞がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、送りねじ機構を用いてハウジングに対して出力ロッドを伸縮させる伸縮アクチュエータにおいて、出力ロッドの先端に設けたボールジョイントのコジリを防止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、第１部材に第１ジョイントを介して接続されたハウジングと、第２部材に第２ジョイントを介して接続された出力ロッドとを、雄ねじ部材に雌ねじ部材を螺合した送りねじ機構を介して軸方向伸縮自在に結合し、前記第１、第２ジョイントの一方をボールジョイントで構成した伸縮アクチュエータであって、前記ハウジングに対する前記出力ロッドの相対回転を防止する相対回転防止手段を設けたことを特徴とする伸縮アクチュエータが提案される。

尚、実施の形態のナックル１１は本発明の第２部材に対応し、実施の形態のゴムブッシュジョイント２０は本発明の第１ジョイントに対応し、実施の形態のボールジョイント２１は本発明の第２ジョイントに対応し、実施の形態の車体２３は本発明の第１部材に対応し、実施の形態の第２ハウジング３２は本発明のハウジングに対応し、実施の形態の面取部３３ｃおよびボルト８２は本発明の相対回転防止手段に対応する。

請求項１の構成によれば、雄ねじ部材に雌ねじ部材を螺合した送りねじ機構を介してハウジングに対して出力ロッドを軸方向に伸縮させるとき、ハウジングを第１部材に接続する第１ジョイントおよび出力ロッドを第２部材に接続する第２ジョイントの一方がボールジョイントで構成されていると、送りねじ機構のトルクでボールジョイントが限界位置まで捩じられてコジリが発生する可能性があるが、相対回転防止手段でハウジングに対する出力ロッドの相対回転を防止することでボールジョイントのコジリを抑制することができる。

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平面図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３部拡大図、図４は図２の４部拡大図、図５は減速機およびカップリングの分解斜視図、図６は図４の６−６線拡大断面図、図７は出力ロッドの斜視図である。

図１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２３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２３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１６，１６；１７，１７で車体２３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２３に連結され、先端がボールジョイント２１を介してナックル１１の前部に連結される。上端を車体（サスペンションタワーの上壁）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２２を介してロアアーム１３の後部に連結される。

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の前部が車幅方向外側に押されて後輪Ｗのトー角がトーアウト方向に変化し、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の前部が車幅方向内側に引かれて後輪Ｗのトー角がトーイン方向に変化する。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２〜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２および図３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２３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側に連結されるボールジョイント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。

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。

図３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。

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。

図４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３参照）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。

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（図２参照）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。

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。

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。

図４、図６および図７に示すように、出力ロッド３３のボールジョイント２１と反対側の端部には、円周方向に９０°離間した２個の平坦な面取部３３ｃ，３３ｃが形成される。第２ハウジング３２に２個のボス部３２ｄ，３２ｄにそれぞれシム８１，８１を介して螺合する２本のボルト８２，８２の半球状の先端８２ａ，８２ａが、前記面取部３３ｃ，３３ｃに摺動自在に点接触する。このとき、ボルト８２，８２の先端８２ａ，８２ａは面取部３３ｃ，３３ｃの中央部ではなく、相互に離れた側の端部に当接する（図６参照）。ボルト８２，８２の先端８２ａ，８２ａと面取部３３ｃ，３３ｃとの隙間は、適切な厚さのシム８１，８１を用いることで調整される。

上記構成を備えたトーコントロールアクチュエータ１４のモータ３６を駆動すると、その回転軸４５の回転が第１、第２遊星歯車機構６１，６２を介して減速され、入力フランジ７４に伝達される。このとき、第２遊星歯車機構６２の第２キャリヤ７０と入力フランジ７４との間に配置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。

入力フランジ７４には送りねじ機構３９の雄ねじ部材９５が一体に設けられているため、雄ねじ部材９５に螺合する雌ねじ部材９６が進退し、雌ねじ部材９６が固定された出力ロッド３３が第１、第２ハウジング３１，３２に対して伸縮する。その結果、第１ハウジング３１に設けたゴムブッシュジョイント２１と出力ロッド３３に設けたボールジョイント２１との距離が増減し、ナックル１１が押し引きされて後輪Ｗが転舵される。

このとき、車体２３にゴムブッシュジョイント２０を介して接続された第１ハウジング３１は、ゴムブッシュジョイント２０のゴムブッシュが弾性変形する範囲で車体２３に対して僅かに相対回転するが、実質的に車体２３に対して相対回転不能に接続される。一方、後輪Ｗのスムーズな転舵を可能にするために、ナックル１１と出力ロッド３３とはボールジョイント２１を介して接続されているので、出力ロッド３３はナックル１１に対して相対回転可能である。従って、送りねじ機構３９のトルクで第１、第２ハウジング３１，３２に対して出力ロッド３３が回転してしまうと、ボールジョイント２１がコジリによって損傷する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態では、図６に示すように、第２ハウジング３２に螺合する２本のボルト８２，８２の半球状の先端８２ａ，８２ａが、出力ロッド３３の面取部３３ｃ，３３ｃに摺動自在に点接触することで、第２ハウジング３２に対する出力ロッド３３の相対回転が防止され、ボールジョイント２１のコジリが確実に阻止される。特に、ボルト８２，８２の先端８２ａ，８２ａは面取部３３ｃ，３３ｃの中央部ではなく、相互に離れた側の端部に当接するので、出力ロッド３３の回転が一層効果的に防止される。

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送りねじ機構３９に台形ねじを用いているが、ボールねじのような他種のねじを用いることができる。

左後輪のサスペンション装置の平面図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３部拡大図 図２の４部拡大図 減速機およびカップリングの分解斜視図 図４の６−６線拡大断面図 出力ロッドの斜視図

符号の説明

１１ ナックル（第２部材）
２０ ゴムブッシュジョイント（第１ジョイント）
２１ ボールジョイント（第２ジョイント）
２３ 車体（第１部材）
３２ 第２ハウジング（ハウジング）
３３ 出力ロッド
３３ｃ 面取部（相対回転防止手段）
３９ 送りねじ機構
８２ ボルト（相対回転防止手段）
９５ 雄ねじ部材
９６ 雌ねじ部材

Claims (1)

1. 第１部材（２３）に第１ジョイント（２０）を介して接続されたハウジング（３２）と、第２部材（１１）に第２ジョイント（２１）を介して接続された出力ロッド（３３）とを、雄ねじ部材（９５）に雌ねじ部材（９６）を螺合した送りねじ機構（３９）を介して軸方向伸縮自在に結合し、前記第１、第２ジョイント（２０，２１）の一方をボールジョイントで構成した伸縮アクチュエータであって、
   前記ハウジング（３２）に対する前記出力ロッド（３３）の相対回転を防止する相対回転防止手段（３３ｃ，８２）を設けたことを特徴とする伸縮アクチュエータ。

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