JP2009236212A - 伸縮アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウジングの内部に収納される遊星歯車式の減速機の熱膨張あるいは熱収縮の影響を最小限に抑える。
【解決手段】 ハウジング３１に収納した遊星歯車式の減速機３７の各部材のうち、ハウジング３１の内周面にねじ結合されるリングギヤ６３の材質を、他のギヤの材質（鉄）と異ならせてハウジング３１の材質（アルミニウム合金）と同じにしたので、温度変化に伴う熱膨張や熱収縮が発生したときに、ハウジング３１の内径がリングギヤ６３の外径よりも大きくなってリングギヤ６３のねじ結合が緩んだり、ハウジング３１の軸方向の伸縮量とリングギヤ６３の軸方向の伸縮量とが異なって他部材との干渉が生じたりするのを防止することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、モータの回転軸の回転を、ハウジングに収納した遊星歯車式の減速機および送りねじ機構を介して出力ロッドの伸縮動に変換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伸縮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、前記伸縮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

かかる伸縮アクチュエータで、モータの回転を遊星歯車式の減速機で減速して送りねじ機構に伝達することで出力ロッドの伸縮動させる場合、前記減速機の最も径方向外側に位置するリングギヤを、ハウジングの内周面にねじ結合することが考えられる。この場合、減速機のリングギヤを他のサンギヤやピニオンと同じ鉄製とすると、鉄製のリングギヤとアルミニウム合金製のハウジングとの熱膨張率の差により、リングギヤのねじ結合が緩み易くなったり、リングギヤが他部材と干渉したりする可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ハウジングの内部に収納される遊星歯車式の減速機の熱膨張あるいは熱収縮の影響を最小限に抑え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、モータの回転軸の回転を、ハウジングに収納した遊星歯車式の減速機および送りねじ機構を介して出力ロッドの伸縮動に変換する伸縮アクチュエータであって、前記ハウジングの内周面にねじ結合される前記減速機のリングギヤの材質を、該減速機の他のギヤの材質と異ならせるとともに前記ハウジングの材質と同じにし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、実施の形態の第１、第２ハウジング３１，３２は本発明のハウジングに対応する。

請求項１の構成によれば、ハウジングに収納した遊星歯車式の減速機の各部材のうち、ハウジングの内周面にねじ結合されるリングギヤの材質を、他のギヤの材質と異ならせてハウジングの材質と同じにしたので、温度変化に伴う熱膨張や熱収縮が発生したときに、ハウジングの内径がリングギヤの外径よりも大きくなってリングギヤのねじ結合が緩んだり、ハウジングの軸方向の伸縮量とリングギヤの軸方向の伸縮量とが異なって他部材との干渉が生じたりするのを防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６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１６，１６；１７，１７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６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と、遊星歯車式の減速機３７とが収納され、第２ハウジング３２の内部には、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４および図６から明らかなように、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１ハウジング３１の開口部にねじ結合されたリングギヤ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の入力部材であるスラスト受けフランジ７４にカップリンング３８を介して接続される。概ね円板状のスラスト受けフランジ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とスラスト受けフランジ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とスラスト受けフランジ７４との間のスラスト荷重を支持するように配置される。

第１、第２遊星歯車機構６１，６２に共通のリングギヤ６３は、その外周面が第１ハウジング３１の内周面にねじ結合されており、リングギヤ６３の送りねじ機構３９側の端面から突出する突起６３ａが、ロックナット７８のモータ３６側の端面に僅かな隙間αを介して対向する。第１、第２遊星歯車機構６１，６２の各部材は鉄製であるが、リングギヤ６３だけは、それがねじ結合される第１ハウジング３１と同じ材質であるアルミニウム合金製とされる。

従って、スラストベアリング７５，７６を保持するロックナット７８が第２ハウジング３２に対して緩んでも、そのロックナット７８のモータ３６側の端面にリングギヤ６３の突起６３ａが僅かな隙間αを介して対向しているため、その突起６３ａに阻止されてロックナット７８の脱落が防止され、これと同時に、緩んだリングギヤ６３の脱落もロックナット７８によって防止される。また第１ハウジング３１および第２ハウジング３２を結合するとき、リングギヤ６３が第１ハウジング３１に完全にねじ込まれていない場合や、ロックナット７８が第２ハウジング３２に完全にねじ込まれていない場合には、リングギヤ６３の突起６３ａとロックナット７８とが干渉することで第１、第２ハウジング３１，３２が結合不能になるため、リングギヤ６３あるいはロックナット７８の締め忘れを確実に防止することができる。

またアルミニウム合金製の第１ハウジング３１の内部に収納されている第１、第２遊星歯車機構６１，６２の鉄製の各部材は、それらの間に予めクリアランスを設けてあるため、各部材の熱膨張や熱収縮による相互干渉はあまり問題にはならない。しかしながら、リングギヤ６３だけは第１ハウジング３１に隙間なくねじ結合されるため、仮にリングギヤ６３を鉄製とすると、熱膨張率が小さい鉄製のリングギヤ６３と熱膨張率が大きいアルミニウム合金製の第１ハウジング３１とが、熱膨張率の差の影響を強く受けることになる。例えば、高温時には第１ハウジング３１が径方向に膨張し、リングギヤ６３とのねじ結合が緩み易くなったり、低温時には第１ハウジング３１が軸方向に収縮し、隙間αが詰まってリングギヤ６３の突起６３ａがロックナット７８と干渉したりする可能性がある。

しかしながら本実施の形態では、リングギヤ６３を第１ハウジング３１と同じアルミニウム合金製とすることで、上述した問題を解決することができる。

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およびスラスト受けフランジ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個にスラスト受けフランジ７４の４個の爪７４ａ…が係合する。

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。スラスト受けフランジ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、スラスト受けフランジ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。

スラスト受けフランジ７４が雄ねじ部材９５に接続する部分の近傍の外周に、例えばサークリップよりなるグリス止め部材９８が装着される。雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６の噛合部に保持されたグリスには該噛合部で発生した金属の摩耗粉が混入しているため、このグリスが送りねじ機構３９側のスラストベアリング７５に流入すると、スラストベアリング７５の耐久性を低下させる虞がある。しかしながら本実施の形態によれば、グリス止め部材９８によって雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６の噛合部に保持されたグリスがスラストベアリング７５側に流れるのを阻止し、スラストベアリング７５の耐久性を確保することができる。

またスラスト受けフランジ７４の送りねじ機構３９側のスラストベアリング７５は、第２ハウジング３２との間に第１ワッシャ９９を備え、スラスト受けフランジ７４との間に第２ワッシャ１００を備えているが、第１ワッシャ９９の下端は、それが接触する第２ハウジング３２の下端よりも距離ｄ１だけ下方に延びており、かつ第２ワッシャ１００の下端には、スラストベアリング７５の内周面を覆うように送りねじ機構３９側に距離ｄ２だけ折り曲げられた折り曲げ部１００ａが形成される。

このように、スラストベアリング７５を挟む第１、第２ワッシャ９９，１００で該スラストベアリング７５の内周部を覆うことで、雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６の噛合部に保持されたグリスがスラストベアリング７５に流入するのを、前記グリス止め部材９８との協働で一層確実に阻止することができる。

尚、スラスト受けフランジ７４のモータ３６側のスラストベアリング７６も、前記送りねじ機構３９側のスラストベアリング７５と同一構造になっているが、グリスはスラスト受けフランジ７４に阻止されてモータ３６側のスラストベアリング７６には殆ど流入する虞はないため、そのスラストベアリング７６の第１、第２ワッシャ９９，１００は通常の構造のものであっても良い。

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の伸縮位置を検出すべく、第２ハウジング３２にストロークセンサ１０２が設けられる。ストロークセンサ１０２は、出力ロッド３３の外周面に固定された環状の永久磁石よりなる可動ストッパ１０４位置を磁気的に検出するコイル１０５と、そのコイル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の移動に伴って可動ストッパ１０４と干渉するのを回避すべく、軸方向に延びる開口３２ｂが形成されており、その開口３２ｂの軸方向両端に前記可動ストッパ１０４が当接可能なエンド部材９３の固定ストッパ９３ａと、第２ハウジング３２の固定ストッパ３２ｄとが設けられる。

可動ストッパ１０４および二つの固定ストッパ９３ａ，３２ｄは出力ロッド３３の伸縮可能範囲を規制するもので、可動ストッパ１０４が固定ストッパ９３ａに当接することで出力ロッド３３の伸長限が規制され、可動ストッパ１０４が固定ストッパ３２ｄに当接することで出力ロッド３３の収縮限が規制される。そして可動ストッパ１０４を永久磁石で構成してストロークセンサ１０２のコイル１０５で検出可能にしたことで、特別の永久磁石を出力ロッド３３に固定部材を用いて固定する場合に比べて、その永久磁石および固定部材が不要になって部品点数、コストおよび設置スペースの削減が可能になる。

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。

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、実施の形態では第１、第２ハウジング３１，３２およびリングギヤ６３をアルミニウム合金製とし、減速機３７のリングギヤ６３以外のギヤを鉄製としているが、材質は前記アルミニウム合金製および鉄に限定されるものではない。

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

符号の説明

３１ 第１ハウジング（ハウジング）
３２ 第２ハウジング（ハウジング）
３３ 出力ロッド
３６ モータ
３７ 減速機
３９ 送りねじ機構
４５ 回転軸
６３ リングギヤ

Claims (1)

1. モータ（３６）の回転軸（４５）の回転を、ハウジング（３１，３２）に収納した遊星歯車式の減速機（３７）および送りねじ機構（３９）を介して出力ロッド（３３）の伸縮動に変換する伸縮アクチュエータであって、
   前記ハウジング（３１，３２）の内周面にねじ結合される前記減速機（３７）のリングギヤ（６３）の材質を、該減速機（３７）の他のギヤの材質と異ならせるとともに前記ハウジング（３１，３２）の材質と同じにしたことを特徴とする伸縮アクチュエータ。

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