JP2009247109A - 伸縮アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 伸縮アクチュエータの出力ロッドのストローク位置をストロークセンサで検出するものにおいて、複雑な演算処理の必要を無くしながら伸縮アクチュエータの軸方向寸法を短縮する。
【解決手段】 相互に螺合する雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６よりなる送りねじ機構３９の雄ねじ部材９５の回転角を３６０°未満に設定し、出力ロッド３３のストローク位置を検出するストロークセンサ１０２が、被検出部１０４および検出部１０５により検出した雄ねじ部材９５の回転角に基づいて出力ロッド３３のストローク位置を検出するので、雄ねじ部材９５の回転数を演算する必要が無くなって演算処理が簡単になるだけでなく、出力ロッド３３に設けた検出部１０４の位置をハウジング３２に設けた検出部１０５で検出するものに比べて、検出部１０５の軸方向寸法を短縮して伸縮アクチュエータ１４の軸方向寸法を小型化することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、相互に螺合する第１ねじ部材および第２ねじ部材よりなる送りねじ機構を備え、前記第１ねじ部材をモータの回転軸に接続して前記第２ねじ部材を出力ロッドに接続し、前記モータの回転軸の回転による前記出力ロッドのストローク位置をストロークセンサで検出する伸縮アクチュエータに関する。

電動モータの回転をボールねじ機構で出力ロッドの伸縮動に変換する伸縮アクチュエータにおいて、出力ロッドの回転角をレゾルバで検出することで、出力ロッドのストローク位置を検出するものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００７−１８７２６２号公報

ところで上記従来のものは、出力ロッドが収縮側の限界位置から伸長側の限界位置まで移動する間にボールねじ機構の雌ねじ部材が３６０°を超えて回転するため、雌ねじ部材の回転角から該雌ねじ部材の回転数を演算する必要があり、出力ロッドのストローク位置を検出するための演算処理が複雑になる問題がある。

これを回避するために、出力ロッドに設けた被検出部をハウジングに設けた検出部で直接検出することが考えられるが、このようにすると、検出部の軸方向寸法を少なくとも被検出部の移動距離に等しくする必要があり、検出部の大型化によって伸縮アクチュエータの軸方向寸法が大型化する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、伸縮アクチュエータの出力ロッドのストローク位置をストロークセンサで検出するものにおいて、複雑な演算処理の必要を無くながら伸縮アクチュエータの軸方向寸法を短縮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、相互に螺合する第１ねじ部材および第２ねじ部材よりなる送りねじ機構を備え、前記第１ねじ部材をモータの回転軸に接続して前記第２ねじ部材を出力ロッドに接続し、前記モータの回転軸の回転による前記出力ロッドのストローク位置をストロークセンサで検出する伸縮アクチュエータにおいて、前記第１ねじ部材の回転角は３６０°未満に設定され、前記ストロークセンサは前記第１ねじ部材の回転角に基づいて前記出力ロッドのストローク位置を検出することを特徴とする伸縮アクチュエータが提案される。

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、前記第１ねじ部材は軸方向のスラスト力をハウジングに伝達するスラスト受けフランジを備え、前記ストロークセンサは前記スラスト受けフランジの外周に設けられた被検出部と、前記ハウジングに設けられて前記被検出部に対向する検出部とを備える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、実施の形態の雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６はそれぞれ本発明の第１ねじ部材および第２ねじ部材に対応する。

請求項１の構成によれば、相互に螺合する第１ねじ部材および第２ねじ部材よりなる送りねじ機構の第１ねじ部材の回転角を３６０°未満に設定し、出力ロッドのストローク位置を検出するストロークセンサが第１ねじ部材の回転角に基づいて出力ロッドのストローク位置を検出するので、第１ねじ部材の回転数を演算する必要が無くなって演算処理が簡単になるだけでなく、出力ロッドに設けた被検出部の位置をハウジングに設けた検出部で検出するものに比べて、検出部の軸方向寸法を短縮して伸縮アクチュエータの軸方向寸法を小型化することができる。

また請求項２の構成によれば、ストロークセンサを、第１ねじ部材の軸方向のスラスト力をハウジングに伝達するスラスト受けフランジの外周に設けられた被検出部と、ハウジングに設けられて被検出部に対向する検出部とで構成したので、被検出部および検出部を径方向内外に配置して伸縮アクチュエータの軸方向寸法を更に短縮することができる。

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１６，１７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。

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を第１、第２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。

送りねじ機構３９の雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６は複数条（実施の形態では４条）のねじ山を有する多条ねじ（早ねじ）で構成されており、従って雄ねじ部材９５および雌ねじ部材９６が３６０°相対回転したときのストロークＳはねじ山の１ピッチ長に条数を掛けた分（実施の形態ではねじ山の４ピッチ分）になる。

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設けられたストロークセンサ１０２は、送りねじ機構３９の雄ねじ部材９５と一体のスラスト受けフランジ７４の回転位置を検出するレゾルバで構成される。即ち、ストロークセンサ１０２は、スラスト受けフランジ７４の外周面に所定間隔で固定された複数の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よりなる検出部１０５を収納するセンサ本体１０６とを備える。そして検出部１０５がスペーサカラー７７に形成した開口７７ａと、第２ハウジング３２に形成した開口３２ｄとを介して被検出部１０４…に対向するように、センサ本体１０６が第２ハウジング３２に固定される。

図４から明らかなように、スラスト受けフランジ７４に近い第２ハウジング３２の内周面のサークリップよりなる収縮側ストッパ９８が装着されており、この収縮側ストッパ９８に出力ロッド３３の突き当て部３３ｃが当接可能に対向する。また図５から明らかなように、出力ロッド３３の外周面にサークリップよりなる伸長側ストッパ９９が装着されており、この伸長側ストッパ９９にエンド部材９３の突き当て部９３ａが当接可能に対向する。

収縮側ストッパ９８が出力ロッド３３の突き当て部３３ｃに当接する収縮端から、伸長側ストッパ９９がエンド部材９３の突き当て部９３ａに当接する伸長端までの出力ロッド３３のストロークは、前記ストロークＳ（ねじ山の４ピッチ分）よりも僅かに小さく設定される。従って、出力ロッド３３が前記ストロークＳだけ移動する間の雄ねじ部材９５の回転角は、３６０°未満となる。

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。

さて、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、ストロークセンサ１０２が出力ロッド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る。即ち、ストロークセンサ１０２は、送りねじ機構２９の雄ねじ部材９５と一体のスラスト受けフランジ７４が回転すると、スラスト受けフランジ７４の外周面に固定した永久磁石よりなる被検出部１０４…を第２ハウジング３２に固定したセンサ本体１０６の検出部１０５で検出することで、雄ねじ部材９５の回転角を検出する。雄ねじ部材９５の回転角は、出力ロッド３３のストロークと１対１の対応関係にあるため、雄ねじ部材９５の回転角から出力ロッド３３のストローク位置を知ることができる。

レゾルバよりなるストロークセンサ１０２により、検出した雄ねじ部材９５の回転角α°と３６０°＋α°とを識別ようとすると、特別なロジックが必要となる。しかしながら、収縮側ストッパ９８および伸長側ストッパ９９によって雄ねじ部材９５（つまりスラスト受けフランジ７４）の回転角が３６０°未満に制限されているので、特別なロジックを必要とせずに出力ロッド３３のストローク位置を知することができる。しかも送りねじ機構３９に多条ねじを用いているので、その雄ねじ部材９５の回転角を３６０°未満に制限しても、出力ロッド３３に充分なストローク量を与えることができる。

以上のように、ストロークセンサ１０２の被検出部１０４…および検出部１０５を径方向内外に配置したので、それらを軸方向に配置したものに比べて、ストロークセンサ１０２の軸方向寸法を短縮することができ、また雄ねじ部材９５と一体のスラスト受けフランジ７４に設けた被検出部１０４…は、周方向に移動するだけで軸方向には移動しないので、検出部１０５の軸方向寸法を短縮してストロークセンサ１０２の軸方向寸法を短縮することができ、これによりトーコントロールアクチュエータ１４の小型化に寄与することができる。

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、実施の形態ではモータ３６側に雄ねじ部材９５を接続し、出力ロッド３３側に雌ねじ部材９６を接続しているが、その関係を逆転し、モータ３６側に雌ねじ部材９６を接続し、出力ロッド３３側に雄ねじ部材９５を接続しても良い。

また本発明の伸縮アクチュエータは実施の形態の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

符号の説明

３２ 第２ハウジング（ハウジング）
３３ 出力ロッド
３６ モータ
３９ 送りねじ機構
４５ 回転軸
７４ スラスト受けフランジ
９５ 雄ねじ部材（第１ねじ部材）
９６ 雌ねじ部材（第２ねじ部材）
１０２ ストロークセンサ
１０４ 被検出部
１０５ 検出部

Claims (2)

1. 相互に螺合する第１ねじ部材（９５）および第２ねじ部材（９６）よりなる送りねじ機構（３９）を備え、前記第１ねじ部材（９５）をモータ（３６）の回転軸（４５）に接続して前記第２ねじ部材（５６）を出力ロッド（３３）に接続し、前記モータ（３６）の回転軸（４５）の回転による前記出力ロッド（３３）のストローク位置をストロークセンサ（１０２）で検出する伸縮アクチュエータにおいて、
   前記第１ねじ部材（９５）の回転角は３６０°未満に設定され、前記ストロークセンサ（１０２）は前記第１ねじ部材（９５）の回転角に基づいて前記出力ロッド（３３）のストローク位置を検出することを特徴とする伸縮アクチュエータ。
2. 前記第１ねじ部材（９５）は軸方向のスラスト力をハウジング（３２）に伝達するスラスト受けフランジ（７４）を備え、前記ストロークセンサ（１０２）は前記スラスト受けフランジ（７４）の外周に設けられた被検出部（１０４）と、前記ハウジング（３２）に設けられて前記被検出部（１０４）に対向する検出部（１０５）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の伸縮アクチュエータ。

Images