JP2011256936A - リニアガイド装置およびこれを備えた電磁緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 スプライン内筒が均一の厚みを有しており、しかも、スプライン内筒とこれが取り付けられる部材との相対回転が防止されているリニアガイド装置およびこのようなリニアガイド装置を備えていることで横力に対する強度が高められた電磁緩衝器を提供する。
【解決手段】 リニアガイド装置7は、スプライン外筒31、スプライン内筒32およびこれらの間に配設されたボール33を備えている。スプライン内筒31に貫通状のキー孔34が形成されて、これに対応するキー溝35がホルダ5に形成され、スプライン内筒32のキー孔34および小径部材5のキー溝35にまたがってキー36が嵌め合わせられ、キー36に設けられたボルト挿通孔38に挿通されたボルト37が小径部材5のキー溝35の底面に設けられたねじ孔39にねじ合わされることで、スプライン内筒32と小径部材5とが相対移動不可能に結合されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、軸状または円筒状の小径部材とこれに同心状に配置された円筒状の大径部材との相対直線移動を案内するためのリニアガイド装置およびこのようなリニアガイド装置を備えた電磁緩衝器に関する。

従来、電磁緩衝器として、モータロータおよびモータステータからなるモータと、ねじ軸が直線移動することでモータロータを回転させるボールねじと、ねじ軸の直線移動を案内するボールスプラインと、ボールねじのナットを回転可能に保持しかつボールスプラインの外筒を回転不可能に保持して車体のマウント部に取り付けられるホルダと、ボールねじの下端側に直列に配置され下端部に設けられたブッシュを介してサスペンションロアアームに取り付けられるダンパとを備えているものが知られている（特許文献１）。

特開２００８−２１５５８８号公報

このような電磁緩衝器では、サスペンションロアアームから作用する横力を支持する必要があり、上記特許文献１のものでは、ねじ軸の直線移動を案内しているボールスプラインがこの横力を負担するようになっている。横力に対する強度確保のためには、ねじ軸の直線移動を案内しているボールスプラインよりも内径が大きくかつボールスプライン機能を有しているリニアガイド装置を新たに追加して、このリニアガイド装置と既存のボールスプラインとで横力を分担することが好ましい。リニアガイド装置を上記の電磁緩衝器に設けるには、リニアガイド装置のスプライン内筒をホルダの径方向外方に同心状に固定し、スプライン外筒をダンパのハウジングに同心状に固定する必要がある。

ここで、スプライン内筒をホルダに固定するには、例えば、ホルダに外向きフランジを設けるとともに、スプライン内筒に内向きフランジを設け、両フランジ同士をボルトで固定する方法があり、また、ホルダに環状の段差部を設けて、スプライン内筒がこの段差部で受け止められるようにしておき、ホルダの内周に設けられためねじ部にねじ合わされた円筒状おねじ部材を締め付けることによって、スプライン内筒をホルダの段差部とおねじ部材とによって挟持する方法がある。

上記のスプライン内筒をホルダに固定する方法において、前者の方法には、フランジの形成によって、スプライン内筒のスプライン軌道部の肉厚に差が生じ、熱処理時の歪が大きくなり、歩留まりが悪くなる可能性があるという問題がある。また、後者の方法には、おねじ部材の長さ分リニアガイド装置が長くなるという問題がある。

したがって、電磁緩衝器に適用するリニアガイド装置としては、スプライン内筒が均一の厚みを有しており、しかも、ホルダ（相対直線移動を行う２つの部材のうち相対的に小径の部材）に対するスプライン内筒の相対回転が防止されていることが求められる。

この発明の目的は、スプライン内筒が均一の厚みを有しており、しかも、スプライン内筒とこれが取り付けられる部材との相対回転が防止されているリニアガイド装置およびこのようなリニアガイド装置を備えていることで横力に対する強度が高められた電磁緩衝器を提供することにある。

この発明によるリニアガイド装置は、相対直線移動を行う２つの部材のうち相対的に大径とされた大径部材に同心状に固定されるスプライン外筒と、相対的に小径とされた小径部材に同心状に固定されるスプライン内筒と、スプライン外筒とスプライン内筒との間に配設されたボールとを備えたリニアガイド装置であって、スプライン内筒に貫通状のキー孔が形成されて、これに対応するキー溝が小径部材に形成され、スプライン内筒のキー孔および小径部材のキー溝にまたがってキーが嵌め合わせられ、キーに設けられたボルト挿通孔に挿通されたボルトが小径部材のキー溝の底面に設けられたねじ孔にねじ合わされることで、スプライン内筒と小径部材とが相対移動不可能に結合されていることを特徴とするものである。

リニアガイド装置を構成するスプライン外筒（内周にスプライン軌道が設けられた外筒）、スプライン内筒（外周にスプライン軌道が設けられた内筒）およびこれらの両筒（両スプライン軌道）間に配設されたボールは、一般的なボールスプラインと同じ構成であり、この構成により、大径部材と小径部材とは、相対的に回転することなく、相対直線移動する。スプライン外筒およびスプライン内筒は、例えば、高炭素鋼製の鍛造加工品とされる。

スプライン内筒と小径部材との結合は、キーを使用した結合とされ、これにより、スプライン内筒には、小径部材との結合のためのフランジを設ける必要がない。したがって、スプライン内筒の肉厚を軸方向で均一にすることができ、スプライン内筒における熱処理時の歪を小さくすることができる。また、スプライン内筒を挟持するためのおねじ部材またはナットが不要であるので、リニアガイド装置の軸方向長さが長くなることが防止される。しかも、ボルトは、キーを締め付けるようになっているので、ボルトがスプライン内筒に直接締め付けられる場合に比べて、スプライン内筒の変形が抑えられ、スプライン内筒の内周面と小径部材外周面との間の隙間がボルトの締付けによって変化しないことで、スプライン内筒と小径部材との間のクリアランスの確保が容易となる。

ボルトは、スプライン内筒の径方向外方から締め付けられ、ボルトの頭部がスプライン外筒の内周面に干渉しないように、スプライン内筒の外周面とほぼ面一となるまで締め付けられる。通常、キーとキー孔との間には、上下方向および回転方向ともに微小なガタが存在するので、このガタをなくすために、キーが弾性変形可能とされて、ボルトの締付けに伴ってその径が大きくなるようになされていることが好ましい。

このようにするには、例えば、キーのボルト挿通孔がスプライン内筒の軸線に近づくに連れて径が小さくなるテーパ状とされて、同孔内にこのテーパに対応するテーパ状のインサートが挿入されており、ボルトは、スプライン内筒の径方向外方からインサートに挿通されて、締付け時に、その頭部がインサートを押すようになされており、キーのボルト挿通孔周縁に、キーの外径が大きくなることを容易とする切欠きが設けられているものとされる。

このようにすると、ボルトが締め付けられた場合、キーとホルダとがボルトで締結されるとともに、キーが弾性変形してキーとキー孔との間にあった隙間が弾性変形した部分で埋められるようになり、キーとキー孔との間のガタがなくなる。

上記リニアガイド装置は、軸状または円筒状の小径部材とこれに同心状に配置された円筒状の大径部材との相対直線移動を案内する用途において、小径部材または大径部材が横力を受けるという条件下で使用するのに適している。このような用途としては、例えば、電磁緩衝器が挙げられる。

電磁緩衝器は、モータロータおよびモータステータからなるモータと、ねじ軸が直線移動することでモータロータを回転させるボールねじと、ねじ軸の直線移動を案内するボールスプラインと、ボールねじのナットを回転可能に保持しかつボールスプラインの外筒を回転不可能に保持するホルダと、ボールねじの下端側に直列に配置されたダンパとを備えており、タイヤから伝わる外力によってねじ軸が軸方向に直線移動し、これに伴ってモータロータが回転し、この回転運動をモータに取り込んで、モータで発生する電磁力を減衰力として利用するようになっている。そして、このような電磁緩衝器では、サスペンションロアアームからブッシュを介してダンパに作用する横力を支持する必要があり、ホルダとダンパとの相対直線移動を案内するリニアガイド装置を新たに追加して、このリニアガイド装置と既存のボールスプラインとで横力を分担することが好ましい。

そこで、上記のリニアガイド装置を使用し、ホルダを小径部材としてこれにスプライン内筒が固定され、ダンパのハウジングに固定された部材を大径部材としてこれにスプライン外筒が固定されているものとすることにより、リニアガイド装置を備えた電磁緩衝器を得ることができる。この電磁緩衝器によると、これに作用する横力は、ボールスプラインおよびリニアガイド装置の両方で負担され、これにより、横力に対する強度が高められる。

この電磁緩衝器において、ねじ軸の直線移動を案内するボールスプラインは、ねじ軸に設けられたスプライン軌道と、ねじ軸に嵌め合わされるとともにホルダに固定されねじ軸の直線運動を案内するスプライン外筒と、ねじ軸とスプライン外筒との間に配設されたボールとを備えているものとされる。リニアガイド装置のスプライン外筒が固定される部材は、ダンパのハウジングと一体で移動するものであればよい。

この発明のリニアガイド装置によると、スプライン内筒に貫通状のキー孔が形成されて、これに対応するキー溝が小径部材に形成され、スプライン内筒のキー孔および小径部材のキー溝にまたがってキーが嵌め合わせられ、キーに設けられたボルト挿通孔に挿通されたボルトが小径部材のキー溝の底面に設けられたねじ孔にねじ合わされることで、スプライン内筒と小径部材とが相対移動不可能に結合されているので、スプライン内筒にフランジなどの結合用部分を設けなくても小径部材との結合が可能であり、したがって、スプライン内筒の肉厚を軸方向で均一にすることができ、これにより、スプライン内筒における熱処理時の歪を小さくすることができ、製品品質が向上する。

この発明の電磁緩衝器によると、電磁緩衝器に作用する横力は、ボールスプラインおよびリニアガイド装置の両方で負担され、これにより、横力に対する強度が高められる。

図１は、この発明のリニアガイド装置およびこれを備えた電磁緩衝器の１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、リニアガイド装置の分解斜視図である。 図３は、この発明のリニアガイド装置の他の実施形態の要部の分解斜視図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図１の上下をいうものとする。

図１は、この発明によるリニアガイド装置およびこれを備えた電磁緩衝器を示している。

同図に示すように、電磁緩衝器(1)は、中空状のモータロータ(14)および円筒状のモータステータ(15)からなるモータ(2)と、ねじ軸(11)が直線移動することでモータロータ(14)を回転させるボールねじ(3)と、ねじ軸(11)の直線移動を案内するボールスプライン(4)と、ボールねじ(3)のナット(12)を回転可能に保持しかつボールスプライン(4)の外筒(17)を回転不可能に保持するホルダ(5)と、ボールねじ(3)の下端側に直列に配置されたダンパ(6)と、ホルダ(5)の外側に設けられてダンパ(6)に作用する横力を支持するリニアガイド装置(7)とを備えている。

電磁緩衝器(1)は、ホルダ(5)の上端部が車体のマウント部に取り付けられ、ダンパ(6)がブッシュ(8)を介してサスペンションロアアームに取り付けられることで、車体に取り付けられる。

ボールねじ(3)は、ねじ溝(11a)が設けられており上下にのびる鋼製ねじ軸(11)と、ねじ軸(11)にボール（図示略）を介してねじ合わされた回転自在の鋼製ボールねじナット(12)と、ボールねじナット(12)に一体化されて上方にのびる中空軸(13)とを備えている。モータロータ(14)は、中空軸(13)に固定されており、モータステータ(15)は、モータロータ(14)を囲むようにホルダ(5)頂部に設けられたモータハウジング(16)に固定されている。

ボールスプライン(4)は、ねじ軸(11)に設けられたスプライン軌道(11b)と、ねじ軸(11)に嵌め合わされるとともにホルダ(5)に固定されねじ軸(11)の上下方向（軸方向）直線運動を案内するボールスプライン外筒(17)と、ねじ軸(11)とスプライン外筒(17)との間に配設されたボール（図示略）とを備えている。

ホルダ(5)の内周には、ボールねじナット(12)を上下移動不可能にかつ回転可能に支持する玉軸受(19)が設けられている。

ダンパ(6)は、作動液を収容する円筒状のダンパハウジング(21)と、ダンパハウジング(21)内に摺動可能に配置されたピストン(22)と、ピストン(22)が下端部に固定されたピストンロッド(23)とを有している。

ねじ軸(11)の下端部は、ボールスプライン外筒(17)の下端よりも下方にあり、ここにダンパハウジング(21)の上端よりも上方にあるピストンロッド(23)の上端部が連結されている。

モータ(2)、ボールねじナット(12)、ホルダ(5)、ボールスプライン外筒(17)などは、電磁緩衝器(1)のアクチュエータのばね上部側ユニットを構成しており、ねじ軸(11)、ピストンロッド(23)などは、電磁緩衝器(1)のアクチュエータのばね下部側ユニットを構成している。そして、ばね上部側ユニットがマウント部に連結されるとともに、ばね下部側ユニットがダンパ(6)および上下２つの圧縮コイルばね(24)(25)を介してサスペンションロアアームに連結されることにより、ばね上部とばね下部とが相対移動する場合に、ボールねじナット(12)に対してねじ軸(11)が上下移動し、その上下移動に伴って、ボールねじナット(12)がねじ軸(11)に対して回転し、ボールねじナット(12)と一体の中空軸(13)およびモータロータ(14)が回転する。

リニアガイド装置(7)は、ホルダ(5)とダンパ(6)との相対移動を案内するためのもので、上下の圧縮コイルばね(24)(25)を保持しているばね受け部材(26)に固定されてダンパハウジング(21)と一体で上下移動するカバー(27)とホルダ(5)との間に設けられており、相対的に小径のホルダ(5)と相対的に大径のカバー(27)との相対移動を案内している。

リニアガイド装置(7)は、内周にスプライン軌道(31a)を有しホルダ(5)に対して相対直線移動するカバー（大径部材）(27)に同心状に固定されるスプライン外筒(31)と、外周にスプライン軌道(32a)を有しホルダ（小径部材）(5)の径方向外方に同心状に固定されるスプライン内筒(32)と、スプライン外筒(31)とスプライン内筒(32)との間に配設された複数のボール(33)とを備えている。

スプライン外筒(31)の下端部には、フランジ(31b)が設けられており、このフランジ(31b)とダンパハウジング(21)と一体で上下移動するカバー(27)上端部に設けられたフランジ部(27a)とが重ね合わされて、ボルト（図示略）によって結合されている。

スプライン内筒(32)には、貫通状のキー孔(34)が形成されており、これに対応するキー溝(35)がホルダ(5)に形成されている。そして、スプライン内筒(32)のキー孔(34)およびホルダ(5)のキー溝(35)にまたがってキー(36)が嵌め合わせられ、ボルト(37)によってキー(36)がホルダ(5)に固定されている。ボルト(37)は、スプライン内筒(32)の径方向外方から締め付けられ、ボルト(37)の頭部がスプライン外筒(31)の内周面に干渉しないように、スプライン内筒(32)の外周面とほぼ面一となるまで締め付けられる。

図２に示すように、スプライン内筒(32)のキー孔(34)は、上下に長い長円形とされており、スプライン軌道(32a)を避けて、周方向に等間隔で３つ設けられている。キー溝(35)は、上下にのびるストレート状とされている。キー(36)は、上下に長い長円形とされており、その上半部のほぼ中央と下半部のほぼ中央とにそれぞれボルト挿通孔(38)が設けられている。ホルダ(5)のキー溝(35)の底面には、キー(36)のボルト挿通孔(38)に対応する上下のねじ孔(39)が設けられている。そして、キー(36)の各ボルト挿通孔(38)に挿通されたボルト(37)がホルダ(5)のキー溝(35)のねじ孔(39)にねじ合わされることで、スプライン内筒(32)とホルダ(5)とがキー(36)を介して相対移動不可能に結合されている。

上記電磁緩衝器(1)は、タイヤから伝わる外力によってねじ軸(11)が軸方向に直線移動し、これに伴ってモータロータ(14)が回転し、この回転運動をモータ(2)に取り込んで、モータ(2)で発生する電磁力を減衰力として利用するようになっている。

また、上記リニアガイド装置(7)によると、ブッシュ(8)に上向きの力が作用すると、ダンパハウジング(21)、ばね受け部材(26)およびカバー(27)がこれと一体で移動することで、スプライン外筒(31)がスプライン内筒(32)に対して上向きに移動し、ホルダ(5)とダンパ(6)との相対直線移動が案内される。この際、リニアガイド装置(7)は、そのボールスプライン機能によってホルダ(5)とダンパ(6)との相対回転を規制するとともに、ブッシュ(8)に横力が作用した際の横力支持機能を発揮する。

上記の電磁緩衝器(1)では、ステアリング操作時等にダンパ(6)の下端部に横力が作用するようになっており、これがボールスプライン(4)に作用する。ボールスプライン(4)は、ボールねじナット(12)で発生するトルクの反力に加えて、この横力を受けることになり、これが寿命低下の原因となっているが、この横力がリニアガイド装置(7)によって分担される。これにより、ボールスプライン(4)および電磁緩衝器(1)の横力に対する強度が高められている。

そして、このリニアガイド装置(7)におけるスプライン内筒(32)と小径部材であるホルダ(5)との結合がキー(36)を使用した結合とされているので、スプライン内筒(32)には、ホルダ(5)との結合のためのフランジが不要であり、スプライン内筒(32)の肉厚が軸方向で均一になっている。このため、スプライン内筒(32)における熱処理時の歪を小さくすることができ、製品品質が向上している。また、ボルト(37)は、スプライン内筒(32)ではなくキー(36)を締め付けるようになっているので、スプライン内筒(32)の変形が抑えられ、スプライン内筒(32)の内周面とホルダ(5)外周面との間に適正なクリアランスが確保される。

上記のリニアガイド装置(7)において、ボルト(37)は、キー(36)を締め付けるので、スプライン内筒(32)の変形が抑えられる一方、キー(36)とスプライン内筒(32)のキー孔(34)との間に、上下方向および回転方向の微小なガタが存在している。

図３に示す実施形態は、上記のガタをなくすために、キー(41)が弾性変形するようになされたもので、キー(41)に設けられたボルト挿通孔(42)がテーパ状とされて、このボルト挿通孔(42)にテーパ状のインサート(43)が挿入されており、キー(41)のボルト挿通孔(42)周縁に、キー(41)の外径が大きくなることを容易とする切欠き(44)が設けられている。

ボルト挿通孔(42)およびインサート(43)は、スプライン内筒(32)のキー孔(34)にキー(41)が嵌め入れた際に、スプライン内筒(32)の軸線に近づくに連れて径が小さくなるテーパ状とされている。切欠き(44)は、キー(41)の上端または下端からボルト挿通孔(42)に通じるように設けられている。これにより、上側のボルト挿通孔(42)の周縁部は、上向きに開口したＣ字状に、下側のボルト挿通孔(42)の周縁部は、下向きに開口したＣ字状になっている。

したがって、インサート(43)は、これに挿通されたボルト(37)が締め付けられることで、ボルト(37)の頭部に押されて、ボルト挿通孔(42)内をスプライン内筒(32)に近づいていき、ボルト挿通孔(42)の周縁部の切欠き(44)を拡げて、キー(41)を外径が大きくなるように弾性変形させる。こうして、ボルト(37)が締め付けられた場合、キー(41)とホルダ(5)とがボルト(37)で締結されるとともに、キー(41)が弾性変形してキー(41)とキー孔(34)との間にあった隙間が弾性変形した部分で埋められるようになり、キー(41)とキー孔(34)との間のガタがなくなる。

なお、キー(41)を外径が大きくなるように弾性変形させるための切欠き(44)は、上記の形状に限られるものではなく、また、キー(41)を外径が大きくなるように弾性変形させるための構成としては、上記切欠き(44)に限定されるものではなく、例えば、キーの材質自体を弾性変形しやすいものとして、切欠きを省略するようにしてもよい。

(1) 電磁緩衝器
(2) モータ
(3) ボールねじ
(4) ボールスプライン
(5) ホルダ（小径部材）
(6) ダンパ
(7) リニアガイド装置
(11) ねじ軸
(12) ボールねじナット
(14) モータロータ
(15) モータステータ
(17) ボールスプライン外筒
(27) カバー（大径部材）
(31) スプライン外筒
(32) スプライン内筒
(33) ボール
(34) キー孔
(35) キー溝
(36) キー
(37) ボルト
(38) ボルト挿通孔
(39) ねじ孔
(41) キー
(42) ボルト挿通孔
(43) インサート
(44) 切欠き

Claims (3)

1. 相対直線移動を行う２つの部材のうち相対的に大径とされた大径部材に同心状に固定されるスプライン外筒と、相対的に小径とされた小径部材に同心状に固定されるスプライン内筒と、スプライン外筒とスプライン内筒との間に配設されたボールとを備えたリニアガイド装置であって、
   スプライン内筒に貫通状のキー孔が形成されて、これに対応するキー溝が小径部材に形成され、スプライン内筒のキー孔および小径部材のキー溝にまたがってキーが嵌め合わせられ、キーに設けられたボルト挿通孔に挿通されたボルトが小径部材のキー溝の底面に設けられたねじ孔にねじ合わされることで、スプライン内筒と小径部材とが相対移動不可能に結合されていることを特徴とするリニアガイド装置。
2. キーのボルト挿通孔がスプライン内筒の軸線に近づくに連れて径が小さくなるテーパ状とされて、同孔内にこのテーパに対応するテーパ状のインサートが挿入されており、ボルトは、スプライン内筒の径方向外方からインサートに挿通されて、締付け時に、その頭部がインサートを押すようになされており、キーのボルト挿通孔周縁に、キーの外径が大きくなることを容易とする切欠きが設けられていることを特徴とする請求項１のリニアガイド装置。
3. モータロータおよびモータステータからなるモータと、ねじ軸が直線移動することでモータロータを回転させるボールねじと、ねじ軸の直線移動を案内するボールスプラインと、ボールねじのナットを回転可能に保持しかつボールスプラインの外筒を回転不可能に保持するホルダと、ボールねじの下端側に直列に配置されたダンパとを備えている電磁緩衝器において、
   ホルダとダンパとの相対直線移動を案内するリニアガイド装置をさらに備えており、リニアガイド装置が請求項１または２のものとされて、ホルダを小径部材としてこれにスプライン内筒が固定され、ダンパのハウジングに固定された部材を大径部材としてこれにスプライン外筒が固定されていることを特徴とする電磁緩衝器。

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