JP2012002301A - 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】 スプライン軌道形成時に砥石と干渉する外向きフランジがスプライン内筒に一体に形成されていない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】 スプライン内筒32の内側に、スプライン内筒32をねじ軸案内用ボールスプライン4の外筒17に取り付けるための円筒部材34が配されている。円筒部材34は、スプライン内筒32にスプライン嵌合されるとともに、スプライン内筒32内周に設けられた止め輪39とスプライン内筒32内周に設けられためねじ部37にねじ合わされたおねじ部材38とによって挟持されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、相対直線移動を行う２つの部材のうち一方の部材に取り付けられるスプライン外筒と、同他方の部材に取り付けら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、モータ、ボールねじおよびボールスプラインを収容して車体のマウント部に取り付けられるハウジングと、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、スプライン外筒およびスプライン内筒に他の部材との結合用のフランジを形成することが望ましい。

ここで、スプライン内筒に結合用の内向きフランジがあると、スプライン内筒軌道部の肉厚差が大きくなり、熱処理による歪が大きくなって、歩留まりが悪くなるという問題が生じる。

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、スプライン内筒に内向きフランジが一体に形成されていないことが求められる。

この発明の目的は、内向きフランジがスプライン内筒に一体に形成されていない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つの部材のうち一方の部材に取り付けられるスプライン外筒と、同他方の部材に取り付けら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において、スプライン内筒の内側に、スプライン内筒を他方の部材に取り付けるための円筒部材が配されており、該円筒部材は、スプライン内筒にスプライン嵌合されるとともに、スプライン内筒内周に設けられたストッパとスプライン内筒内周に設けられためねじ部にねじ合わされたおねじ部材とによって挟持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、スプライン外筒が固定された部材とスプライン内筒が固定された部材とは、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。

スプライン内筒を他方の部材に取り付けるための円筒部材には、例えば、その結合のための内向きフランジが設けられる。

相対直線移動を行う２つの部材のうち一方の部材とスプライン外筒との固定は、例えば、スプライン外筒の外周面（スプライン軌道が無い方の面）にフランジを設けて、これと一方の部材に設けられたフランジとを重ね合わせて、ボルトで結合することで行うことができる。また、同他方の部材とスプライン内筒との固定は、例えば、スプライン内筒の内周面（スプライン軌道が無い方の面）にフランジを設けて、これと他方の部材に設けられたフランジとを重ね合わせて、ボルトで結合することで行うことができる。ここで、スプライン内筒に内向きフランジを設けると、スプライン内筒軌道部の肉厚差が大きくなり、熱処理による歪が大きくなって、歩留まりが悪くなるという問題が生じる。

この問題を解消するには、内向きフランジを別体品にすればよいが、別体品の内向きフランジをスプライン内筒に固定（回転不可能かつ直線移動不可能）する必要がある。そこで、ストッパ（例えば止め輪）とおねじ部材とによって挟持することで、円筒部材の直線移動を不可能にし、回転移動に対しては、挟持による分だけでなく、スプライン嵌合とすることでこれを防止する。これにより、スプライン内筒にこれとは一体ではない内向きフランジが一体的（回転不可能かつ直線移動不可能）に形成され、スプライン内筒と円筒部材とを合わせたものを内向きフランジ付きの１部品として扱うことで、これを他方の部材に容易に取り付けることができる。スプライン内筒には内向きフランジが設けられないので、スプライン内筒における熱処理時の歪が小さくなり、歩留まりを改良することができる。

スプライン嵌合は、例えば、スプライン内筒および円筒部材にそれぞれ直線状のスプラインを設けることで行われ、好ましくは、いずれか一方のスプラインが所定角度（１〜１０°程度）傾斜した捩れ角付きのスプライン嵌合とされる。捩れ角を付けることで、回転方向のガタが無くなり、フレッチングを防止することができる。

この発明によるリニアガイド装置において、円筒部材の径方向内方にスプライン内筒の内径よりも外径が小さい小径ボールスプラインの小径スプライン外筒が配されており、円筒部材の一端部に設けられた内向きフランジと、小径ボールスプラインの小径スプライン外筒に設けられた外向きフランジとが重ねられて、ボルトによって結合されていることがある。

このリニアガイド装置によると、スプライン内筒（大径スプライン内筒）および円筒部材を基準にして、スプライン外筒（大径スプライン外筒）を介して大径部材の直線移動を案内するとともに、円筒部材に固定された小径スプライン外筒を有する小径スプラインを介して第３の部材（円筒部材よりもさらに小径の部材）の直線移動を案内することができ、これにより、２種類の相対直線移動を案内するコンパクトなリニアガイド装置が得られる。

上記リニアガイド装置は、２つまたは３つの部材の相対直線移動を案内する用途において、いずれかの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、モータ、ボールねじおよびボールスプラインを収容するハウジングと、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、ハウジング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、ダンパのハウジングに固定された部材を一方の部材としてこれにスプライン外筒が固定され、小径スプライン外筒がねじ軸案内用ボールスプラインの外筒とされ、円筒部材は、転がり軸受を介してボールねじのナットを回転可能に保持し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、リニアガイド装置の径方向内方に同心状に配置された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リニアガイド装置の円筒部材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（小径スプライン外筒）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（大径スプライン外筒）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、スプライン内筒の内側に、スプライン内筒を他方の部材に取り付けるための円筒部材が配されており、該円筒部材は、スプライン内筒にスプライン嵌合されるとともに、スプライン内筒内周に設けられたストッパとスプライン内筒内周に設けられためねじ部にねじ合わされたおねじ部材とによって挟持されているので、内向きフランジがスプライン内筒に一体に形成されていないものとすることができ、これにより、スプライン内筒における熱処理時の歪が小さくなり、歩留まりを改良することができる。

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、第１実施形態のリニアガイド装置の左半部の拡大縦面図である。

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ねじ軸案内用ボールスプライン(4)と、モータ(2)、ボールねじ(3)およびねじ軸案内用ボールスプライン(4)を収容するハウジング(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、ボールねじ(3)のナット(12)およびねじ軸案内用ボールスプライン(4)の外筒(17)を保持するとともにダンパ(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、ハウジング(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。ボールねじナット(12)は、玉軸受(19)によって支持されている。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)を囲むようにハウジング(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。

ねじ軸案内用ボールスプライン(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ハウジング(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外筒(17)と、ねじ軸(11)と外筒(17)との間に配設されたボール（図示略）とを備えている。外筒(17)は、ボールねじナット(12)の下方に若干の間隔をおいて位置させられている。

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)、ねじ軸案内用ボールスプライン(4)の外筒(17)、ハウジング(5)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、ハウジング(5)とダンパ(6)との相対移動を案内するためのもので、内周にスプライン軌道(31a)を有するスプライン外筒(31)と、外周にスプライン軌道(32a)を有しスプライン外筒(31)の径方向内方に同心状に配置されたスプライン内筒(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、スプライン内筒(32)の径方向内方に同心状に固定された円筒部材(34)とを備えている。

スプライン内筒(32)は、モータハウジング(16)と一体に結合されて、ハウジング(5)を構成している。

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。これにより、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)にスプライン外筒(31)が固定されている。

図２に示すように、円筒部材(34)は、円筒状本体(41)と、本体(41)の下端部に一体に形成された内向きフランジ(42)とからなる。

スプライン内筒(32)の中程の部分の内周には、スプライン溝(35)が形成されており、円筒部材(34)にこれに対応するスプライン歯(36)が形成されて、スプライン内筒(32)と円筒部材(34)とは、スプライン嵌合によってその相対回転が防止されている。スプライン内筒(32)と円筒部材(34)とのスプライン嵌合は、捩れ角付きのものとされており、いずれか一方のスプライン（例えばスプライン内筒(32)のスプライン溝(35)）が軸線方向に平行に形成され、他方のスプライン（例えば円筒部材(34)のスプライン歯(36)）が軸線方向に平行な線に対して数°傾斜させられている。捩れ角は、スプライン溝(35)とスプライン歯(36)との嵌合が締め代を有するようにするものであり、これにより、回転方向のガタが無くなり、フレッチングを防止することができる。

スプライン内筒(32)の内周には、スプライン溝(35)の下端位置からスプライン内筒(32)の下端まで延びるめねじ部(37)が設けられており、このめねじ部(37)に短円筒状のおねじ部材(38)がねじ合わされている。

円筒部材(34)の上端は、ボールねじナット(12)を支持している玉軸受(19)の外輪(19a)の下端を受けており、玉軸受(19)の外輪(19a)の上端は、スプライン内筒(32)内周に嵌められた止め輪（ストッパ）(39)によって受けられている。したがって、スプライン内筒(32)のめねじ部(37)にねじ合わされたおねじ部材(38)を締め付けることにより、玉軸受(19)の外輪(19a)および円筒部材(34)が止め輪(39)とおねじ部材(38)とによって挟持される。これにより、玉軸受(19)の外輪(19a)および円筒部材(34)がスプライン内筒(32)に回転不可能に保持される。こうして、スプライン内筒(32)と円筒部材(34)とは、おねじ部材(38)による締付けとスプライン溝(35)およびスプライン歯(36)によるスプライン嵌合との両方でその相対回転が防止される。

円筒部材(34)は、その下端部に設けられた内向きフランジ(42)の下面がねじ軸案内用ボールスプライン外筒(17)に設けられた外向きフランジ(17a)の上面に重ね合わせられ、下方から挿通されたボルト(44)によってこれらのフランジ(42)(17a)が結合されている。これにより、円筒部材(34)は、玉軸受(19)の外輪(19a)の移動を防止する機能に加えて、スプライン内筒(32)を他の部材（この例ではねじ軸案内用ボールスプライン外筒(17)）に取り付けるための取付機能をを有する部材となっている。

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、ハウジング(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ハウジング(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。

上記リニアガイド装置(7)では、スプライン内筒(32)と円筒部材(34)とが固定され、円筒部材(34)とねじ軸案内用ボールスプライン(4)の外筒(17)とが固定されているので、スプライン内筒(32)および円筒部材(34)を基準にして、リニアガイド装置(7)のスプライン外筒（大径スプライン外筒）(31)を介してカバー（大径部材）(27)の直線移動が案内されるとともに、ねじ軸案内用ボールスプライン(4)の外筒（小径スプライン外筒）(17)を介してねじ軸（小径部材）(11)の直線移動が案内されており、これにより、２種類の相対直線移動を案内することができるリニアガイド装置(7)が得られている。

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、これがねじ軸案内用ボールスプライン(4)に作用する。ねじ軸案内用ボールスプライン(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、ねじ軸案内用ボールスプライン(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)は、円筒部材(34)を介してねじ軸案内用ボールスプライン(4)の外筒(17)と結合されているので、この結合のための内向きフランジをスプライン内筒(32)に一体に形成しなくてもよい。これにより、スプライン内筒(32)における熱処理時の歪が小さくなり、歩留まりを改良することができる。

(1) 電磁緩衝器
(2) モータ
(3) ボールねじ
(4) ねじ軸案内用ボールスプライン（小径ボールスプライン）
(5) ハウジング
(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
(16) モータハウジング（他方の部材）
(17) ねじ軸案内用ボールスプライン外筒（小径スプライン外筒）
(17a) 外向きフランジ
(24) ダンパカバー（一方の部材）
(31) スプライン外筒
(32) スプライン内筒
(33) ボール
(34) 円筒部材
(35) スプライン溝
(36) スプライン歯
(37) めねじ部
(38) おねじ部材
(39) 止め輪（ストッパ）
(42) 内向きフランジ

Claims (4)

1. 相対直線移動を行う２つの部材のうち一方の部材に取り付けられるスプライン外筒と、同他方の部材に取り付けら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において、
   スプライン内筒の内側に、スプライン内筒を他方の部材に取り付けるための円筒部材が配されており、該円筒部材は、スプライン内筒にスプライン嵌合されるとともに、スプライン内筒内周に設けられたストッパとスプライン内筒内周に設けられためねじ部にねじ合わされたおねじ部材とによって挟持されていることを特徴とするリニアガイド装置。
2. スプライン嵌合は、捩れ角付きのスプライン嵌合であることを特徴とする請求項１のリニアガイド装置。
3. 円筒部材の径方向内方にスプライン内筒の内径よりも外径が小さい小径ボールスプラインの小径スプライン外筒が配されており、円筒部材の一端部に設けられた内向きフランジと、小径ボールスプラインの小径スプライン外筒に設けられた外向きフランジとが重ねられて、ボルトによって結合されていることを特徴とする請求項１または２のリニアガイド装置。
4. 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ねじ軸案内用ボールスプラインと、モータ、ボールねじおよびボールスプラインを収容するハウジングと、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、
   ハウジング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３のものとされて、ダンパのハウジングに固定された部材を一方の部材としてこれにスプライン外筒が固定され、小径スプライン外筒がねじ軸案内用ボールスプラインの外筒とされ、円筒部材は、転がり軸受を介してボールねじのナットを回転可能に保持していることを特徴とする電磁緩衝器。

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