JP2015203420A - 伸縮アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】異種材料間の線膨張係数の違いによる変形を抑制すること。【解決手段】雄ねじ部１１２ａを有する雄ねじ部材１１２と、雄ねじ部１１２ａに螺合する雌ねじ部材１１４とからなり、モータ４２の回転運動を往復直線運動に変換する送りねじ機構４８を備え、雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４は、それぞれ異種材料からなり、雄ねじ部材１１２の軸方向の線膨張係数をαＳとし、雌ねじ部材１１４の軸方向の線膨張係数をαＮとし、線膨張係数の大小関係がαＳ＜αＮのとき、αＳ＜αＮ＜αＣの関係を満たす軸方向の線膨張係数αＣの補助部材２００を備え、補助部材２００を、雄ねじ部材１１２の内部で且つ雄ねじ部１１２ａを有する軸方向の範囲で一体的に結合させて構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動機の回転運動を出力ロッドの往復直線運動に変換する送りねじ機構を備える伸縮アクチュエータに関する。

従来技術として、例えば、特許文献１には、ホイールガイド部材の長さを調節するために、モータの回転運動をプッシュロッド（出力軸）の往復直線運動に変換するボールねじ機構が開示されている。

このボールねじ機構は、プッシュロッドと一体に同軸に形成されるボールねじ軸と、ボールねじ軸に外嵌されるねじ付ナットと、ボールねじ軸とねじ付ナットとの間で転動する複数のボールとから構成されている。

特表２０１２−５１１４６５号公報

ところで、特許文献１に開示された構造では、ボールねじ機構が用いられているが、製造コストを削減するために、ボールねじ軸に代替して、例えば、台形ねじ等の送りねじ機構に置き換える必要がある。

送りねじ機構を用い、互いに摺動する送りねじ軸と送りナットとを異種材料で形成した場合、例えば、外気温の変化や送りねじ軸と送りナットとの摺動部位での発熱等に起因する異種材料間の線膨張係数の違いによって変形し、ピッチがずれるおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、異種材料間の線膨張係数の違いによる変形を抑制することが可能な伸縮アクチュエータを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ねじ部を有する送りねじ軸と前記ねじ部に螺合する送りナットとからなり、電動機の回転運動を往復直線運動に変換する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって変位する出力ロッドとを備える伸縮アクチュエータにおいて、前記送りねじ軸と前記送りナットは、それぞれ異種材料からなり、前記送りねじ軸の軸方向の線膨張係数をα_Ｓとし、前記送りナットの軸方向の線膨張係数をα_Ｎとし、前記線膨張係数の大小関係がα_Ｓ＜α_Ｎのとき、α_Ｓ＜α_Ｎ＜α_Ｃの関係を満たす軸方向の線膨張係数α_Ｃの補助部材を備え、前記補助部材を、前記送りねじ軸の内部で且つ前記ねじ部を有する軸方向の範囲で一体的に結合させて構成することを特徴とする。

本発明によれば、送りねじ軸の内部で且つねじ部を有する軸方向の範囲で、α_Ｓ＜α_Ｎ＜α_Ｃの関係を満たす軸方向の線膨張係数α_Ｃからなる補助部材を備えることで、送りねじ軸と送りナットとを異種材料で形成した場合であっても、異種材料間の線膨張係数の違いを補正し、温度変化によるピッチずれの影響を少なくすることができる。

換言すると、本発明では、送りねじ軸及び送りナットよりも軸方向の線膨張係数が大きい補助部材を送りねじ軸側に結合することにより、送りナット側の線膨張変化に対する送りねじ軸側の追従性が増大し、異種材料間の線膨張係数の違いによる変形を抑制することができる。

従って、本発明では、送りねじ機構におけるねじ効率が向上して良好なねじ性能を維持することができる。この結果、ねじ効率が向上することにより、電動機における消費電力を低減することができる。また、線膨張係数による変形量を見込んでねじ部の加工精度を向上させるが不要となり、生産性を向上させて製造コストを低減することができる。

また、本発明は、前記ねじ部は、山部と谷部とを有し、前記山部の側壁は、前記谷部から頂部に向けて断面直線状に立ち上がる直線部と、前記直線部から頂部に至り断面略円弧状に形成された円弧部とから構成されることを特徴とする。

本発明によれば、送りねじ軸のねじ部に断面略円弧状の円弧部を設けることにより、送りナットのねじ部の山部が、常時、送りねじ軸のねじ部の谷部と接触する。送りねじ軸のねじ部の谷部は、山部と比較してねじのリード角が小さいのでねじ効率を向上させることができる。この結果、本発明では、送りねじ機構におけるねじ効率が向上して良好なねじ性能を維持することができる。また、本発明では、例えば、低温時における異常な磨耗を抑制することができる。

さらに、本発明は、前記補助部材が、貫通孔を有する中空体であることを特徴とする。

本発明によれば、補助部材を中空体とすることにより、送りねじ軸被成形体の内部に補助部材を圧入し、例えば、転造成形によって送りねじ軸被成形体の外周面にねじ部を成形する際の成形抵抗を低減することができる。

また、本発明によれば、補助部材の貫通孔内に外気が進入し易くなり、温度分布を均一にすることができるため、過渡的な状況を短時間に低減することができる。さらに、転造成形時に貫通孔の内周面が断面波形に変形することから、貫通孔内に進入した空気が攪拌され易くなり、均一な温度となり、外気に対する正確なピッチ変動とすることができる。

本発明では、異種材料間の線膨張係数の違いによる変形を抑制することが可能な伸縮アクチュエータを得ることができる。

本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータが組み込まれたリヤサスペンション装置の斜視図である。 図１の矢印Ａ方向からみた矢視図である。 本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図である。 図３に示す送りねじ機構の一部拡大断面図である。 トーコントロールアクチュエータを構成する遊星歯車機構の分解斜視図である。 図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大縦断面図である。 （ａ）は、キャリア側から見た弾性カップリングの拡大正面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った拡大断面図、（ｃ）は、（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線に沿った拡大断面図である。 （ａ）は、低温の状態における従来の送りねじ軸及び送りナットのねじ部間の接触関係を示す一部省略断面図、（ｂ）は、常温の状態における従来の送りねじ軸及び送りナットのねじ部間の接触関係を示す一部省略断面図、（ｃ）は、高温の状態における従来の送りねじ軸及び送りナットのねじ部間の接触関係を示す一部省略断面図である。 （ａ）は、雄ねじ部材を転造成形する前の接合状態を示す断面図、（ｂ）は、転造成形後の状態を示す断面図である。 雌ねじ部材及び雄ねじ部材のねじ部同士を噛み合わせた状態を示す一部省略断面図である。 補助部材の変形例を示す断面図であり、（ａ）は、雄ねじ部材を転造成形する前の接合状態を示す断面図、（ｂ）は、転造成形後の状態を示す断面図である。 （ａ）は、比較例に係る雄ねじ部材のねじ部先端の形状が広がった拡幅形状Ｗを示す断面図、（ｂ）は、本実施形態に係る山部の円弧部を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータが組み込まれたリヤサスペンション装置の斜視図、図２は、図１の矢印Ａ方向からみた矢視図である。なお、各図中に矢印で示される、「前後」は、車両の前後方向を示し、「上下」は、車両の上下方向（鉛直方向）を示し、「左右」は、左右方向（車幅方向）を示している。

図１及び図２に示されるリヤサスペンション装置１０は、ダブルウィッシュボーン式からなり、図示しない四輪操舵車両の左後輪に配置されている。このリヤサスペンション装置１０は、後輪Ｗを回転自在に支持するナックル１２と、ナックル１２を上下動可能に車体フレームに連結するアッパアーム１４及びロアアーム１６と、後輪Ｗのトー角を制御すべくナックル１２及び図示しない車体フレームを連結するトーコントロールアクチュエータ（伸縮アクチュエータ）１８と、後輪Ｗの上下動を緩衝する懸架ばね付きダンパ２０を含んで構成されている。

アッパアーム１４及びロアアーム１６の基端は、それぞれゴムブッシュジョイント２２ａ、２２ｂによって図示しない車体フレームに連結されている。アッパアーム１４及びロアアーム１６の先端は、それぞれボールジョイント２４ａ、２４ｂを介してナックル１２の上部及び下部に連結されている。

トーコントロールアクチュエータ１８の基端は、ゴムブッシュジョイント２６ａを介して図示しない車体フレームに連結されている。トーコントロールアクチュエータ１８の先端は、ゴムブッシュジョイント２６ｂを介してナックル１２の後部に連結されている。

懸架ばね付きダンパ２０の上端は、車体（図２に示すサスペンションタワーの上壁２８）に固定されている。懸架ばね付きダンパ２０の下端は、ゴムブッシュジョイント２６ｃを介してナックル１２の上部に連結されている。

トーコントロールアクチュエータ１８を伸長方向に駆動すると、ナックル１２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する。一方、トーコントロールアクチュエータ１８を収縮方向に駆動すると、ナックル１２の後部が車幅方向内側に引っ張られて後輪Ｗのトー角がトーアウト方向に変化する。従って、図示しない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向上させることができる。

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１８の構造を以下詳細に説明する。

図３は、本発明の実施形態に係るトーコントロールアクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図、図４は、図３に示す送りねじ機構の一部拡大断面図、図５は、トーコントロールアクチュエータを構成する遊星歯車機構の分解斜視図、図６は、図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った拡大縦断面図、図７（ａ）は、キャリア側から見た弾性カップリングの拡大正面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った拡大断面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線に沿った拡大断面図である。

図３及び図４に示されるように、トーコントロールアクチュエータ１８は、車体フレーム側に連結されるゴムブッシュジョイント２６ａが一体に設けられた第１ハウジング３０ａと、ナックル１２側に連結されるゴムブッシュジョイント２６ｂが一体に設けられた出力ロッド３２を伸縮自在に支持する第２ハウジング３０ｂとを備える。第１ハウジング３０ａ及び第２ハウジング３０ｂ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３６ａ、３６ｂを複数のボルト３８で締結することにより一体的に結合されている。

第１ハウジング３０ａの内部の室４０ａには、駆動源となるブラシ付きのモータ（電動機）４２と、減速機として機能する遊星歯車機構４４（図５参照）とが収納されている。第２ハウジング３０ｂの内部の室４０ｂには、弾性カップリング４６と、台形ねじを用いた送りねじ機構４８とが収納されている。これらのモータ４２、遊星歯車機構４４、弾性カップリング４６、及び、送りねじ機構４８は、それぞれ、トーコントロールアクチュエータ１８の軸線Ｌ上に直列に配置されている。

モータ４２は、第１ハウジング３０ａ側に固定される環状のステータ５０と、ステータ５０内で回転可能に支持されるロータ５２とを備える。モータ４２の外郭は、フランジ５４を有するカップ状に形成されたヨーク５６と、ヨーク５６のフランジ５４に突き当てられて固定されるベアリングホルダ５８とによって構成されている。ロータ５２は、棒状の回転軸（モータ軸）６０を有する。回転軸６０の一端は、ヨーク５６の底部に設けられたボールベアリング６２ａに回転自在に支持されている。回転軸６０の他端は、ベアリングホルダ５８に設けられたボールベアリング６２ｂに回転自在に支持されている。

ベアリングホルダ５８の内面には、回転軸６０の外周面に係止されて回転軸６０と一体的に回転するコミュテータ６４に摺接するブラシ６６が支持されている。ブラシ６６から延在してブラシ６６と電気的に接続される導線６８は、第１ハウジング３０ａに設けられたグロメット７０を介して第１ハウジング３０ａの外部に引き出されている。

図３及び図５に示されるように、遊星歯車機構４４は、第１ハウジング３０ａの略円筒状の開口部７２内に嵌合して固定されるリングギヤ７４と、モータ４２の回転軸６０の先端に直接形成されたサンギヤ７６と、リングギヤ７４よりも小径で略円板状に形成されるキャリア７８と、キャリア７８の支持孔１０２に圧入されて片持ち支持される３本のピニオンピン８０と、各ピニオンピン８０を介して回転自在に支持され、リングギヤ７４及びサンギヤ７６に対して同時に噛合する３つのピニオン８４とから構成されている。遊星歯車機構４４は、入力部材であるサンギヤ７６の回転運動を、出力部材であるキャリア７８に対して減速して伝達する機能を有する。

遊星歯車機構４４の出力部材であるキャリア７８は、送りねじ機構４８の入力部材である入力フランジ８６と弾性カップリング４６を介して連結されている。

キャリア７８は、略円板状を呈し、弾性カップリング４６に対向する円形状の第１端面７９と、第１端面７９の反対側でピニオン８４側に臨む円形状の第２端面８１とを有する。キャリア７８の第１端面７９には、４個の爪部８５が周方向に沿って等角度離間して配置されていると共に、軸線Ｌ方向に沿って突出している。

図５に示されるように、弾性カップリング４６は、例えば、シリコーンゴム等のゴム体や樹脂体等で形成されている。この弾性カップリング４６は、単一の環状部４６ａと、複数の腕部４６ｂとが一体的に構成されている。環状部４６ａは、リング状からなり、その中心に円形の貫通孔９２が形成されている。複数（図５中では８つを例示）の腕部４６ｂは、環状部４６ａの外周面に所定角度だけ離間して配置され、環状部４６ａの外周面から半径外方向に放射状に突出するように配置されている。互いに隣接する腕部４６ｂ、４６ｂの間には、正面視して略Ｖ字状の溝部からなる谷部４６ｃが設けられている。

弾性カップリング４６の貫通孔９２には、コイルスプリング９４が挿通されている。このコイルスプリング９４の一端は、キャリア７８に当接し、コイルスプリング９４の他端は、入力フランジ８６に当接している（図３参照）。コイルスプリング９４のばね力によってキャリア７８と入力フランジ８６とが互いに離間する方向に付勢されている。

弾性カップリング４６の腕部４６ｂの先端側には、複数の突出部９６が設けられている。複数の突出部９６は、周方向に略等角度離間して８つ配置されている。８つの突出部９６のうち、キャリア７８と対向する腕部４６ｂの側面には、隣接する腕部４６ｂの１つおきに４本の突出部９６ａがそれぞれ突出して配置され、入力フランジ８６と対向する腕部４６ｂの側面には、隣接する腕部４６ｂの１つおきに４本の突出部９６ｂがそれぞれ配置されている。

換言すると、弾性カップリング４６の腕部４６ｂの先端側には、８つの突出部９６のうち、キャリア７８側に向かって突出する突出部９６ａと、入力フランジ８６側に向かって突出する突出部９６ｂとが交互に配置されている。キャリア７８側に向かって突出する突出部９６ａは、キャリア７８の第１端面７９と当接可能に設けられていると共に、入力フランジ８６側に向かって突出する突出部９６ｂは、入力フランジ８６の対向面９８と当接可能に設けられている。

図３に示されるように、入力フランジ８６は、略円板状からなり、その外周部の表裏両面を一対のスラストベアリング８８ａ、８８ｂに挟持されることで、回転自在に支持されている。一対のスラストベアリング８８ａ、８８ｂは、第２ハウジング３０ｂの内周面に締結される環状のロックナット９０により第２ハウジング３０ｂに保持されている。一対のスラストベアリング８８ａ、８８ｂのうち、一方のスラストベアリング８８ａは、第２ハウジング３０ｂと入力フランジ８６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８８ｂは、ロックナット９０と入力フランジ８６との間のスラスト荷重を支持する。

図５に示されるように、軸線Ｌ方向においてキャリア７８と対向する入力フランジ８６の対向面９８には、４個の爪部１００が周方向に沿って等角度離間して配置されていると共に、弾性カップリング４６側（キャリア７８側）に向かって所定長だけ突出している。なお、キャリア７８の第１端面７９に設けられる４個の爪部８５と、入力フランジ８６の対向面９８に設けられる４個の爪部１００とは、周方向においてその位相が約４５度だけずれるように配置されている（図６参照）。

さらに、図７（ａ）に示されるように、弾性カップリング４６の腕部４６ｂの径方向外端部には、キャリア７８側と入力フランジ８６側とに向かって交互に突出する複数の突出部９６が設けられている。この場合、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示されるように、複数の突出部９６が支点となって腕部４６ｂを弾性変形（撓曲）させる。このとき支点となる突出部９６に発生する反力が、入力フランジ８６を基準としてキャリア７８を軸線Ｌ方向に付勢することで、キャリア７８の倒れを防止することができる。なお、図６に示されるように、複数の突出部９６ａ、９６ｂは、キャリア７８の爪部８５と入力フランジ８６の爪部１００との間に周方向に沿って配置されている。

ピニオンピン８０とピニオン８４との間には、例えば、すべり軸受けやニードル軸受け等の軸受部材（図示せず）が介装されている。この軸受部材によって回転自在に支持されるピニオン８４の厚さは、ピニオンピン８０の軸方向の長さよりも大きく設定されている。このため、ピニオン８４の端面（外周に形成された歯部と略直交する面）が、キャリア７８の第２端面８１とリングギヤ７４の内径フランジ部７４ａとの間で挟持されることによって、ピニオン８０の取付姿勢を制御することができる。

弾性カップリング４６の８つの谷部４６ｃには、キャリア７８の４個の爪部８５が一つおきに係合すると共に、キャリア７８の爪部８５と異なる位相で、入力フランジ８６の４個の爪部１００が一つおきに係合する。すなわち、図６に示されるように、弾性カップリング４６の８つの谷部４６ｃには、キャリア７８の爪部８５と入力フランジ８６の爪部１００とが周方向に沿って交互に係合する。

従って、キャリア７８の回転トルクは、キャリア７８の爪部８５から、弾性カップリング４６の腕部４６ｂと、入力フランジ８６の爪部１００を介して、入力フランジ８６に伝達される。その際、弾性体で構成された弾性カップリング４６が、その弾発力によって弾性変形することで、キャリア７８及び入力フランジ８６間の軸線のズレ（芯ズレ）を吸収すると共に、回転トルクの急変を吸収して円滑な動力伝達を遂行することができる。

図５に示されるように、キャリア保持部材１０６は、金属板をプレス加工したものであり、図示しないボルトを介してリングギヤ７４に締結される。このキャリア保持部材１０６は、環状の平板からなる本体部１０６ａと、本体部１０６ａの内周を断面Ｌ字状に折り曲げたフランジ部１０６ｂとを有する。

図３に示されるように、第２ハウジング３０ｂの軸線Ｌ方向の中間部の内周面には、第１スライドベアリング１０８ａが固定されている。また、第２ハウジング３０ｂの軸線Ｌ方向の端部に螺合するエンド部材１１０の内周面には、第２スライドベアリング１０８ｂが固定されている。この第１スライドベアリング１０８ａ及び第２スライドベアリング１０８ｂによって、出力ロッド３２が軸線Ｌ方向に沿って摺動自在に支持されている。

送りねじ機構４８は、入力フランジ８６の回転運動を出力ロッド３２の往復直線運動に変換する機能を有する。図３に示されるように、この送りねじ機構４８は、入力フランジ８６と一体に形成され外周面に雄ねじが形成された雄ねじ部材（送りねじ軸）１１２と、雄ねじ部材１１２の雄ねじと螺合する雌ねじを内周面の一部に有し、中空の出力ロッド３２の内周面に嵌合して出力ロッド３２に固定される雌ねじ部材（送りナット）１１４とを備える。

図４に示されるように、雌ねじ部材１１４は、略円筒体からなり、固定用ねじ部１１５と、送りねじナット部１１７と、雌ねじ部材保持部１１９とが軸方向に沿って一体に構成されている。固定用ねじ部１１５は、入力フランジ８６側で雌ねじ部材１１４の軸方向に沿った一端部に位置している（図３及び図４を併せて参照）。この固定用ねじ部１１５は、雌ねじ部材１１４を出力ロッド３２に固定するために設けられている。

送りねじナット部１１７は、軸方向に沿った固定用ねじ部１１５と雌ねじ部材保持部１１９の間で雌ねじ部材１１４の略中央に位置している。この送りねじナット部１１７は、雄ねじ部材１１２と螺合する雌ねじ部１１７ａを有すると共に、出力ロッド３２の内周面と送りねじナット部１１７の外周面との間で径方向のクリアランス１１７ｂが形成されている。雌ねじ部１１７ａは、山部１２１と谷部１２３と有する。

雌ねじ部材保持部１１９は、雌ねじ部材１１４の軸方向に沿った他端部に位置している。この雌ねじ部材保持部１１９は、雄ねじ部材１１２の外周面と雌ねじ部材保持部１１９の内周面との間の径方向のクリアランス１１９ａ及び出力ロッド３２の内周面と雌ねじ部材保持部１１９の外周面との間の径方向のクリアランス１１９ｂを介して、出力ロッド３２に対して軸方向にスライド可能に設けられている。

また、雌ねじ部材１１４は、送りねじナット部１１７にのみ雌ねじ部１１７ａが刻設されており、固定用ねじ部１１５及び雌ねじ部材保持部１１９の雄ねじ部材１１２と対面している部分は、円筒状に形成されている。換言すると、雄ねじ部材１１２の雄ねじと嵌合する部分は、雌ねじ部材１１４の略中央に位置する送りねじナット部１１７の雌ねじ部１１７ａのみであり、軸方向に沿った一端側の固定用ねじ部１１５、及び、軸方向に沿った他端側の雌ねじ部材保持部１１９には、雄ねじ部材１１２の雄ねじと螺合する部分（雌ねじ）が形成されていない。

これは、雄ねじ部材１１２の雄ねじに対して固定用ねじ部１１５による軸力の影響や外部の温度変化による出力ロッド３２の熱応力の影響が送りねじナット部１１７に極力入らないようにするためである。

雄ねじ部材１１２の外周面には、雄ねじ部１１２ａが設けられている。この雄ねじ部１１２ａは、断面略台形状で半径内方向に向かって突出する山部１２９と、断面略台形状で半径外方向に窪んで形成される谷部１３１とを有する。

雄ねじ部材１１２の内部で且つ雄ねじ部１１２ａを有する軸方向（軸線Ｌ方向）の範囲には、補助部材２００が一体的に結合されている。この補助部材２００は、後記するように転造成形によって雄ねじ部１１２ａを成形する際、雄ねじ被成形部材２０２の貫通孔２０４内に軸線Ｌに沿って嵌挿（圧入）され、加圧されることで断面波形に変形する（後記する図９（ａ）、（ｂ）参照）。

なお、雌ねじ部材１１４、雄ねじ部材１１２、及び、補助部材２００の各線膨張係数の関係については、後記で詳細に説明する。

図３に示されるように、出力ロッド３２の外周には、環状のストッパ１１６が装着されている。出力ロッド３２が伸長方向に向かって最大位置まで変位したとき、ストッパ１１６が第２ハウジング３０ｂに固定されたエンド部材１１０と当接することにより、その変位が規制されてストッパ機能が発揮される。このストッパ１１６を設けることにより、出力ロッド３２が第２ハウジング３０ｂから脱落することを確実に防止することができる。

第２ハウジング３０ｂと出力ロッド３２の間には、第２ハウジング３０ｂと出力ロッド３２との隙間内に水（水分）や塵埃等が進入することを防止するためにシール機構が設けられている。このシール機構は、伸縮可能な蛇腹部を有するゴム製のブーツ１２０と、ブーツ１２０の両端の嵌合部を締結する異径のバンド１２２ａ、１２２ｂとから構成されている。ブーツ１２０の一端部は、第２ハウジング３０ｂの端部外周面に形成される環状段部１１８に嵌合され、ブーツ１２０の他端部は、出力ロッド３２に形成された環状溝１３８に嵌合するように設けられている。

出力ロッド３２が伸長変位すると、第１ハウジング３０ａ及び第２ハウジング３０ｂ内の室４０ａ、４０ｂの容積が増加し、これとは反対に出力ロッド３２が収縮変位すると、第１ハウジング３０ａ及び第２ハウジング３０ｂ内の室４０ａ、４０ｂの容積が減少する。このため、室４０ａ、４０ｂ内の圧力が変動してトーコントロールアクチュエータ１８の円滑な作動を妨げるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、中空の出力ロッド３２の内部空間とブーツ１２０の内部空間とが、出力ロッド３２に形成された通気孔１２４を介して連通しているため、圧力変動がブーツ１２０の変形により緩和され、トーコントロールアクチュエータ１８を円滑に作動させることができる。

第２ハウジング３０ｂには、トーコントロールアクチュエータ１８を伸縮制御する際、出力ロッド３２のストローク位置（変位量）を検出して図示しない制御装置に検出信号をフィードバックするストロークセンサ１２６が配設されている。このストロークセンサ１２６は、出力ロッド３２の外周面にボルト１２８を介して固定される永久磁石１３０と、永久磁石１３０の位置を磁気的に検出するコイル等の検出部１３２が収納されたセンサ本体１３４とを備える。第２ハウジング３０ｂには、出力ロッド３２の変位に伴って永久磁石１３０との干渉を回避するために、軸線Ｌ方向に延在する長溝（開口）１３６が形成されている。

本実施形態に係るトーコントロールアクチュエータ１８が組み付けられたリヤサスペンション装置１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図３において、後輪Ｗのトー角を変更すべく図示しない制御装置から出力される駆動信号に基づいてモータ４２を駆動すると、モータ４２の回転軸６０に形成されたサンギヤ７６の回転運動が、遊星歯車機構４４（サンギヤ７６と同時に噛合するリングギヤ７４及びピニオン８４）で減速されてキャリア７８に出力される。キャリア７８の回転運動は、弾性カップリング４６を介して入力フランジ８６に伝達され、入力フランジ８６と一体的に連結された雄ねじ部材１１２を回転させる。雄ねじ部材１１２が回転すると、雄ねじ部材１１２に螺合する雌ねじ部材１１４が軸線Ｌ方向に変位し、雌ねじ部材１１４に連結された出力ロッド３２が第２ハウジング３０ｂから進退動作することで、トーコントロールアクチュエータ１８が伸縮して後輪Ｗのトー角が変更される。

次に、従来技術に係る送りねじ機構の温度変化による変形について説明する。
図８（ａ）は、低温の状態における従来の送りねじ軸及び送りナットのねじ部間の接触関係を示す一部省略断面図、図８（ｂ）は、常温の状態における従来の送りねじ軸及び送りナットのねじ部間の接触関係を示す一部省略断面図、図８（ｃ）は、高温の状態における従来の送りねじ軸及び送りナットのねじ部間の接触関係を示す一部省略断面図である。

従来技術において、送りねじ機構を構成する送りねじ軸と送りナットは、送りねじ機構の摺動特性（耐摩耗性、一定のねじ効率を維持するための摩擦係数安定）を安定して維持するために、異種材料が用いられている。この送りねじ機構は、外気温の変化や、送りねじ軸と送りナットとの摺動による発熱等の温度変化に起因し、送りねじ軸の線膨張係数α_Ｓと送りナットの線膨張係数α_Ｎとの違いによって変形する。なお、従来の送りねじ機構において、線膨張係数の大小関係は、一般的に、α_Ｓ＜α_Ｎに設定されている。

この異種材料は、通常、軸方向の線膨張係数が異なり（α_Ｓ＜α_Ｎ）、温度変化によって常温で設定した送りねじ軸と送りナット間のピッチにずれが発生したり、隙間が減少したりする。

温度変化によってピッチのずれは、ねじ接触面の面積を減少させるので、磨耗が増加し、又は、隙間の減少が送りねじ軸と送りナットとの間にくさび効果を発生させる。例えば、図８（ｂ）に示す常温の状態では、適正寸法の隙間を有していると共に、送りねじ軸と送りナットとのねじ面が適正に接触している。これに対して、図８（ａ）に示されるように、低温の状態では、送りねじ軸と比較して軸方向の線膨張係数が大きい送りナット側が軸方向に縮み、送りねじ軸と送りナットとのねじ面に不適切な接触状態が発生する。また、図８（ｃ）に示されるように、高温の状態では、送りねじ軸と比較して軸方向の線膨張係数が大きい送りナット側が軸方向に伸長し、送りねじ軸と送りナットとのねじ面に不適切な接触状態が発生する。

従って、従来技術に係る送りねじ機構では、トルク損失の増大により、ねじ効率が低下し、伝達損失の増加によってトーコントロールアクチュエータ１８の駆動電力損失が増加する。この結果、トーコントロールアクチュエータ１８が搭載された車両の燃費を低下させると共に、異音が発生するおそれがある。

次に、本実施形態に係る送りねじ機構４８の雄ねじ部材１１２と補助部材２００との接合状態を図９に示す。図９（ａ）は、雄ねじ部材を転造成形する前の接合状態を示す断面図である。成形前の補助部材２００は、円柱状で、例えば、アルミニウムで形成されている。雄ねじ被成形部材２０２は、貫通孔２０４を有する円筒体からなり、例えば、構造用炭素鋼で形成されている。成形前の補助部材２００は、雄ねじ被成形部材２０２の貫通孔２０４内に嵌挿（圧入）されている。雄ねじ被成形部材２０２と補助部材２００とは、例えば、焼嵌め等によってその接合面２０６が隙間なく密着している。これは後に転造成形するための成形性を安定化させるためであり、軸方向のずれを規制するものではない。

図９（ｂ）は、転造成形後の状態を示す断面図である。転造成形後の接合面２０６は、雄ねじ部材１１２の形状に相似した形状となり、波打つように上下方向に湾曲した断面形状となる。このため、転造成形後の雄ねじ部材１１２と補助部材２００とは、軸方向に沿って強固に接合される。

従って、温度変化等に起因して軸方向に伸縮するとき、雄ねじ部材１１２の軸方向の線膨張係数α_Ｓと、補助部材２００の軸方向の線膨張係数α_Ｃは、α_Ｓ＜α_Ｃの関係にあるので、各々の伸び量が異なるが、転造成形等で強固に接合されることによって、雄ねじ部材１１２と補助部材２００とが確実に同じ軸方向寸法で変形（伸縮）する。これによる効果を図１０に基づいて説明する。

図１０は、本実施形態に係る送りねじ機構において、雌ねじ部材及び雄ねじ部材のねじ部同士を噛み合わせた状態を示す一部省略断面図である。なお、雄ねじ部材１１２は、例えば、構造用炭素鋼（α_Ｓ＝１１．３×１０^−６、Ｅ_Ｓ＝２０６０００Ｎ／ｍｍ^２）、雌ねじ部材１１４は、例えば、黄銅（α_Ｎ＝１９．１×１０^−６、Ｅ_Ｎ＝１０３０００Ｎ／ｍｍ^２）、補助部材２００は、例えば、アルミニウム（α_Ｃ＝２３．７×１０^−６、Ｅ_Ｃ＝７０６００Ｎ／ｍｍ^２）により、それぞれ形成されている。

雄ねじ部材１１２、雌ねじ部材１１４、及び、補助部材２００のそれぞれの有効断面積をＡ_Ｓ、Ａ_Ｎ、Ａ_Ｃとし、縦弾性係数をＥ_Ｓ、Ｅ_Ｎ、Ｅ_Ｃとし、軸方向の線膨張係数をα_Ｓ、α_Ｎ、α_Ｃとする。このとき、温度ｔ℃の変化があると、雄ねじ部材１１２の伸びλ_Ｓと、雌ねじ部材１１４の伸びλ_Ｎは、それぞれ次式のようになる。なお、Ｌは、雄ねじ部材１１２及び雌ねじ部材１１４の軸方向に沿った単位当たりの長さ（length）を示す。

λ_Ｓ＝（Ｅ_Ｓ・α_Ｓ・Ａ_Ｓ＋Ｅ_Ｃ・α_Ｃ・Ａ_Ｃ）・ｔＬ／（Ｅ_Ｓ・α_Ｓ＋Ｅ_Ｃ・α_Ｃ）

λ_Ｎ＝α_Ｎ・ｔＬ

なお、図１０において、Ａ_Ｓ＋Ａ_Ｃ＝πｄ_Ｓ ^２／４
Ａ_Ｎ＝π（Ｄ^２−ｄ_Ｎ ^２）／４
Ａ_Ｓ＝π（ｄ_Ｓ ^２−ｄ_Ｃ ^２）／４
Ａ_Ｃ＝πｄ_Ｃ ^２／４
Ｄ；雌ねじ部材１１４の外径
ｄ_Ｎ：雌ねじ部材１１４の山部１２１と谷部１２３とを平均した内径
ｄ_Ｓ；雄ねじ部材１１２の山部１２９と谷部１３１とを平均した外径
ｄ_Ｃ；補助部材２００の波形形状を平均した外径

ここで、λ_Ｓ＝λ_Ｎとなるように、α_Ｓとα_Ｃの大きさを設定すれば、温度が変化しても、雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４は、同じ長さだけ伸縮することになるので、ピッチ変化が発生することがなく、良好な噛み合い状態を確保（保持）することができる。

また、一般的に、α_Ｓ＜α_Ｎの関係に設定されている従来の送りねじ機構を使用する場合には、図８（ａ）、（ｃ）に示されるように、温度変化によってねじ面に不適切な接触状態が発生し雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４のピッチが一致しなくなる。このため、従来の送りねじ機構では、例えば、異音が発生し、フリクションの増加により効率が悪化し、消費電流が増加する等の不具合が発生するおそれがある。

これに対し、本実施形態では、軸方向の線膨張係数の大小関係がα_Ｓ＜α_Ｎ＜α_Ｃからなる補助部材２００を、雄ねじ部材１１２の内径中心（内部）に軸方向に沿って組み込み、この補助部材２００が組み込まれた状態で転造成形（転造加工）することによって、軸方向の拘束が確実に行われる。これにより、雄ねじ部材１１２及び雌ねじ部材１１４は、設置環境の温度変化によるピッチ変動が発生しなくなり、良好なねじの噛み合い状態を確保することができる。

また、本実施形態では、α_Ｓ＜α_Ｎ＜α_Ｃの関係を満たす軸方向の線膨張係数α_Ｃの補助部材２００を備えることで、送りねじ機構４８を構成する雄ねじ部材（送りねじ軸）１１２と雌ねじ部材（送りナット）１１４とを異種材料で形成した場合であっても、異種材料間の線膨張係数の違いを補正し、温度変化によるピッチずれの影響を少なくすることができる。

換言すると、本実施形態では、雄ねじ部材１１２及び雌ねじ部材１１４よりも軸方向の線膨張係数が大きい補助部材２００を雄ねじ部材１１２側に一体的に結合することにより、雌ねじ部材１１４側の線膨張変化に対する雄ねじ部材１１２側の追従性が増大し、異種材料間の線膨張係数の違いによる変形を抑制することができる。

従って、本実施形態では、送りねじ機構４８におけるねじ効率が向上して良好なねじ性能を維持することができる。この結果、ねじ効率が向上することにより、モータ４２における消費電力を低減することができる。また、線膨張係数による変形量を見込んでねじ部の加工精度を向上させるが不要となり、生産性を向上させて製造コストを低減することができる。

さらに、本実施形態では、α_Ｓ＜α_Ｎ＜α_Ｃの関係を満たす軸方向の線膨張係数α_Ｃの補助部材２００を備えることで、例えば、送りねじ機構４８に対して軸線Ｌ方向と交差（直交する）する横荷重が入力された場合であっても、送りねじ機構４８にくさび効果による荷重が発生しないので、ねじ効率の低下を抑制することができる。

さらにまた、本実施形態では、くさび効果が発生しないので、送りねじ機構４８を構成する雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４とがゆっくりした動作で軸方向に相対的に変位する場合であっても、良好な動力伝達機能を発揮することができる。また、両端がゴムブッシュ２６ａ、２６ｂで弾性支持されたトーコントロールアクチュエータ１８の軸線Ｌ上のねじ回転に起因するスティックスリップ現象の発生を抑制することができる。

図１１は、補助部材の変形例を示す断面図であり、図１１（ａ）は、雄ねじ部材を転造成形する前の接合状態を示す断面図、図１１（ｂ）は、転造成形後の状態を示す断面図である。

図１１（ｂ）に示されるように、変形例に係る補助部材２００ａは、貫通孔２１０を有する中空体（円筒体）で構成されている。このように構成することで、転造成形時の成形抵抗を低減することができる。また、貫通孔２１０内に外気が通流し易くなり温度分布が均一になり易いので、過渡的な状況を短時間に低減することができる。さらに、図１１（ａ）に示されるように、転造成形時に貫通孔２１０の軸方向に沿った内径断面が波形に変形することから貫通孔２１０内に進入した空気が攪拌され易くなり、均一な温度となるので、外気に対する正確なピッチ変動とすることができる。

図１２（ａ）は、比較例に係る雄ねじ部材のねじ部先端の形状が広がった拡幅形状Ｗを示す断面図、図１２（ｂ）は、本実施形態に係る山部の円弧部を示す断面図である。

雄ねじ部材１１２と補助部材２００ａとの結合関係は、接合面２０６で極めて強くなるものの、ねじ先端では、補助部材２００ａの効果が少なくなり、例えば、低温状態での収縮時には、図１２（ａ）に示されるように、雄ねじ部材１１２のねじ部先端の形状が広がる拡幅形状Ｗが発生するおそれがある。このような拡幅形状Ｗでは、低温時に雄ねじ部材１１２のねじ山先端部分で雌ねじ部材１１４に接触することとなる。ねじ山先端部分は、ねじ部の谷部と比較してねじのリード角が小さく、ねじ効率が悪化するおそれがある。また、この接触部分で面圧が高くなることから、磨耗し易くガタが発生する場合がある。

本実施形態では、図１２（ｂ）に示されるように、山部１２９の側壁が、谷部１３１から山部１２９の頂部に向けて断面直線状に立ち上がる直線部１２５と、直線部１２５から頂部に至り断面略円弧状に形成された円弧部１２７とから構成されている。ピッチ精度の高い雄ねじ部材１１２の谷部１３１でねじの接触が行われるように、ねじの先端部分を略円弧状に形成している。このようにすることで、常時、雄ねじ部１１２ａのねじのリード角が大きい谷部１３１近傍で接触するため、ねじ効率が向上し、良好な噛み合い状態を保持することができると共に、低温時の異常な磨耗を抑制することができる。

なお、本実施形態では、車両のリヤサスペンション装置１０に組み込まれるトーコントロールアクチュエータ１８に基づいて説明しているが、これに限定されるものではなく、出力部材を往復動作させる他の伸縮アクチュエータにも適用することができる。

１８ トーコントロールアクチュエータ（伸縮アクチュエータ）
３２ 出力ロッド
４２ モータ（電動機）
４８ 送りねじ機構
１１２ 雄ねじ部材（送りねじ軸）
１１２ａ 雄ねじ部（ねじ部）
１１４ 雌ねじ部材（送りナット）
１２５ 直線部
１２７ 円弧部
２００、２００ａ 補助部材
２１０ 貫通孔
α_Ｓ 雄ねじ部材の軸方向の線膨張係数
α_Ｎ 雌ねじ部材の軸方向の線膨張係数
α_Ｃ 補助部材の軸方向の線膨張係数

Claims (3)

1. ねじ部を有する送りねじ軸と前記ねじ部に螺合する送りナットとからなり、電動機の回転運動を往復直線運動に変換する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって変位する出力ロッドとを備える伸縮アクチュエータにおいて、
   前記送りねじ軸と前記送りナットは、それぞれ異種材料からなり、
   前記送りねじ軸の軸方向の線膨張係数をα_Ｓとし、前記送りナットの軸方向の線膨張係数をα_Ｎとし、
   前記線膨張係数の大小関係がα_Ｓ＜α_Ｎのとき、α_Ｓ＜α_Ｎ＜α_Ｃの関係を満たす軸方向の線膨張係数α_Ｃの補助部材を備え、
   前記補助部材を、前記送りねじ軸の内部で且つ前記ねじ部を有する軸方向の範囲で一体的に結合させて構成することを特徴とする伸縮アクチュエータ。
2. 請求項１記載の伸縮アクチュエータにおいて、
   前記ねじ部は、山部と谷部とを有し、
   前記山部の側壁は、前記谷部から頂部に向けて断面直線状に立ち上がる直線部と、前記直線部から頂部に至り断面略円弧状に形成された円弧部とから構成されることを特徴とする伸縮アクチュエータ。
3. 請求項１又は請求項２記載の伸縮アクチュエータにおいて、
   前記補助部材は、貫通孔を有する中空体であることを特徴とする伸縮アクチュエータ。

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