JP2016080174A - 二重ねじ式運動変換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】非常に詰め込まれた環境において、例えば自動車の付属品や駆動装置の設備として、容易に組み込むことができるような簡単なねじ式運動変換器を開発する。
【解決手段】駆動機構との間の運動変換器であって、ねじ切り部11を有して、並進時に係止され、回転時に駆動されるねじ1と、ねじのねじ切り部11と係合する第一のねじ切り部21と第二のねじ切り部22を有して並進時23に受動機構Rと接続されるナット2を含む。筒状部3は、ナット2を同軸的に囲み、ナットは、ねじ1に対して回転時及び並進時に係止され、ナットの第二のねじ切り部22が係合するねじ切り部31を有する。筒状部3のねじ切り部31に対して第二のねじ切り部22によって制御されるナット2に、ねじ1が、回転と並進の組み合わされた運動を伝達し、軸XXに沿ったその並進成分が受動機構Rに伝達される。
【選択図】図1

Description

本発明は、駆動機構を受動機構に接続して、例えばモーター又は減速モーターを備える駆動機構の回転運動を、受動機構に適用される一方又は他の方向の並進運動に変換するようにしたネジ式運動変換器に関する。
連接棒とクランク付きの装置のように、回転運動を並進運動に変換する幾つかの運動変換装置が存在する。しかし、既知の変換器は一般的に、比較的複雑で嵩高の構造となっている。
本発明は、非常に詰め込まれた環境において、例えば自動車の付属品や駆動装置の設備として、容易に組み込むことができるような簡単なねじ式運動変換器を開発することを目的とする。
そのために、本発明は、駆動機構と受動機構の間のねじ式運動変換器を対象とし、以下を特徴とする。この運動変換器は、ねじ切り部を有して並進時に係止され、回転時に駆動される回転軸ねじと、前記ねじのねじ切り部と係合する第一のねじ切り部と第二のねじ切り部を有して受動機構に並進時に接続されるナットと、ナットを同軸的に囲み、ねじに対して回転時及び並進時に係止され、ナットの第二のねじ切り部が係合する内側ねじ切り部を有する筒状部とを含み、回転時に駆動されるねじは、筒状部のねじ切り部に対して第二のねじ切り部によって制御されたナットに回転と並進の組み合わされた運動を伝達し、軸に沿ったその並進運動の成分を受動機構に伝える。
非常に簡単な構造で非常に少ない嵩の本発明による運動変換器は、回転運動を効率的に並進運動に変換することを可能とする。
特別の特徴によると、ナットの第二のねじ切り部は、半回転より少ない長さを有する。これによって、ナットに対するねじ切り部と第二のねじ切り部の数を増加させて、一定数のねじ切り部、例えば、変換器の軸に対して対称的な2つのねじ切り部、又は変換器の軸に対して回転中の対称的な3つのねじ切り部の上に分散されている大きい応力を吸収または伝達することが可能となる。さらに、筒状部のねじ切り部と協働する第二のねじ切り部が、ねじ切り部の筒状区分に限定された減少した長さを有するので、ねじ切り部の筒状区分の外部輪郭を可変ピッチのねじ切り部に適合させることが可能となり、筒状部の内側ねじ切り部によって、筒状区分の形であっても少なくとも第二のねじ切り部の充分な支えを確保する。
他の有利な特徴によると、外側のねじ切り部は、異なったピッチのねじ切り部の1つ又は複数のセグメントで構成される。正確には、この場合、ナットの第二のねじ切り部が、ねじ切り部の半回転の長さより少ない長さを有し、その外側の形状が湾曲して、大きい接触面を有しながらねじ切り部の多様なピッチに適合するようにしているのは興味深い。
さらに他の有利な特徴によると、変換器において、ナットの第二のねじ切り部が、曲線的な平行四辺形の形状を有し、その小さい曲率の長辺面が、大きい可変曲率の短辺面につながっており、これによって、可変ピッチのねじ切り部に特に適している。
さらに他の有利な特徴によると、筒状部の凹部のねじ切り部が、可変ピッチであり、ナットの第二のねじ切り部が、軸に垂直な面に設けられた凹部の最小の幅よりも小さい長さの細長い形状と、凹部の最小の幅と多くとも等しい幅を有し、ねじ切り部の長辺面が小さいピッチのねじ切り部の部分において支えとなり、短辺面が、大きいピッチの部分において凹部におけるねじ切り部の支えとなり、ピッチの変化がねじ切り部の曲がった短辺面によって吸収される。
本発明は、また、変換器を含む圧力発生器をも対象とし、対のねじ切り部によってナットと協働する中央ねじと筒状部を含む変換器のナットによって並進時に移動した少なくとも1つのピストンを収容するシリンダーを含むことを特徴とする。
本発明は、また、二重ねじ式運動変換器を含み、回路内に存する圧力を受容する感圧モジュールにも適用され、以下を特徴とする。圧力回路に接続され、押し棒のねじ付きシリンダーにねじ締めされたピストンによって閉鎖された室を形成するシリンダー付きのケースで形成されたモジュールで構成され、ピストンは、回転時に係止されるが、並進時は自由であり、押し棒は、シリンダーの内側ねじ切り部と協働する外側ねじ切り部を備え、室内の圧力の影響でピストンによって移動される押し棒によって伝達されるねじれ及び圧縮力を受容する圧縮及びねじればねに対して押し棒が押しつけられる。
さらに他の有利な特徴によると、感圧モジュールは、以下を特徴とする。押し棒の外側ねじ切り部を受容するシリンダーの内側ねじ切り部は、少なくとも2つの部分、すなわち、一方が軸と平行の直線ねじ切り部を有する部分、他方が小ピッチのねじ切り部を有する部分を含む。
このように、本発明は、並進行程を実行し又は並進行程を使用する駆動装置を制御するのに特に効率的な装置を実現することを可能とし、特に、例えば自動車の設備への駆動装置の組み込みのような、非常に切り詰められた寸法のみが可能である環境において、前記装置を実現できる。
本発明は、下記の添付図面で示された二重ねじ式運動変換器の例示によって、以下に、より詳細に記載される。
二重ねじ式運動変換器の軸方向概略断面図 図1のねじ式運動変換器の簡略化された側面図 図1の二重ねじ式変換器の平面上の概略展開図 図1の二重ねじ式運動変換器の変形例の概略側面図 ナットの外側ねじ切り部の分離した図 図3の変換器の2つの作動ステップの側面図 図3の変換器の2つの作動ステップの側面図 図3の変換器の平面上の展開図 本発明による二重ねじ式運動変換器の他の変形例の概略側面図 圧力発信器を用いた本発明による二重ねじ式変換器に対する押圧力駆動装置の実施例の軸方向断面図 運動変換器を用いた圧力受信器の軸方向断面図
図1は、駆動機構Mを受動機構Rに接続する二重ねじ式運動変換装置100を示す。駆動機構Mは、回転時の駆動運動(Ro)を供給して並進時(Tr)の受動機構Rを軸XXの方向に移動させる。装置全体は、軸XXの周りを回転する対称形を有する。
変換器100は、並進時に係止されるが回転時に自由な軸XXのねじ1から構成される。このねじは駆動機構Mによって回転駆動される。ねじ1は、そのねじ切り部11によってナット2のねじ切り部21と係合し、ナット2は、ナット2の回転運動ではなく並進運動を伝達する接続装置23によって受動機構(R)に並進時に接続される。
ナット2は、軸XXと同軸の筒状部3によって取り囲まれている。これは回転時と並進時に係止される。ねじ1の回転は、固定していると考えられる筒状部3に対する回転である。しかし、回転は、ねじ1と筒状部3に対して可動のナット2に関してこれに適用されるので、実際には、筒状部3に対するねじ1の回転速度の数値的相違のみが生じる。この筒状部は数値的回転速度R1で回転し、ねじ1は数値的速度R0で回転しうるので、ナット2に適用される回転速度は各ねじ切り部の螺旋角度に応じることとなる。
筒状部3は、内側ねじ切り部31を有し、外側のねじ切り部であるナット2の第二のねじ切り部22がこれと係合する。筒状部3の内側ねじ切り部31は、2つのねじ山31A、31Bによって限定された凹部のねじ切り部であり、ナット2のねじ切り部22を導く。このねじ切り部(22)は、ナット2の1回転よりも少なく好ましくは1回転の半分よりも少ない範囲に延びるねじ切り部の筒状区分によってのみ構成され、受動部Rを移動させる最大の並進行程を表すねじ1の長さよりも大幅に少ない長さのナット2によって寸法を減少させている。しかし、内側ねじ切り部31を縁取るねじ山(31A、31B)とねじ切り部22の間において接触面が充分に大きく、大きい応力を伝達する。
図1Aの側面図は、筒状部3の凹部ねじ切り部31を縁取るねじ山31A、31Bのみを筒状部本体なしで示し、ねじ山31A、31B間の2つの側面から誘導されたナット2のねじ切り部22が現れている。ねじ切り部22はナット2の半分の周囲よりも小さい長さの筒状区分であり、図1Aで陰影のある外観によって明らかに示されている。
図2は、図1の二重ねじ式運動変換器100の動作を説明するため平面(図の平面)上に展開された概略図である。
展開図及び図1の配置に対応する配置に従って、軸XXは、ねじ1の軸であり、そのトレースFのねじ切り部11が図2の平面で展開された図においてねじ切り部の傾斜に対応する。軸XXは、ねじ1のねじ切り部11の現在点Miの軸方向位置を規定するのに役立つ。目印の起点Oを通る軸YYは、ねじ切り部11及び31の傾斜を検出するのに役立つ。
展開されたねじ切り部11は、軸XXに沿ってナット2のねじ切り部21と共に現在点Miを移動させる。軸XXと交差する現在点Miは、また、ナットが回転時に係止されるが並進時に自由であった場合、ねじ1によって駆動されるナット2の理論上の位置を示す。
ナット2の第二のねじ切り部又は外側のねじ切り部22が筒状部3の固定したねじ切り部31に従わなければならないので、この係合の現在点Piは、従って、単独のトレースによって(図の複雑化を避けるためねじ山31A、31Bの二重のトレースではない)示された筒状部3のねじ切り部31の平面における展開上を移動する。
ナット2がねじ1との係合のための現在点Miを有するので、現在点Piは従って、ねじ1のねじ切り部の可動の展開Fi上に位置する。
現在点Piは軸OX上の投影Pioを有し、これは、起点Oに対する受動部Rの移動の範囲を、定数を除いて表す。この例では、ねじ切り部11及び31が対向方向にあるので、現在点Pioは、ねじ1の現在点Miよりも遅く移動する。慣例では、移動は、ねじ1のこの回転(+Ro)のために方向(+X)において行われる。
ねじ1の反対方向(−Ro)の回転のために、現在点Piは方向(−X)において右側に(図2)移動して、受動部Rを表す現在点Pioの移動が、ねじ1の現在点Miから前進する。
図1、1Aの例では、ねじ切り部22、31が対向方向にあって、ねじ1の回転(Ro)がナット2を押し、そのねじ切り部21が、従う必要がある筒状部3の内側ねじ切り部31に制御される。
二重ねじ切り部(11、21;22、31)を有する変換器は、ナット2に、以下のように、並進運動と回転運動を生じさせる。すなわち、
ねじ1がナット2を前進させ、一方で、
ねじ切り部11の方向とは反対方向のねじ切り部31が、ナット2の後退と対応する反対方向においてナット2を回転させ、その結果、受動部Rに適用された出力部の組み合わされた運動が減速され、すなわち、単独のねじ1が生じさせる前進よりも遅くなる。
換言すると、ナット2から生じる並進運動は、ナット2が回転を係止されるとナット2の運動に対して減速される。
逆に、図1、1Aに示された方向と反対方向のねじ切り部31の場合、ナット2は、回転が係止されると、ねじ1と協働するだけの場合よりも速く前進する。
図では、距離OPiが、ねじ切り部31上のナット2の移動を表し、距離OPioが、接続機構23によって伝達される受動部Rの並進を表す。結局、距離MiPiはナット2の回転運動の展開を表す。ねじ切り部31は、軸YYに対して、慣例的に、角度(α)を形成し、現在点Piが指標XOYの第一の四分円Q1において移動する。現在点Pio(Pi)は、ねじ1が示された方向(+Ro)に回転する場合、現在点Miに対して遅れ、一方、反対方向(−Ro)の回転については、現在点Pioは、ねじ1の現在点Mi上を前進する。
図2は、同様に四分円Q2において、ねじ切り部31’が軸YYに対して「負の」傾斜(α’)を有する場合を示す。
この場合、同じねじ1に対して、現在点Q1が、回転方向(+Ro)及び相互に、現在点Mi上をQioだけ前進する。
図3は、変換器200の実施態様を示すが、ねじ210、ナット220及び筒状部230に限定して図示されている。この変換器200の実施態様は、筒状部230の内側ねじ切り部231の特別の形状によって上記のものと異なる。
実際、ねじ切り部231は、例えば一定ピッチの螺旋部分231Hに関連した軸XXに平行な直線部分231Dで構成された可変ピッチのねじ切り部である。
直線部分231Dの幅LDは、軸XXに垂直な面において投影された部分231Dの幅である。
螺旋部分231Hの幅LHは、ねじ切り部231の方向と垂直な方向におけるねじ切り部231の幅の大きさである。
幅LDは、ねじ切り部222の筒状区分の可能な限り最も大きい長さであり、幅LHは、ねじ切り部222の筒状区分の可能な限り最も大きい幅である。ねじ切り部222は、このように、曲線的な平行四辺形において示される(図3A)。
図3は、直線部分231Dを回るナット2のねじ切り部222を示し、これは、その単数又は複数の短辺面222aによって部分231Dの側面231D/A又はBに対して押しつけられている(図3Aも参照のこと)。
ねじ切り部231の直線部分231Dとその螺旋部分231Hとの接続は、過渡的部分231Tによって行われ、この部分は、螺旋部分231Hにおける「有限のピッチ」のねじ切り部231に対する直線部分231Dにおける「無限のピッチ」のねじ切り部231の通路にほぼ対応する非常に短い、曲げの大きい部分であり、この過渡的部分231Tは、概略的に、ねじ切り部222の筒状区分を、その短辺面222aによるねじ切り部231への支えから、その長辺面222bによる支えへと移行させる(図3A)。一定のピッチのねじ切り部231Bの場合、ねじ切り部222との接触は、筒状区分の大きい長さに沿って行われ、一方、可変ピッチのねじ切り部231Bの場合、接触は、特に曲げの変動を吸収するためにより少ない。長辺面222bは、それ自体凹凸の曲げを有する。
図3Bは、係合開始の過渡的部分231Tから螺旋部分231Hへ移行するねじ切り部222を示す。
図3Cは、螺旋部分231Hへ移行するねじ切り部222を示し、これは、長辺面222bの一方又は他方によって、ねじ切り部231の面231H−A又は231H−Bに対して支えられている(詳細については図3、3Aを参照のこと)。
図4は、図2と類似した図解によって図3の二重ねじ式変換器の平面の展開を示すが、軸XX上でセグメントODに対応する直線部分231Dと、セグメントDHに対応する螺旋部分231Hを有するねじ切り部231に関するものである。ねじ切り部11は、現在点Miを通過する現在の直線Fiによって表されている。
ねじ切り部222は、その直線部分231Dだけでなくその螺旋部分231Hにおいてもねじ切り部231と平行であるので、現在の直線Fiとねじ切り部231の展開(セグメントDH)の交点で現在点Piによって表されている。
受動部Rの現在点は、軸XX上の現在点Piの投影Pioであり、本例のねじ切り部11、231の傾斜の場合、左側への現在のねじ切り部の移動Fiのため、現在点Miに対して遅れており、これはねじ1の特定の回転方向に相当する。
逆回転として、現在点Pioは、現在点Miに対して前進している。
注記すべき点として、展開を簡略化するため、ねじ切り部のセグメントの過渡的部分は、セグメントOD及びDHの結合点で、図4には図示されていない。
図5は、他の例の二重ねじ式運動変換器300を示し、図示は、ナット2のねじ切り部322と、詳しく示されていない筒状部のねじ切り部331とに限定されている。
ねじ切り部331は大ピッチの入口部分331Eを有し、小ピッチの螺旋部分331Hにつながる過渡的部分331Tが続く。
ナットのねじ切り部322は、曲線的な平行四辺形の形状のセグメントに限定され、その短辺面は互いに、ねじ切り部331の入口部分331Eの図示されていない側面及び過渡的部分331Tにおいて押しつけられ、一方、長辺面は、ねじ切り部331の部分331Hの面に対して押しつけられる。
この二重ねじ式運動変換器300の平面での展開は、図4の変換器としての展開に対応するが、以下を除く。すなわち、異なるのは、入口部分331Eを表すセグメントが軸XX上に配置されておらず、この軸に対して小さい角度で傾斜しており、これは、非常に大きいピッチの螺旋形に対応し、過渡部331Tに対応する大きい傾斜のセグメントと、次いで、図4のセグメントDHのセグメントと比肩する傾斜セグメントに後続するが、これは、この例では、螺旋部分331Hが、図3、4の実施態様の部分231Hのものと同一又は近似するピッチを有するからである。ねじ切り部331の螺旋角度はA及びBによって示される。
変換器300の場合、並進の成分は、まず、部分331Eに関して強いが、図3の実施態様の部分231Dに関してより弱く、次いで、この同じ図3の実施態様の部分231Hに関して大きくなる。
図6は、二重ねじ式運動変換器100の圧力発生器400への組み込みを示し、この圧力発生器は、この変換器100のナット2によって並進時に移動するピストン420を収容するシリンダー410によって概略的に表されており、この変換器は、上記に示されたような対のねじ切り部によってナット2と協働する中央ねじ1と筒状部3を含む。
この例について、筒状部3は、2つの部分を有する凹部ねじ切り部31を有し、その2つの部分のうちの第一の直線部分又は入口部分は、ナット2を、及びピストン420を迅速に前進させ、第二の螺旋部分は、常にモーターMの同一の回転速度で、ピストン420のより遅い前進を生じさせる。
この結果、特に、既知のシステムにおけるよりも大きい圧力を生じさせることが可能となり、又はより一般的には以下のパラメータの組み合わせを最適化することが可能となる。
動力又はトルクモーター
室内の液圧
圧力下の立ち上がり時間
図7は、回路600、例えばブレーキ回路に存する圧力を感知するモジュール500を示す。
モジュール500は、圧力回路600に接続された室503を形成するシリンダー510付きのケース501で構成される。室503は、ケース501の穿孔504内に導入されるピストン520によって閉鎖される。ピストン520は、穿孔504内に同じく導入される押し棒530のねじ切りされたシリンダー531がねじ締めされる内側ねじ切り部521を有する。
ピストン520は、シリンダー510の縦方向溝511に滑動する少なくとも1つの外側脚部522を有し、回転が係止されるが、穿孔504の軸XXに沿った並進は自由である。
ピストン520は、室503の密閉性を確保する図示されていない継手を備える。
押し棒530は、シリンダー510の内側ねじ切り部512に収容される外側ねじ切り部532を備える。内側ねじ切り部512は、例えば、複数の部分、特に2つの部分を有し、その一方の部分512Aは、軸XXに平行な直線ねじ切り部又は非常に大きいピッチのねじ切り部を有し、他方の部分512Bは、通常のねじ切り部のものと同様の小さいピッチのねじ切り部である。
押し棒530は、ケース501の底部502に対して、及びその他方端部542によって押し棒530に対して押しつけられた圧縮ばね540に対して押しつけられている。
このように、ピストン520が室503に存する圧力によって押される時、押し棒530を押し返し、この押し棒は、その外側ねじ切り部532によって、シリンダー510のねじ切り部512によって加えられる運動と、同時にピストン520のねじ切り部521によって外側ねじ切り部532に加えられる運動に従わなければならず、その結果、ばね540は、回路600内の圧力との均衡点まで、圧縮運動を受ける。
ばね540と2対のねじ切り部521、531及び532、512の特徴の選択によって、部分512A、512Bに沿って与えられる移動した液体容量について、回路600 内に存する圧力を規定することが可能となる。
このように、要約すると、ねじ・ピストン520によって加えられる応力が、シリンダー510のねじ切り部512に沿って、並進時及び回転時に押し棒530を押し返す。
押し棒530のこの運動は、ばね540に伝達され、このばねはこの圧縮エネルギーを蓄積して、ねじ・ピストン520に返し、又はばね540の特徴に応じて回路600内において均衡圧力を維持する。
上記の例において、(及び各例に対応する参照符号を繰り返さないが)同様の図面によって筒状部3のねじ切り部31を増加させ、又はナット2上に同様のねじ切り部22を設けることは効果的である。特に、ナットの周囲全体にできるだけ規則的に、ナットによって受動部に伝達される応力を配分して二重ねじ式変換器の均衡を図ることは効果的である。
これらの注記は、上記の種々の実施態様に適用される。このように、例として、図1、1A、3、5において、筒状部のねじ切り部が三倍に増加され、ナットの外側ねじ切り部も同様にされていることがわかる。ナットの第二及び第三の外側ねじ切り部は、第一のものと同様に、ねじ切り部の3分の1回転よりも少ない長さの曲線的な平行四辺形の形状の筒状区分によって構成される。第三の外側ねじ切り部は種々の図でナットの後ろに位置する。しかし、凹部の図は3つの平行な凹部があることを示している。
M 駆動機構
R 受動機構
1 ねじ
2 ナット
11、21、22、31 ねじ切り部
3 筒状部
410、510 シリンダー
420、520 ピストン
530 押し棒

Claims (8)

  1. 駆動機構Mと受動機構Rの間のねじ式運動変換器において、
    ねじ切り部(11)を有し、並進時に係止され、回転時に駆動される回転軸XXのねじと、
    受動機構Rと並進時(23)に接続され、ねじのねじ切り部(11)と係合する第一のねじ切り部(21)、及び第二のねじ切り部(22)を有するナット(2)と、
    ナット(2)を同軸的に囲み、ねじ(1)に対して回転時及び並進時に係止され、ナット(2)の第二のねじ切り部(22)が係合するねじ切り部(31)を有する筒状部(3)とを含み、
    回転時に駆動されるねじ(1)は、筒状部(3)のねじ切り部(31)に対する第二のねじ切り部(22)によって制御されるナット(2)に、回転と並進が組み合わされた運動を伝達し、軸XXに沿ったその並進成分(Tr)が受動機構Rに伝達されることを特徴とする変換器。
  2. ナット(2)の第一のねじ切り部(21)が、内側ねじ切り部であり、ねじ(1)が対応の外側ねじ切り部(11)を有することを特徴とする、請求項1に記載の変換器。
  3. ナット(2)の第二のねじ切り部(22)が、半回転より小さい長さを有することを特徴とする、請求項1に記載の変換器。
  4. 筒状部(3)のねじ切り部(31)が、異なるピッチのねじ切り部の1つ又は複数のセグメントで構成されることを特徴とする、請求項1に記載の変換器。
  5. ナット(2)の第二のねじ切り部(22)が、曲線的な平行四辺形の形状を有し、その小さい曲げの長辺面(222b)が可変の大きい曲げの短辺面(222a)によって接続されることを特徴とする、請求項3に記載の変換器。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の変換器を含む圧力発生器であって、
    対のねじ切り部によってナット(2)と協働する中央ねじ(1)と筒状部(3)を備えた変換器(100)のナット(2)によって並進時に移動する少なくとも1つのピストン(420)を収容するシリンダー(410)を含むことを特徴とする圧力発生器。
  7. 請求項1から5のいずれか1項に記載の変換器を含み、回路(600)に存する圧力を受容する感圧モジュールであって、
    圧力回路(600)に接続され、ねじ切りされたシリンダー(531)上にねじ締めされたピストン(520)によって閉鎖される室(503)を形成するシリンダー(510)付きのケース(501)と、押し棒(530)とによって構成され、ピストン(520)が、回転時に係止されるが並進時には自由であり、押し棒(530)が、シリンダー(510)の内側ねじ切り部(512)と協働する外側ねじ切り部(532)を備え、押し棒(530)が、室(503)に存する圧力の影響でピストン(520)によって移動した押し棒(530)によって伝達された圧縮エネルギーを受容する圧縮ばね(540)に対して押しつけられることを特徴とする感圧モジュール。
  8. 押し棒(530)の外側ねじ切り部(532)を受容するシリンダー(510)の内側ねじ切り部(512)が、少なくとも2つの部分、すなわち、軸に平行な直線的ねじ切り部を有する一方の部分(512A)と、小さいピッチのねじ切り部を有する他方の部分(512B)を含むことを特徴とする、請求項7に記載の感圧モジュール。
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