JP2016148374A - 伸縮アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】雄ねじと雌ねじとの接触面の面圧を低下させ、摩擦力を低減すること。
【解決手段】雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａを有する送りねじ機構４８を備え、雄ねじ部材１１２の軸方向で互いに対向する雄ねじ部１１２ａの歯面２００と雌ねじ部１１４ａの歯面２１０との間には、軸方向のクリアランスであるスラストガタＣＬ１〜ＣＬ４が形成され、スラストガタＣＬ１〜ＣＬ４は、雄ねじ部材１１２の軸方向に沿った中央部で最小のＣＬ１となり、中央部から軸方向に沿った両端部に向かうにつれて徐々に大きくなる、ＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係に設定される。
【選択図】図７

Description

本発明は、雄ねじ及び雌ねじを有する送りねじ機構と、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。

また、特許文献２には、雄ねじのねじ山の山頂と谷底とを連絡する面であるフランク面を、円弧状の凸面からなる曲面で形成することが開示されている。

特表２０１２−５１１４６５号公報 特開２００７−１８２１０８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。

台形ねじからなる送りねじ機構を車両に用いた場合、例えば、送りねじ機構に対し、送りねじ軸の軸方向と略直交する方向の横荷重（曲げ力）が付与されたとき、雄ねじと雌ねじとの間で相対角度が発生し、雄ねじのねじ山の外径エッジ部分が雌ねじの歯面と接触するおそれがある。すなわち、雄ねじと雌ねじとの相対角度がゼロ以外の場合、雄ねじの外径端の外径エッジ部分と雌ねじの山部の裾部分のみが面接触するため、接触面の面圧及び摩擦力が高くなりスティックスリップを発生させるおそれがある。

このような雄ねじの外径端の外径エッジ部分と雌ねじの山部の裾部分のみの接触を回避するためには、例えば、特許文献２に開示されるように雄ねじの歯面を曲面で形成して外径エッジ部分を接触させないことが考えられる。

しかしながら、特許文献２のようなねじ構造では、例えば、雄ねじと雌ねじとの相対角度がゼロで正対するときにも雄ねじと雌ねじとの接触面積が小さくなるため、雄ねじと雌ねじとの接触面に焼きつきが発生して固着するおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、雄ねじと雌ねじとの接触面の面圧を低下させ、摩擦力を低減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、雄ねじ及び雌ねじを有する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって電動機の回転運動が直線運動に変換されることにより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、送りねじ軸の軸方向で互いに対向する前記雄ねじの歯面と前記雌ねじの歯面との間には、軸方向のクリアランスであるスラストガタが形成され、前記スラストガタは、前記送りねじ軸の軸方向に沿った中央部で小となり、前記中央部から軸方向に沿った両端部に向かうにつれて大きくなるように設定されることを特徴とする。

本発明によれば、送りねじ軸の軸方向に沿った中央部でスラストガタが最小となり、その中央部から両端部に向かうにつれてスラストガタが徐々に増大するように設定することで、スラストガタを保持している。例えば、中央部のスラストガタをＣＬ１とし、ＣＬ１の軸方向に沿った両側に隣接する一対のスラストガタをそれぞれ順に、ＣＬ２、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ３、及び、ＣＬ４、ＣＬ４とした場合、ＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係に設定されるとよい。本発明では、雄ねじと雌ねじとの間で相対角が発生した場合、互いに接触する雄ねじ及び雌ねじの歯面間で面圧を受ける面積が従来と比較して増大することで、逆歯面干渉を低減することができる。

これにより、本発明では、雄ねじと雌ねじの歯面間の面圧を低下させ、送りねじ機構の駆動時における摩擦力を低減させることができる。この結果、本発明では、スティックスリップの発生を抑制することができる。

本発明では、雄ねじと雌ねじとの接触面の面圧を低下させ、摩擦力を低減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Ｌ方向に沿った縦断面図である。 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Ｖ−Ｖ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ＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った拡大断面図、（ｃ）は、（ａ）のＶＩＣ−ＶＩＣ線に沿った拡大断面図である。 図３の送りねじ機構の雄ねじ部材及び雌ねじ部材の噛合部分を示す拡大断面図である。 本実施形態に係る送りねじ機構の噛合状態を示す断面図であり、（ａ）は、相対角θが０である正対時（θ＝０）、（ｂ）は、相対角θが０より大きくなったとき（θ＞０）をそれぞれ示している。 比較例に係る送りねじ機構の噛合状態を示す断面図であり、（ａ）は、相対角θが０である正対時（θ＝０）、（ｂ）は、相対角θが０より大きくなったとき（θ＞０）をそれぞれ示している。 雄ねじと雌ねじとの間の相対角θの発生原理を示す説明図である。

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（図２参照）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Ｌ方向に沿った縦断面図、図４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５は、図３のＶ−Ｖ線に沿った拡大縦断面図、図６（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６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った拡大断面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＶＩＣ−ＶＩＣ線に沿った拡大断面図である。

図３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４参照）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４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。

図４に示されるように、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、周方向に沿って等角度離間する４個の爪部（第１爪部）８５が配置されている。この４つの爪部８５は、軸線Ｌ方向に沿って送りねじ機構４８側に向かって突出している。

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４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８８ｂ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８８ａ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４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５参照）。

さらに、図６（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６（ｂ）、図６（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５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８４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５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４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、台形ねじからなり、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。なお、一体的に構成される入力フランジ８６及び雄ねじ部材１１２は、「送りねじ軸」として機能するものである。

図３に示されるように、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、山部（ねじ山）１２９と谷部１３１とを有する。雌ねじ部材１１４は、略円筒体からなり、ロックナット１１５を介して出力ロッド３２の内周面に固定されている。雌ねじ部材１１４の内周面には、雌ねじ部１１４ａが設けられている。雌ねじ部１１４ａは、山部（ねじ山）１２１と谷部１２３と有する。なお、雄ねじ部１１２ａと雌ねじ部１１４ａとの間には、図示しない潤滑油が塗布されている。

図７は、図３の送りねじ機構の雄ねじ部材及び雌ねじ部材の噛合部分を示す拡大断面図である。なお、図７は、雄ねじ部材１１２の軸線Ｍ１と雌ねじ部材１１４の軸線Ｍ２とが一致する正対時の状態を示している。この軸線Ｍ１、軸線Ｍ２は、送りねじ軸と一致している。また、図７では、出力ロッド３２に引張力が作用して白地の太矢印方向に力が作用しているものとする。

雄ねじ部１１２ａの山部１２９の歯面２００は、歯先２０２から歯底２０４に向かって直線状に所定角度で傾斜する傾斜面で形成されている。この場合、雄ねじ部１１２ａの歯先円直径は、送りねじ軸の軸方向に沿ってそれぞれ一定に形成されている。

雌ねじ部１１４ａの山部１２１の歯面２１０は、歯先２１２から歯底２１４に向かって直線状に所定角度で傾斜する傾斜面で形成されている。雌ねじ部１１４ａの歯底円直径Ｐは、送りねじ軸の軸方向に沿った中央部からその両端部（一端部及び他端部）に向かうに従って徐々に増大するように形成されている（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４）。換言すると、雌ねじ部１１４ａの歯底円直径（内径）Ｐは、送りねじ軸の軸方向に沿った中央部で最も小径となり（Ｐ１）、このＰ１からその両端部（一端部及び他端部）に向かうにつれて徐々に増大するように設定されている。

また、送りねじ軸の軸方向で互いに対向する雄ねじ部１１２ａの歯面２００と雌ねじ部１１４ａの歯面２１０との間には、軸方向のクリアランスであるスラストガタＣＬ１〜ＣＬ４が形成されている。図７中では、最小である中央部のスラストガタをＣＬ１とし、ＣＬ１の軸方向に沿った両側に隣接する一対のスラストガタをそれぞれＣＬ２、ＣＬ２とし、以下、両側に向かって、順に、ＣＬ３、ＣＬ３、及び、ＣＬ４、ＣＬ４としている。なお、図７に示されるスラストガタの個数は、その一例として挙げたものであり、ＣＬ１〜ＣＬ４に限定されるものではない。

このスラストガタＣＬ１〜ＣＬ４は、送りねじ軸の軸方向に沿った中央部で最小となり、中央部のスラストガタＣＬ１から送りねじ軸の軸方向に沿った両端部に向かうにつれて徐々に大きくなるように、ＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係に設定されている。

本実施形態では、雄ねじ部１１２ａの軸方向における歯長が、雌ねじ部１１４ａの軸方向における歯長よりも長く形成されている（図３参照）。このため、歯長が短い雌ねじ部１１４ａを変形させてスラストガタＣＬ１〜ＣＬ４を形成している。すなわち、雌ねじ部１１４ａの歯面２１０の傾斜角度を所定角度に保持したまま、スラストガタが徐々に大きくなるように雄ねじ部１１２ａの歯面２００から軸方向に沿って平行にスライド（平行移動）させることにより形成している。このため、雌ねじ部１１４ａの歯先面の面積が徐々に減少する（先細りとなる）と共に、雌ねじ部１１４ａの歯底面における歯底円直径Ｐが中央部から両端部に向かって徐々に増大する（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４）。なお、例えば、雌ねじ部の軸方向の歯長が、雄ねじ部の軸方向の歯長よりも長い場合には、歯長が短い雄ねじ部の歯面をスライドさせてスラストガタを形成するようにするとよい。

本実施形態では、後記する相対角θが０である正対時において、図７の網点領域で示されるように、最小のスラストガタＣＬ１である中央部で雄ねじ部１１２ａの歯面２００と雌ねじ部１１４ａの歯面２１０とが面接触し、且つ、螺旋状の約１周にわたり面接触している。

なお、本実施形態では、スラストガタＣＬ１〜ＣＬ４が容易にＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係となるように、雌ねじ部１１４ａの歯底円直径Ｐ１〜Ｐ４をＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４と設定した。しかしながら、例えば、雌ねじ部１１４ａの歯底円直径（内径）Ｐ１〜Ｐ４が十分に大きく、相対角θが発生した場合にも雄ねじ部１１２ａの歯底円直径（外径）と干渉しないことを条件として、ＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係を維持したまま、雌ねじ部１１４ａの歯底円直径Ｐ１〜Ｐ４をＰ１＝Ｐ２＝Ｐ３＝Ｐ４と設定してもよい。

さらに、本実施形態では、雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａ間の摩擦力低減という効果を明確にするために、スラストガタＣＬ１〜ＣＬ４をＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係に設定した。この場合、雄ねじ部１１２ａと雌ねじ部１１４ａとの間の相対角θが０である正対時（θ＝０）では、最小のスラストガタＣＬ１である送りねじ軸（雄ねじ部材１１２）の中央部のみで螺旋状の約１周しか面接触しないため、接触する歯面間の面圧が高くなる。そこで、摩擦力低減という効果を維持したまま正対時の面圧を抑制するためには、スラストガタＣＬ１〜ＣＬ４を、ＣＬ１＝ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係に設定するとよい。

図３に戻り、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１１９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。

図８（ａ）、図８（ｂ）は、本実施形態に係る送りねじ機構の噛合状態を示す断面図であり、図８（ａ）は、相対角θが０である正対時（θ＝０）、図８（ｂ）は、相対角θが０より大きくなったとき（θ＞０）をそれぞれ示している。図９（ａ）、図９（ｂ）は、比較例に係る送りねじ機構の噛合状態を示す断面図であり、図９（ａ）は、相対角θが０である正対時（θ＝０）、図９（ｂ）は、相対角θが０より大きくなったとき（θ＞０）をそれぞれ示している。図１０は、雄ねじと雌ねじとの間の相対角θの発生原理を示す説明図である。なお、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図９（ａ）、図９（ｂ）では、出力ロッド３２に引張力が作用して白地の太矢印方向に力が作用しているものとする。

図９（ａ）、図９（ｂ）に示される比較例は、雄ねじ及び雌ねじが通常の台形ねじによって形成される送りねじ機構を用い、軸方向のクリアランスであるスラストガタＣＬを一定にしている点で本実施形態と相違している。

また、「正対」とは、雄ねじ部材１１２の軸線Ｍ１と雌ねじ部材１１４の軸線Ｍ２とが同心で一致する場合（相対角θ＝０）をいい、「相対角θ」とは、例えば、付与される横荷重等によって雄ねじ部材１１２の軸線Ｍ１と雌ねじ部材１１４の軸線Ｍ２とが交差したときの交差角度をいう。

先ず、図１０に基づいて雄ねじ部１１２ａと雌ねじ部１１４ａとの間で相対角θが発生する原理について説明する。

図１０に示されるように、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、基端と反対側の先端は、ゴムブッシュジョイント２６ｂを介してナックル１２（図１参照）の後部に連結されている。これにより、後輪Ｗ側のゴムブッシュジョイント２６ｂには、後輪Ｗの駆動変位に起因して矢印Ｃ１方向のねじり力と、矢印Ｃ２、Ｃ３方向のこじり力が入力される。この矢印Ｃ１方向のねじり力及び矢印Ｃ２方向のこじり力が出力ロッド３２に伝達され、出力ロッド３２が円弧状の白抜き矢印方向に大きく傾動する。これに対して送りねじ機構４８の送りねじ軸（雄ねじ部材１１２）は、車体フレーム側に固定されているため、円弧状の矢印方向に小さく傾動する。

これにより、出力ロッド３２と送りねじ機構４８の雄ねじ部材１１２との間で相対角度が発生する。送りねじ機構４８では、この相対角度により、雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａの歯面２００、２１０が正対することがなく、雄ねじ部１１２ａの軸線Ｍ１と雌ねじ部１１４の軸線Ｍ２との間に相対角θが発生する。

スラストガタＣＬが一定に形成された比較例では、図９（ａ）の破線領域Ｓ１で示されるように正対時に雄ねじ部１１２ａの歯面２００と雌ねじ部１１４ａの歯面２１０との全面にわたって面接触する。また、比較例では、図９（ｂ）の接触面Ｓ２で示されるように、所定の相対角θが付与されると雄ねじ部１１２ａの外径エッジ部分が雌ねじ部１１４ａの歯面２１０に対して外径端部の２箇所で面接触する逆歯面干渉が発生する。

これに対して、本実施形態の正対時（θ＝０）では、図８（ａ）の破線領域Ｓ１で示されるように、最小のスラストガタＣＬ１である送りねじ軸（雄ねじ部材１１２）の中央部のみで螺旋状の約１周にわたって面接触する。破線領域Ｓ１以外では、雄ねじ部１１２ａの歯面２００と雌ねじ部１１４ａの歯面２１０とは、非接触状態となっている。また、本実施形態では、図８（ｂ）の接触面Ｓ２で示されるように、比較例と同じ所定の相対角度θが付与されると雄ねじ部１１２ａの３つ外径エッジ部分が雌ねじ部１１４ａの歯面２１０に対して歯面略中央の３箇所で面接触する。この結果、本実施形態では、雄ねじ部１１２ａと雌ねじ部１１４ａとの歯面２００、２１０間において面圧を受ける面積が比較例よりも増大し、逆歯面干渉の発生を抑制することができる。

このように、本実施形態では、送りねじ軸（雄ねじ部材１１２）の軸方向に沿った中央部でスラストガタＣＬ１が最小となり、その中央部から両端部に向かうにつれてスラストガタが徐々に増大（ＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４）するように設定することで、送りねじとしてのスラストガタをＣＬ１に保持することができる。雄ねじ部１１２ａの軸線Ｍ１と雌ねじ部１１４ａの軸線Ｍ２との間で所定の相対角θが発生した場合、互いに接触する雄ねじ部１１２ａ及び雌ねじ部１１４ａの歯面２００、２１０間で面圧を受ける面積が比較例と比較して増大することで、逆歯面干渉を低減することができる。

これにより、本実施形態では、雄ねじ部材１１２と雌ねじ部材１１４との間の摩擦力が低減され、結果としてスティックスリップの発生を抑制することができる。

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
１１４ 雌ねじ部材
１１４ａ 雌ねじ部
２００、２１０ 歯面
ＣＬ１〜ＣＬ４ スラストガタ

Claims (2)

1. 雄ねじ及び雌ねじを有する送りねじ機構と、前記送りねじ機構によって電動機の回転運動が直線運動に変換されることにより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、
   送りねじ軸の軸方向で互いに対向する前記雄ねじの歯面と前記雌ねじの歯面との間には、軸方向のクリアランスであるスラストガタが形成され、
   前記スラストガタは、前記送りねじ軸の軸方向に沿った中央部で小となり、前記中央部から軸方向に沿った両端部に向かうにつれて大きくなるように設定され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、
   前記中央部のスラストガタをＣＬ１とし、前記ＣＬ１の軸方向に沿った両側に隣接する一対のスラストガタをそれぞれ順に、ＣＬ２、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ３、及び、ＣＬ４、ＣＬ４とした場合、ＣＬ１＜ＣＬ２＜ＣＬ３＜ＣＬ４の関係に設定されることを特徴とする伸縮アクチュエータ。

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