JP5976047B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、リニアアクチュエータに関する。
特許文献1に記載されるリアトーアクチュエータ(リニアアクチュエータ)は、モータのシャフトに形成されたドライブギア(ピニオンギア)に噛み合うドリブンギアを有する。そして、ドリブンギアと一体にナットが回転し、ナットの回転でロッドが直線運動するように構成されている。
特許文献1に記載されるリアトーアクチュエータは、モータのシャフトとロッドが同軸上に配置されない構造になっている(モータのシャフトとロッドがオフセットしている)。このような構造によってロッドの軸方向の長さが短縮されてリアトーアクチュエータが小型化されている。
特開2013−248896号公報
特許文献1に記載されるリアトーアクチュエータは、モータが出力する動力でシャフトに形成されるドライブギアが回転する。さらに、ドライブギアの回転に応じて、当該ドライブギアと噛み合うドリブンギアが回転する。
このような構成のリアトーアクチュエータにおいて、モータのシャフトが振動するとドライブギアとドリブンギアとの噛み合いによって、騒音(歯打ち音)が生じることがある。歯打ち音はギアの寸法誤差や軸受部の剛性不足によって増大する。
回転時のシャフトは、軸方向、回転方向(振れ回り)、及び、軸方向と直交する方向に振動しやすくなっている。
特許文献1のリアトーアクチュエータは、自動車に備わって後輪のトー角の変更時に駆動する。自動車において後輪のトー角は頻繁に変更されるため、ドライブギアとドリブンギアの噛み合いでリアトーアクチュエータに生じる歯打ち音は自動車の乗員に対する不快な騒音になる。
したがって、ドライブギアとドリブンギアの噛み合いで生じる歯打ち音の低減が必要になる。
そこで本発明は、モータで回転するピニオンギアと、ピニオンギアに噛合するドリブンギアと、の噛み合いで生じる歯打ち音を低減可能な構造のリニアアクチュエータを提供することを課題とする。
前記課題を解決するため本発明は、モータの出力軸と同軸に連結されるピニオン軸と、前記ピニオン軸に形成されるピニオンギアと噛み合うドリブンギアと、前記ドリブンギアとともに回転するナットと、前記ナットの回転運動をロッドの直線運動に変換する送りねじ機構と、前記出力軸の外周面が前記ピニオン軸に形成される縦孔の内周面にセレーション結合する連結部と、前記連結部において前記出力軸と前記ピニオン軸の間で軸方向に作用する圧力を発生させる与圧手段と、を備え、前記与圧手段は、円筒形状の弾性部材であって、外周面が軸方向に沿った線状に盛り上がって延設される少なくとも3つのリブ部を有し、前記リブ部を含んだ外径が前記縦孔の内径と等しく形成され、前記与圧手段が前記縦孔に収容されて当該縦孔に挿入される前記出力軸で押圧されて圧縮変形して前記圧力を発生することを特徴とする。
本発明によると、モータの出力軸と、ピニオンギアが形成されるピニオン軸と、がセレーション結合される。また、ピニオン軸に形成されるピニオンギアがドリブンギアと噛み合い、ピニオン軸の回転にともなってドリブンギアが回転する。そして、ドリブンギアとともに回転するナットの回転運動がロッドの直線運動に変換される。したがって、モータが出力する動力が効率よくロッドの直線運動に変換される。
また、出力軸とピニオン軸の連結部では、出力軸とピニオン軸の間で軸方向に作用する圧力が生じる。ピニオン軸には、圧力に相当する力が軸方向に作用して軸方向の振動が抑制される。ピニオン軸において軸方向の振動が抑制されるとピニオンギアとドリブンギアの噛み合いで生じる歯打ち音が軽減される。
本発明によると、与圧手段は弾性部材であり、ピニオン軸の縦孔に収容されて出力軸で押圧されて圧力を発生する。
また与圧手段の外周面にはリブ部が形成され、リブ部を含んだ外径が縦孔の内径と等しくなっている。したがって、縦孔に収容された与圧手段はリブ部が縦孔の内周面に接した状態になる。与圧手段は、縦孔内で出力軸に押圧されると、リブ部以外の部分が容易に変形して圧縮変形し圧力を発生する。つまり、与圧手段となる弾性部材は外周面にリブ部を設けることによって圧力を発生しやすい形状になっている。
また、前記連結部では、前記与圧手段が発生する前記圧力によって、前記出力軸と前記ピニオン軸が軸方向に沿って互いに反発していることを特徴とする。
本発明によると、ピニオン軸は出力軸から離反する方向に押圧される。ピニオン軸の先端部が軸受で支持される場合にはピニオン軸が軸受に押圧されるため、ピニオン軸は安定した状態となって軸方向の振動が抑制される。
また、前記与圧手段は、前記リブ部が周方向に等間隔で形成されていることを特徴とする。
本発明によると、与圧手段の外周面に等間隔でリブ部が形成される。したがって、与圧手段は縦孔内で周方向に均等に圧縮変形し、周方向において均等な圧力を発生する。ピニオン軸には、周方向に均等に圧力が入力される。よって、ピニオン軸は軸方向に対して傾くことなく支持される。
また、前記与圧手段に3つの前記リブ部が形成されていることを特徴とする。
本発明によると、与圧手段の外周面に等間隔(120°間隔)で3つのリブ部が形成される。
本発明によると、モータで回転するピニオンギアと、ピニオンギアに噛合するドリブンギアと、の噛み合いで生じる歯打ち音を低減可能な構造のリニアアクチュエータを提供できる。
車両のトー角変更装置を示す図である。 リニアアクチュエータの構造を示す断面図である。 (a)はピニオン軸の連結部の斜視図、(b)はピニオン軸の連結部の断面図である。 (a)は与圧手段の斜視図、(b)は与圧手段におけるSec1−Sec1での断面図である。 リニアアクチュエータの模式図である。 ピニオンギアに作用するギア離反力の軸直交成分を示す模式図であり、(a)はピニオン軸に与圧手段が備わらない従来例を示す図、(b)はピニオン軸に与圧手段が備わる本実施形態を示す図である。 与圧手段の設計変更例を示す図であり、(a)は両端部が拡径した円筒形状の与圧手段を示す図、(b)は圧縮ばねを与圧手段とする一例を示す図である。
以下、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は車両のトー角変更装置を示す図である。本実施形態のトー角変更装置2は、車両1の後輪3のトー角を変更する。なお、図1は左側の後輪3に取り付けられるトー角変更装置2を示している。図示はしないが、右側の後輪に取り付けられるトー角変更装置は構成要素が左右対称に配置される。
図1に示すように、車両1の後輪3はトレーリングアーム10の後端に取り付けられている。トレーリングアーム10は車両1の前後方向に延設されており、前端はクロスメンバ12の端部近傍に支持されている。クロスメンバ12は車両1の車幅方向に延設され、その端部はリアサイドフレーム11に弾性支持されている。リアサイドフレーム11は車両1の前後方向に延設されている。

トレーリングアーム10は、車体側アーム10aと車輪側アーム10bを有する。車体側アーム10aはクロスメンバ12に固定される。車輪側アーム10bには後輪3が取り付けられる。車体側アーム10aと車輪側アーム10bは回動軸10cを介して連結されている。回動軸10cは車両1の上下方向に延伸する軸部材である。
車輪側アーム10bは車体側アーム10aに対して回動軸10c周りに回動可能に連結されている。車体側アーム10aはクロスメンバ12に固定されているため、車輪側アーム10bはクロスメンバ12に対して回動可能になっている。
このような構成によって、トレーリングアーム10(車輪側アーム10b)が車幅方向に変位可能となっている。
トー角変更装置2は、リニアアクチュエータ4と制御装置5を有する。リニアアクチュエータ4は、車輪側アーム10bとクロスメンバ12に取り付けられている。リニアアクチュエータ4はロッド40と本体部41とモータ42を有する。リニアアクチュエータ4のロッド40は、車輪側アーム10bの前端部にブッシュ4aを介して連結される。ロッド40は、車輪側アーム10bに対してブッシュ4a周りに回動可能になっている。
リニアアクチュエータ4の本体部41は、クロスメンバ12にブッシュ4bを介して連結される。本体部41は、クロスメンバ12に対してブッシュ4b周りに回動可能になっている。
なお、車輪側アーム10bの前端部は回動軸10cよりも前方に延出している。リニアアクチュエータ4は制御装置5で制御される。
リニアアクチュエータ4のモータ42は制御装置5から入力される指令に応じて駆動する。リニアアクチュエータ4はモータ42の駆動でロッド40が直線運動する。
車輪側アーム10bはロッド40の直線運動に応じて回動軸10cを中心として回動する。車輪側アーム10bが回動すると後輪3が転向し、後輪3のトー角が変更される。
図2はリニアアクチュエータの構造を示す断面図である。
図2に示すように、リニアアクチュエータ4は、ロッド40と本体部41とモータ42を有する。
ロッド40にはねじ軸40aが延設されている。ねじ軸40aは本体部41の筺体41aに収容されている。ねじ軸40aに形成されている雄ねじ40Sはナット43の雌ねじ43Sに螺合する。ナット43は軸受(アンギュラ軸受43a)を介して筺体41aに取り付けられる。ナット43は筺体41aに対して軸周りに回転自在に支持される。
アンギュラ軸受43aは、筺体41aに取り付けられるリング部材43c(Cリング等)と、ナット43の外周にねじ込まれるロックナット43bで当該ナット43に固定される。また、ねじ軸40aの端部にはストッパ40cが取り付けられている。ストッパ40cはナット43の雌ねじ43Sよりも大径に形成される。ストッパ40cによって、ロッド40がナット43から抜けることが防止される。
筺体41aに対して軸周りに回転するナット43の雌ねじ43Sと、ナット43の雌ねじ43Sに螺合するねじ軸40aの雄ねじ40Sと、によって送りねじ機構が構成される。送りねじ機構はナット43の回転運動をロッド40の直線運動に変換する。したがって、ロッド40はナット43の回転に応じて直線運動する。ロッド40の直線運動にともなって筺体41a(本体部41)からのロッド40の突出量が変化する。
ロッド40と筺体41aの間はベローズ48で閉塞される。ベローズ48は弾性を有し、ロッド40の直線運動に応じて伸縮する。ベローズ48によって、筺体41aの内部への異物の進入が防止される。
筺体41aには、ナックル(本体側ナックル41b)が形成されている。本体側ナックル41bにはブッシュ4b(図1参照)が嵌合する。リニアアクチュエータ4は、本体側ナックル41bに嵌合するブッシュ4bを介してクロスメンバ12(図1参照)に連結される。
ロッド40において、ねじ軸40aと反対の端部にはナックル(ロッド側ナックル40b)が形成されている。ロッド側ナックル40bにはブッシュ4a(図1参照)が嵌合する。リニアアクチュエータ4は、ロッド側ナックル40bに嵌合するブッシュ4aを介して車輪側アーム10b(図1参照)に連結される。
ナット43の外周にはドリブンギア44が形成されている。ドリブンギア44はナット43と同軸に回転する外歯歯車で構成される。
ドリブンギア44は、モータ42の動力で回転するピニオン軸45に形成されるピニオンギア45aと噛み合い、ピニオン軸45の回転に応じて回転する。ナット43はドリブンギア44とともに軸周りに回転する。
また、リニアアクチュエータ4にはソレノイド47が備わっている。ソレノイド47はソレノイドピン47aを有する。ソレノイドピン47aは、制御装置5の指令に応じてドリブンギア44に向かって直線運動する。ソレノイドピン47aはドリブンギア44の歯溝に嵌合してドリブンギア44の回転を係止する。ドリブンギア44の回転が係止されるとナット43の回転が係止されてロッド40の直線運動が係止される。つまり、ロッド40がロックされる。このように、ソレノイド47はロッド40をロックする。
ピニオン軸45においてモータ42側の端部には連結部45bが形成されている。ピニオン軸45は連結部45bでモータ42の出力軸(モータ軸42a)と連結している。ピニオン軸45はモータ軸42aと同軸に連結される。連結部45bは軸受(ボール軸受46b)で筺体41aに支持される。連結部45bの詳細は後記する。
また、ピニオン軸45は、連結部45bと反対側の端部(先端部45c)が軸受(ニードル軸受46a)を介して筺体41aに支持される。
なお、本実施形態のリニアアクチュエータ4はモータ軸42aとロッド40がオフセットしている。つまり、モータ軸42aとロッド40が同軸上に配置されない。このような構造によってロッド40の軸方向の長さが短縮され、リニアアクチュエータ4が小型化される。
制御装置5の指令によってモータ42が駆動すると、ピニオン軸45とドリブンギア44とナット43が回転する。ナット43の回転運動は送りねじ機構によってロッド40の直線運動に変換される。したがって、ナット43が回転するとロッド40が直線運動しロッド側ナックル40bが変位する。
ロッド側ナックル40bの変位にともなって車輪側アーム10b(図1参照)が回動軸10c(図1参照)周りに回動して後輪3(図1参照)が転向する。
図3の(a)はピニオン軸の連結部の斜視図、(b)はピニオン軸の連結部の断面図である。
図3の(a)に示すように、ピニオン軸45の連結部45bには軸方向に延びる縦孔450が形成されている。縦孔450には与圧手段70とモータ軸42aが挿入される。モータ軸42aの外周面には、軸方向に延びる複数の歯部451が先端部に形成されている。また、ピニオン軸45の縦孔450の内周面には、軸方向に延びる複数の溝部(縦溝450a)が形成されている。縦孔450に挿入されたモータ軸42aの歯部451に、縦孔450の縦溝450aが係合した状態でピニオン軸45とモータ軸42aが連結する。
この構成によって、連結部45bでは、モータ軸42aの外周面がピニオン軸45に形成される縦孔450の内周面にセレーション結合する。
連結部45bでは、モータ軸42aの外周面と縦孔450の内周面の間で歯部451と縦溝450aが係合する。したがって、モータ軸42aの外周面と縦孔450の内周面の間でスリップは生じない。よって、モータ42(図2参照)が出力する動力は歯部451及び縦溝450aを介してピニオン軸45に効率よく伝達される。
また、ピニオン軸45の縦孔450には与圧手段70が挿入される。与圧手段70はピニオン軸45の軸方向に弾性を有する。一例として、与圧手段70は、ゴムなど弾性を有する素材で形成される筒状部材(弾性部材)とする。
図3の(b)に示すように、弾性部材である与圧手段70は、縦孔450の内部で、当該縦孔450に挿入されるモータ軸42aに押圧されて軸方向に圧縮変形する。連結部45bでは、圧縮変形した与圧手段70によって、モータ軸42aとピニオン軸45の間で軸方向に作用する圧力が発生し、ピニオン軸45とモータ軸42aは軸方向に沿って互いに反発する。ピニオン軸45とモータ軸42aには、軸方向に沿った逆向きの反発力Paが発生する。
図4の(a)は与圧手段の斜視図、(b)は与圧手段におけるSec1−Sec1での断面図である。
図4の(a),(b)に示すように、本実施形態の与圧手段70は円筒形状を呈し、中心を貫通する貫通孔71が開口している。また、外周には軸方向に延設されるリブ部72が形成されている。リブ部72は、与圧手段70の外周面が軸方向に沿った線状に(尾根状に)盛り上がって形成される。与圧手段70には、3つ以上のリブ部72が形成されていることが好ましい。また、リブ部72は、与圧手段70の周方向に等間隔(等角)に形成される。例えば、3つのリブ部72が形成される与圧手段70では、周方向に120°間隔でリブ部72が形成される。
また、与圧手段70は、中心からリブ部72を含んだ外径(半径R1)が、ピニオン軸45に形成される縦孔450の内径(半径Rin)と等しく形成される(半径R1=半径Rin)。ピニオン軸45の縦孔450に挿入された与圧手段70はリブ部72が縦孔450の内周面に接触する。
モータ軸42a(図3の(a)参照)がピニオン軸45の縦孔450に挿入されると与圧手段70はピニオン軸45で押圧される。このとき、与圧手段70は、縦孔450の内周面に接触していない部分が容易に圧縮変形して弾性力を生じる。この弾性力がモータ軸42a及びピニオン軸45に対する圧力になって、図3の(b)に示すように、ピニオン軸45とモータ軸42aに反発力Paが発生する。
また、与圧手段70は、リブ部72が周方向に等間隔(等角)に形成される。3つのリブ部72が与圧手段70に形成される場合には、リブ部72は120°間隔で形成される。したがって、与圧手段70は縦孔450の内部で周方向に均等に圧縮変形し、周方向で均等な弾性力(圧力)を発生する。ピニオン軸45には周方向で均等に圧力が入力され、ピニオン軸45は軸方向に対して傾斜しない。
与圧手段70の形状や大きさは、ピニオン軸45とモータ軸42a(図3の(a)参照)に発生させる反発力Paに応じて決定されることが好ましい。
軸方向の長さ(全長L1)や貫通孔71の大きさ(内径φD1)、与圧手段70の厚み(壁厚t1)は、縦孔450の内部で圧縮変形したときに好適な反発力Paが発生するように決定されることが好ましい。例えば、貫通孔71が形成されない与圧手段70であってもよい。
また、リブ部72の数や形状(軸方向のリブ長L2など)も好適な反発力Paが発生するように決定されることが好ましい。
例えば、リブ部72の軸方向の長さ(リブ長L2)が全長L1に等しい形状(全長L1=リブ長L2)の与圧手段70であってもよい。
図5はリニアアクチュエータの模式図である。
図5に示すように、ピニオン軸45の連結部45bに与圧手段70が備わることで、ピニオン軸45とモータ軸42aには、軸方向に逆向きの反発力Paがそれぞれ発生する。
また、ピニオンギア45aにはドリブンギア44からギア離反力Pg(図6の(a)参照)が作用する。ピニオンギア45aが停止してドリブンギア44に力を伝達しない場合、ギア離反力Pgの軸方向成分Pgaはゼロであり、このとき、ピニオン軸45の連結部45bとボール軸受46bの間には反発力Paと等しい押圧力Pbが軸方向に作用する(反発力Pa=押圧力Pb)。ギア離反力Pgの軸方向成分Pgaは、ピニオン軸45の軸方向の成分である。
ピニオンギア45aが回転してドリブンギア44に力を伝達する場合、ギア離反力Pg(図6の(a)参照)の軸方向成分Pgaは、正または負の値をとる。なお、図5に示すように、本実施形態では、ピニオン軸45の軸方向に沿ってニードル軸受46aの側を正(+)とし、ボール軸受46bの側を負(−)とする。反発力Paが軸方向成分Pgaよりも充分に大きく設定される場合、押圧力Pbと軸方向成分Pgaの合力が反発力Paに等しくなる(反発力Pa=押圧力Pb+軸方向成分Pga)。このとき、ピニオン軸45の連結部45bとボール軸受46bの間には、押圧力Pbがピニオン軸45の軸方向に常に作用した状態になる。このため、ピニオン軸45の軸方向の変位が抑制される。すなわち、連結部45bに与圧手段70が備わることによってピニオン軸45の軸方向の変位が抑制され、ひいては、ピニオン軸45の軸方向の振動が抑制される。
図6はピニオンギアに作用するギア離反力の軸直交成分を示す模式図であり、(a)はピニオン軸に与圧手段が備わらない従来例を示す図、(b)はピニオン軸に与圧手段が備わる本実施形態を示す図である。
図6の(a)に示すように、ピニオンギア45aにはドリブンギア44(図5参照)からギア離反力Pgが作用する。ギア離反力Pgは、前記した軸方向成分Pgaと軸直交成分Pgpに分解される。軸直交成分Pgpはピニオン軸45の軸方向と直交する方向の成分である。
ボール軸受46bは、保持器46b1に対して規定のガタに相当する量の変動が可能に構成される。また、ピニオン軸45とニードル軸受46aの間には所定のガタが生じる。ギア離反力Pgが作用すると、ピニオン軸45は、ボール軸受46bやニードル軸受46aのガタによってわずかに傾斜する。
図6の(a)に示すように、ピニオン軸45には、ニードル軸受46aに生じるニードル反力Pnと、ボール軸受46bに生じる軸受反力Prgとギア離反力Pgが作用する。ニードル軸受46aはボール軸受46bよりガタが大きく剛性が低いため、ニードル軸受46aには変形が生じやすい。このため、ピニオン軸45はニードル軸受46aでの変位が大きくなる。したがって、ピニオンギア45aとドリブンギア44(図5参照)の噛み合い変動によってギア離反力Pg(特に、軸直交成分Pgp)に変動が生じると、ニードル軸受46aには大きな変位の変動、すなわち、大きな振動が生じる。ニードル軸受46aの振動で発生する音は、ピニオンギア45aとドリブンギア44の噛み合いで生じる歯打ち音の一部になる。
図6の(b)に示すように、与圧手段70でピニオン軸45に軸方向の反発力Paが発生すると、ボール軸受46bに生じる軸受反力Prgの軸方向成分が反発力Paと逆方向に増大する。このため、図6の(b)に示す原点Oに対する、軸受反力Prgの左回りのモーメントMpが増大する。なお、ここでいう左回りは、図中における左回りを示す(以下、同じ)。そして、モーメントMpのつり合いによって、同じく原点Oに対する左回りのモーメントMpであるニードル反力Pnが減少する。このため、図6の(a)に示す状態(すなわち、与圧手段70が備わらない状態)と比較して、ニードル軸受46aにおけるピニオン軸45の変位が小さくなる。したがって、ニードル軸受46aの振動が抑制され、ピニオンギア45aとドリブンギア44(図5参照)の噛み合いで生じる歯打ち音が軽減される。
なお、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更が可能である。
例えば、与圧手段70は図4の(a)に示す形状に限定されない。
図7は与圧手段の設計変更例を示す図であり、(a)は両端部が拡径した円筒形状の与圧手段を示す図、(b)は圧縮ばねを与圧手段とする一例を示す図である。
図7の(a)に示すように、両端部に拡径部70a1を有する円筒形状の与圧手段70aであってもよい。この場合、拡径部70a1の外径(半径R2)がピニオン軸45の縦孔450の内径(半径Rin)と等しいことが好ましい(半径R2=半径Rin)。また、与圧手段70aの中心を貫通孔70a2が貫通していてもよい。
また、図7の(b)に示すように、与圧手段として圧縮ばね70bが備わる構造であってもよい。ピニオン軸45の縦孔450の内部で、モータ軸42aに押圧された圧縮ばね70bが圧縮変形して、ピニオン軸45とモータ軸42aに反発力Pa(図5参照)を発生する構造であってもよい。
1 車両
4 リニアアクチュエータ
40 ロッド
40S 雄ねじ(送りねじ機構)
42 モータ
42a モータ軸(出力軸)
43 ナット
43S 雌ねじ(送りねじ機構)
44 ドリブンギア
45 ピニオン軸
45a ピニオンギア
45b 連結部
70 与圧手段
72 リブ部
450 縦孔

Claims (4)

  1. モータの出力軸と同軸に連結されるピニオン軸と、
    前記ピニオン軸に形成されるピニオンギアと噛み合うドリブンギアと、
    前記ドリブンギアとともに回転するナットと、
    前記ナットの回転運動をロッドの直線運動に変換する送りねじ機構と、
    前記出力軸の外周面が前記ピニオン軸に形成される縦孔の内周面にセレーション結合する連結部と、
    前記連結部において前記出力軸と前記ピニオン軸の間で軸方向に作用する圧力を発生させる与圧手段と、を備え
    前記与圧手段は、
    円筒形状の弾性部材であって、外周面が軸方向に沿った線状に盛り上がって延設される少なくとも3つのリブ部を有し、前記リブ部を含んだ外径が前記縦孔の内径と等しく形成され、
    前記与圧手段が前記縦孔に収容されて当該縦孔に挿入される前記出力軸で押圧されて圧縮変形して前記圧力を発生することを特徴とするリニアアクチュエータ。
  2. 前記連結部では、
    前記与圧手段が発生する前記圧力によって、前記出力軸と前記ピニオン軸が軸方向に沿って互いに反発していることを特徴とする請求項1に記載のリニアアクチュエータ。
  3. 前記与圧手段は、前記リブ部が周方向に等間隔で形成されていることを特徴とする請求項に記載のリニアアクチュエータ。
  4. 前記与圧手段に3つの前記リブ部が形成されていることを特徴とする請求項に記載のリニアアクチュエータ。
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