JP6716614B2 - スピンドル駆動部及びスピンドル駆動部を有するアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分による、スピンドルネジ部を有するスピンドルと、ナットネジ部を有するスピンドルナットとを含むスピンドル駆動部及び請求項１３の前提部分による、スピンドル駆動部を有するアクチュエータに関するものである。

スピンドル駆動部は、知られているとともに、様々な使用目的のために、例えば、台形ネジ部、長方形ネジ部又はのこ歯ネジ部として形成され得るセルフロック式の移動ネジ部を有するサーボモータとして用いられる。台形ネジ部は、山頂隙間及び谷底隙間と、バックラッシュとを備えており、軸方向の負荷に対して設定されており、横方向の力によって負荷されるべきではない。スピンドルナットに対するスピンドルのセンタリングは、台形ネジ部において側面を介して行われ、そのため、側面センタリングと呼ばれる。それにもかかわらず、スピンドル軸線とナット軸線のずれを引き起こす横方向の力が生じると、スピンドルネジ部及びナットネジ部の側面が噛み込まれ、その結果、挟み込み及び高められた抵抗、すなわち高められた駆動モーメントへ至り得るか、又はスピンドル駆動部の故障へさえ至り得る。これを回避するために、移動ネジ部の外部に円形センタリングを設定することが知られているが、これは、軸方向における追加的な構造空間及び大きなコストを生じさせるものである。

また、サーボモータとも呼ばれるアクチュエータにおいてスピンドル駆動部を用いることが知られている。出願番号１０２０１４２０６９３４．３の本出願人の以前の出願では、原動機付き車両の後輪操舵部のためのスピンドル駆動部を有するアクチュエータが知られている。この使用目的に起因して、スピンドルは、軸方向の力によってのみならず、曲げによって負荷され、これにより、横方向の力がスピンドル駆動部の移動ネジ部において生じることがある。これにより、スピンドルとスピンドルナットの間の同軸性が事情によってはもはや得られないということが生じ、これにより、スピンドル駆動部の機能が少なくとも制限され得る。

本発明の基礎をなす問題は、独立請求項１，１３によって解決される。有利な形態は、従属請求項から明らかである。

本発明の第１の形態によれば、スピンドル駆動部において、スピンドル及びスピンドルナットが、低減された山頂隙間及び／又は低減された谷底隙間を介してセンタリング可能である。公知の移動ネジ部及び規格化された移動ネジ部とは異なり、本発明による移動ネジ部は、低減された山頂隙間若しくは低減された谷底隙間を備えているか、又は低減された山頂隙間も、また低減された谷底隙間も備えている。低減された山頂隙間及び／又は低減された谷底隙間により、公知の台形ネジ部の場合のように、側面センタリングが不可能とされ、むしろ、スピンドルネジ部とナットネジ部の間の低減された径方向隙間を介してそれぞれセンタリングがなされる。一致した歯先円と歯底円を介したセンタリングにより、スピンドルネジ部とナットネジ部の間の同軸性が確保されているため、挟み込み又は噛み込みはもはや生じることがない。

好ましい実施形態によれば、移動ネジ部が台形ネジ部として形成されており、すなわち、本発明は、低減された山頂隙間及び／又は低減された谷底隙間が存在するように変更された公知で規格化された台形ネジ部（ＤＩＮ１０３）を基礎としている。台形ネジ部は、対称なネジ部断面を備えており、そのため、両軸方向において同一に負荷されることが可能である。

別の好ましい実施形態によれば、山頂隙間及び／又は谷底隙間は、すべりばめ部又は押込みばめ部として形成されている。したがって、一致する歯先円直径と歯底円直径の間の公差は、スピンドルとナットの周面の間ですべりがなされ得るように寸法設定されている。

別の好ましい実施形態によれば、ナットネジ部が縮小された歯底円直径を有しており、すなわち、山頂隙間が最小値へ低減されているように、本発明によるナットネジ部の歯底円直径が公知の台形ネジ部の歯底円直径に比して縮小されている。スピンドルネジ部の歯先円直径は、規格化された台形ネジ部に比して変更されないままである。同様に、谷底隙間も変更されないままである。この実施形態は、特別な、加工技術上の利点、すなわちナットネジ部の切削時の利点を有している。

別の好ましい実施形態によれば、ナットネジ部が拡大された歯先円直径を有している一方、ナットネジ部の歯底円直径は規格ネジに対して変更されないままである。これにより、同様に、低減された山頂隙間及び径方向隙間と、拡大された外径を有するスピンドルとが得られる。

好ましくは、ナットネジ部は縮小された歯先円直径を有しており、すなわち、谷底隙間が最小値へ低減されているように、ナットネジ部の歯先円直径が公知の台形ネジ部の歯先円直径に比して縮小されている。スピンドルネジ部の歯底円直径は、規格化された台形ネジ部に比して変更されないままである。

好ましい実施形態では、スピンドルネジ部が拡大された歯底円直径を有している一方、ナットネジ部の歯先円直径は規格ネジに対して変更されないままである。これにより、同様に、低減された谷底隙間又は径方向隙間と、拡大された歯底円直径を有するスピンドルとが得られる。

別の好ましい実施形態によれば、山頂隙間及び／又は谷底隙間が、それぞれ、バックラッシュの径方向の割合よりも小さい。したがって、同軸性を損なう、すなわちスピンドル軸線及びナット軸線のずれを生じさせる横方向の力がスピンドル駆動部の動作時に生じると、まずは径方向隙間がゼロとなる一方、同時にゼロより大きな軸方向隙間がまだ存在する。これにより、移動ネジ部の挟み込みが回避される。

別の好ましい実施形態によれば、歯先円面と側面の間に第１の移行輪郭部が設けられ、歯底円面と側面の間に第２の移行輪郭部が設けられており、これらの間に隙間が残されている。これにより、移動ネジ部の周囲で延びるコーナ範囲において材料の挟み込み又は噛み込みが生じることが防止される。

別の好ましい実施形態によれば、移行輪郭部が異なる直径として形成されており、歯底円移行部の範囲ではより小さな半径が設定され、歯先円移行部の範囲ではより大きな半径が設定されている。

別の好ましい実施形態によれば、移行輪郭部が、面取り部として、すなわち面取りされたエッジ部として形成されており、これらエッジ部の間にはリング状の隙間が残されている。

別の好ましい実施形態によれば、スピンドルネジ部が円筒状の歯先円面を備え、ナットネジ部が円筒状の歯底円面を備えており、これら歯先円面及び歯底円面は、すべり軸受のように互いにすべり、これによりセンタリングがもたらされる。円筒状の形成によって、最大の面、すなわち最小の面圧が生じる。

本発明の別の態様によれば、本発明によるスピンドル駆動部は、アクチュエータにおいて、特に好ましくは原動機付き車両の後輪操舵部のために用いられる。冒頭において従来技術について言及したように、このようなアクチュエータにおいては、スピンドルネジ部及びナットネジ部の同軸性を阻害し得る、スピンドルにおける曲げ応力が生じる。ここで、本発明によるセンタリングは、低減された径方向隙間を介して、追加的な軸方向の構造空間なしに有利な結果をもたらす。なぜなら、横方向の力が発生してもスピンドル駆動部の機能性が確保されているためである。後輪操舵部が安全に関連したシステムであるため、動作安全性の利点が特に重要である。

本発明の実施例は、図面に図示されているとともに以下に詳細に説明され、明細書及び／又は図面から更なる特徴及び／又は利点が明らかであり得る。

移動ネジ部の低減された山頂隙間を有するスピンドル駆動部の部分図である。 低減された山頂隙間の拡大図であり、図２ａは、拡大された移行輪郭部（半径）を有する図２の細部Ｘを示す図である。 移行輪郭部（面取り部）についての別の実施形態を示す図である。 低減された谷底隙間を有するスピンドル駆動部についての、本発明の別の実施形態を示す図である。

図１には、本発明の第１の実施例として、スピンドル駆動部１の部分図が示されており、このスピンドル駆動部は、スピンドルネジ部２ａを有するスピンドル２と、ナットネジ部３ａを有するスピンドルナット３と、回転軸線ａとを含んでいる。スピンドルネジ部又は雄ネジ部２ａは、ナットネジ部３ａと共に移動ネジ部４を形成し、この移動ネジ部は、好ましくは台形ネジ部として形成されているとともに、その幾何形状において、ＤＩＮ１０３に基づく公知の台形ネジ部を基礎としている。スピンドルネジ部２ａ及びナットネジ部３ａの軸線が回転軸線ａと一致する場合には、同軸性が存在する。規格化された台形ネジ部は、径方向隙間とも呼ばれる、山頂隙間５及び谷底隙間６を備えている。加えて、規格化された台形ネジ部は、軸方向隙間とも呼ばれるバックラッシュを備えている。規格化された台形ネジ部は、側面センタリングされており、すなわちスピンドルネジ部及びナットネジ部のネジ部軸線の変位が側面にわたってくい止められ、その結果、スピンドルネジ部の山頂隙間とナットネジ部の谷底隙間の間の径方向の接触に至らない。本発明によるスピンドルネジ部２ａは、規格化された台形ネジ部の歯先円直径に相当する歯先円直径ｄ_Ｋ０を有している。ナットネジ部３ａは、規格化されたナットネジ部の歯底円直径Ｄ_Ｆ０に比べて小さい歯底円直径Ｄ_Ｆ１、すなわちＤ_Ｆ１＜Ｄ_Ｆ０を有している。ナットネジ部３ａの歯底円直径の低減により、山頂隙間５がすべり接触まで低減され、その結果、スピンドルネジ部２ａは、その歯先円直径ｄ_Ｋ０にわたって、ナットネジ部３ａの歯底円直径Ｄ_Ｆ１に対してセンタリングされている。スピンドル２とナット３の間の同軸性が阻害される場合には、径方向のすべり接触が生じる。すなわち、径方向隙間は、実質的にゼロとなるが、同時に、図２に関連して以下に述べるように、軸方向隙間とも呼ばれるバックラッシュが存在する。スピンドルネジ部２ａとナットネジ部３ａの間の谷底隙間６は、規格化された台形ネジ部の谷底隙間６に相当するとともに、したがって変更されていない。

図２には、スピンドルネジ部２ａとナットネジ部３ａの間の低減された山頂隙間の拡大された部分図が示されている。スピンドルネジ部２ａの台形断面部は、第１の移行輪郭部７を介して互いへ移行する、円筒状の歯先円面２ｂ及び２つの側面部２ｃ，２ｄを備えている。ナットネジ部３ａの台形断面部は、第２の移行輪郭部８を介して互いへ移行する、円筒状の歯底円面３ｂ及び２つの側面部３ｃ，３ｄを備えている。図から分かるように、歯先円面２ｂは、歯底面３ｂに隙間なく接触している。すなわち、円筒状に形成された面２ｂ，３ｂの間にはすべり接触が存在し、これら面は、すべり軸受を形成している。規格ネジについて知られた山頂隙間は、ここでは実質的にゼロへ低減されている。好ましくは、円筒状の外面又は歯先円面２ｂと円筒状の内面又は歯底円面３ｂの間にはすべりばめ部又は押込みばめ部が存在し、すべりばめ部又は押込みばめ部によって、最小の山頂隙間及び最大の山頂隙間が規定されている。

図２では、バックラッシュ９とも呼ばれる軸方向隙間９、すなわちスピンドルネジ部２ａの側面２ｄとナットネジ部３ａの側面３ｄの間の軸方向における間隔を見て取ることができる。この図示から、軸方向隙間９の径方向の割合がバックラッシュの径方向の割合よりも常に大きいため、本発明により低減された山頂隙間において側面２ｄ，３ｄあるいは２ｃ，３ｃがロックすることがないことが分かる。ここでは、上述した谷底隙間６も明らかに見て取れる。

図２ａには、図２における詳細Ｘ、すなわち移行輪郭部７，８の拡大された図示が示されている。両移行輪郭部７，８は半径ｒ、Ｒとして形成されており、ナットネジ部３ａにおける半径ｒはスピンドルネジ部２ａにおける半径Ｒよりも小さく寸法設定されているため、両移行輪郭部７，８間において周囲で延びる隙間１０が生じる。これにより、コーナ範囲における挟み込み又は噛み込みが防止される。

図３には、ここではナットネジ部３ａにおける第１の面取り部１２及びスピンドルネジ部２ａにおける第２の面取り部１１として形成されている移行輪郭部についての別の実施形態が示されている。両面取り部１１，１２の間には隙間１３が残されている。

図４にはスピンドル駆動部２１についての本発明の別の実施例が示されており、このスピンドル駆動部は、スピンドルネジ部２２ａを有するスピンドル２２と、ナットネジ部２３ａを有するスピンドルナット２３と、回転軸線ａとを含んでいる。スピンドルネジ部２２ａ及びネットネジ部２３ａは台形ネジ部として形成された移動ネジ部２４を形成し、この移動ネジ部は、規格化された台形ネジ部から派生されている。規格ネジは、径方向隙間とも呼ばれる山頂隙間２５と、谷底隙間２６とを備えている。本発明によるこの形態では、谷底隙間２６が、好ましくはすべりばめ部又は押込みばめ部へ低減されている。山頂隙間２５は引き続き保たれている。したがって、ナット２３に対するスピンドル２２のセンタリングは、低減された谷底隙間２６を介してなされ、このことは、好ましくは規格ネジにおける以下の代替的な変更によって達成される。変更は、スピンドルネジ部において行われるとともに、本発明による歯底円直径ｄ_Ｆ１への規格ネジにおける歯底円直径ｄ_Ｆ０の拡大に関するものである。ナットネジ部２３ａの歯先円直径ｄ_Ｋ０は、山頂隙間２５と同様に変更されないままとなっている。別の変更は、ナットネジ部において行われるとともに、規格ネジの歯先円直径Ｄ_Ｋ０が歯先円直径Ｄ_Ｋ１へ小さくされることにある。その結果、Ｄ_Ｋ１＜Ｄ_Ｋ０の関係が成り立つ。第１の態様については、対応してｄ_Ｆ１＞ｄ_Ｆ０が成り立つ。

図示されていない別の理論的な態様は、山頂隙間も、また谷底隙間も低減されることにある。

１ スピンドル駆動部
２ スピンドル
２ａ スピンドルネジ部
２ｂ 歯先円面
２ｃ 側面
２ｄ 側面
３ スピンドルナット
３ａ ナットネジ部
３ｂ 歯底円面
３ｃ 側面
３ｄ 側面
４ 移動ネジ部
５ 山頂隙間
６ 谷底隙間
７ 第１の移行輪郭部
８ 第２の移行輪郭部
９ バックラッシュ
１０ 隙間
１１ 面取り部
１２ 面取り部
１３ 隙間
２１ スピンドル駆動部
２２ スピンドル
２２ａ スピンドルネジ部
２３ スピンドルナット
２３ａ ナットネジ部
２４ 移動ネジ部
２５ 山頂隙間
２６ 谷底隙間
ａ 回転軸線
ｄ_Ｋ０ 歯先円直径、スピンドル（規格）
ｄ_Ｋ１ 歯先円直径、スピンドル、拡大
ｄ_Ｆ０ 歯底円直径、スピンドル（規格）
ｄ_Ｆ１ 歯底円直径、スピンドル、拡大
Ｄ_Ｋ０ 歯先円直径、ナット（規格）
Ｄ_Ｋ１ 歯先円直径、ナット、拡大
Ｄ_Ｆ０ 歯底円直径、ナット（規格）
Ｄ_Ｆ１ 歯底円直径、ナット、縮小
ｒ 移行輪郭部の半径
Ｒ 移行輪郭部の半径

Claims (14)

1. スピンドルネジ部（２ａ，２２ａ）を有するスピンドル（２，２２）と、ナットネジ部（３ａ，２３ａ）を有するスピンドルナット（３，２３）とを含むスピンドル駆動部であって、前記スピンドルネジ部（２ａ，２２ａ）及び前記ナットネジ部（３ａ，２３ａ）が、山頂隙間（５，２５）及び谷底隙間（６，２６）並びにバックラッシュ（９）を備える移動ネジ部（４，２４）として形成されている、前記スピンドル駆動部において、
   前記スピンドル（２，２２）及び前記スピンドルナット（３，２３）が、該スピンドル（２，２２）及び該スピンドルナット（３，２３）の軸方向全長にわたって設けられた低減された山頂隙間（５，２５）及び／又は低減された谷底隙間（６，２６）を介してセンタリング可能であることを特徴とするスピンドル駆動部。
2. 前記移動ネジ部が、台形ネジ部（４，２４）として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル駆動部。
3. 前記山頂隙間（５，２５）及び／又は前記谷底隙間（６，２６）が、すべりばめ部又は押込みばめ部（２ｂ，３ｂ）として形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドル駆動部。
4. 前記ナットネジ部（３ａ）が縮小された歯底円直径（Ｄ_Ｆ１）を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスピンドル駆動部。
5. 前記スピンドルネジ部（２ａ）が拡大された歯先円直径（ｄ_Ｋ１）を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスピンドル駆動部。
6. 前記ナットネジ部（３ａ）が縮小された歯先円直径（Ｄ_Ｋ１）を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスピンドル駆動部。
7. 前記スピンドルネジ部（２ａ）が拡大された歯底円直径（ｄ_Ｆ１）を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスピンドル駆動部。
8. 前記山頂隙間（５，２５）及び／又は前記谷底隙間（６，２６）が、前記バックラッシュ（９）の径方向の割合よりも小さく寸法設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスピンドル駆動部。
9. 前記スピンドルネジ部（２ａ）が歯先円面（２ｂ）と側面（２ｃ，２ｄ）の間に第１の移行輪郭部（７，１１）を備え、前記ナットネジ部（３ａ）が歯底円面（３ｂ）と側面（３ｃ，３ｄ）の間に第２の移行輪郭部（８，１２）を備えていること、及び前記第１の移行輪郭部（７，１１）と前記第２の移行輪郭部（８，１２）の間に周囲で延びる隙間（１０，１３）が残されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のスピンドル駆動部。
10. 前記第１及び第２の移行輪郭部（７，８）が、互いに異なる直径（Ｒ，ｒ）として形成されていることを特徴とする請求項９に記載のスピンドル駆動部。
11. 前記第１及び第２の移行輪郭部が面取り部（１１，１２）として形成されていることを特徴とする請求項９に記載のスピンドル駆動部。
12. 前記スピンドルネジ部（２ａ，２２ａ）が円筒状の歯先円面（２ｂ）を備え、前記ナットネジ部（３ａ，２３ａ）が円筒状の歯底円面（３ｂ）を備えていること、並びに前記歯先円面（２ｂ）及び前記歯底円面（３ｂ）が対応するすべり面を形成していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のスピンドル駆動部。
13. スピンドル駆動部を有する、リヤアクスル操舵部のためのアクチュエータにおいて、
    前記スピンドル駆動部が、請求項１〜１２のいずれか１項により形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
14. 請求項１３に記載のアクチュエータを有するリヤアクスル操舵部。

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