WO2021100445A1 - アクチュエータ又はサスペンション - Google Patents

Abstract

全長を短くすることができるアクチュエータを提供する。 アクチュエータ（２）は、ケーシング（７）と、ケーシング（７）に軸受（９ａ，９ｂ）を介して回転可能に支持され、底部（８ｂ）を有する中空軸（８）と、中空軸（８）の底部（８ｂ）に連結され、中空軸（８）と共通の中心線を持つねじ軸（１４）と、ねじ軸（１４）とねじ係合するナット（１５）と、を備える。ナット（１５）がねじ軸（１４）の軸方向に移動して、中空軸（８）とねじ軸（１４）との間に入り込み可能である。

Description

アクチュエータ又はサスペンション

　本発明は、ねじ機構を備えるアクチュエータ又はねじ機構を備えるサスペンションに関する。

　従来からねじ機構を備えるアクチュエータが知られている。ねじ機構は、ねじ軸と、ねじ軸にねじ係合するナットと、を有する。ねじ軸を回転駆動すると、ナットがねじ軸の軸方向に相対移動する。このアクチュエータを組み込んだサスペンション、すなわちねじ機構を備えるサスペンションとして、車高調整サスペンションが知られている（特許文献１参照）。駆動ユニットによってねじ軸を回転駆動させると、ナットが軸方向に移動する。ナットには、懸架ばねの一端部を受けるばね受けが連結される。ナットと一緒にばね受けの軸方向の位置を調整することによって、車高を調整することができる。

　また、従来のねじ機構を備える他のサスペンションとして、電磁サスペンションが知られている（特許文献２参照）。電磁サスペンションにおいて、ねじ機構は、車両の車体側部と車輪側部との間の距離の変化を、ねじ軸の回転運動に変換するのに用いられる。ねじには、ねじ軸の回転に抵抗するモータが接続される。モータの抵抗によって減衰力を発生させることができる。

特開平８－２７６８８２号公報 特開２００５－１４０１４４号公報

　しかしながら、従来のねじ機構を備えるアクチュエータにおいて、ねじ軸に対するナットの相対的なストロークを確保するためには、ねじ軸を長くする必要があり、これによりアクチュエータの全長が長くなるという課題がある。アクチュエータの配置スペースが少ない場合、アクチュエータの全長を短くすることが望まれる。

　従来のねじ機構を備えるサスペンションにおいても同様の課題がある。すなわち、従来のねじ機構を備えるサスペンションにおいて、ねじ軸に対するナットの相対的なストロークを確保するためには、ねじ軸を長くする必要があり、これによりサスペンションの全長が長くなるという課題がある。アクチュエータの配置スペースが少ない場合、アクチュエータの全長を短くすることが望まれる。サスペンションの配置スペースが少ない場合、サスペンションの全長を短くすることが望まれる。

　本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、全長を短くすることができるアクチュエータ又はサスペンションを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ケーシングと、前記ケーシングに軸受を介して回転可能に支持され、底部を有する中空軸と、前記中空軸の前記底部に連結され、前記中空軸と共通の中心線を持つねじ軸と、前記ねじ軸とねじ係合するナットと、を備え、前記ナットが前記ねじ軸の軸方向に移動して、前記中空軸と前記ねじ軸との間に入り込み可能であるアクチュエータである。

　本発明の他の態様は、ケーシングと、前記ケーシングに軸受を介して回転可能に支持されるねじ軸と、前記ねじ軸にねじ係合するナットと、インナーロッドを有するショックアブソーバと、を備え、前記ナットと前記ショックアブソーバの前記インナーロッドが連結されており、前記インナーロッドの中空部に前記ねじ軸が入り込み可能であるサスペンションである。

　本発明のさらに他の態様は、ケーシングと、前記ケーシングに軸受を介して回転可能に支持されるねじ軸と、前記ねじ軸とねじ係合するナットと、前記ケーシングの外面に固定される突起と、前記ナットに連結され、前記突起が嵌まる溝が形成され、前記ナットを回り止めする回り止め部材と、を備えるサスペンションである。

　本発明によれば、アクチュエータ又はサスペンションの全長を短くすることができる。

本発明の第１の実施形態のアクチュエータを組み込んだ本発明の第１の実施形態のサスペンションの外観図である（図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は正面図）。 本実施形態のサスペンションの縦断面図である（サスペンションの最短状態）。 図２のIII部拡大図である（アクチュエータの縦断面図）。 本実施形態のサスペンションの縦断面図である（サスペンションの最長状態）。 回り止め機構の詳細図である（図４のV部拡大図）。 本発明の第２の実施形態のアクチュエータを組み込んだ本発明の第２の実施形態のサスペンションの縦断面図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態のアクチュエータ及びサスペンションを詳細に説明する。ただし、本発明のアクチュエータ及びサスペンションは、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
　（第１の実施形態）

　図１は、第１の実施形態のアクチュエータ２を組み込んだ本発明の第１の実施形態のサスペンション１（車高調整サスペンション）の外観図である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は正面図である。２は駆動ユニット３を含むアクチュエータ、４は懸架ばね、５ａ，５ｂはばね受け、６はショックアブソーバである。懸架ばね４とショックアブソーバ６は、路面の凹凸を吸収する。懸架ばね４は、ノミナルの車高を規定する。アクチュエータ２は、伸縮可能である。アクチュエータ２が伸縮することで、車高が上下する。

　サスペンション１は、車体側部と車輪側部との間に設けられる。車両へのサスペンション１の取付け方法は、限定されるものではない。サスペンション１は、独立懸架式サスペンションでもよいし、車軸式サスペンションでもよい。例えば、サスペンション１の一端部（ケーシング７の一端部）が車体に連結され、サスペンション１の他端部（ショックアブソーバ６の他端部）がロアアームに連結され、又はプッシュロッドを介してロアアームに連結される。

　図２は、本実施形態のサスペンション１の縦断面図である。図３は、図２のIII部拡大図である。図３に示すように、本実施形態のアクチュエータ２は、ケーシング７、軸受９ａ，９ｂ、中空軸８、ねじ軸１４、ナット１５、駆動ユニット３、回り止め機構３１（図２も参照）を備える。以下にこれらを順番に説明する。

　ケーシング７は、略有底円筒状である。ケーシング７には、車体側部に連結するための球面軸受７ａが設けられる。ケーシング７には、中空軸８が軸受９ａ，９ｂを介して回転可能に支持される。中空軸８は、ケーシング７よりも小径の略有底円筒状である。中空軸８には、フランジ８ａが形成される。フランジ８ａを軸受９ｂに突き当てることで、中空軸８の軸方向の一方向（図中（１）方向）の位置が決められる。フランジ８ａには、ウォーム１１に噛み合うウォームホイール１２が固定される。具体的には、フランジ８ａには、リング状のウォームホイール１２が止め輪、セレーション形状での圧入等の固定手段を用いて固定される。

　中空軸８を回転可能に支持する軸受９ａ，９ｂは、例えばアンギュラベアリングである。軸受９ｂは、軸方向の一方向（車体の重量がかかる図中（１）方向）の荷重を受ける。軸受９ａは、軸方向の他方向（車体が持ち上がるときの図中（２）方向）の荷重を受ける。軸受９ｂは軸受９ａよりも大きい。なお、軸受９ａ，９ｂの種類、個数、大きさは上記に限定されるものではなく、軸受９ａ，９ｂにはスラストベアリングを用いてもよい。

　中空軸８の底部８ｂには、中空軸８と共通の中心線を持つねじ軸１４が連結される。中空軸８とねじ軸１４との間には、環状の収容空間Ｓ（図４も参照）が形成される。中空軸８の内径は、ナット１５の外径よりも大きい。収容空間Ｓは、ナット１５が入り込み可能に形成される。

　ねじ軸１４は、キー（図示せず）、締結部材１７等の連結手段を用いて中空軸８に回転不可能かつ軸方向に移動不可能に連結される。キーは、中空軸８とねじ軸１４との間に介在し、中空軸８にねじ軸１４を相対回転不可能に連結する。環状の締結部材１７は、ねじ軸１４の端部に螺合して、中空軸８のフランジ８ａとの間で軸受９ａ，９ｂを挟む。締結部材１７は、中空軸８に対してねじ軸１４を軸方向に移動不可能にする。ねじ軸１４には、中空軸８の底部８ｂに突き当たる段差１４ｂが形成される。なお、中空軸８とねじ軸１４を一体化し、これらを一部品にしてもよい。

　ねじ軸１４の外面には、台形ねじ等の雄ねじ１４ａが形成される。ねじ軸１４には、ねじ軸１４を囲むナット１５がねじ係合する。ナット１５の内面には、雄ねじ１４ａに螺合する台形ねじ等の雌ねじ１５ａが形成される。なお、ねじ軸１４とナット１５との間に円周方向に均配されたねじローラを介在させてもよいし、ねじ軸１４のねじ溝とナット１５のねじ溝との間に転がり運動可能に多数のボールを介在させてもよい。

　ナット１５の一端部には、フランジ１５ｂが形成される。ナット１５は、ボルト等の連結手段を用いてフランジ１５ｂを介してショックアブソーバ６のインナーロッド２１に連結される。ショックアブソーバ６のインナーロッド２１の一端部にも、フランジ２１ａが形成される。インナーロッド２１のフランジ２１ａには、ばね受け５ａが固定される。インナーロッド２１のフランジ２１ａには、フランジ２１ａとケーシング７の接触を防止するクッション材（図示せず）が取り付けられる。

　図２に示すように、駆動ユニット３は、モータ１９と、歯車装置１３と、を備える。図１に示すように、ケーシング７には、歯車装置１３を収容するギヤボックス７ｂが形成される。モータ１９はギヤボックス７ｂに取り付けられる。モータ１９の中心線は、アクチュエータ２のねじ軸１４の中心線と直角である。図２に示すように、歯車装置１３は、ウォーム１１と、ウォームホイール１２と、を備える。ウォーム１１は、モータ１９の出力軸に連結される。ウォームホイール１２は、ウォーム１１に噛み合う。上述のように、ウォームホイール１２は、中空軸８のフランジ８ａに設けられる。

　モータ１９を回転駆動させると、歯車装置１３を介して中空軸８が回転する。中空軸８が回転すると、中空軸８と一緒にねじ軸１４が回転する。ナット１５は、回り止め機構３１によって回り止めされているので、ナット１５が軸方向に移動する。

　回り止め機構３１は、突起３２と、回り止め部材３３と、を備える。図５に示すように、ケーシング７の外面には、突起３２が固定される。突起３２は、例えば半円柱状である。回り止め部材３３は、ケーシング７の外面に対向する。図２に示すように、ナット１５には、インナーロッド２１のフランジ２１ａを介して、ボルト等の連結手段を用いて回り止め部材３３が連結される。

　図５に示すように、回り止め部材３３は、枠状のガイドストッパ３４と、ガイドストッパ３４に嵌められるガイドレール３５と、を備える。ガイドレール３５には、突起３２に嵌まり、軸方向に延びる溝３３ｂが形成される。溝３３ｂは断面半円状である。ガイドストッパ３４の先端部には、突起３２に当接可能なストッパ３３ａが設けられる。ガイドストッパ３４の内側面に形成した突条３４ａにガイドレール３５の側面に形成した溝３５ａを嵌め、ボルト等の連結手段を用いてガイドストッパ３４をインナーロッド２１のフランジ２１ａに連結する。なお、ガイドストッパ３４とガイドレール３５を一体化し、これらを一部品にしてもよい。

　図２に示すように、本実施形態のサスペンション１は、アクチュエータ２、懸架ばね４、ショックアブソーバ６を備える。以下に懸架ばね４、ショックアブソーバ６を順番に説明する。

　懸架ばね４は、ショックアブソーバ６と同心のコイルばねである。懸架ばね４は、ばね受け５ａとばね受け５ｂとの間に介在する。ばね受け５ａは、ナット１５に嵌合される。ばね受け５ｂは、ショックアブソーバ６に固定される。

　ショックアブソーバ６は、インナーロッド２１と、ケース２２と、を備える。ケース２２には、ばね受け５ｂが固定される。ケース２２の端部には、球面軸受２３ａが設けられる連結部材２３が固定される。

　ケース２２の内部には、作動油が充填される。インナーロッド２１の端部には、ピストン２１ｂが設けられる。ケース２２の内部は、ピストン２１ｂによって２つの作動室に区画される。ピストン２１ｂには、オリフィス２１ｃが形成される。ショックアブソーバ６は、ケース２２に対してインナーロッド２１が軸方向に移動すると減衰力が発生するように構成される。

　インナーロッド２１の一端部には、中空部２１ｄ（図３も参照）が形成される。中空部２１ｄは、軸方向に延びる穴から構成される。中空部２１ｄの内径は、ねじ軸１４の外径よりも大きい。中空部２１ｄは、ねじ軸１４が入り込み可能に形成される。

　以上に本実施形態のアクチュエータ２及びサスペンション１の構成を説明した。本実施形態のアクチュエータ２及びサスペンション１によれば、以下の作用、効果を奏する。駆動ユニット３によってねじ軸１４を回転駆動すると、回り止め機構３１によって回り止めされたナット１５がねじ軸１４の軸方向に移動する。ナット１５には、ばね受け５ａが嵌合されるので、ばね受け５ａがケーシング７に対してねじ軸１４の軸方向に相対的に移動する。このため、アクチュエータ２（サスペンション１）は、図２に示す最短状態と図４に示す最長状態との間を伸縮する。

　図２に示すアクチュエータ２（サスペンション１）の最短状態において、ナット１５が中空軸８とねじ軸１４との間に入り込み、ナット１５が軸受９ｂとオーバーラップ（すなわち側面視においてナット１５と軸受９ｂが重なる）する。また、ねじ軸１４がインナーロッド２１の中空部２１ｄ内に入り込む。さらに、回り止め部材３３が軸受９ａ，９ｂとオーバーラップ（すなわち側面視において回り止め部材３３と軸受９ａ，９ｂが重なる）する。このため、ナット１５のストロークを確保した上でアクチュエータ２の全長を短くすることができ、ひいてはサスペンション１の全長を短くすることができる。

　従来のアクチュエータ及びサスペンションにおいては、軸受、ナット、インナーロッドがオーバーラップしないように配置されている。このため、ナットのストロークを確保するためには、アクチュエータ及びサスペンションの全長を長くする必要があった。本実施形態のサスペンション１によれば、ナット１５のストロークを確保した上でアクチュエータ２及びサスペンション１の全長を短くすることができる。

　図４に示すアクチュエータ２（サスペンション１）の最長状態において、回り止め部材３３のストッパ３３ａが突起３２に当接して、ケーシング７に対するナット１５の軸方向の相対移動が制限される。このため、ナット１５がねじ軸１４から外れるのを防止できる。

　従来のアクチュエータ及びサスペンションにおいて、ナットがねじ軸から抜けないようにするためには、ねじ軸の端末にストッパを設ける必要があった。本実施形態のアクチュエータ２及びサスペンション１によれば、回り止め部材３３にストッパ３３ａを設けるので、ナット１５がねじ軸１４から抜けるのを容易に防止できる。
　（第２の実施形態）

　図６は、本発明の第２の実施形態のアクチュエータ４２を組み込んだ本発明の第２の実施形態のサスペンション４１（電磁サスペンション）の縦断面図である。４２はモータ４３を含むアクチュエータ、４は懸架ばね、６はショックアブソーバである。

　懸架ばね４、ショックアブソーバ６の構成は、第１の実施形態のサスペンション１と略同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。アクチュエータ４２の中空軸８、ねじ軸１４、ナット１５、軸受９ａ，９ｂ、回り止め機構３１の構成も、第１の実施形態のサスペンション１と略同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。

　第２の実施形態のサスペンション４１では、アクチュエータ４２のケーシング４４は、車体に弾性的に取り付けられる。ねじ軸１４は、ケーシング４４と車体を貫通する。ねじ軸１４の一端部には、モータ４３が連結される。

　アクチュエータ４２のねじ機構には、逆効率を高くするために、ボールねじが使用される。すなわち、ねじ軸１４のねじ溝とナット１５のねじ溝との間には、多数のボール４５が転がり可能に介在する。

　車体側部と車輪側部との間の距離が変化すると、ナット１５が上下（ナット１５がねじ軸１４の軸方向に移動）する。ナット１５の軸方向の移動は、ねじ機構によって、ねじ軸１４の回転運動に変換される。ねじ軸１４が回転すると、モータ４３が発電する。モータ４３が発電する際の抵抗によりサスペンション４１に減衰力を発生させることができる。なお、ショックアブソーバ６は、路面から入力される高周波振動を吸収し、ナット１５に伝わりにくくする。

　一方、バッテリ電源によりモータ４３を回転させると、ナット１５が上下して、ナット１５と一緒にショックアブソーバ６のインナーロッド２１が上下する。インナーロッド２１の推進力は、ショックアブソーバ６によってある程度吸収された状態で、車輪側部に伝わる。これにより、サスペンション４１の減衰力を調整することができる。

　第２の実施形態のサスペンション４１においても、第１の実施形態のサスペンション１と略同様の効果を奏するので、詳しい説明を省略する。

　なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。

　上記実施形態では、アクチュエータをサスペンションに組み込んだ例を説明したが、アクチュエータはサスペンションに組み込むのに限定されることはない。例えばアクチュエータを伸縮アクチュエータとして用いたり、又はアクチュエータを可動部をＸ軸方向に移動させるＸ軸アクチュエータとして用いることができる。

　本明細書は、２０１９年１１月１９日出願の特願２０１９－２０８４２６に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

１…サスペンション、２…アクチュエータ、３…駆動ユニット、６…ショックアブソーバ、７…ケーシング、８…中空軸、８ｂ…底部、９ａ，９ｂ…軸受、１４…ねじ軸、１５…ナット、２１…インナーロッド、２１ｄ…中空部、３２…突起、３３…回り止め部材、３３ａ…ストッパ、３３ｂ…溝、４１…サスペンション、４２…アクチュエータ、４３…モータ、４４…ケーシング

Claims (9)

1. 　ケーシングと、
   　前記ケーシングに軸受を介して回転可能に支持され、底部を有する中空軸と、
   　前記中空軸の前記底部に連結され、前記中空軸と共通の中心線を持つねじ軸と、
   　前記ねじ軸とねじ係合するナットと、を備え、
   　前記ナットが前記ねじ軸の軸方向に移動して、前記中空軸と前記ねじ軸との間に入り込み可能であるアクチュエータ。
2. 　前記ケーシングの外面には、突起が固定され、
   　前記ナットには、前記ナットを回り止めし、前記突起が嵌まる溝が形成される回り止め部材が連結されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 　前記回り止め部材には、前記突起に当接して、前記ケーシングに対する前記ナットの軸方向の相対移動を制限するストッパが設けられることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 　請求項１ないし３のいずれか一項に記載のアクチュエータを備えるサスペンション。
5. 　前記ナットとショックアブソーバのインナーロッドが連結されており、
   　前記インナーロッドの中空部に前記ねじ軸が入り込み可能であることを特徴とする請求項４に記載のサスペンション。
6. 　ケーシングと、
   　前記ケーシングに軸受を介して回転可能に支持されるねじ軸と、
   　前記ねじ軸にねじ係合するナットと、
   　インナーロッドを有するショックアブソーバと、を備え、
   　前記ナットと前記ショックアブソーバの前記インナーロッドが連結されており、
   　前記インナーロッドの中空部に前記ねじ軸が入り込み可能であるサスペンション。
7. 　ケーシングと、
   　前記ケーシングに軸受を介して回転可能に支持されるねじ軸と、
   　前記ねじ軸とねじ係合するナットと、
   　前記ケーシングの外面に固定される突起と、
   　前記ナットに連結され、前記突起が嵌まる溝が形成され、前記ナットを回り止めする回り止め部材と、を備えるサスペンション。
8. 　駆動ユニットによって前記ねじ軸を回転駆動させ、前記ねじ軸に対して前記ナットを軸方向に相対移動させて、車高を調整することを特徴とする請求項４ないし７のいずれか一項に記載のサスペンション。
9. 　前記ねじ軸に減衰力を発生せるためのモータが接続されることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか一項に記載のサスペンション。

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