(57)【要約】【課題】  高い正伝達効率と逆伝達効率が共に得られるようにした低コストのリニアアクチュエータ装置を提供すること。【解決手段】  外周面に山と谷からなる環状溝４０を有するラック(太陽軸)４と、前記ラック４の溝と噛み合うねじ溝５０を有し、ラック４に外接する公転ねじ(公転軸)５と、この公転ねじ５を自転自由に、且つラック４の周囲を公転ねじ５軸が公転するように支持するホルダ６と、このホルダ６を回転駆動するモータ７を備え、ラック４の軸方向に、当該ラック４と公転ねじ５が相対的に直線運動するリニアアクチュエータ装置３において、ラック４と公転ねじ５が溝ピッチ角の和の角度θ分傾斜して設けたもの。【選択図】  図１
2005321042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
山と谷からなる溝を外周面に備えた太陽軸と、前記太陽軸の溝に噛み合う山と谷からなる溝を外周面に備えた公転軸と、前記公転軸の溝が前記太陽軸の溝に外接した状態で当該自転軸が自転しながら前記太陽軸の周囲で公転するように支持したホルダ部材とを備えたリニアアクチュエータ装置において、
前記太陽軸の外周面にある溝を環状溝とし、前記公転軸の外周面にある溝をらせん状のねじ溝とすると共に、
前記公転軸の軸方向を、当該公転軸のねじ溝のピッチ角度分、前記太陽軸の軸方向に対して傾斜させ、
前記ホルダ部材と前記太陽軸が相互に直線運動するように構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【請求項２】
山と谷からなる溝を外周面に備えた太陽軸と、前記太陽軸の溝に噛み合う山と谷からなる溝を外周面に備えた公転軸と、前記公転軸の溝が前記太陽軸の溝に外接した状態で当該自転軸が自転しながら前記太陽軸の周囲で公転するように支持したホルダ部材とを備えたリニアアクチュエータ装置において、
前記太陽軸の外周面にある溝と前記公転軸の外周面にある溝を各々らせん状のねじ溝にすると共に、前記太陽軸のねじ溝のピッチ角の符号と前記公転軸のねじ溝のピッチ角の符号を逆にし、
前記公転軸の軸方向を、前記太陽軸のねじ溝のピッチ角と前記公転軸のねじ溝のピッチ角の和の角度分、前記太陽軸の軸方向に対して傾斜させ、
前記ホルダ部材と前記太陽軸が相互に直線運動するように構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のリニアアクチュエータ装置又は請求項２に記載のリニアアクチュエータ装置において、
前記公転軸が複数本備えられていることを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のリニアアクチュエータ装置において、
前記複数本の公転軸が各々軸方向に予圧を加える弾性体を備え、
前記予圧の方向が前記公転軸の軸方向の一方と他方に振り分けられていることを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項３に記載のリニアアクチュエータ装置において、
前記複数本の公転軸の回転位相を揃える位相一致手段が設けられていることを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項３に記載のリニアアクチュエータ装置において、
前記複数本の公転軸を自転させる自転駆動手段が設けられていることを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載のリニアアクチュエータ装置において、
前記公転軸が、当該公転軸の軸方向の少なくとも一方で外形寸法が大きくなっている溝を備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載のリニアアクチュエータ装置において、
前記ホルダ部材は、少なくとも前記太陽軸の軸方向での動きが拘束され、
前記太陽軸がその軸方向に駆動されることを特徴とするリニアアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動を直線運動に変換するリニアアクチュエータ装置に係り、特に、自動車の電動式転舵装置に好適なリニアアクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の自動化は目覚ましく、例えば転舵装置にもパワーステアリング装置がほとんど標準装備化されているが、これと共に省エネ化も著しく、このため、パワーステアリング装置も、従来の油圧式に代えて電動式のパワーステアリング装置が一般化されてきている。
【０００３】
ところで、この電動式のパワーステアリング装置の場合、駆動源にはモータ(電動機)を用いるのが一般的で、この場合、回転運動を直線運動に変換する機構、いわゆるリニアアクチュエータ装置を用いるのが通例である。
【０００４】
ここで、転舵装置としては、例えばボールねじを用い、モータの回転運動をラックの直線運動に変換するようにしたリニアアクチュエータ装置が従来技術として知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００５】
また、このとき、ねじ機構を用いて直線運動に変換する装置も従来技術として知られている(例えば、特許文献２参照。)。
【特許文献１】特開２００２−３１０２５４号公報
【特許文献２】特開平９−１４４８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術は、減速比と逆方向伝達効率の点に配慮がされているとは言えず、当該技術分野でリニアアクチュエータ装置に期待されている要求に応えられないという問題があった。
【０００７】
例えば、自動車のステアリング装置に適用した場合には、リニアアクチュエータ装置の仕様として、かなり大きな力(推力)が要求されるが、このときボールねじを用いた従来技術の場合、それに応えるためには、かなりの強度を必要とするため、ボール及びねじ溝を大きくしなければならない。
【０００８】
この結果、減速比を大きく取るのに限界が生じ、モータの出力を大きくする必要があり、高コストになってしまう。
【０００９】
しかも、このボールねじ機構は、多数個のボール(鋼球)と多重のねじ溝で構成されるが、このとき力を分散し、平均的に支える必要があり、このためボールとねじ溝形状の寸法精度に厳密な管理が要求され、この点でも高コストになっていまう。
【００１０】
また、自動車のステアリング装置においては、伝達効率が重要視されるが、ねじを用いた従来技術の場合、回転運動から直動運動への変換過程において摺動が現われ、滑り摩擦が発生する構造になっているので、伝達効率の維持に問題がある。
【００１１】
しかも、自動車のステアリング装置では、モータから車輪に力が伝達されるときの伝達効率(正伝達効率)だけでなく、車輪に働いた力(反力)をハンドルに伝えるための逆方向の伝達効率(逆伝達効率)も高いことが要求されるが、この要求は、ねじを用いた従来技術によっては容易に充足できなかった。
【００１２】
本発明の目的は、高い正伝達効率と逆伝達効率が共に得られるようにした低コストのリニアアクチュエータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、山と谷からなる溝を外周面に備えた太陽軸と、前記太陽軸の溝に噛み合う山と谷からなる溝を外周面に備えた公転軸と、前記公転軸の溝が前記太陽軸の溝に外接した状態で当該自転軸が自転しながら前記太陽軸の周囲で公転するように支持したホルダ部材とを備えたリニアアクチュエータ装置において、前記太陽軸の外周面にある溝を環状溝とし、前記公転軸の外周面にある溝をられん状のねじ溝とすると共に、前記公転軸の軸方向を、当該公転軸のねじ溝のピッチ角度分、前記太陽軸の軸方向に対して傾斜させ、前記ホルダ部材と前記太陽軸が相互に直線運動するようにして達成される。
【００１４】
同じく上記目的は、山と谷からなる溝を外周面に備えた太陽軸と、前記太陽軸の溝に噛み合う山と谷からなる溝を外周面に備えた公転軸と、前記公転軸の溝が前記太陽軸の溝に外接した状態で当該自転軸が自転しながら前記太陽軸の周囲で公転するように支持したホルダ部材とを備えたリニアアクチュエータ装置において、前記太陽軸の外周面にある溝と前記公転軸の外周面にある溝を各々られん状のねじ溝にすると共に、前記太陽軸のねじ溝のピッチ角の符号と前記公転軸のねじ溝のピッチ角の符号を逆にし、前記公転軸の軸方向を、前記太陽軸のねじ溝のピッチ角と前記公転軸のねじ溝のピッチ角の和の角度分、前記太陽軸の軸方向に対して傾斜させ、前記ホルダ部材と前記太陽軸が相互に直線運動するようにして達成される。
【００１５】
このとき、前記公転軸が複数本備えられているようにしても良く、前記複数本の公転軸が各々軸方向に予圧を加える弾性体を備え、前記予圧の方向が前記公転軸の軸方向の一方と他方に振り分けられているようにしても良い。
【００１６】
また、このとき、前記複数本の公転軸の回転位相を揃える位相一致手段が設けられているようにしても良く、前記複数本の公転軸を自転させる自転駆動手段が設けられているようにしても良い。
【００１７】
更に、このとき、前記公転軸が、当該公転軸の軸方向の少なくとも一方で外形寸法が大きくなっている溝を備えているようにしても良く、前記ホルダ部材は、少なくとも前記太陽軸の軸方向での動きが拘束され、前記太陽軸がその軸方向に駆動されるようにしても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のによれば、伝達効率が高く、減速比も高く取ることができるので、リニアアクチュエータ装置が小型化できる。
【００１９】
また、この結果、自動車のステアリング装置に適用した場合、大きな推力にも容易に応えることがてでき、しかも逆方向の伝達効率が高いので、車輪からの反力を的確に操舵ハンドルに伝達することができ、操舵フィーリングの向上に有効てある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ここで、本発明によるリニアアクチュエータ装置について説明するに先立って、本発明によるリニアアクチュエータ装置を自動車のステアリング装置に適用した場合について説明する。
【００２１】
まず、図４は、本発明によるリニアアクチュエータ装置をパワーステアリング方式に適用した場合の例で、次に、図５はステアバイワイヤ方式に適用した場合の例である。
【００２２】
図４の例について説明すると、この例は、いわゆるラック・アンド・ピニオン方式の車輪転装置１００に適用したもので、このため、操舵ハンドル１０１の回転はステアリングコラム１０２を介してトルク検出器１０３に伝達され、制御部１０４はトルク検出器１０３からの入力に応じて、リニアアクチュエータ装置３の推力(直線移動力)を制御する。
【００２３】
ここで、このリニアアクチュエータ装置３が本発明に係るものとすると、この場合、ラック４が図中で左右方向に直線駆動し、パワーアシスト(補助操舵力)が与えられることになる。
【００２４】
また、このとき、コラム１０２の回転もラックピニオン機構２を介してラック４に伝達され、それを直線動作させ、ハンドル１０１の回転角度により車輪１０６の転向角度が決定されるようにする。
【００２５】
このため、ラック４の直線運動はタイロッド１０５を介して車輪１０６に伝達され、操舵運動を生じさせる。このとき、車輪１０６に外部から過大な力が加わったときにステアリング装置１を保護するため、タイロッド１０５の挫屈剛性は低く設定される。
【００２６】
一方、図５のステアバイワイヤ方式の場合は、ハンドル１０１はステアリング装置１から機械的に切り離され、電気的に接続されるだけとなる。このためハンドル１０１の回転角度を検出するエンコーダ１０７がコラム１０２に設けられている。
【００２７】
制御部１０４は、トルク検出器１０３とエンコーダ１０７の出力の外にも、ステアリング装置１に設けられているラック反力センサ１０８とラック位置センサ１０９からリニアアクチュエータ装置３の出力を取り込む。
【００２８】
そして、ラック反力センサ１０８の入力に応じてコラム反力モータ１１０を駆動し、ハンドル１０１に車輪１０６からの反力、つまりキャスター効果による戻りが得られるようにしている。
【００２９】
次に、本発明によるリニアアクチュエータ装置について、図１と図２それに図３の一実施形態により説明する。ここで、まず、これらの図は図４と図５におけるリニアアクチュエータ装置３を示したもので、このとき、図１は側面図で図２は側面から見た断面図であり、図３は軸方向から見た正面断面図である。
【００３０】
なお、図を明解にするため、リニアアクチュエータ装置３を収納しているケーシングは図示しておらず、また図１と図２ではホルダ６ｃが省略してあり、これに対して図３では、ホルダ６ａが省略してある。
【００３１】
ここでまず、ラック４は、いわゆる太陽軸を構成するもので、図示のように、リニアアクチュエータ装置３に含まれる範囲の外周面に溝４０を備えた棒状の部材で作られているが、ここで、この図１は、溝４０として、個々の溝が棒状の部材の外側で一周して閉じている環状溝とした場合の一実施形態である。
【００３２】
公転ねじ５は、いわゆる公転軸を構成するもので、複数本、特に図３から明らかなように４本設けられていて、その外遊面にらせん状のねじ溝５０を備えている。
【００３３】
ホルダ６はホルダ部材６ａ、６ｂと、これらの間を連結している複数本(ここでは４本)のホルダ部材６ｃで構成され、ホルダ部材６ａ、６ｂの間に公転ねじ５を自転可能に保持した上で、ラック４を中心軸として公転ねじ５を公転可能にする働きをする。
【００３４】
このため、ホルダ６は、その中央にラック４が接触せずに貫通し、ラック４回りに回転自在に保持されている。このとき、ラック４と公転ねじ５とは、互いの溝４０、５０が噛み合うよう、ラック４に外接されている。
【００３５】
そして、このホルダ６はモータ７の中空軸７ｂに連結され、これにより、複数本の公転ねじ５と共に全体がラック４の軸を中心にして回転駆動されるようになっている。
【００３６】
なお、この図では、モータ７としてモータ本体７ａと中空軸７ｂを備えた中空軸モータを使用し、ラック４がモータ７の中空軸７ｂを貫通しているようにしてあり、これによりリニアアクチュエータ装置３の外形寸法が小さくできるようにしてあるが、軸が中空になっていない一般的なモータを用い、歯車等を介してホルダ６を回転駆動するようにしても良い。
【００３７】
公転ねじ５は、軸受８によりホルダ６に保持されいるが、このとき、軸受８とホルダ部材６ａ、６ｂの間に弾性体の座金９を設け、軸受８を介して公転ねじ５が軸方向に付勢されるようにしている。
【００３８】
ここで、この図２では、ホルダ部材６ａ、６ｂのうちで、右側にあるホルダ部材６ｂと軸受８の間にある弾性体の座金９については、図示されていないが、図３において、４本ある公転ねじ５の中で、上下にある公転ねじ５については、ホルダ部材６ａ側に座金９が設けてあり、左右にある公転ねじ５については、ホルダ部材６ｂ側に座金９が設けてあることになる。
【００３９】
そして、これにより公転ねじ５が複数本ある場合、付勢する方向が軸方向の一方と他方で交互に反対向になるようにし、ラック４と公転ねじ８との寸法公差によるガタが吸収できるようにしてある。
【００４０】
この結果、ラック４の中心軸４Ｃと公転ねじ５の中心軸５Ｃは、図示されているように互いに交差することなくホルダ６に配置されるが、更にここで、ラック４の軸に直交する方向から見たとき、ラック４の軸回りのある位置、例えば図１では、上側から見たとき、中心軸４Ｃと中心軸５Ｃは平行になるが、この位置からラック４の軸回りに９０度ずれた位置、例えば図１では手前から見たときは角度θだけ傾いたねじれ関係になるようにしてホルダ６に配置してある。
【００４１】
そして、この配置により、この実施形態によれば、モータ７の回転運動、つまりホルダ６の回転運動をラック４の直線運動に変換することができる。そこで、以下、その動作原理について、図６と図７を用いて説明する。
【００４２】
まず、図６において、公転ねじ５のねじ溝５０はピッチ角αを備えているものとする。この図において、実線はねじ溝５０の山を示し、点線は谷を示しており、ここで太線はねじ溝５０の手前側に見える部分で、細線は公転ねじ５の裏側に隠れている部分である。
【００４３】
このとき、ラック４は円柱形であるが、この図６では、説明のため平面に展開して示してあり、この場合、図１と図２に示したように、ラック４は環状溝４０を有しているので、これにはピッチ角という概念は無いが、ここでは、便宜上、ピッチ角β＝０°としている。
【００４４】
そこで、このようなラック４の環状溝４０に公転ねじ５の溝５０が組み合わされた状態を図７に示す。ここでは公転ねじ５ａが点Ｃ１にある初期状態から、公転ねじ５ｂが或る距離、移動して点Ｃ２に達したときの状態が示してある。
【００４５】
このとき、図示のように、公転ねじ５のねじ溝５０の溝ピッチとラック４の環状溝５０の溝ピッチは、各々のピッチ角α、βの和を角度θとして、この角度θ分傾けたとき同一になる。
【００４６】
そこで、公転ねじ５を、その軸方向が、ラック４の軸方向に対して角度θ分傾けた状態でラック４に組み合わされるようにする。ここで、この実施形態では、上記したように、ピッチ角β＝０°であるから、角度θはピッチ角αに等しくなる。
【００４７】
これにより、図示のように、ラック４の環状溝４０の山(太線)に対して公転ねじ５の谷(細い点線)が、そしてラック４の谷(点線)に対しては公転ねじ５の山(細い実線)が、夫々一直線上に重なることになる。
【００４８】
従って、公転ねじ５ａがラック４上を公転ねじ５ｂで示す位置まで回転(自転)しながら移動(公転)したとき、公転ねじ５とラック４とは転がり接触しながら相互に移動する。
【００４９】
このとき、公転ねじ５の溝がねじ溝５０になっているので、１回公転する毎に公転ねじ５のねじ溝５０がラック４の次の溝に移動してゆくことになり、この結果、ラック４が固定されていたとすると、公転ねじ５は、矢印Ｔａに示すように、角度θ傾いた方向に進行する。
【００５０】
ここで、公転ねじ５の公転方向、つまりラック４の外周方向での移動量、つまり点Ｃ１から点Ｃ２までの移動量をＬとし、ラック４の軸方向の移動量をＴとすると、移動量Ｔは、
Ｔ＝Ｌ×sinθ
＝Ｌ×sinα…………(1)
となる。
【００５１】
従って、モータ７のモータ本体７ａを固定し、中空軸７ｂによりホルダ６が回転駆動されるようにしてやれば、ラック４が直線移動し、回転運動を直線運動に変換するリニアアクチュエータ装置として機能させることができる。
【００５２】
上記したように、公転ねじ５のねじ溝５０は、１回公転する毎にラック４の次の溝に移動してゆくので、ホルダ６が１回転したときのラック４の直線移動量は、ラック４の溝ピッチ長Ｐに等しい。
【００５３】
そこで、このときのホルダ６の１回転当りに得られるラック４の直線移動量を便宜上、このリニアアクチュエータ装置３の減速比とすると、これはラック４の溝ピッチ長Ｐで決まり、ラック４の溝ピッチ長Ｐを小さくするにつれ、モータ７のトルクに対してラック４に現れる直線移動距離は減少し、その分、直線移動力、つまり推力は大きくなる。
【００５４】
従って、この実施形態によれば、ラック４の溝ピッチ長Ｐを小さくすることにより、モータ７のトルクに対して大きな推力を発生させることができ、大きな減速比が得られることになる。
【００５５】
しかも、この実施形態によれば、上記したように、ラック４と公転ねじ５は相互に滑り移動するのではなく、転がり移動する。従って、この実施形態によれば、運動変換に滑り移動による大きな摩擦係数を伴うことなく、転がり摩擦による小さな摩擦係数で済むことになるので、モータ７とラック４の双方向の伝達効率が高く保てることになる。
【００５６】
従って、この実施形態によるリニアアクチュエータ装置３は、図４又は図５で説明したステアリング装置１に好適であり、電動式としての特色を活かし、省エネ化を図ることができる。
【００５７】
ところで、以上に説明した実施形態の場合は、ラック４が環状溝４０を備えているので、公転ねじ５が１回転公転したときのラック４の移動量は、ラック４の溝ピッチ長Ｐで決定されるようになっている(公転ねじ５が一条ねじの場合)。
【００５８】
このため、更に大きな減速比を得たいとき、或いは大きな推力が得たいときはラック４の溝ピッチ長Ｐを細かくしなければならないが、この場合、単位溝当りの強度の減少や、溝数の増加による製造コストの点で問題がある。
【００５９】
そこで、この問題に対処できるようにようにしたのが、以下に説明する実施形態であり、この実施形態では、図８に示すように、ラック４の溝もらせん状のねじ溝４１にしたものであり、その他の構成は、図２と図３で説明した実施形態と同じである。
【００６０】
そして、このラック４の外周面に設けられているねじ溝４１は、公転ねじ５のねじ溝５０とはピッチ角が反対になっている、いわゆる逆ねじであり、例えば公転ねじ５のねじ溝５０を右ねじとすれは、ラック４のねじ溝４１は左ねじになっている。
【００６１】
そこで、ここでは、公転ねじ５のねじ溝５０のピッチ角については符号が＋(正)であるとし、ラック４のねじ溝４１のピッチ角については、符号が−(負)であるとする。
【００６２】
そして、この配置により、この図８の実施形態によれば、モータ７の回転運動、つまりホルダ６の回転運動をラック４の直線運動に変換する際の減速比を大きくすることができる。そこで、以下、その動作原理について、図９と図１０を用いて説明する。
【００６３】
まず、図９に示すように、ラック４の溝をねじ溝４１とし、このとき公転ねじ５のねじ溝５０は、図１の場合と同じでピッチ角αとするが、ラック４のねじ溝４１は公転ねじ５と逆向きのピッチ角−β(β＜０)を持つものとする。
【００６４】
そして、この構成において、ラック４と公転ねじ５を一直線上に組み合わせるため、図１０に示すように、公転ねじ５の軸方向をラック４の軸方向に対して角度θ＝α＋β分傾ける。
【００６５】
この結果、公転ねじ５が、ラック４上を、公転ねじ５ａで示す位置から公転ねじ５ｂで示す位置まで回転しながら移動したとき、公転ねじ５とラック４とは転がり接触で移動する。
【００６６】
このとき公転ねじ５がねじ溝５０を有するので、ラック４の溝を順次乗り越えながら回転移動し、この結果、ラック４を固定した場合は、図１０に示すように、公転ねじ５は、角度θ傾いた方向に進行する。
【００６７】
この場合、公転ねじ５の円周方向の移動量をＬとし、ラック４の軸方向に対する移動量をＴとすると、
Ｔ＝Ｌ×sinθ
＝Ｌ×sin(α＋β)…………(2)
となる。
【００６８】
すなわち、この場合、公転ねじ５は、図１０に示したように、ラック４の溝のピッチ長分だけ進むが、このとき、対応するラック４の溝がねじ溝４１になっていて、しかも逆ピッチ角を有するため、公転ねじ５が位置Ｅ１から位置Ｅ２に移動したとき、ピッチ角の軸方向成分の長さが公転ねじ５の移動量から減殺され、その分、ラック４の移動量Ｔが少なくなる。
【００６９】
そして、このときの移動量Ｔも、公転ねじ５とラック４のピッチ角の和、つまり角度θ＝α＋(−β)で決まるので、ラック４のねじ溝４１のピッチ角−βを大きくするにつれ、減速比も大きくなる。
【００７０】
そこで、減速比を大きくしたいときは角度θ＝α＋(−β)の値を小さく、つまりねじ溝４１のピッチ角−βを大きくしてやればよく、この場合、ラック４の溝ピッチ長は、減速比と無関係になる。
【００７１】
従って、この実施形態によれば、減速比を大きくするため、ラックなど個々の溝ピッチ長を小さくしなくても減速比が大きくできるので、溝の強度が低下する虞れがなく、溝数の増加によよるコストを抑えることができる。
【００７２】
次に、以上に説明した実施形態におけるラック４と公転ねじ５の噛み合いについて説明すると、公転ねじ５のねじ径が一定の場合、つまり上記した実施形態の場合のラック４と公転ねじ５との噛み合い状況は図１１と図１２に示すようになる。
【００７３】
ここで、この図１１と図１２は、ラック４と公転ねじ５との噛み合い点ｇを示したもので、このとき、図１１では、明確化のため、公転ねじ５は中心軸だけが５として示してある。
【００７４】
いま、図１１に示すように、ラック４と公転ねじ５を軸と直交方向から見た場合、前述のように、両者の中心軸は角度θで交わるようにしてある。
【００７５】
そこで、いま、点ｇ３が両者の中心軸間距離が最短になったときの位置にあるとすると、図１２に示すように、点ｇ３から離れるにつれて、公転ねじ５の中心軸から点ｇまでの距離が増加する。
【００７６】
その結果、点ｇ３の近傍では溝の間で力が伝達されるが、それ以外の噛み合い点ｇ(例えば点ｇ１、ｇ２、ｇ４、ｇ５)では、ラック４と公転ねじ５が離れ、噛み合っていないので、力は伝達されない。つまり、この場合、力の伝達に寄与しているのは１本の溝だけとなる。
【００７７】
ここで、溝の強度の観点からすれは、複数の溝が力の伝達に関与しているようにした方が有利で、そのためには点ｇ３以外の噛み合い点でもラック４と公転ねじ５の溝が接触するようにするのが望ましい。
【００７８】
そして、このためには、公転ねじ５のねじ溝５０の外形を点ｇ３から離れるにつれて大きくしてやればよい。すなわち、図１２に示すように、公転ねじ５の外形を、点ｇ３の位置では５ａとし、点ｇ２と点ｇ４においては外形５ｂとし、点ｇ１と点ｇ５においては外形５ｃとすればよい。
【００７９】
これを具体化したのが、図１３の実施形態で、この場合、公転ねじ５の形状は、図示のように、ラック４と公転ねじ５の軸間距離が最短になる部分では細く、その位置から離れるにつれて太くなる、いわゆる鼓状になる。ここで、２点鎖線ｈはラック４の外形を表わす。
【００８０】
このとき、公転ねじ５のねじ溝の中央ではなく、一方の端でラック４と公転ねじ５の軸間距離が短くなるようにした場合は、図１４に示すように、一方の端部に向かって広がる形状、いわゆる半鼓状となる。
【００８１】
このように、公転ねじ５の外径を鼓状又は半鼓状にすることにより、ラック４と公転ねじ５の接触点が増加され、伝達力を大きくすることができる。
【００８２】
ところで、以上の実施形態では、公転ねじ５が複数本、具体的には４本用いられていて、これも伝達力を大きくすることに寄与していているが、このとき、この公転ねじ５は１本だけでもリニアアクチュエータ装置３としての動作は可能である。
【００８３】
しかし、公転ねじ５を複数にすることにより、伝達力を分散する効果と、公転ねじ５を含めたホルダ６全体のの重心を回転中心と一致させ、回転振動を無くすという効果がある。
【００８４】
ここで、このように公転ねじ５を複数にした場合、モータ７から急峻で振動的な運動が加わったとすると、公転ねじ５が互いに逆方向に回動され、ラック４の溝に相互に逆向きの力を加え、互いに突っ張り合う状態となって、場合によってはホルダ６が回転不能になることがある。
【００８５】
そこで、このような事態の発生を回避するためには、複数の公転ねじ５の位相を揃え、逆向きの回転が生じないようにする必要があり、このようにした実施形態について、図１５と図１６により説明する。
【００８６】
ここで、図１５は側面図で図１６は正面図で、これらの図から明らかなように、この実施形態では、複数本の公転ねじ５の一端を各々歯車５ｓとし、これらの歯車５ｓに内歯車１０を噛み合わせたものである。
【００８７】
内歯車１０は各々の公転ねじ５にある歯車５ｓに噛み合って、それらの回転位相を強制的に揃える働きをし、この結果、各歯車５ｓの位相にずれが生じることがなくなるので、回転不能の虞れをなくすことができる。
【００８８】
このとき、公転ねじ５には傾斜角θが設けてあるので、歯車５ｓと内歯車１０は、はすば歯車のように、互いの軸の傾斜を許容する種類の歯車にするのが望ましい。
【００８９】
また、ここでは歯車による連動としたが、例えばタイミングベルトのように、歯が噛み合って回転位相が確実に強制できる伝達手段ならば、いずれでも構わない。
【００９０】
さらに、前述の実施形態においては、ラック４と公転ねじ５との噛み合いは、両者の摩擦と弾性体の座金９の押圧による摩擦力だけで、滑りなく転がり接触を維持するものとした。
【００９１】
しかしながら、ラック４と公転ねじ５のピッチ角の設定や、ラック４の駆動力によっては、両者の間に滑りが生じることがあり、この結果、ホルダ６やモータ７が回転していないにもかかわらず、公転ねじ５が回転してしまい、ラック４が移動するという制御不能な状態になる虞れがある。
【００９２】
そこで、このような動作を回避するため、図１７から図２２に示すように、公転ねじ５の自転運動を規制する手段を設けた実施形態にしても良い。
【００９３】
まず、図１７と図１８の実施形態は、公転ねじ５の一部に歯車５ｓを設け、ホルダ６には段付歯車１１を回転自由に取付ける。そして、この段付歯車１１の一方の歯車１１ａには内歯車１２を噛み合わせ、他方の歯車１１ｂには歯車５ｓを噛み合わせ、内歯車１２は、図示してないリニアアクチュエータのケース(モータ７が固定されているケース)の一部Ｃに固定する。
【００９４】
このような構成において、モータ７がホルダ６を回転すると、段付歯車１１は内歯車１２から駆動力を得て回転され、その回転が公転ねじ５の歯車５ｓを駆動し、公転ねじ５の自転運動を規制して、制御不能状態になるのを防止する。
【００９５】
このとき歯車５ｓは、公転ねじ５のねじ溝５０に比べて外径を小さくしなければ、ラック４と干渉してしまう。一方、歯車５ｓの外径が小さいことより、公転ねじ５の自転角速度が増加し、本来の自転より早くなってしまう。
【００９６】
そこで、段付歯車１１を用い内歯車１２と噛み合う方の段付歯車１１ａより、歯車５ｓと噛み合う他方の段付歯車１１ｂを小径にし、公転ねじ５がラック４と滑りなく転がるように調整しているのである。
【００９７】
次に、図１９も本発明の一実施形態で、この場合は公転ねじ５の一部に歯車５ｓを設け、これに外周と内周に歯を有する両歯歯車１３の内歯車を噛み合わせると共に、ホルダ６ａの外周を外歯車６ａａとする。
【００９８】
そして、モータ７として、図示のように、軸が中空になっていない一般的なモータを用い、その軸に段付歯車１４を設け、その一方の歯車１４ａをホルダ６ａの外歯車６ａａに噛み合わせ、他方の歯車１４ｂは両歯歯車１３の外歯車１３ａに噛み合わせたものである。
【００９９】
そして、このとき、ホルダ６ａの外歯車６ａａに対する段付歯車１４の一方の歯車１４ａの歯数比と両歯歯車１３の外歯車１３ａに対する他方の歯車１４ｂの歯数比を調整し、モータ７によりホルダ６ａと両歯歯車１３が回転駆動されたとき公転ねじ５がラック４と滑りなく転がり、公転ねじ５の自転運動が規制され、制御不能状態になるのを防止するのである。
【０１００】
更に、図２０から図２２も本発明の一実施形態であり、この場合も、公転ねじ５の一部に歯車５ｓを設けるが、ここで図２１に示すように、この歯車５ｓの基準ピッチ円を、公転ねじ５のねじ溝５０のピッチ円と同一にする。
【０１０１】
このとき、ラック４のねじ溝４０の形状は図２２に示すように、溝と歯車を一体化した形状とする。ここで、ラック４の軸方向の力は、溝のピッチ円上で支えることが、効率を高める上で望ましいので、歯車のピッチ円を基準ピッチ円から正転位して、外周側にずらしておくことが望ましい。
【０１０２】
このような構成により、モータ７がホルダ６を回転すると、ラック４と公転ねじ５は溝部と歯車の両方で噛み合うことになり、滑りなく回転することができる。
【０１０３】
以上、説明したように、本発明の実施形態では、互いに噛み合う溝を有するラック４と公転ねじ５とを備え、これらにピッチ角の和である角度θの傾斜を与えて取り付け、モータ７で公転ねじ５をラック４周りに回転させることにより、リニアアクチュエータ装置３として構成することができる。
【０１０４】
この結果、以上の実施形態によるリニアアクチュエータ装置３は、大減速比を得ることができるので、、大きな推力を必要とする自動車のステアリング装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第１の実施形態を示す側面図である。
【図２】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第１の実施形態を示す側断面図である。
【図３】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第１の実施形態を示す正断面図である。
【図４】本発明のリニアアクチュエータ装置が適用されたパワーアシツト方式の自動車用ステアリングの一例を示す説明図である。
【図５】本発明のリニアアクチュエータ装置が適用されたステアバイワイヤ方式の自動車用ステアリングの一例を示す説明図である。
【図６】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第１の実施形態の動作説明図である。
【図７】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第１の実施形態の動作説明図である。
【図８】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第２の実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第２の実施形態の動作説明図である。
【図１０】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第２の実施形態の動作説明図である。
【図１１】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第１の実施形態における溝同士のかみ合いを説明するための側面から見た模式図である。
【図１２】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第１の実施形態における溝同士のかみ合いを説明するための正面から見た模式図である。
【図１３】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第３の実施形態における公転ねじの説明図である。
【図１４】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第４の実施形態における公転ねじの説明図である。
【図１５】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第５の実施形態を示す側面図である。
【図１６】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第５の実施形態を示す正断面図である。
【図１７】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第６の実施形態を示す側面図である。
【図１８】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第６の実施形態を示す正断面図である。
【図１９】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第７の実施形態を示す側面図である。
【図２０】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第８の実施形態を示す側面図である。
【図２１】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第８の実施形態における公転ねじの側面図である。
【図２２】本発明によるリニアアクチュエータ装置の第８の実施形態におけるラックの溝形状を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１：ステアリング装置
２：ラックピニオン機構
３：リニアアクチュエータ装置
４：ラック
５：公転ねじ
６：ホルダ
７：モータ
８：軸受
９：弾性体の座金
１０：内歯車
１１：段付歯車
１２：内歯車
１３：両歯車
１４：段付歯車
１００：車輪転舵装置
１０１：ハンドル
１０２：コラム
１０３：トルク検出器
１０４：制御部
１０５：タイロッド
１０６：車輪
１０７：エンコーダ
１０８：ラック反力センサ
１０９：ラック位置センサ
１１０：コラム反力モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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