CN108974111A - 转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转向装置，能够将由树脂构成的带轮外嵌于由金属构成的螺母部件，并且还能够抑制由温度变化引起的带轮发生松动、强度降低。转向装置具备：齿条轴，其在轴向进行进退移动；圆筒状的由金属构成的螺母部件，其经由多个滚珠与形成于齿条轴的外周面的螺旋状的螺纹槽螺合；由树脂构成的带轮，其以无法相对旋转的方式外嵌于螺母部件；带，其挂绕于带轮；电动马达，其经由带使带轮以及螺母部件旋转；以及止动环，其以板簧部已弹性变形的状态配置于螺母部件的外周面与带轮的内周面之间。止动环通过板簧部的恢复力向径向外侧按压形成于带轮的内周面的第二平面部。

Description

转向装置

本申请主张于2017年5月31日提出的日本专利申请2017-107392号的优先权，并在此引用包括其说明书、附图以及摘要在内的全部内容。

技术领域

本发明涉及车辆的转向装置，特别涉及通过经由带以及带轮传递电动马达的扭矩的螺母部件的旋转对形成有滚珠丝杠槽的转向轴施加轴向的移动力的转向装置。

背景技术

以往，在车辆的转向装置中，利用经由带以及带轮传递电动马达的扭矩的螺母部件的旋转，对形成有滚珠丝杠槽的转向轴施加轴向的移动力。从控制器向电动马达供给在与方向盘连结的转向传动轴产生的扭矩所对应的电流，使电动马达产生扭矩。若螺母部件通过电动马达的扭矩而旋转，则对转向轴施加轴向的移动力，辅助驾驶员对方向盘的转向操纵操作。

美国专利申请公开第2014/0090921号说明书记载的转向装置在金属制的螺母部件的外周侧配置有由树脂构成的筒状带轮。在带轮的外周挂绕有带，通过分别在带轮以及带形成的多个齿的啮合，从带向带轮传递旋转力。在螺母部件的周向的1个位置形成有凹部，带轮的凸部与该凹部卡合，由此螺母部件与带轮无法相对旋转。另外，带轮相对于螺母部件的轴向移动通过与形成于螺母部件的外周面的环状槽嵌合的保持架而被限制。

日本特开2017－1506号公报记载的转向装置在环状的金属芯的外周一体地形成有树脂制的带轮，金属芯固定于螺母部件的外周。在带轮的外周挂绕有带，将电动马达的扭矩从带向带轮传递，并将其经由金属芯向螺母部件传递。

如上述那样构成的转向装置通过使带轮为树脂制，装置重量减轻以及变安静。但是，另一方面，根据树脂与金属的热膨胀率的不同，例如可能因发动机室内的温度变化产生以下问题。

即，如美国专利申请公开第2014/0090921号说明书记载的转向装置所述，在将由树脂构成的筒状带轮配置于螺母部件的外周并通过凹部与凸部的嵌合限制了双方的相对旋转的构造中，担心可能在温度上升时带轮以比螺母部件高的比例膨胀从而带轮发生松动，在电动马达的旋转时产生噪声、振动。另外，如日本特开2017－1506号公报记载的转向装置所述，在固定于螺母部件的外周的金属芯一体地形成有树脂制的带轮的构造中，担心可能因螺母部件与带轮的热膨胀率不同而在温度上升或下降时产生应力，导致带轮的强度降低。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种转向装置，能够将由树脂构成的带轮以无法相对旋转的方式外嵌于由金属构成的螺母部件，并且还能够抑制由温度变化引起的带轮发生松动、强度降低。

本发明的一个方式的转向装置具备：转向轴，其在轴向进行进退移动；圆筒状的由金属构成的螺母部件，其经由多个滚珠与形成于上述转向轴的外周面的螺旋状的螺纹槽螺合；由树脂构成的带轮，其以无法相对旋转的方式外嵌于上述螺母部件；带，其挂绕于上述带轮；电动马达，其经由上述带使上述带轮以及上述螺母部件旋转；以及弹性部件，其以至少局部已弹性变形的状态配置于所述螺母部件的外周面与所述带轮的内周面之间，上述弹性部件通过已弹性变形的状态的所述至少局部的恢复力将所述带轮的内周面向所述带轮的径向外侧按压。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素，其中，

图1是表示本发明的实施方式的转向装置的外观图。

图2是示意表示转向装置的壳体内的构造的示意图。

图3是表示转向装置的主要部分的结构的剖视图。

图4是表示由螺母部件、带轮以及止动环构成的组装体的剖视图。

图5是螺母部件、带轮以及止动环的立体图。

图6是从轴向一侧观察组装体的图。

图7是从轴向一侧观察止动环安装前的螺母部件以及带轮的图。

图8A是表示自然状态下的止动环的俯视图。

图8B是图8A的C－C线剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的转向装置。转向装置1搭载于车辆，根据驾驶员的转向操纵操作，使作为转向轮的左右的前轮转向。在图1中，示出从车辆的斜前方观察转向装置的状态，附图左侧与车辆的右侧对应，附图右侧与车辆的左侧对应。此外，图1以及图2的附图标记中的文字R表示车辆的右侧，文字L表示车辆的左侧。在以下的说明中，上、下、左、右是指车辆上下方向以及车辆左右方向上的各方向。

转向装置1具备：转向传动轴11，其连结有驾驶员进行转向操纵操作的方向盘10；作为转向轴的齿条轴2，其通过方向盘10的转向操纵操作沿车宽方向在轴向进行进退移动；壳体3，其收容齿条轴2；电动马达40，其固定于壳体3；以及移动力施加机构4，其通过电动马达40驱动，并对齿条轴2施加轴向的移动力。

壳体3收容有移动力施加机构4以及齿条轴2的一部分。电动马达40以及移动力施加机构4构成辅助驾驶员对方向盘10的转向操纵操作的转向操纵辅助装置100。转向装置1通过齿条轴2在轴向移动使作为转向轮的左右的前轮19L、19R转向。在图1中，前轮19L、19R用虚拟线(双点划线)示出。

转向传动轴11具有：柱轴12，其在一端部固定方向盘10；中间轴(中间传动轴)13，其经由万向节151与柱轴12连结；以及小齿轮轴14，其经由万向节152与中间轴13连结。万向节151、152例如由万向接头构成。

在小齿轮轴14的前端部形成有小齿轮齿140(参照图2)。在齿条轴2形成有与小齿轮齿140啮合的齿条齿20以及螺旋状的螺纹槽21(参照图3)。小齿轮轴14构成为其一部分通过施加于方向盘10的转向操纵扭矩能够扭曲的具有柔性的扭杆141，扭杆141的扭转角通过扭矩传感器41检测。扭矩传感器41根据扭杆141的扭转角的大小检测转向操纵扭矩。

齿条轴2经由包含左右的横拉杆17L、17R、图略的转向节臂的连杆机构与左右的前轮19L、19R连结。在壳体3的两端部与横拉杆17L、17R之间分别设置有具有可伸缩的蛇腹构造的波纹管18L、18R。如图2所示，在齿条轴2的两端部经由滚珠接头16L、16R连结有左右的横拉杆17L、17R的一端部。若齿条轴2在车宽方向(左右方向)进行进退移动，则通过左右的横拉杆17L、17R将左右的前轮19L、19R分别转向。

移动力施加机构4具有：圆筒状的螺母部件5，其经由多个滚珠42与形成于齿条轴2的外周面的螺纹槽21螺合；由树脂构成的从动带轮6，其以无法相对旋转的方式外嵌于螺母部件5；止动环7，其防止从动带轮6相对于螺母部件5脱落；轴承8，其将螺母部件5支承为能够相对于壳体3旋转；以及由合成橡胶构成的带90，其挂绕于从动带轮6。

如图2所示，电动马达40具有：驱动部401，其具有固定件以及旋转件；以及控制部402，其向驱动部401的固定件供给马达电流。控制部402向驱动部401供给与通过扭矩传感器41检测出的转向操纵扭矩、车速对应的马达电流。驱动部401通过从控制部402供给的马达电流产生扭矩，并经由带90使螺母部件5以及从动带轮6相对于壳体3旋转。带90是在内周面设置有多个带齿900的带齿传送带。

壳体3具有第一部件31以及第二部件32，第一部件31与第二部件32通过多个螺栓33紧固。在图3中图示出其中一个螺栓33。第一部件31一体地具有收容移动力施加机构4的移动力施加机构收容部311、在比移动力施加机构4靠右前轮19R侧收容齿条轴2的第一筒部312以及用于向车体安装的第一安装部313。第二部件32一体地具有在比移动力施加机构4靠左前轮19L侧收容齿条轴2的第二筒部321、收容小齿轮轴14的一端部的小齿轮轴收容部322以及用于向车体安装的第二安装部323(参照图1)。

第一安装部313与第二安装部323通过螺栓固定于作为车体的安装对象的转向构件(未图示)。另外，电动马达40通过多个螺栓34固定于第二部件32在第一部件31侧的端部。在图3中图示出其中一个螺栓34。

在螺母部件5的内周面形成有与齿条轴2的螺纹槽21对置的螺旋状的螺纹槽50。多个滚珠42在由齿条轴2的螺纹槽21以及螺母部件5的螺纹槽50形成的滚动路500滚动。另外，在螺母部件5形成有在滚动路500的2个位置开口而使滚珠42在滚动路500环流的图略的环流路。多个滚珠42通过螺母部件5的旋转经由环流路在滚动路500循环。

带90挂绕于与电动马达40的轴403结合的驱动带轮404与从动带轮6之间，将驱动带轮404的旋转力传递至从动带轮6。从动带轮6的直径比驱动带轮404的直径大，驱动带轮404的旋转力通过带90被减速而被传递至从动带轮6。从动带轮6是本发明的权利要求书的技术方案中的带轮的一个方式。以下，将从动带轮6简单称为带轮6。

轴承8是在外圈81与内圈82之间配置有多个球状滚动体83的滚珠轴承。外圈81通过在壳体3的第一部件31形成的承受面31a以及与第一部件31嵌合的开口环91限制了相对于壳体3的轴向移动。

螺母部件5一体地具有切削由钢构成的母材形成并供带轮6外嵌的第一筒部51、供内圈82外嵌的第二筒部52以及在外周面形成有螺旋状的螺纹槽的外螺纹部53。第二筒部52的直径比第一筒部51的直径小，在第一筒部51在第二筒部52侧的端面51a抵接有内圈82的一个侧面。内圈82被夹持在与外螺纹部53螺合的锁止螺母92与端面51a之间。

螺母部件5由钢材构成，因此与由树脂构成的带轮6相比，更难热膨胀。即，带轮6的热膨胀率比螺母部件5的热膨胀率高，例如，在温度因发动机的排热上升时，带轮6以比螺母部件5高的比例膨胀。作为带轮6的树脂材料，例如能够优选使用成形精度、强度特性以及耐热性优异的聚酰胺等合成树脂。另外，也可以使用配合了混合玻璃纤维而提高了强度的强化聚酰胺作为带轮6的材料。带轮6不具有金属芯，例如能够容易通过注塑成形制造。

图4是将由螺母部件5、带轮6以及止动环7构成的组装体9用包含它们的旋转轴线O的剖面表示的剖视图。图5是螺母部件5、带轮6以及止动环7的立体图。图6是从轴向一侧观察组装体9的图。图7是图4的A－A线剖面中的组装体9的剖视图。图8A是自然状态下的止动环7的俯视图，图8B是图8A的C－C线剖视图。图4表示图6所示的B－B线剖面。图7将带轮6用与轴向正交的剖面表示。另外，在图7中，放大表示止动环7的一对板簧部72中的一个板簧部72的宽度方向两端部的周边部。

止动环7一体地具有：形成为环状的圆环部71；一对板簧部72；连接部73，其分别连接圆环部71与一对板簧部72；卡止部74，其设置为和板簧部72中的与圆环部71相反一侧的端部连续且用于与带轮6卡止；以及多个爪部75，它们从圆环部71向径向内侧突出。止动环7是本发明的权利要求书的技术方案中的弹性部件的一个方式，通过对由弹簧钢制成的钢板冲压成形而形成。在本实施方式中，一对板簧部72设置于隔着圆环部71的中心的位置。但不限定于此，可以在止动环7设置3个以上板簧部72，也可以仅设置1个板簧部72。即，止动环7具有至少1个板簧部72即可。

圆环部71和带轮6中的与轴承8相反一侧的轴向端面6c对置，在圆环部71的内侧插通有齿条轴2。圆环部71的外周侧的端部与带轮6的轴向端面6c弹性抵接，在圆环部71的内周侧的端部与轴向端面6c之间形成有缝隙。一对连接部73以及多个爪部75从圆环部71的内周侧的端部向径向内侧突出，并与带轮6的轴向端面6c对置。卡止部74从板簧部72中的与圆环部71相反一侧的端部向径向外侧突出。

在将止动环7的板簧部72的与旋转轴线O平行的方向设为长度方向并将相对于该长度方向正交的方向设为宽度方向时，长度方向的中央部721遍及宽度方向整体弯曲。在本实施方式中，板簧部72的中央部721相对于长度方向朝向内侧(螺母部件5侧)弯曲。

板簧部72配置于在螺母部件5的外周面形成的第一平面部5a与在带轮6的内周面形成的第二平面部6a之间。板簧部72被夹持于第一平面部5a与第二平面部6a之间而在螺母部件5以及带轮6的径向被压缩。在本实施方式中，如上述所述，板簧部72的中央部721朝向内侧弯曲，因此该中央部721与第一平面部5a弹性接触，隔着中央部721的板簧部72的长度方向的两端部与第二平面部6a弹性接触。

在电动马达40未产生扭矩的状态下，第一平面部5a与第二平面部6a之间的间隔比加上中央部721的弯曲得到的板簧部72的整体的厚度T(参照图8B)窄，并且比板簧部72中的钢板的板厚t宽。因此，板簧部72以至少一部分已弹性变形的状态配置于螺母部件5的外周面与带轮6的内周面之间，止动环7通过该已弹性变形的部分的恢复力将带轮6的内周面向其径向外侧按压。更具体而言，带轮6的第二平面部6a始终从板簧部72受到从第一平面部5a分离的方向的力。

带轮6在其内周面具有一对第二平面部6a。在带轮6的内侧配置螺母部件5之前的状态下，上述第二平面部6a相互平行地相对。另外，带轮6在各第二平面部6a的周向两侧的内周面具有与后述螺母部件5的抵接面5b抵接的一对抵接面6b。第二平面部6a与隔着该第二平面部6a的一对抵接面6b相互平行，一对抵接面6b比第二平面部6a更向径向内侧突出。

另外，在带轮6的内周面设置有其前端面与螺母部件5的外周面接触的多个肋61。肋61沿带轮6的轴向延伸，并从相邻的肋61之间的带轮6的内周面向径向内侧突出。在本实施方式中，8个肋61在带轮6的周向等间隔设置。至少在带轮6的温度为常温或低于常温时，8个肋61与螺母部件5的外周面接触。

第二平面部6a形成为以比肋61进一步向径向内侧突出的方式设置的突部62的前端面，8个肋61中的2个肋61与突部62连续。突部62设置于带轮6在与轴承8相反一侧的一端部，止动环7的卡止部74与该突部62卡止。

在带轮6的外周面形成有与带90的带齿900啮合的多个带轮齿63以及限制带90相对于带轮6的轴向移动的一对阻挡部64。多个带轮齿63在一对阻挡部64之间相对于轴向倾斜形成。另外，为了减轻重量、防止成型时的缩痕以及提高散热性，在带轮6以在轴向端面6c开口的方式形成有多个减重部65。减重部65的从轴向端面6c侧观察到的形状是圆弧状，并沿带轮6的轴向延伸。但是，也不一定要形成减重部65。

螺母部件5在其外周面具有一对第一平面部5a。另外，螺母部件5在第一筒部51的外周面中的各第一平面部5a的周向两侧具有与带轮6的抵接面6b抵接的一对抵接面5b。在本实施方式中，一对抵接面5b与第一平面部5a无阶梯差地连续形成，第一平面部5a与一对抵接面5b整体形成为一个平面状。第一筒部51为包含第一平面部5a以及一对抵接面5b的2个平面以旋转轴线O为对称轴形成为对称形的双幅面形状。

另外，除形成有第一平面部5a以及抵接面5b的部分之外，在第一筒部51的与第二筒部52相反一侧的端部的外周面形成有沿螺母部件5的周向延伸的卡合槽54。卡合槽54是止动环的爪部75卡合的凹部的一个方式。

在电动马达40未产生扭矩的状态下，螺母部件5的第一平面部5a与带轮6的第二平面部6a隔着止动环7的板簧部72相互平行。在该状态下，螺母部件5的抵接面5b与带轮6的抵接面6b经由规定的缝隙相互平行地相对。

若从该状态向电动马达40的驱动部401供给马达电流，并且电动马达40工作产生扭矩，则驱动带轮404的旋转力经由带90传递至带轮6。然后，因该旋转力，止动环7的板簧部72的变形量在其宽度方向的一端部增大，位于这个端部侧的抵接面5b、6b彼此抵接。螺母部件5与带轮6通过该抵接面5b、6b彼此的抵接，相对旋转被限制。电动马达40以向与方向盘10的转向操纵方向对应的方向施加转向操纵辅助力的方式产生扭矩，因此在向一个方向(例如右方)转向操纵方向盘10之后，在板簧部72的一侧，抵接面5b、6b抵接，在向另一方向(例如左方)转向操纵方向盘10之后，在板簧部72的另一侧，抵接面5b、6b抵接。

止动环7的多个爪部75以已弹性变形的状态与卡合槽54卡合，圆环部71通过多个爪部75的恢复力按压于带轮6的轴向端面6c。而且，带轮6相对于螺母部件5从轴承8分离的方向的向轴向一侧的相对移动通过止动环7被限制。

在组装体9组装时，使止动环7的板簧部72以及连接部73弹性变形，使卡止部74与带轮6的突部62卡止，之后将带轮6和止动环7一起外嵌于螺母部件5。而且，在沿轴向推压止动环7的圆环部71至其内周侧的端部与带轮6的轴向端面6c抵接为止，之后解放推压力，使爪部75的前端部与卡合槽54卡合。此外，可以在带轮6以及止动环7组装于螺母部件5之后通过锁止螺母92固定轴承8，也可以在带轮6以及止动环7组装于螺母部件5之前通过锁止螺母92固定轴承8。

说明本实施方式的作用及效果。根据以上说明的本实施方式，止动环7的板簧部72以已弹性变形的状态配置于螺母部件5的第一平面部5a与外嵌于该螺母部件5的带轮6的第二平面部6a之间，并通过板簧部72的恢复力将第二平面部6a向带轮6的径向外侧按压，因此能够将由树脂构成的带轮6以无法相对旋转的方式外嵌于由金属构成的螺母部件5，并且还能够抑制在温度上升时带轮6相对于螺母部件5在径向发生松动。由此，能够防止在电动马达40的旋转时产生由带轮6发生松动引起车辆的驾驶员、乘客能感知的程度的噪声、振动。

另外，止动环7的板簧部72配置于相互平行的螺母部件5的第一平面部5a与带轮6的第二平面部6a之间，因此能够通过板簧部72的宽度方向整体将第二平面部6a向带轮6的径向外侧按压，能够可靠抑制带轮6相对于螺母部件5发生松动。

另外，螺母部件5与带轮6通过设置于第一以及第二平面部5a、6a的周向两侧的抵接面5b、6b彼此的抵接，相对旋转被限制，因此止动环7的板簧部72不会被过度压扁，能够适当维持板簧部72的弹性。即，假如板簧部72的一部分被压缩至平坦，则担心板簧部72可能会塑性变形，即便除去负载，仍残留无法返回至原来形状的永久变形，在本实施方式中，通过上述结构能够防止这种塑性变形。

另外，止动环7一体地具有圆环部71与多个板簧部72，因此与例如止动环7仅具有1个板簧部72的情况比较，螺母部件5与带轮6的同心度提高，能够相对于螺母部件5更稳定地支承带轮6。另外，由于止动环7一体地具有圆环部71与卡止部74，所以能够以卡止部74预先与带轮6的突部62卡止的状态将带轮6外嵌于螺母部件5从而容易进行止动环7的组装。

另外，由于止动环7的爪部75与螺母部件5的卡合槽54卡合，并且圆环部71与带轮6的轴向端面6c接触，所以能够通过止动环7防止带轮6脱落。即，止动环7具有抑制带轮6发生松动的功能与防止带轮6脱落的功能。另外，由于止动环7的圆环部71还通过已弹性变形的爪部75的恢复力弹性地推压于带轮6的轴向端面6c，所以带轮6被无缝隙地夹持于轴承8的内圈82与止动环7的圆环部71之间，带轮6相对于螺母部件5的轴向位置稳定。

本发明在不脱离其主旨的范围能够适当地变形来实施。例如，在上述实施方式中，对在螺母部件5以及带轮6分别形成有2个第一以及第二平面部5a、6a的情况进行了说明，但不限定于此，例如，也可以在螺母部件5以及带轮6形成3个以上第一以及第二平面部5a、6a。此时，在止动环7设置与螺母部件5以及带轮6的第一以及第二平面部5a、6a对应的数量的板簧部72。由此，能够更可靠地抑制带轮6相对于螺母部件5的径向的松动。此外，优选在螺母部件5以及带轮6沿周向等间隔地形成多个第一以及第二平面部5a、6a。

Claims (7)

1.一种转向装置，包括：

转向轴，该转向轴在轴向进行进退移动；

圆筒状的由金属构成的螺母部件，该螺母部件经由多个滚珠与形成于所述转向轴的外周面的螺旋状的螺纹槽螺合；

由树脂构成的带轮，该带轮以无法相对旋转的方式外嵌于所述螺母部件；

带，该带挂绕于所述带轮；

电动马达，该电动马达经由所述带使所述带轮以及所述螺母部件旋转；以及

弹性部件，该弹性部件以至少局部已弹性变形的状态配置于所述螺母部件的外周面与所述带轮的内周面之间，

在所述转向装置中，

所述弹性部件通过已弹性变形的状态的所述至少局部的恢复力将所述带轮的内周面向所述带轮的径向外侧按压。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其中，

所述弹性部件具有至少1个板簧部，所述板簧部配置于在所述螺母部件的外周面形成的第一平面部与在所述带轮的内周面形成的第二平面部之间，

所述板簧部被夹持于所述第一平面部与所述第二平面部之间并且被沿所述螺母部件以及所述带轮的径向压缩。

3.根据权利要求2所述的转向装置，其中，

所述螺母部件以及所述带轮构成为：具有由于在所述电动马达工作时所述板簧部的变形量增大而相互抵接的抵接面，并且通过所述螺母部件的所述抵接面与所述带轮的所述抵接面抵接而被限制相对旋转，

在所述螺母部件的所述第一平面部的周向两侧设置有所述抵接面，

在所述带轮的所述第二平面部的周向两侧设置有所述抵接面。

4.根据权利要求2或3所述的转向装置，其中，

所述弹性部件一体地具有所述板簧部以及供所述转向轴插通的圆环部。

5.根据权利要求4所述的转向装置，其中，

所述弹性部件具有卡止部，所述卡止部与所述板簧部中的与所述圆环部相反一侧的端部连续，且卡止于所述带轮。

6.根据权利要求4所述的转向装置，其中，

所述弹性部件构成为：该弹性部件的所述圆环部与所述带轮的轴向端面对置配置，并且所述弹性部件一体地具有多个爪部与所述圆环部，所述多个爪部从所述圆环部向径向内侧突出，

所述螺母部件在外周面具有供所述爪部卡合的凹部，

所述带轮相对于所述螺母部件向轴向一侧的相对移动被所述弹性部件限制。

7.根据权利要求4所述的转向装置，其中，

所述弹性部件构成为：所述多个爪部以已弹性变形的状态与所述凹部卡合，所述圆环部通过所述多个爪部的恢复力被按压于所述带轮的轴向端面。