JP2005326009A - ボールねじ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高いボールねじ駆動装置を提供する。
【解決手段】スピンドル１のボールねじ駆動装置において、スピンドルナット２が、内周面上に、螺旋に沿って配置され、ボール５のための耐荷重チャネル６を画定しているボール溝３と、前記スピンドルナット２の外周面に配置された、前記ボール５のためのリターンチャネル８を備えた外部デフレクター７と、を備えており、前記外部デフレクター７が２つのボール用開口部Ｅ１、Ｅ２を備えており、前記２つのボール用開口部のそれぞれは、前記耐荷重チャネル６の一端に接続され、前記ボール５を前記耐荷重チャネル６の一端から前記耐荷重チャネル６の他端へと偏向しており、前記外部デフレクター７は、前記２つのボール用開口部の一方Ｅ１から前記２つのボール用開口部の他方Ｅ２まで、少なくとも、前記スピンドルナット２の回転軸回りの略完全な一巻きに渡って延びている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車のステアリング装置における電気機械式ステアリングブーストの構成部品として使用されるボールねじ駆動装置に関するものである。

例えば、ＥＰ ０ ８１４ ０１２ Ｂ１は、ボールねじ駆動装置が組み込まれた電動ステアリングブースタ装置を開示している。この従来技術では、歯付きラックの軸方向延長部がスピンドルを備えており、このスピンドル上にスピンドルナットが配置されている。スピンドル及びスピンドルナットの間に配置されたボールは、スピンドルナットの内周面及びスピンドルの外周面に構成されたボール溝を転がる。これらのボール溝は、ボールが荷重をかけられた状態で転がる耐荷重チャネルを画定している。ボールの循環回路を形成するために、スピンドルナットはいわゆる外部デフレクターを備えている。この外部デフレクターは２つのボール用開口部を有し、各ボール用開口部は耐荷重チャネルのそれぞれの端部に接続され、耐荷重チャネルの一方の端部から耐荷重チャネルの他方の端部へと永久にボールが偏向されるようにしている。外部デフレクターは、スピンドルナットの外周面の回りに約１８０°巻かれている。一般に数回巻かれている耐荷重チャネルの端部では、ボールが外部デフレクターの中へと偏向されている。このデフレクターの中では、ボールが荷重がかからないリターンチャネルを移動する。ボールは、リターンチャネルから耐荷重チャネルの最初の部分へと偏向され、再びボール溝に沿って転がる。スピンドルナットは、その軸方向の端部において、溝玉軸受けによって径方向に支持されている。さらに、歯車が、スピンドルナット上に、回転しないように固定されており、かつ、電動モータの駆動用ピニオンと噛み合っている。従動スピンドルナットを使用する場合には、ほとんど外乱のない状態で作動することを保証することが重要である。

（発明の目的）
本発明の目的は、先に挙げたボールねじ駆動装置で信頼性の高い方法で作動するものを提供することである。

本発明の上記及び他の目的並びに利点は、以下の詳細な説明で明らかになる。

（発明の開示）
本発明は、外部デフレクターが２つのボール用開口部の一方から２つのボール用開口部の他方まで、少なくとも、スピンドルナットの回転軸回りのほぼ完全な一巻きに渡って延びている、という事実により上記目的を達成する。例えば、スピンドルナットを定置型駆動用ピニオンによって駆動する場合には、スピンドルナットは、その外部デフレクターと共に力が加えられる位置に対して相対的に回転する。外部デフレクターがスピンドルの軸を約３６０°に渡って囲んでいるという事実から、スピンドルナットが一回転している間じゅう、力が加えられる領域における耐荷重チャネルで荷重を同じ数のボールが伝達することが保証される。一方、従来のボールねじ駆動装置より、約１８０°で偏向を行う外部デフレクターが公知である。このことは、径方向の力が作用している面では、０−１８０°の範囲で、１８０−３６０°の範囲よりも多くのボールが荷重を伝達することを意味する。本発明のボールねじ駆動装置ではスピンドルナットが一回転している間じゅう荷重が一様に分散することから、一定の剛性が実現される。従来のボールねじ駆動装置のスピンドルナットの剛性に比べて、回転しているナットの剛性はより高い。耐荷重チャネルにおいて、作用している力を伝達するボールの数が常に等しいので、振動と騒音の発生が少ない。換言すれば、外部デフレクターの２つのボール用開口部はスピンドル軸に対して約３６０°間隔をおいて配置されており、このために、力が作用する面では、耐荷重チャネルにおいて力を伝達する、スピンドル軸に平行に配置されたボールの数が、スピンドルナットのどの角度位置でも等しい。

外部デフレクターは、複数の部品からなる偏向部材として作ることができ、この偏向部材は第１分割面を備え、第１分割面はリターンチャネル内にリターンチャネルに沿って配置され、偏向部材を複数の偏向部品に分割する。原則として、リターンチャネルは略円形の断面を有し、各偏向部品はボール溝を備えており、このボール溝がリターンチャネルを画定する。リターンチャネルに沿って、かつ、リターンチャネルの内側で分割することにより、簡単な構成のボール溝を外部デフレクターに設けることができる。例えば、必要なボール溝を既に備えている簡単な構成の射出成形品を利用することが可能になる。このようにして、外部デフレクターをプラスチックから射出成形法により経済的に製造することができる。

本発明の有益な提案によれば、本発明のボールねじ駆動装置を簡単に組み立てられるようにするために、第２分割面をリターンチャネルに交差するように配置し、複数の部品からなる偏向部材として構成された外部デフレクターを半部に分割する。この第２分割面は、外部デフレクターにおける２つのボール開口部の間の少なくともほぼ中央位置に配置されることが好ましい。従って、この第２分割面の両側に偏向部品の半部が形成され、各半部がスピンドル軸を約１８０°囲む。偏向部品の２つの半部が合わさってスピンドル軸を約３６０°囲む。半部の組み立てはより簡単になっている。外部デフレクターが十分可撓性のある材料から作られれば、スピンドルナットが外部デフレクターのボール用開口部の間にはまるまで外部デフレクターを曲げて開けることができる。この場合、第２分割面を省略することができる。

本発明のボールねじ駆動装置の有益な実施形態であって、製造と組み立ての観点から都合の良いものでは、第１及び第２の分割面が外部デフレクターを、それぞれが２つの半部からなる２つの偏向部品に分割する。これら偏向部品は、好ましくは同一の構成を有する。

外部デフレクターは、好ましくは、リターンチャネルが耐荷重チャネルに接線方向に、かつ、スピンドルナットのボール溝のリード角で接続されるようにスピンドルナットに配置される。このことは、リターンチャネルに入るとき及び出るときにボールが大きく加速されることが回避されることを意味する。リターンチャネル自体は、好ましくは、２つのボール用開口部の間に曲率が異なる領域を備えており、これら領域は互いに非連続的となることなく一体化している。ボールが積み重なることにつながる可能性のあるいわゆるポリゴン効果が、このようにして回避される。

外部デフレクターが複数の部品からなる構造をしている場合、これら偏向部品を互いにポジティブエンゲージメント、若しくはフォースエンゲージメントにより、又は材料の融着によって接続し、リターンチャネルが完璧に形成されることが保証されるようにすると都合がよい。

外部デフレクターは、好ましくはプラスチックから、通常は射出成形法により作られる。適切な材料を選択することで、例えば、非常に小さい騒音で作動することを保証できる。都合の良いことに、雑音を減らすために、ゴム、ゴム状の材料、及びエラストマーを外部デフレクター用の材料として使用することも可能である。

本発明のさらなる特徴によれば、スピンドルナットを駆動するためにベルト歯車をスピンドルナットに配置する場合には、外部デフレクターをベルト歯車の長さの範囲内に収める。このようにすることにより、軸方向に形状が小型であるボールねじ駆動装置が形成される。

上記に既に記載したように、リターンチャネル内にリターンチャネルに沿って配置された第１分割面が、複数部品からなる偏向部材として構成された外部デフレクターを偏向部品に分割する場合には、これら分割部品の１つをベルト歯車と一体に作ることが有益となり得る。このようにすれば、部品の総数を減らすことができる。

次に、全部で２０の図面に図示した２つの実施形態の例を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明のボールねじ駆動装置の斜視図であり、図２は、本発明のこのボールねじ駆動装置の縦半断面図である。スピンドル１に配置されたスピンドルナット２が、その内周面に、螺旋に沿って配置されたボール溝３を備えている。スピンドル１は、その外周面に、螺旋に沿って配置されたボール溝４を備えている。ボール５がスピンドルナット２及びスピンドル１の間に配置されており、スピンドルナット２がスピンドル１に対して回させられると、ボール溝３及び４を転がる。ボール溝３及び４は耐荷重チャネル６を画定しており、この耐荷重チャネル６の中では、ボール５が荷重を受けながらボール溝３及び４を転がることができる。スピンドルナット２はさらに、外部デフレクター７を備えている。この外部デフレクター７は、ボール５のためのリターンチャネル８を備えている。リターンチャネル８は、耐荷重チャネル６の端部を輪になるように互いに接続し、ボール５が耐荷重チャネル６及びリターンチャネル８の中で永久に循環することを保証している。

スピンドル１は、部分的に歯付きラックとして構成されおり、歯付きラック形状部９を備えている。ベルト歯車１０がスピンドルナット２に回転しないように配置されている。外部デフレクター７は、実質的に、ベルト歯車１０の軸方向長さの範囲内に配置されている。スピンドルナット２は、機械側部位１２上で回転するように、ラジアル（径方向）溝玉軸受け１１を介して取り付けられている。スピンドルナット２を駆動するには、ベルト歯車１０を不図示の歯付きベルトで駆動する。

図３は、スピンドル１の斜視図であり、ボールねじ駆動装置のためのボール５がリターンチャネル及び耐荷重チャネルの中に配置されているように示している。ボール５がスピンドル１のボール溝４を出る場所、すなわち、ボール５が外部デフレクター７に入る場所には、外部デフレクターのボール用開口部Ｅ１が配置されている。この図では示されていないが、ボール５が外部デフレクター７を出る場所には、外部デフレクター７の別のボール用開口部Ｅ２が配置されている。外部デフレクター７のボール用開口部Ｅ１及びＥ２の位置は、図４に示されている。図３から、ボール用開口部Ｅ１及びボール用開口部Ｅ２の間に、スピンドルナット２の回転軸回りのほぼ完全な一巻きがあることがわかる。図３は、さらに、外部デフレクター７が、一方のボール用開口部Ｅ１から他方のボール用開口部Ｅ２まで、スピンドルナット２の回転軸回りの完全な一巻きにわたって延びていることを示している。

２つのボール用開口部Ｅ１及びＥ２の間の経路は、図３で図示されていないリターンチャネル８の経路に対応している。

図４は、外部デフレクター７付きのベルト歯車１０及び一組のボール５の斜視図を示している。

図５は、図４に図示した構成部品の上面図である。

図２から、リターンチャネル８内にリターンチャネル８に沿って配置されている分割面Ｔ１が、複数の部品からなる偏向部材１３として構成されている外部デフレクター７を偏向部品１４、１５に分割している、ということがさらに分かる。

図６から９には、偏向部品１４の１つの半部１４ａがいろいろな斜視図で示されている。図８に大まかに示した第２分割面Ｔ２が、外部デフレクター７の２つのボール用開口部Ｅ１及びＥ２の間のほぼ中央に配置され、偏向部品１４を２つの半部に分割している。図８は、半部１４ａに分割面Ｔ１に沿って構成され、リターンチャネル８を画定しているボール溝１８を明確に示している。

偏向部品１４の他方の半部１４ｂがいろいろな斜視図で図１０から１３に示されている。これらの２つの半部１４ａ及び１４ｂが一緒になって偏向部品１４を形成する。分割面Ｔ２が図１２に示されている。偏向部品１５は、偏向部品１４と同じ構成を有する。図１０は、半部１４ｂに分割面Ｔ１に沿って構成され、リターンチャネル８を画定しているボール溝１９を明確に示している。

このように、本発明のこのボールねじ駆動装置では、複数の部品からなる偏向部材１３が合計２つの偏向部品１４、１５を備えており、２つの偏向部品１４、１５のそれぞれは、半部１４ａ及び１４ｂから構成されている。第１分割面Ｔ１は、簡単な射出成形金型を利用可能にする。第２分割面Ｔ２は、それぞれがスピンドルの軸の回りに約１８０°にわたって延在する２つの半部１４ａ及び１４ｂを難しくない方法で組み立てて、それぞれの偏向部品１４及び１５を形成することを可能にする。

半部１４ａは、その端部の一方に受け部１６を備えており、半部１４ｂは、その端部の一方に突出部１７を備えている。分割面Ｔ１において、半部１４ａは突出したくい（ペグ）２０を備えており、このくい２０は、分割面Ｔ１に対して交差するように配置されている。半部１４ｂは、分割面Ｔ１に穴２１を備えており、この穴２１は、分割面Ｔ１に対して交差するように配置されている。２つの半部１４ａ及び１４ｂは、それらの面を分割面Ｔ１に沿って配置して互いに向き合わせ、これにより、くい２０を穴２１と係合させることにより組み立てられる。２つの半部１４ａ及び１４ｂは、それらの端部の分割面Ｔ２に隣接する方を互いに前後するように配置して、これにより突出部１７を受け部１６と係合させることにより組み立てられる。組み立てられた４つの半部は、図１４の斜視図に示すように、偏向部材１３を形成する。

図１５から２０に図示した本発明のボールねじ駆動装置は、外部デフレクター７が、リターンチャネル８内にリターンチャネル８に沿って配置された第１分割面Ｔ１のみを有し、かつ、本実施形態では、複数の部品からなる偏向部材２２を合計２つの偏向部品２３、２４に分割する点で、既に説明した本発明のボールねじ駆動装置と主に異なる。図１５は、外部デフレクター７付き歯車１４及び一組のボール５の斜視図を示している。図１６は、図１５に図示した本発明のボールねじ駆動装置の上面図である。図１７及び１８は偏向部品２３を示しており、この偏向部品２３はベルト歯車１０と一体に作られている。偏向部品２３はボール溝２５を備えており、このボール溝２５はリターンチャネル８を画定している。

他方の偏向部品２４は、図１９及び２０に斜視図で示されている。偏向部品２４はボール溝２６を備えており、このボール溝２６はリターンチャネル８を画定している。本実施形態では、外部デフレクター７が、ベルト歯車１０と一体に作られている偏向部品２３、及び別部品として作られている偏向部品２４のみで構成されている。

本発明の実施形態の両例に共通の特徴は、外部デフレクター７の２つのボール用開口部Ｅ１及びＥ２の間のスピンドル軸回りの角度が約３６０°に及ぶことである。このようにすることにより、定常な径方向の力がベルト歯車１０に作用している場合に、スピンドルナット２が一回転している間じゅう、確実に、ボール５が耐荷重チャネル６に一様に装填される。

図２では、図示した面において、２つのボール５が前後に配置されていることがわかる。したがって、スピンドルナット２に作用している仮想の力がこの面に位置しているとすると、スピンドルナットのどの角度位置でもこの面に４つのボール５が、すなわち、スピンドル軸の上に２つ、そして下に２つが配置される。さらに、どちらの場合でも、リターンチャネル８は耐荷重チャネル６に接線方向に、かつ、スピンドルナット２のボール溝３のリード角で接続されている。リターンチャネル８は、異なる曲率の領域を有しており、これらの領域は不連続となることなく互いに一体化している。

図１は、本発明のボールねじ駆動装置の斜視図である。 図２は、図１のボールねじ駆動装置の縦半断面図を示している。 図３は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図４は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図５は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図６は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図７は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図８は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図９は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図１０は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図１１は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図１２は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図１３は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図１４は、図１及び図２に図示した本発明のボールねじ駆動装置の個々の構成部品を示している。 図１５は、本発明の別のボールねじ駆動装置の構成部品を示している。 図１６は、本発明の別のボールねじ駆動装置の構成部品を示している。 図１７は、本発明の別のボールねじ駆動装置の構成部品を示している。 図１８は、本発明の別のボールねじ駆動装置の構成部品を示している。 図１９は、本発明の別のボールねじ駆動装置の構成部品を示している。 図２０は、本発明の別のボールねじ駆動装置の構成部品を示している。

Claims (10)

1. スピンドル上に配置可能なスピンドルナットを備えたボールねじ駆動装置であって、前記スピンドルナットが、内周面上に、螺旋に沿って配置され、ボールのための耐荷重チャネルを画定しているボール溝と、前記スピンドルナットの外周面に配置された、前記ボールのためのリターンチャネルを備えた外部デフレクターと、を備えており、前記外部デフレクターが２つのボール用開口部を備えており、前記２つのボール用開口部のそれぞれは、前記耐荷重チャネルの一端に接続され、前記ボールを前記耐荷重チャネルの一端から前記耐荷重チャネルの他端へと偏向しており、前記外部デフレクターは、前記２つのボール用開口部の一方から前記２つのボール用開口部の他方まで、少なくとも、前記スピンドルナットの回転軸回りの略完全な一巻きに渡って延びている、ボールねじ駆動装置。
2. 前記リターンチャネルの中に前記リターンチャネルに沿って配置された第１分割面が、複数の部品からなる偏向部材として構成されている前記外部デフレクターを偏向部品に分割する、請求項１に記載のボールねじ駆動装置。
3. 第２分割面がリターンチャネルに交差するように配置されて、複数の部品からなる偏向部材として構成されている前記外部デフレクターを半部に分割しており、前記第２分割面は、少なくとも、前記外部デフレクターにおける前記２つのボール用開口部の間におけるほぼ中央の位置に配置されている、請求項１に記載のボールねじ駆動装置。
4. 前記外部デフレクターが、前記第１及び第２分割面で、それぞれが２つの半部から構成されている２つの偏向部品に分割されている、請求項２又は３に記載のボールねじ駆動装置。
5. 前記リターンチャネルが、前記耐荷重チャネルに接線方向に、かつ、前記スピンドルナットの前記ボール溝のリード角で接続されている、請求項１に記載のボールねじ駆動装置。
6. 前記リターンチャネルは、前記外部デフレクターにおける前記２つのボール用開口部の間に異なる曲率の領域を有しており、前記領域は不連続にならずに互いに一体化している、請求項５に記載のボールねじ駆動装置。
7. 前記偏向部品は、ポジティブエンゲージメント、フォースエンゲージメント、又は材料の融着のいずれかで互いに接続されている、請求項１から６までのいずれか１項に記載のボールねじ駆動装置。
8. 前記外部デフレクターは、プラスチックから、通常は射出成形法によって製造される、請求項１に記載のボールねじ駆動装置。
9. ベルト歯車が前記スピンドルナット上に配置されており、前記外部デフレクターは、前記ベルト歯車の軸方向長さの範囲内に収められている、請求項１に記載のボールねじ駆動装置。
10. 前記偏向部材における前記偏向部品の１つが前記ベルト歯車と一体に製造されている、請求項９に記載のボールねじ駆動装置。

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