JP2008509353A - 電気機械式操向システム用ボールベアリングヘリカルギア機構及びボールベアリングヘリカルギア機構用ナット - Google Patents

電気機械式操向システム用ボールベアリングヘリカルギア機構及びボールベアリングヘリカルギア機構用ナット Download PDF

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Abstract

本発明はネジ型スピンドル(2)とナット(3)を備えた、車両の特に自動車の電気機械式操向システムのためのボールベアリングヘリカルギア機構に関するものであり、上記ネジ型スピンドル(2)とナット(3)にはナット(3)内部に荷重を支持するボールベアリング(5)を共に収容するためのボールベアリング経路(4)が提供され、ナット(3)はボールベアリングを(5)をボールベアリング経路(4)内に排出及び導入するためのボールベアリング経路変更部材(6)を含む。特にネジ型スピンドル(2)に横方向力が作用する場合、ボールベアリングヘリカルギア機構(1)の均一の低騒音作動によってボールベアリングが案内されるために、ボールベアリング経路(4)への転移領域(8)にボールベアリング経路変更部材(6)を有するナット(3)は、接触または加圧角度(22)の高さからボールベアリング経路(4)のゴシック式経路プロファイル(16)のフォーク構造が転移領域で形成されてボールベアリング(5)に対するネジ型スピンドル(2)のボールベアリング経路(4)の接触面が略連続して漸進的に変更され荷重導入及び荷重排出区域(10)から滑らかなボールベアリング(5)の規定された導入及び排出を保障するように構成される。ボールベアリング(5)はボールベアリング経路(4)内で略二つ以上のネジターンに渡って閉鎖されたチェーン(7)に配置される。

Description

本発明は請求の範囲第1項の前提部による車両の、特に自動車の電気機械式操向システムのためのボールベアリングヘリカルギア機構及び請求の範囲第14項による操向システムのボールベアリングヘリカルギア機構のためのナットに関するものである。
車両用操向システムのためのボールベアリングヘリカルギア機構または再循環式ボールベアリング操向ギア機構は公知となっている。ヨーロッパ特許第0 133 003号にはピニオンとラックを通じて操向ハンドルと連動するネジ型スピンドルを備えた車両の電気機械式操向システムのためのボールベアリングヘリカルギア機構が記載され、上記ネジ型スピンドルはその周縁部周りに螺旋形ボールベアリング経路を含み、ネジ型スピンドルは軸方向に動くことができないようトランスミッションハウジング内に支持されたナットを貫通し、ネジ型スピンドルはナットが回転することによってナットに対して軸方向に動くことができる。ナットは螺旋形ボールベアリング経路を含む。ネジ型スピンドル及びナットのボールベアリング経路はナットの軸方向領域内で荷重を伝達するボールベアリングを共に収容するために用いられる。ネジ型スピンドルはトラックロッド及び操向アームからなる連動部により車両の操向ホイールと連動し、ネジ型スピンドルの軸方向運動時に車両の操向ホイールの操向角度が変更される。
このようなボールベアリングヘリカルギア機構の作動特性は荷重を支持するネジ領域でネジ型スピンドルとナットのボールベアリング経路の幾何学的構造によって変わり、特にボールベアリング案内部から荷重導入及び排出区域を経てナットとナットのネジターン(turn)内へのボールベアリング経路の幾何学的比率に従う。荷重導入及び荷重排出区域の場合、最適で構成された幾何学的構造は、それぞれのボールベアリングがボールベアリング案内部から規定された方式で、そしてボールベアリングが予備応力及び荷重力による外部荷重に露出される、ネジターンの荷重を支持する領域内に滑らかに導入される方式でなされなければならない。一定のトルクを有するボールベアリングヘリカルギア機構の滑らかな進行及びボールベアリングヘリカルギア機構により発生する熱と騒音は幾何学的比率により決定される。
公知となった操向ギア機構は操向ナット内にボールベアリングチェーンの単一チェーン経路変更の原理に基づいて、ボールベアリング経路はボールベアリング案内領域内で中断され、ネジ型スピンドルに横方向力、特に電気機械式操向システムで発生するラックとネジ型スピンドルの縦軸に対して垂直に発生する高い横方向の力が作用する場合、ボールベアリングヘリカルギア機構は騒音を発生させる傾向があるが、ネジ型スピンドル及び車両の操向ホイールに対するネジ型スピンドルの固定された連動部がボールベアリング案内領域でボールベアリングにより放射状に均一でなく支持されるためである。また、ボールベアリングは、特にボールベアリング案内部からボールベアリング経路への転移領域でネジ型スピンドルに横方向力が作用する場合、荷重を支持するネジ領域内に加圧され、導入エッジを有する円形の開口内で終結する残りのボールベアリング案内部はボールベアリング経路の荷重導入区域内へのボールベアリングの突然の導入または荷重排出区域からの類似の排出を引き起こす。
本発明の目的は、操向システムの荷重導入及び荷重排出区域がボールベアリングヘリカルギア機構の均一で静かな作動を可能にする電気機械式操向システム用ボールベアリングヘリカルギア機構を提供することである。
このような目的は請求の範囲第1項の特徴を有するボールベアリングヘリカルギア機構及び請求の範囲第14項の特徴を有するボールベアリングヘリカルギア機構のためのナットにより達成される。
ボールベアリングはボールベアリングヘリカルギア機構のボールベアリング経路内で閉鎖されたチェーンに配置されることにより、ボールベアリングが滑らかにネジ型スピンドルとナットのボールベアリング経路内に導入され上記ボールベアリング経路から排出されることができる。ボールベアリング経路内で閉鎖されたボールベアリングチェーンは荷重を支持するボールベアリング経路が全く中断されない手段を提供することにより、ネジ型スピンドルに作用する横方向力の影響による衝撃騒音が発生する可能性もない。
本発明の望ましい実施例は請求の範囲の従属項に提示される。
ボールベアリングヘリカルギア機構の特に望ましい実施例で、ネジ型ナットに対するナットの転移領域でナットの荷重導入及び荷重排出区域は、ネジ型スピンドルのボールベアリング経路とボールベアリング間で接触面がほぼ連続して漸進的に変更されるように構成される。ボールベアリングはネジ型スピンドルのボールベアリング経路に対して次第に拡大されたり縮小される接触面を通じて、そして同様にボールベアリングで次第に変更される転がり摩擦を通じて、上記転移領域内で衝撃なしに加速されたり減速される。このようなボールベアリングはゴシック式(gothic)経路プロファイルの2エッジに沿ってナット内のボールベアリング案内部から接触加圧角度の高さからネジターン内に導入されるまで進行される。これにより、ボールベアリングはネジ型スピンドルとナットの相対運動による転がり摩擦に漸進的に露出されたり排除され、ナットでのボールベアリング復帰チャンネル内部に、またはその外部に自動的に伴う。従って、ボールベアリングは公知となった先行技術とは対照的に滑らかに進行され、ボールベアリング経路によりナットとネジ型スピンドル上に共通に形成されたネジターン内に急に加圧される。
一つのボールベアリング復帰チャンネル及びボールベアリング経路変更部材を含む一つのボールベアリング復帰部と、二つ以上のネジターンを有するボールベアリングヘリカルギア機構で二つ以上のボールベアリングチェーンを形成することが望ましい場合もある。ボールベアリング経路変更部材及びボールベアリング復帰チャンネルを有するボールベアリング復帰部は望ましくはナットの外周面に配置される。ボールベアリング経路変更部材は望ましくは成形及び/又は鋳造工程で一体型で成形され金属または非金属材料で形成される。ボールベアリング復帰チャンネルは望ましくは概ねまたは完全にナットの内部でネジ型スピンドル周縁に対して放射状で狭い距離に進行される。望ましくは基本的に軸方向ボアとしてナットの外周面で進行されるボールベアリング復帰チャンネルは、ボールベアリング経路変更部材の転移領域に対して接線方向にボールベアリング経路に案内されることにより、それぞれのボールベアリング経路変更部材はナットに対する挿入部材として形成でき、それぞれのボールベアリング経路変更部材がナット内に挿入された以後はボールベアリング復帰チャンネルの開口とボールベアリング経路変更部材の開口が互いに整列されて位置する。
組立が簡単な特に望ましいナットの実施例でボールベアリング経路変更部材はナットの軸方向端部にまたは端部近くに位置することにより、ボールベアリング経路変更部材は簡単な方式でリテーナリングのようなそれぞれ一つの軸方向固定要素及び/又はリテーナリングとボールベアリング経路変更部材間に軸方向に配置されて望ましくはゴムのような弾性重合体材料で被覆されたディスクのようなスプリング要素により固定できる。ボールベアリングは少なくともボールベアリング経路変更部材の領域内でゴシック式経路プロファイルを通じて経路変更される。
以下、本発明は実施例及び添付された図面を参照としてより詳細に説明される。
発明を実施するための形態
図1には自動車の電気機械式補助動力操向システムのためのボールベアリングヘリカルギア機構(1)が縦断面に示される。トランスミッションハウジング(19)内に維持された回転可能なネジ型スピンドル(2)は図示されないラックを通じて自動車の操向ハンドルと連結され、上記ラックには操向ハンドルと連結されたピニオンが回転固定式に噛み合う。トランスミッションハウジング(19)内にはボールベアリングヘリカルギア機構(1)、ネジ型スピンドル(2)だけでなく、減速ギア(21)を通じてナット(3)に作用する電動機(20)が配置される。ネジ型スピンドル(2)はナット(3)での螺旋形ボールベアリング経路(4)とほぼ同一のピッチを有する螺旋形ボールベアリング経路(4)を周縁部周りに含む。ネジ型スピンドル(2)はナット(3)を通じて通過し、ナット(3)はボールベアリングチェーン(7)のボールベアリング(5)を通じてネジ型スピンドル(2)と連動するが、ボールベアリングチェーン(7)はネジ型スピンドル(2)とナット(3)のボールベアリング経路(4)内にだけでなく、それぞれボールベアリング経路変更部材(6)(図2参照)とボールベアリング復帰チャンネル(13)からなるボールベアリング復帰部(12)内に閉鎖して配置される。ネジ型スピンドル(2)はナット(3)が回転する場合、ナットに対して軸方向に変位する。ネジ型スピンドル(2)上でトラックロッドと操向アームからなる連動部は自動車の操向可能なホイールに固定されることにより、ナット(3)に対しネジ型スピンドル(2)の軸方向変位時に操向可能なホイールの操向角度が変更される。ボールベアリング(5)はボールベアリング経路(4)内で可能な最小遊隔で進行される。
ボールベアリング経路(4)内にボールベアリング(5)を滑らかに導入または排出させることができナット(3)上にネジ型スピンドル(2)を連続して放射状に均一に支持することを保障するために、荷重を支持するボールベアリング経路の中断なしに360゜以上の閉鎖されたネジターンを形成する一つ以上のボールベアリングチェーン(7)が提供される。このためにボールベアリング復帰チャンネル(13)の軸方向端部(17、17’)にボールベアリング経路変更部材(6)がナット(3)の壁部内に挿入して固定され、上記ボールベアリング経路変更部材はボールベアリング経路(4)への転移領域(8)でボールベアリング経路(4)側に連続して縮小される基底面積を含み、上記基底面積はボールベアリング経路(4)上にボールベアリング(5)の接触面(9)を連続して漸進的に変更させることができる。これによりボールベアリング(5)は荷重導入/排出区域(10)でネジ型スピンドル(2)とナット(3)の相対運動時の転がり摩擦によってナット(3)とボールベアリング経路変更部材(6)の拡張された端部(11)で滑らかに動くことができる(図2及び図3参照)。
図2にはナット(3)の略四個のネジターンに渡って伸びた単一ボールベアリングチェーン(7)を有するボールベアリングヘリカルギア機構(1)の構造が図1のボールベアリングヘリカルギア機構(1)の部分断面図に示される。同一の部品には図1と同一の図面符号が適用される。
図2及び図4に示された通り、ボールベアリング復帰チャンネル(13)はナット(3)の外周面からほぼ軸方向に導入されることにより、復帰チャンネルの開口はボールベアリング経路変更部材(6)のそれぞれの端部(11)に対し接線に配置される。従って、ボールベアリング経路変更部材(6)はボールベアリング復帰チャンネル(13)からボールベアリング(5)の経路変更だけでなくボールベアリング経路(4)からボールベアリングの導入及び排出のために用いられる。
ボールベアリング経路変更部材(6)は図3に示された通り一体型に成形される。図2及び図4に示された通り、上記部材はナット(3)の端部から軸方向に整合な大きさの開口(18、18’)内に挿入されることができ、リテーナリングのようなそれぞれ一つの軸方向固定要素(14)及び望ましくはゴムのような弾性重合体材料で被覆された鋼鉄ディスクのようなスプリング要素(15)によりナット(3)内に固定できる。
図5にはゴシック式経路プロファイル(16)を有する接触加圧角度(22)の領域でナット(3)上の荷重導入及び荷重排出区域(10)が示され、上記ゴシック式経路プロファイル(16)は傾くように面取りされてこの領域でボールベアリング(5)のための直線型案内部がフォーク型に分岐するフォーク構造を維持し、これによりボールベアリング(5)はネジ型スピンドル(2)とナット(3)間の相対運動に対して発生する転がり摩擦によって自動的に伴う。従って、ボールベアリングヘリカルギア機構(1)の滑らかな低騒音作動が保障される。
電気機械式駆動部を有するボールベアリングヘリカルギア機構の縦断面図。 図1によるボールベアリングヘリカルギア機構の部分縦断面図。 ボールベアリング経路変更部材の斜視図。 図1によるボールベアリングヘリカルギア機構のナットの前端側を示した図面。 図1によるボールベアリングヘリカルギア機構のナットに対するボールベアリング案内部の傾いた面取り部を有するゴシック式経路プロファイルの断面図。

Claims (14)

  1. 車両の特に自動車の電気機械式操向システムのためのボールベアリングヘリカルギア機構であり、ナット(3)を通じて貫通するネジ型スピンドル(2)を備え、上記ネジ型スピンドル(2)及びナット(3)にはナット(3)内に荷重を支持するボールベアリング(5)を共に収容するためのボールベアリング経路(4)が提供され、ナット(3)はボールベアリング(5)をボールベアリング経路(4)内に導入及び排出するためにボールベアリング経路変更部材(6)を含み、
    ボールベアリング(5)はボールベアリング経路(4)内で略二つ以上のネジターンに渡って閉鎖されたチェーン(7)に配置されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  2. 第1項において、ボールベアリング経路(4)への転移領域(8)にボールベアリング経路変更部材(6)を有するナット(3)は、転移領域(8)で荷重導入及び荷重排出区域(10)に対してボールベアリング(5)の規定された導入または排出を保障するために、ネジ型スピンドル(2)のボールベアリング経路(4)とボールベアリング(5)との間の接触面(9)がほぼ連続して漸進的に変更できるように構成されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  3. 第1項または第2項において、転移領域(8)でボールベアリング経路変更部材(6)は基底面積が連続的に縮小されて分岐した端部(11)を含むことを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  4. 第1項または第3項において、転移領域(8)でボールベアリング(5)は、ネジ型スピンドル(2)及びナット(3)の相対運動時に発生する転がり摩擦によって荷重導入または荷重排出区域(10)内部に、またはその外部に動くことを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  5. 第1項〜第4項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリングヘリカルギア機構(1)は一つのボールベアリング復帰チャンネル(13)及びボールベアリング経路変更部材(6)を含む一つのボールベアリング復帰部(12)と、一つ以上の閉鎖されたネジターンを有する二つ以上のボールベアリングチェーン(7)を含むことを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  6. 第1項〜第5項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリング復帰部(12)はナット(3)内に配置されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  7. 第1項〜第6項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリング経路変更部材(6)は一体型に形成されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  8. 第1項〜第7項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリング経路変更部材(6)は成形または鋳造工程により形成されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  9. 第1項〜第8項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリング経路変更部材(6)は金属または非金属材料で成形されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  10. 第5項〜第9項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリング復帰チャンネル(13)はナット(3)内から概ね軸方向へ進行されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  11. 第5項〜第10項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリング復帰チャンネル(13)はボールベアリング経路(4)へのボールベアリング経路変更部材(6)の転移領域(8)に略接線方向に案内されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  12. 第1項〜第11項のうちのいずれかにおいて、ボールベアリング経路変更部材(6)は軸方向固定要素(14)及び/又はスプリング要素(15)を用いてナット(3)内に固定されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  13. 第2項〜第12項のうちのいずれかにおいて、ナット(3)のゴシック式経路プロファイル(16)は傾いた面取り部により転移領域(8)にフォーク形態に形成されることを特徴とするボールベアリングヘリカルギア機構。
  14. 操向システムのボールベアリングヘリカルギア機構(1)用ナットにおいて、
    ボールベアリングヘリカルギア機構(1)のボールベアリングの滑らかな導入または排出のためにナット(3)はフォーク構造を有する荷重導入及び荷重排出区域(10)を含み、上記フォーク構造上でボールベアリング復帰部(12)からのボールベアリング(5)は接触または加圧角度の高さからボールベアリング経路(4)内に導入されるまでナット(3)のゴシック式経路プロファイル(16)のエッジに沿って案内されることを特徴とする、操向システムのボールベアリングヘリカルギア機構(1)用ナット。
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