JP2010132036A - Steering device for vehicle - Google Patents

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信彰 長谷川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering device being smoothly operated even at the lowest use allowance temperature. <P>SOLUTION: The steering device 12 is constituted such that a nut 44 formed with a female screw is thread-engaged with a male screw formed on a steering rod 32 and rotation force is given to the nut by a motor. A material having larger linear expansion coefficient than an inner race 52 of a bearing 50 for retaining the nut and the steering rod is used for the nut. A pressure-fitting margin of the nut to the inner race and a clearance of the male screw and the female screw are adjusted such that the pressure-fitting margin does not become 0 and the clearance does not become 0 even at the lowest use allowance temperature. A contraction amount difference of an outer diameter of the nut and an inner diameter of the inner race by temperature variation and a contraction amount difference of the male screw and the female screw are compensated to absorb variation of the clearance. Even at the lowest use allowance temperature, therefore, the nut is firmly retained to the inner race and smooth relative action of the nut and the steering rod is ensured. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両用転舵装置に関する。   The present invention relates to a vehicle steering apparatus.

近年では、いわゆるパワーステアリングシステム、つまり、転舵装置に配設されたアクチュエータによって車輪の操舵を助勢するシステムが一般的に使用されている。また、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステム、つまり、ステアリングホイール等の操作部材に入力された操作力によらず、専らアクチュエータの力によって車輪の転舵を行うシステムが提案されている。これらのパワーステアリングシステムやステアバイワイヤ型のステアリングシステムでは、転舵装置のアクチュエータの動力源としてモータが使用されており、ある形式の転舵装置では、モータの回転動作がナットを回転させ、ナットの回転が転舵ロッドのその軸線方向への移動に変換されることで、車輪に転舵力を与えるよに構成されている。このナットの回転を転舵ロッドの軸線方向への移動に変換するために、雄ねじとナットに雌ねじとからなるねじ機構が使用されている。このような転舵装置において、雄ねじが形成される構成部材と雌ねじが形成される構成部材とが線膨張係数において異なる材料を使用している場合、環境温度が変化すると、雄ねじおよび雌ねじは、それぞれ異なる度合いで膨張または収縮する。下記特許文献1では、ステアリングシャフトの位置調整に用いられる雄ねじと雌ねじとの螺合において、雄ねじが形成される構成部材の方が雌ねじが形成される構成部材よりも線膨張係数が大きい材料を使用している場合に、温度が上昇したときの雄ねじの膨張を、雌ねじに設けられたスリットにより逃がす技術が記載されている。
特開2001−315648
In recent years, a so-called power steering system, that is, a system that assists steering of a wheel by an actuator disposed in a steering device is generally used. In addition, a so-called steer-by-wire type steering system, that is, a system that steers a wheel exclusively by the force of an actuator without depending on an operation force input to an operation member such as a steering wheel has been proposed. In these power steering systems and steer-by-wire type steering systems, a motor is used as a power source for the actuator of the steering device. In a certain type of steering device, the rotation of the motor rotates the nut, The rotation is converted into the movement of the steered rod in the axial direction, so that a steered force is applied to the wheels. In order to convert the rotation of the nut into movement of the steered rod in the axial direction, a screw mechanism including a male screw and a nut is used. In such a steering apparatus, when the component member in which the male screw is formed and the component member in which the female screw is formed use materials having different linear expansion coefficients, when the environmental temperature changes, the male screw and the female screw are respectively Expands or contracts to different degrees. In the following Patent Document 1, in the screwing of the male screw and the female screw used for adjusting the position of the steering shaft, a material having a larger linear expansion coefficient is used for the component member on which the male screw is formed than on the component member on which the female screw is formed. In such a case, a technique is disclosed in which expansion of the external thread when the temperature rises is released by a slit provided in the internal thread.
JP 2001-315648 A

反対に、雄ねじが形成される構成部材が雌ねじが形成される構成部材よりも線膨張係数の小さな材料を使用している場合には、組み付け時に雄ねじと雌ねじとの間にクリアランスが設けられていても、環境温度が組み付け時から低下すると、雌ねじの方が雄ねじよりも収縮する程度が大きいため、クリアランスが小さくなる。このクリアランスが0以下となると、雄ねじと雌ねじとの間に大きな摩擦力が発生し、雄ねじと雌ねじとの円滑な相対動作が妨げられてしまう。本発明は、使用が許容される最低温度(以下、「使用許容最低温度」という場合がある)においても、雄ねじと雄ねじとの円滑な相対動作が担保された転舵装置を提供することを課題とする。   On the other hand, when the component in which the male screw is formed uses a material having a smaller linear expansion coefficient than the component in which the female screw is formed, a clearance is provided between the male screw and the female screw during assembly. However, when the environmental temperature decreases from the time of assembly, the clearance is reduced because the female screw is more contracted than the male screw. When this clearance is 0 or less, a large frictional force is generated between the male screw and the female screw, and smooth relative movement between the male screw and the female screw is hindered. An object of the present invention is to provide a steered device in which smooth relative motion between a male screw and a male screw is ensured even at a minimum temperature at which use is permitted (hereinafter sometimes referred to as “minimum allowable use temperature”). And

上記課題を解決するため、本発明の車両用転舵装置は、(A) 両端の各々が左右の車輪に接続されるとともに、外周部に雄ねじが形成された転舵ロッドと、(B) その転舵ロッドをそれの軸線方向に移動可能に保持するハウジングと、(C) 内周部に雌ねじが形成され、転舵ロッドの雄ねじと螺合するナットと、(D) ハウジングに対して固定されたアウタレースと、ナットの外周部が圧入されたインナレースとを有し、ナットを、それの回転許容しつつ軸線方向への移動を禁止する状態でハウジングに保持させるためのラジアルベアリングと、(E) ハウジングに保持され、ナットに回転力を付与することで転舵ロッドを軸線方向に移動させるアクチュエータとを備えた車両用転舵装置であって、ナットが、インナレースおよび転舵ロッドよりも線膨張係数の大きな材料からなり、当該転舵装置の使用が許容される最低温度においても、ナットの外周部とインナレースとの圧入代が0とならず、かつ、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが0とならないように設定されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a vehicle steering apparatus according to the present invention includes (A) a steering rod in which both ends are connected to left and right wheels and male threads are formed on the outer periphery, and (B) the A housing that holds the steered rod movably in its axial direction, (C) a nut formed on the inner periphery of the steered rod, and a screw that engages with the male screw of the steered rod, and (D) is fixed to the housing A radial bearing for holding the nut in the housing in a state in which the outer race and the inner race into which the outer peripheral portion of the nut is press-fitted are permitted, while the nut is allowed to rotate and the movement in the axial direction is prohibited. ) A vehicle steering device that includes an actuator that is held in a housing and moves the steering rod in the axial direction by applying a rotational force to the nut, the nut being more wire-line than the inner race and the steering rod. Expansion coefficient Even at the lowest temperature at which the turning device is allowed to be used, the press-fitting allowance between the outer periphery of the nut and the inner race does not become zero, and the clearance between the male screw and the female screw does not become zero. It is characterized by being set to.

ナットがインナレースよりも線膨張係数の大きな材料からなる場合、転舵装置の使用される環境温度、すなわち使用温度が低下したときには、ナットの外径の収縮量がインナレースの内径の収縮量よりも大きい。その一方で、ナットが転舵ロッドよりも線膨張係数の大きな材料からなる場合、使用温度が低下したときには、ナットに形成された雌ねじの径方向の収縮量は、転舵ロッドに形成された雄ねじの径方向の収縮量よりも大きい。したがって、ナットのインナレースへの圧入代および雄ねじと雌ねじとのクリアランスを調整することによって、ナット外径の収縮量とインナレース内径の収縮量との差分の変化量と、圧入代の変化と相殺することで、その相殺に見合った分、クリアランスの変化を吸収することが可能である。このことを利用して、使用が許容される最低温度においても、ナットの外周部とインナレースとの圧入代が0とならず、かつ、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが0とならないようにすることで、使用が許容される最低温度においても、ナットがインナレースにしっかりと保持され、かつ、ナットと転舵ロッドとの円滑な相対動作が担保された転舵装置が実現するのである。   When the nut is made of a material having a larger linear expansion coefficient than the inner race, the shrinkage amount of the outer diameter of the nut is smaller than the shrinkage amount of the inner diameter of the inner race when the environmental temperature at which the steering device is used, that is, when the use temperature is lowered. Is also big. On the other hand, when the nut is made of a material having a larger linear expansion coefficient than the steered rod, when the operating temperature decreases, the amount of contraction in the radial direction of the female thread formed on the nut is the male thread formed on the steered rod. It is larger than the amount of shrinkage in the radial direction. Therefore, by adjusting the press-fitting allowance of the nut to the inner race and the clearance between the male screw and the female screw, the amount of change in the difference between the shrinkage of the nut outer diameter and the inner race inner diameter can be offset by the change in the press-fit allowance. By doing so, it is possible to absorb the change in the clearance corresponding to the offset. Utilizing this, even at the lowest allowable temperature, the allowance between the outer periphery of the nut and the inner race is not zero, and the clearance between the male screw and the female screw is not zero. Thus, a steering device is realized in which the nut is firmly held by the inner race and the smooth relative motion between the nut and the steering rod is ensured even at the lowest temperature permitted for use.

発明の実施態様Embodiment of the Invention

本発明の「転舵装置」は、いわゆるパワーステアリングシステムに使用されるものであってもよく、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムにしようされるものであってもよい。ここでいう、パワーステアリングシステムとは、転舵装置に配設されたアクチュエータにより、車輪の転舵を助勢するように構成されたシステムを意味し、また、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムとは、ステアリングホイール等の操作部材に入力された運転者の操作力によらず、操作部材の操作量に基づいて転舵装置のアクチュエータを制御することによって、専らそのアクチュエータの力によって車輪の転舵を行うように構成されたシステムを意味する。   The “steering device” of the present invention may be used for a so-called power steering system, or may be used for a so-called steer-by-wire type steering system. Here, the power steering system means a system configured to assist the steering of the wheel by an actuator disposed in the steering device, and the steer-by-wire type steering system means a steering. Regardless of the operation force of the driver input to the operation member such as a wheel, the wheel is steered exclusively by the force of the actuator by controlling the actuator of the steering device based on the operation amount of the operation member. Means a system configured in

本発明の転舵装置を構成する「雄ねじ」および「雌ねじ」は、転舵装置に用いることに支障のないものであればよく、その種類が限定されるものではない。それら雄ねじおよび雌ねじによって構成される転舵装置のねじ機構には、円滑な作動を行うために摩擦が小さく、かつ、大きな力を伝達するために堅強であることが求められる。その観点からすれば、本発明の転舵装置においては、雄ねじと雌ねじとに、「台形ねじ」を採用することが望ましい。   The “male screw” and “female screw” constituting the steering device of the present invention are not limited as long as they do not interfere with the use of the steering device. The screw mechanism of the steered apparatus constituted by these male and female screws is required to have a small friction for smooth operation and to be strong for transmitting a large force. From this point of view, it is desirable to employ “trapezoidal screws” for the male screw and the female screw in the steering device of the present invention.

本発明の転舵装置の構成要素である「ラジアルベアリング」は、インナレース、すなわちナットが圧入される内輪が、アウタレース、すなわちハウジングに固定される外輪に対して、回転可能に保持されるものであればよく、その種類が限定されるものではない。   The “radial bearing” which is a component of the steering device of the present invention is an inner race, that is, an inner ring into which a nut is press-fitted, and is held rotatably with respect to an outer race, that is, an outer ring fixed to a housing. There is no limitation on the type.

本発明の転舵装置の構成要素である「アクチュエータ」は、例えば、電動モータを動力源として採用するものであってもよく、また、油圧モータ等、電動モータ以外のものを動力源として採用するものであってもよい。   The “actuator”, which is a component of the steering apparatus of the present invention, may employ, for example, an electric motor as a power source, or employ anything other than an electric motor such as a hydraulic motor as a power source. It may be a thing.

本発明の転舵装置の構成要素である「ナット」、「転舵ロッド」、および、上記ベアリングの構成要素である「インナレース」の材料に関して言えば、例えば、ナットの材料として銅合金を、転舵ロッドの材料として中炭素鋼若しくは高炭素鋼を、インナレースの材料として軸受鋼を、それぞれ使用することができる。ナットと転舵ロッドとに互いに異なる種類の材料を採用することで、雄ねじと雌ねじとの円滑な摺動が確保され、また、ナットとインナレースとに互いに種類の異なる材料を採用することで、ナットをインナレースに容易に圧入することができる。   Regarding the material of the “nut”, “steering rod”, which is a component of the steering device of the present invention, and “inner race”, which is a component of the bearing, for example, a copper alloy as the material of the nut, Medium carbon steel or high carbon steel can be used as the material for the steering rod, and bearing steel can be used as the material for the inner race. By adopting different types of materials for the nut and steered rod, smooth sliding between the male screw and the female screw is ensured, and by using different types of materials for the nut and inner race, The nut can be easily press-fitted into the inner race.

「圧入代」は、ナットをインナレースに圧入する際の締め代であり、すなわち、ナットの外周の半径からインナレースの内周の半径を差し引いた値と考えられる。圧入代は、別の言葉では、マイナスクリアランスと表現することができる。つまり、ナットの外周の半径の方がインナレースの内周の半径よりも大きく、それらのクリアランスは0未満であることを意味する。したがって、圧力代を設けてインナレースにナットを差し込むことで、それらが堅固に締結される。   “Press-fit allowance” is a tightening allowance when the nut is press-fitted into the inner race, that is, a value obtained by subtracting the inner peripheral radius of the inner race from the outer peripheral radius of the nut. In other words, the press-fitting allowance can be expressed as minus clearance. That is, the radius of the outer periphery of the nut is larger than the radius of the inner periphery of the inner race, and the clearance thereof is less than zero. Therefore, by providing a pressure margin and inserting the nut into the inner race, they are firmly fastened.

「転舵装置の使用が許容される最低温度」とは、設計上使用可能とされる最低温度(以下、「使用許容最低温度」という場合がある)を意味する。例えば、−30℃から40℃の温度範囲において転舵装置の使用が許容されている場合には、使用許容最低温度は−30℃となる。   The “minimum temperature at which the use of the steering device is allowed” means the lowest temperature that can be used in the design (hereinafter sometimes referred to as “the minimum allowable temperature for use”). For example, when the use of the steered device is permitted in a temperature range of −30 ° C. to 40 ° C., the minimum allowable temperature for use is −30 ° C.

以下、本請求可能発明の一実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。   Hereinafter, an embodiment of the claimable invention will be described in detail with reference to the drawings. The claimable invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented in various modes with various changes and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.

≪A.車両用転舵装置の構成≫
図1に、本発明の実施例である転舵装置を備えたステアリングシステムを概略的に示す。本ステアリングシステムは、操作装置10と、実施例たる転舵装置12とが機械的に分離されている。本ステアリングシステムは、操作装置10が有するステアリング操作部材であるステアリングホイール14の操作量を検出し、その検出された操作量に基づいて転舵装置12の転舵量を決定し、その決定された転舵量に基づいて転舵装置12を電気的に制御することによって、ステアリングホイール14への運転者の操作力によらずに、専ら転舵装置12の駆動力によって転舵車輪16(以下、単に「車輪16」という場合がある)を転舵するように構成されている。つまり、本ステアリングシステムは、いわゆるステアバイワイヤ型のステアリングシステムとされているのである。
≪A. Configuration of vehicle steering system >>
FIG. 1 schematically shows a steering system provided with a steering apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present steering system, the operating device 10 and the steering device 12 according to the embodiment are mechanically separated. The present steering system detects an operation amount of the steering wheel 14 which is a steering operation member included in the operation device 10, determines a turning amount of the steering device 12 based on the detected operation amount, and the determination is made. By electrically controlling the steered device 12 based on the steered amount, the steered wheel 16 (hereinafter, referred to as the steered wheel 16) is driven solely by the driving force of the steered device 12 without depending on the operating force of the driver on the steering wheel 14. It is configured to steer a wheel (sometimes simply referred to as “wheel 16”). That is, this steering system is a so-called steer-by-wire type steering system.

操作装置10は、ステアリングホイール14と、一端部にステアリングホイール14が取り付けられたシャフト18と、そのシャフト18の回転位置に基づいて、ステアリングホイール14の操作量を検出する操作量センサ20とを有する。操作量センサ20は、光学式のロータリエンコーダによってシャフト18の回転位置を検出し、その検出した位置に基づいて操作量を検出するような構造とされている。   The operating device 10 includes a steering wheel 14, a shaft 18 having the steering wheel 14 attached to one end thereof, and an operation amount sensor 20 that detects an operation amount of the steering wheel 14 based on a rotational position of the shaft 18. . The operation amount sensor 20 has a structure that detects the rotational position of the shaft 18 with an optical rotary encoder and detects the operation amount based on the detected position.

転舵装置12は、ハウジング30と、車幅方向にそのハウジング30を貫通し、ハウジング30に対して回転不能とされた状態で、ハウジング30に支持された転舵ロッド32とを有している。転舵ロッド32は、その両端部の各々において、ボールジョイント34を介してタイロッド36と連結されている。それらタイロッド36の各々は、左右の車輪16の各々を回転可能に保持するステアリングナックル38に固定されたナックルアーム40に連結されている。すなわち、転舵装置12は、転舵ロッド32をその軸線方向に移動させ、ステアリングナックル38を回動させることで、車輪16の転舵を行うのである。   The steered device 12 includes a housing 30 and a steered rod 32 that is supported by the housing 30 in a state in which the housing 30 penetrates the housing 30 in the vehicle width direction and cannot rotate with respect to the housing 30. . The steered rod 32 is connected to a tie rod 36 via a ball joint 34 at each of both ends thereof. Each of the tie rods 36 is connected to a knuckle arm 40 fixed to a steering knuckle 38 that rotatably holds the left and right wheels 16. That is, the steered device 12 steers the wheels 16 by moving the steered rod 32 in the axial direction and turning the steering knuckle 38.

図2に、転舵装置12の断面を示す。転舵ロッド32は、外周部に雄ねじが形成された雄ねじ部42を有しており、転舵装置12は、内周部に雌ねじが形成されて雄ねじ部42に螺合するナット44と、ナット44に回転力を付与するためのアクチュエータ47を構成する動力源としての転舵モータ46とを備えている。転舵モータ46は、ハウジング30に保持され、ナット44を回転させることで、転舵ロッド32をその軸線方向へ移動させる。また、ナット44は、ラジアルベアリング50のインナレース52に圧入されており、そのラジアルベアリング50のアウタレース54はハウジング30に固定されている。したがって、ナット44はハウジング30に対して回転可能とされている。転舵モータ46は、いわゆるブラシレスモータであり、筒状をなして転舵ロッド32の貫通を許容するとともに回転可能なモータ軸48と、ハウジング30の車幅方向中央部に設けられた円筒状のステータ56と、そのステータ56の内周面に対向するようにモータ軸48の外周部に円筒状に設けられたロータ58とを含んでいる。ステータ56はコイルを主体とするものであり、ロータ58は永久磁石を主体とするものである。   FIG. 2 shows a cross section of the steering device 12. The steered rod 32 has a male screw portion 42 having a male screw formed on the outer peripheral portion. The steered device 12 includes a nut 44 having a female screw formed on the inner peripheral portion thereof and screwed into the male screw portion 42, and a nut. And a steering motor 46 as a power source that constitutes an actuator 47 for applying a rotational force to 44. The steered motor 46 is held by the housing 30 and rotates the nut 44 to move the steered rod 32 in the axial direction thereof. The nut 44 is press-fitted into the inner race 52 of the radial bearing 50, and the outer race 54 of the radial bearing 50 is fixed to the housing 30. Therefore, the nut 44 is rotatable with respect to the housing 30. The steered motor 46 is a so-called brushless motor. The steered motor 46 has a cylindrical shape that allows the steered rod 32 to pass therethrough and is rotatable, and a cylindrical motor shaft 48 provided in the vehicle width direction center of the housing 30. A stator 56 and a rotor 58 provided in a cylindrical shape on the outer peripheral portion of the motor shaft 48 so as to face the inner peripheral surface of the stator 56 are included. The stator 56 is mainly composed of coils, and the rotor 58 is mainly composed of permanent magnets.

なお、ハウジング30には、転舵ロッド32の車幅方向へ移動した位置、つまり転舵位置を検出する転舵位置センサ60が設けられている。その転舵位置センサ60は、転舵ロッド32に軸方向に延びる姿勢で接着されて、多数の被検出部が微小間隔で形成されたスケールテープ62と、ハウジング30に固定されてスケールテープ62の被検出部を検出する光センサ64とを含んで構成されている。   Note that the housing 30 is provided with a steered position sensor 60 that detects the position of the steered rod 32 moved in the vehicle width direction, that is, the steered position. The steered position sensor 60 is bonded to the steered rod 32 in an axially extending posture, and a scale tape 62 in which a large number of detected portions are formed at minute intervals, and the scale tape 62 is fixed to the housing 30. And an optical sensor 64 for detecting the detected portion.

本ステアリングシステムは、図1に示すように、電子制御ユニット66(以下、単に「ECU」という場合がある)によって制御される。ECU66は、CPU,ROM,RAM等を備えたコンピュータを主体として構成されている。ECU66には、操作量センサ20,転舵位置センサ60が接続されている。車輪16の転舵を行う場合は、ECU66は、操作量センサ20の検出信号に基づいてステアリング14の操作量を取得し、その操作量に基づいて目標転舵量を決定するとともに、転舵位置センサ60の検出位置に基づいて、転舵モータ46を駆動してその目標転舵量まで車輪を転舵させる。   As shown in FIG. 1, the present steering system is controlled by an electronic control unit 66 (hereinafter sometimes simply referred to as “ECU”). The ECU 66 is mainly configured by a computer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. An operation amount sensor 20 and a steered position sensor 60 are connected to the ECU 66. When the wheel 16 is steered, the ECU 66 obtains the operation amount of the steering wheel 14 based on the detection signal of the operation amount sensor 20, determines the target turning amount based on the operation amount, and turns the steering position. Based on the detection position of the sensor 60, the steering motor 46 is driven to steer the wheels to the target turning amount.

≪B.圧入代とクリアランスとの関係≫
転舵ロッド32の雄ねじ部42に形成された雄ねじ、およびナット44の内周部に形成された雌ねじは、共に台形ねじとされている。雄ねじと雌ねじとの間には、図3に示すように、隙間、つまり、クリアランスが設けられている。
≪B. Relationship between press-fitting allowance and clearance >>
Both the male screw formed on the male screw portion 42 of the steered rod 32 and the female screw formed on the inner peripheral portion of the nut 44 are trapezoidal screws. As shown in FIG. 3, a gap, that is, a clearance is provided between the male screw and the female screw.

一方、ナット44は、その外周部において、ベアリング50のインナレース52に圧入されている。つまり、ナット44の外径は、インナレース52の内径よりも大きく、圧入代ΔFは、ナット44の外周の半径からインナレース52の内周の半径を差し引いた値により示される。ナット44とインナレース52とは、この圧入代に応じた締付力により締結されている。   On the other hand, the nut 44 is press-fitted into the inner race 52 of the bearing 50 at the outer peripheral portion thereof. That is, the outer diameter of the nut 44 is larger than the inner diameter of the inner race 52, and the press-fitting allowance ΔF is indicated by a value obtained by subtracting the inner peripheral radius of the inner race 52 from the outer peripheral radius of the nut 44. The nut 44 and the inner race 52 are fastened by a tightening force corresponding to the press-fitting allowance.

ナット44の材料は線膨張係数αNが17.7×10-6/℃の銅合金であり、転舵ロッド32の材料は線膨張係数αRが11.0×10-6/℃の炭素鋼(S45C)であり、インナレース52の材料は線膨張係数αIが12.5×10-6/℃の軸受鋼である。したがって、ナット44は、転舵ロッド32およびインナレース52より線膨張係数が大きく、転舵ロッド32およびインナレース52より、温度変化に対する膨張および収縮の程度が大きい。 The material of the nut 44 is a copper alloy having a linear expansion coefficient α N of 17.7 × 10 −6 / ° C., and the material of the steered rod 32 is carbon having a linear expansion coefficient α R of 11.0 × 10 −6 / ° C. Steel (S45C), and the material of the inner race 52 is a bearing steel having a linear expansion coefficient α I of 12.5 × 10 −6 / ° C. Therefore, the nut 44 has a larger linear expansion coefficient than the steered rod 32 and the inner race 52, and has a greater degree of expansion and contraction with respect to a temperature change than the steered rod 32 and the inner race 52.

この転舵装置12は、使用許容最低温度が−30℃に設定されており、また、使用が許容される最高温度である使用許容最高温度が40℃に設定されている。したがって、それらの温度差、つまり、使用温度差ΔTは70℃とされている。インナレース52の内周の半径RI,ナット44の外周の半径RNが25mmであり、そのような寸法の下、この使用温度差ΔTにおけるインナレース52の内周の半径RIとナット44の外周の半径RNとの収縮量の差ΔCは、次式によって算出することができ、
ΔC=ΔT×(RI×αI−RN×αN
その収縮量の差ΔCは、約9μmとなる。つまり、仮に使用温度が40℃の際に、インナレース52の内周の半径RIとナット44の外周の半径RNとがちょうど同じ値とされていても使用許容最低温度の−30℃においては、ナット44の外周の半径RNは、インナレース52の半径RIよりも、約9μmだけ小さくなってしまう。
As for this steering device 12, the use allowable minimum temperature is set to -30 degreeC, and the use allowable maximum temperature which is the maximum temperature which can be used is set to 40 degreeC. Therefore, the temperature difference between them, that is, the use temperature difference ΔT is set to 70 ° C. The inner race radius R I of the inner race 52 and the outer radius R N of the nut 44 are 25 mm. Under such dimensions, the inner radius R I of the inner race 52 and the nut 44 at this operating temperature difference ΔT. the shrinkage of the difference ΔC between the radius R N of the outer circumference can be calculated by the following equation,
ΔC = ΔT × (R I × α I −R N × α N )
The difference ΔC in the amount of contraction is about 9 μm. That is, if the operating temperature is 40 ° C., even if the inner radius R I of the inner race 52 and the outer radius R N of the nut 44 are set to the same value, at the lowest allowable temperature of −30 ° C. The radius R N of the outer periphery of the nut 44 is smaller than the radius R I of the inner race 52 by about 9 μm.

したがって、使用温度が40℃において、ナット44を、インナレース52に、圧入代ΔF9μmで圧入した場合、つまりナット44の外周の半径RNがインナレース52の内周の半径RIよりも9μm大きい状態で圧入してある場合には、使用許容最低温度の−30℃になると、使用許容最低温度の−30℃において、ナット44の外周の半径RNとインナレース52の内周の半径RIとがちょうど同じ値となり、圧入代ΔFは、0となってしまうことになる。 Therefore, when the operating temperature is 40 ° C., the nut 44 is press-fitted into the inner race 52 with a press allowance ΔF of 9 μm, that is, the outer radius R N of the nut 44 is 9 μm larger than the inner radius R I of the inner race 52. In the case of being press-fitted in a state, when the minimum allowable temperature for use is −30 ° C., the outer radius R N of the nut 44 and the inner radius R I of the inner race 52 at the minimum allowable temperature −30 ° C. Are exactly the same value, and the press-fit allowance ΔF becomes zero.

一方、転舵ロッド32の雄ねじとナット44の雌ねじとのねじピッチ円の半径RSは、15mmとされており、そのような寸法の下、上記使用温度差ΔTにおけるクリアランスの変化量ΔCLは、次式によって算出することができ、
ΔCL=ΔT×RS×(αN−αR
そのクリアランスの変化量ΔCLは、約7μmとなる。つまり、仮に転舵装置12の使用される温度が40℃の際のクリアランスが7μmである場合は、使用許容最低温度の−30℃においてクリアランスが略0μmとなり、雄ねじと雌ねじとは円滑に螺合することができなくなってしまう。
On the other hand, the radius R S of the thread pitch circle between the male screw of the steered rod 32 and the female screw of the nut 44 is 15 mm. Under such dimensions, the clearance change ΔCL at the operating temperature difference ΔT is: Can be calculated by the following equation:
ΔCL = ΔT × R S × (α N −α R )
The clearance change amount ΔCL is about 7 μm. In other words, if the clearance when the steering device 12 is used at a temperature of 40 ° C. is 7 μm, the clearance becomes approximately 0 μm at the lowest allowable temperature of −30 ° C., and the male screw and the female screw are smoothly screwed together. You will not be able to.

上記のことに鑑み、使用許容最高温度である40℃において圧入代ΔFが9μmより大きくなるようにインナレース52の内周の半径RI,ナット44の外周の半径RNを設定し、かつ、40℃においてナット44をインナレース52に圧入した状態で、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが7μmより大きくなるように設定するものとする。この場合において、使用許容最低温度−30℃となったとしても、圧入代ΔFは、0とならず、ナット44は、インナレース52にしっかりと保持される。 In view of the foregoing, and set the inner peripheral radius R I of the inner race 52 as press-fitting margin ΔF becomes larger than 9μm at 40 ° C. is used allowable maximum temperature, the radius R N of the outer circumference of the nut 44, and, In the state where the nut 44 is press-fitted into the inner race 52 at 40 ° C., the clearance between the male screw and the female screw is set to be larger than 7 μm. In this case, even if the allowable minimum temperature −30 ° C. is reached, the press-fit allowance ΔF does not become 0, and the nut 44 is firmly held by the inner race 52.

また、使用許容最高温度の40℃においては、圧入代ΔFの分だけ、ナット44は径方向に圧縮された状態となっている。この状態から、使用許容最低温度−30℃になったとしても、上記収縮量の差ΔCが圧入代ΔFの減少によって相殺されるため、ナット44の径方向の収縮は、その相殺された分に見合う分だけ少なくなり、実際には、ナット44の内径はあまり変化しないことになる。つまり、圧入代ΔFの減少に見合う分、上記雄ねじと雌ねじとのクリアランスの変化量ΔCLが吸収されることになるのである。ちなみに、この場合では、使用許容最低温度−30℃となったとしても、クリアランス7μmを下回ることがなく、雄ねじと雌ねじとの円滑な摺動、つまり、ナット44と転舵ロッド32との円滑な相対動作が担保されることになる。   At the maximum allowable temperature of 40 ° C., the nut 44 is compressed in the radial direction by the press-fitting allowance ΔF. From this state, even if the minimum allowable temperature for use is −30 ° C., the shrinkage difference ΔC is offset by the decrease in the press-fitting allowance ΔF, and therefore the radial shrinkage of the nut 44 is offset by the offset amount. As a result, the inner diameter of the nut 44 does not change much. That is, the amount of change ΔCL in the clearance between the male screw and the female screw is absorbed in proportion to the decrease in the press-fitting allowance ΔF. Incidentally, in this case, even when the allowable minimum temperature is −30 ° C., the clearance does not fall below 7 μm, and the smooth sliding between the male screw and the female screw, that is, the smooth movement between the nut 44 and the steered rod 32 is achieved. Relative motion is guaranteed.

したがって、ナット44のインナレース52への圧入代ΔFおよび雄ねじと雌ねじとのクリアランスを調整することによって、使用許容最低温度においても、圧入代ΔFが0とならず、かつ、雄ねじと雌ねじとのクリアランスが0とならないようにすることで、使用許容最低温度においても、ナット44がインナレース52にしっかりと保持され、かつ、ナット52と転舵ロッド32との円滑な相対動作が担保された転舵装置12が実現するのである。なお、上述の場合には、使用許容最高温度において、クリアランスおよび圧入代ΔFを設定したが、それらは、どのような温度において設定してもよい。   Therefore, by adjusting the press-fit allowance ΔF to the inner race 52 of the nut 44 and the clearance between the male screw and the female screw, the press-fit allowance ΔF does not become zero even at the lowest allowable temperature and the clearance between the male screw and the female screw. In which the nut 44 is firmly held by the inner race 52 and the smooth relative motion between the nut 52 and the steered rod 32 is ensured even at the lowest allowable temperature. The device 12 realizes it. In the above-described case, the clearance and the press-fitting allowance ΔF are set at the maximum allowable use temperature, but they may be set at any temperature.

請求可能発明の実施例である車両用転舵装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the turning apparatus for vehicles which is an Example of claimable invention. 上記車両用転舵装置の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the said steering apparatus for vehicles. 上記車両用転舵装置の一部を拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded a part of said steering apparatus for vehicles.

符号の説明Explanation of symbols

16:転舵車輪 30:ハウジング 32:転舵ロッド 42:雄ねじ部 44:ナット 46:転舵モータ 47:アクチュエータ 48:モータ軸 50:ラジアルベアリング 52:インナレース 54:アウタレース   16: Steering wheel 30: Housing 32: Steering rod 42: Male thread part 44: Nut 46: Steering motor 47: Actuator 48: Motor shaft 50: Radial bearing 52: Inner race 54: Outer race

Claims (1)

両端の各々が左右の車輪に接続されるとともに、外周部に雄ねじが形成された転舵ロッドと、
その転舵ロッドをそれの軸線方向に移動可能に保持するハウジングと、
内周部に雌ねじが形成され、前記転舵ロッドの雄ねじと螺合するナットと、
前記ハウジングに対して固定されたアウタレースと、前記ナットの外周部が圧入されたインナレースとを有し、前記ナットを、それの回転許容しつつ前記軸線方向への移動を禁止する状態で前記ハウジングに保持させるためのラジアルベアリングと、
前記ハウジングに保持され、前記ナットに回転力を付与することで前記転舵ロッドを前記軸線方向に移動させるアクチュエータと
を備えた車両用転舵装置であって、
前記ナットが、前記インナレースおよび前記転舵ロッドよりも線膨張係数の大きな材料からなり、
当該転舵装置の使用が許容される最低温度においても、前記ナットの外周部と前記インナレースとの圧入代が0とならず、かつ、前記雄ねじと前記雌ねじとのクリアランスが0とならないように設定されていることを特徴とする車両用転舵装置。
Each of both ends are connected to the left and right wheels, and a steered rod with external threads formed on the outer periphery,
A housing for holding the steered rod movably in the axial direction thereof;
A female screw is formed on the inner periphery, and a nut that engages with the male screw of the steered rod;
An outer race fixed to the housing; and an inner race in which an outer peripheral portion of the nut is press-fitted; and the housing is allowed to rotate in the axial direction while allowing the nut to rotate. Radial bearings for holding
A vehicle steering apparatus comprising: an actuator that is held by the housing and moves the steering rod in the axial direction by applying a rotational force to the nut;
The nut is made of a material having a larger linear expansion coefficient than the inner race and the steered rod,
Even at the lowest temperature at which the steering device is allowed to be used, the allowance for press-fitting between the outer peripheral portion of the nut and the inner race is not zero, and the clearance between the male screw and the female screw is not zero. A vehicle steering apparatus characterized by being set.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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