JP2012219940A - ねじ式直動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 ねじ軸移動型のねじ式直動機構において、簡単な構造でねじ軸の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成し、かつねじ軸を支持する焼結含油軸受の長寿命化を図る。
【解決手段】 ねじ式直動機構１は、ハウジング２と、このハウジング２に軸方向に位置固定で、かつ軸回りに回転自在に支持されたナット３と、このナット３に螺合したねじ軸４とを備える。ナット３を回転させることでねじ軸４を軸方向に進退させる。ハウジング２に対しねじ軸４を軸方向に摺動自在に案内すると共に、ねじ軸４の軸中心回りの回転を規制する直動滑り軸受である焼結含油軸受８を設ける。この焼結含油軸受８に潤滑油を補給する補油機構１０を設ける。ねじ軸４は、車両用操舵アクチュエータ１７の操舵軸である。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば自動車の車両用操舵装置に用いられるねじ軸移動型のボールねじ式または滑りねじ式のねじ式直動機構に関する。

ステアバイワイヤ式操舵装置等の車両用操舵装置において、操舵軸の軸方向移動を、ボールねじ式または滑りねじ式のねじ式直動機構で行う構成のものがある（例えば特許文献１）。なお、特許文献１に記載のねじ式直動機構は、ボールねじ機構を用いたものである。この種のねじ式直動機構では、操舵軸であるねじ軸が軸中心回りに回転しないようにする必要があり、特許文献１には、ねじ軸の軸方向移動を転がり接触により案内し、かつねじ軸の回り止めとしても機能する回り止め機構が提案されている。

特開２００７−６２４１２号公報

上記特許文献１は、ねじ軸の回り止め機構として、転がり接触によるものを用いているが、コスト、組立て性等を考慮すると、回り止め機構に滑り軸受を採用することが望ましい。滑り軸受としては、焼結合金に潤滑油を含浸させた焼結含油軸受が広く用いられているが、この焼結含油軸受は、時間の経過と共に潤滑油が飛散、蒸発等により失われるため、長時間使用することが困難であるとされてきた。

この発明の目的は、ねじ軸移動型のねじ式直動機構において、簡単な構造でねじ軸の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成し、かつねじ軸を支持する焼結含油軸受の長寿命化を図ることである。
この発明の他の目的は、操舵軸の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成でき、操舵軸を支持する焼結含油軸受の長寿命化を図ることができる車両用操舵アクチュエータを提供することである。

この発明のねじ式直動機構は、ハウジングと、このハウジングに軸方向に位置固定で、かつ軸回りに回転自在に支持されたナットと、このナットに螺合したねじ軸とを備え、前記ナットを回転させることで前記ねじ軸を軸方向に進退させる機構において、前記ハウジングに対し前記ねじ軸を軸方向に摺動自在に案内すると共に、ねじ軸の軸中心回りの回転を規制する直動滑り軸受である焼結含油軸受を設け、この焼結含油軸受に潤滑油を補給する補油機構を設けたことを特徴とする。

この構成によると、直動滑り軸受である焼結含油軸受により、ハウジングに対しねじ軸を軸方向に摺動自在に案内すると共に、ねじ軸の軸中心回りの回転を規制することで、ねじ軸の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成できる。前記焼結含油軸受に潤滑油を補給する補油機構を設けたため、飛散、蒸発等により失われる焼結含油軸受の潤滑油を補充することができ、焼結含油軸受を長時間使用することが可能になる。

この発明において、前記ねじ軸における前記焼結含油軸受に沿って摺動する部分である摺動部の、ねじ軸の軸方向と垂直な断面の外形を、ねじ軸の軸中心を中心とする同心円とは異なる非同心円形状とし、かつ前記焼結含油軸受における前記摺動部と摺接する部分である摺接部のねじ軸の軸方向と垂直な断面の内形を、前記摺動部の断面の外形に対して、この外形よりも軸受隙間分だけ大きい相似形としてもよい。
この構成であると、焼結含油軸受とねじ軸の摺動性を損なうことなく、ねじ軸が軸中心回りに回転するのを効果的に規制できる。

この発明において、前記補油機構は、前記ハウジングと前記ねじ軸間の空間部における前記焼結含油軸受の近傍に配置され、潤滑油が含浸された保油体と、前記焼結含油軸受と前記保油体とを連通する空隙に充填され、潤滑油が含浸された潤滑組成物とを有する構成とすることができる。
この構成であると、焼結含油軸受に含浸された潤滑油が減少すると、毛細管現象により、潤滑組成物に含浸された潤滑油が焼結含油軸受に供給されると共に、保油体に含浸された潤滑油が潤滑組成物を伝って効率良く焼結含油軸受に供給される。

前記保油体および前記潤滑組成物に含浸されている潤滑油は、前記焼結含油軸受に含浸されている潤滑油と同じ成分であるのが望ましい。
成分が同じであれば、保油体および潤滑組成物に含浸されている潤滑油と焼結含油軸受に含浸されている潤滑油とが混じり合っても、変質や潤滑性能の低下が起きない。

前記保油体を、この保油体に含浸されている潤滑油が前記空隙以外に漏れ出すのを防止するケースに収容するのが良い。
保油体をケースに収容することで、保油体に含浸されている潤滑油が無駄に失われるのを防止でき、長期間にわたって焼結含油軸受に潤滑油を供給することができる。

この発明において、前記ねじ軸における前記焼結含油軸受と摺動する面に、ショットピーニング加工を施してもよい。あるいは、前記ねじ軸における前記焼結含油軸受と摺動する面に、軸方向と直交する方向に沿う仕上げ加工目を残存させてもよい。
いずれの場合も、ねじ軸における焼結含油軸受と摺動する面に、微小なオイルポットが形成された状態となり、このオイルポットに保持される潤滑油により、潤滑性能を向上させることができ、焼結含油軸受の長寿命化に有効である。

この発明の車両用操舵アクチュエータは、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のねじ式直動機構を備え、このねじ式直動機構の前記ねじ軸を操舵軸とした。
前記ねじ式直動機構は、直動滑り軸受である焼結含油軸受により、ハウジングに対しねじ軸を軸方向に摺動自在に案内すると共に、ねじ軸の軸中心回りの回転を規制する。また、焼結含油軸受に潤滑油を補給する補油機構を設けたため、飛散、蒸発等により失われる焼結含油軸受の潤滑油を補充することができる。そのため、前記ねじ軸を操舵軸とすることで、操舵軸の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成でき、操舵軸を支持する焼結含油軸受の長寿命化を図ることができる

この発明のねじ式直動機構のねじ軸回り止め機構は、ハウジングと、このハウジングに軸方向に位置固定で、かつ軸回りに回転自在に支持されたナットと、このナットに螺合したねじ軸とを備え、前記ナットを回転させることで前記ねじ軸を軸方向に進退させる直動機構において、前記ハウジングに対し前記ねじ軸を軸方向に摺動自在に案内すると共に、ねじ軸の軸中心回りの回転を規制する直動滑り軸受である焼結含油軸受を設け、この焼結含油軸受に潤滑油を補給する補油機構を設けたため、ねじ軸移動型のボールねじ式または滑りねじ式等のねじ式直動機構において、簡単な構造でねじ軸の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成でき、ねじ軸を支持する焼結含油軸受の長寿命化を図ることができる。

この発明の車両用操舵アクチュエータは、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のねじ式直動機構を備え、このねじ式直動機構の前記ねじ軸を操舵軸としたため、操舵軸の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成でき、操舵軸を支持する焼結含油軸受の長寿命化を図ることができる。

この発明の一実施形態にかかるねじ式直動機構を備えた車両用操舵アクチュエータの断面図である。 図１のII部拡大図である。 図２のIII−III断面図である。 この発明の異なる実施形態にかかるねじ式直動機構のねじ軸の断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるねじ式直動機構のねじ軸の断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。このねじ式直動機構１は、車両用操舵装置に適用されたものであり、操舵軸であるねじ軸４を軸方向に進退させる機構である。

図１において、ねじ式直動機構１は、車両用操舵装置のハウジング２と、ナット３と、前記ねじ軸４とを備える。
ハウジング２は、左右端が開口した中央ハウジング部２ａと、この中央ハウジング部２ａの左右端に接合された円筒状の左右ハウジング部２ｂとを有する。左右ハウジング部２ｂは、中央ハウジング部２ａ側の基端部分２ｂａの内径が他よりも大きい段付き形状である。

ナット３は、ハウジング２内における中央ハウジング２ａから左右ハウジンング部２ｂの基端部分２ｂａに渡る軸方向位置に設けられ、複列のアンギュラ玉軸受５と単列の深溝玉軸受６とにより、ハウジング２に軸方向に位置固定で、かつ軸回りに回転自在に支持されている。なお、深溝玉軸受６および後記滑り軸受７と中央ハウジング２ａとの間には、ハウジング２の一部となる環状のスペーサ２ｃが介在している。

ねじ軸４は、ねじ部４ａと非ねじ部４ｂとでなり、ねじ部４ａが前記ナット３に螺合している。ねじ部４ａおよび非ねじ部４ｂは、滑り軸受７および直動滑り軸受である焼結含油軸受８により、それぞれハウジング２に軸方向に摺動自在に支持されている。また、焼結含油軸受８は、後で説明するように、ねじ軸４の軸中心回りの回転を規制する機能を有する。滑り軸受７は、ナット３よりも軸方向の中央側に配置された前記スペーサ２ｃの内周に嵌合し、焼結含油軸受８は、後記ケース１３と共に、左右ハウジング部２ｂの先端部の内周に形成された環状溝２ｂｂ（図２）に嵌合している。ねじ軸４の非ねじ部４ａの先端はハウジング２から外に突出しており、その先端部にタイロッド（図示せず）が連結される。

前記ナット３は、例えばねじ軸４のねじ部４ａとの接触面に沿ってボール（図示せず）を循環させるボールナットとされ、ナット３とねじ部４ａとでボールねじ機構９を構成する。ボールねじ機構９は、ナット３を回転させることで、ねじ軸４が軸方向に進退する。ナット３は、ボールナットとせずに、ねじ部４ａとの接触面と滑り接触する滑りねじとしてもよい。

ねじ軸４の非ねじ部４ｂの、ねじ軸４の軸方向と垂直な断面の外形は、ねじ軸４の軸中心を中心とする同心円とは異なる非同心円形状である。非ねじ部４ｂは、換言すると、ねじ軸４における焼結含油軸受８に沿って摺動する部分であり、ねじ軸４の摺動部であると言える。上記非同心円形状は、例えば図３のように、円周の一部を直線で切り落とした形状とされる。
また、焼結含油軸受８の、ねじ軸４の軸方向と垂直な断面の内形は、前記非ねじ部４ｂの外形に対して、この外形よりも軸受隙間分だけ大きい相似形である。なお、軸受隙間は、極めて微小であるため、図示されていない。この例の焼結含油軸受８は、内周全体でねじ軸４の非ねじ部４ｂの外周に摺接するため、焼結含油軸受８全体が、内形における前記摺動部と摺接する摺接部である。非ねじ部４ｂの外形および焼結含油軸受８の内形を上記形状としたことで、焼結含油軸受８とねじ軸４の摺動性を損なうことなく、ねじ軸４が軸中心回りに回転するのを効果的に規制できる。

非ねじ部４ｂの外形は、図４のように、円周の直径方向に対向する２箇所を直線で切り落とした形状の非同心円形状であってもよい。また、図５のように、正方形等の矩形形状からなる非同心円形状であってもよい。さらに、正方形以外の多角形形状であってもよく、場合によっては、楕円形状や、中心がねじ軸４の軸中心から偏心した円形状であってもよい。いずれの場合も、焼結含油軸受８の内形は、前記同様に、非ねじ部４ｂの外形に対して、この外形よりも軸受隙間分だけ大きい相似形である。非ねじ部４ｂの外形および焼結含油軸受８の内形がこれらの形状であっても、焼結含油軸受８とねじ軸４の摺動性を損なうことなく、ねじ軸４が軸中心回りに回転するのを効果的に規制できる。

焼結含油軸受８は、焼結金属からなる多孔質体で形成され、内部の気孔に潤滑油を含浸させた軸受である。この焼結含油軸受８は、ねじ軸４との摺動時に、含浸されている潤滑油が軸受隙間にしみ出して、焼結含油軸受８とねじ軸４との潤滑を行う。摺動停止時には、しみ出た潤滑油が再び気孔内に引き込まれて保持される。しかし、蒸発や飛散によって、徐々に潤滑油が失われていく。特に、直動の場合には、潤滑油がねじ軸４に付着し軸受面から外部に出るため、より一層潤滑油が失われやすい。

そこで、図１の部分拡大図である図２に示すように、焼結含油軸受８に潤滑油を補給する補油機構１０が設けられている。補油機構１０は、ハウジング２の左右ハウジンング部２ｂとねじ軸４間の空間部における焼結含油軸受８の近傍に配置された保油体１１と、焼結含油軸受８と保油体１１とを連通する空隙８ａに充填された潤滑組成物１２とを有する。図の例では、空隙８ａは、焼結含油軸受８の外周面に形成された軸方向に沿う溝状であって、円周方向に等配で複数設けられている（図３〜図５）。これら保油体１１および潤滑組成物１２には、焼結含油軸受８に含浸されているものと同じ成分の潤滑油が含浸されている。

前記保油体１１は、左右ハウジング部２ｂの前記環状溝２ｂｂに圧入等により固定された環状のケース１３に収容されている。ケース１３は、内周壁１３ａと、この内周壁１３ａの軸方向両端からそれぞれ外周側へ延びるつば状の側壁１３ｂ，１３ｃとで構成され、円周溝状の内部に保油体１１を保持する。ケース１３には前記空隙８ａと連通する開口１３ｄが設けられ、保油体１１に含浸されている潤滑油が潤滑組成物１２以外に漏れ出さないようなっている。上記開口１３ｄは、軸方向外側の側壁１３ｃの外径を全周に渡って焼結含油軸受８の外径よりも小さくすることで形成したものであってもよく、あるいは側壁１３ｃにおける空隙８ａに整合する箇所のみを部分的に切り欠いて形成したものであってもよい。

なお、ねじ軸４における焼結含油軸受８と摺動する面である非ねじ部４ｂの外周面には、ショットピーニング加工を施すか、または軸方向と直交する方向に沿う凹凸面の仕上げ加工目を残存させてある。非ねじ部４ｂの加工は、旋削による粗加工の後、旋削または研削による仕上げ加工を行って完成するが、例えば、上記仕上げ加工時に工具の送りを速くすることで仕上げ加工目を残存させる。このように非ねじ部４ｂの外周面にショットピーニング加工を施すか、また仕上げ加工目を残存させることにより、非ねじ部４ｂの外周面に微小なオイルポットが形成され、潤滑性を向上させて焼結含油軸受８の長寿命化を図ることに有効である。

ねじ式直動機構１は、操舵駆動源１５と、この操舵駆動源１５の回転を前記ナット３に伝達する回転伝達機構１６と共に、自動車における車両用操舵アクチュエータ１７を構成する。上記回転伝達機構１６は、例えば操舵駆動源１５の出力軸１５ａに取付けた一次ギア１６ａと、この一次ギア１６ａと噛み合いナット３に取付けられた二次ギア１６ｂとで構成されている。

このねじ式直動機構１の構成であると、直動滑り軸受である焼結含油軸受８により、ハウジング２に対しねじ軸４を軸方向に摺動自在に案内すると共に、ねじ軸４の軸中心回りの回転を規制することで、ねじ軸４の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成できる。

また、焼結含油軸受８に潤滑油を補給する補油機構１０を設けたため、焼結含油軸受８に含浸された潤滑油が減少すると、毛細管現象により、潤滑組成物１２に含浸された潤滑油が焼結含油軸受８に供給されると共に、保油体１１に含浸された潤滑油が潤滑組成物１２を伝って焼結含油軸受８に供給される。それにより、飛散、蒸発等により失われる焼結含油軸受８の潤滑油を補充することができ、焼結含油軸受８を長時間使用することが可能になる。保油体１１および潤滑組成物１２に含浸されている潤滑油は、焼結含油軸受８に含浸されている潤滑油と同じ成分であるため、保油体１１および潤滑組成物１２に含浸されている潤滑油と焼結含油軸受８に含浸されている潤滑油とが混じり合っても、変質や潤滑性能の低下が起きない。

上記ねじ式直動機構１を車両用操舵アクチュエータ１７に適用したことにより、車両用操舵アクチュエータ１７の操舵軸（ねじ軸４）の軸方向の案内と回り止めとを同時に達成でき、操舵軸（ねじ軸４）を支持する焼結含油軸受８の長寿命化を図ることができる

１…ねじ式直動機構
２…ハウジング
３…ナット
４…ねじ軸
４ａ…ねじ部
４ｂ…非ねじ部（摺動部）
８…焼結含油軸受（摺接部）
８ａ…空隙
９…ボールねじ機構
１０…補油機構
１１…補油体
１２…潤滑組成物
１３…ケース
１７…車両用操舵アクチュエータ

Claims (8)

1. ハウジングと、このハウジングに軸方向に位置固定で、かつ軸回りに回転自在に支持されたナットと、このナットに螺合したねじ軸とを備え、前記ナットを回転させることで前記ねじ軸を軸方向に進退させるねじ式直動機構において、
   前記ハウジングに対し前記ねじ軸を軸方向に摺動自在に案内すると共に、ねじ軸の軸中心回りの回転を規制する直動滑り軸受である焼結含油軸受を設け、この焼結含油軸受に潤滑油を補給する補油機構を設けたことを特徴とするねじ式直動機構。
2. 請求項１において、前記ねじ軸における前記焼結含油軸受に沿って摺動する部分である摺動部の、ねじ軸の軸方向と垂直な断面の外形を、ねじ軸の軸中心を中心とする同心円とは異なる非同心円形状とし、かつ前記焼結含油軸受における前記摺動部と摺接する部分である摺接部のねじ軸の軸方向と垂直な断面の内形を、前記摺動部の断面の外形に対して、この外形よりも軸受隙間分だけ大きい相似形としたねじ式直動機構。
3. 請求項１または請求項２において、前記補油機構は、前記ハウジングと前記ねじ軸間の空間部における前記焼結含油軸受の近傍に配置され、潤滑油が含浸された保油体と、前記焼結含油軸受と前記保油体とを連通する空隙に充填され、潤滑油が含浸された潤滑組成物とを有するねじ式直動機構。
4. 請求項３において、前記保油体および前記潤滑組成物に含浸されている潤滑油は、前記焼結含油軸受に含浸されている潤滑油と同じ成分であるねじ式直動機構。
5. 請求項３または請求項４において、前記保油体を、この保油体に含浸されている潤滑油が前記空隙以外に漏れ出すのを防止するケースに収容したねじ式直動機構。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記ねじ軸における前記焼結含油軸受と摺動する面に、ショットピーニング加工を施したねじ式直動機構。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記ねじ軸における前記焼結含油軸受と摺動する面に、軸方向と直交する方向に沿う仕上げ加工目を残存させたねじ式直動機構。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のねじ式直動機構を備え、このねじ式直動機構の前記ねじ軸を操舵軸とした車両用操舵アクチュエータ。

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