JP2013024321A - ボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外周面に螺旋状のねじ溝9aを形成したねじ軸9と、該ねじ軸9のねじ溝9aに対応するねじ溝15aを内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路32を形成したナット15と、前記ねじ軸9及び前記ナット15のねじ溝間及び前記転動体戻し通路32内に介装された多数の転動体14と、前記ねじ軸9のねじ溝及び前記ナット15のねじ溝間の転動体14を前記転動体戻し通路32に案内する転動体循環路33fを形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材33とを備えたボールねじ機構11であって、前記ナット15のねじ溝15aに係合し、前記転動体循環部材33と連結される固定部材35を備えている。
【選択図】図5
Description
このラック軸を電動モータで駆動されるボールねじ機構に連結することにより、電動パワーステアリング装置を構成することができる。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、転動体循環部材の軸方向の移動を、ナットに固定された部品とねじ軸に設けられた部品とが接触することなく規制して、運動伝達効率の低下や磨耗等の問題を解消することができるボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
また、本発明の第3の形態に係るボールねじ機構は、前記アーム部の螺旋中心軌道が、前記ナットのねじ溝の螺旋中心軌道に対して軸方向外側にオフセットされている。
また、本発明の第5の形態に係るボールねじ機構は、前記係合溝が蟻溝で構成され、前記係合凸部が前記蟻溝に係合する蟻溝係合凸部で構成されている。
また、本発明の第7の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材が、前記係合凸部を前記係合溝に嵌合させた状態で前記転動体循環部材に融着されて固定されている。
また、本発明の第8の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材のアーム部と前記ねじ軸のねじ溝との間のクリアランスが、前記係合溝と係合凸部との係合長さより短く設定されている。
また、本発明の第10の形態に係るボールねじ機構は、前記ナットのねじ溝における軸方向外側面が研磨加工されている。
また、本発明の第11の形態に係る電動パワーステアリング装置は、上記第1〜第10の形態に係るボールねじ機構のねじ軸を、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸に連結するとともに、当該ボールねじ機構のナットを回転駆動する電動モータを設けている。
また、上記効果を有するボールねじ機構を使用して電動パワーステアリング装置を構成することにより、運動伝達効率の低下や磨耗等を生じることなく、円滑な操舵補助動作を行うことができ、低コストで、組立作業性がよく、小形化できる電動パワーステアリング装置を提供することができる。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す正面図であり、図2は、ラック軸を示す正面図である。
図中、1は操舵ギヤ機構であって、この操舵ギヤ機構1は、ピニオン機構2とラック機構3とを備えている。
ラック軸7は、図2に示すように、ピニオン軸5が噛合するラック部8と、このラック部8の右方に形成された螺旋状のゴシックアーク断面形状のボールねじ溝9aを有するボールねじ軸9とを備えている。
ボールねじ機構11は、図3に示すように、ラック軸7のボールねじ軸9のボールねじ溝9aに転動体としてのボール14を介して螺合するボールねじナット15を備えている。このボールねじナット15は、ラックハウジング6における図1の右端部に形成された軸受収容部16に収容された転がり軸受17によって回転自在に支持されている。この転がり軸受17は、内輪17aがボールねじナット15と一体に形成された内輪17aと、この内輪17aにボール17bを介して連結され軸受け収容部16に固定支持された外輪17cとで構成されている。
この電動パワーステアリング装置10では、操舵補助用電動モータ12の回転軸12aを図3の左方から見て時計方向に回転駆動することにより、小径プーリ19及び大径プーリ20がタイミングベルト21によってそれぞれ時計方向に回転駆動され、これに応じてボールねじナット15が時計方向に回転駆動されるので、ボールねじ軸9すなわちラック軸7が左方に移動され、逆に操舵補助用電動モータ12の回転軸12aを左方から見て反時計方向に回転駆動することによりラック軸7が右方に移動される。
そして、ボールねじ機構11のボールねじナット15には、図4に示すように、内周面に螺旋状にボール14が転動するゴシックアーク断面形状のボールねじ溝15aが形成されている。また、ボールねじナット15の軸方向の左右両端部にはそれぞれ軸方向最外側のボールねじ溝15aの一部を切り欠いて形成された転動体循環部材装着部31A及び31Bを備えている。また、ボールねじナット15には、内周面のボールねじ溝15aと外周面との間を軸方向に通って両端の転動体循環部材装着部31A及び31B間を連通する転動体戻し通路32が形成されている。
すなわち、先ず、図9に示すように、転動体循環部材装着部31Aの軸方向外側に転動体循環部材33を対向させ、この状態で、転動体案内側板部33b側からボールねじナット15の軸方向に左側に移動させて、平坦面31a、湾曲面31b,31c、半円筒面31d及び上面31eで構成される切欠凹部内に挿入する。そして、最後に抜け止め凸部33dを抜け止め凹部31f内に係合させて、図10に示すように、転動体循環部材33の転動体案内側板部33aの軸方向端面をボールねじナット15の軸方向端面と面一とする。
このとき、前述したように、固定部材35のアーム部36の螺旋中心軌道Raが、図12(a)に示すように、ボールねじナット15のボールねじ溝15aの螺旋中心軌道Rgに対してボールねじナット15の軸方向外側に距離ΔLだけオフセットされている。このため、固定部材35をボールねじ溝15a側に押し込むと、先ず、図12(b)に示すように、固定部材35のアーム部36の円筒面36aがボールねじ溝15aの軸方向外側のゴシックアーク面に接触する。
さらに、転動体循環部材33には抜け止め凸部33dが形成され、この抜け止め凸部33dが転動体循環部材装着部31Aの抜け止め凹部31fに係合しているので、抜け止め凸部33dと固定部材35とでボールねじナット15の一部を挟持することになり、転動体循環部材33のボールねじ軸9側への抜け出し及び回動が確実に阻止される。
そして、この転動体循環部材33を転動体循環部材装着部31Aへ装着して固定部材35で固定した状態では、固定部材35のアーム部36の円筒面36cとボールねじ軸9のボールねじ溝9aとは、図13に示すように、円筒面36cがボールねじ溝9aに対してクリアランスΔxを生じて非接触状態となる。
このように、転動体循環部材装着部31A及び31Bのそれぞれに転動体循環部材33を装着し、これら転動体循環部材33を固定部材35で固定することにより、エンドデフレクタ方式のボール14の循環路が形成される。
この転動体戻し通路32へ送られたボール14は、反対側の転動体循環部材装着部31B(又は31A)に装着された転動体循環部材33の転動体循環路33fを通ってボールねじナット15の先端側(又は後端側)のボールねじ軸9のボールねじ溝9a及びボールねじナット15のボールねじ溝15a間に戻される。
今、ステアリングホイール(図示せず)に操舵トルクが入力されていない非操舵状態では、トルクセンサ30aで検出される操舵トルクが零であるので、モータ制御装置30で演算される操舵補助トルク指令値も零となり、モータ駆動電流も零となり、操舵補助用電動モータ12は停止状態となっている。
したがって、電動パワーステアリング装置10自体の運動伝達効率も向上させることができるとともに、磨耗の発生を防止し、操舵補助制御を円滑に行うことができる。
また、上記実施形態においては、本発明に係るボールねじ機構を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係るボールねじ機構は工作機械やアクチュエータなどの他の任意の産業機械に適用することができる。この場合、ボールねじナット15を回転する場合に代えて、ボールねじ軸9を回転させるようにしてもよい。
Claims (11)
- 外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を形成したナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのねじ溝間及び前記転動体戻し通路内に介装された多数の転動体と、前記ねじ軸のねじ溝及び前記ナットのねじ溝間の転動体を前記転動体戻し通路に案内する転動体循環路を形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材とを備えたボールねじ機構であって、
前記ナットのねじ溝に係合し、前記転動体循環部材と連結される固定部材を備えたことを特徴とするボールねじ機構。 - 前記固定部材は、前記転動体循環部材に円周方向と交差する方向に摺動可能に連結され、前記ナットのねじ溝の軸方向外側面に係合して当該循環部材本体の軸方向の移動を規制するアーム部を備えていることを特徴とする請求項1に記載のボールねじ機構。
- 前記アーム部の螺旋中心軌道は、前記ナットのねじ溝の螺旋中心軌道に対して軸方向外側にオフセットされていることを特徴とする請求項2に記載のボールねじ機構。
- 前記固定部材の前記アーム部及び前記転動体循環部材の連結部の一方に、円周方向と交差する方向に延長する係合溝を形成し、他方に前記係合溝に係合する係合凸部を形成したことを特徴とする請求項2又は3に記載のボールねじ機構。
- 前記係合溝は蟻溝で構成され、前記係合凸部は前記蟻溝に係合する蟻溝係合凸部で構成されていることを特徴とする請求項4に記載のボールねじ機構。
- 前記係合溝は、前記転動体循環部材側に形成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載のボールねじ機構。
- 前記固定部材は、前記係合凸部を前記係合溝に嵌合させた状態で前記転動体循環部材に融着されて固定されていることを特徴とする請求項4乃至6の何れか1項に記載のボールねじ機構。
- 前記固定部材のアーム部と前記ねじ軸のねじ溝との間のクリアランスは、前記係合溝と係合凸部との係合長さより短く設定されていることを特徴とする請求項2乃至7の何れか1項に記載のボールねじ機構。
- 前記転動体循環部材と前記固定部材とは異なる素材で形成されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載のボールねじ機構。
- 前記ナットのねじ溝における軸方向外側面は研磨加工されていることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載のボールねじ機構。
- 請求項1乃至10の何れかに記載のボールねじ機構のねじ軸を、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸に連結するとともに、当該ボールねじ機構のナットを回転駆動する電動モータを設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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