JP2014059032A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014059032A JP2014059032A JP2012205455A JP2012205455A JP2014059032A JP 2014059032 A JP2014059032 A JP 2014059032A JP 2012205455 A JP2012205455 A JP 2012205455A JP 2012205455 A JP2012205455 A JP 2012205455A JP 2014059032 A JP2014059032 A JP 2014059032A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rolling element
- ball screw
- shaft
- nut
- rack
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Landscapes
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】ねじ軸9のねじ溝9a及びナット15のねじ溝15a間の転動体14を掬い上げて転動体戻し通路32に案内する転動体循環部材33の転動体が転動する循環軌道は、螺旋軌道P上の掬い上げ点から螺旋軌道の接線方向に伸ばした第1の直線Sと、転動体戻し通路の中心を通過する第2の直線Tと、これら第1及び第2の直線を繋ぐ曲線Rとで構成され、曲線の半径は、転動体の直径の50%以上90%以下に設定されている。
【選択図】図8
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、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置(EPS:Electric Power Steering)を構成することができる。なお、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置を、ラックアシスト式EPSと称する。
このような問題を解決するオフセット・ラックアシスト式EPSとして、外部デフレクタ式ボールねじの1サーキットを複列とし、ボールねじのモーメント剛性をナット位相に因らない設計とした装置が知られている(例えば、特許文献1)。
このような条件下で特許文献3の樹脂材料からなる循環部品を使用すると、低温雰囲気では樹脂材料の衝撃強さが低下し、転動体との衝突によりクラックなどが生じ易くなり、循環部品の破損の可能性が高くなる。また、高温雰囲気で特許文献3の樹脂材料からなる循環部品を使用すると、樹脂材料の引張強さが低下し、すくい上げ部などの破損といった不具合が生じるおそれがある。
しかし、この強化樹脂からなる循環部品は、転動体との連続的な衝突により表面に磨耗が生じると、充填されている繊維が循環部品の表面に露出して転動体の傷の要因となるおそれがあるとともに、脱落した繊維が噛み込まれることによる異音や作動不良の要因となるおそれがある。
(電動パワーステアリング装置)
図1は、本発明に係る操舵ギヤ機構1を示すものであり、図2は、ラック軸を示す正面図である。
図1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。
そして、小径プーリ19と、大径プーリ20、及びボールねじ溝9aを覆うようにカバー22が軸受収容部16及びモータ支持部18に例えばボルト締め等により固定されている。
図4に示すように、ボールねじ機構11のボールねじナット15の内周面には、転動体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が螺旋状に形成されている。また、ボールねじナット15の軸方向の左右両端部には、一対の転動体循環部材33を装着するための一対の転動体循環部31A,31Bが形成されている。さらに、ボールねじナット15の軸方向の左右両端部には、ボールねじナット15の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左右両端部の一対の転動体循環部材装着部31A,31Bの間を連通する転動体戻し通路32が形成されている。
右端側の転動体循環部材装着部31Aは、図6及び図7(b)に示すように、ボールねじナット15の軸方向の一方の端面に開口した切欠凹部であり、平坦面31aと、湾曲面31b,31cと、半円筒面31dと、上面31eとを備えた部材である。
一対の転動体案内側板部33a,33bの側面形状(図5(a)の上方から見た形状)は、ボールねじナット15の軸方向の両端面に切欠凹部として形成した一対の転動体循環部材装着部31A,31Bの形状と略同一に形成されている。ここで、転動体案内側板部33aには、一対の転動体循環部材装着部31A,31Bの抜け止め凹部31fと同一形状の抜け止め凸部33dが形成されている。
また、連結板部33cには、ボールねじ軸9のボールねじ溝9a内に非接触状態で挿入されて転動体14を接線方向に掬い取るタング部33eが形成されている。
そして、タング部33eと転動体案内側板部33a及び33bとで囲まれて転動体戻し通路32に転動体14を案内する平面から見て略逆L字状に湾曲し、転動体戻し通路32と対向する位置で開口する転動体循環路33fが形成されている。
(ラックアシスト式EPSのボールねじ機構の諸元)
ラックアシスト式EPS10のボールねじ機構11の諸元(ボールねじの耐久寿命、ラック軸外径、アシストモータからラック軸までの減速比といった設計要件)について説明する。
転動体14は、φ3.968mm以上φ5.000mm以下のものを使用する。転動体14の直径をφ3.968mmよりも小さくし過ぎると、定格荷重が低下する。またこれと同時に、循環経路内の球数が増え、転動体14同士の競り合いが生じる。この結果、耐久性が低下するとともに、作動不良などが生じ易くなる。反対に転動体14の直径がφ5.000mmよりも大きくなると、ボールねじ機構11の外寸が大きくことに加え、リードも大きくする必要があるため、後述する減速比の確保が困難になる。
(転動体と転動体循環部材との衝突が起こる条件)
先ず、ドライバーが操舵をした際に、上述した諸元のボールねじ機構11において、転動体14と転動体循環部材33との衝突が起こる条件について説明する。
説明に当り、具体的なボールねじ機構11の諸元を以下の通り例示する。
転動体14のBCD : 30.0mm
転動体14の直径 : φ4.7625mm
リード : 7.0
接触角 : 45deg
すきま : 無し
ラック&ピニオン比ストローク 50.0mm/rev(ハンドル1回転当りのラック移動量)
ラックストローク 75.0mm(中立からストロークエンドまで)
耐久サイクル数 100,000cycle
今、ハンドル回転速度360deg/secで操舵した場合について考える。ラック&ピニオン比ストロークが50.0mm/revであり、ハンドルを360deg/secで操舵すると、ラック軸7は50.0mm/secで直動し、ボールねじ機構11のボールねじナット15は7.14rev/sec(約430rpm)で回転する(ラック直動速度50mm/sec÷ボールねじのリード7.0mm/rev)。
なお、乗用車の最も早い操舵条件は、危険回避などの際の急ハンドル操作で、800deg/sec程度が一般的であり、この条件で転動体循環部材33が破損しないことも求められる。
そのため、本実施形態のラックアシスト式EPS10のボールねじ機構11で使用される転動体循環部材33の材料の決定に際しては、衝突エネルギーが最も大きくなる条件を前記範囲の中から選定した。
次に、本実施形態のボールねじ機構11で使用される転動体循環部材33の具体的な形状について説明する。
転動体循環部材33の循環軌道形状は、図8(a)、(b)に示すように、ボールねじ機構11の螺旋軌道P上の掬い上げ点をQとすると、循環軌道は、掬い上げ点Qから螺旋軌道Pの接線方向に伸ばした直線Sと、ボールねじナット15に設けた転動体戻し通路32の中心を通過する直線Tと、これら直線S,Tを繋ぐ曲線Rとで構成される。この循環軌道に沿って転動体14を滑らかに循環させるため、転動体循環部材33には、転動体14の直径よりも溝幅が広い溝Uが設けられている。
また、直線Tの位置は、ボールねじナット15のボールねじ溝15aとの位置関係および曲線Rの寸法によって設定される。
また、図7(a)に示している、転動体循環部材33の転動体案内側板部33bが当接する転動体循環部材装着部31Aの当接面Yは、隣接するボールねじ溝15aと所定のクリアランスCLを必要とする。転動体循環部材33の前述した、掬い上げ点Qから螺旋接線方向に伸ばした直線Sと、ボールねじナット15に設けた転動体戻し通路32の中心を通過する直線Tとを繋ぐ曲線Rの終端Reは、当接面Yよりも下側に位置させる。
また、図7(b)に示している、転動体循環部材装着部31Aの径方向の装着幅Vは、転動体循環部材33の強度によって変化する。そして、前述したクリアランスCLを確保するためには、装着幅Vは小さいほうが有利であるが、装着幅Vを小さくすると転動体循環部材33のタング背面が薄肉になって強度が低下するため、装着幅Vは、転動体14の直径の150%以上200%以下とする。
ボールねじの巻き数によってボールねじナット15の軸方向寸法が異なるため、絶対値は多少前後するものの、曲線Rの寸法とボールねじナット15の外径の相関は一定であり、この例示から、曲線Rの寸法が、球径比90%以上からナットイナーシャが急激に増加することがわかる。
したがって、本実施形態は、曲線Rの半径は、転動体14の直径の50〜90%に設定されることが好ましい。
転動体循環部材33の外形状は、基本的にはボールねじ軸9のボールねじ溝9aの溝直角断面形状に略倣った形状となる。
転動体循環部材33の外周部Rn(転動体案内側板部33a,33bのボールねじ軸9と対向する部分)は、ボールねじナット15の内径寸法に一致させて、ボールねじ軸9のランド部に対して所定のクリアランスを確保して対向するように形成されている。
なお、Rn及びRtは連結部Rfで滑らかに接続されており、連結部Rfはボールねじ軸9と干渉しない範囲で大きく設定するのが好ましい。また、図10では、背面部Rtの形状を単一円弧としているが、ボールねじ溝9aに倣ったゴシックなどとしてもよい。
次に、本実施形態のボールねじ機構11で使用される転動体循環部材33の具体的な材料について説明する。
本実施形態の転動体循環部材33は、高温(125℃)の雰囲気温度において30MPa以上の引張強度を有する高分子材料で形成されている。この30MPa以上の引張強度という値は、前述した条件の下、転動体14と転動体循環部材33の衝突エネルギーが最も大きくなる場合について、FEM構造解析を行った結果、得られた値である。
また、強化繊維を含まず、高温(125℃)の雰囲気において30MPa以上の引張強さであり、シャルピー衝撃強さが3.3kJ/m2以上の特性を有する高分子材料は、熱安定剤を加えると耐熱性を向上させることができる。
そして、本実施形態の転動体循環部材33を形成する際に用いられる樹脂組成物を得るための方法は特に限定されないが、母材である樹脂と添加剤を予めタンブラー、Vブレンダー、ヘンシェルミキサー等の予備混合機を用いて混ぜ合わせてから、短軸または二軸押出し機、ロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、ブラベンダープラストグラフ等の従来からの公知の樹脂用混練り装置を用いて均一に混練りする、または、母材である原料樹脂と添加剤をそれぞれ別々に樹脂用混練り装置により混練りすることが可能である。
次に、本実施形態のボールねじ機構11を備えたラックアシスト式EPS10の作用効果について、以下に述べる。
次に、図11から図14を用いて、本発明を更に具体的に説明する。
図11は一般的な高分子材料(非繊維強化)の引張試験結果であり、図12はその中から(A)PA46,(B)PPS,(C)POM,(D)POMで転動体循環部材33を形成し、(A)125℃,(B)125℃,(C)80℃,(D)125℃の雰囲気中で耐久試験を行った結果である。なお、転動体循環部材33の耐久試験は、転動体循環部材33を用いたボールねじ機構11のストローキング耐久を観るための試験を指し、その試験条件は前述のような一般的に電動パワーステアリング装置に要求されるものとした。
なお、引張試験、シャルピー衝撃試験の試験条件及び、試験材料の詳細は以下の通りである。
POM(ポリアセタール)(商品名「ジュラコン M90-44」 ポリプラスチックス(株))
PBT(ポリブチレンテレフタレート)(商品名「ジュラネックス 2002」 ポリプラスチックス(株))
PA6(ポリアミド6)(商品名「アミラン CM1017」 東レ(株))
PA46(ポリアミド46)(商品名「Stanyl TW341」 DSMジャパンエンジニアリングプラスチックス(株))
PA66(ポリアミド66)(商品名「アミラン CM3001-N」 東レ(株))
PPS(ポリフェニレンサルファイド)(商品名「フォートロン 0220A9 」 ポリプラスチックス(株))
POM(樹脂溶融温度:190〜210℃、金型温度:60〜80℃)
PBT(樹脂溶融温度:250〜270℃、金型温度:40〜80℃)
PA6(樹脂溶融温度:245〜280℃、金型温度:80℃)
PA46(樹脂溶融温度:280〜310℃、金型温度:80℃)
PA66(樹脂溶融温度:270〜295℃、金型温度:80℃)
PPS(樹脂溶融温度:290〜310℃、金型温度:150℃)
また、引張試験及びシャルピー衝撃試験は以下に示す条件で行った。
試験方法はISO0527−1,2に準ずる。
試験片の形状(mm):全長×全幅 150×20
試験部:厚さ×幅×長さ(mm) 4×10×80
試験速度:50mm/min
試験温度(℃):−40、23、80、125
試験方法はISO179/1eAに準ずる。
試験片の形状(mm):厚さ×幅×長さ 4×10×80、ノッチ45℃:2mm深さ
ハンマー速度:2.9m/sec
図11の引張試験の結果によると、−40℃から80℃の雰囲気温度においては、例示したすべての試験材料で本発明に係る引張強さ30MPa以上という条件を満足する。一方、雰囲気125℃では、POM,PBT,PA6で引張強さが30MPaを下回り、本発明に係る上記条件を満足しない。
また、図11から明らかなように、高分子材料の引張強さは雰囲気温度の上昇に伴い低下するため、ラックアシスト式EPS10の使用環境温度である125℃で、引張強さを満足する必要がある。
図13はシャルピー衝撃試験の結果であり、各衝撃強さは図13の付表の通りである。
なお、シャルピー衝撃強さが3.3kJ/m2以上となる高分子材料は、POM,PA6,PA46,PA66の他に、半芳香族ポリアミドなどがある。
Claims (2)
- 外周面にねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸の前記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、前記ねじ軸のねじ溝と前記ナットのねじ溝とで形成される螺旋軌道及び前記転動体戻し通路に介装された多数の転動体と、前記螺旋軌道の一端から前記転動体を前記螺旋軌道の接線方向に掬い上げて前記転動体戻し通路へ導くとともに前記転動体戻し通路から前記螺旋軌道の他端へ案内する転動体循環軌道を形成する転動体循環部材とを有するボールねじ機構を備え、当該ボールねじ機構の前記ねじ軸を、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し、前記ナットを電動モータで回転駆動する電動パワーステアリング装置において、
前記転動体循環軌道は、
前記螺旋軌道上の掬い上げ点から、前記螺旋軌道の接線方向に伸ばした第1の直線と、
前記転動体戻し通路の中心を通過する第2の直線と、
これら第1及び第2の直線を繋ぐ曲線とで構成され、
前記曲線の半径は、前記転動体の直径の50%以上90%以下に設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - BCD(Ball Circle Diameter)をφ25mm以上φ32mm以下とし、前記転動体の直径をφ3.968mm以上φ5.000mm以下とし、リードを6.0mm以上8.0mm以下としたことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012205455A JP2014059032A (ja) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | 電動パワーステアリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012205455A JP2014059032A (ja) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | 電動パワーステアリング装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017017814A Division JP6365702B2 (ja) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | 電動パワーステアリング装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014059032A true JP2014059032A (ja) | 2014-04-03 |
Family
ID=50615674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012205455A Ceased JP2014059032A (ja) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | 電動パワーステアリング装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014059032A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015214856A1 (de) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Kugelgewindetrieb |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004340220A (ja) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Nsk Ltd | ボールねじ装置 |
JP2006069518A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-03-16 | Nsk Ltd | 電動式パワーステアリング装置 |
JP2007078093A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Shangyin Sci & Technol Co Ltd | ボールスクリューの回流装置 |
-
2012
- 2012-09-19 JP JP2012205455A patent/JP2014059032A/ja not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004340220A (ja) * | 2003-05-14 | 2004-12-02 | Nsk Ltd | ボールねじ装置 |
JP2006069518A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-03-16 | Nsk Ltd | 電動式パワーステアリング装置 |
JP2007078093A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Shangyin Sci & Technol Co Ltd | ボールスクリューの回流装置 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015214856A1 (de) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Kugelgewindetrieb |
DE102015214856B4 (de) * | 2015-08-04 | 2017-07-06 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Kugelgewindetrieb |
US10968992B2 (en) | 2015-08-04 | 2021-04-06 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Ball screw drive |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6074994B2 (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
JP6365702B2 (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
US8240222B2 (en) | Electrically driven linear actuator | |
US10730545B2 (en) | Steering apparatus | |
US20120067151A1 (en) | Worm drive | |
US9199663B2 (en) | Rack-driven auxiliary power steering apparatus | |
JP2001080529A (ja) | 動力舵取装置及び動力伝達継手 | |
US20150060187A1 (en) | Steering apparatus | |
WO2014069516A1 (ja) | 電動リニアアクチュエータ | |
US20090143151A1 (en) | Slip joint of steering apparatus for vehicle | |
US20170259844A1 (en) | Steering Apparatus | |
US20150094158A1 (en) | Rolling-element telescoping shaft assembly | |
EP1840193A2 (en) | Lubricant composition, expandable shaft, and steering system using the same | |
JP2014043905A (ja) | 電動リニアアクチュエータ | |
EP3255308B1 (en) | Ball screw mechanism and steering system | |
JP6388191B2 (ja) | 円錐ころ軸受 | |
US20170008555A1 (en) | Power steering device and method for manufacturing ball screw for power steering device | |
JP2014073827A (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
JP2014088920A (ja) | 電動リニアアクチュエータ | |
JP2014059032A (ja) | 電動パワーステアリング装置 | |
JP2016151332A (ja) | ボールねじおよびこれを備えた電動リニアアクチュエータ | |
US9377092B2 (en) | Ball screw deflector | |
JP5547623B2 (ja) | 電動アクチュエータ | |
JP2015059579A (ja) | 歯車およびこれを備えた電動アクチュエータ | |
JP2018016193A (ja) | ステアリング装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150730 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160425 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160524 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160720 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170104 |
|
A045 | Written measure of dismissal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A045 Effective date: 20170530 |