JP2014529508A - 複合部品としてのねじ付き部品を製造する方法、転動体ねじ装置、リニアアクチュエータ、このような複合部品を備える電気機械式のブレーキ倍力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、中空スピンドル（１６）と中空スクリュー（１９）とを有する電機機械式のブレーキ倍力装置（１０）に関する。【解決手段】本発明は、ねじ山（１７，２１）を二次成形により金属から製作し、プラスチックからなる管状の支持部品（２２，２３）で押出被覆することを提案する。本発明は、中空スピンドル（１６）と中空スクリュー（１９）の複合部品としての製作を可能にする。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文の構成要件を有する複合部品としてのねじ付き部品を製造する方法に関する。ここではねじ付き部品とは、ねじを有している部品と解するものとする。特に、ねじ付き部品はスピンドル、スクリュー、および／またはナットを意味している。ねじは１つまたは複数のねじ山を有することができる。ねじ付き部品は、特に運動ねじとして意図される。さらに本発明は、請求項７の前文の構成要件を有する転動体ねじ装置であって、そのスピンドルおよび／またはナットが本発明の方法によって製造されているものに関し、ならびに、請求項９および１０の前文の構成要件を有する、このような転動体ねじ装置を有するリニアアクチュエータおよび電気機械式のブレーキ倍力装置に関する。

特許文献１は、ねじ山のための支持部品として金属管を有する、転動体ねじ装置のためのスピンドルを開示している。長方形の断面を備える螺旋状の金属帯材がねじ山として金属管に被せられ、内側からの液圧式の高圧負荷により、螺旋状の金属帯材の脚部領域に金属管が圧着成形される。それにより、螺旋状の金属帯材と、スピンドルの支持部品を形成する管材との間の形状接合が軸方向でもたらされる。ここで支持部品とは、ねじ山に機械的な安定性を与える部品、ないしはねじ山の機械的な安定性を高める部品と解するものとする。長方形の断面を備える螺旋状に湾曲した金属帯材がねじ付き部品のねじ山を形成し、このねじ付き部品も金属帯材の断面に応じて、長方形のねじ断面を有している。ねじ山と管状の支持部品とは、複合部品として製作されたねじ付き部品を形成する。この結合は、内側からの金属管への高圧負荷により、すなわち支持部品の二次成形により、ねじ山の脚部領域へ管状の支持部品を圧着成形することによって行われる。

ドイツ特許出願公開第１０２００９０４５８５７Ａ１号明細書

請求項１の構成要件を有する本発明の方法は、ねじ山と管状の支持部品とを備える複合部品としてのねじ付き部品の製造を意図している。ねじ山は二次成形によって製作される。管状の支持部品は、本発明によると一次成形によって製作され、一次成形によって同時にねじ山と結合される。この結合は、物質接合および／または形状接合によって行われる。支持部品は、たとえば金属やプラスチックから注型によって製作することができ、このとき、注型をするためにねじ山が注型用金型へ挿入され、場合により注型用金型の一部を形成する。特に、支持部品の製作は金属からダイカストによって行われ、または、プラスチックから射出成形によって行われる。一次成形という概念は、無形状の物質から固体の物体が製作される一切の製造方法を含んでいる。一次成形により、固体の物体が初期形状を得る。一次成形をするのに適した物質は、たとえば液体状、気体状、粒状、または粉末状であってよい。

ねじ付き部品は多条ねじであってよく、すなわち、１つを超えるねじ山を有することができる。支持部品がねじ山に機械的な安定性を与えるので、容易に二次成形することができる薄壁の材料から、ねじ山を製作することができる。ねじ山は、管材または帯材から二次成形により製作することができる。ねじ山は金属から製作されるのが好ましい。本発明の１つの利点は、ねじ山を耐摩耗性の材料で製作することができ、支持部品を安価な材料で製作することができるということにある。本発明の別の利点は、ねじ付き部品の低コストな製造可能性、および複雑な形状の形成可能性にある。以上の説明は一例にすぎず、これで完結するものではない。

従属請求項は、請求項１に記載された発明の好ましい実施形態と発展例を対象としている。

スピンドルの場合、または一般的に外ねじを有するねじ付き部品の場合、支持部品は中実材料でできていてよい。請求項２は管状の支持部品を意図しており、ねじ山は外側または内側にあってよい。管状の実施形態は重量を削減し、材料を節約する。外側にねじがあるナットやスピンドルのほか、支持部品の管状の製作は、内ねじを有する中空スピンドルも可能にする。

請求項３はねじ山として、転動体のための回転軌道の二次成形による製作を意図している。このねじ山は、たとえば転動体としてのロールのための回転軌道として、または転動体としてのボールのための溝状の回転軌道として、螺旋状の溝を意図している。このことは、たとえばボールねじのような転動体ねじ装置のためのスピンドルおよび／またはナットの製造を可能にする。

請求項４は、ねじ山を製作するための管材の「ハイドロフォーミング」とも呼ばれる高圧二次成形を意図している。二次成形をするために、内側表面がねじ山の雌型を有している管状の成形金型の中へ管材が挿入されて、内側から高圧で負荷される。または、ねじ山の雌型を外側円周に有している成形金型が管材の中に挿入されて、管材が外側から圧力で負荷される。いずれの場合にも、管壁が成形金型のねじ山の雌型に圧着成形され、それによって管壁が可塑的に二次成形され、その際にねじ山が与えられる。ねじ山の雌型を内周面に備えている管状の成形金型は、ねじ付き部品の外ねじのために用いられるのが好ましく、ねじ山の雌型を外周面に備えている成形金型は、ねじ付き部品の内ねじのために用いられるのが好ましい。

請求項５は、ねじ山を製作するための管材の機械式の二次成形を意図している。ねじ山を製作するための機械式の二次成形法の例は、ねじ転造、ねじ立て、ねじスピニング、ロータリースエージングなどである。このような二次成形法は周知であり、詳しく説明する必要をみない。列挙したものは一例であり、それで完結するものではない。

請求項６は、帯材からの、たとえば薄板帯材からの、ねじ山の製作を意図している。帯材は、特に連続方式で、ねじ山のねじ形材をなすように二次成形され、たとえば、転動体としてのボールのための回転軌道を形成する溝をなすように二次成形され、および帯材は、ねじ山の渦巻線に準ずる螺旋をなすように二次成形される。各方法ステップの順序を逆にすることもできるが、多くのケースでは、まず最初にねじ形材を成形し、次いで、帯材を螺旋に成形するのが好ましいであろう。これら両方の二次成形ステップを同時に実施することも考えられる。

請求項７の対象物は、スピンドルと、ナットと、たとえばボールのような転動体とを備える転動体ねじ装置、たとえばボールねじである。このときスピンドルおよび／またはナットは、上で説明したとおり、本発明による方法で製造されている。

請求項９の対象物は、電動モータと、請求項７に準ずる転動体ねじ装置とを有するリニアアクチュエータである。リニアアクチュエータは、電動モータの回転駆動運動を直進従動運動へと変換する。電動モータは中空シャフトモータとして構成されており、その中空シャフトは、本発明による方法で製作されたナットまたは中空スピンドルを有している。ナットまたは中空スピンドルは、転動体ねじ装置の回転可能な駆動部品を形成する。中空スピンドルは内ねじを有しており、ねじ山は内側にある。

請求項１０の対象物は、請求項９に記載のリニアアクチュエータを有する電気機械式のブレーキ倍力装置である。

次に、図面に示されている実施形態を参照しながら、本発明について詳しく説明する。図面は次のものを示している：

本発明による電気機械式のブレーキ倍力装置である。 高圧二次成形によるねじ山の本発明に基づく製造である。 ねじスピニングによるねじ山の本発明に基づく製造である。 ロータリースエージングによるねじ山の本発明に基づく製造である。 図５はねじ立てによるねじ山の本発明に基づく製造である。 図５ａは図５のねじ立てタップの断面図である。 本発明に基づいて製作された１つの中空スピンドルである。 本発明に基づいて製作されたもう１つの中空スピンドルである。

各図面は、本発明を解説、説明するために簡略化、模式化された図面として解するべきものである。

図１に示す本発明による電気機械式のブレーキ倍力装置１は、図示しない油圧式の車両ブレーキの２つのブレーキ回路のための接続部Ｉ，ＩＩと、周知の形式のロッドピストン３と、フロートピストン４とを有する、２系統マスタブレーキシリンダ２にフランジ接合されている。ブレーキ倍力装置１は、ペダルロッド７を介してブレーキペダル６によりブレーキ操作をするために、軸方向へスライド可能であるスラストロッド５を有している。スラストロッド５はロッドピストン３に当接しており、ブレーキペダル６が踏み込まれると、ロッドピストン３をマスタブレーキシリンダ２の中で変位させ、それにより、それ自体周知の仕方で、マスタブレーキシリンダ２に接続された図示しない車両ブレーキ設備を操作するための油圧を生成可能である。ロッドピストン３により生成される圧力はフロートピストン４を負荷し、その結果、フロートピストンも第２のブレーキ回路で圧力を生成する。

スラストロッド５には、穴付きディスクが連行体８として固定的に取り付けられている。連行体８のマスタブレーキシリンダ側には、ブレーキペダル６が解除されたときにスラストロッド５を初期位置へと復帰させる圧縮コイルばねが、復帰ばね９として配置されている。

ブレーキ倍力装置１は、中空シャフトモータとして構成されてスラストロッド５を同心的に取り囲む電動モータ１０を有している。電動モータ１０は、モータハウジング１２の中にステータ巻線１１を有している。管状のロータ１３が、ボールベアリング１４により回転可能なようにモータハウジング１２に支承されている。ロータ１３は、永久磁石１５と、内ねじ１７を備える中空スピンドル１６とを有している。中空スピンドル１６は、中空シャフト電動モータ１０のモータシャフトであるだけだなく、図示した本発明の実施形態ではボールねじ１８として構成された、中空スピンドル１６のほかに中空スクリュー１９および転動体としてのボール２０を有する転動体ねじ装置の一部でもある。中空スクリュー１９は、ブレーキ倍力装置１のスラストロッド５により貫通される軸方向の貫通孔３７を有している。中空スクリュー１９はスラストロッド５を同心的に取り囲むとともに、中空スピンドル１６および電動モータ１０の中で同心的に配置されている。ボール２０は、中空スピンドル１６のねじ山１７で、および中空スクリュー１９のねじ山２１で転動する。ボールねじ１８は、電動モータ１０の回転駆動運動を中空スクリュー１９の直進従動運動へと変換するものであり、中空スクリューはスラストロッド５の連行体８に当接しており、連行体８およびスラストロッド５を介して、マスタブレーキシリンダ２のロッドピストン３を変位させる。このようにしてブレーキ倍力装置１の補助力が接続され、ブレーキペダル６により印加されてロッドピストン３に及ぼされる操作力を増幅させる。ボールねじ１８は、図面には見えていないそれ自体公知のボール戻り部を有している。中空スピンドル１６と中空スクリュー１９は、ボールねじ１８のねじ部品１６，１９として把握することもできる。その製造については、あとで図２から図７を参照しながら説明する。

中空シャフトモータとして構成された電動モータ１０とボールねじ１８とは、本発明に基づくリニアアクチュエータ３８を構成するものであり、これにより、直線従動運動すなわちスラストロッド５のスライドを生成可能である。ブレーキ倍力装置での用途とは異なる、リニアアクチュエータ３８の別の用途も可能である。

中空スピンドル１６は内側にねじ山１７を有しており、中空スクリュー１９は外側にねじ山２１を有している。ねじ山１７，２１は螺旋状すなわち渦巻線状に延びており、耐摩耗性の材料でできており、図示した実施形態では金属でできており、ボール２０のための回転軌道として溝状の断面を有している。両方のねじ付き部品１６，１９は管状の支持部品２２，２３を有しており、その内側円周ないし外側円周にねじ付き部品が取り付けられており、これらの支持部品がねじ山１７，２１に安定性を与えている。図示した本発明の実施形態では、支持部品２２，２３はプラスチックでできており、一次成形によって、たとえば射出成形によって製作されている。ねじ付き部品１６，１９すなわち中空スピンドル１６と中空スクリュー１９は、支持部品２２，２３と、支持部品２２，２３と結合されたねじ山１７，２１とからなる複合部品である。

図２は、ハイドロフォーミングとも呼ばれる、高圧二次成形による中空スクリュー１９のねじ山２１の本発明による製造を示している。そのために薄壁の金属管２４が、ねじ山２１の雌型としての螺旋状ないし渦巻線状に延びる隆起部２６を内周面に有する、安定した管状の成形金型２５の中に挿入される。管材２４が両方の端面のところで固定用スタンプ２７により気密に密閉して閉止され、内側から液圧式に高圧で負荷される。それにより、管材２４が成形金型２５の渦巻線状の隆起部２６に圧着成形されて、ねじ山２１を与えられる。管材２４は二次成形のときの波形付けによって軸方向に若干短くなるので、固定用スタンプ２７が再度押圧される。二次成形の後、ねじ山２１を有することになった管材２４が固定用金型２７から回して引き出される。圧力負荷の終了後、管材は弾性的に少しだけ収縮しており、それにより、成形金型２５の中に緩やかに収まっているからである。

高圧二次成形の後、管材２４は図示しない射出成形金型に挿入され、プラスチックから射出成形により、すなわち一次成形法により、管状の支持部品２３が製作される。支持部品２３は、一次成形による製作と同時に、ねじ山２１を有する管材２４と結合されて、ボールねじ１８のねじ付き部品を形成する中空スクリュー１９となる。すなわち、ねじ付き部品を形成する中空スクリュー１９は、高圧二次成形により製作されたねじ山２１と、一次成形により製作された管状の支持部品２３とを有する複合部品である。

中空スクリュー１９のねじ山２１に準ずる方法で、中空スピンドル１６のねじ山１７も高圧二次成形によって製作することができる。このケースでは、ロッド状の成形金型が二次成形されるべき管材の内部にあり、螺旋状ないし渦巻線状の隆起部をねじ山１７の雌型として外側円周に有している（図示せず）。管材が外側から高圧で負荷され、そのために、耐圧性の管状のハウジングの中に配置される（図示せず）。ねじ山１７が成形されてから、プラスチックからなる管状の支持部品２２によって管材が押出被覆され、それにより、管状の支持部品２２と、支持部品２２と物質接合式に結合されたねじ山１７とを有する複合部品として、中空スピンドル１６が製作される。

図３から７は、機械式の二次成形により製作されるねじ山１７，２１を示している。図３は、ねじスピニングによるねじ山２１の製作を示している。そのために管材２４が、ねじ山２１の形状を備えた成形をする表面２９を有する、回転可能な成形金型２８の上に配置される。相補的な成形面３１を有する、反対向きに回転するスピニングローラ３０が外側から管材２１に対して押圧し、それによってねじ山２１が成形される。これと同様の仕方で、中空スピンドル１６のねじ山１７も製作される。ねじ山２１ないし１７の製造後、図示しない射出成形金型に管材２４が挿入され、支持部品２３ないし２２が射出成形によりプラスチックから製作され、これについては図２に関して説明したとおりである。この場合にも、ねじ付き部品すなわち中空スクリュー１９ないし中空スピンドル１６は、ねじ山２１，１７と管状の支持部品２３，２２とを有する複合部品として製造される。

図４は、ロータリースエージングによる薄壁の管材２４からのねじ山の製作を示している。そのために管材２４は、円周面が成形面としてねじ山１７ないし２１に対応する形状を有している成形金型３２の上にある。管材２４のほうを向く端面にねじ山１７ないし２１の雌型を有する、半径方向に可動のスエージングジョー３３が、ねじ山１７ないし２１を成形する。スエージングジョー３３は、管材２４ないしねじ山１７ないし２１の長さ全体にわたって延びていてよく、または、複数のステップでねじ山１７，２１を成形するために軸方向へ移動する。成形金型３２も管材２４とともに、スエージングジョー３３が開いたときにスエージングジョー３３に対して回転させることができ、それにより、スエージングジョー３３が段階的に円周方向に移動しながら管材２４に作用する。この場合にも、二次成形によるねじ山１７ないし２１の製作後、支持部品２２，２３が射出成形によりプラスチックから製作され、それにより、ねじ山１７，２１と支持部品２２，２３とからなる複合部品としてねじ付き部品が製造される。

図５は、ねじ立てによるねじ山２１の製作を示している。そのために、ねじ立てタップ３５がねじ込み式に、すなわち回転すると同時に軸方向に送られながら、管材２４へ挿入される。管材２４は薄壁なので、二次成形中には管状の成形金型３４によって支持されており、その内側円周は、ねじ山２１に対応する形状を有している。ねじ立てタップ３５は近似的に角錐台の形状を有しているが、エッジに代えて面取り部が存在しており、側辺は膨出している。図５ａは、ねじ立てタップ３５の断面を示している。ねじ立てタップ３５は、ねじ山２１を成形するために、ねじ山２１に対応する波形部３９を有している。中空スピンドル１６のねじ山１７も、同様の仕方でねじ立てにより製作することができる。この場合にも、ねじ山１７，２１の成形後に、支持部品２２，２３が射出成形によってプラスチックから製作される。

図６は中空スピンドル１６を示しており、そのねじ山１７は、当初は長方形の断面をもつ薄板帯材からロール成形により製作されている。ロール成形により、図６に示すように、薄板帯材が溝状の形材をなすように二次成形される。次いで、この薄板帯材がねじ山１７をなすように螺旋状ないし渦巻線状に二次成形され、図示しない射出成形金型の中で、プラスチックからなる管状の支持部品２２で押出被覆される。支持部品２２は、中空スピンドル１６のすべての実施形態と同じく、ロータ１３の永久磁石１５を収容するためのポケット４０を有している。

図７でも、平坦な長方形の断面をもつ薄板帯材からねじ山１７が製作されている。薄板帯材に、ねじ山１７を形成する溝状の凹部が刻設される。次いで、薄板帯材が管材をなすように螺旋状に曲げられ、このとき、図７に見られるように、それぞれの長手方向縁部が互いに当接する。薄板帯材のそれぞれの巻回部は、たとえばスポット溶接により、図７に示すように長手方向に延びる溶接継目３６によって、または薄板帯材の互いに突き合わされた長手方向縁部に沿う螺旋状の溶接継目によって（図示せず）、管材をなすように相互に結合され、次いで、この管材がプラスチックからなる支持部品２２で押出被覆される。

１６ ねじ付き部品
１７ ねじ山
１９ ねじ付き部品
２１ ねじ山
２２ 支持部品
２３ 支持部品

Claims (10)

1. 複合部品としてのねじ付き部品（１６，１９）を製造する方法であって、ねじ山（１７，２１）が二次成形により製作されて支持部品（２２，２３）と結合される、そのような方法において、前記支持部品（２２，２３）は一次成形により製作され、前記支持部品（２２，２３）の一次成形によって同時に前記支持部品（２２，２３）が前記ねじ山（１７，２１）と結合されることを特徴とする方法。
2. 前記支持部品（２２，２３）は管状であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ねじ山（１７，２１）は転動体（２０）のための回転軌道を有していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ねじ山（１７，２１）は高圧二次成形により管材（２４）から製作されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記ねじ山（１７，２１）は機械式の二次成形により管材（２４）から製作されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記ねじ山（１７，２１）は帯材から製作され、該帯材が前記ねじ山（１７，２１）のねじ形材をなすように、および螺旋をなすように二次成形されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. スピンドル（１６）と、スピンドル対応部材（１９）と、前記スピンドル（１６）および前記対応部材（１９）のねじ山（１７，２１）で転動する転動体（２０）とを備える転動体ねじ装置であって、前記スピンドル（１６）および／または前記対応部材（１９）は、二次成形により製作された前記ねじ山（１７，２１）と、前記ねじ山（１７，１９）と複合部材をなすように結合された管状の支持部品（２２，２３）とを有する複合部材として製作されている、そのような転動体ねじ装置において、前記支持部品（２２，２３）は一次成形により製作されており、一次成形によって同時に前記ねじ山（１７，２１）と結合されていることを特徴とする転動体ねじ装置。
8. 前記転動体ねじ装置（１８）は中空スピンドル（１６）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の転動体ねじ装置。
9. 電動モータ（１０）と、前記電動モータ（１０）の回転運動を直進運動に変換する転動体ねじ装置（１８）とを有するリニアアクチュエータであって、前記電動モータ（１０）は中空シャフトモータとして構成されており、その中空シャフトは前記転動体ねじ装置（１８）の中空スピンドル（１６）で形成されており、前記中空スピンドル（１６）および／または前記転動体ねじ装置（１８）の対応部材（１９）は、二次成形により製作されたねじ山（１７，２１）と、前記ねじ山（１７，２１）と複合部品をなすように結合された管状の支持部品（２２，２３）とを有する複合部品として製作されている、そのようなリニアアクチュエータにおいて、前記支持部品（２２，２３）は一次成形により製作されており、一次成形によって同時に前記ねじ山（１７，２１）と結合されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
10. 電動モータ（１０）と、前記電動モータ（１０）の回転運動を直進運動に変換する転動体ねじ装置（１８）とを有する電気機械式のブレーキ倍力装置であって、前記電動モータ（１０）は中空シャフトモータとして構成されており、その中空シャフトは前記転動体ねじ装置（１８）の中空スピンドル（１６）で形成されており、前記中空スピンドル（１６）および／または前記転動体ねじ装置（１８）の対応部材（１９）は、二次成形により製作されたねじ山（１７，２１）と、前記ねじ山（１７，２１）と複合部品をなすように結合された管状の支持部品（２２，２３）とを有する複合部品として製作されている、そのようなブレーキ倍力装置において、前記支持部品（２２，２３）は一次成形により製作されており、一次成形によって同時に前記ねじ山（１７，２１）と結合されていることを特徴とするブレーキ倍力装置。

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