JP2017180543A

JP2017180543A - ボールねじ用ナット及び転舵装置

Info

Publication number: JP2017180543A
Application number: JP2016064677A
Authority: JP
Inventors: 亮太伊藤; Ryota Ito
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】加工性がよいボールねじ用ナットを提供する。【解決手段】ボールねじ用ナット（５０１）は、移動対象軸の螺旋溝に対応する螺旋溝（５２３）が内周面に形成され、両螺旋溝によって形成される転動路内を転動する転動用ボールを循環させるための循環孔（５１４）の一部が外周面に形成された内側部材（５１１）と、内側部材（５１１）に外嵌し、循環孔（５１４）の他の一部が内周面に形成された外側部材（５１２）とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、ボールねじ用ナット及び転舵装置に関する。

操舵装置の一つとして、モータでアシスト力を発揮させる電動パワーステアリングシステム（Electric Power Steering System：以下、「ＥＰＳ」という）が存在する。ＥＰＳでは、ボールねじ用ナットがラックバーに取り付けられており、例えば特許文献１に開示されている。ボールねじ用ナットの外周には、従動プーリが軸着され、アシスト用の電動式のモータの出力軸に軸着された駆動プーリと従動プーリとの間に伝達ベルトが掛け回されている。

特開２０１５−１０５７１０号公報

ところで、ボールねじ用ナットの製造容易性に鑑みると、ボールねじ用ナットは加工性がよいことが好ましい。

本発明は、加工性がよいボールねじ用ナット及び転舵装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明に係るボールねじ用ナットは、移動対象軸の外周面に形成された第１の螺旋溝に対応する第２の螺旋溝が内周面に形成され、前記第１の螺旋溝と前記第２の螺旋溝とによって形成される転動路内を転動する転動用ボールを循環させるための循環孔の一部が外周面に形成された内側部材と、前記内側部材に外嵌する外側部材であって、前記循環孔の他の一部が内周面に形成された外側部材とを備えている。

本構成により、加工性がよいボールねじ用ナットを提供することが可能となる。

また、かかる目的のもと、本発明に係る転舵装置は、外周面に第１の螺旋溝が形成されたラックバーと、前記第１の螺旋溝に沿って転動する転動用ボールと、前記転動用ボールを介して前記ラックバーに外嵌するボールねじ用ナットとを備え、前記ボールねじ用ナットは、前記第１の螺旋溝に対応する第２の螺旋溝が内周面に形成され、前記転動用ボールを循環させるための循環孔の一部が外周面に形成された内側部材と、前記内側部材に外嵌する外側部材であって、前記循環孔の他の一部が内周面に形成された外側部材とを備えている。

本発明によれば、加工性がよいボールねじ用ナットを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である。本発明の一実施形態に係る転舵力発生部周辺の構成の一例を示す斜視図である。図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。本発明の一実施形態に係るボールねじ用ナットの斜視図である。本発明の一実施形態に係るボールねじ用ナットの断面の斜視図である。本発明の一実施形態に係るボールねじ用ナットの断面図である。

本発明の一実施形態に係る操舵装置について、図１〜６を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る操舵装置の概略構成の一例を模式的に示す模式図である。図１に示すように、操舵装置１は、運転者による操舵操作を受け付ける操舵部１０、操舵部１０が受け付けた操舵操作に応じて車輪４００を転舵する転舵部（転舵装置）２０、及び制御部（図１において不図示）を備えている。なお、以下に説明する操舵装置１では、モータでアシスト力を発揮させる電動パワーステアリングシステム（以下、ＥＰＳという）を採用しているが、これは本実施形態を限定するものではなく、（１）操舵部１０と転舵部２０との間のトルク伝達経路を機械的に接続又は遮断することが可能であり、（２）前記トルク伝達経路が遮断された状態において、操舵部１０が受け付けた操舵操作に応じて車輪４００の転舵角を電気的に制御するステアバイワイヤ方式を採用してもよい。

（操舵部１０）
図１に示すように、操舵部１０は、操舵部材１０２、ステアリングシャフト１０４、第１の自在継手１０６、及び中間シャフト１０８を備えており、操舵部材１０２、ステアリングシャフト１０４、及び中間シャフト１０８は、互いにトルク伝達可能に接続されている。ここで、「トルク伝達可能に接続」とは、一方の部材の回転に伴い他方の部材の回転が生じるように接続されていることを指し、例えば、一方の部材と他方の部材とが一体的に成形されている場合、一方の部材に対して他方の部材が直接的又は間接的に固定されている場合、及び、一方の部材と他方の部材とが継手部材等を介して連動するよう接続されている場合を少なくとも含む。

本実施形態においては、ステアリングシャフト１０４の上端は、操舵部材１０２に固定され、操舵部材１０２と一体的に回転する。また、ステアリングシャフト１０４の下端と、中間シャフト１０８の上端とは、第１の自在継手１０６を介して互いに連動するように接続されている。

なお、「上端」とは、運転者の操舵操作に応じた操舵力の伝達経路において上流側の端部（すなわち、入力側の端部）のことを指し、「下端」とは、操舵力の伝達経路において下流側の端部（すなわち、出力側の端部）のことを指す（以下同様）。

また、操舵部材１０２の例として、図１に示すように、円環状のステアリングホイールを例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、運転者による操舵操作を受け付けることができるものであれば他の形状や機構を有するものであってもよい。

（転舵部２０）
転舵部２０は、操舵部１０が受け付けた運転者の操舵操作に応じて、車輪４００を転舵させるための構成である。

図１に示すように、転舵部２０は、第２の自在継手（自在継手）２０２、ピニオンシャフト（入力軸）２０４、ピニオンギヤ２０６、ラックバー（移動対象軸）２０８、タイロッド２１０、ナックルアーム２１２、及び転舵力発生部２２０を備えている。中間シャフト１０８、ピニオンシャフト２０４、及びピニオンギヤ２０６は、互いにトルク伝達可能に接続されている。

本実施形態では、ピニオンギヤ２０６は、ピニオンシャフト２０４の下端に固定され、ピニオンシャフト２０４と一体的に回転する。中間シャフト１０８の下端とピニオンシャフト２０４の上端とは、第２の自在継手２０２を介して互いに連動するように接続されている。

ラックバー２０８は、ピニオンギヤ２０６の回転に応じて車輪４００を転舵させるための構成であり、ラックバー２０８には、ピニオンギヤ２０６と噛み合うラック歯が形成されている。

上記のように構成された操舵装置１では、運転者が操舵部材１０２を介した操舵操作を行うと、ピニオンギヤ２０６が回転し、ラックバー２０８の軸方向に沿って、ラックバー２０８が変位する。これにより、ラックバー２０８の両端に設けられたタイロッド２１０、及び、タイロッド２１０に連結されたナックルアーム２１２を介して、車輪４００が転舵される。

なお、図１に示す例では、ピニオンシャフト２０４とラックバー２０８との間の操舵力の伝達をピニオンギヤ２０６及びラック歯によって行う構成を例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、ピニオンシャフト２０４とラックバー２０８との間の操舵力を伝達できるものであれば、他の構成であってもよい。

（転舵力発生部）
図２は、本発明の実施形態に係る転舵力発生部周辺の構成の一例を示す斜視図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。

図２及び図３に示すように、転舵力発生部２２０は、モータ３００、駆動プーリ３０３、従動プーリ３０４、ベルト３０５、変換機構３０６、第１のハウジング４０１、第２のハウジング４０２、第３のハウジング４０３、及び第４のハウジング４０４等を備えて構成されている。

モータ３００は、モータ本体３０１及び出力軸３０２を有している。駆動プーリ３０３は、出力軸３０２と一体的に回転するように設けられている。ベルト３０５は、駆動プーリ３０３と従動プーリ３０４とに巻き掛けられており、駆動プーリ３０３から従動プーリ３０４にトルクを伝達可能となっている。

従動プーリ３０４は、ボールねじ用ナット５０１に固定されている。したがって、駆動プーリ３０３から従動プーリ３０４に伝達されたトルクは、ボールねじ用ナット５０１に伝達される。

変換機構３０６は、従動プーリ３０４の回転運動をラックバー２０８の軸方向の直線運動に変換するための構成である。図３に例示した変換機構３０６では、螺旋溝５２３（第２の螺旋溝）が形成された内周面を有するナットであって、モータ３００が発生させるトルクによって回転駆動されるボールねじ用ナット５０１と、ラックバー２０８の外周面に形成され、ボールねじ用ナット５０１の螺旋溝５２３と同じピッチを有する螺旋溝３０９（第１の螺旋溝）と、ボールねじ用ナット５０１の螺旋溝５２３及びラックバー２０８の螺旋溝３０９によって挟持された複数の転動用ボール（不図示）とによって構成される所謂ボールねじ機構が採用されている。

ただし、変換機構３０６の具体的構成は上記の例に限定されるものではなく、従動プーリ３０４の回転運動をラックバー２０８の軸方向の直線運動に変換するものであれば他の構成であってもよい。

（制御部）
制御部５００は、運転者による操舵操作に応じて、モータ３００が発生させるトルクを制御するための構成を少なくとも有している。図２に示す例では、制御部５００は、モータ３００の出力軸側に配置されており、モータ本体３０１に含まれる。

また、制御部５００は、エンジンを制御するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）、及び、出力軸３０２の回転角を検出するためのレゾルバセンサー等を備えていてもよい。

なお、制御部５００がモータ３００の出力側と反対側に配置される構成としてもよい。

（ハウジング）
第１のハウジング４０１は、ラックバー２０８の一部、変換機構３０６の一部、及び従動プーリ３０４を収容する。第２のハウジング４０２は、第１のハウジング４０１に対して固定されており、出力軸３０２及び駆動プーリ３０３を収容する。第３のハウジング４０３は、第１のハウジング４０１に対して固定されており、ラックバー２０８の他の一部を収容する。第４のハウジング４０４は、モータ本体３０１とは反対側の出力軸３０２の端部を覆うようにして、第２のハウジング４０２に取り付けられるものである。

なお、第１のハウジング４０１、第２のハウジング４０２、及び第３のハウジング４０３の少なくとも一部は、一体的に形成されたものであってもよい。

（ボールねじ用ナット）
本実施形態に係るボールねじ用ナット５０１について、図４〜６を参照して説明する。図４は、ボールねじ用ナット５０１の斜視図であり、図５は、ボールねじ用ナット５０１の、ラックバー２０８に沿った（図４中のＡ１−Ａ１’線に沿った）断面を示す斜視図であり、図６は、ボールねじ用ナット５０１の、ラックバー２０８に垂直な（図４中のＡ２−Ａ２’線に沿った）断面での断面図である。

図４に示すように、ボールねじ用ナット５０１は、内側部材５１１と、当該内側部材５１１に外嵌する外側部材５１２とからなる。ボールねじ用ナット５０１の内側部材５１１には、ベアリング（軸受）５０２が外嵌している。このベアリング５０２は、内周側部材５０２−１と、外周側部材５０２−２とを有している。なお、一般的にボールねじ用ナットとベアリングとは別部材であるが、ベアリングを備えているボールねじ用ナットも本発明に含まれる。

図５に示すように、内側部材５１１は、筒形状を有しており、ナット本体５２１とフランジ５２２とを有している。ナット本体５２１は、ラックバー２０８の外周面に形成された螺旋溝３０９に対応する螺旋溝５２３が内周面に形成され、螺旋溝３０９と螺旋溝５２３とによって形成される転動路内を転動する転動用ボールを循環させるための循環孔５１４の一部をなす内側溝５２４が外周面に形成されている。フランジ５２２は、ベアリング５０２の内周側部材５０２−１の一方の側面がラックバー２０８の軸方向から当接する部材である。

一方、外側部材５１２は、筒形状を有しており、循環孔５１４の他の一部をなす外側溝５３１が内周面に形成されている。外側部材５１２は、ベアリング５０２の内周側部材５０２−１の他の一方の側面に当接している。これにより、ボールねじ用ナット５０１に対してベアリング５０２を好適に固定することができる。

外側部材５１２の形状に特に限定はないが、外側部材５１２は円筒状であることが好ましい。これにより、外側部材５１２の加工がより容易になる。

なお、図４に示すように、ボールねじ用ナット５０１は、必要に応じて、外側部材５１２を、ベアリング５０２の内周側部材５０２−１の他の一方の側面に当接した状態で固定するための固定用ナット５１３を備えていてもよい。これにより、外側部材５１２の内側部材５１１に対する嵌合をより強固なものにすることができる。

本実施形態に係るボールねじ用ナット５０１では、循環孔５１４を設けるために、内側部材５１１に内側溝５２４を形成し、外側部材５１２に外側溝５３１を形成すればよい。このため、ボールねじ用ナット５０１の加工は容易となる。このように、本実施形態では、加工性のよいボールねじ用ナット５０１が得られる。

また、ボールねじ用ナット５０１では、ベアリング５０２が内側部材５１１に外嵌するため、内側部材５１１と外側部材５１２とに分割されていない従来のボールねじ用ナットに比べて、ベアリング５０２の小径化を図ることができる。ベアリング５０２が小径化することにより、ベアリング５０２の軽量化が可能であると共に、パッケージングも容易になる。

（ボールねじ機構）
図６に示すように、内側部材５１１に外側部材５１２が外嵌することにより、内側部材５１１の内側溝５２４と、外側部材５１２の外側溝５３１とによって循環孔５１４が形成される。また、ラックバー２０８の螺旋溝３０９と、内側部材５１１の螺旋溝５２３とにより転動路が形成される。循環孔５１４及び転動路内に複数の転動ボールが転動自在に装填される。

転動ボールは、転動路の始点から終点までに行き着くと、循環孔５１４を通って始点へ戻され、転動路内を絶えず循環している。すなわち、転動ボールは、転動路内を移動しながら転動路の終点に至り、そこで転動路から掬い上げられて循環孔５１４の一方の端部に入る。循環孔５１４に入った転動ボールは、循環孔５１４内を通って循環孔５１４の他方の端部に達し、そこから転動路の始点に戻されるようになっている。

このようなボールねじ用ナット５０１では、転動ボールを介して螺合されているラックバー２０８とボールねじ用ナット５０１とを相対回転運動させると、転動ボールの転動を介してラックバー２０８とボールねじ用ナット５０１とが軸方向に相対移動するようになっている。

なお、本実施形態では、循環孔５１４が直線状である構成を示したが、本発明に係るボールねじ用ナット５０１はこれに限定されるわけではない。例えば、循環孔５１４は、螺旋状であってもよく、特に限定はない。

（デフレクタ）
ここで、本実施形態のボールねじ用ナット５０１における転動ボールの循環方式について説明する。本実施形態においては、転動ボールの循環方式として、デフレクタ方式を採用している。すなわち、転動ボールを転動路の終点から掬い上げて循環孔５１４の一端部に導くための第１のデフレクタと、転動ボールを循環孔５１４の他端部から転動路の始点に導くための第２のデフレクタとが、転動路の終点及び始点それぞれに設けられている。これらのデフレクタを組み付けるための組み付け孔５３２が外側部材５１２に形成されている。

なお、ボールねじ用ナット５０１を逆回転させた場合には、両デフレクタの機能も逆になる。すなわち、ボールねじ用ナット５０１を逆回転させた場合には、第１のデフレクタが、転動ボールを循環孔５１４の端部から転動路の始点に導く機能を果たし、第２のデフレクタが、転動ボールを転動路の終点から掬い上げて循環孔５１４の端部に導く機能を果たすこととなる。

なお、以上では、本実施形態に係るボールねじ用ナット５０１を、螺旋溝３０９が形成されたラックバー２０８に対して適用する構成を示したが、本発明に係るボールねじ用ナットはこれに限定されるわけではない。例えば、ラックバー２０８に螺旋溝が形成されていない構成とし、ラックバー２０８と一方のタイロッド２１０との間に、螺旋溝が形成された別体のねじ軸を取り付け、本発明に係るボールねじ用ナットをこのねじ軸の外周に取り付けてもよい。また、本発明に係るボールねじ用ナットは、他の移動対称軸に対しても適用可能である。

また、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１操舵装置
１０操舵部
２０転舵部
２０８ラックバー（移動対象軸）
３０９，５２３螺旋溝
５２１ナット本体
５２２フランジ
５０１ボールねじ用ナット
５０２ベアリング
５０２−１内周側部材
５０２−２外周側部材
５１１内側部材
５１２外側部材
５１３固定用ナット
５１４循環孔
５２４内側溝
５３１外側溝

Claims

移動対象軸の外周面に形成された第１の螺旋溝に対応する第２の螺旋溝が内周面に形成され、前記第１の螺旋溝と前記第２の螺旋溝とによって形成される転動路内を転動する転動用ボールを循環させるための循環孔の一部が外周面に形成された内側部材と、
前記内側部材に外嵌する外側部材であって、前記循環孔の他の一部が内周面に形成された外側部材と
を備えているボールねじ用ナット。
前記外側部材は、円筒状である請求項１に記載のボールねじ用ナット。
前記内側部材に外嵌する軸受を備えている請求項１又は２に記載のボールねじ用ナット。
前記内側部材には、前記軸受の内周側部材の一方の側面が前記移動対象軸の軸方向から当接するフランジが形成されており、
前記外側部材は、前記軸受の内周側部材の他の一方の側面に当接する請求項３に記載のボールねじ用ナット。
前記外側部材を、前記軸受の内周側部材の前記他の一方の側面に当接した状態で固定するための固定用ナットを更に備えている請求項４に記載のボールねじ用ナット。
前記外側部材には、前記転動用ボールを前記循環孔に導くためのデフレクタを組み付けるための組み付け孔が形成されている請求項１から５の何れか１項に記載のボールねじ用ナット。
外周面に第１の螺旋溝が形成されたラックバーと、前記第１の螺旋溝に沿って転動する転動用ボールと、前記転動用ボールを介して前記ラックバーに外嵌するボールねじ用ナットとを備え、
前記ボールねじ用ナットは、
前記第１の螺旋溝に対応する第２の螺旋溝が内周面に形成され、前記転動用ボールを循環させるための循環孔の一部が外周面に形成された内側部材と、
前記内側部材に外嵌する外側部材であって、前記循環孔の他の一部が内周面に形成された外側部材と
を備えていることを特徴とする転舵装置。