JP4193530B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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- Y10T74/19698—Spiral
- Y10T74/19702—Screw and nut
- Y10T74/19744—Rolling element engaging thread
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動から直線運動又は直線運動から回転運動への運動変換を行なうボールねじ機構を備え、該ボールねじ機構を用いて操舵補助用モータの回転を舵取軸の直線運動に変換する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ等の回転駆動源の回転運動を直線運動に変換する、又は、直線運動を回転運動に変換するボールねじ機構が、種々の産業分野に用いられている。例えば、ステアリング操作に応じて駆動される操舵補助用モータを備える電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用モータによって軸回りに回転する筒形のボールナット内周に形成された雌ねじ溝と、ラック・ピニオン式舵取機構のラック軸（舵取軸）の外周に形成された雄ねじ溝とを、複数のボールを介して螺合させたボールねじ機構を用いて、操舵補助用モータの回転運動を、ラック軸の軸長方向への直線運動に変換している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２２１３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３にボールねじ機構の螺合部分の例を示す。符号１１はラック軸、符号１３はボールナットであり、ラック軸１１の外周に形成された雄ねじ溝１１ａとボールナット１３の内周に形成された雌ねじ溝１３ａとが、複数（図３では１個）のボール１４を介して螺合されている。雄ねじ溝１１ａ及び雌ねじ溝１３ａの断面のボール１４と接触する部分（接触部分）は、２つの単一Ｒ形状を組合せた複合Ｒ形状となっている。
【０００５】
複合Ｒ形状の場合、ボール１４と雄ねじ溝１１ａ及び雌ねじ溝１３ａとのすきまを詰めた場合、４点接触となり、スキューが発生するという問題がある。また、複合Ｒ形状を構成する２つ（左右）の単一Ｒ形状間に寸法誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ボールねじ機構のボール及びねじ溝間のスキューの発生を防止する、又は、ねじ溝の寸法誤差を低減することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助用モータによって軸回りに回転される回転筒の内周に形成された雌ねじ溝と、舵取軸の外周に形成された雄ねじ溝とを、複数のボールを介して螺合させたボールねじ機構を用いて、ステアリング操作に応じた操舵補助用モータの回転を舵取軸の軸長方向の移動に変換する電動パワーステアリング装置において、前記雌ねじ溝及び雄ねじ溝の断面の前記ボールと接触する部分は円弧状であり、前記雌ねじ溝の曲率は、前記雄ねじ溝の曲率より小さいことを特徴とする。
【０００８】
第１発明においては、ボールねじ機構の雌ねじ溝及び雄ねじ溝の断面の前記ボールと接触する部分は円弧状（単一Ｒ形状）であり、ボールと雄ねじ溝及び雌ねじ溝とのすきまを詰めた場合、２点接触となる。また、雌ねじ溝の曲率は、雄ねじ溝の曲率より小さい（雌ねじ溝の曲率半径は、雄ねじ溝の曲率半径よりも大きい）。曲率が小さい（曲率半径が大きい）ほど、ボールとねじ溝との接触面積が低下し、接触面圧が高くなる。雌ねじ溝の方が雄ねじ溝よりも曲率が小さい（曲率半径が大きい）ため、操舵補助用モータの回転力が与えられる駆動側の回転筒側の接触面圧が、舵取軸側の接触面圧よりも高くなり、駆動効率が向上する。
【０００９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明において、前記雌ねじ溝の曲率半径は、前記ボールの直径の５３．５〜８５％であり、前記雄ねじ溝の曲率半径は、前記ボールの直径の５２．５〜７５％であることを特徴とする。
【００１０】
第２発明においては、ボールねじ機構の回転筒内周の雌ねじ溝の曲率半径は、ボール直径の５３．５〜８５％であり、舵取軸外周の雄ねじ溝の曲率半径は、ボール直径の５２．５〜７５％である。ねじ溝の曲率半径をボール直径の５２．５％より大きくすることにより、ボールをねじ溝に余裕を持って嵌込むことが可能である。また、ねじ溝の曲率半径をボール直径の８５％より小さくすることにより、ボールとねじ溝との接触面圧を限界値以下に保つことが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１に、本発明に係る電動パワーステアリング装置のボールねじ機構部分の構成例を示す。ボールねじ機構１は、図示しない操舵補助用モータによって軸回りに回転する筒形のボールナット（回転筒）１２と、ラック・ピニオン式舵取機構のラック軸（舵取軸）１０とを有し、ボールナット１２の内周に形成された雌ねじ溝１２ａとラック軸１０の外周に螺旋状に形成された雄ねじ溝１０ａとを、複数のボール１４を介して螺合させている。
【００１２】
ボールねじ機構１のボールナット１２は、ボールナット１２を内輪とするボールベアリング２４により、ハウジング２２内部に回転自在に支持されている。また、ボールナット１２の外周には傘歯車３４が取付けられ、操舵補助用モータ（図示せず）によって回転される回転軸３０の先端部に取付けられた傘歯車３２と螺合されている。
【００１３】
回転軸３０が回転すると、傘歯車３２，３４で回転力が伝達され、ハウジング２２内のボールナット１２が軸回りに回転する。ボールナット１２が軸回りに回転すると、ボール１４はラック軸１０の雄ねじ溝１０ａとの係合を保って転動し、ボール１４との係合位置で雄ねじ溝１０ａに加わる作用力の軸長方向成分により、ラック軸１０は軸長方向に押圧される。操舵補助用モータの回転により、ラック軸１０が軸長方向に移動し、操舵補助が行なわれる。
【００１４】
図２にボールねじ機構１の螺合部分の例を示す。ラック軸１０外周の雄ねじ溝１０ａ及びボールナット１２内周の雌ねじ溝１２ａの断面のボール１４と接触する部分（接触部分）は、円弧形状（単一Ｒ形状）になっている。
【００１５】
雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａの接触部分が単一Ｒ形状であるため、ボール１４と雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａとのすきまを詰めた場合は２点接触となり、スキューが発生することを防止できる。また、単一Ｒ形状であるため、接触面の寸法誤差も少ない。
【００１６】
ただし、雄ねじ溝１０ａの曲率は、雌ねじ溝１２ａの曲率より大きい（雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２より小さい）。曲率半径が増加するにしたがって接触面積は小さくなり、接触面圧が増加するため、ｒ１よりｒ２の方が大きい場合、ラック軸１０側よりも、操舵補助用モータの回転力が与えられる駆動側のボールナット１２の方が接触面圧は高くなり、駆動効率が向上する。
【００１７】
また、ボール１４の直径Ｄに対して、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は、
０．５２５×Ｄ≦ｒ１≦０．７５×Ｄ
であり、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は、
０．５３５×Ｄ≦ｒ２≦０．８５×Ｄ
である。
【００１８】
ボール１４を雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａに嵌込むためには、曲率半径（ｒ１、ｒ２）は０．５×Ｄより大きい必要があり、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は０．５２５×Ｄ以上とし、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は、ｒ１よりも大きく０．５３５×Ｄ以上としている。
【００１９】
また、曲率半怪の増加にともなって接触面圧が増加するため、接触面圧の限界値を考慮して、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は０．８５×Ｄ以下とし、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は、ｒ２よりも小さく０．７５×Ｄ以下としている。
【００２０】
余裕を持ってボール１４を雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａに嵌込むために、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は０．６０×Ｄ以上であることが好ましく、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は０．６１×Ｄ以上であることが好ましい。
【００２１】
また、接触面圧の限界に対して余裕を持たせるために、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は０．７０×Ｄ以下であることが好ましく、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は０．７５×Ｄ以下であることが好ましい。
【００２２】
さらに、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１及び雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２をボール１４半径（Ｄ／２）より大きくすることにより、舵取軸１０の軸長方向の剛性であるスラスト剛性が低下し、操舵開始時にボールナット１２が回転せずに微小にスラスト移動することにより、操舵の開始をスムーズに行なうことが可能になる。
【００２３】
また、ハウジング２２の回転軸３０の反対側には、ボールベアリング２４と対向する位置にねじ孔が形成されている。また、ハウジング２２の回転軸３０側には、ボールベアリング２４との間に弾性体２６が挟まれている。前記ねじ孔のねじ２８を締めることにより、ボールベアリング２４は弾性体２６を押圧しながら回転軸３０側に移動する。また、ねじを緩めることにより、ボールベアリング２４は弾性体２６の復元力により回転軸３０から遠ざかる。
【００２４】
ボールベアリング２４と共にボールナット１２及び傘歯車３４も移動するため、ねじ２８により、回転軸３０の傘歯車３２とボールナット１２の傘歯車３４との距離を調整することが可能である。
【００２５】
傘歯車３２，３４間の隙間は、狭くしすぎると摩擦が増えて回転が悪くなり、広くしすぎるとバックラッシュが生じるなど、調整が困難であるが、本発明においては、ねじ２８で傘歯車３２，３４間の隙間を容易かつ細かく調整することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ボールねじ機構の雌ねじ溝及び雄ねじ溝のボールとの接触部分が円弧状（単一Ｒ形状）であるため、寸法誤差は少なく、また、２点接触となるため、スキューの発生を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置のボールねじ機構部分の構成例を示す図である。
【図２】ボールねじ機構の螺合部分の例を示す図である。
【図３】従来のボールねじ機構の螺合部分の例を示す図である。
【符号の説明】
１ ボールねじ機構
１０ ラック軸（舵取軸）
１０ａ 雄ねじ溝
１２ ボールナット（回転筒）
１２ａ 雌ねじ溝
１４ ボール
２２ ハウジング
２４ ボールベアリング
２６ 弾性体
２８ ねじ
３０ 回転軸
３２、３４ 傘歯車
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動から直線運動又は直線運動から回転運動への運動変換を行なうボールねじ機構を備え、該ボールねじ機構を用いて操舵補助用モータの回転を舵取軸の直線運動に変換する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ等の回転駆動源の回転運動を直線運動に変換する、又は、直線運動を回転運動に変換するボールねじ機構が、種々の産業分野に用いられている。例えば、ステアリング操作に応じて駆動される操舵補助用モータを備える電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用モータによって軸回りに回転する筒形のボールナット内周に形成された雌ねじ溝と、ラック・ピニオン式舵取機構のラック軸（舵取軸）の外周に形成された雄ねじ溝とを、複数のボールを介して螺合させたボールねじ機構を用いて、操舵補助用モータの回転運動を、ラック軸の軸長方向への直線運動に変換している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２２１３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３にボールねじ機構の螺合部分の例を示す。符号１１はラック軸、符号１３はボールナットであり、ラック軸１１の外周に形成された雄ねじ溝１１ａとボールナット１３の内周に形成された雌ねじ溝１３ａとが、複数（図３では１個）のボール１４を介して螺合されている。雄ねじ溝１１ａ及び雌ねじ溝１３ａの断面のボール１４と接触する部分（接触部分）は、２つの単一Ｒ形状を組合せた複合Ｒ形状となっている。
【０００５】
複合Ｒ形状の場合、ボール１４と雄ねじ溝１１ａ及び雌ねじ溝１３ａとのすきまを詰めた場合、４点接触となり、スキューが発生するという問題がある。また、複合Ｒ形状を構成する２つ（左右）の単一Ｒ形状間に寸法誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ボールねじ機構のボール及びねじ溝間のスキューの発生を防止する、又は、ねじ溝の寸法誤差を低減することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助用モータによって軸回りに回転される回転筒の内周に形成された雌ねじ溝と、舵取軸の外周に形成された雄ねじ溝とを、複数のボールを介して螺合させたボールねじ機構を用いて、ステアリング操作に応じた操舵補助用モータの回転を舵取軸の軸長方向の移動に変換する電動パワーステアリング装置において、前記雌ねじ溝及び雄ねじ溝の断面の前記ボールと接触する部分は円弧状であり、前記雌ねじ溝の曲率は、前記雄ねじ溝の曲率より小さいことを特徴とする。
【０００８】
第１発明においては、ボールねじ機構の雌ねじ溝及び雄ねじ溝の断面の前記ボールと接触する部分は円弧状（単一Ｒ形状）であり、ボールと雄ねじ溝及び雌ねじ溝とのすきまを詰めた場合、２点接触となる。また、雌ねじ溝の曲率は、雄ねじ溝の曲率より小さい（雌ねじ溝の曲率半径は、雄ねじ溝の曲率半径よりも大きい）。曲率が小さい（曲率半径が大きい）ほど、ボールとねじ溝との接触面積が低下し、接触面圧が高くなる。雌ねじ溝の方が雄ねじ溝よりも曲率が小さい（曲率半径が大きい）ため、操舵補助用モータの回転力が与えられる駆動側の回転筒側の接触面圧が、舵取軸側の接触面圧よりも高くなり、駆動効率が向上する。
【０００９】
第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明において、前記雌ねじ溝の曲率半径は、前記ボールの直径の５３．５〜８５％であり、前記雄ねじ溝の曲率半径は、前記ボールの直径の５２．５〜７５％であることを特徴とする。
【００１０】
第２発明においては、ボールねじ機構の回転筒内周の雌ねじ溝の曲率半径は、ボール直径の５３．５〜８５％であり、舵取軸外周の雄ねじ溝の曲率半径は、ボール直径の５２．５〜７５％である。ねじ溝の曲率半径をボール直径の５２．５％より大きくすることにより、ボールをねじ溝に余裕を持って嵌込むことが可能である。また、ねじ溝の曲率半径をボール直径の８５％より小さくすることにより、ボールとねじ溝との接触面圧を限界値以下に保つことが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１に、本発明に係る電動パワーステアリング装置のボールねじ機構部分の構成例を示す。ボールねじ機構１は、図示しない操舵補助用モータによって軸回りに回転する筒形のボールナット（回転筒）１２と、ラック・ピニオン式舵取機構のラック軸（舵取軸）１０とを有し、ボールナット１２の内周に形成された雌ねじ溝１２ａとラック軸１０の外周に螺旋状に形成された雄ねじ溝１０ａとを、複数のボール１４を介して螺合させている。
【００１２】
ボールねじ機構１のボールナット１２は、ボールナット１２を内輪とするボールベアリング２４により、ハウジング２２内部に回転自在に支持されている。また、ボールナット１２の外周には傘歯車３４が取付けられ、操舵補助用モータ（図示せず）によって回転される回転軸３０の先端部に取付けられた傘歯車３２と螺合されている。
【００１３】
回転軸３０が回転すると、傘歯車３２，３４で回転力が伝達され、ハウジング２２内のボールナット１２が軸回りに回転する。ボールナット１２が軸回りに回転すると、ボール１４はラック軸１０の雄ねじ溝１０ａとの係合を保って転動し、ボール１４との係合位置で雄ねじ溝１０ａに加わる作用力の軸長方向成分により、ラック軸１０は軸長方向に押圧される。操舵補助用モータの回転により、ラック軸１０が軸長方向に移動し、操舵補助が行なわれる。
【００１４】
図２にボールねじ機構１の螺合部分の例を示す。ラック軸１０外周の雄ねじ溝１０ａ及びボールナット１２内周の雌ねじ溝１２ａの断面のボール１４と接触する部分（接触部分）は、円弧形状（単一Ｒ形状）になっている。
【００１５】
雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａの接触部分が単一Ｒ形状であるため、ボール１４と雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａとのすきまを詰めた場合は２点接触となり、スキューが発生することを防止できる。また、単一Ｒ形状であるため、接触面の寸法誤差も少ない。
【００１６】
ただし、雄ねじ溝１０ａの曲率は、雌ねじ溝１２ａの曲率より大きい（雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２より小さい）。曲率半径が増加するにしたがって接触面積は小さくなり、接触面圧が増加するため、ｒ１よりｒ２の方が大きい場合、ラック軸１０側よりも、操舵補助用モータの回転力が与えられる駆動側のボールナット１２の方が接触面圧は高くなり、駆動効率が向上する。
【００１７】
また、ボール１４の直径Ｄに対して、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は、
０．５２５×Ｄ≦ｒ１≦０．７５×Ｄ
であり、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は、
０．５３５×Ｄ≦ｒ２≦０．８５×Ｄ
である。
【００１８】
ボール１４を雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａに嵌込むためには、曲率半径（ｒ１、ｒ２）は０．５×Ｄより大きい必要があり、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は０．５２５×Ｄ以上とし、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は、ｒ１よりも大きく０．５３５×Ｄ以上としている。
【００１９】
また、曲率半怪の増加にともなって接触面圧が増加するため、接触面圧の限界値を考慮して、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は０．８５×Ｄ以下とし、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は、ｒ２よりも小さく０．７５×Ｄ以下としている。
【００２０】
余裕を持ってボール１４を雄ねじ溝１０ａ及び雌ねじ溝１２ａに嵌込むために、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は０．６０×Ｄ以上であることが好ましく、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は０．６１×Ｄ以上であることが好ましい。
【００２１】
また、接触面圧の限界に対して余裕を持たせるために、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１は０．７０×Ｄ以下であることが好ましく、雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２は０．７５×Ｄ以下であることが好ましい。
【００２２】
さらに、雄ねじ溝１０ａの曲率半径ｒ１及び雌ねじ溝１２ａの曲率半径ｒ２をボール１４半径（Ｄ／２）より大きくすることにより、舵取軸１０の軸長方向の剛性であるスラスト剛性が低下し、操舵開始時にボールナット１２が回転せずに微小にスラスト移動することにより、操舵の開始をスムーズに行なうことが可能になる。
【００２３】
また、ハウジング２２の回転軸３０の反対側には、ボールベアリング２４と対向する位置にねじ孔が形成されている。また、ハウジング２２の回転軸３０側には、ボールベアリング２４との間に弾性体２６が挟まれている。前記ねじ孔のねじ２８を締めることにより、ボールベアリング２４は弾性体２６を押圧しながら回転軸３０側に移動する。また、ねじを緩めることにより、ボールベアリング２４は弾性体２６の復元力により回転軸３０から遠ざかる。
【００２４】
ボールベアリング２４と共にボールナット１２及び傘歯車３４も移動するため、ねじ２８により、回転軸３０の傘歯車３２とボールナット１２の傘歯車３４との距離を調整することが可能である。
【００２５】
傘歯車３２，３４間の隙間は、狭くしすぎると摩擦が増えて回転が悪くなり、広くしすぎるとバックラッシュが生じるなど、調整が困難であるが、本発明においては、ねじ２８で傘歯車３２，３４間の隙間を容易かつ細かく調整することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ボールねじ機構の雌ねじ溝及び雄ねじ溝のボールとの接触部分が円弧状（単一Ｒ形状）であるため、寸法誤差は少なく、また、２点接触となるため、スキューの発生を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置のボールねじ機構部分の構成例を示す図である。
【図２】ボールねじ機構の螺合部分の例を示す図である。
【図３】従来のボールねじ機構の螺合部分の例を示す図である。
【符号の説明】
１ ボールねじ機構
１０ ラック軸（舵取軸）
１０ａ 雄ねじ溝
１２ ボールナット（回転筒）
１２ａ 雌ねじ溝
１４ ボール
２２ ハウジング
２４ ボールベアリング
２６ 弾性体
２８ ねじ
３０ 回転軸
３２、３４ 傘歯車
Claims (2)
- 操舵補助用モータによって軸回りに回転される回転筒の内周に形成された雌ねじ溝と、舵取軸の外周に形成された雄ねじ溝とを、複数のボールを介して螺合させたボールねじ機構を用いて、ステアリング操作に応じた操舵補助用モータの回転を舵取軸の軸長方向の移動に変換する電動パワーステアリング装置において、
前記雌ねじ溝及び雄ねじ溝の断面の前記ボールと接触する部分は円弧状であり、前記雌ねじ溝の曲率は、前記雄ねじ溝の曲率より小さいことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記雌ねじ溝の曲率半径は、前記ボールの直径の５３．５〜８５％であり、前記雄ねじ溝の曲率半径は、前記ボールの直径の５２．５〜７５％である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 (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003071859A JP4193530B2 (ja) | 2003-03-17 | 2003-03-17 | 電動パワーステアリング装置 |
| DE102004012445A DE102004012445A1 (de) | 2003-03-17 | 2004-03-13 | Elektrische Servolenkvorrichtung |
| US10/800,715 US7281604B2 (en) | 2003-03-17 | 2004-03-16 | Electric power steering apparatus |
| FR0450526A FR2852568B1 (fr) | 2003-03-17 | 2004-03-16 | Dispositif de direction a alimentation electrique |
Applications Claiming Priority (1)
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