JP4875321B2 - ボールねじ機構 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ機構に関するものである。ボールねじ機構は、回転／並進機構であり、回転運動を並進運動に変換する、又はその逆を行う。この種のボールねじ機構は、自動車分野で、例えばラック・アンド・ピニオン操蛇システム用の操蛇支援の部品としてますます使用されてもいる。この場合、電動駆動装置が装備され、このモータで駆動されるボールねじ機構がラックの並進運動を支援する。

例えば、ＤＥ １０２ ５８ ８２６ Ａ１は、回転体ねじ機構を備えた駆動装置を開示しており、この駆動装置のハウジングは、回転軸に対して横向きに２つのハウジング部分に分割されており、このハウジングの中に中空ロータが配置されており、回転取り付け台によって回転可能に取り付けられている。回転体ねじ機構のボール・ローリング・スピンドルがロータに通されている。回転取り付け台は、ハウジングに設けられている。転がり軸受けの外輪には、その内周面に、２つのボール溝が設けられている。同様に、ボール溝は、スピンドル・ナットに形成されている。ボールは、スピンドル・ナット及び外輪のボール溝を転がる。この種の駆動装置では、スピンドル・ナットの回転取り付け台が大きな軸方向の力を伝達する。このために、転がり軸受けの外輪を軸方向のずれに対して固定しなければならない。このケースでは、これは構造的な手段によって行われ、軸方向円板（ディスク）が一方の端面において外輪の端面及びハウジングのハウジング壁端面の両方を支え、他方の端面において同じようにハウジングに支持されている支持スリーブを支える。このボールねじ機構をハウジングに取り付けることは、結局、非常に複雑なことである。

本発明の目的は、請求項１の前文の特徴によるボールねじ機構であって取り付けが簡単なものを具体化することである。

この目的は、本発明によれば、外輪がスピンドル・ナットを囲むリングを有し、前記リングの内周面にベアリング滑走面が形成されており、径方向フランジがこのリングに付加されており、この径方向フランジは、ハウジングに固定することができる、ということで達成されている。本発明によるボールねじ機構では、軸方向に固定するために必要な部品数がかなり少なくなる。本発明によれば、外輪を望み通りに、軸方向に確実に固定するのに、たった一つの部品で十分である。

好ましくは、外輪は、縦断面を見ると、Ｌ字形状の形態を有しており、径方向フランジがリングの軸方向端部に隣接している。径方向フランジ及びリングは、互いに溶接されていてもよい。もっとも、径方向フランジが一部品になるようにリングに一体に形成されていれば、好都合かつ有益である。これは、成形法、特に、シートメタル部品の深絞り成形で経済的に行うことができる。径方向フランジは、軸方向においてベアリング滑走面に対してずれるように配置することが好ましい。このことにより、径方向フランジを軸方向において駆動輪に隣接するように配置しても、それにも拘わらず、外輪のリングをそのベアリング滑走面が駆動輪内にある状態に配置できる、という利点をもたらすことができる。例えば、ボールねじ機構が牽引機構、例えば駆動輪を構成する歯付き円板の周りに輪を作って巻かれた歯付きベルトによって駆動されていれば、それによって駆動輪に導入された牽引機構の力の径方向成分を、駆動輪及び外輪のリングを入れ子式に配置したために、大きなてこの力なしで導入できる。傾けようとするモーメントは著しく小さくなる。ベアリング滑走面は、牽引機構から力の径方向成分と同じ面に配置することが好ましい。この場合、傾けようとするモーメントは全く生じない。

本発明による別の特徴では、径方向フランジの外径が駆動輪の外径より大きい。例えば、ハウジングがスピンドル軸に対して横向きに分割されていて、駆動輪を入れられるように設けられた直径の開口部を有する場合、径方向フランジは、端面において端部でハウジングのフランジに当たるような寸法にすることができる。次に、例えば、他方のハウジング半部を所定位置に配置でき、径方向フランジの上記端部をさらにこれら２つのハウジング半部の間でクランプ締めすることができる。このことは、一方で、外輪が、そしてそれ故にスピンドル・ナットも、軸方向に満足に固定されることを保証する。このことは、特に、転がり軸受けが、ボールが外輪及びスピンドル・ナットのボール溝を転がる溝付きボール軸受けによって形成されている場合にそうなる。しかしながら、さらに、この配置は、径方向フランジの、径方向内側へハウジングの開口部の中へと突出する領域は支持されないことを保証する。この構造的な配置は、径方向フランジが弾性変形可能に設計されている限りにおいて付加的に利用できる。これは、外輪がスピンドル軸に対して傾くように動くことがその場合に可能だからである。傾くような動きは、例えば、ボール・ローリング・スピンドルが転がり軸受けに対して反るのを防ぐ。このような反りは、転がり軸受けの故障につながりうる。このような傾くような動きは、しかしながら、熱膨脹の補償をも行いうる。例えば、本発明によるボールねじ機構を自動車のラック・アンド・ピニオン操舵システム用の操舵支援器に用いた場合、この種の操舵支援器は、容易に１００度の温度差に達しうる著しい温度の変動に晒される。本発明によれば、このような温度差が起こった場合に生じる熱膨脹は、別途部品を必要とすることなく、適切に変形できるように設計した径方向フランジを用いて十分に補償できる。

固体伝搬音の伝達は、自動車のドライバーが騒々しいと感じる騒音の発生につながりうる。騒音源は、例えばボールねじ機構であることがある。本発明を発展させたものでは、径方向フランジが、固体伝搬音を遮断する部材を間に配置してハウジングに固定され、径方向フランジ及びハウジングの間で金属接触がない。例えば、径方向フランジに孔を設け、この孔に固体伝搬音を遮断する部材を詰めるように配置してもよい。この固体伝搬音を遮断する部材は、径方向フランジの両側の端面で突出していてもよい。この場合、径方向フランジを前述したように２つの部品の間にクランプ締めすると、これらの２つの部品、例えばハウジング半部、に当たるのが径方向フランジの端面ではなく、その代わりに固体伝搬音を遮断する部材の突出領域になる。これにより、一方で、径方向フランジが十分に固定されることが保証され、そして同時に、径方向フランジ及びハウジングの間で直接に金属が接触することが防止される。

本発明は、合わせて５つの図に描いた３つの典型的な実施形態によって以下により詳細に説明してある。

本発明によるボールねじ機構では、図１及び２に示すように、スピンドル・ナット１が、回転可能に、ボール・ローリング・スピンドル２にボール３を介して取り付けられている。ボール３は、公知の方法で無限ボール・チャネル４の中を転がる。ボール３は、スピンドル・ナット１及びボール・ローリング・スピンドル２のボール溝５、６を転がる。

スピンドル・ナット１は、ハウジング８に、転がり軸受け７を介して、軸方向及び径方向に取り付けられている。ハウジング８は、図１においてわずかしか示されていない。このハウジング８は、ボールねじ機構全体を囲んでおり、このことは、他の典型的な実施形態においてさらに後述されている。

転がり軸受け７は、外輪９を備えており、この外輪９は、スピンドル・ナット１を囲んでいる。外輪９及びスピンドル・ナット１の互いに向き合う周面にベアリング滑走（ランニング）面１０，１１が設けられており、このケースでは、このベアリング滑走面１０、１１が、スピンドル・ナット１及び外輪９に、一部品になるように一体に形成されたボール溝１２，１３として設計されている。転がり軸受け７は、結局、溝付き玉軸受け１４を形成している。

外輪９は、縦断面に見られるように、ほぼＬ字形状の構造をしている。外輪９はリング１５を備えており、このリング１５は、スピンドル・ナット１を囲み、かつ、スピンドル軸に同軸に配置されている。さらに、外輪９は径方向フランジ１６を備えており、この径方向フランジ１６は、径方向外方へ、基本的にはスピンドル軸を横切るように延びている。リング及び径方向フランジは、一つの部品になるように互いに連結されている。外輪９は、シートメタルから深絞り成形法によって形成されている。径方向フランジ１６は、外周にわたって分散するように配置された複数のねじ孔１７と、ハウジング８の中で外輪９の回転位置を満足に設定するための凹形状間隙部１８を有する。ねじ孔１７は、径方向フランジ１６の径方向外側端部１９に配置されている。ハウジング８には、ここではこれ以上描かれてはいないが、通し口が設けられている。この通し口は、径方向フランジ１６をハウジング８にねじ留めするために、これも同様に描かれていないねじを通すためのものである。これにより、溝付き玉軸受け１４、そしてそれ故にスピンドル・ナット１が、軸方向及び径方向にハウジング８に確実に取り付けられる。

駆動輪２０が回転に関して固定されてスピンドル・ナット１に配置されている。この駆動輪２０は、ここでは、歯付きベルト・ディスク２１で形成されている。ここでは描かれていないが、歯付きベルト・ディスク２１には、周りに歯付きベルトが輪にして巻かれている。この歯付きベルトは、スピンドル・ナット１を駆動するために設けられている。

図３は、自動車のラック・アンド・ピニオン操舵（ステアリング）装置用の操舵支援器を示している。ラック２２は、ボール・ローリング・スピンドル２の軸方向延長部分に設計されている。前述したボールねじ機構は、ボール・ローリング・スピンドル２に配置されている。

図４に描いた、本発明によるボールねじ機構は、図１から３に記載のボールねじ機構と、改造した外輪２３、溝付き玉軸受け１４の異なる配置、及び改造した駆動輪２４を使用している点で異なっている。

駆動輪２４は、駆動リム２５を備えており、この駆動リム２５の周りには、ここで描かれていない歯付きベルトが輪にして巻かれている。この駆動リム２５は、フランジ２７を介して駆動ハブ２６に接続されている。駆動ハブ２６は、回転に関して固定してスピンドル・ナット１に配置されている。駆動ハブ２６及び駆動リム２５は、一方の軸方向において互いに同一平面にある。駆動リム２５は、他方の軸方向に向けて駆動ハブ２６より著しく突出している。溝付き玉軸受け１４は、この突出領域内に配置されている。

外輪２３は、シートメタルから深絞り成形法によって製造されており、縦断面を見ると、同じようにＬ字形状を有している。径方向フランジ２８がハウジング８に固定されている。径方向フランジ２８に一部品になるように一体に形成されているリング２９がスピンドル・ナット１を囲んでおり、リング２９の内周面には、ボール溝１２が設けられている。径方向フランジ２８は、その径方向外側端部３０で、ハウジング８の２つのハウジング半部の間にクランプ締めされている。これにより、溝付き玉軸受け１４、そしてそれ故にスピンドル・ナット１が軸方向及び径方向に確実に固定される。図４から、ハウジング半部がクランプ締め面３１、３２を有し、このクランプ締め面３１、３２の間に端部３０がクランプ締めされることが分かる。ここでは、径方向フランジ２８が、例えば熱膨張を径方向フランジ２８の対応する弾性たわみで確実に補償できるように、十分弾性的に変形できる。

図４からさらに、径方向フランジ２８の外径が駆動輪２４の外径よりも大きいことが分かる。このことは、都合のよいことに、径方向フランジ２８がその端部３０でハウジング８のハウジング半部におけるクランプ締め面３２に当たるまで、ボールねじ機構を一方のハウジング半部に挿入可能にする。ハウジング８の第２のハウジング半部は、その後に所定位置に配置し、クランプ締め面３１を径方向フランジ２８の端部３０に押し付けることができる。

図５に描いた、本発明によるボールねじ機構は、図４のボールねじ機構と、外輪２３及びハウジング８の間が直接に金属接触することを構造的手段によって回避したという点でのみ異なっている。このことは、ここでは、固体伝搬音を遮断する部材３３を径方向フランジ２８に複数箇所固定することによって行っている。複数箇所は、径方向フランジ２８の周囲に分散し、ハウジング８のハウジング半部におけるクランプ締め面３１、３２に当たるように配置されている。固体伝搬音を遮断する部材３３は、ここでは、ゴム製インサート３４から形成されており、このゴム製インサート３４は、径方向フランジ２８の孔３５に挿入されている。径方向フランジ２８がクランプ締めされていないとき、これらのゴム製インサート３４は、径方向フランジ２８の両端面において径方向フランジ２８から突出する。これらゴム製インサート３４が軸方向において金属が直接接触するのを防ぐ一方、ゴム製リング３６は、径方向フランジ２８がハウジング８と直接に金属接触しないことを径方向において保証する。ゴム製リング３６は、ハウジング８の環状溝３７に入れられている。径方向フランジ２８は、その周面でこのゴム製リング３６に当たる。

図４及び５に描いた、本発明による２つのボールねじ機構は、不図示のベルトから駆動輪２４に伝えられる力の径方向成分の作用面が溝付き玉軸受け１４からほんのわずかしか軸方向に離れていないという利点を有する。このことは、溝付き玉軸受け１４に作用する、傾けようとするモーメントが小さくなることを意味する。傾けようとするモーメントを小さくすることは、本発明により設計した溝付き玉軸受け１４の外輪２３によって可能になる。

図１は、本発明によるボールねじ機構の縦断面を示している。 図２は、図１によるボールねじ機構の軸方向平面図を示している。 図３は、図１に示したような、本発明によるボールねじ機構を備えた、自動車のラック・アンド・ピニオン操舵システム用の操舵支援器を示している。 図４は、本発明による別のボールねじ機構における一部の縦断面を示している。 図５は、本発明によるボールねじ機構における別の一部の縦断面を示している。

符号の説明

１ クランプ締めナット
２ ボール・ローリング・スピンドル
３ ボール
４ ボール・チャネル
５ ボール溝
６ ボール溝
７ 転がり軸受け
８ ハウジング
９ 外輪
１０ ベアリング滑走面
１１ ベアリング滑走面
１２ ボール溝
１３ ボール溝
１４ 溝付き玉軸受け
１４ａ ボール
１５ リング
１６ 径方向フランジ
１７ ねじ孔
１８ 間隙部
１９ 端部
２０ 駆動輪
２１ 歯付きベルト・ディスク
２２ ラック
２３ 外輪
２４ 駆動輪
２５ 駆動リム
２６ 駆動ハブ
２７ フランジ
２８ 径方向フランジ
２９ リング
３０ 端部
３１ クランプ締め面
３２ クランプ締め面
３３ 固体伝搬音遮断部材
３４ ゴム製インサート
３５ 孔
３６ ゴム製リング
３７ 環状溝

Claims (10)

1. スピンドル・ナット（１）及び駆動輪（２４）を有し、
   前記スピンドル・ナット（１）がボール・ローリング・スピンドル（２）に回転可能に配置され、
   前記スピンドル・ナット（１）と前記ボール・ローリング・スピンドル（２）の間でボール（３）がボール溝（４、５）を転がり、
   前記駆動輪（２４）が、前記スピンドル・ナット（１）を駆動するために、回転に関して固定して前記スピンドル・ナット（１）に連結され、
   前記スピンドル・ナット（１）が、転がり軸受け（７）によってハウジング（８）に取り付けられることができ、
   前記軸受けが、前記ハウジング（８）に固定可能な外輪（２３）を有するボールねじ機構であって、
   前記外輪（２３）が、
   前記スピンドル・ナット（１）を囲み且つ内周面にベアリング滑走面（１０）が形成されたリング（２９）と、
   前記リング（２９）に隣接し且つ前記ハウジング（８）に固定可能である径方向フランジ（２８）と、
   を有し、
   前記駆動輪（２４）が、回転に関して固定して前記スピンドル・ナット（１）に配置された駆動ハブ（２６）と、フランジ（２７）を介して前記駆動ハブ（２６）に接続された駆動リム（２５）とを有し、
   前記駆動リム（２５）が、一方の軸方向端部に前記駆動ハブ（２６）よりも軸方向に突出した領域を有し、
   前記ベアリング滑走面（１０）が、前記駆動リム（２５）の前記軸方向に突出した領域内に配置されることを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記外輪（２３）が、縦断面で見るとＬ字形状の形態を有し、前記径方向フランジ（２８）が、前記リング（２９）の軸方向端部に隣接している、請求項１に記載のボールねじ機構。
3. 前記径方向フランジ（２８）が、一部品となるように前記リング（２９）上に一体に形成されている、請求項１に記載のボールねじ機構。
4. 前記外輪（２３）が、シートメタルから深絞り成形によって形成されている、請求項１に記載のボールねじ機構。
5. 前記径方向フランジ（２８）が、前記ベアリング滑走面（１０）に対して軸方向にずれるように配置されている、請求項１に記載のボールねじ機構。
6. 前記駆動輪（２４）に作用している力が、前記ベアリング滑走面（１０）と同一平面にある、請求項１に記載のボールねじ機構。
7. 前記スピンドル・ナット（１）の外周面にベアリング滑走面（１１）が設けられ、前記ベアリング滑走面（１１）が、一部品になるように一体に形成され、且つ前記外輪（２３）のベアリング滑走面（１０）と協同し、前記ベアリング滑走面（１０、１１）を転がる回転体が間に配置されている、請求項１に記載のボールねじ機構。
8. 前記径方向フランジ（２８）が、前記駆動輪（２４）の外径よりも大きい外径を有する、請求項１に記載のボールねじ機構。
9. 前記径方向フランジ（２８）の端部（３０）がクランプ締めされている状態で、前記外輪（２３）のスピンドル軸回りに傾こうとする動きが可能であるように、前記径方向フランジ（２８）が弾性的に変形可能に設計されている、請求項１に記載のボールねじ機構。
10. 前記径方向フランジ（２８）が、固体伝搬音を遮断する部材（３３）を間に配置し、前記径方向フランジ（２８）と前記ハウジング（８）の間で金属が接触しない状態で、前記ハウジング（８）に固定することができる、請求項１に記載のボールねじ機構。

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