JP6365702B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、ボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus provided with a ball screw mechanism.
車両のラックピニオン式ステアリング装置では、ステアリングホイールを操舵したときの操舵回転力がピニオン軸に伝達され、このピニオン軸に噛合するラックアンドピニオンギアによりラック軸の直線運動に変換され、この直線運動がラック軸の両端に連結されたタイロッドを介して転舵輪に伝達され、転舵輪が転舵される。
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。
In a rack and pinion type steering device of a vehicle, a steering rotational force when a steering wheel is steered is transmitted to a pinion shaft, and is converted into a linear motion of the rack shaft by a rack and pinion gear meshing with the pinion shaft. It is transmitted to the steered wheels via tie rods connected to both ends of the rack shaft, and the steered wheels are steered.
By connecting the rack shaft to a ball screw mechanism driven by an electric motor, a rack assist type electric power steering device (EPS) can be configured. The rack assist type electric power steering device is referred to as a rack assist type EPS.
ラックアシスト式EPSのボールねじ機構において、何らかの異常が発生すると車両の操舵が不能になるおそれがあるため、いかなる場合にもロックしない信頼性が必要となる。また、ボールねじ機構で生じた振動や音は、ラック軸及び操舵軸を介してステアリングホイールへと伝達されるため、ドライバーに不快感を与えるおそれがある。そのため、ラックアシスト式EPSは、作動性、静音性に対する要求が高い。 In the rack assist type EPS ball screw mechanism, if any abnormality occurs, the vehicle may not be able to be steered. Therefore, reliability that does not lock in any case is required. In addition, vibration and sound generated by the ball screw mechanism are transmitted to the steering wheel via the rack shaft and the steering shaft, which may cause discomfort to the driver. Therefore, the rack assist type EPS has a high demand for operability and quietness.
特に、駆動モータをラック軸に対しオフセットさせ、ベルト減速機などの減速機構でボールねじ機構へ動力伝達を行う方式の電動パワーステアリング装置(以下、オフセット・ラックアシスト式EPSと称する)では、車載性を確保するために、ボールねじ機構を車両外側にレイアウトする場合が多く、ラック軸のラジアル荷重をボールねじ機構が受けるため、ボールねじ機構からの異音が発生しやすいという問題があった。 In particular, in an electric power steering device (hereinafter referred to as offset / rack assist type EPS) of a system in which a drive motor is offset with respect to a rack shaft and power is transmitted to a ball screw mechanism by a speed reduction mechanism such as a belt speed reducer. Therefore, the ball screw mechanism is often laid out on the outside of the vehicle, and the radial load of the rack shaft is received by the ball screw mechanism, so that there is a problem that noise from the ball screw mechanism is likely to occur.
例えば、こま式ボールねじにおいて、ナット1回転に1位相で循環部分が存在する単列サーキットを、位相をずらして複数巻き配列し構成する。この場合、ナット最端に位置するサーキットの特定位相(循環部分の位相)では、ボールねじ機構のモーメント剛性が低くなり、ナット位相によってモーメント剛性が変化することになる。その結果、ボールねじ機構の駆動に伴ってラック軸が撓み、異音が発生する。
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)。
For example, in a top-type ball screw, a single row circuit in which a circulating portion exists in one phase per rotation of a nut is arranged by arranging a plurality of windings while shifting the phase. In this case, the moment stiffness of the ball screw mechanism becomes low at a specific phase of the circuit located at the end of the nut (phase of the circulating portion), and the moment stiffness changes depending on the nut phase. As a result, the rack shaft bends as the ball screw mechanism is driven, and abnormal noise is generated.
As an offset / rack-assist type EPS that solves such a problem, a device is known in which one circuit of an external deflector type ball screw is arranged in a double row and the moment rigidity of the ball screw is designed not to depend on the nut phase ( For example, Patent Document 1).
また、作動性、静音性を有するラックアシスト式EPSを得るために、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、このねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を有してねじ軸に遊嵌されるナットと、両ねじ溝間と転動体戻し通路とを連通させる転動体循環路を有してナットの両端面に配置される循環部材とを備えたボールねじ機構において、転動体をねじの螺旋軌道の接線方向に転動体をすくい上げることで、転動体の循環を円滑に行う循環部材を備えた装置(例えば、特許文献2)と、転動体との衝突音を低減するために、循環部材を高分子材料などの樹脂材料とする装置(例えば、特許文献3)などが知られている。 In addition, in order to obtain a rack assist type EPS having operability and quietness, a screw shaft having a spiral thread groove on the outer peripheral surface, and a thread groove corresponding to the screw groove on the inner peripheral surface, the axial direction A rolling element return passage that penetrates the screw shaft, and a nut that is loosely fitted to the screw shaft, and a rolling element circulation path that communicates between both screw grooves and the rolling element return passage, and is disposed on both end faces of the nut. In a ball screw mechanism including a circulation member, an apparatus including a circulation member that smoothly circulates the rolling element by scooping up the rolling element in a tangential direction of the spiral path of the screw (for example, Patent Document 2). In order to reduce the collision noise with the rolling elements, an apparatus using a circulating member as a resin material such as a polymer material (for example, Patent Document 3) is known.
ここで、オフセット・ラックアシスト式EPSのボールねじ機構は、多くの場合、エンジンルーム内のエンジンや、排気管、トランスミッション等の熱源の近傍に搭載され、雰囲気温度が−40℃から120℃以上に達する環境で使用されるとともに、ボールねじ機構の循環部品には、操舵に伴い転動体が連続的に衝突を繰り返す。
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。
Here, the ball screw mechanism of the offset / rack assist EPS is often mounted in the vicinity of a heat source such as an engine in an engine room, an exhaust pipe, a transmission, etc., and the ambient temperature is increased from −40 ° C. to 120 ° C. or more. The rolling element continuously collides with the circulating parts of the ball screw mechanism as it is steered.
Under such conditions, when the circulating component made of the resin material of Patent Document 3 is used, the impact strength of the resin material is reduced in a low-temperature atmosphere, and cracks and the like are likely to occur due to collision with the rolling elements, and the circulating component is damaged. The possibility of is increased. Moreover, when the circulation component which consists of a resin material of patent document 3 is used in a high temperature atmosphere, there exists a possibility that the malfunction of a scooping part etc. may arise, the tensile strength of a resin material falls.
そこで、低温雰囲気、或いは高温雰囲気であっても使用可能なボールねじ機構の循環部品として、ガラス繊維や炭素繊維を充填した強化樹脂からなるものが提案されている(例えば、特許文献4)。
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。
Then, what consists of reinforced resin with which glass fiber or carbon fiber was filled is proposed as a circulation part of the ball screw mechanism which can be used even in a low temperature atmosphere or a high temperature atmosphere (for example, patent document 4).
However, if the surface of the circulated part made of reinforced resin is worn due to continuous collision with the rolling element, the filled fiber may be exposed on the surface of the circulated part and cause damage to the rolling element. In addition, there is a risk that abnormal sound and malfunction may be caused by the fallen fibers being bitten.
本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、異音及び作動不良が防止されて信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and an object thereof is to provide a highly reliable electric power steering device in which abnormal noise and malfunction are prevented.
上記目的を達成するために、一の実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、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、一対の転動体案内側板部及び前記一対の転動体案内側板部を連結する連結板部を備え、前記連結板部に前記ねじ軸の前記ねじ溝内に非接触状態で挿入されて前記転動体を掬い取るタング部が形成されており、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とともに、前記転動体循環部材は、125℃の雰囲気温度中で使用される場合において、ポリアミド46で形成されている。 In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to an embodiment includes a screw shaft having a thread groove formed on an outer peripheral surface and a screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft formed on an inner peripheral surface. In addition, a nut formed with a rolling element return passage penetrating in the axial direction, a spiral track formed by the thread groove of the screw shaft and the thread groove of the nut, and a large number of members interposed in the rolling element return path A rolling plate , a pair of rolling element guide side plates, and a connecting plate portion that connects the pair of rolling element guide side plates, and is inserted into the threaded groove of the screw shaft in a non-contact state on the connecting plate portion. A tongue portion for scooping up the rolling element is formed, and the rolling element is scooped up from one end of the spiral track in the tangential direction of the spiral track and guided to the rolling element return passage and from the rolling element return passage to the spiral. Guide to the other end of the track A ball screw mechanism having a rolling element circulation member that forms a rolling element circulation track, wherein the screw shaft of the ball screw mechanism is coupled to a rack shaft that is screwed to a pinion shaft that constitutes a steering mechanism, and the nut In the electric power steering apparatus, the rolling element circulation track includes a first straight line extending in a tangential direction of the spiral track from the scooping point on the spiral track, and the rolling element return path. And a curve connecting the first and second lines, and the radius of the curve is set to 50% or more and 90% or less of the diameter of the rolling element. At the same time, the rolling element circulating member is formed of polyamide 46 when used in an atmospheric temperature of 125 ° C.
また、一の実施形態に係る発明は、請求項1記載の電動パワーステアリング装置において、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。 According to an embodiment of the present invention, in the electric power steering apparatus according to claim 1, a BCD (Ball Circle Diameter) is set to φ25 mm to φ32 mm, and a diameter of the rolling element is set to φ3.968 mm to φ5.000 mm. The lead was 6.0 mm or more and 8.0 mm or less.
以上説明したように、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、転動体循環軌道を、螺旋軌道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の直線と、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し、曲線の半径を、転動体の直径の50%以上90%以下に設定し、転動体循環部材は125℃の雰囲気中で使用される場合においてポリアミド46で形成されることで、ナットイナーシャが増加せず、ボールねじ機構に作用する端当て荷重が低減し、操舵フィーリングが向上するので、異音及び作動不良が防止されて信頼性が高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。 As described above, according to the electric power steering apparatus according to the present invention, the rolling element circulation trajectory extends from the scooping point on the spiral trajectory to the tangential direction of the spiral trajectory, and the rolling element return passageway. A second straight line passing through the center and a curve connecting the first and second straight lines, the radius of the curve being set to 50% or more and 90% or less of the diameter of the rolling element; Is formed of polyamide 46 when used in an atmosphere of 125 ° C., nut inertia does not increase, end contact load acting on the ball screw mechanism is reduced, and steering feeling is improved. It is possible to provide an electric power steering device that can prevent noise and malfunction and has high reliability.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(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。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings.
(Electric power steering device)
FIG. 1 shows a steering gear mechanism 1 according to the present invention, and FIG. 2 is a front view showing a rack shaft.
The steering gear mechanism 1 in FIG. 1 includes a
ピニオン機構2はピニオンハウジング4に回転自在に支持されたピニオン軸5を備えている。このピニオン軸5は、図示しないステアリングシャフト等を介してステアリングホイールに連結されている。ラック機構3はラックハウジング6に摺動可能に支持されたラック軸7を備えている。ピニオン軸5とラック軸7は噛合しており、ピニオン軸5に伝達される回転力がラック軸7の直動力に変換される。
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。
The
As shown in FIG. 2, the rack shaft 7 has a rack portion 8 with which the pinion shaft 5 is engaged, and a ball screw having a
そして、ラック軸7の右端側に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、以下、ラックアシスト式EPSと称する)10が配置されている。このラックアシスト式EPS10は、ボールねじ機構11と、操舵補助用の電動モータ12と、ボールねじ機構11と電動モータ12との間を連結する減速機構13とで構成されている。このラックアシスト式EPSは、後述するボールねじ機構11のボールねじ軸9及び電動モータ12の軸線を平行に配置したオフセット式のラックアシスト式EPS10である。
A rack assist type electric power steering device (EPS: Electric Power Steering, hereinafter referred to as rack assist type EPS) 10 is disposed on the right end side of the rack shaft 7. The
電動モータ12は、図3に示すように、ラックハウジング6の軸受収容部16の半径方向外方に一体に形成されたモータ支持部18のピニオン機構2側に固定支持され、その回転軸12aがモータ支持部18に形成された貫通孔18aを通じて反対側に突出されている。この操舵補助用の電動モータ12は、図1に示すように、モータ制御装置30によって回転駆動される。このモータ制御装置30は、ステアリングホイール(図示せず)に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ30aと、車速を検出する車速センサ30bとを有し、トルクセンサ30aで検出した操舵トルク及び車速センサ30bで検出した車速に基づいて操舵補助トルク指令値を算出し、算出した操舵補助トルク指令値に基づいて操舵補助用の電動モータ12で必要な操舵補助トルクを発生させるモータ駆動電流を求め、このモータ駆動電流を操舵補助用の電動モータ12に出力する。
As shown in FIG. 3, the
さらに、減速機構13は、図3に示すように、操舵補助用の電動モータ12の回転軸12aの先端に取付けられた小径プーリ19と、前述したボールねじナット15の半径方向外方に一体に形成された大径プーリ20と、小径プーリ19及び大径プーリ20との間に巻装されたタイミングベルト21とで構成されている。
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。
Further, as shown in FIG. 3, the
And the
ボールねじ機構11は、図3に示すように、ラック軸7のボールねじ軸9のボールねじ溝9aに転動体14を介して螺合するボールねじナット15を備えている。このボールねじナット15は、ラックハウジング6の右端部に形成された軸受収容部16に収容された転がり軸受17によって回転自在に支持されている。この転がり軸受17は、内輪17aがボールねじナット15と一体に形成された内輪17aと、この内輪17aにボール17bを介して連結され軸受収容部16に固定支持された外輪17cとで構成されている。
As shown in FIG. 3, the
そして、ラックアシスト式EPS10は、操舵補助用の電動モータ12の回転軸12aを回転駆動することにより、小径プーリ19及び大径プーリ20がタイミングベルト21によってそれぞれ回転駆動され、これに応じてボールねじナット15が回転駆動されるため、ボールねじ軸9すなわちラック軸7が直線駆動される。そして、ラック軸7のラック部8の左端部及びボールねじ軸9の右端部がそれぞれタイロッド23を介して図示しない転舵輪に連結されている。
The
(ボールねじナット及び転動体循環部材)
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材装着部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。
(Ball screw nut and rolling element circulation member)
As shown in FIG. 4, a ball screw groove 15 a having a Gothic arc sectional shape on which the rolling
As shown in FIG. 6 and FIG. 7B, the rolling element circulating
平坦面31aは、ボールねじナット15の軸方向の一方の端面のボールねじ溝15aの溝底部にほぼ連続して接線方向に転動体戻し通路32の下面まで延長し、ボールねじナット15の中心軸に対して平行に延在している。また、湾曲面31b,31cは、平坦面31aの前端側(図6の手前側、図7(b)の左側)に連続してボールねじ溝15aの両側に湾曲延長している。また、半円筒面31dは、平坦面31aの後端側(図6の奥側、図7(b)の右側)で連続し、転動体戻し通路32の直径より大きい直径で形成されている。さらに、上面31eは、半円筒面31dの上端(図6の上側)からボールねじ溝15aの両側の内周面まで平坦面31aと平行に延長して形成されている。そして、半円筒面31dの上面31eに近い位置に半円筒面31dより深さの浅い抜け止め凹部31fがボールねじ溝15aに沿う方向に形成されている。
The
また、左端側の転動体循環部材装着部31Bは、図6に示すように、ボールねじナット15の軸方向の他方の端面に開口した切欠凹部であり、転動体循環部材装着部31Aと同様に平坦面31a、湾曲面31b,31c、半円筒面31d及び上面31eを備えている。そして、左端側から見た転動体循環部材装着部31Bの各部位(平坦面31a、湾曲面31b,31c、半円筒面31d及び上面31e)の配置位置は、右端側から見た転動体循環部材装着部31Aの各部位の配置位置と同一に形成されている。
Further, as shown in FIG. 6, the rolling element circulating
そして、これらボールねじナット15の軸方向の左右両端部に設けた一対の転動体循環部材装着部31A,31Bに転動体循環部材33が装着され、図5で示した転動体循環部材33のこのタング部33eの先端位置が、転動体循環部材装着部31A,31Bの平坦面31aと湾曲面31b及び31cとの境界位置より半円筒面31d側となるように設定されている。このため、タング部33eで掬い取った転動体14はボールねじ溝15aから離脱してボールねじ溝15aの底面より外周側となる転動体案内側板部33a及び33b間の平坦面31aに接触することになり、タング部33eが転動体14を掬い上げることができる。
Then, the rolling
転動体循環部材33は、図5(a)、(b)に示すように、一対の転動体案内側板部33a,33bと、これら転動体案内側板部33a及び33bを連結する連結板部33cとを備えている。
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。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the rolling
The side surface shape of the pair of rolling element guide
連結板部33cは、図5(a)の右側から見て、一対の転動体案内側板部33a,33bの中間部から左側を連結し、転動体循環部材33を門形に形成している。
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。
The connecting
The connecting
Then, it is surrounded by the
次に、転動体循環部材33のより具体的な形状の決定、及び材料の決定のために必要な条件について説明する。
(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。
Next, conditions necessary for determining a more specific shape of the rolling
(Specifications of ball screw mechanism of rack assist type EPS)
The specifications of the
標準的な乗用車では、ラック軸7の曲げ強度及びラック&ピニオンギヤの噛合い強度の確保の観点から、ラック軸7の外径はφ25mm以上φ32mm以下であり、ボールねじ機構の転動体14のBCD(Ball Circle Diameter)もラック軸7の外径と略同様のφ25mm以上φ32mm以下となる。
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。
In a standard passenger car, from the viewpoint of securing the bending strength of the rack shaft 7 and the meshing strength of the rack and pinion gear, the outer diameter of the rack shaft 7 is 25 mm or more and 32 mm or less, and the BCD ( Ball Circle Diameter) is approximately 25 mm or more and 32 mm or less, which is substantially the same as the outer diameter of the rack shaft 7.
As the rolling
リードは6.0mm以上8.0mm以下が一般的である。現在市場に流通する一般的な電動パワーステアリングのアシストモータからラック軸までの減速比は、概ね2.3mm/rev(モータ1回転当りのラックの移動量)以上3.0mm/rev以下である。これに対し、本実施形態のベルト減速機を用いたラックアシスト式EPSで同等の減速比を確保するためには、リードを6.0mm以上8.0mm以下とする。 The lead is generally 6.0 mm or more and 8.0 mm or less. The reduction ratio from the assist motor to the rack shaft of a general electric power steering currently on the market is approximately 2.3 mm / rev (the amount of movement of the rack per motor rotation) and not more than 3.0 mm / rev. On the other hand, in order to ensure the same reduction ratio in the rack assist type EPS using the belt speed reducer of the present embodiment, the lead is set to 6.0 mm or more and 8.0 mm or less.
なお、リードを6.0mm以上8.0mm以下とする理由は、ベルト減速機の減速比が概ね3.0以下の設計となるためであるが、その背景にはベルト減速機の従動プーリ外径、駆動プーリ外径の制約がある。従動プーリを大きくすると、ラックアシスト式EPSの外寸も大きくなり、車両搭載性が低下する。反対に、駆動プーリを小さくすると、噛合い歯数が減少して耐久性が低下するといった弊害が存在するため、ラックアシスト式EPS10のベルト減速比としては、3.0以上の設計とするのが困難となる。
The reason why the lead is set to 6.0 mm or more and 8.0 mm or less is that the reduction ratio of the belt speed reducer is designed to be approximately 3.0 or less. There are restrictions on the outer diameter of the drive pulley. When the driven pulley is enlarged, the outer dimension of the rack assist type EPS is also increased, and the vehicle mountability is lowered. On the other hand, if the drive pulley is made small, there is a problem that the number of meshing teeth is reduced and the durability is lowered. Therefore, the belt reduction ratio of the rack assist
次に、転動体循環部材33の形状、材料を決定するための条件について説明する。
(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。
Next, conditions for determining the shape and material of the rolling
(Conditions for collision between rolling elements and rolling element circulation member)
First, a description will be given of conditions under which the rolling
In the description, specific specifications of the
<ボールねじ機構の諸元>
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
<Specifications of ball screw mechanism>
BCD of rolling element 14: 30.0 mm
Diameter of rolling element 14: φ4.7625mm
Lead: 7.0
Contact angle: 45deg
Clearance: None
<その他の条件>
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)。
<Other conditions>
Rack & pinion specific stroke 50.0mm / rev (rack travel per handle rotation) Rack stroke 75.0mm (from neutral to stroke end)
Endurance cycle number 100,000cycle
Consider a case where steering is performed at a handle rotational speed of 360 deg / sec. When the rack and pinion ratio stroke is 50.0 mm / rev and the steering wheel is steered at 360 deg / sec, the rack shaft 7 moves straight at 50.0 mm / sec, and the
上記諸元で、ボールねじナット15が430rpmで回転すると、転動体14の公転速度は、おおよそ240rpmとなる。この時、ボールねじナット15の回転方向と転動体14の公転方向は同一方向であり、ボールねじナット15と転動体14の相対速度は約190rpmである。これを転動体14のBCDにおける周速に換算すると約300mm/secであり、転動体14はこの速度で転動体循環部材33に導かれることとなる。なお、電動パワーステアリングの耐久試験条件としては、転舵速度360deg/sec程度が一般的であり、転動体循環部材33の疲労強度を考える際には、この条件で計算するのが適当である。
In the above specifications, when the
また、疲労強度を考える際の繰返し数については、ラックストロークと耐久サイクル数から求まる。耐久サイクル当りのラック移動量300mm(75mm×4)、10万サイクルでの総移動量30kmから、ボールねじナット15の総回転数は4.3×106revとなる。なお、ボールねじナット15の1回転当りの衝突回数は、転動体14公転とボールねじナット15の相対回転から、約8.4回と求まる。
The number of repetitions when considering fatigue strength is determined from the rack stroke and the number of endurance cycles. The total number of rotations of the
転動体循環部材33が転動体14を掬い上げるのは一方の回転方向のみであり、逆転時は転動体循環部材33からボールねじ溝15aに転動体14を導くことになる。そのため、転動体14と転動体循環部材33の衝突が発生するのは、前述のボールねじナット15の総回転数は4.3×106revの内の半分であり、衝突回数は約1.8×107回であることが求まる。
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。
The rolling
The earliest steering condition for a passenger car is generally about 800 deg / sec, which is a sudden steering operation when avoiding danger, and it is also required that the rolling
以上、代表的なボールねじ機構11の諸元での計算概要を例示したが、転動体14のBCDが大きくなると、転動体14の公転周速が速くなり、衝突荷重が増加する。また、転動体14の直径が大きくなると重量が増え、衝突荷重が増加する。リードが小さくなると、ボールねじナット15の回転速度が速くなり総回転数も増えるため、衝突荷重、衝突回数が増加する。加えて、接触角、ラジアルすきまの変化によっても転動体14の公転速度が変化する。
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。
As mentioned above, although the calculation outline | summary in the item of the typical
Therefore, when determining the material of the rolling
(転動体循環部材の具体的な形状)
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。
(Specific shape of rolling element circulation member)
Next, a specific shape of the rolling
As shown in FIGS. 8A and 8B, the circular orbit shape of the rolling
溝Uの溝幅は、転動体14の直径の115%以下が好ましい。より好ましくは110%以下である。これは、溝Uの溝幅が115%を超えると、転動体14同士が競り合い、滑らかに循環しないためである。
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。
The groove width of the groove U is preferably 115% or less of the diameter of the rolling
The position of the straight line T is set by the positional relationship between the
また、転動体循環部材33が装着される転動体循環部材装着部31A(31B)の形状は、掬い上げ点Qと、ボールねじナット15に設けた転動体戻し通路32の開口部の中心との間の距離L(図7(b)参照)は、ボールねじ溝15aの溝底と干渉しない範囲とする必要がある。
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。
Further, the rolling element circulating
7A, the contact surface Y of the rolling element circulation
このような制約の範囲内で曲線Rの寸法を大きくすると、ボールねじナット15に設けた転動体戻し通路32の開口部の位置は、必然的にボールねじナット15の外周側に位置するため(図7(b)で破線の円で記載した位置)、ボールねじナット15の外径が大きくなってボールねじナット15のイナーシャが増大する。
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。
If the dimension of the curve R is increased within the range of such restrictions, the position of the opening of the rolling
Further, the radial mounting width V of the rolling element circulating member mounting portion 31 </ b> A shown in FIG. 7B varies depending on the strength of the rolling
図9は、ボールねじ機構11の所定の諸元(転動体14のBCD:30.0mm、転動体14の直径:φ4.7625mm、リード:7.0mm)で、図8で示した曲線Rの寸法(球径比:曲線Rの半径と転動体14の直径との比)を変化させた際の、ボールねじナット15のイナーシャと、イナーシャをラック軸7の質量に換算した結果を示した一例である。
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。
9 shows predetermined specifications of the ball screw mechanism 11 (BCD of the rolling element 14: 30.0 mm, diameter of the rolling element 14: φ4.7625 mm, lead: 7.0 mm), and the curve R shown in FIG. An example showing the inertia of the
Since the axial dimension of the
ここで、ボールねじナット15の外径を具体的に説明する。BCD:30.0mmに対して転動体14の直径:φ4.7625mmであるから、螺旋軌道を転走する転動体14の最外径はφ34.7625mmである。ボールねじナット15のボールねじ溝15aの溝直角形状が、接触角45°、溝曲率半径2.7mmのゴシック溝とすると、ボールねじナット15の溝底径は略φ35mmとなる。ボールねじナット15に設ける転動体戻し通路32の穴径を、前述の溝Uの溝幅と同様の考え方でφ5.2mmとし、転動体戻し通路32の穴径と、ボールねじ溝15aとの最小肉厚を1mm程度確保すると、転動体戻し通路32のボールねじナット15外径は、最低でもφ50mm必要となる。
Here, the outer diameter of the
また、本実施形態のように、ボールねじナット15を支持する転がり軸受17の内輪17aをボールねじナット15の外径に一体成形する場合や、プーリなどの動力伝達構造をボールねじナット15の外径側に成形する場合、ボールねじナット15の外径は更に大きくなることとなる。なお、例えば特開2004−92855号公報、或いは特開2006−125544号公報のように、曲線Rの曲率半径を転動体14の直径以上として転動体14を円滑に移動させて作動性を有利とする先行技術もあるが、図9のようにイナーシャが大きくなる。EPS用のボールねじの場合、ボールねじ機構11の諸元及び使用環境を前述のように限定し、それに適した循環経路の設計とすることで、作動性を損なうことなく、ボールねじを小型化してイナーシャを小とすることが可能となる。
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。
Further, as in this embodiment, when the
Therefore, in this embodiment, it is preferable that the radius of the curve R is set to 50 to 90% of the diameter of the rolling
次に、ボールねじ軸9との干渉を回避する転動体循環部材33の外形状について、図10を参照して説明する。
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。
Next, the outer shape of the rolling
The outer shape of the rolling
The outer peripheral portion Rn of the rolling element circulating member 33 (the portion facing the ball screw shaft 9 of the rolling element guide
また、転動体循環部材33のタング部33eの輪郭のうち、ボールねじ溝9aに沿った方向の断面視形状をRs、ボールねじ溝9aに直角な断面視形状をRtとすると、Rs,Rtは、転動体14のBCDに沿って形成されており、タング部33eの背面とボールねじ軸9のボールねじ溝9aの底部とのクリアランスが転動体14の直径の2%以上10%以下にすることが好ましい。
Of the contours of the
これは、タング部33eの背面とボールねじ溝9aの底部とのクリアランスが2%を下回ると、タング部33eの先端の肉厚が薄くなり、転動体循環部材33が破損しやすくなるためである。また、タング部33eの背面とボールねじ溝9aの底部とのクリアランスが10%を上回ると、掬い上げ点がずれて転動体14の循環が滑らかに行われないためである。
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。
This is because if the clearance between the back surface of the
It should be noted that Rn and Rt are smoothly connected by a connecting portion Rf, and the connecting portion Rf is preferably set large so long as it does not interfere with the ball screw shaft 9. In FIG. 10, the shape of the back surface portion Rt is a single arc, but it may be Gothic or the like following the ball screw groove 9 a.
転動体14が転動体循環部材33に衝突すると、図5及び図8で示すように、転動体循環部材33のタング部33eの先端(図5(a)の符号Aで示す丸印の領域)と、転動体循環部材33のタング部33eの付け根(図5(a),(b)の符号Bで示す丸印の領域)で衝突による応力が高くなり、転動体14の循環方向が変わる転動体循環路33fを臨む部位(図5(b)の符号Cで示す丸印の領域)にも負荷がかかる。
When the rolling
(転動体循環部材の材料)
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。
(Material for rolling element circulation member)
Next, specific materials for the rolling
The rolling
また、本実施形態の転動体循環部材33は、3.3kJ/m2以上のシャルピー衝撃強さを有する高分子材料で形成されている。この3.3kJ/m2以上のシャルピー衝撃強さという値も、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。
Further, the rolling
また、本実施形態の転動体循環部材33は、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維を含まない高分子材料で形成されている。転動体循環部材を繊維強化の高分子材料とすると、転動体14との連続的な衝突により内部に充填されている繊維が露出して転動体14の損傷、或いは脱落した繊維がボールねじ機構11を循環して異音を発生するおそれがあるが、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維を含まない本実施形態の転動体循環部材33は、ボールねじ機構11の異音及び作動不良の防止を図ることができる。
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。
Moreover, the rolling
In addition, a polymer material that does not contain reinforcing fibers, has a tensile strength of 30 MPa or more in an atmosphere of high temperature (125 ° C.), and has a characteristic of Charpy impact strength of 3.3 kJ / m 2 or more is a thermal stabilizer. When added, heat resistance can be improved.
熱安定剤としては、例えば、銅系熱安定剤、フェノール系熱安定剤、リン系熱安定剤、硫黄系熱安定剤、又はアミン系熱安定剤のいずれかの単独物、またはこれらの混合物が挙げられる。銅系熱安定剤としては、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、硫酸銅、燐酸銅等の無機物、又は酢酸銅、ステアリン酸銅、ミリスチン酸銅、ナフテン酸銅、パルミチン酸銅等の有機酸塩、並びにこれらの2種以上の混合物があり、フェノール系熱安定剤としては、N、N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、1,3,5−トリス(4−t−ブチル−3−ヒドロキシ−2、6−ジメチルベンジル)イソシアネレート、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1−オキシ−3−メチル−4−イソプロピルベンゼン、又は2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノールがあり、リン系熱安定剤としては、ジフェニルイソデシルホスファイト、ジフェニルイソオクチルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリイソデシルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、テトラフェニルテトラ(トリヂシル)ペンタエリスリトールテトラホスファイト、環状ネオペンタンテトライルビス(2,4−ジ−t−ブチルフェニルホスファイト)、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト等の亜リン酸エステル系化合物があり、硫黄系熱安定剤としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチル−3、3’−チオジプロピオネート、ジトリデシル−3、3−チオジプロピオネート、又はジラウリルチオジプロピオネートがあり、アミン系熱安定剤としては、4,4−ジオクチルジフェニルアミン等のアルキル置換されたジフェニルアミン、又はN,N’−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミン等の置換基を有するp−フェニレンジアミンを例示することができる。 Examples of the heat stabilizer include a copper heat stabilizer, a phenol heat stabilizer, a phosphorus heat stabilizer, a sulfur heat stabilizer, and an amine heat stabilizer alone or a mixture thereof. Can be mentioned. Copper heat stabilizers include inorganic substances such as copper chloride, copper bromide, copper iodide, copper sulfate, and copper phosphate, or organic substances such as copper acetate, copper stearate, copper myristate, copper naphthenate, and copper palmitate. Acid salts, as well as mixtures of two or more of these, and phenolic heat stabilizers include N, N′-hexamethylenebis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamamide) 1,3,5-tris (4-t-butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl) isocyanate, triethylene glycol-bis [3- (3-t-butyl-5-methyl-4) -Hydroxyphenyl) propionate], 1-oxy-3-methyl-4-isopropylbenzene, or 2,6-di-t-butyl-4-ethylphenol. As the phosphorus-based heat stabilizer, diphenylisodecylphos Fah Ite, diphenylisooctyl phosphite, triphenyl phosphite, triisodecyl phosphite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, tetraphenyltetra (tridisyl) pentaerythritol tetraphosphite, cyclic neopentane There are phosphite compounds such as tetraylbis (2,4-di-t-butylphenyl phosphite) and distearyl pentaerythritol diphosphite, and disulfuryl thiodipropionate is used as a sulfur-based heat stabilizer. , Distearyl thiodipropionate, dimyristyl-3, 3′-thiodipropionate, ditridecyl-3, 3-thiodipropionate, or dilauryl thiodipropionate. Al, such as 1,4-dioctyldiphenylamine Le substituted diphenylamine or N, it can be exemplified p- phenylenediamine with a substituent such as N'- di-2-naphthyl -p- phenylenediamine.
さらに、本発明の目的を損なわない範囲内で、各種添加剤を配合しても良い。例えば、黒鉛、六方晶窒化ホウ素、フッ素雲母、四フッ化エチレン樹脂粉末、二硫化タングステン、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤、無機粉末、有機粉末、潤滑油、可塑剤、ゴム、樹脂、紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、顔料、染料を例示することができる。
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。
Furthermore, you may mix | blend various additives in the range which does not impair the objective of this invention. For example, solid lubricants such as graphite, hexagonal boron nitride, fluorine mica, tetrafluoroethylene resin powder, tungsten disulfide, molybdenum disulfide, inorganic powder, organic powder, lubricating oil, plasticizer, rubber, resin, UV absorption Examples include agents, flame retardants, antistatic agents, pigments, and dyes.
And the method for obtaining the resin composition used when forming the rolling
その混練り条件は、通常は母材である原料樹脂の軟化点または融点以上の温度で且つ、原料樹脂や各種添加剤が劣化を起こさない温度以下である。また、上記樹脂組成物を循環部品とするための製造方法は、樹脂組成物を金型の中で加圧しながら加熱すれば良く、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等の公知の樹脂成形方法により製造することができる。 The kneading conditions are usually at a temperature above the softening point or melting point of the raw material resin, which is the base material, and below the temperature at which the raw material resin and various additives do not deteriorate. Moreover, the manufacturing method for making the said resin composition into a circulation component should just heat a resin composition, pressurizing in a metal mold | die, by well-known resin molding methods, such as compression molding, transfer molding, and injection molding. Can be manufactured.
(作用効果)
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。
(Function and effect)
Next, the effect of the rack assist
図8(a),(b)で示したように、転動体循環部材33の循環軌道は、螺旋軌道P上の掬い上げ点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とで構成されているとともに、曲線Rの半径は、転動体14の直径の50%以上90%以下に設定されている。このように、曲線Rの半径を、転動体14の直径の50%以上90%以下に設定したことで、図9で示したようにナットイナーシャが増加せず、ボールねじ機構11に作用する端当て荷重が低減し、操舵フィーリングが向上するので、このボールねじ機構11を備えたラックアシスト式EPS10は、異音及び作動不良が防止されて信頼性が高い装置を提供することができる。すなわち、ストロークエンドに突き当てる、或いは、縁石に当たるなどしてボールねじナット15の回転が瞬間的に停止すると、ボールねじナット15の慣性に応じてボールねじ機構11には衝撃荷重(端当て荷重)が発生する。また、一般的に操舵系の慣性が大きければ大きいほど応答性が劣るため、操舵フィーリングも悪化する。ところが、本実施形態のようにナットイナーシャが増加しないと、ボールねじナット15の外径が大きくなりがちなエンドデフレクタ式のボールねじ機構11であっても、端当て荷重が低減し、操舵フィーリングが向上するのである。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the circulation track of the rolling
また、本実施形態では、ボールねじ機構11の転動体14のBCDをφ25mm以上φ32mm以下としたことで、ラック軸7の曲げ強度及びラック&ピニオンギヤの噛合い強度を確保することができる。また、ボールねじ機構11の転動体14をφ3.968mm以上φ5.000mm以下としたことで、転動体14の耐久性を向上させ、減速比を確保することができる。さらに、ボールねじ機構11のリードを6.0mm以上8.0mm以下としたことで、現在市場に流通する一般的な電動パワーステアリングのアシストモータからラック軸までの減速比を確保することができる。
In the present embodiment, the BCD of the rolling
(試験結果)
次に、図11及び図12を用いて、本発明を更に具体的に説明する。
図11は、(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。
(Test results)
Next, the present invention will be described more specifically with reference to FIGS.
In FIG. 11, the rolling
また、図12は、図11と同様の耐久試験結果を示したものである。図12において、(A)POM,(B)PA46,(C)PPSで転動体循環部材33を成形し、125℃の雰囲気中で試験を行った。なお、図12に示す転動体循環部材33は、ボールねじ軸9、ボールねじナット15、転動体循環部材33といった各部材間のミスアライメント、寸法ばらつきにより、タング部33eの背面がボールねじ軸9のボールねじ溝9aと干渉した状態で運転されたものである。
なお、試験材料の詳細は以下の通りである。
FIG. 12 shows the same durability test results as FIG. In FIG. 12, the rolling
The details of the test material are as follows.
[試験材料]
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))
[Test material]
POM (Polyacetal) (trade name “Duracon M90-44” Polyplastics Co., Ltd.)
PBT (Polybutylene terephthalate) (Brand name "Duranex 2002" Polyplastics Co., Ltd.)
PA6 (Polyamide 6) (trade name “Amilan CM1017” Toray Industries, Inc.)
PA46 (Polyamide 46) (trade name "Stanyl TW341" DSM Japan Engineering Plastics Co., Ltd.)
PA66 (polyamide 66) (trade name “Amilan CM3001-N” Toray Industries, Inc.)
PPS (Polyphenylene Sulfide) (trade name "Fortron 0220A9" Polyplastics Co., Ltd.)
[試験材料の成形条件]
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℃)
[Test material molding conditions]
POM (resin melting temperature: 190-210 ° C, mold temperature: 60-80 ° C)
PBT (resin melting temperature: 250-270 ° C., mold temperature: 40-80 ° C.)
PA6 (resin melting temperature: 245-280 ° C, mold temperature: 80 ° C)
PA46 (resin melting temperature: 280-310 ° C, mold temperature: 80 ° C)
PA66 (resin melting temperature: 270-295 ° C, mold temperature: 80 ° C)
PPS (resin melting temperature: 290-310 ° C, mold temperature: 150 ° C)
図11の転動体循環部材33の耐久試験では、125℃の雰囲気温度の(A)PA46及び(B)PPS、並びに80℃の雰囲気温度の(C)POMでは、転動体循環部材33に損傷は認められない。一方、125℃の雰囲気温度の(D)POMでは、転動体循環部材33に損傷が見られ、また、その損傷箇所も、タング部33eの先端部及び付け根部が顕著である。これは、前述のFEM構造解析結果と一致する。
In the endurance test of the rolling
以上のことから、ラックアシスト式EPS10に用いるボールねじ機構11における転動体循環部材33は、125℃の雰囲気温度中で使用される場合には、PA46またはPPSで形成され、80℃の雰囲気温度中で使用される場合には、POMで成形される必要があることが分かる。
図12の転動体循環部材33の耐久試験は、前述のように転動体循環部材33のタング部33eの背面とボールねじ軸9のゴシック溝を接触した状態で実施される。その結果、125℃の雰囲気温度の(A)POM及び(B)PA46では、タング部33eの背面の摩耗が認められた。
From the above, the rolling
The durability test of the rolling
一方、125℃の雰囲気温度の(C)PPSでは、タング部33eの背面に欠けが認められた。非繊維強化の高分子材料であれば、この程度の欠けであれば機能を大きく損なうことはないが、このような欠けは避けることが好ましい。
On the other hand, in (C) PPS having an atmospheric temperature of 125 ° C., chipping was observed on the back surface of the
以上のことから、ラックアシスト式EPS10に用いるボールねじ機構11における、転動体循環部材33は、125℃の雰囲気温度中で使用される場合には、PA46で成形される必要があることがわかる。
なお、本発明のねじ軸がボールねじ軸9に対応し、本発明のねじ軸の外周面に形成したねじ溝がボールねじ溝9aに対応し、本発明のナットがボールねじナット15に対応し、ナットの内周面に形成したねじ溝がボールねじ溝15aに対応し、本発明の転動体が転動体14に対応、本発明の第1の直線が直線Sに対応し、本発明の第2の直線が直線Tに対応し、本発明のポリアミド46がPA46に対応している。
From the above, it can be seen that the rolling
The screw shaft of the present invention corresponds to the ball screw shaft 9, the screw groove formed on the outer peripheral surface of the screw shaft of the present invention corresponds to the ball screw groove 9 a, and the nut of the present invention corresponds to the
本発明の材料は、本実施形態のようなエンドデフレクタ式ボールねじ機構11だけでなく、エンドキャップ式、チューブ式のようなタング部を備える転動体循環部材にも適用できる。ただし、ボールねじナットの位相によらず、十分なモーメント剛性を確保できる構成として、電動パワーステアリング装置に使用する場合には、転動体循環部材をエンドデフレクタとすることが好ましい。
The material of the present invention can be applied not only to the end deflector type
1…操舵ギヤ機構、2…ピニオン機構、3…ラック機構、4…ピニオンハウジング、5…ピニオン軸、6…ラックハウジング、7…ラック軸、8…ラック部、9…ボールねじ軸、9a…ボールねじ溝、10…電動パワーステアリング装置、11…ボールねじ機構、12…操舵補助用の電動モータ、12a…回転軸、13…減速機構、14…転動体、15…ボールねじナット、15a…ボールねじ溝、16…軸受収容部、17…転がり軸受、17a…内輪、17b…ボール、17c…外輪、18…モータ支持部、18a…貫通孔、19…小径プーリ、20…大径プーリ、21…タイミングベルト、22…カバー、23…タイロッド、30…モータ制御装置、30a…トルクセンサ、30b…車速センサ、31A…転動体循環部材装着部、31B…転動体循環部材装着部、31a…平坦面、31b,31c…湾曲面、31d…半円筒面、31e…上面、31f…抜け止め凹部、32…転動体戻し通路、33…転動体循環部材、33a,33b…転動体案内側板部、33c…連結板部、33d…抜け止め凸部、33e…タング部、33f…転動体循環路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering gear mechanism, 2 ... Pinion mechanism, 3 ... Rack mechanism, 4 ... Pinion housing, 5 ... Pinion shaft, 6 ... Rack housing, 7 ... Rack shaft, 8 ... Rack part, 9 ... Ball screw shaft, 9a ... Ball Screw groove, 10 ... Electric power steering device, 11 ... Ball screw mechanism, 12 ... Electric motor for assisting steering, 12a ... Rotating shaft, 13 ... Reduction mechanism, 14 ... Rolling element, 15 ... Ball screw nut, 15a ... Ball screw Groove, 16 ... bearing housing part, 17 ... rolling bearing, 17a ... inner ring, 17b ... ball, 17c ... outer ring, 18 ... motor support, 18a ... through hole, 19 ... small diameter pulley, 20 ... large diameter pulley, 21 ... timing Belt, 22 ... cover, 23 ... tie rod, 30 ... motor control device, 30a ... torque sensor, 30b ... vehicle speed sensor, 31A ... rolling element circulating member mounting portion, 31B Rolling member circulation member mounting portion, 31a ... flat surface, 31b, 31c ... curved surface, 31d ... semi-cylindrical surface, 31e ... upper surface, 31f ... retaining recess, 32 ... rolling member return passage, 33 ... rolling member circulation member,
Claims (2)
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、
一対の転動体案内側板部及び前記一対の転動体案内側板部を連結する連結板部を備え、前記連結板部に前記ねじ軸の前記ねじ溝内に非接触状態で挿入されて前記転動体を掬い取るタング部が形成されており、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とともに、
前記転動体循環部材は、125℃の雰囲気温度中で使用される場合において、ポリアミド46で形成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。 A screw shaft having a thread groove on the outer peripheral surface;
A screw groove corresponding to the screw groove of the screw shaft is formed on the inner peripheral surface, and a nut that forms a rolling element return passage penetrating in the axial direction;
A number of rolling elements interposed in the spiral raceway formed by the thread groove of the screw shaft and the thread groove of the nut and the rolling element return passage;
A connecting plate portion connecting the pair of rolling element guide side plate portions and the pair of rolling element guide side plate portions; and inserting the rolling element into the connecting plate portion in a non-contact state in the screw groove of the screw shaft. A scooping tongue is formed, and the rolling element is scooped up from one end of the spiral track in the tangential direction of the spiral track and guided to the rolling member return passage, and the other end of the spiral track from the rolling member return passage. A ball screw mechanism having a rolling element circulation member that forms a rolling element circulation track that guides to
In the electric power steering device in which the screw shaft of the ball screw mechanism is connected to a rack shaft that is screwed to a pinion shaft constituting the steering mechanism, and the nut is driven to rotate by an electric motor.
The rolling element circulation trajectory is:
A first straight line extending in a tangential direction of the spiral orbit from a scooping point on the spiral orbit;
A second straight line passing through the center of the rolling element return passage;
It is comprised with the curve which connects these 1st and 2nd straight lines,
The radius of the curve is set to 50% or more and 90% or less of the diameter of the rolling element,
The rolling element circulating member is made of polyamide 46 when used in an atmospheric temperature of 125 ° C.
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