JP2006329259A - Rotation-linear motion converting mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転運動と直線運動の間で運動方向を変換することにより回転トルクと推力を変換する回転直動変換機構に係り、特に、大推力で信頼性が高くがたの小さい高効率のパワーステアリング装置に好適な回転直動変換機構に関する。 The present invention relates to a rotation / linear motion conversion mechanism that converts a rotational torque and a thrust by converting a motion direction between a rotational motion and a linear motion. The present invention relates to a rotation / linear motion conversion mechanism suitable for a power steering device.
まず、自動車のパワーステアリング装置の一般的な技術について、その概要を説明する。図２１は、乗用車で現在主流となっている、ラックピニオン方式のステアリング機構である。主な構成要素は、ステアリングホイール１０１、その回転軸であるステアリングコラム１０２、その下端部に設けられたピニオン１０３、そのピニオン１０３に噛合うラックを設けたロッド（このロッド自体をラックと称することが多いが、本発明では混乱を避けるため、以下、ラックロッドと呼称し、符号番号１とする）、その両端に接続し、その他端で操舵輪１０６と繋がるタイロッド１０５である。 First, an outline of a general technique of an automobile power steering apparatus will be described. FIG. 21 shows a rack and pinion type steering mechanism that is currently mainstream in passenger cars. The main components are a steering wheel 101, a steering column 102 that is a rotating shaft thereof, a pinion 103 provided at a lower end portion thereof, and a rod provided with a rack that meshes with the pinion 103 (this rod itself may be referred to as a rack). However, in order to avoid confusion in the present invention, the tie rod 105 is hereinafter referred to as a rack rod and designated by reference numeral 1), and is connected to both ends of the tie rod 105 and connected to the steering wheel 106 at the other end.
これにより、ドライバーがステアリングホイール１０１をまわすと、ステアリングコラム１０２が回転し、下端のピニオン１０３も回転する。ピニオン１０３の回転でそれに噛合うラックによりラックロッド１が軸方向に直動し、それに繋がるタイロッド１０５が動いて操舵を行う。パワーステアリング装置は、これらの構成要素のいずれかをアシストしてドライバーのステアリングホイール１０１をまわす力を低減するシステムである。 Thus, when the driver turns the steering wheel 101, the steering column 102 rotates and the pinion 103 at the lower end also rotates. The rack rod 1 moves linearly in the axial direction by the rack meshing with the rotation of the pinion 103, and the tie rod 105 connected thereto moves to perform steering. The power steering device is a system that assists any of these components to reduce the force of turning the steering wheel 101 of the driver.
近年、このパワーステアリング装置は、自動車に欠かせない装備品となっている。特に最近は、自動車全体がそうであるように、このパワーステアリング装置にも、従来の油圧アシスト方式（油圧ポンプを常時回転させているので一般にパワー多消費）に代わって、電動アシスト方式が主流を占めるようになり、省エネに貢献している。 In recent years, this power steering apparatus has become an indispensable equipment for automobiles. In recent years, as in the case of the whole automobile, the power assist system has become the mainstream in this power steering system instead of the conventional hydraulic assist system (generally a high power consumption because the hydraulic pump is always rotating). Contributes to energy saving.
本発明のような回転直動変換機構は、モータを回転駆動源とし前記ラックロッド１に直動のアシスト力を付与するラックアシスト機構１０７として、電動パワーステアリング装置に適用される。しかも、この場合は、小型化の見地から回転速度の高いモータを用いるのが望ましいので、回転直動変換機構としては減速機構を兼ね備えたものが要求される。このような要求を満たす機構として、例えばボールねじ方式の回転直動変換機構が従来から提案されている(例えば、特許文献１を参照)。 A rotation / linear motion conversion mechanism as in the present invention is applied to an electric power steering device as a rack assist mechanism 107 that applies a direct motion assist force to the rack rod 1 using a motor as a rotational drive source. In addition, in this case, it is desirable to use a motor having a high rotation speed from the viewpoint of miniaturization, and therefore, a rotation linear motion conversion mechanism that also has a speed reduction mechanism is required. As a mechanism that satisfies such a requirement, for example, a ball screw type rotation / linear motion conversion mechanism has been conventionally proposed (see, for example, Patent Document 1).
ここで、この特許文献１に記載されたステアリング装置は、ラックロッド１にねじを切り、このねじにナットを噛み合わせ、そのナットを回転動力源であるモータで回転させることによりラックを直動させるようにしたものである。そして、この場合、モータを１回転させたとき、ラックロッドのねじのリード分だけラックロッドが移動されるので、ねじのリード角を小さくしてやれば、その分、大きな減速比が得られ、モータの回転速度が上げられ、小型化が図れることになる。 Here, in the steering apparatus described in Patent Document 1, a screw is cut in the rack rod 1, a nut is engaged with the screw, and the nut is rotated by a motor that is a rotational power source, so that the rack is linearly moved. It is what I did. In this case, when the motor is rotated once, the rack rod is moved by an amount corresponding to the lead of the screw of the rack rod. Therefore, if the lead angle of the screw is reduced, a correspondingly large reduction ratio is obtained, and the motor The rotational speed is increased, and the size can be reduced.
このとき、ラックロッドのねじとナットのねじの間に大きな荷重が働くので、ここに多数のボールを配し、このボールを循環させて転がり接触とし、摩擦を低減して高効率化が達成されるようにしている。
しかし、上記特許文献１に示すような従来技術は、多数のボールをラック軸の外周回りで循環させる手段が不可欠であり、このボール循環が滑らかでないと、ボールとナット間及びボールとラック間ですべり摩擦が発生し、ボールの摩擦係数が増大して伝達効率が低下する。 However, in the prior art as shown in Patent Document 1, means for circulating a large number of balls around the outer periphery of the rack shaft is indispensable. If this ball circulation is not smooth, the ball and the nut and between the ball and the rack are required. Sliding friction occurs, increasing the coefficient of friction of the ball and lowering the transmission efficiency.
特に、モータを小型化（小さいトルクで高速回転するモータ）するため、減速比を大きく設定しているステアリング装置では、ねじのリード角を小さくしなければならないので(現状は５度前後)、ボール摩擦係数(現状は０．０１前後)が増加したとすると、図２３に示したように、著しく効率が低下してしまう。 In particular, in order to reduce the size of a motor (a motor that rotates at a high speed with a small torque), a steering device with a large reduction ratio must have a small screw lead angle (currently around 5 degrees). If the coefficient of friction (currently around 0.01) is increased, the efficiency will be significantly reduced as shown in FIG.
ここで、この図２３は、ボール摩擦係数をパラメータとしたリード角とボールねじ機構の効率の関係を示したもので、図示のように、ボール摩擦係数が０．０１前後から増加するにつれ、伝達効率が低下してゆくことが判る。 Here, FIG. 23 shows the relationship between the lead angle with the ball friction coefficient as a parameter and the efficiency of the ball screw mechanism. As shown in the figure, as the ball friction coefficient increases from around 0.01, It turns out that efficiency falls.
また、従来技術では、一旦すべりが発生し出すと、ボール転動面が荒れはじめ、それが一層のすべりを誘発し、破局的なボール摩擦係数の急上昇を招き、短時間で機構の破綻にまで到る恐れがある。 Also, with the conventional technology, once a slip occurs, the ball rolling surface begins to become rough, which induces a further slip, leading to a catastrophic increase in the ball friction coefficient, leading to the failure of the mechanism in a short time. There is a risk of reaching.
このため、このホールねじ機構では、ボールの循環状態を常に良好に保つことが至上命題であり、このため、ボール戻り経路の最適設計と共に、ボールとナットねじ、ラックロッドねじの形状寸法の高精度化が最重要項目となり、高コストとなる。また、このとき必要な精度は、ボール数の増加に伴って急激に上昇するため、コスト面からボール数の上限に事実上の限度が決められ、一方、このボール数は、ボールねじ機構が発生できる最大出力を決める。 For this reason, in this hole screw mechanism, it is extremely important to keep the circulation state of the ball in good condition. Therefore, along with the optimal design of the ball return path, the ball, nut screw and rack rod screw have high accuracy in the shape and dimension. Making it the most important item is expensive. In addition, since the accuracy required at this time increases rapidly as the number of balls increases, a practical limit is determined on the upper limit of the number of balls in terms of cost. On the other hand, this number of balls is generated by a ball screw mechanism. Determine the maximum output possible.
よって、従来技術によるボールねじ機構は、伝達力に実用上の上限が現われ、従って、これを用いたパワーステアリング装置は、要求される直動出力(ラック推力)が大きな大型車には搭載できないという課題があった。 Therefore, the ball screw mechanism according to the prior art has a practical upper limit on the transmission force, and therefore the power steering device using this cannot be mounted on a large vehicle requiring a large linear motion output (rack thrust). There was a problem.
本発明の第一の目的は、高信頼性を確保しながら大推力化を図る高効率回転直動変換機構を提供することにある。また、本発明の第二の目的は、部品精度が若干低くてもガタの少ない回転直動変換機構を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a high-efficiency rotation / linear motion conversion mechanism that achieves a large thrust while ensuring high reliability. A second object of the present invention is to provide a rotation / linear motion conversion mechanism with little backlash even if the component accuracy is slightly low.
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
円筒形または円柱形のラックロッドと、前記ラックロッドの周囲に前記ラックロッドと相対的に回転可能に支持されたホルダ部材と、前記ホルダ部材に回転可能に支持された公転ローラと、を備えた回転直動変換機構であって、
前記ラックロッドは、その外周面に所定のリード角をもつねじを有し、
前記ラックロッドの軸に対する前記公転ローラの軸角は、前記ラックロッドねじのリード角より大きく設定され、
前記公転ローラは、その外周面に前記ラックロッドねじのフランクと噛み合う環状面を備える構成とする。
In order to solve the above problems, the present invention mainly adopts the following configuration.
A cylindrical or columnar rack rod, a holder member rotatably supported relative to the rack rod around the rack rod, and a revolving roller rotatably supported by the holder member A rotation / linear motion conversion mechanism,
The rack rod has a screw having a predetermined lead angle on its outer peripheral surface,
An axis angle of the revolving roller with respect to the axis of the rack rod is set larger than a lead angle of the rack rod screw,
The revolving roller includes an annular surface that meshes with a flank of the rack rod screw on an outer peripheral surface thereof.
また、前記回転直動変換機構において、前記公転ローラは、その外周面に、前記ラックロッドのねじ山の両側面である両フランクとそれぞれ噛み合う二側面の環状面をもつ環状溝を有する構成とする。また、前記回転直動変換機構において、前記公転ローラは、前記環状溝が複数個形成される構成とする。 In the rotation / linear motion converting mechanism, the revolving roller has an annular groove having two annular surfaces on the outer peripheral surface thereof that respectively mesh with both flanks that are both sides of the thread of the rack rod. . In the rotation / linear motion converting mechanism, the revolving roller has a configuration in which a plurality of the annular grooves are formed.
また、前記回転直動変換機構において、前記公転ローラを前記ラックロッドねじに噛み合わせて固定設置（組み付ける）するとき、前記ラックロッドねじのリード角より大きく設定された前記公転ローラの軸角が増大する向きに力又はトルクを付加しつつ固定設置（組み付け）する構成とする。 In the rotation / linear motion converting mechanism, when the revolving roller is fixedly installed (assembled) by meshing with the rack rod screw, the shaft angle of the revolving roller set larger than the lead angle of the rack rod screw is increased. It is configured to be fixedly installed (assembled) while applying force or torque in the direction to be performed.
本発明によれば、大きな推力が発生でき、効率が良く信頼性の高い回転直動変換機構を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotation-linear motion conversion mechanism that can generate a large thrust and is efficient and reliable.
また、本発明によれば、回転駆動源をモータとする回転直動変換機構として自動車のステアリングに応用することにより、大型車への電動ステアリング装置の搭載も可能にすることができる。 In addition, according to the present invention, an electric steering device can be mounted on a large vehicle by applying it to a vehicle steering as a rotation / linear motion conversion mechanism using a rotation drive source as a motor.
本発明の実施形態に係る回転直動変換機構について、図１〜図２３を参照しながら以下詳細に説明する。まず、本発明を自動車のラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用した第一の実施形態を図１〜図１５、図２１、図２２に基づいて説明する。 A rotation / linear motion conversion mechanism according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. First, a first embodiment in which the present invention is applied to a rack assist type electric power steering apparatus for an automobile will be described with reference to FIGS. 1 to 15, 21, and 22.
図１は本発明の第一の実施形態が適用された電動パワーステアリング装置のラックアシスト機構の縦断面図、図２は図１において手前の公転ローラを正規の姿勢で配した図、図３は全公転ローラの側面図、図４は公転ローラとホルダ部材のサブアセンブリの側面図、図５は同じサブアセンブリの横断面図である。また、図２１は、本実施形態が適用されたラックアシスト機構の電動パワーステアリング装置における配置を示す図、図２２は本機構の回転直動変換動作を説明する図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rack assist mechanism of an electric power steering apparatus to which the first embodiment of the present invention is applied, FIG. 2 is a diagram in which a revolving roller in front is arranged in a normal posture in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a side view of a revolving roller and a holder member subassembly, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the same subassembly. FIG. 21 is a diagram showing the arrangement of the rack assist mechanism to which the present embodiment is applied in the electric power steering apparatus, and FIG. 22 is a diagram for explaining the rotation / linear motion conversion operation of the mechanism.
残りの図６乃至図１５は、本発明の軸角設定に関する説明図である。まず、図６はラックロッドねじ螺線の投影面（ラックロッド軸と公転ローラ軸の共通平行平面で噛み合い箇所を通る）の説明図、図７は投影面の垂直方向から見た（ラックロッド軸と公転ローラ軸の共通垂線上から見た）右側ねじフランク上のねじ螺線の矢視図である。図８、図９はその投影面へラックロッド右側ねじフランク上のねじ螺線を投影した平面曲線（サインカーブ）であり、図１０は噛み合い部の拡大図である。同様に、図１１は同じ投影面に他方のラックロッド左側ねじフランク上のねじ螺線を投影した平面曲線（サインカーブ）であり、図１２はその噛み合い部拡大図である。 The remaining FIGS. 6 to 15 are explanatory diagrams relating to the setting of the shaft angle of the present invention. First, FIG. 6 is an explanatory view of the projection surface of the rack rod screw spiral (passing through the meshed portion in the common parallel plane of the rack rod shaft and the revolving roller shaft), and FIG. 7 is viewed from the direction perpendicular to the projection surface (rack rod shaft). FIG. 6 is a view of the screw thread on the right-hand thread flank as viewed from the common perpendicular line of the revolving roller shaft. 8 and 9 are plane curves (sine curves) obtained by projecting the screw threads on the rack rod right-hand thread flank onto the projection plane, and FIG. 10 is an enlarged view of the meshing portion. Similarly, FIG. 11 is a plane curve (sine curve) obtained by projecting the screw thread on the left rack flank on the other rack rod on the same projection plane, and FIG. 12 is an enlarged view of the meshing portion.
一方、図１３は本実施形態に係る回転直動変換機構を従来技術に適用した場合における、同じ投影面へラックロッド右側ねじフランク上のねじ螺線を投影した平面曲線（サインカーブ）であり、図１４は図１３における噛み合い部の拡大図である。図１５は、本実施形態と従来技術を含めた回転直動変換機構におけるラックロッドねじ上の全噛み合い箇所の分布を示す図である。 On the other hand, FIG. 13 is a plane curve (sine curve) obtained by projecting a screw thread on the right screw flank of the rack rod onto the same projection plane when the rotary / linear motion converting mechanism according to the present embodiment is applied to the prior art. FIG. 14 is an enlarged view of the meshing portion in FIG. FIG. 15 is a diagram showing the distribution of all meshing locations on the rack rod screw in the rotation / linear motion conversion mechanism including the present embodiment and the prior art.
最初に、本発明の第一の実施形態に係る回転直動変換機構の構成を説明する。ラックロッド１の外周面にラックロッドねじ１ａを形成する。そして、ラックロッド１の中心軸であるラックロッド軸１ｄの周囲に９０度の等角度間隔で４本の公転ローラ２１，２２，２３，２４を配する。これらの中心軸である公転ローラ軸２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄは、ラックロッド軸１ｄに対してねじって配される（公転ローラ軸とラックロッド軸の互いの軸芯が平行ではない）。 First, the configuration of the rotation / linear motion conversion mechanism according to the first embodiment of the present invention will be described. A rack rod screw 1 a is formed on the outer peripheral surface of the rack rod 1. Then, four revolution rollers 21, 22, 23, and 24 are arranged around the rack rod shaft 1d, which is the central axis of the rack rod 1, at equal angular intervals of 90 degrees. These revolving roller shafts 21d, 22d, 23d, and 24d, which are the central axes, are arranged to be twisted with respect to the rack rod shaft 1d (the revolving roller shaft and the rack rod shaft are not parallel to each other).
ここで、図３に良く表わされているように、これら公転ローラの各々の外周には、複数の環状溝２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂが軸方向位置が互いにずれた状態で設置される（図３の例では隣接する公転ローラがリードの概略１／４ずれている、厳密には、｛（リード）／４｝×Ｃｏｓ（公転ローラ軸とラックロッド軸の軸角）ずれる）。そして、各環状溝を構成する両側の環状面（環状溝の底面から環状山に向けて立設する面）が、ラックロッドねじ１ａの両フランク（ラックロッドねじのねじ溝からねじ山に向けて立ち上がっている側面）と噛み合うように、公転ローラ軸２１ｄ〜２４ｄと前記ラックロッド軸１ａは互いにねじれた姿勢で固定配置される。 Here, as well represented in FIG. 3, a plurality of annular grooves 21b, 22b, 23b, 24b are installed on the outer periphery of each of the revolving rollers in a state where the axial positions are shifted from each other ( In the example of FIG. 3, adjacent revolving rollers are displaced by approximately 1/4 of the lead, strictly speaking, {(lead) / 4} × Cos (the shaft angle of the revolving roller shaft and the rack rod shaft) is deviated). The annular surfaces on both sides constituting each annular groove (surfaces standing from the bottom surface of the annular groove toward the annular crest) are both flank of the rack rod screw 1a (from the thread groove of the rack rod screw toward the thread crest). The revolving roller shafts 21d to 24d and the rack rod shaft 1a are fixedly arranged in a mutually twisted posture so as to mesh with the rising side surface.
このとき、各公転ローラは、公転ローララジアル軸受２１ｆ〜２４ｆと公転ローラスラスト軸受２１ｅ〜２４ｅによりローラ端２１ｃ〜２４ｃが支持され、それらのローラ軸受はホルダ部材３に嵌合されていて、これにより、全ての公転ローラ２１〜２４が自転できるようにしてある。ここで、この公転ローラには、径方向荷重と共にスラスト荷重がかかるため、これを支持する軸受は上記の如くラジアルとスラストの２タイプの玉軸受を用いたが、両荷重を受けることができるアンギュラー玉軸受やテーパローラ軸受の１種類でもよい。 At this time, each of the revolving rollers has roller ends 21c to 24c supported by revolving roller radial bearings 21f to 24f and revolving roller thrust bearings 21e to 24e, and these roller bearings are fitted to the holder member 3, thereby All the revolution rollers 21 to 24 can rotate. Here, since a thrust load is applied to the revolving roller together with a radial load, the radial bearing and the thrust ball bearings for supporting this are used as described above. However, an angular bearing capable of receiving both loads is used. One kind of ball bearing or tapered roller bearing may be used.
また、本実施形態は、角状の溝であるために、噛み合い部において発生する径方向荷重は極めて小さくなる。このため、扱う荷重レベルが小さいと、スラスト軸受を深溝化することによって径方向荷重を受持たせることが可能となり、ラジアル軸受が省略できる場合もある。また、寸法に制約がある場合には各軸受をニードル軸受としてもよい。 Moreover, since this embodiment is a square-shaped groove | channel, the radial direction load generate | occur | produced in a meshing part becomes very small. For this reason, when the load level to be handled is small, it is possible to carry a radial load by deepening the thrust bearing, and the radial bearing may be omitted. Further, when there are restrictions on the dimensions, each bearing may be a needle bearing.
ホルダ部材３は、図４と図５から明らかなように、公転ローラ２１、２２、２３、２４を挟んでいるホルダ端板３ｂ及びモータ側ホルダ端板３ｃと、それらをつなぐホルダ連結部３ｄにより構成されている。このときホルダ連結部３ｄは、ホルダ端板３ｂとは一体に形成され、他方のモータ側ホルダ端板３ｃとはホルダ連結ねじ７で締結される。このホルダ連結ねじ７の締結は、公転ローラの軸角が増大する方向に両ホルダ端板３ｂ、３ｃにトルクをかけながら行う（公転ローラの所定の軸角よりもやや大きく角度を付けて組み込むことによって寸法公差を調整することであり、組み込み時のがたを低減するためである）。このホルダ連結部３ｄは、特に図５に表わされているように、ラック１の周囲で、各公転ローラ２１，２２，２３，２４の間に設けられるものであるが、本実施形態では公転ローラを４本設けているので、同じく４箇所に設置してある。 As is apparent from FIGS. 4 and 5, the holder member 3 includes a holder end plate 3 b and a motor side holder end plate 3 c sandwiching the revolving rollers 21, 22, 23, and 24, and a holder connecting portion 3 d that connects them. It is configured. At this time, the holder connecting portion 3d is integrally formed with the holder end plate 3b, and is fastened with the holder connecting screw 7 to the other motor side holder end plate 3c. The holder connecting screw 7 is fastened while applying torque to the holder end plates 3b and 3c in a direction in which the shaft angle of the revolving roller increases (incorporate with a slightly larger angle than the predetermined shaft angle of the revolving roller). This is to adjust the dimensional tolerance according to the above, and to reduce rattling during assembly). As shown in FIG. 5 in particular, the holder connecting portion 3d is provided between the revolving rollers 21, 22, 23, and 24 around the rack 1, but in this embodiment, the revolving operation is performed. Since four rollers are provided, they are also installed at four locations.
次に、一方のモータ側ホルダ端板３ｃには、ラックロッド１を覆うようにパイプ部が延在し、そこにモータ５の構成要素であるロータ５ａが圧入又は焼き嵌めにより固定されている。そして、このホルダ部材３は、ホルダラジアル軸受３ｆとホルダスラスト軸受３ｅにより、ケーシング６の内部に回転可能に支持されている。これらの軸受は、アンギュラー玉軸受やテーパローラ軸受の１種類としてもよい。また、両ホルダ軸受は各々複列アンギュラー玉軸受でも勿論良い。 Next, on one motor side holder end plate 3c, a pipe portion extends so as to cover the rack rod 1, and a rotor 5a which is a component of the motor 5 is fixed thereto by press fitting or shrink fitting. The holder member 3 is rotatably supported inside the casing 6 by a holder radial bearing 3f and a holder thrust bearing 3e. These bearings may be one type of an angular ball bearing or a tapered roller bearing. Of course, both holder bearings may be double-row angular ball bearings.
このように、公転ローラを組み込んだホルダ部材３は、軸受押さえ４によりケーシング６に固定配置されるが、このケーシング６は、ホルダ部材軸受が嵌合されるホルダ部材ケーシング６ａと、モータ５のステータ５ｂが圧入又は焼き嵌めされているモータケーシング６ｂに二分割されている。ここで、この軸受押さえ４は、かしめやねじ止めによりホルダ部材ケーシング６ａに固定配置される。 As described above, the holder member 3 incorporating the revolving roller is fixedly disposed on the casing 6 by the bearing retainer 4. The casing 6 includes a holder member casing 6 a into which the holder member bearing is fitted, and a stator of the motor 5. 5b is divided into two into a motor casing 6b that is press-fitted or shrink-fitted. Here, the bearing retainer 4 is fixedly disposed on the holder member casing 6a by caulking or screwing.
こうして公転ローラ２１〜２４が組み込まれたホルダ部材３は、ホルダ部材ケーシング６ａに装着され、この後、モータケーシング６ｂがねじ止め等により装着される。そして、これによりステータ５ｂとロータ５ａが対向してモータ５が形成されることになる。ここで、この組み立てに際しては、適宜、グリースが構成部品間に流し込まれる。ところで、回転直動変換動作を起こすためには、直動部であるラックロッド１の回転を防止して直動のみ許す直動対偶が必要である。 The holder member 3 in which the revolving rollers 21 to 24 are incorporated in this manner is attached to the holder member casing 6a, and then the motor casing 6b is attached by screwing or the like. As a result, the stator 5b and the rotor 5a face each other to form the motor 5. Here, in this assembly, grease is appropriately poured between the component parts. By the way, in order to cause the rotation / linear motion conversion operation, a linear motion pair that prevents the rotation of the rack rod 1 as the linear motion portion and permits only the linear motion is necessary.
本実施形態では、図２１のピニオン１０３とラックロッド１に設けたピニオン１０３と噛み合うラックがその役目を果たす。これが無いようなシステムの場合、例えばステアバイワイヤシステムなどでは、ボールスライダーのような直動対偶を別途備える必要がある。今回のようなステアリング機構の場合、スライダー部のボールを省略してすべり対偶としても直動部の速度は小さいため効率低下は小さい。よって、コスト重視の場合は、単純な継ぎ手構造としても差し支えない。このことは、ステアリング機構以外での適用において、直動部の要求速度が小さい場合、一般的に当てはまる。つまり、減速比率を大きく設計した場合であり、具体的には、ラックロッドねじのリード角が小さい場合である。 In this embodiment, the rack which meshes with the pinion 103 of FIG. 21 and the pinion 103 provided on the rack rod 1 plays the role. In the case of a system without this, for example, in a steer-by-wire system, it is necessary to separately provide a linear motion pair such as a ball slider. In the case of the steering mechanism such as this time, even if the ball of the slider portion is omitted and the sliding pair is even, the speed of the linear motion portion is small, so the efficiency drop is small. Therefore, when cost is important, a simple joint structure may be used. This is generally true when the required speed of the linear motion part is small in applications other than the steering mechanism. That is, this is the case where the reduction ratio is designed to be large, and specifically, the case where the lead angle of the rack rod screw is small.
上述した本発明の実施形態に係る回転直動変換機構の構成における最も重要な観点の一つとして、このラックロッド軸１ｄに対する公転ローラ軸２１ｄ〜２４ｄの軸角（ラックロッド軸１ｄに平行な空間直線と公転ローラ軸２１ｄ〜２４ｄに平行な空間直線を同一点を通るように描いたときに両者が成す角のうちで０゜〜９０゜の範囲にある角度である。また、ラックロッド軸１ｄと公転ローラ軸２１ｄ〜２４ｄの共通垂線（共通垂線は１本しか存在しない）方向から見たときの両線が成す角のうちで０゜〜９０゜の範囲にある角度であるともいえる。さらに、ラックロッド軸１ｄと公転ローラ軸２１ｄ〜２４ｄの共通平行面（共通垂線に直交する面）に両線を投影した時の両投影線の成す角のうちで０゜〜９０゜の範囲にある角度であるともいえる。このように３つの見方による軸角の定義があり、この軸角は図２で図示しているので参照。）の設定がある。 As one of the most important viewpoints in the configuration of the rotation / linear motion conversion mechanism according to the embodiment of the present invention described above, the shaft angles of the revolving roller shafts 21d to 24d with respect to the rack rod shaft 1d (space parallel to the rack rod shaft 1d). When the straight line and the space straight line parallel to the revolving roller shafts 21d to 24d are drawn so as to pass through the same point, the angle formed by the both is in the range of 0 ° to 90 °, and the rack rod shaft 1d. It can be said that the angle is in the range of 0 ° to 90 ° among the angles formed by the two lines when viewed from the direction of the common perpendicular to the revolving roller shafts 21d to 24d (there is only one common perpendicular). The angle between the two projection lines when the two lines are projected onto the common parallel plane (plane perpendicular to the common perpendicular) of the rack rod shaft 1d and the revolving roller shafts 21d to 24d is in the range of 0 ° to 90 °. To be an angle Said. Thus there is defined a shaft angle with three perspectives, the shaft angle is a reference.) Setting so are shown in FIG.
公転ローラの軸角が決まると、つまり、公転ローラ軸の向きが決まると、公転ローラ溝の方向が決まるため、軸角の設定が不適切であると、良好な噛み合いを実現するねじ１ａと公転ローラ溝２１ｂ〜２４ｂが見出せない場合もあり得る。このように非常に重要な設計項目である軸角を、本実施形態に係る回転直動変換機構においては、ラックロッドねじ１ａのリード角（ラックロッド軸芯に垂直な断面方向とねじ切りされたねじ溝の方向とのなす角度）ではなく、このリード角よりも大きくしたことが本発明の主要な技術的特徴である。この特徴によって、公転ローラとラックロッドねじの噛み合い箇所付近での干渉を回避できる理由を、以下、図６〜図１０と図１３、図１４を用いて説明する。ここで、説明を明確化するため、噛み合いがラックロッドねじ１ａの右側フランク（図６の説明を参照）で生じるような向きに公転ローラ２１〜２４が公転する場合を扱う。 When the shaft angle of the revolving roller is determined, that is, when the direction of the revolving roller shaft is determined, the direction of the revolving roller groove is determined. Therefore, if the setting of the shaft angle is inappropriate, the screw 1a and the revolving which realize good meshing are determined. There may be a case where the roller grooves 21b to 24b cannot be found. In such a rotation / linear motion conversion mechanism according to the present embodiment, the shaft angle, which is a very important design item, is used as the lead angle of the rack rod screw 1a (the screw that is threaded with the cross-sectional direction perpendicular to the rack rod axis). The main technical feature of the present invention is that it is larger than the lead angle, not the angle formed with the groove direction. The reason why interference in the vicinity of the meshing portion between the revolving roller and the rack rod screw can be avoided by this feature will be described below with reference to FIGS. 6 to 10, 13, and 14. Here, in order to clarify the explanation, a case where the revolution rollers 21 to 24 revolve in such a direction that the meshing occurs at the right flank of the rack rod screw 1a (see the explanation of FIG. 6) will be treated.
ラックロッドと公転ローラは三次元的に配置されているが、両者の位置関係を考察するために便利な平面を考える。図６の斜視図で示す投影面がその平面である。この平面は、ラックロッド軸１ｄと公転ローラ軸２１ｄ〜２４ｄの共通平行面の内で噛み合い箇所を通るものである。この共通平行面の法線方向（図６に示す共通垂線方向）からラックロッドを見た矢視図が図７である。図７には、フランク（ねじの側面）上の噛み合い箇所とそこを通るラックロッドねじ右側フランク上の螺線が描いてある。図８は、フランク上の噛み合い箇所とラックロッドねじ右側フランク上の螺線を、図６に示す投影面（共通平行面）に投影した結果である。 The rack rod and the revolving roller are three-dimensionally arranged, but a convenient plane is considered for considering the positional relationship between them. The projection plane shown in the perspective view of FIG. 6 is the plane. This plane passes through the meshing portion in the common parallel surface of the rack rod shaft 1d and the revolving roller shafts 21d to 24d. FIG. 7 is an arrow view of the rack rod viewed from the normal direction of the common parallel plane (the common perpendicular direction shown in FIG. 6). In FIG. 7, the meshing point on the flank (side surface of the screw) and the spiral on the right flank of the rack rod screw passing therethrough are depicted. FIG. 8 is a result of projecting the meshing position on the flank and the spiral on the right flank of the rack rod screw onto the projection plane (common parallel plane) shown in FIG.
ここで、螺線はサインカーブとなり、噛み合い箇所Ｋで両面が接触するようにするためには、その噛み合い箇所は少なくとも噛み合い箇所Ｋにおけるサインカーブの接線が公転ローラ軸の投影線と直交する位置に設定することが必要である。このことは、公転ローラ軸の投影線と直交する線が噛み合い箇所の接線と平行になることと同じである。公転ローラ軸の投影線と直交する線は、公転ローラ環状面を投影したものとみなされることからも理解できる。 Here, the spiral becomes a sine curve, and in order for both surfaces to come into contact with each other at the meshing location K, the meshing location is at a position where the tangent line of the sine curve at the meshing location K is orthogonal to the projection line of the revolution roller shaft. It is necessary to set. This is the same as the line orthogonal to the projection line of the revolving roller shaft being parallel to the tangent of the meshing portion. It can be understood from the fact that the line orthogonal to the projection line of the revolving roller shaft is regarded as a projection of the revolving roller annular surface.
ここにおいて、公転ローラ軸が仮に公転ローラ軸角をねじリード角とした場合（想到できる思考範囲、以下従来と記す）、公転ローラ軸に直交する向きの接線を持つ点（例えば、図８のａ，ｂ，…）は、ラックロッド軸１ｄの投影線との交点である。 Here, if the revolving roller shaft is assumed to have a revolving roller shaft angle as a screw lead angle (a conceivable thinking range, hereinafter referred to as conventional), a point having a tangent in a direction perpendicular to the revolving roller shaft (for example, a in FIG. , B,...) Are intersections with the projection line of the rack rod shaft 1d.
したがって、本実施形態の特徴のように、図２に示す軸角がラックロッドねじのリード角のときよりも大きい、すなわち、公転ローラ軸がリード角のときよりも立った場合、噛み合い箇所として設定可能な位置は、その位置における接線がリード角のときよりも倒れたところであるから、図８に示すような位置となる。図８では、平面曲線（サインカーブ）と接線との関係が明確ではないため、それを横に引き伸ばして、接線との位置関係を見やすくしたものが図９であり、さらに図１０はその噛み合い箇所付近（図９のＭ部）の拡大図である（図１０で紙面に垂直な方向の面がねじのフランク面となる）。一方、上述の従来（想到できる思考範囲）の場合（軸角をラックロッドねじリード角とした場合）を、同様な説明図である図１３と図１４（図１３のＰ部拡大図）で示す。図９で細かいハッチングで示す部分は図７で示すラックロッドねじ山部分に相当し、図９で紙面に垂直な方向の面がねじのフランク面となる。 Therefore, as the feature of this embodiment, when the shaft angle shown in FIG. 2 is larger than the lead angle of the rack rod screw, that is, when the revolving roller shaft stands more than the lead angle, it is set as the meshing portion. A possible position is a position as shown in FIG. 8 because the tangent at that position has fallen more than the lead angle. In FIG. 8, since the relationship between the plane curve (sine curve) and the tangent is not clear, FIG. 9 shows that the positional relationship with the tangent is expanded by extending it sideways, and FIG. FIG. 10 is an enlarged view of the vicinity (M portion in FIG. 9) (the surface in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 10 is the flank surface of the screw). On the other hand, the case of the above-mentioned conventional (conceivable range of thinking) (when the shaft angle is a rack rod screw lead angle) is shown in FIG. 13 and FIG. 14 (enlarged view of P part in FIG. 13) which are similar explanatory views. . The portion shown in fine hatching in FIG. 9 corresponds to the rack rod thread portion shown in FIG. 7, and the surface perpendicular to the paper surface in FIG. 9 is the flank surface of the screw.
本発明を示す図１０の場合は、噛み合い設定箇所における接線は、噛み合い設定箇所からはずれるとラックロッドねじ山の縁部から離れて隙間が発生しているのに対して、図１４の場合は、噛み合い設定箇所の下側でラックロッドねじ山の縁部に食い込んでいることがわかる。すなわち、軸角をねじリード角とする場合（図１４の場合）は、噛み合い設定箇所での接触は実現できるがその周囲で干渉（公転ローラの環状面がラックロッドねじ山に食い込む）が発生してしまうのに対して、軸角をねじリード角よりも大きくした本発明の場合（図１０の場合）では、噛み合い設定箇所での接触の実現とともにその周囲での干渉を回避できることがわかる。 In the case of FIG. 10 showing the present invention, the tangent at the mesh setting position is separated from the edge of the rack rod thread when the mesh tangent deviates from the mesh setting position, whereas in the case of FIG. It can be seen that the edge of the rack rod thread bites under the engagement setting portion. That is, when the shaft angle is the screw lead angle (in the case of FIG. 14), the contact at the mesh setting position can be achieved, but interference (the annular surface of the revolving roller bites into the rack rod thread) occurs around it. On the other hand, in the case of the present invention in which the shaft angle is larger than the screw lead angle (in the case of FIG. 10), it can be seen that the contact at the engagement setting location can be realized and the interference around it can be avoided.
つまり、ラックロッドねじフランクと公転ローラ溝側面の環状面が接するように設定した噛み合い箇所付近において、両者の干渉を回避できる。この結果、局部的に過大な応力を発生することがないので、広い範囲で材料の限界に近い大きな応力を受けることが可能となり、高い信頼性を確保しながら大きな推力を発生できるという効果がある。 That is, it is possible to avoid the interference between the rack rod screw flank and the meshing portion set so that the annular surface of the revolving roller groove side faces. As a result, since no excessive stress is generated locally, it is possible to receive a large stress close to the limit of the material in a wide range, and there is an effect that a large thrust can be generated while ensuring high reliability. .
さらに説明すると、公転ローラの軸角をねじリード角とする例を示す図１４と公転ローラの軸角をねじリード角より大とする本実施形態を示す図１０とを対比すると、噛み合い設定箇所が、従来ではラックロッド軸１ｄの投影線とラックロッドねじ螺旋投影線（サインカーブ）との交点（図８に示すａ，ｂ，…）であり、本実施形態ではラックロッド軸１ｄから隔たった点（図８に示す黒丸）である。このようになる理由であるが、図７で図面の真上から公転ローラを設置した場合、従来例では、公転ローラの軸角がねじのリード角と等しいのであるから、公転ローラの環状溝（螺旋溝ではなく、公転ローラ軸線と直交する溝の側面部）を投影した直線とねじフランクを投影したサインカーブとの噛み合い箇所は、ラックロッド軸の投影線上となる。これに対して、本実施形態では、公転ローラの軸角をリード角より大きくして図７で真上から公転ローラを設置するのであるから、公転ローラの環状溝側面部の投影直線がラックロッドねじの投影サインカーブと接する接点（噛み合い箇所）は基準となる１ｄ（ねじ軸の投影線）からずれるのは当然であり、その接点が基準線１ｄよりも上方となるのである（公転ローラの軸角をねじリード角より大としているので）。 More specifically, when FIG. 14 showing an example in which the shaft angle of the revolution roller is the screw lead angle and FIG. 10 showing this embodiment in which the shaft angle of the revolution roller is larger than the screw lead angle, the mesh setting location is as follows. Conventionally, the intersection (a, b,... Shown in FIG. 8) of the projection line of the rack rod shaft 1d and the rack rod screw spiral projection line (sine curve) is a point separated from the rack rod shaft 1d in this embodiment. (Black circle shown in FIG. 8). The reason for this is that when the revolving roller is installed from right above the drawing in FIG. 7, the shaft angle of the revolving roller is equal to the lead angle of the screw in the conventional example. The meshing portion of the straight line projected on the side surface of the groove perpendicular to the revolving roller axis, not the spiral groove, and the sine curve projected on the screw flank is on the projected line of the rack rod shaft. On the other hand, in this embodiment, the shaft angle of the revolving roller is made larger than the lead angle and the revolving roller is installed from directly above in FIG. It is natural that the contact point (engagement location) that contacts the projected sine curve of the screw deviates from the reference 1d (projection line of the screw shaft), and the contact point is above the reference line 1d (the shaft of the revolution roller). Because the corner is larger than the screw lead angle).
さらに、従来例では図１４に示すように環状溝が下方で食い込むのに対して、本実施形態では図１０で噛み合い箇所の両側で隙間が形成されて食い込むことが無いとして図示しているが、図８に示すサインカーブは１ｄの投影線と交わる交点で変曲点（曲線の上の凸形状と下の凹形状との変わり目）を形成しており、ここで、変曲点というのは、一般的に云って、この変曲点に引いた接線に対して曲線の一方と他方とは異なる側に存在すると云う属性を備えているので、図１４において、接線は１ｄの上のサインカーブでは隙間ができるが、下のサインカーブでは接線はサインカーブの右側に存在することとなる。これに対して、本実施形態では、変曲点から上方にずれたサインカーブの位置であるので、この位置での接線は図１０に示すようにその上と下とで隙間ができることとなるのである。 Furthermore, in the conventional example, the annular groove bites down as shown in FIG. 14, whereas in the present embodiment, the gap is formed on both sides of the meshing portion in FIG. The sine curve shown in FIG. 8 forms an inflection point (the transition point between the convex shape above the curve and the concave shape below) at the intersection point intersecting with the projection line 1d. Generally speaking, since the tangent drawn at the inflection point has an attribute that it exists on one side different from the other side of the curve, in FIG. 14, the tangent is a sine curve above 1d. There is a gap, but in the lower sine curve, the tangent is on the right side of the sine curve. On the other hand, in the present embodiment, since it is the position of the sine curve shifted upward from the inflection point, the tangent line at this position has a gap above and below as shown in FIG.
以上は、噛み合いがラックロッドねじ１ａの右側フランクで生じるような向きに公転ローラ２１〜２４が公転する場合であったが、図３に示すようなラックロッドねじ山の両側面である両フランクと各々噛み合う前記した環状面二面を両側面とする環状溝２１ｂ〜２４ｂを公転ローラに設けた結果、噛み合いがラックロッドねじ１ａの左側フランクで生じる逆の場合も同様に動作する。図１１、図１２は前述した図９、図１０と同様の説明図である。これから、噛み合い箇所がラックロッドねじ１ａの左側フランクで起こる場合と右側フランクで起こる場合でずれているということがわかる（図１２では噛み合い設定箇所が１ｄ投影線より下側である）。 The above is the case where the revolving rollers 21 to 24 revolve in such a direction that the meshing occurs at the right flank of the rack rod screw 1a, but both flanks which are both sides of the rack rod screw thread as shown in FIG. As a result of providing the revolving roller with the annular grooves 21b to 24b having the two annular surfaces that mesh with each other on both sides, the reverse operation occurs when the meshing occurs at the left flank of the rack rod screw 1a. 11 and 12 are explanatory diagrams similar to FIGS. 9 and 10 described above. From this, it can be seen that the meshing location is shifted between the case where it occurs at the left side flank of the rack rod screw 1a and the case where it occurs at the right side flank (in FIG. 12, the meshing setting location is below the 1d projection line).
以上の状況をまとめたのが、図１５である。公転ローラの環状面を組み合わせて環状溝２１ｂ〜２４ｂとした結果、ラックロッドねじ１ａの両フランクを噛み合い箇所として使用する（直動の向きで使用するフランクが異なる）ことになったため、一箇所にかかる負荷時間を低減でき、信頼性が向上するという効果がある。また、図１５から明らかなように、噛み合い箇所の分布が右側フランク時と左側フランク時で各々直線にのっていることがわかる（図１５で各々を右側フランク噛み合い線と左側フランク噛み合い線と称している）。この噛み合い分布から、公転ローラ２１〜２４をラックロッドねじ１に噛合わせる時、軸角を大きくする向きにトルクをかけて公転ローラ２１〜２４を固定配置すれば（公転ローラの組み込み時に寸法公差の調整方法として）、公転ローラ２１〜２４とラックロッドねじ１の加工誤差で生じた両噛み合い線上のがたを小さくする効果が生じる。 FIG. 15 summarizes the above situation. As a result of combining the annular surfaces of the revolving rollers into the annular grooves 21b to 24b, both flank of the rack rod screw 1a are used as meshing portions (the flank used in the direction of linear motion is different), so it is in one place. The load time can be reduced, and the reliability is improved. Further, as is apparent from FIG. 15, it can be seen that the distribution of the meshed portions is linear on the right flank and the left flank (in FIG. 15, they are referred to as the right flank mesh line and the left flank mesh line, respectively). ing). From this meshing distribution, when the revolving rollers 21 to 24 are meshed with the rack rod screw 1, if the revolving rollers 21 to 24 are fixedly arranged by applying torque in the direction of increasing the shaft angle (the dimensional tolerance when the revolving roller is incorporated). As an adjustment method), there is an effect of reducing rattling on both meshing lines caused by processing errors between the revolving rollers 21 to 24 and the rack rod screw 1.
次に、この実施形態の動作について、図２２を用いて動作を説明する。この図２２は、動作原理を説明するため、ラックロッド１の外周面を展開して示した図である。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a diagram showing the outer peripheral surface of the rack rod 1 in order to explain the operation principle.
今、モータが、図２２において、上から下へ回転する場合に限定して考える。ホルダ部材がラックロッド軸を中心に回転し、これに保持されている４本の公転ローラもモータと同一回転を行う。よって、図２２では、公転ローラは上（Ａ位置）から下（Ｂ位置）へ垂直に移動する。図２２の太線は、公転ローラがＡ位置にある場合のラックロッドねじ山の右側フランクを示す。 Now consider only the case where the motor rotates from top to bottom in FIG. The holder member rotates about the rack rod shaft, and the four revolving rollers held by the holder member rotate in the same direction as the motor. Therefore, in FIG. 22, the revolution roller moves vertically from the top (A position) to the bottom (B position). The thick line in FIG. 22 shows the right flank of the rack rod thread when the revolving roller is in the A position.
そして、このＡ位置から、公転ローラがδラジアン(rad)だけ公転してラックロッドの円周上をδ・(ラック軸半径)だけ動いてＢ位置に到達した場合を考える。このとき、公転ローラ溝の右側環状面の位置は、ラックロッド軸方向には移動せず、展開図上では上下方向にのみ移動する。よって、ラックロッドが軸方向(展開図上では左右方向)に、δ・(ラックロッド軸半径)・ｔａｎ(ラックロッドねじリード角)だけ動いた場合、ねじ山右フランクが左に動いて破線の位置となり、公転ローラ溝とラックロッドねじの噛み合いを保つ。このようにして回転直動変換が生じる。 Then, a case is considered in which the revolution roller revolves by δ radians (rad) from this position A and moves on the circumference of the rack rod by δ · (rack shaft radius) to reach the position B. At this time, the position of the right annular surface of the revolving roller groove does not move in the rack rod axis direction, but moves only in the vertical direction on the development view. Therefore, when the rack rod moves in the axial direction (left and right in the developed view) by δ · (rack rod shaft radius) · tan (rack rod screw lead angle), the thread right flank moves to the left and the broken line Position and keep the revolving roller groove and rack rod screw engaged. In this way, rotation / linear motion conversion occurs.
また、モータの１回転あたりのラック移動量Ｍ(以後、機構ピッチと呼称する)は、δを２πとして、
Ｍ＝２π・(ラックロッド軸半径)・ｔａｎ(ラックロッドねじリード角)
となる。この式から明らかなように、ラックロッドねじリード角を小さくすることにより、減速割合を増大できることが分かる。
In addition, the rack movement amount M per one rotation of the motor (hereinafter referred to as a mechanism pitch) is δ being 2π,
M = 2π ・ (Rack rod shaft radius) ・ tan (Rack rod screw lead angle)
It becomes. As is apparent from this equation, it is understood that the deceleration rate can be increased by reducing the rack rod screw lead angle.
また、噛み合い箇所は、公転ローラ側の環状面とラックロッド側のねじ面であり、曲率の小さい（平面により近い）面同士の噛み合いとなる。よって、噛み合い時の弾性変形によって広範囲で接触が起きるため、発生する応力の最大値（ヘルツ応力）が抑制される。このために、噛み合い一箇所あたりの負荷荷重が増大し、コンパクトながら、大きな推力が発生可能になるという効果がある。すなわち、従来技術におけるボールねじ機構では、ボールとねじは点接触となるのに対して、本実施形態ではラックロッドねじと公転ローラの噛み合い時の平面近似の接触によって、また両者の弾性変形によって広範囲の接触となるため、発生応力の最大値が抑制されるのである。 Further, the meshing portion is an annular surface on the revolving roller side and a threaded surface on the rack rod side, and meshes with surfaces having a small curvature (closer to a plane). Therefore, since contact occurs over a wide range due to elastic deformation at the time of meshing, the maximum value of the generated stress (Hertz stress) is suppressed. For this reason, there is an effect that a load per meshing portion increases, and a large thrust can be generated while being compact. That is, in the ball screw mechanism in the prior art, the ball and the screw are in point contact, whereas in the present embodiment, a wide range is obtained by contact of a plane approximation when the rack rod screw and the revolving roller are engaged, and by elastic deformation of both. Therefore, the maximum value of the generated stress is suppressed.
また、噛み合い箇所では、相対すべりが無くなる向き、すなわち一体で動く向きに摩擦力が働く。この摩擦力によって、公転ローラは、その公転ローラ溝がラックロッドねじ山というレール上を転がるように自転を起こす。ここで重要なことは、公転ローラが自転しても噛み合い箇所において公転ローラ溝が軸方向に移動しないということである。これは、公転ローラ溝がねじではなく環状溝であることから実現している。このように、公転ローラは全噛み合い箇所での摩擦の和が低減するように自ら自転速度を制御するため、損失が小さく高効率になるという効果がある。以上をまとめると、本発明は、ナットを回転フリーのローラに分割して転がり接触を実現する方法とみなすことが出来る。 Further, at the meshing portion, a frictional force acts in a direction in which relative slip is eliminated, that is, a direction in which the sliding is performed integrally. By this frictional force, the revolution roller causes rotation so that the revolution roller groove rolls on a rail called a rack rod thread. What is important here is that even if the revolving roller rotates, the revolving roller groove does not move in the axial direction at the meshing portion. This is realized because the revolution roller groove is not a screw but an annular groove. In this way, the revolution roller controls the rotation speed itself so as to reduce the sum of friction at all the meshing locations, so that there is an effect that the loss is small and the efficiency is high. To summarize the above, the present invention can be regarded as a method for realizing rolling contact by dividing the nut into rotation-free rollers.
ところで、ラックロッド１に推力を発生させた場合、その反力がラックロッド１の軸方向に現われるが、この反力は、最終的にはラックロッドねじ１ａと各公転ローラの公転ローラ溝２１ｂ〜２４ｂの噛み合い箇所にかかる。このとき、この実施形態では、１本の公転ローラに複数の公転ローラ溝が設けてあるため、溝数だけ噛み合い箇所が多くなり、この結果、大きな荷重に耐えることができる。また、この実施形態では、公転ローラが複数本(ここでは公転ローラ２１〜２４の４本)設置されているため、更に噛み合い箇所が増加し、その分、大きな荷重に耐えることができ、この結果、大きなラック推力を発生させることができる。 By the way, when thrust is generated in the rack rod 1, the reaction force appears in the axial direction of the rack rod 1, but this reaction force is finally caused by the rack rod screw 1a and the revolving roller grooves 21b to 21b of each revolving roller. It is applied to the meshing part 24b. At this time, in this embodiment, since a plurality of revolution roller grooves are provided in one revolution roller, the number of meshing portions is increased by the number of grooves, and as a result, a large load can be withstood. Further, in this embodiment, since a plurality of revolution rollers (here, four revolution rollers 21 to 24) are installed, the number of meshing portions is further increased, and accordingly, a large load can be endured. A large rack thrust can be generated.
しかも、この実施形態では、公転ローラ２１〜２４がラックロッド１の周囲に等角度間隔で配置されているため、各公転ローラに現れる力のうち、径方向(ラックロッド軸１ｄを中心とする径方向)に現れる成分は相互にキャンセルし合って、外には現われない。この結果、ホルダラジアル軸受３ｆの荷重が低減し、小負荷容量の軸受を用いることができ、コストの低減と小形化に寄与することができ、且つ、そこで発生する摩擦損失も小さくなるので、性能の向上にも寄与することができる。 In addition, in this embodiment, since the revolution rollers 21 to 24 are arranged at equal angular intervals around the rack rod 1, out of the forces appearing on each revolution roller, the radial direction (diameter centered on the rack rod shaft 1d). The components appearing in (direction) cancel each other and do not appear outside. As a result, the load on the holder radial bearing 3f is reduced, a bearing having a small load capacity can be used, which can contribute to cost reduction and downsizing, and the friction loss generated there is also reduced. It can also contribute to improvement.
ここで、公転ローラ２１〜２４をホルダ部材３に組み込むときについて考えてみると（本実施形態の特徴である、公転ローラの軸角をラックロッドねじのリード角よりも大きくするという構成を前提として寸法公差の調整手法として）、このときは、まず、モータ側ホルダ端板３ｃをホルダ端板３ｂと一体化されているホルダ連結部３ｄにホルダ連結ねじ７で仮止めしてサブアセンブリとし、これをホルダ部材ケーシング６ａに挿入し、その中央にラックロッド１をねじ込むことになる。 Here, when considering the case where the revolving rollers 21 to 24 are incorporated in the holder member 3 (on the premise of the configuration in which the shaft angle of the revolving roller is larger than the lead angle of the rack rod screw, which is a feature of the present embodiment). At this time, first, the motor side holder end plate 3c is temporarily fixed to the holder connecting portion 3d integrated with the holder end plate 3b with the holder connecting screw 7 to form a subassembly. Is inserted into the holder member casing 6a, and the rack rod 1 is screwed into the center thereof.
そして、この後、仮止めしていたホルダ連結ねじ７を一旦緩め、モータ側ホルダ端板３ｃを若干ねじって、公転ローラ軸とラックロッド軸の二軸角度を調整し、噛み合い箇所におけるがたを低減した上で再度、締結することになる。そうすると、ここで、がたを小さくするにつれて軸受部の摩擦が増大するため、適度なねじりを行うことになるが、このことは、組み立ての最終段階で、がたと効率の調整が容易に行なえることを意味し、従って、この実施形態によれば、がたの程度と効率のばらつきが低減できるという利点がある。がたが回避できるということは、ステアリング装置においては、ハンドルを切っても操舵輪がまったく反応しないという不感帯の存在が回避できることを意味し、操舵フィーリングの改善に寄与することができる。 After that, the temporarily tightened holder connecting screw 7 is once loosened, the motor side holder end plate 3c is slightly twisted to adjust the biaxial angle between the revolving roller shaft and the rack rod shaft, and the ratchet at the meshing location. It will be fastened again after reducing. Then, since friction of the bearing portion increases as the backlash is reduced, moderate torsion is performed. This can easily adjust backlash and efficiency at the final stage of assembly. Therefore, according to this embodiment, there is an advantage that variation in the degree of play and efficiency can be reduced. The fact that it can be avoided means that in the steering device, it is possible to avoid the presence of a dead zone in which the steered wheels do not react at all even when the steering wheel is turned off, which can contribute to improvement of the steering feeling.
また、この実施形態では、モータ５のステータ５ｂをケーシング６側に設け、ロータ５ａをホルダ部材３側に設けると共に、図示してないが、既に説明したように、ラックロッド１には直動のみ許して回転を止めるラックとピニオン１０３が設けてあるので、このラックロッド１は回転することなく、直動だけを行なうことになり、このため、ラックロッド１の先に装着されるタイロッドには回転力が伝達される虞れがなく、使い勝手が良いという利点がある。 Further, in this embodiment, the stator 5b of the motor 5 is provided on the casing 6 side, and the rotor 5a is provided on the holder member 3 side. Since the rack and pinion 103 for allowing and stopping rotation are provided, the rack rod 1 does not rotate but only moves linearly. For this reason, the tie rod attached to the end of the rack rod 1 is rotated. There is no fear that power is transmitted and there is an advantage that it is easy to use.
次に、本発明の第二の実施形態を図１６、図１７に基づいて説明する。図１６は公転ローラとホルダのサブアセンブリの側面図であり、図１７はその横断面である。ホルダ連結部が、ラックロッドに対してねじり配置される公転ローラ２１〜２４に沿って形成され、ホルダねじれ連結部３ｅとなる以外は、既に説明した第一の実施形態と同様であるため、その他の部分の構造、動作及び効果についての説明は省略する。この連結部は、ホルダ端板３ｂと一体となる中実体から公転ローラがねじり配置される部分に公転ローラの外径をわずかに拡大した円柱をくり貫いて残った形状としてもよい。これにより、第一の実施形態のホルダ連結部に比べて、断面積を容易に確保できるため、外径を小さくすることが可能となる。この結果、回転部となるこのサブアセンブリの回転軸である中心軸周りの慣性モーメントを小さくできるため、指令に対する応答性が向上し、動作の制御が容易であるという特有の効果がある。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 is a side view of the revolving roller and holder subassembly, and FIG. 17 is a cross-sectional view thereof. Since the holder connecting portion is the same as the first embodiment described above except that the holder connecting portion is formed along the revolving rollers 21 to 24 arranged torsionally with respect to the rack rod and becomes the holder torsion connecting portion 3e. The description of the structure, operation and effect of this part is omitted. This connection part is good also as a shape which penetrated the cylinder which slightly expanded the outer diameter of the revolution roller in the part where the revolution roller is twisted from the solid body integrated with the holder end plate 3b. Thereby, compared with the holder connection part of 1st embodiment, since a cross-sectional area can be ensured easily, it becomes possible to make an outer diameter small. As a result, since the moment of inertia around the central axis, which is the rotation axis of the subassembly serving as the rotating portion, can be reduced, there is a specific effect that the response to the command is improved and the control of the operation is easy.
次に、本発明の第三の実施形態を図１８乃至図２０に基づいて説明する。図１８は、公転ローラ２１〜２４の内部に軸を通し、公転ローララジアル軸受２１ｆ〜２４ｆも内蔵したアセンブリである。この軸にホルダ連結部の役割を担わせるため、この軸をローラ内蔵ホルダ連結部３ｆと呼称する。また、図１９は、公転ローラとホルダのサブアセンブリの側面図であり、ローラ内蔵ホルダ連結部３ｆの取り付け箇所を断面にした図である。図２０はその横断面図である。これ以外は、既に説明した第一及び第二の実施形態と同様であるため、その他の部分の構造、動作及び効果についての説明は省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 18 shows an assembly in which shafts are passed through the revolution rollers 21 to 24 and the revolution roller radial bearings 21f to 24f are also incorporated. In order to make this shaft play the role of the holder connecting portion, this shaft is referred to as a roller built-in holder connecting portion 3f. FIG. 19 is a side view of the sub-assembly of the revolving roller and the holder, and is a cross-sectional view of the attachment location of the roller built-in holder connecting portion 3f. FIG. 20 is a cross-sectional view thereof. Other than this, since it is the same as the first and second embodiments already described, description of the structure, operation, and effects of other parts will be omitted.
公転ローラ内部にホルダ連結部を設けたため、上記した第二の実施形態よりもさらに慣性モーメントが低減でき、指令に対する応答性が一層向上し、動作の制御がさらに容易になるという特有の効果がある。また、公転ローラ以外に両ホルダ端板３ｂ，３ｃを連結する部材スペースが不要となったため、公転ローラの設置加工本数を増大でき、一層の大推力化が可能となる効果もある。本実施形態では、内蔵する公転ローラ軸受をラジアル軸受のみとしたが、スラスト軸受も兼ねるアンギュラ玉軸受やテーパローラ軸受でも良い。このようにすると、ローラ軸端の構造が単純化でき、公転ローラの軸方向の位置決め調整構造が単純となる効果がある。また、本実施形態では、公転ローララジアル軸受をニードルベアリングとしたが、玉軸受やローラ軸受としてももちろん良い。 Since the holder connecting portion is provided inside the revolving roller, the inertial moment can be further reduced as compared to the second embodiment described above, the response to the command is further improved, and the operation control is further facilitated. . Further, since the member space for connecting both the holder end plates 3b and 3c other than the revolution roller is not required, the number of installed revolution rollers can be increased, and there is an effect that a larger thrust can be achieved. In the present embodiment, the built-in revolving roller bearing is only a radial bearing, but an angular ball bearing or a tapered roller bearing that also serves as a thrust bearing may be used. If it does in this way, the structure of a roller shaft end can be simplified, and there exists an effect which the positioning adjustment structure of the axial direction of a revolving roller becomes simple. In this embodiment, the revolving roller radial bearing is a needle bearing, but may be a ball bearing or a roller bearing.
以上の説明では、公転ローラの本数が４本の場合であったが、それに限らず、何本でも良い。理想的には３本が良い。また、何れも公転ローラ、例えば公転ローラ２１〜２４について、それらの径がラックロッド１の径と概略同じにしているが、本発明の実施形態としては、強度が許す限り、公転ローラの径をラックロッドの径よりも小さくすることができる。そして、この場合は、公転ローラの本数を更に多くすることができ、これにより、より一層大きなラック推力が要求される場合にも対応することができる。 In the above description, the number of revolution rollers is four, but the number is not limited to this, and any number may be used. Ideally three are good. In addition, although the diameters of the revolving rollers, for example, the revolving rollers 21 to 24, are approximately the same as the diameter of the rack rod 1, as an embodiment of the present invention, the diameter of the revolving roller is set as long as the strength allows. It can be made smaller than the diameter of the rack rod. In this case, the number of revolving rollers can be further increased, and this can cope with a case where a larger rack thrust is required.
このように、本発明では、第一の目的として高信頼性を確保しながら大推力化を図ることにあり、また、第二の目的として部品精度が若干低くてもガタを少なくすることにあり、このような目的の達成のために、本発明は次のような実施形態を含むものである。 Thus, in the present invention, the first purpose is to increase the thrust while ensuring high reliability, and the second purpose is to reduce the backlash even if the component accuracy is slightly low. In order to achieve such an object, the present invention includes the following embodiments.
第一の目的は、円形棒状のラックロッドと、このラックロッドの周囲に当該ラックロッドと相対的に回転可能に支持されたホルダ部材と、このホルダ部材に回転可能に支持された公転ローラと、前記ロッドと前記ホルダ部材を相対的に回転させる回転駆動源とを備えた回転直動変換機構において、前記ラックロッドの外周面にねじを備え、ラックロッド軸に対する前記公転ローラの軸角を当該ラックロッドねじのリード角より大きく設定し、当該公転ローラの外周面に前記ラックロッドねじのフランクと噛み合う環状面（本願の図面に示す複数環状溝や単一の環状溝が本発明の必須要件ではない）を備える第一の手段によって達成される。また、前記第一の手段とともに、当該公転ローラの外周面に、ラックロッドねじ山の両側面である両フランクと各々噛み合う前記した環状面二面を両側面とする環状溝（単一の環状溝）を設定する第二の手段によって達成される。 A first object is a circular rod-shaped rack rod, a holder member rotatably supported around the rack rod, and a revolving roller rotatably supported by the holder member. In the rotation / linear motion conversion mechanism comprising a rotation drive source for relatively rotating the rod and the holder member, a screw is provided on an outer peripheral surface of the rack rod, and an axis angle of the revolving roller with respect to a rack rod shaft is set to the rack An annular surface that is set larger than the lead angle of the rod screw and meshes with the flank of the rack rod screw on the outer peripheral surface of the revolving roller (a plurality of annular grooves or a single annular groove shown in the drawings of the present application is not an essential requirement of the present invention. ) To achieve. In addition to the first means, on the outer peripheral surface of the revolving roller, an annular groove (single annular groove) having two annular surfaces on both sides that mesh with both flank sides of the rack rod thread respectively. ) Is achieved by a second means of setting.
さらに、前記第二の手段とともに、前記環状溝を複数個とする第三の手段によっても達成される。また、前記第一乃至第三の手段とともに、前記噛み合い箇所を通るラックロッドねじ螺線を前記公転ローラ軸と前記ラックロッド軸の共通平行面で当該噛み合い箇所を通る平面へ投影してできる平面曲線を考えた時、当該噛み合い箇所は、そこでの接線が前記公転ローラ軸と直交するところに設ける第四の手段によって達成される。 Further, the second means and the third means including a plurality of the annular grooves are achieved. Further, together with the first to third means, a plane curve formed by projecting a rack rod screw spiral passing through the meshing location onto a plane passing through the meshing location on a common parallel surface of the revolving roller shaft and the rack rod shaft. In consideration of the above, the meshing portion is achieved by the fourth means provided at a position where the tangent line is perpendicular to the revolving roller shaft.
また、前記第二の目的は、前記第四の手段とともに、前記公転ローラを前記ラックロッドねじに噛合わせて固定する時、公転ローラ軸角が増大する向きに力またはトルクを付加しつつ固定配置可能な構成とする第五の手段によって達成される。 In addition, the second object, together with the fourth means, is fixedly arranged while applying force or torque in a direction in which the revolution roller shaft angle increases when the revolution roller is engaged with the rack rod screw and fixed. This is achieved by the fifth means of making the configuration possible.
また、前記第一及び第二の目的は、円形棒状のラックロッドと、このラックロッドの周囲に当該ラックロッドと相対的に回転可能に支持されたホルダ部材と、このホルダ部材に回転可能に支持された公転ローラと、前記ロッドと前記ホルダ部材を相対的に回転させる回転駆動源とを備えた回転直動変換機構において、前記ラックロッドの外周面にねじを備え、ラックロッド軸に対する前記公転ローラの軸角を当該ラックロッドねじのリード角より大きく設定し、当該公転ローラの外周面にラックロッドねじ山の両側面である両フランクと各々噛み合う環状面を側面とする環状溝を複数個備え、各フランク毎の噛み合い箇所を前記ラックロッド軸に平行な直線上に分布させても達成される。 The first and second objects are a circular rod-shaped rack rod, a holder member that is supported around the rack rod so as to be rotatable relative to the rack rod, and a holder member that is rotatably supported by the holder member. In the rotation / linear motion conversion mechanism including a revolving roller and a rotation drive source that relatively rotates the rod and the holder member, a screw is provided on an outer peripheral surface of the rack rod, and the revolving roller with respect to the rack rod shaft Is set to be larger than the lead angle of the rack rod screw, and includes a plurality of annular grooves whose side surfaces are annular surfaces that respectively mesh with both flank sides of the rack rod screw thread on the outer peripheral surface of the revolving roller. This can also be achieved by distributing the meshing points for each flank on a straight line parallel to the rack rod axis.
１：ラックロッド
１ａ：ラックロッドねじ
１ｄ：ラックロッド軸
２１，２２，２３，２４：公転ローラ
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ：公転ローラ溝（環状溝）
２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ：公転ローラ軸
２１ｅ，２２ｅ，２３ｅ，２４ｅ：公転ローラスラスト軸受
２１ｆ，２２ｆ，２３ｆ，２４ｆ：公転ローララジアル軸受
３：ホルダ部材
３ｅ：ホルダスラスト軸受
３ｆ：ホルダラジアル軸受
３ｄ：ホルダ連結部
３ｄ：ホルダ連結部
３ｅ：ホルダねじれ連結部
３ｆ：ローラ内臓ホルダ連結部
５：モータ
６：ケーシング
１０３：ピニオン
１０７：ラックアシスト機構
1: Rack rod 1a: Rack rod screw 1d: Rack rod shaft 21, 22, 23, 24: Revolving roller 21b, 22b, 23b, 24b: Revolving roller groove (annular groove)
21d, 22d, 23d, 24d: Revolving roller shaft 21e, 22e, 23e, 24e: Revolving roller thrust bearing 21f, 22f, 23f, 24f: Revolving roller radial bearing 3: Holder member 3e: Holder thrust bearing 3f: Holder radial bearing 3d : Holder connecting portion 3d: Holder connecting portion 3e: Holder twist connecting portion 3f: Roller built-in holder connecting portion 5: Motor 6: Casing 103: Pinion 107: Rack assist mechanism
Claims (9)
前記ラックロッドは、その外周面に所定のリード角をもつねじを有し、
前記ラックロッドの軸に対する前記公転ローラの軸角は、前記ラックロッドねじのリード角より大きく設定され、
前記公転ローラは、その外周面に前記ラックロッドねじのフランクと噛み合う環状面を備える
ことを特徴とする回転直動変換機構。 A cylindrical or columnar rack rod, a holder member rotatably supported relative to the rack rod around the rack rod, and a revolving roller rotatably supported by the holder member A rotation / linear motion conversion mechanism,
The rack rod has a screw having a predetermined lead angle on its outer peripheral surface,
An axis angle of the revolving roller with respect to the axis of the rack rod is set larger than a lead angle of the rack rod screw,
The revolving roller is provided with an annular surface that meshes with a flank of the rack rod screw on an outer peripheral surface thereof.
前記公転ローラは、その外周面に、前記ラックロッドのねじ山の両側面である両フランクとそれぞれ噛み合う二側面の環状面をもつ環状溝を有する
ことを特徴とする回転直動変換機構。 In the rotation / linear motion conversion mechanism according to claim 1,
The revolving roller has an annular groove having two annular surfaces on its outer peripheral surface that respectively mesh with both flanks that are both sides of the thread of the rack rod.
前記公転ローラは、前記環状溝が複数個形成されることを特徴とする回転直動変換機構。 In the rotation-linear motion conversion mechanism according to claim 2,
The revolving roller includes a plurality of the annular grooves, and a rotation / linear motion conversion mechanism.
前記公転ローラは、前記ラックロッドの周囲を公転するとともに、前記公転ローラの軸を中心にして自転することを特徴とする回転直動変換機構。 In the rotation / linear motion conversion mechanism according to any one of claims 1 to 3,
The revolving roller revolves around the rack rod and revolves around the axis of the revolving roller.
前記ラックロッドねじのフランクと前記公転ローラ環状面の噛み合う箇所である噛み合い箇所を通るラックロッドねじ螺線を、前記公転ローラ軸と前記ラックロッド軸の共通垂線に直交する面である共通平行面を投影面として垂直投影して描画される平面曲線において、前記噛み合い箇所は、当該噛み合い箇所の接線が前記公転ローラ軸の軸線と直交する関係で設定される
ことを特徴とする回転直動変換機構。 In the rotation / linear motion conversion mechanism according to any one of claims 1 to 4,
A rack rod screw thread that passes through a meshing location that is a location where the flank of the rack rod screw and the revolving roller annular surface mesh with each other, and a common parallel surface that is a surface orthogonal to a common perpendicular of the revolving roller shaft and the rack rod shaft. In a plane curve drawn by vertical projection as a projection plane, the meshing portion is set so that a tangent of the meshing portion is orthogonal to the axis of the revolving roller shaft.
前記公転ローラを前記ラックロッドねじに噛み合わせて固定設置するとき、前記ラックロッドねじのリード角より大きく設定された前記公転ローラの軸角が増大する向きに力又はトルクを付加しつつ固定設置する
ことを特徴とする回転直動変換機構。 The rotation / linear motion conversion mechanism according to claim 1,
When the revolving roller is fixedly installed by meshing with the rack rod screw, the revolving roller is fixedly installed while applying a force or torque in a direction in which the shaft angle of the revolving roller set larger than the lead angle of the rack rod screw is increased. Rotational linear motion conversion mechanism characterized by that.
前記ラックロッドのそれぞれのフランクと前記公転ローラの環状溝のそれぞれの環状面との噛み合い箇所は、前記ラックロッド軸に平行する略一直線上に設定される
ことを特徴とする回転直動変換機構。 In the rotation / linear motion conversion mechanism according to claim 3,
The rotation / linear motion conversion mechanism characterized in that the meshing portions of the respective flank of the rack rod and the respective annular surfaces of the annular groove of the revolving roller are set on a substantially straight line parallel to the rack rod shaft.
前記ホルダ部材は、前記公転ローラを挟むホルダ端板と前記ホルダ端板を連結するホルダ連結部とを有し、
前記ホルダ連結部は、前記ラックロッドに対してねじり配置された公転ローラに沿った形状に構成される
ことを特徴とする回転直動変換機構。 In the rotation / linear motion conversion mechanism according to claim 1,
The holder member has a holder end plate that sandwiches the revolving roller and a holder connecting portion that connects the holder end plate;
The rotation / linear motion conversion mechanism according to claim 1, wherein the holder connecting portion is configured in a shape along a revolving roller twisted with respect to the rack rod.
前記ホルダ部材は、前記公転ローラを挟むホルダ端板と前記ホルダ端板を連結するホルダ連結部とを有し、
前記ホルダ連結部は、前記ラックロッドに対してねじり配置された公転ローラの内部に軸を通して構成され、前記公転ローラのラジアル軸受けを兼ねる
ことを特徴とする回転直動変換機構。 The rotation / linear motion conversion mechanism according to claim 1,
The holder member has a holder end plate that sandwiches the revolving roller and a holder connecting portion that connects the holder end plate;
The rotation-linear motion conversion mechanism according to claim 1, wherein the holder connecting portion is configured to pass through a shaft inside a revolving roller that is twisted with respect to the rack rod, and also serves as a radial bearing for the revolving roller.
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