JP3838838B2 - 運動変換装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動から直線運動へ、又は直線運動から回転運動への運動変換のために用いられる運動変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータ等の回転駆動源の回転運動を直線運動に変換するための運動変換装置、又はこれとは逆の運動変換を行わせるための運動変換装置が、種々の産業分野において用いられている。例えば、ステアリング操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、このモータの回転力を舵取機構に伝えて操舵補助を行わせる構成とした電動式の動力舵取装置においては、操向車輪(一般的には左右の前輪)に連結された舵取り軸(ラック・ピニオン式舵取機構におけるラック軸等)に前記モータの回転を伝え、前記舵取り軸の軸長方向の移動に変換すべく前述した運動変換装置が用いられている。
【0003】
このように動力舵取装置において用いられる運動変換装置は、舵取機構周辺の限られたスペースに操舵補助用のモータを含めて配設し得るように、コンパクトな構成であることが要求され、また小型のモータにより可及的に大なる操舵補助力が得られるように、高い伝動効率を有することが要求されている。
【0004】
これらの要求に応え得る簡素な構成の運動変換装置の一つとして、特開昭59-9351号公報に開示された運動変換装置がある。図7は、この運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【0005】
この運動変換装置は、外周にねじ溝が形成されたねじ軸Sと、該ねじ軸Sの外側を同軸上にて囲繞する保持筒Aと、該保持筒Aの内部に軸心を傾斜させて偏心保持され、前記ねじ軸S外周のねじ溝に周方向の一か所にて係合する複数(図においては3個)の送りリングR1 〜R3 とを備えて構成されている。なお、本図においては、ねじ軸Sの軸心に対する送りリングR1 〜R3 の傾斜を省略し、またねじ軸S外周のねじ溝を省略して示してある。また送りリングR1 〜R3 としては、玉軸受、コロ軸受等の転がり軸受が用いられ、ねじ軸S外周のねじ溝との係合は、内輪の内周面に周設された係合突起を介してなされている。
【0006】
図示のねじ軸Sは、軸長方向に適長離隔した2か所を軸受B1 ,B2 により支え、軸長方向への移動自在に支承されており、また送りリングR1 〜R3 を保持する保持筒Aは、前記ねじ軸Sと同軸上にて回転自在に支持されている。この構成によれば、前記保持筒Aが軸回りに回転した場合、該保持筒Aに保持された3個の送りリングR1 〜R3 が、前記ねじ軸S外周のねじ溝との係合を保って転動し、該ねじ軸Sは、各送りリングR1 〜R3 の係合部に作用する摩擦力の軸方向分力により押圧され、軸長方向に移動せしめられることとなり、保持筒Aの回転運動がねじ軸Sの直線運動に変換される。
【0007】
一方、ねじ軸Sが軸長方向に移動した場合には、逆方向の伝動により保持筒Aが軸回りに回転せしめられることとなり、ねじ軸Sの直線運動が保持筒Aの回転運動に変換される。更に、保持筒Aを軸長方向への移動自在に支持し、ねじ軸Sを軸回りの回転自在に支持した構成においては、ねじ軸Sの回転運動から保持筒Aの直線運動への運動変換、又は保持筒Aの直線運動からねじ軸Sの回転運動への運動変換を夫々行わせることができる。
【0008】
このとき、各送りリングR1 〜R3 の転動は、内輪と外輪との間に介在するボール、コロ等の転動体を介して生じるから、前述した運動変換は高い伝動効率にてなされ、また前記保持筒Aは、その内側に送りリングR1 〜R3 (軸受)を保持させただけの簡素な構成であり、前述した要求に応え得るものとなっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
さて以上の如く構成された運動変換装置において、ねじ軸Sの周面上での前記3個の送りリングR1 〜R3 の係合位置a1 〜a3 は、図示の如く、2個の送りリングR1 ,R3 の係合位置a1 ,a3 と、残りの1個の送りリングR2 の係合位置a2 とが、ねじ軸Sの半径方向に対向する位置に設定され、該ねじ軸Sが、a1 ,a3 とa2 とにより逆位置から支えられるようにしてある。この構成によれば、例えば、送りリングR1 及びR3 の係合を強化すべく、これらを、夫々の係合位置a1 ,a3 の側からねじ軸Sに押し付けたとき、この押し付けによるねじ軸Sの撓みが前記係合位置a2 にて係合する送りリングR2 により拘束される結果、各送りリングR1 〜R3 を強固に係合させることができる。
【0010】
しかしながら、このように係合位置a1 〜a3 の設定を行った場合、前記ねじ軸Sに対してラジアル荷重が作用する条件下にて用いられたとき、安定した伝動状態が得られなくなるという問題があった。
【0011】
図8は、この問題点の説明図であり、送りリングR1 (及びR3 )の係合位置a1 (及びa3 )と、送りリングR2 の係合位置a2 とを、ねじ軸Sの軸断面上に夫々三角形により図示してある。このようなねじ軸Sに対し、図中に白抜矢符にて示す如く、前記a1 とa2 とを結ぶ直線(a1 -a2 線)に対して直交する方向の押圧力Pが加えられた場合、図中に2点鎖線により示す如く、この押圧力Pの作用方向にねじ軸Sが撓み変位し、前記係合位置a1 ,a2 での送りリングR1 ,R2 の係合が損なわれて安定した伝動が行えなくなる虞れがある。以上の如き変位を伴うa1 -a2 線と直交する方向の力は、ねじ軸Sに作用するラジアル荷重の分力として定常的に加わる力であり、前述した伝動不良は、一般的な使用状態において常に発生する虞れがある。
【0012】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、使用状態においてねじ軸に作用するラジアル荷重を、該ねじ軸外周のねじ溝に係合する複数の送りリングにより効果的に支え、前記ラジアル荷重に起因するねじ軸の変位を抑えて係合状態を良好に保つことができ、回転運動から直線運動への運動変換、又はこれと逆の運動変換を安定して行わせ得る運動変換装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る運動変換装置は、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸の外側に同軸的に配された保持筒と、該保持筒内に前記ねじ溝のリード角に対応する傾斜を有して偏心保持され、周方向の一か所にて前記ねじ溝に係合する複数の送りリングとを備える運動変換装置において、前記ねじ溝外周のねじ溝との係合位置が半径方向に対向する位置に設定された各2個以上の送りリングを夫々含む第1,第2のリング組を備え、第1のリング組の係合位置と第2のリング組の係合位置とが、前記ねじ軸の周方向にずらせて設定してあることを特徴とする。
【0014】
本発明においては、例えば、4個の送りリングを2個毎の2組に分け、第1の組の2個の送りリングとねじ軸との係合位置を半径方向に対向する位置とし、第2の組の2個の送りリングとねじ軸との係合位置は、第1の組の2個に対してねじ軸の周方向に所定角度だけ夫々ずらせ、第2の組内では半径方向に対向する位置に設定する。これにより前記ねじ軸は、夫々が半径方向に対向する位置に係合する2個の送りリングを組とした2つのリング組ににより周方向に異なる位置にて支持されたこととなり、夫々の組内では、一方の送りリングの押し付けにより他方の送りリングの係合が強化され、また一方の組の送りリングの係合位置と直交する方向の作用力によるねじ軸の変位を他方の組の送りリングにより抑えて、全ての送りリングの係合状態を良好に維持する。
【0015】
また本発明の第2発明に係る運動変換装置は、前記ねじ軸を軸長方向への移動自在に支持し、前記保持筒を軸回りでの回転自在に支持して、前記ねじ溝を案内とする前記送りリングの転動により、前記保持筒の回転を前記ねじ軸の軸長方向の移動に変換する構成としてあることを特徴とする。
【0016】
この発明においては、全ての送りリングの係合状態を良好に維持し得る運動変換装置を、モータ等の回転駆動源の回転運動をねじ軸の軸長方向の移動に変換する用途に適用し、安定した運動変換を行わせる。
【0017】
また本発明の第3発明に係る運動変換装置は、前記ねじ軸の軸断面内にて一側半部に夫々の係合位置が設定された2個の送りリングを、これらの間に他側半部に係合位置が設定された少なくとも1個の送りリングを挾んで配置してあることを特徴とする。
【0018】
この発明においては、ねじ軸の軸断面内において一側半部に係合する送りリングと、同じく他側半部に係合する送りリングとが、ねじ軸の軸長方向の同側に集中しない配置として、夫々の係合位置に加わる押し付け力によりねじ軸の軸長方向に回転モーメントが作用しないようにする。
【0019】
更に本発明の第4発明に係る運動変換装置は、前記送りリングは、前記保持筒に嵌着固定された外輪と前記ねじ溝に係合する内輪とを備える転がり軸受により構成してあることを特徴とする。
【0020】
この発明においては、ねじ軸に係合する送りリングとして、玉軸受、コロ軸受等の転がり軸受を用い、動作音が小さく静粛な動作が可能な運動変換装置を簡素に構成する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係る運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。本発明に係る運動変換装置1は、前記図7に示す運動変換装置と同様、軸長方向に適長離隔した2か所を軸受B1 ,B2 により支え、軸長方向への移動自在としてあるねじ軸Sと、該ねじ軸Sと同軸上にて回転自在に支持された保持筒Aの内部に偏心保持され、ねじ軸Sの外周に軸受B1 ,B2 による支持位置間にて係合する複数個(図においては4個)の送りリングR1 〜R4 とを備え、前記保持筒Aの回転に伴う送りリングR1 〜R4 の回転をねじ軸Sの軸長方向の移動に変換し、またねじ軸Sの軸長方向の移動を送りリングR1 〜R4 を保持する保持筒Aの回転に変換する構成としてある。
【0022】
なおねじ軸Sの外周には、所定のリード角を有してねじ溝S1 (図2参照)が形成されており、前記送りリングR1 〜R4 の夫々は、前記保持筒Aの内部に前記リード角に対応する傾斜を有して保持され、傾斜角度が整合する周方向の一か所において前記ねじ溝S1 に係合させてある。本発明に係る運動変換装置1の特徴は、前記ねじ軸Sの外周上、より具体的には、ねじ軸Sの外周に形成された前記ねじ溝S1 の周上での送りリングR1 〜R4 の係合位置の設定態様にある。なお図1においては、各送りリングR1 〜R4 の係合位置の関係を明示するため、前記図7におけると同様に、ねじ軸Sの外周に形成されたねじ溝S1 の図示、及び送りリングR1 〜R4 の傾斜の図示を夫々省略してある。
【0023】
図2は、以上の如く構成された運動変換装置1の動作説明図であり、ねじ軸Sと一個の送りリングR1 との係合関係が示されている。本図に示す如くねじ軸Sの外周面には、半円形の断面を有するねじ溝S1 が所定のリード角を有して形成されている。送りリングR1 は、外輪と内輪との間に多数のボールを備える玉軸受であり、その一部が図示された保持筒Aに外輪を嵌め込み、前記ねじ溝S1 のリード角と等しい傾斜を有して保持されている。この送りリングR1 の内輪の内周面には、ねじ溝S1 に対応する半円形断面の係合突起が周設されており、該係合突起が、その傾斜が一致する位置(図中のa1 )において前記ねじ溝S1 に係合させてある。
【0024】
この構成によれば、前記保持筒Aが軸回りに回転した場合、該保持筒Aに保持された送りリングR1 が前記ねじ溝S1 との係合を保って転動し、この転動によりねじ軸Sには、前記ねじ溝S1 に沿った摩擦力Fが加わり、該ねじ軸Sは、前記摩擦力Fの軸方向分力F1 により押圧され、図中に白抜矢符にて示す如く、前記押圧の方向、即ち、軸長方向に移動せしめられることとなる。この移動の方向は、保持筒Aの回転方向に応じて定まり、保持筒Aの回転運動がねじ軸Sの直線運動に変換される。
【0025】
以上の運動変換を安定して行わせるためには、4個の送りリングR1 〜R4 が常に良好な係合状態を保つことが重要である。本発明においては、ねじ軸Sの外周面上での夫々の送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 が以下の如くに設定してあり、この設定により良好な係合状態を保つようにしている。
【0026】
図1に示す如く4個の送りリングR1 〜R4 は、一側に並ぶ2個の送りリングR1 ,R2 を第1の組とし、他側に並ぶ残りの2個の送りリングR3 ,R4 を第2の組として、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 は、これらがねじ軸Sの半径方向に対向する位置となるように設定されており、また第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 は、これらの間ではねじ軸Sの半径方向に対向する位置となり、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 に対しては、前記ねじ軸Sの周方向にずらせた位置となるように設定されている。
【0027】
図3は、以上の如き係合位置の設定状態の説明図である。本図には、前記4個の送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 が、その軸断面が示されたねじ軸Sの周上に夫々三角形により図示されており、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 は、ねじ軸Sの半径方向に対向する位置にあり、これらから所定の角度θだけずらせて設定された第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 もまた半径方向に対向する位置にあることが明らかである。
【0028】
このような係合位置a1 〜a4 の設定により、前記ねじ軸Sは、半径方向に対向する位置に係合する第1の組の送りリングR1 ,R2 と、同じく半径方向に対向する位置に係合する第2の組の送りリングR3 ,R4 とにより、周方向に異なる4か所にて支えられた状態となる。この構成によれば、第1の組の一方の送りリングR1 の係合を強化すべく、該送りリングR1 を係合位置a1 の側からねじ軸Sに押し付けたとき、この押し付けによるねじ軸Sの撓みが同組の他方の送りリングR2 により拘束され、両送りリングR1 ,R2 を強固に係合させることができる。このような係合強化は、第2の組の送りリングR3 ,R4 についても同様になされ、全ての送りリングR1 〜R4 を強固に係合させることができる。
【0029】
一方、以上の如く送りリングR1 〜R4 を係合させた運動変換装置1の使用状態において、前記ねじ軸Sには、図3中に白抜矢符にて示す如く、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 を結ぶ直線に対して直交する方向の押圧力P1 が作用することがあるが、このとき、第2の組の一方の送りリング(図においてはR3 )の係合位置(図においてはa3 )が前記押圧力P1 の向きと対向することから、前記押圧力P1 の作用方向のねじ軸Sの撓み変位が前記送りリングR3 により抑えられ、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合状態は損なわれることなく維持される。なお、前記押圧力P1 と逆の方向から作用する押圧力に対しては、第2の組の他方の送りリング(図においてはR4 )がねじ軸Sの撓み変位を抑える作用をなし、全く同様に係合状態を維持することができる。
【0030】
また、第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 を結ぶ直線に対して直交する方向の押圧力P2 が作用した場合には、この方向のねじ軸Sの撓み変位が第1の組の一方の送りリング(図においてはR1 )により抑えられ、第2の組の送りリングR2 ,R3 の係合状態は損なわれることなく維持される。なおこの場合においても、前記押圧力P2 と逆の方向から作用する押圧力に対しては、第1の組の他方の送りリング(図においてはR2 )がねじ軸Sの撓み変位を抑える作用をなし、全く同様に係合状態を維持することができる。
【0031】
このように本発明に係る運動変換装置1においては、ねじ軸Sに対する4個の送りリングR1 〜R4 の係合状態が、前記ねじ軸Sに対して種々の方向に加わる押圧力に対して損なわれることなく維持されるから、保持筒Aの回転運動からねじ軸Sの直線運動への運動変換、又はねじ軸Sの直線運動から保持筒Aの回転運動への運動変換を安定して行わせることができる。
【0032】
また、ねじ軸Sを回転自在に支持し、保持筒Aを軸長方向への移動自在に支持した構成においては、ねじ軸Sの回転運動を保持筒Aの直線運動に変換する運動変換、又は保持筒Aの直線運動をねじ軸Sの回転運動に変換する運動変換を全く同様に行わせることができる。
【0033】
また前記送りリングR1 〜R4 は、図2に示す如く、外輪と内輪との間に多数のボールを備える玉軸受であり、保持筒Aへの嵌め込みにより固定された簡素な構成である上、前記各ボールは、相互間の位置を変えることなく転動し、衝突する虞れがないから、前述した動作に伴って発生する音が小さく静粛な動作が可能となる。
【0034】
なお、第1の組の係合位置a1 ,a2 に対する第2の組の係合位置a3 ,a4 のずれ角度θは、0°〜90°なる角度範囲にて適宜に設定することができるが、θ=0°とした場合、図7及び図8に示す運動変換装置と同様に両組の係合位置が周方向に一致し、これらに直交する方向の押圧力に対するねじ軸の変位を抑えることができず、またθ=90°とした場合、一方の組の係合位置への作用力が他方の組の係合を弱めるように作用する。従って前記ずれ角度θは、0°と90°との中間値である45°近傍(±10°程度)に設定するのがよい。
【0035】
また以上の実施の形態においては、送りリングR1 及びR2 を第1の組とし、送りリングR3 及びR4 を第2の組としてあるが、送りリングR1 〜R4 の組分けはこれに限らず、例えば、送りリングR1 及びR4 を第1の組とし、送りリングR2 及びR3 を第2の組とする等、適宜に変更することができる。
【0036】
但しこの場合においても、各送りリングR1 〜R4 は、ねじ軸Sの軸断面内にて一側半部に夫々の係合位置が設定された2個の送りリング(図1においては送りリングR1 及びR4 )が、これらの間に他側半部に係合位置が設定された少なくとも1個の送りリング(図1においては送りリングR2 及びR3 )を挾むように配置する必要がある。これは、図1において、ねじ軸Sの一側半部に送りリングR1 及びR2 が係合し、他側半部に送りリングR3 及びR4 が係合する配置とした場合、各送りリングR1 〜R4 の係合位置に加わる押し付け力により前記ねじ軸Sの軸長方向に同向きの回転モーメントが発生し、各送りリングR1 〜R4 の係合状態が良好に保てなくなる虞れがあるためである。
【0037】
更に以上の実施の形態においては、4個の送りリングR1 〜R4 を備える構成について述べたが、本発明に係る運動変換装置1は、5個以上の送りリングを備えて構成することもできる。この場合、4個を超えて備えられた送りリングは、前記2組の一方に組み込み、組内の2個の送りリングのいずれか一方と周方向に整合するように係合位置を設定してもよく、また前記2組のいずれにも属さず、これらと別個に係合位置を設定するようにしてもよい。
【0038】
図4は、6個の送りリングR1 〜R6 を備える運動変換装置の構成例を示す説明図である。本図においては、6個の送りリングR1 〜R6 を2組に組分けし、第1の組の3個R1 ,R2 ,R3 の係合位置a1 ,a2 ,a3 を、a1 及びa3 とa2 とが半径方向に対向するように設定し、また第2の組の3個R4 ,R5 ,R6 の係合位置a4 ,a5 ,a6 を、a4 及びa6 とa5 とが半径方向に対向するように設定すると共に、これらの係合位置a4 ,a5 ,a6 が、第1の組の係合位置a1 ,a2 ,a3 に対して周方向にずらせた位置となるように設定してある。なお本図においては、送りリングR1 〜R6 を保持する保持筒の図示を省略してある。
【0039】
図5は、本発明に係る運動変換装置を備えた動力舵取装置の要部の構成を示す一部破断正面図であり、操舵補助用のモータ3の回転をねじ軸Sとしてのラック軸2に伝え、該ラック軸2を軸長方向に移動させるべく本発明に係る運動変換装置1が用いられている。
【0040】
前記ラック軸2は、筒形をなすラックハウジング20の内部に軸長方向への移動自在に支承され、図示しない車体の左右方向に延設されており、ラックハウジング20の両側に夫々突出するラック軸2の両端は、各別のタイロッドを介して図示しない操向用車輪(一般的には左右の前輪)に連結されている。ラックハウジング20の中途部には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジング21が連設され、該ピニオンハウジング21の内部には、その軸心回りでの回転自在にピニオン軸22が支承されている。図5においてピニオン軸22は、ピニオンハウジング21の上部への突出端のみが示してあり、この突出端を介して図示しない舵輪(ステアリングホィール)に連結され、舵取りのための舵輪の操作に応じて軸回りに回転するようになしてある。
【0041】
ピニオンハウジング21の内部に延設されたピニオン軸22の下部には、図示しないピニオンが一体的に形成してある。また、ラックハウジング20内に支承されたラック軸2には、ピニオンハウジング21との交叉位置を含めた適長に亘って、ラック歯23が形成され、ピニオン軸22の下部の前記ピニオンに噛合させてある。而して、舵輪の操作に伴うピニオン軸22の回転が、前記ピニオン及びラック歯23の噛合によりラック軸2の軸長方向の移動に変換され、更に、ラックハウジング20内でのラック軸2の移動が、前記タイロッドを介して左右の操向用車輪に伝達され、これらが前記舵輪の操作に応じて操舵されるラック・ピニオン式の舵取り機構が構成されている。
【0042】
以上の如く行われる操舵を補助する操舵補助用のモータ3は、ラック軸2を囲繞するラックハウジング20の中途部を適長に亘って拡径して一体的に構成された円筒形のモータハウジング30の内部に、該モータハウジング30の内周面に固設されたステータ31と、該ステータ31の内側に同軸的に配されたロータ32とを備える3相ブラシレスモータとして構成されている。ロータ32は、ラック軸2の外径よりも大なる内径を有する円筒体の外周に、前記ステータ31の内面にわずかな隙間を有して対向する磁極33を保持して構成されており、左右一対の玉軸受34,35により、モータハウジング30の軸心回りに回転自在に支承され、前記ステータ31への通電に応じて正逆両方向に回転するようになしてある。
【0043】
以上の如く生じるモータ3の回転は、回転部材としてのロータ32の一側に構成された本発明に係る運動変換装置1の動作により、前記ラック軸2の軸長方向の移動に変換されて伝達されるようにしてある。図6は、運動変換装置1の構成部分近傍の拡大断面図である。
【0044】
運動変換装置1は、保持筒Aと、該保持筒Aの内部に保持された4個の送りリングR1 〜R4 とを備えて前述の如く構成されている。保持筒Aは、その中途部を内輪として一体形成された4点接触玉軸受13により、モータハウジング30の同側への延長部に回転自在に支持され、また前記ロータ32の一側端部に連結ブラケット36(図1参照)を介して同軸的に連結されて、前記モータ3の回転に応じてラック軸2と同軸上にて回転するようになしてある。前記ラック軸2の外周には、図示の如く半円形の断面を有するねじ溝S1 が、前記保持筒Aの内側を含む所定の長さ範囲に亘って形成されている。
【0045】
保持筒Aに保持された送りリングR1 〜R4 は、外輪と内輪との間に多数のボールを保持し、内側に挿通されたラック軸2の外径よりも十分に大きい内径を有する玉軸受であり、前記保持筒Aの内部に、これに対して傾斜した軸心を有して保持されている。各送りリングR1 〜R4 の内輪の内周面には、ラック軸2外周の前記ねじ溝S1 の断面に対応する半円形の係合突起が周設されている。
【0046】
前記送りリングR1 〜R4 の軸心の傾き角度は、ねじ溝S1 のリード角と等しくし、夫々の傾きがねじ溝S1 の傾きと一致する周方向位置において、夫々の内輪に周設された前記係合突起を介してねじ溝S1 に係合させてある。これらの送りリングR1 〜R4 の係合位置は、一側の2個(R1 ,R2 )を第1の組とし、他側の2個(R3 ,R4 )を第2の組として、ねじ軸Sとしてのラック軸2の周上において、図1及び図3において説明したように設定してある。
【0047】
図6には、各送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 を、図の正面側にあるものを○により、背面側にあるものを●により夫々示してあり、図示の如く第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 は、一方が正面側、他方が背面側にあって半径方向に対向する位置に設定されていること、第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 も同様に、一方が正面側、他方が背面側にあって半径方向に対向する位置に設定されていること、更に、第2の組の係合位置a3 ,a4 は、第1の組の係合位置a1 ,a2 に対し、周方向にずらせて設定してあることが明らかである。
【0048】
以上の如く構成された運動変換装置1において、前記保持筒Aは、舵補助用のモータ3の回転に応じて軸回りに回転し、この回転に伴って保持筒Aの内側に保持された4個の送りリングR1 〜R4 が、夫々の内輪を係合させたラック軸2外周のねじ溝S1 に沿って転動する。この転動によりてラック軸2には、前記図2に示す如く、各送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 において前記ねじ溝S1 に沿った摩擦力Fが加わり、該ねじ軸Sは、前記摩擦力Fの軸方向分力F1 により押圧されて軸長方向に移動する。
【0049】
このような運動変換装置1の動作により、操舵補助用のモータ3の回転は、ラックハウジング20の内部でのラック軸2の軸長方向の移動に変換され、この移動が、図示しないタイロッドを介して左右の操向用車輪に伝達されることとなり、舵輪の操作に応じて前述の如く行われる操舵が、前記モータ3の発生力により補助される。
【0050】
このときラック軸2には、操向用車輪に加わる路面反力等の外力の作用により種々の方向にラジアル荷重が加わるが、本発明に係る運動変換装置1においては、前記4個の送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 が前述の如く設定してあることにより、各送りリングR1 〜R4 の係合状態が、前記ラジアル荷重の作用下においても損なわれることなく良好に維持され、前述した運動変換を確実に行なわせることができる。
【0051】
なお、図5及び図6においては、ラックピニオン式の動力舵取装置において、ねじ軸Sとしてのラック軸2に操舵補助用のモータ3の回転を伝達する用途への適用例について述べたが、本発明に係る運動変換装置1は、これに限らず、軸長方向への移動により舵取りを行わせる舵取り軸に操舵補助用のモータの回転を伝達する構成とした各種の形式の動力舵取装置に適用でき、更には、動力舵取装置に限らず、回転運動から直線運動へ、又は直線運動から回転運動への運動変換が必要な伝動系の全般に適用可能であることは言うまでもない。
【0052】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る運動変換装置においては、保持筒に保持されてねじ軸外周のねじ溝に係合する送りリングを、夫々2個以上を含む2組に組分けし、これらの送りリングの係合位置を、夫々の組内では半径方向に対向する位置に設定し、両組間ではねじ軸の周方向にずらせて設定したから、ねじ軸に対して種々の方向に加わるラジアル荷重の作用下において全ての送りリングの係合状態を良好に保つことができ、回転運動から直線運動への運動変換、又はこれと逆の運動変換を安定して行わせることが可能となる。
【0053】
また第2発明に係る運動変換装置においては、ねじ軸を軸長方向への移動自在に支持し、保持筒を軸回りでの回転自在に支持して、保持筒の回転をねじ軸の軸長方向の移動に変換する構成としたから、操舵補助用のモータの回転を舵取り軸の軸長方向の移動に変換する動力舵取装置等、回転運動から直線運動への運動変換が必要な用途に好便に用いることができる。
【0054】
また第3発明に係る運動変換装置においては、ねじ軸の一側半部に係合位置が設定された2個の送りリング間に他側半部に係合位置が設定された少なくとも1個の送りリングを挾み、一側半部に係合する送りリングと他側半部に係合する送りリングとが軸長方向の同側に集中しない配置としたから、夫々の送りリングの係合位置に加わる押し付け力によりねじ軸の軸長方向に回転モーメントが作用せず、良好な係合状態が損なわれることなく維持される。
【0055】
更に第4発明に係る運動変換装置においては、送りリングとして転がり軸受を用いたから、動作音が小さく静粛な運転が可能な運動変換装置を簡素に構成することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図2】本発明に係る運動変換装置の動作説明図である。
【図3】本発明に係る運動変換装置における送りリングの係合位置の説明図である。
【図4】6個の送りリングを備える本発明に係る運動変換装置の構成例を示す説明図である。
【図5】本発明に係る運動変換装置を備えた動力舵取装置の要部の構成を示す一部破断正面図である。
【図6】図5に示す動力舵取装置における運動変換装置の構成部分近傍の拡大断面図である。
【図7】従来の運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図8】従来の運動変換装置の問題点の説明図である。
【符号の説明】
1 運動変換装置
2 ラック軸
3 モータ
A 保持筒
a1 〜a6 係合位置
R1 〜R6 送りリング
S ねじ軸
S1 ねじ溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動から直線運動へ、又は直線運動から回転運動への運動変換のために用いられる運動変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータ等の回転駆動源の回転運動を直線運動に変換するための運動変換装置、又はこれとは逆の運動変換を行わせるための運動変換装置が、種々の産業分野において用いられている。例えば、ステアリング操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、このモータの回転力を舵取機構に伝えて操舵補助を行わせる構成とした電動式の動力舵取装置においては、操向車輪(一般的には左右の前輪)に連結された舵取り軸(ラック・ピニオン式舵取機構におけるラック軸等)に前記モータの回転を伝え、前記舵取り軸の軸長方向の移動に変換すべく前述した運動変換装置が用いられている。
【0003】
このように動力舵取装置において用いられる運動変換装置は、舵取機構周辺の限られたスペースに操舵補助用のモータを含めて配設し得るように、コンパクトな構成であることが要求され、また小型のモータにより可及的に大なる操舵補助力が得られるように、高い伝動効率を有することが要求されている。
【0004】
これらの要求に応え得る簡素な構成の運動変換装置の一つとして、特開昭59-9351号公報に開示された運動変換装置がある。図7は、この運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【0005】
この運動変換装置は、外周にねじ溝が形成されたねじ軸Sと、該ねじ軸Sの外側を同軸上にて囲繞する保持筒Aと、該保持筒Aの内部に軸心を傾斜させて偏心保持され、前記ねじ軸S外周のねじ溝に周方向の一か所にて係合する複数(図においては3個)の送りリングR1 〜R3 とを備えて構成されている。なお、本図においては、ねじ軸Sの軸心に対する送りリングR1 〜R3 の傾斜を省略し、またねじ軸S外周のねじ溝を省略して示してある。また送りリングR1 〜R3 としては、玉軸受、コロ軸受等の転がり軸受が用いられ、ねじ軸S外周のねじ溝との係合は、内輪の内周面に周設された係合突起を介してなされている。
【0006】
図示のねじ軸Sは、軸長方向に適長離隔した2か所を軸受B1 ,B2 により支え、軸長方向への移動自在に支承されており、また送りリングR1 〜R3 を保持する保持筒Aは、前記ねじ軸Sと同軸上にて回転自在に支持されている。この構成によれば、前記保持筒Aが軸回りに回転した場合、該保持筒Aに保持された3個の送りリングR1 〜R3 が、前記ねじ軸S外周のねじ溝との係合を保って転動し、該ねじ軸Sは、各送りリングR1 〜R3 の係合部に作用する摩擦力の軸方向分力により押圧され、軸長方向に移動せしめられることとなり、保持筒Aの回転運動がねじ軸Sの直線運動に変換される。
【0007】
一方、ねじ軸Sが軸長方向に移動した場合には、逆方向の伝動により保持筒Aが軸回りに回転せしめられることとなり、ねじ軸Sの直線運動が保持筒Aの回転運動に変換される。更に、保持筒Aを軸長方向への移動自在に支持し、ねじ軸Sを軸回りの回転自在に支持した構成においては、ねじ軸Sの回転運動から保持筒Aの直線運動への運動変換、又は保持筒Aの直線運動からねじ軸Sの回転運動への運動変換を夫々行わせることができる。
【0008】
このとき、各送りリングR1 〜R3 の転動は、内輪と外輪との間に介在するボール、コロ等の転動体を介して生じるから、前述した運動変換は高い伝動効率にてなされ、また前記保持筒Aは、その内側に送りリングR1 〜R3 (軸受)を保持させただけの簡素な構成であり、前述した要求に応え得るものとなっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
さて以上の如く構成された運動変換装置において、ねじ軸Sの周面上での前記3個の送りリングR1 〜R3 の係合位置a1 〜a3 は、図示の如く、2個の送りリングR1 ,R3 の係合位置a1 ,a3 と、残りの1個の送りリングR2 の係合位置a2 とが、ねじ軸Sの半径方向に対向する位置に設定され、該ねじ軸Sが、a1 ,a3 とa2 とにより逆位置から支えられるようにしてある。この構成によれば、例えば、送りリングR1 及びR3 の係合を強化すべく、これらを、夫々の係合位置a1 ,a3 の側からねじ軸Sに押し付けたとき、この押し付けによるねじ軸Sの撓みが前記係合位置a2 にて係合する送りリングR2 により拘束される結果、各送りリングR1 〜R3 を強固に係合させることができる。
【0010】
しかしながら、このように係合位置a1 〜a3 の設定を行った場合、前記ねじ軸Sに対してラジアル荷重が作用する条件下にて用いられたとき、安定した伝動状態が得られなくなるという問題があった。
【0011】
図8は、この問題点の説明図であり、送りリングR1 (及びR3 )の係合位置a1 (及びa3 )と、送りリングR2 の係合位置a2 とを、ねじ軸Sの軸断面上に夫々三角形により図示してある。このようなねじ軸Sに対し、図中に白抜矢符にて示す如く、前記a1 とa2 とを結ぶ直線(a1 -a2 線)に対して直交する方向の押圧力Pが加えられた場合、図中に2点鎖線により示す如く、この押圧力Pの作用方向にねじ軸Sが撓み変位し、前記係合位置a1 ,a2 での送りリングR1 ,R2 の係合が損なわれて安定した伝動が行えなくなる虞れがある。以上の如き変位を伴うa1 -a2 線と直交する方向の力は、ねじ軸Sに作用するラジアル荷重の分力として定常的に加わる力であり、前述した伝動不良は、一般的な使用状態において常に発生する虞れがある。
【0012】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、使用状態においてねじ軸に作用するラジアル荷重を、該ねじ軸外周のねじ溝に係合する複数の送りリングにより効果的に支え、前記ラジアル荷重に起因するねじ軸の変位を抑えて係合状態を良好に保つことができ、回転運動から直線運動への運動変換、又はこれと逆の運動変換を安定して行わせ得る運動変換装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る運動変換装置は、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸の外側に同軸的に配された保持筒と、該保持筒内に前記ねじ溝のリード角に対応する傾斜を有して偏心保持され、周方向の一か所にて前記ねじ溝に係合する複数の送りリングとを備える運動変換装置において、前記ねじ溝外周のねじ溝との係合位置が半径方向に対向する位置に設定された各2個以上の送りリングを夫々含む第1,第2のリング組を備え、第1のリング組の係合位置と第2のリング組の係合位置とが、前記ねじ軸の周方向にずらせて設定してあることを特徴とする。
【0014】
本発明においては、例えば、4個の送りリングを2個毎の2組に分け、第1の組の2個の送りリングとねじ軸との係合位置を半径方向に対向する位置とし、第2の組の2個の送りリングとねじ軸との係合位置は、第1の組の2個に対してねじ軸の周方向に所定角度だけ夫々ずらせ、第2の組内では半径方向に対向する位置に設定する。これにより前記ねじ軸は、夫々が半径方向に対向する位置に係合する2個の送りリングを組とした2つのリング組ににより周方向に異なる位置にて支持されたこととなり、夫々の組内では、一方の送りリングの押し付けにより他方の送りリングの係合が強化され、また一方の組の送りリングの係合位置と直交する方向の作用力によるねじ軸の変位を他方の組の送りリングにより抑えて、全ての送りリングの係合状態を良好に維持する。
【0015】
また本発明の第2発明に係る運動変換装置は、前記ねじ軸を軸長方向への移動自在に支持し、前記保持筒を軸回りでの回転自在に支持して、前記ねじ溝を案内とする前記送りリングの転動により、前記保持筒の回転を前記ねじ軸の軸長方向の移動に変換する構成としてあることを特徴とする。
【0016】
この発明においては、全ての送りリングの係合状態を良好に維持し得る運動変換装置を、モータ等の回転駆動源の回転運動をねじ軸の軸長方向の移動に変換する用途に適用し、安定した運動変換を行わせる。
【0017】
また本発明の第3発明に係る運動変換装置は、前記ねじ軸の軸断面内にて一側半部に夫々の係合位置が設定された2個の送りリングを、これらの間に他側半部に係合位置が設定された少なくとも1個の送りリングを挾んで配置してあることを特徴とする。
【0018】
この発明においては、ねじ軸の軸断面内において一側半部に係合する送りリングと、同じく他側半部に係合する送りリングとが、ねじ軸の軸長方向の同側に集中しない配置として、夫々の係合位置に加わる押し付け力によりねじ軸の軸長方向に回転モーメントが作用しないようにする。
【0019】
更に本発明の第4発明に係る運動変換装置は、前記送りリングは、前記保持筒に嵌着固定された外輪と前記ねじ溝に係合する内輪とを備える転がり軸受により構成してあることを特徴とする。
【0020】
この発明においては、ねじ軸に係合する送りリングとして、玉軸受、コロ軸受等の転がり軸受を用い、動作音が小さく静粛な動作が可能な運動変換装置を簡素に構成する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係る運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。本発明に係る運動変換装置1は、前記図7に示す運動変換装置と同様、軸長方向に適長離隔した2か所を軸受B1 ,B2 により支え、軸長方向への移動自在としてあるねじ軸Sと、該ねじ軸Sと同軸上にて回転自在に支持された保持筒Aの内部に偏心保持され、ねじ軸Sの外周に軸受B1 ,B2 による支持位置間にて係合する複数個(図においては4個)の送りリングR1 〜R4 とを備え、前記保持筒Aの回転に伴う送りリングR1 〜R4 の回転をねじ軸Sの軸長方向の移動に変換し、またねじ軸Sの軸長方向の移動を送りリングR1 〜R4 を保持する保持筒Aの回転に変換する構成としてある。
【0022】
なおねじ軸Sの外周には、所定のリード角を有してねじ溝S1 (図2参照)が形成されており、前記送りリングR1 〜R4 の夫々は、前記保持筒Aの内部に前記リード角に対応する傾斜を有して保持され、傾斜角度が整合する周方向の一か所において前記ねじ溝S1 に係合させてある。本発明に係る運動変換装置1の特徴は、前記ねじ軸Sの外周上、より具体的には、ねじ軸Sの外周に形成された前記ねじ溝S1 の周上での送りリングR1 〜R4 の係合位置の設定態様にある。なお図1においては、各送りリングR1 〜R4 の係合位置の関係を明示するため、前記図7におけると同様に、ねじ軸Sの外周に形成されたねじ溝S1 の図示、及び送りリングR1 〜R4 の傾斜の図示を夫々省略してある。
【0023】
図2は、以上の如く構成された運動変換装置1の動作説明図であり、ねじ軸Sと一個の送りリングR1 との係合関係が示されている。本図に示す如くねじ軸Sの外周面には、半円形の断面を有するねじ溝S1 が所定のリード角を有して形成されている。送りリングR1 は、外輪と内輪との間に多数のボールを備える玉軸受であり、その一部が図示された保持筒Aに外輪を嵌め込み、前記ねじ溝S1 のリード角と等しい傾斜を有して保持されている。この送りリングR1 の内輪の内周面には、ねじ溝S1 に対応する半円形断面の係合突起が周設されており、該係合突起が、その傾斜が一致する位置(図中のa1 )において前記ねじ溝S1 に係合させてある。
【0024】
この構成によれば、前記保持筒Aが軸回りに回転した場合、該保持筒Aに保持された送りリングR1 が前記ねじ溝S1 との係合を保って転動し、この転動によりねじ軸Sには、前記ねじ溝S1 に沿った摩擦力Fが加わり、該ねじ軸Sは、前記摩擦力Fの軸方向分力F1 により押圧され、図中に白抜矢符にて示す如く、前記押圧の方向、即ち、軸長方向に移動せしめられることとなる。この移動の方向は、保持筒Aの回転方向に応じて定まり、保持筒Aの回転運動がねじ軸Sの直線運動に変換される。
【0025】
以上の運動変換を安定して行わせるためには、4個の送りリングR1 〜R4 が常に良好な係合状態を保つことが重要である。本発明においては、ねじ軸Sの外周面上での夫々の送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 が以下の如くに設定してあり、この設定により良好な係合状態を保つようにしている。
【0026】
図1に示す如く4個の送りリングR1 〜R4 は、一側に並ぶ2個の送りリングR1 ,R2 を第1の組とし、他側に並ぶ残りの2個の送りリングR3 ,R4 を第2の組として、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 は、これらがねじ軸Sの半径方向に対向する位置となるように設定されており、また第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 は、これらの間ではねじ軸Sの半径方向に対向する位置となり、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 に対しては、前記ねじ軸Sの周方向にずらせた位置となるように設定されている。
【0027】
図3は、以上の如き係合位置の設定状態の説明図である。本図には、前記4個の送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 が、その軸断面が示されたねじ軸Sの周上に夫々三角形により図示されており、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 は、ねじ軸Sの半径方向に対向する位置にあり、これらから所定の角度θだけずらせて設定された第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 もまた半径方向に対向する位置にあることが明らかである。
【0028】
このような係合位置a1 〜a4 の設定により、前記ねじ軸Sは、半径方向に対向する位置に係合する第1の組の送りリングR1 ,R2 と、同じく半径方向に対向する位置に係合する第2の組の送りリングR3 ,R4 とにより、周方向に異なる4か所にて支えられた状態となる。この構成によれば、第1の組の一方の送りリングR1 の係合を強化すべく、該送りリングR1 を係合位置a1 の側からねじ軸Sに押し付けたとき、この押し付けによるねじ軸Sの撓みが同組の他方の送りリングR2 により拘束され、両送りリングR1 ,R2 を強固に係合させることができる。このような係合強化は、第2の組の送りリングR3 ,R4 についても同様になされ、全ての送りリングR1 〜R4 を強固に係合させることができる。
【0029】
一方、以上の如く送りリングR1 〜R4 を係合させた運動変換装置1の使用状態において、前記ねじ軸Sには、図3中に白抜矢符にて示す如く、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 を結ぶ直線に対して直交する方向の押圧力P1 が作用することがあるが、このとき、第2の組の一方の送りリング(図においてはR3 )の係合位置(図においてはa3 )が前記押圧力P1 の向きと対向することから、前記押圧力P1 の作用方向のねじ軸Sの撓み変位が前記送りリングR3 により抑えられ、第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合状態は損なわれることなく維持される。なお、前記押圧力P1 と逆の方向から作用する押圧力に対しては、第2の組の他方の送りリング(図においてはR4 )がねじ軸Sの撓み変位を抑える作用をなし、全く同様に係合状態を維持することができる。
【0030】
また、第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 を結ぶ直線に対して直交する方向の押圧力P2 が作用した場合には、この方向のねじ軸Sの撓み変位が第1の組の一方の送りリング(図においてはR1 )により抑えられ、第2の組の送りリングR2 ,R3 の係合状態は損なわれることなく維持される。なおこの場合においても、前記押圧力P2 と逆の方向から作用する押圧力に対しては、第1の組の他方の送りリング(図においてはR2 )がねじ軸Sの撓み変位を抑える作用をなし、全く同様に係合状態を維持することができる。
【0031】
このように本発明に係る運動変換装置1においては、ねじ軸Sに対する4個の送りリングR1 〜R4 の係合状態が、前記ねじ軸Sに対して種々の方向に加わる押圧力に対して損なわれることなく維持されるから、保持筒Aの回転運動からねじ軸Sの直線運動への運動変換、又はねじ軸Sの直線運動から保持筒Aの回転運動への運動変換を安定して行わせることができる。
【0032】
また、ねじ軸Sを回転自在に支持し、保持筒Aを軸長方向への移動自在に支持した構成においては、ねじ軸Sの回転運動を保持筒Aの直線運動に変換する運動変換、又は保持筒Aの直線運動をねじ軸Sの回転運動に変換する運動変換を全く同様に行わせることができる。
【0033】
また前記送りリングR1 〜R4 は、図2に示す如く、外輪と内輪との間に多数のボールを備える玉軸受であり、保持筒Aへの嵌め込みにより固定された簡素な構成である上、前記各ボールは、相互間の位置を変えることなく転動し、衝突する虞れがないから、前述した動作に伴って発生する音が小さく静粛な動作が可能となる。
【0034】
なお、第1の組の係合位置a1 ,a2 に対する第2の組の係合位置a3 ,a4 のずれ角度θは、0°〜90°なる角度範囲にて適宜に設定することができるが、θ=0°とした場合、図7及び図8に示す運動変換装置と同様に両組の係合位置が周方向に一致し、これらに直交する方向の押圧力に対するねじ軸の変位を抑えることができず、またθ=90°とした場合、一方の組の係合位置への作用力が他方の組の係合を弱めるように作用する。従って前記ずれ角度θは、0°と90°との中間値である45°近傍(±10°程度)に設定するのがよい。
【0035】
また以上の実施の形態においては、送りリングR1 及びR2 を第1の組とし、送りリングR3 及びR4 を第2の組としてあるが、送りリングR1 〜R4 の組分けはこれに限らず、例えば、送りリングR1 及びR4 を第1の組とし、送りリングR2 及びR3 を第2の組とする等、適宜に変更することができる。
【0036】
但しこの場合においても、各送りリングR1 〜R4 は、ねじ軸Sの軸断面内にて一側半部に夫々の係合位置が設定された2個の送りリング(図1においては送りリングR1 及びR4 )が、これらの間に他側半部に係合位置が設定された少なくとも1個の送りリング(図1においては送りリングR2 及びR3 )を挾むように配置する必要がある。これは、図1において、ねじ軸Sの一側半部に送りリングR1 及びR2 が係合し、他側半部に送りリングR3 及びR4 が係合する配置とした場合、各送りリングR1 〜R4 の係合位置に加わる押し付け力により前記ねじ軸Sの軸長方向に同向きの回転モーメントが発生し、各送りリングR1 〜R4 の係合状態が良好に保てなくなる虞れがあるためである。
【0037】
更に以上の実施の形態においては、4個の送りリングR1 〜R4 を備える構成について述べたが、本発明に係る運動変換装置1は、5個以上の送りリングを備えて構成することもできる。この場合、4個を超えて備えられた送りリングは、前記2組の一方に組み込み、組内の2個の送りリングのいずれか一方と周方向に整合するように係合位置を設定してもよく、また前記2組のいずれにも属さず、これらと別個に係合位置を設定するようにしてもよい。
【0038】
図4は、6個の送りリングR1 〜R6 を備える運動変換装置の構成例を示す説明図である。本図においては、6個の送りリングR1 〜R6 を2組に組分けし、第1の組の3個R1 ,R2 ,R3 の係合位置a1 ,a2 ,a3 を、a1 及びa3 とa2 とが半径方向に対向するように設定し、また第2の組の3個R4 ,R5 ,R6 の係合位置a4 ,a5 ,a6 を、a4 及びa6 とa5 とが半径方向に対向するように設定すると共に、これらの係合位置a4 ,a5 ,a6 が、第1の組の係合位置a1 ,a2 ,a3 に対して周方向にずらせた位置となるように設定してある。なお本図においては、送りリングR1 〜R6 を保持する保持筒の図示を省略してある。
【0039】
図5は、本発明に係る運動変換装置を備えた動力舵取装置の要部の構成を示す一部破断正面図であり、操舵補助用のモータ3の回転をねじ軸Sとしてのラック軸2に伝え、該ラック軸2を軸長方向に移動させるべく本発明に係る運動変換装置1が用いられている。
【0040】
前記ラック軸2は、筒形をなすラックハウジング20の内部に軸長方向への移動自在に支承され、図示しない車体の左右方向に延設されており、ラックハウジング20の両側に夫々突出するラック軸2の両端は、各別のタイロッドを介して図示しない操向用車輪(一般的には左右の前輪)に連結されている。ラックハウジング20の中途部には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジング21が連設され、該ピニオンハウジング21の内部には、その軸心回りでの回転自在にピニオン軸22が支承されている。図5においてピニオン軸22は、ピニオンハウジング21の上部への突出端のみが示してあり、この突出端を介して図示しない舵輪(ステアリングホィール)に連結され、舵取りのための舵輪の操作に応じて軸回りに回転するようになしてある。
【0041】
ピニオンハウジング21の内部に延設されたピニオン軸22の下部には、図示しないピニオンが一体的に形成してある。また、ラックハウジング20内に支承されたラック軸2には、ピニオンハウジング21との交叉位置を含めた適長に亘って、ラック歯23が形成され、ピニオン軸22の下部の前記ピニオンに噛合させてある。而して、舵輪の操作に伴うピニオン軸22の回転が、前記ピニオン及びラック歯23の噛合によりラック軸2の軸長方向の移動に変換され、更に、ラックハウジング20内でのラック軸2の移動が、前記タイロッドを介して左右の操向用車輪に伝達され、これらが前記舵輪の操作に応じて操舵されるラック・ピニオン式の舵取り機構が構成されている。
【0042】
以上の如く行われる操舵を補助する操舵補助用のモータ3は、ラック軸2を囲繞するラックハウジング20の中途部を適長に亘って拡径して一体的に構成された円筒形のモータハウジング30の内部に、該モータハウジング30の内周面に固設されたステータ31と、該ステータ31の内側に同軸的に配されたロータ32とを備える3相ブラシレスモータとして構成されている。ロータ32は、ラック軸2の外径よりも大なる内径を有する円筒体の外周に、前記ステータ31の内面にわずかな隙間を有して対向する磁極33を保持して構成されており、左右一対の玉軸受34,35により、モータハウジング30の軸心回りに回転自在に支承され、前記ステータ31への通電に応じて正逆両方向に回転するようになしてある。
【0043】
以上の如く生じるモータ3の回転は、回転部材としてのロータ32の一側に構成された本発明に係る運動変換装置1の動作により、前記ラック軸2の軸長方向の移動に変換されて伝達されるようにしてある。図6は、運動変換装置1の構成部分近傍の拡大断面図である。
【0044】
運動変換装置1は、保持筒Aと、該保持筒Aの内部に保持された4個の送りリングR1 〜R4 とを備えて前述の如く構成されている。保持筒Aは、その中途部を内輪として一体形成された4点接触玉軸受13により、モータハウジング30の同側への延長部に回転自在に支持され、また前記ロータ32の一側端部に連結ブラケット36(図1参照)を介して同軸的に連結されて、前記モータ3の回転に応じてラック軸2と同軸上にて回転するようになしてある。前記ラック軸2の外周には、図示の如く半円形の断面を有するねじ溝S1 が、前記保持筒Aの内側を含む所定の長さ範囲に亘って形成されている。
【0045】
保持筒Aに保持された送りリングR1 〜R4 は、外輪と内輪との間に多数のボールを保持し、内側に挿通されたラック軸2の外径よりも十分に大きい内径を有する玉軸受であり、前記保持筒Aの内部に、これに対して傾斜した軸心を有して保持されている。各送りリングR1 〜R4 の内輪の内周面には、ラック軸2外周の前記ねじ溝S1 の断面に対応する半円形の係合突起が周設されている。
【0046】
前記送りリングR1 〜R4 の軸心の傾き角度は、ねじ溝S1 のリード角と等しくし、夫々の傾きがねじ溝S1 の傾きと一致する周方向位置において、夫々の内輪に周設された前記係合突起を介してねじ溝S1 に係合させてある。これらの送りリングR1 〜R4 の係合位置は、一側の2個(R1 ,R2 )を第1の組とし、他側の2個(R3 ,R4 )を第2の組として、ねじ軸Sとしてのラック軸2の周上において、図1及び図3において説明したように設定してある。
【0047】
図6には、各送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 を、図の正面側にあるものを○により、背面側にあるものを●により夫々示してあり、図示の如く第1の組の送りリングR1 ,R2 の係合位置a1 ,a2 は、一方が正面側、他方が背面側にあって半径方向に対向する位置に設定されていること、第2の組の送りリングR3 ,R4 の係合位置a3 ,a4 も同様に、一方が正面側、他方が背面側にあって半径方向に対向する位置に設定されていること、更に、第2の組の係合位置a3 ,a4 は、第1の組の係合位置a1 ,a2 に対し、周方向にずらせて設定してあることが明らかである。
【0048】
以上の如く構成された運動変換装置1において、前記保持筒Aは、舵補助用のモータ3の回転に応じて軸回りに回転し、この回転に伴って保持筒Aの内側に保持された4個の送りリングR1 〜R4 が、夫々の内輪を係合させたラック軸2外周のねじ溝S1 に沿って転動する。この転動によりてラック軸2には、前記図2に示す如く、各送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 において前記ねじ溝S1 に沿った摩擦力Fが加わり、該ねじ軸Sは、前記摩擦力Fの軸方向分力F1 により押圧されて軸長方向に移動する。
【0049】
このような運動変換装置1の動作により、操舵補助用のモータ3の回転は、ラックハウジング20の内部でのラック軸2の軸長方向の移動に変換され、この移動が、図示しないタイロッドを介して左右の操向用車輪に伝達されることとなり、舵輪の操作に応じて前述の如く行われる操舵が、前記モータ3の発生力により補助される。
【0050】
このときラック軸2には、操向用車輪に加わる路面反力等の外力の作用により種々の方向にラジアル荷重が加わるが、本発明に係る運動変換装置1においては、前記4個の送りリングR1 〜R4 の係合位置a1 〜a4 が前述の如く設定してあることにより、各送りリングR1 〜R4 の係合状態が、前記ラジアル荷重の作用下においても損なわれることなく良好に維持され、前述した運動変換を確実に行なわせることができる。
【0051】
なお、図5及び図6においては、ラックピニオン式の動力舵取装置において、ねじ軸Sとしてのラック軸2に操舵補助用のモータ3の回転を伝達する用途への適用例について述べたが、本発明に係る運動変換装置1は、これに限らず、軸長方向への移動により舵取りを行わせる舵取り軸に操舵補助用のモータの回転を伝達する構成とした各種の形式の動力舵取装置に適用でき、更には、動力舵取装置に限らず、回転運動から直線運動へ、又は直線運動から回転運動への運動変換が必要な伝動系の全般に適用可能であることは言うまでもない。
【0052】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る運動変換装置においては、保持筒に保持されてねじ軸外周のねじ溝に係合する送りリングを、夫々2個以上を含む2組に組分けし、これらの送りリングの係合位置を、夫々の組内では半径方向に対向する位置に設定し、両組間ではねじ軸の周方向にずらせて設定したから、ねじ軸に対して種々の方向に加わるラジアル荷重の作用下において全ての送りリングの係合状態を良好に保つことができ、回転運動から直線運動への運動変換、又はこれと逆の運動変換を安定して行わせることが可能となる。
【0053】
また第2発明に係る運動変換装置においては、ねじ軸を軸長方向への移動自在に支持し、保持筒を軸回りでの回転自在に支持して、保持筒の回転をねじ軸の軸長方向の移動に変換する構成としたから、操舵補助用のモータの回転を舵取り軸の軸長方向の移動に変換する動力舵取装置等、回転運動から直線運動への運動変換が必要な用途に好便に用いることができる。
【0054】
また第3発明に係る運動変換装置においては、ねじ軸の一側半部に係合位置が設定された2個の送りリング間に他側半部に係合位置が設定された少なくとも1個の送りリングを挾み、一側半部に係合する送りリングと他側半部に係合する送りリングとが軸長方向の同側に集中しない配置としたから、夫々の送りリングの係合位置に加わる押し付け力によりねじ軸の軸長方向に回転モーメントが作用せず、良好な係合状態が損なわれることなく維持される。
【0055】
更に第4発明に係る運動変換装置においては、送りリングとして転がり軸受を用いたから、動作音が小さく静粛な運転が可能な運動変換装置を簡素に構成することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図2】本発明に係る運動変換装置の動作説明図である。
【図3】本発明に係る運動変換装置における送りリングの係合位置の説明図である。
【図4】6個の送りリングを備える本発明に係る運動変換装置の構成例を示す説明図である。
【図5】本発明に係る運動変換装置を備えた動力舵取装置の要部の構成を示す一部破断正面図である。
【図6】図5に示す動力舵取装置における運動変換装置の構成部分近傍の拡大断面図である。
【図7】従来の運動変換装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図8】従来の運動変換装置の問題点の説明図である。
【符号の説明】
1 運動変換装置
2 ラック軸
3 モータ
A 保持筒
a1 〜a6 係合位置
R1 〜R6 送りリング
S ねじ軸
S1 ねじ溝
Claims (4)
- 外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、該ねじ軸の外側に同軸的に配された保持筒と、該保持筒内に前記ねじ溝のリード角に対応する傾斜を有して偏心保持され、周方向の一か所にて前記ねじ溝に係合する複数の送りリングとを備える運動変換装置において、
前記ねじ溝外周のねじ溝との係合位置が半径方向に対向する位置に設定された各2個以上の送りリングを夫々含む第1,第2のリング組を備え、
第1のリング組の係合位置と第2のリング組の係合位置とが、前記ねじ軸の周方向にずらせて設定してあることを特徴とする運動変換装置。 - 前記ねじ軸を軸長方向への移動自在に支持し、前記保持筒を軸回りでの回転自在に支持して、前記ねじ溝を案内とする前記送りリングの転動により、前記保持筒の回転を前記ねじ軸の軸長方向の移動に変換する構成としてある請求項1記載の運動変換装置。
- 前記ねじ軸の軸断面内にて一側半部に夫々の係合位置が設定された2個の送りリングを、これらの間に他側半部に係合位置が設定された少なくとも1個の送りリングを挾んで配置してある請求項1又は請求項2記載の運動変換装置。
- 前記送りリングは、前記保持筒に嵌着固定された外輪と前記ねじ溝に係合する内輪とを備える転がり軸受により構成してある請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の運動変換装置。
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