JP4202761B2 - 転動体ねじ装置並びに自動車のアクスルステアリングモジュールの駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドルナットのために軸方向と半径方向の支承部が設けられ、この支承部が、長手方向軸回りのスピンドルナットの傾動と、長手方向軸に対して横向きのスピンドルナットの半径方向運動を許容するように形成されている、スピンドルロッドと、このスピンドルロッドを少なくとも部分的に取り囲むスピンドルナットと、このスピンドルロッドとスピンドルナットの間に配置された多数の転動体またはころがり体とを備えた転動体ねじ装置と、このような転動体ねじ装置を備えた自動車のアクスルステアリングモジュールの駆動装置に関する。

いろいろな用途において、転動体ねじ装置には半径方向の力が発生し得る。例えば車両用操舵伝動装置では、車輪に連結されたタイロッドの変位に依存する傾斜位置によって、半径方向の力がステアリングロッドに作用する。この半径方向力は軸受個所に摩擦を発生し、ステアリングロッド全体を曲げる。それによって、力は駆動装置として使用されるねじ伝動装置に作用する。

本発明の課題は、スピンドルナットの支承部が均一に負荷されるように、転動体ねじ装置と自動車のアクスルステアリングモジュールの駆動装置を形成することである。

この課題は本発明に従い、スピンドルナットのために軸方向と半径方向の支承部が設けられ、この支承部が、長手方向軸回りのスピンドルナットの傾動と、長手方向軸に対して横向きのスピンドルナットの半径方向運動を許容するように形成されている、スピンドルロッドと、このスピンドルロッドを少なくとも部分的に取り囲むスピンドルナットと、このスピンドルロッドとスピンドルナットの間に配置された多数の転動体またはころがり体とを備えた転動体ねじ装置において、軸方向の支承部がケーシングに設けられ、このケーシングの互いに向き合った端面が、スラストころがり軸受に接触するように形成されていること、ケーシングの脚部の互いに向き合った端面が、スラストころがり軸受のスラスト軸受リングに接触するように形成されていること、脚部が、弾性的に撓み可能であることによって解決される。

従って、本発明による転動体ねじ装置にとって、転動体を中間に配置してスピンドルロッドに作用連結されたスピンドルナットのために、軸方向と半径方向の支承部が設けられ、この支承部が、長手方向軸回りのスピンドルナットの傾動と、長手方向軸に対して横向きのスピンドルナットの半径方向運動を可能にすることが重要である。本発明による転動体ねじ装置によって、支承部の均一な負荷が得られることが有利である。これは、所定のねじれやすさを保証し、同時に所定の半径方向遊びを許容する。

本発明の有利な実施形では、スピンドルナットを軸方向に支承するために、少なくとも１個のスラストころがり軸受が設けられ、スピンドルナットが半径方向フランジを備え、この半径方向フランジの端面が、スラストころがり軸受に接触するように形成されている。これにより、スラストころがり軸受の上記の均一な負荷が有利に達成可能である。

本発明の有利な他の実施形では、ケーシングが、スピンドルロッドの回転軸に対して横方向に分割された２つのケーシング半部を備え、それぞれ１個のスラストころがり軸受が、半径方向フランジとそれぞれのケーシング半部の間に配置されている。

本発明の有利な他の実施形では、両ケーシング半部が、スラストころがり軸受を遊びなしに収容している。

本発明の有利な他の実施形では、脚部の互いに向き合った端面が、スラストころがり軸受のスラスト軸受リングのための突出した凸形に形成された接触部を備えている。この接触部により、スラスト軸受リングひいてはスピンドルナットの所定の傾動を許容することにより、所定のねじれやすさが保証される。

本発明の有利な他の実施形では、スピンドルナットを半径方向に支承するために、ラジアルころがり軸受が設けられている。

本発明の有利な他の実施形では、ラジアルころがり軸受のためにベアリングシートが設けられ、このベアリングシートがケーシングに形成され、このベアリングシートとラジアルころがり軸受の間に半径方向の遊びが設けられている。

本発明の有利な他の実施形では、ケーシングとラジアルころがり軸受の間に、スピンドルナットの半径方向運動を緩衝するための緩衝要素が配置されている。

本発明の有利な他の実施形では、ラジアルころがり軸受のためのベアリングシートが中空円筒状に形成され、かつ周方向に延びる溝を備え、この溝に、リング状に閉じるゴム弾性的な緩衝要素が配置され、この緩衝要素が、溝から半径方向内側に少なくとも部分的に突出している。

本発明の有利な他の実施形では、転動体ねじ装置の転動体またはころがり体が球状に形成されている。

課題は更に、本発明による転動体ねじ装置を備えた自動車のアクスルステアリングモジュールの駆動装置において、駆動装置が回転駆動部を備え、この回転駆動部が、曲がりやすいトルクカップリングを介してスピンドルナットに駆動連結されていることによって解決される。

本発明の有利な実施形では、転動体ねじ装置のスピンドルロッドが軸方向で自動車のアクスルステアリングモジュールの可動の要素の後に配置され、この要素が、運転者によって操作可能なステアリングホイールに連結されているかあるいは連結可能であり、かつ移動によって、操舵可能な車輪の揺動を生じさせる。

本発明の有利な他の実施形では、自動車のアクスルステアリングモジュールの可動の要素がラックであり、このラックに、スピンドルロッドが固定連結されている。

６つの図（図１〜６）に基づいて本発明による転動体ねじ装置を例示的に詳しく説明する。

図１，２，３に示した転動体ねじ装置は、独立した機能サブアセンブリである。このサブアセンブリの場合、スピンドルロッド（１）は、例えば自動車のアクスルステアンリグモジュールのラックの一部である。転動体ねじ装置は、ボールねじ（２）と、スピンドルロッド（１）とスピンドルナット（４）の間に設けられた球状の転動体またはころがり体（３）とを備えている。この転動体ねじ装置は、ここではアクスルステアリングモジュールの一方の駆動装置の回転／並進伝動装置として使用される。転動体ねじ装置は、スピンドルナット（４）の支承部（５）によって、長手方向軸回りのスピンドルナット（４）の傾動運動と、長手方向軸に対して横向きの半径方向運動を可能にするように形成されている。

スピンドルナット（４）の支承部（５）は、図４，５に詳しく示してある。スピンドルナット（４）の軸方向支承は、２個のスラストころがり軸受（６）によって行われる。このスラストころがり軸受は、半径方向フランジ（７）と、ねじスピンドル（１）の長手方向軸に対して横方向に分割された２つのケーシング半部（８）との間に配置されている。この支承部は、本質的に遊びがない。しかし、長手方向軸回りのスピンドルナット（４）の傾動運動は、ケーシング半部（８）の脚部（９）によって可能である。この脚部は、その向き合った端面に、スラストころがり軸受（６）のスラスト軸受リング（１１）のための突出する凸形の接触部（１０）を備えている。脚部（９）と場合によっては半径方向フランジ（７）は、弾性的に撓み可能であり、弾性変形の範囲内でスラストころがり軸受（６）またはスラスト軸受リング（１１）の傾動によってスピンドルナット（４）の傾動運動を可能にする。それにより、スピンドルロッド（１）に対する、剛性を有する同軸的な連結に抗して、弾性的な支承が実現される。スピンドルナット（４）の半径方向の支承は、ラジアルころがり軸受（１２）によって行われる。このラジアルころがり軸受は、ケーシング半部（８）に形成されたベアリングシート（１３）内に配置されている。この場合、両ケーシング半部（８）とラジアルころがり軸受（１２）の間に、半径方向遊び（Ｒ）が設けられている。ケーシング半部（８）とラジアルころがり軸受（１２）との間には、緩衝要素（１４）が配置されている。この緩衝要素は、一方では、ケーシング半部（８）が一緒に回転するのを防止し、軸受の機能を保証し、他方では、スピンドルナットの半径方向運動を緩衝するために使用される。ラジアルころがり軸受（１２）のためのベアリングシート（１３）は、中空円筒状に形成され、周方向の溝（１５）を備えている。この溝内に緩衝要素（１４）が配置されている。緩衝要素（１４）は、好ましくはゴム弾性的な材料からなるＯリングであり、溝から半径方向に少なくとも部分的に突出している。

図６に示すように、スピンドルロッド（１）は、半径方向力（１７）による負荷を受けて変形し、転動体ねじ装置またはスピンドルナット（４）の支承コンセプトに応じて、弾性曲線（１８）が生じる。スピンドルロッド（１）がスピンドルナット（４）の曲がりにくい支承部によって仮想軸（Ｘ）回りの或る程度の傾動（３８）を防止すると、非常に大きな半径方向力が軸受個所の長さによって軸受に生じる。この半径方向力は、機械的な効率を低下させるかあるいは個々の部品を破壊させることになる。更に、図１に示したねじスピンドル装置では、ボール軌道（２）の非対称の負荷が生じ、ねじ装置の負荷能力と寿命を低下させる。弾性曲線（１８）により、スラストころがり軸受（６）とスラスト軸受リング（１１）は、脚部（９）と場合によっては半径方向フランジ（７）の適切な弾性変形によって、非対称の負荷を相殺するために“振り子運動をし”、スピンドルナット（４）は弾性曲線（１８）に適合する。その際、中高状または凸形に形成された脚部（９）の接触部（１０）によって、作用する軸方向力が、脚部（９）と場合によっては半径方向フランジ（７）を変形させて、常に直角にかつスラスト軸受リング（１１）を経て中央からスラストころがり軸受（６）に伝達される。これは、転動体（３）の負荷を均一化し、スラストころがり軸受（６）の負荷能力と効率と寿命を高める。遊び（Ｒ）を上回ると、スピンドルロッド（１）とスピンドルナット（４）の半径方向逃げは、一体化されたラジアルころがり軸受（１２）によって受け止められる。力が大きくなったときに、スピンドルロッドはその中央で半径方向に安定させられる。なぜなら、所定の範囲において遊び（Ｒ）に依存して、ラジアルころがり軸受（１２）がＯリング（１４）によって保持されて負荷されないで一緒に回転するからである。全体として、半径方向にしなやかでねじれやすい駆動コンセプトおよび支承コンセプトにより、スピンドルねじ装置の全体効率と応答の有利な改善が生じる。転動体ねじ装置を遊びのないようにするために、ねじ装置全体は両ケーシング半部（８）に所定の付勢力を加えてリング（１６）内に組み立てられ、それによって後で容易に一体化されるサブアセンブリを形成する。スラストころがり軸受（６）の付勢力は好ましくは、リング（１６）の制限された軸方向かしめによって得られる。かしめの制限は、スピンドルナット（４）のドラグトルクの測定によって行われる。同様に、ねじ連結または他の公知の連結方法で連結を行うことができる。リング（１６）は自動車のアクスルステアリングモジュールに定置されて取付けられている。転動体ねじ装置は回転駆動部を備えた駆動装置のサブアセンブリである。この回転駆動部は、好ましくは曲がりやすいトルクカップリングを介してスピンドルナット（４）に駆動連結されている。転動体ねじ装置のねじスピンドル（１）はスピンドルナット（４）によって移動可能である。それによって、軸方向においてその後に配置されたラックが一緒に移動し、操舵可能な車輪の揺動を生じる。

転動体ねじ装置を、長手方向軸に沿ったスピンドルナットの断面と共に示す図である。 図１に示した転動体ねじ装置のスピンドルナットの範囲の、長手方向軸に対して横向きの断面を示す図である。 図１に示した転動体ねじ装置の斜視図である。 転動体ねじ装置の長手方向軸に沿った、図１に示した転動体ねじ装置のスピンドルナットの部分断面図である。 図４に示したスピンドルナットの部分拡大図である。 転動体ねじ装置の運動を概略的に示す図である。

Claims (13)

1. スピンドルナット（４）のために軸方向と半径方向の支承部が設けられ、この支承部が、長手方向軸回りのスピンドルナット（４）の傾動と、長手方向軸に対して横向きのスピンドルナット（４）の半径方向運動を許容するように形成されている、スピンドルロッド（１）と、このスピンドルロッドを少なくとも部分的に取り囲むスピンドルナット（４）と、このスピンドルロッドとスピンドルナットの間に配置された多数の転動体またはころがり体（３）とを備えた転動体ねじ装置において、
   軸方向の支承部がケーシング（８）に設けられ、このケーシングの互いに向き合った端面が、スラストころがり軸受（６）に接触するように形成されていること、
   ケーシング（８）の脚部（９）の互いに向き合った端面が、スラストころがり軸受（６）のスラスト軸受リング（１１）に接触するように形成されていること、
   脚部（９）が、弾性的に撓み可能であることを特徴とする転動体ねじ装置。
2. スピンドルナット（４）を軸方向に支承するために、少なくとも１個のスラストころがり軸受（６）が設けられ、スピンドルナットが半径方向フランジ（７）を備え、この半径方向フランジの端面が、スラストころがり軸受（６）に接触するように形成されていることを特徴とする、請求項１記載の転動体ねじ装置。
3. ケーシング（８）が、スピンドルロッド（１）の回転軸に対して横方向に分割された２つのケーシング半部（８）を備え、それぞれ１個のスラストころがり軸受（６）が、半径方向フランジ（７）とそれぞれのケーシング半部（８）の間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の転動体ねじ装置。
4. 両ケーシング半部（８）が、スラストころがり軸受（６）を遊びなしに収容していることを特徴とする、請求項３記載の転動体ねじ装置。
5. 脚部（９）の互いに向き合った端面が、スラストころがり軸受（６）のスラスト軸受リング（１１）のための突出した凸形に形成された接触部（１０）を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の転動体ねじ装置。
6. スピンドルナット（４）を半径方向に支承するために、ラジアルころがり軸受（１２）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の転動体ねじ装置。
7. ラジアルころがり軸受（１２）のためにベアリングシートが設けられ、このベアリングシートがケーシング（８）に形成され、このベアリングシートとラジアルころがり軸受（１２）の間に半径方向の遊び（Ｒ）が設けられていることを特徴とする、請求項６記載の転動体ねじ装置。
8. ケーシング（８）とラジアルころがり軸受（１２）の間に、スピンドルナット（４）の半径方向運動を緩衝するための緩衝要素（１４）が配置されていることを特徴とする、請求項６または７記載の転動体ねじ装置。
9. ラジアルころがり軸受（１２）のためのベアリングシートが中空円筒状に形成され、かつ周方向に延びる溝（１５）を備え、この溝に、リング状に閉じるゴム弾性的な緩衝要素（１４）が配置され、この緩衝要素が、溝（１５）から半径方向内側に少なくとも部分的に突出していることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一つに記載の転動体ねじ装置。
10. 転動体ねじ装置の転動体またはころがり体（３）が球状に形成されていることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一つに記載の転動体ねじ装置。
11. 請求項１記載の転動体ねじ装置を備えた自動車のアクスルステアリングモジュールの駆動装置において、
    駆動装置が回転駆動部を備え、この回転駆動部が、曲がりやすいトルクカップリングを介してスピンドルナット（４）に駆動連結されていることを特徴とする駆動装置。
12. 転動体ねじ装置のスピンドルロッド（１）が、軸方向で自動車のアクスルステアリングモジュールの可動の要素の後に配置され、この要素が、運転者によって操作可能なステアリングホイールに連結されているかあるいは連結可能であり、かつ移動によって、操舵可能な車輪の揺動を生じさせることを特徴とする、請求項１１記載の駆動装置。
13. 自動車のアクスルステアリングモジュールの可動の要素がラックであり、このラックに、スピンドルロッド（１）が固定連結されていることを特徴とする、請求項１２記載の駆動装置。

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