JP6716971B2 - Steering device - Google Patents
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Description
本発明は、ステアリング装置に関する。 The present invention relates to a steering device.
従来、ラック軸(ラックシャフト)と離間し、出力軸がラック軸の軸線と平行に設けられた電動モータによりラックシャフトの軸方向推力を発生させてラックシャフトの作動を補助する、所謂、ラックパラレル型のステアリング装置がある(下記特許文献1参照)。特許文献1に示すステアリング装置では、ラックシャフトの外周面にオネジが形成されている。そして、同一径で形成された複数の転動体(ボール)を介して、転動体ナット(ボールナット)の内周面に形成されたメネジがラックシャフトのオネジに螺合しボールネジ機構が構成される。転動体ナットは円筒状に形成され、一端がステアリング装置のハウジングに支持される。また、転動体ナットの他端が、歯付きベルトを介してモータの出力シャフトに接続されてモータによって回転駆動される。これにより、モータによって転動体ナットを回転させ複数の転動体を介してラックシャフトを軸線方向に移動させる。
Conventionally, a so-called rack parallel, which assists the operation of the rack shaft by generating an axial thrust of the rack shaft by an electric motor which is separated from the rack shaft (rack shaft) and whose output shaft is provided in parallel with the axis of the rack shaft. There is a type steering device (see
しかしながら、上記のステアリング装置では、転動体ナットには、歯付きベルトが所定の張力を有して掛けられている。このため、転動体ナットは歯付きベルトの張力によって引っ張られ、ボールナットのメネジとラックシャフトのオネジとの間の距離(隙間)が周方向において偏り、狭い部分と広い部分とが発生する。これにより、オネジとメネジとの間に配置された複数の転動体が、通路の狭い部分から通路の広い部分に向かって押し出される。そして、通路の広い部分において、隣接する各転動体同士が当接する、所謂、玉寄せ状態となる場合がある。このような状態において、ドライバーがステアリングホイールを操舵し、ラックシャフトを軸線方向に移動させようとすると、ボールネジ機構内で当接する各転動体は、転動体ネジ部と転動体ナットとの相対回転に応じて、それぞれ同じ方向に回転し、各転動体同士の当接部では逆方向の移動(回転)が生じ摩擦が発生する。このため、各転動体は、当接する相手転動体の回転を妨げることになる。 However, in the above steering device, the toothed belt is hung on the rolling element nut with a predetermined tension. Therefore, the rolling element nut is pulled by the tension of the toothed belt, and the distance (gap) between the female screw of the ball nut and the male screw of the rack shaft is deviated in the circumferential direction, and a narrow portion and a wide portion are generated. As a result, the plurality of rolling elements arranged between the male screw and the female screw are extruded from the narrow portion of the passage toward the wide portion of the passage. Then, in a wide portion of the passage, adjacent rolling elements may come into contact with each other, that is, a so-called rolling state may occur. In such a state, when the driver steers the steering wheel to move the rack shaft in the axial direction, the rolling elements abutting in the ball screw mechanism move relative to each other to the relative rotation between the rolling element screw part and the rolling element nut. Accordingly, the rolling members rotate in the same direction, and the contact portions of the rolling elements move (rotate) in the opposite direction to generate friction. Therefore, each rolling element impedes the rotation of the mating rolling element with which it abuts.
これにより、ラックシャフトを軸方向に作動させるために必要な力が大きくなり、ドライバーにはステアリングの作動が重くなったと感じさせる場合がある。また、転動体ナットを回転させ、転動体及び転動体ネジ部を介してラックシャフトを軸線方向に移動させる電動モータにとっても、負荷が上昇し消費電力が増大する等の虞がある。 As a result, the force required to actuate the rack shaft in the axial direction increases, which may cause the driver to feel that the steering operation has become heavy. Further, even for an electric motor that rotates the rolling element nut and moves the rack shaft in the axial direction via the rolling element and the rolling element screw portion, the load may increase and the power consumption may increase.
本発明は、上記課題に鑑みてなされた発明であり、ボールネジ機構が有する転動体ネジ部及び転動体ナットの各溝内において、整列する各転動体間の隙間が詰まり隣接する転動体同士が当接する状態に至っても、転動体ネジ部と転動体ナットとの間の相対回転がスムーズに行えるとともに、耐久性も備えるステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention is an invention made in view of the above problems, and in each groove of the rolling element screw portion and the rolling element nut of the ball screw mechanism, the gaps between the aligned rolling elements are clogged so that the adjacent rolling elements contact each other. It is an object of the present invention to provide a steering device that can smoothly perform relative rotation between a rolling element screw portion and a rolling element nut even when they come into contact with each other and have durability.
本発明の請求項1に係るステアリング装置は、ハウジングに軸線方向に摺動可能に支承されており、前記軸線方向に往復移動し転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸の外周面に第一ネジ溝が形成される転動体ネジ部、前記第一ネジ溝に対応する第二ネジ溝が内周面に形成される転動体ナット、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間に形成される螺旋軌道の両端に接続され前記螺旋軌道とともにひとつながりの循環路を形成する連結通路を備える連結部材、及び前記循環路内に整列して収容される複数の転動体を備えるボールネジ機構と、前記ハウジングに固定されており、前記転舵軸とオフセットした出力シャフトを備えるモータと、前記出力シャフトに一体回転可能に設けられる歯付きの駆動プーリ、前記転動体ナットに一体に設けられる歯付きの従動プーリ、及び前記駆動プーリと前記従動プーリとの間で駆動力を伝達する歯付きベルトを備えるベルト伝達機構と、を備えるステアリング装置であって、前記複数の転動体は、鉄系材料によって形成される大径転動体と、前記鉄系材料によって形成され、前記大径転動体よりも径が所定径差小さく前記大径転動体の間に配置される小径転動体と、を備え、前記螺旋軌道の半径方向の間隔は、前記歯付きベルトの張力の方向に応じて周方向で異なり、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する動力の大きさが所定値以下である場合に、前記螺旋軌道では、前記大径転動体のみが、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行ない、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する前記動力の大きさが前記所定値を超えた場合には、前記螺旋軌道では、前記大径転動体及び前記小径転動体の両者が、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行なうように前記所定径差を設定する。
A steering device according to
このように構成されたステアリング装置においては、歯付きベルトの張力によって、転動体ナットが所定の方向に付勢され偏りが生じる場合がある。これによって、螺旋軌道の半径方向の間隔、即ち、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間に形成される間隔(隙間)にも偏りが生じ、螺旋軌道内における転動体の通路に狭い部分と広い部分とが発生する。このような状態では、通路の狭い部分から通路の広い部分に向かって転動体が押し出され、通路の広い部分において隣接する各転動体同士が当接する玉寄せ状態となる場合がある。 In the steering device configured as described above, the rolling element nut may be biased in a predetermined direction due to the tension of the toothed belt and may be biased. As a result, the radial gap of the spiral raceway, that is, the gap (gap) formed between the first screw groove and the second screw groove also becomes uneven, and the narrow portion of the passage of the rolling element in the spiral raceway is generated. And a wide part occurs. In such a state, the rolling elements may be pushed out from the narrow portion of the passage toward the wide portion of the passage, and the rolling elements adjacent to each other in the wide portion of the passage may come into contact with each other.
しかし、螺旋軌道内には、大径転動体よりも径が所定径差だけ小さいため、螺旋軌道からの拘束を受けずに回転が可能な小径転動体が大径転動体の間に配置されている。このため、少なくとも大径転動体と小径転動体とが当接する部分において小径転動体は、大径転動体の回転に伴い、大径転動体の回転方向と逆の回転方向に回転できる。従って、大径転動体と小径転動体との当接部分では両者の相対移動に伴う摩擦は生じない。 However, since the diameter of the spiral raceway is smaller than that of the large-diameter rolling element by a predetermined diameter difference, a small-diameter rolling element that can rotate without being restricted by the spiral orbit is arranged between the large-diameter rolling elements. There is. Therefore, the small-diameter rolling element can rotate in the rotation direction opposite to the rotation direction of the large-diameter rolling element as the large-diameter rolling element rotates, at least in the portion where the large-diameter rolling element and the small-diameter rolling element abut. Therefore, no friction occurs due to the relative movement of the large diameter rolling element and the small diameter rolling element in the contact portion.
このとき、螺旋軌道を構成する第一ネジ溝と第二ネジ溝との間で伝達される動力が所定値以下の場合には、上記で説明した小径転動体が自由に回転できる状態が維持される。つまり、大径転動体のみが、第一ネジ溝、及び第二ネジ溝と当接し、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間で動力伝達を行なう。これにより、当接する大径転動体の回転を妨げることなく、ボールネジ部とボールナットとの間の相対回転をスムーズなものとすることができ、ステアリングシャフトの操舵荷重が上昇することもない。 At this time, when the power transmitted between the first thread groove and the second thread groove forming the spiral orbit is equal to or less than a predetermined value, the small-diameter rolling element described above is maintained in a freely rotatable state. It That is, only the large-diameter rolling element contacts the first screw groove and the second screw groove, and power is transmitted between the first screw groove and the second screw groove. As a result, the relative rotation between the ball screw portion and the ball nut can be made smooth without hindering the rotation of the large-diameter rolling element that abuts, and the steering load on the steering shaft does not increase.
また、螺旋軌道を構成する第一ネジ溝と第二ネジ溝との間で伝達される動力が所定値を超える場合には、第一ネジ溝、第二ネジ溝、及び第一ネジ溝と第二ネジ溝とに当接する大径転動体のうち少なくとも一つの部材の弾性変形によって、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間の間隔が狭まる。これにより、螺旋軌道では、第一ネジ溝と第二ネジ溝とが小径転動体に当接し、大径転動体及び小径転動体の両者によって、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間の動力伝達を行なうことができるので、転動体の耐久性が向上する。 Further, when the power transmitted between the first screw groove and the second screw groove forming the spiral track exceeds a predetermined value, the first screw groove, the second screw groove, and the first screw groove and the first screw groove The elastic deformation of at least one member of the large-diameter rolling element that comes into contact with the two screw grooves narrows the gap between the first screw groove and the second screw groove. As a result, in the spiral orbit, the first screw groove and the second screw groove come into contact with the small-diameter rolling element, and both the large-diameter rolling element and the small-diameter rolling element cause a gap between the first screw groove and the second screw groove. Since power can be transmitted, the durability of the rolling elements is improved.
<第一実施形態>
(1.概要)
以下、本発明のステアリング装置の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。ステアリング装置の一例として、車両用の電動パワーステアリング装置について説明する。電動パワーステアリング装置は、操舵補助力によって操舵力を補助するステアリング装置である。
<First embodiment>
(1. Overview)
Hereinafter, specific embodiments of the steering device of the present invention will be described with reference to the drawings. An electric power steering device for a vehicle will be described as an example of the steering device. The electric power steering device is a steering device that assists the steering force with a steering assist force.
なお、本発明のステアリング装置は、電動パワーステアリング装置の他に、4輪操舵装置、後輪操舵装置、ステアバイワイヤ装置などに適用できる。図1に示すように、電動パワーステアリング装置S1は、操舵機構10、転舵機構20、操舵補助機構30、及びトルク検出装置40を有する。
The steering device of the present invention can be applied to a four-wheel steering device, a rear-wheel steering device, a steer-by-wire device, etc. in addition to the electric power steering device. As shown in FIG. 1, the electric power steering device S1 includes a
(2.電動パワーステアリング装置の構成)
図1に示すように、操舵機構10は、ステアリングホイール11、及びステアリングシャフト12を備える。ステアリングホイール11は、ステアリングシャフト12の端部に固定される。ステアリングシャフト12は、転舵輪26,26を転舵するために、ステアリングホイール11に加えられる操舵荷重Q(操舵トルク)を伝達する。
(2. Structure of electric power steering device)
As shown in FIG. 1, the
ステアリングシャフト12は、コラム軸13、中間軸14、及びピニオン軸15を連結して構成される。ピニオン軸15は、入力シャフト15a、出力シャフト15b、及びトーションバー15cを有する。入力シャフト15aの入力側部分には、中間軸14の出力側部分が接続され、出力シャフト15bの出力側部分には、ピニオン歯15dが形成される。
The steering
転舵機構20は、本発明に係るラックシャフト21(転舵軸)、及び略円筒状に形成されたハウジング22を有する。ラックシャフト21は、ステアリングホイール11の操舵角度に応じて軸線方向に往復移動し、車両の転舵輪26,26を転舵させる。ラックシャフト21は、軸線方向に沿って直線往復移動可能にハウジング22に収容されて支持される。
The steered
以下の説明において、このラックシャフト21の軸線方向に沿った方向を単に「A軸方向(図1参照)」とも称する。ハウジング22は、第一ハウジング22aと、第一ハウジング22aのA軸方向一端側(図1中、左側)に固定された第二ハウジング22bとを備える。
In the following description, the direction along the axial direction of the
ピニオン軸15は、第一ハウジング22a内において回転可能に支持される。ラックシャフト21には、ラック歯21aが形成され、ラック歯21a及びピニオン歯15dは、互いに噛合されて、ラックアンドピニオン機構を構成する。
The pinion shaft 15 is rotatably supported in the
ラックシャフト21は、両端部にジョイント27,28を有する。ジョイント27,28の両端部には、タイロッド24,24が連結されており、タイロッド24,24の先端は、転舵輪26,26が組み付けられた図示しないナックルに連結される。
The
これにより、ステアリングホイール11が操舵されると、その操舵荷重Q(操舵トルク)が、ステアリングシャフト12に伝達されピニオン軸15が回転される。ピニオン軸15の回転は、ピニオン歯15d及びラック歯21aによって、ラックシャフト21の直線往復移動に変換される。そして、このA軸方向に沿った移動がタイロッド24,24を介してナックル(図略)に伝達されることにより、転舵輪26,26が転舵され、車両の進行方向が変更される。なお、上述した操舵荷重Qは、主に、ステアリングホイール11の操舵角度θと、そのときの車両の車速Vとに応じて転舵輪26,26が路面から受ける抵抗力の大きさである。
As a result, when the
ハウジング22の両端には、樹脂製で、ジョイント27,28とタイロッド24,24とのジョイント部分を覆い、A軸方向に伸縮可能な筒状の蛇腹部を有するブーツ25,25の一端部が固定される。ブーツ25,25の他端部はタイロッド24,24に固定され、ハウジング22の内部を含む転舵機構20の収容空間の気密性がブーツ25,25によって保たれる。
At one end of the
操舵補助機構30は、トルク検出装置40の出力に基づいて制御されるモータMを駆動源として操舵機構10に操舵補助力を付与する機構である。操舵補助機構30は、第一ハウジング22a、第二ハウジング22b、第三ハウジング31、MCU(モータコントロールユニット)、回転軸32、ボールネジ機構33、及びベルト伝達機構35を備える。
The
図1に示すように、操舵補助機構30では、制御部ECUとモータMを一体化したMCUが、ラックシャフト21よりも下側(重力方向下方)に配置される。このように、第一実施形態の電動パワーステアリング装置S1は、所謂、ラックパラレル型の電動ステアリング装置として構成され、車両前方のエンジンルーム内(車室外)に配置される。
As shown in FIG. 1, in the steering assist
図1、図2に示すように、操舵補助機構30は、モータMの回転トルクを、上述したベルト伝達機構35を介してボールネジ機構33に伝達する。そして、ボールネジ機構33で、回転トルクをラックシャフト21の直線往復動の移動力に変換し、操舵機構10に操舵補助力を付与する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the steering assist
操舵補助機構30を構成する第一ハウジング22aは、図2に示すように、円筒状の第1筒状部221と、第1筒状部221の第二ハウジング22b側に形成された第一操舵補助用ハウジング222と、を有する。第1筒状部221は、主にラックシャフト21を収容するハウジング部分である。
As shown in FIG. 2, the
第一操舵補助用ハウジング222は、主に操舵補助機構30に係る装置を収容する部分であり、第1筒状部221よりも大径の筒状であって、重力方向下側に膨出した形状に形成される。第一操舵補助用ハウジング222における下側に膨出した部分の端面には、ラックシャフト21のA軸方向に貫通した開口部222aが形成される。
The first steering assist
第二ハウジング22bは、円筒状の第二筒状部231と、第二筒状部231の第一ハウジング22a側に形成された第二操舵補助用ハウジング232とを有する。第二筒状部231は主にラックシャフト21を収容するハウジング部分である。第二操舵補助用ハウジング232は、主に第一操舵補助用ハウジング222と共に操舵補助機構30に係る装置を収容する部分であり、第二筒状部231よりも大径で円筒状に形成される。
The
第三ハウジング31は、第一操舵補助用ハウジング222の膨出端面223に、プレート36を介して固定される。第一操舵補助用ハウジング222の膨出端面223に対向する第三ハウジング31の面は、開口311を有する。開口311は、プレート36によって塞がれる。また、プレート36には、モータMの出力シャフト32bをA軸方向に挿通する貫通孔が形成される。
The
モータMを含むMCU(モータコントロールユニット)は、第三ハウジング31内に収容される。つまり、MCUは、ラックシャフト21と離間してハウジング22に取り付けられ、モータMの出力シャフト32bがハウジング22内に延在するよう配置される。詳細には、図2に示すように、出力シャフト32bの軸線が、ラックシャフト21の軸線と平行(オフセットに相当)となるように、出力シャフト32bがハウジング22の第二ハウジング22b内に延在して設けられる。MCUは、モータM、並びに、モータMを駆動するための制御部ECU等を備える。
An MCU (motor control unit) including the motor M is housed in the
回転軸32は、モータMの出力軸であり、操舵補助力を伝達する。回転軸32は、出力シャフト32bと、出力シャフト32bの外周側に配置される駆動プーリ32a(ベルト伝達機構35を構成する)と、を備える。出力シャフト32bは、プレート36の貫通孔に、軸受313を介して回転可能に支持される。駆動プーリ32aは、出力シャフト32bの外周面のうちA軸方向において第三ハウジング31の外部に位置する部位に配置され、第一操舵補助用ハウジング222内に収容される。
The
ベルト伝達機構35は、前述した駆動プーリ32a、歯付きベルト35a、及び従動プーリ34によって構成される。駆動プーリ32a、及び従動プーリ34は、それぞれ外歯を備える歯付きのプーリである。ベルト伝達機構35は、歯付きベルト35aを介して駆動プーリ32aと従動プーリ34との間で、モータMが発生させる駆動力(回転駆動力又は回転トルク)を伝達する機構である。駆動プーリ32aは、出力シャフト32bの外周側に出力シャフト32bと一体回転可能に設けられる。歯付きの従動プーリ34は、ボールナット33aの外周に、ボールナット33aと一体回転可能に固定される。
The
歯付きベルト35aは、内歯を内周側に複数有する円環状のゴムベルトであり、従動プーリ34の外周と駆動プーリ32aの外周との間に、各外周に設けられた各歯と噛合した状態で掛け渡され、歯付きの駆動プーリ32aの回転駆動力(駆動力)を歯付きの従動プーリ34に伝達する。歯付きベルト35aは、従動プーリ34及び駆動プーリ32aとの噛合が外れないように、即ち、歯飛びが起きないように、所定の張力を有した状態で従動プーリ34と駆動プーリ32aとの間に掛け渡される。なお、本実施形態では、駆動プーリ32aは、従動プーリ34のほぼ重力方向真下に設けられる。
The
上記の構成により、操舵補助機構30は、ステアリングホイール11の回転操作に応じてモータMを駆動し、出力シャフト32b及び駆動プーリ32aを回転させる。駆動プーリ32aの回転は、歯付きベルト35aを介して従動プーリ34に伝達される。従動プーリ34が回転することにより、従動プーリ34に一体的に設けられるボールナット33aが回転する。そして、ボールナット33aが回転することにより、後に詳述するボールネジ機構33が有する複数のボール38(主に大径ボール38a)を介してラックシャフト21の軸線方向への操舵補助力(動力)がラックシャフト21に伝達される。
With the above configuration, the steering assist
トルク検出装置40は、ピニオン軸15の周囲にあるハウジング22の取付開口部22cに固定される。トルク検出装置40は、トーションバー15cの捩れ量を検出し、捩れ量に応じた信号を制御部ECUに出力する。ここでいう、トーションバー15cとは、入力シャフト15aのトルクと出力シャフト15bのトルクとの差に応じて捩れる特性を有する部材である。制御部ECUは、トルク検出装置40の出力信号に基づいて、操舵補助トルクを決定し、モータMの出力を制御する。
The
制御部ECUは、予め記憶された中立情報及び走行状態に基づく学習制御によりステアリングセンタを決定する。なお、中立情報は、ステアリングセンタに対応するモータMが有する角度センサの位置(電気角)情報であり、車両組立時に測定され、制御部ECU内の不揮発性メモリに記憶される。 The control unit ECU determines the steering center by learning control based on the neutral information and the traveling state stored in advance. The neutral information is position (electrical angle) information of the angle sensor of the motor M corresponding to the steering center, is measured at the time of vehicle assembly, and is stored in the nonvolatile memory in the control unit ECU.
(3.ボールネジ機構)
(3−1.ボールネジ機構の構成)
本発明に係るボールネジ機構33について説明する。前述したように、ボールネジ機構33は、ベルト伝達機構35を介して伝達されたモータMの回転トルクを、ラックシャフト21の直線往復動の移動力に変換することで操舵機構10に操舵補助力を付与する機構である。
(3. Ball screw mechanism)
(3-1. Structure of ball screw mechanism)
The
図2、図3に示すように、ボールネジ機構33は、ボールネジ部21b(転動体ネジ部に相当)と、前述したボールナット33a(転動体ナットに相当)と、連結部材37と、複数のボール38(転動体に相当)と、を備える。複数のボール38は、複数の大径ボール38a(大径転動体に相当)及び大径ボール38aより所定径差αだけ直径の小さな複数の小径ボール38b(小径転動体に相当)で構成されるボール群である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ボールネジ部21bは、図1に示すラックシャフト21の外周面に、A軸方向に沿った一定範囲に亘って形成される(図1中、左側)。ボールネジ部21bには、第一ネジ溝21b1が形成される。第一ネジ溝21b1は、ラックシャフト21の外周面に所定のリード(ピッチ)で形成された螺旋状の溝である。
The
ボールナット33a(転動体ナット)は、ボールネジ部21bの外周側に配置される円筒状部材である。ボールナット33aは、図2に示すように、円筒の一端側がボールベアリング16を介して本発明に係るハウジングに相当する第二筒状部231(第二ハウジング22b)の第二操舵補助用ハウジング232に支持される。つまり、ボールナット33aは、第二操舵補助用ハウジング232に片持ち状態で支持されている。また、ボールナット33aの他端側には、前述した歯付きの従動プーリ34が固定される。従動プーリ34には、駆動プーリ32aの外周との間で歯付きベルト35aが前述したように所定の張力を有した状態で掛け渡される。
The
また、ボールナット33aは、内周面に第二ネジ溝33a1を備える。第二ネジ溝33a1は、ボールネジ部21bの第一ネジ溝21b1に対応する溝である。第二ネジ溝33a1は、ボールネジ部21bの第一ネジ溝21b1と対向して形成され、第一ネジ溝21b1のリードと同じリードで形成された螺旋状の溝である。
Further, the
第一ネジ溝21b1と、第二ネジ溝33a1とによって、螺旋軌道39が形成される。詳細には、第一ネジ溝21b1の溝面及び第二ネジ溝33a1の溝面と各溝面の間の空間とによって複数のボール38(転動体)が収容される螺旋軌道39が形成される(図5の模式図参照)。
A
螺旋軌道39の第一ネジ溝21b1、及び第一ネジ溝21b1に対向する第二ネジ溝33a1は、図4に示すように形成される。本実施形態においては、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1は、ともに公知の単一Rで形成されるものとして説明する。ただし、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1の溝形状は、単一R形状に限らず、公知の単ゴシックアーチ形状等で形成されたものであってもよい。
The first screw groove 21b1 of the
ボールナット33a(転動体ナット)とラックシャフト21とが相対回転するボールネジ回転時においては、ボール38のうち、直径の大きな大径ボール38aが、図4に示すように、第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)の溝面上の点q、及び第一ネジ溝21b1(ボールネジ部21b)の溝面上の点pとそれぞれ当接する。そして、ボールネジ回転時において、大径ボール38aを介して第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)と第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)との間で動力P(図略)が伝達される。
When the
また、図5の模式図に示すように、螺旋軌道39は、一条螺旋通路a,bが、例えば、軸線周りに2回巻回して形成される一条旋通路の集合体である。一条螺旋通路a,bは、それぞれラックシャフト21の軸線周りに一回転(360度)以内で螺旋状に回転して形成される螺旋通路であるものとする。つまり、螺旋軌道39は、一条螺旋通路が軸線周りに複数回巻回して形成される螺旋軌道であり、このような一条螺旋通路の集合体を本実施形態では多列の螺旋軌道と称す。
Further, as shown in the schematic view of FIG. 5, the
なお、螺旋軌道39は、一回転する一条螺旋通路a,bのみによって形成されるだけではなく、一条螺旋通路a、bの軸線方向外側には、端部にA端及びB端をそれぞれ備える一回転(360度)に満たない一条螺旋通路a´、b´がそれぞれ設けられる。また、一条螺旋通路は、何回巻回してもよい。
The
本実施形態において、連結部材37は、前述したボールナット33aとデフレクタ33bとを備える。連結部材37は、螺旋軌道39の両端(例えば、図5におけるA端、及びB端)に接続され螺旋軌道39とともにひとつながりの循環路50(図3、図5参照)を形成する連結通路51を備える。連結通路51は、ボールナット33a内、及びデフレクタ33b内に形成される複数のボール38の通路である。
In the present embodiment, the connecting
図6に示すように、ボールナット33aの軸線方向の他端側には、フランジ部33a2が形成される。また、ボールナット33aには、その外周面33a3から内周面の第二ネジ溝33a1に貫通する長孔状の一対の取付孔33a4、33a5が形成される。
As shown in FIG. 6, a flange portion 33a2 is formed on the other end side of the
一対の取付孔33a4、33a5は、螺旋軌道39の、例えば二列の一条螺旋通路a,bを跨ぐようにボールナット33aの軸方向に離間して配置される。一対の取付孔33a4、33a5には、デフレクタ33b、33bがそれぞれ圧入される。また、ボールナット33aの外周面33a3には、一対の取付孔33a4、33a5を連通する連通溝33a6が形成される。
The pair of mounting holes 33a4 and 33a5 are arranged apart from each other in the axial direction of the
図7及び図8に示すように、連通溝33a6は、ボールナット33aの外周面33a3に開口する開口部33a7を有する断面C字状の溝からなる。図8に示すように、連通溝33a6の直径D2は、ボール38のうち大径の大径ボール38a(大径転動体)の直径D1よりも若干大きい。また、連通溝33a6の開口部33a7の幅Wは、大径ボール38aの直径D1よりも小さい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the communication groove 33a6 is a groove having a C-shaped cross section having an opening 33a7 opening to the outer peripheral surface 33a3 of the
また、図3に示すように、各デフレクタ33bには、螺旋軌道39の両端であるA端,B端と連通溝33a6とを連結する貫通孔33b1が形成される。デフレクタ33bは、螺旋軌道39の一端(A端、又はB端)から掬い上げたボール38(大径ボール38a,又は小径ボール38b)を、貫通孔33b1を介して連通溝33a6に導く機能を有する。また、デフレクタ33bは、連通溝33a6内のボール38を、貫通孔33b1を介して、螺旋軌道39の他端(B端、又はA端)に排出する機能を有する。
Further, as shown in FIG. 3, each
このように、各デフレクタ33bの貫通孔33b1、及びボールナット33aの連通溝33a6により、螺旋軌道39のA端、B端間を短絡する連結通路51が構成される(図3、図5参照)。これにより、循環路50内に配置されるボール38は、連結通路51を介して螺旋軌道39とひとつながりとなった循環路50を無限循環可能である。
As described above, the through hole 33b1 of each
このように、多列の螺旋軌道39と一本の連結通路51とによって形成される循環路50を本実施形態では多列一循環路と称す。なお、連結通路51内において、全てのボール38は、自由に移動可能である。しかし、ボール38は、連結通路51内を、自ら転動して移動できず、螺旋軌道39の一端から掬い上げられたボール38(大径ボール38a,又は小径ボール38b)の付勢により押されることで連結通路51内での移動が可能となる。
As described above, the
前述したように、複数のボール38は、複数の大径ボール38a、及び複数の小径ボール38bで構成されるボール群である。図9の模式図に示すように、本実施形態においては、大径ボール38a及び小径ボール38bは、循環路50内において、一個ずつ交互に整列して配置される。大径ボール38aの直径と、小径ボール38bの直径との間には、所定量の径差である所定径差αが設けられる。大径ボール38aと小径ボール38bとの直径の所定径差αは、概ね、数μm〜十数μm程度である。また、大径ボール38a、及び小径ボール38bは、例えば、ステンレス軸受鋼等の鉄系材料によって形成される。
As described above, the plurality of
(3−2.所定径差について)
ここで、大径ボール38aの直径と、小径ボール38bの直径との間に所定径差αを設ける理由について説明する。このため、ボールネジ機構に配置されるボールに直径の径差がない図10に示す従来技術の場合を例に挙げて説明する。従来技術のように、ボールネジ機構に配置されるボールBが全て同径のボールBのみで形成された場合において、複数のボールBに図10に示すような公知の玉寄せが生じる場合について考える。
(3-2. About predetermined diameter difference)
Here, the reason why the predetermined diameter difference α is provided between the diameter of the
なお、玉寄せとは、螺旋軌道内の複数のボールBが、相互に接近し、やがて当接する公知の現象である(図10の左側3個参照)。玉寄せが生じる原因は様々である。例えば、螺旋軌道の通路径の大きさに偏りが生じることにより玉寄せが発生する場合がある。なお、本実施形態では、この通路径の偏りによって生じる玉寄せの態様を想定している。 In addition, the ball gathering is a known phenomenon in which a plurality of balls B in a spiral trajectory approach each other and eventually come into contact with each other (see three balls on the left side in FIG. 10). There are various causes of agglomeration. For example, there is a case in which a ball gathering occurs due to the deviation of the passage diameter of the spiral trajectory. In addition, in this embodiment, the mode of the ball gathering caused by the deviation of the passage diameter is assumed.
つまり、本実施形態では、ボールナット33aは、前述したように、一端側(図2において左側)が、第二操舵補助用ハウジング232によって片持ち状態で支持されている。また、他端側には歯付きの従動プーリ34が固定される。そして、従動プーリ34には、歯付きベルト35aが、モータMの出力軸に設けられた駆動プーリ32aとの間で所定の張力を有した状態で掛け渡されている。このため、歯付きベルト35aが、一端側を片持ち状態で支持されるボールナット33aの他端側を重力方向下方に向かって引っ張ることになる。
That is, in the present embodiment, as described above, the
そうすると、ボールナット33aは、一端側を回転中心として他端側が下方に向かって変位する。このとき、ボールネジ機構33内の螺旋軌道39では、図11に示すように、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔β(距離)が偏る場合がある。たとえば、本実施形態においては、歯付きベルト35aが、ボールナット33aの他端部を下方に向かって引っ張る。このため、螺旋軌道39の上方の間隔が狭まりβ1となる。また、螺旋軌道39の下方の間隔が広くなりβ2となる。
Then, the
これにより、螺旋軌道39内のボール38は、図11に示すように、上方から下方に向かって押し出され、螺旋軌道39内の下方において、隣接するボール38の大径ボール38aと小径ボール38bとが当接する玉寄せ状態となる場合がある。なお、螺旋軌道39を構成する第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間隔βの偏りは、歯付きベルト35aの張力の方向に応じて周方向で異なる。
As a result, the
また、別の玉寄せの態様の例としては、ステアリングホイール11を、例えば±5〜20deg程度の範囲で小刻みに左右に操舵することによって、螺旋軌道内の複数のボールBが、相互に接近しやがて当接する場合もある。何れの場合においても玉寄せは公知の現象であるので詳細な説明については省略する。
Further, as another example of the side-by-side approach, the plurality of balls B in the spiral trajectory approach each other by steering the
ボールネジ機構の複数のボールBに、上記のような玉寄せが生じた状態で、ドライバーがステアリングホイールを操舵し、例えばラックシャフトRS(転動体ネジ部)が図12において左方向(図12中、RS内の矢印参照)に移動するとする。この場合、螺旋軌道RK内において当接した複数のボールBは、ラックシャフトRS(転動体ネジ部)とボールナットBN(転動体ナット)との相対回転方向に応じてそれぞれ同じ方向に回転する(図12のボールB内の矢印参照)。 The driver steers the steering wheel in a state where the above-described ball gathering has occurred on the plurality of balls B of the ball screw mechanism, and, for example, the rack shaft RS (rolling element screw portion) moves to the left in FIG. 12 (in FIG. 12, Suppose you want to move to RS). In this case, the plurality of balls B abutting in the spiral trajectory RK rotate in the same direction according to the relative rotation direction of the rack shaft RS (rolling element screw portion) and the ball nut BN (rolling element nut) ( (See arrow in ball B in FIG. 12).
このため、図12に示すように、各ボールB同士の当接部T1では、相互に逆方向の移動(回転)M1,M2が生じ、各ボールBは、当接する相手ボールBの回転を発生する摩擦によって相互に妨げるとともに摩耗が生じる。これにより、ラックシャフトRSを軸方向に作動させるために必要なステアリングホイールの操舵力が大きくなり、ドライバーが、ステアリングホイールの操舵荷重Qが上昇し重くなったと感じる場合がある。以後、このように玉寄せによって操舵荷重Qが上昇し重くなることを、操舵荷重変動と称す。 Therefore, as shown in FIG. 12, in the contact portion T1 between the balls B, movements (rotations) M1 and M2 in mutually opposite directions occur, and each ball B causes rotation of the opponent ball B with which it abuts. The friction that occurs interferes with each other and causes wear. As a result, the steering force of the steering wheel necessary to actuate the rack shaft RS in the axial direction becomes large, and the driver may feel that the steering load Q of the steering wheel has increased and become heavy. Hereinafter, such an increase in the steering load Q and an increase in the steering load Q due to the shifting of the wheels will be referred to as steering load fluctuation.
これに対して、本実施形態では、歯付きベルト35aの張力によって、ボールナット33aの他端部が下方に向かって変位し、ボールネジ機構33の螺旋軌道39に玉寄せが生じても、操舵荷重変動は生じにくい。詳細には、図9に示すように、循環路50内に大径ボール38aと、大径ボール38aより所定径差αだけ小径の小径ボール38bとを交互に整列して配置しているので、操舵荷重変動は生じにくい。
On the other hand, in the present embodiment, even if the other end of the
つまり、このようにボール38が配置された状態で、ボールネジ機構33のボール38に玉寄せが生じると、図13に示すように、各大径ボール38aは、第一ネジ溝21b1と、第二ネジ溝33a1との間で、ラックシャフト21とボールナット33aとの相対移動の方向に応じて、従来技術と同様に、同方向に転動される。
In other words, when the
しかし、このとき、大径ボール38aの間に配置される小径ボール38bの直径は、大径ボール38aの直径に対して負の所定径差αを有している。このため、玉寄せ状態においては、隣接する大径ボール38aとは当接するが、ラックシャフト21及びボールナット33aには当接せず両者の間に挟持されない。これにより、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1に拘束されない。
However, at this time, the diameter of the
従って、ボールネジ回転時において、小径ボール38bは、隣接する両側の大径ボール38aと当接しながら、大径ボール38aの回転方向とは逆向きに回転される。つまり、図13に示すように、小径ボール38bと大径ボール38aとの当接部T2、T3では、大径ボール38a及び小径ボール38bが、ともに同方向であるM3方向又はM4方向に向かって一緒に移動するので、摩擦が発生せず相互に回転を妨げることはない。従って、当接部T2、T3においては、摩耗も生じない。よって、ステアリングホイール11の操舵荷重Qが上昇し重くなることはなく、スムーズなステアリングホイール11の操舵ができる。
Therefore, when the ball screw rotates, the small-
しかしながら、このとき、小径ボール38bは、上述したように、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1に接触しない。このため、第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)と、第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)との間で動力を伝達するのは、大径ボール38aのみである。
However, at this time, the
つまり、全てのボールBが同径で構成される従来技術に対し、本実施形態では、第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)と、第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)との間で動力Pを伝達する大径ボール38aの数は概ね半分となる。これにより、ラックシャフト21と、ボールナット33aとの間で伝達される動力Pが大きくなると、従来技術に対し、大径ボール38aの強度に対する耐久性が低下する虞がある。
That is, in contrast to the conventional technology in which all the balls B have the same diameter, in the present embodiment, the power between the first screw groove 21b1 (rack shaft 21) and the second screw groove 33a1 (
(3−3.所定径差αの設定の詳細)
そこで、本実施形態では、伝達される動力Pが所定値P1を超え大きくなった場合において、大径ボール38aの強度を確保する。このため、まず、操舵荷重変動を生じさせないステアリングホイール11の操舵角度θの所定の範囲θ1を定める。つまり、伝達される動力Pの所定値P1をステアリングホイール11の操舵角度θに置き換えて考える。
(3-3. Details of setting the predetermined diameter difference α)
Therefore, in the present embodiment, the strength of the
発明者は、文献の調査、及び実験等から、車両の直進走行状態において、玉寄せによる操舵荷重変動を生じさせない所定の操舵角度θ1を、±40deg以下とすれば、ドライバーの感じる違和感が抑制できると考えた。そして、操舵荷重変動を生じさせないステアリングホイール11の所定の操舵角度θ1を、±40deg以下とした(図15参照)。ただし、±40degは、一例であり、所定の操舵角度θ1は何度でもよい。
From the investigation of the literature, the experiment, and the like, the inventor can suppress the discomfort felt by the driver by setting the predetermined steering angle θ1 that does not cause the steering load fluctuation due to the wheel pulling to be ±40 deg or less in the straight traveling state of the vehicle. I thought. Then, the predetermined steering angle θ1 of the
従って、操舵角度θが、所定の操舵角度θ1(±40deg)以下の場合、大径ボール38aのみによって、第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)と、第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)との間で動力Pを伝達させることとする。
Therefore, when the steering angle θ is equal to or smaller than the predetermined steering angle θ1 (±40 deg), the first screw groove 21b1 (rack shaft 21) and the second screw groove 33a1 (
次に、操舵角度θが、所定の操舵角度θ1を超えた場合に、大径ボール38aの強度に対する耐久性を向上させる方法について説明する。その方法とは、操舵角度θが所定の操舵角度θ1(±40deg)を超えた場合、即ち第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)と、第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)との間で伝達させる動力が所定値P1を超えた場合には、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1とを、大径ボール38aだけではなく、小径ボール38bにも当接させるようにするというものである。
Next, a method for improving the durability of the
このため、操舵角度θが所定の操舵角度θ1(±40deg)を超えた場合における動力Pの所定値P1によって、大径ボール38a、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1の少なくとも一つの部材をさらに弾性変形させ、第一ネジ溝21b1の溝面及び第二ネジ溝33a1の溝面を小径ボール38bに当接させる(図14参照)。
Therefore, at least one member of the
なお、操舵角度θが所定の操舵角度θ1(±40deg)を超える以前においても、大径ボール38a、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1の少なくとも一つの部材の弾性変形は始まっている。このとき、操舵角度θが所定の操舵角度θ1(±40deg)を超えた場合との違いは、第一ネジ溝21b1の溝面及び第二ネジ溝33a1の溝面と小径ボール38bとが当接しているか否かである。所定値P1は、グラフG1に基づき求める値であり、後述する。
Even before the steering angle θ exceeds the predetermined steering angle θ1 (±40 deg), elastic deformation of at least one member of the
第一ネジ溝21b1の溝面及び第二ネジ溝33a1の溝面が小径ボール38bに当接する際、各溝面が、ステアリングホイール11の操舵角度θが中立状態における位置を始点とし、小径ボール38bに向かって変位して、それぞれ小径ボール38bに当接するまでの各変位量tは、第一ネジ溝21b1、第二ネジ溝33a1及び大径ボール38aの変位量の合計となる。その合計が、大径ボール38aの直径と小径ボール38bの直径との間の所定径差αを越えると、小径ボール38bも第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1に当接する。
When the groove surface of the first screw groove 21b1 and the groove surface of the second screw groove 33a1 contact the
これにより、第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)と第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)との間での動力Pの伝達に伴い生じる大径ボール38aへの負荷を小径ボール38bにも分担させることができる。
As a result, the load on the
なお、上記、所定径差αは、操舵角度θが所定の操舵角度θ1(±40deg)を超えた場合において第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で伝達される動力Pの所定値P1によって、小径ボール38bと、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1とが当接するよう実験等に基づき設定する。大径ボール38a、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1は、上記作用を成立させることが可能である適切なヤング率を備えた鉄系材料によって形成される。
The predetermined diameter difference α is a predetermined value of the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 when the steering angle θ exceeds a predetermined steering angle θ1 (±40 deg). The value P1 is set based on an experiment or the like so that the
上述したように、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1の間で伝達させる動力Pの所定値P1は、図15に示すグラフG1に基づいて求める。なお、図15のグラフG1は、通常時(路面は乾燥した舗装路であり、転舵輪26,26は十分な深さのタイヤ溝を有する)にステアリングホイール11を操舵した際における、ステアリングホイール11(ステアリングシャフト12)の操舵角度(舵角)θと操舵荷重Qとの関係を示す実験に基づくグラフである。
As described above, the predetermined value P1 of the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 is obtained based on the graph G1 shown in FIG. Note that the graph G1 in FIG. 15 shows the
なお、このとき、通常時とは、例えば、本発明のボールネジ機構33において、循環路50を循環する複数のボール38に、玉寄せが生じておらず、ボール38が螺旋軌道39内をスムーズに転動可能な時をいう。
At this time, the normal time means that, for example, in the
実線で示すグラフG1は、転舵輪26,26の所定の周速度が、例えばXkm/hで回転する状態、即ち車両が所定の車速Xkm/hで走行する状態におけるステアリングホイール11(ステアリングシャフト12)の操舵角度θ(deg)と操舵荷重Qとの関係を示すグラフである。本実施形態においては、Xkm/hは、例えば高速道路上での走行速度の一例である80km/hとする。
A graph G1 indicated by a solid line shows the steering wheel 11 (steering shaft 12) in a state where the predetermined peripheral speed of the steered
また、図15において、ステアリングホイール11の操舵角度θ(deg)と操舵荷重Qとの関係は、車両の車速Vに応じてそれぞれ異なる。グラフG1よりも車速Vが大きくなれば、グラフは、グラフG2のように、操舵荷重が小さい側に移動する。また、グラフG1よりも車速Vが小さくなれば、グラフは、グラフG3のように、操舵荷重Qが大きい側に移動する。
Further, in FIG. 15, the relationship between the steering angle θ (deg) of the
また、グラフG1において、操舵角度0degの位置から右方向にステアリングホイール11を操舵したときの操舵荷重Qは、操舵角度0degより右側で且つグラフG1の上側のラインで示されている。また、操舵角度0degの位置から左方向にステアリングホイール11を操舵したときの操舵荷重Qは、操舵角度0degより左側で且つグラフG1の下側のラインで示されている。
Further, in the graph G1, the steering load Q when the
つまり、図15においては、右方向にステアリングホイール11(ステアリングシャフト12)を操舵したときの操舵荷重Qを正とし、左方向にステアリングホイール11(ステアリングシャフト12)を操舵したときの操舵荷重Qを負として表している。 That is, in FIG. 15, the steering load Q when steering the steering wheel 11 (steering shaft 12) to the right is positive, and the steering load Q when steering the steering wheel 11 (steering shaft 12) to the left is It is expressed as negative.
次に、上記で設定した所定の操舵角度θ1(±40deg)とグラフG1との交点から、操舵荷重Q1(−Q1)を求める(図15参照)。このとき、操舵荷重Q1(−Q1)は、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で伝達される動力Pの所定値P1に相当する値である。そして、前述したように、大径ボール38aの直径と小径ボール38bの直径との間の所定径差αを、操舵荷重Q1(−Q1)に基づき実験等で求める。
Next, the steering load Q1 (−Q1) is obtained from the intersection of the graph G1 and the predetermined steering angle θ1 (±40 deg) set above (see FIG. 15). At this time, the steering load Q1 (-Q1) is a value corresponding to the predetermined value P1 of the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1. Then, as described above, the predetermined diameter difference α between the diameter of the
つまり、操舵荷重Q1(−Q1)が、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で伝達されるとした場合に、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1が、操舵荷重Q1(−Q1)によって変位し、小径ボール38bに当接することを可能とする径差の大きさを求め所定径差αとして設定する。
That is, when the steering load Q1 (-Q1) is transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1, the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 have the steering load Q1. The magnitude of the diameter difference that allows displacement by (-Q1) and makes contact with the
このように、所定径差αが設定された状態で、ステアリングホイール11の操舵角度θが±40degを超え、操舵荷重Qが操舵荷重Q1(−Q1)を超えると、第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)と第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)との間で負荷を受けた大径ボール38a、第一ネジ溝21b1及び第二ネジ溝33a1の少なくとも一つの部材がさらに弾性変形する。そして、第一ネジ溝21b1の溝面及び第二ネジ溝33a1の溝面が、小径ボール38bの方向に変位して大径ボール38aと小径ボール38bとの間の直径の所定径差αを詰め、小径ボール38bに当接して小径ボール38bを挟持する(図14参照)。
In this way, when the steering angle θ of the
これにより、小径ボール38bは、大径ボール38aとともに、第一ネジ溝21b1(ラックシャフト21)と第二ネジ溝33a1(ボールナット33a)との間で付与される荷重を分担する。従って、ボール38(小径ボール38b、及び大径ボール38a)の強度及び摩耗に対する耐久性が向上される。このため、仮に、ステアリングホイール11が所定の操舵角度θ1(±40deg)を超えて操舵されても、ボール38(特に大径ボール38a)は良好に保護される。
As a result, the small-
<変形例1>
なお、上記第一実施形態においては、車両の高速走行時におけるステアリングホイール11の操舵角度θと操舵荷重Qとの関係であるグラフG1に基づいて、所定の径差αを設定した。しかし、この態様には限らない。変形例1として、他の車速時におけるステアリングホイール11の操舵角度θと操舵荷重Qとの関係であるグラフG2、G3に基づき、グラフG1のときと同様の方法によって径差αを設定してもよい。なお、このときの所定の操舵角度θ1は何度に設定してもよい。これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。
<
In the first embodiment, the predetermined diameter difference α is set based on the graph G1 which is the relationship between the steering angle θ of the
(4.実施形態による効果)
上述の説明から明らかなように、上記実施形態によれば、電動パワーステアリング装置S1(ステアリング装置)は、ハウジング22に軸線方向に摺動可能に支承され、軸線方向に往復移動し転舵輪26,26を転舵させるラックシャフト21(転舵軸)と、ラックシャフト21の外周面に第一ネジ溝21b1が形成される転動体ネジ部、第一ネジ溝21b1に対応する第二ネジ溝33a1が内周面に形成されるボールナット33a(転動体ナット)、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間に形成される螺旋軌道39の両端に接続され螺旋軌道39とともにひとつながりの循環路50を形成する連結通路51を備える連結部材37、及び循環路50内に整列して収容される複数のボール38(転動体)を備えるボールネジ機構35と、ハウジング22に固定され、ラックシャフト21とオフセットした出力シャフト32bを備えるモータMと、出力シャフト32bに一体回転可能に設けられる歯付きの駆動プーリ32a、ボールナット33aに一体に設けられる歯付きの従動プーリ34、及び駆動プーリ32aと従動プーリ34との間で駆動力を伝達する歯付きベルト35aを備えるベルト伝達機構35と、を備える。
(4. Effects of the embodiment)
As is apparent from the above description, according to the above-described embodiment, the electric power steering device S1 (steering device) is axially slidably supported by the
そして、複数のボール38は、大径ボール38a(大径転動体)と、大径ボール38aよりも径が所定径差小さく大径ボール38aの間に配置される小径ボール38b(小径転動体)と、を備える。また、螺旋軌道39の半径方向の間隔は、歯付きベルト35aの張力の方向に応じて周方向で異なり、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で伝達する動力Pの大きさが所定値P1以下である場合に、螺旋軌道39では、大径ボール38a(大径転動体)のみが、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の動力Pの伝達を行ない、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で伝達する動力Pの大きさが所定値P1を超えた場合には、螺旋軌道39では、大径ボール38a及び小径ボール38bの両者が、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の動力Pの伝達を行なうように所定径差αを設定する。
The plurality of
このように構成された電動パワーステアリング装置S1(ステアリング装置)においては、歯付きベルト35aの張力によって、転動体ナット33aが所定の方向に付勢されると偏りを生じる場合がある。これによって、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔β(隙間)、即ち螺旋軌道39の半径方向における間隔βにも偏りが生じ、螺旋軌道39内における転動体38の通路において狭い部分の間隔β1と広い部分の間隔β2とが発生する。このような状態では、通路の狭い部分から通路の広い部分に向かって転動体が押し出され、広い部分において隣接する各転動体38同士が当接する玉寄せ状態となる場合がある。
In the electric power steering device S1 (steering device) configured as described above, when the rolling
しかし、螺旋軌道39内には、大径ボール38aよりも径が所定径差αだけ小さいため、螺旋軌道39からの拘束を受けずに回転が可能な小径ボール38bが大径ボール38aの間に配置されている。このような構成において、螺旋軌道39を構成する第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で伝達される動力Pが所定値P1以下の場合には、大径転動体38aのみが、第一ネジ溝21b1、及び第二ネジ溝33a1と当接し、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で動力Pの伝達を行なう。これにより、少なくとも大径ボール38aと小径ボール38bとが当接する部分において小径ボール38bは、大径38aの回転に伴い、大径ボール38aの回転方向と逆の回転方向に回転できる。従って、大径ボール38aと小径ボール38bとの当接部分では両者の相対移動に伴う摩擦は生じにくい。つまり、当接する大径転動体38aの回転を妨げることなく、ボールネジ部とボールナット33aとの間の相対回転をスムーズなものとすることができ、ステアリングシャフト11の操舵荷重が上昇することもない。
However, in the
また、螺旋軌道39を構成する第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間で伝達される動力Pが所定値P1を超える場合には、第一ネジ溝21b1、第二ネジ溝33a1、及び第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1とに当接する大径ボール38aのうち少なくとも一つの部材の弾性変形によって、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔が狭まる。これにより、螺旋軌道39では、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1とが小径ボール38b(小径転動体)に当接し、大径ボール38a(大径転動体)及び小径ボール38bの両者によって、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の動力Pの伝達を行なうことができるので、ボール38(転動体)の耐久性が向上する。
When the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 forming the
また、上記実施形態によれば、ボールネジ機構33は、ハウジング22の第二操舵補助用ハウジング232に収容され、ボールナット33a(転動体ナット)は、一端側がハウジング22の第二操舵補助用ハウジング232に支持され、他端側に従動プーリ34が設けられる。
Further, according to the above-described embodiment, the
つまり、ボールナット33aは、第二操舵補助用ハウジング232に片持ち状態で支持されている。このような状態で、他端側には歯付きの従動プーリ34が固定され、従動プーリ34には、駆動プーリ32aの外周との間で歯付きベルト35aが所定の張力を有した状態で掛け渡されている。このため、歯付きベルト35aが、一端側を片持ち状態で支持されるボールナット33aの他端部を下方に向かって引っ張ることになる。
That is, the
そうすると、ボールナット33aは、一端側を回転中心として他端側が下方に向かって変位し、ボールネジ機構33内の螺旋軌道39では、図11に示すように、螺旋軌道39の半径方向の間隔β、即ち、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔βが偏り、螺旋軌道39の上方の間隔が狭まって間隔β1となり、螺旋軌道39の下方の間隔が広くなって間隔β2となる。
Then, the
これにより、螺旋軌道39内のボール38は、上方から下方に向かって押し出され、螺旋軌道39内の下方において、隣接するボール38の大径ボール38aと小径ボール38bとが当接する玉寄せ状態となる場合がある。なお、本実施形態においては、螺旋軌道39の上方(真上)の間隔が狭まって間隔β1となり、螺旋軌道39の下方(真下)の間隔が広くなって間隔β2となっているので、ボール38は、重力によっても螺旋軌道39の下方に落ちやすくより容易に玉寄せ状態となりやすい。このように、ボール38が容易に玉寄せ状態となりやすい本実施形態において、本発明を適用するので、非常に大きな効果が得られる。
As a result, the
また、第一実施形態によれば、循環路50の螺旋軌道39は、一条螺旋通路a、bが軸線方向に二回(複数回)巻回して形成される多列一循環路によって形成される。このため、例えば、一列一循環路で形成される循環路よりもより多くのボール(転動体)を使用する。従って、玉寄せが生じた際に操舵荷重Qが上昇する量は、多列一循環路のほうがボールの数が多い分だけ大きくなる。よって、多列一循環路に本発明のボールネジ機構33を適用すると、一列一循環路に本発明のボールネジ機構33を適用するよりも、より大きな効果が得られる。
Further, according to the first embodiment, the
(5.その他)
なお、上記実施形態では、大径ボール38aは、鉄系の材料によって形成されるものとした。しかし、この態様には限らない。大径ボール38aは、所定の強度、及び小径ボール38bとの間の所定の径差αを成立させるヤング率を備えていれば、どのような材料で形成されてもよい。また、小径ボール38bは、例えば、所定の強度を備えていれば、変形しにくい例えばセラミックス等の材料で形成されてもよい。また、小径ボール38bは、樹脂等によって形成されてもよい。
(5. Other)
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、螺旋軌道39内において、大径ボール38a、及び小径ボール38bが、一個ずつ交互に整列して配置された。しかし、この態様には限らず、小径ボール38bを、2個ずつ並んだ大径ボール38aの間に配置してもよい。また、小径ボール38bを、3個〜N個ずつ並んだ大径ボール38aの間に配置してもよい。
In the above embodiment, the
これにより、ボール38の玉寄せ発生時において、大径ボール38a同士が当接する部分では、従来技術どおり発生する摩擦によって相互の回転を妨げ、ステアリングホイール11の操舵荷重Qが上昇してしまう虞がある。しかし、少なくとも小径ボール38bは、上記実施形態と同様に、隣接する大径ボール38aの間で回転できる。従って、小径ボール38bを備える分だけ、玉寄せによるステアリングホイール11の操舵荷重Qの上昇を小さくすることができる。
As a result, when the
また、上記実施形態では、循環路50を多列の螺旋軌道39と一本の連結通路51とによって形成する多列一循環路によって形成した。しかし、この態様には、限らない。他の実施形態として、例えば特開2016−020725号公報に開示されるような循環路を一列の螺旋軌道と一本の連結通路とによって構成する一列一循環路によって形成してもよい。この場合は、一列一循環路を軸線方向に任意の数だけ設けることもできる。これによっても相応の効果が期待できる。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態においては、連結部材37の連結通路51を、ボールナット33aの内部に形成した。しかし、この態様には限らず、連結通路を、ボールナット33aの外部にチューブ等を外付けして形成する公知のリターンチューブ方式によって構成してもよい。また、公知のこまを用いて連結通路を構成するこま方式によって構成してもよい。更には、エンドキャップ方式やガイドプレート方式等によって連結通路を構成してもよい。いずれによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
Further, in the above embodiment, the
なお、上記実施形態では、モータMの駆動プーリ32aが、一端側で片持ち支持されたボールナット33aの他端側に設けられた従動プーリ34の重力方向下方に設けられた。これによって、駆動プーリ32aと従動プーリ34との間に掛け渡された歯付きベルト35aが、所定の張力でボールナット33aの他端側を下方に引張り(付勢し)、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔βを上下方向で偏らせ、上方の間隔(隙間)を小さくして間隔β1とし、下方の間隔(隙間)を大きくして間隔β2とした。
In the above embodiment, the
しかし、この態様には限らず、モータMの駆動プーリ32aは、従動プーリ34の回転軸回りにおける周方向において、どこに配置してもよい。これにより、駆動プーリ32aが配置された位置に応じて、歯付きベルト35aが、所定の張力によってボールナット33aの他端部を駆動プーリ32a側に引っ張る。そして、ボールナット33aを張力が付与された方向に変位させ、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔βを偏らせる。このとき、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔βがもっとも大きくなる位置は、駆動プーリ32aの回転軸と従動プーリ34の回転軸とを繋いだ仮想線が螺旋軌道39と交差する位置である。また、第一ネジ溝21b1と第二ネジ溝33a1との間の間隔βがもっとも小さくなる位置は、前述した間隔βがもっとも大きくなる位置から、従動プーリ34の回転軸を中心として180°回転させた位置である。このような態様によっても、上記実施形態と同様の作用及び相応の効果が得られる。
However, the
10・・・操舵機構、 11・・・ステアリングホイール、 12・・・ステアリングシャフト、 15b・・・出力シャフト、 20・・・転舵機構、 21・・・転舵軸(ラックシャフト)、 21b・・・転動体ネジ部(ボールネジ部)、 21b1・・・第一ネジ溝、 26・・・転舵輪、 30・・・操舵補助機構、 33・・・ボールネジ機構、 33a・・・転動体ナット(ボールナット)、 33a1・・・第二ネジ溝、 33b・・・デフレクタ、 33b1・・・貫通孔、 34・・・従動プーリ、 35・・・ベルト伝達機構、 37・・・連結部材、 38・・・転動体(ボール)、 38a・・・大径転動体(大径ボール)、 38b・・・小径転動体(小径ボール)、 39・・・螺旋軌道、 50・・・循環路、 51・・・連結通路、 a,b・・・一条螺旋通路、 M・・・モータ、 Q,Q1,−Q1・・・操舵荷重、 S1・・・電動パワーステアリング装置(ステアリング装置)、 T1,T2,T3・・・当接部、 α・・・径差、 θ・・・舵角(操舵角度)。 10... Steering mechanism, 11... Steering wheel, 12... Steering shaft, 15b... Output shaft, 20... Steering mechanism, 21... Steering shaft (rack shaft), 21b. ..Rolling body screw portion (ball screw portion), 21b1... First screw groove, 26... Steering wheel, 30... Steering assist mechanism, 33... Ball screw mechanism, 33a... Rolling body nut ( Ball nut), 33a1...second screw groove, 33b...deflector, 33b1...through hole, 34...driven pulley, 35...belt transmission mechanism, 37...connecting member, 38. ..Rolling elements (balls), 38a...Large diameter rolling elements (large diameter balls), 38b...Small diameter rolling elements (small diameter balls), 39...Spiral orbits, 50...Circulating paths, 51. ..Connecting passages, a, b... Single spiral passage, M... Motor, Q, Q1, -Q1... Steering load, S1... Electric power steering device (steering device), T1, T2 T3... Abutting part, α... Diameter difference, θ... Steering angle (steering angle).
Claims (3)
前記転舵軸の外周面に第一ネジ溝が形成される転動体ネジ部、前記第一ネジ溝に対応する第二ネジ溝が内周面に形成される転動体ナット、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間に形成される螺旋軌道の両端に接続され前記螺旋軌道とともにひとつながりの循環路を形成する連結通路を備える連結部材、及び前記循環路内に整列して収容される複数の転動体を備えるボールネジ機構と、
前記ハウジングに固定されており、前記転舵軸とオフセットした出力シャフトを備えるモータと、
前記出力シャフトに一体回転可能に設けられる歯付きの駆動プーリ、前記転動体ナットに一体に設けられる歯付きの従動プーリ、及び前記駆動プーリと前記従動プーリとの間で駆動力を伝達する歯付きベルトを備えるベルト伝達機構と、
を備えるステアリング装置であって、
前記複数の転動体は、鉄系材料によって形成される大径転動体と、前記鉄系材料によって形成され、前記大径転動体よりも径が所定径差小さく前記大径転動体の間に配置される小径転動体と、を備え、
前記螺旋軌道の半径方向の間隔は、前記歯付きベルトの張力の方向に応じて周方向で異なり、
前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する動力の大きさが所定値以下である場合に、前記螺旋軌道では、前記大径転動体のみが、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行ない、
前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する前記動力の大きさが前記所定値を超えた場合には、前記螺旋軌道では、前記大径転動体及び前記小径転動体の両者が、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行なうように前記所定径差を設定する、ステアリング装置。 A steered shaft that is slidably supported in the housing in the axial direction and that reciprocates in the axial direction to steer the steered wheels,
A rolling element screw part in which a first screw groove is formed on the outer peripheral surface of the steered shaft, a rolling element nut in which a second screw groove corresponding to the first screw groove is formed on the inner peripheral surface, and the first screw groove And a second thread groove, and a connecting member that is connected to both ends of a spiral track and forms a continuous circulation path with the spiral track, and a connection member that is aligned and housed in the circulation path. A ball screw mechanism having a plurality of rolling elements,
A motor having an output shaft that is fixed to the housing and that is offset from the steering shaft;
A toothed drive pulley integrally rotatably provided on the output shaft, a toothed driven pulley integrally provided on the rolling element nut, and a tooth for transmitting a driving force between the drive pulley and the driven pulley. A belt transmission mechanism including a belt,
A steering device comprising:
The plurality of rolling elements are formed of an iron-based material and a large-diameter rolling element, and are formed of the iron-based material, and have a diameter smaller than the large-diameter rolling element by a predetermined difference in diameter and are arranged between the large-diameter rolling elements. And a small-diameter rolling element,
The radial spacing of the spiral track differs in the circumferential direction according to the direction of tension of the toothed belt,
When the magnitude of the power transmitted between the first screw groove and the second screw groove is equal to or less than a predetermined value, only the large-diameter rolling element in the spiral raceway has the first screw groove and the first screw groove. The transmission of the power between the second screw groove,
Both when said magnitude of said power transmitting between the first screw groove and the second screw groove exceeds the predetermined value, in said helical trajectory, the large diameter rolling element, and the small diameter rolling element However, the steering device sets the predetermined diameter difference so as to transmit the power between the first screw groove and the second screw groove.
前記転動体ナットは、一端側が前記ハウジングに支持されており、他端側に前記従動プーリが設けられる、請求項1に記載のステアリング装置。 The ball screw mechanism is housed in the housing,
The steering device according to claim 1, wherein one end side of the rolling element nut is supported by the housing, and the driven pulley is provided on the other end side.
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