特開2021-196044(P2021-196044A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特開2021-196044ボールねじ装置、およびステアリング装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-196044(P2021-196044A)
(43)【公開日】2021年12月27日
(54)【発明の名称】ボールねじ装置、およびステアリング装置
(51)【国際特許分類】
   F16H 25/24 20060101AFI20211129BHJP
   F16H 25/22 20060101ALI20211129BHJP
   B62D 5/04 20060101ALI20211129BHJP
【FI】
   F16H25/24 B
   F16H25/24 M
   F16H25/22 D
   B62D5/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2020-105275(P2020-105275)
(22)【出願日】2020年6月18日
(71)【出願人】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(72)【発明者】
【氏名】冨川 崇
【テーマコード(参考)】
3D333
3J062
【Fターム(参考)】
3D333CB02
3D333CB19
3D333CC15
3D333CC18
3D333CD04
3D333CD05
3D333CD09
3D333CD10
3D333CD13
3D333CD14
3D333CD16
3D333CD20
3D333CD21
3D333CD22
3D333CD28
3D333CD37
3D333CD39
3D333CE06
3D333CE18
3J062AA07
3J062AB22
3J062AC07
3J062BA16
3J062CD07
3J062CD23
3J062CD54
3J062CD67
3J062CD68
3J062CG83
(57)【要約】
【課題】ボールねじ装置におけるボールナット内外の空気の流通を確保する。
【解決手段】外周面部に第一ねじ溝111を備えるねじ軸体110と、第一ねじ溝111と共に複数のボール121が転動する転動路を形成する第二ねじ溝122を内周面部に有するボールナット120と、ボールナット120の外周面部に形成された取付孔123に挿入され、ボール121の環流路125を形成する循環部材124と、ねじ軸体110、ボールナット120を収容するハウジング140と、ハウジング140に対しボールナット120を回転可能に保持する軸受141と、を備え、循環部材124は、環流路125と軸受141との間においてボールナット120の外周面から内周面まで貫通する主連通孔126を備えるボールねじ装置。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周面部に第一ねじ溝を備えるねじ軸体と、
前記第一ねじ溝と共に複数のボールが転動する転動路を形成する第二ねじ溝を内周面部に有するボールナットと、
前記ボールナットの外周面部に形成された取付孔に挿入され、前記ボールの環流路を形成する循環部材と、
前記ねじ軸体、前記ボールナットを収容するハウジングと、
前記ハウジングに対し前記ボールナットを回転可能に保持する軸受と、を備え、
前記循環部材は、
前記環流路と前記軸受との間において前記ボールナットの外周面から内周面まで貫通する主連通孔を備える
ボールねじ装置。
【請求項2】
前記主連通孔は、前記ボールナットの取付孔の内周面に向かって開口する溝状である
請求項1に記載のボールねじ装置。
【請求項3】
前記主連通孔は、前記循環部材の環流路と連通しない
請求項1または2に記載のボールねじ装置。
【請求項4】
前記循環部材は、
前記環流路に対し前記主連通孔の反対側に前記ボールナットの外周面から内周面まで貫通する副連通孔を備える
請求項1から3のいずれか一項に記載のボールねじ装置。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか一項に記載のボールねじ装置と、
前記ねじ軸体の両端部と前記ハウジングとの間をそれぞれ封鎖するブーツと、
を備えるステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ボールナットを回転させてねじ軸体を軸方向に移動させるボールねじ装置、および前記ボールねじ装置を備えたステアリング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ボールねじ装置の1つとして、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されたねじ軸と、ねじ軸体のねじ溝に複数のボールを介して螺合されたボールナットとを備え、ボールナットを回転させることによりねじ軸を直動させる装置がある。
【0003】
例えば特許文献1には、ステアリング装置に備えられたボールねじ装置が記載されており、ボールねじ装置のボールナットには、外周から内周の間の空気の行き来を許容する連通孔が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2015−47891号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、ボールナットに連通孔を形成するには、ボールナットを切削加工する必要があり、ボールねじ装置の製造工程が増加する。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ボールナットに加工を施すことなくボールナットの外側と内側の空気の流通を確保することができるボールねじ装置、およびこれを備えたステアリング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の1つであるボールねじ装置は、外周面部に第一ねじ溝を備えるねじ軸体と、前記第一ねじ溝と共に複数のボールが転動する転動路を形成する第二ねじ溝を内周面部に有するボールナットと、前記ボールナットの外周面部に形成された取付孔に挿入され、前記ボールの環流路を形成する循環部材と、前記ねじ軸体、前記ボールナットを収容するハウジングと、前記ハウジングに対し前記ボールナットを回転可能に保持する軸受と、を備え、前記循環部材は、前記環流路と前記軸受との間において前記ボールナットの外周面から内周面まで貫通する主連通孔を備える。
【0008】
また、上記目的を達成するために、本発明の他の1つであるステアリング装置は、外周面部に第一ねじ溝を備えるねじ軸体と、前記第一ねじ溝と共に複数のボールが転動する転動路を形成する第二ねじ溝を内周面部に有するボールナットと、前記ボールナットの外周面部に形成された取付孔に挿入され、前記ボールの環流路を形成する循環部材と、前記ねじ軸体、前記ボールナットを収容するハウジングと、前記ハウジングに対し前記ボールナットを回転可能に保持する軸受と、前記ねじ軸体の両端部と前記ハウジングとをそれぞれ封鎖するブーツと、を備え、前記循環部材は、前記環流路と前記軸受との間において前記ボールナットの外周面から内周面まで貫通する主連通孔を備える。
【発明の効果】
【0009】
本ボールねじ装置によれば、切削加工などによりボールナットに貫通孔を設ける加工工程を経ることなく、ボールナットの内側と外側とを連通する連通孔を設けることができ、少ない工数でボールねじ装置を製造することが可能となる。
【0010】
また、ステアリング装置によれば、ボールナットに空気流通用の孔を設けることなくボールナットの内側と外側との間で空気を移動させることが可能となる。従って、軸受、ボールナット、およびねじ軸体によって分断されるハウジング内の2空間において、ねじ軸体の移動に伴って変形するブーツによって発生する圧力差を、循環部材に設けた貫通孔により緩和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】ステアリング装置を示す図である。
図2】ボールねじ装置のボールナット近傍を一部断面で示す図である。
図3】ボールナットと軸受とを示す斜視図である。
図4】ボールナットから循環部材を取り外した状態を示す斜視図である。
図5】他の実施例1に係るステアリング装置を示す図である。
図6】他の実施例2に係るステアリング装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、本発明に係るボールねじ装置、およびステアリング装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
【0013】
図1は、ステアリング装置を示す図である。図2は、ボールねじ装置のボールナット近傍を一部断面で示す図である。ステアリング装置100は、ステアリングホイールなどの操作部材200を運転者が操作したことにより発生するトルクと駆動手段150によるアシストトルクに基づき転舵輪210を転舵させるパワーステアリング装置であり、ボールねじ装置101と、プーリー130と、駆動手段150と、ブーツ142と、を備えている。また、ボールねじ装置101として、ボールナット120と、循環部材124と、ねじ軸体110と、ハウジング140と、軸受141と、を備えている。本実施の形態の場合、ステアリング装置100はさらに、複数の軸体が自在継手により連結され、運転者の操作による操作部材200の回転トルクをねじ軸体110に機械的に伝達するステアリングシャフト160を備えている。
【0014】
ねじ軸体110は、外周面部の一部に第一ねじ溝111を備える棒状の部材である。ステアリング装置100に備えられるねじ軸体110は、タイロッド211を介して転舵輪210に接続され、転舵輪210を転舵する転舵軸体として機能する。また、ねじ軸体110は、長尺棒状であり一端部には第一ねじ溝111が設けられ、他端部にはラック112が設けられている。ねじ軸体110に設けられたラック112は、ステアリングシャフト160の先端部に設けられたピニオン161と噛み合うラック・アンド・ピニオン機構を構成している。ステアリング装置100は、ステアリングシャフト160を介して伝えられる回転トルクがラック・アンド・ピニオン機構によりねじ軸体110の直動に変換されると共に、駆動手段150によるアシストトルクがねじ軸体110の直動に変換されるいわゆる電動パワーステアリング装置となっている。
【0015】
ハウジング140は、ねじ軸体110、ボールナット120などを収容する部材である。本実施の形態の場合、ハウジング140は、外側において一体に成形されたブラケットを用いて車体に固定され、内側に収容したねじ軸体110を軸線方向(図中Y軸方向)にガイドする部材である。ハウジング140は、例えばアルミニウム合金により形成される。また、ハウジング140の両端部には、ゴム等で形成された蛇腹管状のブーツ142が、取り付けられている。ブーツ142によりハウジング140の長手方向の両開口端部とねじ軸体110との間が封止されているため、ハウジング140はある程度密閉された状態となり、内方に水、泥などが侵入することを防止している。ブーツ142は、一端部がハウジング140に取り付けられ、他端部はねじ軸体110に取り付けられているため、ハウジング140に対するねじ軸体110の移動により一方のブーツ142が膨らむと他方のブーツ142が萎み、ハウジング140の内側の空気の圧力が変化する。
【0016】
図3は、ボールナットと軸受とを示す斜視図である。図4は、ボールナットから循環部材を取り外した状態を示す斜視図である。ボールナット120は、ねじ軸体110に設けられた第一ねじ溝111と対向状に設けられ、第一ねじ溝111と共に複数のボール121が転動する転動路を形成する第二ねじ溝122(図3には不図示)を内周面部に有する円筒状の部材である。ボールナット120の外周面部に形成された取付孔123には、ボール121の環流路125を形成する循環部材124が圧入状態で取り付けられている。
【0017】
ボールナット120に設けられた取付孔123は、循環部材124が圧入される穴であり、ねじ軸体110の軸線方向(図中Y軸方向)の両端部にはそれぞれ循環部材124の両端部が嵌め込まれる貫通孔が設けられている。取付孔123に挿入される循環部材124には、一方の貫通孔において転動路から掬い上げられたボール121を他方の貫通孔まで案内して転動路に戻す環流路125が形成されている。なお、環流路125は、循環部材124の内部に形成されても良く、また取付孔123の底面部に設けられた溝と循環部材124に対向状に設けられた溝とにより形成されても構わない。
【0018】
ねじ軸体110に対してボールナット120を回転させた場合、循環部材124は、転動路から掬い上げたボール121をいずれか一方の貫通孔を通じて環流路125に導き、他方の貫通孔を通じて転動路に排出する機能を有している。この環流路125を介してボール121が転動路を無限循環することにより、低い摩擦抵抗でボールナット120の回転をねじ軸体110の直動に変換することが可能となっている。
【0019】
ボールナット120は、ねじ軸体110が刺し通された状態でハウジング140に収容され、ハウジング140に軸受141を介して取り付けられている。ボールナット120は、ハウジング140に対しねじ軸体110の軸周りに回転する。ボールナット120の端面には、後述のプーリー130を固定するための締結部材が挿入されるねじ穴129が複数箇所に設けられている。
【0020】
循環部材124は、ボールナット120の軸受141により保持されていない外周面から内周面まで貫通する主連通孔126を備えている。主連通孔126は、循環部材124内に設けられているボール121の環流路125とは連通しない状態で環流路125と軸受141との間に設けられている。主連通孔126により、軸受141に覆われていないボールナット120の外側の空気とボールナット120の内側であって第一ねじ溝111と第二ねじ溝122の間の空気との流通を確保することが可能となる。従って、ブーツ142の膨張と伸縮とによってハウジング140内において発生する軸受141の両側の空気の圧力の不均衡を主連通孔126により是正することができ、ブーツ142が過剰に膨らんだり縮んだりすることにより発生するブーツ142の破損を抑制できる。
【0021】
主連通孔126の形成方法は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、循環部材124は、型を用いて製造されるいわゆる成型品であり、主連通孔126は、循環部材124の成形と同時に成形される。また、主連通孔126の形状は、特に限定されるものではないが、ボールナット120の取付孔123の内周面に向かって開口する溝状である。なお、図4に示す副連通孔127(後述)と同形状である。この形状により、成形後の型に対する循環部材124の離型性を高めることができ、循環部材124に容易に主連通孔126を設けることが可能となる。循環部材124の具体的な成形方法としては、金属粉末と結合材の混合物を成形金型内に射出して成形する金属射出成形(MIM:Metal Injection Molding)、樹脂の射出成形などを例示することができる。
【0022】
また本実施の形態の場合、循環部材124は、環流路125に対し主連通孔126の反対側にボールナット120の外周面から内周面まで貫通する副連通孔127を備えている。これにより、プーリー130等により空気の流通が阻害されるような場合においても、ボールナット120の内側から外側への空気の流通を確保することが可能となる。また、循環部材124が回転対称体であった場合、循環部材124の向きを気にすることなくボールナット120の取付孔123に取り付けることが可能となる。
【0023】
プーリー130は、ボールナット120の外周面部に嵌め合わされる円筒状の内周面部を有し、ねじ軸体110の軸方向(図中Y軸方向)においてボールナット120と締結される円筒状の部材である。本実施の形態の場合、プーリー130は、一端部において内方に向かって径方向に突出し、ねじ軸体110が刺し通される円環状のフランジ部131を備える。フランジ部131には、ボルトなどの締結部材が刺し通される締結孔が複数箇所に設けられている。締結孔は、ボールナット120の端面に設けられたねじ穴129に対応する位置にプーリー130の回転軸に沿って貫通して配置されている。
【0024】
プーリー130は、駆動手段150から回転トルクが伝達されることによりねじ軸体110の軸周りに回転し、締結部材の締結力によりボールナット120の端面に固定されたフランジ部131を介してボールナット120を回転させる。
【0025】
駆動手段150は、ハウジング140に固定されプーリー130を回転駆動する。本実施の形態の場合、駆動手段150は、モータと、モータの出力軸に取り付けられた駆動プーリー153と、駆動プーリー153と従動プーリーとして機能するプーリー130とに巻き掛けられた無端状のベルト151を備えている。
【0026】
ねじ軸体110と、ボールナット120と、を備えるボールねじ装置101と、プーリー130と、プーリー130よりも径が小さい駆動プーリー153と、を備えた駆動手段150とにより操作部材200からの回転トルクをアシストするアシストトルクを発生させるアシスト機構が構成される。具体的にアシスト機構は次のような動作によりアシストトルクをねじ軸体110に伝達する。つまり、モータによって駆動プーリー153を回転させると、ベルト151を介してプーリー130が回転する。プーリー130は駆動プーリー153よりも径大であるため減速状態となる。プーリー130と一体に組み付けられたボールナット120も回転する。ボールナット120がねじ軸体110に対して相対回転すると、ボール121がボールナット120、およびねじ軸体110から負荷(摩擦力)を受けて転動路及び環流路125を無限循環する。このボール121の無限循環を通じて、ボールナット120に付与されたトルクがねじ軸体110の直動に変換され、ねじ軸体110がボールナット120に対して軸方向に相対移動する。すなわちねじ軸体110に軸方向の力が付与される。このねじ軸体110に付与される軸方向の力がアシスト力となって運転者のステアリング操作が補助される。
【0027】
以上の実施の形態で示したボールねじ装置101、およびステアリング装置100によれば、ボールナット120の内側と外側とを連通する主連通孔126が循環部材124に形成されている。そのため、循環部材124の主連通孔126を介して、ボールナット120の内外を流通する空気の流路を形成できる。これにより、ハウジング140の内方においてねじ軸体110の軸方向に空気を移動させることが可能となる。具体的に、軸受141等によりボールナット120外側の空気の流れが妨げられる場合には、主連通孔126を介して空気をボールナット120の内側に引き入れることができる。逆に、ボールナット120内側の空気の流れがボール121やグリースにより妨げられる場合には、主連通孔126を介して空気をボールナット120の外側に押し出すことができる。
【0028】
また、主連通孔126は、環流路125とともに循環部材124に一体的に成形されるため主連通孔126を加工するための特別な工程が不要である。
【0029】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
【0030】
例えば、主連通孔126を循環部材124に1箇所設ける場合を説明したが、多くの空気の流路を確保するために複数の主連通孔126を循環部材124に設けても構わない。同様に循環部材124は、副連通孔127を複数箇所に備えても構わない。
【0031】
また、主連通孔126、および副連通孔127の形状は、取付孔123の内周に向かって開口する溝状ではなく、空気の流通方向における両端の開口部以外には開口部を備えない管状であっても構わない。また、主連通孔126、および副連通孔127の空気の流通方向に直交する断面形状は同じでなくても構わない。
【0032】
また、主連通孔126、および副連通孔127は、空気の流通方向において直線ばかりでなく、湾曲、屈曲などしても構わない。
【0033】
また、ステアリング装置100は、図5に示すように、操作部材200とねじ軸体110と、が機械的に連結されず、操作部材200の回転角などをセンサ等で読み取り、センサ等の信号に基づいてねじ軸体110がボールナット120の回転により往復動し、転舵輪210を転舵するいわゆるSBW(Steer By Wire System)であってもよい。
【0034】
さらに、ステアリング装置100は、図6に示すように、操作部材200、ステアリングシャフト160などを備えず、コンピュータが操向を行う自動ステアリング装置であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【0035】
本発明は車両などのステアリング装置であって、人による操舵力をアシストすることができるステアリング装置、操作部材と転舵輪とが機械的に接続されず、電気的に操舵されるSBW、自動ステアリング装置などに利用可能である。
【0036】
ボールねじ装置は、キャリパを駆動する直動にモータの回転を変換する電動ブレーキ装置などにも利用可能である。
【符号の説明】
【0037】
100…ステアリング装置、101…ボールねじ装置、110…軸体、111…第一ねじ溝、112…ラック、120…ボールナット、121…ボール、122…第二ねじ溝、123…取付孔、124…循環部材、125…環流路、126…主連通孔、127…副連通孔、129…ねじ穴、130…プーリー、131…フランジ部、140…ハウジング、141…軸受、142…ブーツ、150…駆動手段、151…ベルト、153…駆動プーリー、160…ステアリングシャフト、161…ピニオン、200…操作部材、210…転舵輪、211…タイロッド
図1
図2
図3
図4
図5
図6