(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-11
(45)【発行日】2023-09-20
(54)【発明の名称】ステアリング装置、およびボールねじ装置
(51)【国際特許分類】
F16H 25/22 20060101AFI20230912BHJP
F16H 25/24 20060101ALI20230912BHJP
F16H 55/36 20060101ALI20230912BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20230912BHJP
【FI】
F16H25/22 C
F16H25/24 B
F16H55/36 A
B62D5/04
(21)【出願番号】P 2019077357
(22)【出願日】2019-04-15
【審査請求日】2022-03-09
(73)【特許権者】
【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
【氏名又は名称】新居 広守
(72)【発明者】
【氏名】本山 聡
【審査官】鷲巣 直哉
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-047882(JP,A)
【文献】特開2014-156902(JP,A)
【文献】特開2018-016193(JP,A)
【文献】特開2019-014358(JP,A)
【文献】特表2017-538085(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 25/22
F16H 25/24
F16H 55/36
B62D 5/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周面部に第一ねじ溝を備え、転舵輪を転舵するねじ軸体と、
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、
前記ボールナットの外周面部に嵌め合わされる内周面部を有し、軸方向の端部において前記ボールナットと締結されるプーリーと、
前記ねじ軸体を収容するハウジングと、
前記ハウジングに固定され前記プーリーを回転駆動する駆動手段とを備え、
前記プーリーには、締結部材が刺し通される第一締結孔が設けられ、
前記ボールナットの軸方向の端面には、前記プーリーを固定するための前記締結部材が挿入される第二締結穴が設けられ、
前記循環部材は、
前記取付孔に取り付けられた状態において前記ボールナットの外周面よりも突出する突出部を備え、
前記プーリーは、
前記ねじ軸体の軸方向に延在し径方向に窪み前記突出部を収容する一端が開口する溝部を内周面部に備え
、
前記溝部は、前記突出部を収容することにより、前記ねじ軸体の軸方向を中心とした周方向において、前記第一締結孔の管軸の位相と前記第二締結穴の管軸が同じ位相になるように設定されている
ステアリング装置。
【請求項2】
前記ボールナットは、
前記ねじ軸体の軸方向において、前記循環部材が取り付けられた位置よりも端部側に外周面が円筒状の第一嵌合面部を備え、
前記プーリーは、
前記第一嵌合面部と嵌め合う内周面が円筒状の第二嵌合面部を備える
請求項1に記載のステアリング装置。
【請求項3】
前記突出部は、
前記プーリーが前記ボールナットに取り付けられた状態において前記溝部の対向する両側壁の少なくとも一方に当接する
請求項1または2に記載のステアリング装置。
【請求項4】
前記溝部は、
一方の側壁において、前記溝部の前記開口に向かうに従い他方の側壁から遠ざかる第一傾斜面部を備え、
前記突出部は、
前記第一傾斜面部に当接する第二傾斜面部と、
前記溝部の他方の側壁に当接する末端部と、を備える
請求項1から3のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項5】
前記突出部は、
前記ボールナットの前記取付孔の全体において突出する
請求項1から4のいずれか一項に記載のステアリング装置。
【請求項6】
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、
前記ボールナットの外周面部に嵌め合わされる内周面部を有し、前記ねじ軸体の軸方向において前記ボールナットと締結されるプーリーとを備え、
前記プーリーには、締結部材が刺し通される第一締結孔が設けられ、
前記ボールナットの軸方向の端面には、前記プーリーを固定するための前記締結部材が挿入される第二締結穴が設けられ、
前記循環部材は、
前記取付孔に取り付けられた状態において前記ボールナットの外周面よりも突出する突出部を備え、
前記プーリーは、
前記ねじ軸体の軸方向に延在し径方向に窪み前記突出部を収容する一端が開口する溝部を内周面部に備え
、
前記溝部は、前記突出部を収容することにより、前記ねじ軸体の軸方向を中心とした周方向において、前記第一締結孔の管軸の位相と前記第二締結穴の管軸が同じ位相になるように設定されている
ボールねじ装置。
【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ステアリング装置、およびボールねじ装置に関する。
【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に記載のボールねじ装置は、ボールナットの外周面から放射方向に突出する突起を設け、この突起と嵌め合うことのできる溝を備えたプーリーを備えている。そしてプーリーをベルトなどにより回転させ、プーリーの溝とボールナットの突起との係合によりトルクを伝達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、ねじ軸体の軸方向においてボールナットとプーリーとをボルトなどを用いて締結し当該締結力によりトルクを伝達する場合、複雑な加工によりボールナットの外周面にトルクを伝達するための突起を設ける必要はなくなる。
【0006】
しかし、軸方向においてボールナットとプーリーとを締結するに際し、ボールナット、およびプーリーの一方に設けられたねじ穴と貫通孔との位相合わせなどに手間取り、組立時間が長くなるという課題が生じていた。
【0007】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ボールナットとプーリーとを容易に締結することができるステアリング装置、およびボールねじ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明の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、転舵輪を転舵するねじ軸体と、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、前記ボールナットの外周面部に嵌め合わされる内周面部を有し、軸方向の端部において前記ボールナットと締結されるプーリーと、前記ねじ軸体を収容するハウジングと、前記ハウジングに固定され前記プーリーを回転駆動する駆動手段とを備え、前記循環部材は、前記取付孔に取り付けられた状態において前記ボールナットの外周面よりも突出する突出部を備え、前記プーリーは、前記ねじ軸体の軸方向に延在し径方向に窪み前記突出部を収容する一端が開口する溝部を内周面部に備える。
【0009】
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、前記ボールナットの外周面部に嵌め合わされる内周面部を有し、前記ねじ軸体の軸方向において前記ボールナットと締結されるプーリーとを備え、前記循環部材は、前記取付孔に取り付けられた状態において前記ボールナットの外周面よりも突出する突出部を備え、前記プーリーは、前記ねじ軸体の軸方向に延在し径方向に窪み前記突出部を収容する一端が開口する溝部を内周面部に備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、ボールナットにプーリーを組み付ける際の作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】本実施の形態に係るステアリング装置の概略構成を示す図である。
【
図2】本実施の形態に係るボールナット近傍を一部断面で示す図である。
【
図3】本実施の形態に係るプーリーを外してボールナットを示す斜視図である。
【
図4】本実施の形態に係るボールナット、プーリー、および循環部材を分解して示す斜視図である。
【
図5】本実施の形態に係るプーリー、軸受が取り付けられたボールナットを示す斜視図である。
【
図6】本実施の形態に係るプーリー、軸受が取り付けられたボールナットを別方向から示す斜視図である。
【
図7】本実施の形態に係る突出部と溝部との関係をプーリーを透過状態で示す平面図である。
【
図8】別形状の突出部、別形状の溝部をプーリーを透過状態で示す平面図である。
【
図9】他の実施例に係るステアリング装置を示す図である。
【
図10】他の実施例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を備える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、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、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、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【0013】
また、図面は、本発明を示す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。
【0014】
図1は、ステアリング装置を示す図である。同図に示すように、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の運転者の操作によ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、ねじ軸体110と、ボールナット120と、プーリー130と、ハウジング140と、駆動手段150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。
【0015】
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の他部にはラック112が設けられており、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が形成される。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。
【0016】
ハウジング140は、ねじ軸体110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、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。
【0017】
図2は、ボールナット近傍を一部断面で示す図である。
図3は、プーリーを外してボールナットを示す斜視図である。
図4は、ボールナット、プーリー、および循環部材を分解して示す斜視図である。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。
【0018】
ボールナット120に設けられた取付孔123は、第一ねじ溝111と第二ねじ溝122とで形成される転動路に連通し、ボール121が通過可能な連通孔を2箇所備えている。取付孔123に挿入される循環部材124には、一方の連通孔において転動路から掬い上げられたボール121を他方の連通孔まで案内して転動路に戻す環流路が形成されている。なお、循環路は、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。
【0019】
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をいずれか一方の連通孔を通じて環流路に導き、他方の連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。循環部材124は、取付孔123に取り付けられた状態においてボールナット120の外周面よりも突出する突出部125を備えている。突出部125の詳細については後述する。
【0020】
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152が挿入される第二締結穴127(
図2参照)が複数箇所に設けられている。
【0021】
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152が刺し通される第一締結孔132が複数箇所に設けられている。第一締結孔132は、ボールナット120の端面に設けられた第二締結穴127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。プーリー130に設けられる溝部133については後述する。
【0022】
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152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。
【0023】
なお、プーリー130の外周面には、溝などベルト151との摩擦力を高める構造などが設けられていても構わない。
【0024】
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。
【0025】
ねじ軸体110と、ボールナット120と、プーリー130とを備えるボールねじ装置と、プーリー130よりも径が小さい駆動プーリー153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。
【0026】
次に、ボールナット120の外周面から突出する循環部材124の一部である突出部125と、ねじ軸体110の軸方向に延在し径方向に窪んで、突出部125を収容するプーリー130の内周面に設けられた溝部133との関係を説明する。
図5は、プーリー、軸受が取り付けられたボールナットを示す斜視図である。
図6は、プーリー、軸受が取り付けられたボールナットを別方向から示す斜視図である。
図7は、プーリーとボールナットが組み付けられた状態における突出部と溝部との関係を、プーリーを透過状態で示す平面図である。
【0027】
本実施の形態の場合、突出部125は、
図3に示すように、ボールナット120の取付孔123の全体において突出している。つまり、ボールナット120の径方向において、循環部材124の長さは、取付孔123の深さよりも突出部125の分だけ長くなるように設定されている。
【0028】
溝部133は、ねじ軸体110の軸方向において軸受141側の一端部が開口しており、ボールナット120にプーリー130を嵌め込むことにより循環部材124の突出部125の少なくとも一部を収容することができる部分となっている。また、ねじ軸体110の軸方向を中心とした周方向において、溝部133の少なくとも一方の側壁に対しフランジ部131に設けられた第一締結孔132の管軸は、所定の位相に設定されている。一方、溝部133の側壁に当接する突出部125に対し、ボールナット120の端面に設けられた第二締結穴127の管軸も前記第一締結孔132と同じ位相になるように設定されている。これにより、溝部133に突出部125を収容した状態で、ボールナット120に対しプーリー130を周方向に回転させて突出部125と溝部133の側壁とを当接させることによって、第一締結孔132と第二締結穴127とを容易に対向させることが可能となる。従って、締結部材152を第一締結孔132に刺し通し、第二締結穴127に容易にねじ込むことが可能となり、ボールナット120にプーリー130を固定する際の作業効率を向上させることが可能となる。
【0029】
また、ボールナット120の外周面に取り付ける循環部材124の一部をボールナット120の外周面から突出させることにより、ボールナット120の外周面に位置決め用の突起を設ける加工をする必要がなくなり、ボールナット120を容易に加工することが可能となる。さらに、圧入された循環部材124の少なくとも一部をプーリー130で覆うため、プーリー130が循環部材124の抜け止めとして機能する。
【0030】
本実施の形態の場合、突出部125は、プーリー130がボールナット120に取り付けられた状態において溝部133の対向する第一側壁135、および第二側壁136(
図7参照)の両方に当接する。これによりプーリー130とボールナット120が周方向に相対的に動かない状態となり、安定した状態で締結部材152を第一締結孔132に刺し通し、第二締結穴127に容易にねじ込むことが可能となる。
【0031】
また、溝部133の一方の側壁である第二側壁136は、溝部133の開口に向かうに従い、つまり軸受141に向かうに従い他方の側壁である第一側壁135から漸次遠ざかる第一傾斜面部として機能している。また、突出部125は、傾斜面部として機能する第二側壁136に当接する第二傾斜面部128と、溝部133の他方の側壁に当接する末端部129と、を備えている。これにより、ボールナット120にプーリー130を嵌め込む際に、第一傾斜面部として機能する第二側壁136と、第二傾斜面部128とが面接触し、反対側の第一側壁135に突出部125の末端部129が当接するようにボールナット120に対するプーリー130の相対的回転を案内することが可能となる。従って、突出部125に対する溝部133の正確な位置をあまり気にすることなくボールナット120にプーリー130を嵌め込んでも、第二締結穴127に第一締結孔132の位相を容易に合わせることが可能となり、作業効率が向上する。
【0032】
また、ボールナット120は、ねじ軸体110の軸方向において、循環部材124が取り付けられる取付孔123よりもプーリー130が嵌め込まれる端部側に凹凸のない外周面が真円状の円筒である第一嵌合面部126が設けられている。一方、溝部133の開口端と反対側(フランジ部131側)におけるプーリー130の内周面には、第一嵌合面部126と嵌め合うことができ、凹凸のない内周面が真円状の円筒である第二嵌合面部134が設けられている。凹凸のない第一嵌合面部126と凹凸のない第二嵌合面部134とが嵌め合わされることにより、ボールナット120とプーリー130とを同軸上に高精度に配置することができ、プーリー130の回転軸とボールナット120の回転軸を高い精度で一致させることが可能となる。
【0033】
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。
【0034】
例えば、突出部125は、取付孔123の全体にわたって突出する必要はなく、
図8に示すように循環部材124の一部において突出するものでも構わない。この場合、循環部材124において突出部125以外の部分は、ボールナット120の外周面と面一、またはボールナット120の外周面よりも窪んだ位置に配置されても構わない。また、突出部125の形状も円柱形状ばかりでなく楔形状など任意の形状を採用しうる。
【0035】
また、溝部133の形状は、特に限定されるものではなく、
図8に示すように対向する第一側壁135、および第二側壁136が共に傾斜する形状であっても構わない。
【0036】
また、ステアリング装置100は、
図9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。
【0037】
さらに、ステアリング装置100は、
図10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】
【0038】
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。
【0039】
ボールねじ装置は、モータの回転をキャリパを駆動する直動に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】
【0040】
100…ステアリング装置、110…ねじ軸体、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…突出部、126…第一嵌合面部、127…第二締結穴、128…第二傾斜面部、129…末端部、130…プーリー、131…フランジ部、132…第一締結孔、133…溝部、134…第二嵌合面部、135…第一側壁、136…第二側壁、140…ハウジング、141…軸受、142…ブーツ、150…駆動手段、151…ベルト、152…締結部材、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