旋转直线运动变换机构制造技术

提供一种旋转直线运动变换机构。公转滚子（２２）在外圆面上设有一周的公转滚子槽（２１ｂ～２４ｂ），对于处在中心的齿条杆（１）的齿条杆螺纹（１ａ）用比齿条杆螺纹导程角大的轴交角啮合公转滚子（２２），并将其自转自由地旋拧配置在支撑部件（３）上。用发动机（５）使该支撑部件围绕齿条杆（１）旋转，使齿条杆（１）直线运动。使齿条杆螺纹（１ａ）与公转滚子槽（２１ｂ～２４ｂ）的啮合设定处滚动接触实现高效化、且在使啮合处面状化后能抑制此外的干涉，故能确保高可靠性并产生大推力。另外通过在轴交角增大的方向上向齿条杆（１）施加转矩来组装公转滚子（２１～２４），故能抑制间隙。这样能高效产生大推力来提高可靠性并能抑制间隙。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过在旋转运动与直线运动之间变换运动方向来变换转矩与推力的旋转直线运动变换机构，尤其涉及适合于动力转向装置的大推力、高可靠性、间隙小、且效率高的旋转直线运动变换机构。
技术介绍
首先，对于汽车的动力转向装置的一般的技术，说明其概要。图21是汽车中现在成为主流的齿条(rack)齿轮方式的转向机构。其主要的结构元件有方向盘101、作为其旋转轴的转向柱102、设置于其下端部的小齿轮103、设置有与该小齿轮啮合的齿条的杆(rod)(通常称该杆本身为齿条，但是本专利技术为了避免混淆，以下称之为齿条杆(rack rod)，并将符号号码设为1)、及连接在其两端并在其另一端与转向轮106连接的转向横拉杆105。这样，驾驶员若转动方向盘101，则转向柱102旋转，下端的小齿轮103也旋转。通过与小齿轮103啮合的齿条，小齿轮103的旋转使齿条杆1在轴向上直线运动，与其连接的转向横拉杆105运动而进行方向控制。动力转向装置是如下的系统，即，是助推这些结构元件中的某一个、并降低驾驶员转动方向盘101的力。近些年，该动力转向装置成为汽车中不可缺少的装备品。尤其最近，汽车整体也是这样，即由该动力转向装置，代替以往的液压助推方式(由于经常使液压泵旋转，所以一般消耗很多功率)，电动转向方式占据了主流，对节省能源做出了贡献。本专利技术这样的旋转直线运动变换机构作为齿条助推机构107应用于电动动力转向装置，上述齿条助推机构107付与把发动机作为旋转驱动源的齿条杆1直线运动的助推力。但是，这种情况下，由于从小型化的观点出发希望利用转速高的发动机，所以要求作为旋转直线运动变换机构要兼备减速机构。作为满足这样要求的机构，从现有技术中提出了一种例如滚珠丝杠方式的旋转直线运动变换机构(例如，参考专利文献1)。在此，该专利文献1所述的转向装置在齿条杆1上切削有螺纹，通过把螺母啮合在该螺纹上、并利用作为旋转动力源的发动机使该螺母旋转，使得齿条直线运动。而且，这种情况下，使发动机旋转1圈时，由于仅使齿条杆移动齿条杆的螺纹的导程的量，所以若使螺纹的导程角变小，则通过该减小的量可得到大减速比，从而提高了发动机的转速，实现了小型化。此时，由于齿条杆的螺纹与螺母的螺纹之间作用有较大负载，所以此处配有多个滚珠，使该滚珠循环滚动接触，从而降低摩擦并达到高效率化。专利文献1特开平7-165049号公报但是，上述专利文献1中所示的现有技术不能缺少使多个滚珠在齿条轴的外圆周围循环的装置，若该滚珠循环不平滑，则滚珠与螺母间及滚珠与齿条间会产生滑动摩擦，从而滚珠的摩擦系数变大使得传递效率降低。尤其，为了使发动机小型化(以小转矩高速旋转的发动机)，在设定了较大减速比的转向装置中，由于必须减小螺纹的导程角(现状为5度左右)，所以当滚动摩擦系数(现状为0.01左右)增加时，则如图23所示，效率将明显降低。此处，由于该图23表示了以滚动摩擦系数为参数的导程角与滚珠丝杠机构的效率的关系，如图所示，随着滚动摩擦系数从0.01左右开始增加，断定传递效率将降低。另外，在现有技术中，若一旦产生出滑动，则滚珠滚动面开始变粗糙，其会诱发进一步的滑动，导致无法挽回的滚动摩擦系数急剧上升，有使机构在短时间内破裂的危险。因此，在该滚珠丝杠机构中，最重要的是保证使滚珠的循环经常处于良好状态，为此，在设计最适合的滚珠回程路径的同时，最重要的项目是滚珠与螺母螺纹、齿条杆螺纹的形状尺寸的高精度化，从而成本将变高。另外，此时由于伴随着滚珠数量的增加而所需的精度大幅提高，所以从成本方面来看滚珠数量的上限在事实上也有一个限度，另一方面，该滚珠数量决定了滚珠丝杠机构能产生的最大输出。因此，现有技术的滚珠丝杠机构在实际应用上传递力出现了上限，因此，利用该机构的动力转向装置有不能在较大的大型车上搭载所要求的直线运动输出(齿条推力)的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种在确保高可靠性的同时、谋求大推力化的高效率旋转直线运动变换机构。另外，本专利技术的第二个目的在于提供一种即使部件精度在一定程度上降低、间隙也小的旋转直线运动变换机构。为了解决上述问题，本专利技术主要采用了以下所述的结构。一种旋转直线运动变换机构，其包括圆筒形或圆柱形的齿条杆、支撑在上述齿条杆周围并可以与上述齿条杆做相对旋转的支撑部件、及可以旋转地由上述支撑部件支撑的公转滚子，其中，按照如下方式构成上述齿条杆在其外圆面具有螺纹，该螺纹具有规定的导程角，相对于上述齿条杆的轴的上述公转滚子的轴交角被设定成比上述齿条杆螺纹的导程角大，上述公转滚子在其外圆面上具有环状面，该环状面与上述齿条杆螺纹的齿侧面相啮合。另外，在上述旋转直线运动变换机构中，上述公转滚子的结构为在其外周面上具有环状槽，该环状槽具有两侧面的环状面，该两侧面的环状面分别与作为上述齿条杆的螺纹顶的两侧面的两个齿侧面相啮合。另外，在上述旋转直线运动变换机构中，上述公转滚子由形成的多个上述环状槽构成。另外，在上述旋转直线运动变换机构中，其结构为在使上述公转滚子与上述齿条杆螺纹相啮合而固定设置(组装)时，在与上述齿条杆螺纹的导程角相比、被设定得较大的上述公转滚子的轴交角增大的方向上一边附加力或转矩，一边进行固定设置(组装)。基于本专利技术，可以提供能够产生大的推力、高效率且高可靠性的旋转直线运动变换机构。另外，基于本专利技术，作为把发动机作为旋转驱动源的旋转直线运动变换机构，通过应用于汽车的转向装置上，使得也可以向大型车上搭载电动转向装置。附图说明图1是与本专利技术的第一实施方式相关的旋转直线运动变换机构的纵截面图。图2是在图1所示的旋转直线运动变换机构中、以正规的姿势来配置跟前侧的公转滚子的示意图。图3是与本专利技术的第一实施方式相关的旋转直线运动变换机构的整个公转滚子的侧视图。图4是第一实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的侧视图(一部分是截面图，图5的B1-B2-B3-B4的截面)图5是第一实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的横截面图(图4的A-A截面)图6是第一实施方式的齿条杆螺纹螺线的投影图的说明图。图7是从第一实施方式的投影面的垂直方向观察(从齿条杆轴与公转滚子轴的共同垂线上来观察)的右侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线的向视图。图8是表示向第一实施方式的齿条杆右侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线的投影面投影的平面曲线(正弦曲线)的图。图9是把图8向齿条杆轴向拉长的啮合处的说明图。图10是图9所示的M部分的放大图。图11是把向第一实施方式的齿条杆左侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线的投影面投影的平面曲线(正弦曲线)向齿条杆轴向拉长的啮合处的说明图。图12是图11所示的N部分的放大图。图13是与第一实施方式对比的现有技术的啮合处的说明图。图14是图13所示的P部分的放大图。图15是第一实施方式的齿条杆螺纹上的啮合处的说明图。图16是与本专利技术第二实施方式相关的旋转直线运动变换机构的公转滚子与支撑部件的组件的侧视图。图17是第二实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的横截面图(图16的A-A截面)图18是与本专利技术第三实施方式相关的旋转直线运动变换机构的公转滚子与支撑连接部分的组件的侧视图(一部分是截面图)。图19是第三实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的侧视图(一部分是截面图，图20的B1-B2-B3-B4的截面)。图20是第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转直线运动变换机构，其包括：圆筒形或圆柱形的齿条杆；支撑在所述齿条杆的周围并可以与所述齿条杆做相对旋转的支撑部件；和可以旋转地由所述支撑部件支撑的公转滚子，所述齿条杆在其外圆面具有螺纹，该螺纹具有规定的导程角，所述公转滚子相对于所述齿条杆的轴的轴交角被设定成比所述齿条杆螺纹的导程角大，所述公转滚子在其外圆面上具有环状面，该环状面与所述齿条杆螺纹的齿侧面相啮合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：坪野勇，山门诚，须藤幸雄，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]