专利名称：滚珠螺杆机构、对螺母与滚珠循环件之间的接合部进行机加工的方法，及电动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚珠螺杆机构，其包含螺杆轴，具有形成在其外表面上的阳螺旋槽；螺母，具有形成在其内表面上的阴螺旋槽；多个滚珠，保持于螺杆轴和螺母的螺旋槽中；以及滚珠循环件，安装于形成在螺母中的一窗部，用于使滚珠循环。本发明还涉及对螺母及滚珠循环件之间的接合部进行机加工的方法，以及利用该滚珠螺杆机构的电动力转向装置。
背景技术：
在齿条辅助型的电动力转向装置(以下称为”EPS”)中，滚珠螺杆机构被用来传输电动马达的旋转动力至齿条轴。用在EPS中的滚珠螺杆机构构成为内循环型，其中多个滚珠在螺母内侧循环，如日本未审查公开的专利申请案第11-270648号中所揭示。
在内循环型的滚珠螺杆机构中，如图2所示，多个滚珠21沿着阳螺旋槽16及阴螺旋槽22的被导引和滚动，阳螺旋槽16及阴螺旋槽22分别螺旋地形成在齿条轴11及螺母20上。每当沿着阴螺旋槽22移动一圈时，每一滚珠21被导引至形成在滚珠循环件25上的一循环槽24，滚珠循环件25固定至螺母20，用于在阴螺旋槽22的轴向桥接相邻槽段或槽部，且通过越过形成在相邻槽部之间的螺纹而循环于阳螺旋槽16的轴向。
固定至螺母20的前述的滚珠循环件25以与螺母20分离的方式制成，且通过装配于一伸长孔的窗部而与螺母20整合，形成伸长孔是为了桥接螺母20的阴螺旋槽22的相邻槽部。因为机加工及组装中的误差，将滚珠循环件25简单装入螺母20的窗部会导致在循环槽24及阴螺旋槽22间的每一接合部产生一凸阶。因为被凸阶卡住，滚珠不能平顺地移动，从而产生噪音及振动。
为此，已经习惯实施机加工来消除在循环槽24及阴螺旋槽22之间的接合部的凸阶。图7及8以放大比例显示循环槽24及阴螺旋槽22之间的接合部或区(E)之一。如实线所示，接合部(A)具有位于该处的凸阶。因此，迄今，在接合部(A)的凸阶是通过使用具有等于或大于滚珠21的直径的切割部的球端铣刀(K)而消除。即，如图8所示，使球端铣刀(K)进给入阴螺旋槽22，达到可消除在接合部(A)的凸阶所需的目标进给深度(t)，然后使其沿着阴螺旋槽22的中心线向循环槽24移动，机加工从而对阴螺旋槽22及循环槽24间的接合区(E)进行机加工。
然而，当接合部(A)是以具有目标进给深度(t)的球端铣刀(K)进行机加工时，球端铣刀(K)在进给开始位置锐利地进给。当从阴螺旋槽22上方观察机加工开始位置时，如图7所示，精加工表面(B)及未精加工表面(C)间的边界线(D)自槽底部朝向阴螺旋槽22两侧的侧面横向地延伸，而且由边界线(D)构成的角度(a)成为钝角。在由边界线(D)构成的角度(a)成为此种钝角处，当每一滚珠21在循环槽24及阴螺旋槽22间的接合区(E)内移动时，每一滚珠21与阴螺旋槽22的接触点在边界线(D)处突然地改变。每一滚珠21与阴螺旋槽22的接触点的突然改变会不希望地致使噪音及振动产生于滚珠螺杆机构的操作期间。
发明内容
因此，本发明的主要目的是，提供一种改进的滚珠螺杆机构和对螺母及滚珠循环件间的接合区进行机加工的改进方法，该机构及方法能够防止每一滚珠与螺母的阴螺旋槽的接触点在阴螺旋槽的未精加工表面及阴螺旋槽的精加工表面之间的边界线处发生突变，所述边界线是通过为了消除在滚珠循环件及阴螺旋槽的循环槽间的每一接合部的凸阶所进行的机加工而形成的，从而防止在滚珠螺杆机构的操作期间产生噪音及振动。
简要地说，根据根据本发明，提供了一种滚珠螺杆机构及对螺母及滚珠循环件间的接合区进行机加工的方法。该滚珠螺杆机构包括螺杆轴，该螺杆轴具有形成在其外表面上的阳螺旋槽；螺母，该螺母具有形成在其内表面上的阴螺旋槽；多个滚珠，这些滚珠被保持于螺杆轴和螺母的阳螺旋槽和阴螺旋槽中；以及滚珠循环件，该滚珠循环件装配在形成于螺母中的窗部，且具有形成在其上的用于使滚珠循环的循环槽。阴螺旋槽和循环槽是通过沿着阴螺旋槽移动的、具有等于或大于滚珠的直径的刀具机加工而成的，藉以消除在螺母的阴螺旋槽与滚珠循环件的循环槽之间的接合部处的凸阶。随着刀具朝向接合部的移动，刀具的进给深度逐渐改变，从而使在阴螺旋槽的两侧面上的精加工表面及未精加工表面之间的边界线构成一锐角。
以前述构造中，当每一滚珠在阴螺旋槽及循环槽之间的接合区内移动时，每一滚珠与阴螺旋槽的接触点逐渐改变，从而防止在滚珠循环期间发生振动及噪音。在机加工方法中，通过逐渐改变刀具进入螺母的进给深度，使阴螺旋槽的侧面上的精加工表面及未精加工表面之间的边界线形成一锐角。因此，当每一滚珠在阴螺旋槽及循环槽间的接合区内移动时，每一滚珠与阴螺旋槽的接触点逐渐改变，从而防止在滚珠的循环期间发生振动及噪音。
本发明的上述和其它目的和优点可通过结合附图对本发明的较佳实施例的描述而清楚地理解，其中在所有的图中相同的标号表示相同或对应的部件。
图1是根据本发明的一个实施例的电动力转向装置的一部分的纵向截面图；图2是在该实施例中的滚珠螺杆机构的部分放大的纵向截面图；图3是显示阴螺旋槽及循环槽间的完成接合区的部分放大平面图；图4是用来显示机加工阴螺旋槽及循环槽间的接合区的顺序的部分放大的平面图；图5是接合区的部分横截面示意图，显示了阴螺旋槽及循环槽以球端铣刀进行机加工的状态；图6(a)至6(c)是分别沿着图3中的线I-I、II-II及III-III的部分横截面图，其显示每一滚珠与加工后的阴螺旋槽的接触状态；图7是部分放大平面图，显示了已有技术的滚珠螺杆机构中的阴螺旋槽及循环槽间的加工后的接合区；及图8是接合区的部分横截面示意图，显示了已有技术中以球端铣刀来机加工阴螺旋槽及循环槽的状态。
具体实施例方式
以下，将参考
本发明的实施例。图1显示了该实施例中的电动力转向装置。在该电动力转向装置中，齿条轴(螺杆轴)11、滚珠螺杆机构12及电动马达13组装在外壳10中，外壳10安装在被置于车辆的左右方向的车体上(未显示)。
齿条齿14形成在齿条轴11一端的侧表面上，且与一小齿轮(未显示)啮合，转向力系自转向杆(未显示)传送至该小齿轮。因此，当小齿轮被旋转时，齿条轴11沿其轴向移动(即，如图1所示的左右方向)，藉此操纵可转向车轮，例如前轮(未显示)。除了齿条齿14之外，齿条轴11上还形成有构成滚珠螺杆机构12的螺杆轴11的阳螺旋槽16。
设置电动马达13是为了用来经由滚珠螺杆机构12而供应轴向辅助力至齿条轴11，所述电动马达由转子17及定子18所组成的。转子17采用环形圆柱的形状，齿条轴11同轴对准地延伸穿过转子17的环形孔。多个板状永磁铁19固定在转子17的圆周表面上，一定子18配置在外壳10的内表面上且面向永磁铁19。定子18设有多个线圈，因此，转子17是通过施加磁通量至永磁铁19而旋转的，所述磁通量是在施加电流至线圈后而产生的。组成前述的滚珠螺杆机构12的螺母20固定在转子17的内表面上，且可与转子17一起旋转。
如图2所示，用来经由齿条轴11而操纵动力车辆(未显示)的可转向车轮的滚珠螺杆机构12主要由齿条轴11、螺母20及多个滚珠21组成。使滚珠21沿着其滚动的阳螺旋槽16及阴螺旋槽22分别螺旋地形成在齿条轴11及螺母20上。阳螺旋槽16及阴螺旋槽22形成为采用哥特式(Gothic)弧形横截面。在哥特式弧形中，各槽的侧面由两个弧形形成，这两个弧形具有不同的弧中心，然而具有相同的弧度。四个(仅显示三个)长形开口(窗部)15形成在螺母20的圆周方向的不同角度位置，四个角度位置相互相差90度，其中每一长形开口均在相邻槽段或槽部23a、23b的上方沿阴螺旋槽22的轴向延伸。四个(仅显示三个)滚珠循环件25分别装配入四个长形开口15，且每一滚珠循环件上均形成有桥接相邻槽部23a、23b的循环槽24。形成在每一滚珠循环件25上的循环槽24部分地采用隧道的形式，且在循环槽24包覆滚珠21时导引滚珠21，使得滚珠21越过延伸在相邻槽部23a、23b间的阳螺旋槽16的螺纹26而循环。因此，每一滚珠21在绕螺杆轴11一圈之后回到阴螺旋槽22上的相同槽段或部分。另外，在每一滚珠循环件25的循环槽24内，每一滚珠21均被解除阳螺旋槽16的限制，且不会在螺杆轴11及螺母20之间传递任何力。为此，循环槽24是由槽形成的，该槽的横截面由不同于阳螺旋槽16及阴螺旋槽22的单弧形成。
图3以放大比例显示阴螺旋槽22及每一滚珠循环件25的循环槽24间的接合区(E)之一的部分平面图。由阴螺旋槽22的两个侧面上的精加工表面(B)及未精加工表面(C)间的两条边界线(D)所构成的角度(a)是一锐角，藉以消除在阴螺旋槽22及循环槽24间的接合部(A)的凸阶。在对接合区(E)进行机加工时，如图4及图5所示，利用直径等于或大于滚珠21的球端铣刀(K)，以消除在阴螺旋槽22及循环槽24间的接合部(A)的凸阶。如图5所示，球端铣刀(K)沿着阴螺旋槽22(即，沿着阴螺旋槽22的中心线)移动，而且随着球端铣刀(K)向接合部(A)前进，逐渐增加进给深度，藉此，使由边界线(D)构成的角度(a)成为锐角。
接着，参考图4及5，说明有关消除在阴螺旋槽22及循环槽24间的接合部(A)的凸阶的方法。如上所述，用来进行机加工的球端铣刀(K)具有不小于滚珠21的直径，即，此直径等于或大于滚珠21的直径。因为循环槽24采用隧道的形状，在每一滚珠循环件25的两相对端的接合部(A)是以如图4所示的工具路径段(1)至(8)的顺序进给球端铣刀(K)而一个接一个地进行机加工。
(1)球端铣刀(K)定位在机加工开始位置，此位置靠近阴螺旋槽22的相邻槽部23a、23b之一与循环槽24间的一接合部(A)。
(2)然后，球端铣刀(K)朝向循环槽24沿着阴螺旋槽22的中心线移动。在此移动期间，球端铣刀(K)的进给深度逐渐增大，使得正好在接合部(A)之前的进给深度可达到能够消除在接合部(A)的凸阶的目标进给深度(t)。
(3)当达到目标进给深度(t)时，停止进一步的进给，随后，球端铣刀(K)沿着阴螺旋槽22的中心线移动，直到移动超过接合部(A)为止，藉此消除在接合部(A)处的凸阶。
(4)越过接合部(A)之后，在循环槽24内停止进给移动，使球端铣刀(K)自循环槽24脱离。
(5)如同(1)中所述，球端铣刀(K)定位在靠近另一接合部(A)的另一机加工开始位置。
(6)然后，球端铣刀(K)朝向循环槽24沿着阴螺旋槽22的中心线移动。在此移动期间，球端铣刀(K)的进给深度逐渐增大，使得正好在另一接合部(A)之前的进给深度可达到能够消除在另一接合部(A)的凸阶的前述或另一目标进给深度(t)。
(7)当达到目标进给深度(t)时，停止进一步的进给，随后，球端铣刀(K)沿着阴螺旋槽22的中心线移动，直到移动超过接近循环槽24的另一端部的另一接合部(A)为止，藉此消除在另一接合部(A)处的凸阶。
(8)在循环槽24内停止进给移动，使球端铣刀(K)自循环槽24内脱离而完成机加工。
较佳地，在机加工各接合部(A)时，循环槽24的端部略微被机加工。因此，经由其间的各接合部(A)而相邻的阴螺旋槽22和循环槽24的端部可被机加工成就像它们形成不具凸阶的单槽表面。然而，如果能控制球端铣刀(K)的进给深度以消除在各接合部(A)处的凸阶，就不必非要机加工循环槽24的各端部。每一其它滚珠循环件25及阴螺旋槽22间的其它接合部(A)能以与上述相同的方式进行机加工。
作为机加工的顺序，在每一接合区(E)内的阴螺旋槽22沿图3中线I-I、II-II及III-III的横截面分别形成为如图6(a)、(b)及(c)所示。因为球端铣刀(K)在机加工开始位置被给予极小的进给深度，各滚珠21在阴螺旋槽22的侧面上的两个接触点(P)与阴螺旋槽22接触，如图6(a)所示。当各滚珠21接近接合部(A)时，各滚珠21与阴螺旋槽22的两个的接触点(P)之间的距离变得更窄，如图6(b)所示。这是因为在机加工过程中，球端铣刀(K)的进给深度随着球端铣刀(K)朝向接合部(A)移动而逐渐增大。在机加工时，目标进给深度(t)正好在接合部(A)之前达到，并且球端铣刀(K)被进给至阴螺旋槽22的底表面以使阴螺旋槽的横截面成一单弧。因此，正好在接合部(A)之前的每一滚珠只在阴螺旋槽22的底部的一个接触点(P)与阴螺旋槽22接触，如图6(c)所示。在此方式下，因为随着每一滚珠21与阴螺旋槽22的接触逐渐地从位于阴螺旋槽22的两侧面的两点(P)改变成位于阴螺旋槽22的底部的单个点(P)，每一滚珠21可平顺地移动穿过阴螺旋槽22及循环槽24间的接合区(E)。
为了达到球端铣刀(K)自循环槽24内脱离的目的，循环槽24的每一端上的精加工表面(B)及未精加工表面(C)间的边界线(D)是形成为沿横向于循环槽24的方向延伸，最好如图3所示。然而，横向边界线(D)不会构成产生振动及噪音的源头，因为在循环槽24内，每一滚珠21既不会受到阳螺旋槽16的限制，也不会传递任何螺杆进给力。再者，虽然在上述实施例中将阴螺旋槽22的横截面设计为采用哥特式弧形，但并不限于此种哥特式弧形。即使采用单弧来形成阴螺旋槽22的横截面，也可以获得如哥特式弧形的相同功效。另外，在上述机加工顺序中，机加工是通过使球端铣刀(K)自阴螺旋槽22朝向循环槽24移动而实施的。然而，机加工顺序也可被变更成这样，即，当在循环槽24内的被进给目标进给深度(t)后，使球端铣刀(K)朝向阴螺旋槽22移动，且在超过接合部(A)的位置之后逐渐减小此进给深度，进而自阴螺旋槽22脱离。即使将机加工顺序作如此的变更，也可达到以下的情况，即，在阴螺旋槽22的两侧面上由精加工表面(B)及未精加工表面(C)之间的边界线(D)所构成的角度(a)成为锐角。
前述实施例中的各种特征及许多附带优点将摘要如下在代表性地显示于图3及6的实施例的滚珠螺杆机构12中，因为当每一滚珠21在阴螺旋槽22及循环槽24之间的接合区(E)内移动时，每一滚珠21与阴螺旋槽22的接触点(P)逐渐改变，所以能在滚珠21的循环期间防止产生振动及噪音。
在代表性地显示于图3及6的实施例的滚珠螺杆机构中，当每一滚珠沿着阴螺旋槽22移动时，因为阴螺旋槽22的横截面采用哥特式弧形，每一滚珠21是在两个接触点(P)上与阴螺旋槽22接触，使得施加在滚珠21上的应力被平分，从而减小螺旋间隙。再者，随着每一滚珠21越来越接近接合部(A)，每一滚珠21与阴螺旋槽22的两侧面的两个接触点(P)逐渐变更窄，最终会聚成单个接触点(P)。因此，可以使每一滚珠21于阴螺旋槽22及循环槽24之间的接合区(E)内的输送可平顺地完成，藉此可防止在滚珠21的循环期间产生振动及噪音。
在代表性地显示于图1至3的实施例的电动力转向装置中，如以上形成的滚珠螺杆机构12被用来防止振动及噪音的产生，使得电动力转向装置可改善给予车辆驾驶者的操纵感觉。
还有，在代表性地显示于图1至3的实施例的电动力转向装置中，阴螺旋槽22的横截面的哥特式弧形可用来使施加在滚珠21上的应力平分，且减小螺旋间隙。随着每一滚珠21越来越接近接合部(A)，每一滚珠21在阴螺旋槽22的两侧面上的两个接触点(P)逐渐变窄，最终会聚成单接触点(P)。因此，每一滚珠21在阴螺旋槽22及循环槽24之间的接合区(E)内的的输送可平顺地完成，从而可防止在滚珠21的循环期间产生振动及噪音。
在代表性地显示于图3及4的实施例的接合区(E)的机加工方法中，通过使球端铣刀(K)在阴螺旋槽22中的进给深度从零逐渐改变至目标进给深度(t)(或者反之亦然)，可以通过在阴螺旋槽22的侧面上的精加工表面(B)及未精加工表面(C)间的边界线(D)而形成锐角(a)。因此，当每一滚珠21沿着阴螺旋槽22及循环槽24之间的接合区(E)移动时，每一滚珠21的接触点(P)逐渐改变，从而可防止振动及噪音的产生。
显然，可以根据以上教导的本发明作出更多的修改及变化。因此，应该理解，本发明可以在所附各权利要求的范围内以除了说明书中特别描述的方式以外的其它方式来实施。
权利要求
1.一种滚珠螺杆机构，包括螺杆轴，该螺杆轴具有形成在其外表面上的阳螺旋槽；螺母，该螺母具有形成在其内表面上的阴螺旋槽；多个滚珠，这些滚珠被保持于螺杆轴和螺母的阳螺旋槽和阴螺旋槽中；以及滚珠循环件，该滚珠循环件装配在形成于螺母中的窗部，且具有形成在其上的用于使滚珠循环的循环槽；其中，阴螺旋槽和循环槽是通过沿着阴螺旋槽移动的、具有等于或大于滚珠的直径的刀具机加工而成的，藉以消除在螺母的阴螺旋槽与滚珠循环件的循环槽之间的接合部的凸阶，以及其中，随着刀具朝向接合部的移动，刀具的进给深度逐渐改变，从而使在阴螺旋槽的两侧面上的精加工表面及未精加工表面之间的边界线构成一锐角。
2.如权利要求1的所述的滚珠螺杆机构，其特征在于，阴螺旋槽的横截面采用哥特式弧形。
3.一种电动力转向装置，其结合有用于操纵车辆的可转向车轮的滚珠螺杆机构以及用于操作该滚珠螺杆机构的电动马达，所述滚珠螺杆机构包括螺杆轴，该螺杆轴具有形成在其外表面上的阳螺旋槽；螺母，该螺母具有形成在其内表面上的阴螺旋槽；多个滚珠，这些滚珠被保持于螺杆轴和螺母的阳螺旋槽和阴螺旋槽中；以及滚珠循环件，该滚珠循环件装配在形成于螺母中的窗部，且具有形成在其上的用于使滚珠循环的循环槽；其中，阴螺旋槽和循环槽是通过沿着阴螺旋槽移动的、具有等于或大于滚珠的直径的刀具机加工而成的，藉以消除在螺母的阴螺旋槽与滚珠循环件的循环槽之间的接合部的凸阶，以及，随着刀具朝向接合部的移动，刀具的进给深度逐渐改变，从而使在阴螺旋槽的两侧面上的精加工表面及未精加工表面之间的边界线构成一锐角。
4.如权利要求3的所述的电动力转向装置，其特征在于，阴螺旋槽的横截面采用哥特式弧形。
5.一种对滚珠螺杆中使用的螺母及固定于该螺母的滚珠循环件之间的每一接合部进行机加工的方法，该滚珠螺杆机构包括螺杆轴，该螺杆轴具有形成在其外表面上的阳螺旋槽；螺母，该螺母具有形成在其内表面上的阴螺旋槽；多个滚珠，这些滚珠被保持于螺杆轴和螺母的阳螺旋槽和阴螺旋槽中；以及滚珠循环件，该滚珠循环件装配在形成于螺母中的窗部，且具有形成在其上的用于使滚珠循环的循环槽；该方法包含以下步骤提供具有等于或大于滚珠的直径的刀具；将刀具定位在阴螺旋槽中的机加工开始位置；以及使所述刀具沿所述阴螺旋槽移动至所述循环槽，同时逐渐地增加刀具的进给深度至目标进给深度，该目标进给深度足以消除在阴螺旋槽及循环槽之间的接合部的凸阶，从而使在阴螺旋槽的两侧面上的精加工表面及未精加工表面之间的边界线构成一锐角。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述刀具是球端铣刀。
7.一种对滚珠螺杆中使用的螺母及固定于该螺母的滚珠循环件之间的每一接合部进行机加工的方法，该滚珠螺杆机构包括螺杆轴，该螺杆轴具有形成在其外表面上的阳螺旋槽；螺母，该螺母具有形成在其内表面上的阴螺旋槽；多个滚珠，这些滚珠被保持于螺杆轴和螺母的阳螺旋槽和阴螺旋槽中；以及滚珠循环件，该滚珠循环件装配在形成于螺母中的窗部，且具有形成在其上的用于使滚珠循环的循环槽；该方法包含以下步骤提供具有等于或大于滚珠的直径的刀具；将刀具定位在所述循环槽中的机加工开始位置；使所述刀具在所述循环槽内进给至目标进给深度，该目标进给深度足以消除在阴螺旋槽及循环槽之间的接合部的凸阶；使所述刀具从所述循环槽移向所述阴螺旋槽；以及越过所述循环槽和所述阴螺纹槽之间的接合部，使所述刀具沿所述阴螺旋槽进一步地移动，同时逐渐减小刀具的进给深度，直到刀具从所述阴螺旋槽脱开，从而使在阴螺旋槽的两侧面上的精加工表面及未精加工表面之间的边界线构成一锐角。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述刀具是球端铣刀。
全文摘要
在滚珠螺杆机构中，为了消除螺母的阴螺旋槽及滚珠循环件的循环槽的相应端部之间的接合部上的凸阶，使具有等于或大于滚珠的直径的球端铣刀沿着阴螺旋槽移动以对阴螺旋槽及循环槽的相应端部之间的接合区域进行机加工。在球端铣刀移动期间，球端铣刀进入机加工表面的进给深度逐渐增大，从而使形成在阴螺旋槽的两侧面上的精加工表面及未精加工表面之间的边界线所形成的角度为一锐角。因此，可防止阴螺旋槽上的每一滚珠的接触点在阴螺旋槽的精加工表面及未精加工表面之间的边界线处发生突变，藉此可在滚珠螺杆机构的操作期间防止产生噪音及振动。
文档编号F16H25/24GK1607342SQ20041008555
公开日2005年4月20日 申请日期2004年10月13日 优先权日2003年10月14日
发明者山本康晴, 杉田仙太郎 申请人:株式会社福贝斯, 丰田工机株式会社, 光洋精工株式会社