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JP5527028B2 - ボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

ボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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JP5527028B2 JP2010129947A JP2010129947A JP5527028B2 JP 5527028 B2 JP5527028 B2 JP 5527028B2 JP 2010129947 A JP2010129947 A JP 2010129947A JP 2010129947 A JP2010129947 A JP 2010129947A JP 5527028 B2 JP5527028 B2 JP 5527028B2
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Description

本発明は、ボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
従来、ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空軸を備え、その中空軸の回転をボール螺子装置によってラック軸の往復動に変換して伝達することにより、操舵系にアシスト力を付与する所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置(EPS)がある。
通常、このようなEPSにおいて、ボール螺子装置は、ラック軸の外周に螺刻された軸側螺子溝とボール螺子ナットの内周に螺刻されたナット側螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に転動体となる複数のボールを配することにより形成される。そして、各ボールは、転動路内において軸側螺子溝とナット側螺子溝とに挟まれた状態となり、ラック軸に対してボール螺子ナットが相対回転することにより、その負荷を受けつつ転動路内を転動するようになっている。また、ボール螺子装置は、転動路に設定された一端と他端とを短絡する還流路を有しており、上記のように転動路内を転動したボールは、この還流路を通過することにより、その転動路に設定された二点間を下流側から上流側へと還流される。なお、この還流路内では、各ボールは、転動路内と異なりラック軸及びボール螺子ナットから負荷を受けない状態となり、転動路から還流路内に掬い上げられたボールがボール循環方向後方に隣接したボールに押圧されることにより同還流路内を移動するようになっている。
このように構成されたボール螺子装置では、その転動路を転動する各ボールが還流路を介して無限循環することにより、ボール螺子ナットの回転をラック軸の軸方向移動に変換する。そして、上記のようなラックアシスト型のEPSは、モータを用いてボール螺子ナットを回転駆動し、そのトルクを軸方向の押圧力としてラック軸に伝達することにより、操舵系にアシスト力を付与する構成となっている。
こうしたボール螺子装置としては、ボール螺子ナットを径方向に貫通する取付孔に対して、転動路からボールを掬い上げる機能及び同転動路への再排出機能を備えた循環部材(デフレクタ)を装着することにより、上記還流路が形成される所謂デフレクタ式のものが知られている(例えば特許文献1参照)。しかしながら、このデフレクタ式のボール螺子装置では、循環部材の寸法精度やボール螺子ナットへの組付精度等に起因して、転動路と還流路との繋ぎ目部分に段差が生じることがある。そして、転動路及び還流路内を循環するボールがこの段差に引っ掛かることにより、振動や騒音が発生するという問題がある。そこで、例えば特許文献2には、循環部材の組付け後に、循環部材及びボール螺子ナットの繋ぎ目部分に研磨等の段差加工を施すことにより、上記段差を解消するようにしたボール螺子装置が開示されている。
また、特許文献3には、ボールナット[20]に作用する軸方向荷重が増大すると、ボールナット[20]が軸方向に伸ばされ、フランジ部[25](固定部)から遠いボールねじ溝[24]から順にボール[30]と接触するボール螺子装置が開示されている。これにより、特許文献3のボール螺子装置は、所定の軸方向荷重(高荷重)がボールナット[20]に作用した場合であっても、全てのねじ溝部分においてボールとねじ溝部分とが接触することになるため、軸方向荷重を全てのねじ溝部分で均一に受けることができる。なお、[]の数字は、特許文献3中で各部材に付された符号を示す。
特開2010−71411号公報 特開平11−270648号公報 特許3381735号公報
ところで、上記のようにボール螺子装置内を転動するボールは転動路から掬い上げられて還流路に進入するようになっており、ボールの移動方向は、転動路と還流路との繋ぎ目近傍において急変する。つまり、ボールの移動方向は、還流路から転動路に排出される際に急変する。また、各ボールは、ボール螺子ナットと螺子軸とに挟まれた状態で負荷を受けつつ転動路内を転動する一方、還流路内では、このような負荷状態から解放される。そのため、ボールが、還流路から転動路に排出される際には、ボールの移動方向が急変するのとともに、同ボールに加わる負荷が急増するため、転動路と還流路との繋ぎ目近傍でボールの詰まりが発生し易くなる。
例えば、特許文献3のボール螺子装置では、ボールナットに所定以上の軸方向荷重が加わると、全てのねじ溝部分において、ボールとねじ溝部分とが接触する。そのため、所定以上の軸方向荷重が加わった状態の特許文献3のボール螺子装置は、ボールが還流路から排出される際にボールに加わる負荷が急増し、ボールが詰まり易くなる虞がある。また、特許文献3のボール螺子装置は、軸方向荷重の大小によって、トルク伝達に寄与するボールの個数が増減する。特にボールナットに作用する軸方向荷重が小さい場合には、トルク伝達に寄与するボールの個数が少なくなるため、トルクの伝達効率が悪くなってしまうという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、ボールの詰まりを防止するとともに、トルク伝達効率の高いボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを課題とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、外周に軸側螺子溝が螺刻された螺子軸と、内周にナット側螺子溝が螺刻されたボール螺子ナットと、前記軸側螺子溝と前記ナット側螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に配設された複数のボールと、前記ボール螺子ナットに形成された取付孔に装着されて前記転動路の一端と他端とを短絡する還流路を形成する循環部材と、を備え、前記ナット側螺子溝における前記取付孔に臨む接続部には、前記転動路と前記還流路との繋ぎ目部分の段差を解消する段差加工が施されるものであって、前記ボール螺子ナットは、前記ナット側螺子溝と前記軸側螺子溝とに挟まれて前記ボールが前記転動路を転動するように、前記螺子軸の軸心から前記ナット側螺子溝の底部までの距離が一定に形成されるベース部と、前記距離が前記ベース部での距離よりも大きく形成される拡径部と、を有し、さらに前記ボール螺子ナットは、その軸方向における一端側のみが固定されるものであって、前記拡径部は、前記ボール螺子ナットの固定端部側に設けられる前記接続部を含み、前記ボール螺子ナットの自由端部側に設けられる前記接続部を含まないように形成されたことを要旨とする。
上記構成によれば、ベース部が構成する転動路において、ボールがナット側螺子溝と軸側螺子溝とに挟まれている。そのため、ボール螺子ナットが螺子軸に対して相対回転すると、ナット側螺子溝とボールとの間に生じる摩擦力によって、ボール螺子ナットのトルクがベース部のボールに伝達され、ボールが転動路内を転動する。このように転動路内をボールが転動すると、ボールと軸側螺子溝との間に生じる摩擦力によってボールの回転が螺子軸に伝達され、螺子軸がボール螺子ナットに対して相対的に軸方向に移動する。そして、転動路は、循環部材の還流路によって一端が他端と短絡されている。そのため、転動路の一端に到達したボールは、還流路を通って、転動路の他端に排出される。すなわち、本請求項のボール螺子装置は、ボールが転動路と還流路との間を繰り返し循環する無限循環が可能に構成されている。
ここで、本請求項のボール螺子装置は、転動路と還流路との繋ぎ目部分の段差を解消する段差加工が接続部に施され、この接続部が拡径部に含まれている。拡径部は、螺子軸の軸心からナット側螺子溝の底部までの距離がベース部よりも大きくなるように形成される部分である。接続部は、還流路から排出されたボールが転動路に進入する部分であり、従来のボール螺子装置では、ボールの移動方向が急変するとともに、ボールに加わる負荷が急増する部分であった。そのため、従来のボール螺子装置では、この接続部においてボールが詰まり易かった。
これに対し、本請求項のボール螺子装置は、少なくとも接続部においては、螺子軸の軸心からナット側螺子溝の底部までの距離がベース部よりも大きくなるようにボール螺子ナットが形成されている。そのため、本請求項のボール螺子装置は、ボールに加わる負荷が接続部において急増せず、ボールの詰まりを効果的に防止することができる。
また、本請求項のボール螺子装置は、ボール螺子ナットが拡径部とともにベース部を備えている。ベース部は、ナット側螺子溝と軸側螺子溝とに挟まれてボールが転動するように、螺子軸の軸心からナット側螺子溝の底部までの距離が一定の部分である。すなわち、本請求項のボール螺子装置は、ベース部を備えることにより、ボール螺子ナットのトルクが螺子軸に対して確実に伝達されるように構成されている。
ここで、上記した特許文献3のボール螺子装置は、ボール螺子ナットに作用する軸方向荷重の大小によってトルク伝達に寄与するボールの数が増減する。一般に、トルク伝達に寄与するボールの数は、ナット側螺子溝とボールとの間、及び、ボールと軸側螺子溝との間に働く摩擦力と関係している。すなわち、トルク伝達に寄与するボールの数が増加すると、上記摩擦力は増加するが、ボールの数が減少すると上記摩擦力も減少する。そのため、特許文献3のようなボール螺子装置では、ボール螺子ナットに作用する軸方向荷重が小さい状態、すなわち、トルク伝達に寄与するボールが少ない状態にあっては、ボール螺子ナットのトルクがナット側螺子溝とボールとの間に働く摩擦力を超えて大きくなる虞がある。このように、ボール螺子ナットのトルクが、ボール螺子ナットとボールとの間に働く摩擦力を超えて大きくなると、ナット側螺子溝と各ボールとの間に滑りが生じ、ボールを介してボール螺子ナットから螺子軸に伝達されるトルクが減少する。そのため、特許文献3のボール螺子装置は、ボール螺子ナットに作用する軸方向荷重が小さい場合、トルク伝達に寄与するボールの数が減少し、螺子軸の反応に遅れやズレが生じてしまう虞がある。
これに対し、本請求項のボール螺子装置は、ボール螺子ナットに作用する軸方向荷重の大きさに関係なく、ベース部を転動するボールがボール螺子ナットのトルク伝達に寄与する。そのため、本請求項のボール螺子装置は、ボール螺子ナットのトルクを螺子軸に対して効率的かつ安定的に伝達することができる。
ここで、ボール螺子ナットの一端側のみが固定される構成では、ボール螺子ナットは、軸方向に荷重を受けて変形する際に、該ボール螺子ナットの一端側に比べて他端側の方が、変形前の状態からの変位量が大きくなる。従って、ナット側螺子溝におけるボール螺子ナットの他端側が大きく変位することにより、転動路内の空間が大きくなるため、ボール螺子ナットにおける他端側の転動路内に配設されたボールが受ける負荷は小さくなる。これに対し、ナット側螺子溝におけるボール螺子ナットの一端側は変位量が小さく、転動路内の空間があまり大きくならないため、ボール螺子ナットにおける一端側の転動路内に配設されたボールは大きな負荷を受けることになる。従って、ボール螺子ナットにおける一端側にボールが排出される際に、同ボールに加わる負荷がより急激に変化することになる。この点、上記構成によれば、ボール螺子ナットの一端側の接続部を含むように拡径部が形成されるため、好適にボールの詰まりが発生することを抑制できる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のボール螺子装置において、前記拡径部は、前記ボールが前記軸側螺子溝及び前記ナット側螺子溝のいずれか一方と非接触になる非接触領域を含み、前記非接触領域は、前記繋ぎ目部分から連続して設けられることを要旨とする。
上記構成によれば、非接触領域では、ボールが軸側螺子溝とナット側螺子溝との間に挟まれなくなる。すなわち、拡径部の非接触領域が構成する転動路においては、各ボールは略無負荷状態となる。そして、非接触領域は繋ぎ目から連続して設けられるため、還流路から転動路に排出される際に、ボールの移動方向が急変するのとともに、ボールに加わる負荷が急増することを確実に抑制できるようになる。これにより、ボールの詰まりが発生することをより抑制できる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のボール螺子装置において、前記拡径部は、前記ベース部に隣接して配置され、前記繋ぎ目部分から前記ベース部に近づくにつれて前記距離が小さくなる徐変領域を含むことを要旨とする。
上記構成によれば、還流路から転動路に排出されたボールが、軸側螺子溝及びナット側螺子溝に挟まれて受ける負荷を徐々に大きくすることができるため、より一層、ボールの詰まりが発生することを抑制できるようになる。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載のボール螺子装置において、前記拡径部は、前記ナット側螺子溝により構成される螺旋の中心を、前記螺子軸の軸心に対して前記循環部材側に偏心させることにより形成されたことを要旨とする。
上記構成によれば、ナット側螺子溝における螺旋の中心を、螺子軸の軸心に対して循環部材側に偏心させることにより、繋ぎ目から転動路の延伸方向に離間するにつれて螺子軸の軸心から底部までの距離が徐々に小さくなる拡径部を容易に形成することができる。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載のボール螺子装置を備えた電動パワーステアリング装置であることを要旨とする。
上記構成によれば、ボールが詰まることを抑制でき、ボール螺子装置により伝達されるトルクが低下することができる。これにより、操舵フィーリングの優れた電動パワーステアリング装置を提供することができる。
本発明によれば、ボールの詰まりを防止するとともに、トルク伝達効率の高いボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
電動パワーステアリング装置(EPS)の概略構成を示す断面図。 ボール螺子装置近傍の拡大断面図。 ボール螺子ナットの平面図。 ボール螺子ナットのA−A断面図。 循環部材の平面図。 循環部材の側面図。 循環部材(連絡部)におけるB−B断面図。 転動路と還流路との繋ぎ目部分に生じる段差を示す模式図。 ボール循環方向に沿ったラック軸、循環部材及びボール螺子ナットの一部断面を示す概略構成図。 第1実施形態のボール循環方向に沿ったラック軸、循環部材及びボール螺子ナットの断面を示す模式図。 第1実施形態のナット側螺子溝を示すボール螺子ナットの概略構成図。 ラック軸及びボール螺子ナットのC−C断面図。 第1実施形態のナット側螺子溝における繋ぎ目からの延伸位置と、距離Dとの関係を示すグラフ。 第1実施形態のボール螺子ナットにおける軸方向位置と、ボールに加わる負荷との関係を示すグラフ。 第2実施形態のボール循環方向に沿ったラック軸、循環部材及びボール螺子ナットの断面を示す模式図。 別のボール循環方向に沿ったラック軸、循環部材及びボール螺子ナットの断面を示す模式図。 別のナット側螺子溝における繋ぎ目からの延伸位置と、距離Dとの関係を示すグラフ。
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置(EPS)1において、略円筒状をなすハウジング2に挿通されたラック軸3は、ラックガイド及び滑り軸受(ともに図示略)に支承されることにより、その軸方向に沿って移動可能に収容支持されている。そして、同ラック軸3は、周知のラック&ピニオン機構を介してステアリングシャフトと連結されることにより、ステアリング操作に伴い軸方向に往復動するようになっている。
また、EPS1は、駆動源としてのモータ4と、同モータ4の回転をラック軸3の軸方向移動に変換して伝達するボール螺子装置5とを備えている。そして、EPS1は、これらラック軸3、モータ4及びボール螺子装置5が、ハウジング2内に一体に収容された所謂ラックアシスト型のEPSとして構成されている。
詳述すると、モータ4は、中空軸状に形成されたモータ軸6を有しており、同モータ軸6は、ハウジング2の内周に設けられた軸受7に支承されることにより、同ハウジング2の軸方向に沿って配置されている。また、モータ4では、このモータ軸6の周面にマグネット8を固着することによりモータロータ9が形成されている。そして、モータ4は、そのモータロータ9の径方向外側を包囲するモータステータ10がハウジング2の内周に固定されるとともに、そのモータ軸6内にラック軸3が挿通されることにより、ハウジング2内においてラック軸3と同軸に配置されている。
また、ラック軸3は、その外周に軸側螺子溝11を螺刻することにより、螺子軸として構成されている。そして、ボール螺子装置5は、このラック軸3に複数のボール12を介してボール螺子ナット13を螺合することにより形成されている。
具体的には、図2に示すように、略円筒状に形成されたボール螺子ナット13の内周には、上記ラック軸3の軸側螺子溝11に対応するナット側螺子溝14が形成されており、ボール螺子ナット13は、そのナット側螺子溝14が軸側螺子溝11と対向するように同ラック軸3に外嵌されている。
また、ボール螺子ナット13には、ナット側螺子溝14内の二箇所(接続点P1,P2)に開口する還流路L2が形成されている。そして、上記転動路L1は、この還流路L2により、その開口位置に対応する二つの接続点P1,P2間が短絡されている。
ここで、各ボール12は、転動路L1内(正確には、後述するベース部51が構成する転動路L1内)においてラック軸3の軸側螺子溝11とボール螺子ナット13のナット側螺子溝14とに挟まれた状態となる。そして、各ボール12がラック軸3に対するボール螺子ナット13の相対回転により、その負荷を受けつつ転動路L1内を転動することにより、ボール螺子ナット13の回転がラック軸3の軸方向移動に変換されるようになっている。詳しくは、ボール螺子ナット13がラック軸3に対して相対回転すると、ナット側螺子溝14とボール12との間に生じる摩擦力によって、ボール螺子ナット13のトルクがボール12に伝達され、ボール12が転動路L1内を転動する。このように転動路L1内をボール12が転動すると、ボール12と軸側螺子溝11との間に生じる摩擦力によってボール12の回転がラック軸3に伝達され、ラック軸3がボール螺子ナット13に対して相対的に軸方向に移動するようになっている。つまり、ボール螺子ナット13の回転がラック軸3の軸方向移動に変換される。
そして、転動路L1内を転動して転動路L1の一端(接続点P1又は接続点P2)に到達した各ボール12は、ボール螺子ナット13に形成された上記還流路L2を通過することにより、転動路L1の他端(接続点P2又は接続点P1)に排出され、転動路L1に設定された二つの接続点P1,P2間を下流側から上流側へと移動する。なお、この還流路L2内では、各ボール12は、転動路L1内のようにラック軸3及びボール螺子ナット13から負荷を受けず、転動路L1から還流路L2内に新たにボール12が進入することにより、それぞれボール循環方向(進行方向)後方に隣接するボール12に押圧されて同還流路L2内を移動するようになっている。
従って、ボール螺子装置5は、転動路L1と還流路L2との間を繰り返し循環する無限循環が可能に構成されており、ボール螺子ナット13の回転をラック軸3の軸方向移動に変換することが可能となっている。
ここで、本実施形態のボール螺子装置5では、この還流路L2は、ボール螺子ナット13に対して、上記転動路L1から各ボール12を掬い上げる機能及び同転動路L1への再排出機能を備えた循環部材(デフレクタ)15を装着することにより形成される。つまり、ボール螺子装置5は、所謂デフレクタ式のボール螺子装置として構成されている。なお、本実施形態の循環部材15は、加熱溶融した金属を成形金型に射出して成形する金属射出成形(MIM:Metal Injection Molding)により製造される。
詳述すると、図3及び図4に示すように、ボール螺子ナット13には、上記二つの接続点P1,P2に対応する位置に、同ボール螺子ナット13を径方向に貫通する一対の取付孔16,17が形成されている。なお、本実施形態では、各接続点P1,P2は、ボール螺子ナット13の軸方向において、その間に複数列のナット側螺子溝14を挟む位置に設定されており、転動路L1及び還流路L2により1つの循環経路が形成されるようになっている(図2参照)。また、各取付孔16,17は、断面略小判型に形成されるとともに、ボール螺子ナット13の周方向(図3における上下方向)において、互いにずれた位置に形成されている。そして、ボール螺子ナット13の外周面13aには、これら両取付孔16,17間を接続する取付凹部18が凹設されている。
一方、図5及び図6に示すように、循環部材15は、上記各取付孔16,17に挿入される一対の挿入部19,20と、これら両挿入部19,20間を連絡する連絡部21とを備えてなる。
具体的には、各挿入部19,20は、各取付孔16,17の断面形状に対応した断面略小判型をなす筒状に形成されている。また、連絡部21は、各挿入部19,20の基端(図6における上側の端部)19a,20aを連絡するようにこれら各挿入部19,20間に形成されている。そして、連絡部21は、上記取付凹部18に対応して同取付凹部18に嵌合可能な形状に形成されている(図3及び図4参照)。
つまり、循環部材15は、その各挿入部19,20が、それぞれ対応する各取付孔16,17に挿入されるとともに、その連絡部21が、各取付孔16,17間を接続する取付凹部18に嵌着されることにより、ボール螺子ナット13に装着される。そして、上記還流路L2は、その循環部材15の装着により、各取付孔16,17に挿入された各挿入部19,20が形成する第1通路L3と、取付凹部18に嵌着された連絡部21が形成する第2通路L4とにより構成される。
各挿入部19,20には、挿入端(図6における下側の端部)19b,20b側に開口するとともに、当該各挿入部19,20の軸線(図6における上下方向)に略沿うように同挿入端19b,20bから基端19a,20a側に向って延びる貫通孔22,23が延設されており、同貫通孔22,23により第1通路L3が構成されている。そして、この第1通路L3(貫通孔22,23)は、その全長に亘って滑らかに湾曲することにより、その基端19a,20a側が、上記連絡部21の形成する第2通路L4に接続されるようになっている。また、挿入端19b,20bには、上記転動路L1内を転動した各ボール12を同転動路L1から還流路L2内に掬い上げるためのベロ部24,25が、ラック軸3の軸側螺子溝11内に挿入されるように突出して形成されている(図9参照)。
従って、各挿入部19,20に形成された第1通路L3は、該各挿入部19,20が各取付孔16,17に挿入されることによって、転動路L1に接続される。そして、上記転動路L1内を転動する各ボール12は、そのボール循環方向後方に隣接するボール12によって押圧されることにより、その挿入端19b,20bに形成された上記ベロ部24,25に掬い上げられ、同第1通路L3(還流路L2)内へと進入するようになっている。
一方、図5〜図7に示すように、連絡部21には、該連絡部21の挿入端(図7における下側の端部)21b側に開口した連絡溝26が凹設されており、同連絡溝26により第2通路L4が構成されている。この第2通路L4(連絡溝26)は、連絡部21の軸線Mに沿って略直線状に形成されることにより、その両端が各挿入端19b,20bに形成された第1通路L3に連通されている。そして、図7に示すように、この第2通路L4の延伸方向と直交する断面は、挿入端21b側の一部が切り欠かれた円形状に形成されている。具体的には、連絡部21の挿入端21bには、連絡溝26の内側に対向して突出するとともに、連絡溝26の長手方向に沿って延びるフランジ対27が形成されており、このフランジ対27により、同連絡溝26(第2通路L4)を通過する各ボール12が支持されるようになっている。
また、図3に示すように、ボール螺子ナット13の外周面13aには、上記取付凹部18の周縁を囲むように同取付凹部18に連通する浅溝28が形成されている。一方、図5及び図6に示すように、連絡部21の基端(図6における上側の端部)21aには、この浅溝28に対応するフランジ29が形成されている。そして、ボール螺子ナット13に装着された循環部材15は、この浅溝28内に配置されたフランジ29がかしめられることにより、同フランジ29がボール螺子ナット13の外周面13aと面一となる状態で、ボール螺子ナット13に固定されるようになっている。
ここで、図8に示すように、転動路L1と還流路L2との各繋ぎ目31,32部分には、循環部材15の寸法精度やボール螺子ナット13への組付精度等に起因して、段差が生じることがある。そこで、図9に示すように、ナット側螺子溝14における各取付孔16,17に臨む各接続部33,34には、上記段差を小さくするため研磨等の段差加工が施されている。この段差加工は、各接続部33,34に設定された加工範囲T1に施されるようになっている。また、本実施形態では、挿入部19,20の各貫通孔22,23おけるベロ部24,25と対向する開口部35,36に設定された加工範囲T2にも、上記段差を小さくする段差加工が施されている。
そして、図2〜図4に示すよう、ボール螺子ナット13は、ラック軸3と同軸に配置されるようにして、その軸方向における一端側(図2における右側)のみがモータ軸6の軸方向端部6aに固定されている。具体的には、ボール螺子ナット13の一端側に設けられた固定端部13bには、その軸方向に向って延びる中空軸状の固定軸37が形成されている。一方、モータ軸6の内周には、この固定軸37の外周に形成された螺子部38に対応する螺子部39が形成されている。そして、ボール螺子ナット13は、その固定軸37(螺子部38)がモータ軸6の螺子部39に螺合されることにより、その一端側のみが同モータ軸6の軸方向端部6aに固定されるとともに、その他端側(図2における左側)の自由端部13cが固定されない状態となっている。
なお、図2に示すように、本実施形態では、モータ軸6における軸方向端部6aの外周には、略円環状の規制部材41が螺着されており、ボール螺子ナット13の固定端部13bに形成された係合凹部42に、同規制部材41の規制部43がかしめられて係合することにより、ボール螺子ナット13とモータ軸6との相対回転が規制されるようになっている。
そして、駆動源であるモータ4の回転は、このボール螺子ナット13がモータ軸6とともに一体回転することによりボール螺子装置5へと入力される。これにより、EPS1は、ボール螺子ナット13を回転駆動し、モータ4のトルクを軸方向の押圧力としてラック軸3に伝達することにより、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する構成となっている。
(ボール詰まり抑制構造)
次に、本実施形態のボール螺子装置において、ボールが詰まることを抑制するボール詰まり抑制構造について説明する。
上述のように、ボール12はベロ部24又はベロ部25により転動路L1から掬い上げられて還流路L2に進入するようになっており、ボール12の移動方向は、還流路L2から転動路L1に排出される際において、繋ぎ目32近傍で急変する。そして、ボール12は、還流路L2から転動路L1に排出されると、軸側螺子溝11及びナット側螺子溝14に挟まれて負荷が急増するため、繋ぎ目32近傍(接続部34)においてボール12の詰まりが発生し易くなる。
この点を踏まえ、図10〜図12に示すように、ボール螺子ナット13は、ラック軸3の軸心O1からナット側螺子溝14の底部14aまでの距離Dが一定に形成されるベース部51と、距離Dがベース部51よりも大きく形成される拡径部52とを有している。すなわち、ナット側螺子溝14は、ボール螺子ナット13におけるベース部51が形成された部分では、螺旋状に延びる同ナット側螺子溝14の延伸方向に沿った任意の延伸位置での距離Dが一定となるように形成されている。また、ボール螺子ナット13における拡径部52が形成された部分では、ナット側螺子溝14の任意の延伸位置での距離Dが、ベース部51よりも大きくなるように形成されている。そして、拡径部52(図10及び図11において「T3」で示す範囲)は、接続部34を含むように形成されている。また、ベース部51(図10及び図11において「T4」で示す範囲)では、ボール12が軸側螺子溝11及びナット側螺子溝14に挟まれるように距離Dが設定されている。
なお、図10及び図12において、拡径部52が形成された範囲T3に、ベース部51での距離Dと等しくなる底部14aの位置を仮想的に二点鎖線で示す。また、図10では、説明の便宜上、ボール12が軸側螺子溝11とナット側螺子溝14とに挟まれて受ける負荷により、同ボール12に生じる形状の変化を誇張して示している。
詳述すると、拡径部52は、ナット側螺子溝14におけるボール螺子ナット13の固定端部13b側に設けられた加工範囲T1を含む範囲、すなわちボール螺子ナット13の固定端部13b側に設けられた取付孔17に臨む接続部34を含むように形成されている。そして、拡径部52は、繋ぎ目32から連続する一周の範囲内(本実施形態では繋ぎ目32から軸心O1を中心として時計回りに略180°の範囲)におけるナット側螺子溝14を、同拡径部52とベース部51との境目53から繋ぎ目32に近接するにつれて、連続的に曲率半径が大きくなる螺旋状とすることにより形成されている。
また、本実施形態では、図10及び図12に示すように、拡径部52は、軸側螺子溝11の底部11a及びナット側螺子溝14の底部14aのいずれか一方に接触した状態のボール12が、底部11a及び底部14aのいずれか他方と非接触となる非接触領域としての非接触部54(図10において「T5」で示す範囲)を有している。すなわち、この非接触領域では、軸側螺子溝11の底部11aに接触した状態のボール12と、ナット側螺子溝14の底部14aとの間に、ボール螺子ナット13の径方向(図12において上下方向)に沿った隙間が設けられるように形成されている。また、非接触部54は、繋ぎ目32から連続して設けられている。
これにより、図13に示すように、拡径部52は、繋ぎ目32から転動路L1の延伸方向に離間するにつれて(図10におけるボール循環方向に沿って)、距離Dが連続的に小さくなるように形成されている。従って、本実施形態において、拡径部52(範囲T3)全体が繋ぎ目32(還流路L2)から転動路L1の延伸方向に離間する方向に進むにつれて距離Dが小さくなる徐変領域として構成されている。
このように構成されたボール螺子装置5において、上記のようにボール螺子ナット13は、その固定端部13b側のみが固定される(図2参照)。そのため、ボール螺子ナット13は、軸方向に荷重を受けて変形する際に、該ボール螺子ナット13の固定端部13b側に比べて自由端部13c側の方が、変形前の状態からの変位量が大きくなる。ナット側螺子溝14におけるボール螺子ナット13の自由端部13c側が大きく変位することにより、転動路L1内の空間が大きくなるため、同自由端部13c側の転動路L1内に配設されたボール12が受ける負荷は小さくなる。これに対し、ナット側螺子溝14におけるボール螺子ナット13の固定端部13b側は変位量が小さく、転動路L1内の空間があまり大きくならないため、固定端部13b側の転動路L1内に配設されたボール12が相対的に大きな負荷を受けることになる。
一方、拡径部52が構成する転動路L1においては、距離Dが大きく形成されているため、同転動路L1内の空間が、ベース部51が形成された範囲に比べて大きくなる。そのため、拡径部52においては、同拡径部52での距離Dをベース部51での距離Dと同一にした場合に比べて、ボール12が軸側螺子溝11とナット側螺子溝14とから受ける負荷が小さくなる。これにより、還流路L2から転動路L1に排出される際に、繋ぎ目31近傍でボール12に加わる負荷が急増することが抑制される。そして、繋ぎ目32からベース部51に近づくにつれて上記距離Dが徐々に小さくなるため、ボール12が拡径部52内を還流路L2から離間する方向(図10に示すボール循環方向)に移動するにつれて、転動路L1内の空間が徐々に小さくなり、ボール12に加わる負荷が徐々に大きくなる。
従って、図14に示すように、ボール12が受ける負荷は、ボール螺子ナット13の軸方向位置における固定端部13b側では、負荷が小さくなり、ボール螺子ナット13の自由端部13c側に向かうにつれて徐々に大きくなる。そして、同ボール12が受ける負荷は、ナット側螺子溝14におけるベース部51の拡径部52側端部付近において最大となってから徐々に小さくなる。なお、図14において、ナット側螺子溝14に拡径部52を形成しない場合に、ボール12が受ける負荷を破線で示す。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
(1)ボール螺子装置5は、ボール螺子ナット13に形成された取付孔16,17に循環部材15を装着することにより還流路L2を形成するようにした。また、ボール螺子ナット13は、ラック軸3の軸心O1から同ナット側螺子溝14の底部14aまでの距離Dが一定に形成されるベース部51と、距離Dが同ベース部51での距離Dよりも大きく形成される拡径部52とを備えた。そして、この拡径部52が接続部34を含むように形成した。
上記構成によれば、接続部34においては、ラック軸3の軸心O1からナット側螺子溝14の底部14aまでの距離Dがベース部51よりも大きくなるようにボール螺子ナット13が形成されている。そのため、ボール12に加わる負荷が接続部34において急増せず、ボール12の詰まりを効果的に防止することができる。
また、本実施形態のボール螺子装置5は、ナット側螺子溝14と軸側螺子溝11とに挟まれてボール12が転動するように、ラック軸3の軸心O1からナット側螺子溝14の底部14aまでの距離Dが一定に形成されたベース部51を備えている。これにより、ボール螺子ナット13のトルクをラック軸3に対して確実に伝達できる。
ここで、上記のように特許文献3のボール螺子装置は、ボール螺子ナットに作用する軸方向荷重が小さい場合、トルク伝達に寄与するボールの数が減少し、螺子軸の反応に遅れやズレが生じてしまう虞がある。これに対し、本実施形態のボール螺子装置5は、ボール螺子ナット13に作用する軸方向荷重の大きさに関係なく、ベース部51を転動するボール12がボール螺子ナット13のトルク伝達に寄与する。そのため、ボール螺子ナット13のトルクをラック軸3に対して効率的かつ安定的に伝達することができる。
(2)拡径部52に、ボール12が軸側螺子溝11の底部11a及びナット側螺子溝14の底部14aのいずれか一方と非接触になる非接触部54を形成し、この非接触部54を繋ぎ目32部分から連続して設けた。上記構成によれば、非接触部54では、ボール12が軸側螺子溝11とナット側螺子溝14との間に挟まれなくなる。すなわち、拡径部52の非接触部54が構成する転動路L1においては、各ボール12は略無負荷状態となる。そして、非接触部54は繋ぎ目32から連続して設けられるため、還流路L2から転動路L1に排出される際に、ボール12の移動方向が急変するのとともに、ボール12に加わる負荷が急増することを確実に抑制できるようになる。これにより、ボール12の詰まりが発生することをより抑制できる。
(3)拡径部52を、繋ぎ目32部分からベース部51に近づくにつれて距離Dが連続的に小さくなるように形成した。上記構成によれば、還流路L2から転動路L1に排出されたボール12が、軸側螺子溝11及びナット側螺子溝14に挟まれて受ける負荷を徐々に大きくすることができるため、より一層、ボール12の詰まりが発生することを抑制できる。
(4)一対の取付孔16,17を、ボール螺子ナット13の軸方向において複数列のナット側螺子溝14を挟む位置に設け、ボール螺子ナット13の軸方向における一端側に設けられた固定端部13bのみを固定した。そして、拡径部52がボール螺子ナット13の固定端部13b側に設けられた取付孔17に臨む接続部34を含むように形成した。
上記のように、本実施形態では固定端部13b側の転動路L1内に配設されたボール12の方が自由端部13c側の転動路L1内に配設されたボール12に比べで大きな負荷を受けるため、固定端部13b側にボール12が排出される際に、同ボール12に加わる負荷がより急激に変化することになる。この点、上記構成によれば、固定端部13b側に設けられた取付孔17に臨む接続部34を含むように拡径部52が形成されるため、好適にボール12の詰まりが発生することを抑制できる。
(5)拡径部52を、ナット側螺子溝14における繋ぎ目32から連続する一周の範囲内に形成した。
ここで、拡径部52が構成する転動路L1においては、ボール12に加わる負荷が小さくなるため、同拡径部52が形成される範囲が長くなると、ボール螺子装置5によるトルクの伝達効率が低下してしまう。この点、上記構成によれば、拡径部52は、ナット側螺子溝14における繋ぎ目32から連続する一周の範囲内に形成されるため、トルクの伝達効率が低下することを抑制しつつ、ボール12の詰まりが発生することを抑制できる。
(6)繋ぎ目32から連続する一周の範囲内におけるナット側螺子溝14を、同拡径部52とベース部51との境目53から繋ぎ目32に近接するにつれて、連続的に曲率半径が大きくなる螺旋状とした。このようにナット側螺子溝14を形成することにより、繋ぎ目32から転動路L1の延伸方向に離間するにつれて距離Dが徐々に小さくなる拡径部52を容易に形成することができる。
(第2実施形態)
以下、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第1実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
図15に示すように、本実施形態の拡径部52は、繋ぎ目32から連続する一周の範囲(本実施形態では繋ぎ目32から軸心O1を中心として時計回りに略45°の範囲)内におけるナット側螺子溝14により構成される螺旋の中心O2を、ラック軸3の軸心O1に対して循環部材15側に偏心させることにより、接続部34を含むように形成されている。
具体的には、拡径部52は、ナット側螺子溝14における拡径部52とベース部51との境目53から接線方向に沿って直線状に延びる直線部61と、同直線部61に連続するとともに接続部34を含む湾曲部62とにより構成されている。また、湾曲部62は、同湾曲部62により構成される螺旋の曲率半径R1が、ベース部51の部分により構成される螺旋の曲率半径R2と同一になるように形成されている。なお、曲率半径R2は、ナット側螺子溝14におけるベース部51での距離Dと等しい。さらに、直線部61の一部及び湾曲部62は、ボール12が軸側螺子溝11の底部11a及びナット側螺子溝14の底部14aのいずれか一方と非接触となる非接触領域としての非接触部54(図15において「T5」で示す範囲)として構成されている。
これにより、拡径部52は、上記第1実施形態と同様に、繋ぎ目32から転動路L1の延伸方向に離間するにつれて上記距離Dが連続的に小さくなるように形成されている(図13参照)。従って、本実施形態では、拡径部52全体が徐変領域として構成されている。
以上記述したように、本実施形態によれば、上記第1実施形態の(1)〜(5)の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏することができる。
(7)繋ぎ目32から連続する一周の範囲内におけるナット側螺子溝14により構成される螺旋の中心O2を、ラック軸3の軸心O1に対して循環部材15側に偏心させた。このようにナット側螺子溝14を形成することにより、繋ぎ目32から転動路L1の延伸方向に離間するにつれて距離Dが徐々に小さくなる拡径部52を容易に形成することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記第1実施形態では、拡径部52全体を繋ぎ目32から離間するにつれて距離Dが小さくなる徐変領域として構成したが、これに限らず、拡径部52に距離Dが一定に形成される部分を設けるようにしてもよい。具体的には、例えば図16及び図17に示すように、拡径部52を、距離Dが任意の延伸位置で一定となる一定部71と、ベース部51に隣接して配置されるとともに繋ぎ目32からベース部51に近づくにつれて距離Dが小さくなる徐変領域としての徐変部72とにより構成してもよい。
・上記第1実施形態では、拡径部(徐変領域)52を還流路L2から離間するにつれて距離Dが連続的に小さくなるように形成したが、これに限らず、拡径部52を、距離Dが段階的に(ステップ状に)が小さくなるように形成してもよい。さらに、拡径部52全体を距離Dが一定となるように形成してもよい。
・上記第1実施形態では、拡径部52に非接触部54を形成したが、これに限らず、拡径部52に非接触部54を形成しなくともよい。つまり、繋ぎ目32から連続する範囲において、軸側螺子溝11の底部11aに接触した状態のボール12がナット側螺子溝14の底部14aに対して接触する、すなわちボール12が軸側螺子溝11とナット側螺子溝14との間に挟まれるように拡径部52を形成してもよい。同様に、上記第2実施形態において、拡径部52に非接触部54を形成しなくともよい。
・上記第1実施形態では、拡径部52を、繋ぎ目32から連続する一周の範囲内に形成したが、これに限らず、一周よりも大きな範囲に亘って拡径部52を形成してもよい。同様に、上記第2実施形態において、拡径部52を、繋ぎ目32から一周よりも大きな範囲に亘って形成してもよい。
さらに、上記第2実施形態において、ナット側螺子溝14全体により構成される螺旋の中心を、ボール螺子ナット13の外周面13aの中心に対して循環部材15側に偏心させることにより、拡径部52を形成してもよい。なお、この場合には、ボール螺子ナット13の外周面13aの中心がラック軸3の軸心O1と一致するように、ボール螺子ナット13をモータ軸6に対して固定する。
・上記各実施形態では、接続部33,34における加工範囲T1及び開口部35,36における加工範囲T2に段差加工を施したが、これに限らず、接続部33,34における加工範囲T1にのみ段差加工を施すようにしてもよい。
・上記各実施形態では、本発明をボール螺子ナット13に1つの循環部材15(還流路L2)を装着するボール螺子装置5に適用したが、これに限らず、ボール螺子ナット13に複数の循環部材を装着し、独立した複数の循環経路が形成されるボール螺子装置(例えば特許文献2参照)に適用してもよい。
・上記各実施形態では、本発明を、EPS用のボール螺子装置5に適用したが、これに限らず、EPS以外の用途に用いられるボール螺子装置に適用してもよい。
1…電動パワーステアリング装置(EPS)、3…ラック軸、5…ボール螺子装置、11…軸側螺子溝、11a,14a…底部、12…ボール、13…ボール螺子ナット、14…ナット側螺子溝、15…循環部材、16,17…取付孔、19,20…挿入部、21…連絡部、31,32…繋ぎ目、33,34…接続部、35,36…開口部、51…ベース部、52…拡径部、53…境目、54…非接触部、61…直線部、62…湾曲部、71…一定部、72…徐変部、D…距離、L1…転動路、L2…還流路、O1…軸心、O2…中心、R1,R2…曲率半径、T1,T2…加工範囲、T3,T4,T5…範囲。

Claims (5)

  1. 外周に軸側螺子溝が螺刻された螺子軸と、
    内周にナット側螺子溝が螺刻されたボール螺子ナットと、
    前記軸側螺子溝と前記ナット側螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に配設された複数のボールと、
    前記ボール螺子ナットに形成された取付孔に装着されて前記転動路の一端と他端とを短絡する還流路を形成する循環部材と、を備え、
    前記ナット側螺子溝における前記取付孔に臨む接続部には、前記転動路と前記還流路との繋ぎ目部分の段差を解消する段差加工が施されるものであって、
    前記ボール螺子ナットは、
    前記ナット側螺子溝と前記軸側螺子溝とに挟まれて前記ボールが前記転動路を転動するように、前記螺子軸の軸心から前記ナット側螺子溝の底部までの距離が一定に形成されるベース部と、
    前記距離が前記ベース部での距離よりも大きく形成される拡径部と、を有し、
    さらに前記ボール螺子ナットは、その軸方向における一端側のみが固定されるものであって、
    前記拡径部は、前記ボール螺子ナットの固定端部側に設けられる前記接続部を含み、前記ボール螺子ナットの自由端部側に設けられる前記接続部を含まないように形成されたことを特徴とするボール螺子装置。
  2. 請求項1に記載のボール螺子装置において、
    前記拡径部は、前記ボールが前記軸側螺子溝及び前記ナット側螺子溝のいずれか一方と非接触になる非接触領域を含み、
    前記非接触領域は、前記繋ぎ目部分から連続して設けられることを特徴とするボール螺子装置。
  3. 請求項1又は2に記載のボール螺子装置において、
    前記拡径部は、前記ベース部に隣接して配置され、前記繋ぎ目部分から前記ベース部に近づくにつれて前記距離が小さくなる徐変領域を含むことを特徴とするボール螺子装置。
  4. 請求項1〜のいずれか一項に記載のボール螺子装置において、
    前記拡径部は、前記ナット側螺子溝により構成される螺旋の中心を、前記螺子軸の軸心に対して前記循環部材側に偏心させることにより形成されたことを特徴とするボール螺子装置。
  5. 請求項1〜のいずれか一項に記載のボール螺子装置を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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