ボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置
【課題】転動体循環部材の軸方向の移動を、ナットに固定された部品とねじ軸に設けられた部品とが接触することなく規制できるボールねじ機構を提供する。
【解決手段】外周面に螺旋状のねじ溝９ａを形成したねじ軸９と、該ねじ軸９のねじ溝９ａに対応するねじ溝１５ａを内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路３２を形成したナット１５と、前記ねじ軸９及び前記ナット１５のねじ溝間及び前記転動体戻し通路３２内に介装された多数の転動体１４と、前記ねじ軸９のねじ溝及び前記ナット１５のねじ溝間の転動体１４を前記転動体戻し通路３２に案内する転動体循環路３３ｆを形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材３３とを備えたボールねじ機構１１であって、前記ナット１５のねじ溝１５ａに係合し、前記転動体循環部材３３と連結される固定部材３５を備えている。
【解決手段】外周面に螺旋状のねじ溝９ａを形成したねじ軸９と、該ねじ軸９のねじ溝９ａに対応するねじ溝１５ａを内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路３２を形成したナット１５と、前記ねじ軸９及び前記ナット１５のねじ溝間及び前記転動体戻し通路３２内に介装された多数の転動体１４と、前記ねじ軸９のねじ溝及び前記ナット１５のねじ溝間の転動体１４を前記転動体戻し通路３２に案内する転動体循環路３３ｆを形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材３３とを備えたボールねじ機構１１であって、前記ナット１５のねじ溝１５ａに係合し、前記転動体循環部材３３と連結される固定部材３５を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸に転動体を介してナットを螺合させたボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のラックピニオン式ステアリング装置では、ステアリングホイールを操舵したときの操舵回転力がピニオン軸に伝達され、このピニオン軸に螺合するラック軸で直線運動に変換されて、ラック軸の両端に連結されたタイロッドを介して転舵輪に伝達され、この転舵輪が転舵される。
このラック軸を電動モータで駆動されるボールねじ機構に連結することにより、電動パワーステアリング装置を構成することができる。
【０００３】
このボールねじ機構としては、例えば、スピンドルと、このスピンドルを包囲するナットよりなる回転部材ウォーム駆動装置であって、螺旋状回転部材ねじ通路がスピンドル及びナット間に画成され、回転部材ねじ通路はナットに含まれた軸方向の回転部材戻り通路と協働し、閉鎖した回転部材循環通路を成し、この回転部材循環通路内では無端状に列を成した回転部材が走行し、回転部材ねじ通路及び回転部材戻り通路へ、また回転部材戻り通路及び回転部材ねじ通路間で回転部材を移動させるべく２つの回転部材転向要素がナットに配設されて、回転部材転向要素の少なくとも１つが、ばねリングによりナットに保持された回転部材ウォーム駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載の従来例にあっては、回転部材転向要素が軸方向に脱落することを防止するためにばねリングを使用して軸方向の移動を規制するようにしている。このため、回転部材転向要素の軸方向の移動を規制するために、別途ばねリングを必要とするとともに、ばねリングを装着するための溝加工も必要となり、部品点数が増加するとともに、加工工数が増加し、さらに、回転部材転向要素の軸方向外側にばねリングを装着するので、この分ナットの全長が長くなるという問題点がある。
【０００５】
この問題点を解決するために、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記転動体戻し通路とを連通させる転動体循環路を有して前記ナットの両端面に配置される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記転動体戻し通路および前記転動体循環路を転動しつつ循環可能に介装された多数の転動体とを備えたねじ送り装置において、循環こまの転動体を掬い上げるタング部を前記ねじ軸のねじ溝に沿って嵌め込んで該ねじ溝に接触させるようにしたねじ送り装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３０３４０５２号公報
【特許文献２】特開２００３−３０１９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、循環こまの転動体を掬い上げるタング部をねじ軸のねじ溝に沿って嵌め込んでねじ溝に接触させるようにしているので、他部材を使用することなく循環こまの軸方向の移動を規制することはできるが、ねじ送り装置は、ねじ軸又はナットの何れか一方が回転運動を行い、他方が直線運動を行う運動変換機構であり、ナットに固定された部品と、ねじ軸に設けられた部品とが接触すると、両者間に摺動が発生することになり、運動伝達効率の低下やタング部の磨耗といった懸念が生じるという未解決の課題がある。
【０００８】
また、ねじ軸として転造軸のようにリード精度が劣るものや、隙間で組まれたボールねじなどでは、タング部とねじ溝との接触を均一に保つことは非常に困難であるという未解決の課題もある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、転動体循環部材の軸方向の移動を、ナットに固定された部品とねじ軸に設けられた部品とが接触することなく規制して、運動伝達効率の低下や磨耗等の問題を解消することができるボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を解決するために、本発明の第１の形態に係るボールねじ機構は、外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を形成したナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのねじ溝間及び前記転動体戻し通路内に介装された多数の転動体と、前記ねじ軸のねじ溝及び前記ナットのねじ溝間の転動体を前記転動体戻し通路に案内する転動体循環路を形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材とを備えたボールねじ機構であって、前記ナットのねじ溝に係合し、前記転動体循環部材と連結される固定部材を備えている。
【００１０】
また、本発明の第２の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材が、前記転動体循環部材に円周方向と交差する方向に摺動可能に連結され、前記ナットのねじ溝の軸方向外側面に係合して当該循環部材本体の軸方向の移動を規制するアーム部を備えている。
また、本発明の第３の形態に係るボールねじ機構は、前記アーム部の螺旋中心軌道が、前記ナットのねじ溝の螺旋中心軌道に対して軸方向外側にオフセットされている。
【００１１】
また、本発明の第４の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材の前記アーム部及び前記転動体循環部材の連結部の一方に、円周方向と交差する方向に延長する係合溝を形成し、他方に前記係合溝に係合する係合凸部を形成するようにしている。
また、本発明の第５の形態に係るボールねじ機構は、前記係合溝が蟻溝で構成され、前記係合凸部が前記蟻溝に係合する蟻溝係合凸部で構成されている。
【００１２】
また、本発明の第６の形態に係るボールねじ機構は、前記係合溝が、前記転動体循環部材側に形成されている。
また、本発明の第７の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材が、前記係合凸部を前記係合溝に嵌合させた状態で前記転動体循環部材に融着されて固定されている。
また、本発明の第８の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材のアーム部と前記ねじ軸のねじ溝との間のクリアランスが、前記係合溝と係合凸部との係合長さより短く設定されている。
【００１３】
また、本発明の第９の形態に係るボールねじ機構は、前記転動体循環部材と前記固定部材とが異なる素材で形成されている。
また、本発明の第１０の形態に係るボールねじ機構は、前記ナットのねじ溝における軸方向外側面が研磨加工されている。
また、本発明の第１１の形態に係る電動パワーステアリング装置は、上記第１〜第１０の形態に係るボールねじ機構のねじ軸を、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸に連結するとともに、当該ボールねじ機構のナットを回転駆動する電動モータを設けている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ナットの軸方向端面に装着される転動体循環部材にナットのねじ溝に係合する固定部材を連結したので、転動体循環部材の軸方向の移動をねじ軸のねじ溝と接触することなく規制することができ、運動伝達効率の低下や磨耗等を生じることなく転動体循環部材を保持することができる。このため、転動体循環部材の固定を簡素化して、ボールねじ機構の低コスト化、組立作業性の向上及び小形化を図ることができる。
また、上記効果を有するボールねじ機構を使用して電動パワーステアリング装置を構成することにより、運動伝達効率の低下や磨耗等を生じることなく、円滑な操舵補助動作を行うことができ、低コストで、組立作業性がよく、小形化できる電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置に適用し得るラック軸を示す正面図である。
【図３】電動パワーステアリング装置の要部を示す拡大断面図である。
【図４】ボールねじナットの転動体戻し路を示す図であって、（ａ）は内周面側の斜視図であり、（ｂ）は側面図である。
【図５】転動体循環部材及び固定部材をボールねじナットに装着した状態を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図６】転動体循環部材に固定部材を組付けた状態を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。
【図７】転動体循環部材に対する固定部材の嵌合長さの説明に供する図であって、（ａ）は転動体循環部材をボールねじナットに装着した状態を示す図であり、（ｂ）は固定部材をボールねじナットに装着した状態を示す図である。
【図８】固定部材に係合溝を形成した場合の転動体循環部材に対する嵌合長さの説明に供する側面図である。
【図９】ボールねじナットへ転動体循環部材を装着する前の状態を示す斜視図である。
【図１０】ボールねじナットへ転動体循環部材を装着した状態を示す斜視図である。
【図１１】ボールねじナットへ転動体循環部材及び固定部材を装着した状態を示す斜視図である。
【図１２】ボールねじナットへの固定部材の装着過程を示す説明図である。
【図１３】ボールねじナット及びボールねじ軸のボールねじ溝と固定部材の装着状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す正面図であり、図２は、ラック軸を示す正面図である。
図中、１は操舵ギヤ機構であって、この操舵ギヤ機構１は、ピニオン機構２とラック機構３とを備えている。
【００１７】
ピニオン機構２はピニオンハウジング４に回転自在に支持されたピニオン軸５を備えている。このピニオン軸５は、図示しないステアリングシャフト等を介してステアリングホイールに連結されている。ラック機構３はラックハウジング６に摺動可能に支持されたラック軸７を備えている。ピニオン軸５とラック軸７は噛合しており、ピニオン軸５に伝達される回転力がラック軸７によって直動力に変換される。
ラック軸７は、図２に示すように、ピニオン軸５が噛合するラック部８と、このラック部８の右方に形成された螺旋状のゴシックアーク断面形状のボールねじ溝９ａを有するボールねじ軸９とを備えている。
【００１８】
そして、ラック軸７の右端側に電動パワーステアリング装置１０が配置されている。この電動パワーステアリング装置１０は、本発明に係るボールねじ機構１１と、操舵補助用電動モータ１２と、ボールねじ機構としてのボールねじ機構１１と電動モータ１２との間を連結する減速機構１３とで構成されている。
ボールねじ機構１１は、図３に示すように、ラック軸７のボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに転動体としてのボール１４を介して螺合するボールねじナット１５を備えている。このボールねじナット１５は、ラックハウジング６における図１の右端部に形成された軸受収容部１６に収容された転がり軸受１７によって回転自在に支持されている。この転がり軸受１７は、内輪１７ａがボールねじナット１５と一体に形成された内輪１７ａと、この内輪１７ａにボール１７ｂを介して連結され軸受け収容部１６に固定支持された外輪１７ｃとで構成されている。
【００１９】
また、操舵補助用電動モータ１２は、ラックハウジング６の軸受収容部１６の半径方向外方に一体に形成されたモータ支持部１８のピニオン機構２側に固定支持され、その回転軸１２ａがモータ支持部１８に形成された貫通孔１８ａを通じて反対側に突出されている。この操舵補助用電動モータ１２は、図１に示すように、モータ制御装置３０によって回転駆動される。このモータ制御装置３０は、ステアリングホイール（図示せず）に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ３０ａと、車速を検出する車速センサ３０ｂとを有し、トルクセンサ３０ａで検出した操舵トルク及び車速センサ３０ｂで検出した車速に基づいて操舵補助トルク指令値を算出し、算出した操舵補助トルク指令値に基づいて操舵補助用電動モータ１２で必要な操舵補助トルクを発生させるモータ駆動電流を求め、このモータ駆動電流を操舵補助用電動モータ１２に出力する。
【００２０】
さらに、減速機構１３は、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａの先端に取付けられた小径プーリ１９と、前述したボールねじナット１５の半径方向外方に一体に形成された大径プーリ２０と、小径プーリ１９及び大径プーリ２０との間に巻装されたタイミングベルト２１とで構成されている。
【００２１】
そして、小径プーリ１９と、大径プーリ２０、及びボールねじ溝９ａを覆うようにカバー２２が軸受収容部１６及びモータ支持部１８に例えばボルト締めされている。
この電動パワーステアリング装置１０では、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを図３の左方から見て時計方向に回転駆動することにより、小径プーリ１９及び大径プーリ２０がタイミングベルト２１によってそれぞれ時計方向に回転駆動され、これに応じてボールねじナット１５が時計方向に回転駆動されるので、ボールねじ軸９すなわちラック軸７が左方に移動され、逆に操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを左方から見て反時計方向に回転駆動することによりラック軸７が右方に移動される。
【００２２】
そして、ラック軸７のラック部８の左端部及びボールねじ軸９の右端部がそれぞれコンロッド２２を介して図示しない転舵輪に連結されている。
そして、ボールねじ機構１１のボールねじナット１５には、図４に示すように、内周面に螺旋状にボール１４が転動するゴシックアーク断面形状のボールねじ溝１５ａが形成されている。また、ボールねじナット１５の軸方向の左右両端部にはそれぞれ軸方向最外側のボールねじ溝１５ａの一部を切り欠いて形成された転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂを備えている。また、ボールねじナット１５には、内周面のボールねじ溝１５ａと外周面との間を軸方向に通って両端の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂ間を連通する転動体戻し通路３２が形成されている。
【００２３】
右端側の転動体循環部材装着部３１Ａは、ボールねじナット１５の軸方向の両端のボールねじ溝１５ａの溝底部に連続して接線方向に転動体戻し通路３２の下面まで延長し、ボールねじナット１５の中心軸と平行な平坦面３１ａと、この平坦面３１ａの前端側に連続してボールねじ溝１５ａの両側の内周面に湾曲延長する湾曲面３１ｂ及び３１ｃと、平坦面３１ａの後端側に連続し転動体戻し通路３２の直径より大きい直径の半円筒面３１ｄと、この半円筒面３１ｄの上端からボールねじ溝１５ａの両側の内周面まで平坦面３１ａと平行に延長する上面３１ｅとを有し、ボールねじナット１５の軸方向端面に開口する切欠凹部で構成されている。そして、半円筒面３１ｄの上面３１ｅに近い位置に半円筒面３１ｄより深さの浅い抜け止め凹部３１ｆがボールねじ溝１５ａに沿うように突出形成されている。
【００２４】
また、左端側の転動体循環部材装着部３１Ｂは、右端側の転動体循環部材装着部３１Ａとは転動体戻し通路３２の中心軸の中心点を挟んで点対称形状に形成されていることを除いては転動体循環部材装着部３１Ａと同一の構成を有し、対応部分には同一部号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００２５】
そして、ボールねじナット１５の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂにはそれぞれ、例えば合成樹脂材で一体成型された転動体循環部材３３が装着されている。この転動体循環部材３３は、図５、図６及び図９に示すように、転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂの湾曲面３１ｂ及び３１ｃ、平坦面３１ａ及び半円筒面３１ｄ及び上面３１ｅに対応する側面形状を有する一対の転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂと、これら転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂの上下方向の中間部から上方側を連結する連結板部３３ｃとで正面から見て門形に形成されている。
【００２６】
そして、転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂの先端部は上面側がボールねじ溝１５ａの欠落部の稜線に沿うように先細形状とされている。また、転動体案内側板部３３ａの後端上部側には抜け止め凹部３１ｆに係合する抜け止め凸部３３ｄが形成されている。また、連結板部３３ｃの下面側はボールねじ軸９のボールねじ溝９ａ内に非接触状態で挿入されてボール１４を接線方向に掬い取るタング部３３ｅが形成されている。このタング部３３ｅの先端位置は、転動体循環部材装着部３１Ａの平坦面３１ａと湾曲面３１ｂ及び３１ｃとの境界位置より半円筒面３１ｄ側となるように設定されている。このため、タング部３３ｅで掬い取ったボール１４はボールねじ溝１５ａから離脱してボールねじ溝１５ａの底面より外周側となる転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂ間の平坦面３１ａに接触することになり、タング部３３ｅをボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに非接触状態で、ボール１４を掬い取ることができる。
【００２７】
そして、タング部３３ｅと転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂとで囲まれて転動体戻し通路３２にボール１４を案内する平面から見て略逆Ｌ字状に湾曲し、転動体戻し通路３２と対向する位置で開口する転動体循環路３３ｆが形成されている。また、連結板部３３ｃのタング部３３ｅに対応する上面には、前端面側から上面３１ｅ及び平坦面３１ａと平行でボールねじ溝１５ａの接線方向に延長する蟻溝で構成される係合溝３３ｇが形成されている。
【００２８】
そして、転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに例えば合成樹脂材製の固定部材３５が係合されている。この固定部材３５は、転動体循環部材３３の軸方向外側への抜け出しを防止するもので、図５、図６及び図１０に示すように、ボールねじナット１５のボールを掬い取った後のボールねじ溝１５ａに係合するようにボールねじ溝１５ａの螺旋形状に合わせた形状のアーム部３６と、このアーム部３６の下端側に形成された転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに係合する蟻溝係合凸部で構成される係合凸部３７とを備えている。
【００２９】
ここで、アーム部３６の断面形状は、図１２に示すように、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに係合する上部側は、図１２（ｃ）に示すようにボールねじ溝１５ａのゴシックアークに２箇所で線接触するボール１４の直径と等しい円筒面３６ａとされ、この円筒面３６ａの中心点ｏを通る水平線Ｌｈより所定距離上方側が円筒面３６ａの直径より狭い幅の二面幅３６ｂとされ、水平線Ｌｈより下側が二面幅３６ｂの幅と等しい直径の円筒面３６ｃとされている。
【００３０】
また、アーム部３６は、図１２（ａ）に示すように、左右方向の中心線である螺旋中心軌道Ｒａがボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａの中心を通る垂線である螺旋中心軌道Ｒｇに対して軸方向外側に僅かな距離ΔＬ分だけオフセットされている。さらに、係合凸部３７は、図７（ｂ）に示すように、転動体循環部材装着部３１Ａの上面３１ｅに沿って転動体循環部材装着部３１Ａの内方の半円筒面３１ｄの近傍まで突出延長されている。
【００３１】
そして、ボールねじナット１５の軸方向両端に形成された転動体循環部材装着部３１Ａへの転動体循環部材３３の装着は以下のようにして行う。
すなわち、先ず、図９に示すように、転動体循環部材装着部３１Ａの軸方向外側に転動体循環部材３３を対向させ、この状態で、転動体案内側板部３３ｂ側からボールねじナット１５の軸方向に左側に移動させて、平坦面３１ａ、湾曲面３１ｂ，３１ｃ、半円筒面３１ｄ及び上面３１ｅで構成される切欠凹部内に挿入する。そして、最後に抜け止め凸部３３ｄを抜け止め凹部３１ｆ内に係合させて、図１０に示すように、転動体循環部材３３の転動体案内側板部３３ａの軸方向端面をボールねじナット１５の軸方向端面と面一とする。
【００３２】
その後、図１０に示すように、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ａをボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに対向させるとともに、係合凸部３７を転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに対向させる。この状態を保って、固定部材３５の係合凸部３７を転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに係合させて押し込む。
このとき、前述したように、固定部材３５のアーム部３６の螺旋中心軌道Ｒａが、図１２（ａ）に示すように、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａの螺旋中心軌道Ｒｇに対してボールねじナット１５の軸方向外側に距離ΔＬだけオフセットされている。このため、固定部材３５をボールねじ溝１５ａ側に押し込むと、先ず、図１２（ｂ）に示すように、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ａがボールねじ溝１５ａの軸方向外側のゴシックアーク面に接触する。
【００３３】
この状態で、さらに固定部材３５を押し込むと、アーム部３６がボールねじ溝１５ａに倣って弾性変形して、図１２（ｃ）に示すように、円筒面３６ａがボールねじ溝１５ａの双方のゴシックアーク面に接触することになり、アーム部３６の螺旋中心軌道Ｒａとボールねじ溝１５ａの螺旋中心軌道Ｒｇとが一致する状態となる。このため、アーム部３６の弾性変形の反力によって固定部材３５の軸方向への移動が規制される。このとき、固定部材３５と転動体循環部材３３とは係合凸部３７及び係合溝３３ｇが係合しているので、転動体循環部材３３の軸方向移動も規制され、転動体循環部材３３の軸方向外側への抜け出しが確実に阻止される。
【００３４】
しかも、係合溝３３ｇが蟻溝とされ、係合凸部が蟻溝係合凸部とされているので、転動体循環部材３３に対する固定部材３５のボールねじ溝１５ａの螺旋方向へ移動が規制されるので、固定部材３５が転動体循環部材３３から螺旋方向に分離することが阻止される。
さらに、転動体循環部材３３には抜け止め凸部３３ｄが形成され、この抜け止め凸部３３ｄが転動体循環部材装着部３１Ａの抜け止め凹部３１ｆに係合しているので、抜け止め凸部３３ｄと固定部材３５とでボールねじナット１５の一部を挟持することになり、転動体循環部材３３のボールねじ軸９側への抜け出し及び回動が確実に阻止される。
【００３５】
このため、転動体循環部材３３が転動体循環部材装着部３１Ａにあらゆる方向の移動が阻止されて保持されることになり、この状態で、転動体循環部材３３と固定部材との接触面を融着や接着等の固定手段で一体化することにより、転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ａに抜け出し不能に保持することができる。
そして、この転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ａへ装着して固定部材３５で固定した状態では、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ｃとボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとは、図１３に示すように、円筒面３６ｃがボールねじ溝９ａに対してクリアランスΔｘを生じて非接触状態となる。
【００３６】
したがって、ボールねじナット１５が回転しても固定部材３５がボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに摺接することはないので、摩擦抵抗による運動伝達効率の低下や磨耗を生じることがなく、回転運動を直線運動に円滑に変換することができるとともに、転造軸のようにリード精度の劣るボールねじ軸や隙間で組まれたボールねじなどを適用しても不都合を生じることはない。
【００３７】
また、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ｃとボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとのクリアランスΔｘを転動体循環部材３３の係合溝３３ｇと固定部材３５の係合凸部３７との係合長さより小さく設定することにより、何らかの原因で転動体循環部材３３から固定部材３５が離脱した場合に、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ｃがボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに接触することにより、固定部材３５の脱落を防止することができる。
【００３８】
また、転動体循環部材３３側に係合溝３３ｇを形成し、固定部材３５側に係合凸部３７を形成するようにしているので、図７（ｂ）に示すように、係合凸部３７の長さを転動体循環部材装着部３１Ａの上面３１ｅに沿わせて内方に延長させることができ、係合溝３３ｇと係合凸部３７との係合長さを長くとることが可能となり、固定部材３５と転動体循環部材３３との結合強度を十分に高めることができる。
【００３９】
因みに、図８に示すように、転動体循環部材３３側に係合凸部３３ｈを形成する場合には、転動体循環部材３３の転動体循環部材装着部３１Ａへの装着の邪魔にならないようにする必要があり、ボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとこれに対向するボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａとで形成される空間内に収めざるを得ず、係合凸部３３ｈの長さに大幅な制限があり、転動体循環部材３３と固定部材３５との結合強度が低下してしまう。したがって、転動体循環部材３３と固定部材３５との結合強度を高めるには、係合凸部を固定部材３５側に形成することが望ましいことになる。
【００４０】
また、転動体循環部材装着部３１Ｂへの転動体循環部材３３の装着も、上記と同様に、転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ｂに装着した後に、固定部材３５の係合凸部３７を転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに係合させながらボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに接触させることにより、転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ｂに抜け出しを防止しながら確実に保持させることができる。
このように、転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれに転動体循環部材３３を装着し、これら転動体循環部材３３を固定部材３５で固定することにより、エンドデフレクタ方式のボール１４の循環路が形成される。
【００４１】
すなわち、ボールねじナット１５を正転（又は逆転）させることにより、例えば転動体循環部材装着部３１Ａ（又は３１Ｂ）に装着された転動体循環部材３３によってボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａ間に介挿されたボール１４が転動体循環部材３３のタング部３３ｅによって掬い取られて転動体循環部材３３の転動体循環路３３ｆを通って転動体戻し通路３２に送られる。
この転動体戻し通路３２へ送られたボール１４は、反対側の転動体循環部材装着部３１Ｂ（又は３１Ａ）に装着された転動体循環部材３３の転動体循環路３３ｆを通ってボールねじナット１５の先端側（又は後端側）のボールねじ軸９のボールねじ溝９ａ及びボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａ間に戻される。
【００４２】
次に、上記実施形態における電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
今、ステアリングホイール（図示せず）に操舵トルクが入力されていない非操舵状態では、トルクセンサ３０ａで検出される操舵トルクが零であるので、モータ制御装置３０で演算される操舵補助トルク指令値も零となり、モータ駆動電流も零となり、操舵補助用電動モータ１２は停止状態となっている。
【００４３】
この非操舵状態から、ステアリングホイール（図示せず）を例えば右（又は左）操舵することにより、トルクセンサ３０ａで操舵トルクが検出されると、モータ制御装置３０で、操舵トルクと車速センサ３０ｂで検出した車速とに基づいて操舵補助トルク指令値が算出され、この操舵補助トルク指令値に基づいて正転（又は）逆転のモータ電流が決定され、このモータ電流が操舵補助用電動モータ１２に供給されることにより、この操舵補助用電動モータ１２が必要な操舵補助トルクを発生するように回転駆動される。
【００４４】
この操舵補助用電動モータ１２の回転力は、減速機構１３を介してボールねじ機構１１のボールねじナット１５に伝達されて、このボールねじナット１５を図３の右側面から見て反時計（又は時計）方向に回転駆動し、これによってボールねじ軸９すなわちラック軸７を左動（又は右動）させてステアリングホイール（図示せず）からピニオン軸５に伝達される操舵トルクを補助する。したがって、ステアリングホイール（図示せず）を軽い操舵力で操舵することができる。
【００４５】
このように電動パワーステアリング装置１０のボールねじナット１５が操舵補助用電動モータ１２によって回転駆動されると、これに応じた前述したように、ボールねじナット１５の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれに装着した転動体循環部材３３とボールねじナット１５に形成した転動体戻し通路３２とによって、ボールねじナット１５の回転に伴うボール１４の循環をスムーズに行うことができる。
【００４６】
このとき、前述したように、ボールねじナット１５の軸方向両端に設けた転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれに転動体循環部材３３が装着され、装着された転動体循環部材３３に、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに係合する固定部材３５を結合するので、ボールねじ軸９と非接触で転動体循環部材３３の軸方向の移動を確実に防止することができる。
したがって、電動パワーステアリング装置１０自体の運動伝達効率も向上させることができるとともに、磨耗の発生を防止し、操舵補助制御を円滑に行うことができる。
【００４７】
なお、上記実施形態において、固定部材３５のアーム部３６の断面形状は、上述した円筒面３６ａ、二面幅３６ｂ及び円筒面３６ｃで形成する場合に限るものではなく、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａのゴシックアーク断面形状に倣った断面形状としてボールねじ溝１５ａに面接触させることもでき、さらには左右で非対称の例えばＤ字断面形状とすることにより、ボールねじ溝１５ａの軸方向外側面にのみ接触させることができる。これらの断面形状の選択は、固定部材３５に求められる強度や、バネ定数、アーム部３６の成型精度等を考慮して決定することが好ましい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、転動体循環部材３３に係合溝３３ｇを形成し、固定部材３５に係合凸部３７を形成した場合について説明したが、転動体循環部材３３及び固定部材３５間に大きな連結強度を要求されない場合には、転動体循環部材３３に係合凸部を形成し、固定部材３５に係合溝を形成するようにしてもよい。さらに、係合溝３３ｇと係合凸部３７を嵌合させる場合には、転動体循環部材３３及び固定部材３５の融着を省略することもでき、溶着に代えて加締めるようにしてもよく、要は転動体循環部材３３と固定部材３５とが一体に連結されればよいものであり、両者の固定方法については限定されるものではない。
【００４９】
また、上記実施形態においては、減速機構１３を小径プーリ１９、大径プーリ２０及びタイミングベルト２１で構成した場合について説明したが、タイミングベルト２１に代えて通常のベルトを適用することもでき、さらに減速ギヤ機構を適用することもでき、任意の減速機構を採用することができる。
また、上記実施形態においては、本発明に係るボールねじ機構を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係るボールねじ機構は工作機械やアクチュエータなどの他の任意の産業機械に適用することができる。この場合、ボールねじナット１５を回転する場合に代えて、ボールねじ軸９を回転させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…操舵ギヤ機構、２…ピニオン機構、３…ラック機構、５…ピニオン軸、７…ラック軸、８…ラック部、９…ボールねじ軸、９ａ…ボールねじ溝、１０…電動パワーステアリング装置、１１…ボールねじ機構、１２…操舵補助用電動モータ、１３…減速機構、１４…ボール、１５…ボールねじナット、１５ａ…ボールねじ溝、３１Ａ，３１Ｂ…転動体循環部材装着部、３１ａ…平坦面、３１ｂ，３１ｃ…湾曲面、３１ｄ…半円筒面、３１ｅ…上面、３１ｆ…抜け止め凹部、３２…転動体戻し通路、３３…転動体循環部材、３３ａ，３３ｂ…転動体案内側板部、３３ｃ…連結部、３３ｄ…抜け止め凸部、３３ｅ…タング部、３３ｆ…転動体循環路、３３ｇ…係合溝、３５…固定部材、３６…アーム部、３７…係合凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸に転動体を介してナットを螺合させたボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のラックピニオン式ステアリング装置では、ステアリングホイールを操舵したときの操舵回転力がピニオン軸に伝達され、このピニオン軸に螺合するラック軸で直線運動に変換されて、ラック軸の両端に連結されたタイロッドを介して転舵輪に伝達され、この転舵輪が転舵される。
このラック軸を電動モータで駆動されるボールねじ機構に連結することにより、電動パワーステアリング装置を構成することができる。
【０００３】
このボールねじ機構としては、例えば、スピンドルと、このスピンドルを包囲するナットよりなる回転部材ウォーム駆動装置であって、螺旋状回転部材ねじ通路がスピンドル及びナット間に画成され、回転部材ねじ通路はナットに含まれた軸方向の回転部材戻り通路と協働し、閉鎖した回転部材循環通路を成し、この回転部材循環通路内では無端状に列を成した回転部材が走行し、回転部材ねじ通路及び回転部材戻り通路へ、また回転部材戻り通路及び回転部材ねじ通路間で回転部材を移動させるべく２つの回転部材転向要素がナットに配設されて、回転部材転向要素の少なくとも１つが、ばねリングによりナットに保持された回転部材ウォーム駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に記載の従来例にあっては、回転部材転向要素が軸方向に脱落することを防止するためにばねリングを使用して軸方向の移動を規制するようにしている。このため、回転部材転向要素の軸方向の移動を規制するために、別途ばねリングを必要とするとともに、ばねリングを装着するための溝加工も必要となり、部品点数が増加するとともに、加工工数が増加し、さらに、回転部材転向要素の軸方向外側にばねリングを装着するので、この分ナットの全長が長くなるという問題点がある。
【０００５】
この問題点を解決するために、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ溝に対応するねじ溝を内周面に有するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を有して前記ねじ軸に遊嵌されるナットと、前記両ねじ溝間と前記転動体戻し通路とを連通させる転動体循環路を有して前記ナットの両端面に配置される循環こまと、前記両ねじ溝間、前記転動体戻し通路および前記転動体循環路を転動しつつ循環可能に介装された多数の転動体とを備えたねじ送り装置において、循環こまの転動体を掬い上げるタング部を前記ねじ軸のねじ溝に沿って嵌め込んで該ねじ溝に接触させるようにしたねじ送り装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３０３４０５２号公報
【特許文献２】特開２００３−３０１９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、循環こまの転動体を掬い上げるタング部をねじ軸のねじ溝に沿って嵌め込んでねじ溝に接触させるようにしているので、他部材を使用することなく循環こまの軸方向の移動を規制することはできるが、ねじ送り装置は、ねじ軸又はナットの何れか一方が回転運動を行い、他方が直線運動を行う運動変換機構であり、ナットに固定された部品と、ねじ軸に設けられた部品とが接触すると、両者間に摺動が発生することになり、運動伝達効率の低下やタング部の磨耗といった懸念が生じるという未解決の課題がある。
【０００８】
また、ねじ軸として転造軸のようにリード精度が劣るものや、隙間で組まれたボールねじなどでは、タング部とねじ溝との接触を均一に保つことは非常に困難であるという未解決の課題もある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、転動体循環部材の軸方向の移動を、ナットに固定された部品とねじ軸に設けられた部品とが接触することなく規制して、運動伝達効率の低下や磨耗等の問題を解消することができるボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を解決するために、本発明の第１の形態に係るボールねじ機構は、外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を形成したナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのねじ溝間及び前記転動体戻し通路内に介装された多数の転動体と、前記ねじ軸のねじ溝及び前記ナットのねじ溝間の転動体を前記転動体戻し通路に案内する転動体循環路を形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材とを備えたボールねじ機構であって、前記ナットのねじ溝に係合し、前記転動体循環部材と連結される固定部材を備えている。
【００１０】
また、本発明の第２の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材が、前記転動体循環部材に円周方向と交差する方向に摺動可能に連結され、前記ナットのねじ溝の軸方向外側面に係合して当該循環部材本体の軸方向の移動を規制するアーム部を備えている。
また、本発明の第３の形態に係るボールねじ機構は、前記アーム部の螺旋中心軌道が、前記ナットのねじ溝の螺旋中心軌道に対して軸方向外側にオフセットされている。
【００１１】
また、本発明の第４の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材の前記アーム部及び前記転動体循環部材の連結部の一方に、円周方向と交差する方向に延長する係合溝を形成し、他方に前記係合溝に係合する係合凸部を形成するようにしている。
また、本発明の第５の形態に係るボールねじ機構は、前記係合溝が蟻溝で構成され、前記係合凸部が前記蟻溝に係合する蟻溝係合凸部で構成されている。
【００１２】
また、本発明の第６の形態に係るボールねじ機構は、前記係合溝が、前記転動体循環部材側に形成されている。
また、本発明の第７の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材が、前記係合凸部を前記係合溝に嵌合させた状態で前記転動体循環部材に融着されて固定されている。
また、本発明の第８の形態に係るボールねじ機構は、前記固定部材のアーム部と前記ねじ軸のねじ溝との間のクリアランスが、前記係合溝と係合凸部との係合長さより短く設定されている。
【００１３】
また、本発明の第９の形態に係るボールねじ機構は、前記転動体循環部材と前記固定部材とが異なる素材で形成されている。
また、本発明の第１０の形態に係るボールねじ機構は、前記ナットのねじ溝における軸方向外側面が研磨加工されている。
また、本発明の第１１の形態に係る電動パワーステアリング装置は、上記第１〜第１０の形態に係るボールねじ機構のねじ軸を、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸に連結するとともに、当該ボールねじ機構のナットを回転駆動する電動モータを設けている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ナットの軸方向端面に装着される転動体循環部材にナットのねじ溝に係合する固定部材を連結したので、転動体循環部材の軸方向の移動をねじ軸のねじ溝と接触することなく規制することができ、運動伝達効率の低下や磨耗等を生じることなく転動体循環部材を保持することができる。このため、転動体循環部材の固定を簡素化して、ボールねじ機構の低コスト化、組立作業性の向上及び小形化を図ることができる。
また、上記効果を有するボールねじ機構を使用して電動パワーステアリング装置を構成することにより、運動伝達効率の低下や磨耗等を生じることなく、円滑な操舵補助動作を行うことができ、低コストで、組立作業性がよく、小形化できる電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置に適用し得るラック軸を示す正面図である。
【図３】電動パワーステアリング装置の要部を示す拡大断面図である。
【図４】ボールねじナットの転動体戻し路を示す図であって、（ａ）は内周面側の斜視図であり、（ｂ）は側面図である。
【図５】転動体循環部材及び固定部材をボールねじナットに装着した状態を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図６】転動体循環部材に固定部材を組付けた状態を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。
【図７】転動体循環部材に対する固定部材の嵌合長さの説明に供する図であって、（ａ）は転動体循環部材をボールねじナットに装着した状態を示す図であり、（ｂ）は固定部材をボールねじナットに装着した状態を示す図である。
【図８】固定部材に係合溝を形成した場合の転動体循環部材に対する嵌合長さの説明に供する側面図である。
【図９】ボールねじナットへ転動体循環部材を装着する前の状態を示す斜視図である。
【図１０】ボールねじナットへ転動体循環部材を装着した状態を示す斜視図である。
【図１１】ボールねじナットへ転動体循環部材及び固定部材を装着した状態を示す斜視図である。
【図１２】ボールねじナットへの固定部材の装着過程を示す説明図である。
【図１３】ボールねじナット及びボールねじ軸のボールねじ溝と固定部材の装着状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す正面図であり、図２は、ラック軸を示す正面図である。
図中、１は操舵ギヤ機構であって、この操舵ギヤ機構１は、ピニオン機構２とラック機構３とを備えている。
【００１７】
ピニオン機構２はピニオンハウジング４に回転自在に支持されたピニオン軸５を備えている。このピニオン軸５は、図示しないステアリングシャフト等を介してステアリングホイールに連結されている。ラック機構３はラックハウジング６に摺動可能に支持されたラック軸７を備えている。ピニオン軸５とラック軸７は噛合しており、ピニオン軸５に伝達される回転力がラック軸７によって直動力に変換される。
ラック軸７は、図２に示すように、ピニオン軸５が噛合するラック部８と、このラック部８の右方に形成された螺旋状のゴシックアーク断面形状のボールねじ溝９ａを有するボールねじ軸９とを備えている。
【００１８】
そして、ラック軸７の右端側に電動パワーステアリング装置１０が配置されている。この電動パワーステアリング装置１０は、本発明に係るボールねじ機構１１と、操舵補助用電動モータ１２と、ボールねじ機構としてのボールねじ機構１１と電動モータ１２との間を連結する減速機構１３とで構成されている。
ボールねじ機構１１は、図３に示すように、ラック軸７のボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに転動体としてのボール１４を介して螺合するボールねじナット１５を備えている。このボールねじナット１５は、ラックハウジング６における図１の右端部に形成された軸受収容部１６に収容された転がり軸受１７によって回転自在に支持されている。この転がり軸受１７は、内輪１７ａがボールねじナット１５と一体に形成された内輪１７ａと、この内輪１７ａにボール１７ｂを介して連結され軸受け収容部１６に固定支持された外輪１７ｃとで構成されている。
【００１９】
また、操舵補助用電動モータ１２は、ラックハウジング６の軸受収容部１６の半径方向外方に一体に形成されたモータ支持部１８のピニオン機構２側に固定支持され、その回転軸１２ａがモータ支持部１８に形成された貫通孔１８ａを通じて反対側に突出されている。この操舵補助用電動モータ１２は、図１に示すように、モータ制御装置３０によって回転駆動される。このモータ制御装置３０は、ステアリングホイール（図示せず）に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ３０ａと、車速を検出する車速センサ３０ｂとを有し、トルクセンサ３０ａで検出した操舵トルク及び車速センサ３０ｂで検出した車速に基づいて操舵補助トルク指令値を算出し、算出した操舵補助トルク指令値に基づいて操舵補助用電動モータ１２で必要な操舵補助トルクを発生させるモータ駆動電流を求め、このモータ駆動電流を操舵補助用電動モータ１２に出力する。
【００２０】
さらに、減速機構１３は、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａの先端に取付けられた小径プーリ１９と、前述したボールねじナット１５の半径方向外方に一体に形成された大径プーリ２０と、小径プーリ１９及び大径プーリ２０との間に巻装されたタイミングベルト２１とで構成されている。
【００２１】
そして、小径プーリ１９と、大径プーリ２０、及びボールねじ溝９ａを覆うようにカバー２２が軸受収容部１６及びモータ支持部１８に例えばボルト締めされている。
この電動パワーステアリング装置１０では、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを図３の左方から見て時計方向に回転駆動することにより、小径プーリ１９及び大径プーリ２０がタイミングベルト２１によってそれぞれ時計方向に回転駆動され、これに応じてボールねじナット１５が時計方向に回転駆動されるので、ボールねじ軸９すなわちラック軸７が左方に移動され、逆に操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを左方から見て反時計方向に回転駆動することによりラック軸７が右方に移動される。
【００２２】
そして、ラック軸７のラック部８の左端部及びボールねじ軸９の右端部がそれぞれコンロッド２２を介して図示しない転舵輪に連結されている。
そして、ボールねじ機構１１のボールねじナット１５には、図４に示すように、内周面に螺旋状にボール１４が転動するゴシックアーク断面形状のボールねじ溝１５ａが形成されている。また、ボールねじナット１５の軸方向の左右両端部にはそれぞれ軸方向最外側のボールねじ溝１５ａの一部を切り欠いて形成された転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂを備えている。また、ボールねじナット１５には、内周面のボールねじ溝１５ａと外周面との間を軸方向に通って両端の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂ間を連通する転動体戻し通路３２が形成されている。
【００２３】
右端側の転動体循環部材装着部３１Ａは、ボールねじナット１５の軸方向の両端のボールねじ溝１５ａの溝底部に連続して接線方向に転動体戻し通路３２の下面まで延長し、ボールねじナット１５の中心軸と平行な平坦面３１ａと、この平坦面３１ａの前端側に連続してボールねじ溝１５ａの両側の内周面に湾曲延長する湾曲面３１ｂ及び３１ｃと、平坦面３１ａの後端側に連続し転動体戻し通路３２の直径より大きい直径の半円筒面３１ｄと、この半円筒面３１ｄの上端からボールねじ溝１５ａの両側の内周面まで平坦面３１ａと平行に延長する上面３１ｅとを有し、ボールねじナット１５の軸方向端面に開口する切欠凹部で構成されている。そして、半円筒面３１ｄの上面３１ｅに近い位置に半円筒面３１ｄより深さの浅い抜け止め凹部３１ｆがボールねじ溝１５ａに沿うように突出形成されている。
【００２４】
また、左端側の転動体循環部材装着部３１Ｂは、右端側の転動体循環部材装着部３１Ａとは転動体戻し通路３２の中心軸の中心点を挟んで点対称形状に形成されていることを除いては転動体循環部材装着部３１Ａと同一の構成を有し、対応部分には同一部号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００２５】
そして、ボールねじナット１５の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂにはそれぞれ、例えば合成樹脂材で一体成型された転動体循環部材３３が装着されている。この転動体循環部材３３は、図５、図６及び図９に示すように、転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂの湾曲面３１ｂ及び３１ｃ、平坦面３１ａ及び半円筒面３１ｄ及び上面３１ｅに対応する側面形状を有する一対の転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂと、これら転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂの上下方向の中間部から上方側を連結する連結板部３３ｃとで正面から見て門形に形成されている。
【００２６】
そして、転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂの先端部は上面側がボールねじ溝１５ａの欠落部の稜線に沿うように先細形状とされている。また、転動体案内側板部３３ａの後端上部側には抜け止め凹部３１ｆに係合する抜け止め凸部３３ｄが形成されている。また、連結板部３３ｃの下面側はボールねじ軸９のボールねじ溝９ａ内に非接触状態で挿入されてボール１４を接線方向に掬い取るタング部３３ｅが形成されている。このタング部３３ｅの先端位置は、転動体循環部材装着部３１Ａの平坦面３１ａと湾曲面３１ｂ及び３１ｃとの境界位置より半円筒面３１ｄ側となるように設定されている。このため、タング部３３ｅで掬い取ったボール１４はボールねじ溝１５ａから離脱してボールねじ溝１５ａの底面より外周側となる転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂ間の平坦面３１ａに接触することになり、タング部３３ｅをボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに非接触状態で、ボール１４を掬い取ることができる。
【００２７】
そして、タング部３３ｅと転動体案内側板部３３ａ及び３３ｂとで囲まれて転動体戻し通路３２にボール１４を案内する平面から見て略逆Ｌ字状に湾曲し、転動体戻し通路３２と対向する位置で開口する転動体循環路３３ｆが形成されている。また、連結板部３３ｃのタング部３３ｅに対応する上面には、前端面側から上面３１ｅ及び平坦面３１ａと平行でボールねじ溝１５ａの接線方向に延長する蟻溝で構成される係合溝３３ｇが形成されている。
【００２８】
そして、転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに例えば合成樹脂材製の固定部材３５が係合されている。この固定部材３５は、転動体循環部材３３の軸方向外側への抜け出しを防止するもので、図５、図６及び図１０に示すように、ボールねじナット１５のボールを掬い取った後のボールねじ溝１５ａに係合するようにボールねじ溝１５ａの螺旋形状に合わせた形状のアーム部３６と、このアーム部３６の下端側に形成された転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに係合する蟻溝係合凸部で構成される係合凸部３７とを備えている。
【００２９】
ここで、アーム部３６の断面形状は、図１２に示すように、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに係合する上部側は、図１２（ｃ）に示すようにボールねじ溝１５ａのゴシックアークに２箇所で線接触するボール１４の直径と等しい円筒面３６ａとされ、この円筒面３６ａの中心点ｏを通る水平線Ｌｈより所定距離上方側が円筒面３６ａの直径より狭い幅の二面幅３６ｂとされ、水平線Ｌｈより下側が二面幅３６ｂの幅と等しい直径の円筒面３６ｃとされている。
【００３０】
また、アーム部３６は、図１２（ａ）に示すように、左右方向の中心線である螺旋中心軌道Ｒａがボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａの中心を通る垂線である螺旋中心軌道Ｒｇに対して軸方向外側に僅かな距離ΔＬ分だけオフセットされている。さらに、係合凸部３７は、図７（ｂ）に示すように、転動体循環部材装着部３１Ａの上面３１ｅに沿って転動体循環部材装着部３１Ａの内方の半円筒面３１ｄの近傍まで突出延長されている。
【００３１】
そして、ボールねじナット１５の軸方向両端に形成された転動体循環部材装着部３１Ａへの転動体循環部材３３の装着は以下のようにして行う。
すなわち、先ず、図９に示すように、転動体循環部材装着部３１Ａの軸方向外側に転動体循環部材３３を対向させ、この状態で、転動体案内側板部３３ｂ側からボールねじナット１５の軸方向に左側に移動させて、平坦面３１ａ、湾曲面３１ｂ，３１ｃ、半円筒面３１ｄ及び上面３１ｅで構成される切欠凹部内に挿入する。そして、最後に抜け止め凸部３３ｄを抜け止め凹部３１ｆ内に係合させて、図１０に示すように、転動体循環部材３３の転動体案内側板部３３ａの軸方向端面をボールねじナット１５の軸方向端面と面一とする。
【００３２】
その後、図１０に示すように、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ａをボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに対向させるとともに、係合凸部３７を転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに対向させる。この状態を保って、固定部材３５の係合凸部３７を転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに係合させて押し込む。
このとき、前述したように、固定部材３５のアーム部３６の螺旋中心軌道Ｒａが、図１２（ａ）に示すように、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａの螺旋中心軌道Ｒｇに対してボールねじナット１５の軸方向外側に距離ΔＬだけオフセットされている。このため、固定部材３５をボールねじ溝１５ａ側に押し込むと、先ず、図１２（ｂ）に示すように、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ａがボールねじ溝１５ａの軸方向外側のゴシックアーク面に接触する。
【００３３】
この状態で、さらに固定部材３５を押し込むと、アーム部３６がボールねじ溝１５ａに倣って弾性変形して、図１２（ｃ）に示すように、円筒面３６ａがボールねじ溝１５ａの双方のゴシックアーク面に接触することになり、アーム部３６の螺旋中心軌道Ｒａとボールねじ溝１５ａの螺旋中心軌道Ｒｇとが一致する状態となる。このため、アーム部３６の弾性変形の反力によって固定部材３５の軸方向への移動が規制される。このとき、固定部材３５と転動体循環部材３３とは係合凸部３７及び係合溝３３ｇが係合しているので、転動体循環部材３３の軸方向移動も規制され、転動体循環部材３３の軸方向外側への抜け出しが確実に阻止される。
【００３４】
しかも、係合溝３３ｇが蟻溝とされ、係合凸部が蟻溝係合凸部とされているので、転動体循環部材３３に対する固定部材３５のボールねじ溝１５ａの螺旋方向へ移動が規制されるので、固定部材３５が転動体循環部材３３から螺旋方向に分離することが阻止される。
さらに、転動体循環部材３３には抜け止め凸部３３ｄが形成され、この抜け止め凸部３３ｄが転動体循環部材装着部３１Ａの抜け止め凹部３１ｆに係合しているので、抜け止め凸部３３ｄと固定部材３５とでボールねじナット１５の一部を挟持することになり、転動体循環部材３３のボールねじ軸９側への抜け出し及び回動が確実に阻止される。
【００３５】
このため、転動体循環部材３３が転動体循環部材装着部３１Ａにあらゆる方向の移動が阻止されて保持されることになり、この状態で、転動体循環部材３３と固定部材との接触面を融着や接着等の固定手段で一体化することにより、転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ａに抜け出し不能に保持することができる。
そして、この転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ａへ装着して固定部材３５で固定した状態では、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ｃとボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとは、図１３に示すように、円筒面３６ｃがボールねじ溝９ａに対してクリアランスΔｘを生じて非接触状態となる。
【００３６】
したがって、ボールねじナット１５が回転しても固定部材３５がボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに摺接することはないので、摩擦抵抗による運動伝達効率の低下や磨耗を生じることがなく、回転運動を直線運動に円滑に変換することができるとともに、転造軸のようにリード精度の劣るボールねじ軸や隙間で組まれたボールねじなどを適用しても不都合を生じることはない。
【００３７】
また、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ｃとボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとのクリアランスΔｘを転動体循環部材３３の係合溝３３ｇと固定部材３５の係合凸部３７との係合長さより小さく設定することにより、何らかの原因で転動体循環部材３３から固定部材３５が離脱した場合に、固定部材３５のアーム部３６の円筒面３６ｃがボールねじ軸９のボールねじ溝９ａに接触することにより、固定部材３５の脱落を防止することができる。
【００３８】
また、転動体循環部材３３側に係合溝３３ｇを形成し、固定部材３５側に係合凸部３７を形成するようにしているので、図７（ｂ）に示すように、係合凸部３７の長さを転動体循環部材装着部３１Ａの上面３１ｅに沿わせて内方に延長させることができ、係合溝３３ｇと係合凸部３７との係合長さを長くとることが可能となり、固定部材３５と転動体循環部材３３との結合強度を十分に高めることができる。
【００３９】
因みに、図８に示すように、転動体循環部材３３側に係合凸部３３ｈを形成する場合には、転動体循環部材３３の転動体循環部材装着部３１Ａへの装着の邪魔にならないようにする必要があり、ボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとこれに対向するボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａとで形成される空間内に収めざるを得ず、係合凸部３３ｈの長さに大幅な制限があり、転動体循環部材３３と固定部材３５との結合強度が低下してしまう。したがって、転動体循環部材３３と固定部材３５との結合強度を高めるには、係合凸部を固定部材３５側に形成することが望ましいことになる。
【００４０】
また、転動体循環部材装着部３１Ｂへの転動体循環部材３３の装着も、上記と同様に、転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ｂに装着した後に、固定部材３５の係合凸部３７を転動体循環部材３３の係合溝３３ｇに係合させながらボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに接触させることにより、転動体循環部材３３を転動体循環部材装着部３１Ｂに抜け出しを防止しながら確実に保持させることができる。
このように、転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれに転動体循環部材３３を装着し、これら転動体循環部材３３を固定部材３５で固定することにより、エンドデフレクタ方式のボール１４の循環路が形成される。
【００４１】
すなわち、ボールねじナット１５を正転（又は逆転）させることにより、例えば転動体循環部材装着部３１Ａ（又は３１Ｂ）に装着された転動体循環部材３３によってボールねじ軸９のボールねじ溝９ａとボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａ間に介挿されたボール１４が転動体循環部材３３のタング部３３ｅによって掬い取られて転動体循環部材３３の転動体循環路３３ｆを通って転動体戻し通路３２に送られる。
この転動体戻し通路３２へ送られたボール１４は、反対側の転動体循環部材装着部３１Ｂ（又は３１Ａ）に装着された転動体循環部材３３の転動体循環路３３ｆを通ってボールねじナット１５の先端側（又は後端側）のボールねじ軸９のボールねじ溝９ａ及びボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａ間に戻される。
【００４２】
次に、上記実施形態における電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
今、ステアリングホイール（図示せず）に操舵トルクが入力されていない非操舵状態では、トルクセンサ３０ａで検出される操舵トルクが零であるので、モータ制御装置３０で演算される操舵補助トルク指令値も零となり、モータ駆動電流も零となり、操舵補助用電動モータ１２は停止状態となっている。
【００４３】
この非操舵状態から、ステアリングホイール（図示せず）を例えば右（又は左）操舵することにより、トルクセンサ３０ａで操舵トルクが検出されると、モータ制御装置３０で、操舵トルクと車速センサ３０ｂで検出した車速とに基づいて操舵補助トルク指令値が算出され、この操舵補助トルク指令値に基づいて正転（又は）逆転のモータ電流が決定され、このモータ電流が操舵補助用電動モータ１２に供給されることにより、この操舵補助用電動モータ１２が必要な操舵補助トルクを発生するように回転駆動される。
【００４４】
この操舵補助用電動モータ１２の回転力は、減速機構１３を介してボールねじ機構１１のボールねじナット１５に伝達されて、このボールねじナット１５を図３の右側面から見て反時計（又は時計）方向に回転駆動し、これによってボールねじ軸９すなわちラック軸７を左動（又は右動）させてステアリングホイール（図示せず）からピニオン軸５に伝達される操舵トルクを補助する。したがって、ステアリングホイール（図示せず）を軽い操舵力で操舵することができる。
【００４５】
このように電動パワーステアリング装置１０のボールねじナット１５が操舵補助用電動モータ１２によって回転駆動されると、これに応じた前述したように、ボールねじナット１５の転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれに装着した転動体循環部材３３とボールねじナット１５に形成した転動体戻し通路３２とによって、ボールねじナット１５の回転に伴うボール１４の循環をスムーズに行うことができる。
【００４６】
このとき、前述したように、ボールねじナット１５の軸方向両端に設けた転動体循環部材装着部３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれに転動体循環部材３３が装着され、装着された転動体循環部材３３に、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａに係合する固定部材３５を結合するので、ボールねじ軸９と非接触で転動体循環部材３３の軸方向の移動を確実に防止することができる。
したがって、電動パワーステアリング装置１０自体の運動伝達効率も向上させることができるとともに、磨耗の発生を防止し、操舵補助制御を円滑に行うことができる。
【００４７】
なお、上記実施形態において、固定部材３５のアーム部３６の断面形状は、上述した円筒面３６ａ、二面幅３６ｂ及び円筒面３６ｃで形成する場合に限るものではなく、ボールねじナット１５のボールねじ溝１５ａのゴシックアーク断面形状に倣った断面形状としてボールねじ溝１５ａに面接触させることもでき、さらには左右で非対称の例えばＤ字断面形状とすることにより、ボールねじ溝１５ａの軸方向外側面にのみ接触させることができる。これらの断面形状の選択は、固定部材３５に求められる強度や、バネ定数、アーム部３６の成型精度等を考慮して決定することが好ましい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、転動体循環部材３３に係合溝３３ｇを形成し、固定部材３５に係合凸部３７を形成した場合について説明したが、転動体循環部材３３及び固定部材３５間に大きな連結強度を要求されない場合には、転動体循環部材３３に係合凸部を形成し、固定部材３５に係合溝を形成するようにしてもよい。さらに、係合溝３３ｇと係合凸部３７を嵌合させる場合には、転動体循環部材３３及び固定部材３５の融着を省略することもでき、溶着に代えて加締めるようにしてもよく、要は転動体循環部材３３と固定部材３５とが一体に連結されればよいものであり、両者の固定方法については限定されるものではない。
【００４９】
また、上記実施形態においては、減速機構１３を小径プーリ１９、大径プーリ２０及びタイミングベルト２１で構成した場合について説明したが、タイミングベルト２１に代えて通常のベルトを適用することもでき、さらに減速ギヤ機構を適用することもでき、任意の減速機構を採用することができる。
また、上記実施形態においては、本発明に係るボールねじ機構を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係るボールねじ機構は工作機械やアクチュエータなどの他の任意の産業機械に適用することができる。この場合、ボールねじナット１５を回転する場合に代えて、ボールねじ軸９を回転させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…操舵ギヤ機構、２…ピニオン機構、３…ラック機構、５…ピニオン軸、７…ラック軸、８…ラック部、９…ボールねじ軸、９ａ…ボールねじ溝、１０…電動パワーステアリング装置、１１…ボールねじ機構、１２…操舵補助用電動モータ、１３…減速機構、１４…ボール、１５…ボールねじナット、１５ａ…ボールねじ溝、３１Ａ，３１Ｂ…転動体循環部材装着部、３１ａ…平坦面、３１ｂ，３１ｃ…湾曲面、３１ｄ…半円筒面、３１ｅ…上面、３１ｆ…抜け止め凹部、３２…転動体戻し通路、３３…転動体循環部材、３３ａ，３３ｂ…転動体案内側板部、３３ｃ…連結部、３３ｄ…抜け止め凸部、３３ｅ…タング部、３３ｆ…転動体循環路、３３ｇ…係合溝、３５…固定部材、３６…アーム部、３７…係合凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を形成したナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのねじ溝間及び前記転動体戻し通路内に介装された多数の転動体と、前記ねじ軸のねじ溝及び前記ナットのねじ溝間の転動体を前記転動体戻し通路に案内する転動体循環路を形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材とを備えたボールねじ機構であって、
前記ナットのねじ溝に係合し、前記転動体循環部材と連結される固定部材を備えたことを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記固定部材は、前記転動体循環部材に円周方向と交差する方向に摺動可能に連結され、前記ナットのねじ溝の軸方向外側面に係合して当該循環部材本体の軸方向の移動を規制するアーム部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項３】
前記アーム部の螺旋中心軌道は、前記ナットのねじ溝の螺旋中心軌道に対して軸方向外側にオフセットされていることを特徴とする請求項２に記載のボールねじ機構。
【請求項４】
前記固定部材の前記アーム部及び前記転動体循環部材の連結部の一方に、円周方向と交差する方向に延長する係合溝を形成し、他方に前記係合溝に係合する係合凸部を形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のボールねじ機構。
【請求項５】
前記係合溝は蟻溝で構成され、前記係合凸部は前記蟻溝に係合する蟻溝係合凸部で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のボールねじ機構。
【請求項６】
前記係合溝は、前記転動体循環部材側に形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のボールねじ機構。
【請求項７】
前記固定部材は、前記係合凸部を前記係合溝に嵌合させた状態で前記転動体循環部材に融着されて固定されていることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項８】
前記固定部材のアーム部と前記ねじ軸のねじ溝との間のクリアランスは、前記係合溝と係合凸部との係合長さより短く設定されていることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項９】
前記転動体循環部材と前記固定部材とは異なる素材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項１０】
前記ナットのねじ溝における軸方向外側面は研磨加工されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載のボールねじ機構のねじ軸を、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸に連結するとともに、当該ボールねじ機構のナットを回転駆動する電動モータを設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応するねじ溝を内周面に形成するとともに、軸方向に貫通する転動体戻し通路を形成したナットと、前記ねじ軸及び前記ナットのねじ溝間及び前記転動体戻し通路内に介装された多数の転動体と、前記ねじ軸のねじ溝及び前記ナットのねじ溝間の転動体を前記転動体戻し通路に案内する転動体循環路を形成して前記ナットの両端面に配置される転動体循環部材とを備えたボールねじ機構であって、
前記ナットのねじ溝に係合し、前記転動体循環部材と連結される固定部材を備えたことを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記固定部材は、前記転動体循環部材に円周方向と交差する方向に摺動可能に連結され、前記ナットのねじ溝の軸方向外側面に係合して当該循環部材本体の軸方向の移動を規制するアーム部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ機構。
【請求項３】
前記アーム部の螺旋中心軌道は、前記ナットのねじ溝の螺旋中心軌道に対して軸方向外側にオフセットされていることを特徴とする請求項２に記載のボールねじ機構。
【請求項４】
前記固定部材の前記アーム部及び前記転動体循環部材の連結部の一方に、円周方向と交差する方向に延長する係合溝を形成し、他方に前記係合溝に係合する係合凸部を形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のボールねじ機構。
【請求項５】
前記係合溝は蟻溝で構成され、前記係合凸部は前記蟻溝に係合する蟻溝係合凸部で構成されていることを特徴とする請求項４に記載のボールねじ機構。
【請求項６】
前記係合溝は、前記転動体循環部材側に形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のボールねじ機構。
【請求項７】
前記固定部材は、前記係合凸部を前記係合溝に嵌合させた状態で前記転動体循環部材に融着されて固定されていることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項８】
前記固定部材のアーム部と前記ねじ軸のねじ溝との間のクリアランスは、前記係合溝と係合凸部との係合長さより短く設定されていることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項９】
前記転動体循環部材と前記固定部材とは異なる素材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項１０】
前記ナットのねじ溝における軸方向外側面は研磨加工されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のボールねじ機構。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れかに記載のボールねじ機構のねじ軸を、ステアリング機構を構成するピニオン軸に螺合するラック軸に連結するとともに、当該ボールねじ機構のナットを回転駆動する電動モータを設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−２４３２１（Ｐ２０１３−２４３２１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９２４４（Ｐ２０１１−１５９２４４）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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