JP2004353835A - ボールねじおよびこれを用いる電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールねじの転動体を滑らかに循環させること。
【解決手段】ボールねじ２６の回転筒２５とねじ軸２９とは、転動体３０を介して螺合している。転動体３０は、例えばＵ字状のチューブからなる循環路３５を介して、回転筒２５とねじ軸２９との間に設けられる螺旋軌道Ｓ内を循環される。循環路３５の一端３７から他端３８に至る軌道の長さＬを所定の値に設定することで、循環路３５の一端３７および他端３８に位置する転動体３０を互いに同じ方向に自転させ、回転筒２５の対応する第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２に位置する転動体３０と滑らかに転がり接触させる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじおよびこれを用いる電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用の電動パワーステアリング装置には、電動モータの出力を、ボールねじを介して転舵軸（ラック軸）に伝えるいわゆるラックアシストタイプのものがある。
図４は、ボールねじの従来例を示す断面図である。図４を参照して、ボールねじ１００は、例えば上記転舵軸の一部に形成される、外周にねじ溝を有するねじ軸１０１と、このねじ軸１０１を取り囲むと共に内周にねじ溝を有する回転筒１０２とを備える。回転筒１０２は、複数の転動体１０３を介してねじ軸１０１に螺合している。各転動体１０３は、上記両ねじ溝により形成される螺旋軌道１０４内を転動し、例えばその一端１０４Ａ側から循環路１０５を通って他端１０４Ｂ側へと循環するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８１１５５号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ボールねじ１００において、螺旋軌道１０４内に位置する転動体１０３は、ねじ軸１０１に対する回転筒１０２の相対回転（例えば、矢印Ｒ方向への回転）に伴い、互いに同じ方向（白抜き矢符方向）に自転する。
一方、循環路１０５内に位置する転動体１０３は、隣り合う転動体１０３同士が接触摩擦によって互いに反対方向（例えば、黒塗り矢符方向）に自転する。このため、循環路１０５の一端１０５Ａおよび他端１０５Ｂにおける転動体１０３の自転方向が互いに反対となる場合がある。この場合、循環路１０５の例えば他端１０５Ｂに位置する転動体１０３Ａと、螺旋軌道１０４の他端１０４Ｂに位置する転動体１０３Ｂとは、互いの自転（動き）を妨げる摩擦力が作用するように接触してしまい、玉詰まりを起こす虞があった。
【０００５】
同様の課題は、電動パワーステアリング装置のボールねじに限らず、循環路を有する他の一般のボールねじにおいても存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、転動体を滑らかに循環させることのできるボールねじ、およびこれを用いる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、回転筒の内周に形成される螺旋溝の長手方向に沿って離隔する第１の位置と第２の位置との間に実質的な螺旋軌道が設けられ、一端および他端が上記回転筒の対応する上記第１の位置と第２の位置にそれぞれ接続される循環路を介して上記実質的な螺旋軌道に複数の転動体が循環されるボールねじにおいて、上記循環路の一端から他端に至る軌道の長さＬが、下記式（１）を満たすことを特徴とするボールねじを提供する。
【０００７】
（２ｎ＋１）＊ｄ＜Ｌ＜（２ｎ＋２）＊ｄ・・・・・（１）。
ここで、ｎ：任意の整数、ｄ：転動体の直径。
本発明によれば、循環路の両端における転動体の相互の自転方向を合わせることができる。これにより、循環路の一端および他端に位置する転動体と、回転筒の対応する第１および第２の位置に位置する転動体とをそれぞれ、互いの自転を妨げないように滑らかに転がり接触させることができる。したがって、循環路への転動体の出入りを滑らかにして玉詰まりを良好に防止できる。
【０００８】
第２発明は、操舵補助用の電動モータと、転舵輪を転舵するための転舵軸とを備え、上記電動モータの出力軸の回転を、請求項１記載のボールねじを用いて上記転舵軸の軸方向移動に変換することを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供する。本発明によれば、電動モータのトルクを転舵軸にむらなく伝達して良好な操舵フィーリングを達成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式的断面図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連なる第１の操舵軸３と、中間軸４を介して舵取機構５に連なる第２の操舵軸６と、第１および第２の操舵軸３、６を同軸的に連結するトーションバー７と、このトーションバー７を介する第１および第２の操舵軸３、６の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、トルクセンサ８により検出されるトルクや車速センサ９により検出される車速等に基づいて制御部１０により駆動制御される操舵補助用の電動モータ１１とを備える。
【００１０】
舵取機構５は、中間軸４に連結されるピニオン軸１２の端部に設けられるピニオン１３と、このピニオン１３に噛み合い、転舵輪１４を転舵するための転舵軸１５と、転舵軸１５の両端にタイロッド１６を介して連結され、転舵輪１４を支持するナックルアーム１７とを備える。
転舵軸１５の軸方向の移動により、ナックルアーム１７が回動されて転舵輪１４の転舵が達成される。転舵軸１５は図示しない軸受を介してハウジング１８に軸方向に移動自在に支持されている。電動モータ１１のハウジングの一端部は、ハウジング１８の連結口１９に嵌合され、図示しない固定ねじ等によりハウジング１８に固定されている。
【００１１】
電動モータ１１の出力、すなわち、電動モータ１１の出力軸２０の回転は、この出力軸２０に連結軸２１を介して連結された小歯車２２、およびこの小歯車２２に噛み合い転舵軸１５を包囲する大歯車２３を含む減速機構２４に伝えられるようになっている。
減速機構２４に伝えられた電動モータ１１の出力は、さらに、この減速機構２４の大歯車２３と一体回転する回転筒２５を含みこの回転筒２５の回転を転舵軸１５の軸方向移動に変換する変換機構としてのボールねじ２６に伝えられ、転舵軸１５に操舵捕助力が与えられるようになっている。
【００１２】
具体的には、電動モータ１１の出力軸２０には、例えばスプラインを用いる継手２７を介して連結軸２１の一端部が一体回転可能に連結されている。連結軸２１は、軸受２８を介してハウジング１８に回転自在に支持されている。連結軸２１の他端部には、例えばかさ歯車機構からなる減速機構２４の小歯車２２が一体回転可能に連結されている。
ボールねじ２６は、ボールナットからなる前述の回転筒２５と、転舵軸１５の一部に形成され、その軸線回りの回転が規制されるねじ軸２９と、例えばボールからなる複数の転動体３０とを備える。
【００１３】
回転筒２５の外周には、大歯車２３が図示しないキー等を介して固定されている。回転筒２５の両端部は、一対の軸受３１、３２を介してハウジング１８に回転自在に支持されると共に、上記軸受３１、３２によって、対応する軸方向への移動を規制されている。
この回転筒２５の内周３９には、螺旋溝としてのねじ溝３３が形成されており、ねじ軸２９を取り囲んでいる。回転筒２５のねじ溝３３のうち、このねじ溝３３の長手方向に沿って離隔する第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の部分、およびねじ軸２９の外周に形成されるねじ溝３４により、螺旋軌道Ｓが設けられている。
【００１４】
螺旋軌道Ｓ内には、転動体３０が複数配設されている。上記の構成により、回転筒２５とねじ軸２９とは転動体３０を介して螺合し、回転筒２５の回転に伴いねじ軸２９が軸方向に移動する。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図２を参照して、転動体３０は、例えばＵ字状のチューブからなる循環路３５を介して、螺旋軌道Ｓ内を循環されるようになっている。
【００１５】
具体的には、回転筒２５の第１の位置および第２の位置Ｐ１，Ｐ２に循環路挿通孔３６がそれぞれ形成され、循環路３５の対応する一端３７および他端３８が挿通されている。循環路３５は、図示しない押さえ部材を介して回転筒２５に固定されている。
循環路３５の一端３７および他端３８は、回転筒２５の対応する第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ接続され、循環路３５の軌道Ｋと螺旋軌道Ｓとの相互の接続を達成している。すなわち、循環路３５の軌道Ｋ、および螺旋軌道Ｓからなる無限軌道が形成されている。
【００１６】
循環路３５の軌道Ｋおよび螺旋軌道Ｓの径（太さ）は、転動体３０の直径ｄと略等しくされ、転動体３０が上記軌道Ｋおよび螺旋軌道Ｓの略全域に亘って数珠状に配設されている。また、循環路３５の一端３７から他端３８に至る軌道の長さＬは、下記式（１）を満たすように設定されている。
（２ｎ＋１）＊ｄ＜Ｌ＜（２ｎ＋２）＊ｄ・・・・・（１）
ここで、ｎ：任意の整数、ｄ：転動体３０の直径。
【００１７】
より具体的には、上記軌道長さＬは、循環路３５の軌道Ｋ内を転動体３０の略中心部が通過する際の軌跡の長さを示す。
式（１）の意味するところは下記である。すなわち、上記式（１）を転動体３０の直径ｄで割ると、２ｎ＋１＜Ｌ／ｄ＜２ｎ＋２、となる。さらにこのＬ／ｄのうち、小数点以下の値を切り捨てて整数化すると、循環路３５内に完全に収容され得る転動体３０の個数Ｙ（Ｙは奇数）が求まる。すなわち、Ｌ／ｄ＝Ｙ＋αとなる。この場合、αの範囲は０＜α＜１であるが、好ましくは０．２＜α＜０．８であり、さらに好ましくは０．４＜α＜０．６である。
【００１８】
例えばｎ＝１０、ｄ＝４ｍｍとすると、軌道長さＬは、８４ｍｍ＜Ｌ＜８８ｍｍとなる（例えば、本実施の形態では、Ｌ＝２１．５ｄ＝８６ｍｍ、Ｌ／ｄ＝２１．５、Ｙ＝２１、α＝０．５）。
上記の構成により、転動体３０は以下のように動作する。すなわち、電動モータ１１の出力を受けて回転筒２５が一方向（例えば、矢印Ｃ方向）に回転されると、螺旋軌道Ｓ内に位置する各転動体３０は、回転筒２５の回転を受けて白抜き矢符方向に自転しながら、ねじ軸２９の周りを矢印Ａ方向に公転する。すなわち、螺旋軌道Ｓ内の各転動体３０は、互いに同じ方向に自転する。
【００１９】
一方、循環路３５の軌道Ｋ内に位置する各転動体３０は、隣り合う転動体同士が接触摩擦によって互いに反対方向（例えば、黒塗り矢符方向）に自転しつつ、循環路３５内を一端３７から他端３８に向けて矢印Ｂ方向に移動する。
このように、本実施の形態によれば、循環路３５の軌道Ｋの長さＬを、式（１）を満たす値に設定することで、循環路３５側に位置する転動体３０、すなわち、隣接し合う転動体同士が相互に反対方向に自転する領域の転動体３０の個数を奇数にでき、循環路３５の一端３７および他端３８における転動体３０の相互の自転方向を合わせることができる。これにより、循環路３５の一端３７および他端３８に位置する転動体３０と、回転筒２５の対応する第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２に位置する転動体３０とをそれぞれ、互いの自転を妨げないように滑らかに転がり接触させることができる。したがって、循環路３５への転動体３０の出入りを滑らかにして玉詰まりを良好に防止できる。
【００２０】
また、転動体３０の玉詰まりを良好に防止できるので、回転筒２５を極めて滑らかに回転でき、電動モータ１１のトルクを転舵軸１５にむらなく伝達して良好な操舵フィーリングを達成できる。
図３は、本発明の他の実施の形態の電動パワーステアリング装置４０の要部の概略構成を示す模式的断面図である。図１および図２に示す実施の形態では、電動モータ１１とボールねじ２６とを非同軸上に配置し、電動モータ１１の出力を、減速機構２４を介してボールねじ２６に伝える構成を説明したが、本実施の形態では、図３に示すように、例えばブラシレスモータからなる電動モータ４１とボールねじ４２とを同軸上に配置し、電動モータ４１の出力を直接ボールねじ４２に伝えるようにしている。なお、図３に示す実施の形態において、図１および図２に示す実施の形態と同様の構成には図に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
電動モータ４１の筒状の出力軸４３は、ボールねじ４２の回転筒４４と例えば単一の部材により一体に形成されており、この回転筒４４と同心かつ一体回転可能となっている。電動モータ４１の出力軸４３の外周にはロータ部４５が固定されている。ロータ部４５は、環状のステータ部４６に取り囲まれている。ステータ部４６は、ハウジング４７に固定されている。ボールねじ４２の回転筒４４および電動モータ４１の出力軸４３は、対応する軸受４８，４９，５０を介して、ハウジング４７に回転自在に支持されると共に、上記軸受４８，４９，５０によって、軸方向への移動を規制されている。
【００２２】
本実施の形態においても、図１および図２に示す実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、循環路として、こまやエンドキャップを用いても良い。また、ねじ軸の回転を回転筒の軸方向移動に変換する構成であっても良い。さらに、本発明のボールねじを、電動パワーステアリング装置以外の他の一般の装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の概略構成を示す模式的断面図である。
【図４】ボールねじの従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置
１１ 電動モータ
１４ 転舵輪
１５ 転舵軸
２０ 出力軸
２５ 回転筒
２６ ボールねじ
３０ 転動体
３３ ねじ溝（螺旋溝）
３５ 循環路
３７ 一端
３８ 他端
３９ 内周
４０ 電動パワーステアリング装置
４１ 電動モータ
４２ ボールねじ
４３ 出力軸
４４ 回転筒
ｄ 転動体の直径
Ｋ 軌道
Ｌ 軌道の長さ
ｎ 任意の整数
Ｐ１ 第１の位置
Ｐ２ 第２の位置
Ｓ 螺旋軌道

Claims (2)

1. 回転筒の内周に形成される螺旋溝の長手方向に沿って離隔する第１の位置と第２の位置との間に実質的な螺旋軌道が設けられ、一端および他端が上記回転筒の対応する上記第１の位置と第２の位置にそれぞれ接続される循環路を介して上記実質的な螺旋軌道に複数の転動体が循環されるボールねじにおいて、
   上記循環路の一端から他端に至る軌道の長さＬが、下記式（１）を満たすことを特徴とするボールねじ。
   （２ｎ＋１）＊ｄ＜Ｌ＜（２ｎ＋２）＊ｄ・・・・・（１）
   ここで、ｎ：任意の整数、ｄ：転動体の直径。
2. 操舵補助用の電動モータと、
   転舵輪を転舵するための転舵軸とを備え、
   上記電動モータの出力軸の回転を、請求項１記載のボールねじを用いて上記転舵軸の軸方向移動に変換する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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