JP2005337412A - 減速機構付きねじ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】
コンパクトで大減速比を実現しがたの小さな減速機構付きねじ機構を提供することを目的とする。
【解決手段】
ロッド（ラック）１にねじを切り、これに噛み合うナット２を回転させてロッド１を直動させるねじ機構において、ナット２に歯車３を設け、その歯車３に、オルダム機構６で自転を防止する旋回歯車５を噛み合わせた減速機構を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転を直動に変換するねじ機構に関わり、特に減速比が大きいうえにコンパクトな減速機構を付加したねじ機構に関する。本発明のねじ機構は自動車の電動ステアリング装置に用いるのに適している。

従来の減速機構を付加したねじ機構として、特許文献１に開示された動力操向装置があげられる。この減速機構は、ナットに外歯歯車を設け、それよりも歯数の多い内歯歯車を偏心して噛み合わせ、その内歯歯車を回転駆動するものであり、内歯歯数／外歯歯数だけの減速比が取れる。モータは低回転で高トルクよりも高回転で低トルク仕様の方が小形化可能であるため、この減速機構によりモータの小形化を実現でき、装置全体の小形化を可能とした。また、この小形化した分を磁気回路や電気回路の容積増加に用いると、モータの高効率化も可能となる。

実開平６−３９６６６号

しかし、この機構でモータの一層の小形化または高効率化をねらって減速比を増大させると、内歯歯車の歯数の増大が必要になり、内歯歯車径の拡大と偏心量の増大で、機構全体では逆に大型化してしまうという課題があった。

本発明の第一の目的は、大減速比とコンパクト化を両立させた減速機構付きねじ機構を提供することにある。また、第二の目的は、がたの低減を可能とした減速機構付きねじ機構を提供することにある。さらに、第三の目的は、大出力を可能とするボールねじ機構を提供することにある。

上記第一の目的を達成するための第一の手段として、ねじを設けたロッドとそのねじに噛み合うナットとナットの回転駆動源とを有するねじ機構と、その回転駆動源の回転速度を前記ナットに減速して伝える減速機構とを備えた減速機構付きねじ機構において、前記減速機構に、前記ナットに同心に固定配置する回転歯車とその回転歯車に噛み合いながらその中心軸を中心に旋回運動する旋回歯車とその旋回運動を実現する旋回運動実現手段とその旋回歯車の自転を防止する自転防止手段とにより実現した。
また、上記第一の目的を達成するための第二の手段として、上記第一の手段とともに、前記回転歯車を内歯歯車とし、前記旋回歯車を外歯歯車にするとよい。
また、上記第一の目的を達成するための第三の手段として、上記前記第一または第二の手段とともに、前記公転運動実現手段を、前記旋回歯車の中心に旋回軸受を設け、その旋回軸受に偏心部を挿入し前記ロッドが貫通するクランクシャフトとそのクランクシャフトに固定配置されるロータを有する中空モータとした。
また、上記第一または第二の目的を達成するための第四の手段として、上記第三の手段とともに、前記自転防止手段をオルダム機構とした。
また、上記第一または第二の目的を達成するための第五の手段として、上記第三または第四の手段とともに、前記旋回軸受の偏心量が拡大する方向に付勢力を付与する旋回軸受付勢手段を設けた。
また、上記第一または第二の目的を達成するための第六の手段として、上記第五の手段とともに、前記旋回軸受の外輪側または内輪側のはめ合いで少なくとも一箇所をすきまばめとした。
また、上記第一または第二の目的を達成するための第七の手段として、上記第六の手段とともに、前記旋回軸受の外輪側をしまりばめ、内輪側をすきまばめとし、その内輪を偏心量が拡大する方向に付勢する旋回軸受付勢手段を設けた。
また、上記第一乃至第三の目的を達成するための第八の手段として、上記第一乃至七の手段のいずれか一つとともに、前記ねじ機構をボールねじとした。

本発明によれば、減速機構を大型化することなく減速比を増大できる。このため、その増大分をねじ機構の減速比の低減に割り振ると、ねじのリード角を大きく設定することが可能となる。これにより、ねじ機構部の効率向上を図ることができ、装置を大型化することなく高効率化を実現できる。また、ねじリード角を大きく設定できることで、逆効率を向上でき、大型化することなく装置の信頼性を確保できる効果がある。
また、回転駆動源にモータを用いる場合、減速比の増大でモータの小形化が図れ、装置全体のコンパクト化を実現できる。
また、がたを低減できるため、回転方向を頻繁に変える動作でも、回転入力に対して直動出力が出ない回転角度範囲を狭くすることが可能となり、制御性が向上する。
また、ねじにボールねじを用いる場合、ねじ面の摩擦係数が大幅に低下し、装置の高効率を実現できる。さらに、ねじリード角が大きくできることから、組み込むボールの径を大きくできる。これにより、ボールと転動面の接触面積が拡大し、大推力化を実現できる。

本発明を自動車のラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示すが、詳細説明の前に、自動車のパワーステアリング装置について概要を説明する。図１４は、乗用車で現在主流となっている、ラックピニオン方式のステアリング機構である。主な構成要素は、ステアリングホイール１０１、その回転軸であるステアリングコラム１０２、その下端部に設けられたピニオン１０３、そのピニオン１０３に噛合うラック１を設けたロッド１０４（このロッド自体をラックと称することが多い）、その両端に接続し、その他端で操舵輪１０６と繋がるタイロッド１０５、ロッド１０５に設けられたねじ機構１０７である。これにより、ドライバーがステアリングホイール１０１をまわすと、ステアリングコラム１０２が回転し、下端のピニオン１０３も回転する。ピニオン１０３の回転でそれに噛合うラック１によりロッド１０４が軸方向に直動し、それに繋がるタイロッド１０５が動いて操舵を行う。パワーステアリング装置は、これらの構成要素のいずれかをアシストしてドライバーのステアリングホイール１０１をまわす力を低減するシステムである。

この機構に要求される主な項目は以下である。
ａ．駆動部を入力としロッド１０４の直動を出力とする正方向の機構効率が高い。
ｂ．がたがない（微小入力に対しても，出力が必ず出る）。
ｃ．応答性がよい（ステアリングホイール１０１の操舵方向の急変に対して応答遅れが極めて小さい）。
ｄ．ロッド１０４を軸方向に押す力を入力とし駆動部を出力とする逆方向の機構効率がある程度高い。
ｄの逆効率は、カーブを曲がってステアリングホイール１０１を戻すとき、ステアリングホイール１０１から手を離すと自然に戻る操作性の確保と、縁石に乗り上げた時等の衝撃荷重を機構部にかけないために、ある程度の値が必要である。

アシストの動力源としては、現在のところ、油圧とモータを用いた電動がある。ラックアシストのみ実用化されている油圧パワーステアリング装置に対して、電動パワーステアリング装置には以下に示すタイプが実用化されている。
(1)コラムアシストタイプ。
(2)ピニオンアシストタイプ。
(3)ラックアシストタイプ。

(1)、(2)は、回転-直動変換機構であるラックとピニオンの歯車機構をそのまま用い、コラムまたはピニオンに歯車等の減速機構を介してモータトルクを伝達する機構である。このため、これまでステアリングコラムが一本だけ通っていた箇所にモータと減速機構の配置が必要となる以外、構成が極めて単純であることから、現在のところは電動パワーステアリング装置の主流となっている。しかし、これらの方式では、アシスト力もラックとピニオンの噛み合い部にかかるため、アシスト力が大きい大型車では、ピニオン径を拡大して噛み合い率を高くするか、ピニオン長とラック幅を増大して噛み合い線を長くする必要がある。しかし、前者は比ストローク（ステアリングホイール１回転時のラックストローク）が概略決まっていること、後者はラックを太くする必要があることから、コラムやピニオンアシストタイプ電動パワーステアリングの大型車への搭載は極めて困難であった。

これに対し、(3)は新たな回転-直動変換機構が必要となる反面、アシスト力はラックとピニオンの歯車機構を通らないため、電動パワーステアリング装置を大型車へ搭載する可能性が出てくる。

自動車分野における電動化は、主要な環境対応技術であり、今後の技術開発の主流と考えられる。このため、自動車機器の中でも主要部品であるステアリング装置の電動化は重要な開発項目である。よって、大型車へ展開可能な唯一の方式であるラックアシストタイプ電動パワーステアリング装置の開発は、非常に重要である。

現在、実用化している電動パワーステアリング装置のラックアシスト機構としてはボールねじ機構があり、その他の有力な機構は見出されていない。しかしながら、ボールねじ機構は大出力化に伴って低摩擦係数の確保が困難となる特有の問題を有する。これより、出力に上限があり、大型乗用車よりも大出力を必要とするトラックやバスなどには、搭載不可能である。つまり、これまでは、これら車種のステアリング装置を電動化するための機構が見出されておらず、全車種へ電動パワーステアリング装置を搭載することは不可能であった。

本発明の機構は、上記したボールねじ機構の出力の上限が無いため、全車種へ電動パワーステアリング装置を搭載可能とするものである。

第一の実施例を、図１乃至８に基づいて説明する。図の説明に先立ち、本発明の構成要素とステアリング装置における要素の対応を述べる。

本発明のロッドは、ステアリング装置ではラックと呼称することが多いため、これにならって、以後ラックとする。この呼称変更に対応し、ロッドねじはラックねじとする。ラックは軸方向に可動であるが回転しないような支持部が設けられている（図示せず。ラックピニオン方式のステアリング装置では、ピニオンとそれに噛合うラック歯がその役目を果たす）。

図１は電動ステアリング装置のうちラックアシスト部の縦断面図、図２は低速回転部の縦断面図、図３はラック軸側面から見た外観図、図４はラック軸方向から見た外観図、図５は回転歯車と旋回歯車の噛み合い図、図６と図７は回転部の組み立て方法を示す斜視図である。また、図８はフレームかしめ部の縦断面図（図１のＭ部拡大図）である。

本実施例は、ねじをボールねじとしたタイプであり、さらに減速機構における減速比をできるだけ大きく設定し、逆にねじ機構側の減速比をできるだけ小さくしたものである。この結果、従来よりねじリード角を大きくできるため、ねじ機構部の正効率（入力がモータ回転で出力がラックの直動となる正動作時の効率）の向上（図１３参照）でステアリング装置全体の効率（正効率）が向上する。同時に、逆効率（入力がラックの直動で出力がモータ回転となる逆動作時の効率）も向上する（図１３参照）。

これにより、タイヤが縁石に乗り上げた場合にかかるような衝撃力がラックに加わってもラックが軸方向へ容易に動くため、荷重時間が長くなる。この結果、機構各部にかかる力のレベルは小さくなり、機構の損傷や破壊が回避されるという効果がある。また、カーブの後半でステアリングを戻す時に、ハンドルから手を離すだけでハンドルの自発的な回転が起きて直進に戻るといった運転性に優れたステアリングを実現できるという特有の効果もある。

まず、概略の構成を説明する。主たる構成要素としては、ラックねじ１ａが形成されたラック１とそれに噛み合って回転するナット２とそれらの間に介在する複数のボール９からなるボールねじ機構と、ナット２の回転源であるモータ８と、モータ８からナット２へ減速しつつ回転を繋ぐ減速機構と、ケーシング１０からなる。

減速機構は、ナット２に固定配置される回転歯車３と、旋回運動実現手段により旋回運動を起こす旋回歯車５とその自転を防止するオルダム機構からなる。

旋回運動実現手段は、偏心部４ａに旋回歯車５を回転フリーに嵌合し中心軸部４ｂにロータ８ａを固定配置したクランクシャフト４からなる。

また、オルダム機構は、旋回歯車５とフレーム７の間にオルダムリング６を配置して構成される。

ここで、図２にナット２と回転歯車３が一体化した低速回転部を示す。これは、焼結等により歯車部を形成した後、以下の機械加工で製作することが考えられる。円筒部に６個の長穴２ｆ１〜２ｆ６を軸方向にずらしながら１２０度間隔で開け、その後、円筒内面にナットねじ溝２ｅを切削加工する。必要ならば研削も行う。最後に、ボールねじ機構のボール循環路を形成する６個のデフレクター５０を長穴２ｆ１〜２ｆ６に挿入し、ナットねじ溝２ｅがデフレクター溝５０ａとスムースに繋がって循環路が形成されるように挿入位置を微調整しながら固定する。必要ならば、固定後にナットねじ２ｅとこれらデフレクター２ｇ１〜２ｇ６の溝の繋ぎ目を研削加工する。

デフレクター溝５０ａは、１ピッチずれたナットねじ溝を繋ぐとともに、この部分を転がるボール９がラックねじ１ａと干渉しないように、つば５０ｂ、５０ｃによって中心軸から遠ざける経路とする。

以上の如くナット２には６本の循環路が形成されるが、これに限らず何本でもよい。但し、複数の循環路の場合、デフレクターの位置はナットの中心軸側から見て等間隔にする。これにより、ナットとラックが噛み合わないデフレクター部を均等に分散できるためボールとねじ溝の接触部の応力集中を緩和できるため、大推力を取り扱うことが可能となる。

次に、これら構成要素の組立て法を説明する。

まず、図６，７を用いて、回転主要部の組立方法を説明する。ローラ軸受である副軸受３ａを回転歯車３側の端部に圧入した前記低速回転部（図２参照）をラック１に通した後（図６、７では省略）、デフレクター５０の外周側に残る長穴２ｆ１〜２ｆ６から各循環路にボール９を入れる。ここで、長穴はナット２の外周に分布しているため、この作業は、一循環路毎に行い、ボールを入れ終ったら、ラック１を回してボール９の動きをチェックする。そこで異常が無いことを確認した上で、長穴に蓋（図示せず）をする。このボール封入作業を各循環路で行う。

本実施例では、長穴２ｆ１と２ｆ４、２ｆ２と２ｆ５、２ｆ３と２ｆ６は同じ向きに開口しているため、封入作業を同時に行ってもよい。

次に、副軸受３ａにクランクシャフト４の一端を係合させる。そして、その偏心部４ａに、波板ばね４ｆを通した後、ニードル軸受またはローラ軸受である旋回軸受５ａを圧入した旋回歯車５を係合させる。ここで、旋回軸受５ａの内輪側の嵌め合いは隙間嵌めとする。そして、偏心部４ａの外周偏心方向に設けた切欠き４ｅに旋回付勢ばね５１を圧入する。この結果、旋回軸受５ａの内輪側隙間は偏心側に偏り、旋回歯車５の旋回半径が大きくなる。

図５から明らかなとおり、旋回歯車５と回転歯車３の噛み合い部Ａは、ラック中心Ｏ３からみて偏心方向（回転歯車３の中心Ｏ３からみた旋回歯車５の中心Ｏ５の方向）に位置するため、この旋回付勢ばね５１は，噛み合いのバックラッシュを小さくし、機構のがたを抑制する効果がある。尚、図５において、Ｃ３は回転歯車（内歯歯車）３のピッチ円、Ｃ５は旋回歯車（外歯歯車）５のピッチ円、Ｃ３０は回転歯車（内歯歯車）３の基礎円、Ｃ５０は旋回歯車（外歯歯車）５の基礎円である。

次に、オルダムリング６を旋回歯車５の背面に装着する。この時、旋回歯車５の背面にある旋回側オルダム溝５ｂと５ｃにオルダムリング６の旋回突起６ｂと６ｃを挿入し、突起側面をすべり対偶とする。さらに、主軸受７ａを圧入したフレーム７を装着する。

この時、フレーム７の底面にあるフレーム側オルダム溝７ｄと７ｅにオルダムリング６のフレーム突起６ｄと６ｅを挿入し、突起側面をすべり対偶とする。力の関係から、運転の向きに応じてすべり対偶として作用する面が切り替わる。よって、オルダム溝とオルダム突起間の隙間を量産加工で可能な最小レベル（エンドミル加工であれば１０μｍ程度）とし、運転方向切り替え時の旋回歯車５の微小な自転を抑制して運転立ち上がりの遅れを低減する必要がある。このため、オルダム溝の幅とオルダム突起の幅の管理は非常に重要となる。

以上のように、オルダムリング６を旋回運動する旋回歯車５と固定するフレーム７に係合させて、旋回歯車５の自転を防止するオルダム機構を形成する。この後、止め輪４ｄによりフレーム７をクランクシャフト４に位置決めする。この時、クランクシャフト４のつば部と旋回軸受５ａに挟まれて組み込まれた波板ばね４ｆがわずかに圧縮されるように位置決めする。これにより、旋回歯車５の軸方向のがたをなくすことができるため、運転時にオルダムリング６と旋回歯車５とフレーム７が軸方向に衝突することを回避し、騒音振動を抑制する効果がある。

また歯車の噛合い長さが一定となるために、噛合い状態が安定化し、噛合い部から発生する振動や騒音を低減するという効果もある。

また、オルダムリング６の各突起６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅの高さを、挿入する各溝５ｂ，５ｃ，７ｄ，７ｅの深さよりも小さくしたため、オルダムリング６はオルダム上面６ｆとオルダム下面６ｇで挟持される。この結果、それらの面で生じる摩擦力はオルダムリング６を傾ける向きのトルクとして作用するが、腕の長さの大きい（最大はオルダムリングの外直径）偶力で対抗できるため、それによる摩擦損失は無視でき、効率の低下を抑制する効果がある。

以上のように組み立てた回転主要部のクランクシャフト４側に、磁石を内蔵したロータ８ａを圧入する。このロータ８ａのフレーム軸受７ａ側端部にバランサー８ａ１、反対側端部にカウンターバランサー８ａ２が一体的に配置され、これらによって、ロータ８ａ，旋回歯車５，オルダムリング６の二面バランスをとる。ここで、オルダムリング６は回転しないため、その半分の質量が回転するとみなすハーフバランシングの考えを用いて不釣合い量を設定する。

次に、ナット２の外周に、スペーサ２ｃを挟んだ２個のケーシング軸受２ａ，２ｂ（両者ともアンギュラ玉軸受）を装着し、ロックナット２ｄをねじ込んで固定する。ここでケーシング軸受２ａにはねじ穴の開いたフランジが付いている。

最後に、ロックナット２ｄのかしめ部をかしめて、ゆるみを防止する。

次に、図１，３，４と図１のＭ部拡大図である図８を用いて、上記した如く組み立てた回転部およびラック１をケーシング１０に組み込む方法を説明する。

まず、回転部およびラック１を第一ケーシング１０ａに挿入し、トルクを管理しながらベアリングボルト５３を締め付ける。これにより、ケーシング軸受２ａ，２ｂの予圧を調整するとともに、回転部をケーシング１０に仮止めする。この時、Ｏリング等のシール材５３ａを入れてケーシング内外のシールを確保する。

次に、フレーム７のかしめ溝７ｂの位置で第一ケーシング１０ａをかしめ、回転部をケーシング１０に固定する。そして、ロータ８ａを外部駆動で回転させ、組立て異常がないことを確認する。

最後に、ステータ８ｂを焼き嵌めまたは圧入した第二ケーシング１０ｂを、Ｏリング等のケーシングシール材１０ｃを挟んだ上で、ケーシングボルト５４で第一ケーシング１０ａにねじ固定し、ケーシング１０を組み立てる。

この時、ステータ８ｂとロータ８ａが対向して中空のモータ８を形成するが、ロータ８ａの磁石の中心がステータの磁気中心よりもカウンターバランサー８ａ２側にずれた配置とする。これにより、ロータ８ａはその磁気中心ずれを縮小する向きに磁力を受けるため、クランクシャフト４は左方向（図１）にずれる力を受ける。この結果、フレーム軸受７ａは止め輪４ｄによって予圧を受けることになり、その部分でのがたを抑制する効果がある。また、モータ８を中空モータとしたため、ラック１と同軸に配置する結果、モータ部がラック側面へ出っ張ることがなく、機構全体の形状をコンパクトな円筒形状にまとめることができる効果がある。

グリースは、歯車３，５の噛合い部と、オルダムリング６の対偶部、ボール９とその転動溝であるラックねじ１ａ、ナットねじ２ｅ、転がり軸受２ａ，２ｂ，３ａ，５ａ，７ａの転動体に塗布する。このように各部に塗布したグリースがステアリング装置内部で移動しないように転がり軸受内にシール板を入れても良い。

以上で、ステアリング装置のうち、ラックアシストを行う電動アクチュエータ部が組立つが、その後は、操舵輪との接続部の組み立てや、ステアリングホイールとの機械的な接続または電気的な接続を行うがここでは省略する。

次に、動作を説明する。

モータ８によりクランクシャフト４が回転し、それによって、旋回歯車５が旋回運動する。このとき、旋回歯車５とオルダムリング６とフレーム７により構成される前記オルダム機構で、旋回歯車５の自転が防止される。図５から明らかなとおり、このように自転しない旋回歯車５が一回だけ旋回運動を行うとそれに噛合う回転歯車３はその歯数差だけ回転する。

本実施例の場合、旋回歯車５の歯数は３０、回転歯車３の歯数は３６であるため、モータ８が一回転すると旋回歯車５が一回り旋回し、回転歯車３は同一方向に歯数の差である６歯分だけ回転することになる。つまり、１／６回転することになり、減速比が６の減速機構である。このようにコンパクトな機構で大減速比を実現できるという効果がある。

本実施例では、旋回歯車を外歯、回転歯車を内歯としたが、旋回歯車を内歯、回転歯車を外歯としても減速機構を実現できる（但し、入力側の回転方向と出力側の回転方向は逆になる）。後者の場合、外側に配置される内歯歯車の外周にその旋回領域分だけのスペースを確保する必要があるのに対し、本実施例（前者）の場合は、その必要がない。つまり、この減速機構において、旋回歯車を外歯、回転歯車を内歯とすると、外径が小さい一層コンパクトな機構になるという効果がある。

ナット２は、減速した回転歯車３と一体となっているために、低速回転し、ボールねじ機構によって、ラック１が直動する。この時、回転のトルクは減速比だけ倍増しているため、ラック１に発生する推力は減速機構とボールねじ機構の減速効果の積となり、極めて大きくなるという効果がある。

この電動ステアリング装置の動作中は、旋回歯車５が旋回運動するため、旋回歯車５には旋回方向に遠心力が作用する。旋回方向には旋回歯車５と回転歯車３の噛合い部があるため（図５参照）、この遠心力は両歯車３，５の噛合い部を押し付け合う方向に作用する。一般的な傾向として、旋回速度が大きくなると、歯車同士の不慮の噛合い衝突頻度が増加して噛合い部で両者が離れる向きの振動が生じ、がたの増大をまねく。しかしながら、本構造では、前記の如く、旋回速度が増大する程、噛合い部を押し付ける向きの力が増大するため、常時適度な力で両歯車を押し付けることが可能となり、噛合い部の摩擦損失を押さえながらがたを抑制できる効果がある。

また、前記したようにねじリード角を大きくしているためボールねじのピッチが増大する。よって、組み込むことが可能なボール９の直径を増大できる。これより、ボール一個あたりで受け持つことができる負荷が増大するため、ねじ機構がボールねじである場合には、本減速機構を設けることにより、発生可能な推力が増大するという効果がある。

本実施例では、オルダムリング６と旋回歯車５及びフレーム７間はすべり対偶となっているが、ここにボールとそれが循環する転動溝を配置してもよい。これにより、信頼性の向上および摩擦損失の低減による機構効率の向上という特有の効果がある。

次に、第二の実施例を図９の低速回転部の縦断面図に基づいて説明する。低速回転部が、個別のナット２と回転歯車３から成る以外は第一の実施例と同様なので、それ以外の構造及び動作及び効果の説明は省略する。

ナット２を切削加工し、回転歯車３を焼結により作成する。これにより、加工性が向上し、ナット溝２ｅの形状精度及び回転歯車３の形状精度が向上する。前者により、ボール摩擦係数が低減し、機構効率が向上する特有の効果がある。また、後者により、機構のがたを低減するという効果がある。

逆に、加工性の向上を、加工精度を据え置いて加工コストの低減に割り振ることも可能である。また、ナット２と回転歯車３の材質を熱処理や表面処理の観点から選択し、信頼性を向上させることも可能である。回転歯車３に内周テーパ面３ｘ、ナット２に外周テーパ面２ｘが設けてあるため、回転歯車３にナット２を挿入するだけで両者の姿勢が自動的に調整されるという特有の効果がある。

その後、ボールナット用ロックナット３ｎをねじ込み、かしめ溝でかしめて固定する。また、焼結成形した回転歯車３に、テーパ面のみ仕上げ加工した粗加工のナットをボールナット用ロックナット３ｎで固定後、ナットねじ加工してもよい。この場合には、軸方向における歯車とねじの位置関係をばらつきなく決めることができるため、ラックねじ１ａを切る範囲を必要最小限にすることができ、加工コストを低減出来る効果がある。

次に、第三の実施例を図１０のラックアシスト部の縦断面図と図１１の自転防止機構部拡大断面図（図１０中のＮ部）に基づいて説明する。オルダム機構の代わりに副クランクシャフトを複数設ける以外は、第一の実施例と同様なので、それ以外の構造及び動作及び効果の説明は省略する。

旋回歯車５とフレーム７の間に偏心量がクランクシャフト４の偏心部と同一となる副クランクシャフトを設ける。そこで、旋回歯車５との間にはローラ軸受５５ａ、フレーム７との間にはローラ軸受５５ｂを設ける。デッドポイントを回避するために、複数の副クランクシャフト５５はクランクシャフト４とフレーム７上で一直線にならない配置とする。例えば、１２０度間隔で３個設けると良い。これにより、すべり対偶が無くなり、信頼性が向上するとともに、摩擦損失が低減し機構効率が向上するという特有の効果がある。

次に、第四の実施例を図１２の自転防止機構部拡大断面図（図１０中のＮ部）に基づいて説明する。副クランクシャフトの代わりにボール穴機構を複数設ける以外は、第二の実施例と同様なので，それ以外の構造及び動作及び効果の説明は省略する。

旋回歯車５に旋回穴５ｘとフレーム７にフレーム穴７ｘを設け、その間に自転防止用ボール５６を配置する。ここで、旋回穴５ｘとフレーム穴７ｘの直径は同一とし自転防止用ボール５６の直径との差をクランクシャフト４の偏心量と一致させる。これらの構成を副クランクシャフトと同様の配置で複数設ける。波板ばね４ｆは旋回歯車５にフレーム７側へ向う軸方向の付勢力を付加するが、この自転防止用ボール５６によりこの力を受けることができるため、摩擦損失の低減による機構効率の向上とその部分の信頼性が向上する特有の効果がある。

上記実施例に用いたねじ機構の効果を図１３を参照しながらまとめて説明する。
減速機構を大型化することなく減速比を増大できる。このため、その増大分をねじ機構の減速比の低減に割り振ると、ねじのリード角を大きく設定することが可能となる。図１３の実線は、ねじ面の摩擦係数をパラメータとし、横軸にねじリード角をとって効率（正効率）をグラフ化したものであるが、ねじリード角の増大につれて正効率が向上することがわかる。これより、ねじ機構部の効率向上を図ることができ、装置を大型化することなく高効率化を実現できる。

一方、回転を直動に変換するねじ機構を実際に使用した場合、ロッドに衝撃的な力が作用する場合が多い。例えば、ステアリング機構にねじ機構を応用した場合のタイヤが縁石に乗り上げた時がそれに相当する。このような場合、逆動作（ロッドの軸方向変位を入力、出力をロータの回転とする動作）の効率が低いと、極めて大きな衝撃力が機構に加わることになり、機構の損傷や破壊の危険性が増大する。よって、機構の信頼性確保のために逆効率（逆動作時の効率）の向上が重要である。

図１３の破線は逆効率を示すが、これより、ねじリード角が小さくなるにつれて逆効率が低下することがわかる。さらに、ある値に近づくと急激に効率が低下し、それ以下で逆効率が０になることが読み取れる。以上より、ねじリード角を大きく設定できることで、逆効率を向上でき、大型化することなく装置の信頼性を確保できる効果がある。

また、回転駆動源にモータを用いる場合、減速比の増大でモータの小形化が図れ、装置全体のコンパクト化を実現できる。また、モータの小形化による容積低減分を巻線径の増加や磁石の大型化に用いると、モータ効率向上を図ることができ、大型化することなく装置の高効率化を実現できる。

また、がたを低減できるため、回転方向を頻繁に変える動作でも、回転入力に対して直動出力が出ない回転角度範囲を狭くすることが可能となり、制御性が向上する。

また、ねじにボールねじを用いる場合、ねじ面の摩擦係数が大幅に低下し、装置の高効率を実現（図１３参照）できる。さらに、ねじリード角が大きくできることから、組み込むボールの径を大きくできる。これより、ボールと転動面の接触面積が拡大し、大推力化を実現できる。

第一実施例のラックアシスト部の縦断面図。 第一実施例の低速回転部の縦断面図。 第一実施例のラック軸側面から見た外観図。 第一実施例のラック軸方向から見た外観図。 第一実施例の回転歯車と旋回歯車の噛み合い図。 第一実施例の回転部の組み立て方法を示す第一斜視図。 第一実施例の回転部の組み立て方法を示す第二斜視図。 第一実施例のフレームかしめ部の縦断面図（図１のＭ部拡大図）。 第二実施例の低速回転部の縦断面図。 第三実施例のラックアシスト部の縦断面図。 第三実施例の自転防止機構部断面図（図１０のＮ部拡大図）。 第四実施例の自転防止機構部断面図（図１０のＮ部拡大図）。 ねじ機構の効率。 自動車に用いられるラックピニオン方式のステアリング機構図。

符号の説明

１…ラック、１ａ…ラックねじ、２…ナット、３…回転歯車、４…クランクシャフト、５…旋回歯車、６…オルダムリング、７…フレーム、８…モータ、９…ボール、１０…ケーシング、５１…旋回付勢ばね、５５…副クランクシャフト、５６…自転防止用ボール。

Claims (8)

1. ねじを設けたロッドと前記ねじに噛み合うナットと前記ナットの回転駆動源とを有するねじ機構と、前記回転駆動源の回転速度を前記ナットに減速して伝える減速機構とを備えた減速機構付きねじ機構において、
   前記減速機構に、前記ナットに同心に固定配置する回転歯車と、前記回転歯車に噛み合いながらその中心軸を中心に旋回運動する旋回歯車と、その旋回運動を実現する旋回運動実現手段と、その旋回歯車の自転を防止する自転防止手段とを備えたことを特徴とする減速機構付きねじ機構。
2. 前記回転歯車を内歯歯車とし、前記旋回歯車を外歯歯車としたことを特徴とする請求項１に記載の減速機構付きねじ機構。
3. 前記旋回運動実現手段を、前記旋回歯車の中心に旋回軸受を設け、前記旋回軸受に偏心部を挿入し前記ロッドが貫通するクランクシャフトとそのクランクシャフトに固定配置されるロータを有する中空モータとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の減速機構付きねじ機構。
4. 前記自転防止手段をオルダム機構としたことを特徴とする請求項３に記載の減速機構付きねじ機構。
5. 前記旋回軸受の偏心量が拡大する方向に付勢力を付与する旋回軸受付勢手段を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の減速機構付きねじ機構。
6. 前記旋回軸受の外輪側または内輪側のはめ合いで少なくとも一箇所をすきまばめとすることを特徴とする請求項５に記載の減速機構付きねじ機構。
7. 前記旋回軸受の外輪側をしまりばめ、内輪側をすきまばめとし、その内輪を偏心量が拡大する方向に付勢する旋回軸受付勢手段を設けたことを特徴とする請求項６に記載の減速機構付きねじ機構。
8. 前記ねじ機構をボールねじとしたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の減速機構付きねじ機構。
   

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