JP2007146874A - ボールねじおよびボールねじ用ナット製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボールねじの作動を滑らかにする。
【解決手段】ナット本体の雌ねじ溝９４をゴシックアーク形状、駒部材の連結溝１１０を半円形状としておく。第１徐変溝切削工程において、エンドミル１１６の切刃の部分球面である回転軌跡１１８を、雌ねじ溝９４の、その雌ねじ溝９４とボールとの接触点と同じ半径方向位置の点Ｐに接触させる(b),(f)。エンドミル１１６の雌ねじ溝リード方向への移動に伴って、回転軌跡１１８を雌ねじ溝９４の幅方向に移動させて第１徐変溝１２０を形成する(c),(g)。続く第２徐変溝切削工程において、回転軌跡１１８を雌ねじ溝９４の幅方向と深さ方向との両成分を有する方向に移動させて第２徐変溝１２２を形成する(d),(h)。ボールの第１徐変溝１２０の溝内面および雌ねじ溝９４の溝内面との接触点の半径方向位置が同じになり、ボールの公転速度が互いに等しくなって、ボールねじの滑らかな作動が保証される。
【選択図】図７
【解決手段】ナット本体の雌ねじ溝９４をゴシックアーク形状、駒部材の連結溝１１０を半円形状としておく。第１徐変溝切削工程において、エンドミル１１６の切刃の部分球面である回転軌跡１１８を、雌ねじ溝９４の、その雌ねじ溝９４とボールとの接触点と同じ半径方向位置の点Ｐに接触させる(b),(f)。エンドミル１１６の雌ねじ溝リード方向への移動に伴って、回転軌跡１１８を雌ねじ溝９４の幅方向に移動させて第１徐変溝１２０を形成する(c),(g)。続く第２徐変溝切削工程において、回転軌跡１１８を雌ねじ溝９４の幅方向と深さ方向との両成分を有する方向に移動させて第２徐変溝１２２を形成する(d),(h)。ボールの第１徐変溝１２０の溝内面および雌ねじ溝９４の溝内面との接触点の半径方向位置が同じになり、ボールの公転速度が互いに等しくなって、ボールねじの滑らかな作動が保証される。
【選択図】図７
Description
本発明は、ボールねじに関するものであり、特に、ナットがナット本体と連結路形成部材とを備えるボールねじに関するものである。
ボールねじは、(a)外周面に螺旋状の雄ねじ溝を有するねじ軸と、(b)内周面に螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体とそのナット本体に固定され、ねじ軸と共同して雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路形成部材とを備えたナットと、(c)雄ねじ溝および雌ねじ溝により形成される螺旋路と、連結路とにより構成される循環路に収容され、ねじ軸とナットとの相対回転につれてその循環路内を循環する複数のボールとを含む。ナットは、連結路の形成方式によって、駒式，エンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等が存在する。駒式は、ナットを半径方向に貫通して形成された嵌合穴に駒部材が嵌合されて固定され、その駒部材とねじ軸との共同により連結路が形成されるものであって、駒部材が連結路形成部材であることになる。エンドキャップ式は、ナットにそれを貫通する貫通孔が形成されるとともに、両端にエンドキャップが固定されるものであり、エンドキャップ内に上記貫通孔と前記螺旋路とを接続する接続通路が形成される。エンドキャップが連結路形成部材であることになる。リターンチューブ式は、ナットの外周の一部が平らに切削され、その平面にＣ字形に曲げられたチューブが固定されて連結路を形成するものであり、チューブが連結路形成部材であることになる。ガイドプレート式は、上記チューブの代わりに通路形成溝が形成されたプレートが平面に固定されるもので、通路形成溝と平面とにより形成される通路と、前記螺旋路とがピックアップチューブにより接続される。プレートとピックアップチューブとが共同して連結路形成部材を構成することとなる。
いずれにしても、互いに別体のナット本体と連結路形成部材とを結合してナットが構成されるため、循環路のうち、ねじ軸とナット本体とにより形成される部分と、ねじ軸と連結路形成部材とにより形成される部分との境界部をボールが通過する際に振動や騒音が発生したり、作動の滑らかさが損なわれることがある。
そこで、ボールねじにおけるこれらの問題を解消するための対策が種々提案されている。下記特許文献１に記載の発明はその一例である。本文献に記載のナットにおいては、ナット本体に形成される雌ねじ溝と、駒部材に形成される連結溝との段部を除去する加工が施されている。雌ねじ溝はゴシックアーク形状、すなわち半径は互いに同じであるが中心が互いに異なる２つの円弧で規定される形状の横断面を有しており、一方、連結溝は１つの円弧により規定されるほぼ半円形の横断面形状を有している。このナットにおける連結路の中間部は横断面形状がほぼ円であるトンネル状とされ、両端部は、内周側へ開口し、雄ねじ軸と共同して連結路を形成する連結溝とされている。この連結溝の端が雌ねじ溝の端と接合されるのであるが、連結溝がボールの自由な移動を許容するために雌ねじ溝より深くされており、発明に従う加工が施される前は、両者の間には段部が存在する。この段部がボールねじの作動時に振動や騒音の発生原因の一つになるため、本ボールねじにおいては、ボールの半径以上の半径、例えば、連結溝の半径と等しい半径を有するボールエンドミルを、雌ねじ溝の中心線に沿って移動させつつ雌ねじ溝内面を切削加工する面取りが施され、段部が除去される。この加工に当たっては、雌ねじ溝側から段部に向かって徐々に切込みが深くされ、段部の手前で段部の段差を超える深さとされ、その切込み深さを保って段部を通過後、循環溝内において切込みが解消される。このようにして、段差が除去されれば、ボールの段差通過に伴うボールねじの振動，騒音の発生が抑制される。
また、特許文献２には、連結溝の少なくとも雌ねじ溝との接合部の横断面形状を、雌ねじ溝の横断面形状と合同のゴシックアーク形状とすることにより、両溝の接合部における段差を製作上，組付上の誤差のみに抑制することが記載されている。また、連結溝と雌ねじ溝との接合部に面取りを施し、段差を切除して滑らかに接合するとも記載されている。しかし、面取りの詳細については何も記載されていない。
特開２００５−１２１０４２
特開２００４−１４４２３９
本発明の発明者は、以上の事情の下に、駒式ボールねじの作動を軽快にするための実験を行ううちに、駒式ボールねじの滑らかな作動を妨げる新たな原因を発見した。本発明は、この発見に基づいて、従来より滑らかに作動するボールねじを得ることを課題としてなされたものである。なお、本発明は、直接には駒式ボールねじの作動を軽快にすることを目的として為されたものであるが、エンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等、他の形式のボールねじにも適用可能なものである。
本発明に係るボールねじは、(a)外周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雄ねじ溝を有するねじ軸と、(b)内周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体と、そのナット本体に固定され、前記ねじ軸と共同して前記雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路生成部材とを備えたナットと、(c)前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とにより形成される螺旋路と、前記連結路とにより構成される循環路に収容され、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転につれてその転動路内を循環する複数のボールとを含み、かつ、前記螺旋路を形成する雌ねじ溝と、前記連結路の少なくとも端部を前記ねじ軸との共同で形成するために前記連結路形成部材に形成される連結溝との境界近傍部分の横断面積が前記雌ねじ溝に近い部分ほど小さくなる横断面積徐変部とされるとともに、その横断面積徐変部の少なくとも前記雌ねじ溝側の部分の横断面形状が、その横断面積徐変部に対する前記ボールの各々の接触点の、前記ナットの半径方向における位置である半径方向位置が、各ボールの前記雌ねじ溝に対する接触点の半径方向位置と同じになる形状とされたことを特徴とする。
なお、ここにおいて「接触点」とは、ボールがねじ軸側の溝内面とナット側の溝内面との間に強く挟まれる状態における接触点を意味し、ボールが自由に移動できる状態において接触する点は含まない。
なお、ここにおいて「接触点」とは、ボールがねじ軸側の溝内面とナット側の溝内面との間に強く挟まれる状態における接触点を意味し、ボールが自由に移動できる状態において接触する点は含まない。
雄ねじ溝と雌ねじ溝との横断面形状が共にゴシックアーク形状である場合には、これらねじ溝の溝内面と複数のボールの各々との接触点の半径方向位置、すなわちナットあるいはねじ軸の軸線から接触点までの距離が明確に定まる。それに対して、従来のボールねじにおいては、雌ねじ溝と連結溝との境界近傍部において横断面積が徐変させられる横断面積徐変部の、溝面の形状に関心が払われていなかったために、各ボールの、横断面積徐変部における溝内面との接触点の半径方向位置と、雌ねじ溝の溝内面との接触点の半径方向位置とが不一致となっており、それがボールねじの滑らかな作動を妨げる原因の一因となっていた。
例えば、前記特許文献１に記載の駒式ボールねじにおいては、後に詳細に説明する理由によって、横断面積徐変部として雌ねじ溝の端部に形成される面取り部における接触点までの半径が、雌ねじ溝の通常部分（面取りが施されていない部分であり、特に必要がない限り単に雌ねじ溝と称する）における半径より大きくなっており、それが滑らかな作動を妨げることが判明した。ナットとねじ軸とが相対回転する際、ボールは面取り部内の途中において、雄ねじ溝との接触点と、面取り部の溝内面との接触点とにおける摩擦力を受けて、換言すれば、それら接触点近傍の雄ねじ溝内面と面取り部内面とに挟まれて、転動させられる状態となる。したがって、これら接触点の半径方向位置が異なれば、ナットとねじ軸との同じ相対回転速度に対するボールの公転速度（移動速度）が異なることとなる。例えば、雌ねじ溝側から連結溝側へボールが移動する場合に、面取り部内における移動速度の方が小さければ、雌ねじ溝内のボールが面取り部内のボールに追いつく。後方のボールが前方のボールに追いつくのであり、後方のボールが前方のボールに接触した後は前方のボールを押すこととなるが、前方のボールは面取り部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれているため、移動速度を容易に速めることはできず、両ボールが互いに強く押し付けられた状態で転動することとなって、ボールねじが滑らかに作動しない事態が生じるのである。
例えば、前記特許文献１に記載の駒式ボールねじにおいては、後に詳細に説明する理由によって、横断面積徐変部として雌ねじ溝の端部に形成される面取り部における接触点までの半径が、雌ねじ溝の通常部分（面取りが施されていない部分であり、特に必要がない限り単に雌ねじ溝と称する）における半径より大きくなっており、それが滑らかな作動を妨げることが判明した。ナットとねじ軸とが相対回転する際、ボールは面取り部内の途中において、雄ねじ溝との接触点と、面取り部の溝内面との接触点とにおける摩擦力を受けて、換言すれば、それら接触点近傍の雄ねじ溝内面と面取り部内面とに挟まれて、転動させられる状態となる。したがって、これら接触点の半径方向位置が異なれば、ナットとねじ軸との同じ相対回転速度に対するボールの公転速度（移動速度）が異なることとなる。例えば、雌ねじ溝側から連結溝側へボールが移動する場合に、面取り部内における移動速度の方が小さければ、雌ねじ溝内のボールが面取り部内のボールに追いつく。後方のボールが前方のボールに追いつくのであり、後方のボールが前方のボールに接触した後は前方のボールを押すこととなるが、前方のボールは面取り部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれているため、移動速度を容易に速めることはできず、両ボールが互いに強く押し付けられた状態で転動することとなって、ボールねじが滑らかに作動しない事態が生じるのである。
それに対し、本発明に従って、横断面積徐変部の横断面積が雌ねじ溝に近い部分ほど小さくされているため、ねじ軸とナットとの相対回転に伴って雌ねじ溝内を強制的に転動させられてきたボールが、横断面積徐変部へ入ってもしばらくは強制的に転動し続けさせられ、やがて横断面積徐変部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれない状態となって、自由に移動可能となる。あるいは、当初は連結溝内を雌ねじ溝に向かって自由に移動する各ボールがやがて横断面積徐変部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれる状態となり、それ以後は各ボールが強制的に転動させられ、雌ねじ溝に向かって強制的に移動させられることとなる。この横断面積徐変部の横断面形状を、その横断面積徐変部に対するボールの接触点の、ナットの半径方向における位置である半径方向位置が各ボールの雌ねじ溝に対する接触点の半径方向位置と同じになる形状にしておけば、各ボールの他方の接触点はいずれも雄ねじ溝内面に対する接触点で同じであるから、ボールが横断面積徐変部側に位置する状態と雌ねじ溝側に位置する状態とで２つずつの接触点の半径方向位置が共に変わらないこととなり、ボールの公転速度（移動速度）が同じになる。そのため、後方のボールが前方のボールに強く押し付けられて転動する事態の発生が良好に回避され、駒式ボールねじの軽快な作動が保証される。
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（６）項が請求項４に、（９）項が請求項５にそれぞれ相当する。
（１）外周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雄ねじ溝を有するねじ軸と、
内周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体と、
そのナット本体に固定され、前記ねじ軸と共同して前記雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路形成部材とを備えたナットと、
前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とにより形成される螺旋路と、前記連結路とにより構成される循環路に収容され、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転につれてその循環路内を循環する複数のボールと
を含み、かつ、前記螺旋路を形成する雌ねじ溝と、前記連結路の少なくとも端部を前記ねじ軸との共同で形成するために前記連結路形成部材に形成される連結溝との境界近傍部分の横断面積が前記雌ねじ溝に近い部分ほど小さくなる横断面積徐変部とされるとともに、その横断面積徐変部の少なくとも前記雌ねじ溝側の部分の横断面形状が、その横断面積徐変部に対する前記ボールの各々の接触点の、前記ナットの半径方向における位置である半径方向位置が、各ボールの前記雌ねじ溝に対する接触点の半径方向位置と同じになる形状とされたことを特徴とするボールねじ。
連結路形成部材は、雄ねじ軸と共同して雄ねじ溝の一部からねじ軸の山を越えて雄ねじ溝の他の一部へ移動させる連結路を形成するものであることが必要である。エンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等においては、連結路がねじ軸の複数の山を越えて形成されることが多く、駒式においては１つの山を越えて形成されることが多い。１つの山を越えて形成される連結路は、連結路全体がナットの内周側へ開いた連結溝と雄ねじ軸との共同により形成される場合と、連結路の中央部が閉じたトンネル部として連結路形成部材（多くの場合駒部材）単独で形成される場合とがあるが、後者の場合でも連結路のトンネル部以外はナットの内周側へ開いた連結溝とねじ軸との共同で形成される。エンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等においても事情は同じである。
したがって、連結路の雌ねじ溝と連なる端部の形状を考える場合には、連結路がトンネル部を含むトンネル式、あるいはエンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等であるか否かを問わず、ナットの内周側へ開いた状態で形成される連結溝の形状を考えればよいことになる。
そして、本発明においては、連結溝と雌ねじ溝との境界近傍部分が横断面積徐変部とされるとともに、その横断面積徐変部の少なくとも雌ねじ溝側の部分の横断面形状が、その横断面積徐変部の溝内面に対するボールの各々の接触点の、ナットの半径方向における位置である半径方向位置が、各ボールの雌ねじ溝に対する接触点の半径方向位置と同じになる形状とされる。横断面積徐変部は、雌ねじ溝側のみに設けられても、連結溝側のみに設けられても、雌ねじ溝側と連結溝側とに跨って設けられてもよい。
いずれにしても、横断面積徐変部との関係においては、連結溝あるいは雌ねじ溝の横断面積徐変部とされた部分はもはや連結溝あるいは雌ねじ溝ではなくなったものとみなし、横断面積徐変部とされていない部分をそれぞれ連結溝および雌ねじ溝と称することとする。
（２）前記横断面積徐変部が、横断面形状が前記雌ねじ溝と同じ寸法のゴシックアーク形状である最端部と、横断面積がその最端部のそれより大きく、前記ボールを隙間を残して収容し得る連結路を前記ねじ軸との共同により形成する深溝部とを滑らかにつなぐものであり、その横断面積徐変部の少なくとも前記最端部に隣接する部分の横断面形状が、前記各ボールのその最端部に隣接する部分への接触点の半径方向位置が前記雌ねじ溝への接触点の半径方向位置と同じになる横断面形状とされた(1)項に記載のボールねじ。
横断面積徐変部の全体を(1)項の条件を満たすものとすることも可能であるが、少なくとも雌ねじ溝に隣接する部分を(1)項の条件を満たすものとすれば本発明の効果が得られる。
（３）前記横断面積徐変部が、前記最端部と同一形状の溝の溝内面に、最端部から前記深溝部に向かうに従って前記最端部と同一形状の溝の幅方向に徐々に深くなる徐変溝が形成された徐変部を含み、前記徐変溝の溝内面の横断面形状の曲率半径が前記各ボールの半径より大きく、かつその徐変溝の溝内面と前記各ボールとの接触点が各ボールの前記雌ねじ溝への接触点と同一の半径方向位置にある(2)項に記載のボールねじ。
最端部と同一形状の溝の溝内面に、最端部から深溝部に向かうに従って最端部と同一形状の溝の幅方向に徐々に深くなる徐変溝を形成すれば、徐変溝の深さが最端部に近づくにつれて徐々に浅くなっても、すなわち徐変部の幅が最端部に近づくにつれて徐々に狭くなっても、その徐変部と各ボールとの接触点の半径方向位置は変わらず、雌ねじ溝とボールとの接触点の半径方向位置と同じに保たれる。
（４）前記徐変溝の溝内面が曲率半径が一定の円弧の集合である(3)項に記載のボールねじ。
徐変溝の溝内面を、曲率半径が徐々に変化する曲線の集合とすることも可能であるが、円弧の集合とすれば形成が容易である。
（５）前記深溝部が、前記徐変溝の溝内面を構成する前記円弧と曲率半径が同じ１つの円弧の集合により溝内面が構成されるものである(4)項に記載のボールねじ。
深溝部を、徐変溝の溝内面を構成する円弧と曲率半径が同じ円弧で構成されるものとすれば、連結溝と横断面積徐変部との接続が容易である。
（６）前記横断面積徐変部が、前記深溝部と前記最端部との間に、それら深溝部と最端部とをつなぐ、前記徐変部としての第１徐変部とは異なる第２徐変部を含み、その第２徐変部が、深さが前記最端部と同一形状の溝の幅方向の成分と深さ方向の成分とを有する方向に深くなる第２徐変溝を有する(4)項または(5)項に記載のボールねじ。
各ボールが横断面積徐変部内を雌ねじ溝に向かって移動するにつれて、まず第２徐変部により第１徐変部へ案内され、第１徐変部内を移動する間に第１徐変部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれる状態となり、以後雌ねじ溝に向かって強制的に転動させられる。あるいは逆に、雌ねじ溝内を強制的に転動させられてきた各ボールが、横断面積徐変部に入ってもしばらくは強制的に転動させられ、やがて横断面積徐変部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれない状態となる。
（７）前記第２徐変溝が、前記深溝部の溝内面を構成する円弧と曲率半径を同じくする円弧の集合により形成された(6)項に記載のボールねじ。
（８）(1)項ないし(7)項のいずれかに記載のボールねじを含み、さらに、
車体にその車体の幅方向に平行な軸方向に移動可能に保持され、前記ねじ軸を含む転舵ロッドと、
前記車体に保持され、前記ナットを回転駆動する電動モータと
を含むパワーステアリング装置。
本形態のパワーステアリング装置においては、ボールねじが滑らかに作動しない場合に、その円滑ではない回転がステアリングホイール等の操作部に伝達され、運転者に不快感を与える。したがって、パワーステアリング装置用のボールねじは特に円滑に作動することが要求されるが、本発明に従ったボールねじはその要求を満たし得る。
（９）(a)外周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雄ねじ溝を有するねじ軸と、(b)内周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体、およびそのナット本体に固定され、前記ねじ軸と共同して前記雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路形成部材を備えたナットと、(c)前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とにより形成される螺旋路と前記連結路とにより構成される循環路に収容され、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転につれてその循環路内を循環する複数のボールとを含むボールねじの前記ナットを製造する方法であって、
前記連結路の前記螺旋路との境界近傍部分を前記雄ねじ軸と共同して形成する連結溝であって横断面積が前記雌ねじ溝の横断面積より大きくされたもの備えた前記連結路形成部材が、前記ナット本体に固定されたナット素材を準備する工程と、
そのナット素材の前記ナット本体の前記ゴシックアーク溝の溝内面を、加工面が前記ボールの半径より大きい曲率半径の凸局面である加工工具により機械加工する工程と
を含み、その加工工具による機械加工工程が、
(i)前記加工工具を回転させつつ、前記凸曲面を、前記ゴシックアーク溝の、前記連結路と前記螺旋路との境界から設定距離離れた部分の、前記ボールの前記雌ねじ溝への接触点と半径方向位置が同じである点に接触させ、その後、それらナット素材と加工工具とに、加工工具が概して前記ゴシックアーク溝の延びる方向に移動しつつゴシックアーク溝の幅方向に徐々に移動する結果となる相対運動を付与して、ゴシックアーク溝の溝内面に、深さがそのゴシックアーク溝の幅方向に徐々に深くなる第１徐変溝を機械加工により形成する正第１徐変溝加工工程、または(ii)その正第１徐変溝加工工程と加工の進行方向を逆にした逆第１徐変溝加工工程を含むことを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
上記機械加工は切削加工と研削加工との少なくとも一方を含む。切削加工には、例えば、切刃の回転軌跡がボールの半径より大きい曲率半径の凸局面となるエンドミルを使用することができ、切刃の回転軌跡が加工面となる。研削加工には、例えば、凸曲面にダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）砥粒を固着したダイヤモンド砥石やＣＢＮ砥石を使用することができ、砥粒の回転軌跡の集合が加工面となる。
本項の製造方法において、正第１徐変溝加工工程を採用することも、逆徐変溝加工工程を採用することも共に可能である。ただし、徐変溝加工（切削加工の場合特に）の最後にバリが生じることがあり、逆徐変溝加工工程による場合はこのバリが第１徐変溝の溝内面と雌ねじ溝の溝内面との境界に生じてボールの軽快な転動の妨げになる可能性があるのに対し、正第１徐変溝加工工程によれば、バリが生じても、第１徐変溝の溝内面の雌ねじ溝から遠い側の端に生じ、この端においてはボールと溝内面との間に十分な隙間があるため、ボールの軽快な転動が妨げられることはない。この観点からすれば、正第１徐変溝加工工程の方が有利である。
本項の製造方法によれば、前記(3)項に記載のボールねじ用のナットが得られる。
（１０）(iii)前記正第１徐変溝加工工程の終了後、前記ナット素材と前記加工工具とに、加工工具が概して前記ゴシックアーク溝の延びる方向に移動しつつゴシックアーク溝の幅方向および深さ方向に徐々に移動する結果となる相対運動を付与して、ゴシックアーク溝の溝内面に、深さがゴシックアーク溝の幅方向と深さ方向との両方に徐々に深くなる第２徐変溝を機械加工により形成する正第２徐変溝加工工程、または(iv)前記逆第１徐変溝加工工程の実行前に、前記正第２徐変溝加工工程とは加工の進行方向を逆にした逆第２徐変溝加工工程を含む(9)項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
本項の製造方法においても、(9)項に関連して説明したのと同じ理由で正第２徐変溝加工工程の方が望ましい。
本項の製造方法によれば前記(6)項に記載のボールねじ用のナットが得られる。
（１１）前記加工工具として、前記凸曲面が、前記曲率半径が一定の球面であるものを使用する(9)項または(10)項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
内周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体と、
そのナット本体に固定され、前記ねじ軸と共同して前記雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路形成部材とを備えたナットと、
前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とにより形成される螺旋路と、前記連結路とにより構成される循環路に収容され、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転につれてその循環路内を循環する複数のボールと
を含み、かつ、前記螺旋路を形成する雌ねじ溝と、前記連結路の少なくとも端部を前記ねじ軸との共同で形成するために前記連結路形成部材に形成される連結溝との境界近傍部分の横断面積が前記雌ねじ溝に近い部分ほど小さくなる横断面積徐変部とされるとともに、その横断面積徐変部の少なくとも前記雌ねじ溝側の部分の横断面形状が、その横断面積徐変部に対する前記ボールの各々の接触点の、前記ナットの半径方向における位置である半径方向位置が、各ボールの前記雌ねじ溝に対する接触点の半径方向位置と同じになる形状とされたことを特徴とするボールねじ。
連結路形成部材は、雄ねじ軸と共同して雄ねじ溝の一部からねじ軸の山を越えて雄ねじ溝の他の一部へ移動させる連結路を形成するものであることが必要である。エンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等においては、連結路がねじ軸の複数の山を越えて形成されることが多く、駒式においては１つの山を越えて形成されることが多い。１つの山を越えて形成される連結路は、連結路全体がナットの内周側へ開いた連結溝と雄ねじ軸との共同により形成される場合と、連結路の中央部が閉じたトンネル部として連結路形成部材（多くの場合駒部材）単独で形成される場合とがあるが、後者の場合でも連結路のトンネル部以外はナットの内周側へ開いた連結溝とねじ軸との共同で形成される。エンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等においても事情は同じである。
したがって、連結路の雌ねじ溝と連なる端部の形状を考える場合には、連結路がトンネル部を含むトンネル式、あるいはエンドキャップ式，リターンチューブ式，ガイドプレート式等であるか否かを問わず、ナットの内周側へ開いた状態で形成される連結溝の形状を考えればよいことになる。
そして、本発明においては、連結溝と雌ねじ溝との境界近傍部分が横断面積徐変部とされるとともに、その横断面積徐変部の少なくとも雌ねじ溝側の部分の横断面形状が、その横断面積徐変部の溝内面に対するボールの各々の接触点の、ナットの半径方向における位置である半径方向位置が、各ボールの雌ねじ溝に対する接触点の半径方向位置と同じになる形状とされる。横断面積徐変部は、雌ねじ溝側のみに設けられても、連結溝側のみに設けられても、雌ねじ溝側と連結溝側とに跨って設けられてもよい。
いずれにしても、横断面積徐変部との関係においては、連結溝あるいは雌ねじ溝の横断面積徐変部とされた部分はもはや連結溝あるいは雌ねじ溝ではなくなったものとみなし、横断面積徐変部とされていない部分をそれぞれ連結溝および雌ねじ溝と称することとする。
（２）前記横断面積徐変部が、横断面形状が前記雌ねじ溝と同じ寸法のゴシックアーク形状である最端部と、横断面積がその最端部のそれより大きく、前記ボールを隙間を残して収容し得る連結路を前記ねじ軸との共同により形成する深溝部とを滑らかにつなぐものであり、その横断面積徐変部の少なくとも前記最端部に隣接する部分の横断面形状が、前記各ボールのその最端部に隣接する部分への接触点の半径方向位置が前記雌ねじ溝への接触点の半径方向位置と同じになる横断面形状とされた(1)項に記載のボールねじ。
横断面積徐変部の全体を(1)項の条件を満たすものとすることも可能であるが、少なくとも雌ねじ溝に隣接する部分を(1)項の条件を満たすものとすれば本発明の効果が得られる。
（３）前記横断面積徐変部が、前記最端部と同一形状の溝の溝内面に、最端部から前記深溝部に向かうに従って前記最端部と同一形状の溝の幅方向に徐々に深くなる徐変溝が形成された徐変部を含み、前記徐変溝の溝内面の横断面形状の曲率半径が前記各ボールの半径より大きく、かつその徐変溝の溝内面と前記各ボールとの接触点が各ボールの前記雌ねじ溝への接触点と同一の半径方向位置にある(2)項に記載のボールねじ。
最端部と同一形状の溝の溝内面に、最端部から深溝部に向かうに従って最端部と同一形状の溝の幅方向に徐々に深くなる徐変溝を形成すれば、徐変溝の深さが最端部に近づくにつれて徐々に浅くなっても、すなわち徐変部の幅が最端部に近づくにつれて徐々に狭くなっても、その徐変部と各ボールとの接触点の半径方向位置は変わらず、雌ねじ溝とボールとの接触点の半径方向位置と同じに保たれる。
（４）前記徐変溝の溝内面が曲率半径が一定の円弧の集合である(3)項に記載のボールねじ。
徐変溝の溝内面を、曲率半径が徐々に変化する曲線の集合とすることも可能であるが、円弧の集合とすれば形成が容易である。
（５）前記深溝部が、前記徐変溝の溝内面を構成する前記円弧と曲率半径が同じ１つの円弧の集合により溝内面が構成されるものである(4)項に記載のボールねじ。
深溝部を、徐変溝の溝内面を構成する円弧と曲率半径が同じ円弧で構成されるものとすれば、連結溝と横断面積徐変部との接続が容易である。
（６）前記横断面積徐変部が、前記深溝部と前記最端部との間に、それら深溝部と最端部とをつなぐ、前記徐変部としての第１徐変部とは異なる第２徐変部を含み、その第２徐変部が、深さが前記最端部と同一形状の溝の幅方向の成分と深さ方向の成分とを有する方向に深くなる第２徐変溝を有する(4)項または(5)項に記載のボールねじ。
各ボールが横断面積徐変部内を雌ねじ溝に向かって移動するにつれて、まず第２徐変部により第１徐変部へ案内され、第１徐変部内を移動する間に第１徐変部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれる状態となり、以後雌ねじ溝に向かって強制的に転動させられる。あるいは逆に、雌ねじ溝内を強制的に転動させられてきた各ボールが、横断面積徐変部に入ってもしばらくは強制的に転動させられ、やがて横断面積徐変部の溝内面と雄ねじ溝の溝内面との間に強く挟まれない状態となる。
（７）前記第２徐変溝が、前記深溝部の溝内面を構成する円弧と曲率半径を同じくする円弧の集合により形成された(6)項に記載のボールねじ。
（８）(1)項ないし(7)項のいずれかに記載のボールねじを含み、さらに、
車体にその車体の幅方向に平行な軸方向に移動可能に保持され、前記ねじ軸を含む転舵ロッドと、
前記車体に保持され、前記ナットを回転駆動する電動モータと
を含むパワーステアリング装置。
本形態のパワーステアリング装置においては、ボールねじが滑らかに作動しない場合に、その円滑ではない回転がステアリングホイール等の操作部に伝達され、運転者に不快感を与える。したがって、パワーステアリング装置用のボールねじは特に円滑に作動することが要求されるが、本発明に従ったボールねじはその要求を満たし得る。
（９）(a)外周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雄ねじ溝を有するねじ軸と、(b)内周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体、およびそのナット本体に固定され、前記ねじ軸と共同して前記雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路形成部材を備えたナットと、(c)前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とにより形成される螺旋路と前記連結路とにより構成される循環路に収容され、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転につれてその循環路内を循環する複数のボールとを含むボールねじの前記ナットを製造する方法であって、
前記連結路の前記螺旋路との境界近傍部分を前記雄ねじ軸と共同して形成する連結溝であって横断面積が前記雌ねじ溝の横断面積より大きくされたもの備えた前記連結路形成部材が、前記ナット本体に固定されたナット素材を準備する工程と、
そのナット素材の前記ナット本体の前記ゴシックアーク溝の溝内面を、加工面が前記ボールの半径より大きい曲率半径の凸局面である加工工具により機械加工する工程と
を含み、その加工工具による機械加工工程が、
(i)前記加工工具を回転させつつ、前記凸曲面を、前記ゴシックアーク溝の、前記連結路と前記螺旋路との境界から設定距離離れた部分の、前記ボールの前記雌ねじ溝への接触点と半径方向位置が同じである点に接触させ、その後、それらナット素材と加工工具とに、加工工具が概して前記ゴシックアーク溝の延びる方向に移動しつつゴシックアーク溝の幅方向に徐々に移動する結果となる相対運動を付与して、ゴシックアーク溝の溝内面に、深さがそのゴシックアーク溝の幅方向に徐々に深くなる第１徐変溝を機械加工により形成する正第１徐変溝加工工程、または(ii)その正第１徐変溝加工工程と加工の進行方向を逆にした逆第１徐変溝加工工程を含むことを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
上記機械加工は切削加工と研削加工との少なくとも一方を含む。切削加工には、例えば、切刃の回転軌跡がボールの半径より大きい曲率半径の凸局面となるエンドミルを使用することができ、切刃の回転軌跡が加工面となる。研削加工には、例えば、凸曲面にダイヤモンド砥粒やＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）砥粒を固着したダイヤモンド砥石やＣＢＮ砥石を使用することができ、砥粒の回転軌跡の集合が加工面となる。
本項の製造方法において、正第１徐変溝加工工程を採用することも、逆徐変溝加工工程を採用することも共に可能である。ただし、徐変溝加工（切削加工の場合特に）の最後にバリが生じることがあり、逆徐変溝加工工程による場合はこのバリが第１徐変溝の溝内面と雌ねじ溝の溝内面との境界に生じてボールの軽快な転動の妨げになる可能性があるのに対し、正第１徐変溝加工工程によれば、バリが生じても、第１徐変溝の溝内面の雌ねじ溝から遠い側の端に生じ、この端においてはボールと溝内面との間に十分な隙間があるため、ボールの軽快な転動が妨げられることはない。この観点からすれば、正第１徐変溝加工工程の方が有利である。
本項の製造方法によれば、前記(3)項に記載のボールねじ用のナットが得られる。
（１０）(iii)前記正第１徐変溝加工工程の終了後、前記ナット素材と前記加工工具とに、加工工具が概して前記ゴシックアーク溝の延びる方向に移動しつつゴシックアーク溝の幅方向および深さ方向に徐々に移動する結果となる相対運動を付与して、ゴシックアーク溝の溝内面に、深さがゴシックアーク溝の幅方向と深さ方向との両方に徐々に深くなる第２徐変溝を機械加工により形成する正第２徐変溝加工工程、または(iv)前記逆第１徐変溝加工工程の実行前に、前記正第２徐変溝加工工程とは加工の進行方向を逆にした逆第２徐変溝加工工程を含む(9)項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
本項の製造方法においても、(9)項に関連して説明したのと同じ理由で正第２徐変溝加工工程の方が望ましい。
本項の製造方法によれば前記(6)項に記載のボールねじ用のナットが得られる。
（１１）前記加工工具として、前記凸曲面が、前記曲率半径が一定の球面であるものを使用する(9)項または(10)項に記載のボールねじ用ナットの製造方法。
以下、本発明の実施例を、図を参照しつつ説明する。
図１に、車両用ステアリングシステムを概略的に示す。本システムは、操作部１０と転舵部１２とを備えている。操作部１０は、操舵操作部材としてのステアリングホイール１４，ステアリングシャフト１６，センサ１８等を備え、転舵部１２は、転舵ロッド２２，タイロッド２４，ステアリングナックル２６，転舵アクチュエータ２８等を備えている。センサ１８はステアリングＥＣＵ（電子制御装置）３２の入力部に接続され、そのステアリングＥＣＵ３２の出力部に転舵アクチュエータ２８が接続されている。ステアリングシャフト１６は、インタミディエイトシャフト３４を介して転舵アクチュエータ２８の入力軸３６に連結されている。
図１に、車両用ステアリングシステムを概略的に示す。本システムは、操作部１０と転舵部１２とを備えている。操作部１０は、操舵操作部材としてのステアリングホイール１４，ステアリングシャフト１６，センサ１８等を備え、転舵部１２は、転舵ロッド２２，タイロッド２４，ステアリングナックル２６，転舵アクチュエータ２８等を備えている。センサ１８はステアリングＥＣＵ（電子制御装置）３２の入力部に接続され、そのステアリングＥＣＵ３２の出力部に転舵アクチュエータ２８が接続されている。ステアリングシャフト１６は、インタミディエイトシャフト３４を介して転舵アクチュエータ２８の入力軸３６に連結されている。
転舵アクチュエータ２８は図２に示すように、ステアリングギヤ３８とアシスト装置４０とを備えており、ステアリングギヤ３８はラック４２とピニオン４４とにより、上記入力軸３６の回転、すなわちステアリングシャフト１６の回転を転舵ロッド２２の軸方向の運動に変換する。また、アシスト装置は４０は、電動モータ４６およびボールねじ４８を備え、電動モータ４６の回転トルクをボールねじ４８により転舵ロッド２２の軸方向のアシスト力に変換して出力する。
センサ１８が、ステアリングホイール１４に加えられている操作力を検出し、ステアリングＥＣＵ３２が、その操作力に基づいて目標アシスト力を決定するとともに、その目標アシスト力を発生させるようにアシスト装置４０を制御する。
ボールねじ４８は、前記ラック４２と同軸かつ一体的に設けられたねじ軸６２と、ナット６４と、複数のボール６６とから成っており、電動モータ４６はロータ６８とステータ７０とを備えている。ナット６４は、電動モータ４６のロータ６８に固定されており、ロータ６８と一体的に回転する。ロータ６８は軸受７１を介してハウジング７２により回転可能かつ軸方向には移動不能に保持されており、一方、ステータ７０はハウジング７２に固定されている。ロータ６８は永久磁石８２を備え、ステータ７０はコイル８４を備えており、電動モータ４８は、コイル８４に供給される電流の大きさに応じた回転トルクを発生させる。
ボールねじ４８のねじ軸６２の外周面には、図３に示すように、螺旋状の雄ねじ溝９２が形成されている。一方、ナット６４は、内周面に螺旋状の雌ねじ溝９４が形成されたナット本体９６と、そのナット本体９６とは別体に製造されてナット本体９６に固定された複数個の駒部材９８とから成っている。この駒部材９８は、ねじ軸６２と共同して連結路１０２形成し、この連結路１０２が、雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４とにより形成される螺旋路１０４の、互いに近接した２部分を連結して無端の循環路１０６を形成する。この循環路１０６に複数のボール６６が収容されることにより、ねじ軸６２とナット６４とがボール６６を介して連携させられ、両者は相対回転に伴って必然的に軸方向に相対移動する。
各ボール６６は、図４に示すように、螺旋路１０４の始端１０４ａからねじ軸６２を１周近くして螺旋路１０４の末端１０４ｂに到り、この末端１０４ｂから連結路１０２を通過する間にねじ山を越え、上記始端１０４ａに戻る。その結果、図３に実線と破線とで概略的に示す無端の循環路１０６をボール６６が循環することとなる。実線の矢印で示す部分が、循環路１０６の、ねじ軸６２の手前側における部分であり、破線の矢印で示す部分がねじ軸６２の向こう側における部分である。また、螺旋路１０４の始端１０４ａと末端１０４ｂとはナット６４とねじ軸６２との相対回転方向が逆になるのに応じて反転する。
本実施例においては、連結路１０２の中央部が、駒部材９８に形成された貫通孔１０８により形成されており、いわゆるトンネル式となっている。連結路１０２の両端部は、駒部材９８に内周側に開いて形成された連結溝１１０と、雄ねじ溝９２との共同で形成される。駒部材９８は、図５に示す形状を有する２つの部材９８ａ，９８ｂを合わせて、ナット本体９６に形成された嵌合穴に嵌合され、固定される。固定後は一体の駒部材９８として機能するため、以後は一体の部材として説明する。
本実施例においては、連結路１０２の中央部が、駒部材９８に形成された貫通孔１０８により形成されており、いわゆるトンネル式となっている。連結路１０２の両端部は、駒部材９８に内周側に開いて形成された連結溝１１０と、雄ねじ溝９２との共同で形成される。駒部材９８は、図５に示す形状を有する２つの部材９８ａ，９８ｂを合わせて、ナット本体９６に形成された嵌合穴に嵌合され、固定される。固定後は一体の駒部材９８として機能するため、以後は一体の部材として説明する。
上記のように、ナット６４はナット本体９６と駒部材９８との結合体であり、そのナット６４とねじ軸６２との共同により形成される連結路１０２は、螺旋路１０４に比較して横断面積が大きくされる。螺旋路１０４内においては、ボール６６が雄ねじ溝９２の溝内面と雌ねじ溝９４の溝内面とに強く挟まれた状態で転動させられるのに対し、連結路１０２内においては自由に移動する必要があるからである。したがって、連結路１０２の螺旋路１０４との接合部近傍においては、連通路の横断面積が徐々に減少させられ、滑らかに螺旋路１０４に連なるようにされることが、ボール６６の移動を滑らかにする上で望ましい。
以下、上記螺旋路１０４および連結路１０２を形成する雄ねじ溝９２，雌ねじ溝９４，貫通孔１０８および連結溝１１０の形状について詳細に説明する。
図６に螺旋路１０４および連結路１０２におけるボール６６と溝内面との関係を概念的に示す。螺旋路１０４内においては、図の左上に示すように、ボール６６が雄ねじ溝９２の溝内面と雌ねじ溝９４の溝内面との、互いにボール６６の直径方向に隔たった２部分によって強く挟まれ、それら２部分とボールとの接触点近傍の部分が僅かに弾性変形して、それら２部分とほぼ９０度離れた部分においては溝内面とボール６６との間に僅かな隙間が生じた状態となる。これら弾性変形する側と隙間が生じる側とは、ねじ軸６２とナット６４との加えられる軸方向の力の向きが反転すれば逆になる。
図６に螺旋路１０４および連結路１０２におけるボール６６と溝内面との関係を概念的に示す。螺旋路１０４内においては、図の左上に示すように、ボール６６が雄ねじ溝９２の溝内面と雌ねじ溝９４の溝内面との、互いにボール６６の直径方向に隔たった２部分によって強く挟まれ、それら２部分とボールとの接触点近傍の部分が僅かに弾性変形して、それら２部分とほぼ９０度離れた部分においては溝内面とボール６６との間に僅かな隙間が生じた状態となる。これら弾性変形する側と隙間が生じる側とは、ねじ軸６２とナット６４との加えられる軸方向の力の向きが反転すれば逆になる。
一方、連結路１０２の連結溝１１０は、雌ねじ溝９４に比較して深くされているため、図６に誇張して示すように、連結溝１１０および雌ねじ溝９４の溝内面とボール６６との間には隙間が存在し、ボール６６は連結溝１１０の延びる方向に自由に移動することができる。駒部材９８がナット本体９６に固定されたままの状態においては、図６に誇張して示すように、連結溝９４と雌ねじ溝９４との境界に二点鎖線で示す段差部１１２が生じている。この段差部１１２を消滅させるべく雌ねじ溝９４の連結溝１１０との境界に隣接した部分に面取りを施して面取り部１１４を形成するのであるが、本ボールねじ４８においては、この面取りが第１徐変溝切削工程と第２徐変溝切削工程とにより行われる。
この第１徐変溝切削工程と第２徐変溝切削工程との実施状況を図７に示す。図７の(a)に雌ねじ溝９４の横断面形状を実線で示し、連結溝１１０の横断面形状を二点鎖線で、エンドミル１１６の先端部の切刃の回転軌跡１１８を破線でそれぞれ示す。雌ねじ溝９４は、半径が同一である２つの円弧を、それらの中心を互いにすらして交差させた曲線で規定されるいわゆるゴシックアーク形状を有しており、連結溝１１０は上記円弧と半径が同一であるほぼ半円で規定されるほぼ半円形状を有している。切刃の回転軌跡１１８は、ゴシックアーク形状を規定する円弧の半径よりは小さい半径を有する部分球面をなす。
第１徐変溝切削工程の最初は、エンドミル１１６を回転させた状態で、図７の(b)に示すように、雌ねじ溝９４の上記２つの円弧の一方で規定される溝内面に回転軌跡１１８を接触させる切削開始工程である。この際、回転軌跡１１８と溝内面との接触点Ｐの半径方向位置、すなわちナット６４の中心線からの距離が、雌ねじ溝９４の溝内面に対するボール６６の接触点の半径方向位置と同じになるように、エンドミル１１６とナット６４とを位置決めする。切削開始の後は、エンドミル１１６とナット６４とを、図７の(c)に矢印Ａ示すように、エンドミル１１４が雌ねじ溝９２のリード方向に進むにつれてナット６４の中心線に平行な方向（すなわち軸方向）に移動するように相対移動させて、雌ねじ溝９４の溝内面に、雌ねじ溝９４の幅方向に深さが漸増する第１徐変溝１２０を形成する。この第１徐変溝形成工程は、第１徐変溝１２０の深さが、予定されている軸方向負荷のうち最大のものがねじ軸６２とナット６４とに加えられた場合の前記螺旋路１０４における雄ねじ溝９２および雌ねじ溝９４の溝内面とボール６６との接触点近傍部の弾性変形量の和よりも大きくなるまで行う。
以上で第１徐変溝切削工程が終了し、続いて第２徐変溝切削工程が実施される。この工程は、エンドミル１１６とナット６４とを、図７の(d)に矢印Ｂ示すように、エンドミル１１６が雌ねじ溝９２のリード方向に進むにつれてナット６４の軸方向と半径方向との両成分を含む方向に移動させつつ雌ねじ溝９４の溝内面を切削する工程である。本実施例においては特に、回転軌跡１１８が連結溝１１０を規定する円弧と一致する結果となるようにエンドミル１１６とナット６４とを相対移動させつつ切削加工が行われ、それによって第２徐変溝１２２が形成される。この切削は、回転軌跡１１８の球心が段差部１１２に対応する位置に達する前に、回転軌跡１１８が連結溝１１０を規定する円弧と一致する状態を越えて僅かに連結溝１１０の溝内面に食い込んだ状態になるように行われる。第１徐変溝切削工程の最初において回転軌跡１１８が雌ねじ溝９４の溝内面に接触させられる位置、および第１徐変溝切削工程および第２徐変溝切削工程におけるエンドミル１１６とナット６４とのリード方向の単位移動距離に対する切込み量がそのように設定されるのである。
回転軌跡１１８が連結溝１１０の溝内面に僅かに食い込んだ状態になった後は、切込みが一定に保たれた状態で、エンドミル１１６が、それの球心が段差部１１２に対応する位置を過ぎ、連結溝１１０の溝内面を浅く切削しつつ設定距離リード方向に前進するように、エンドミル１１６とナット６４とが相対移動させられる。これにより、段差部１１２が完全に消滅させられる。その後、連結溝１１０への切込みが解消されるが、エンドミル１１６がリード方向に前進させられつつ切込みが減少させられても、リード方向の前進が停止させられた状態で切込みが減少させられてもよい。後者の場合でも、連結溝１１０のエンドミル１１６により切削された部分と切削されていない部分との間には、回転軌跡１１８の曲率に対応する傾斜面（厳密には傾斜した凹球面）が形成され、段部が生じることはないからである。
以上によって、雌ねじ溝９４の片側の溝内面に第１徐変溝１２０と第２徐変溝１２２とが互いに連続して形成され、続いて、図７の(e)〜(h)の工程が(a)〜(d)の工程と同様に実施されて、雌ねじ溝９４の反対側の溝内面に別の第１徐変溝１２０と第２徐変溝１２２とが形成される。ただし、これら第１徐変溝１２０および第２徐変溝１２２が形成される際のエンドミル１１６の移動方向はそれぞれ矢印Ａ′および矢印Ｂ′で表される方向である。図７の(e)〜(h)の工程と(a)〜(d)の工程とで形成される２つの第２徐変溝１２２は、最終的には、すなわち切込みの停止時期には完全に合流し、その後は連結溝１１０の溝内面全体を僅かに切削し、連結溝１１０を僅かに深くする加工となる。
このようにして形成された第１徐変溝１２０の溝内面および第２徐変溝１２２の溝内面から成る面取り部１１４は以下の機能を果たす。
先に説明した特許文献１に記載のボールねじにおいて「後方のボールが前方のボールに追いついて両ボールが互いに強く押し付けられた状態で転動する」という現象が生じるのは、主として、ボールが連結溝側から雌ねじ溝側へ移動する場合である。逆の場合には、面取り部内のボールの移動速度が雌ねじ溝内のボールの移動速度より小さい場合に同様の現象が生じることとなるが、実際にこのような状況になることは少ないのである。したがって、ここでは、ボール６６が連結溝１１０側から雌ねじ溝９４側へ移動する場合について説明する。また、雌ねじ溝９４の２つの第２徐変溝１２２が形成された部分を第２徐変部、２つの第１徐変溝１２０が形成された部分を第１徐変部と総称し、これら徐変溝１２０，１２２が形成されていない部分を、これまで通り雌ねじ溝９４と称する。また、第１徐変部と第２徐変部とを徐変部と総称する。
先に説明した特許文献１に記載のボールねじにおいて「後方のボールが前方のボールに追いついて両ボールが互いに強く押し付けられた状態で転動する」という現象が生じるのは、主として、ボールが連結溝側から雌ねじ溝側へ移動する場合である。逆の場合には、面取り部内のボールの移動速度が雌ねじ溝内のボールの移動速度より小さい場合に同様の現象が生じることとなるが、実際にこのような状況になることは少ないのである。したがって、ここでは、ボール６６が連結溝１１０側から雌ねじ溝９４側へ移動する場合について説明する。また、雌ねじ溝９４の２つの第２徐変溝１２２が形成された部分を第２徐変部、２つの第１徐変溝１２０が形成された部分を第１徐変部と総称し、これら徐変溝１２０，１２２が形成されていない部分を、これまで通り雌ねじ溝９４と称する。また、第１徐変部と第２徐変部とを徐変部と総称する。
ねじ軸とナット６４との相対回転につれてボール６６が連結溝１１０側から雌ねじ溝９４側へ移動する際、まず、第２徐変部に入り、第２徐変溝１２２の溝内面の傾斜により第１徐変部に導かれる。このとき、ボール６６は雄ねじ溝９２と第２徐変部の溝内面との間に強く挟まれず、自由に移動可能であるため、２つの第２徐変溝１２２のいずれの側に入るかは一義的には定まらないが、いずれの側に入ってもボール６６は一方の側から他方の側へ自由に移動できるための支障はない。やがてボール６６は第１徐変部へ入り、２つの第１徐変溝１２０のいずれかの溝内面の傾斜により雌ねじ溝９４に導かれる。この際も、当初、ボール６６は２つの第１徐変溝１２０のいずれに入るか一義的には定まらないが、やがて雄ねじ溝９２の溝内面に押されて２つの第１徐変溝１２０の一方の溝内面に押し付けられる。
第２徐変部においては勿論、第１徐変部においても、溝幅は雌ねじ溝９４より広くされているのであるが、螺旋路１０４においては、前述したように、ねじ軸６２とナット６４とに加えられる軸力と反力とにより、ボール６６が雄ねじ溝９２の片側の溝内面と雌ねじ溝９４の反対側の溝内面との間に強く挟まれ、それらボール６６と溝内面との接触点近傍部が弾性変形して、雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との中心が互いにずれている。そのため、第１徐変部では雌ねじ溝９４の溝幅が第１徐変溝１２０の形成により拡げられているにもかかわらず、第１徐変部の途中からボール６６が雄ねじ溝９２の溝内面により第１徐変溝１２０の溝内面に押し付けられることとなるのである。
上記のようにして、ボール６６が雄ねじ溝９２と第１徐変溝１２０との溝内面に挟まれた状態となった後は、ボール６６は強制的に転動させられることとなるが、その公転速度（移動速度）は、雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との溝内面に挟まれて転動する場合と同じになる。
ボール６６が雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との溝内面に挟まれて転動する場合の、雌ねじ溝９４のボール６６との接触点におけるナット６４の周速Ｖ１は、図８(a)から明らかなように、次式で表される。
Ｖ１＝ω・（Ｒ＋Ｈ）・・・・（１）
ただし
ω：ねじ軸６２とナット６４との相対回転角速度
Ｒ：ねじ軸６２の軸線とボール６６の球心との距離
Ｈ：ボール６６と雌ねじ溝９４の溝内面との接触点とボール６６の球心との、ねじ軸６２の半径方向における距離
また、ボール６６が雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との溝内面に挟まれて転動する場合には、図６の左上部分あるいは図９(a)に誇張して示すように、ボール６６と両溝内面との２つの接触点間の距離はボール６６の直径に等しいため、図８(b)に示すように、ボール６６の球心の移動速度Ｖ２は次式で表される。
Ｖ２＝（１／２）・Ｖ１・・・・（２）
ボール６６が雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との溝内面に挟まれて転動する場合の、雌ねじ溝９４のボール６６との接触点におけるナット６４の周速Ｖ１は、図８(a)から明らかなように、次式で表される。
Ｖ１＝ω・（Ｒ＋Ｈ）・・・・（１）
ただし
ω：ねじ軸６２とナット６４との相対回転角速度
Ｒ：ねじ軸６２の軸線とボール６６の球心との距離
Ｈ：ボール６６と雌ねじ溝９４の溝内面との接触点とボール６６の球心との、ねじ軸６２の半径方向における距離
また、ボール６６が雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との溝内面に挟まれて転動する場合には、図６の左上部分あるいは図９(a)に誇張して示すように、ボール６６と両溝内面との２つの接触点間の距離はボール６６の直径に等しいため、図８(b)に示すように、ボール６６の球心の移動速度Ｖ２は次式で表される。
Ｖ２＝（１／２）・Ｖ１・・・・（２）
それに対し、前記特許文献１に記載のボールねじにおいては、エンドミルとナットとの雌ねじ溝のリード方向における相対移動に伴ってエンドミルの切込みが半径方向に増加させられるようになっているため、ボールと徐変部の溝内面とが図１０に示すように点Ｐ′において接触することとなる。したがって、ねじ軸６２とナット６４との相対回転角速度が上記の場合と同じくωである場合に、徐変部溝内面の点Ｐ′における周速Ｖ３は次式で表される。
Ｖ３＝ω・（Ｒ＋Ｈ′）・・・・（３）
ただし
Ｈ′：ボールと徐変部の溝内面との接触点Ｐ′とボールの球心との、ねじ軸の軸線に直角な平面内における距離
そして、ボールと徐変部の溝内面との接触点Ｐ′が図１０の位置になる場合には、ボールは雄ねじ溝の両側の溝内面に強く押し付けられることとなるため、ボールは両側の溝内面との接触点である２点を結ぶ直線Ｌ（図１０参照。図８(c)においては点Ｑにおいて図の面と直交する直線）を中心として回転することとなり、図８(d)から明らかなように、ボールの球心の移動速度Ｖ４は次式で表される。
Ｖ４＝Ｖ３・Ｈ／（Ｈ＋Ｈ′）・・・・（４）
Ｖ３＝ω・（Ｒ＋Ｈ′）・・・・（３）
ただし
Ｈ′：ボールと徐変部の溝内面との接触点Ｐ′とボールの球心との、ねじ軸の軸線に直角な平面内における距離
そして、ボールと徐変部の溝内面との接触点Ｐ′が図１０の位置になる場合には、ボールは雄ねじ溝の両側の溝内面に強く押し付けられることとなるため、ボールは両側の溝内面との接触点である２点を結ぶ直線Ｌ（図１０参照。図８(c)においては点Ｑにおいて図の面と直交する直線）を中心として回転することとなり、図８(d)から明らかなように、ボールの球心の移動速度Ｖ４は次式で表される。
Ｖ４＝Ｖ３・Ｈ／（Ｈ＋Ｈ′）・・・・（４）
上記式（１）ないし（４）より
Ｖ２−Ｖ４＝（１／２）・Ｖ１−Ｖ３・Ｈ／（Ｈ＋Ｈ′）＝ω・（Ｈ′−Ｈ）・（Ｒ−Ｈ）／２（Ｈ＋Ｈ′）
ここにおいて、ω＞０，Ｈ＞０，Ｈ′＞０，Ｈ′＞Ｈ，Ｒ＞Ｈであるから（Ｖ２−Ｖ４）は正であり、Ｖ２＞Ｖ４である。ボール６６が雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との溝内面に挟まれて転動する場合にの球心の移動速度（公転速度）Ｖ２の方が、徐変溝と雄ねじ溝との溝内面に挟まれて転動する場合の球心の移動速度（公転速度）Ｖ４より大きいのである。
Ｖ２−Ｖ４＝（１／２）・Ｖ１−Ｖ３・Ｈ／（Ｈ＋Ｈ′）＝ω・（Ｈ′−Ｈ）・（Ｒ−Ｈ）／２（Ｈ＋Ｈ′）
ここにおいて、ω＞０，Ｈ＞０，Ｈ′＞０，Ｈ′＞Ｈ，Ｒ＞Ｈであるから（Ｖ２−Ｖ４）は正であり、Ｖ２＞Ｖ４である。ボール６６が雄ねじ溝９２と雌ねじ溝９４との溝内面に挟まれて転動する場合にの球心の移動速度（公転速度）Ｖ２の方が、徐変溝と雄ねじ溝との溝内面に挟まれて転動する場合の球心の移動速度（公転速度）Ｖ４より大きいのである。
したがって、前記特許文献１に記載のボールねじにおいては、ねじ軸とナットとの相対回転に伴って、ボールが雌ねじ溝側から連結溝側へ、すなわちナット本体側から駒部材側へ移動する際、雌ねじ溝内のボールが徐変部内のボールに追いつく場合があった。両ボールが強く押し付けられた状態で転動する事態が発生する場合があったのであり、これが、ボールねじの滑らかな作動を妨げる一因になっていた。
それに対して、本実施例のボールねじにおいては、第１徐変部における第１徐変溝１２０の溝内面とボール６６との接触点の半径方向位置と、雌ねじ溝９４の溝内面とボール６６との接触点の半径方向位置とが同じにされているため、第１徐変部において強制的に転動させられているボール６６と雌ねじ溝９４内において転動させられているボール６６との移動速度（公転速度）が同一であり、後者が前者に追いついて２つのボール６６が押しつけられつつ転動するという事態の発生が良好に回避され、ボールねじの滑らかな作動が保証される。
それに対して、本実施例のボールねじにおいては、第１徐変部における第１徐変溝１２０の溝内面とボール６６との接触点の半径方向位置と、雌ねじ溝９４の溝内面とボール６６との接触点の半径方向位置とが同じにされているため、第１徐変部において強制的に転動させられているボール６６と雌ねじ溝９４内において転動させられているボール６６との移動速度（公転速度）が同一であり、後者が前者に追いついて２つのボール６６が押しつけられつつ転動するという事態の発生が良好に回避され、ボールねじの滑らかな作動が保証される。
ボールねじの使用時にねじ軸６２とナット６４との一方に加えられる軸方向負荷は、螺旋路１０４内に存在するボール６６を介して他方により受けられるが、その際、雄ねじ溝９２および雌ねじ溝９４の溝内面とボール６６との接触部がそれぞれ図９(a)に誇張して示すように弾性変形し（図においては、理解を容易にするために、溝内面とボールとを示す円弧が互いに交差した状態で示されている）、その変形に伴ってねじ軸６２とナット６４との間に微小な軸方向の相対変位が生じる。その結果、図９(b)に誇張して示すように、雄ねじ溝９２に対して第１徐変部（第１徐変溝１２０）が軸方向に変位する。第１徐変部内において、当初、ボール６６は第１徐変溝１２０の溝内面と雄ねじ溝９２の溝内面との間に挟まれてはいないが、やがて図９(b)に示すように、雄ねじ溝９２の両側の溝内面により位置決めされたボール６６と第１徐変溝１２０の溝内面とが接触を開始し、以後はボール６６が雄ねじ溝９２と第１徐変溝１２０との溝内面により強く挟まれた状態で転動することとなる。上記ボール６６と第１徐変溝１２０の溝内面とが接触を開始する点を接触開始点と称することとするが、接触開始点の第１徐変部の延びる方向の位置（リード角は一般に小さいため無視すれば、周方向の位置）は、雄ねじ溝９２および雌ねじ溝９４の溝内面とボール６６との接触部の弾性変形量、換言すればねじ軸６２とナット６４とに加えられる軸方向負荷の大きさによって変わる。
しかしながら、本実施例においては、第１徐変溝１２０の深さが第１徐変部の幅方向に増大するようにされているため、接触開始点の周方向位置がいかに変わろうとも、半径方向位置は変わらず、雌ねじ溝９２とボール６６との接触点の半径方向位置と一致する。換言すれば、ボール６６と第１徐変溝１２０との接触点の半径方向位置は、常に、ボール６６と雌ねじ溝９２との接触点の半径方向位置と同じに保たれるのであり、第１徐変部内のボール６６の転動速度と螺旋路１０４内のボール６６の転動速度とは同じであり、従来のボールねじにおいて発生することがあった前後のボール６６の押しつけに起因する作動の滑らかさの低下が、軸方向負荷の大小にかかわらず良好に回避される。第１徐変溝１２０の長さおよび深さが、それを可能とする大きさ、すなわち徐変部におけるボール６６の接触開始点が、軸方向負荷の大きさを問わず、必ず第１徐変溝１２０の溝内面上となるように選定されているのである。
なお、ボールねじの使用時において、ねじ軸６２とナット６４との相対回転方向のいかんを問わず、両者に作用する軸力の向きが常に一定であれば、雌ねじ溝９４および第１徐変溝１２０においてボール６６と強く接触する溝内面が一義的に決まるため、断面形状がゴシックアーク形状である雌ねじ溝９４の両側の溝内面のうち、第１徐変溝１２０および第２徐変溝１２２を形成すべきものが一義的に決まる。したがって、特定用途のボールねじとしては、この態様も発明の一実施例たり得る。
しかし、汎用のボールねじにおいては、ねじ軸６２とナット６４とにいかなる向きの軸力が作用する状態で使用されるかが不明であり、むしろ状況によって軸力の作用方向が変わることが多い。本実施例の車両用ステアリングシステムにおけるボールねじは正にその例であって、ゴシックアーク形状の雌ねじ溝９４の両側の溝内面にそれぞれ第１徐変溝１２０および第２徐変溝１２２を形成すべきであり、この態様が本発明の特に望ましい実施例となる。
しかし、汎用のボールねじにおいては、ねじ軸６２とナット６４とにいかなる向きの軸力が作用する状態で使用されるかが不明であり、むしろ状況によって軸力の作用方向が変わることが多い。本実施例の車両用ステアリングシステムにおけるボールねじは正にその例であって、ゴシックアーク形状の雌ねじ溝９４の両側の溝内面にそれぞれ第１徐変溝１２０および第２徐変溝１２２を形成すべきであり、この態様が本発明の特に望ましい実施例となる。
また、前記実施例においては、第１，第２徐変溝１２０，１２２を備えた横断面積徐変部がナット本体９６の雌ねじ溝９４の溝内面の切削加工により形成されていたが、横断面積徐変部の少なくとも一部を駒部材９８側に形成することも可能である。例えば、前記特許文献２に記載されているように、駒部材９８の連結溝の少なくとも端部を、ナット本体９６の雌ねじ溝と同一形状，寸法のゴシックアーク形状の横断面を有するものとしておき、その連結溝の溝内面を前記実施例におけると同様に切削加工して第１，第２徐変溝１２０，１２２を形成してもよいのである。
また、ナット本体９６と駒部材９８とに跨って形成されたゴシックアーク形状の横断面を有する雌ねじ溝および連結溝の両方に跨って第１，第２徐変溝１２０，１２２を形成してもよい。
さらに、第２徐変溝１２２は第１徐変溝１２０に比較すれば精度が低くても差し支えないため、予め駒部材９８に形成しておき、駒部材９８をナット本体９６に固定した後に第１徐変溝１２０のみをナット本体側と駒部材側とに跨る切削加工により形成してもよく、ナット本体側のみ、あるいは駒部材側のみに形成してもよい。
また、ナット本体９６と駒部材９８とに跨って形成されたゴシックアーク形状の横断面を有する雌ねじ溝および連結溝の両方に跨って第１，第２徐変溝１２０，１２２を形成してもよい。
さらに、第２徐変溝１２２は第１徐変溝１２０に比較すれば精度が低くても差し支えないため、予め駒部材９８に形成しておき、駒部材９８をナット本体９６に固定した後に第１徐変溝１２０のみをナット本体側と駒部材側とに跨る切削加工により形成してもよく、ナット本体側のみ、あるいは駒部材側のみに形成してもよい。
以上、本発明のいくつかの実施例を詳細に説明したが、これらは文字通り例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。
１０：操作部 １２：転舵部 １４：ステアリングホイール ２２：転舵ロッド ２８：転舵アクチュエータ ３２：ステアリングＥＣＵ ４０：アシスト装置 ４２：ラック ４６：電動モータ ４８：ボールねじ ６２：ねじ軸 ６４：ナット ６６：ボール ６８：ロータ ７０：ステータ ９２：雄ねじ溝 ９４：雌ねじ溝 ９６：ナット本体 ９８：駒部材 １０２：連結路 １０４：螺旋路 １０６：循環路 １０８：貫通孔 １１０：連結溝 １１２：段差部 １１４：面取り部 １１６：エンドミル １１８：回転軌跡 １２０：第１徐変溝 １２２：第２徐変溝
Claims (5)
- 外周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雄ねじ溝を有するねじ軸と、
内周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体と、
そのナット本体に固定され、前記ねじ軸と共同して前記雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路形成部材とを備えたナットと、
前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とにより形成される螺旋路と、前記連結路とにより構成される循環路に収容され、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転につれてその循環路内を循環する複数のボールと
を含み、かつ、前記螺旋路を形成する雌ねじ溝と、前記連結路の少なくとも端部を前記ねじ軸との共同で形成するために前記連結路形成部材に形成される連結溝との境界近傍部分の横断面積が前記雌ねじ溝に近い部分ほど小さくなる横断面積徐変部とされるとともに、その横断面積徐変部の少なくとも前記雌ねじ溝側の部分の横断面形状が、その横断面積徐変部に対する前記ボールの各々の接触点の、前記ナットの半径方向における位置である半径方向位置が、各ボールの前記雌ねじ溝に対する接触点の半径方向位置と同じになる形状とされたことを特徴とするボールねじ。 - 前記横断面積徐変部が、横断面形状が前記雌ねじ溝と同じ寸法のゴシックアーク形状であるに最端部と、横断面積がその最端部のそれより大きく、前記ボールを隙間を残して収容し得る連結路を前記ねじ軸との共同により形成する深溝部とを滑らかにつなぐものであり、その横断面積徐変部の少なくとも前記最端部に隣接する部分の横断面形状が、前記各ボールのその最端部に隣接する部分への接触点の半径方向位置が前記雌ねじ溝への接触点の半径方向位置と同じになる横断面形状とされた請求項１に記載のボールねじ。
- 前記横断面積徐変部が、前記最端部と同一形状の溝の溝内面に、最端部から前記深溝部に向かうに従って前記最端部と同一形状の溝の幅方向に徐々に深くなる徐変溝が形成された幅方向徐変部を含み、前記徐変溝の溝内面の横断面形状の曲率半径が前記各ボールの半径より大きく、かつその徐変溝の溝内面と前記各ボールとの接触点が各ボールの前記雌ねじ溝への接触点と同一の半径方向位置にある請求項２に記載のボールねじ。
- 前記徐変溝の溝内面が曲率半径が一定の円弧の集合であり、かつ、前記横断面積徐変部が、前記深溝部と前記最端部との間に、それら深溝部と最端部とをつなぐ、第１徐変部としての前記幅方向徐変部とは異なる第２徐変部を含み、その第２徐変部が、深さが前記最端部と同一形状の溝の幅方向の成分と深さ方向の成分とを有する方向に深くなる第２徐変溝を有する請求項３に記載のボールねじ。
- (a)外周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雄ねじ溝を有するねじ軸と、(b)内周面に、横断面形状がゴシックアーク形である螺旋状の雌ねじ溝を有するナット本体、およびそのナット本体に固定され、前記ねじ軸と共同して前記雌ねじ溝の２部分を互いに連結する連結路を形成する連結路形成部材を備えたナットと、(c)前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝とにより形成される螺旋路と前記連結路とにより構成される循環路に収容され、前記ねじ軸と前記ナットとの相対回転につれてその循環路内を循環する複数のボールとを含むボールねじの前記ナットを製造する方法であって、
前記連結路の前記螺旋路との境界近傍部分を前記雄ねじ軸と共同して形成する連結溝であって横断面積が前記雌ねじ溝の横断面積より大きくされたものを備えた前記連結路形成部材が、前記ナット本体に固定されたナット素材を準備する工程と、
そのナット素材の前記ナット本体の前記ゴシックアーク溝の溝内面を、加工面が前記ボールの半径より大きい曲率半径の凸局面である加工工具により機械加工する工程と
を含み、その加工工具による機械加工工程が、
(i)前記加工工具を回転させつつ、前記凸曲面を、前記ゴシックアーク溝の、前記連結路と前記螺旋路との境界から設定距離離れた部分の、前記ボールの前記雌ねじ溝への接触点と半径方向位置が同じである点に接触させ、その後、それらナット素材と加工工具とに、加工工具が概して前記ゴシックアーク溝の延びる方向に移動しつつゴシックアーク溝の幅方向に徐々に移動する結果となる相対運動を付与して、ゴシックアーク溝の溝内面に、深さがそのゴシックアーク溝の幅方向に徐々に深くなる第１徐変溝を機械加工により形成する正第１徐変溝加工工程、または(ii)その正第１徐変溝加工工程と加工の進行方向を逆にした逆第１徐変溝加工工程を含むことを特徴とするボールねじ用ナットの製造方法。
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-
2005
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