JP2007270984A - デフレクタ式ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デフレクタの改良により、ねじ溝のリードを可及的に小さくすることが可能なデフレクタ式ボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ねじ軸２０にボール２４を介してナット２１が螺合し、ナットに装着されたデフレクタ２５によりボールが循環するボール循環通路４０を軸方向に複数並設したデフレクタ式ボールねじ装置であって、デフレクタは、ナットに形成された嵌合穴３１に嵌合する略長円形状をなす脚部３３を有し、脚部には隣接するねじ溝間でボールをリターンする略Ｓ字状のリターン溝３５が設けられ、脚部の長手方向の外側両端縁部５１，５２に延在され隣接するボール循環通路内に突入する突出部分５３、５４を切欠いて切除部５３ａ、５４ａを形成した。
【選択図】図５

Description

本発明は、ねじ軸にボールを介してナットが螺合し、ナットに装着されたデフレクタによりボールが循環するボール循環通路を軸方向に複数並設したデフレクタ式ボールねじ装置に関するものである。

従来のデフレクタ式ボールねじ装置は、例えば特許文献１に記載されているように、スチール製のボールを介してナット側のねじ溝とねじ軸側のねじ溝とが噛み合うボールねじ装置を基本構成とし、ナット側にはボールを所定のねじ溝間にて循環させるデフレクタを装着した構成となっている。そして、デフレクタがナット側の所定のねじ溝に適宜数配設されることによって、複数のボール循環路が形成され、ボールねじ装置が円滑に作動されるようになっている。

この種のデフレクタ式ボールねじ装置は、電動式パワーステアリング装置における電動モータの回転をラック軸の軸方向運動に変換する機構として広く採用されている。
特開平１１−２７０６４７号公報（段落００３１〜００３５、図２）

ところで、上記した電動式パワーステアリング装置におけるデフレクタ式ボールねじ装置においては、ねじ軸およびナットに形成されるねじ溝のリードを小さくすることによって、高出力化が可能となる。しかしながら、ねじ溝のリードを小さくすると、隣接するねじ溝の軸方向の間隔が小さくなり、そのためにボールを所定のねじ溝間にて循環させるデフレクタの長手方向の外側両端縁部が、隣接するボール循環通路を循環するボールの循環経路内に突出するようになり、ボールの循環を妨げる現象を発生する恐れがある。このために、ねじ溝のリードを小さくして電動式パワーステアリング装置の高出力化を図ろうとしても、リードの縮小化に限界を生ずる問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、デフレクタの改良により、ねじ溝のリードを可及的に小さくすることが可能なデフレクタ式ボールねじ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ねじ軸にボールを介してナットが螺合し、該ナットに装着されたデフレクタによりボールが循環するボール循環通路を軸方向に複数並設したデフレクタ式ボールねじ装置において、前記デフレクタは、前記ナットに形成された嵌合穴に嵌合する略長円形状をなす脚部を有し、該脚部には隣接するねじ溝間で前記ボールをリターンする略Ｓ字状のリターン溝が設けられ、前記脚部の長手方向の外側両端縁部に延在され隣接するボール循環通路内に突入する突出部分を切欠いて切除部を形成したことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記デフレクタの脚部は、前記リターン溝の両側の側壁部の肉厚が長手方向の全長に亘ってほぼ均一にされていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記デフレクタの脚部が嵌合する前記ナットの嵌合穴は、長手方向の全長に亘って同一径のカッタでワンパス加工が可能な略Ｓ字状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記デフレクタは、前記ナットに形成された前記嵌合穴の段部に係合するフランジ部を有し、該フランジ部が前記段部に係合する位置で前記デフレクタが前記ナットに適宜の手段により放射方向への移動を規制されていることを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、デフレクタは、ナットに形成された嵌合穴の段部に係合するフランジ部と、フランジ部より突設され嵌合穴に嵌合する略長円形状をなす脚部と、脚部に形成され隣接するねじ溝間で前記ボールをリターンする略Ｓ字状のリターン溝を備え、脚部の長手方向の外側両端縁部に延在されボール循環通路内に突入する突出部分を切欠いて切除部を形成したので、リターン溝の両側の側壁部を肉厚を確保しながら、隣接するボール循環通路を循環するボールの循環を妨げないようにすることができ、これによって、リターン溝の両側の側壁部の強度を適正に維持してボールの円滑な循環を行いながら、ねじ溝のリードを可及的に小さくすることができるようになる。

請求項２に係る発明によれば、デフレクタの脚部は、リターン溝の両側の側壁部の肉厚が長手方向の全長に亘ってほぼ均一にされているので、デフレクタの加工後に行う焼入れにおいて、側壁部の不均一な変形等を抑えることができる。

請求項３に係る発明によれば、デフレクタの脚部が嵌合するナットの嵌合穴は、長手方向の全長に亘って同一径のカッタでワンパス加工が可能な略Ｓ字状に形成されているので、ナットの嵌合穴の加工をきわめて容易に行うことができるとともに、嵌合穴にデフレクタの脚部を隙間なく嵌合できるようになる。

請求項４に係る発明によれば、デフレクタは、ナットに形成された嵌合穴の段部に係合するフランジ部を有し、該フランジ部が前記段部に係合する位置で前記デフレクタが前記ナットに適宜の手段により放射方向への移動を規制されているので、デフレクタをフランジ部が嵌合穴の段部に係合する所定位置に確実に固定することができる。

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、本実施の形態のデフレクタ式ボールねじ装置を備えた電動式パワーステアリング装置１０の全体を示すもので、当該電動式パワーステアリング装置１０は、車両の左右方向に延在して配設されたハウジング１１を備え、ハウジング１１には、図略のステアリングホイールによって回転されるピニオン軸１２と、ピニオン軸１２に噛合うラック歯１３ａを形成したラック軸１３と、ラック軸１３上と同軸的に配設した電動モータ１４と、電動モータ１４の回転運動をラック軸１３の軸方向運動に変換するボールねじ装置１５等が備えられている。

ハウジング１１は、円筒状のモータハウジング１６と、モータハウジング１６の両端に同軸上に嵌合された中空状のラックハウジング１７、１８からなり、ラックハウジング１７、１８に形成された取付部１７ａ、１８ａを介して図略の車体ボディに支持されるようになっている。

ハウジング１１には、ラック軸１３が軸方向に摺動可能に貫挿され、ラック軸１３の両端は、タイロッドを介して左右の操向車輪に連結され、ラック軸１３の軸動によって操向車輪が左右方向に操向されるようになっている。

ラック軸１３の一端にはボールねじ装置１５を構成するねじ軸２０が形成されている。ボールねじ装置１５は、図２に示すように、外周面に螺旋状のねじ溝２０ａを有するねじ軸２０と、内周面に螺旋状のねじ溝２１ａを有するナット２１と、ねじ軸２０のねじ溝２０ａとナット２１のねじ溝２１ａとの間で形成されるボール軌道２３内を転動する複数のボール２４と、ボール２４を隣接する２つのねじ溝２０ａ、２１ａ間でリターンするデフレクタ２５とによって構成されている。ナット２１は後述する電動モータ１４のロータを構成するモータシャフト４１内に一体的に装着され、締付けナット２６によるねじ締めによってモータシャフト４１に固定されている。これにより、モータシャフト４１によるナット２１の正逆回転によって、ねじ軸２０とともにラック軸１３が軸方向に往復動されるようになる。

ナット２１には、ねじ山を挟む２つのねじ溝２１ａに跨って斜めに略長円形状の嵌合穴３１が半径方向に貫通して形成され、嵌合穴３１は軸方向位置および周方向位置を互いに違えて円周上複数（４か所）設けられている。嵌合穴３１には段部３１ａが形成され、嵌合穴３１に後述する構成のデフレクタ２５が段部３１ａに係合する位置に装着されるようになっている。

デフレクタ２５は、図３ないし図５に示すように、略長円形をなす脚部３３と、この脚部３３の底部両側に突設形成されたフランジ部３４ａ、３４ｂからなり、脚部３３には隣接する２つのねじ溝２１ａ間をなめらかに接続する断面が半円弧状のリターン溝３５が凹設されている。リターン溝３５の両端は、隣接する２つのねじ溝２１ａにそれぞれ沿うように開口され、その間を湾曲部によってなめらかに接続されて長手方向に略Ｓ字状に形成されている。かかるリターン溝３５の凹設により、脚部３３にはリターン溝３５の両側に対応して側壁部３３ａ、３３ｂが形成されている。

ナット２１へのデフレクタ２５の組込みは、デフレクタ２５をその脚部３３側よりナット２１の嵌合穴３１に挿入し、フランジ部３４ａ、３４ｂを嵌合穴３１の段部３１ａに係合させる。その状態で、かしめ等の手段によってデフレクタ２５をナット２１に固着することにより、デフレクタ２５の放射方向への移動が規制されるようになっている。この状態においては、デフレクタ２５は、図３に示すように、隣接するねじ溝２１ａ間に跨ってねじ溝２１ａと交差するように配置される。

これにより、デフレクタ２５を装着したナット２１にねじ軸２０が組み込まれると、リターン溝３５の両端部がねじ軸２０とナット２１とのねじ溝２０ａ、２１ａ間になめらかに接続される。これによって、ボール２４をねじ軸２０とナット２１間の無限状のボール軌道２３を循環するボール循環通路４０が構成される。そして、このボール循環通路４０は軸方向に複数組（４組）並設され、ボールねじ装置１５が構成される。

電動モータ１５は、ボールねじ装置１５を介してねじ軸２０（ラック軸１３）に軸方向のアシスト力を付与するもので、中空状のロータからなるモータシャフト４１とステータ４２とから構成されている。モータシャフト４１はモータハウジング１６に軸受４３，４４を介して回転可能に軸承され、このモータシャフト４１の中空穴内にねじ軸２０が同軸的に貫挿されている。モータシャフト４１の外周には平板状の永久磁石４５が複数接着され、この永久磁石４５に対向するようにステータ４２がモータハウジング１６の内周に装着されている。ステータ４２は複数のコイル４６を備え、コイル４６への通電によって発生する磁束を永久磁石４５に作用させることにより、モータシャフト４１が回転されるようになっている。

ところで、上記した構成のデフレクタ式ボールねじ装置１５においては、ねじ軸２０およびナット２１に形成されるねじ溝２０ａ、２１ａのリードを小さくしていくと、互いに隣合うねじ溝２０ａ、２１ａの軸方向の間隔が小さくなるため、デフレクタ２５が単純な長円形状であると、図７に示すように、デフレクタ２５の脚部３３の長手方向の外側両端縁部Ａ、Ｂ、すなわち、隣接するボール循環通路４０側に接近する両端縁部（Ａ、Ｂ）が、隣接するボール循環通路４０のボール軌道２３内に突入し、ボール循環通路４０を循環するボール２４の循環が妨げられる現象が生ずる。このために、ねじ軸２０およびナット２１のねじ溝２０ａ、２１ａのリードを小さくするには自ずと限界があった。勿論、デフレクタ２５の脚部３３の外側両端縁部Ａ、Ｂを、隣接するボール循環通路４０のボール軌道２３内に突入しないように、デフレクタ２５の長円形状を全体的に一回り小型にすれば、隣接するボール循環通路４０を循環するボール２４の循環を妨げないようにすることはできるが、反面、デフレクタ２５の小型化によってリターン溝３５の両側の側壁部３３ａ、３３ｂの肉厚が極端に薄くなる部分Ａ１、Ｂ１ができて強度上問題を生じ、実用的ではない。

そこで本発明は、デフレクタ２５を改良することにより、ねじ軸２０およびナット２１のねじ溝２０ａ、２１ａのリードを可及的に小さくしても、隣接するボール循環通路４０を循環するボール２４の循環を妨げないようにしたもので、以下、その具体的な構成を図６に基づいて説明する。

なお、図６においては、発明の理解を容易にするために、デフレクタ２５によってボール２４を循環する第１のボール循環通路４０の第１のボール軌道を２３Ａで表し、この第１のボール循環通路４０の両側に隣接する第２および第３のボール循環通路４０、４０の第２および第３のボール軌道をそれぞれ２３Ｂ、２３Ｃで表すことにする。

通常、デフレクタ２５の脚部３３は、図６の２点鎖線で示すように、側壁部３３ａ、３３ｂの外面３３ａ１、３３ｂ１が互いに平行な長円形状をなしているが、ナット２１（ねじ軸２０）のねじ溝２１ａ（２０ａ）のリードを小さくしていくと、前述したように、第１のボール循環通路４０を構成するデフレクタ２５の脚部３３の長手方向の外側両端縁部５１、５２、すなわち、リターン溝３５の両端開口部の第２および第３のボール軌道２３Ｂ、２３Ｃ側にそれぞれ接近する側の両端縁部（５１、５２）に、第２および第３のボール軌道２３Ｂ、２３Ｃの領域内に突入する突出部分５３、５４が延在する。

また、側壁部３３ａ、３３ｂの外面３３ａ１、３３ｂ１が互いに平行であるのに対して、リターン溝３５が略Ｓ字状をなしているために、突出部分５３、５４に連なる側壁部３３ａ、３３ｂの一部に肉厚が薄くなった薄肉部分５５、５６が存在するようになる。

そこで、本発明の実施の形態においては、デフレクタ２５の脚部３３の長手方向の外側両端縁部５１、５２に延在した突出部分５３、５４を、図６の斜線部分Ｃ１、Ｃ２だけ切欠いた切除部５３ａ、５４ａを形成し、脚部３３の長手方向の外側両端縁部５１、５２が、隣接する第２および第３のボール軌道２３Ｂ、２３Ｃを循環されるボール２４の循環を妨げない形状に改良した。

また、突出部分５３、５４に連なる薄肉部分５５、５６は、肉厚を厚くしても隣接する第２および第３のボール軌道２３Ｂ、２３Ｃを循環されるボール２４の循環には影響しないので、薄肉部分５５、５６を、図６の斜線部分Ｄ１、Ｄ２だけリターン溝３５の形状に沿って外側に膨らませて肉盛部５５ａ、５６ａを形成し、肉厚を確保する形状に改良した。しかも、かかる肉盛部５５ａ、５６ａを、突出部分５３、５４を切除した切除部５３ａ、５４ａにおける両側壁部３３ａ、３３ｂの肉厚とほぼ同じになるように形成した。

一方、側壁部３３ａ、３３ｂにはリターン溝３５が略Ｓ字状をなすために、必然的に肉厚が他の部分より厚くなる厚肉部分５７、５８が生ずるので、この厚肉部分５７、５８を、脚部３３のリターン溝３５の両側の側壁部３３ａ、３３ｂの肉厚が長手方向の全長にわたってほぼ均一の形状となるように削ぎ落とした。この結果、リターン溝３５の両側の側壁部３３ａ、３３ｂの外面は、リターン溝３５の形状と相似した略Ｓ字状となる。すなわち、デフレクタ２５の脚部３３は、全体が略長円形状を保ちながら、長手方向の外側両面が平行でない緩やかなＳ字状を呈することになり、脚部３３の幅方向の寸法は長手方向の全長に亘ってほぼ一定となる。

このように、デフレクタ２５のリターン溝３５の両側の側壁部３３ａ、３３ｂの肉厚を長手方向の全長にわたってほぼ均一となる形状にすることによって、デフレクタ２５の加工後に行う焼入れにおいて、肉厚の不均一による側壁部３３ａ、３３ｂの不均一な変形等を抑えることができ、デフレクタ２５を高品位に製造することが可能となる。

また、デフレクタ２５の脚部３３の幅方向寸法が全長に亘ってほぼ一定となることにより、デフレクタ２５の脚部３３が嵌合するナット２１の嵌合穴３１を、その幅方向寸法と同一の径のカッタを用いて略Ｓ字状にワンパスで加工することが可能となり、ナット２１の嵌合穴３１の加工を容易にできるとともに、嵌合穴３１に脚部３３を隙間なく嵌合できるようになる。

上記した実施の形態においては、デフレクタ２５のリターン溝３５の両側の側壁部３３ａ、３３ｂの肉厚を長手方向の全長にわたってほぼ均一にすることによって、上記した効果が奏せられるが、側壁部３３ａ、３３ｂの肉厚をほぼ均一にすること、ならびに、ナット２１の嵌合穴３１の形状を、脚部３３の幅寸法と同一径のカッタでワンパス加工できるようにすることは、本発明にとって必ずしも必要な要件ではなく、本発明の最も特徴とする構成は、デフレクタ２５の脚部３３の長手方向の外側両端縁部５１、５２に延在される突出部分５３、５４に、隣接するボール循環通路４０内を循環するボール２４の循環の妨げとならないように切除部５３ａ、５４ｂを形成し、ボールねじのリードを可及的に小さくすることである。

また、上記した実施の形態においては、ナット２１へのデフレクタ２５の組込みを、デフレクタ２５の脚部３３をナット２１の嵌合穴３１に挿入して、フランジ部３４ａ、３４ｂを嵌合穴３１の段部３１ａに係合させ、かしめ等の手段によってデフレクタ２５をナット２１に一体的に装着するようにしたが、実施の形態で述べたように、ナット２１が中空状のモータシャフト４１に嵌合されるようなものにおいては、デフレクタ２５の放射方向への移動をモータシャフト４１の内周面を利用して規制することもでき、デフレクタ２５の放射方向への移動を規制する手段は実施の形態のものに限定されるものではない。

また、上記した実施の形態においては、ラック軸１３を貫挿したハウジング１１に電動モータ１５を内蔵したタイプの電動式パワーステアリング装置１０について説明したが、本発明はボールねじ装置１５を備えたあらゆるタイプの電動式パワーステアリング装置に適用可能である。

本発明の実施の形態を示すデフレクタ式ボールねじ装置を備えた電動式パワーステアリング装置の断面図である。 図１の２−２線に沿って切断したボールねじ装置を示す断面図である。 デフレクタを装着したナットを示す図である。 図３の４方向から見た図である。 図４の５−５線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施の形態に係るデフレクタの詳細を示す説明図である。 従来のデフレクタを装着したナットを示す図である。

符号の説明

１０…電動式パワーステアリング装置、１１…ハウジング、１２…ピニオン軸、１３…ラック軸、１４…電動モータ、１５…ボールねじ装置、２０…ねじ軸、２１…ナット、２０ａ、２１ａ…ねじ溝、２３…ボール軌道、２４…ボール、２５…デフレクタ、３１…嵌合穴、３３…脚部、３３ａ、３３ｂ…側壁部、３４ａ、３４ｂ…フランジ部、３５…リターン溝、４０…ボール循環通路、４１…モータシャフト、４３…ステータ、５１、５２…外側両端縁部、５３、５４…突出部分、５３ａ、５４ａ…切除部、５５、５６…薄肉部分、５５ａ、５６ａ…肉盛部、５７、５８…厚肉部分。

Claims (4)

1. ねじ軸にボールを介してナットが螺合し、該ナットに装着されたデフレクタによりボールが循環するボール循環通路を軸方向に複数並設したデフレクタ式ボールねじ装置において、前記デフレクタは、前記ナットに形成された嵌合穴に嵌合する略長円形状をなす脚部を有し、該脚部には隣接するねじ溝間で前記ボールをリターンする略Ｓ字状のリターン溝が設けられ、前記脚部の長手方向の外側両端縁部に延在され隣接するボール循環通路内に突入する突出部分を切欠いて切除部を形成したことを特徴とするデフレクタ式ボールねじ装置。
2. 請求項１において、前記デフレクタの脚部は、前記リターン溝の両側の側壁部の肉厚が長手方向の全長に亘ってほぼ均一にされていることを特徴とするデフレクタ式ボールねじ装置。
3. 請求項２において、前記デフレクタの脚部が嵌合する前記ナットの嵌合穴は、長手方向の全長に亘って同一径のカッタでワンパス加工が可能な略Ｓ字状に形成されていることを特徴とするデフレクタ式ボールねじ装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記デフレクタは、前記ナットに形成された前記嵌合穴の段部に係合するフランジ部を有し、該フランジ部が前記段部に係合する位置で前記デフレクタが前記ナットに適宜の手段により放射方向への移動を規制されていることを特徴とするデフレクタ式ボールねじ装置。

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