JP2008064250A - デフレクタ式ボールねじ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デフレクタをナットに組み込んだ後に、ナットのねじ溝とデフレクタのリターン溝との接続部を加工する必要がない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。
【解決手段】リターン溝２６とねじ溝２１ａとが接続する接続部２７におけるリターン溝の端部に、該接続部におけるねじ溝の端縁２２に向かって半径方向寸法が漸増するリターン溝の傾斜部２６ａが形成されている。該傾斜部は、ボール２４がナット２１からデフレクタ２５に流出入するとき、ボールがねじ溝及びリターン溝の傾斜部の両者に接した状態を経て一方から他方に乗り移るように形成されているので、ボールがねじ溝とリターン溝との間にできた段部で急激に半径方向に変位することがなくなり、騒音、振動の発生を防止することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ねじ軸にボールを介してナットが螺合し、該ナットに刻設されたねじ溝にデフレクタに形成されたリターン溝が接続してボールを循環させる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、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、ボールねじ装置が作動されるようになっている。

ナットに刻設されたねじ溝とデフレクタに形成されたリターン溝とを滑らかに接続させることにより、ボールがねじ溝とリターン溝との接続部を走行するときに引っ掛からないようにして騒音、振動の発生を防止することが行われている。例えば特許文献１に記載のデフレクタ式ボールねじ装置では、デフレクタをナットに穿設した嵌合穴に組み込む前に、この嵌合穴にデフレクタを組み込んだときのデフレクタの溝部の位置より嵌合穴の縁部を所定量残す一次面取りを行い、嵌合穴にデフレクタを組み込んだ後に、一次面取りの残量部を除去する二次面取りを行っている。

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１１−２７０６４８号公報（段落００１５〜００１７、図１１，１４）

特許文献１に記載のデフレクタ式ボールねじ装置では、二次面取りに先立って一次面取りが行われるので、二次面取りの加工量が必要最小量となり、面取り作業を能率的に行うことができる。しかしながら、デフレクタをナットに穿設された嵌合穴に組み込んだ後に、この嵌合穴のデフレクタのリターン溝と接続する縁部を加工しなければならず、このような複雑な加工を行うための装置が必要となり製造コストが高くなる問題がある。

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、デフレクタをナットに組み込んだ後に、ナットのねじ溝とデフレクタのリターン溝との接続部を加工する必要がない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、該ナットに穿設された嵌合穴にデフレクタが挿入され前記ナットのねじ溝に前記デフレクタに形成されたリターン溝が接続してボールが循環するデフレクタ式ボールねじ装置において、前記ねじ溝と前記リターン溝とが接続する接続部における前記リターン溝の端部に、該接続部における前記ねじ溝の端縁に向かって半径方向寸法が漸増する傾斜部が形成され、該リターン溝の傾斜部は、前記ボールが前記ナットから前記デフレクタに流入するとき、前記ボールが前記ねじ溝に接している間に前記傾斜部に接し、前記ボールが前記デフレクタから前記ナットに流出するとき、前記ボールが前記傾斜部に接している間に前記ねじ溝に接するように形成されている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、前記接続部における前記ねじ溝の端縁で前記ねじ溝に接する仮想ボールに前記リターン溝の傾斜部が接するときの該傾斜部の半径方向位置を上限位置とし、前記接続部における前記リターン溝の端縁で前記リターン溝の傾斜部に接する仮想ボールが前記接続部における前記ねじ溝に接するときの前記傾斜部の半径方向位置を下限位置とし、前記上限位置と前記下限位置との間に前記リターン溝の傾斜部の製作公差を設定し、該傾斜部の製作公差、前記上限位置及び前記下限位置に基づいて前記ねじ溝の半径方向の製作公差を設定したことである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記デフレクタが前記ナットに軸線方向に離間して複数個配設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乃至３のいずれか１項において、前記デフレクタに形成されたリターン溝は、前記ナットに対向する側が開放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、ねじ溝とリターン溝とが接続する接続部におけるリターン溝の端部に、該接続部におけるねじ溝の端縁に向かって半径方向寸法が漸増するリターン溝の傾斜部が形成されている。該傾斜部は、ボールがナットからデフレクタに流出入するとき、ボールがねじ溝及びリターン溝の傾斜部の両者に接した状態を経て一方から他方に乗り移るように形成されているので、ボールがねじ溝とリターン溝との間にできた段部で急激に半径方向に変位することがなくなり、騒音、振動の発生を防止することができる。さらに、デフレクタをナットに組み込んだ後に、ナットの内周面に開口する嵌合穴のねじ溝と接続する端部を加工しなくてよいので、製造コストを極めて低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、ボールがねじ溝とリターン溝の傾斜部との両者に接した状態を経て一方から他方に乗り移ることができるように、ねじ溝に対してリターン溝の傾斜部の半径方向の上限位置及び下限位置を求める。そして、上限位置と下限位置との間に傾斜部の製作公差を設定し、該傾斜部の製作公差、上限位置及び下限位置に基づいてねじ溝の半径方向の製作公差を設定するので、デフレクタをナットに組み込むだけで、両者の製作誤差に拘らず、ボールがねじ溝及び傾斜部の両者に接した状態を経て一方から他方に乗り移るようにすることができる。

請求項３に係る発明によれば、デフレクタがナットに軸線方向に離間して複数個配設されているので、ボールが循環するボール循環路が複数個形成されて、ボールの循環が円滑になるデフレクタ式ボール装置をさらに低コストで提供することができる。

請求項４に係る発明によれば、デフレクタに形成されたリターン溝は、ナットに対向する側が開放されているので、リターン溝の傾斜部を容易に作成することができる。

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を介して図略の車両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つのボール軌道２３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（図１参照）、締付けナット２９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。

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２６が凹設されている。リターン溝２６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２６の凹設により、脚部３３にはリターン溝２６の両側に対応して側壁部３３ａ、３３ｂが形成されている。このようにデフレクタ２５に形成されたリターン溝２６は、ねじ軸２０に対向する側が開放されている。

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の半径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２６の両端部がナット２１のねじ溝２１ａと滑らかに接続される。これによって、ボール２４がねじ軸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１４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。

図６に示すように、ナット２１にデフレクタ２５を組み込んだときに、ナット２１に刻設されたねじ溝２１ａとデフレクタ２５に形成されたリターン溝２６とが滑らかに接続するように、ねじ溝２１ａとリターン溝２６とが接続する接続部２７におけるリターン溝２６の端部に、接続部２７におけるねじ溝２１ａの端縁２２に向かって半径方向寸法が漸増する傾斜部２６ａが形成されている。リターン溝２６の傾斜部２６ａは、ボール２４がナット２１からデフレクタ２５に流入するとき、ボール２４がねじ溝２１ａに接している間に傾斜部２６ａに接し、ボール２４がデフレクタ２５からナット２１に流出するとき、ボール２４が傾斜部２６ａに接している間にねじ溝２１ａに接するように形成されている。図６には、リターン溝２６の傾斜部２６ａの端縁２８が、ねじ溝２１ａより半径方向の外側に位置する場合が実線で示され、内側に位置する場合が仮想線で示されている。

ボール２４がねじ溝２１ａとリターン溝２６の傾斜部２６ａとの両者に接した状態を経てねじ溝２１ａ及びリターン溝２６の一方から他方に円滑に乗り移ることができるためには、傾斜部２６ａの角度αは小さい方がよいが、ボール２４の直径、デフレクタ２５の長さ等を勘案すると、傾斜部２６ａの角度αは２０〜４０度とするのが好ましい。

そして、傾斜部２６ａの半径方向の製作公差ｅ、及びねじ溝２１ａの半径方向の製作公差ｆは、ボール２４の直径、傾斜部２６の角度αに基づいて以下のように設定される。図７に示すように、ねじ溝２１ａとリターン溝２６とが接続する接続部２７において、ねじ溝２１ａの端縁２２でねじ溝２１ａに接する仮想ボール２４ａにリターン溝２６の傾斜部２６ａが接するとき、ねじ溝２１ａに対する傾斜部２６ａの半径方向位置を上限位置３７とする。接続部２７におけるリターン溝２６の傾斜部２６ａの端縁２８で傾斜部２６ａに接する仮想ボール２４ｂが接続部２７におけるねじ溝２１ａと接するとき、ねじ溝２１ａに対する傾斜部２６ａの半径方向位置を下限位置３８とする。上限位置３７と上限位置３８との間、即ち上限位置３７と下限位置３８との間の距離ｃより小さい値をリターン溝２６の傾斜部２６ａの製作公差ｅに設定すると、距離ｃと傾斜部２６ａの製作公差ｅとの差ｆ＝ｃ−eをねじ溝２１ａの製作公差とすることができる。即ち、図８に示すように、ねじ溝２１ａの直径の呼び寸法をＤとすると、傾斜部２６ａの端縁２８の直径寸法を（Ｄ±ｅ）と設定し、ねじ溝２１ａの直径寸法を（Ｄ±ｆ）と設定することができる。

なお、上記実施の形態では、傾斜部２６ａの上限位置３７と下限位置３８との間の距離ｃを作図から求めたが、ボール２４の直径、傾斜部２６ａの傾斜角度αから計算で求めてもよい。

上記のように構成された電動式パワーステアリング装置１０の動作について以下説明する。図略のステアリングホイールが操舵されると、操舵トルクがピニオン軸１２に伝達され、ピニオン軸１２に刻設されたピニオンとラック歯１３ａとによるラックアンドピニオン機構によって、ラックシャフト１３を軸方向に移動させる操舵力に変換される。このとき、電動モータ１４は制御装置によって制御され、操舵トルク及びモータシャフト４１の回転位相等に基づいて補助トルクを発生する。この補助トルクはボールねじ装置１５によってラックシャフト１３の軸方向の移動を補助する補助操舵力に変換される。これにより、運転者によるステアリングホイールの操舵力が軽減される。

また、このとき電動モータ１４によってモータシャフト４１とともにナット２１がラックシャフト１３に対し回転するボールねじ装置１５では、各ボール２４がそれぞれ負荷を受けつつ転動してボール循環通路４０を循環する。この循環によりボール２４がナット２１からデフレクタ２５に流入する側では、ボール２４がねじ溝２１ａに接している間にデフレクタ２５に形成されたリターン溝２６の傾斜部２６ａに接する状態を経てリターン溝２６に乗り移り、リターン溝２６内をナット２１のねじ山を越えるように流れる。ボール２４がデフレクタ２５からナット２１に流出する側では、ボール２４がリターン溝２６の傾斜部２６ａに接している間にねじ溝２１ａ接する状態を経てねじ溝２１ａに乗り移る。これにより、ボール２４がねじ溝２１ａとリターン溝２６との間にできた段部で急激に半径方向に変位することがなくなり、騒音、振動の発生を防止することができる。

上記した実施の形態においては、デフレクタ２５に形成されたリターン溝２６は、ナット２１に対向する側が開放されているが、リターン溝２６がデフレクタ２５にトンネル状に形成されていてもよい。

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１４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、本発明に係るボールねじ装置１５は、ボールねじ装置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。 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。 デフレクタを装着したナットを示す図。 図３の４方向から見た図。 図４の５−５線に沿って切断した断面図。 本発明の実施の形態に係るねじ溝とリターン溝との接続部の詳細を示す説明図。 ねじ溝に対するリターン溝の傾斜部の上限位置と下限位置とを求める説明図。 ねじ溝及びリターン溝の傾斜部の製作公差を求める説明図。

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、２２…接続部におけるねじ溝の端縁、２３…ボール軌道、２４…ボール、２５…デフレクタ、２６…リターン溝、２６ａ…傾斜部、２７…接続部、２８…接続部における傾斜部の端縁、３１…嵌合穴、３３…脚部、３３ａ、３３ｂ…側壁部、３４ａ、３４ｂ…フランジ部、４０…ボール循環通路、４１…モータシャフト、４２…ステータ。

Claims (4)

1. ねじ軸にボールを介してナットが螺合し、該ナットに穿設された嵌合穴にデフレクタが挿入され前記ナットのねじ溝に前記デフレクタに形成されたリターン溝が接続してボールが循環するデフレクタ式ボールねじ装置において、
   前記ねじ溝と前記リターン溝とが接続する接続部における前記リターン溝の端部に、該接続部における前記ねじ溝の端縁に向かって半径方向寸法が漸増する傾斜部が形成され、該リターン溝の傾斜部は、前記ボールが前記ナットから前記デフレクタに流入するとき、前記ボールが前記ねじ溝に接している間に前記傾斜部に接し、前記ボールが前記デフレクタから前記ナットに流出するとき、前記ボールが前記傾斜部に接している間に前記ねじ溝に接するよう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。
2. 請求項１において、前記接続部における前記ねじ溝の端縁で前記ねじ溝に接する仮想ボールに前記リターン溝の傾斜部が接するときの該傾斜部の半径方向位置を上限位置とし、前記接続部における前記リターン溝の端縁で前記リターン溝の傾斜部に接する仮想ボールが前記接続部における前記ねじ溝に接するときの前記傾斜部の半径方向位置を下限位置とし、前記上限位置と前記下限位置との間に前記リターン溝の傾斜部の製作公差を設定し、該傾斜部の製作公差、前記上限位置及び前記下限位置に基づいて前記ねじ溝の半径方向の製作公差を設定した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１又は２において、前記デフレクタが前記ナットに軸線方向に離間して複数個配設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乃至３のいずれか１項において、前記デフレクタに形成されたリターン溝は、前記ナットに対向する側が開放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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