JP2008256196A - 循環路を備えたボールねじ装置と、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のねじ軸・ナットのボール転動溝で形成した軌道内を転動するボール群と、ナットのボール転動溝の一端・他端部とを繋いだボールを無限循環させる循環路を備えたボールねじ装置は、この循環路を、ナットに開設した空洞孔（窓部）と、この空洞孔を埋めるブッシュ（駒）とで構成するので、部品点数の増加と、加工の複雑化と、作業の困難性があった。
【構成】ねじ軸・ナットのボール転動溝で形成した軌道内を転動するボール群と、ナットのボール転動溝の一端・他端部とを繋いだボールを無限循環させる循環路を備えたボールねじ装置において、ナットの端面にボール転動溝を形成し、また循環路は、ボール転動溝の一端・他端部との間に形成した循環穴と、誘導路で構成し、この循環路を介して軌道内を転動するボール群を、循環可能とする構成としたボールねじ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、平成１９年３月１２に付け提出の特願２００７−６２０２０の改良（国内優先）であって、循環路を備えたボールねじ装置と、その製造方法に関する。

従来、直進運動の動力として電動モータを使用する場合において、この電動モータの回転運動を、直線運動に変換するボールねじ装置（ねじ伝動装置を含む）が用いられている。

そこで、このボールねじ装置の一例を説明すると、このボールねじ装置は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、このねじ軸の外側に螺合される内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸の前記ボール転動溝及び前記ナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内に配置される複数のボールと、ナットのボール転動溝の一端部と他端部とを繋いでボールを無限循環させるための循環路とを備えている構造である。

そして、この種の循環路を備えたボールねじ装置の先行文献として、例えば、文献（１）に記載されるものがある。

この文献（１）に記載されるボールねじ装置の概要は、文献（１）の図１に示されるように、複数のボール（４）が係合して転動するねじ溝（２ａ）、（３ａ）がシャフトスクリュ（２）及びナットスクリュ（３）に夫々螺旋状に形成され、ナットスクリュ（３）のねじ溝（３ａ）を一回りする毎にボール（４）が、ナットスクリュ（３）に形成されたデフレクタ組込み窓部（３ｃ）に固定されたデフレクタ（５）のリターン溝（５ａ）に案内され、ねじ溝（３ａ）の軸線方向の隣接部分間に形成されたねじ山（３ｂ）を乗り越えて無限循環するように構成されている。

さらにこの文献（１）等の改良とした、文献（２）の図３〜図６に示されているように、ねじ軸（２２）の外周面に螺旋状のボール転動溝（２３）と、ナット（２５）の内周面に螺旋状のボール転動溝（２４）とでナット（２５）が転動する軌道（２６）を形成し、この軌道（２６）間を連通する循環路（２８）を形成する。この循環路（２８）は、ナット（２５）の肉厚内にボール転動溝（２４）の一端部（２４ａ）と他端部（２４ｂ）に亘るトンネル状の循環穴（２９）と、循環穴（２９）の一端部及び他端部に、それぞれ設けた誘導部（３１ａ）、（３１ｂ）とで構成する。

そして、この文献（２）は、前記構成を採用することで、例えば、文献（１）と、従来の構造が抱えている、下記の課題を回避することを意図する。この課題とは、デフレクタ（５）「別部品」の窓部（３ｃ）への嵌脱（組込み、取外し）の構造と、このリターン溝（５ａ）とねじ溝（３ａ）との間に発生する誤差や加工誤差・修正加工を要すること、しかも、部品点数が多くなること、また組付け作業、修正加工等の製造・保守管理に時間を要すること、コストの増加すること等が考えられる。

特開平１１−２７０６４８号公報（段落番号［００２５］〜段落番号［００２９］、図２） 特開２００７−２４２２９公報（段落番号［００２３］〜段落番号［００２５］、図３〜図６）

前記文献（２）は、文献（１）と、従来の構造が抱えている、上記の課題を回避できる特徴がある。しかし、この文献（２）においても、その後の実験等の結果、改良点が判明したので、その一例を説明すると、ナット（２５）のボール転動溝（２４）の両端に繋がる循環穴（２９）を加工する際に、この外周の長溝（３５）の穴より工具を挿入する場合に、ボール（２７）が外に飛び出さないように、このボール（２７）より小さい幅で明けられた長溝（３５）より更に細い工具を挿入する必要がある。この細い工具を挿入するには、小型及び／又は軽量な装置が要求されること、またボール（２７）の外径より小さい径の工具による加工は、困難性があり、また工具の寿命が短くなること、その製造に時間がかかり、コストの増加となること等が考えられる。そして、また前記細い工具を挿入するには、少し抵抗があり、例えば、循環穴（２９）及び／又はボール（２７）を大径とする必要性があり、問題であること、また装置の大型化を招来する虞があり、その改良が望まれている。

上記に鑑み、本発明は、下記の特徴を意図する。

［１］ ナット及び／又はねじ軸の両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持する基本的な、ボールの離脱防止の構造を提供し、かつ部品点数を少なくして（例えば、誘導路用の大型のデフレクタ等の部品をなくし）、かつ小型のボールねじ装置を提供すること、
［２］ 前記小型のボールねじ装置を提供し、軽量小型の電動式直線運動装置を提供すること、
［３］ 小型及び／又は軽量な装置とすることで、加工作業の困難性を回避し、また加工工具の長寿命化と、その製造時間の短縮化、コストの低廉化を図ること、
［４］ ボール及び／又は装置の小径化・軽量化を図り、この小型化を達成しても、ボールの耐荷重及び／又は転動の向上を図ること、ナットのスムーズな移動・転動及び／又は操舵の確実な動きを図ること、さらに装置の軽量化と、小型化を介して、燃料の効率化を図ること、また環境維持に有効であること、
［５］ ナットと、循環穴及び／又は誘導路で発生する、異音及び／又は騒音を、略皆無とすること、
［６］ ボール転動溝の両端部でナット内周にそれぞれ開口する循環穴の誘導路を形成するに際し、ナットの内周面に形成された半分を切除した半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴から第一の工具を挿入して加工し、この第一の工具を介して、ボールを循環させるための循環穴の大部分を容易にナットの肉厚内にトンネル状に適切に形成したボールねじ装置の製造方法を提供すること、
［７］ 部品点数を少なくし、かつ小型のボールねじ装置を簡易に製造できるボールねじ装置の製造方法を提供すること。

請求項１の発明は、前述した［１］〜［５］を意図する。

請求項１は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸のボール転動溝、及び前記ナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内を転動する複数のボールと、前記ナットのボール転動溝の一端部と他端部とを繋いで、前記ナットの外周面とで形成した（前記ボールを無限循環させるための）循環路を備えたボールねじ装置において、
前記循環路は、ボール転動溝の一端部と他端部との間で前記ボールを移動させるように前記ナットの肉厚内に形成されたトンネル状の循環穴を有し、
この循環穴は、その一端部、又は他端部に形成した、前記軌道を転動するボールを、この循環穴内に送り込むための誘導路を備えており、
前記ナットの端面のボール転動溝と、前記ねじ軸のボール転動溝との間に、この両ボール転動溝からのボールの離脱を回避する支持手段を形成し、
この支持手段は、両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝（一方の軌道片）に二点支持し、他方のボール転動溝（他方の軌道片）に一点支持する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

請求項２の発明は、請求項１の目的を達成すること、この目的を達成するのに最適なボール転動切除溝の構造を提供することを意図する。

請求項２は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
前記支持手段は、前記ナットのボール転動溝の一端部、又は他端部に連設するように形成した、このナットの端面に形成した軸芯方向と直交する方向で半割れ形態で形成したボール転動切除溝、又はこのナットのボール転動溝の一端部、又は他端部に連設するように形成した、ボールより大きい径の穴とで構成したことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

請求項３の発明は、請求項１の目的を達成すること、この目的を達成するのに最適な、ナットのボール転動溝の構造を提供することを意図する。またこの請求項３の発明は、ナットのボール転動溝を形成する工具の種類に関係なく、断面視して１８０°の基準線を基に、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持することを可能とするナットの端面構造を提供することを意図する。

請求項３は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
前記半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴は、ナットの端面の一方、又は双方の端面に設ける構造とするとともに、前記半割れのボール転動切除溝には、軸方向に向って拡開する空間形成用の切欠き部を形成する構造としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

請求項４の発明は、請求項１の目的を達成すること、この目的を達成するのに最適な、ナットのボール転動溝及び／又はランド部の構造を提供することを意図する。またこの請求項４の発明は、ボールが、ナットの螺旋状に複数巻きしたボール転動溝の両端部の一方から循環穴の開口部を経てナットの肉厚内に形成された循環穴内に送り込まれ、循環穴の他方の開口部からボール転動溝の両端部の他方に戻されるので、ナットの一周分のボール転動溝に配列されるボールの個数を多くすることができ、ナットの幅及び外径を小さくし、かつナットの大きい回転トルクをねじ軸の軸移動に変換可能とすること等を意図する。

請求項４は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
前記ナットのボール転動溝が形成されたナット内周面の直径は、前記ねじ軸の外径より大きく、軌道内を転動するボールの中心が通る円筒面の直径付近、又は直径前後程度とし、
前記ナット内周面の前記ボール転動溝の一端部及び他端部より、前記ナットの一側面側及び他側面側の両側縁は、前記ボール転動溝が形成されていないランド部とし、
前記循環穴及び／又は誘導路の一端部及び他端部は、前記ランド部に夫々開口されるとともに、このランド部に形成された開口を介して、前記循環穴と誘導路とが連通する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

請求項５の発明は、請求項１の目的を達成すること、この目的を達成するのに最適で、かつ低速時のボールの誘導を確実にできるナットのボール転動溝及び／又はランド部の構造を提供することを意図する。

請求項５は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
前記ナットのボール転動溝が形成されたナット内周面の直径は、前記ねじ軸の外径より大きく、軌道内を転動するボールの中心が通る円筒面の直径付近、又は直径前後程度とし、
前記ナット内周面の前記ボール転動溝の一端部及び他端部より、前記ナットの一側面側及び他側面側の両側縁は、前記ボール転動溝が形成されていないランド部とし、
前記循環穴及び／又は誘導路の一端部及び他端部は、前記ランド部に夫々開口されるとともに、このランド部に形成された開口を介して、前記循環穴と誘導路とが連通し、またこの循環穴の誘導路に鰭状の突起を設ける構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

請求項６の発明は、請求項１の目的を達成すること、この目的を達成するのに最適なボール転動溝の構造を提供することを意図する。また請求項６の発明は、ナットのボール転動溝を形成する工具の種類に関係なく、断面視して１８０°の基準線を基に、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持することを可能とするナットの端面構造を提供することを意図する。

請求項６は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
前記ナットの半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴に、詰め部材（デフレクタ）を設ける構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

請求項７の発明は、前述した［１］〜［７］を意図する。

請求項７は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸のボール転動溝、及び前記ナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内を転動する複数のボールと、前記ナットのボール転動溝の一端部と他端部とを繋いで、前記ナットの外周面とで形成した（前記ボールを無限循環させるための）循環路を備えたボールねじ装置において、
前記循環路は、ボール転動溝の一端部と他端部との間で前記ボールを移動させるように前記ナットの肉厚内に形成されたトンネル状の循環穴を有し、
この循環穴は、その一端部と他端部に、それぞれ形成した、前記軌道を転動するボールを、この循環穴内に送り込むための誘導路を備えており、
前記ナットの端面のボール転動溝と、前記ねじ軸のボール転動溝との間に、この両ボール転動溝からのボールの離脱を回避する支持手段を形成し、
この支持手段は、両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置の製造方法であって、
このナットの端面に形成された工具挿入切欠き部より、挿入された切削刃物等の第一の工具を介して、前記誘導路のボール転動切除溝、又はこの端面に形成された工具挿入切欠き部より、挿入された切削刃物等の第一の工具を介して、前記誘導路のボールより大きい径の穴を、それぞれ開口し、この各開口より挿入された前記第二の工具を介して、前記ナットの外周面の一端部から他端部に亘り、前記循環穴用の循環路を加工し、またこのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴より、前記端面に向かってボールが転動可能な隙間を加工し、この隙間と、前記ボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴が連通する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置の製造方法である。

請求項１の発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸のボール転動溝、及びナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内を転動する複数のボールと、ナットのボール転動溝の一端部と他端部とを繋いで、ナットの外周面とで形成した循環路を備えたボールねじ装置において、
循環路は、ボール転動溝の一端部と他端部との間でボールを移動させるようにナットの肉厚内に形成されたトンネル状の循環穴を有し、
循環穴は、一端部、又は他端部に形成した、軌道を転動するボールを、循環穴内に送り込むための誘導路を備えており、
ナットの端面のボール転動溝と、ねじ軸のボール転動溝との間に、両ボール転動溝からのボールの離脱を回避する支持手段を形成し、
支持手段は、両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

従って、請求項１は、下記の特徴を有する。

［１］ ナット及び／又はねじ軸の両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持する基本的な、ボールの離脱防止の構造を提供し、かつ部品点数を少なくして、かつ小型のボールねじ装置を提供できること、
［２］ 前記小型のボールねじ装置を提供し、軽量小型の電動式直線運動装置を提供できること、
［３］ 小型及び／又は軽量な装置とすることで、加工作業の困難性を回避し、また加工工具の長寿命化と、その製造時間の短縮化、コストの低廉化が図れること、
［４］ ボール及び／又は装置の小径化・軽量化を図り、この小型化を達成しても、ボールの耐荷重及び／又は転動の向上が図れること、ナットのスムーズな移動・転動及び／又は操舵の確実な動きが図れること、さらに装置の軽量化と、小型化を介して、燃料の効率化が図れること、また環境維持に有効であること、
［５］ ナットと、循環穴及び／又は誘導路で発生する、異音及び／又は騒音を、略皆無にできること。

請求項２の発明は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
支持手段は、ナットのボール転動溝の一端部、又は他端部に連設するように形成した、ナットの端面に形成した軸芯方向と直交する方向で半割れ形態で形成したボール転動切除溝、又はナットのボール転動溝の一端部、又は他端部に連設するように形成した、ボールより大きい径の穴とで構成したことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

従って、請求項２は、請求項１の目的を達成できること、この目的を達成するのに最適なボール転動切除溝の構造を提供できること等の特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴は、ナットの端面の一方、又は双方の端面に設ける構造とするとともに、半割れのボール転動切除溝には、軸方向に向って拡開する空間形成用の切欠き部を形成する構造としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

従って、請求項３は、請求項１の目的を達成すること、この目的を達成するのに最適な、ナットのボール転動溝の構造を提供できること等の特徴を有する。またこの請求項３の発明は、ナットのボール転動溝を形成する工具の種類に関係なく、断面視して１８０°の基準線を基に、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持することを可能とするナットの端面構造を提供できること等の特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
ナットのボール転動溝が形成されたナット内周面の直径は、ねじ軸の外径より大きく、軌道内を転動するボールの中心が通る円筒面の直径付近、又は直径前後程度とし、
ナット内周面のボール転動溝の一端部及び他端部より、ナットの一側面側及び他側面側の両側縁は、ボール転動溝が形成されていないランド部とし、
循環穴及び／又は誘導路の一端部及び他端部は、ランド部に夫々開口されるとともに、ランド部に形成された開口を介して、循環穴と誘導路とが連通する構成とした循環路を備えたボールねじ装置である。

従って、請求項４は、請求項１の目的を達成できること、この目的を達成するのに最適な、ナットのボール転動溝及び／又はランド部の構造を提供できること等の特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
ナットのボール転動溝が形成されたナット内周面の直径は、ねじ軸の外径より大きく、軌道内を転動するボールの中心が通る円筒面の直径付近、又は直径前後程度とし、
ナット内周面のボール転動溝の一端部及び他端部より、ナットの一側面側及び他側面側の両側縁は、ボール転動溝が形成されていないランド部とし、
循環穴及び／又は誘導路の一端部及び他端部は、ランド部に夫々開口されるとともに、ランド部に形成された開口を介して、循環穴と誘導路とが連通し、また循環穴の誘導路に鰭状の突起を設ける構成とした循環路を備えたボールねじ装置である。

従って、請求項５は、請求項１の目的を達成できること、この目的を達成するのに最適で、かつ低速時のボールの誘導を確実にできるナットのボール転動溝及び／又はランド部の構造を提供できること等の特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
ナットの半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴に、詰め部材（デフレクタ）を設ける構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置である。

従って、請求項６は、請求項１の目的を達成できること、この目的を達成するのに最適なボール転動溝の構造を提供できること等の特徴を有する。また請求項６の発明は、ナットのボール転動溝を形成する工具の種類に関係なく、断面視して１８０°の基準線を基に、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持することを可能とするナットの端面構造を提供できること等の特徴を有する。

請求項７の発明は、外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、ねじ軸のボール転動溝、及びナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内を転動する複数のボールと、ナットのボール転動溝の一端部と他端部とを繋いで、ナットの外周面とで形成した（ボールを無限循環させるための）循環路を備えたボールねじ装置において、
循環路は、ボール転動溝の一端部と他端部との間でボールを移動させるようにナットの肉厚内に形成されたトンネル状の循環穴を有し、
循環穴は、一端部と他端部に、それぞれ形成した、軌道を転動するボールを、循環穴内に送り込むための誘導路を備えており、
ナットの端面のボール転動溝と、ねじ軸のボール転動溝との間に、両ボール転動溝からのボールの離脱を回避する支持手段を形成し、
支持手段は、両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持する構としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置の製造方法であって、
ナットの端面に形成された工具挿入切欠き部より、挿入された切削刃物等の第一の工具を介して、誘導路のボール転動切除溝、又は端面に形成された工具挿入切欠き部より、挿入された切削刃物等の第一の工具を介して、誘導路のボールより大きい径の穴を、それぞれ開口し、各開口より挿入された第二の工具を介して、ナットの外周面の一端部から他端部に亘り、循環穴用の循環路を加工し、またボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴より、端面に向かってボールが転動可能な隙間を加工し、隙間と、ボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴が連通する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置の製造方法である。

従って、請求項７は、下記の特徴を有する。

［１］〜［５］に記載した特徴があること、
［６］ ボール転動溝の両端部でナット内周にそれぞれ開口する循環穴の誘導路を形成するに際し、ナットの内周面に形成された半分を切除した半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴から第一の工具を挿入して加工し、この第一の工具を介して、ボールを循環させるための循環穴の大部分を容易にナットの肉厚内にトンネル状に適切に形成したボールねじ装置の製造方法を提供できること、
［７］ 部品点数を少なくし、かつ小型のボールねじ装置を簡易に製造できるボールねじ装置の製造方法を提供できること。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

先ず、図面の説明をすると、図１〜図５−３は、第一実施例を示しており、図１はナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た側面図、図２は図１に示したボールねじ装置を使用した電動式動力舵取装置の要部の断面図、図３−１〜図３−３は、ナットのボール転動切除溝（誘導路）を形成するための、このナットの端面に向かってボールが転動可能な隙間を加工する過程を示しており、図３−１は第一の工具を、ナットの端面の外周面から（必要により、予め成形された加工溝を利用して）螺入する状態を示した斜視図、図３−２は第一の工具を、ナットの端面の外周面から螺入し、ボール転動切除溝及び第二の工具の誘導路の開口加工を始めた状態を示した斜視図、図３−３は第一の工具を、ナットの端面の外周面から螺入した後、第二の工具の誘導路の開口が終了した状態を示した斜視図、図４−１〜図４−３は、ナットの誘導路の開口より第二の工具を介して、このナットの外周面に、ボールが転動可能な誘導路及び循環穴を形成するための加工する過程を示しており、図４−１はナットの誘導路の開口より第二の工具を螺入する状態を示した斜視図、図４−２は、図４−１の俯瞰図、図４−３は図４−１のＢ−Ｂを断面視した要部斜視図、図５−１〜図５−３は本発明の他の実施例を示しており、図５−１はナット全体を示した斜視図、図５−２は図５−１の要部斜視図、図５−３は図５−１の要部の断面図である。次に、図６−１〜図６−４は、第二実施例を示しており、図６−１はナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図、図６−２は図６−１の断面図、また図６−３は図６−２の要部の拡大断面図、図６−４は図６−１の側面模式図である。また、図７−１〜図７−４は、第三実施例を示しており、図７−１はナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図、図７−２は図７−１の側面図、図７−３は要部の断面図、図７−４は図７−１の側面模式図である。さらに、図８−１〜図８−２は、第四実施例を示しており、図８−１は、ナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図で、切欠きに詰め部材を嵌入する前の状態を示した図、図８−２は、ナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図で、切欠きに詰め部材を嵌入した状態を示した図である。図８−３〜図８−５は、第四実施例の他の例を示しており、図８−３は、ナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図、図８−４は、図８−３の側面模式図で、穴を穿設する前の状態を示した図、図８−５は、図８−３の側面模式図で、穴に詰め部材を嵌入した状態を示した図である。尚、図９は軌道片（両ボール転動溝で構成する）と１８０°の基準線並びに支持点との関係の一例を示した概念図である。

本発明の電動モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ装置として、採用される一例として、車体へ搭載した電動式動力舵取装置（図示省略）がある。この車体へ搭載した電動式動力舵取装置は、車輌の左右方向に延在して配設され、かつ車体に取付けられるアルミ製のハウジングに、ラックシャフト、ボールねじ装置、又は入力軸及び電気モータ等で構成する。

そして、この電動式動力舵取装置のハウジングは、円筒状に形成されたモータハウジングの両端に、それぞれ中空状に形成されたラックハウジングが同軸上に嵌合された筒状に形成されている。またハウジングは、ラックハウジングに形成された取付け部を介して、図示しない車両のボディにねじ止めされて支持されている。

尚、このハウジングには、ラックシャフトが挿入配置され、ラックシャフトの一側外周にはラック歯が形成されており、このラック歯は、ステアリングホイールを備えた入力軸を刻設したピニオン歯車と噛合し、このピニオン歯車の回転によってラックシャフトが軸線方向（車輪方向）へ移動される。

第一実施例において、そして、このラックシャフトＣ１の他側外周には、ボールねじ装置Ａを構成するねじ軸１が形成される。尚、このボールねじ装置Ａは、図１と、図２に示すように、外周面に螺旋状のボール転動溝１００を有するねじ軸１と、内周面に螺旋状のボール転動溝２００を有するナット２と、ねじ軸１のボール転動溝１００およびナット２のボール転動溝２００が対向して形成する軌道３内を転動する複数のボール５と、ナット２のボール転動溝２００の一端部２００ａと他端部２００ｂとを繋いでボール５を無限循環させるための循環路６を備えている。

尚、このねじ軸１のボール転動溝１００とナット２のボール転動溝２００との間に、ボール５を介して適切な予圧を付与するために、同一構成のナット２が一対設けられている。ねじ軸１の回転が規制され一対のナット２が当接した状態で、一方ナット２が回転を規制され他方ナット２に所定の回転トルクが付与されると、他方ナット２が移動しようとする方向とは逆方向にねじ軸１を移動させる力が発生する。これにより、他方ナット２のボール転動溝２００の一方ナット２に近い側の溝側面に当接するボール５は、ねじ軸１のボール転動溝１００の一方ナット２から遠い側の溝側面に当接し、一方ナット２のボール転動溝２００の他方ナット２に近い側の溝側面に当接するボール５は、ねじ軸１のボール転動溝の他方ナット２から遠い側の溝側面に当接して力の閉ループが形成され予圧が付与される。

そして、図３−１〜図４−３に示すように、循環路６は、ナット２のボール転動溝２００の一端部２００ａと他端部２００ｂとの間でボール５が移動するようにナット２の肉厚内に形成されたトンネル状の循環穴１０と、循環穴１０の一端部１０ａ及び他端部１０ｂに設けた誘導路１１、１１−１（同構造であり一方の誘導路１１に関して説明する）とで構成され、ボール５は、この一方の誘導路１１を介して、循環路６に至り、他方の誘導路１１−１を介して、ボール転動溝１００、２００とで構成される前述の軌道３（スクリュー溝）に至る構造である。尚、ナット２の端面２００ａ−１、２００ｂ−１には、半割れのボール転動切除溝２０１（ボール転動溝２００の一端部２００ａ及び他端部２００ｂに、その半分を、軸芯と直交する方向で切除して形成する）とで構成する。そして、このボール転動溝２００とボール転動切除溝２０１との間に、空間が形成されても、本発明では、装置の動き及び／又はボール５の転動には、何ら問題とならず、従来と同様な効果を達成できる。また両ボール転動溝１００、２００（軌道３）を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝１００（又は一方のボール転動溝２００）に二点支持し、他方のボール転動溝２００（又は他方のボール転動溝１００）に一点支持する構成であれば、ボール５の離間はなく、有効に滑動する。同様に、ねじ軸１のボール転動溝１００を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝１００（又はナット２のボール転動切除溝２０１）に二点支持し、ナット２のボール転動切除溝２０１（又は一方のボール転動溝１００）に一点支持する構成であれば、ねじ軸１よりナット２が離間（このねじ軸１・ナット２の両端面が面一にならない限り）しない限り、このボール５の離間はなく、有効に滑動する。そして、図９に支持点（Ａ）〜（Ｃ）の一例を示した。

またナット２を対で設けた場合、ボール転動切除溝２０１を一方のナット２の一端部２００ａの端面２００ａ−１と他方のナット２の他端部２００ｂの端面２００ｂ−１との、どちらか一方（一方端面）に設ける構造と、双方（両端面）に設ける構造とが採用できる。そして、この両端面２００ａ−１、２００ｂ−１に設ける構造は、一層のボール５の潤滑性と、操舵の容易化・省力化（軽い操作）に寄与できる。

従って、ボール５は、ナット２のボール転動溝２００の一端部２００ａに到った段階で、循環穴１０を介して、その他端部２００ｂに送られる。このルートの一例を説明すると、ボール５は、一端部２００ａ→誘導路１１→循環穴１０の一端部１０ａ→循環穴１０→循環穴１０の他端部１０ｂ→誘導路１１−１→他端部２００ｂに到る。
このような経過を辿って、ナット２のボール転動溝２００の一端部２００ａから、その他端部１００ｂ、２００ｂに到る。その後は、ボール転動溝２００の他端部２００ｂから、軌道３内を転動し、その一端部２００ａにいたる。以上のようなルートを、繰返すことで、ボール５は、ナット２とねじ軸１とで構成される軌道３及び循環路６等を介して無限循環される構造である。

次に、誘導路１１、１１−１（一方の誘導路１１で説明する。他の対の例も以下同じ）と、半円径の半割り形状のボール転動切除溝２０１、２０１−１とを成形する一例を説明すると、ナット２の一端部２００ａの端面２００ａ−１と、他端部２００ｂの端面２００ｂ−１とに形成された工具挿入切欠き部１５（１５−１）より、挿入された切削刃物等の第一の工具２０（切削刃部を有するドリル等の加工具）を介して、各誘導路１１のボール転動切除溝２０１を、それぞれ開口し、かつ外周面２Ａに到る開口（外周開口部）２０２（２０２−１）を開設する。この開口２０２より挿入された第二の工具２１（ボールエンドミル等の加工具）を介して、ナット２の外周面２Ａの一端部２Ａ−１から他端部２Ａ−２に亘り、循環穴１０用の循環路６を切削加工（加工）し、またボール転動切除溝２０１より、前記端面２００ａ−１（２００ｂ−１）に向かってボール５が転動可能な隙間１６（１６−１）を加工し、隙間１６と、ボール転動切除溝２０１とが連通する構成とした循環路６を構成する。またこの加工作業は、切削でだけでなく、放電加工を利用し、より精密な加工（構造）と、最小な加工（極小径のボール５の採用）、歪み発生の皆無化等に寄与できる。尚、精密な加工及び／又は最小な加工を介して、装置の小型化が図れる。またこの放電加工では、加工の容易化及び／又は単純化等が達成可能となるとともに、単純な加工となり、樹脂成形も可能となる。

尚、前記切欠き部１５及び／又は開口２０２−１は、ナット２の成形時に、成形することも可能である。この構造では、開口２０２−１と、第二の工具２１と倣い装置（図示省略）を介して、簡易かつ正確に加工できる。また循環路６の長手方向（ねじ軸１方向）の開口端部の下部６００を、ボール５の容易な転動・摩擦抵抗の軽減・磨耗回避を図るために、環状とすること、及び／又は、このボール５の転動を容易等にするために、開口端部を開放し、ボール５の一面が露出する構造とすること等は望ましい。

また前記ナット２内周面の直径Ｄ２は、前記ねじ軸１の外径より大きく、軌道３内を転動するボール５の中心が通る円筒面の直径Ｄ１付近、又は直径Ｄ１前後程度とし、誘導路１１を移動するボール５は、ランド部２０３（２０３−１）に開口する循環穴１０の一端部１０ａ及び／又は他端部１０ｂに設けたボール転動切除溝２０１と、ランド部２０３の隙間１６に掬われて循環穴１０内に送り込まれる。

上記のように構成した電動式動力舵取装置の動作の一例を説明する。ステアリングホイールを操舵し、操舵トルクがステアリングシャフトを介して入力軸に伝達されると、この操舵トルクはピニオン歯車とラック歯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Ｃ１を軸方向に移動させることを介して操舵力に変換される。このとき、トルクセンサ（図示省略）が、操舵トルクを検出し、回転角検出センサ（図示省略）が電気モータ（図示省略）のロータ（図示省略）の回転位置等を検出し、これらの操舵トルク及び電気モータのロータの回転位置等に基づいて、トルクセンサと回転角検出センサの検出値等に応じて、制御回路（図示省略）で補助トルクを働かせる。この補助トルクはボールねじ装置ＡによってラックシャフトＣ１の軸方向の移動を補助する補助操舵力に変換されることで、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特徴がある。

そして、この電気モータによってロータとともに、ナット２がラックシャフトＣ１に対し回転するボールねじ装置Ａでは、各ボール５は、それぞれ負荷を受けつつ軌道３を転動する。このロータが、例えば、右回転されると、ボール５は、螺旋状に複数巻きされたナット２のボール転動溝２００の一端部２００ａから、前述の如く、誘導路１１→循環穴１０の一端部１０ａ→循環穴１０→循環穴１０の他端部１０ｂ→誘導路１１−１→他端部２００ｂに戻される。

尚、図５−１〜図５−３は、本発明の他の実施例を示しており、循環穴１０の誘導路１１、１１−１に鰭状（山形鰭状）の突起２２を設けることで（さらに望ましくは、ボール転動切除溝２０１、２０１−１と、循環穴１０との境部位に突起２２を設けることで）、低速回転時でも、ボール５が飛出すことなく、確実にボール５を循環穴１０に誘導できる。従って、高速から低速まで、ボール５を確実に誘導でき、また操舵の容易化・省力化にも寄与できる。尚、前記突起２２を設ける条件として、望ましくは、ナット２内周面の直径Ｄ２を、軌道３内を転動するボール５の中心を通る円筒面の直径Ｄ１より軸方向に小さく形成し、ボール５の中心を通る円筒面の直径Ｄ１より内側に、鰭状（山形鰭状）の突起２２を設ける構造も可能である。尚、このねじ軸１のボール転動溝１００と、とナット２のボール転動溝２００とで構成される循環路６には、ボール５が従来の冶具及び／又は方法を介して挿入される。

次に第二実施例において、循環穴１０の一端部１０ａ及び他端部１０ｂに設けた誘導路１１、１１−１には、連通路３０、３０−１を介してボール５より大きい径の穴３１、３１−１を、螺旋軌道３を横切るように開設する構造であり、使用範囲の拡充を図ることと、またナット２の端面２００ａ−１等を平坦な面及び／又は美麗にすること等を望む場合に有益である。他の構造は、前述の第一実施例に準ずる。尚、ボール５より大きい径の穴３１（３１−１）を、前述のボール転動切除溝２０１に代替することもあり得る（他の実施例も同じ）。

また第三実施例は、第二実施例を併設した構造であり、基本的な構造は、全く同じであり、強力で、荷重に耐え得るボールねじ装置を提供できる。そして、図７−３においては、左右のボール５に予圧をかける構造として、ナット２への荷重抵抗と、操舵力の操作の強弱調整等に役立てることも可能であり、重宝することと、またレーシングカーへの採用も可能と考えられる（他の構造も同じ）こと等の実用性を備えている。図中矢印（イ）と、矢印（ロ）は、対峙する予圧方向を示している。

尚、第四実施例は、ボール転動切除溝２０１が形成されていないランド部２０３を作ることができない場合、例えば、掘削途中で止められない加工冶具を用いる方策において、軌道３（ボール転動溝１００、２００）、連通路３０、３０−１、又はボール転動切除溝２０１に、切欠き４０が形成されるので、この切欠き４０を、閉塞して本来の構造に回復する。そして、図の例では、ボール転動切除溝２０１に切欠き４０が形成された場合には、この切欠き４０に詰め部材４１（図５−１〜図５−３に示した誘導路１１、１１−１に鰭状の突起２２を備えた構造の一例である）を嵌入し、カバーする構造とする。尚、さらにその他の一例を説明すると、上記以外の他の各種加工冶具を使用する場合、望ましくはないが、加工ミスの補填用としてのカバー（閉塞）、又はナット２の端面２００ａ−１等を平坦な面及び／又は美麗にすること等が考えられる。その他の例は、前述の各実施例に準ずる。

そして、第四実施例の他の例として、ボール転動溝２００の穿設途中で止められない加工冶具を用いる場合の方策として、ボール５を循環穴１０に導く手段として、ナット２の外周面２Ａの穴４２に打ち込まれたピン等の詰め部材４１（図５−１〜図５−３に示した誘導路１１、１１−１に鰭状の突起２２を備えた構造の他の一例である）で、ボール５を進路変更させることで、ボール５の飛出しをなくし、確実にボール５を循環穴１０に誘導する構造とする。

図１は、第一実施例におけるナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た側面図 図２は、第一実施例における図１に示したボールねじ装置を使用した電動式動力舵取装置の要部の断面図 図３−１は、第一実施例におけるナットのボール転動切除溝（誘導路）を形成する過程を示しており、このナットの端面に向かってボールが転動可能な隙間を加工する過程を示しており、第一の工具を、ナットの端面の外周面から（必要により、予め成形された加工溝を利用して）螺入する状態を示した斜視図 図３−２は、第一実施例におけるナットのボール転動切除溝（誘導路）を形成する過程を示しており、第一の工具を、ナットの端面の外周面から螺入し、ボール転動切除溝及び第二の工具の誘導路の開口加工を始めた状態を示した斜視図 図３−３は、第一実施例におけるナットのボール転動切除溝（誘導路）を形成する過程を示しており、第一の工具を、ナットの端面の外周面から螺入した後、第二の工具の誘導路の開口が終了した状態を示した斜視図 図４−１は、第一実施例におけるナットの誘導路の開口より第二の工具を介して、このナットの外周面に、ボールが転動可能な誘導路及び循環穴を形成するための加工する過程を示しており、ナットの誘導路の開口より第二の工具を螺入する状態を示した斜視図 図４−２は、第一実施例におけるナットの誘導路の開口より第二の工具を介して、このナットの外周面に、ボールが転動可能な誘導路及び循環穴を形成するための加工する過程を示しており、図４−１の俯瞰図 図４−３は、第一実施例におけるナットの誘導路の開口より第二の工具を介して、このナットの外周面に、ボールが転動可能な誘導路及び循環穴を形成するための加工する過程を示しており、図４−１のＢ−Ｂを断面視した要部斜視図 図５−１は、第一実施例における他の実施例を示しており、ナット全体を示した斜視図 図５−２は、第一実施例における他の実施例を示しており、図５−１の要部斜視図 図５−３は、第一実施例における他の実施例を示しており、図５−１の要部の断面図 図６−１は、第二実施例におけるナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図 図６−２は、第二実施例における図６−１の断面図 図６−３は、第二実施例における図６−２の要部の拡大断面図 図６−４は、第二実施例における図６−１の側面模式図 図７−１は、第三実施例におけるナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図 図７−２は、第三実施例における図７−１の側面図 図７−３は、第三実施例における要部の断面図 図７−４は、第三実施例における図７−１の側面模式図 図８−１は、第四実施例におけるナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図で、切欠きに詰め部材を嵌入する前の状態を示した図 図８−２は、第四実施例におけるナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図で、切欠きに詰め部材を嵌入した状態を示した図 図８−３は、第四実施例の他の例におけるナットとねじ軸が螺合した状態を、このナットの一方のランド部側から見た斜視図 図８−４は、第四実施例の他の例における図８−３の側面模式図で、穴を穿設する前の状態を示した図 図８−５は、第四実施例の他の例における図８−３の側面模式図で、穴に詰め部材を嵌入した状態を示した図 図９は軌道片（両ボール転動溝で構成する）と１８０°の基準線並びに支持点との関係の一例を示した概念図

符号の説明

Ａ ボールねじ装置
Ｃ１ ラックシャフト
Ｄ１ 直径
Ｄ２ 直径
１ ねじ軸
１００ ボール転動溝
１００ａ 一端部
１００ｂ 他端部
２ ナット
２Ａ 外周面
２Ａ−１ 一端部
２Ａ−２ 他端部
２００ ボール転動溝
２００ａ 一端部
２００ａ−１ 端面
２００ｂ 他端部
２００ｂ−１ 端面
２０１ ボール転動切除溝
２０１−１ ボール転動切除溝
２０２ 開口
２０２−１ 開口
２０３ ランド部
２０３−１ ランド部
３ 軌道
５ ボール
６ 循環路
６００ 下部
１０ 循環穴
１０ａ 一端部
１０ｂ 他端部
１１ 誘導路
１１−１ 誘導路
１５ 切欠き部
１５−１ 切欠き部
１６ 隙間
１６−１ 隙間
２０ 第一の工具
２１ 第二の工具
２２ 突起
３０ 連通路
３０−１ 連通路
３１ 穴
３１−１ 穴
４０ 切欠き
４１ 詰め部材
４２ 穴

Claims (7)

1. 外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸のボール転動溝、及び前記ナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内を転動する複数のボールと、前記ナットのボール転動溝の一端部と他端部とを繋いで、前記ナットの外周面とで形成した（前記ボールを無限循環させるための）循環路を備えたボールねじ装置において、
   前記循環路は、ボール転動溝の一端部と他端部との間で前記ボールを移動させるように前記ナットの肉厚内に形成されたトンネル状の循環穴を有し、
   この循環穴は、その一端部、又は他端部に形成した、前記軌道を転動するボールを、この循環穴内に送り込むための誘導路を備えており、
   前記ナットの端面のボール転動溝と、前記ねじ軸のボール転動溝との間に、この両ボール転動溝からのボールの離脱を回避する支持手段を形成し、
   この支持手段は、両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置。
2. 請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
   前記支持手段は、前記ナットのボール転動溝の一端部、又は他端部に連設するように形成した、このナットの端面に形成した軸芯方向と直交する方向で半割れ形態で形成したボール転動切除溝、又はこのナットのボール転動溝の一端部、又は他端部に連設するように形成した、ボールより大きい径の穴とで構成したことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置。
3. 請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
   前記半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴は、ナットの端面の一方、又は双方の端面に設ける構造とするとともに、前記半割れのボール転動切除溝には、軸方向に向って拡開する空間形成用の切欠き部を形成する構造としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置。
4. 請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
   前記ナットのボール転動溝が形成されたナット内周面の直径は、前記ねじ軸の外径より大きく、軌道内を転動するボールの中心が通る円筒面の直径付近、又は直径前後程度とし、
   前記ナット内周面の前記ボール転動溝の一端部及び他端部より、前記ナットの一側面側及び他側面側の両側縁は、前記ボール転動溝が形成されていないランド部とし、
   前記循環穴及び／又は誘導路の一端部及び他端部は、前記ランド部に夫々開口されるとともに、このランド部に形成された開口を介して、前記循環穴と誘導路とが連通する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置。
5. 請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
   前記ナットのボール転動溝が形成されたナット内周面の直径は、前記ねじ軸の外径より大きく、軌道内を転動するボールの中心が通る円筒面の直径付近、又は直径前後程度とし、
   前記ナット内周面の前記ボール転動溝の一端部及び他端部より、前記ナットの一側面側及び他側面側の両側縁は、前記ボール転動溝が形成されていないランド部とし、
   前記循環穴及び／又は誘導路の一端部及び他端部は、前記ランド部に夫々開口されるとともに、このランド部に形成された開口を介して、前記循環穴と誘導路とが連通し、またこの循環穴の誘導路に鰭状の突起を設ける構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置。
6. 請求項１に記載の循環路を備えたボールねじ装置であって、
   前記ナットの半割れのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴に、詰め部材（デフレクタ）を設ける構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置。
7. 外周面に螺旋状のボール転動溝を有するねじ軸と、内周面に螺旋状のボール転動溝を有するナットと、前記ねじ軸のボール転動溝、及び前記ナットのボール転動溝が対向して形成される軌道内を転動する複数のボールと、前記ナットのボール転動溝の一端部と他端部とを繋いで、前記ナットの外周面とで形成した（前記ボールを無限循環させるための）循環路を備えたボールねじ装置において、
   前記循環路は、ボール転動溝の一端部と他端部との間で前記ボールを移動させるように前記ナットの肉厚内に形成されたトンネル状の循環穴を有し、
   この循環穴は、その一端部と他端部に、それぞれ形成した、前記軌道を転動するボールを、この循環穴内に送り込むための誘導路を備えており、
   前記ナットの端面のボール転動溝と、前記ねじ軸のボール転動溝との間に、この両ボール転動溝からのボールの離脱を回避する支持手段を形成し、
   この支持手段は、両ボール転動溝を断面視して、１８０°を基準線として、一方のボール転動溝に二点支持し、他方のボール転動溝に一点支持する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置の製造方法であって、
   このナットの端面に形成された工具挿入切欠き部より、挿入された切削刃物等の第一の工具を介して、前記誘導路のボール転動切除溝、又はこの端面に形成された工具挿入切欠き部より、挿入された切削刃物等の第一の工具を介して、前記誘導路のボールより大きい径の穴を、それぞれ開口し、この各開口より挿入された前記第二の工具を介して、前記ナットの外周面の一端部から他端部に亘り、前記循環穴用の循環路を加工し、またこのボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴より、前記端面に向かってボールが転動可能な隙間を加工し、この隙間と、前記ボール転動切除溝、又はボールより大きい径の穴が連通する構成としたことを特徴とする循環路を備えたボールねじ装置の製造方法。

Images