JP2012077871A - ボールねじ装置、リニアアクチュエータ、および車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、且つ高い許容荷重を実現できるボールねじ装置を提供する。
【解決手段】ボールねじ装置２３には、螺旋状の軌道６０が複数形成されている。各軌道６０の一端と他端とは、こま７０を介して接続されている。ボールナット４８の環状フランジ４８ｃには、固定ねじ５２が取り付けられる取付部４８ｄが周方向Ｃ１に沿って等間隔に複数形成されている。環状フランジ４８ｃと軸方向Ｘ１の位置が重なるように配置されたこま７３，７４は、周方向Ｃ１に関して取付部４８ｄの位置とは異なる位置に配置されており、且つ周方向Ｃ１に不等間隔に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ボールねじ装置、リニアアクチュエータ、および車両用操舵装置に関する。

例えば、ラック軸に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置には、ボールねじ装置が備えられているものがある（例えば、特許文献１参照）。このボールねじ装置は、電動モータによって回転されるナットを備えている。ナットには、ねじ軸が挿通されており、ナットとねじ軸との間にボールが配置されている。ナットの回転に伴って、ねじ軸が軸方向に直線移動する。その結果、ねじ軸に連結されたタイロッドが変位してナックルアームを回動させ、車輪の向きが変更される。

また、ナットには、ナット内のボールを循環させるための循環部材が設けられている。循環部材として、チューブやこまが用いられている（例えば、特許文献２〜７参照）。

特開２０００−２２５９５６号公報（[図６]、［図７］） 特開２００４−３６７８９号公報（［００１６］、［図１］） 特開平５−３０６７４１号公報（［００１７］、［図６］） 実開平４−１０７５５１号公報（［図６］） 特開２００１−１２２１３８号公報（［０００２］、［図５］） 特開２００７−８５５０２号公報（［００１１］、［図１］、［図２］） 国際公開ＷＯ ２００７／１２６０８４号パンフレット（［００７４］、［図１６］）

このうち、循環部材としてチューブを用いると、ボールナットからチューブが大きく突出し、ボールねじ装置が径方向に大型化してしまう。一方、循環部材として小片からなるこまを用いることで、ボールナットを径方向に小さくできる。こまを用いる場合、ボールナットに孔を形成し、この孔にこまを挿入する。
また、電動パワーステアリング装置のボールねじ装置等では、路面から車輪やラック軸等を介して、ボールナットに大きなラジアル荷重が作用する。このため、特許文献７に記載のような、ボールナットの外周に固定された環状フランジを用いて、ボールナットと電動モータのロータとを強固に連結することが好ましい。

具体的には、ボールナットと、ロータとを同軸に並べ、ロータに形成された環状フランジと、ボールナットの環状フランジとを突き合わせる。そして、各環状フランジに形成された挿通孔にボルトを通し、各環状フランジを固定する。ボルトは、各環状フランジの周方向に複数箇所に等間隔に配置される。
上記のようにボールナットにこまを取り付け、且つ、ボールナットの外周にフランジを固定した構成であれば、ボールナットの径方向の小型化と、高い耐荷重性能とを実現できる。しかしながら、特許文献７では、こまとボールナットの環状フランジとは、軸方向にずれて配置されているので、ボールナットが軸方向に大型化してしまう。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、小型で、且つ高い許容荷重を実現できるボールねじ装置、リニアアクチュエータ、および車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、雌ねじ溝（４８ａ）が形成されたナット本体（４８ｂ）を含むボールナット（４８）と、前記雌ねじ溝に対向する雄ねじ溝（４７ａ）を含む雄軸（６）と、前記雌ねじ溝の一部と前記雄ねじ溝の一部との間に規定された螺旋状の軌道（６０）と、この軌道に配置された複数のボール（４９）と、前記ボールナットに形成された挿通孔（８１〜８６）に保持され、前記軌道の一端（６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａ）から他端（６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６５ｂ，６６ｂ）に前記ボールを循環させるためのこま（７０）と、を備え、前記軌道および前記こまは前記雄軸の軸方向（Ｘ１）に沿って複数設けられ、前記ボールナットは、前記ナット本体の外周に形成された環状フランジ（４８ｃ）を含み、前記環状フランジには、所定の固定部材（５２）が取り付けられる取付部（４８ｄ）が前記環状フランジの周方向（Ｃ１）に沿って複数形成され、前記複数のこまは、前記環状フランジと前記軸方向の位置が重なるように配置された所定のこま（７３，７４）を少なくとも２つ含み、各前記所定のこまは、前記周方向に関して前記取付部の位置とは異なる位置に配置されており、且つ前記周方向に不等間隔に配置されていることを特徴とするボールねじ装置（２３）を提供する（請求項１）。

本発明によれば、所定のこまと環状フランジとを、軸方向に関する位置が重なるように配置できる。これにより、ボールねじ装置を軸方向に短くできるので、ボールねじ装置を小型化できる。また、ボールを循環させるための循環部材としてこまを用いているので、循環部材がボールナットの径方向に大型化せずに済む。したがって、ボールねじ装置を径方向に短くできるので、ボールねじ装置を更に小型化できる。さらに、所定のこまを周方向に不等間隔に配置している。これにより、環状フランジにおいて、固定部材の周方向に関する配置のレイアウトの自由度を高くできる。その結果、環状フランジと固定部材との結合の強度がより高くなるように（例えば、周方向に等間隔に狭いピッチで）固定部材を配置できる。その結果、環状フランジが受けることのできるラジアル荷重等の荷重の許容値（許容荷重）をより高くできる。したがって、ボールねじ装置の許容荷重をより高くできる。また、軸方向に関して、環状フランジの位置と、所定のこまの位置とが重なっている。すなわち、ボールナットのうち、力が入力される入力部分としての環状フランジの位置と、ボールに力を出力する出力部分（こま周辺の雌ねじ溝）の位置とが、軸方向に関して重なっている。これにより、ボールナットやボールをこじるような力が生じることを抑制できるので、ボールへの負荷を低減できる。その分、ボールねじ装置が受けることのできる外力をより大きくできるので、より高い許容荷重を実現できる。

また、本発明において、前記環状フランジは、前記軸方向に関する前記ナット本体の中央に配置されている場合がある（請求項２）。この場合、軸方向に関して、ボールナットに作用する荷重の分布を偏り難くできる。これにより、ボールねじ装置に作用する負荷を低減でき、その結果、ボールねじ装置の許容荷重をより高くできる。
また、本発明において、前記所定のこまを第１こま（７３，７４）としたとき、前記複数のこまは、前記環状フランジとは前記軸方向に離隔して配置された複数の第２こま（７１，７２，７５，７６）を含み、各前記第１こまからなる第１こまユニット（９１）と、前記第１ユニットのこまの数と同じ数の前記第２こまが前記軸方向に隣接してなる第２こまユニット（８８，８９）とが規定され、前記第１こまユニットと、前記第２こまユニットとは、前記周方向に等間隔に配置されている場合がある（請求項３）。

この場合、第１こまユニットおよび第２こまユニットを周方向に等間隔に配置することにより、周方向に関してボールナットがボールから受ける負荷に偏りが生じることを抑制できる。これにより、ボールねじ装置の駆動時において、ボールナットに作用する負荷の変動を抑制でき、その結果、ボールねじ装置の許容荷重をより高くできる。
また、本発明は、前記ボールねじ装置と、前記固定部材によって前記環状フランジに固定された回転部材（３１，４１）を含み前記ボールナットを回転させるためのアクチュエータ（２１，２２）と、前記ボールナットを収容し、滑り軸受（２６，２７）を介して前記雄軸を前記軸方向に移動可能に支持するハウジング（５）と、を備えるリニアアクチュエータ（４）を提供する（請求項４）。この場合、コンパクトで、且つ、雄軸が大きな荷重を受けることのできるリニアアクチュエータを実現できる。

また、本発明において、前記リニアアクチュエータと、前記リニアアクチュエータの前記雄軸に連結され転舵輪（３）を操向するためのリンケージ部材（７）とを備えている場合がある（請求項５）。この場合、路面から転舵輪等を介して作用する大きな力を受けることができ、且つ、コンパクトな車両用操舵装置を実現できる。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 転舵用アクチュエータの周辺の主要部の一部断面図である。 図２の主要部の拡大図である。 ボールナットの周辺の部材の斜視図である。 ボールナットを軸直断面で切断した断面図であり、各こまの配置を示している。 軌道の周辺の拡大図である。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態の車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２と転舵輪３との機械的な結合が解除された、いわゆるステアバイワイヤシステムを構成している。
車両用操舵装置１では、操舵部材２の回転操作に応じて駆動される、例えばブラシレスの電動モータを含むリニアアクチュエータとしての転舵用アクチュエータ４の動作を、ハウジング５に支持された転舵軸６の車幅方向の直線運動に変換するようになっている。この転舵軸６の直線運動は、舵取り用の左右の転舵輪３の転舵運動に変換され、これにより車両の転舵が達成される。

転舵用アクチュエータ４の駆動力（出力軸の回転力）は、転舵軸６に関連して設けられた運動変換機構（ボールねじ装置）により、転舵軸６の軸方向Ｘ１（車幅方向）の直線運動に変換される。この転舵軸６の直線運動は、転舵軸６の両端に連結されたリンケージ部材としてのタイロッド７に伝達され、ナックルアーム８の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム８に支持された転舵輪３の操向が達成される。

転舵軸６、タイロッド７およびナックルアーム８等により、転舵輪３を転舵するための転舵機構５０が構成されている。転舵軸６を支持するハウジング５は、車体５５に支持されている。
操舵部材２は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト９に連結されている。この回転シャフト９には、操舵部材２に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ１０が取り付けられている。反力用アクチュエータ１０は、回転シャフト９と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。

回転シャフト９のうち、操作部材２とは反対側の端部には、例えば渦巻きばね等からなる弾性部材１１が車体５５との間に結合されている。この弾性部材１１は、反力用アクチュエータ１０が操舵部材２にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、操舵部材２を直進操舵位置に復帰させる。
操舵部材２の操作入力値を検出するために、回転シャフト９に関連して、操舵部材２の操舵角θh を検出するための操舵角センサ１２が設けられている。また、回転シャフト９には、操舵部材２に加えられた操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１３が設けられている。一方、転舵軸６に関連して、転舵輪３の転舵角δｗ（タイヤ角）を検出するための転舵角センサ１４が設けられている。

これらのセンサの他にも、車速Ｖを検出する車速センサ１５と、車体５５の上下加速度Ｇｚを検出する悪路状態検出センサとしての上下加速度センサ１６と、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１７と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１８とが設けられている。
上記のセンサ類１２〜１８の各検出信号は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット（ＥＣＵ）からなる車両制御手段としての制御装置１９に入力されるようになっている。

制御装置１９は、操舵角センサ１２によって検出された操舵角θｈおよび車速センサ１５によって検出された車速Ｖに基づいて、目標転舵角を設定する。そして、この目標転舵角と、転舵角センサ１４によって検出された転舵角δｗとの偏差に基づいて、駆動回路２０Ａを介し、転舵用アクチュエータ４を駆動制御（転舵制御）する。
一方、制御装置１９は、センサ類１２〜１８が出力する検出信号に基づいて、操舵部材２の操舵方向と逆方向の適当な反力が発生されるように、駆動回路２０Ｂを介して、反力用アクチュエータ１０を駆動制御（反力制御）する。

図２は、転舵用アクチュエータ４の周辺の主要部の一部断面図である。図２を参照して、転舵軸６の途中部は、筒状のハウジング５内に挿入されている。ハウジング５の両端部は、すべり軸受としての筒状のブッシュ２６，２７を介して、転舵軸６を軸方向Ｘ１に摺動可能に支持している。
転舵用アクチュエータ４は、タイロッド７，７を車両の左右方向に変位させることにより、転舵輪３，３の向きを変更するようになっている。転舵用アクチュエータ４の一部はハウジング５内に配置されている。転舵用アクチュエータ４は、ハウジング５と、アクチュエータとしての第１電動モータ２１および第２電動モータ２２と、これらのモータ２１，２２によって駆動されるボールねじ装置２３と、を含んでいる。

第１電動モータ２１および第２電動モータ２２は、転舵軸６の軸方向Ｘ１に対称な形状を有している。
第１電動モータ２１および第２電動モータ２２は、ハウジング５内において、軸方向Ｘ１に並んで配置されている。第１電動モータ２１は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第１ステータ２４を備えている。第２電動モータ２２は、ハウジング５の内周面５ａに固定された第２ステータ２５を備えている。

また、第１電動モータ２１は、転舵軸６の周囲を取り囲む回転部材としての第１ロータ３１を備えている。第１ロータ３１は、第１ロータコア３２と、第１ロータコア３２に一体回転可能に連結された環状の第１マグネット３３とを含んでいる。第１ロータコア３２は、円筒状に形成されている。第１ロータコア３２の一端部３２ａの外周面は、第１転がり軸受３４を介して、ハウジング５の内周面５ａに回転可能に支持されている。第１ロータコア３２の他端部３２ｂには、第１環状フランジ３５が形成されている。第１環状フランジ３５は、円環状に形成されている。

第１マグネット３３は、転舵軸６の周方向Ｃ１に関してＮ極とＳ極とが交互に異なる外周面を有している。第１マグネット３３は、第１ロータコア３２の外周面に固定されている。第１マグネット３３は、第１ステータ２４に取り囲まれている。
また、第２電動モータ２２は、転舵軸６の周囲を取り囲む回転部材としての第２ロータ４１を備えている。第２ロータ４１は、第２ロータコア４２と、第２ロータコア４２に一体回転可能に連結された環状の第２マグネット４３とを含んでいる。第２ロータコア４２は、円筒状に形成されている。第２ロータコア４２の一端部４２ａの外周面は、第２転がり軸受４４を介して、ハウジング５の内周面５ａに回転可能に支持されている。第２ロータコア４２の他端部４２ｂには、第２環状フランジ４５が形成されている。第２環状フランジ４５は、円環状に形成されている。

第２マグネット４３は、転舵軸６の周方向Ｃ１に関してＮ極とＳ極とが交互に異なる外周面を有している。第２マグネット４３は、第２ロータコア４２の外周面に固定されている。第２マグネット４３は、第２ステータ２５に取り囲まれている。
第１ロータ３１および第２ロータ４１は、ボールねじ装置２３の後述する環状フランジ４８ｃを介して一体回転可能に連結されており、互いに同方向に回転するようになっている。

第１軸受３４および第２軸受４４の各外輪は、ハウジング５に対する軸方向移動が規制されている。また、第１軸受３４および第２軸受４４の各内輪は、対応するロータコア３２，４２に対する軸方向移動が規制されている。これにより、ハウジング５に対する第１ロータ３１および第２ロータ４１の軸方向移動が規制されている。
ボールねじ装置２３は、各電動モータ２１，２２の出力回転を転舵軸６の軸方向移動に変換する運動変換機構として設けられている。

ボールねじ機構２３は、ねじ軸４７を含む雄軸としての転舵軸６と、と、ねじ軸４７の周囲を取り囲み、第１および第２ロータ４１と一体回転可能なボールナット４８と、列をなす多数のボール４９とを備えている。ボールナット４８は、ハウジング５に収容されている。
ねじ軸４７は、転舵軸６の一部に形成されている。ねじ軸４７の外周には、螺旋状の雄ねじ溝４７ａと、螺旋状に繋がる円筒面状のランド部４７ｂとが形成されている。

図３は、図２の主要部の拡大図である。図４は、ボールナット４８の周辺の部材の斜視図である。図３および図４を参照して、ボールナット４８は、螺旋状の雌ねじ溝４８ａが形成された円筒状のナット本体４８ｂと、ナット本体４８ｂの外周面からボールナット４８の径方向の外方に突出する環状フランジ４８ｃと、を含んでいる。ナット本体４８ｂと環状フランジ４８ｃとは、溶接等によって一体に形成されている。

ナット本体４８ｂの内周に、雌ねじ溝４８ａが形成されている。雌ねじ溝４８ａは、例えば、軸方向Ｘ１に関するナット本体４８ｂの全域に形成されており、ねじ軸４７の雄ねじ溝４７ａを取り囲んでいる。ボール４９は、ボールナット４８の雌ねじ溝４８ａと、ねじ軸４７の雄ねじ溝４７ａとの間に介在している。
環状フランジ４８ｃは、軸方向Ｘ１に関するナット本体４８ｂの例えば中央に配置されている。環状フランジ４８ｃには、固定部材としての固定ねじ５２が取り付けられる取付部４８ｄが周方向Ｃ１（環状フランジ４８ｃの周方向）に沿って等間隔に複数（本実施形態において、４つ）形成されている。

各取付部４８ｄには、固定ねじ５２のねじ軸４７を挿通するための挿通孔４８ｅが形成されている。また、第１電動モータ２１の第１環状フランジ３５は、環状フランジ４８ｃに突き合わされており、各挿通孔４８ｅに対向する位置に、挿通孔３５ａがそれぞれ形成されている。同様に、第２電動モータ２２の第２環状フランジ４５は、環状フランジ４８ｃに突き合わされており、各挿通孔４８ｅに対向する位置に、挿通孔４５ａがそれぞれ形成されている。

固定ねじ５２および固定ナット５３は、取付部４８ｄの数と同じ数設けられている（図４では、１つの固定ねじ５２および固定ナット５３のみを図示）。各固定ねじ５２のねじ軸４７は、対応する挿通孔３５ａ，４８ｅ，４５ａを挿通し、対応する固定ナット５３２にねじ結合されている。これにより、第１電動モータ２１の第１ロータ３１と、ボールナット４８の環状フランジ４８ｃと、第２電動モータ２２の第２ロータ４１とが、互いに固定されており、一体回転可能である。ボールナット４８のナット本体４８ｂは、第１ロータ３１および第２ロータ４１に取り囲まれている。

図３を参照して、ボールナット４８の雌ねじ溝４８ａと、ねじ軸４７の雄ねじ溝４７ａとは、転舵軸６の径方向Ｒ１に相対向している。ボールナット４８の雌ねじ溝４８ａの一部と、ねじ軸４７の雄ねじ溝４７ａの一部とによって、螺旋状の軌道６１〜６６が複数（本実施形態において、６つ）規定されている。軸方向Ｘ１に沿って、図３の左側から順に、第１軌道６１、第２軌道６２、第３軌道６３、第４軌道６４、第５軌道６５および第６軌道６６が隣接して並んでいる。各軌道６１〜６６は、全長が略同じにされている。各軌道６１〜６６には、複数のボール４９が配置されている。なお、軌道６１〜６６を総称していうときは、単に軌道６０という。各軌道６０は、ねじ軸４７を略一周するように螺旋状に延びている。

図３および図４を参照して、ボールナット４８には、各軌道６１〜６６の一端から他端にボール４９を循環させるためのこま７１〜７６が取り付けられている。こま７３，７４は、第１こま（所定のこま）として設けられており、こま７１，７２，７５，７６は、第２こまとして設けられている。なお、こま７１〜７６を総称していうときは、単にこま７０という。

こま７０は、細長い小片形状に形成されている。こま７０は、こま７０の長手方向に沿って延びる凹溝７７を有している。凹溝７７は、こま７０の長手方向に関する両端部の深さが浅く、且つ中間部の深さが深くなっている。これにより、ナット本体４８ｂに取り付けられたこま７０は、軌道６０の一端と他端とを凹溝７７によって接続している。各軌道６０の一端にあるボール４９は、対応するこま７０の凹溝７７を通って軌道６０の他端に移動することができる。同様に、軌道６０の他端にあるボール４９は、こま７０の凹溝７７を通って軌道６０の一端に移動することができる。

こま７１は、ナット本体４８ｂの一端部４８ｆ寄りに配置されている。こま７１は、ナット本体４８ｂに貫通形成された挿通孔８１に嵌め込まれており、ボールナット４８に溶接等によって固定されている。こま７１は、軌道６１の一端６１ａと他端６１ｂとを接続している。
こま７２は、ナット本体４８ｂの一端部４８ｆ寄りに配置されており、こま７１と軸方向Ｘ１に隣接している。こま７２は、ナット本体４８ｂに貫通形成された挿通孔８２に嵌め込まれており、ボールナット４８に溶接等によって固定されている。こま７２は、軌道６２の一端６２ａと他端６２ｂとを接続している。

図５は、ボールナット４８を軸直断面で切断した断面図であり、こま７１〜７６の配置を示している。図５を参照して、こま７２とこま７１とは、周方向Ｃ１に関して不等間隔に配置されている。より具体的には、周方向Ｃ１に関して、こま７１の中心７１ａからこま７２の中心７２ａまでの距離が、周方向Ｃ１の一方Ｃ２に進んだときと、周方向Ｃ１の他方Ｃ３に進んだときとで、異なっている。

換言すれば、ボールナット４８の中心軸線Ｌ１回りの、こま７１の中心７１ａからこま７２の中心７２ａまでの角度が、周方向Ｃ１の一方Ｃ２に進んだときと、周方向Ｃ１の他方Ｃ３に進んだときとで、異なっている。
このように、こま７１とこま７２とは、周方向Ｃ１に関して片寄せして配置されており、周方向Ｃ１に隣接している。軸方向Ｘ１に沿って見て、こま７１の中心７１ａと、ボールナット４８の中心軸線Ｌ１とを結んだ線分と、中心軸線Ｌ１とこま７２の中心７２ａとを結んだ線分とがなす狭角θ１２は、４５度以下の数十度（例えば、３０度）程度とされている。

図３および図４を参照して、環状フランジ４８ｃに対して軸方向Ｘ１の一方に離隔して配置されたこま７１およびこま７２によって、第２こまユニット８８が規定されている。
こま７５は、ナット本体４８ｂの他端部４８ｇ寄りに配置されている。こま７５は、ナット本体４８ｂに貫通形成された挿通孔８５に嵌め込まれており、ボールナット４８に溶接等によって固定されている。こま７５は、軌道６５の一端６５ａと他端６５ｂとを接続している。

こま７６は、ナット本体４８ｂの他端部４８ｇ寄りに配置されており、こま７５と軸方向Ｘ１に隣接している。こま７６は、ナット本体４８ｂに貫通形成された挿通孔８６に嵌め込まれており、ボールナット４８に溶接等によって固定されている。こま７６は、軌道６６の一端６６ａと他端６６ｂとを接続している。
図５を参照して、こま７６とこま７５とは、周方向Ｃ１に関して不等間隔に配置されている。より具体的には、周方向Ｃ１に関して、こま７５の中心７５ａからこま７６の中心７６ａまでの距離が、周方向Ｃ１の一方Ｃ２に進んだときと、周方向Ｃ１の他方Ｃ３に進んだときとで、異なっている。

換言すれば、ボールナット４８の中心軸線Ｌ１回りの、こま７５の中心７５ａからこま７６の中心７６ａまでの角度が、周方向Ｃ１の一方Ｃ２に進んだときと、周方向Ｃ１の他方Ｃ３に進んだときとで、異なっている。
このように、こま７５とこま７６とは、周方向Ｃ１に関して片寄せして配置されており、周方向Ｃ１に隣接している。軸方向Ｘ１に沿って見て、こま７５の中心７５ａと、ボールナット４８の中心軸線Ｌ１とを結んだ線分と、中心軸線Ｌ１とこま７６の中心７６ａとを結んだ線分とがなす狭角θ５６は、４５度以下の数十度（例えば、３０度）程度とされている。

図３および図４を参照して、環状フランジ４８ｃに対して軸方向Ｘ１の他方に離隔して配置されたこま７５およびこま７６によって、第２こまユニット８９が規定されている。
こま７３は、ナット本体４８ｂの中央部に配置されている。こま７３は、環状フランジ４８ｃおよびナット本体４８ｂに貫通形成された挿通孔８３に嵌め込まれており、ボールナット４８に溶接等によって固定されている。こま７３は、軌道６３の一端６３ａと他端６３ｂとを接続している。

挿通孔８３は、こま７３を挿通可能な形状に形成されており、環状フランジ４８ｃの一部を切り欠くことにより形成されている。また、挿通孔８３は、環状フランジ４８ｃの外周面のうち、一部を切り欠いて形成された平坦な切欠部９０に開放されており、かつ、軸方向Ｘ１の一方に向けて開放されている。こま７３は、径方向Ｒ１に沿って、挿通孔８３に挿入される。上記の構成により、こま７３と環状フランジ４８ｃとは、軸方向Ｘ１に関する位置が重なっている。また、軌道６３と、環状フランジ４８ｃとは、軸方向Ｘ１に関する位置が重なっている。

こま７４は、ナット本体４８ｂの中央部に配置されている。こま７４は、環状フランジ４８ｃおよびナット本体４８ｂに貫通形成された挿通孔８４に嵌め込まれており、ボールナット４８に溶接等によって固定されている。こま７４は、軌道６４の一端６４ａと他端６４ｂとを接続している。
挿通孔８４は、こま７４を挿通可能な形状に形成されており、環状フランジ４８ｃの一部を切り欠くことにより形成されている。また、挿通孔８４は、環状フランジ４８ｃの外周面の切欠部９０に開放されており、かつ、軸方向Ｘ１の他方に向けて開放されている。こま７４は、径方向Ｒ１に沿って、挿通孔８４に挿入される。上記の構成により、こま７４と環状フランジ４８ｃとは、軸方向Ｘ１に関する位置が重なっている。また、軌道６４と、環状フランジ４８ｃとは、軸方向Ｘ１に関する位置が重なっている。こま７３とこま７４とは、軸方向Ｘ１に隣接している。

図５を参照して、こま７３とこま７４とは、周方向Ｃ１に関して不等間隔に配置されている。より具体的には、周方向Ｃ１に関して、こま７３の中心７３ａからこま７４の中心７４ａまでの距離が、周方向Ｃ１の一方Ｃ２に進んだときと、周方向Ｃ１の他方Ｃ３に進んだときとで、異なっている。
換言すれば、ボールナット４８の中心軸線Ｌ１回りの、こま７３の中心７３ａからこま７４の中心７４ａまでの角度が、周方向Ｃ１の一方Ｃ２に進んだときと、周方向Ｃ１の他方Ｃ３に進んだときとで、異なっている。

このように、こま７３とこま７４とは、周方向Ｃ１に関して片寄せして配置されており、周方向Ｃ１に隣接している。軸方向Ｘ１に沿って見て、こま７３の中心７３ａと、ボールナット４８の中心軸線Ｌ１とを結んだ線分と、中心軸線Ｌ１とこま７４の中心７４ａとを結んだ線分とがなす狭角θ３４は、４５度以下の数十度（例えば、３０度）程度とされている。本実施形態では、狭角θ１２＝狭角θ３４＝狭角θ５６となっている。なお、狭角θ１２，θ３４，θ５６の少なくとも１つが異なっていてもよい。

こま７３およびこま７４は、環状フランジ４８ｃの周方向Ｃ１に隣り合う取付部４８ｄ，４８ｄ間に配置されており、周方向Ｃ１に関して、各取付部４８ｄとは異なる位置に配置されている。
環状フランジ４８ｃとは軸方向Ｘ１の位置が重なっているこま７３およびこま７４によって、第１こまユニット９１が規定されている。

第１こまユニット９１のこま７３，７４の数と、第２こまユニット８８のこま７１，７２の数と、第２こまユニット８９のこま７５，７６の数は、何れも２つであり、同じである。
軸方向Ｘ１に沿って見たとき、第１こまユニット９１と、第２こまユニット８８と、第２こまユニット８９とは、周方向Ｃ１に等間隔に配置されている。具体的には、周方向Ｃ１に関して、第１こまユニット９１の中心９１ａと、第２こまユニット８８の中心８８ａと、第２こまユニット８９の中心８９ａとが、１２０度の間隔で等間隔に配置されている。

図３を参照して、前述したように、第１ロータ３１および第２ロータ４１に対するボールナット４８の軸方向移動が規制されている。また、ハウジング５に対する第１ロータ３１および第２ロータ４１の軸方向移動が、第１および第２軸受３４，４４を介して規制されている。したがって、ハウジング５に対するボールナット４８の軸方向移動が規制されている。

ボールナット４８を挟んだ軸方向Ｘ１の両側位置において、第１ロータコア３２の内周面および第２ロータコア４２の内周面には、それぞれ、円筒状の第１および第２ブッシュ９２，９３が、一体回転可能に嵌合されている。
各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａとねじ軸４７との間には、より詳細には、各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａとねじ軸４７の外周の円筒状のランド部４７ｂとの間には、第１ラジアル隙間Ｓ１が設けられている。

図６は、軌道６０の周辺の拡大図である。図６に示すように、ボール４９とねじ軸４７の雄ねじ溝４７ａとの間には、ねじ軸４７に対してボールナット４８をスムーズに回転させるために、第２ラジアル隙間Ｓ２が設けられている。なお、図６では、各ねじ溝４７ａ，４８ａの断面形状を２つの円弧で形成されるゴシックアーク形状としているが、これに限定されるものではない。

図３および図６を参照して、第１ラジアル隙間Ｓ１は、ボール４９および雄ねじ溝４７ａ間の第２ラジアル隙間Ｓ２（ボール４９の遊び量に相当）よりも小さくされている。ボールナット４８および各ブッシュ９２，９３は、ロータコア３２，４２の内周面に保持されているので、ボールナット４８と各ブッシュ９２，９３の位置関係を精度良く設定することができる。したがって、第１ラジアル隙間Ｓ１を第２ラジアル隙間Ｓ２よりも小さくする（Ｓ１＜Ｓ２）ことが実質的に可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１こまユニット９１のこま７３，７４と、環状フランジ４８ｃとを、軸方向Ｘ１に関する位置が重なるように配置できる。これにより、ボールねじ装置２３を軸方向Ｘ１に短くできるので、ボールねじ装置２３を小型化できる。また、ボール４９を循環させるための循環部材としてこま７０を用いているので、循環部材がボールナット４８の径方向Ｒ１に大型化せずに済む。したがって、ボールねじ装置２３を径方向Ｒ１に短くできるので、ボールねじ装置２３を更に小型化できる。

さらに、第１こまユニット９１のこま７３，７４を周方向Ｃ１に不等間隔に配置している。これにより、環状フランジ４８ｃにおいて、周方向Ｃ１に関する固定ねじ５２および固定ナット５３の配置のレイアウトの自由度を高くできる。その結果、環状フランジ４８ｃと固定ねじ５２との結合の強度がより高くなるように（例えば、周方向Ｃ１に等間隔に狭いピッチで）固定ねじ５２を配置できる。その結果、環状フランジ４８ｃが受けることのできるラジアル荷重等の荷重の許容値（許容荷重）をより高くできる。

したがって、ボールねじ装置２３の許容荷重をより高くできる。また、軸方向Ｘ１に関して、環状フランジ４８ｃの位置と、こま７３，７４の位置とが重なっている。すなわち、ボールナット４８のうち、力が入力される入力部分としての環状フランジ４８ｃの位置と、ボール４９に力を出力する出力部分（こま７３，７４周辺の雌ねじ溝４８ａ）の位置とが、軸方向Ｘ１に関して重なっている。これにより、ボールナット４８やボール４９をこじるような力が生じることを抑制できるので、ボール４９への負荷を低減できる。その分、ボールねじ装置２３が受けることのできる外力をより大きくできるので、より高い許容荷重を実現できる。

また、転舵用アクチュエータ４の小型化を通じて、転舵用アクチュエータ４の軽量化、省エネ化および低コスト化を実現できる。
さらに、環状フランジ４８ｃは、軸方向Ｘ１に関するナット本体４８ｂの中央に配置されている。これにより、軸方向Ｘ１に関して、ボールナット４８に作用する荷重の分布を偏り難くできる。これにより、ボールねじ装置２３に作用する負荷を低減でき、その結果、ボールねじ装置２３の許容荷重をより高くできる。

また、第１こまユニット９１と、第２こまユニット８８と、第２こまユニット８９とは、周方向Ｃ１に等間隔に配置されている。このように、第１こまユニット９１および第２こまユニット８８，８９を周方向Ｃ１に等間隔に配置することにより、周方向Ｃ１に関してボールナット４８がボール４９から受ける負荷に偏りが生じることを抑制できる。これにより、ボールねじ装置２３の駆動時において、ボールナット４８に作用する負荷の変動を抑制でき、その結果、ボールねじ装置２３の許容荷重をより高くできる。

以上より、コンパクトであることから車体５５への搭載が容易で、且つ、転舵軸６が大きな荷重を受けることができる転舵用アクチュエータ４を実現できる。
すなわち、路面から転舵輪３等を介して作用する大きな力を受けることができ、且つ、コンパクトな車両用操舵装置１を実現できる。
また、第１ラジアル隙間Ｓ１を第２ラジアル隙間Ｓ２よりも小さくしている。その結果、路面入力等でねじ軸４７に負荷されるラジアル荷重を、第１および第２ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａによって確実に受けることができる。これにより、ボールナット４８に作用するラジアル荷重を格段に低減することができる。その結果、ねじ溝４７ａ，４８ａ内の軌道面のフレッチング摩耗等を防止でき、耐久性を向上することができる。また、ロータ３１，４１の周囲に第１および第２ブッシュ９２，９３を追加することでこのような優れた効果を発揮でき、小型、安価な車両用操舵装置１を実現することができる。

また、図３を参照して、各ブッシュ９２，９３は、各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａがねじ軸４７のランド部４７ｂの少なくとも２周に対向可能な軸方向長さを有している。これにより、ランド部４７ｂと各ブッシュ９２，９３との間に十分な接触面積を確保することができる。その結果、各ブッシュ９２，９３によって、ねじ軸４７からのラジアル荷重を確実に受けることができる。

なお、各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａの仕上げ加工は、例えば、ブッシュ９２，９３を対応するロータコア３２，４２の内周面に嵌合した状態で、対応するロータコア３２，４２の外周面を基準として、各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａを仕上げ加工することが好ましい。
この場合、各ロータコア３２，４２に嵌合した状態の各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａを、各ロータコア３２，４２の外周面を基準として加工するので、ともにロータコア３２，４２に保持されるボールナット４８と各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａとの位置関係を精度良く設定することができる。ひいては、第１ラジアル隙間Ｓ１を、第２ラジアル隙間Ｓ２よりも小さい隙間に、精度良く設定することができる。

さらに、各ロータコア３２，４２の内周面にボールナットの製造用中間体を嵌合した状態で、各ロータコア３２，４２の外周面を基準として、筒状の製造用中間体の内周に、雌ねじ溝４８ａを加工することが好ましい。この場合、ボールナット４８の雌ねじ溝４８ａと各ブッシュ９２，９３の内周面９２ａ，９３ａが、同じ基準面（ロータコア３２，４２の外周面）を基準として加工されるので、各ブッシュ９２，９３およびねじ軸４７の間の第１ラジアル隙間Ｓ１をより精度良く設定することができる。

本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、第１こまユニット９１のこまの数は、３つ以上でもよい。また、第２こまユニット８８のこま７１，７２は、周方向Ｃ１に等間隔に（１８０度離れて）配置されていてもよい。同様に、第２こまユニット８９のこま７４，７５は、周方向Ｃ１に等間隔に（１８０度離れて）配置されていてもよい。

また、本発明のボールねじ装置を、車両用操舵装置以外の装置に備えられるボールねじ装置に適用してもよい。

１…車両用操舵装置、３…転舵輪、４…転舵用アクチュエータ（リニアアクチュエータ）、５…ハウジング、６…転舵軸（雄軸）、７…タイロッド（リンケージ部材）、２１…第１電動モータ（アクチュエータ）、２２…第２電動モータ（アクチュエータ）、２３…ボールねじ装置、２６，２７…ブッシュ（滑り軸受）、３１…第１ロータ（回転部材）、４１…第２ロータ（回転部材）、４７ａ…雄ねじ溝、４８…ボールナット、４８ａ…雌ねじ溝、４８ｂ…ナット本体、４８ｃ…環状フランジ、４８ｄ…取付部、４９…ボール、５２…固定ねじ（固定部材）、６０…軌道、６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａ…軌道の一端、６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６５ｂ，６６ｂ…軌道の他端、７０…こま、７１，７２，７５，７６…こま（第２こま）、７３，７４…こま（所定のこま、第１こま）、８１〜８６…挿通孔、８８，８９…第２こまユニット、９１…第１こまユニット、Ｃ１…周方向、Ｘ１…軸方向。

ボールねじ装置２３は、ねじ軸４７を含む雄軸としての転舵軸６と、ねじ軸４７の周囲を取り囲み、第１ロータ３１および第２ロータ４１と一体回転可能なボールナット４８と、列をなす多数のボール４９とを備えている。ボールナット４８は、ハウジング５に収容されている。
ねじ軸４７は、転舵軸６の一部に形成されている。ねじ軸４７の外周には、螺旋状の雄ねじ溝４７ａと、螺旋状に繋がる円筒面状のランド部４７ｂとが形成されている。

図３は、図２の主要部の拡大図である。図４は、ボールナット４８の周辺の部材の分解斜視図である。図３および図４を参照して、ボールナット４８は、螺旋状の雌ねじ溝４８ａが形成された円筒状のナット本体４８ｂと、ナット本体４８ｂの外周面からボールナット４８の径方向の外方に突出する環状フランジ４８ｃと、を含んでいる。ナット本体４８ｂと環状フランジ４８ｃとは、溶接等によって一体に形成されている。

固定ねじ５２および固定ナット５３は、取付部４８ｄの数と同じ数設けられている（図４では、１つの固定ねじ５２および固定ナット５３のみを図示）。各固定ねじ５２のねじ軸は、対応する挿通孔３５ａ，４８ｅ，４５ａを挿通し、対応する固定ナット５３にねじ結合されている。これにより、第１電動モータ２１の第１ロータ３１と、ボールナット４８の環状フランジ４８ｃと、第２電動モータ２２の第２ロータ４１とが、互いに固定されており、一体回転可能である。ボールナット４８のナット本体４８ｂは、第１ロータ３１および第２ロータ４１に取り囲まれている。

Claims (5)

1. 雌ねじ溝が形成されたナット本体を含むボールナットと、
   前記雌ねじ溝に対向する雄ねじ溝を含む雄軸と、
   前記雌ねじ溝の一部と前記雄ねじ溝の一部との間に規定された螺旋状の軌道と、
   この軌道に配置された複数のボールと、
   前記ボールナットに形成された挿通孔に保持され、前記軌道の一端から他端に前記ボールを循環させるためのこまと、を備え、
   前記軌道および前記こまは前記雄軸の軸方向に沿って複数設けられ、
   前記ボールナットは、前記ナット本体の外周に形成された環状フランジを含み、
   前記環状フランジには、所定の固定部材が取り付けられる取付部が前記環状フランジの周方向に沿って複数形成され、
   前記複数のこまは、前記環状フランジと前記軸方向の位置が重なるように配置された所定のこまを少なくとも２つ含み、
   各前記所定のこまは、前記周方向に関して前記取付部の位置とは異なる位置に配置されており、且つ前記周方向に不等間隔に配置されていることを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１において、前記環状フランジは、前記軸方向に関する前記ナット本体の中央に配置されていることを特徴とするボールねじ装置。
3. 請求項１または２において、前記所定のこまを第１こまとしたとき、前記複数のこまは、前記環状フランジとは前記軸方向に離隔して配置された複数の第２こまを含み、
   各前記第１こまからなる第１こまユニットと、前記第１ユニットのこまの数と同じ数の前記第２こまが前記軸方向に隣接してなる第２こまユニットとが規定され、
   前記第１こまユニットと、前記第２こまユニットとは、前記周方向に等間隔に配置されていることを特徴とするボールねじ装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のボールねじ装置と、
   前記固定部材によって前記環状フランジに固定された回転部材を含み前記ボールナットを回転させるためのアクチュエータと、
   前記ボールナットを収容し、滑り軸受を介して前記雄軸を前記軸方向に移動可能に支持するハウジングと、を備えていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
5. 請求項４に記載のリニアアクチュエータと、
   前記リニアアクチュエータの前記雄軸に連結され転舵輪を操向するためのリンケージ部材とを備えていることを特徴とする車両用操舵装置。

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