JP2013253686A - ボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール螺子ナットの螺子溝に歪みが生じることを抑制できるボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ボール螺子装置２２を、ボール螺子ナット３２の雄ねじ部４９をモータシャフト２６の雌ねじ部５１に螺合し、ラック軸３の外周に螺刻された螺子溝３１とボール螺子ナット３２の内周に螺刻された螺子溝４３とを対向させてなる螺旋状の転動路Ｒ１内に複数のボール３３を配設することにより構成した。そして、ボール螺子ナット３２の転動路形成部４４と雄ねじ部４９との間に設けられる延伸部４５の強度を転動路形成部４４よりも低くした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置に関する。

従来、ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトを備え、この中空シャフトの回転をボール螺子装置によってラック軸の軸方向移動に変換することで、操舵系にアシスト力を付与する所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。一般に、こうしたボール螺子装置は、中空シャフトと一体回転するボール螺子ナットを有しており、該ボール螺子ナットの内周に螺刻された螺子溝とラック軸の外周に螺刻された螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に複数のボールを配設することにより構成されている。

さて、上記中空シャフトに対するボール螺子ナットの固定構造としては、例えば特許文献１に示されるように、ボール螺子ナットに中空円筒状の雄ねじ部を形成し、この雄ねじ部を中空シャフトに形成された雌ねじ部に螺合させることにより、該ボール螺子ナットを中空シャフトに締結したものが知られている。詳しくは、この固定構造においてボール螺子ナットは、その雄ねじ部が中空シャフトの雌ねじ部に螺合することにより発生する軸力によって、該中空シャフトに押し付けられて締結されている。

特開２０１１−５１３８６号公報

ところで、上記ボール螺子ナットを中空シャフトに締結する軸力は、ボール螺子ナットが中空シャフトに当接した状態からさらに該ボール螺子ナットを締め付け、雄ねじ部を螺進させてボール螺子ナットを弾性変形させることにより発生する。したがって、特許文献１の構成では、ボール螺子ナットを中空シャフトに締結することにより生じる変形によって僅かながらその螺子溝に歪みが生じることがある。そして、この歪みが転動路内における各ボールの円滑な転動を妨げる虞があり、この点においてなお改善の余地があった。

なお、このような問題は、電動パワーステアリング装置に用いられるボール螺子装置に限らず、他の装置に用いられるボール螺子装置においても同様に生じ得る。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ボール螺子ナットの螺子溝に歪みが生じることを抑制できるボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、外周に螺子溝が螺刻された螺子軸と、内周に螺子溝が螺刻された転動路形成部を有するボール螺子ナットと、前記螺子軸の螺子溝と前記ボール螺子ナットの螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に配設された複数のボールと、を備え、前記ボール螺子ナットには、取付対象に形成された雌ねじ部に螺合される雄ねじ部が形成されたボール螺子装置において、前記ボール螺子ナットには、前記転動路形成部と前記雄ねじ部との間に該転動路形成部よりも強度の低い低強度部が設けられたことを要旨とする。

上記構成によれば、ボール螺子ナットの転動路形成部と雄ネジ部との間に該転動路形成部よりも強度の低い低強度部が設けられているため、該ボール螺子ナットを取付対象に締結する軸力は、主に低強度部が弾性変形することにより発生し、転動路形成部が変形し難くなる。これにより、ボール螺子ナットを取付対象に締結することに起因してその螺子溝に歪みが生じることを抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボール螺子装置において、前記低強度部には、前記ボール螺子ナットにおける前記取付対象と軸方向において対向する座面よりも前記転動路形成部側に配置されるとともに前記ボール螺子ナットの内周側に開口する凹部が形成されたことを要旨とする。

ここで、転動路形成部が変形するのは、ボール螺子ナットの座面が軸力によって取付対象に押し付けられることで該座面に作用する反力の影響が大きい。したがって、上記構成のように座面と螺子溝との間に配置されてボール螺子ナットの内周側に開口する凹部を形成することで、座面に作用する反力の伝達経路のうちボール螺子ナットの内周部分の経路が遮断されるため、該反力が転動路形成部の内周部分、すなわち螺子溝に伝達され難くなる。これにより、ボール螺子ナットの螺子溝に歪みが生じることをより抑制できる。

請求項３に記載の発明は、軸方向に往復動可能に設けられたラック軸と、前記ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトと、前記中空シャフトの回転を前記ラック軸の軸方向移動に変換するボール螺子装置とを備え、前記ボール螺子装置は、ボール螺子ナットに形成された中空筒状の雄ねじ部を前記中空シャフトに形成された雌ねじ部に螺合し、前記ラック軸の外周に螺刻された螺子溝と前記ボール螺子ナットの内周に螺刻された螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に複数のボールを配設することにより構成された電動パワーステアリング装置において、前記ボール螺子ナットには、前記螺子溝が形成された転動路形成部と前記雄ねじ部との間に該転動路形成部よりも強度の低い低強度部が設けられたことを要旨とする。

上記構成によれば、ボール螺子ナットの螺子溝に歪みが生じることが抑制されるため、転動路内における各ボールの円滑な転動を確保することが可能になり、優れた操舵フィーリングを実現することができる。

本発明によれば、ボール螺子ナットの螺子溝に歪みが生じることを抑制できるボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す断面図。 一実施形態のボール螺子装置近傍の拡大断面図。 別例のボール螺子装置近傍の拡大断面図。 別例のボール螺子装置近傍の拡大断面図。 別例のボール螺子装置近傍の拡大断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１は、ステアリング操作により回転するピニオン軸２と、ピニオン軸２の回転に応じて軸方向に往復動することにより転舵輪（図示略）の舵角を変更するラック軸３とを備えている。また、ＥＰＳ１は、ラック軸３が挿通される略円筒状のラックハウジング５を備えている。ラックハウジング５は、略円筒状に形成されたセンターハウジング６と、センターハウジング６の軸方向一端側（図１における左側）に固定されたギアハウジング７と、センターハウジング６の軸方向他端側（図１における右側）に固定されたエンドハウジング８とからなる。

ラック軸３は、ギアハウジング７に設けられたラックガイド１１、及びエンドハウジング８に設けられた図示しないブッシュ（すべり軸受）により、その軸方向に沿って往復動可能に支持されている。また、ラックハウジング５内には、ピニオン軸２がラック軸３と斜交する状態で回転可能に支持されており、ラック軸３は、ラックガイド１１によって付勢されることによりピニオン軸２と噛合している。なお、ピニオン軸２には、ステアリングシャフトが連結されており、その先端にはステアリングホイール（ともに図示略）が固定されている。そして、ステアリング操作に伴ってピニオン軸２が回転し、その回転がラック軸３の軸方向移動に変換されることにより、転舵輪の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、その駆動源となるモータ２１と、モータ２１の回転をラック軸３の軸方向移動に変換するボール螺子装置２２を備えている。つまり、本実施形態のＥＰＳ１は、所謂ラックアシスト型のＥＰＳとして構成されている。

詳述すると、モータ２１は、センターハウジング６の内周に固定されるステータ２４と、ステータ２４の内側に回転可能に設けられるロータ２５とを備えたブラシレスモータとして構成されている。ロータ２５は、中空円筒状に形成された中空シャフトとしてのモータシャフト２６、及びモータシャフト２６の外周に固定されるマグネット２７を有している。モータシャフト２６の軸方向一端側の開口端部２６ａは、第１の軸受２８によって回転可能に支持されている。そして、モータ２１は、モータシャフト２６内にラック軸３が挿通されることにより、ラック軸３と同軸に配置されている。このように構成されたモータ２１では、ステータ２４に駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、マグネット２７との間に生じる磁気的な吸引力及び反発力によってモータシャフト２６（ロータ２５）が回転するようになっている。

ラック軸３には、その外周の一部に螺子溝３１が螺刻されている。つまり、本実施形態では、ラック軸３が螺子軸に相当する。そして、ボール螺子装置２２は、取付対象としてのモータシャフト２６と一体回転するボール螺子ナット３２を有しており、ラック軸３に複数のボール３３を介してボール螺子ナット３２を螺合することにより構成されている。なお、ボール螺子ナット３２は、センターハウジング６の内周面に設けられた第２の軸受３４により回転可能に支持されている。

詳述すると、図２に示すように、ボール螺子ナット３２は、略円筒状に形成されており、モータシャフト２６の外部に配置された本体部４１、及びモータシャフト２６の軸方向他端側の開口端部２６ｂからその内部に挿入された係合部４２を有している。また、本体部４１は、内周に螺旋状の螺子溝４３が形成された転動路形成部４４、及び転動路形成部４４から軸方向一端側に延びてモータシャフト２６に当接する、前記螺子溝４３が形成されない延伸部４５を有している。なお、螺子溝４３は、本体部４１の軸方向他端から軸方向中央部よりも一端側寄りの位置まで延在している。延伸部４５は、モータシャフト２６と軸方向において対向しており、延伸部４５（本体部４１）の軸方向一端側には、モータシャフト２６の軸方向端面４６と当接するボール螺子ナット３２の座面４７が設けられている。

係合部４２は、延伸部４５に連続するとともにモータシャフト２６の開口端部２６ｂの内面に嵌合されるインロー部４８、及びインロー部４８から軸方向一端側に延びる中空円筒状の雄ねじ部４９を有している。一方、モータシャフト２６の内周面における開口端部２６ｂよりも奥側（軸方向一端側）には、雄ねじ部４９と螺合する雌ねじ部（ねじ孔）５１が形成されている。そして、ボール螺子ナット３２は、雄ねじ部４９を雌ねじ部５１に螺合させることにより、螺子溝４３が螺子溝３１と径方向において対向するようにモータシャフト２６に締結されている。詳しくは、ボール螺子ナット３２は、雄ねじ部４９が雌ねじ部５１に螺合することにより発生する軸力によって、その座面４７がモータシャフト２６の軸方向端面４６に押し付けられて締結されている。これにより、ラック軸３の螺子溝３１とボール螺子ナット３２の螺子溝４３によって螺旋状の転動路Ｒ１が形成されている。

転動路Ｒ１内には、複数のボール３３が配設されており、各ボール３３は、ラック軸３の螺子溝３１と、ボール螺子ナット３２の螺子溝４３とに挟まれている。また、ボール螺子ナット３２には、螺子溝４３内の二箇所を短絡する還流路Ｒ２が形成されている。なお、本実施形態の還流路Ｒ２は、ボール螺子ナット３２に対して上記転動路Ｒ１からボール３３を掬い上げる機能及び転動路Ｒ１にボール３３を排出する機能を備えた循環部材（デフレクタ）５２を装着することにより形成されている。

したがって、各ボール３３は、ボール螺子ナット３２がラック軸３に対して相対回転したときに、ラック軸３及びボール螺子ナット３２から負荷（摩擦力）を受けて転動路Ｒ１内を転動することにより、ラック軸３にボール螺子ナット３２のトルクを伝達し、ラック軸３をボール螺子ナット３２に対して軸方向移動させる。また、転動路Ｒ１内を転動して転動路Ｒ１の一端に到達した各ボール３３は、ボール螺子ナット３２に形成された上記還流路Ｒ２を通過することにより、転動路Ｒ１の他端に排出され、転動路Ｒ１を下流側から上流側へと移動する。つまり、ボール螺子装置２２は、その転動路Ｒ１を転動する各ボール３３が還流路Ｒ２を介して無限循環することにより、ボール螺子ナット３２の回転をラック軸３の軸方向移動に変換することが可能となっている。そして、ＥＰＳ１は、モータ２１を用いてボール螺子ナット３２を回転駆動し、そのトルクを軸方向の押圧力としてラック軸３に伝達することにより、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する構成となっている。

ここで、ボール螺子ナット３２をモータシャフト２６に締結する軸力は、ボール螺子ナット３２の座面４７がモータシャフト２６の軸方向端面４６に当接した状態からさらにボール螺子ナット３２を締め付け、雄ねじ部４９を螺進させてボール螺子ナット３２を弾性変形させることにより発生する。このとき、転動路形成部４４が変形すると、転動路Ｒ１が歪み、ボール３３の円滑な転動が妨げられる虞がある。この点を踏まえ、本実施形態では、雄ねじ部４９と転動路形成部４４との間に設けられた延伸部４５の機械的強度を転動路形成部４４よりも低くしている。すなわち、本実施形態では、延伸部４５が低強度部として機能する。

具体的には、延伸部４５の内周には、ボール螺子ナット３２の全周に亘って延びるとともにその内周側に開口する凹部としての環状溝６１が形成されている。つまり、環状溝６１は、座面４７よりも転動路形成部４４側に形成されている。そして、延伸部４５は、環状溝６１が形成されることによって転動路形成部４４よりも肉厚の薄い部分を有する構成となっており、転動路形成部４４よりも機械的強度が低くされている。

次に、本実施形態のＥＰＳ（ボール螺子装置）の作用について説明する。
ボール螺子ナット３２に転動路形成部４４よりも機械的強度の低い延伸部４５が設けられているため、ボール螺子ナット３２をモータシャフト２６に締め付けると、上記軸力は主に延伸部４５が弾性変形することにより発生し、転動路形成部４４が変形し難くなる。また、転動路形成部４４が変形するのは、ボール螺子ナット３２の座面４７が軸力によってモータシャフト２６に押し付けられることで該座面４７に作用する反力の影響が大きい。そのため、本実施形態のように座面４７よりも転動路形成部４４側に配置されて内周側に開口する環状溝６１を形成することで、座面４７に作用する反力の伝達経路のうちボール螺子ナット３２の内周部分の経路が遮断されるため、該反力が転動路形成部４４の内周部分、すなわち螺子溝４３に伝達され難くなる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）転動路形成部４４と雄ねじ部４９との間に設けられた延伸部４５の機械的強度を転動路形成部４４よりも低くすることで、転動路形成部４４を変形し難くしたため、ボール螺子ナット３２の螺子溝４３に歪みが生じることを抑制できる。これにより、転動路Ｒ１内における各ボール３３の円滑な転動を確保することが可能になり、優れた操舵フィーリングを実現することができる。

（２）延伸部４５に、座面４７よりも転動路形成部４４側に配置されるとともにボール螺子ナット３２の内周側に開口する環状溝６１を形成したため、ボール螺子ナット３２がモータシャフト２６から受ける反力が転動路形成部４４に伝達され難くなり、螺子溝４３に歪みが生じることをより抑制できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、環状溝６１をボール螺子ナット３２の内周側に開口するように形成したが、これに限らず、例えば図３に示すように、環状溝６１をボール螺子ナット３２の外周側に開口するように形成してもよい。このように構成しても、上記実施形態の（１）と同様の効果を奏することができる。また、延伸部４５に内周側及び外周側に開口する環状溝をそれぞれ形成してもよい。

・上記実施形態では、延伸部４５の機械的強度を転動路形成部４４よりも低くなるようにしたが、これに限らず、雄ねじ部４９と転動路形成部４４との間の部分であればよく、例えばインロー部４８の機械的強度を低くして低強度部として機能させてもよい。具体的には、例えば図４に示すように、インロー部４８にボール螺子ナット３２の外周側に開口する環状溝７１を形成したり、例えば図５に示すように、インロー部４８にボール螺子ナット３２の内周側に開口する環状溝７１を形成したりしてもよい。なお、図４及び図５に示す例では、本体部４１全体が転動路形成部４４として構成されている。また、インロー部４８に外周側及び内周側に開口する環状溝をそれぞれ形成してもよい。このように構成しても、上記実施形態の（１）と同様の効果を奏することができる。具体的には、上記実施形態のように延伸部４５の機械的強度を低くしたものでは、この延伸部４５が主に変形することで転動路形成部４４（螺子溝４３）に歪みが生じることを抑制でき、図４及び図５に示すようにインロー部４８の機械的強度を低くしたものでは、このインロー部４８が主に変形することで転動路形成部４４（螺子溝４３）に歪みが生じることを抑制できる。さらに、例えば延伸部４５及びインロー部４８の双方に環状溝を形成してもよい。

・上記実施形態では、延伸部４５の機械的強度をボール螺子ナット３２の全周に亘って延びる円環状の環状溝６１を形成することにより低下させたが、これに限らず、例えば周方向の所定範囲に亘って延びる円弧状の溝を形成することにより低下させてもよい。また、例えば外周側又は内周側に開口する穴や、径方向に貫通した孔等により延伸部４５の機械的強度を低下させてもよい。要は、延伸部４５の機械的強度を転動路形成部４４よりも低くすることができればよく、その態様は問わない。

・上記実施形態では、本発明をボール螺子ナット３２に循環部材５２を装着することにより還流路Ｒ２を形成するボール螺子装置２２に適用したが、これに限らず、例えば管状のリターンチューブにより還流路を形成する所謂リターンチューブ式のもの等の他のボール螺子装置に適用してもよい。また、本発明をＥＰＳ以外の用途に用いられるボール螺子装置に適用してもよい。

・上記実施形態では、本発明をモータ２１及び中空シャフトとしてのモータシャフト２６がラック軸３と同軸に配置されたラックアシスト型のＥＰＳ１に具体化した。しかし、これに限らず、所謂ラッククロス型やラックパラレル型等、ハウジング外部に設けられたモータにより、ラック軸の挿通された中空シャフトを駆動する形式のＥＰＳに具体化してもよい。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、３…ラック軸、２１…モータ、２２…ボール螺子装置、３１，４３…螺子溝、３２…ボール螺子ナット、３３…ボール、４１…本体部、４２…係合部、４４…転動路形成部、４５…延伸部、４６…軸方向端面、４７…座面、４８…インロー部、４９…雄ねじ部、５１…雌ねじ部、６１，７１…環状溝、Ｒ１…転動路、Ｒ２…還流路。

Claims (3)

1. 外周に螺子溝が螺刻された螺子軸と、
   内周に螺子溝が螺刻された転動路形成部を有するボール螺子ナットと、
   前記螺子軸の螺子溝と前記ボール螺子ナットの螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に配設された複数のボールと、を備え、
   前記ボール螺子ナットには、取付対象に形成された雌ねじ部に螺合される雄ねじ部が形成されたボール螺子装置において、
   前記ボール螺子ナットには、前記転動路形成部と前記雄ねじ部との間に該転動路形成部よりも強度の低い低強度部が設けられたことを特徴とするボール螺子装置。
2. 請求項１に記載のボール螺子装置において、
   前記低強度部には、前記ボール螺子ナットにおける前記取付対象と軸方向において対向する座面よりも前記転動路形成部側に配置されるとともに前記ボール螺子ナットの内周側に開口する凹部が形成されたことを特徴とするボール螺子装置。
3. 軸方向に往復動可能に設けられたラック軸と、前記ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトと、前記中空シャフトの回転を前記ラック軸の軸方向移動に変換するボール螺子装置とを備え、
   前記ボール螺子装置は、ボール螺子ナットに形成された中空筒状の雄ねじ部を前記中空シャフトに形成された雌ねじ部に螺合し、前記ラック軸の外周に螺刻された螺子溝と前記ボール螺子ナットの内周に螺刻された螺子溝とを対向させてなる螺旋状の転動路内に複数のボールを配設することにより構成された電動パワーステアリング装置において、
   前記ボール螺子ナットには、前記螺子溝が形成された転動路形成部と前記雄ねじ部との間に該転動路形成部よりも強度の低い低強度部が設けられたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。