JP2015161315A

JP2015161315A - ボールねじおよび操舵装置

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Publication number: JP2015161315A
Application number: JP2014034821A
Authority: JP
Inventors: 亮太伊藤; Ryota Ito
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-09-07
Also published as: US20150239493A1; CA2857800A1; CN104864054A; DE102014110766A1

Abstract

【課題】ボールがねじ軸の螺旋溝からエンドデフレクタに入り込む際のエンドデフレクタとボールとの衝突音を抑制できるボールねじおよび操舵装置を提供する。【解決手段】ナットと、ねじ軸と、ナットに取り付けられ、ねじ軸の螺旋溝３６に突出するガイド突部５を有したエンドデフレクタ２と、を備え、ガイド突部５のガイド先端縁３９によりボール４１を掬ってエンドデフレクタ２内に導くボールねじであって、エンドデフレクタ２は、ボール４１を螺旋溝３６の一方の溝側面７５Ａに沿って押し上げるボール押上部７１を備え、ガイド先端縁３９が、ボール押上部７１により押し上げられたボール４１を掬うようにした。【選択図】図８

Description

本発明は、ボールねじおよび操舵装置に関する。

ボールねじの循環方式のひとつとしてエンドデフレクタを用いた方式が知られている。この方式では、ナットにボールを循環させる循環路が形成される。ナットの両端には、ボールをナットおよびねじ軸の螺旋溝から循環路に誘導し、或いは循環路からボールを前記螺旋溝に戻す機能を有したエンドデフレクタが取り付けられる（たとえば特許文献１参照）。エンドデフレクタは、ボールをエンドデフレクタ内にすくい上げるために、ねじ軸の螺旋溝内に突出したガイド突部（特許文献１における爪）を有する。

特開２０１２−１５４４３７号公報

ねじ軸は可動体であることから、ガイド突部がねじ軸と干渉しないようにガイド突部とねじ軸の螺旋溝との間には隙間が設けられている。つまり、ガイド突部とねじ軸の螺旋溝との間に段差が形成されることとなり、ねじ軸の螺旋溝を通ってきたボールがこの段差に当たったときに衝突音が生じやすいという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、ボールがねじ軸の螺旋溝からエンドデフレクタに入り込む際のエンドデフレクタとボールとの衝突音を抑制できるボールねじおよび操舵装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、ナットと、ねじ軸と、前記ナットに取り付けられ、前記ねじ軸の螺旋溝に突出するガイド突部を有したエンドデフレクタと、を備え、前記ガイド突部のガイド先端縁によりボールを掬って前記エンドデフレクタ内に導くボールねじであって、前記エンドデフレクタは、ボールを前記螺旋溝の一方の溝側面に沿って押し上げるボール押上部を備え、前記ガイド先端縁は、前記ボール押上部により押し上げられたボールを掬うことを特徴とする。

このボールねじによれば、ボール押上部によりボールがねじ軸の螺旋溝から押し上げられることにより、ボールとねじ軸の螺旋溝との間に隙間が生じる。この状態のボールをガイド先端縁で掬うことにより、ガイド先端縁とボールの衝突を回避でき、衝突音の発生を防止できる。また、仮に衝突する場合であったとしても、ボールが押し上げられている分、ガイド先端縁に対するボールの衝突角度（ボールの進行方向とボールの衝突部における接線方向との交差角度）が浅くなるため、衝突音の低減を図ることが可能となる。

また、本発明は、前記一方の溝側面を、前記ねじ軸の軸方向外側に位置する溝側面とすることができる。

また、本発明は、前記ガイド先端縁は、前記ボール押上部により押し上げられたボールと前記螺旋溝の他方の溝側面との隙間でボールを掬い始めるように、前記他方の溝側面寄りの方が前記一方の溝側面寄りよりも、ボール進行方向と逆方向に突出されている構成としてもよい。

また、本発明は、前記ボールねじと、モータと、を備え、前記モータにより前記ナットを回転させて前記ねじ軸を軸移動させることを特徴とする操舵装置とした。

この操舵装置によれば、ボールがねじ軸の螺旋溝からエンドデフレクタに入り込む際のエンドデフレクタとボールとの衝突音を抑制できる。

本発明によれば、ボールがねじ軸の螺旋溝からエンドデフレクタに入り込む際のエンドデフレクタとボールとの衝突音を抑制できる。

操舵装置の一例を示す概略構成図である。ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝とを示す断面図である。本発明に係るボールねじの外観図であり、エンドデフレクタをナットに組み付けた状態を示す（ねじ軸は不図示）。本発明に係るボールねじの外観図であり、エンドデフレクタをナットに組み付ける前の状態を示す（ねじ軸は不図示）。エンドデフレクタの説明図であり、（ａ）は第１部材と第２部材とを組み付けた状態の斜視図、（ｂ）は第１部材と第２部材とを組み付ける前の状態の斜視図、（ｃ）は第１部材と第２部材とを組み付けた状態の平面図である。ねじ軸の軸方向から見たナットとエンドデフレクタの平面説明図である。ねじ軸の螺旋溝およびエンドデフレクタの第２部材の断面図である。ボール押上部によりボールが一方の溝側面に沿って押し上げられていく様子を示す作用断面図である。ねじ軸の螺旋溝を径外方向から見て平面展開した説明図である。

本発明のボールねじ１は、たとえば図１に示すようにラックアシスト型のパワーステアリング装置５０に使用される。一例としてのパワーステアリング装置５０は、運転者が操作するステアリングホイール５１と、ステアリングホイール５１に一体的に連結されるステアリングシャフト５２と、ステアリングシャフト５２と自在継手５３を介して連結される上部連結シャフト５４と、上部連結シャフト５４と自在継手５５を介して連結される下部連結シャフト５６と、下部連結シャフト５６とトーションバー５７を介して連結され、下部にピニオンが形成されたピニオンシャフト５８と、ピニオンに噛合するラック歯が形成され、両端にタイロッド６０を介して左右の前輪６１が連結されるラック軸５９と、を備えている。このラック軸５９は、車輪を転舵させる転舵軸として作用する。

ラック軸５９と一方のタイロッド６０との間には、ねじ軸６２がラック軸５９と一体となるように取り付けられており、ボールねじ１がこのねじ軸６２に取り付けられている。ボールねじ１のナット２１の外周には従動プーリ６３が軸着され、アシスト用の電動式のモータ６４の出力軸に軸着された駆動プーリ６５と従動プーリ６３との間に伝達ベルト６６が掛け回されている。

以上の構成からなるパワーステアリング装置５０は、ステアリングホイール５１に加えられたトルクが図示しないトルクセンサで検出され、その検出したトルクに応じて図示しない制御装置によりモータ６４が駆動制御される。これにより、モータ６４の発生トルクは、駆動プーリ６５，伝達ベルト６６，従動プーリ６３からなるベルト伝達機構およびボールねじ１を介して、ラック軸５９に、ステアリングホイール５１に加えられた運転者の操作力に対する補助力として伝達される。

なお、運転者にステアリングホイール操作時の操作感を与える反力アクチュエータと、転舵軸を駆動させるモータを有する転舵アクチュエータとを電気的に接続したいわゆるステアバイワイヤ方式の操舵装置にも本発明のボールねじ１を使用できる。この操舵装置において、ねじ軸６２は転舵軸と一体となるように取り付けられている。

以下、ボールねじ１について詳細に説明する。
図４において、ボールねじ１は、ナット２１と、ナット２１を挿通するねじ軸６２（図１）と、ボール４１（図２）と、ナット２１に取り付けられるエンドデフレクタ２と、を備えて構成されている。なお、以降の説明において、ボール４１の進行方向とは、ボール４１が螺旋溝２２，３６からエンドデフレクタ２に入って行く方向をいう。

「ナット２１」
ナット２１は、図２に示すように、円筒状の部材であり、ねじ軸６２の螺旋溝３６との間でボール４１を収容する螺旋溝２２を備える。螺旋溝２２、３６の断面形状は、たとえばそれぞれ尖端の溝底部３４、３７を有したゴシックアーク形状を呈している。螺旋溝２２の溝山部３５と螺旋溝３６の溝山部３８とは距離ｓを空けて離間している。

図４に戻り、ナット２１の端部周りは、ねじ軸６２が挿通される開口部の縁周りに形成される環状の内端面２３と、内端面２３の外縁からねじ軸６の軸Ｏ方向外側に向けて形成される段壁面２４と、段壁面２４の外端から軸Ｏの径外方向に形成される環状の外端面２５とが形成されていることにより、段差状に形成されている。段壁面２４には全周にわたり後記するスナップリング４２を係止するための溝２６が形成されている。軸Ｏ方向外側とは、ナット２１の軸Ｏ方向中央部から軸Ｏ方向に沿って遠ざかる方向をいい、軸Ｏ方向内側とは、ナット２１の軸Ｏ方向中央に近づく方向をいう。

エンドデフレクタ２を収容する収容部２７は、ナット２１の端部において、外端面２５および内端面２３から軸Ｏ方向内側に切欠き形成されている。収容部２７は、ナット２１の内周面から外周面側に向けて形成され互いに対向する第１側壁面２８、第２側壁面２９と、第１側壁面２８におけるナット２１の外周面寄り端部と第２側壁面２９におけるナット２１の外周面寄り端部とにわたって形成される底壁面３０と、第１側壁面２８、第２側壁面２９、底壁面３０の各軸Ｏ方向内側寄りの端部にかけて形成される突当て面３１とによって画成されている。

第１側壁面２８、第２側壁面２９、底壁面３０は軸Ｏ方向に沿って形成され、突当て面３１は軸Ｏ方向と直交する面に沿って形成されている。第１側壁面２８、第２側壁面２９は互いに対向しているが、互いに平行である必要はない。本実施形態では、第１側壁面２８は軸Ｏの径外方向に対して傾斜して形成され、第２側壁面２９はそれよりもさらに軸Ｏの径外方向に対して傾斜するように形成されている。第２側壁面２９は螺旋溝２２の端部２２ａに滑らかに連なるように形成されている。突当て面３１には循環路３２の開口部３３が臨む。循環路３２はナット２１において軸Ｏ方向に沿って形成され、ナット２１の反対側の端部にも開口部３３が形成されている。

「エンドデフレクタ２」
エンドデフレクタ２は、ボール４１（図２）の螺旋溝２２，３６での螺旋移動と循環路３２での軸Ｏ方向移動とを整流させる機能、すなわち螺旋溝２２，３６と循環路３２との間でボール４１を行き来させる機能を有する部材である。エンドデフレクタ２は、ねじ軸６２の螺旋溝３６に突出するガイド突部５を有している。

図５において、エンドデフレクタ２の内部にはボール４１を通す通路１８が形成されている。主にこの通路１８の成型性の点からエンドデフレクタ２は２つに分割された部材（第１部材３、第２部材４）により構成されている。エンドデフレクタ２の材質は特に限定されず、金属材料や合成樹脂材料等である。エンドデフレクタ２をたとえば亜鉛材料から構成した場合、ダイキャスト法により部品を形成できる。

第１部材３は、軸Ｏ方向に概ね沿う外郭面として、第１側壁面２８に対向する第１側面６と、ねじ軸６２に対向する内面７と、第２部材４と接面される面である分割面８とを有しており、軸Ｏ方向から見て概ね略三角形状を呈している。第１部材３の軸Ｏ方向内側寄りの端面は突当て面３１に突き当たる被突当て面９として構成され、第１部材３の軸Ｏ方向外側寄りの端面はスナップリング４２により押さえられる端面１０として構成される。分割面８には、第２部材４と組み付けられることでボール４１の通路１８をなす断面略半円形状の第１半通路１１が形成されている。第１半通路１１は、ねじ軸６２の螺旋溝３６に臨む通路である。

「ガイド突部５」
第１部材３の内面７の一部には、径内方向に膨出してねじ軸６２の螺旋溝３６内に位置するガイド突部５が形成されている。ガイド突部５は、ねじ軸６２の螺旋溝３６と干渉しない程度の大きさの略半円形状を呈している。ガイド突部５のガイド先端縁３９（エンドデフレクタ２に向かうボール４１と対向する縁部であり、ねじ軸６２の螺旋溝３６に臨む第１半通路１１の開口縁部）は、ボール４１を掬ってエンドデフレクタ２内に導くようになっている。

第２部材４は、軸Ｏ方向に概ね沿う外郭面として、第２側壁面２９に対向する第２側面１２と、底壁面３０に対向する外面１３と、第１部材３と接面される面である分割面１４とを有しており、軸Ｏ方向から見て概ね略三角形状を呈している。第２部材４の軸Ｏ方向内側寄りの端面は突当て面３１に突き当たる被突当て面１５として構成され、第２部材４の軸Ｏ方向外側寄りの端面はスナップリング４２により押さえられる端面１６として構成される。第２部材４の分割面１４には、第１部材３と組み付けられることでボール４１の通路１８をなす断面略半円形状の第２半通路１７が形成されている。第２半通路１７は、ナット２１の螺旋溝２２に臨む通路であり、螺旋溝２２の端部２２ａからのボール４１を滑らかに導くように、その通路先端には切欠き４０が形成されている。

第２部材４の分割面１４には係合突起部１９が形成されているとともに、第１部材３の分割面８には係合凹部２０が形成されている。第１部材３と第２部材４とは、係合突起部１９が係合凹部２０にたとえばスナップ係合することで分割面８，１４同士が接面し、両者が一体となってエンドデフレクタ２を構成する。端面１０，１６同士は面一状に連なり、被突当て面９，１５同士も面一状に連なる。そして、エンドデフレクタ２の内部には、第１半通路１１と第２半通路１７とが合わさることで、ナット２１の螺旋溝２２およびねじ軸６２の螺旋溝と連通する第１通路１８Ａと、この第１通路１８Ａから滑らかに略９０度方向転換して軸Ｏ方向に沿って形成され循環路３２の開口部３３に連通する第２通路１８Ｂと、からなる通路１８が形成される。なお、第１部材３と第２部材４とを一体化させる構造は係合突起部１９，係合凹部２０の係合方法に特に限定されるものではない。また、第１部材３と第２部材４とを一体化させる構造はなくてもよい。

以上の構成において、図６に示すようにボール４１がエンドデフレクタ２内に入る際、ボール４１は、
（１）ねじ軸６２の螺旋溝３６とナット２１の螺旋溝２２とによる挟持状態、
（２）ねじ軸６２の螺旋溝３６と第２部材４の第２半通路１７とによる挟持状態、
（３）第１部材３の第１半通路１１と第２部材４の第２半通路１７とによる挟持状態、
の順を経る。
（１）から（２）への移行については、第２部材４の第２半通路１７をナット２１の螺旋溝２２の端部２２ａに対して隙間や段差を生じることなく滑らかに連通させることで、ボール４１をスムーズに移動させることができる。しかしながら、（２）から（３）への移行については、ねじ軸６２はエンドデフレクタ２に対して可動体となることから、第１半通路１１の始まりであるガイド先端縁３９とねじ軸６２の螺旋溝３６との間に接触防止の隙間ｔを設定せざるを得ない。したがって、この隙間ｔの存在により、従来ではボール４１がガイド先端縁３９に衝突して衝突音が発生しやすいという問題があった。

「ボール押上部７１」
前記問題に対し、本発明のエンドデフレクタ２は、図５、図７、図８に示すように、ボール４１をねじ軸６２の螺旋溝３６の一方の溝側面７５Ａに沿って押し上げるボール押上部７１を備える。そして、ガイド先端縁３９は、ボール押上部７１により押し上げられたボール４１を掬うようになっている。本実施形態では、一方の溝側面７５Ａは、軸Ｏ方向外側に位置する溝側面である。なお、「一方の溝側面７５Ａ」とは、溝底部３７（図２）を境として一方側に形成された螺旋溝３６の側面をいい、「他方の溝側面７５Ｂ」とは、溝底部３７を境として他方側に形成された螺旋溝３６の側面をいう。

ボール押上部７１は、第２部材４の第２半通路１７の内周壁において、ボール４１の進行方向に向かうにしたがい、ねじ軸６２の螺旋溝３６の溝側面７５Ａに近づくように傾斜状に形成された傾斜押上壁７２からなる。図８では、傾斜押上壁７２が溝側面７５Ａに漸次近づくように変位している様子を判り易くするため、傾斜押上壁７２の変位部分を点描にて図示してある。なお、図８（ａ）と図７は切欠き４０（図５）の形成位置で断面視した図である。

傾斜押上壁７２は、図８に示すようにボール４１に倣った曲面状であってもよいし、場合によって平面状としてもよい。図７に示すように、ねじ軸６２の溝山部３８と傾斜押上壁７２との距離ｗは、ねじ軸６２の溝山部３８とボール中心ｐとの距離ｕよりも小さく設定されている。すなわち、傾斜押上壁７２の径方向内側縁がボール中心ｐよりも径方向内側に位置するため、傾斜押上壁７２がボール４１の径方向内側の部分を押せるようになっている。これにより、傾斜押上壁７２がボール４１を少なくとも軸Ｏ方向に沿って軸Ｏ方向外側に押せるようになっている。ボール中心ｐよりも径方向内側に位置する部分の傾斜押上壁７２は、ボール４１を径外方向に効率的に押し出せるように、径方向に対して傾斜状に形成されている。

ボール４１が一方の溝側面７５Ａにおいて押し上げられる結果、ボール４１は他方の溝側面７５Ｂから離間することとなり、ボール４１と溝側面７５Ｂとの間には図８（ｃ）に示すように隙間ｘが形成される。本実施形態のガイド先端縁３９は、この隙間ｘでボール４１を掬い始めるように、図９に示すように、他方の溝側面７５Ｂ寄りの方が一方の溝側面７５Ａ寄りよりも、ボール進行方向と逆方向に突出されている。つまり、ガイド先端縁３９は、他方の溝側面７５Ｂ寄りの方が一方の溝側面７５Ａ寄りの方よりもボール進行方向側に位置するように切欠き状に形成されている。本実施形態では、ガイド先端縁３９は、一方の溝側面７５Ａ寄りから他方の溝側面７５Ｂ寄りに向かうにしたがい、ボール進行方向と逆方向に位置するように傾斜状に形成されている。

「作用」
前記（１）の状態から（２）の状態への移行時に、ボール４１が第２部材４の第２半通路１７に入ると、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ボール４１は傾斜押上壁７２により螺旋溝３６の一方の溝側面７５Ａに沿って押し上げられていく。ボール４１と他方の溝側面７５Ｂとの間には隙間ｘが形成される。なお、図８（ａ）〜（ｄ）の各断面図は、概ね図６、図９の各Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面を示している。

所定の隙間ｘが形成された段階で、ボール４１は図８（ｄ）に示すようにガイド先端縁３９に掬われる。図９からも判るように、ガイド先端縁３９は、他方の溝側面７５Ｂ寄りの方が一方の溝側面７５Ａ寄りよりも、ボール進行方向と逆方向に突出して位置している。そして、図８（ｄ）に示すように、この他方の溝側面７５Ｂ寄りのガイド先端縁３９は隙間ｘに位置している。したがって、ボール４１は、ガイド先端縁３９に衝突することなく、他方の溝側面７５Ｂ寄りのガイド先端縁３９により掬われ始めて第１部材３の第１半通路１１に入り込んでいく。ボール４１は漸次第１半通路１１に乗り上げていくため、ボール４１と一方の溝側面７５Ａ寄りのガイド先端縁３９とが衝突することもない。

以上のように、エンドデフレクタ２に、ボール４１をねじ軸６２の螺旋溝３６の一方の溝側面７５Ａに沿って押し上げるボール押上部７１を形成し、ガイド先端縁３９がこの押し上げられたボール４１を掬うように構成すれば、ガイド先端縁３９に対してボール４１の衝突を回避できる。また、仮に衝突する場合であったとしても、ボール４１が押し上げられている分、ガイド先端縁３９に対するボール４１の衝突角度が浅くなるため、衝突音の低減を図ることができる。

また、前記隙間ｘでボール４１を掬い始めるように、ガイド先端縁３９は、他方の溝側面７５Ｂ寄りの方が一方の溝側面７５Ａ寄りよりも、ボール進行方向と逆方向に突出されているようにすれば、ボール４１とガイド先端縁３９との衝突を簡単な構造で回避でき、衝突音の発生を防止できる。

＜変形例＞
上述した実施形態では、ボール４１が押し上げられる一方の溝側面７５Ａを、軸Ｏ方向外側に位置する溝側面としたが、反対に一方の溝側面７５Ａを軸Ｏ方向内側に位置する溝側面としてもよい。この場合、エンドデフレクタ２内の通路１８は、第１通路１８Ａが軸Ｏ方向内側に向けて傾斜変位しつつ第２通路１８Ｂに連なるように形成されることとなる。

１ボールねじ
２エンドデフレクタ
３第１部材
４第２部材
５ガイド突部
２１ナット
２２螺旋溝（ナット側）
２２ａ端部
３６螺旋溝（ねじ軸側）
３９ガイド先端縁
４１ボール
７１ボール押上部
７２傾斜押上壁
７５Ａ一方の溝側面
７５Ｂ他方の溝側面

Claims

ナットと、ねじ軸と、前記ナットに取り付けられ、前記ねじ軸の螺旋溝に突出するガイド突部を有したエンドデフレクタと、を備え、前記ガイド突部のガイド先端縁によりボールを掬って前記エンドデフレクタ内に導くボールねじであって、
前記エンドデフレクタは、ボールを前記螺旋溝の一方の溝側面に沿って押し上げるボール押上部を備え、
前記ガイド先端縁は、前記ボール押上部により押し上げられたボールを掬うことを特徴とするボールねじ。
前記一方の溝側面は、前記ねじ軸の軸方向外側に位置する溝側面であることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
前記ガイド先端縁は、前記ボール押上部により押し上げられたボールと前記螺旋溝の他方の溝側面との隙間でボールを掬い始めるように、前記他方の溝側面寄りの方が前記一方の溝側面寄りよりも、ボール進行方向と逆方向に突出されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールねじ。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のボールねじと、
モータと、
を備え、前記モータにより前記ナットを回転させて前記ねじ軸を軸移動させることを特徴とする操舵装置。