JP2015200354A - ボールねじ装置、動力変換機構、電動パワーステアリング装置、及びボールねじ装置の製造方法 - Google Patents

ボールねじ装置、動力変換機構、電動パワーステアリング装置、及びボールねじ装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】品質評価の容易なボールねじ装置を提供する。【解決手段】このボールねじ装置は、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に複数のボールを介して螺合される円筒状のナット６０とを備える。ナット６０には、デフレクタがそれぞれ装着される一対の取付孔と、一対の取付孔を連通するとともにナット６０の外周面６４に開口し、且つボール６２が転動可能な連通溝６７とが形成されている。連通溝６７の開口部６７ａの幅Ｗは、ボール６２の直径Ｄ１よりも短い。【選択図】図５

Description

本発明は、ボールねじ装置、及び同ボールねじ装置を用いた動力変換機構、電動パワーステアリング装置、並びにボールねじ装置の製造方法に関する。
従来、車両のステアリング装置の一つとして、ラックパラレル型の電動パワーステアリング装置が知られている。この電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの外周に取り付けられるボールねじ装置と、出力軸がラックシャフトに平行に配置されたモータと、モータの出力軸及びボールねじ装置を連結する減速機とを備えている。
ボールねじ装置は、ラックシャフトの外周面に形成された螺旋状のねじ溝に複数のボールを介して螺合されたナットを有している。ナットの内周面には、ラックシャフトのねじ溝に対向する螺旋状のねじ溝が形成されている。ナットのねじ溝とラックシャフトのねじ溝とにより囲まれた空間により、ボールが転動する転動路が構成される。また、ナットには、その内周面のねじ溝から外周面に貫通する一対の取付孔がナットの軸方向に離間して設けられている。一対の取付孔は、ナットの外周面に形成された凹状の連通溝により連通されている。また、一対の取付孔にはデフレクタがそれぞれ装着されている。そして、一対の取付孔によりそれぞれ装着されたデフレクタと連通溝とにより、転動路の二箇所間を短絡する循環路が構成される。この循環路を介してボールが転動路内を無限循環することが可能となっている。
減速機は、モータの出力軸に一体的に組み付けられた駆動プーリ、ナットに組み付けられた従動プーリ、及び各プーリに巻き掛けられた無端状のベルトを有している。
ラックパラレル型の電動パワーステアリング装置では、モータの出力軸が回転すると、その回転運動が駆動プーリ、ベルト、及び従動プーリを介してナットに伝達される。これにより、ナットがラックシャフトに対して相対回転し、ボールが転動路内を無限循環する。このボールの無限循環を通じてラックシャフトに軸方向のアシスト力が付与され、運転者のステアリング操作が補助される。
特許第４８０７６５５号公報
ところで、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、ナットの外周面に従動プーリが組み付けられることにより、ナットの外周面における連通溝の開口部分が閉塞されている。このような構造の場合、ナットの外周面に従動プーリを組み付けなければボールが連通溝からこぼれ落ちてしまう。そのため、例えば電動パワーステアリング装置の製造過程でボールねじ装置の品質を評価する際、ナットの外周面に従動プーリを装着する作業が必要となる。こうした作業が必要な分だけ製造工数が増加し、作業効率が悪化していた。
なお、このような課題は、電動パワーステアリング装置に用いられるボールねじ装置に限らず、他の装置に用いられるボールねじ装置にも同様に生じ得る。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、品質評価の容易なボールねじ装置、及び同ボールねじ装置を用いた動力変換機構、電動パワーステアリング装置、並びにボールねじ装置の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するボールねじ装置は、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に複数のボールを介して螺合される円筒状のナットと、を備え、前記ナットは、デフレクタがそれぞれ装着される対をなす取付孔と、同対をなす取付孔を連通するとともに前記ナットの外周面に開口し、且つ前記ボールが転動可能な連通溝と、を有し、前記連通溝の開口部の幅が、前記ボールの直径よりも短い。
この構成によれば、連通溝の開口部からボールがこぼれ落ちないため、連通溝の開口部を閉塞せずとも、対をなす取付孔にそれぞれ装着されるデフレクタ間をボールが循環することができる。したがって、何らかの外装部材をナットの外周面に装着することなく、ボールねじ装置を駆動させることが可能となる。これにより、ナットの外周面に外装部材を装着する作業を行うことなくボールねじ装置の品質を評価することができるため、ボールねじ装置の品質評価が容易となる。また、作業者は連通溝の開口部からボールの循環状態を目視で確認することができるため、ボールねじ装置の品質評価が更に容易となる。
上記ボールねじ装置について、前記連通溝は、前記ナットの外周面に開口部を有する断面Ｃ字状の溝からなることが好ましい。
この構成によれば、ボールの転動が可能であって、且つ開口部の幅がボールの直径よりも短い溝を容易に実現することができる。
上記のボールねじ装置と、モータの出力軸の回転力を前記ナットに伝達する動力伝達部と、を備え、前記モータの出力軸の回転運動を前記動力伝達部及び前記ボールねじ装置を介して前記ねじ軸の軸方向の往復直線運動に変換する動力変換機構にあっては、前記動力伝達部の構成部材のうち、前記ナットの周囲に取り付けられる構成部材が前記連通溝の開口部を閉塞していることが好ましい。
この構成のように、動力伝達部の構成部品により連通溝の開口部を閉塞すれば、ボールが連通溝内に完全に収まるため、連通溝内でボールがよりスムーズに転動し易くなる。
上記動力変換機構について、前記動力伝達部は、前記モータの出力軸に取り付けられる駆動プーリと、前記ナットの外周に取り付けられる従動プーリと、前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられる無端状のベルトと、を有し、前記従動プーリの内周面が、前記連通溝の開口部を閉塞していることが好ましい。
この構成によれば、連通溝の開口部をより確実に閉塞することができる。
電動パワーステアリング装置としては、上記の動力変換機構を備え、前記ねじ軸として車両の転舵軸が用いられ、前記ボールねじ装置を介して前記転舵軸の軸方向に加わる力により車両の操舵機構にアシスト力を付与することが好ましい。
上記のようなボールねじ装置を電動パワーステアリング装置に用いれば、電動パワーステアリング装置の製造過程でボールねじ装置の品質を評価する際、その作業を容易に行うことができる。結果的に、電動パワーステアリング装置の製造が容易となる。
上記ボールねじ装置の製造方法としては、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に複数のボールを介して螺合される円筒状のナットと、を備え、前記ナットは、デフレクタがそれぞれ装着される対をなす取付孔と、同対をなす取付孔を連通するとともに前記ナットの外周面に開口し、且つ前記ボールが転動可能な連通溝と、を有するボールねじ装置の製造方法であって、前記対をなす取付孔のいずれか一方にボールエンドミルの切削刃部を挿入した後、同ボールエンドミルの切削刃部を前記対をなす取付孔のいずれか他方に向けて移動させることにより前記ナットに前記連通溝を形成することが好ましい。
この構成によれば、上記のような連通溝をナットに容易に形成することができる。
本発明によれば、品質評価が容易となる。
電動パワーステアリング装置の一実施形態についてその概略構成を示す断面図。 実施形態の電動パワーステアリング装置についてそのボールねじ装置及び減速機の断面構造を示す断面図。 実施形態のボールねじ装置についてそのナットの分解斜視構造を示す斜視図。 実施形態のナットについてその平面構造を示す平面図。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 実施形態のナットについてその製造工程の一部を示す斜視図。 実施形態のナットについてその製造工程の一部を示す斜視図。
以下、ボールねじ装置を搭載した電動パワーステアリング装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、運転者のステアリングホイール２の操作に基づき転舵輪３を転舵させる操舵機構４、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構５を備えている。
操舵機構４は、ステアリングホイール２の回転軸となるステアリングシャフト４０、及びステアリングシャフト４０の下端部にラックアンドピニオン機構４１を介して連結されたラックシャフト４２を備えている。ラックシャフト４２の両端には、ボールジョイント４３を介してタイロッド４４が回動自在にそれぞれ連結されている。各タイロッド４４の先端には転舵輪３が連結されている。操舵機構４では、運転者のステアリングホイール２の操作に伴いステアリングシャフト４０が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構４１を介してラックシャフト４２の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト４２の軸方向の往復直線運動がボールジョイント４３を介してタイロッド４４に伝達されることにより転舵輪３の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
アシスト機構５はラックシャフト４２に設けられている。アシスト機構５はモータ８と動力変換機構１２とを備えている。動力変換機構１２及びラックシャフト４２はハウジング９により覆われている。モータ８は、ハウジング９の外壁にボルト１０により固定されることにより、その出力軸８０がラックシャフト４２に対して平行となるように配置されている。モータ８の出力軸８０は、ハウジング９に形成された貫通孔１１を通じてハウジング９の内部に延びている。動力変換機構１２は、ラックシャフト４２をねじ軸とするボールねじ装置６と、モータ８の出力軸の回転運動をボールねじ装置６に伝達する動力伝達部としての減速機７とからなる。
次に、図２を参照して動力変換機構１２の構成について詳述する。
図２に示すように、ラックシャフト４２の外周面には螺旋状のねじ溝４５が形成されている。ボールねじ装置６は、ラックシャフト４２のねじ溝４５に複数のボール６２を介して螺合された円筒状のナット６０を備えている。ナット６０の内周面には、ラックシャフト４２のねじ溝に対向する螺旋状のねじ溝６１が形成されている。このナット６０のねじ溝６１とラックシャフト４２のねじ溝４５とにより囲まれる螺旋状の空間によりボール６２が転動する転動路Ｒ１が形成されている。
図３に示すように、ナット６０の軸方向の一端部にはフランジ部６３が形成されている。また、ナット６０には、その外周面６４から内周面のねじ溝６１に貫通する長孔状の一対の取付孔６５，６６が形成されている。一対の取付孔６５，６６は、ナット６０のねじ溝４５を複数列跨ぐようにナット６０の軸方向に離間して配置されている。一対の取付孔６５，６６にはデフレクタ６８がそれぞれ圧入されて装着される。また、ナット６０の外周面６４には、一対の取付孔６５，６６を連通する連通溝６７が形成されている。図４及び図５に示すように、連通溝６７は、ナット６０の外周面６４に開口部６７ａを有する断面Ｃ字状の溝からなる。図５に示すように、連通溝６７の直径Ｄ２はボール６２の直径Ｄ１よりも長い。また、連通溝６７の開口部６７ａの幅Ｗは、ボール６２の直径Ｄ１よりも短い。なお、本実施形態における開口部６７ａの幅Ｗとは、連通溝６７の延伸方向（図４及び図５で軸線ｍで示す方向）に対して直交する方向における開口部６７ａの長さを示す。
図２に示すように、各デフレクタ６８には、転動路Ｒ１と連通溝６７とを連結する貫通孔６８ａが形成されている。デフレクタ６８は、転動路Ｒ１から掬い上げたボール６２を貫通孔６８ａを介して連通溝６７に導く機能、及び連通溝６７内のボール６２を貫通孔６８ａを介して転動路Ｒ１に排出する機能を有する。各デフレクタ６８の貫通孔６８ａ、及びナット６０の連通溝６７により、転動路Ｒ１の二箇所間を短絡する循環路Ｒ２が構成される。したがって、ボール６２は循環路Ｒ２を介して転動路Ｒ１を無限循環することが可能となっている。
減速機７は、ナット６０の外周面に一体的に取り付けられる従動プーリ７０、モータ８の出力軸８０に一体的に取り付けられる駆動プーリ７１、及び各プーリ７０，７１の外周に巻き掛けられる無端状のベルト７２を備えている。
従動プーリ７０は円筒状に形成されており、そのベルト７２が巻き掛けられる側の一端部内周面に雄ねじ孔７３が形成されている。また、従動プーリ７０の内周面には、雄ねじ孔７３に連続するかたちで同雄ねじ孔７３の内径よりも小さい内径を有する収容孔７４が形成されている。この収容孔７４には、雄ねじ孔７３の開口部から挿入されたナット６０が圧入されている。また、雄ねじ孔７３には、外周面にねじ溝を有するロックナット７５が螺着されている。ロックナット７５と、雄ねじ孔７３及び収容孔７４の間に形成された段差面７６との間でナット６０のフランジ部６３が挟み込まれることによりナット６０が従動プーリ７０に固定されている。また、従動プーリ７０は、軸受７７によりハウジング９に対して回転可能に支持されている。従動プーリ７０の内周面はナット６０の連通溝６７の開口部６７ａを閉塞している。
このような動力変換機構１２からなるアシスト機構５では、モータ８への通電に基づきモータ８の出力軸８０が回転すると、モータ８の出力軸８０と一体となって駆動プーリ７１が回転する。これにより、駆動プーリ７１はベルト７２を介して従動プーリ７０及びナット６０を一体的に回転させる。このとき、従動プーリ７０及びナット６０に付与されるトルクに基づいてボールねじ装置６が駆動する。すなわち、ボールねじ装置６では、従動プーリ７０及びナット６０がラックシャフト４２に対して相対回転することにより、ボール６２がナット６０及びラックシャフト４２から負荷（摩擦）を受けて転動路Ｒ１を無限循環する。このボール６２の無限循環を通じてラックシャフト４２がナット６０に対して軸方向に相対移動する。すなわち、動力変換機構１２は、モータ８の出力軸８０の回転運動を減速機７及びボールねじ装置６を介してラックシャフト４２の軸方向の往復直線運動に変換することで、ラックシャフト４２に軸方向の力を付与する。このラックシャフト４２に付与される軸方向の力がアシスト力として操舵機構４に付与され、運転者のステアリング操作が補助される。
次に、ナット６０の製造方法について説明する。
ナット６０の製造の際には、まず、図６に示すように、ねじ溝６１及びフランジ部６３を有するナット６０に一対の取付孔６５，６６を形成する。その後、ボールエンドミル９１を用いることによりナット６０の外周面に連通溝６７を形成する。ボールエンドミル９１は、先端が円錐台状に形成された軸部９１ａと、軸部９１ａの先端に設けられる切削刃部９１ｂとを有している。切削刃部９１ｂは、連通溝６７の直径Ｄ２と略同じ外径を有している。なお、便宜上、切削刃部９１ｂの刃の図示は省略している。連通溝６７の形成の際には、ボールエンドミル９１の切削刃部９１ｂを一方の取付孔６５に挿入した後、図７に示すように、ボールエンドミル９１の切削刃部９１ｂを他方の取付孔６６に向かって移動させる。このとき、ボールエンドミル９１の切削刃部９１ｂにおける軸部９１ａ側の端部でナット６０の外周面を切削することにより、ナット６０の外周面６４に開口部６７ａを有する断面Ｃ字状の連通溝６７を形成する。この連通溝６７を他方の取付孔６６まで形成することでナット６０の製造が完了する。
以上説明した電動パワーステアリング装置１、ボールねじ装置６、及び動力変換機構１２によれば、以下の（１）〜（６）に示す作用及び効果を得ることができる。
（１）図５に示すように、ナット６０に形成された連通溝６７の開口部６７ａの幅Ｗがボール６２の直径Ｄ１よりも短ければ、連通溝６７の開口部６７ａからボール６２がこぼれ落ちないため、連通溝６７の開口部６７ａを閉塞せずとも、各デフレクタ６８間をボール６２が循環することができる。したがって、外装部材としての従動プーリ７０をナット６０の外周面６４に装着することなくボールねじ装置６を駆動させることが可能となる。これにより、例えば電動パワーステアリング装置１の製造過程でボールねじ装置６の品質を評価する際、ナット６０の外周面６４に従動プーリ７０を装着する作業を行うことなくボールねじ装置６の品質を評価することができるため、ボールねじ装置６の品質評価が容易となる。
（２）連通溝６７からのボール６２のこぼれ落ちを防止する方法としては、例えばナット６０の外径をより大きくして連通溝６７の開口部６７ａを完全に閉塞してしまうという方法もある。しかしながら、連通溝６７の開口部６７ａが完全に閉塞される程度までナット６０の外径を大きくすると、その分だけボールねじ装置６が大型化してしまう。この点、本実施形態では、連通溝６７の一部が開口する程度までナット６０の外径を小さくすることができるため、ボールねじ装置６を小型化することができる。そのため、車両への搭載性を向上させることができる。
（３）ボールねじ装置６の品質評価の際、作業者はナット６０の連通溝６７の開口部６７ａからボール６２の循環状態を目視で確認することができる。そのため、ボールねじ装置６の品質評価が更に容易となる。
（４）上記のようなボールねじ装置６を電動パワーステアリング装置１に用いることで、電動パワーステアリング装置１の製造過程でボールねじ装置６の品質を評価する際、その作業を容易に行うことができる。結果的に、電動パワーステアリング装置１の製造が容易となる。
（５）従動プーリ７０の内周面がナット６０の連通溝６７の開口部６７ａを閉塞すれば、ボール６２が連通溝６７内に完全に収まる。よって、連通溝６７内でボール６２がよりスムーズに転動し易くなる。
（６）連通溝６７を断面Ｃ字状に形成すれば、ボール６２の転動が可能であって、且つ開口部６７ａの幅Ｗがボール６２の直径Ｄ１よりも短い溝を容易に実現することができる。また、図７に示すように、ナット６０への連通溝６７の形成はボールエンドミル９１による切削加工だけで可能であるため、上記のような連通溝６７を有するナット６０を容易に製造することができる。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・連通溝６７の形状は、断面Ｃ字状の溝形状に限らず、適宜変更可能である。要は、連通溝６７は、ナット６０の外周面６４に開口するとともに、ボール６２が転動可能であり、且つ開口部６７ａの幅Ｗがボール６２の直径Ｄ２よりも短い溝形状であればよい。
・上記実施形態では、一対の取付孔６５，６６を長孔状に形成したが、一対の取付孔６５，６６の形状は適宜変更可能である。また、取付孔６５，６６の形状に合わせて、デフレクタ６８の形状を変更してもよい。
・上記実施形態では、ナット６０に一対の取付孔６５，６６を形成したが、ナット６０に、対をなす取付孔を複数形成してもよい。
・上記実施形態では、モータ８からボールねじ装置６に動力を伝達する動力伝達部として、プーリ７０，７１及びベルト７２からなるベルト伝達機構を採用したが、これに代えてチェーン伝達機構を採用してもよい。すなわち、従動プーリ７０を従動スプロケットに、駆動プーリ７１を駆動スプロケットに、ベルト７２をローラーチェーンにそれぞれ置き換えてもよい。この場合、従動スプロケットによりナット６０の連通溝６７の開口部６７ａを閉塞する。要は、動力伝達部の構成部品のうち、ナット６０の周囲に取り付けられる構成部品が連通溝６７の開口部６７ａを閉塞していればよい。
・上記実施形態のボールねじ装置６の構成は、電動パワーステアリング装置に限らず、例えばステアバイワイヤ型のステアリング装置など、各種ステアリング装置に搭載されるボールねじ装置にも適用可能である。また、ステアリング装置以外の装置に搭載されるボールねじ装置にも適用可能である。要は、外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、ねじ軸のねじ溝に複数のボールを介して螺合される円筒状のナットとを備えるボールねじ装置であれば、上記実施形態のボールねじ装置６の構成を採用することが可能である。
１…電動パワーステアリング装置、４…操舵機構、６…ボールねじ装置、７…減速機（動力伝達部）、８…モータ、１２…動力変換機構、４２…ラックシャフト（ねじ軸）、４５…ねじ溝、６０…ナット、６２…ボール、６４…外周面、６５，６６…取付孔、６７…連通溝、６７ａ…開口部、６８…デフレクタ、７０…従動プーリ、７１…駆動プーリ、７２…ベルト、８０…出力軸、９１…ボールエンドミル、９１ｂ…切削刃部。

Claims (6)

  1. 外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、
    前記ねじ軸のねじ溝に複数のボールを介して螺合される円筒状のナットと、を備え、
    前記ナットは、
    デフレクタがそれぞれ装着される対をなす取付孔と、
    同対をなす取付孔を連通するとともに前記ナットの外周面に開口し、且つ前記ボールが転動可能な連通溝と、を有し、
    前記連通溝の開口部の幅が、前記ボールの直径よりも短いボールねじ装置。
  2. 前記連通溝は、前記ナットの外周面に開口部を有する断面Ｃ字状の溝からなる
    請求項１に記載のボールねじ装置。
  3. 請求項１又は２に記載のボールねじ装置と、
    モータの出力軸の回転力を前記ナットに伝達する動力伝達部と、を備え、
    前記モータの出力軸の回転運動を前記動力伝達部及び前記ボールねじ装置を介して前記ねじ軸の軸方向の往復直線運動に変換する動力変換機構であって、
    前記動力伝達部の構成部材のうち、前記ナットの周囲に取り付けられる構成部材が前記連通溝の開口部を閉塞している動力変換機構。
  4. 前記動力伝達部は、
    前記モータの出力軸に取り付けられる駆動プーリと、
    前記ナットの外周に取り付けられる従動プーリと、
    前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻き掛けられる無端状のベルトと、を有し、
    前記従動プーリの内周面が、前記連通溝の開口部を閉塞している
    請求項３に記載の動力変換機構。
  5. 請求項３又は４に記載の動力変換機構を備え、
    前記ねじ軸として車両の転舵軸が用いられ、
    前記ボールねじ装置を介して前記転舵軸の軸方向に加わる力により車両の操舵機構にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置。
  6. 外周面にねじ溝が形成されたねじ軸と、
    前記ねじ軸のねじ溝に複数のボールを介して螺合される円筒状のナットと、を備え、
    前記ナットは、
    デフレクタがそれぞれ装着される対をなす取付孔と、
    同対をなす取付孔を連通するとともに前記ナットの外周面に開口し、且つ前記ボールが転動可能な連通溝と、を有するボールねじ装置の製造方法であって、
    前記対をなす取付孔のいずれか一方にボールエンドミルの切削刃部を挿入した後、同ボールエンドミルの切削刃部を前記対をなす取付孔のいずれか他方に向けて移動させることにより前記ナットに前記連通溝を形成するボールねじ装置の製造方法。
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