JP2016061370A - ボールねじ及び操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フリクション及び作動音が低減するボールねじ及び操舵装置を提供する。【解決手段】ねじ棒１１０と、ナット１２０と、左側からエンドデフレクタ収容部１２３に差し込まれたエンドデフレクタ１と、を備えるボールねじ１００であって、エンドデフレクタ１は、径方向外側に配置されると共にナット側溝１２１に連続する第１接線方向溝１１が形成された第１デフレクタ１０と、径方向内側に配置されると共にボール１３０を掬って第１接線方向溝１１に案内する案内部２４が形成された第２デフレクタ２０と、第１デフレクタ１０を左側から右側に向かって押圧する押圧面３１を有する押圧部３０Ａと、を備え、第１デフレクタ１０は、押圧面３１から押圧されることで、第１デフレクタ１０をナット１２０に押し付ける押し付け力を発生させる受圧面１３を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、ボールねじ及び操舵装置に関する。

ボールねじの循環方式として、エンドデフレクタを用いる方式が知られている。この方式では、ナット内に軸方向に延びボールを循環させる循環路が形成され、ナットの軸方向両端にエンドデフレクタが固定される（特許文献１参照）。エンドデフレクタは、ナットとねじ棒との間に形成されたボールの転動路と前記循環路との間でボールを案内し授受する。エンドデフレクタは、ナットの両端側にそれぞれ形成された凹状のエンドデフレクタ収容部に差し込まれることでナットに固定されている。

特開２０１２−１５４４３７

ここで、組み付け容易とするために、エンドデフレクタ収容部はエンドデフレクタよりも若干大きめに形成される。これにより、エンドデフレクタとエンドデフレクタ収容部との間に若干の隙間（クリアランス）が形成され、エンドデフレクタがデフレクタ収容部内で若干ガタつく。したがって、エンドデフレクタ内に形成されたボールの転動する溝と、ナットの内周面に形成されたナット側溝とがずれてしまい段差が形成されてしまうと、ボールの移動に伴って、フリクション（摩擦、衝突）や作動音が発生する虞がある。

そこで、本発明は、フリクション及び作動音が低減するボールねじ及び操舵装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、外周面に螺旋状のねじ棒側溝が形成されたねじ棒と、前記ねじ棒に外挿し、内周面に前記ねじ棒側溝に対向する螺旋状のナット側溝が形成され、一方側に凹状のエンドデフレクタ収容部が形成されたナットと、一方側から前記エンドデフレクタ収容部に差し込まれたエンドデフレクタと、を備えるボールねじであって、前記エンドデフレクタは、径方向外側に配置されると共に前記ナット側溝に連続する第１溝が形成された第１デフレクタと、径方向内側に配置されると共にボールを掬って前記第１溝に案内する案内部が形成された第２デフレクタと、前記第１デフレクタを一方側から他方側に向かって押圧する押圧面を有する押圧部と、を備え、前記第１デフレクタは、前記押圧面から押圧されることで、当該第１デフレクタを前記ナットに押し付ける押し付け力を発生させる受圧面を有することを特徴とするボールねじである。

このような構成によれば、押圧部の押圧面が、第１デフレクタの受圧面を一方側から他方側に向かって押圧すると、第１デフレクタをナットに押し付ける押し付け力が発生し、第１デフレクタがナットに押し付けられる。これにより、第１デフレクタとナットとの間に段差、隙間が形成され難くなり、第１デフレクタとナットとの間において、ボールがスムースに移動し易くなる。したがって、フリクション及び作動音を低減できる。

また、ボールねじにおいて、前記押圧面及び前記受圧面は、軸方向に対して傾斜した面であって、互いに平行な面である構成としてもよい。

また、ボールねじにおいて、前記押圧面及び前記受圧面の少なくとも一方は、軸方向に対して傾斜した面である構成としてもよい。

また、ボールねじにおいて、前記押圧部材は、前記第２デフレクタと一体で形成されている構成としてもよい。

また、ボールねじにおいて、前記押圧部は、前記第１デフレクタ及び前記第２デフレクタと別体であって、前記第１デフレクタと前記第２デフレクタとの間に配置されている構成としてもよい。

また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、前記ボールねじと、前記ナットを回転させるモータと、前記ねじ棒と一体で移動し、転舵輪を転舵する転舵軸と、を備えることを特徴とする操舵装置である。

本発明によれば、フリクション及び作動音が低減するボールねじ及び操舵装置を提供することができる。

第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 第１実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの斜視図である。 第１実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの斜視図である。 第１実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの分解斜視図である。 第１実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの左側面図ある。 第１実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの拡大左側面図である。 第１実施形態に係るエンドデフレクタの斜視図であり、（ａ）は組み付け後、（ｂ）は組み付け後を示す。 第１実施形態に係るエンドデフレクタの斜視図であり、（ａ）は組み付け後、（ｂ）は組み付け後を示す。 第２実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの拡大左側面図である。 第２実施形態に係るエンドデフレクタの斜視図であり、（ａ）は組み付け後、（ｂ）は組み付け後を示す。 第２実施形態に係るエンドデフレクタの外周面の展開図である。 変形例に係るエンドデフレクタの外周面の展開図である。 変形例に係るエンドデフレクタの外周面の展開図である。

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について図１〜図８を参照して説明する。

≪電動パワーアリング装置の構成≫
図１に示すように、電動パワーステアリング装置２００（操舵装置）は、アシスト力がラック軸２１５に入力されるラックアシスト型である。

電動パワーステアリング装置２００は、運転者が操作するステアリングホイール２１１と、ステアリングホイール２１１と一体で回転するステアリング軸２１２と、ステアリング軸２１２の下端に連結されたトーションバー２１３と、トーションバー２１３の下端に連結されたピニオン軸２１４と、車幅方向（左右方向）に延びるラック軸２１５と、を備えている。

ピニオン軸２１４のピニオン歯２１４ａは、ラック軸２１５のラック歯２１５ａと噛合している。そして、ピニオン軸２１４が回転すると、ラック軸２１５が車幅方向において移動し、タイロッド２１６を介して連結された転舵輪２１７（車輪）が転舵されるようなっている。なお、ラック軸２１５は、筒状のハウジング（図示しない）にブッシュ等を介して収容されている。

また、電動パワーステアリング装置２００は、ラック軸２１５を左右方向に移動させるボールねじ１００と、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）から指令に従ってアシスト力を発生する電動式のモータ２２０と、モータ２２０の動力（アシスト力）を後記するナット１２０に伝達するベルト伝達機構２３０と、を備えている。ＥＣＵは、トーションバーで発生する捩れトルクが大きくなるにつれて、アシスト力が大きくなるようにモータ２２０を制御する。

ベルト伝達機構２３０は、モータ２２０の出力軸に固定された駆動プーリ２３１と、ナット１２０に固定された従動プーリ２３２と、駆動プーリ２３１及び従動プーリ２３２に架け渡されたベルト２３３と、を備えている。

≪ボールねじの構成≫
ボールねじ１００について、図２〜図８を参照して、具体的に説明する。なお、以下の説明において、左側が一方側であり、右側が他方側である。そして、左右方向が軸方向である。

ボールねじ１００は、従動プーリ２３２の回転運動を左右方向の往復運動に変換する変換機構である。ボールねじ１００は、左右方向に延びるねじ棒１１０と、ねじ棒１１０に外挿するナット１２０と、複数のボール１３０と、ナット１２０の左側、右側にそれぞれ取り付けられたエンドデフレクタ１と、を備えている。なお、ボールねじ１００は左右方向において略対称な構成であるので、以下、ボールねじ１００の左側を主に説明する。

＜ねじ棒＞
ねじ棒１１０は、左右方向の軸線Ｏ１に沿って延びる棒状の部材であって、ラック軸２１５に同軸で連結され、ラック軸２１５と一体である。これにより、ねじ棒１１０及びラック軸２１５は、左右方向において、一体で移動するようになっている。ただし、ねじ棒１１０がブラケット等を介してＬ字形で固定され、ねじ棒１１０とラック軸２１５とが別軸である構成でもよい。

ねじ棒１１０の外周面には、螺旋状のねじ棒側溝１１１が形成されている。ねじ棒側溝１１１の断面は、略半円のゴシックアーク形状である。

＜ナット＞
ナット１２０は、ねじ棒１１０に外挿する円筒状の部材である。ナット１２０の内周面には、螺旋状のナット側溝１２１が形成されている。ナット側溝１２１は、径方向外側でねじ棒側溝１１１に対向する溝であり、その断面は略半円のゴシックアーク形状である。そして、ねじ棒側溝１１１とナット側溝１２１とで、ねじ棒１１０とナット１２０との間でボール１３０の転動する螺旋状の転動路１４０が形成されている。転動路１４０の断面は略円形である。

ナット１２０内には、左右方向に延びる循環路１２２が形成されている（図３、図４参照）。循環路１２２は、ボール１３０を左側から右側へ、又は、右側から左側へ循環させる通路である。循環路１２２の左端は、後記する左側のエンドデフレクタ収容部１２３で開口している。

ナット１２０の左端側には、凹状のエンドデフレクタ収容部１２３が形成されている。エンドデフレクタ収容部１２３は、左側から差し込まれるエンドデフレクタ１を収容する凹部である。エンドデフレクタ収容部１２３は、左右方向視（軸方向視）において、転動路１４０の略接線Ｌ１方向に延びる切欠部である（図５、図６参照）。

エンドデフレクタ収容部１２３の接線Ｌ１方向内側には、径方向内向きに突出する突壁部１２４、１２４が形成されている。そして、突壁部１２４、１２４が、後記する第１デフレクタ１０に当接することで、エンドデフレクタ１が接線Ｌ１方向内側に脱落しないようになっている。

＜ボール＞
ボール１３０は、前記した転動路１４０を転動することで、ねじ棒１１０とナット１２０との間における摩擦を低減するものである。

＜エンドデフレクタ＞
エンドデフレクタ１は、転動路１４０と循環路１２２との間において、ボール１３０を案内し授受するものある。具体的は、エンドデフレクタ１は、転動路１４０のボール１３０を掬って循環路１２２に案内したり、循環路１２２からのボール１３０を転動路１４０戻したりするものである。このようなエンドデフレクタ１は、例えば、亜鉛等の金属、合成樹脂で形成することができる。亜鉛等で形成する場合、ダイキャスト法（鋳造法）でエンドデフレクタ１を形成できる。

エンドデフレクタ１は、左側からエンドデフレクタ収容部１２３に差し込まれ収容された部品である。そして、エンドデフレクタ１の左面にＣ字形のサークリップ１５１（固定部材）が当接することで、エンドデフレクタ１の収容状態が維持されている。なお、サークリップ１５１は、ナット１２０の内周面に形成された周溝１５２に差し込まれている。

エンドデフレクタ１は、径方向外側に配置される第１デフレクタ１０（アウターデフレクタ）と、径方向内側に配置される第２デフレクタ２０（インナーデフレクタ）と、第２デフレクタ２０と一体で形成された押圧部３０Ａと、を備えている。つまり、第２デフレクタ２０と押圧部３０Ａとは一体で形成された一部品である。

言い換えると、エンドデフレクタ１は、図６に示すように、左右方向視において、転動路１４０の中心を通る中心線１４１の接線Ｌ１に沿いつつ軸方向に延びる分割面Ｓ１で、概ね、径方向外側の第１デフレクタ１０と、径方向内側の第２デフレクタ２０とに分割されている。押圧部３０Ａは、分割面Ｓ１の径方向外側に配置されているものの、第２デフレクタ２０と一体である。

エンドデフレクタ１内には、分割面Ｓ１に沿って延びると共に、転動路１４０と循環路１２２とを連通させるＬ字形の連通路２が形成されている。連通路２は、接線Ｌ１方向に延びる接線方向連通路２Ａと、軸方向（左右方向）に延びる軸方向連通路２Ｂとで構成されている。

接線方向連通路２Ａは、後記する第１接線方向溝１１と第２接線方向溝２１とが組み合わさることで構成されている。軸方向連通路２Ｂは、後記する第１軸方向溝１２と第２軸方向溝２２とが組み合わされることで構成されている。

＜第１デフレクタ＞
第１デフレクタ１０は、分割面Ｓ１の径方向外側で接線Ｌ１方向に延びる細長の溝状部材である。第１デフレクタ１０の径方向内側面には、接線Ｌ１方向に延びる第１接線方向溝１１（第１溝）と、軸方向に延びる第１軸方向溝１２と、が形成されている。第１接線方向溝１１はナット側溝１２１に連続する溝であり、第２軸方向溝２２は循環路１２２に連続する溝である。なお、第１接線方向溝１１及び第１軸方向溝１２の断面は略半円のゴシックアーク形状である。

第１デフレクタ１０の接線Ｌ１方向の外側には、受圧面１３が形成されている。受圧面１３は、後記する押圧面３１から押圧されることで、第１接線方向溝１１（第１溝）がナット側溝１２１と接線Ｌ１方向において隙間なく連続するように、第１デフレクタ１０をナット１２０の突壁部１２４に押し付ける押し付け力を発生させる面である（図６、矢印Ａ２参照）。

受圧面１３は、分割面Ｓ１に対して略垂直であると共に、軸方向内側（ナット１２０の軸方向中心側）に向かうにつれて、接線Ｌ１方向外側に傾くように傾斜する面である。つまり、受圧面１３は、軸方向に対して傾斜した面である。

第１デフレクタ１０の接線Ｌ１方向内側の内側端面１４、１４は、接線Ｌ１方向に対して鋭角（約４５°）で傾斜している。そして、内側端面１４、１４は、前記した押し付け力によって、突壁部１２４、１２２に密着している。

＜第２デフレクタ＞
第２デフレクタ２０は、分割面Ｓ１の径方向内側で接線Ｌ１方向に延びる細長の溝状部材である。第２デフレクタ２０の径方向外側面には、接線Ｌ１方向に延びる第２接線方向溝２１（第２溝）と、軸方向に延びる第２軸方向溝２２と、が形成されている。第２接線方向溝２１はねじ棒側溝１１１に連続する溝であり、第２軸方向溝２２は循環路１２２に連続する溝である。なお、第２接線方向溝２１及び第２軸方向溝２２の断面は略半円のゴシックアーク形状である。

第２デフレクタ２０の接線Ｌ１方向の内側端面２３は、軸方向視において、転動路１４０の中心線１４１よりも若干小さい内径の曲面である。

内側端面２３からねじ棒側溝１１１内で径方向内側に突出する案内部２４を備えている。案内部２４は、接線Ｌ１方向視において１／４円弧状を呈しており、転動路１４０を転動するボール１３０を掬って第１接線方向溝１１（接線方向連通路２Ａ）に案内（ガイド）する部分である。

＜押圧部＞
押圧部３０Ａは、第２デフレクタ２０と一体で形成され、分割面Ｓ１よりも径方向外側であって、第１デフレクタ１０の接線方向外側に配置された部分である。押圧部３０Ａは、第１デフレクタ１０を左側（一方側）から右側（他方側）に向かって押圧する傾斜した押圧面３１を有している。

押圧面３１は、押圧部３０Ａの接線Ｌ１方向内側に形成されており、つまり、受圧面１３は、軸方向に対して傾斜した面である。そして、押圧面３１と受圧面１３とは、互いに平行な面である。

≪ボールねじの作用・効果≫
ボールねじ１００の作用効果を説明する。
受圧面１３と押圧面３１とを合わせながら、第１デフレクタ１０と、第２デフレクタ２０及び押圧部３０Ａとを重ね合わせて、エンドデフレクタ１を構成する。次いで、エンドデフレクタ１をエンドデフレクタ収容部１２３に、左側から右側に向かって押し込む。次いで、エンドデフレクタ１の左面にサークリップ１５１を当接させつつ、サークリップ１５１を周溝１５２に差し込む。

そうすると、第２デフレクタ２０と一体である押圧部３０Ａの押圧面３１が、第１デフレクタ１０の受圧面１３を右側に向かって押圧する（図６、図８、矢印Ａ１参照）。そうすると、第１デフレクタ１０が接線Ｌ１方向においてナット１２０に押し付けられる（図６、図８、矢印Ａ２参照）。

これにより、第１デフレクタ１０の内側端面１４がナット１２０の突壁部１２４に密着する。したがって、第１接線方向溝１１がナット側溝１２１と隙間なく連続する。ゆえに、第１接線方向溝１１とナット側溝１２１との繋ぎ目にボール１３０の進行を妨げる段差が形成されず、ボールが転動路１４０から接線方向連通路２Ａにスムースに移動できる。よって、ボールねじ１００におけるフリクション及び作動音が低減する。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。

前記した実施形態では、押圧面３１及び受圧面１３は、軸方向に対して傾斜した面であって、互いに平行な面である構成を例示したが、押圧面及び受圧面の一方のみが、軸方向に対して傾斜した面である構成でもよい。また、押圧面３１及び受圧面１３は、平面でなく、曲面である構成でもよい。

前記した実施形態では、モータ２２０の動力をベルト伝達機構２３０よってナット１２０に伝達する構成を例示したが、その他に例えば、チェーン伝達機構や歯車機構によってモータ２２０の動力をナット１２０に伝達する構成としてもよい。

前記した実施形態にでは、電動パワーステアリング装置２００がラックピニオン式であり、転舵軸がラック軸２１５である構成を例示したが、その他に例えば、電動パワーステアリング装置２００がボールナット式であり、転舵軸がナットの回転によって往復するねじ棒である構成でもよい。

前記した実施形態では、ステアリング軸２１２とピニオン軸２１４とがトーションバー２１３を介して機械的に接続された操舵装置を例示したが、その他に例えば、ステアリング軸２１２等の入力軸と、ラック軸２１５等の出力軸とが機械的に接続されないステアバイワイヤ式の操舵装置でもよい。

前記した実施形態では、ボールねじ１００が電動パワーステアリング装置２００（操舵装置）に組み込まれた構成を例示したが、その他の装置に組み込まれた構成でもよい。

≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態について、図９〜図１１を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。

第２実施形態では、押圧部材３０Ｂは、第１デフレクタ１０及び第２デフレクタ２０と独立した別部材（別体）で構成されており、第１デフレクタ１０及び第２デフレクタ２０の間において第１デフレクタ１０及び第２デフレクタ２０に接触するように差し込まれる楔状の部材である。すなわち、押圧部材３０Ｂは、第１実施形態に係る押圧部３０Ａが第２デフレクタ２０から独立した部材である。

そして、押圧部材３０Ｂの接線方向内側には、押圧面３２が形成されている。押圧面３２は、分割面Ｓ１に対して略垂直であると共に、軸方向内側（ナット１２０の軸方向中心側）に向かうにつれて、接線方向外側に傾くように傾斜する面である。

また、第２実施形態において、第２デフレクタ２０は、分割面Ｓ１の径方向外側に突出していない。これにより、軸方向（左右方向）において、（１）第２デフレクタ２０をエンドデフレクタ収容部１２３に差し込み、案内部２４を位置合わせした後、（２）第１デフレクタ１０をエンドデフレクタ収容部１２３に差し込み、（３）その後、押圧部材３０を差し込むこができる。すなわち、ねじ棒１１０とナット１２０とを組み合わせた後、エンドデフレクタ１をナット１２０に組み込むこともできる。

第１デフレクタ１０において、受圧面１３の軸方向内側端から径方向外側に延びる当接面１５が形成されている（図１１参照）。当接面１５は、押圧部材３０Ｂに当接することで、押圧部材３０Ｂの差し込みを規制するストッパ面である。

≪第２実施形態−変形例≫
図１２に示すように、押圧部材３０Ｃの押圧面３３は受圧面１３に向かって突出する凸曲面である構成でもよい。また、受圧面１３も押圧面３３に向かって突出する凸曲面である構成でもよい。

図１３に示すように、径方向において、分割面Ｓ１を跨ぐ押圧部材３０Ｄを備える構成でもよい。押圧部材３０Ｄは、押圧面３２と、押圧面３４とを備えている。押圧面３４は、第２デフレクタ２０の受圧面２５を押圧する面であり、軸方向内側（ナット１２０の軸方向中心側）に向かうにつれて、接線方向外側に傾くように傾斜する面である。受圧面２５は、第２デフレクタ２０の接線方向外側に形成された傾斜面であって、押圧面３４と平行な面である。

１ エンドデフレクタ
１０ 第１デフレクタ
１１ 第１接線方向溝（第１溝）
１２ 第１軸方向溝
１３ 受圧面
２０ 第２デフレクタ
２１ 第２接線方向溝（第２溝）
２２ 第２軸方向溝
２４ 案内部
３０Ａ 押圧部
３１ 押圧面
１１０ ねじ棒
１１１ ねじ棒側溝
１２０ ナット
１２１ ナット側溝
１２３ エンドデフレクタ収容部
１３０ ボール
２００ 電動パワーステアリング装置（操舵装置）
２１５ ラック軸（転舵軸）
２１７ 転舵輪
２２０ モータ
２３０ ベルト伝達機構
Ｌ１ 接線
Ｓ１ 分割面

Claims (6)

1. 外周面に螺旋状のねじ棒側溝が形成されたねじ棒と、
   前記ねじ棒に外挿し、内周面に前記ねじ棒側溝に対向する螺旋状のナット側溝が形成され、一方側に凹状のエンドデフレクタ収容部が形成されたナットと、
   一方側から前記エンドデフレクタ収容部に差し込まれたエンドデフレクタと、
   を備えるボールねじであって、
   前記エンドデフレクタは、径方向外側に配置されると共に前記ナット側溝に連続する第１溝が形成された第１デフレクタと、径方向内側に配置されると共にボールを掬って前記第１溝に案内する案内部が形成された第２デフレクタと、前記第１デフレクタを一方側から他方側に向かって押圧する押圧面を有する押圧部と、を備え、
   前記第１デフレクタは、前記押圧面から押圧されることで、当該第１デフレクタを前記ナットに押し付ける押し付け力を発生させる受圧面を有する
   ことを特徴とするボールねじ。
2. 前記押圧面及び前記受圧面は、軸方向に対して傾斜した面であって、互いに平行な面である
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
3. 前記押圧面及び前記受圧面の少なくとも一方は、軸方向に対して傾斜した面である
   ことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
4. 前記押圧部は、前記第２デフレクタと一体で形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボールねじ。
5. 前記押圧部は、前記第１デフレクタ及び前記第２デフレクタと別体であって、前記第１デフレクタと前記第２デフレクタとの間に配置されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボールねじ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のボールねじと、
   前記ナットを回転させるモータと、
   前記ねじ棒と一体で移動し、転舵輪を転舵する転舵軸と、
   を備える
   ことを特徴とする操舵装置。

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