JP4483257B2

JP4483257B2 - ボールねじとそのナットのつなぎ目の加工方法及び電気式動力舵取装置

Info

Publication number: JP4483257B2
Application number: JP2003353195A
Authority: JP
Inventors: 康晴山本; 仙太郎杉田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: CN100470089C; US20050076733A1; EP1524171A2; EP1524171B1; JP2005121042A; EP1524171A3; US7337689B2; CN1607342A

Description

本発明は、外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に雌ねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットの両ねじ溝に保持される複数のボールと、前記ナットに形成された窓部に嵌合され、前記ボールを循環させる循環駒を備えたボールねじ、そのナットのつなぎ目の加工方法及びこのボールねじを用いた電気式動力舵取装置に関するものである。

ラックアシストタイプの電気式動力舵取装置（以下EPSと称す）では、モータの回転力をラックシャフトに伝達するのにボールねじが用いられている。このEPSに用いられるボールねじには、特許文献１に記載されるようにボールをナットの内部で循環させる内部循環式のものが用いられる。

この内部循環式のボールねじは、図２に示すように複数のボール２１が係合して転動する雄ねじ溝１６及び雌ねじ溝２２がラックシャフト１１及びナット２０に夫々螺旋状に形成され、雌ねじ溝２２を一回りする毎にボール２１が、ナット２０に固定された循環駒２５に形成され雌ねじ溝２２の軸線方向の隣接部分をつなぐ循環溝２４に案内され、雄ねじ溝１６の軸線方向の隣接部分間に形成されたねじ山２６を乗り越えて循環するように構成されている。

上述のナット２０に固定される循環駒２５は、ナット２０とは別に形成され、ナット２０の雌ねじ溝２２の途中に形成された長穴からなる窓部に嵌着されて一体化される。循環駒２５の循環溝２４と雌ねじ溝２２との間では、循環駒２５をナット２０の窓部に嵌合するだけでは、組付け誤差や加工誤差のため、循環溝２４と雌ねじ溝２２のつなぎ目に段差が発生し、ボールが引っかかり滑らかに移動しなくなり、騒音や振動を発生する。

このため、従来から循環溝２４と雌ねじ溝２２のつなぎ目の段差を解消するための加工が行われている。図７、８はナット２０の雌ねじ溝２２と循環溝２４のつなぎ部分Ｅを拡大して示すものであり、つなぎ目Ａは実線で示すとおり、段差を持っている。そこで、従来は、ボール２１の直径以上の直径の加工部を備えたボールエンドミルＫを用い、図８に示すように、ボールエンドミルＫによって雌ねじ溝２２につなぎ目Ａの段差を解消するだけの切込量ｔを与えた後、雌ねじ溝２２の中心線に沿って循環溝２４向かって移動させ、雌ねじ溝２２と循環溝２４とのつなぎ部分Ｅを加工し、つなぎ目Ａの段差を解消していた。
特開平１１−２７０６４８号公報（第２頁右欄段落番号０００２から第３頁左欄段落番号００１１）

しかしながら、ボールエンドミルＫに切込量ｔを与えてつなぎ目Ａを加工する場合、ボールエンドミルＫが切り込み開始位置において、急激に切り込まれる。この加工開始部分を雌ねじ溝２２の上から見ると、図７のように加工面Ｂと非加工面Ｃの境界線Ｄが溝底から溝の両側の壁に向かってほぼ真横に延在し、これら両側の壁に延びる境界線Ｄのなす角度αが鈍角となる。このように境界線Ｄのなす角度αが鈍角となった場合、ボール２１が循環溝２４と雌ねじ溝２２とのつなぎ部分Ｅを移動するとき、ボール２１と雌ねじ溝２２の接触点が境界線Ｄで急激に変化し、このボール２１と雌ねじ溝２２の接触点の急激な変化がボールねじ作動時の異音、振動の発生原因となっていた。

本発明は、循環溝２４と雌ねじ溝２２との段差を解消する加工時に形成される加工面Ｂと非加工面Ｃの境界線Ｄにおけるボール２１と雌ねじ溝２２の接触点の急激な変化を解消し、ボールねじ作動時の異音、振動の発生を防止する。

上記の課題を解決するための請求項１に係る本発明の特徴は、外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に雌ねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットの両ねじ溝に保持される複数のボールと、前記ナットに形成された窓部に嵌合され、前記ボールを循環させる循環溝が形成された循環駒とを備え、前記ボールの直径以上の直径を有する工具を前記雌ねじ溝に沿って移動させて前記ナットの雌ねじ溝と前記循環溝とのつなぎ目の段差を解消するように前記雌ねじ溝及び前記循環溝とが加工されたボールねじにおいて、前記雌ねじ溝の両側溝面に形成される加工面と非加工面とによって前記雌ねじ溝の一方の側溝面に形成される境界線と他方の側溝面に形成される境界線とのなす角度が鋭角となるように前記工具による加工面の切込量を前記つなぎ目に向かって漸増したことである。

請求項２に係る本発明の特徴は、請求項１において、前記雌ねじ溝の溝形状がゴシックアーク形状であることである。

請求項３に係る本発明の特徴は、請求項１又は２におけるボールねじを電気式動力舵取装置に用いたことである。

請求項４に係る本発明の特徴は、雌ねじ溝側から前記循環溝に向かって前記工具を前記雌ねじ溝の両側溝面に形成される加工面と非加工面とによって前記雌ねじ溝の一方の側溝面に形成される境界線と他方の側溝面に形成される境界線とがなす角度が鋭角になるように徐々に切り込みを与えながら移動するようにしたことである。

請求項５に係る本発明の特徴は、工具に循環駒の循環溝と雌ねじ溝のつなぎ目において段差が解消されるだけの切込量を与えて前記循環溝から雌ねじ溝に向かって移動し、前記つなぎ目を越えたのちに前記雌ねじ溝の両側溝面に形成される加工面と非加工面とによって前記雌ねじ溝の一方の側溝面に形成される境界線と他方の側溝面に形成される境界線とがなす角度が鋭角になるように前記工具の切込量を徐々に減少させて該工具を雌ねじ溝から離脱するようにしたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、ボールが雌ねじ溝と循環溝とのつなぎ部分を移動するとき、ボールと雌ねじ溝との接触点が徐々に変化するので、振動や異音の発生を防止することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、ボールが雌ねじ溝と循環溝の間を移動するとき雌ねじ溝内ではゴシックアーク形状によってボールと雌ねじ溝の接触点を二点接触とすることができ、ボールに加わる応力を分散するとともにバックラッシを小さくすることができる。また、雌ねじ溝の形状は両側の各円弧側面のボールとの接触点の間の距離がつなぎ目に接近するにつれて徐々に狭くなり一点接触に変化するようになっているので、雌ねじ溝と循環溝とのつなぎ部分でのボールの受け渡しがなめらかに行われ、振動や異音の発生を防止できる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、ボールねじでの振動や異音が防止されることによって、電気式動力舵取装置の操舵感を向上させることができる。

上記のように構成した請求項４及び５に係る発明においては、雌ねじ溝での切込量を漸増することにより、前記雌ねじ溝の両側溝面に形成される加工面と非加工面の境界線がなす角度が鋭角になる。このため、ボールが雌ねじ溝と循環溝とのつなぎ部分を移動するとき、ボールと雌ねじ溝との接触点が徐々に変化するので、振動や異音の発生を防止することができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は電動式動力舵取装置の実施形態を示すもので、この動力舵取装置においては、車両の左右方向に延在して配設されて車体（図示省略）に取付けられるハウジング１０に、ラックシャフト（ねじ軸）１１、ボールねじ１２及び電気モータ１３が組付けられている。

ラックシャフト１１の一側外周にはラック歯１４が形成され、ハンドルから操舵力が伝達される図略のピニオンが該ラック歯１４と噛合し、ピニオンの回転によってラックシャフト１１が軸線方向（図１における左右方向）へ移動される。ラックシャフト１１には、ラック歯１４の他に、ボールねじ１２のねじ軸を構成する雄ねじ溝１６が形成されている。

電気モータ１３は、ボールねじ１２を介してラックシャフト１１に軸方向のアシスト力を付与するものであり、ロータ１７とステータ１８とから構成される。ロータ１７は中空円筒状に形成され、その中空穴にラックシャフト１１が同軸的に貫通して挿通されている。ロータ１７の外周には、平板状の永久磁石１９が複数接着され、この永久磁石１９に対向してステータ１８がハウジング１０の内周に配置されている。このステータ１８は複数のコイルを備え、このコイルに通電して発生する磁束を永久磁石１９に作用させることによりロータ１７が回転される。また、ロータ１７の内周には、前述のボールねじ１２を構成するナット２０が固定され、ロータ１７とともに回転する。

ボールねじ１２は、図２に示すように主にラックシャフト１１、ナット２０及び複数のボール２１から構成され、ラックシャフト１１及びナット２０にはボール２１が転動する雄ねじ溝１６及び雌ねじ溝２２が夫々螺旋状に形成されている。雄ねじ溝１６及び雌ねじ溝２２はゴシックアーク形状に形成されている。このゴシックアーク形状の溝は中心の異なる同一曲率の二つの円弧により溝側面が形成される。ナット２０には、雌ねじ溝２２の軸線方向の隣接部分２３ａ，２３ｂにわたって長穴（窓部）１５が穿設され、長穴１５に循環駒２５が嵌着されている。循環駒２５には隣接部分２３ａ，２３ｂをつなぐ循環溝２４が形成されている。この循環駒２５に形成された循環溝２４は一部がトンネル状に形成され、循環溝２４がボール２１を包み込むように案内し、隣接部分２３ａ，２３ｂ間に形成された雄ねじ溝１６のねじ山２６を乗り越えて循環するようになっている。なお、循環溝２４内では、ボール２１は雄ねじ溝１６の拘束を受けず、力を伝達しないので、循環溝２４は雄ねじ溝１６及び雌ねじ溝２２とは異なり、一つの円弧からなる溝とされている。

図３は雌ねじ溝２２と循環溝２４とのつなぎ部分Ｅを示す拡大図であり、雌ねじ溝２２と循環溝２４とのつなぎ目Ａの段差を解消するために雌ねじ溝２２の両側溝面に形成される加工面Ｂと非加工面Ｃの各境界線Ｄのなす角度αが鋭角になっている。雌ねじ溝２２と循環溝２４とのつなぎ目Ａの段差を解消するために、ボール２１と同径又は大径のボールエンドミルＫを雌ねじ溝２２に沿って移動させてつなぎ部分Ｅを加工するとき、雌ねじ溝２２においてボールエンドミルＫの切込量をつなぎ目Ａに向かって漸増することにより、境界線Ｄのなす角度αが鋭角になっている。

次に、雌ねじ溝２２と循環溝２４のつなぎ目Ａの段差を解消する加工方法について図４、図５を用いて説明する。加工には上述したように、ボール２１の直径以上、即ち同径又は大径の直径を有するボールエンドミルKを使用し、図４に示すように循環溝２４がトンネル状になっていることから、ボールエンドミルKにより、循環駒２５の両側のつなぎ目Aを別々に以下に示す（１）から（８）の順序で加工することになる。

（１）一方の雌ねじ溝２２と循環溝２４のつなぎ目Ａ付近の加工開始位置にエンドミルKを位置決めする。
（２）次に雌ねじ溝２２に沿って循環溝２４方向にボールエンドミルＫを移動する。このときつなぎ目Aの直前で段差を解消できるだけの切込量ｔが得られるように切込量をボールエンドミルＫの移動につれて漸増させる。
（３）切込量ｔが得られると切り込みを停止して溝に沿ってエンドミルＫを移動してつなぎ目Ａを通過させ段差を解消する。
（４）循環溝２４内で移動を停止して循環溝２４内からエンドミルＫを逃がす。
（５）同様に他方のつなぎ目Ａ付近の加工開始位置にエンドミルＫを位置決めする。
（６）溝中心線に沿って循環溝２４方向にボールエンドミルＫを移動する。このときつなぎ目Aの直前で段差を解消できるだけの切込量ｔが得られるように切込量をボールエンドミルＫの移動につれて漸増させる。
（７）切込量ｔが得られると切り込みを停止して溝中心線に沿ってエンドミルＫを移動してつなぎ目Ａを通過させ段差を解消する。
（８）循環溝２４内で移動を停止して循環溝２４内からエンドミルＫを逃がして加工を完了する。

このように加工した結果、図３のＩ−Ｉ断面、II−II断面、III−III断面における雌ねじ溝２２の加工面は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになる。エンドミルＫの切り込み開始時には切り込みがほとんどないため、図６（ａ）の如くボール２１は雌ねじ溝２２の両側面に離間した二点Ｐで接触（当り点Ｐとして表示）し、その後つなぎ目Ａに接近すると図６（ｂ）に示す如くエンドミルＫの切込量が漸増することにより、雌ねじ溝２２とボール２１の二つの当り点Ｐの距離が狭くなり、つなぎ目Ａの直前では切込量がｔに達することから図６（ｃ）に示す如く雌ねじ溝２２は底面までエンドミルＫが切り込まれ、一つの円弧となり、ボール２１と雌ねじ溝２２の当り点Ｐは、雌ねじ溝２２の底の一点接触となる。以上のように、ボール２１と雌ねじ溝２２の当り点Pが雌ねじ溝２２の両側溝面から徐々に雌ねじ溝２２底に移行し、ボール２１がつなぎ目Aに到達するので、ボール２１がスムーズに雌ねじ溝２２と循環溝２４とのつなぎ部分Ｅを移動する。

なお、循環溝２４内では、ボールエンドミルＫを溝に対して逃がすため、循環溝２４に形成される加工面と未加工面の境界線は、循環溝２４を横断するよう形成されるが、循環溝２４内ではボール２１は雄ねじ溝１６の拘束を受けず、力を伝達しないので振動や異音が発生することはない。また、上記実施形態では雌ねじ溝２２の形状をゴシックアーク形状としたが、これに限られることなく一つの円弧で形成される雌ねじ溝２２でも同様な効果を得ることができる。さらに、上述の加工順序では雌ねじ溝２２から循環溝２４に向かってエンドミルＫを移動して加工をするようにしていたが、循環溝２４においてボールエンドミルＫを切込量ｔだけ切り込んだ後に雌ねじ溝２２方向に移動し、つなぎ目Ａを越えたところから徐々に切込量を減少してエンドミルＫを逃がすようにしても、雌ねじ溝２２の両側溝面に形成される加工面Ｂと非加工面Ｃの各境界線Ｄのなす角度αを鋭角とすることができる。

本発明の実施形態に係る電気式動力舵取装置の一部断面図。本発明の実施形態に係るボールねじの断面図。雌ねじ溝と循環溝のつなぎ部分の加工状態を示す図。雌ねじ溝と循環溝の加工順序を示す図。ボールエンドミルによる雌ねじ溝と循環溝の加工状態を示す図。加工された雌ねじ溝とボールとの接触状態を示す断面図。従来の雌ねじ溝と循環溝とつなぎ目部分の加工状態を示す図。ボールエンドミルによる従来の雌ねじ溝と循環溝の加工状態を示す図。

符号の説明

１０…ハウシング、１１…ラックシャフト、１２…ボールねじ、１３…電気モータ、１４…ラック歯、１５…長穴、１６…雄ねじ溝、１７…ロータ、１８…ステータ、１９…永久磁石、２０…ナット、２１…ボール、２２…雌ねじ溝、２４…循環溝、２５…循環駒、２６…ねじ山、Ａ…つなぎ目、Ｂ…加工面、Ｃ…非加工面、Ｄ…境界線、Ｅ…つなぎ部分、Ｋ…ボールエンドミル

Claims

外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に雌ねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットの両ねじ溝に保持される複数のボールと、前記ナットに形成された窓部に嵌合され、前記ボールを循環させる循環溝が形成された循環駒とを備え、前記ボールの直径以上の直径を有する工具を前記雌ねじ溝に沿って移動させて前記ナットの雌ねじ溝と前記循環溝とのつなぎ目の段差を解消するように前記雌ねじ溝及び前記循環溝とが加工されたボールねじにおいて、前記雌ねじ溝の両側溝面に形成される加工面と非加工面とによって前記雌ねじ溝の一方の側溝面に形成される境界線と他方の側溝面に形成される境界線とのなす角度が鋭角となるように前記工具による加工面の切込量を前記つなぎ目に向かって漸増したことを特徴とするボールねじ。
請求項１に記載のボールねじにおいて、前記雌ねじ溝の溝形状がゴシックアーク形状であることを特徴とするボールねじ。
請求項１又は２に記載のボールねじを用いたことを特徴とする電気式動力舵取装置。
外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に雌ねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットの両ねじ溝に保持される複数のボールと、前記ナットに形成された窓部に嵌合され、前記ボールを循環させる循環溝が形成された循環駒とを備え、前記ボールの直径以上の直径を有する工具を前記雌ねじ溝に沿って移動させて前記ナットの雌ねじ溝と前記循環溝とのつなぎ目の段差を解消するように前記雌ねじ溝及び循環溝を加工するボールねじのナットのつなぎ目を加工する方法において、前記雌ねじ溝側から前記循環溝に向かって前記工具を前記雌ねじ溝の両側溝面に形成される加工面と非加工面とによって前記雌ねじ溝の一方の側溝面に形成される境界線と他方の側溝面に形成される境界線とがなす角度が鋭角になるように徐々に切り込みを与えながら移動するようにしたことを特徴とするナットのつなぎ目の加工方法。
外周面に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、内周面に雌ねじ溝が形成されたナットと、前記ねじ軸とナットの両ねじ溝に保持される複数のボールと、前記ナットに形成された窓部に嵌合され、前記ボールを循環させる循環溝が形成された循環駒とを備え、前記ボールの直径以上の直径を有する工具を前記雌ねじ溝に沿って移動させて前記ナットの雌ねじ溝と前記循環溝とのつなぎ目の段差を解消するように前記雌ねじ溝及び循環溝を加工するボールねじのナットのつなぎ目を加工する方法において、前記工具に前記循環駒の循環溝と雌ねじ溝との前記つなぎ目における段差が解消されるだけの切込量を与えて前記工具を循環溝から雌ねじ溝に向かって移動し、前記つなぎ目を越えたのちに前記雌ねじ溝の両側溝面に形成される加工面と非加工面とによって前記雌ねじ溝の一方の側溝面に形成される境界線と他方の側溝面に形成される境界線とがなす角度が鋭角になるように前記工具の切込量を徐々に減少させて該工具を雌ねじ溝から離脱するようにしたことを特徴とするナットのつなぎ目の加工方法。