JP5120040B2 - ボールねじ装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、転動ボールを保持するリテーナを備えたボールねじ装置およびそのボールねじ装置を用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般に、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに加えられた手動操舵トルクをアシストする電動モータと、この電動モータの回転運動をラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ装置を備えている。一般にボールねじ装置は、ラック軸にボールねじ軸を一体に設けるとともに、電動モータによって回転されるモータシャフトにボールナットを取付け、これらボールねじ軸とボールナットとを転動ボールを介して螺合した構成となっている。

この種の電動パワーステアリング装置においては、ボールナットの回転によって転動ボールがボールねじ軸とボールナットとの間で同一方向に回転しながら転動される。一般に転動ボールは、ボールねじ軸とボールナットとの間に密に配置されており、転動ボールの転動によって隣合う転動ボールがぶつかり合い、しかも、転動ボールの接触部位においては回転方向が逆方向になるため、隣合う転動ボール間ですべり抵抗が発生し、このすべり抵抗によってボールねじ装置の回転トルクが変動し、操舵フィーリングに影響を及ぼす恐れがある。

このような問題に対処するために従来、例えば特許文献１に記載されているように、ボールねじ軸とボールナットとの間に、転動ボールを転動可能に保持する長孔（リテーナ溝）を形成した保持器（リテーナ）を配置したボールねじ装置が知られている。特許文献１に記載のボールねじ装置によれば、リテーナによって隣合う転動ボール同士が互いに接触することがなくなるので、すべり抵抗による回転トルク変動を解消することができる。
実公平２−５１４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているようなリテーナを用いた従来のボールねじ装置においては、図５（Ａ）に示すように、リテーナ１に形成したリテーナ溝２の溝幅が、転動ボール３を転動可能に保持するために、転動ボール３の直径より大きめに形成され、転動ボール３はリテーナ溝２に遊嵌されるようになっている。このために、図５（Ｂ）に示すように、ボールねじ軸４の外周４ａとボールナット５の内周５ａとの間に配置されたリテーナ１は、リテーナ溝２と転動ボール３との間のガタ（隙間）により、自重によって半径方向に偏移（落下）し、リテーナ１がボールねじ軸４の外周４ａもしくはボールナット５の内周５ａに接触してこすれ音を発生するとともに、接触によって摩耗を生ずる恐れがある。このような問題を回避するためには、ボールねじ軸４の外周４ａとボールナット５の内周５ａとの間隔を大きくとる必要があった。

本発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、ボールねじ軸とボールナットとの間に配置されたリテーナの落下量を規制できるようにしたボールねじ装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係るボールねじ装置の発明の特徴は、 外周面にボール転動溝を螺旋状に形成したボールねじ軸と、内周面にボール転動溝を螺旋状に形成したボールナットと、前記ボールねじ軸および前記ボールナットの前記各ボール転動溝間に循環可能に配設された転動ボールと、前記ボールねじ軸の外周と前記ボールナットの内周との間に配置され前記転動ボールを保持する円周上複数のリテーナ溝を形成したリテーナとを備えたボールねじ装置において、前記リテーナの前記リテーナ溝は、前記転動ボールを径方向外方には移動を許容し、径方向内方には移動を規制するように、周方向の両端部に傾斜面が形成されて断面ハの字状に構成され、かつ前記リテーナ溝は、前記ボール転動溝に対して直角をなすように、前記ボールねじ軸の軸線に対して前記ボール転動溝のリード角だけ傾斜され、かつ前記リテーナが、前記ボールナットに対する軸方向移動を規制されるとともに前記ボールねじ軸に対する回転を許容されていることである。

請求項２に係るボールねじ装置の発明の特徴は、請求項１において、前記ボールナットと前記リテーナは、前記転動ボールを介してサブアッシー化できるようになっていることである。

請求項３に係る電動パワーステアリング装置の発明の特徴は、請求項１または請求項２に記載のボールねじ装置を備えていることである。

請求項１に係るボールねじ装置の発明によれば、リテーナのリテーナ溝は、転動ボールを径方向外方には移動を許容し、径方向内方には移動を規制するように、周方向の両端部に傾斜面が形成されて断面ハの字状に構成されているので、リテーナは、円周上複数のリテーナ溝に保持された各転動ボールに対して径方向外方への移動をそれぞれ規制される。この結果、ボールねじ軸の外周とボールナットの内周との間の隙間が小さくても、リテーナの半径方向偏移によって、リテーナとボールねじ軸もしくはボールナットとが接触するのを確実に防止することができ、リテーナとボールねじ軸もしくはボールナットとの接触による音の発生を抑制することができる。

しかも、リテーナ溝は、ボール転動溝に対して直角をなすように、ボールねじ軸の軸線に対してボール転動溝のリード角だけ傾斜され、かつリテーナが、ボールナットに対する軸方向移動を規制されるとともにボールねじ軸に対する回転を許容されているので、転動ボールの転動に伴って転動ボールがリテーナ溝に対してボールねじ軸の軸線方向にすべるのを防止でき、すべりによる音の発生をより抑制することができる。

請求項２に係るボールねじ装置の発明によれば、ボールナットとリテーナは、転動ボールを介してサブアッシー化できるようになっているので、ボールナットをボールねじ軸に組付けるに先立って、転動ボールの挿入作業が可能となり、転動ボールの挿入作業を容易に行うことができる。

請求項３に係る電動パワーステアリング装置の発明によれば、上記した各請求項に記載のボールねじ装置を備えているので、リテーナによって隣合う転動ボール同士が互いに接触することがなくなり、回転トルク変動を防止でき、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上することができる。しかも、リテーナとボールねじ軸もしくはボールナットとが接触するのを防止できることにより、静粛性に優れた電動パワーステアリング装置を実現することができる。

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、本実施の形態のボールねじ装置を備えた電動パワーステアリング装置１０の全体を示すもので、当該電動パワーステアリング装置１０は、車両の左右方向に延在して配設されたハウジング１１を備え、ハウジング１１には、図略のステアリングホイールによって回転されるピニオン軸１２と、ピニオン軸１２に噛合うラック歯１３ａを形成したラック軸１３と、ラック軸１３と同軸的に配設した電動モータ１４と、電動モータ１４の回転運動をラック軸１３の軸方向運動に変換するボールねじ装置１５等が設けられている。

ハウジング１１は、円筒状のモータハウジング１６と、モータハウジング１６の両端に同軸上に嵌合された中空状のラックハウジング１７、１８からなり、ラックハウジング１７、１８に形成された取付部１７ａ、１８ａを介して図略の車体ボディに支持されるようになっている。

ハウジング１１には、ラック軸１３が軸方向に摺動可能に貫挿され、ラック軸１３の両端は、図略のタイロッドおよびナックルアーム等を介して左右の操向車輪に連結され、ラック軸１３の軸動によって操向車輪が左右方向に操向されるようになっている。

ラック軸１３には、ボールねじ装置１５を構成するボールねじ軸２０が設けられている。ボールねじ装置１５は、図２に詳細図示するように、外周面にボール転動溝２０ａを螺旋状に形成したボールねじ軸２０と、内周面にボール転動溝２１ａを螺旋状に形成したボールナット２１と、ボールねじ軸２０のボール転動溝２０ａとボールナット２１のボール転動溝２１ａとの間で形成されるボール軌道内を転動する複数の転動ボール２４と、隣接する２つのボール転動溝２０ａ、２１ａ間で転動ボール２４をリターンする円周上複数のデフレクタ２５と、ボールねじ軸２０の外周２０ｂとボールナット２１の内周２１ｂとの間に配設され、転動ボール２４を保持する円周上複数のリテーナ溝２６を形成した薄肉円筒状のリテーナ２７とによって構成されている。

ボールナット２１は後述する電動モータ１４のロータを構成するモータシャフト４１内に装着され、締付けナット２９によるねじ締めによってモータシャフト４１に固定されるようになっている。これにより、モータシャフト４１によるボールナット２１の正逆回転によって、ボールねじ軸２０とともにラック軸１３が軸方向に往復動されるようになる。

リテーナ２７は、図２および図３に示すように、ボールねじ軸２０の軸線方向に沿って延在する長孔状の複数のリテーナ溝２６を円周上等角度間隔に有している。隣合うリテーナ溝２６を円周方向に隔離する隔離部２８は、その幅寸法が転動ボール２４の直径寸法より十分に小さくなっており、リテーナ２７の円周上にボールねじ装置１５の負荷容量を満たすに十分な数の転動ボール２４（リテーナ溝２６）を配列できるようにしている。リテーナ溝２６は、ボールねじ軸２０およびボールナット２１の各ボール転動溝２０ａ、２１ａと直角をなすように、ボールねじ軸２０の軸線に対して所定角度傾斜されている。換言すれば、リテーナ溝２６は、ボール転動溝２０ａ、２１ａのリード角だけ傾斜され、ボール転動溝２０ａ、２１ａに対して直角に形成されている。

リテーナ溝２６には、周方向の両端部が径方向外方に向かうにつれて幅広となるようにそれぞれ所定角度θ傾斜した傾斜面２６ａ、２６ｂが形成されている。すなわち、リテーナ溝２６の断面形状は、図３に示すように、傾斜面２６ａ、２６ｂによってハの字形状となっている。また、リテーナ溝２６の溝幅は、傾斜面２６ａ、２６ｂによって、リテーナ２７の内周では転動ボール２４の直径寸法より小さく、リテーナ２７の外周では転動ボール２４の直径寸法より大きくされている。これによって、転動ボール２４は、リテーナ溝２６の径方向外方への移動は許容され、径方向内方への移動は規制されるようになっている。その結果、図４に示すように、下方に位置するリテーナ溝２６の傾斜面２６ａ、２６ｂが、ボールねじ軸２０とボールナット２１との間を転動する転動ボール２４に当接することにより、リテーナ２７の径方向（下方向）移動が規制され、リテーナ２７がボールねじ軸２０の外周２０ｂもしくはボールナット２１の外周２１ｂに接触するのを阻止するようになっている。

なお、リテーナ２７は、転動ボール２４がボールねじ軸２０の外周２０ｂに乗り上げて、デフレクタ２５によりリターンされる際も、隔離部２８によって隣合う転動ボール２４が接触しないように隔離している。これによって、転動ボール２４は、リテーナ２７により押されながらデフレクタ２５を通過でき、リターンをスムーズに行えるようにしている。

リテーナ２７の一端には、図２示すように、ボールナット２１の端面に当接可能な鍔部２７ａが設けられ、この鍔部２７ａはボールナット２１がモータシャフト４１に装着されることにより、モータシャフト４１の端面とボールナット２１の端面の間で挟持され、軸方向移動が規制されるようなっている。

上記したボールねじ軸２０、ボールナット２１、転動ボール２４、デフレクタ２５およびリテーナ２７等によって、モータシャフト４１の回転をラック軸１３の軸方向運動に変換するボールねじ装置１５を構成している。

電動モータ１４は、ボールねじ装置１５を介してボールねじ軸２０（ラック軸１３）に軸方向のアシスト力を付与するもので、図１に示すように、中空状のロータからなるモータシャフト４１とステータ４２とから構成されている。モータシャフト４１はハウジング１１（モータハウジング１６およびラックハウジング１７）に軸受４３，４４を介して回転可能に軸承され、このモータシャフト４１の中空穴内にボールねじ軸２０が同軸的に貫挿されている。モータシャフト４１の外周には平板状の永久磁石４５が複数接着され、この永久磁石４５に対向するようにステータ４２がモータハウジング１６の内周に装着されている。ステータ４２は複数のコイル４６を備え、コイル４６への通電によって発生する磁束を永久磁石４５に作用させることにより、モータシャフト４１が回転されるようになっている。

次に、上記のように構成された電動パワーステアリング装置１０の動作について説明する。図略のステアリングホイールを操舵すると、操舵トルクが図略の入力軸に伝達され、ピニオン軸１２とラック軸１３とによるラックピニオン機構を介してラック軸１３が軸方向に移動される。

入力軸に与えられた操舵トルクは図略のトルクセンサにより検出され、また、電動モータ１４のモータシャフト４１の回転位置等が図略の回転角検出センサによって検出される。これら操舵トルクおよびモータシャフト４１の回転位置等に基づいて電動モータ１４が制御され、アシスト力が発生される。電動モータ１４によるアシスト力は、ボールねじ装置１５によってラック軸１３の軸方向移動に変換され、運転者によるステアリングホイールの操舵力が軽減される。

ところで、電動モータ１４によってモータシャフト４１とともにボールナット２１が回転されると、転動ボール２４がボールねじ軸２０とボールナット２１との間で同一方向に回転しながら円周方向に転動されるが、隣合う転動ボール２４はリテーナ２７の隔離部２８によって隔離されるとともに、隔離部２８によって押されながら移動される。このため、従来のようにボール同士が衝突したり、滞留したりすることがなく、ボールねじ装置１５の作動をスムーズに行うことができる。これによって、回転トルク変動を防止できるとともに、作動音を低減できるようになる。

この際、リテーナ２７のリテーナ溝２６の周方向の両端部には、転動ボール２４が径方向内方に移動するのを規制する傾斜面２６ａ、２６ｂが形成されているため、リテーナ２７は、複数のリテーナ溝２６に保持された円周上複数の各転動ボール２４との接触によって、径方向外方への移動をそれぞれ規制される。従って、リテーナ溝２６と転動ボール２４とのガタによって、リテーナ２７が自重により落下してボールねじ軸２０の外周２０ｂもしくはボールナット２１の外周２１ｂに接触するのを防止することができる。その結果、ボールねじ軸２０の外周２０ｂとボールナット２１の外周２１ｂとの間の隙間が小さくても、リテーナ２７の半径方向移動によって、リテーナ２７とボールねじ軸２０もしくはボールナット２１とが接触してこすり合うのを防止することができ、リテーナ２７とボールねじ軸２０もしくはボールナット２１との接触による音の発生を抑制できるようになる。

また、本実施の形態によれば、転動ボール２４は、リテーナ２７のリテーナ溝２６に対して径方向内方への移動を規制されるため、ボールナット２１とリテーナ２７との間に転動ボール２４を介挿しても、転動ボール２４がリテーナ２７の内周側に脱落することがない。従って、ボールナット２１の内周にリテーナ２７を遊嵌した状態で、リテーナ２７を回転しながら、ボールナット２１の外周のデフレクタ２５が装着される装着穴より転動ボール２４を供給することにより、転動ボール２４がリテーナ２７のリテーナ溝２６に１つずつ挿入され、ボールナット２１とリテーナ２７とを転動ボール２４を介して組付けることができる。このように、ボールナット２１をボールねじ軸２０に組付けるに先立って、ボールナット２１とリテーナ２７とのサブアッシーを構成することができ、このサブアッシーをボールねじ軸２０に組付けることにより、ボールねじ装置１５を構成できるようになる。このようなサブアッシー化によって、転動ボール２４の挿入作業を容易に行えるようになる。

また、リテーナ溝２６が、ボールねじ軸２０およびボールナット２１のボール転動溝２０ａ、２１ａと直角をなすようにボールねじ軸２０に対して傾斜されているため、転動ボール２４の転動に伴って転動ボール２４がリテーナ溝２６の傾斜面２６ａ、２６ｂに対してボールねじ軸２０の軸線方向にすべることがなく、このすべりによる音の発生も抑制できるようになる。

上記したように、本実施の形態におけるボールねじ装置１５によれば、転動ボール２４を保持するリテーナ２７を設けたので、隣合う転動ボール２４同士が互いに接触することがなく、ボール同士の接触に伴う回転トルク変動を防止することができる。

また、リテーナ２７のリテーナ溝２６が、径方向外方への転動ボール２４の移動は許容し、径方向内方への転動ボール２４の移動は規制するように構成されているので、デフレクタ２５による転動ボール２４の循環作用を何ら損なうことなく、円周上複数のリテーナ溝２７に配置された各転動ボール２４に対して、リテーナ２７が径方向外方へ移動するのを規制することができる。しかも、リテーナ溝２６が、断面ハの字状に形成されているので、転動ボール２４の径方向内方への移動の規制をきわめて簡単な構成によって達成することができる。

これにより、ボールねじ軸２０およびボールナット２１の下方位置を転動する転動ボール２４によって、リテーナ２７の重力方向への移動を規制でき、リテーナ２７とボールねじ軸２０の外周２０ｂおよびボールナット２１の外周２１ｂとの間の隙間が小さくても、リテーナ２７とボールねじ軸２０もしくはボールナット２１との接触を的確に防止することができる。

また、上記した構成のボールねじ装置１５を用いた電動パワーステアリング装置１０によれば、リテーナ２７によって隣合う転動ボール２４同士が互いに接触することがなくなり、これによって、回転トルク変動を防止でき、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上することができる。しかも、リテーナ２７とボールねじ軸２０もしくはボールナット２１との接触を防止できることから、静粛性に優れた電動パワーステアリング装置を実現できるようになる。

上記した実施の形態においては、ボールねじ装置１５を、電動パワーステアリング装置１０に適用した例について述べたが、本発明は、例えば、工作機械等に用いられるボールねじ装置にも同様に適用できるものである。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた具体的構成に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得るものである。

本発明の実施の形態を示すボールねじ装置を用いた電動パワーステアリング装置の全体図である。 図１の２−２線に沿って矢視したリテーナを備えたボールねじ装置を示す図である。 リテーナの断面図である。 リテーナと転動ボールとの当接状態を示す図である。 従来のリテーナを示す図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１３…ラック軸、１４…電動モータ、１５…ボールねじ装置、２０…ボールねじ軸、２０ａ…ボール転動溝、２０ｂ…外周、２１…ボールナット、２１ａ…ボール転動溝、２１ｂ…内周、２４…転動ボール、２５…デフレクタ、２６…リテーナ溝、２６ａ、２６ｂ…傾斜面、２７…リテーナ。

Claims (3)

1. 外周面にボール転動溝を螺旋状に形成したボールねじ軸と、内周面にボール転動溝を螺旋状に形成したボールナットと、前記ボールねじ軸および前記ボールナットの前記各ボール転動溝間に循環可能に配設された転動ボールと、前記ボールねじ軸の外周と前記ボールナットの内周との間に配置され前記転動ボールを保持する円周上複数のリテーナ溝を形成したリテーナとを備えたボールねじ装置において、
   前記リテーナの前記リテーナ溝は、前記転動ボールを径方向外方には移動を許容し、径方向内方には移動を規制するように、周方向の両端部に傾斜面が形成されて断面ハの字状に構成され、
   かつ前記リテーナ溝は、前記ボール転動溝に対して直角をなすように、前記ボールねじ軸の軸線に対して前記ボール転動溝のリード角だけ傾斜され、かつ前記リテーナが、前記ボールナットに対する軸方向移動を規制されるとともに前記ボールねじ軸に対する回転を許容されていることを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１において、前記ボールナットと前記リテーナは、前記転動ボールを介してサブアッシー化できるようになっていることを特徴とするボールねじ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のボールねじ装置を用いた電動パワーステアリング装置。

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