JP6227423B2 - ボールねじおよびパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじおよびパワーステアリング装置に関する。

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、ボールをナットの螺旋溝から循環路にすくい上げ、或いは循環路からボールをナットの螺旋溝に戻す機能を有したエンドデフレクタが設けられる。
特許文献１には、エンドデフレクタを２分割構造としたボールねじが開示されている。

特開２０１２−１５４４３７号公報

エンドデフレクタは、ナットに形成された収容部に収容されることによりナットに取り付けられる。このとき、エンドデフレクタと収容部との間や、エンドデフレクタが分割構造の場合において分割部品間にガタつきが存在すると、そのガタつきに起因した異音が生じたり、ボールとのフリクションが大きくなるおそれがある。
エンドデフレクタを収容部に圧入により収容させる構造においてガタつきを抑えるためには、収容部に対してエンドデフレクタをきつめに圧入して収容することが考えられる。しかし、この場合、組み付け時の作業性が悪くなり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、エンドデフレクタのガタつきが抑えられ、かつナットに対するエンドデフレクタの組み付け性が向上するボールねじおよびこれを備えたパワーステアリング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、エンドデフレクタと、前記エンドデフレクタを収容する収容部が形成されたナットとを有するボールねじであって、前記エンドデフレクタは２つ以上の部材に分割され、分割された部材の少なくとも１つと前記収容部を形成する壁面との間に、分割された部材を相互に密着させるように弾性部材が介設され、前記収容部の壁面は、前記ナットの螺旋溝の端部に連なる第２側壁面と、この第２側壁面に対向する第１側壁面とを備え、前記エンドデフレクタは、少なくとも、前記第１側壁面に対向する第１部材と、前記ナットの螺旋溝に臨む通路が形成され、前記第２側壁面に対向する第２部材とに分割され、前記弾性部材は、前記第１部材と前記第１側壁面との間に介設され、前記第２部材を前記第２側壁面に押し付けることを特徴とする。

このボールねじによれば、弾性部材と収容部の壁面とを接触させることによりエンドデフレクタのガタつきを低減できる。そして、弾性部材と収容部の壁面との間の接触部分を小さくすることで、組み付け時の挿入抵抗を減らし、収容部へのエンドデフレクタの組み付け性を良好にできる。

また、本発明は、前記弾性部材は、屈曲部を有する板ばね部材から構成されるとしてもよい。

また、本発明は、前記ボールねじと、ステアリングホイールに加えられた運転者の操作力を補助するアシスト用のモータと、を備え、前記モータにより前記ナットを回転させてねじ軸を軸移動させることを特徴とするパワーステアリング装置とした。

このパワーステアリング装置によれば、弾性部材と収容部の壁面とを接触させることによりエンドデフレクタのガタつきを低減できる。そして、弾性部材と収容部の壁面との間の接触部分を小さくすることで、組み付け時の挿入抵抗を減らし、収容部へのエンドデフレクタの組み付け性を良好にできる。

本発明によれば、エンドデフレクタのガタつきが抑えられ、かつナットに対するエンドデフレクタの組み付け性が向上する。

パワーステアリング装置の一例を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る図面であり、本発明に係るボールねじの外観斜視図であり、エンドデフレクタを組み付ける前の状態を示す。 第１実施形態に係る図面であり、本発明に係るボールねじの外観斜視図であり、エンドデフレクタを組み付ける前の状態を示す。 第１実施形態に係る図面であり、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。 第１実施形態に係る図面であり、ナット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。 第１実施形態に係る図面であり、ナットの収容部にエンドデフレクタを収容する様子を示す側面説明図である。 第２実施形態に係る図面であり、板ばね部材の両面にゴム材を付設した構成の弾性部材の斜視図である。 第３実施形態に係る図面であり、屈曲部が断面三角形に形成された弾性部材の斜視図である。 第４実施形態に係る図面であり、屈曲部が球面状に突設された弾性部材の斜視図である。 第５実施形態に係る図面であり、ナット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。

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。

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、アシスト用のモ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電動パワーステアリング装置にも本発明のボールねじ１を使用できる。

以下、ボールねじ１について詳細に説明する。
「第１実施形態」
図２において、ボールねじ１は、エンドデフレクタ２と、エンドデフレクタ２を収容する収容部２７が形成されたナット２１と、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸６２とを有する。

「ナット２１」
ナット２１は、ねじ軸６２（図１）の螺旋溝３６（図５）との間でボール４１を収容する螺旋溝２２を備える。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の外縁からナット軸方向（図５に示す軸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。符号３５は螺旋溝２２の山部を示している。なお、以下の説明において、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。

「収容部２７」
収容部２７は、ナット２１の端部に形成されており、ナット２１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た空間からなる。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。これにより、第２側壁面２９の幅寸法Ｌ２の方が第１側壁面２８の幅寸法Ｌ１よりも大きくなっている。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。また、第１側壁面２８における内端面２３との角部には、軸Ｏ方向に対して傾斜するガイド傾斜面３４（図６）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５）の螺旋溝２２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の端部と循環路３２の開口部３３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。

図４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が形成されており、主にこの通路の成型性の点からエンドデフレクタ２は少なくとも２つに分割された部材により構成されている。本実施形態では、エンドデフレクタ２を第１部材３および第２部材４の２つの部材から構成している。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、収容部２７に収容された際に第１側壁面２８に対向する部材であり、ねじ軸６２の螺旋溝内に位置するガイド突部５が形成された部材である。「第１側壁面２８に対向する」とは、第１部材３が、収容部２７への収容時に第１側壁面２８と向かい合う面（後記する第１側面６）を有することを意味する。第２部材４は、収容部２７に収容された際に第２側壁面２９に対向する部材である。「第２側壁面２９に対向する」とは、第２部材４が、収容部２７への収容時に第２側壁面２９と向かい合う面（後記する第２側面１２）を有することを意味する。

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に突き当たる底面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上面１０として構成される。内面７の一部は径内方向に膨出して前記ガイド突部５が形成されている。第１部材３の分割面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。

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に突き当たる底面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上面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に臨む通路である。ナット２１の螺旋溝２２がゴシックアーク形状の場合には、第２半通路１７の面もゴシックアーク形状にすることで、螺旋溝２２と通路１８との間でボール４１をスムーズに移動させることができる。

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。上面１０，１６同士は面一状に連なり、底面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。また、分割面８，１４としては軸Ｏ方向に対して傾斜した面であってもよい。

「弾性部材４３」
以上のエンドデフレクタ２において、分割された部材（第１部材３，第２部材４）の少なくとも１つと収容部２７を形成する壁面との間に、分割された部材（第１部材３，第２部材４）を相互に密着させるように、図２、図４に示す弾性部材４３が弾性変形した状態で介設される。本実施形態では、弾性部材４３は、第１部材３の第１側面６と収容部２７の第１側壁面２８との間に介設される。

弾性部材４３は、たとえば屈曲部４５を有する板ばね部材４４から構成される。板ばね部材４４の材質は、金属材料、合成樹脂材料等である。板ばね部材４４が金属材料である場合、屈曲部４５はプレス加工により容易に形成できる。本実施形態の板ばね部材４４は、エンドデフレクタ２の軸Ｏ方向寸法と略同じ寸法の一辺４４Ａと、この一辺４４Ａと隣接する他辺４４Ｂとを有した略矩形状の板材から構成されている。屈曲部４５は、他辺４４Ｂ中央において一辺４４Ａ方向に沿って延びるように形成されている。屈曲部４５は断面円弧状を呈するように板ばね部材４４の一面側に向けて突設形成される。板ばね部材４４の他辺方向両端には平板部４６，４６が形成されている。

「作用」
先ず、係合突起部１９を係合凹部２０に係合させて第１部材３と第２部材４とを一体化し単体のエンドデフレクタ２とする。このエンドデフレクタ２と板ばね部材４４とを図６に示すようにナット２１の収容部２７に軸Ｏ方向に沿って挿入する。板ばね部材４４は、屈曲部４５が収容部２７の第１側壁面２８に当接し、平板部４６，４６がエンドデフレクタ２の第１側面６に当接する状態として挿入される。挿入初期では、屈曲部４５がガイド傾斜面３４にガイドされることでエンドデフレクタ２および板ばね部材４４はスムーズに収容部２７に挿入される。

挿入過程で、板ばね部材４４の屈曲部４５は、エンドデフレクタ２の第１部材３と第２部材４とを相互に密着させるように弾性変形する。エンドデフレクタ２の第１側面６は第１側壁面２８に接触することなく、屈曲部４５の先端のみが第１側壁面２８に線接触にて接触するため、挿入抵抗が小さくなって組み付け作業が容易となる。底面９，１５が突当て面３１に突き当たり挿入作業が完了した状態において、エンドデフレクタ２の通路８は螺旋溝２２と循環路３２の開口部３３とを連通する。エンドデフレクタ２の外面１３は収容部２７の底壁面３０に接面する。上面１０，１６はナット２１の内端面２３と面一状に位置する。そして、スナップリング４２を溝２６に嵌め込み上面１０，１６を抑えることでエンドデフレクタ２の軸Ｏ方向の抜け止めとする。その後、ナット２１にねじ軸６２を通す。なお、第１部材３のガイド突部５はねじ軸６２の螺旋溝に位置するため、ねじ軸６２の螺旋溝の山部と干渉しないようにナット２１を回しながらねじ軸６２を通す。

収容部２７に収容されたエンドデフレクタ２は、板ばね部材４４を通して第１側壁面２８から反力を受け、当該反力は分割面８，１４同士を密着させるとともに、第２側面１２を第２側壁面２９に押し付けるように作用する。これにより、エンドデフレクタ２は、ナット２１の収容部２７にガタつきなく位置決め収容される。第１側面６、第２側面１２をそれぞれ第１側壁面２８、第２側壁面２９に接面させる圧入方式とした場合には、エンドデフレクタ２および収容部２７の製作誤差によりガタつきが生じるおそれがあるが、板ばね部材４４を利用することで前記製作誤差を吸収してガタつきを抑えることができる。

板ばね部材４４は、エンドデフレクタ２の軸Ｏ方向寸法と略同じ寸法の一辺４４Ａを有した略矩形状の板材から構成され、屈曲部４５が他辺４４Ｂ中央において一辺４４Ａ方向に沿うように形成されているので、屈曲部４５の弾性変形力をエンドデフレクタ２に対して軸Ｏ方向に均一に作用させることができる。

ここで、組み付け方法としては、ナット２１にねじ軸６２を通した後にエンドデフレクタ２および板ばね部材４４を取り付けることも可能である。この場合、板ばね部材４４はガイド凸部５が形成されていない第２部材４の第２側面１２と収容部２７の第２側壁面２９との間に介設する。また、第１部材３と第２部材４との一体化手段は、無しとするか、或いは軸Ｏ方向にスライド係合可能な凸部および凹部（たとえば特許文献１に記載の定位部および定位凹み等）を第１部材３、第２部材４のそれぞれどちらかに設ける構造とする。組み付け方法は、先ずねじ軸６２が通された状態のナット２１の収容部２７に対し、第１部材３をそのガイド突部５がねじ軸６２と干渉しないように差し入れる。そして、第１部材３を内向きにずらしてガイド突部５がねじ軸６２の螺旋溝内に突出するように位置修正する。次いで第２部材４および板ばね部材４４を残りスペースの収容部２７に軸Ｏ方向に沿って挿入させる。挿入過程において、第２部材４の第２側面１２は第２側壁面２９に接触することなく、屈曲部４５の先端のみが第２側壁面２９に線接触にて接触するため、挿入抵抗が小さくなって組み付け作業が容易となる。次いで、スナップリング４２等を用いてエンドデフレクタ２（第１部材３および第２部材４）の軸Ｏ方向の抜け止めとする。

以上のように、エンドデフレクタ２の分割された部材（第１部材３、第２部材４）の少なくとも１つと収容部２７を形成する壁面との間に、分割された部材（第１部材３，第２部材４）を相互に密着させる弾性部材４３を介設すれば、収容部２７に対するエンドデフレクタ２のガタつきを低減でき、組み付け性も良好となる。
また、弾性部材４３を、屈曲部４５を有する板ばね部材４４から構成することで、弾性部材４３の形状の簡素化と組み付け性の向上を図ることができる。

また、本実施形態のように、収容部２７の壁面は、ナット２１の螺旋溝２２の端部２２ａに連なる第２側壁面２９と、この第２側壁面２９に対向する第１側壁面２８とを備え、エンドデフレクタ２は、少なくとも、第１側壁面２８に対向する第１部材３と、ナット２１の螺旋溝２２に臨む通路（第２半通路１７）が形成され、第２側壁面２９に対向する第２部材４とに分割され、弾性部材４３は、第１部材３と第１側壁面２８との間に介設されて、第２部材４を第２側壁面２９に押し付ける構成とすれば、次のような効果が奏される。

ボール４１には遠心力が作用してねじ軸６２の螺旋溝３６よりもナット２１の螺旋溝２２の方に力がかかるため、収容部２７に対する第１部材３および第２部材４の位置決めにおいては、ナット２１の螺旋溝２２に臨む通路（第２半通路１７）が形成された第２部材４の位置決めが特に重要となる。したがって、弾性部材４３が、第１部材３と第１側壁面２８との間に介設されて、第２部材４の第２側面１２を第２側壁面２９に押し付ける構成とすることにより、第２部材の振れを効果的に抑制できる。これにより、エンドデフレクタ２と螺旋溝２２，３６との間でボール４１をスムーズに移動させることができる。

「第２実施形態」
図７は、弾性部材４３を、第１実施形態の板ばね部材４４の両面にゴム材４７が付設された部材とした場合を示す。ゴム材４７は焼付け等により板ばね部材４４に付設される。この弾性部材４３によれば、収容部２７への挿入時において、エンドデフレクタ２と弾性部材４３との間での滑りがゴム材によって抑制されるため、エンドデフレクタ２の組み付け性が良好となる。

「第３実施形態」
図８は、屈曲部４５として、断面三角形を呈するように板ばね部材４４の一面側に向けて突設形成した場合を示す。この屈曲部４５も一辺４４Ａ方向に沿うように形成されているので、屈曲部４５の弾性変形力をエンドデフレクタ２に対して軸Ｏ方向に均一に作用させることができる。

「第４実施形態」
図９は、屈曲部４５として、平板部材の略中央に球面状の凸部を形成した場合を示す。このような凸部によっても、凸部が弾性変形することにより、エンドデフレクタ２のガタつきを抑制できる。

「第５実施形態」
図１０は、寸法Ｌ３（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の距離）と、寸法Ｌ４（第１側壁面２８におけるナット２１の内周面寄り端部と第２側壁面２９におけるナット２１の内周面寄り端部との距離）との関係について、寸法Ｌ４の方を寸法Ｌ３よりも小さく設定した形態を示している。この第５実施形態によれば、エンドデフレクタ２の径内方向への抜けを簡単に防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。エンドデフレクタ２は３つ以上の部材に分割構成されていてもよい。屈曲部４５の個数も１つに限定されず複数設けてもよい。
また、板ばね部材４４は、屈曲部４５がエンドデフレクタ２側に当接し、平板部４６がナット２１の収容部２７の壁面に当接するレイアウトで組み付けられてもよい。この場合、先に板ばね部材４４を収容部２７に組み入れておき、後からエンドデフレクタ２を組み入れることでエンドデフレクタ２の挿入抵抗を減らして組み付け性を良好にすることができる。
弾性部材４３は、ゴム板部材等、ゴム材料からなる部材としてもよい。
また、弾性部材４３は、第２部材４の第２側面１２と収容部２７の第２側壁面２９との間に介設してもよい。

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
２２ａ 端部
２７ 収容部
３２ 循環路
３３ 開口部
３６ 螺旋溝
４１ ボール
４３ 弾性部材
４４ 板ばね部材
４５ 屈曲部
５０ パワーステアリング装置
６２ ねじ軸

Claims (3)

1. エンドデフレクタと、前記エンドデフレクタを収容する収容部が形成されたナットとを有するボールねじであって、
   前記エンドデフレクタは２つ以上の部材に分割され、
   分割された部材の少なくとも１つと前記収容部を形成する壁面との間に、分割された部材を相互に密着させるように弾性部材が介設され、
   前記収容部の壁面は、前記ナットの螺旋溝の端部に連なる第２側壁面と、この第２側壁面に対向する第１側壁面とを備え、
   前記エンドデフレクタは、少なくとも、前記第１側壁面に対向する第１部材と、前記ナットの螺旋溝に臨む通路が形成され、前記第２側壁面に対向する第２部材とに分割され、
   前記弾性部材は、前記第１部材と前記第１側壁面との間に介設され、前記第２部材を前記第２側壁面に押し付けることを特徴とするボールねじ。
2. 前記弾性部材は、屈曲部を有する板ばね部材から構成されることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
3. 請求項１または請求項２に記載のボールねじと、
   ステアリングホイールに加えられた運転者の操作力を補助するアシスト用のモータと、
   を備え、前記モータにより前記ナットを回転させてねじ軸を軸移動させることを特徴とするパワーステアリング装置。

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