JP6787139B2 - ボールねじ装置、及びボールねじ装置を備えるステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじ装置、及びボールねじ装置を備えるステアリング装置に関する。

従来、例えば、特許文献１，２に示すようなボールねじ軸とボールナットとの間の所定の位置にリテーナを有するボールねじ装置が知られている。リテーナは、ボールねじ軸とボールナットとの間で形成される螺旋軌道を転動する転動ボール同士が、リテーナ溝間の支柱によって相互に当接することなく転動することを可能にしている。

また、特許文献１，２のボールねじ装置は、螺旋軌道を転動する転動ボールを、ひとつながりの循環路の中で循環させるためのデフレクタを複数備える。このとき、ひとつながりの循環路は、螺旋軌道のうちの一巻の螺旋軌道と、デフレクタによって形成される連結通路と、によって構成される。

連結通路は、螺旋軌道のねじ山一つを跨いで形成される。また、連結通路は、デフレクタに形成される天井面と、天井面と対向するボールねじ軸の外周ボール転動溝、及びねじ山との間によって形成される。そして、転動ボールが連結通路内を移動する場合、転動ボールは、連結通路の入口から入り、外周ボール転動溝の側面を昇り、ねじ山を超える。その後、隣接する一巻の螺旋軌道に向って降下し、連結通路の出口から排出され螺旋軌道内に合流する。このとき、連結通路の入口から出口までの間において移動する転動ボールとデフレクタの天井面との間には、転動ボールを良好に転動させるため、所定の隙間が設けられている。

特開２０００−１８３６０号公報 実公平２−５１４５号公報

しかしながら、このようなボールねじ装置においては、転動ボールとデフレクタの天井面との間の隙間が所定値を超える場合、転動ボールが隙間分を径方向に移動することにより、転動ボールとリテーナとの係り代が減少し、転動ボールが、リテーナの外周面上に乗り上げる虞がある。転動ボールが、リテーナの外周面上に乗り上げると、転動ボールの正常な循環を妨げる虞がある。特に、転動ボールがねじ山の外周面上にある場合に、転動ボールとリテーナとの係り代は減少するので、このような現象が生じやすい。このため、転動ボールとデフレクタの天井面との間の隙間を所定値以下とする必要がある。これに対し、上記特許文献１，２においては、転動ボールとデフレクタの天井面との間の隙間の設定に関して一切記載されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、デフレクタの天井面の形状を規定し、転動ボールが連結通路内を移動する際、転動ボールとリテーナとの間には確実に係り代を有するボールねじ装置、及びボールねじ装置を備えるステアリング装置を提供することを目的とする。

（１．ボールねじ装置）
本発明に係るボールねじ装置は、内周面に内周ボール転動溝を螺旋状に形成し、前記外周ボール転動溝と前記内周ボール転動溝との間で螺旋軌道を形成するボールナットと、前記ボールナットに設けられ、前記外周ボール転動溝間のねじ山を跨ぐ連結通路を形成するデフレクタと、略一巻きの前記螺旋軌道と前記連結通路とにより形成される循環路内に整列して収容される複数の転動ボールと、前記ボールねじ軸と前記ボールナットとの間に配置されると共に、前記転動ボールを保持するリテーナ溝を有するリテーナと、を備える。前記連結通路は、前記外周ボール転動溝及び前記外周ボール転動溝間の前記ねじ山と、前記デフレクタに形成され前記外周ボール転動溝及び前記ねじ山と対向する天井面と、の間に形成され、前記ねじ山の頂面は、前記ボールねじ軸の中心軸線を中心とする円筒面状に形成され、前記連結通路の前記天井面は、前記ボールねじ軸の軸線方向から見たときの前記天井面の投影形状が、少なくとも、前記転動ボールが前記ねじ山の前記頂面を転動可能な範囲内において、前記転動ボールと前記天井面との間に一定の第一隙間が設けられるように、前記ボールねじ軸の中心軸線を中心とする単一の第一曲率半径で形成される第一Ｒ部と、前記天井面の前記投影形状が、前記第一Ｒ部の範囲より前記外周ボール転動溝の溝底側において、前記第一曲率半径より小さな第二曲率半径で形成される第二Ｒ部と、を備える。

これにより、少なくとも、転動ボールが、リテーナの外周面に最も乗り上げ易いとされるねじ山の頂面を転動する範囲内において、転動ボールと天井面との間が、一定の第一隙間を確保するよう天井面の第一Ｒ部が形成されるので、転動ボールが、リテーナの外周面に乗り上げることを確実に防止できる。

（２．ステアリング装置）
ステアリング装置の発明は、上記ボールねじ装置を備える。これにより、転動ボールが、リテーナの外周面に乗り上げることのないボールねじ装置を備えるステアリング装置が得られる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。 実施形態に係る図１の駆動力伝達機構の部分の拡大断面図である。 本実施形態のボールねじ装置の構成を示す図である。 螺旋軌道及びデフレクタが形成する循環路の模式図である。 周方向視点からの連結通路の模式図である。 リテーナの円筒部の径方向断面図である。 リテーナと転動ボールとの第一の係合状態を示す図である。 リテーナと転動ボールとの第二の係合状態を示す図である。 径方向視点からの連結通路の模式図である。 デフレクタの天井面の形状を説明する図である。 図１０における周方向視点の図の拡大図である。 連結通路の各位置における転動ボールとリテーナとの係り代、及び隙間のグラフである。

＜１.第一実施形態＞
（１−１.概要）
以下、本発明に係る第一実施形態の電動パワーステアリング装置について、図面に基づき説明する。図１は、本発明に係るボールねじ装置が車両の電動パワーステアリング装置（ステアリング装置に相当）に適用された態様を例示する電動パワーステアリング装置の全体を示す図である。

電動パワーステアリング装置は、操舵補助力によって操舵力を補助するステアリング装置である。なお、本発明のボールねじ装置は、電動パワーステアリング装置の他に、４輪操舵装置、後輪操舵装置、ステアバイワイヤ装置など、ボールねじ装置の適用が可能な様々な装置に適用できる。

（１−２．ステアリング装置１０の構成）
電動パワーステアリング装置１０（以後、ステアリング装置１０と称する）は、車両の転舵輪（図略）に連結される転舵シャフト２０を転舵シャフト２０の軸線方向と一致するＡ方向（図１の左右方向）に往復移動させることにより、転舵輪の向きを変える装置である。

図１に示すように、ステアリング装置１０は、ハウジング１１と、ステアリングホイール１２と、ステアリングシャフト１３と、トルク検出装置１４と、電動モータＭ（以後、モータＭと称す）と、前述の転舵シャフト２０（ボールねじ軸に相当）と、操舵補助機構３０と、ボールねじ装置４０と、を備える。

ハウジング１１は、車両に固定される固定部材である。ハウジング１１は、筒状に形成され、転舵シャフト２０（ねじ軸）をＡ方向に相対移動可能に挿通する。ハウジング１１は、第一ハウジング１１ａと、第一ハウジング１１ａのＡ方向一端側（図１中、左側）に固定された第二ハウジング１１ｂとを備える。

ステアリングホイール１２は、ステアリングシャフト１３の端部に固定され、車室内において回転可能に支持される。ステアリングシャフト１３は、運転者の操作によってステアリングホイール１２に加えられるトルクを転舵シャフト２０に伝達する。

ステアリングシャフト１３の転舵シャフト２０側の端部には、ラックアンドピニオン機構を構成するピニオン１３ａが形成される。トルク検出装置１４は、ステアリングシャフト１３の捩れ量に基づいて、ステアリングシャフト１３に加えられるトルクを検出する。

転舵シャフト２０は、Ａ方向に延伸している。転舵シャフト２０には、ラック２２が形成される。ラック２２は、ステアリングシャフト１３のピニオン１３ａに噛合し、ピニオン１３ａとともにラックアンドピニオン機構を構成する。ラックアンドピニオン機構は、ステアリング装置１０の用途等に基づいて、ステアリングシャフト１３と転舵シャフト２０との間で伝達可能な最大軸力が設定される。

また、転舵シャフト２０は、ラック２２とは異なる位置にボールねじ部２３が形成される。ボールねじ部２３は、後述するボールナット２１とともにボールねじ装置４０を構成し、操舵補助機構３０により操舵補助力を伝達される。転舵シャフト２０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転舵輪（図略）に連結され、転舵シャフト２０のＡ方向への軸動によって転舵輪が左右方向に操舵される。

操舵補助機構３０は、モータＭを駆動源として転舵シャフト２０に操舵補助力を付与する機構である。操舵補助機構３０は、モータＭ、モータＭを駆動する制御部ＥＣＵ及び駆動力伝達機構３２を備える。モータＭ、及びモータＭを駆動するための制御部ＥＣＵは、ハウジング１１の第一ハウジング１１ａに固定されるケース３１に収容される。制御部ＥＣＵは、トルク検出装置１４の出力信号に基づいて、操舵補助トルクを決定し、モータＭの出力を制御する。

図２に示すように、駆動力伝達機構３２は、駆動プーリ３６、従動プーリ３４及び歯付きベルト３５を備える。駆動プーリ３６は、モータＭの出力軸３７に装着される。出力軸３７は、転舵シャフト２０の軸線（中心軸線）と平行に配置される。従動プーリ３４は、ボールナット２１の外周側にボールナット２１と一体回転可能に配置される。従動プーリ３４のＡ方向一端側（図２において左側）は、第二ハウジング１１ｂの内周面に図略のボールベアリングを介して回転可能に支持される。歯付きベルト３５は、駆動プーリ３６と従動プーリ３４とに懸架される。駆動力伝達機構３２は、駆動プーリ３６と従動プーリ３４との間で、モータＭが発生させる回転駆動力を、歯付きベルト３５を介して伝達する。

（１−３．ボールねじ装置４０の構成）
次に、ボールねじ装置４０について説明する。図２、図３に示すように、ボールねじ装置４０は、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）のボールねじ部２３，ボールナット２１，複数のデフレクタ４３，複数の転動ボール４４，リテーナ４５、及び壁部材４６を備える。

ボールねじ部２３は、ボールねじ部２３の外周面２３ａに螺旋状に形成された外周ボール転動溝２３ａ１を備える。ボールナット２１は、円筒状に形成され、ボールねじ部２３の径方向外側に配置される。ボールナット２１の内周面２１ａは、螺旋状に形成された内周ボール転動溝２１ａ１を備える。外周ボール転動溝２３ａ１と内周ボール転動溝２１ａ１との間で螺旋軌道４７が形成される（図３、及び図４の模式図参照）。

デフレクタ４３は、ボールナット２１の円周上に複数設けられ、外周ボール転動溝２３ａ１間のねじ山５２を跨ぐ連結通路４３ｂを形成する。なお、ねじ山５２については、後に詳述する。デフレクタ４３は、複数巻きの螺旋軌道４７のうち、例えば、略一巻きの螺旋軌道４７ａ内において、転動ボール４４を循環させる。なお、略一巻きの螺旋軌道４７ａは、一巻きでも良いし、一巻きに満たなくても良い。

図４の模式図に示すように、一個のデフレクタ４３は、連結通路４３ｂの出入口４３ａ，４３ａと、略一巻の螺旋軌道４７ａ内の所定の二箇所と、を接続してひとつながりの循環路５１を形成する。このとき、所定の二箇所の位置は任意に設定すればよい。そして、複数の転動ボール４４が、循環路５１内に収容される。

図５に示すように、連結通路４３ｂは、外周ボール転動溝２３ａ１及び外周ボール転動溝２３ａ１間に形成されるねじ山５２と、デフレクタ４３に形成され外周ボール転動溝２３ａ１及びねじ山５２と対向する天井面４３ｃと、の間に形成される。なお、本発明に係る天井面４３ｃの形状は、主に天井面４３ｃと対向するねじ山５２の形状に対応して形成されるが、詳細については、後に詳述する。なお、図５は、何れか一つの連結通路４３ｂを転舵シャフト２０の周方向から見たときの投影形状の図である。

螺旋軌道４７ａを転動する転動ボール４４は、連結通路４３ｂの一方の出入口４３ａにおいて、連結通路４３ｂ内に誘導された後、Ａ方向で隣接する外周ボール転動溝２３ａ１を区分するねじ山５２を乗り越える。このとき、転動ボール４４が、ねじ山５２を乗り越える方向は、概ね、ボールナット２１の円周方向である。

このとき、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の軸線方向（Ａ方向）から見ると、転動ボール４４が乗り越えるねじ山５２の外周面の形状（投影形状）は、所定の曲率半径Ｒａを有して形成されている。曲率半径Ｒａの中心は、転舵シャフト２０の中心軸線であり、曲率半径Ｒａは、転舵シャフト２０の外周面２３ａの曲率半径Ｒａに一致する。その後、ねじ山５２を乗り越えた後、転動ボール４４は、ねじ山５２の外周面から外周ボール転動溝２３ａ１に移動し他方の出入口４３ａから螺旋軌道４７ａに排出され、再び螺旋軌道４７ａを転動する。このようにして、複数の転動ボール４４は、ひとつながりの循環路５１を無限循環し続ける。

図３に示すように、壁部材４６は、ボールナット２１の端面２１ｂに取付けられる。壁部材４６は、ボールナット２１の端面２１ｂと隙間を有して対向する端面４６ａを備える。このとき、端面２１ｂと端面４６ａとの間の隙間の大きさは、後述するリテーナ４５の鍔部４５ｃが挿入可能な大きさである。

図３に示すように、リテーナ４５は、薄肉円筒状の円筒部４５ａと、円筒部４５ａの一端（図３においては左側）側の端面にボールナット２１の端面２１ｂと当接可能な鍔部４５ｃと、を備える。円筒部４５ａは、径方向において、転舵シャフト２０の外周面２３ａとボールナット２１の内周面２１ａとの間に配置される。また、リテーナ４５は、円筒部４５ａの円周上に、複数の転動ボール４４を保持するための複数のリテーナ溝４５ｄを備える。

複数のリテーナ溝４５ｄは、図３に示すように、転舵シャフト２０の軸線方向であるＡ方向に延在するよう長孔状で、且つ円筒部４５ａの円周上において等角度間隔（等ピッチ）で配置される。このとき、円筒部４５ａにおいて周方向で隣り合うリテーナ溝４５ｄを周方向で隔離する隔離部４５ｅは、その幅寸法が転動ボール４４の直径寸法φＢより十分に小さくなっている。これにより、リテーナ４５の円筒部４５ａのリテーナ溝４５ｄ内にボールねじ装置４０の負荷容量を満たすに十分な数の転動ボール４４を配列できる。

リテーナ溝４５ｄは、転舵シャフト２０の外周ボール転動溝２３ａ１、及びボールナット２１の内周ボール転動溝２１ａ１とほぼ直角をなすように、転舵シャフト２０の軸線（つまり、リテーナ４５の軸線）に対して所定角度傾斜されている。換言すると、リテーナ溝４５ｄは、外周ボール転動溝２３ａ１、及び内周ボール転動溝２１ａ１のリード角だけ傾斜され、各ボール転動溝２１ａ１、２３ａ１に対して直角に形成される。ただし、この態様には限らず、リテーナ溝４５ｄは、転舵シャフト２０の軸線と平行になるよう形成されてもよい。

図６のリテーナ４５の軸線に垂直な断面形状に示すように、リテーナ溝４５ｄは、両側面が傾斜面で形成される。詳細には、両側面は、円筒部４５ａの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だけ傾斜した傾斜面４５ｂ、４５ｆで形成される。すなわち、リテーナ溝４５ｄの断面形状は、傾斜面４５ｂ、４５ｆによってハの字形状となっている。

また、図７に示すように、リテーナ溝４５ｄの溝幅は、傾斜面４５ｂ、４５ｆによって、円筒部４５ａの内周では転動ボール４４の直径寸法φＢより小さく、円筒部４５ａの外周では転動ボール４４の直径寸法φＢより大きくなるよう形成されている。つまり、円筒部４５ａの内周の溝幅を溝幅ＷＡとし、円筒部４５ａの外周の溝幅を溝幅ＷＣとすると、ＷＡ＜φＢ＜ＷＣの関係を有する。

このように、リテーナ４５は、リテーナ溝４５ｄの傾斜面４５ｂ、４５ｆ（両側面）によって、リテーナ４５の径方向外方への転動ボール４４の移動を許容し、且つリテーナ４５の径方向内方への転動ボール４４の移動を規制する。その結果、図７に示すように、下方に位置するリテーナ溝４５ｄの傾斜面４５ｂ、４５ｆが、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）とボールナット２１との間を転動する転動ボール４４に当接することにより、リテーナ４５の径方向（図７において下方向）移動が規制される。これにより、リテーナ４５が転舵シャフト２０の外周面２３ａもしくはボールナット２１の内周面２１ａに接触するのを抑制する。従って、図７に示すリテーナ４５と転動ボール４４との係り代β１も所定の値で保持される。なお、図７は、転動ボール４４が、外周ボール転動溝２３ａ１内を転動する状態の図である。

しかしながら、ここで、例えば、転動ボール４４が連結通路４３ｂ内を通過するため、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）のねじ山５２上、即ち、転舵シャフト２０の外周面２３ａ上を転動している場合について考える。この場合、図８に示すように、径方向における転動ボール４４とリテーナ４５との係り代β２の大きさは、転動ボール４４が外周ボール転動溝２３ａ１内を転動する場合における係り代β１より小さくなる。

従って、転動ボール４４がねじ山５２上を転動している場合に、転動ボール４４とデフレクタ４３の天井面４３ｃとの間に、所定の隙間αを超える隙間が生じると、転動ボール４４が、リテーナ４５の円筒部４５ａ（隔離部４５ｅ）の外周面上に乗り上げる虞がある。なお、このとき、所定の隙間αとは、転動ボール４４がねじ山５２の外周面とデフレクタ４３の天井面４３ｃとの間で径方向に移動可能な距離をいう。

転動ボール４４が、隔離部４５ｅの外周面上に乗り上げると、転動ボール４４が天井面４３ｃと隔離部４５ｅとの間に挟まれる。これにより、転動ボール４４の良好な転動が阻害され、ボールねじ装置４０にトルク変動をもたらす虞がある。

そこで、本実施形態では、転動ボール４４が、ねじ山５２の外周面上を転動する際の、転動ボール４４とデフレクタ４３の天井面４３ｃとの間の隙間の大きさが、所定の隙間αとなるよう連結通路４３ｂの形状、特に、天井面４３ｃの形状を設定する。なお、所定の隙間αは、前述したように、転動ボール４４が良好に転動できるとともに、転動ボール４４が径方向に移動してもリテーナ４５の隔離部４５ｅの外周面に乗り上げない隙間の大きさである。所定の隙間αの大きさは、事前の実験等により導出すればよい。

（１−３−１．連結通路について）
デフレクタ４３の連結通路４３ｂについて説明する。前述したように、連結通路４３ｂは、外周ボール転動溝２３ａ１及び外周ボール転動溝２３ａ１間のねじ山５２と、デフレクタ４３に形成され外周ボール転動溝２３ａ１及びねじ山５２と対向する天井面４３ｃと、の間に形成される。

図９は、連結通路４３ｂを径方向視点から見た投影形状（投影図）である。径方向視点とは、図３に示す連結通路４３ｂを、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の径方向に、中心軸線側から外周に向かう向きで見る視点である。径方向視点から見た場合、連結通路４３ｂは、図９に示すように略Ｓ字形状を呈している。

連結通路４３ｂは、Ｓ字の中央部に直線部４３ｅを備え、直線部４３ｅの両端には、屈曲部４３ｆ，４３ｆを備える。なお、図９における連結通路４３ｂの中心線ＣＬ１は、径方向視点において転動ボール４４が連結通路４３ｂ内を転動して移動したときの転動ボール４４の中心点（中心）の移動軌跡と一致する。

両端の屈曲部４３ｆ，４３ｆは、転動ボール４４が外周ボール転動溝２３ａ１内から連結通路４３ｂ内にスムーズに流入するため、若しくは、転動ボール４４が連結通路４３ｂから排出され外周ボール転動溝２３ａ１内にスムーズに合流するために、外周ボール転動溝２３ａ１に沿った角度で形成される。

径方向視点において、連結通路４３ｂは、直線部４３ｅの中心点Ｏを中心として、点対称形状で形成される。なお、中心点Ｏは、径方向視点において、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の中心軸線と連結通路４３ｂの中心線ＣＬ１との交点である。

前述したように、図５は、連結通路４３ｂを、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の周方向（図３と同じ投影方向）から見たときのデフレクタ４３の天井面４３ｃ、及び転舵シャフト２０（ボールねじ軸）のねじ山５２の投影形状である（以降、この方向からの視点を周方向視点と称す）。なお、図５に示す投影形状は、図９における連結通路４３ｂの中心線ＣＬ１に沿った紙面奥行き方向への切断面に対する投影形状である。つまり、図５に示す天井面４３ｃの投影形状は、連結通路４３ｂにおける最大外径を示す。

周方向視点において、ねじ山５２は、頂面５３と、テーパ面５４と、を備える（図５参照）。本実施形態において、ねじ山５２とは、外周ボール転動溝２３ａ１間に形成される壁部５５のうち、頂面５３とテーパ面５４とを備える先端の部位をいう。頂面５３は、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の外周面２３ａの一部によって形成される。従って、頂面５３は、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の中心軸線を中心として円筒面状に形成される。

テーパ面５４は、頂面５３と外周ボール転動溝２３ａ１とを接続する平面である。テーパ面５４は、転舵シャフト２０において螺旋状に延在するねじ山５２の延在方向に沿って、ねじ山５２の頂面５３の両側に形成される。

デフレクタ４３側に設けられる天井面４３ｃは、実際には、連結通路４３ｂの中心線ＣＬ１の延在方向に沿って形成されている。しかし、本実施形態では、天井面４３ｃの形状を、周方向視点における投影形状によって規定するものとする。

天井面４３ｃの形状の設定について図１０に基づき説明する。なお、この説明を行なうため、周方向視点だけでなく、上述した径方向視点に基づく図、及び軸方向視点に基づく図を加えて説明する。また、図１０では、各視点における各図では、連結通路４３ｂにおける点対称の中心点Ｏを中心に、一方側の直線部４３ｅ、及び屈曲部４３ｆのみ記載し説明する。

上述したように、周方向視点は、図１０の右下に示すように、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の中心軸線と転動ボール４４の中心点とを含む平面に垂直な方向から連結通路４３ｂを見る視点である。よって、転動ボール４４の移動に応じてその方向は随時変動する。周方向視点からの図は、周方向視点から見たねじ山５２の輪郭、及びねじ山５２上を転動する転動ボール４４の移動の様子を示す。

まず、径方向視点に基づいて説明する。図１０に示す径方向視点において、中心点ａ−中心点ｆは、連結通路４３ｂ内を移動する転動ボール４４の中心位置を示す。
中心点ａは、径方向視点において、頂面５３の中央、即ち、連結通路４３ｂの中心点Ｏに一致する。そして、中心点ａは、周方向視点における転動ボール４４の位置を示す円Ｃ１に示すように、頂面５３との接点である点Ｖ（＝中心点Ｏ）における転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ１（図１１参照）が、周方向視点における頂面５３と一致するときの転動ボール４４の中心点である。

中心点ｂは、転動ボール４４が頂面５３とテーパ面５４との交線である第二交線ＣＲ２上の点Ｗと接した状態における転動ボール４４の中心点の位置である。なお、このとき、径方向視点において、中心点ｂは、点Ｗと一致している。また、このとき、周方向視点から見ると、転動ボール４４は、転動ボール４４の位置を示す円Ｃ２に示すように、点Ｗにおける転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ２（図１１参照）が、周方向視点における頂面５３と一致している。つまり、転動ボール４４は、第二交線ＣＲ２上の点Ｗにおいて周方向視点における頂面５３と接している。

次に、中心点ｃは、転動ボール４４が頂面５３とテーパ面５４との交線である第二交線ＣＲ２上に位置する点Ｗ１と接した状態で、且つ点Ｗ１を支点として所定角度だけ回転した状態における転動ボール４４の中心点の位置である。回転した状態は、周方向視点における図に示す（回転後の転動ボール４４の位置を示す円Ｃ３参照）。なお、このとき、点Ｗ１は、点Ｗに対して第二交線ＣＲ２上において第二交線ＣＲ２方向に若干、変位している。

また、このとき、周方向視点から見ると、転動ボール４４は、円Ｃ３に示すように、点Ｗ１における転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ３（図１１参照）が、周方向視点におけるテーパ面５４と一致している。つまり、転動ボール４４は、第二交線ＣＲ２上の点Ｗ１において、テーパ面５４と接している。

次に、中心点ｄは、転動ボール４４がテーパ面５４と外周ボール転動溝２３ａ１との交線である第一交線ＣＲ１上に位置する点Ｘと接した状態における転動ボール４４の中心点の位置である。なお、このときの転動ボール４４は、テーパ面５４に対し、周方向視点から見た円Ｃ３と同じ傾きを有したままテーパ面５４上を移動している（移動後の転動ボール４４の位置を示す円Ｃ４参照）。

また、転動ボール４４は、周方向視点から見た円Ｃ４に示すように、点Ｘにおける転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ４（図１１参照）が、周方向視点におけるテーパ面５４と一致している。つまり、転動ボール４４は、第一交線ＣＲ１上の点Ｘにおいて、テーパ面５４と接している。

次に、中心点ｅは、転動ボール４４がテーパ面５４と外周ボール転動溝２３ａ１との交線である第一交線ＣＲ１上に位置する点Ｘ１と接した状態で、且つ点Ｘ１を支点として所定角度だけ回転した状態における転動ボール４４の中心点の位置である。回転した状態は、周方向視点における図に示す（回転後の転動ボール４４の位置を示す円Ｃ５参照）。なお、このとき、点Ｘ１は、点Ｘに対して第一交線ＣＲ１上において第一交線ＣＲ１方向に若干、変位している。

また、このとき、周方向視点から見ると、転動ボール４４は、円Ｃ５に示すように、点Ｘ１における転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ５（図１１参照）が、周方向視点における外周ボール転動溝２３ａ１の点Ｘ１における接面と一致している。つまり、転動ボール４４は、第二交線ＣＲ２上の点Ｘ１において、外周ボール転動溝２３ａ１と接している。

次に、中心点ｆは、転動ボール４４が外周ボール転動溝２３ａ１内に移動し、連結通路４３ｂの出入口４３ａに到達した状態での転動ボール４４の径方向視点における転動ボール４４の中心点である。よって、中心点ｆの径方向位置は、ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）に一致する。なお、ＰＣＤは、公知であるので、詳細な説明は省略する。

（１−３−２．天井面の形状の設定）
次に、天井面４３ｃの形状の設定について説明する。図１０の左上の軸方向視点の図に示すように、天井面４３ｃは、軸方向視点において、第一Ｒ部５６と、第二Ｒ部５７と、直線部５８と、を備える。本実施形態においては、第一Ｒ部５６は、転動ボール４４が、連結通路４３ｂに沿って移動する、ねじ山５２の頂面５３におけるＶとＷとの間の範囲に対向する範囲に設定される。

つまり、第一Ｒ部５６は、径方向視点において、転動ボール４４の中心点が中心点ａから中心点ｂまで移動する範囲内において、軸方向視点における転動ボール４４と天井面４３ｃとの間に、一定の第一隙間α１(α)が設けられるように形成される。このとき、一定の第一隙間α１は、連結通路４３ｂ内において、転動ボール４４が良好に転動できるとともに、転動ボール４４が第一隙間α１内を径方向に移動しても、転動ボール４４がリテーナ４５の外周面上に乗り上げることがない寸法である。また、第一隙間α１は半径分の隙間とする。

第一隙間α１は、事前に、設計検討及び実験結果等に基づき設定される。第一Ｒ部５６は、転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の中心軸線を中心とする単一の第一曲率半径Ｒ１で形成される。また、本実施形態において、第一隙間α１は、転動ボール４４が連結通路４３ｂの天井面４３ｃに沿って移動する場合の転動ボール４４の中心と、転動ボール４４が頂面５３に沿って移動する場合の転動ボール４４の中心と、の間の距離であると定義してもよい。

このように、第一Ｒ部５６の範囲、即ち第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との境界は、転動ボール４４が、点Ｗに接し、且つ転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ２が頂面５３に一致する状態（周方向視点における円Ｃ２参照）において、転動ボール４４の中心点ｂと点Ｗとをつなぐ線Ｌ１の延長線上で、且つ天井面４３ｃ上の点である点Ｂに位置するものとする（軸方向視点の図参照）。

なお、上記において、第一Ｒ部５６の第一曲率半径Ｒ１は、下記式（１）で表すことができる。
Ｒ１＝Ｒａ＋φＢ＋α１・・・（１）
Ｒａ；ねじ山５２の頂面５３の曲率半径（ｍｍ）
φＢ；転動ボール４４の直径（ｍｍ）
α１；第一隙間（ｍｍ）

このように、第一隙間α１を設けたことにより、転動ボール４４は、第一Ｒ部５６と対向する範囲内において、ねじ山５２の頂面５３（外周面）上をスムーズに転動できる。また、上述したように、第一隙間α１は、転動ボール４４が、天井面４３ｃと頂面５３との間を第一隙間α１の分だけ径方向に自在に移動しても、転動ボール４４が、リテーナ４５の外周面に乗りあげることがない寸法である。

しかし、リテーナ４５においては、リテーナ溝４５ｄの傾斜面４５ｂ、４５ｆの各溝幅ＷＡ，ＷＣ、所定角度θ、及び転動ボール４４の直径寸法φＢ等が、それぞれ公差を有して製造される。このため、各寸法の組み合わせ次第では、円筒部４５ａの径方向位置が、径方向において設計計算上の中心位置に対し、径方向内方にばらつく場合がある。このため、これらのばらつきも全て考慮に入れた上で、転動ボール４４とリテーナ４５との間の係り代β２が０以下とならないよう、第一隙間α１が設定されることが好ましい。これにより、転動ボール４４が、リテーナ４５の円筒部４５ａ（隔離部４５ｅ）の外周面上に乗り上げることを確実に防止できる。

第二Ｒ部５７は、第一Ｒ部５６の第一曲率半径Ｒ１より小さな第二曲率半径Ｒ２で形成される（Ｒ１＞Ｒ２）。第二Ｒ部５７は、天井面４３ｃ上の点Ｂにおいて、第一Ｒ部５６に内接（接線接続）するよう配置される。従って、第二Ｒ部５７の中心は、点Ｂと転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の中心軸線とを結んだ線上にある。また、図１０に示すように、第二Ｒ部５７は、第一Ｒ部５６が形成される範囲より、外周ボール転動溝２３ａ１の溝底側に形成される。

そして、第二Ｒ部５７から外周ボール転動溝２３ａ１の溝底側に延びる直線部５８と点Ｆとが接続される。点Ｆとは、上述した径方向視点における転動ボール４４の中心点ｆと、このときの転動ボール４４が外周ボール転動溝２３ａ１内で接する点（図略）と、をつなぐ線（図略）の延長線上で、且つ天井面４３ｃ上の点である。点Ｆは、連結通路４３ｂの出入口４３ａにおける最大外径点である。

点Ｆにおける転舵シャフト２０（ボールねじ軸）の中心軸線からの距離Ｒ３は、下記式（２）で表すことができる。
Ｒ３＝（ＰＣＤ／２）＋（φＢ／２）＋α２・・・（２）
ＰＣＤ；ピッチ円直径（ｍｍ）
φＢ；転動ボール４４の直径（ｍｍ）
α２；第二隙間（ｍｍ）

つまり、転動ボール４４が、外周ボール転動溝２３ａ１に配置された状態で、転動ボール４４と点Ｆとの間に第二隙間α２が確保されるように、点Ｆにおけるボールねじ中心からの距離（Ｒ３）が形成される。これにより、連結通路４３ｂは滑らかに形成され、転動ボール４４がスムーズに循環可能となる。

（１−４．作用）
上記実施形態のボールねじ装置４０において、径方向視点における中心点ａ−中心点ｆの間の各位置に対する、軸方向視点における転動ボール４４と天井面４３ｃとの間の隙間α及びリテーナ４５と転動ボール４４との係り代の計算データを図１２に示す。なお、図１２には、本発明との比較のため、従来技術の一例として、単一の曲率半径Ｒのみによって天井面を形成した場合における計算データ（破線参照）も合わせて記載する。ただし、従来技術を構成する各部品の形状及び寸法等は、天井面の形状以外、本実施形態と同じであるものとして計算する。図１２のグラフは、横軸が、連結通路４３ｂにおける転動ボール４４の位置を示し、縦軸が隙間α、及びリテーナ４５と転動ボール４４との係り代の大きさを示す。なお、図１２のグラフにおいては、係り代をβ１、β２で区別せず、係り代βとして表す。

図１２のグラフの破線に示すように、従来技術においては、中心点ａ−中心点ｂの範囲内では中心点ａの位置において、隙間αが最も大きくなっている。また、中心点ｂを越えた位置で隙間αが最も小さくなっている。そして、これに伴い、中心点ａにおいて、リテーナと転動ボールとの係り代が大幅に小さくなっている。このため、中心点ａの位置近傍においては、転動ボールが隙間α分だけ径方向外方に移動し、リテーナの外周面に乗り上げる虞がある。

しかしながら、本実施形態においては、従来技術において最も、リテーナ４５と転動ボール４４との係り代が小さくなる中心点ａ−中心点ｂの範囲において、一定の第一隙間α１が確保されている。また、これに伴い、リテーナ４５と転動ボール４４との間には、一定の第一隙間α１に応じた一定の係り代βが確保されている。このため、転動ボール４４が第一隙間α１分だけ径方向外方に移動しても、リテーナ４５と転動ボール４４との間における係り代は所定値を超えて小さくならないので、転動ボール４４がリテーナ４５の外周面に乗り上げる虞はない。

なお、中心点ａ−中心点ｂの範囲を超えた、中心点ｂ−中心点ｆの範囲については、ともに、隙間αが移動とともに大きくなる。しかし、中心点ｂ−中心点ｆにおいては、転動ボール４４は、外周ボール転動溝２３ａ１内に向かって移動していく。このため、リテーナ４５と転動ボール４４との間の係り代の大きさとしては、十分な大きさが確保でき、ともに転動ボール４４がリテーナ４５の外周面に乗り上げる虞はない。

＜２．その他＞
（２−１．変形例１）
上記実施形態では、天井面４３ｃにおける第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との境界を点Ｂとした。しかし、この態様には、限らない。変形例１として、第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との境界は、点Ｄよりねじ山５２の頂面５３と径方向で対向する側に位置するようにしてもよい（図１０参照）。つまり、第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との境界を点Ｂと点Ｄの間の範囲に設けても良い。

図１０に示すように、このとき、点Ｄは、テーパ面５４と外周ボール転動溝２３ａ１との交線である第一交線ＣＲ１上に位置する点Ｘに接し、且つ転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ４がテーパ面５４に一致する状態において、転動ボール４４の中心点ｄ（中心）と点Ｘとをつなぐ線の延長線上の点であって、天井面４３ｃ上における点である。なお、第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との接続、及び第二Ｒ部５７と点Ｆとの接続は上記実施形態と同様である。これによっても、相応の効果が得られる。

（２−２．変形例２）
また、変形例２として、第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との境界は、点Ｂと点Ｃとの間の範囲に設けてもよい。図１０に示すように、このとき、点Ｃは、頂面５３とテーパ面５４との交線である第二交線ＣＲ２上に位置する点Ｗ１と接し、且つ点Ｗ１における転動ボール４４の外周面の接面ＦＡ３が、周方向視点におけるテーパ面５４と一致している状態において、転動ボール４４の中心点ｃと点Ｗ１とをつなぐ線の延長線上の点であって、天井面４３ｃ上における点である。なお、第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との接続、及び第二Ｒ部５７と点Ｆとの接続は上記実施形態と同様である。これによっても、相応の効果が得られる。

（２−３．変形例３）
また、変形例３として、第二Ｒ部５７と点Ｆとの間には、直線部５８を有していなくても良い。つまり第二Ｒ部５７を点Ｆに直接接続してもよい（図略）。これにより、第二Ｒ部５７と点Ｆとの間に若干の段差が生じる場合はあるが、相応の効果は得られる。

（２−４．変形例４）
また、変形例４として、ねじ山５２は、テーパ面５４を備えていなくても良い。これによっても、同様の効果が得られる。

＜３．実施形態による効果＞
上記実施形態によれば、ボールねじ装置４０は、外周面２３ａに外周ボール転動溝２３ａ１を螺旋状に形成したボールねじ軸２０（転舵シャフト）と、内周面に内周ボール転動溝２１ａ１を螺旋状に形成し、外周ボール転動溝２３ａ１と内周ボール転動溝２１ａ１との間で螺旋軌道４７を形成するボールナット２１と、ボールナット２１に設けられ、外周ボール転動溝２３ａ１間のねじ山５２を跨ぐ連結通路４３ｂを形成するデフレクタ４３と、略一巻きの螺旋軌道４７ａと連結通路４３ｂとにより形成される循環路５１内に整列して収容される複数の転動ボール４４と、ボールねじ軸２０（転舵シャフト）とボールナット２１との間に配置されると共に、転動ボール４４を保持するリテーナ溝４５ｄを有するリテーナ４５と、を備える。

連結通路４３ｂは、外周ボール転動溝２３ａ１、及び外周ボール転動溝２３ａ１間のねじ山５２と、デフレクタ４３に形成され外周ボール転動溝２３ａ１及びねじ山５２と対向する天井面４３ｃと、の間に形成され、ねじ山５２の頂面５３は、ボールねじ軸２０の中心軸線を中心とする円筒面状に形成され、連結通路４３ｂの天井面４３ｃは、ボールねじ軸２０の軸線方向から見たときの天井面４３ｃの投影形状が、少なくとも、転動ボール４４がねじ山５２の頂面５３を転動可能な範囲内において、転動ボール４４と天井面４３ｃとの間に一定の第一隙間α１が設けられるように、ボールねじ軸２０の中心軸線を中心とする単一の第一曲率半径Ｒ１で形成される第一Ｒ部５６と、天井面４３ｃの投影形状が、第一Ｒ部５６の範囲より外周ボール転動溝２３ａ１の溝底側において、第一曲率半径Ｒ１より小さな第二曲率半径Ｒ２で形成される第二Ｒ部と、を備える。

これにより、少なくとも、転動ボール４４が、リテーナ４５の外周面に最も乗り上げ易いとされる、ねじ山５２の頂面を転動する範囲内において、転動ボール４４と天井面４３ｃとの間が、一定の第一隙間α１を確保するよう天井面４３ｃの第一Ｒ部５６が形成されるので、転動ボール４４が、リテーナ４５の外周面に乗り上げることを確実に防止できる。

また、上記変形例１によれば、ねじ山５２は、ねじ山５２の頂面５３と外周ボール転動溝２３ａ１とを接続するテーパ面５４を備え、テーパ面５４と外周ボール転動溝２３ａ１との交線である第一交線ＣＲ１上に位置する点を点Ｘとし、転動ボール４４が点Ｘに接し且つ転動ボール４４の外周面の接面がテーパ面５４に一致する状態において、転動ボール４４の中心と点Ｘとをつなぐ線の延長線上の点であって、天井面４３ｃ上における点を点Ｄとし、第一Ｒ部５６と第二Ｒ部５７との境界は、点Ｄよりねじ山５２の頂面５３と径方向で対向する側に位置する。これにより、連結通路４３ｂにおいて、より広い範囲で転動ボール４４のリテーナ４５の外周面への乗り上げが防止される。

また、上記実施形態によれば、テーパ面５４と頂面５３との交線である第二交線ＣＲ２上に位置する点を点Ｗとし、転動ボール４４が点Ｗに接し且つ転動ボール４４の外周面の接面が頂面５３に一致する状態において、転動ボール４４の中心と点Ｗとをつなぐ線の延長線上の点であって、天井面４３ｃ上における点を点Ｂとし、境界は、点Ｂに位置する。これにより、転動ボール４４のリテーナ４５の外周面への乗り上げが防止される範囲が明確に設定される。

また、上記実施形態によれば、第二Ｒ部５７は、単一の第二曲率半径Ｒ２で形成される。これにより、加工が簡易となり、コスト低減に寄与する。ただし、第二Ｒ部５７は、複数の曲率半径をつないで形成しても良い。これにより、コストは上昇するが、転動ボール４４と天井面４３ｃとの間の隙間をより精度よく制御できる。

また、上記実施形態によれば、連結通路４３ｂの天井面４３ｃは、第二Ｒ部５７に接続され、第二Ｒ部５７から外周ボール転動溝２３ａ１の溝底側に延びる直線部５８をさらに備える。これにより、第二Ｒ部５７と螺旋軌道４７とをスムーズに接続することができる。

また、上記実施形態によれば、ステアリング装置１０が、上記実施形態に記載のボールねじ装置４０を備える。これにより、転動ボール４４が、リテーナ４５の外周面に乗り上げることを確実に防止できる信頼性の高いボールねじ装置４０を備える信頼性の高いステアリング装置１０が得られる。

また、上記実施形態では、操舵補助機構３０は、転舵シャフト２０のボールねじ軸と、回転軸が平行に配置されたモータＭを駆動源として転舵シャフト２０に操舵補助力を付与した。しかし、この態様には限らない。操舵補助機構は、従来技術（特許第５１２００４０号公報）に示す、モータの回転軸が転舵シャフト２０のボールねじ軸と同一位置に配置されるタイプのものでもよい。これによっても、同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、ボールねじ装置４０を、電動パワーステアリング装置１０等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。さらには、ボールねじ装置４０は、他のどのようなボールねじ装置にも適用できる。

１０；ステアリング装置（電動パワーステアリング装置）、 ２１；ボールナット、 ２１ａ１；内周ボール転動溝、 ２３；ボールねじ部、 ２３ａ；外周面、 ２３ａ１；外周ボール転動溝、 ４０；ボールねじ装置、 ４３；デフレクタ、 ４３ａ；出入口、 ４３ｂ；連結通路、 ４３ｃ；天井面、 ４３ｅ；直線部、 ４３ｆ；屈曲部、 ４４；転動ボール、 ４５；リテーナ、 ４７；螺旋軌道、 ４７ａ；略一巻の螺旋軌道、 ５１；循環路、 ５２；ねじ山、 ５３；頂面、 ５４；テーパ面、 ５６；第一Ｒ部、 ５７；第二Ｒ部、 ５８；直線部、 ａ−ｆ；中心（中心点）、 Ｂ−Ｆ；点、 ＣＲ１；第一交線、 ＣＲ２；第二交線、 ＦＡ１−ＦＡ５；接面、 Ｖ，Ｗ，Ｘ；点、 Ｒ１；第一曲率半径、 Ｒ２；第二曲率半径、 α１；第一隙間、 β，β１，β２；係り代、 φＢ；転動ボールの直径寸法。

Claims (6)

1. 外周面に外周ボール転動溝を螺旋状に形成したボールねじ軸と、
   内周面に内周ボール転動溝を螺旋状に形成し、前記外周ボール転動溝と前記内周ボール転動溝との間で螺旋軌道を形成するボールナットと、
   前記ボールナットに設けられ、前記外周ボール転動溝間のねじ山を跨ぐ連結通路を形成するデフレクタと、
   略一巻きの前記螺旋軌道と前記連結通路とにより形成される循環路内に整列して収容される複数の転動ボールと、
   前記ボールねじ軸と前記ボールナットとの間に配置されると共に、前記転動ボールを保持するリテーナ溝を有するリテーナと、
   を備え、
   前記連結通路は、前記外周ボール転動溝及び前記外周ボール転動溝間の前記ねじ山と、前記デフレクタに形成され前記外周ボール転動溝及び前記ねじ山と対向する天井面と、の間に形成され、
   前記ねじ山の頂面は、前記ボールねじ軸の中心軸線を中心とする円筒面状に形成され、
   前記連結通路の前記天井面は、
   前記ボールねじ軸の軸線方向から見たときの前記天井面の投影形状が、少なくとも、前記転動ボールが前記ねじ山の前記頂面を転動可能な範囲内において、前記転動ボールと前記天井面との間に一定の第一隙間が設けられるように、前記ボールねじ軸の中心軸線を中心とする単一の第一曲率半径で形成される第一Ｒ部と、
   前記天井面の前記投影形状が、前記第一Ｒ部の範囲より前記外周ボール転動溝の溝底側において、前記第一曲率半径より小さな第二曲率半径で形成される第二Ｒ部と、
   を備える、ボールねじ装置。
2. 前記ねじ山は、前記ねじ山の前記頂面と前記外周ボール転動溝とを接続するテーパ面を備え、
   前記テーパ面と前記外周ボール転動溝との交線である第一交線上に位置する点を点Ｘとし、
   前記転動ボールが前記点Ｘに接し且つ前記転動ボールの外周面の接面が前記テーパ面に一致する状態において、前記転動ボールの中心と前記点Ｘとをつなぐ線の延長線上の点であって、前記天井面上における点を点Ｄとし、
   前記第一Ｒ部と前記第二Ｒ部との境界は、前記点Ｄより前記ねじ山の前記頂面と径方向で対向する側に位置する、請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記テーパ面と前記頂面との交線である第二交線上に位置する点を点Ｗとし、
   前記転動ボールが前記点Ｗに接し且つ前記転動ボールの外周面の接面が前記頂面に一致する状態において、前記転動ボールの中心と前記点Ｗとをつなぐ線の延長線上の点であって、前記天井面上における点を点Ｂとし、
   前記境界は、前記点Ｂに位置する、請求項２に記載のボールねじ装置。
4. 前記第二Ｒ部は、単一の曲率半径で形成される、請求項１−３の何れか１項に記載のボールねじ装置。
5. 前記連結通路の前記天井面は、前記第二Ｒ部に接続され、前記第二Ｒ部から前記外周ボール転動溝の溝底側に延びる直線部をさらに備える、請求項１−４の何れか１項に記載のボールねじ装置。
6. 請求項１−５の何れか１項に記載のボールねじ装置を備えるステアリング装置。

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