KR102021026B1 - 볼 나사 장치 및 전동 파워 스티어링 장치 - Google Patents

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Abstract

볼 나사 장치는, 나사축과, 너트와, 복수의 볼과, 엔드 디플렉터를 구비한다. 나사축은, 외주면에 제 1 나사 홈을 가진다. 너트는, 내주면에 마련되는 제 2 나사 홈, 단면에 마련되는 노치, 및 나사축의 축 방향에 대하여 직교하는 노치의 바닥면에 마련되고 또한 축 방향으로 관통하는 되돌림 구멍을 가진다. 복수의 볼은, 제 1 나사 홈과 제 2 나사 홈과의 사이를 구른다. 엔드 디플렉터는, 노치에 끼워진다. 너트는, 노치의 측면 중 제 2 나사 홈과 되돌림 구멍과의 사이의 위치에 곡면부를 구비한다. 축 방향에 대하여 직교하고 또한 제 2 나사 홈 및 노치를 지나는 평면에서 너트를 자른 제 1 단면에 있어서, 곡면부는, 너트의 회전축을 중심으로 한 방사 방향에서 제 2 나사 홈보다 외측에 위치하는 점을 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 포함한다.

Description

볼 나사 장치 및 전동 파워 스티어링 장치
본 발명은, 볼 나사 장치 및 전동 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.
회전 운동을 직진 운동으로 변환하는 장치로서 볼 나사 장치가 알려져 있다. 볼 나사 장치는, 나사축과, 너트와, 복수의 볼을 구비하고 있다. 예를 들면 특허 문헌 1에는, 볼 나사 장치의 일례가 기재되어 있다. 특허 문헌 1에 기재되는 볼 나사 장치는, 나사축과 너트와의 사이에 형성되는 전동(轉動) 홈과, 너트 단면의 노치에 끼워지는 순환 피스(엔드 디플렉터)와, 너트를 축 방향으로 관통하는 볼 되돌림 통로를 구비한다. 복수의 볼은, 전동 홈과, 너트 단면의 노치 및 엔드 디플렉터에 의해 형성되는 볼 순환로와, 볼 되돌림 통로에 의해 무한 순환한다.
일본공개특허 특개2004-36644호 공보
그러나, 특허 문헌 1의 볼 나사 장치에 있어서는, 볼이 볼 순환로로부터 전동 홈으로 들어갈 때에 조금이지만 볼이 진행 방향으로부터 어긋나는 경우가 있다. 이 때문에, 볼이 너트의 나사 홈의 에지에 충돌할 가능성이 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 볼의 움직임을 매끄럽게 할 수 있는 볼 나사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태와 관련된 볼 나사 장치는, 외주면에 제 1 나사 홈을 가지는 나사축과, 내주면에 마련되는 제 2 나사 홈, 단면에 마련되는 노치, 및 상기 나사축의 축 방향에 대하여 직교하는 상기 노치의 바닥면에 마련되고 또한 상기 축 방향으로 관통하는 되돌림 구멍을 가지는 너트와, 상기 제 1 나사 홈과 상기 제 2 나사 홈과의 사이를 구르는 복수의 볼과, 상기 노치에 끼워지는 엔드 디플렉터를 구비하고, 상기 너트는, 상기 노치의 측면 중 상기 제 2 나사 홈과 상기 되돌림 구멍과의 사이의 위치에 곡면부를 구비하고, 상기 축 방향에 대하여 직교하고 또한 상기 제 2 나사 홈 및 상기 노치를 지나는 평면에서 상기 너트를 자른 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부는, 상기 너트의 회전축을 중심으로 한 방사 방향에서 상기 제 2 나사 홈보다 외측에 위치하는 점을 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 포함한다.
이에 따라, 볼이 노치측으로부터 제 2 나사 홈으로 들어갈 때에, 곡면부에 의해 볼이 제 1 나사 홈측에 가까워진다. 이 때문에, 볼은, 노치측으로부터 제 2 나사 홈으로 들어가기 전에 제 1 나사 홈에 접하여, 제 1 나사 홈에 가이드된다. 제 1 나사 홈에 가이드된 볼은, 제 1 나사 홈의 한가운데를 지난다. 이 때문에, 볼과 너트의 에지와의 충돌이 억제된다. 따라서, 볼 나사 장치는, 볼의 움직임을 매끄럽게 할 수 있다. 또한, 볼 나사 장치는, 볼의 충돌에 의한 소리의 발생을 억제할 수 있다.
볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 너트는, 상기 바닥면의 상기 되돌림 구멍의 가장자리에 제 1 오목부를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 볼이 되돌림 구멍으로 들어갈 때의 움직임, 및 볼이 되돌림 구멍으로부터 나올 때의 움직임이 매끄러워진다.
볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 바닥면에 대하여 직교하고 또한 상기 되돌림 구멍의 중심을 지나는 평면에서 상기 너트를 자른 제 2 단면에 있어서, 상기 제 1 오목부의 표면은, 상기 방사 방향에서 상기 되돌림 구멍보다 내측에 위치하는 점을 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 곡면부로부터 되돌림 구멍을 향하는 볼의 움직임, 및 되돌림 구멍으로부터 곡면부를 향하는 볼의 움직임이 보다 매끄러워진다.
볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 너트는, 상기 바닥면 중 상기 제 2 나사 홈측의 단부(端部)에 제 2 오목부를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 엔드 디플렉터 중 제 2 오목부에 대응하는 부분의 두께가 커진다. 이 때문에, 엔드 디플렉터의 내구성이 향상된다.
볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부의 상기 제 2 나사 홈으로부터 먼 측의 단부에 있어서의 접선인 제 1 접선은, 상기 되돌림 구멍의 접선과 동등한 것이 바람직하다. 이에 따라, 곡면부로부터 되돌림 구멍을 향하는 볼의 움직임, 및 되돌림 구멍으로부터 곡면부를 향하는 볼의 움직임이 매끄러워진다.
볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 너트는, 상기 노치의 측면 중 상기 바닥면을 사이에 두고 상기 곡면부와는 반대측에 위치하는 평면부를 구비하고, 상기 제 1 단면에 있어서, 상기 평면부를 포함하는 직선은 상기 제 1 접선에 대하여 평행하지 않은 것이 바람직하다. 이에 따라, 되돌림 구멍의 위치를 방사 방향의 내측에 배치하기 쉬워지므로, 제 2 나사 홈으로부터 되돌림 구멍까지의 거리를 짧게 하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 양태와 관련된 전동 파워 스티어링 장치는, 볼 나사 장치를 구비한다. 이에 따라, 전동 파워 스티어링 장치는, 보조 조타력이 전달되는 부재의 움직임을 매끄럽게 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 볼의 움직임을 매끄럽게 할 수 있는 볼 나사 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태와 관련된 스티어링 장치의 개략을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 본 실시 형태와 관련된 볼 나사 장치의 주변의 단면도이다.
도 3은, 본 실시 형태와 관련된 볼 나사 장치의 정면도이다.
도 4는, 도 3에 있어서의 A-A 단면도이다.
도 5는, 도 4에 있어서의 B-B 단면도이다.
도 6은, 본 실시 형태와 관련된 엔드 디플렉터의 사시도이다.
도 7은, 본 실시 형태와 관련된 너트 및 엔드 디플렉터의 사시도이다.
도 8은, 볼이 제 2 나사 홈으로부터 멀어지는 범위를 나타내기 위한 정면도이다.
도 9는, 제 1 변형예에 있어서의, 도 4의 B-B 단면에 상당하는 단면도이다.
도 10은, 제 2 변형예에 있어서의, 도 4의 B-B 단면에 상당하는 단면도이다.
도 11은, 제 3 변형예와 관련된 너트의 사시도이다.
도 12는, 제 3 변형예와 관련된 엔드 디플렉터의 사시도이다.
도 13은, 제 4 변형예와 관련된 너트의 사시도이다.
도 14는, 제 4 변형예와 관련된 너트의 노치를 확대한 사시도이다.
도 15는, 도 14에 있어서의 C-C 단면도이다.
도 16은, 제 4 변형예와 관련된 엔드 디플렉터의 사시도이다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 하기의 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시 형태라고 함)에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시 형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 하기 실시 형태에서 개시한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다.
(실시 형태)
도 1은, 본 실시 형태와 관련된 스티어링 장치의 개략을 나타내는 모식도이다. 도 2는, 본 실시 형태와 관련된 볼 나사 장치의 주변의 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 전동 파워 스티어링 장치(80)는, 조작자로부터 부여되는 힘이 전달되는 순으로, 스티어링 휠(81)과, 스티어링 샤프트(82)와, 유니버셜 조인트(84)와, 로어 샤프트(85)와, 유니버셜 조인트(86)와, 피니언 샤프트(87)와, 피니언(88)과, 볼 나사 장치(1)와, 전동 모터(93)를 구비한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 스티어링 휠(81)은 스티어링 샤프트(82)에 연결되어 있다. 스티어링 샤프트(82)의 일단이 스티어링 휠(81)에 연결되고, 스티어링 샤프트(82)의 타단이 유니버셜 조인트(84)에 연결된다. 로어 샤프트(85)는, 유니버셜 조인트(84)를 개재하여 스티어링 샤프트(82)에 연결된다. 로어 샤프트(85)의 일단이 유니버셜 조인트(84)에 연결되고, 타단이 유니버셜 조인트(86)에 연결된다. 피니언 샤프트(87)의 일단이 유니버셜 조인트(86)에 연결되고, 타단이 피니언(88)에 연결된다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 볼 나사 장치(1)는, 랙(2)(나사축)과, 너트(3)와, 볼(4)을 구비한다. 피니언(88)은, 랙(2)에 맞물린다. 피니언(88) 및 랙(2)은, 피니언 샤프트(87)에 전달된 회전 운동을 직진 운동으로 변환한다. 랙(2)은, 타이 로드(89)에 연결된다. 랙(2)이 이동함으로써 차륜의 각도가 변화된다.
전동 모터(93)는, 예를 들면 브러시리스 모터이지만, 브러시(슬라이더) 및 커뮤테이터(정류자)를 구비하는 모터여도 된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 전동 모터(93)는, 하우징(930)에 고정되어 있다. 전동 모터(93)의 샤프트에는, 예를 들면 소(小) 풀리(11)가 장착되어 있다. 소 풀리(11)는, 벨트(12)를 개재하여 대(大) 풀리(13)에 연결된다. 대 풀리(13)는 너트(3)에 장착되어 있다. 이 때문에, 전동 모터(93)가 구동되면, 너트(3)가 회전축(Z)을 중심으로 회전한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 랙(2)이 너트(3)를 관통하고 있다. 너트(3)는 베어링(10)을 개재하여 하우징(930)에 고정되어 있다. 베어링(10)은, 외륜(15)과, 내륜(17)과, 외륜(15) 및 내륜(17)의 사이에 위치하는 전동체(16)를 구비한다. 외륜(15)이 하우징(930)에 고정되어 있다. 내륜(17)은, 예를 들면 너트(3)와 일체로 형성되어 있다. 너트(3)는, 랙(2)의 축 방향(이하, 간단히 축 방향이라고 함)에 위치 결정되어 있다. 즉, 너트(3)는 회전 가능하지만, 축 방향으로 이동하지 않는다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 랙(2)의 외주면에 있는 제 1 나사 홈(21)과 너트(3)의 내주면에 있는 제 2 나사 홈(31)과의 사이에 복수의 볼(4)이 배치되어 있다. 볼(4)은, 제 1 나사 홈(21)과 제 2 나사 홈(31)과의 사이를 무한 순환한다. 너트(3)가 회전하면, 랙(2)이 축 방향으로 이동한다. 볼 나사 장치(1)는, 회전 운동을 직진 운동으로 변환한다. 전동 모터(93)에서 발생한 토크에 의해, 랙(2)을 이동시키기 때문에 필요로 하는 힘이 작아진다. 즉, 전동 파워 스티어링 장치(80)에는, 랙 어시스트식이 채용되고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 전동 파워 스티어링 장치(80)는, ECU(Electronic Control Unit)(90)와, 토크 센서(94)와, 차속 센서(95)를 구비한다. 전동 모터(93), 토크 센서(94) 및 차속 센서(95)는, ECU(90)와 전기적으로 접속된다. 토크 센서(94)는, 예를 들면 피니언(88)에 장착되어 있다. 토크 센서(94)는, 피니언(88)에 전달된 조타 토크를 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 ECU(90)에 출력한다. 차속 센서(95)는, 전동 파워 스티어링 장치(80)가 탑재되는 차체의 주행 속도(차속)를 검출한다. 차속 센서(95)는, 차체에 구비되고, 차속을 CAN 통신에 의해 ECU(90)에 출력한다.
ECU(90)는, 전동 모터(93)의 동작을 제어한다. ECU(90)는, 토크 센서(94) 및 차속 센서(95)의 각각으로부터 신호를 취득한다. ECU(90)에는, 이그니션 스위치(98)가 온인 상태에서, 전원 장치(99)(예를 들면 차량 탑재의 배터리)로부터 전력이 공급된다. ECU(90)는, 조타 토크 및 차속에 의거하여 보조 조타 지령값을 산출한다. ECU(90)는, 보조 조타 지령값에 의거하여 전동 모터(93)로 공급하는 전력값을 조절한다. ECU(90)는, 전동 모터(93)로부터 유기 전압의 정보 또는 전동 모터(93)에 마련된 리졸버 등으로부터 출력되는 정보를 취득한다. ECU(90)가 전동 모터(93)를 제어함으로써, 스티어링 휠(81)의 조작에 필요로 하는 힘이 작아진다.
도 3은, 본 실시 형태와 관련된 볼 나사 장치의 정면도이다. 도 4는, 도 3에 있어서의 A-A 단면도이다. 도 5는, 도 4에 있어서의 B-B 단면도이다. 도 6은, 본 실시 형태와 관련된 엔드 디플렉터의 사시도이다. 도 7은, 본 실시 형태와 관련된 너트 및 엔드 디플렉터의 사시도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 너트(3)는, 제 2 나사 홈(31)과, 노치(33)와, 되돌림 구멍(35)을 구비한다. 제 2 나사 홈(31)은, 도 4에 나타내는 바와 같이 예를 들면 고딕 아크 형상(2개의 원호의 조합으로 형성되는 형상)이다. 랙(2)의 제 1 나사 홈(21)도, 도 4에 나타내는 바와 같이 예를 들면 고딕 아크 형상이다. 볼(4)은, 제 1 나사 홈(21)과 제 2 나사 홈(31)과의 사이를 구른다. 볼(4)은, 제 1 나사 홈(21) 상의 점(21a) 및 점(21b), 및 제 2 나사 홈(31) 상의 점(31a) 및 점(31b)에 접한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 홈 바닥선(C1), 볼 외형선(C2), 및 볼 중심선(C3)이 일직선 상에 나열되어 있다. 홈 바닥선(C1)은, 제 2 나사 홈(31)의 바닥이 그리는 선이다. 볼 외형선(C2)은, 점(31a) 및 점(31b)의 중간에 위치하는 볼(4)의 표면 상의 점이 그리는 선(궤적)이다. 볼 중심선(C3)은, 볼(4)의 중심이 그리는 선(궤적)이다.
노치(33)는, 너트(3)의 일방의 단면 및 타방의 단면에 마련된다. 즉, 너트(3)는 2개의 노치(33)를 구비한다. 노치(33)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 회전축(Z)에 대하여 직교하는 표면인 바닥면(BS)과, 바닥면(BS)과 평행하고 또한 바닥면(BS)에 대하여 축 방향으로 어긋난 보조 바닥면(AS)과, 바닥면(BS)에 대하여 직교하는 표면인 측면(LS)을 구비한다. 노치(33)의 바닥면(BS)에 대응하는 부분은, 노치(33)의 보조 바닥면(AS)에 대응하는 부분보다 축 방향으로 깊다. 되돌림 구멍(35)은, 바닥면(BS)에 마련되고, 축 방향으로 너트(3)를 관통한다. 되돌림 구멍(35)은, 너트(3)의 일방의 단면에 있는 노치(33)에서부터 타방의 단면에 있는 노치(33)에 이르고 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 너트(3)는, 측면(LS)에 제 1 곡면부(61)와, 제 1 평면부(64)과, 제 2 곡면부(69)와, 제 2 평면부(66)를 구비한다. 제 1 곡면부(61)는, 바닥면(BS)에 대하여 직교하는 곡면으로서, 제 2 나사 홈(31)에 연결된다. 도 5는, 도 4의 B-B 단면이지만, 바꿔 말하면 축 방향에 대하여 직교하고 또한 제 2 나사 홈(31) 및 노치(33)를 지나는 평면에서 너트(3)를 자른 단면이다. 더 구체적으로 말하면, 도 5는, 축 방향에 대하여 직교하고 또한 제 2 나사 홈(31)의 바닥의 단부를 지나는 평면에서 너트(3)를 자른 단면이다. 도 5에 나타내는 단면에 있어서, 제 1 곡면부(61)는, 점(P61)을 중심으로 한 원호를 그린다. 점(P61)은, 회전축(Z)를 중심으로 한 방사 방향(이하, 간단히 방사 방향이라고 함)에서 제 2 나사 홈(31)보다 외측에 위치한다. 제 1 곡면부(61)의 일단의 점(P611)은, 홈 바닥선(C1) 상에 위치한다. 점(P611)을 지나는 제 1 곡면부(61)의 접선(L1)은, 점(P611)을 지나는 홈 바닥선(C1)의 접선(L2)과 동등하다. 즉, 제 1 곡면부(61)의 중심인 점(P61)과, 제 1 곡면부(61) 및 홈 바닥선(C1)의 교점인 점(P611)과, 회전축(Z) 상의 점(PZ)이 일직선 상에 있다.
제 1 평면부(64)는, 바닥면(BS)에 대하여 직교하는 평면으로서, 제 1 곡면부(61)에 연결된다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 평면부(64)의 일단은, 제 1 곡면부(61)의 타단의 점(P612)에 중첩된다. 점(P612)은, 제 1 곡면부(61)의 제 2 나사 홈(31)으로부터 먼 단부이다. 제 1 평면부(64)의 제 1 곡면부(61)로부터 먼 단부의 점(P642)은, 되돌림 구멍(35)이 그리는 원 상에 위치한다. 점(P612)을 지나는 제 1 곡면부(61)의 접선(L3)은, 점(P642)을 지나는 되돌림 구멍(35)의 접선(L4)과 동등하다. 접선(L3)은, 제 1 평면부(64)에 중첩된다.
제 2 곡면부(69)는, 바닥면(BS)에 대하여 직교하는 곡면이다. 제 2 곡면부(69)는, 되돌림 구멍(35)을 사이에 두고 제 1 곡면부(61) 및 제 1 평면부(64)와는 반대측에 위치한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 2 곡면부(69)는, 방사 방향에서 제 2 나사 홈(31)보다 외측에 위치하는 점을 중심으로 한 원호를 그리지만, 제 2 나사 홈(31)과 되돌림 구멍(35)과의 사이에 배치되어 있지 않은 점에서 제 1 곡면부(61)와는 상이하다.
제 2 평면부(66)는, 바닥면(BS)에 대하여 직교하는 평면이며, 바닥면(BS)을 사이에 두고 제 1 곡면부(61) 및 제 1 평면부(64)와는 반대측에 위치한다. 제 2 평면부(66)는, 너트(3)의 내주면에 연결된다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 2 평면부(66)를 포함하는 직선(L5)은 접선(L3)(접선(L4))과 교차한다. 즉, 직선(L5)은 접선(L3)(접선(L4))에 대하여 평행하지 않다. 직선(L5)과 접선(L3)(접선(L4))이 이루는 각도 θ는, 45° 이하인 것이 바람직하다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 너트(3)는, 바닥면(BS)에 제 1 오목부(71)와, 제 2 오목부(72)를 구비한다. 제 1 오목부(71)는, 예를 들면 축 방향에 대하여 직교하는 평면이다. 제 1 오목부(71)는, 되돌림 구멍(35)의 가장자리에 배치된다. 예를 들면, 제 1 오목부(71)는, 축 방향에서 볼 때 되돌림 구멍(35)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싼다. 바꿔 말하면, 제 1 오목부(71)의 바닥면에 되돌림 구멍(35)이 마련되어 있다. 제 2 오목부(72)는, 예를 들면 축 방향에 대하여 직교하는 평면이다. 제 2 오목부(72)는, 바닥면(BS) 중 제 2 나사 홈(31)측의 단부에 배치된다.
볼 나사 장치(1)는, 도 6에 나타내는 엔드 디플렉터(5)를 구비한다. 엔드 디플렉터(5)는, 도 7에 나타내는 바와 같이 너트(3)의 노치(33)에 끼워진다. 엔드 디플렉터(5)는, 제 2 나사 홈(31)의 단부에 도달한 볼(4)을 되돌림 구멍(35)으로 유도하기 위한 부재이다. 제 2 나사 홈(31)의 단부에 도달한 볼(4)은, 노치(33)와 엔드 디플렉터(5)와의 사이에 형성되는 통로(36)(도 7 참조)를 지나 되돌림 구멍(35)에 이른다. 또한, 엔드 디플렉터(5)는, 되돌림 구멍(35)으로부터 나온 볼(4)을 제 2 나사 홈(31)의 단부에 유도하기 위한 부재이기도 하다. 되돌림 구멍(35)으로부터 나온 볼(4)은, 통로(36)를 지나 제 2 나사 홈(31)의 단부에 이른다. 예를 들면 너트(3)가 일정 방향으로 회전하고 있을 때, 일방의 엔드 디플렉터(5)가 볼(4)을 제 2 나사 홈(31)으로부터 되돌림 구멍(35)으로 유도하고, 타방의 엔드 디플렉터(5)가 되돌림 구멍(35)으로부터 나온 볼(4)을 제 2 나사 홈(31)으로 유도한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 엔드 디플렉터(5)는, 기부(基部)(50)와, 돌기(59)와, 제 1 아암(51)과, 제 2 아암(52)을 구비한다. 기부(50)는, 축 방향에서 되돌림 구멍(35)에 중첩된다. 기부(50)는, 노치(33)의 바닥면(BS)에 면하는 측에 있는 단면(505)에 제 1 볼록부(501)를 구비한다. 제 1 볼록부(501)는, 노치(33)의 제 1 오목부(71)에 끼워진다. 돌기(59)는, 기부(50)로부터 제 2 나사 홈(31)과는 반대측을 향해 돌출된다. 돌기(59)는, 노치(33)의 보조 바닥면(AS) 및 제 2 곡면부(69)에 접한다. 이에 따라, 엔드 디플렉터(5)가 안정된다(어긋나기 어려워진다).
제 1 아암(51)은, 기부(50)로부터 제 2 나사 홈(31)을 향해 돌출된다. 제 1 아암(51)은, 노치(33)의 제 1 곡면부(61)를 따른 곡면부(51a)를 구비한다. 제 2 아암(52)은, 기부(50)로부터 제 2 나사 홈(31)을 향해 돌출된다. 제 1 아암(51)과 제 2 아암(52)과의 사이에는 간극이 마련되어 있다. 제 2 아암(52)은, 노치(33)의 제 1 곡면부(61)를 따른 곡면부(52a)를 구비한다. 제 2 아암(52)은, 노치(33)의 바닥면(BS)에 면하는 측에 제 2 볼록부(522)를 구비한다. 제 2 볼록부(522)는, 노치(33)의 제 2 오목부(72)에 끼워진다.
도 8은, 볼이 제 2 나사 홈으로부터 멀어지는 범위를 나타내기 위한 정면도이다. 제 2 나사 홈(31)이 회전축(Z)을 중심으로 한 나선 형상이므로, 나선의 감김수가 많아질수록 볼(4)의 수가 증가한다. 1개의 볼(4)에 가해지는 하중은, 볼(4)의 수가 증가할수록 작아진다. 한편, 볼(4)이 통로(36)(도 7 참조) 및 되돌림 구멍(35)을 지나고 있을 때, 볼(4)은 제 2 나사 홈(31)에 접하지 않는다. 즉, 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)으로부터 멀어져, 볼(4)에 하중이 가해지지 않는다. 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)으로부터 멀어지는 범위에 있는 볼(4)의 수가 증가하면, 1개의 볼(4)에 가해지는 하중이 커진다. 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)으로부터 멀어지는 범위를 작게 하면, 하중을 받는 볼(4)의 수가 증가하므로, 1개의 볼(4)에 가해지는 하중은 작아진다. 볼(4)에 가해지는 하중이 크면 볼 나사 장치(1)의 수명이 짧아지므로, 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)으로부터 멀어지는 범위는 작은 것이 바람직하다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)으로부터 멀어지는 범위는, 평면(S1) 및 평면(S2)에 의해 구획 지어지는 범위이다. 평면(S1)은, 회전축(Z)을 포함하고 또한 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)으로부터 멀어지는 점을 지나는 평면이다. 평면(S2)은, 회전축(Z)을 포함하고 또한 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)에 접하기 시작하는 점을 지나는 평면이다. 평면(S1)과 평면(S2)이 이루는 각도 α는, 평면(S1)과 평면(S3)이 이루는 각도 β의 2배이다. 평면(S3)은, 회전축(Z)을 포함하고 또한 되돌림 구멍(35)의 중심을 지나는 평면이다.
노치가 직선 형상으로 형성되는 경우, 볼이 나사 홈으로부터 멀어지는 범위를 작게 하는 것에는 한계가 있었다. 노치가 직선 형상으로 형성되는 경우에 볼이 나사 홈으로부터 멀어지는 범위는, 도 8에 나타내는 바와 같이 평면(S1X) 및 평면(S2X)에 의해 구획 지어지는 범위가 된다. 평면(S1X)은, 회전축(Z)을 포함하고 또한 축 방향에서 본 경우의 제 2 나사 홈(31)이 그리는 원과 직선 T1과의 교점을 지나는 평면이다. 직선 T1은, 축 방향에서 본 경우의 되돌림 구멍(35)이 그리는 원과 제 2 나사 홈(31)이 그리는 원과의 공통 접선이다. 평면(S2X)은, 회전축(Z)을 포함하고 또한 축 방향에서 본 경우의 제 2 나사 홈(31)이 그리는 원과 직선 T2와의 교점을 지나는 평면이다. 직선 T2는, 평면(S3)에 대하여 직선 T1과 대칭인 직선이다. 본 실시 형태에 있어서는, 너트(3)가 제 1 곡면부(61)를 구비힘으로써, 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)으로부터 멀어지는 범위가, 노치가 직선 형상으로 형성되는 경우보다 작게 되어 있다. 바꿔 말하면, 평면(S1)과 평면(S2)이 이루는 각도 α가 평면(S1X)과 평면(S2X)이 이루는 각도 γ보다 작게 되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태와 관련된 볼 나사 장치(1)에 있어서는, 수명이 길어지기 쉽다(부하 용량이 커지기 쉽다). 또한, 노치가 직선 형상으로 형성되는 경우에 비해, 엔드 디플렉터(5)가 작아지기 쉽다. 제 1 아암(51) 및 제 2 아암(52)이 짧아지므로, 엔드 디플렉터(5)의 내구성이 향상된다. 또한, 엔드 디플렉터(5)의 제조가 용이해진다.
또한, 볼 나사 장치(1)는, 반드시 전동 파워 스티어링 장치(80)에 이용되지 않아도 된다. 볼 나사 장치(1)는, 회전 운동을 직진 운동으로 변환할 필요가 있는 장치에 널리 적용할 수 있다.
또한, 도 5에 나타내는 단면에 있어서, 제 1 곡면부(61)의 단부에 있어서의 접선(L1)이 홈 바닥선(C1)의 접선과 동등하지 않아도 된다. 예를 들면 후술하는 제 2 변형예 및 제 3 변형예와 같이, 제 1 곡면부(61)의 단부에 있어서의 접선이, 홈 바닥선(C1)의 접선과 일치하고 있지 않아도 된다.
또한, 도 5에 나타내는 단면에 있어서 제 1 곡면부(61)는, 반드시 전체 길이에 걸쳐 점(P61)을 중심으로 한 원호를 그리고 있지 않아도 된다. 제 1 곡면부(61)는, 방사 방향에서 제 2 나사 홈(31)보다 외측에 위치하는 점을 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 적어도 포함하고 있으면 된다. 예를 들면 제 1 곡면부(61)는, 상이한 중심을 가지는 복수의 원호를 포함하고 있어도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 볼 나사 장치(1)는, 나사축(랙(2))과, 너트(3)와, 복수의 볼(4)과, 엔드 디플렉터(5)를 구비한다. 나사축은, 외주면에 제 1 나사 홈(21)을 가진다. 너트(3)는, 내주면에 마련되는 제 2 나사 홈(31), 단면에 마련되는 노치(33), 및 축 방향에 대하여 직교하는 노치(33)의 바닥면(BS)에 마련되고 또한 축 방향으로 관통하는 되돌림 구멍(35)을 가진다. 복수의 볼(4)은, 제 1 나사 홈(21)과 제 2 나사 홈(31)과의 사이를 구른다. 엔드 디플렉터(5)는, 노치(33)에 끼워진다. 너트(3)는, 노치(33)의 측면(LS) 중 제 2 나사 홈(31)과 되돌림 구멍(35)과의 사이의 위치에 곡면부(제 1 곡면부(61))를 구비한다. 축 방향에 대하여 직교하고 또한 제 2 나사 홈(31) 및 노치(33)를 지나는 평면에서 너트(3)를 자른 제 1 단면(도 5의 단면)에 있어서, 곡면부(제 1 곡면부(61))는, 방사 방향에서 제 2 나사 홈(31)보다 외측에 위치하는 점을 P61 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 포함한다.
가령 나사축이 회전하여 너트(3)가 직진하는 경우에는, 노치(33)가 연직 방향 상측에 위치하도록 배치됨으로써, 볼(4)의 자중(自重)에 의해 항상 볼(4)이 나사축측에 가까워지는 것이 가능하다. 이와 같이 함으로써, 볼(4)이 제 2 나사 홈(31)의 에지에 충돌하는 것이 방지된다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 너트(3)가 회전하여 나사축이 직진하는 경우에는, 노치(33)의 위치를 고정할 수 없다. 이에 비하여, 본 실시 형태와 관련된 볼 나사 장치(1)에 있어서는, 곡면부(제 1 곡면부(61))가 있음으로써, 볼(4)이 노치(33)측으로부터 제 2 나사 홈(31)으로 들어갈 때에, 곡면부(제 1 곡면부(61))에 의해 볼(4)이 제 1 나사 홈(21)측에 가까워진다. 이 때문에, 볼(4)은, 노치(33)측으로부터 제 2 나사 홈(31)으로 들어가기 전에 제 1 나사 홈(21)에 접하여, 제 1 나사 홈(21)에 가이드된다. 제 1 나사 홈(21)에 가이드된 볼(4)은, 제 1 나사 홈(21)의 한가운데를 지난다. 이 때문에, 볼(4)과 너트(3)의 에지에 충돌이 억제된다. 따라서, 볼 나사 장치(1)는, 볼(4)의 움직임을 매끄럽게 할 수 있다. 또한, 볼 나사 장치(1)는, 볼(4)의 충돌에 의한 소리의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 볼 나사 장치(1)에 있어서, 너트(3)는, 바닥면(BS)의 되돌림 구멍(35)의 가장자리에 제 1 오목부(71)를 구비한다. 이에 따라, 볼(4)이 되돌림 구멍(35)으로 들어갈 때의 움직임, 및 볼(4)이 되돌림 구멍(35)으로부터 나올 때의 움직임이 매끄러워진다.
또한, 볼 나사 장치(1)에 있어서, 너트(3)는, 바닥면(BS) 중 제 2 나사 홈(31)측의 단부에 제 2 오목부(72)를 구비한다. 이에 따라, 엔드 디플렉터(5) 중 제 2 오목부(72)에 대응하는 부분(제 2 아암(52))의 두께가 커진다. 이 때문에, 엔드 디플렉터(5)의 내구성이 향상된다.
또한, 제 1 단면(도 5의 단면)에 있어서, 곡면부(제 1 곡면부(61))의 제 2 나사 홈(31)으로부터 먼 측의 단부(점(P612))에 있어서의 접선인 제 1 접선(접선(L3))은, 되돌림 구멍(35)의 접선(L4)과 동등하다. 이에 따라, 곡면부(제 1 곡면부(61))로부터 되돌림 구멍(35)을 향하는 볼(4)의 움직임, 및 되돌림 구멍(35)으로부터 곡면부(제 1 곡면부(61))를 향하는 볼(4)의 움직임이 매끄러워진다.
또한, 볼 나사 장치(1)에 있어서, 너트(3)는, 노치(33)의 측면(LS) 중 바닥면(BS)을 사이에 두고 곡면부(제 1 곡면부(61))와는 반대측에 위치하는 평면부(제 2 평면부(66))를 구비한다. 제 1 단면(도 5의 단면)에 있어서, 평면부(제 2 평면부(66))가 그리는 직선(L5)은 제 1 접선(접선(L3))에 대하여 평행하지 않다. 이에 따라, 되돌림 구멍(35)의 위치를 방사 방향의 내측에 배치하기 쉬워지므로, 제 2 나사 홈(31)에서부터 되돌림 구멍(35)까지의 거리를 짧게 하는 것이 가능하다.
또한, 전동 파워 스티어링 장치(80)는, 볼 나사 장치(1)를 구비한다. 이에 따라, 전동 파워 스티어링 장치(80)는, 보조 조타력이 전달되는 부재(랙(2))의 움직임을 매끄럽게 할 수 있다.
(제 1 변형예)
도 9는, 제 1 변형예에 있어서의, 도 4의 B-B 단면에 상당하는 단면도이다. 또한, 상기 서술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
제 1 변형예와 관련된 노치(33A)는, 상기 서술한 제 1 곡면부(61)와는 상이한 형상의 제 1 곡면부(61A)를 가진다. 제 1 곡면부(61A)의 일단은 제 2 나사 홈(31)에 연결된다. 도 9에 나타내는 단면에 있어서, 제 1 곡면부(61A)는, 점(P61A)을 중심으로 한 원호를 그린다. 점(P61A)은, 방사 방향에서 제 2 나사 홈(31)보다 외측에 위치한다. 제 1 곡면부(61A)의 연장선 상의 점(P611A)은, 볼 외형선(C2) 상에 위치한다. 점(P611A)을 지나는 제 1 곡면부(61A)의 접선(L1A)은, 점(P611A)을 지나는 볼 외형선(C2)의 접선(L2A)과 동등하다. 즉, 제 1 곡면부(61A)의 중심인 점(P61A)과, 제 1 곡면부(61A) 및 볼 외형선(C2)의 교점인 점(P611A)과, 회전축(Z) 상의 점(PZ)이 일직선 상에 있다.
(제 2 변형예)
도 10은, 제 2 변형예에 있어서의, 도 4의 B-B 단면에 상당하는 단면도이다. 또한, 상기 서술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
제 2 변형예와 관련된 노치(33B)는, 상기 서술한 제 1 곡면부(61)와는 상이한 형상의 제 1 곡면부(61B)를 가진다. 제 1 곡면부(61B)의 일단은 제 2 나사 홈(31)에 연결된다. 도 10에 나타내는 단면에 있어서, 제 1 곡면부(61B)는, 점(P61B)을 중심으로 한 원호를 그린다. 점(P61B)은, 방사 방향에서 제 2 나사 홈(31)보다 외측에 위치한다. 제 1 곡면부(61B)의 연장선 상의 점(P611B)은, 볼 중심선(C3)과 교차한다. 점(P611B)을 지나는 제 1 곡면부(61B)의 접선(L1B)은, 점(P611B)을 지나는 볼 중심선(C3)의 접선(L2B)과 동등하다. 즉, 제 1 곡면부(61B)의 중심인 점(P61B)과, 제 1 곡면부(61B) 및 볼 중심선(C3)의 교점인 점(P611B)과, 회전축(Z) 상의 점(PZ)이 일직선 상에 있다.
(제 3 변형예)
도 11은, 제 3 변형예와 관련된 너트의 사시도이다. 도 12는, 제 3 변형예와 관련된 엔드 디플렉터의 사시도이다. 또한, 상기 서술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 제 3 변형예와 관련된 너트(3C)는, 노치(33C)에 상기 서술한 제 1 오목부(71) 및 제 2 오목부(72)를 가지지 않는다. 또한, 제 3 변형예와 관련된 엔드 디플렉터(5C)는, 상기 서술한 제 1 볼록부(501) 및 제 2 볼록부(522)를 가지지 않는다. 이에 따라, 너트(3C) 및 엔드 디플렉터(5C)의 제조가 용이해진다. 또한 제 3 변형예에 있어서, 볼(4)이 되돌림 구멍(35)의 가장자리를 지날 때에 볼(4)의 중심이 그리는 궤적 40C의 곡률 반경은, 예를 들면 볼(4)의 직경의 0.7배이다.
(제 4 변형예)
도 13은, 제 4 변형예와 관련된 너트의 사시도이다. 도 14는, 제 4 변형예와 관련된 너트의 노치를 확대한 사시도이다. 도 15는, 도 14에 있어서의 C-C 단면도이다. 도 16은, 제 4 변형예와 관련된 엔드 디플렉터의 사시도이다. 또한, 상기 서술한 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 제 4 변형예와 관련된 너트(3D)는, 노치(33D)의 바닥면(BS)에 제 1 오목부(75)를 구비한다. 도 15는, 도 14에 있어서의 C-C 단면이지만, 바꿔 말하면 바닥면(BS)에 대하여 직교하고 또한 되돌림 구멍(35)의 중심을 지나는 평면에서 너트(3D)를 자른 단면이다. 도 15에 나타내는 단면에 있어서, 제 1 오목부(75)의 표면은, 방사 방향에서 되돌림 구멍(35)보다 내측에 위치하는 점(P75)을 중심으로 한 원호를 그린다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 볼(4)이 제 1 오목부(75)의 표면 상을 지날 때에 볼(4)의 중심이 그리는 궤적 40D의 곡률 반경 D40은, 예를 들면 볼(4)의 직경의 1.5배이다. 곡률 반경 D40은, 볼(4)의 직경의 0.7배보다 크고 1.5배 이하인 것이 바람직하다.
제 4 변형예와 관련된 엔드 디플렉터(5D)의 기부(50D)에 있어서는, 단면(505D)이 상기 서술한 단면(505)보다 작다. 기부(50D)에 있어서는, 축 방향에서 제 1 오목부(75)에 중첩되는 부분이 노치되어 있다. 단면(505D)은, 도 14 및 도 15에 나타내는 위치 결정면(76)에 접한다. 위치 결정면(76)은 바닥면(BS)의 일부이다.
상기 서술한 바와 같이 제 4 변형예에 있어서, 바닥면(BS)에 대하여 직교하고 또한 되돌림 구멍(35)의 중심을 지나는 평면에서 너트(3D)를 자른 제 2 단면(도 15의 단면)에 있어서, 제 1 오목부(75)의 표면은, 방사 방향에서 되돌림 구멍(35)보다 내측에 위치하는 점(P75)을 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 포함한다. 이에 따라, 곡면부(제 1 곡면부(61))로부터 되돌림 구멍(35)을 향하는 볼(4)의 움직임, 및 되돌림 구멍(35)으로부터 곡면부(제 1 곡면부(61))를 향하는 볼(4)의 움직임이 보다 매끄러워진다.
1 볼 나사 장치
2 랙(나사축)
21 제 1 나사 홈
3 너트
31 제 2 나사 홈
33 노치
35 되돌림 구멍
36 통로
4 볼
5 엔드 디플렉터
50 기부
501 제 1 볼록부
51 제 1 아암
52 제 2 아암
522 제 2 볼록부
59 돌기
61 제 1 곡면부
64 제 1 평면부
66 제 2 평면부
69 제 2 곡면부
71 제 1 오목부
72 제 2 오목부
80 전동 파워 스티어링 장치
81 스티어링 휠
82 스티어링 샤프트
84 유니버셜 조인트
85 로어 샤프트
86 유니버셜 조인트
87 피니언 샤프트
88 피니언
89 타이 로드
90 ECU
93 전동 모터
94 토크 센서
95 차속 센서
98 이그니션 스위치
99 전원 장치
AS 보조 바닥면
BS 바닥면
C1 홈 바닥선
C2 볼 외형선
C3 볼 중심선
LS 측면
Z 회전축

Claims (15)

  1. 외주면에 제 1 나사 홈을 가지는 나사축과,
    내주면에 마련되는 제 2 나사 홈, 단면에 마련되는 노치, 및 상기 나사축의 축 방향에 대하여 직교하는 상기 노치의 바닥면에 마련되고 또한 상기 축 방향으로 관통하는 되돌림 구멍을 가지는 너트와,
    상기 제 1 나사 홈과 상기 제 2 나사 홈과의 사이를 구르는 복수의 볼과,
    상기 노치에 끼워지는 엔드 디플렉터를 구비하고,
    상기 너트는, 상기 노치의 측면 중 상기 제 2 나사 홈과 상기 되돌림 구멍과의 사이의 위치에 곡면부를 구비하며,
    상기 축 방향에 대하여 직교하고 또한 상기 제 2 나사 홈 및 상기 노치를 지나는 평면에서 상기 너트를 자른 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부는, 상기 너트의 회전축을 중심으로 한 방사 방향에서 상기 제 2 나사 홈보다 외측에 위치하는 점을 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 포함하는 볼 나사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 너트는, 상기 바닥면의 상기 되돌림 구멍의 가장자리에 제 1 오목부를 구비하는 볼 나사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바닥면에 대하여 직교하고 또한 상기 되돌림 구멍의 중심을 지나는 평면에서 상기 너트를 자른 제 2 단면에 있어서, 상기 제 1 오목부의 표면은, 상기 방사 방향에서 상기 되돌림 구멍보다 내측에 위치하는 점을 중심으로 한 원호를 그리는 부분을 포함하는 볼 나사 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 너트는, 상기 바닥면 중 상기 제 2 나사 홈측의 단부에 제 2 오목부를 구비하는 볼 나사 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 너트는, 상기 바닥면 중 상기 제 2 나사 홈측의 단부에 제 2 오목부를 구비하는 볼 나사 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 너트는, 상기 바닥면 중 상기 제 2 나사 홈측의 단부에 제 2 오목부를 구비하는 볼 나사 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부의 상기 제 2 나사 홈으로부터 먼 측의 단부에 있어서의 접선인 제 1 접선은, 상기 되돌림 구멍의 접선과 동등한 볼 나사 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부의 상기 제 2 나사 홈으로부터 먼 측의 단부에 있어서의 접선인 제 1 접선은, 상기 되돌림 구멍의 접선과 동등한 볼 나사 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부의 상기 제 2 나사 홈으로부터 먼 측의 단부에 있어서의 접선인 제 1 접선은, 상기 되돌림 구멍의 접선과 동등한 볼 나사 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부의 상기 제 2 나사 홈으로부터 먼 측의 단부에 있어서의 접선인 제 1 접선은, 상기 되돌림 구멍의 접선과 동등한 볼 나사 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부의 상기 제 2 나사 홈으로부터 먼 측의 단부에 있어서의 접선인 제 1 접선은, 상기 되돌림 구멍의 접선과 동등한 볼 나사 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 단면에 있어서, 상기 곡면부의 상기 제 2 나사 홈으로부터 먼 측의 단부에 있어서의 접선인 제 1 접선은, 상기 되돌림 구멍의 접선과 동등한 볼 나사 장치.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 너트는, 상기 노치의 측면 중 상기 바닥면을 사이에 두고 상기 곡면부와는 반대측에 위치하는 평면부를 구비하고,
    상기 제 1 단면에 있어서, 상기 평면부를 포함하는 직선은 상기 제 1 접선에 대하여 평행하지 않은 볼 나사 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 볼 나사 장치를 구비하는 전동 파워 스티어링 장치.
  15. 제 13 항에 기재된 볼 나사 장치를 구비하는 전동 파워 스티어링 장치.
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