WO2018147229A1 - ボールねじ装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2018147229A1
WO2018147229A1 PCT/JP2018/003820 JP2018003820W WO2018147229A1 WO 2018147229 A1 WO2018147229 A1 WO 2018147229A1 JP 2018003820 W JP2018003820 W JP 2018003820W WO 2018147229 A1 WO2018147229 A1 WO 2018147229A1
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nut
ball
return hole
surface portion
curved surface
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PCT/JP2018/003820
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雄介 萬
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日本精工株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F16H25/2214—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with elements for guiding the circulating balls
    • F16H25/2219—Axially mounted end-deflectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445—Screw drives
    • B62D5/0448—Ball nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts

Definitions

  • the present invention relates to a ball screw device and an electric power steering device.
  • a ball screw device is known as a device that converts rotational motion into straight motion.
  • the ball screw device includes a screw shaft, a nut, and a plurality of balls.
  • Patent Document 1 describes an example of a ball screw device.
  • the ball screw device described in Patent Document 1 includes a rolling groove formed between a screw shaft and a nut, a circulating top (end deflector) fitted in a notch on the end surface of the nut, and a nut penetrating in the axial direction. And a ball return passage.
  • the plurality of balls circulate infinitely through a rolling groove, a ball circulation path formed by a notch on the nut end face and an end deflector, and a ball return path.
  • This invention is made in view of said subject, Comprising: It aims at providing the ball screw apparatus which can make the motion of a ball
  • a ball screw device includes a screw shaft having a first screw groove on an outer peripheral surface, a second screw groove provided on an inner peripheral surface, and a notch provided on an end surface. And a nut provided on the bottom surface of the notch perpendicular to the axial direction of the screw shaft and having a return hole penetrating in the axial direction, and between the first screw groove and the second screw groove A plurality of balls that roll, and an end deflector that fits into the notch, and the nut includes a curved surface portion at a position between the second screw groove and the return hole in the side surface of the notch, In a first cross section in which the nut is cut in a plane perpendicular to the axial direction and passing through the second thread groove and the notch, the curved surface portion is a radial direction centered on the rotation axis of the nut. Centered on a point located outside the second thread groove And it includes a portion of an arc
  • the ball screw device can smooth the movement of the ball. Further, the ball screw device can suppress the generation of sound due to the collision of the ball.
  • the nut includes a first recess at an edge of the return hole on the bottom surface. Therefore, the movement when the ball enters the return hole and the movement when the ball exits the return hole become smooth.
  • the surface of the first recess is the return hole in the radial direction. It is preferable to include a portion that draws an arc centered on a point located on the inner side. Thereby, the movement of the ball from the curved surface portion toward the return hole and the movement of the ball from the return hole toward the curved surface portion become smoother.
  • the nut includes a second concave portion at an end of the bottom surface on the second screw groove side.
  • the thickness of the part corresponding to a 2nd recessed part among end deflectors becomes large. For this reason, durability of an end deflector improves.
  • a first tangent that is a tangent at an end portion of the curved surface portion far from the second screw groove is equal to a tangent of the return hole.
  • the nut includes a flat surface portion that is located on the opposite side of the curved surface portion across the bottom surface of the side surface of the notch, and includes the flat surface portion in the first cross section.
  • the straight line is preferably not parallel to the first tangent.
  • the electric power steering device includes a ball screw device. Thereby, the electric power steering apparatus can smooth the movement of the member to which the auxiliary steering force is transmitted.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an outline of a steering apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view of the periphery of the ball screw device according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a front view of the ball screw device according to the present embodiment.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of the end deflector according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of the nut and the end deflector according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a front view illustrating a range in which the ball is separated from the second thread groove.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to the BB cross section of FIG. 4 in the first modification.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to the BB cross section of FIG. 4 in the second modification.
  • FIG. 11 is a perspective view of a nut according to a third modification.
  • FIG. 12 is a perspective view of an end deflector according to a third modification.
  • FIG. 13 is a perspective view of a nut according to a fourth modification.
  • FIG. 14 is an enlarged perspective view of the notch of the nut according to the fourth modification.
  • 15 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 16 is a perspective view of an end deflector according to a fourth modification.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an outline of a steering apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view of the periphery of the ball screw device according to the present embodiment.
  • the electric power steering device 80 includes a steering wheel 81, a steering shaft 82, a universal joint 84, a lower shaft 85, a universal joint 86, in the order in which the force given by the operator is transmitted.
  • a pinion shaft 87, a pinion 88, a ball screw device 1, and an electric motor 93 are provided.
  • the steering wheel 81 is connected to a steering shaft 82.
  • One end of the steering shaft 82 is connected to the steering wheel 81, and the other end of the steering shaft 82 is connected to the universal joint 84.
  • the lower shaft 85 is connected to the steering shaft 82 via the universal joint 84.
  • One end of the lower shaft 85 is connected to the universal joint 84, and the other end is connected to the universal joint 86.
  • One end of the pinion shaft 87 is connected to the universal joint 86 and the other end is connected to the pinion 88.
  • the ball screw device 1 includes a rack 2 (screw shaft), a nut 3, and a ball 4.
  • the pinion 88 meshes with the rack 2.
  • the pinion 88 and the rack 2 convert the rotational motion transmitted to the pinion shaft 87 into a straight motion.
  • the rack 2 is connected to the tie rod 89. The wheel angle changes as the rack 2 moves.
  • the electric motor 93 is, for example, a brushless motor, but may be a motor including a brush (slider) and a commutator (commutator). As shown in FIG. 2, the electric motor 93 is fixed to the housing 930. For example, a small pulley 11 is attached to the shaft of the electric motor 93. The small pulley 11 is connected to the large pulley 13 via the belt 12. The large pulley 13 is attached to the nut 3. For this reason, when the electric motor 93 is driven, the nut 3 rotates around the rotation axis Z.
  • the rack 2 passes through the nut 3.
  • the nut 3 is fixed to the housing 930 via the bearing 10.
  • the bearing 10 includes an outer ring 15, an inner ring 17, and rolling elements 16 positioned between the outer ring 15 and the inner ring 17.
  • the outer ring 15 is fixed to the housing 930.
  • the inner ring 17 is formed integrally with the nut 3, for example.
  • the nut 3 is positioned in the axial direction of the rack 2 (hereinafter simply referred to as the axial direction). That is, the nut 3 can rotate but does not move in the axial direction.
  • a plurality of balls 4 are arranged between the first screw groove 21 on the outer peripheral surface of the rack 2 and the second screw groove 31 on the inner peripheral surface of the nut 3.
  • the ball 4 circulates infinitely between the first screw groove 21 and the second screw groove 31.
  • the ball screw device 1 converts rotational motion into linear motion. Due to the torque generated by the electric motor 93, the force required to move the rack 2 is reduced.
  • the electric power steering device 80 employs a rack assist type.
  • the electric power steering apparatus 80 includes an ECU (Electronic Control Unit) 90, a torque sensor 94, and a vehicle speed sensor 95.
  • the electric motor 93, the torque sensor 94, and the vehicle speed sensor 95 are electrically connected to the ECU 90.
  • the torque sensor 94 is attached to the pinion 88, for example.
  • the torque sensor 94 outputs the steering torque transmitted to the pinion 88 to the ECU 90 by CAN (Controller Area Network) communication.
  • the vehicle speed sensor 95 detects the traveling speed (vehicle speed) of the vehicle body on which the electric power steering device 80 is mounted.
  • the vehicle speed sensor 95 is provided in the vehicle body and outputs the vehicle speed to the ECU 90 by CAN communication.
  • the ECU 90 controls the operation of the electric motor 93.
  • the ECU 90 acquires signals from each of the torque sensor 94 and the vehicle speed sensor 95.
  • the ECU 90 is supplied with electric power from a power supply device 99 (for example, an in-vehicle battery) in a state where the ignition switch 98 is on.
  • the ECU 90 calculates an auxiliary steering command value based on the steering torque and the vehicle speed.
  • the ECU 90 adjusts the power value supplied to the electric motor 93 based on the auxiliary steering command value.
  • the ECU 90 acquires information on the induced voltage from the electric motor 93 or information output from a resolver or the like provided in the electric motor 93. As the ECU 90 controls the electric motor 93, the force required to operate the steering wheel 81 is reduced.
  • FIG. 3 is a front view of the ball screw device according to the present embodiment.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of the end deflector according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of the nut and the end deflector according to the present embodiment.
  • the nut 3 includes a second thread groove 31, a notch 33, and a return hole 35.
  • the second thread groove 31 has, for example, a Gothic arc shape (a shape formed by a combination of two arcs).
  • the first thread groove 21 of the rack 2 also has, for example, a Gothic arc shape as shown in FIG.
  • the ball 4 rolls between the first screw groove 21 and the second screw groove 31.
  • the ball 4 is in contact with the points 21 a and 21 b on the first screw groove 21 and the points 31 a and 31 b on the second screw groove 31.
  • the groove bottom line C1, the ball outline C2, and the ball center line C3 are aligned on a straight line.
  • the groove bottom line C ⁇ b> 1 is a line drawn by the bottom of the second screw groove 31.
  • the ball outline C2 is a line (trajectory) drawn by a point on the surface of the ball 4 located between the point 31a and the point 31b.
  • the ball center line C3 is a line (trajectory) drawn by the center of the ball 4.
  • the notch 33 is provided on one end surface and the other end surface of the nut 3. That is, the nut 3 includes two notches 33. As shown in FIG. 5, the notch 33 includes a bottom surface BS that is a surface orthogonal to the rotation axis Z, an auxiliary bottom surface AS that is parallel to the bottom surface BS and is axially displaced from the bottom surface BS, and a bottom surface And a side surface LS that is a surface orthogonal to the BS. The portion corresponding to the bottom surface BS of the notch 33 is deeper in the axial direction than the portion corresponding to the auxiliary bottom surface AS of the notch 33.
  • the return hole 35 is provided in the bottom surface BS and penetrates the nut 3 in the axial direction. The return hole 35 extends from the notch 33 on one end face of the nut 3 to the notch 33 on the other end face.
  • the nut 3 includes a first curved surface portion 61, a first flat surface portion 64, a second curved surface portion 69, and a second flat surface portion 66 on the side surface LS.
  • the first curved surface portion 61 is a curved surface that is orthogonal to the bottom surface BS and is connected to the second screw groove 31.
  • FIG. 5 is a cross section taken along the line BB of FIG. 4, in other words, a cross section obtained by cutting the nut 3 along a plane orthogonal to the axial direction and passing through the second screw groove 31 and the notch 33. More specifically, FIG.
  • FIG. 5 is a cross section obtained by cutting the nut 3 along a plane that is orthogonal to the axial direction and passes through the bottom end of the second thread groove 31.
  • the first curved surface portion 61 draws an arc centered on the point P61.
  • the point P61 is located outside the second screw groove 31 in the radial direction around the rotation axis Z (hereinafter simply referred to as the radial direction).
  • a point P611 at one end of the first curved surface portion 61 is located on the groove bottom line C1.
  • a tangent line L1 of the first curved surface portion 61 passing through the point P611 is equal to a tangent line L2 of the groove bottom line C1 passing through the point P611.
  • the point P61 that is the center of the first curved surface portion 61, the point P611 that is the intersection of the first curved surface portion 61 and the groove bottom line C1, and the point PZ on the rotation axis Z are on a straight line.
  • the first plane portion 64 is a plane orthogonal to the bottom surface BS and is connected to the first curved surface portion 61. As shown in FIG. 5, one end of the first flat surface portion 64 overlaps the point P612 at the other end of the first curved surface portion 61.
  • a point P612 is an end portion of the first curved surface portion 61 that is far from the second screw groove 31.
  • a point P642 at the end of the first flat surface portion 64 far from the first curved surface portion 61 is located on a circle drawn by the return hole 35.
  • a tangent line L3 of the first curved surface portion 61 passing through the point P612 is equal to a tangent line L4 of the return hole 35 passing through the point P642.
  • the tangent line L3 overlaps the first flat surface portion 64.
  • the second curved surface portion 69 is a curved surface that is orthogonal to the bottom surface BS.
  • the second curved surface portion 69 is located on the opposite side of the first curved surface portion 61 and the first flat surface portion 64 with the return hole 35 interposed therebetween.
  • the second curved surface portion 69 draws an arc centered at a point located outside the second screw groove 31 in the radial direction, but between the second screw groove 31 and the return hole 35.
  • the first curved surface portion 61 is different from the first curved surface portion 61 in that the first curved surface portion 61 is not disposed.
  • the second plane portion 66 is a plane orthogonal to the bottom surface BS, and is located on the opposite side of the first curved surface portion 61 and the first plane portion 64 with the bottom surface BS interposed therebetween.
  • the second flat surface portion 66 is connected to the inner peripheral surface of the nut 3.
  • the straight line L5 including the second plane part 66 intersects the tangent line L3 (tangent line L4). That is, the straight line L5 is not parallel to the tangent line L3 (tangent line L4).
  • the angle ⁇ formed by the straight line L5 and the tangent line L3 (tangent line L4) is preferably 45 ° or less.
  • the nut 3 includes a first recess 71 and a second recess 72 on the bottom surface BS.
  • the first recess 71 is, for example, a plane orthogonal to the axial direction.
  • the first recess 71 is disposed at the edge of the return hole 35.
  • the 1st recessed part 71 surrounds the return hole 35 over a perimeter seeing from an axial direction.
  • the return hole 35 is provided on the bottom surface of the first recess 71.
  • the 2nd recessed part 72 is a plane orthogonal to an axial direction, for example.
  • the second recess 72 is disposed at the end of the bottom surface BS on the second screw groove 31 side.
  • the ball screw device 1 includes an end deflector 5 shown in FIG.
  • the end deflector 5 fits into the notch 33 of the nut 3 as shown in FIG.
  • the end deflector 5 is a member for guiding the ball 4 reaching the end of the second screw groove 31 to the return hole 35.
  • the ball 4 reaching the end of the second thread groove 31 reaches the return hole 35 through a passage 36 (see FIG. 7) formed between the notch 33 and the end deflector 5.
  • the end deflector 5 is also a member for guiding the ball 4 coming out from the return hole 35 to the end of the second screw groove 31.
  • the ball 4 coming out of the return hole 35 reaches the end of the second screw groove 31 through the passage 36.
  • one end deflector 5 guides the ball 4 from the second screw groove 31 to the return hole 35, and the other end deflector 5 moves the ball 4 coming out of the return hole 35. Guide to the second thread groove 31.
  • the end deflector 5 includes a base 50, a protrusion 59, a first arm 51, and a second arm 52.
  • the base 50 overlaps the return hole 35 in the axial direction.
  • the base 50 includes a first convex portion 501 on an end surface 505 on the side facing the bottom surface BS of the notch 33.
  • the first convex portion 501 fits into the first concave portion 71 of the notch 33.
  • the protrusion 59 protrudes from the base 50 toward the side opposite to the second screw groove 31.
  • the protrusion 59 contacts the auxiliary bottom surface AS of the notch 33 and the second curved surface portion 69. Thereby, the end deflector 5 is stabilized (is less likely to be displaced).
  • the first arm 51 protrudes from the base 50 toward the second screw groove 31.
  • the first arm 51 includes a curved surface portion 51 a along the first curved surface portion 61 of the notch 33.
  • the second arm 52 protrudes from the base 50 toward the second screw groove 31.
  • a gap is provided between the first arm 51 and the second arm 52.
  • the second arm 52 includes a curved surface portion 52 a along the first curved surface portion 61 of the notch 33.
  • the second arm 52 includes a second convex portion 522 on the side facing the bottom surface BS of the notch 33. The second convex portion 522 fits into the second concave portion 72 of the notch 33.
  • FIG. 8 is a front view for showing a range in which the ball is separated from the second thread groove. Since the second screw groove 31 has a spiral shape centered on the rotation axis Z, the number of balls 4 increases as the number of turns of the spiral increases. The load applied to one ball 4 decreases as the number of balls 4 increases. On the other hand, when the ball 4 passes through the passage 36 (see FIG. 7) and the return hole 35, the ball 4 does not contact the second screw groove 31. That is, the ball 4 is separated from the second thread groove 31 and no load is applied to the ball 4. As the number of balls 4 in the range in which the balls 4 are separated from the second thread grooves 31 increases, the load applied to one ball 4 increases.
  • the range in which the balls 4 are separated from the second thread grooves 31 is reduced, the number of balls 4 that receive the load increases, so the load applied to one ball 4 is reduced. If the load applied to the ball 4 is large, the life of the ball screw device 1 is shortened. Therefore, it is desirable that the range in which the ball 4 is separated from the second screw groove 31 is small.
  • the range in which the ball 4 is separated from the second thread groove 31 is a range delimited by the plane S1 and the plane S2.
  • the plane S1 is a plane including the rotation axis Z and passing through a point where the ball 4 is separated from the second thread groove 31.
  • the plane S2 is a plane including the rotation axis Z and passing through a point where the ball 4 starts to contact the second thread groove 31.
  • the angle ⁇ formed by the plane S1 and the plane S2 is twice the angle ⁇ formed by the plane S1 and the plane S3.
  • the plane S3 is a plane that includes the rotation axis Z and passes through the center of the return hole 35.
  • the range in which the ball is separated from the thread groove is a range delimited by the plane S1X and the plane S2X as shown in FIG.
  • the plane S1X is a plane including the rotation axis Z and passing through the intersection of the circle drawn by the second screw groove 31 and the straight line T1 when viewed from the axial direction.
  • the straight line T1 is a common tangent line between the circle drawn by the return hole 35 and the circle drawn by the second screw groove 31 when viewed from the axial direction.
  • the plane S2X is a plane including the rotation axis Z and passing through the intersection of the circle drawn by the second screw groove 31 and the straight line T2 when viewed from the axial direction.
  • the straight line T2 is a straight line symmetrical to the straight line T1 with respect to the plane S3.
  • the range in which the ball 4 is separated from the second screw groove 31 is smaller than the case where the notch is formed in a linear shape.
  • the angle ⁇ formed by the plane S1 and the plane S2 is smaller than the angle ⁇ formed by the plane S1X and the plane S2X.
  • the life tends to be long (the load capacity tends to be large).
  • the end deflector 5 is likely to be smaller than when the notch is formed in a straight line. Since the first arm 51 and the second arm 52 are shortened, the durability of the end deflector 5 is improved. In addition, the end deflector 5 can be easily manufactured.
  • the ball screw device 1 is not necessarily used for the electric power steering device 80.
  • the ball screw device 1 can be widely applied to devices that need to convert rotational motion into linear motion.
  • the tangent line L1 at the end of the first curved surface portion 61 may not be equal to the tangent line of the groove bottom line C1.
  • the tangent at the end of the first curved surface portion 61 may not coincide with the tangent of the groove bottom line C1.
  • the first curved surface portion 61 does not necessarily have to draw an arc centered on the point P61 over the entire length.
  • the 1st curved surface part 61 should just contain the part which draws the circular arc centering on the point located in the radial direction outside the 2nd screw groove 31.
  • the first curved surface portion 61 may include a plurality of arcs having different centers.
  • the ball screw device 1 includes a screw shaft (rack 2), a nut 3, a plurality of balls 4, and an end deflector 5.
  • the screw shaft has a first screw groove 21 on the outer peripheral surface.
  • the nut 3 includes a second screw groove 31 provided on the inner peripheral surface, a notch 33 provided on the end surface, and a return hole 35 provided on the bottom surface BS of the notch 33 orthogonal to the axial direction and penetrating in the axial direction.
  • the end deflector 5 fits into the notch 33.
  • the nut 3 includes a curved surface portion (first curved surface portion 61) at a position between the second screw groove 31 and the return hole 35 in the side surface LS of the notch 33.
  • first curved surface portion first curved surface portion 61
  • the curved surface portion is in the radial direction. And includes a portion that draws an arc with the point located outside the second thread groove 31 as the center of P61.
  • the notch 33 is arranged so as to be positioned on the upper side in the vertical direction, so that the ball 4 can always be brought closer to the screw shaft side by the weight of the ball 4. It is. This prevents the ball 4 from colliding with the edge of the second screw groove 31.
  • the position of the notch 33 cannot be fixed.
  • the curved surface portion (first curved surface portion 61) causes the curved surface when the ball 4 enters the second screw groove 31 from the notch 33 side. The ball 4 is brought closer to the first screw groove 21 side by the portion (first curved surface portion 61).
  • the ball 4 is in contact with the first screw groove 21 and guided by the first screw groove 21 before entering the second screw groove 31 from the notch 33 side.
  • the ball 4 guided by the first screw groove 21 passes through the middle of the first screw groove 21. For this reason, a collision is suppressed at the edge of the ball 4 and the nut 3. Therefore, the ball screw device 1 can smooth the movement of the ball 4. Further, the ball screw device 1 can suppress the generation of sound due to the collision of the balls 4.
  • the nut 3 includes a first recess 71 at the edge of the return hole 35 of the bottom surface BS. Thereby, the movement when the ball 4 enters the return hole 35 and the movement when the ball 4 exits the return hole 35 become smooth.
  • the nut 3 includes a second recess 72 at the end of the bottom surface BS on the second screw groove 31 side.
  • the thickness (the 2nd arm 52) of the part corresponding to the 2nd recessed part 72 among the end deflectors 5 becomes large. For this reason, the durability of the end deflector 5 is improved.
  • the first tangent line (tangent line L3) that is a tangent line at the end portion (point P612) of the curved surface portion (first curved surface portion 61) far from the second thread groove 31 is , Equal to the tangent L4 of the return hole 35.
  • the nut 3 is a flat surface portion (second flat surface portion 66) located on the opposite side of the curved surface portion (first curved surface portion 61) across the bottom surface BS of the side surface LS of the notch 33. Is provided.
  • the straight line L5 drawn by the plane portion (second plane portion 66) is not parallel to the first tangent line (tangent line L3). Accordingly, the position of the return hole 35 can be easily arranged on the inner side in the radial direction, so that the distance from the second screw groove 31 to the return hole 35 can be shortened.
  • the electric power steering device 80 includes a ball screw device 1. Thereby, the electric power steering apparatus 80 can smooth the movement of the member (rack 2) to which the auxiliary steering force is transmitted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to the BB cross section of FIG. 4 in the first modification. Note that the same components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the notch 33A according to the first modification has a first curved surface portion 61A having a shape different from that of the first curved surface portion 61 described above.
  • One end of the first curved surface portion 61 ⁇ / b> A is connected to the second screw groove 31.
  • the first curved surface portion 61A draws an arc centered on the point P61A.
  • the point P61A is located outside the second screw groove 31 in the radial direction.
  • a point P611A on the extension line of the first curved surface portion 61A is located on the ball outline C2.
  • a tangent L1A of the first curved surface portion 61A passing through the point P611A is equal to a tangent L2A of the ball outline C2 passing through the point P611A. That is, the point P61A that is the center of the first curved surface portion 61A, the point P611A that is the intersection of the first curved surface portion 61A and the ball outline C2, and the point PZ on the rotation axis Z are in a straight line.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to the BB cross section of FIG. 4 in the second modification. Note that the same components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the notch 33B according to the second modification has a first curved surface portion 61B having a shape different from that of the first curved surface portion 61 described above.
  • One end of the first curved surface portion 61B is connected to the second screw groove 31.
  • the first curved surface portion 61B draws an arc centered on the point P61B.
  • the point P61B is located outside the second screw groove 31 in the radial direction.
  • a point P611B on the extension line of the first curved surface portion 61B intersects the ball center line C3.
  • a tangent line L1B of the first curved surface portion 61B passing through the point P611B is equal to a tangent line L2B of the ball center line C3 passing through the point P611B. That is, the point P61B that is the center of the first curved surface portion 61B, the point P611B that is the intersection of the first curved surface portion 61B and the ball center line C3, and the point PZ on the rotation axis Z are in a straight line.
  • FIG. 11 is a perspective view of a nut according to a third modification.
  • FIG. 12 is a perspective view of an end deflector according to a third modification. Note that the same components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the nut 3C according to the third modified example does not have the first concave portion 71 and the second concave portion 72 described above in the notch 33C.
  • the end deflector 5C according to the third modification does not have the first convex portion 501 and the second convex portion 522 described above. Thereby, manufacture of nut 3C and end deflector 5C becomes easy.
  • the radius of curvature of the locus 40C drawn by the center of the ball 4 when the ball 4 passes the edge of the return hole 35 is, for example, 0.7 times the diameter of the ball 4.
  • FIG. 13 is a perspective view of a nut according to a fourth modification.
  • FIG. 14 is an enlarged perspective view of the notch of the nut according to the fourth modification.
  • 15 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 16 is a perspective view of an end deflector according to a fourth modification. Note that the same components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the nut 3D according to the fourth modification includes a first recess 75 in the bottom surface BS of the notch 33D.
  • FIG. 15 is a CC cross section in FIG. 14, in other words, a cross section in which the nut 3D is cut along a plane orthogonal to the bottom surface BS and passing through the center of the return hole 35.
  • the surface of the first recess 75 draws an arc centered on a point P75 located inside the return hole 35 in the radial direction.
  • the radius of curvature D40 of the locus 40D drawn by the center of the ball 4 when the ball 4 passes over the surface of the first recess 75 is, for example, 1.5 times the diameter of the ball 4.
  • the curvature radius D40 is preferably greater than 0.7 times the diameter of the ball 4 and not more than 1.5 times.
  • the end surface 505D is smaller than the end surface 505 described above.
  • a portion overlapping the first recess 75 in the axial direction is cut away.
  • the end surface 505D is in contact with the positioning surface 76 shown in FIGS.
  • the positioning surface 76 is a part of the bottom surface BS.
  • the surface of the first recess 75 is , Including a portion that draws an arc centering on a point P75 located inside the return hole 35 in the radial direction.

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Abstract

ボールねじ装置は、ねじ軸と、ナットと、複数のボールと、エンドデフレクタと、を備える。ねじ軸は、外周面に第１ねじ溝を有する。ナットは、内周面に設けられる第２ねじ溝、端面に設けられる切欠き、及びねじ軸の軸方向に対して直交する切欠きの底面に設けられ且つ軸方向に貫通する戻し穴を有する。複数のボールは、第１ねじ溝と第２ねじ溝との間を転がる。エンドデフレクタは、切欠きに嵌まる。ナットは、切欠きの側面のうち第２ねじ溝と戻し穴との間の位置に曲面部を備える。軸方向に対して直交し且つ第２ねじ溝及び切欠きを通る平面でナットを切った第１断面において、曲面部は、ナットの回転軸を中心とした放射方向で第２ねじ溝よりも外側に位置する点を中心とした円弧を描く部分を含む。

Description

ボールねじ装置及び電動パワーステアリング装置
　本発明は、ボールねじ装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
　回転運動を直進運動に変換する装置としてボールねじ装置が知られている。ボールねじ装置は、ねじ軸と、ナットと、複数のボールを備えている。例えば特許文献１には、ボールねじ装置の一例が記載されている。特許文献１に記載されるボールねじ装置は、ねじ軸とナットとの間に形成される転動溝と、ナット端面の切欠きに嵌められる循環こま（エンドデフレクタ）と、ナットを軸方向に貫通するボール戻し通路とを備える。複数のボールは、転動溝と、ナット端面の切欠き及びエンドデフレクタによって形成されるボール循環路と、ボール戻し通路とによって無限循環する。
特開２００４－３６６４４号公報
　しかしながら、特許文献１のボールねじ装置においては、ボールがボール循環路から転動溝に入る時にわずかながらボールが進行方向からずれることがある。このため、ボールがナットのねじ溝のエッジに衝突する可能性がある。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ボールの動きを滑らかにすることができるボールねじ装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係るボールねじ装置は、外周面に第１ねじ溝を有するねじ軸と、内周面に設けられる第２ねじ溝、端面に設けられる切欠き、及び前記ねじ軸の軸方向に対して直交する前記切欠きの底面に設けられ且つ前記軸方向に貫通する戻し穴を有するナットと、前記第１ねじ溝と前記第２ねじ溝との間を転がる複数のボールと、前記切欠きに嵌まるエンドデフレクタと、を備え、前記ナットは、前記切欠きの側面のうち前記第２ねじ溝と前記戻し穴との間の位置に曲面部を備え、前記軸方向に対して直交し且つ前記第２ねじ溝及び前記切欠きを通る平面で前記ナットを切った第１断面において、前記曲面部は、前記ナットの回転軸を中心とした放射方向で前記第２ねじ溝よりも外側に位置する点を中心とした円弧を描く部分を含む。
　これにより、ボールが切欠き側から第２ねじ溝に入る際に、曲面部によってボールが第１ねじ溝側に寄せられる。このため、ボールは、切欠き側から第２ねじ溝に入る前に第１ねじ溝に接し、第１ねじ溝にガイドされる。第１ねじ溝にガイドされたボールは、第１ねじ溝の真ん中を通る。このため、ボールとナットのエッジとの衝突が抑制される。したがって、ボールねじ装置は、ボールの動きを滑らかにすることができる。また、ボールねじ装置は、ボールの衝突による音の発生を抑制できる。
　ボールねじ装置の望ましい態様として、前記ナットは、前記底面の前記戻し穴の縁に第１凹部を備えることが好ましい。これにより、ボールが戻し穴に入る際の動き、及びボールが戻し穴から出る際の動きが滑らかになる。
　ボールねじ装置の望ましい態様として、前記底面に対して直交し且つ前記戻し穴の中心を通る平面で前記ナットを切った第２断面において、前記第１凹部の表面は、前記放射方向で前記戻し穴よりも内側に位置する点を中心とした円弧を描く部分を含むことが好ましい。これにより、曲面部から戻し穴に向かうボールの動き、及び戻し穴から曲面部に向かうボールの動きがより滑らかになる。
　ボールねじ装置の望ましい態様として、前記ナットは、前記底面のうち前記第２ねじ溝側の端部に第２凹部を備えることが好ましい。これにより、エンドデフレクタのうち第２凹部に対応する部分の肉厚が大きくなる。このため、エンドデフレクタの耐久性が向上する。
　ボールねじ装置の望ましい態様として、前記第１断面において、前記曲面部の前記第２ねじ溝から遠い側の端部における接線である第１接線は、前記戻し穴の接線と等しいことが好ましい。これにより、曲面部から戻し穴に向かうボールの動き、及び戻し穴から曲面部に向かうボールの動きが滑らかになる。
　ボールねじ装置の望ましい態様として、前記ナットは、前記切欠きの側面のうち前記底面を挟んで前記曲面部とは反対側に位置する平面部を備え、前記第１断面において、前記平面部を含む直線は前記第１接線に対して平行でないことが好ましい。これにより、戻し穴の位置を放射方向の内側に配置しやすくなるので、第２ねじ溝から戻し穴までの距離を短くすることが可能である。
　本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、ボールねじ装置を備える。これにより、電動パワーステアリング装置は、補助操舵力が伝えられる部材の動きを滑らかにすることができる。
　本発明によれば、ボールの動きを滑らかにすることができるボールねじ装置を提供することができる。
図１は、本実施形態に係るステアリング装置の概略を示す模式図である。 図２は、本実施形態に係るボールねじ装置の周辺の断面図である。 図３は、本実施形態に係るボールねじ装置の正面図である。 図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。 図５は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。 図６は、本実施形態に係るエンドデフレクタの斜視図である。 図７は、本実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの斜視図である。 図８は、ボールが第２ねじ溝から離れる範囲を示すための正面図である。 図９は、第１変形例における、図４のＢ－Ｂ断面に相当する断面図である。 図１０は、第２変形例における、図４のＢ－Ｂ断面に相当する断面図である。 図１１は、第３変形例に係るナットの斜視図である。 図１２は、第３変形例に係るエンドデフレクタの斜視図である。 図１３は、第４変形例に係るナットの斜視図である。 図１４は、第４変形例に係るナットの切欠きを拡大した斜視図である。 図１５は、図１４におけるＣ－Ｃ断面図である。 図１６は、第４変形例に係るエンドデフレクタの斜視図である。
　以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
（実施形態）
　図１は、本実施形態に係るステアリング装置の概略を示す模式図である。図２は、本実施形態に係るボールねじ装置の周辺の断面図である。図１に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、ピニオンシャフト８７と、ピニオン８８と、ボールねじ装置１と、電動モータ９３と、を備える。
　図１に示すように、ステアリングホイール８１はステアリングシャフト８２に連結されている。ステアリングシャフト８２の一端がステアリングホイール８１に連結され、ステアリングシャフト８２の他端がユニバーサルジョイント８４に連結される。ロアシャフト８５は、ユニバーサルジョイント８４を介してステアリングシャフト８２に連結される。ロアシャフト８５の一端がユニバーサルジョイント８４に連結され、他端がユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７の一端がユニバーサルジョイント８６に連結され、他端がピニオン８８に連結される。
　図１及び図２に示すように、ボールねじ装置１は、ラック２（ねじ軸）と、ナット３と、ボール４とを備える。ピニオン８８は、ラック２に噛み合う。ピニオン８８及びラック２は、ピニオンシャフト８７に伝達された回転運動を直進運動に変換する。ラック２は、タイロッド８９に連結される。ラック２が移動することで車輪の角度が変化する。
　電動モータ９３は、例えばブラシレスモータであるが、ブラシ（摺動子）及びコンミテータ（整流子）を備えるモータであってもよい。図２に示すように、電動モータ９３は、ハウジング９３０に固定されている。電動モータ９３のシャフトには、例えば小プーリ１１が取り付けられている。小プーリ１１は、ベルト１２を介して大プーリ１３に連結される。大プーリ１３はナット３に取り付けられている。このため、電動モータ９３が駆動すると、ナット３が回転軸Ｚを中心に回転する。
　図２に示すように、ラック２がナット３を貫通している。ナット３は軸受１０を介してハウジング９３０に固定されている。軸受１０は、外輪１５と、内輪１７と、外輪１５及び内輪１７の間に位置する転動体１６と、を備える。外輪１５がハウジング９３０に固定されている。内輪１７は、例えばナット３と一体に形成されている。ナット３は、ラック２の軸方向（以下、単に軸方向という）に位置決めされている。すなわち、ナット３は回転できるが、軸方向に移動しない。
　図２に示すように、ラック２の外周面にある第１ねじ溝２１とナット３の内周面にある第２ねじ溝３１との間に複数のボール４が配置されている。ボール４は、第１ねじ溝２１と第２ねじ溝３１との間を無限循環する。ナット３が回転すると、ラック２が軸方向に移動する。ボールねじ装置１は、回転運動を直進運動に変換する。電動モータ９３で生じたトルクにより、ラック２を移動させるために要する力が小さくなる。すなわち、電動パワーステアリング装置８０には、ラックアシスト式が採用されている。
　図１に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、ＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）９０と、トルクセンサ９４と、車速センサ９５と、を備える。電動モータ９３、トルクセンサ９４及び車速センサ９５は、ＥＣＵ９０と電気的に接続される。トルクセンサ９４は、例えばピニオン８８に取り付けられている。トルクセンサ９４は、ピニオン８８に伝達された操舵トルクをＣＡＮ（Controller　Area　Network）通信によりＥＣＵ９０に出力する。車速センサ９５は、電動パワーステアリング装置８０が搭載される車体の走行速度（車速）を検出する。車速センサ９５は、車体に備えられ、車速をＣＡＮ通信によりＥＣＵ９０に出力する。
　ＥＣＵ９０は、電動モータ９３の動作を制御する。ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９４及び車速センサ９５のそれぞれから信号を取得する。ＥＣＵ９０には、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置９９（例えば車載のバッテリ）から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルク及び車速に基づいて補助操舵指令値を算出する。ＥＣＵ９０は、補助操舵指令値に基づいて電動モータ９３へ供給する電力値を調節する。ＥＣＵ９０は、電動モータ９３から誘起電圧の情報又は電動モータ９３に設けられたレゾルバ等から出力される情報を取得する。ＥＣＵ９０が電動モータ９３を制御することで、ステアリングホイール８１の操作に要する力が小さくなる。
　図３は、本実施形態に係るボールねじ装置の正面図である。図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。図５は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。図６は、本実施形態に係るエンドデフレクタの斜視図である。図７は、本実施形態に係るナット及びエンドデフレクタの斜視図である。
　図３に示すように、ナット３は、第２ねじ溝３１と、切欠き３３と、戻し穴３５と、を備える。第２ねじ溝３１は、図４に示すように例えばゴシックアーク形状（２つの円弧の組み合わせで形成される形状）である。ラック２の第１ねじ溝２１も、図４に示すように例えばゴシックアーク形状である。ボール４は、第１ねじ溝２１と第２ねじ溝３１との間を転がる。ボール４は、第１ねじ溝２１上の点２１ａ及び点２１ｂ、並びに第２ねじ溝３１上の点３１ａ及び点３１ｂに接する。図４に示すように、溝底線Ｃ１、ボール外形線Ｃ２、及びボール中心線Ｃ３が一直線上に並んでいる。溝底線Ｃ１は、第２ねじ溝３１の底が描く線である。ボール外形線Ｃ２は、点３１ａ及び点３１ｂの中間に位置するボール４の表面上の点が描く線（軌跡）である。ボール中心線Ｃ３は、ボール４の中心が描く線（軌跡）である。
　切欠き３３は、ナット３の一方の端面及び他方の端面に設けられる。すなわち、ナット３は２つの切欠き３３を備える。切欠き３３は、図５に示すように、回転軸Ｚに対して直交する表面である底面ＢＳと、底面ＢＳと平行であり且つ底面ＢＳに対して軸方向にずれた補助底面ＡＳと、底面ＢＳに対して直交する表面である側面ＬＳと、を備える。切欠き３３の底面ＢＳに対応する部分は、切欠き３３の補助底面ＡＳに対応する部分より軸方向に深い。戻し穴３５は、底面ＢＳに設けられ、軸方向にナット３を貫通する。戻し穴３５は、ナット３の一方の端面にある切欠き３３から他方の端面にある切欠き３３に亘っている。
　図５に示すように、ナット３は、側面ＬＳに第１曲面部６１と、第１平面部６４と、第２曲面部６９と、第２平面部６６と、を備える。第１曲面部６１は、底面ＢＳに対して直交する曲面であって、第２ねじ溝３１に繋がる。図５は、図４のＢ－Ｂ断面であるが、言い換えると軸方向に対して直交し且つ第２ねじ溝３１及び切欠き３３を通る平面でナット３を切った断面である。さらに具体的に言うと、図５は、軸方向に対して直交し且つ第２ねじ溝３１の底の端部を通る平面でナット３を切った断面である。図５に示す断面において、第１曲面部６１は、点Ｐ６１を中心とした円弧を描く。点Ｐ６１は、回転軸Ｚを中心とした放射方向（以下、単に放射方向という）で第２ねじ溝３１よりも外側に位置する。第１曲面部６１の一端の点Ｐ６１１は、溝底線Ｃ１上に位置する。点Ｐ６１１を通る第１曲面部６１の接線Ｌ１は、点Ｐ６１１を通る溝底線Ｃ１の接線Ｌ２と等しい。すなわち、第１曲面部６１の中心である点Ｐ６１と、第１曲面部６１及び溝底線Ｃ１の交点である点Ｐ６１１と、回転軸Ｚ上の点ＰＺとが一直線上にある。
　第１平面部６４は、底面ＢＳに対して直交する平面であって、第１曲面部６１に繋がる。図５に示すように、第１平面部６４の一端は、第１曲面部６１の他端の点Ｐ６１２に重なる。点Ｐ６１２は、第１曲面部６１の第２ねじ溝３１から遠い端部である。第１平面部６４の第１曲面部６１から遠い端部の点Ｐ６４２は、戻し穴３５が描く円上に位置する。点Ｐ６１２を通る第１曲面部６１の接線Ｌ３は、点Ｐ６４２を通る戻し穴３５の接線Ｌ４と等しい。接線Ｌ３は、第１平面部６４に重なる。
　第２曲面部６９は、底面ＢＳに対して直交する曲面である。第２曲面部６９は、戻し穴３５を挟んで第１曲面部６１及び第１平面部６４とは反対側に位置する。図５に示すように、第２曲面部６９は、放射方向で第２ねじ溝３１よりも外側に位置する点を中心とした円弧を描くが、第２ねじ溝３１と戻し穴３５との間に配置されていない点で第１曲面部６１とは異なる。
　第２平面部６６は、底面ＢＳに対して直交する平面であって、底面ＢＳを挟んで第１曲面部６１及び第１平面部６４とは反対側に位置する。第２平面部６６は、ナット３の内周面に繋がる。図５に示すように、第２平面部６６を含む直線Ｌ５は接線Ｌ３（接線Ｌ４）と交差する。すなわち、直線Ｌ５は接線Ｌ３（接線Ｌ４）に対して平行でない。直線Ｌ５と接線Ｌ３（接線Ｌ４）とがなす角度θは、４５°以下であることが好ましい。
　図３に示すように、ナット３は、底面ＢＳに第１凹部７１と、第２凹部７２と、を備える。第１凹部７１は、例えば軸方向に対して直交する平面である。第１凹部７１は、戻し穴３５の縁に配置される。例えば、第１凹部７１は、軸方向から見て戻し穴３５を全周に亘って囲む。言い換えると、第１凹部７１の底面に戻し穴３５が設けられている。第２凹部７２は、例えば軸方向に対して直交する平面である。第２凹部７２は、底面ＢＳのうち第２ねじ溝３１側の端部に配置される。
　ボールねじ装置１は、図６に示すエンドデフレクタ５を備える。エンドデフレクタ５は、図７に示すようにナット３の切欠き３３に嵌まる。エンドデフレクタ５は、第２ねじ溝３１の端部に達したボール４を戻し穴３５に導くための部材である。第２ねじ溝３１の端部に達したボール４は、切欠き３３とエンドデフレクタ５との間に形成される通路３６（図７参照）を通って戻し穴３５に至る。また、エンドデフレクタ５は、戻し穴３５から出てきたボール４を第２ねじ溝３１の端部に導くための部材でもある。戻し穴３５から出てきたボール４は、通路３６を通って第２ねじ溝３１の端部に至る。例えばナット３が一定方向に回転している時、一方のエンドデフレクタ５がボール４を第２ねじ溝３１から戻し穴３５へ導き、他方のエンドデフレクタ５が戻し穴３５から出てきたボール４を第２ねじ溝３１へ導く。
　図６に示すように、エンドデフレクタ５は、基部５０と、突起５９と、第１アーム５１と、第２アーム５２と、を備える。基部５０は、軸方向で戻し穴３５に重なる。基部５０は、切欠き３３の底面ＢＳに面する側にある端面５０５に第１凸部５０１を備える。第１凸部５０１は、切欠き３３の第１凹部７１に嵌まる。突起５９は、基部５０から第２ねじ溝３１とは反対側に向かって突出する。突起５９は、切欠き３３の補助底面ＡＳ及び第２曲面部６９に接する。これにより、エンドデフレクタ５が安定する（ずれにくくなる）。
　第１アーム５１は、基部５０から第２ねじ溝３１に向かって突出する。第１アーム５１は、切欠き３３の第１曲面部６１に沿う曲面部５１ａを備える。第２アーム５２は、基部５０から第２ねじ溝３１に向かって突出する。第１アーム５１と第２アーム５２との間には隙間が設けられている。第２アーム５２は、切欠き３３の第１曲面部６１に沿う曲面部５２ａを備える。第２アーム５２は、切欠き３３の底面ＢＳに面する側に第２凸部５２２を備える。第２凸部５２２は、切欠き３３の第２凹部７２に嵌まる。
　図８は、ボールが第２ねじ溝から離れる範囲を示すための正面図である。第２ねじ溝３１が回転軸Ｚを中心とした螺旋状であるので、螺旋の巻き数が多くなるほどボール４の数が増える。１つのボール４に加わる荷重は、ボール４の数が増えるほど小さくなる。一方、ボール４が通路３６（図７参照）及び戻し穴３５を通っている時、ボール４は第２ねじ溝３１に接しない。すなわち、ボール４が第２ねじ溝３１から離れ、ボール４に荷重が加わらない。ボール４が第２ねじ溝３１から離れる範囲にあるボール４の数が増えると、１つのボール４に加わる荷重が大きくなる。ボール４が第２ねじ溝３１から離れる範囲を小さくすると、荷重を受けるボール４の数が増えるので、１つのボール４に加わる荷重は小さくなる。ボール４に加わる荷重が大きいとボールねじ装置１の寿命が短くなるので、ボール４が第２ねじ溝３１から離れる範囲は小さい方が望ましい。
　図８に示すように、ボール４が第２ねじ溝３１から離れる範囲は、平面Ｓ１及び平面Ｓ２で区切られる範囲である。平面Ｓ１は、回転軸Ｚを含み且つボール４が第２ねじ溝３１から離れる点を通る平面である。平面Ｓ２は、回転軸Ｚを含み且つボール４が第２ねじ溝３１に接し始める点を通る平面である。平面Ｓ１と平面Ｓ２とがなす角度αは、平面Ｓ１と平面Ｓ３とがなす角度βの２倍である。平面Ｓ３は、回転軸Ｚを含み且つ戻し穴３５の中心を通る平面である。
　切欠きが直線状に形成される場合、ボールがねじ溝から離れる範囲を小さくすることには限界があった。切欠きが直線状に形成される場合にボールがねじ溝から離れる範囲は、図８に示すように平面Ｓ１Ｘ及び平面Ｓ２Ｘで区切られる範囲となる。平面Ｓ１Ｘは、回転軸Ｚを含み且つ軸方向から見た場合の第２ねじ溝３１が描く円と直線Ｔ１との交点を通る平面である。直線Ｔ１は、軸方向から見た場合の戻し穴３５が描く円と第２ねじ溝３１が描く円との共通接線である。平面Ｓ２Ｘは、回転軸Ｚを含み且つ軸方向から見た場合の第２ねじ溝３１が描く円と直線Ｔ２との交点を通る平面である。直線Ｔ２は、平面Ｓ３に対して直線Ｔ１と対称な直線である。本実施形態においては、ナット３が第１曲面部６１を備えることで、ボール４が第２ねじ溝３１から離れる範囲が、切欠きが直線状に形成される場合よりも小さくなっている。言い換えると、平面Ｓ１と平面Ｓ２とがなす角度αが平面Ｓ１Ｘと平面Ｓ２Ｘとがなす角度γより小さくなっている。このため、本実施形態に係るボールねじ装置１においては、寿命が長くなりやすい（負荷容量が大きくなりやすい）。また、切欠きが直線状に形成される場合に比べ、エンドデフレクタ５が小さくなりやすい。第１アーム５１及び第２アーム５２が短くなるので、エンドデフレクタ５の耐久性が向上する。また、エンドデフレクタ５の製造が容易になる。
　なお、ボールねじ装置１は、必ずしも電動パワーステアリング装置８０に用いられなくてもよい。ボールねじ装置１は、回転運動を直進運動に変換する必要のある装置に広く適用することができる。
　なお、図５に示す断面において、第１曲面部６１の端部における接線Ｌ１が溝底線Ｃ１の接線と等しくなくてもよい。例えば後述する第２変形例及び第３変形例のように、第１曲面部６１の端部における接線が、溝底線Ｃ１の接線と一致していなくてもよい。
　なお、図５に示す断面において第１曲面部６１は、必ずしも全長に亘って点Ｐ６１を中心とした円弧を描いていなくてもよい。第１曲面部６１は、放射方向で第２ねじ溝３１よりも外側に位置する点を中心とした円弧を描く部分を少なくとも含んでいればよい。例えば第１曲面部６１は、異なる中心を有する複数の円弧を含んでいてもよい。
　以上で説明したように、ボールねじ装置１は、ねじ軸（ラック２）と、ナット３と、複数のボール４と、エンドデフレクタ５と、を備える。ねじ軸は、外周面に第１ねじ溝２１を有する。ナット３は、内周面に設けられる第２ねじ溝３１、端面に設けられる切欠き３３、及び軸方向に対して直交する切欠き３３の底面ＢＳに設けられ且つ軸方向に貫通する戻し穴３５を有する。複数のボール４は、第１ねじ溝２１と第２ねじ溝３１との間を転がる。エンドデフレクタ５は、切欠き３３に嵌まる。ナット３は、切欠き３３の側面ＬＳのうち第２ねじ溝３１と戻し穴３５との間の位置に曲面部（第１曲面部６１）を備える。軸方向に対して直交し且つ第２ねじ溝３１及び切欠き３３を通る平面でナット３を切った第１断面（図５の断面）において、曲面部（第１曲面部６１）は、放射方向で第２ねじ溝３１よりも外側に位置する点をＰ６１中心とした円弧を描く部分を含む。
　仮にねじ軸が回転しナット３が直進する場合には、切欠き３３が鉛直方向上側に位置するように配置されることで、ボール４の自重により常にボール４をねじ軸側に寄せることが可能である。このようにすることで、ボール４が第２ねじ溝３１のエッジに衝突することが防がれる。しかしながら、本実施形態のようにナット３が回転しねじ軸が直進する場合には、切欠き３３の位置を固定することができない。これに対して、本実施形態に係るボールねじ装置１においては、曲面部（第１曲面部６１）があることで、ボール４が切欠き３３側から第２ねじ溝３１に入る際に、曲面部（第１曲面部６１）によってボール４が第１ねじ溝２１側に寄せられる。このため、ボール４は、切欠き３３側から第２ねじ溝３１に入る前に第１ねじ溝２１に接し、第１ねじ溝２１にガイドされる。第１ねじ溝２１にガイドされたボール４は、第１ねじ溝２１の真ん中を通る。このため、ボール４とナット３とのエッジに衝突が抑制される。したがって、ボールねじ装置１は、ボール４の動きを滑らかにすることができる。また、ボールねじ装置１は、ボール４の衝突による音の発生を抑制できる。
　また、ボールねじ装置１において、ナット３は、底面ＢＳの戻し穴３５の縁に第１凹部７１を備える。これにより、ボール４が戻し穴３５に入る際の動き、及びボール４が戻し穴３５から出る際の動きが滑らかになる。
　また、ボールねじ装置１において、ナット３は、底面ＢＳのうち第２ねじ溝３１側の端部に第２凹部７２を備える。これにより、エンドデフレクタ５のうち第２凹部７２に対応する部分（第２アーム５２）の肉厚が大きくなる。このため、エンドデフレクタ５の耐久性が向上する。
　また、第１断面（図５の断面）において、曲面部（第１曲面部６１）の第２ねじ溝３１から遠い側の端部（点Ｐ６１２）における接線である第１接線（接線Ｌ３）は、戻し穴３５の接線Ｌ４と等しい。これにより、曲面部（第１曲面部６１）から戻し穴３５に向かうボール４の動き、及び戻し穴３５から曲面部（第１曲面部６１）に向かうボール４の動きが滑らかになる。
　また、ボールねじ装置１において、ナット３は、切欠き３３の側面ＬＳのうち底面ＢＳを挟んで曲面部（第１曲面部６１）とは反対側に位置する平面部（第２平面部６６）を備える。第１断面（図５の断面）において、平面部（第２平面部６６）が描く直線Ｌ５は第１接線（接線Ｌ３）に対して平行でない。これにより、戻し穴３５の位置を放射方向の内側に配置しやすくなるので、第２ねじ溝３１から戻し穴３５までの距離を短くすることが可能である。
　また、電動パワーステアリング装置８０は、ボールねじ装置１を備える。これにより、電動パワーステアリング装置８０は、補助操舵力が伝えられる部材（ラック２）の動きを滑らかにすることができる。
（第１変形例）
　図９は、第１変形例における、図４のＢ－Ｂ断面に相当する断面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
　第１変形例に係る切欠き３３Ａは、上述した第１曲面部６１とは異なる形状の第１曲面部６１Ａを有する。第１曲面部６１Ａの一端は第２ねじ溝３１に繋がる。図９に示す断面において、第１曲面部６１Ａは、点Ｐ６１Ａを中心とした円弧を描く。点Ｐ６１Ａは、放射方向で第２ねじ溝３１よりも外側に位置する。第１曲面部６１Ａの延長線上の点Ｐ６１１Ａは、ボール外形線Ｃ２上に位置する。点Ｐ６１１Ａを通る第１曲面部６１Ａの接線Ｌ１Ａは、点Ｐ６１１Ａを通るボール外形線Ｃ２の接線Ｌ２Ａと等しい。すなわち、第１曲面部６１Ａの中心である点Ｐ６１Ａと、第１曲面部６１Ａ及びボール外形線Ｃ２の交点である点Ｐ６１１Ａと、回転軸Ｚ上の点ＰＺとが一直線上にある。
（第２変形例）
　図１０は、第２変形例における、図４のＢ－Ｂ断面に相当する断面図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
　第２変形例に係る切欠き３３Ｂは、上述した第１曲面部６１とは異なる形状の第１曲面部６１Ｂを有する。第１曲面部６１Ｂの一端は第２ねじ溝３１に繋がる。図１０に示す断面において、第１曲面部６１Ｂは、点Ｐ６１Ｂを中心とした円弧を描く。点Ｐ６１Ｂは、放射方向で第２ねじ溝３１よりも外側に位置する。第１曲面部６１Ｂの延長線上の点Ｐ６１１Ｂは、ボール中心線Ｃ３と交差する。点Ｐ６１１Ｂを通る第１曲面部６１Ｂの接線Ｌ１Ｂは、点Ｐ６１１Ｂを通るボール中心線Ｃ３の接線Ｌ２Ｂと等しい。すなわち、第１曲面部６１Ｂの中心である点Ｐ６１Ｂと、第１曲面部６１Ｂ及びボール中心線Ｃ３の交点である点Ｐ６１１Ｂと、回転軸Ｚ上の点ＰＺとが一直線上にある。
（第３変形例）
　図１１は、第３変形例に係るナットの斜視図である。図１２は、第３変形例に係るエンドデフレクタの斜視図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
　図１１に示すように、第３変形例に係るナット３Ｃは、切欠き３３Ｃに上述した第１凹部７１及び第２凹部７２を有さない。また、第３変形例に係るエンドデフレクタ５Ｃは、上述した第１凸部５０１及び第２凸部５２２を有さない。これにより、ナット３Ｃ及びエンドデフレクタ５Ｃの製造が容易になる。また第３変形例において、ボール４が戻し穴３５の縁を通る時にボール４の中心が描く軌跡４０Ｃの曲率半径は、例えばボール４の直径の０．７倍である。
（第４変形例）
　図１３は、第４変形例に係るナットの斜視図である。図１４は、第４変形例に係るナットの切欠きを拡大した斜視図である。図１５は、図１４におけるＣ－Ｃ断面図である。図１６は、第４変形例に係るエンドデフレクタの斜視図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
　図１３に示すように、第４変形例に係るナット３Ｄは、切欠き３３Ｄの底面ＢＳに第１凹部７５を備える。図１５は、図１４におけるＣ－Ｃ断面であるが、言い換えると底面ＢＳに対して直交し且つ戻し穴３５の中心を通る平面でナット３Ｄを切った断面である。図１５に示す断面において、第１凹部７５の表面は、放射方向で戻し穴３５よりも内側に位置する点Ｐ７５を中心とした円弧を描く。図１５に示すように、ボール４が第１凹部７５の表面上を通る時にボール４の中心が描く軌跡４０Ｄの曲率半径Ｄ４０は、例えばボール４の直径の１．５倍である。曲率半径Ｄ４０は、ボール４の直径の０．７倍より大きく１．５倍以下であることが好ましい。
　第４変形例に係るエンドデフレクタ５Ｄの基部５０Ｄにおいては、端面５０５Ｄが上述した端面５０５よりも小さい。基部５０Ｄにおいては、軸方向で第１凹部７５に重なる部分が切り欠かれている。端面５０５Ｄは、図１４及び図１５に示す位置決め面７６に接する。位置決め面７６は底面ＢＳの一部である。
　上述したように第４変形例において、底面ＢＳに対して直交し且つ戻し穴３５の中心を通る平面でナット３Ｄを切った第２断面（図１５の断面）において、第１凹部７５の表面は、放射方向で戻し穴３５よりも内側に位置する点Ｐ７５を中心とした円弧を描く部分を含む。これにより、曲面部（第１曲面部６１）から戻し穴３５に向かうボール４の動き、及び戻し穴３５から曲面部（第１曲面部６１）に向かうボール４の動きがより滑らかになる。
１　ボールねじ装置
２　ラック（ねじ軸）
２１　第１ねじ溝
３　ナット
３１　第２ねじ溝
３３　切欠き
３５　戻し穴
３６　通路
４　ボール
５　エンドデフレクタ
５０　基部
５０１　第１凸部
５１　第１アーム
５２　第２アーム
５２２　第２凸部
５９　突起
６１　第１曲面部
６４　第１平面部
６６　第２平面部
６９　第２曲面部
７１　第１凹部
７２　第２凹部
８０　電動パワーステアリング装置
８１　ステアリングホイール
８２　ステアリングシャフト
８４　ユニバーサルジョイント
８５　ロアシャフト
８６　ユニバーサルジョイント
８７　ピニオンシャフト
８８　ピニオン
８９　タイロッド
９０　ＥＣＵ
９３　電動モータ
９４　トルクセンサ
９５　車速センサ
９８　イグニッションスイッチ
９９　電源装置
ＡＳ　補助底面
ＢＳ　底面
Ｃ１　溝底線
Ｃ２　ボール外形線
Ｃ３　ボール中心線
ＬＳ　側面
Ｚ　回転軸

Claims (7)

  1. 　外周面に第１ねじ溝を有するねじ軸と、
    　内周面に設けられる第２ねじ溝、端面に設けられる切欠き、及び前記ねじ軸の軸方向に対して直交する前記切欠きの底面に設けられ且つ前記軸方向に貫通する戻し穴を有するナットと、
    　前記第１ねじ溝と前記第２ねじ溝との間を転がる複数のボールと、
    　前記切欠きに嵌まるエンドデフレクタと、
    　を備え、
    　前記ナットは、前記切欠きの側面のうち前記第２ねじ溝と前記戻し穴との間の位置に曲面部を備え、
    　前記軸方向に対して直交し且つ前記第２ねじ溝及び前記切欠きを通る平面で前記ナットを切った第１断面において、前記曲面部は、前記ナットの回転軸を中心とした放射方向で前記第２ねじ溝よりも外側に位置する点を中心とした円弧を描く部分を含む
    　ボールねじ装置。
  2. 　前記ナットは、前記底面の前記戻し穴の縁に第１凹部を備える
    　請求項１に記載のボールねじ装置。
  3. 　前記底面に対して直交し且つ前記戻し穴の中心を通る平面で前記ナットを切った第２断面において、前記第１凹部の表面は、前記放射方向で前記戻し穴よりも内側に位置する点を中心とした円弧を描く部分を含む
    　請求項２に記載のボールねじ装置。
  4. 　前記ナットは、前記底面のうち前記第２ねじ溝側の端部に第２凹部を備える
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のボールねじ装置。
  5. 　前記第１断面において、前記曲面部の前記第２ねじ溝から遠い側の端部における接線である第１接線は、前記戻し穴の接線と等しい
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のボールねじ装置。
  6. 　前記ナットは、前記切欠きの側面のうち前記底面を挟んで前記曲面部とは反対側に位置する平面部を備え、
    　前記第１断面において、前記平面部を含む直線は前記第１接線に対して平行でない
    　請求項５に記載のボールねじ装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載のボールねじ装置を備える電動パワーステアリング装置。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004036644A (ja) 2002-06-28 2004-02-05 Nsk Ltd ボールねじ装置
JP2013024321A (ja) * 2011-07-20 2013-02-04 Nsk Ltd ボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置
JP2014077459A (ja) * 2012-10-09 2014-05-01 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2017002978A (ja) * 2015-06-09 2017-01-05 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM292650U (en) * 2005-10-21 2006-06-21 Comtop Technology Co Ltd Improved structure of ball screw nut and circulator
CN2921456Y (zh) * 2006-03-23 2007-07-11 全球滚珠科技股份有限公司 滚珠螺帽及其循环器
WO2007114036A1 (ja) * 2006-03-31 2007-10-11 Thk Co., Ltd. ボールねじ装置
CN202392064U (zh) * 2011-11-25 2012-08-22 昇章机械有限公司 循环器
JP5967233B2 (ja) * 2015-01-28 2016-08-10 株式会社ジェイテクト ボール螺子装置及び電動パワーステアリング装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004036644A (ja) 2002-06-28 2004-02-05 Nsk Ltd ボールねじ装置
JP2013024321A (ja) * 2011-07-20 2013-02-04 Nsk Ltd ボールねじ機構及びこれを使用した電動パワーステアリング装置
JP2014077459A (ja) * 2012-10-09 2014-05-01 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2017002978A (ja) * 2015-06-09 2017-01-05 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置

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