JP6151161B2

JP6151161B2 - ボールねじおよびパワーステアリング装置

Info

Publication number: JP6151161B2
Application number: JP2013248334A
Authority: JP
Inventors: 藤田　裕志; 裕志藤田; 亮太伊藤
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: CN104675945A; US20150151780A1; DE102014110765A1; CA2857799C; JP2015105710A; CN104675945B; CA2857799A1; US9377093B2; DE102014110765B4

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電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

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つは、前記収容部を形成する壁面と接触する凸部を有し、前記分割された部材は、第１部材と第２部材とを有し、前記壁面は、前記ナットの内周面から外周面に向けて形成された第１側壁面および第２側壁面と、前記第１側壁面における前記ナットの外周面寄り端部と前記第２側壁面におけるナットの外周面寄り端部とに渡って形成される底壁面とを有し、前記第１部材は、前記第１側壁面と対向する第１側面と、ねじ軸に対向する内面と、前記第２部材と接面する第１の分割面とを有し、前記第２部材は、前記第２側壁面と対向する第２側面と、前記底壁面に対向する外面と、前記第１部材と接面する第２の分割面とを有し、前記凸部は、前記第１側面または前記第２側面に形成されることを特徴とする。

このボールねじによれば、凸部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、凸部と収容部の壁面との間の接触抵抗が小さいことから、収容部へのエンドデフレクタの組み付け性も良好となる。

また、本発明は、前記エンドデフレクタは、ナット軸方向に沿って前記収容部に圧入され、前記凸部は、前記エンドデフレクタの側面において、ナット軸方向中心よりもナット軸方向外側寄りに形成されていることを特徴とする。

エンドデフレクタは、凸部が収容部の壁面と接触するため、仮に凸部をエンドデフレクタの側面におけるナット軸方向内側寄りに形成すると、エンドデフレクタの圧入時に凸部と収容部の壁面との接触時間が長くなり、その分、圧入抵抗を大きく受けて作業者は組み付け作業がしづらくなる。これに対し、凸部を、エンドデフレクタのナット軸方向中心よりも軸方向外側寄りに形成することで、接触時間を短くでき、その分、圧入抵抗を受ける時間が短くなり、組み付け性が良好となる。

また、本発明は、前記凸部は、前記エンドデフレクタに一体的に形成された突起であることを特徴とする。

このボールねじによれば、凸部をエンドデフレクタの成型時に形成でき、簡単に凸部を設けることができる。

また、本発明は、前記凸部は、前記エンドデフレクタに設けられたゴム部材であることを特徴とする。

このボールねじによれば、既存設計のエンドデフレクタに対して容易に凸部を付設することができる。
また、本発明は、前記第２側壁面は、前記ナットに形成された螺旋溝の端部を有し、前記凸部は、前記第１側面に形成されることを特徴とする。

また、本発明は、前記ボールねじと、操向ハンド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、凸部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。また、凸部と収容部の壁面との間の接触抵抗が小さいことから、収容部へのエンドデフレクタの組み付け性も良好となる。

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、凸部をゴム部材とした場合のエンドデフレクタの斜視図である。第３実施形態に係る図面であり、凸部を第２部材に設けた場合の、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４実施形態に係る図面であり、エンドプレートの軸方向の抜け止めとしてプレートを用いた場合の説明図である。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、運転者が操作する操向ハンドル５１と、操向ハンドル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、操向ハンドル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、操向ハンドル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、運転者に操向ハンド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は概ね軸Ｏの径外方向に沿って形成されているが、第２側壁面２９は軸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には螺旋溝２２の端部２２ａが臨む。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に当接する部材であり、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２部材４は、収容部２７に収容された際に第２側壁面２９に当接する部材である。

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。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。

「凸部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つは、ナット２１の収容部２７を形成する壁面と接触する凸部４３を有する。凸部４３は、エンドデフレクタ２が収容部２７に圧入挿入された際、収容部２７を形成する壁面と接触することで、エンドデフレクタ２を収容部２７に位置決め固定する機能を担う。凸部４３はたとえばエンドデフレクタ２に一体的に形成された突起４４からなる。つまり突起４４はエンドデフレクタ２の成型時に一体的に成型される。突起４４は、たとえば突端に向かうにしたがい漸次断面積が縮小する形状、たとえば球面形状を呈する。本実施形態では凸部４３を第１部材３側に設けてあり、第１側面６に形成している。

組み付け作業のしやすさの点から、凸部４３はエンドデフレクタ２の側面において、エンドデフレクタ２の軸Ｏ方向中心よりも軸Ｏ方向外側寄り（上面１０，１６寄り）に形成することが好ましい。また、凸部４３の個数は限定されないが、圧入抵抗を小さくする観点から、凸部４３の数は１つとすることが好ましい。

「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方向に沿って圧入する。圧入初期では、凸部４３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はスムーズに収容部２７に挿入される。

圧入過程では、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、局所的に形成された凸部４３のみが第１側壁面２８に接触するため、圧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に突き当たり圧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、凸部４３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同士を押し付けるとともに、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、局所的に形成される凸部４３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。

また、係合突起部１９および係合凹部２０の軸Ｏ方向における形成位置を、凸部４３の軸Ｏ方向における形成位置と略同じに設定すれば、凸部４３が収容部２７の壁面から受ける反力を係合突起部１９と係合凹部２０の係合部に効率的に伝達させることができ、係合部の弛みによるガタつきを防止できる。

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を取り付けることも可能である。この場合、凸部４３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に形成する。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を残りスペースの収容部２７に軸Ｏ方向に沿って圧入させる。圧入過程において、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、局所的に形成された凸部４３のみが第２側壁面２９に接触するため、圧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つに、収容部２７の壁面と接触する凸部４３を設ければ、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、凸部４３をエンドデフレクタ２に一体的に形成された突起４４とすれば、凸部４３をエンドデフレクタ２の成型時に形成でき、簡単に凸部４３を設けることができる。

「第２実施形態」
図７は、凸部４３を、エンドデフレクタ２に設けられたゴム部材４５とした実施形態を示している。ゴム部材４５は、エンドデフレクタ２の第１側面６に焼付けや接着剤を利用して取り付けられる。このように凸部４３をゴム部材４５から構成しても、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。

「第３実施形態」
また、図８に示すように凸部４３は第２部材４側に設けてもよい。この場合、収容部２７に収容されたエンドデフレクタ２は、凸部４３を通して第２側壁面２９から反力を受け、当該反力は分割面８，１４同士を押し付けるとともに、第１側面１１を第１側壁面２８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４実施形態」
図９は、エンドデフレクタ２の軸Ｏ方向の抜け止めとして、図１のスナップリング４２の代わりにプレート４６を用いた形態を示している。プレート４６としては例えば若干屈曲形成された板ばねとする。このプレート４６をナット２１に形成したねじ孔４７とボルト４８とにより、エンドデフレクタ２を軸Ｏ方向内側寄りに付勢するように取り付ける。当該構造によってもエンドデフレクタ２の軸Ｏ方向の抜けを防止できる。

「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。また、凸部４３の個数も１つに限定されず複数設けてもよい。

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
２７収容部
３２循環路
３３開口部
４１ボール
４３凸部
４４突起
４５ゴム部材
５０パワーステアリング装置
６２ねじ軸

Claims

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つは、前記収容部を形成する壁面と接触する凸部を有し、
前記分割された部材は、第１部材と第２部材とを有し、
前記壁面は、前記ナットの内周面から外周面に向けて形成された第１側壁面および第２側壁面と、前記第１側壁面における前記ナットの外周面寄り端部と前記第２側壁面におけるナットの外周面寄り端部とに渡って形成される底壁面とを有し、
前記第１部材は、前記第１側壁面と対向する第１側面と、ねじ軸に対向する内面と、前記第２部材と接面する第１の分割面とを有し、
前記第２部材は、前記第２側壁面と対向する第２側面と、前記底壁面に対向する外面と、前記第１部材と接面する第２の分割面とを有し、
前記凸部は、前記第１側面または前記第２側面に形成されることを特徴とするボールねじ。
前記エンドデフレクタは、ナット軸方向に沿って前記収容部に圧入され、
前記凸部は、前記第１側面または前記第２側面において、ナット軸方向中心よりもナット軸方向外側寄りに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
前記凸部は、前記エンドデフレクタに一体的に形成された突起であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールねじ。
前記凸部は、前記エンドデフレクタに設けられたゴム部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボールねじ。
前記第２側壁面は、前記ナットに形成された螺旋溝の端部を有し、
前記凸部は、前記第１側面に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のボールねじ。
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のボールねじと、
操向ハンド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。