(57)【要約】【課題】複数個のボールのうちの一部のボールに大きな負荷がかかることを抑制することが可能なボールねじ、およびこのボールねじを有する電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ボールねじ３０は、ボールねじ軸４０、ボールナット５０、複数個のボール３１、および転動路３３を有する。転動路３３は、ボールねじ軸４０およびボールナット５０の間に形成される。ボール３１は、転動路３３に配置される。ボールねじ軸４０は、ねじ軸外面４７および雄ねじ溝４４を有する。雄ねじ溝４４は、ねじ軸外面４７に形成され、転動路３３の一部を形成する。ボールナット５０は、雄ねじ溝４４の一部分を取り囲む部品であって、ナット内面５７および雌ねじ溝５４を有する。雌ねじ溝５４は、ナット内面５７に形成され、転動路３３の一部を形成する。雌ねじ径Ｄは、ボールナット５０の軸方向の位置に応じて異なる径を取る。【選択図】図２
2014105802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールねじであって、
前記ボールねじは、ボールねじ軸、ボールナット、複数個のボール、および転動路を有し、
前記転動路は、前記ボールねじ軸および前記ボールナットの間に形成され、
前記ボールは、前記転動路に配置され、
前記ボールねじ軸は、ねじ軸外面および雄ねじ溝を有し、
前記雄ねじ溝は、前記ねじ軸外面に形成され、前記転動路の一部を形成し、
前記ボールナットは、前記雄ねじ溝の一部または全部を取り囲む部品であって、ナット内面および雌ねじ溝を有し、
前記雌ねじ溝は、前記ナット内面に形成され、前記転動路の一部を形成し、
前記雌ねじ溝の径である雌ねじ径は、前記ボールナットの軸方向の位置に応じて異なる径を取る
ボールねじ。
【請求項２】
前記雌ねじ径は、前記ボールナットの軸方向の中間部分よりも前記ボールナットの軸方向の端部において大きい径を取る
請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
前記ボールねじ軸は、転動路形成部、ねじ軸一般部、およびねじ軸被支持部を有し、
前記雄ねじ溝は、前記ねじ軸外面のうちの前記転動路形成部上の部分に形成され、
前記ねじ軸一般部は、前記転動路形成部に連続して形成され、
前記ねじ軸被支持部は、前記ねじ軸一般部の一部分として形成され、
前記ボールナットは、ナット中間部、ナット内側部、およびナット外側部を有し、
前記ナット内側部は、前記ナット中間部に連続して形成され、前記ナット中間部に対して前記ねじ軸一般部側に形成され、
前記ナット外側部は、前記ナット中間部に連続して形成され、前記ボールナットの軸方向において前記ナット中間部に対して前記ナット内側部とは反対側に形成され、
前記雌ねじ径は、前記ナット外側部の端部において前記ナット内側部の端部よりも大きい径を取る
請求項１または２に記載のボールねじ。
【請求項４】
前記雌ねじ径は、前記ボールナットの軸方向の中心位置よりも前記ナット内側部側の位置において最小径を取る
請求項３に記載のボールねじ。
【請求項５】
電動パワーステアリング装置であって、
前記電動パワーステアリング装置は、ラックシャフト、ピニオンシャフト、電気モータ、および請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールねじを有し、
前記電気モータは、ステータおよびロータを有し、
前記ロータは、前記ボールナットに取り付けられ、
前記ボールねじ軸は、前記ラックシャフトと一体化した構造を有する
電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
電動パワーステアリング装置であって、
前記電動パワーステアリング装置は、ラックシャフト、ピニオンシャフト、電気モータ、および請求項３に記載のボールねじを有し、
前記ピニオンシャフトは、ピニオンギアを有し、
前記電気モータは、ステータおよびロータを有し、
前記ロータは、前記ボールナットに取り付けられ、
前記ボールねじ軸は、前記ラックシャフトと一体化した構造を有し、前記ねじ軸被支持部としてのラックギアを有し、
前記雌ねじ溝は、前記ボールねじ軸の軸方向の中心位置よりも前記ボールねじ軸の一方の端部側の範囲に形成され、
前記ねじ軸被支持部は、前記ボールねじ軸の軸方向の中心位置よりも前記ボールねじ軸の他方の端部側の範囲に形成され、
前記ボールねじ軸は、前記ラックギアおよび前記ピニオンギアの噛合部分、ならびに前記ボールナットにおいて支持されている
電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ、およびボールねじを有する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のボールねじは、ボールねじ軸、ボールナット、複数個のボール、および転動路を有する。複数個のボールは、ボールナットがボールねじ軸に対して回転することにより、転動路内を移動する。なお、特許文献１は、従来のボールねじの一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７６７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のボールねじにおいて、ボールねじ軸に負荷が作用するとき、ボールねじ軸がたわみ変形する。このとき、複数個のボールのそれぞれに作用する負荷の大きさが異なる。一方、特許文献１は、ボールねじ軸のたわみ変形に起因して、複数個のボールにおいて互いに異なる負荷が作用することを考慮していない。このため、特許文献１のボールねじによれば、複数個のボールのうちの一部のボールに大きな負荷がかかるおそれがある。
【０００５】
本発明は、以上の背景を踏まえて創作されたものであり、複数個のボールのうちの一部のボールに大きな負荷がかかることを抑制することが可能なボールねじ、およびこのボールねじを有する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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本手段の一形態は、「ボールねじであって、前記ボールねじは、ボールねじ軸、ボールナット、複数個のボール、および転動路を有し、前記転動路は、前記ボールねじ軸および前記ボールナットの間に形成され、前記ボールは、前記転動路に配置され、前記ボールねじ軸は、ねじ軸外面および雄ねじ溝を有し、前記雄ねじ溝は、前記ねじ軸外面に形成され、前記転動路の一部を形成し、前記ボールナットは、前記雄ねじ溝の一部または全部を取り囲む部品であって、ナット内面および雌ねじ溝を有し、前記雌ねじ溝は、前記ナット内面に形成され、前記転動路の一部を形成し、前記雌ねじ溝の径である雌ねじ径は、前記ボールナットの軸方向の位置に応じて異なる径を取るボールねじ」を含む。
【０００７】
本願発明者は、複数個のボールに作用する負荷について試験した。その結果、ボールに作用する負荷がボールねじ軸のたわみ変形量と相関を有することを確認した。そして、上記ボールねじは、この事項に基づいて設定された雌ねじ径を有する。すなわち、上記ボールねじは、ボールナットの軸方向の位置に応じて雌ねじ径が異なる構造を有する。このため、ボールねじ軸のたわみ変形量が大きい部分に配置されるボールは、ボールねじ軸のたわみ変形量が小さい部分に配置されるボールと比較して、雌ねじ溝または雄ねじ溝とのクリアランスが大きい。このため、ボールナットの全体において均一の雌ねじ径を取るボールねじと比較して、ボールねじ軸のたわみ変形量が大きい部分に配置されるボールの負荷が小さくなる。このため、複数個のボールのうちの一部のボールに大きな負荷がかかることが抑制される。
【０００８】
（２）上記手段の一形態は、「前記雌ねじ径は、前記ボールナットの軸方向の中間部分よりも前記ボールナットの軸方向の端部において大きい径を取るボールねじ」を含む。
ボールねじ軸のたわみ変形量は、ボールナットの軸方向の端部に対応するボールねじ軸の部分において、ボールナットの軸方向の中間部分に対応するボールねじ軸の部分において大きくなる。このため、ボールナットの軸方向の端部に配置されるボールの負荷は、ボールナットの軸方向の中間部分に配置されるボールの負荷よりも大きい。そして、上記ボールねじは、この事項に基づいて設定された雌ねじ径を有する。このため、ボールナットの軸方向の端部に配置されるボールは、ボールナットの軸方向の中間部分に配置されるボールと比較して、雌ねじ溝または雄ねじ溝とのクリアランスが大きい。このため、ボールナットの軸方向の中間部分および端部において同じ雌ねじ径を取るボールねじと比較して、ボールナットの軸方向の端部に配置されるボールの負荷が小さくなる。
【０００９】
（３）上記手段の一形態は、「前記ボールねじ軸は、転動路形成部、ねじ軸一般部、およびねじ軸被支持部を有し、前記雄ねじ溝は、前記ねじ軸外面のうちの前記転動路形成部上の部分に形成され、前記ねじ軸一般部は、前記転動路形成部に連続して形成され、前記ねじ軸被支持部は、前記ねじ軸一般部の一部分として形成され、前記ボールナットは、ナット中間部、ナット内側部、およびナット外側部を有し、前記ナット内側部は、前記ナット中間部に連続して形成され、前記ナット中間部に対して前記ねじ軸一般部側に形成され、前記ナット外側部は、前記ナット中間部に連続して形成され、前記ボールナットの軸方向において前記ナット中間部に対して前記ナット内側部とは反対側に形成され、前記雌ねじ径は、前記ナット外側部の端部において前記ナット内側部の端部よりも大きい径を取るボールねじ」を含む。
【００１０】
上記ボールねじは、ねじ軸被支持部を有する。このため、ボールねじ軸は、ボールナットおよびねじ軸被支持部において支持される。このため、ボールねじ軸がたわみ変形したとき、ナット内側部の端部に配置されるボールよりもナット外側部の端部に配置されるボールに大きな負荷がかかる。そして、上記ボールねじは、この事項に基づいて設定された雌ねじ径を有する。このため、ナット外側部の端部に配置されるボールは、ナット内側部の端部に配置されるボールと比較して、雌ねじ溝または雄ねじ溝とのクリアランスが大きい。このため、ナット内側部の端部およびナット外側部の端部において同じ雌ねじ径を取るボールねじと比較して、ナット外側部の端部に配置されるボールの負荷が小さくなる。
【００１１】
（４）上記手段の一形態は、「前記雌ねじ径は、前記ボールナットの軸方向の中心位置よりも前記ナット内側部側の位置において最小径を取るボールねじ」を含む。
本願発明者は、ねじ軸被支持部を有するボールねじについて、ボールの負荷に関する試験を実施した。その結果、ボールナットの軸方向の中心位置よりもナット内側部側の位置において、ボールの負荷が最も小さくなることを確認した。そして、上記ボールねじは、この事項に基づいて設定された雌ねじ径を有する。このため、ボールナットの軸方向の中心位置において最小径を取るボールねじと比較して、ボールナットの軸方向の中心位置に配置されるボールの負荷が小さくなる。
【００１２】
（５）本手段の一形態は、「電動パワーステアリング装置であって、前記電動パワーステアリング装置は、ラックシャフト、ピニオンシャフト、電気モータ、およびボールねじを有し、前記電気モータは、ステータおよびロータを有し、前記ロータは、前記ボールナットに取り付けられ、前記ボールねじ軸は、前記ラックシャフトと一体化した構造を有する電動パワーステアリング装置」を含む。
【００１３】
上記電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトと一体化した構造のボールねじ軸を有する。このため、路面から入力される負荷によりラックシャフトがたわみ変形するとき、たわみ変形に起因して各ボールに負荷がかかる。一方、上記電動パワーステアリング装置のボールねじは、ボールナットの軸方向の位置に応じて雌ねじ径が異なる構造を有する。このため、路面から入力される負荷に起因して、複数個のボールのうちの一部のボールに大きな負荷がかかることが抑制される。
【００１４】
（６）本手段の別の一形態は、「電動パワーステアリング装置であって、前記電動パワーステアリング装置は、ラックシャフト、ピニオンシャフト、電気モータ、および請求項３に記載のボールねじを有し、前記ピニオンシャフトは、ピニオンギアを有し、前記電気モータは、ステータおよびロータを有し、前記ロータは、前記ボールナットに取り付けられ、前記ボールねじ軸は、前記ラックシャフトと一体化した構造を有し、前記ねじ軸被支持部としてのラックギアを有し、前記雌ねじ溝は、前記ボールねじ軸の軸方向の中心位置よりも前記ボールねじ軸の一方の端部側の範囲に形成され、前記ねじ軸被支持部は、前記ボールねじ軸の軸方向の中心位置よりも前記ボールねじ軸の他方の端部側の範囲に形成され、前記ボールねじ軸は、前記ラックギアおよび前記ピニオンギアの噛合部分、ならびに前記ボールナットにおいて支持されている電動パワーステアリング装置」を含む。
【００１５】
従来の電動パワーステアリング装置は、ピニオンギアおよびラックギアの噛合部分、ならびにラックブッシュの２箇所においてラックシャフトとしてのボールねじ軸を支持する。従来の電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの軸方向の中間部分、すなわちピニオンギアおよびラックギアの噛合部分とラックブッシュとの間に電気モータを有する。一方、車両の構造物は、ラックシャフトの端部と対応する位置と比較して、ラックシャフトの中間部分と対応する位置においてラックシャフトに接近して配置される。このため、従来の電動パワーステアリング装置は、電気モータが車両の構造物と干渉する可能性が高い。このため、従来の電動パワーステアリング装置は、車両への搭載性の点において改善の余地を有する。
【００１６】
本電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトとしてのボールねじ軸の軸方向の中心位置よりもラックシャフトの一方の端部側の範囲に雌ねじ溝を有し、ラックギアおよびピニオンギアの噛合部分、ならびにボールナットにおいてボールねじ軸を支持している。すなわち、本電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの一方の端部側の範囲に電気モータを有する。このため、従来の電動パワーステアリング装置と比較して車両への搭載性が向上する。一方、本電動パワーステアリング装置は、ボールナットがラックシャフトの支持点を形成していることにより、ボールに作用する負荷が従来の電動パワーステアリング装置よりも大きい。他方、本電動パワーステアリング装置のボールナットは、上記のとおり雌ねじ径がボールナットの軸方向において異なる径を取る。このため、路面から入力される負荷に起因して、複数個のボールのうちの一部のボールに大きな負荷がかかることが抑制される。このため、ボールナットがラックシャフトの支持点を形成していることに起因して、ボールナットおよび各ボールが損傷することが抑制される。すなわち、電動パワーステアリング装置は、車両の搭載性を向上し、かつボールねじの好ましい寿命を確保することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本ボールねじおよび本電動パワーステアリング装置は、複数個のボールのうちの一部のボールに大きな負荷がかかることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図。
【図２】実施形態のボールねじの断面図。
【図３】実施形態のボールナットの端面図。
【図４】実施形態のボールナットに関するグラフであって、ナット軸方向位置と雌ねじ径との関係を示すグラフ。
【図５】実施形態のラックシャフトに関するグラフであって、ラック内位置とラック変形量との関係を示すグラフ。
【図６】試験用電動パワーステアリング装置のボールねじに関するグラフであって、ナット軸方向位置とボール負荷との関係を示すグラフ。
【図７】実施形態のボールねじに関するグラフであって、ナット軸方向位置とボール負荷との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１の構成について説明する。
電動パワーステアリング装置１は、ステアリング装置本体１０、電気モータ２０、およびボールねじ３０を有する。電動パワーステアリング装置１は、車両（図示略）の操舵力に関するアシスト方式としてラック同軸型のアシスト方式を有する。ラック同軸型のアシスト方式は、ボールねじ３０を電気モータ２０により直接的に回転させることにより、ラックシャフト１３に並進方向の力を入力する方式を示す。
【００２０】
ステアリング装置本体１０は、ラックハウジング１１、ピニオンシャフト１２、ラックシャフト１３、ラックアンドピニオン機構１４、およびラックガイド１５を有する。ステアリング装置本体１０は、個別の部品として形成されたラックハウジング１１、ピニオンシャフト１２、ラックシャフト１３、およびラックガイド１５が互いに結合された構造を有する。
【００２１】
ラックハウジング１１は、金属材料により形成されている。ラックハウジング１１は、車両の幅方向に伸びた形状を有する。ラックハウジング１１は、第１ハウジング１１Ａ、第２ハウジング１１Ｂ、およびハウジング空間１１Ｃを有する。ラックハウジング１１は、個別の部品として形成された第１ハウジング１１Ａおよび第２ハウジング１１Ｂが互いに結合された構造を有する。ハウジング空間１１Ｃは、第１ハウジング１１Ａの内部および第２ハウジング１１Ｂの内部に形成されている。
【００２２】
ラックシャフト１３は、金属材料により形成されている。ラックシャフト１３は、車両の幅方向に伸びた形状を有する。ラックシャフト１３は、ラックギア１３Ａ、雄ねじ溝４４、ラック右端部１３Ｃ、およびラック左端部１３Ｄを有する。ラックシャフト１３の一部分は、ハウジング空間１１Ｃに配置されている。
【００２３】
ラック右端部１３Ｃは、右側の車輪（図示略）と連結される。ラック右端部１３Ｃは、ラックハウジング１１の右側端部からハウジング空間１１Ｃの外部に突出している。ラック左端部１３Ｄは、左側の車輪（図示略）と連結される。ラック左端部１３Ｄは、ラックハウジング１１の左側端部からハウジング空間１１Ｃの外部に突出している。
【００２４】
ラックアンドピニオン機構１４は、ピニオンシャフト１２のピニオンギア１２Ａ、およびラックシャフト１３のラックギア１３Ａを有する。ラックアンドピニオン機構１４は、ピニオンシャフト１２の回転をラックシャフト１３の並進に変換する。
【００２５】
ラックガイド１５は、金属材料により形成されている。ラックガイド１５は、第２ハウジング１１Ｂに固定されている。ラックガイド１５は、ラックシャフト１３に対してピニオンシャフト１２の反対側の位置においてラックシャフト１３を支持する。
【００２６】
図１および図２を参照して、ボールねじ３０の構成について説明する。なお、以下の説明において、図１および図２のうちの図２のみに例示される事項については、「図２参照」の補足の用語を付す。一方、図１および図２のうちの図１のみに例示される事項については、参照図に関する補足の用語を付さない。
【００２７】
ボールねじ３０は、ボールねじ軸４０、ボールナット５０、デフレクタ６０（図２参照）、複数個のボール３１（図２参照）、および１列の循環路３２（図２参照）を有する。ボールねじ３０は、ボール３１の循環方式としてリターンプレート方式を有する。ボールねじ３０は、ボールナット５０の回転をボールねじ軸４０の並進に変換する。
【００２８】
ボールねじ３０は、ラックシャフト１３と一体化されたボールねじ軸４０を有する。すなわち、電動パワーステアリング装置１においては、ラックシャフト１３およびボールねじ軸４０が同一の部品として存在している。ボールねじ軸４０およびラックシャフト１３の名称は、それぞれ同一の部品に対して異なる側面から付された名称を示す。このため、ラックシャフト１３の名称は、ボールねじ軸４０の名称に読み替えることができる。また、ボールねじ軸４０の名称は、ラックシャフト１３の名称に読み替えることができる。
【００２９】
ボールねじ軸４０は、金属材料により形成されている。ボールねじ軸４０は、転動路形成部４１（図２参照）、ねじ軸一般部４２、ねじ軸被支持部４３、雄ねじ溝４４、ねじ軸右端部４５、ねじ軸左端部４６、およびねじ軸外面４７を有する。
【００３０】
ねじ軸一般部４２は、転動路形成部４１と一体的に形成されている。ねじ軸一般部４２は、転動路形成部４１の端部に連続して形成されている。ねじ軸一般部４２は、ボールねじ軸４０の軸方向の中心位置よりもねじ軸左端部４６側の所定の部分からねじ軸左端部４６までの範囲に形成されている。
【００３１】
ねじ軸被支持部４３は、ラックギア１３Ａと同一の部分を示す。ねじ軸被支持部４３は、ねじ軸外面４７のうちのねじ軸一般部４２上の部分に形成されている。ねじ軸被支持部４３は、ボールねじ軸４０の軸方向の中心位置よりもねじ軸右端部４５側の所定の範囲に形成されている。
【００３２】
雄ねじ溝４４は、ねじ軸外面４７に形成されている。雄ねじ溝４４は、ねじ軸左端部４６から転動路形成部４１およびねじ軸一般部４２の境界部分までの範囲に形成されている。雄ねじ溝４４は、雄ねじ山部４４Ａおよび雄ねじ谷部４４Ｂを有する。
【００３３】
ねじ軸右端部４５は、ラック右端部１３Ｃと同一の部分を示す。ねじ軸右端部４５は、ボールねじ軸４０の右側の端部を形成している。ねじ軸右端部４５は、ねじ軸一般部４２の一部分を形成している。
【００３４】
ねじ軸左端部４６は、ラック左端部１３Ｄと同一の部分を示す。ねじ軸左端部４６は、ボールねじ軸４０の左側の端部を形成している。ねじ軸左端部４６は、転動路形成部４１の一部分を形成している。
【００３５】
雄ねじ溝４４は、ねじ軸外面４７のうちの転動路形成部４１上の部分に形成されている。雄ねじ溝４４は、ボールねじ軸４０の軸方向の中心位置よりもねじ軸左端部４６側の所定の範囲に形成されている。
【００３６】
図２を参照して、ボールナット５０および循環路３２について説明する。なお、以下の説明において、図１および図２のうちの図１のみに例示される事項については、「図１参照」の補足の用語を付す。一方、図１および図２のうちの図２のみに例示される事項については、参照図に関する補足の用語を付さない。
【００３７】
ボールナット５０は、金属材料により形成されている。ボールナット５０は、円筒形状を有する。ボールナット５０は、ハウジング空間１１Ｃ（図１参照）においてボールねじ軸４０の雄ねじ溝４４の周囲に配置されている。ボールナット５０は、雄ねじ溝４４の一部分を取り囲む。ボールナット５０は、ナット中間部５１、ナット内側部５２、ナット外側部５３、雌ねじ溝５４、デフレクタ固定部５５、ナット内部空間５６、およびナット内面５７を有する。
【００３８】
ナット内側部５２は、ナット中間部５１と一体的に形成されている。ナット内側部５２は、ボールナット５０の軸方向においてナット中間部５１に対してねじ軸被支持部４３側に形成されている。ナット内側部５２は、内側端面５２Ａを有する。内側端面５２Ａは、ボールナット５０の軸方向における右側の端面を示す。
【００３９】
ナット外側部５３は、ナット中間部５１と一体的に形成されている。ナット外側部５３は、ボールナット５０の軸方向においてナット中間部５１に対してねじ軸被支持部４３とは反対側に形成されている。ナット外側部５３は、外側端面５３Ａを有する。外側端面５３Ａは、ボールナット５０の軸方向における左側の端面を示す。
【００４０】
雌ねじ溝５４は、ナット内面５７に形成されている。雌ねじ溝５４は、ナット内側部５２からナット外側部５３までの範囲に形成されている。雌ねじ溝５４は、雌ねじ山部５４Ａおよび雌ねじ谷部５４Ｂを有する。
【００４１】
ナット内部空間５６は、ナット内面５７に囲まれて形成されている。ナット内部空間５６は、円柱形状に類似する形状を有する。ナット内部空間５６は、内側端面５２Ａおよび外側端面５３Ａのそれぞれにおいてボールナット５０の外部に向けて開口している。
【００４２】
デフレクタ６０は、金属材料により形成されている。デフレクタ６０は、ボールナット５０のデフレクタ固定部５５に固定されている。デフレクタ６０は、雌ねじ溝５４および帰還路６１を有する。デフレクタ６０の雌ねじ溝５４は、ボールナット５０の雌ねじ溝５４と同じ形状を有する。
【００４３】
循環路３２は、転動路３３および帰還路６１を有する。循環路３２は、転動路３３の一方の端部と転動路３３の他方の端部とが帰還路６１により互いに接続されることにより形成されている。循環路３２は、転動路３３および帰還路６１においてボール３１の列を循環させる。
【００４４】
転動路３３は、ボールナット５０の雌ねじ溝５４およびデフレクタ６０の雌ねじ溝５４とボールねじ軸４０の雄ねじ溝４４との間に形成されている。転動路３３の通路面積は、転動路３３の位置に応じて異なる。なお、転動路３３の通路面積は、転動路３３が伸びる方向に直交する転動路３３の断面の面積を示す。
【００４５】
各ボール３１は、金属材料により形成されている。各ボール３１は、転動路３３に配置されている。各ボール３１は、転動路３３を転動するボール３１の列の最後尾に到達したとき、デフレクタ６０の帰還路６１を介してボール３１の列の先頭に移動する。
【００４６】
図１を参照して、電気モータ２０の構成について説明する。
電気モータ２０は、ハウジング空間１１Ｃにおいてラックシャフト１３の周囲に配置されている。電気モータ２０は、ラックシャフト１３の軸方向の中心位置よりもラック右端部１３Ｃ側の位置に配置されている。電気モータ２０は、ステータ２１およびロータ２２を有する。ステータ２１は、第１ハウジング１１Ａの内面に取り付けられている。ロータ２２は、ボールナット５０の外面に取り付けられている。電気モータ２０は、ステータ２１に電流が供給されることによりロータ２２およびボールナット５０を一体的に回転させる。
【００４７】
図３を参照して、雌ねじ溝５４の詳細について説明する。図３は、ボールナット５０のナット基準面におけるボールナット５０の断面構造を示す。ナット基準面は、ボールナット５０の軸方向の中心軸（以下、「ナット中心軸５０Ｃ」）に並行し、かつナット中心軸５０Ｃを通過するボールナット５０の端面を示す。
【００４８】
ボールナット５０の雌ねじ溝５４の径（以下、「雌ねじ径Ｄ」）は、３種類の定義を有する。すなわち、雌ねじ径Ｄは、雌ねじ溝５４の谷の径（以下、「雌ねじ谷径ＤＶ」）、雌ねじ溝５４の山の径（以下、「雌ねじ内径ＤＭ」）、および雌ねじ溝５４の有効径（以下、「雌ねじ有効径ＤＣ」）を有する。雌ねじ径Ｄは、ナット中心軸５０Ｃを基準として規定される。
【００４９】
雌ねじ谷径ＤＶの定義は、雌ねじの谷の径に関するＪＩＳ規格に基づいて記述することができる。すなわち、雌ねじ谷径ＤＶは、雌ねじ谷部５４Ｂの谷底に接する仮想的な円筒または円すいの直径を示す。
【００５０】
雌ねじ内径ＤＭの定義は、雌ねじの内径に関するＪＩＳ規格に基づいて記述することができる。すなわち、雌ねじ内径ＤＭは、雌ねじ山部５４Ａの頂に接する仮想的な円筒または円すいの直径を示す。
【００５１】
雌ねじ有効径ＤＣの定義は、雌ねじの有効径に関するＪＩＳ規格に基づいて記述することができる。すなわち、雌ねじ有効径ＤＣは、雌ねじ溝５４の幅が雄ねじ山部４４Ａの幅に等しくなる仮想的な円筒または円すいの直径を示す。
【００５２】
雌ねじ径Ｄとしての雌ねじ谷径ＤＶ、雌ねじ内径ＤＭ、および雌ねじ有効径ＤＣは、ボールナット５０の軸方向において異なる径を取る。すなわち、雌ねじ径Ｄは、ボールナット５０の軸方向において不均一な径を取る。なお、図２は、ボールナット５０の軸方向における雌ねじ径Ｄの変化を省略して雌ねじ溝５４を表現している。
【００５３】
ボールナット５０は、図３のナット基準断面においてナット上壁部５０Ｕおよびナット下壁部５０Ｌに区分される。ナット上壁部５０Ｕおよびナット下壁部５０Ｌは、複数個の雌ねじ山部５４Ａおよび複数個の雌ねじ谷部５４Ｂを有する。
【００５４】
ナット上壁部５０Ｕに存在する複数個の雌ねじ山部５４Ａのうちの１個の雌ねじ山部５４Ａは、ナット上壁部５０Ｕの各雌ねじ山部５４Ａのうちの最小の雌ねじ内径ＤＭを有する。ナット上壁部５０Ｕに存在する他の雌ねじ山部５４Ａは、最小の雌ねじ内径ＤＭを有する雌ねじ山部５４Ａから軸方向の位置が離れるにつれて大きな雌ねじ内径ＤＭを取る。
【００５５】
ナット上壁部５０Ｕに存在する複数個の雌ねじ谷部５４Ｂのうちの１個の雌ねじ谷部５４Ｂは、ナット上壁部５０Ｕの各雌ねじ谷部５４Ｂのうちの最小の雌ねじ谷径ＤＶを取る。ナット上壁部５０Ｕに存在する他の雌ねじ谷部５４Ｂは、最小の雌ねじ谷径ＤＶを有する雌ねじ谷部５４Ｂから軸方向の位置が離れるにつれて大きな雌ねじ谷径ＤＶを取る。
【００５６】
なお、ナット下壁部５０Ｌに存在する複数個の雌ねじ山部５４Ａは、ナット上壁部５０Ｕの各雌ねじ山部５４Ａの雌ねじ内径ＤＭに準じた雌ねじ内径ＤＭを取る。また、ナット下壁部５０Ｌに存在する複数個の雌ねじ谷部５４Ｂは、ナット上壁部５０Ｕの各雌ねじ谷部５４Ｂの雌ねじ谷径ＤＶに準じた雌ねじ谷径ＤＶを取る。
【００５７】
図４を参照して、雌ねじ径Ｄとしての雌ねじ内径ＤＭの詳細について説明する。なお、図４は、ボールナット５０の軸方向の位置（以下、「ナット軸方向位置Ｎ」）と、雌ねじ径Ｄ（雌ねじ内径ＤＭ）との関係を示す。
【００５８】
ナット軸方向位置Ｎは、ナット中心位置ＮＣＣ、ナット内端位置ＮＲＥ、ナット外端位置ＮＬＥ、ナット内端側中間位置ＮＲＣ、およびナット外端側中間位置ＮＬＣを含む。ナット中心位置ＮＣＣは、ボールナット５０の軸方向におけるボールナット５０の中心位置を示す。ナット内端位置ＮＲＥは、ナット内側部５２の端面の位置を示す。ナット外端位置ＮＬＥは、ナット外側部５３の端面の位置を示す。ナット内端側中間位置ＮＲＣは、ナット中心位置ＮＣＣとナット内端位置ＮＲＥとの間の位置を示す。ナット外端側中間位置ＮＬＣは、ナット中心位置ＮＣＣとナット外端位置ＮＬＥとの間の位置を示す。
【００５９】
雌ねじ径Ｄは、ナット中心位置ＮＣＣとナット内端位置ＮＲＥとの間、かつナット中心位置ＮＣＣとナット内端側中間位置ＮＲＣとの間において最小径を取る。以下の説明においては、ボールナット５０において雌ねじ径Ｄが最小径を取るナット軸方向位置Ｎを「ナット最小径位置ＮＣＸ」と記述する。なお、図４のグラフの縦軸は、原点において雌ねじ径Ｄの最小径を有する。すなわち、図４は、ナット最小径位置ＮＣＸの雌ねじ径Ｄに対する各ナット軸方向位置Ｎにおける雌ねじ径Ｄの大きさを示す。
【００６０】
雌ねじ径Ｄは、ナット中心位置ＮＣＣよりもナット内側部５２側の範囲において、ナット最小径位置ＮＣＸからナット内側部５２に向かうにつれて次第に大きくなる。雌ねじ径Ｄは、ナット内側部５２において、ナット中心位置ＮＣＣよりもナット内側部５２側の範囲における最大径を取る。
【００６１】
雌ねじ径Ｄは、ナット中心位置ＮＣＣよりもナット外側部５３側の範囲において、ナット最小径位置ＮＣＸからナット外側部５３に向かうにつれて次第に大きくなる。雌ねじ径Ｄは、ナット外側部５３において、ナット中心位置ＮＣＣよりもナット外側部５３側の範囲における最大径を取る。
【００６２】
雌ねじ径Ｄは、ナット外端位置ＮＬＥとナット外端側中間位置ＮＬＣとの間の領域において、ナット内端位置ＮＲＥよりも小さい径から大きい径に変化する。ナット外端位置ＮＬＥの雌ねじ径Ｄは、ナット内端位置ＮＲＥの雌ねじ径Ｄよりも大きい。ナット外端位置ＮＬＥの雌ねじ径Ｄは、雌ねじ溝５４の全体における最大径を取る。
【００６３】
図２および図４を参照して、ボール３１および転動路３３の関係について説明する。
ボールナット５０の雌ねじ径Ｄは、ナット軸方向位置Ｎに応じて異なる径を取る。このため、転動路３３の通路面積は、ナット軸方向位置Ｎに応じて異なる。このため、ボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４との間に形成されるクリアランスの大きさは、ナット軸方向位置Ｎに応じて異なる。
【００６４】
雌ねじ径Ｄは、ナット最小径位置ＮＣＸからナット内端位置ＮＲＥに向けて次第に大きくなる。このため、転動路３３の通路面積は、ナット最小径位置ＮＣＸからナット内端位置ＮＲＥに向けて次第に大きくなる。このため、ボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４との間に形成されるクリアランスの大きさは、ナット最小径位置ＮＣＸからナット内端位置ＮＲＥに向けて次第に大きくなる。
【００６５】
雌ねじ径Ｄは、ナット最小径位置ＮＣＸからナット外端位置ＮＬＥに向けて次第に大きくなる。このため、転動路３３の通路面積は、ナット最小径位置ＮＣＸからナット外端位置ＮＬＥに向けて次第に大きくなる。このため、ボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４との間に形成されるクリアランスの大きさは、ナット最小径位置ＮＣＸからナット外端位置ＮＬＥに向けて次第に大きくなる。
【００６６】
図１および図５〜図７を参照して、雌ねじ径Ｄの設計思想について説明する。
従来の電動パワーステアリング装置は、ピニオンギアおよびラックギアの噛合部分、ならびにラックブッシュの２箇所においてラックシャフトとしてのボールねじ軸を支持している。従来の電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの軸方向の中心位置よりも一方の端部側の範囲にピニオンギアおよびラックギアの噛合部分を有する。従来の電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの軸方向の中心位置よりも他方の端部側の範囲にラックブッシュを有する。このため、従来の電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの軸方向の中間部分、すなわちピニオンギアおよびラックギアの噛合部分とラックブッシュとの間に電気モータおよびボールナットを配置している。
【００６７】
一方、車両の構造物（例えば、エンジンまたはスタビライザー）は、ラックシャフトの中間部分と対応する位置においてラックシャフトに接近して配置される。このため、従来の電動パワーステアリング装置は、電気モータが車両の構造物と干渉する可能性が高い。このため、従来の電動パワーステアリング装置は、車両への搭載性の点において改善の余地を有する。
【００６８】
電動パワーステアリング装置１（図１参照）は、上記の問題点を解消するため、電気モータ２０を従来の電動パワーステアリング装置とは異なる箇所に配置している。電動パワーステアリング装置１は、ラックシャフト１３の軸方向の中心位置よりもラック左端部１３Ｄ側の範囲に電気モータ２０を配置している。このため、車両の構造物と電気モータ２０との干渉が生じにくい。このため、電動パワーステアリング装置１は、従来の電動パワーステアリング装置と比較して車両への搭載性が高い。
【００６９】
一方、電動パワーステアリング装置１は、電気モータ２０の配置箇所の変更にともないラックブッシュを省略している。このため、ラックシャフト１３の支持点が従来の電動パワーステアリング装置と異なる。電動パワーステアリング装置１は、ラックシャフト１３の支持点として第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬを有する。第１支持点ＳＲは、ピニオンギア１２Ａおよびラックギア１３Ａの噛合部分により形成される。第２支持点ＳＬは、ボールナット５０により形成される。なお、ラックガイド１５は、ラックシャフト１３を支持することにより、第１支持点ＳＲにおけるラックシャフト１３の支持剛性を高めている。
【００７０】
本願発明者は、ボールナット５０が第２支持点ＳＬを形成していることから、従来の電動パワーステアリング装置と比較して、各ボール３１にかかる負荷が大きくなることを想定した。そこで、本願発明者は、試験用の電動パワーステアリング装置（以下、「試験用パワーステアリング装置」）を用いて、ナット軸方向位置Ｎとボール３１に作用する負荷（以下、「ボール負荷ＦＢ」）との関係を確認するシミュレーション試験を実施した。なお、試験用パワーステアリング装置は、ボールナット５０の全体において均一の雌ねじ径Ｄを有する点において、電動パワーステアリング装置１と相違する。試験用パワーステアリング装置は、その他の点において電動パワーステアリング装置１と同一の構成を有する。以下の説明においては、ボール負荷ＦＢをシミュレーションする試験を「ボール負荷試験」と記述する。また、説明の便宜上、試験用パワーステアリング装置の各構成要素に対して、電動パワーステアリング装置１の各構成要素と同一の符号を付している。
【００７１】
図５および図６を参照して、ボール負荷試験の詳細について説明する。
ステアリング装置本体１０は、ラックハウジング１１（図１参照）の長手方向におけるラックハウジング１１に対するラックシャフト１３の位置（以下、「ラック転舵位置ＷＤ」）を変化させる。ラック転舵位置ＷＤは、中立転舵位置ＷＤＣから最大右転舵位置ＷＤＲまでの範囲、および中立転舵位置ＷＤＣから最大左転舵位置ＷＤＬまでの範囲において変化する。中立転舵位置ＷＤＣは、車輪の転舵角が「０」を取るときのラック転舵位置ＷＤを示す。最大右転舵位置ＷＤＲは、車輪の転舵角が右方向における最大転舵角を取るときのラック転舵位置ＷＤを示す。最大左転舵位置ＷＤＬは、車輪の転舵角が左方向における最大転舵角を取るときのラック転舵位置ＷＤを示す。
【００７２】
ラックシャフト１３は、ラックシャフト１３自身において複数の軸方向の位置（以下、「ラック内位置Ｒ」）を有する。ラックシャフト１３は、一例として、ラック内中心位置ＲＣ、ラック内右端位置ＲＲ、およびラック内左端位置ＲＬを有する。ラック内中心位置ＲＣは、ラックシャフト１３の軸方向における中心位置を示す。ラック内右端位置ＲＲは、ラックシャフト１３のラック右端部１３Ｃの位置を示す。ラック内左端位置ＲＬは、ラックシャフト１３のラック左端部１３Ｄの位置を示す。
【００７３】
本願発明者は、複数の試験条件を設定してボール負荷試験を実施した。複数の試験条件は、少なくとも第１試験条件および第２試験条件を含む。第１試験条件は、ラック転舵位置ＷＤが最大左転舵位置ＷＤＬを取ることを示す。第２試験条件は、ラックシャフト１３に対して、所定の大きさかつラジアル方向の静的負荷が作用していることを示す。本願発明者は、ボール負荷試験の結果の一例として、図５のグラフおよび図６のグラフを取得した。
【００７４】
本願発明者は、図５のグラフからラックシャフト１３のたわみ変形量（以下、「ラック変形量ＢＲ」）について以下の事項を確認した。図５のグラフは、ラック内位置Ｒとラック変形量ＢＲとの関係を示す。図５のグラフは、上方向のラック変形量ＢＲを正の変形量とし、下方向のラック変形量ＢＲを負の変形量として示す。図５のグラフは、ラック変形量ＢＲの単位として「ｍｍ」を有する。図５のグラフの縦軸は、原点において「０」を示す。図５のグラフの横軸は、原点において中立転舵位置ＷＤＣを示す。
【００７５】
ラック変形量ＢＲは、第１支持点ＳＲの中間部分、および第２支持点ＳＬの中間部分において最小の変形量を示す。ラック変形量ＢＲは、第１支持点ＳＲからラック内右端位置ＲＲに向けて正方向に増加する。ラック変形量ＢＲは、ラック内右端位置ＲＲにおいて、ラック内中心位置ＲＣよりも右側の範囲における最大の変位量を示す。ラック変形量ＢＲは、第１支持点ＳＲから第２支持点ＳＬまでの範囲において、負方向および正方向の変位量を示す。ラック変形量ＢＲは、第２支持点ＳＬからラック内左端位置ＲＬに向けて負方向に増加する。ラック変形量ＢＲは、ラック内左端位置ＲＬにおいて、ラック内中心位置ＲＣよりも左側の範囲における最大の変位量を示す。ラック内左端位置ＲＬのラック変形量ＢＲは、ラック内右端位置ＲＲのラック変形量ＢＲよりも大きい。ラック内左端位置ＲＬのラック変形量ＢＲは、ラックシャフト１３の全体において最大の変位量を示す。
【００７６】
本願発明者は、図６のグラフからボール負荷ＦＢについて以下の事項を確認した。図６のグラフは、試験用パワーステアリング装置におけるナット軸方向位置Ｎとボール負荷ＦＢとの関係を示す。図６のグラフの曲線は、座標軸上にプロットされた各ボール３１のボール負荷ＦＢの近似曲線を示す。図６のグラフは、ボール負荷ＦＢの単位として「Ｎ」を有する。図６のグラフの縦軸は、原点において「０」を示す。図６のグラフの横軸は、原点においてナット中心位置ＮＣＣを示す。
【００７７】
各ボール３１のボール負荷ＦＢは、ナット軸方向位置Ｎに応じて異なる値を示す。ラックシャフト１３は、各ボール３１のうちのたわみ変形方向に存在するボール３１をボールナット５０に押し付ける。このため、ボール３１の列における１巻毎にボール負荷ＦＢがピークを示す。このため、図６のグラフは、複数のボール負荷ＦＢのピーク値を有する。以下の説明においては、複数のピーク値のうちの最小値を「最小ピーク値ＦＢＬ」とし、複数のピーク値のうちの最大値を「最大ピーク値ＦＢＭ」とし、ボール負荷ＦＢの最大値を「最大負荷値ＦＢＨ」として記述する。
【００７８】
ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット軸方向位置Ｎに応じて異なる値を示す。ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット中心位置ＮＣＣとナット内端側中間位置ＮＲＣとの間において最小ピーク値ＦＢＬを示す。ボール負荷ＦＢのピーク値は、最小ピーク値ＦＢＬを示す位置からナット内端位置ＮＲＥに向かうにつれて増大する。ボール負荷ＦＢのピーク値は、最小ピーク値ＦＢＬを示す位置からナット外端位置ＮＬＥに向かうにつれて増大する。ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット内端位置ＮＲＥに最も近いピークにおいて、ラック内中心位置ＲＣよりも右側の範囲における最大値を示す。ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット外端位置ＮＬＥに最も近いピークにおいて、ラック内中心位置ＲＣよりも左側の範囲における最大値を示す。ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット内端位置ＮＲＥに最も近いピークよりもナット外端位置ＮＬＥに最も近いピークにおいて大きい値を示す。ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット外端位置ＮＬＥに最も近いピークにおいて最大ピーク値ＦＢＭを示す。ナット外端位置ＮＬＥのボール負荷ＦＢは、ナット内端位置ＮＲＥのボール負荷ＦＢおよび最大ピーク値ＦＢＭよりも大きい。ナット外端位置ＮＬＥのボール負荷ＦＢは、最大負荷値ＦＢＨを示す。
【００７９】
本願発明者は、ボール負荷試験の結果から、最小ピーク値ＦＢＬと最大負荷値ＦＢＨとの差（以下、「負荷変動幅ＦＢＷ」）が、従来の電動パワーステアリング装置および試験用パワーステアリング装置において互いに異なることを確認した。試験用パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷは、従来の電動パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷよりも大きい。
【００８０】
本願発明者は、負荷変動幅ＦＢＷの相違の理由を次のとおり推測した。
従来の電動パワーステアリング装置は、ピニオンギアおよびラックギアの噛合部分、ならびにラックブッシュの２箇所の支持点においてラックシャフトを支持している。また、従来の電動パワーステアリング装置は、ラックシャフトの軸方向の中間部分に電気モータおよびボールナットを有する。このため、ラックシャフトのたわみ変形が上記２箇所の支持点において受けられることにより、支持点間におけるラックシャフトのたわみ変形量の幅が小さくなる。このため、ラックシャフトがボールナットにボールを押し付ける力の幅も小さくなる。このため、従来の電動パワーステアリング装置は、負荷変動幅ＦＢＷが小さい。
【００８１】
一方、試験用パワーステアリング装置は、ボールナット５０が第２支持点ＳＬを形成しているため、ラックシャフト１３のたわみ変形がボール負荷ＦＢに反映されやすい。ラック変形量ＢＲは、図５に示されるとおり、第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬの間の位置よりもラック左端部１３Ｄ側において大きい変形量を示す。このため、ナット外端側中間位置ＮＬＣとナット外端位置ＮＬＥとの間に配置されるボール３１は、他の部分に配置されるボール３１と比較して、ラックシャフト１３から大きな力を受ける。すなわち、ラックシャフト１３のたわみ変形によりボール３１に作用する負荷が、ナット外端位置ＮＬＥ付近のボール３１に集中する。このため、試験用パワーステアリング装置は、従来の電動パワーステアリング装置よりも負荷変動幅ＦＢＷが大きい。
【００８２】
本願発明者は、上記理由をもとに、試験用パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷを小さくすることを検討した。そして、本願発明者は、ナット外端位置ＮＬＥ付近におけるボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４とのクリアランスを大きくすることにより、ナット外端位置ＮＬＥ付近のボール負荷ＦＢを低減することを考案した。本願発明者は、上記クリアランスを大きくするため、図４に示されるとおり、ボール負荷ＦＢが最小ピーク値ＦＢＬを示すナット最小径位置ＮＣＸからナット外端位置ＮＬＥにかけて雌ねじ径Ｄを増加させる方法を採用した。
【００８３】
本願発明者は、試験用パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷが大きい点に加え、ナット内端位置ＮＲＥ付近のボール負荷ＦＢのピーク値が、ナット中心位置ＮＣＣ付近のボール負荷ＦＢのピーク値よりも大きいことをボール負荷試験から確認した。
【００８４】
本願発明者は、上記大小関係が生じる理由を次のとおり推測した。
ラック変形量ＢＲは、図５に示されるとおり、ナット中心位置ＮＣＣおよびその付近の位置よりもナット内側部５２側において大きい変形量を示す。このため、ラックシャフト１３においてナット内側部５２に取り囲まれる部分のラック変形量ＢＲが、ラックシャフト１３においてナット中心位置ＮＣＣおよびその付近の位置に対応する部分のラック変形量ＢＲよりも大きくなる。このため、ナット内側部５２に配置されるボール３１は、ナット中心位置ＮＣＣおよびその付近の位置に配置されるボール３１よりもラックシャフト１３から大きな力を受ける。このため、ナット内端位置ＮＲＥに近い位置のボール負荷ＦＢのピーク値が、ナット中心位置ＮＣＣに近い位置のボール負荷ＦＢのピーク値よりも大きくなる。
【００８５】
本願発明者は、上記理由をもとに、試験用パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷを小さくすることを検討した。そして、本願発明者は、ナット内端位置ＮＲＥ付近におけるボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４とのクリアランスを大きくすることにより、ナット内端位置ＮＲＥ付近のボール負荷ＦＢを低減することを考案した。本願発明者は、上記クリアランスを大きくするため、図４に示されるとおり、ボール負荷ＦＢが最小ピーク値ＦＢＬを示すナット最小径位置ＮＣＸからナット内端位置ＮＲＥにかけて雌ねじ径Ｄを増加させる方法を採用した。
【００８６】
本願発明者は、試験用パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷが大きい点に加え、ナット外端位置ＮＬＥ付近のボール負荷ＦＢのピーク値が、ナット内端位置ＮＲＥ付近のボール負荷ＦＢのピーク値よりも大きいことをボール負荷試験から確認した。本願発明者は、このピーク値の関係に加え、ナット外端位置ＮＬＥのボール負荷ＦＢが最大負荷値ＦＢＨを示すことをボール負荷試験から確認した。
【００８７】
本願発明者は、上記大小関係が生じる理由を次のとおり推測した。
ラック変形量ＢＲは、図５に示されるとおり、第２支持点ＳＬよりもラック左端部１３Ｄ側の部分において、第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬの間の部分よりも大きい変形量を示す。このため、ラックシャフト１３においてナット外側部５３に取り囲まれる部分のラック変形量ＢＲが、ラックシャフト１３においてナット内側部５２に取り囲まれる部分のラック変形量ＢＲよりも大きくなる。このため、ナット外側部５３に配置されるボール３１は、ナット内側部５２に配置されるボール３１よりもラックシャフト１３から大きな力を受ける。このため、ナット外端位置ＮＬＥに近い部分のボール負荷ＦＢのピーク値が、ナット内端位置ＮＲＥに近い部分のボール負荷ＦＢのピーク値よりも大きくなる。
【００８８】
ラック変形量ＢＲは、図５に示されるとおり、ラック内左端位置ＲＬにおいて最大の変形量を示す。このため、ナット外端位置ＮＬＥに配置されるボール３１は、ナット外端位置ＮＬＥ以外の位置に配置されるボール３１よりもラックシャフト１３から大きな力を受ける。このため、ナット外端位置ＮＬＥのボール負荷ＦＢが最大負荷値ＦＢＨを示す。
【００８９】
本願発明者は、上記理由をもとに、試験用パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷを小さくすることを検討した。そして、本願発明者は、ナット内端位置ＮＲＥよりもナット外端位置ＮＬＥにおいて、ボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４とのクリアランスを大きくすることにより、負荷変動幅ＦＢＷを低減することを考案した。本願発明者は、上記クリアランスを形成するため、図４に示されるとおり、ナット外端位置ＮＬＥの雌ねじ径Ｄをナット内端位置ＮＲＥの雌ねじ径Ｄよりも大きくする方法を採用した。
【００９０】
図４および図７を参照して、電動パワーステアリング装置１の作用について説明する。
ボールナット５０は、図４に示される雌ねじ径Ｄを有する。このため、ボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４とのクリアランスは、ナット最小径位置ＮＣＸからナット外端位置ＮＬＥまたはナット内端位置ＮＲＥにかけて次第に大きくなる。このため、ラック変形量ＢＲが大きい部分に配置されるボール３１は、ラック変形量ＢＲが小さい部分に配置されるボール３１と比較して、雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４とのクリアランスが大きい。
【００９１】
このため、試験用パワーステアリング装置のボールねじ３０、すなわちボールナット５０の全体において均一の雌ねじ径Ｄを取るボールねじ３０と比較して、ラック変形量ＢＲが大きい部分に配置されるボール３１の負荷が小さくなる。このため、複数個のボール３１のうちの一部のボール３１に大きな負荷がかかることが抑制される。
【００９２】
本願発明者は、電動パワーステアリング装置１を用い、かつ試験用パワーステアリング装置のボール負荷試験と同じ試験条件を設定して、ナット軸方向位置Ｎとボール負荷ＦＢとの関係を確認するボール負荷試験を実施した。本願発明者は、ボール負荷試験の結果の一例として、図７に示されるグラフを取得した。
【００９３】
本願発明者は、図７のグラフからボール負荷ＦＢについて以下の事項を確認した。図７のグラフは、電動パワーステアリング装置１におけるナット軸方向位置Ｎとボール負荷ＦＢとの関係を示す。図７のグラフの曲線は、座標軸上にプロットされた各ボール３１のボール負荷ＦＢの近似曲線を示す。図７のグラフは、ボール負荷ＦＢの単位として「Ｎ」を有する。図７のグラフの縦軸は、原点において「０」を示す。図７のグラフの横軸は、原点においてナット中心位置ＮＣＣを示す。図７のグラフは、図６のグラフと同じスケールを有する。
【００９４】
ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット軸方向位置Ｎに応じて異なる値を示す。ボール負荷ＦＢのピーク値は、ナット中心位置ＮＣＣとナット内端側中間位置ＮＲＣとの間のナット最小径位置ＮＣＸにおいて最小ピーク値ＦＢＬを示す。ボール負荷ＦＢのピーク値は、次の３点において最大ピーク値ＦＢＭを示す。第１点目は、ナット内端側中間位置ＮＲＣとナット内端位置ＮＲＥとの間に現れる。第２点目は、ナット外端側中間位置ＮＬＣとナット中心位置ＮＣＣとの間、かつナット外端側中間位置ＮＬＣ付近に現れる。第３点目は、ナット外端側中間位置ＮＬＣとナット外端位置ＮＬＥとの間に現れる。各最大ピーク値ＦＢＭは、最大負荷値ＦＢＨを示す。ナット内端位置ＮＲＥのボール負荷ＦＢは、最大ピーク値ＦＢＭよりも小さく、かつ最小ピーク値ＦＢＬよりも大きい。ナット外端位置ＮＬＥのボール負荷ＦＢは、最大ピーク値ＦＢＭよりも小さく、かつ最小ピーク値ＦＢＬよりも大きい。
【００９５】
最小ピーク値ＦＢＬは、試験用パワーステアリング装置の最小ピーク値ＦＢＬ（図６参照）よりも大きい。最大ピーク値ＦＢＭは、試験用パワーステアリング装置の最大ピーク値ＦＢＭおよび最大負荷値ＦＢＨ（図６参照）よりも小さい。すなわち、電動パワーステアリング装置１の負荷変動幅ＦＢＷは、試験用パワーステアリング装置の負荷変動幅ＦＢＷよりも小さい。
【００９６】
電動パワーステアリング装置１は、以下の効果を奏する。
（１）電動パワーステアリング装置１は、ボールねじ３０を有する。ボールねじ３０は、ボールねじ軸４０、ボールナット５０、および複数個のボール３１を有する。ボールナット５０の雌ねじ径Ｄは、ボールナット５０の軸方向の位置に応じて異なる径を取る。雌ねじ径Ｄは、ラック変形量ＢＲに応じて設定された径を取る。この構成によれば、複数個のボール３１のうちの一部のボール３１に大きな負荷がかかることが抑制される。
【００９７】
（２）電動パワーステアリング装置１は、ラックシャフト１３と一体化した構造のボールねじ軸４０を有する。このため、路面から入力される負荷によりラックシャフト１３がたわみ変形するとき、たわみ変形に起因して各ボール３１に負荷がかかる。一方、ボールねじ３０は、ボールナット５０の軸方向の位置に応じて雌ねじ径Ｄが異なる構造を有する。この構成によれば、路面から入力される負荷に起因して、複数個のボール３１のうちの一部のボールに大きな負荷がかかることが抑制される。
【００９８】
（３）ボールナット５０の雌ねじ径Ｄは、ボールナット５０の軸方向の中間部分よりもボールナット５０の軸方向の端部において大きい径を取る。この構成によれば、ボールナット５０の軸方向の端部に配置されるボール３１は、ボールナット５０の軸方向の中間部分に配置されるボール３１と比較して、雄ねじ溝４４または雌ねじ溝５４とのクリアランスが大きい。このため、ボールナット５０の軸方向の中間部分および端部において同じ雌ねじ径Ｄを取るボールねじと比較して、ボールナット５０の軸方向の端部におけるボール負荷ＦＢが小さくなる。
【００９９】
（４）ボールナット５０の雌ねじ径Ｄは、ナット外端位置ＮＬＥおよびその付近の位置において、ナット内端位置ＮＲＥおよびその付近の位置よりも大きい径を取る。この構成によれば、ナット外端位置ＮＬＥ付近に配置されるボール３１は、ナット内端位置ＮＲＥ付近に配置されるボールと比較して、雄ねじ溝４４または雌ねじ溝５４とのクリアランスが大きい。このため、ナット外端位置ＮＬＥおよびその付近の位置において、ナット内端位置ＮＲＥおよびその付近の位置と同じ雌ねじ径Ｄを取るボールねじと比較して、ナット外端位置ＮＬＥ付近のボール負荷ＦＢが小さくなる。
【０１００】
（５）ボールナット５０の雌ねじ径Ｄは、ナット中心位置ＮＣＣよりもナット内端位置ＮＲＥ側の位置（ナット最小径位置ＮＣＸ）において最小径を取る。この構成によれば、ナット中心位置ＮＣＣに配置されるボール３１は、ナット最小径位置ＮＣＸに配置されるボールと比較して、雄ねじ溝４４または雌ねじ溝５４とのクリアランスが大きい。このため、ナット中心位置ＮＣＣにおいて最小径を取るボールねじと比較して、ナット中心位置ＮＣＣのボール負荷ＦＢが小さくなる。
【０１０１】
（６）試験用パワーステアリング装置は、ボールナット５０の軸方向の全体において均一の雌ねじ径Ｄを有する。このため、負荷変動幅ＦＢＷが大きい。一方、電動パワーステアリング装置１は、ボールナット５０の軸方向において異なる雌ねじ径Ｄを有する。このため、試験用パワーステアリング装置のボールねじよりも負荷変動幅ＦＢＷが小さい。このため、ボールねじ３０の体格を試験用パワーステアリング装置のボールねじの体格と同じ大きさに設定したとき、試験用パワーステアリング装置よりも大きな負荷を受けることができる。このため、電動パワーステアリング装置１は、使用環境について試験用パワーステアリング装置と同じ条件を設定したとき、試験用パワーステアリング装置のボールねじよりもボールねじ３０の体格を小さくすることができる。
【０１０２】
（７）電動パワーステアリング装置１のボールねじ３０は、比較例のボールねじと対比して次の有利な効果を奏する。比較例のボールねじは、一定の雌ねじ径Ｄ、および異なる大きさの複数個のボールを有する。比較例のボールねじは、異なる大きさのボールを転動路に配置することにより、各ボールと雌ねじ溝または雄ねじ溝とのクリアランスを軸方向において異ならせる。このため、比較例のボールねじは、試験用パワーステアリング装置のボールねじと比較して、負荷変動幅ＦＢＷが小さくなる。しかし、比較例のボールねじは、製造過程において転動路の部位毎にボールの大きさを選択する作業が必要になる。このため、生産効率が低下するおそれがある。
【０１０３】
一方、ボールねじ３０は、雌ねじ径Ｄをボールナット５０の軸方向において異ならせることにより、ボール３１と雌ねじ溝５４または雄ねじ溝４４とのクリアランスの大きさを軸方向において異ならせている。このため、比較例のボールねじとは異なり、製造過程において転動路３３の部位毎にボール３１の大きさを選択する必要がない。このため、比較例のボールねじと比較して生産効率が高くなる。
【０１０４】
（８）電動パワーステアリング装置１は、ラックシャフト１３の軸方向の中間部分よりも端部側の範囲に電気モータ２０を配置し、第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬによりラックシャフト１３を支持している。このため、従来の電動パワーステアリング装置と比較して車両への搭載性が向上する。一方、電動パワーステアリング装置１は、第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬにおいてラックシャフト１３を支持していることにより、ボール３１に作用する負荷が従来の電動パワーステアリング装置よりも大きい。他方、電動パワーステアリング装置１のボールナット５０は、上記のとおり雌ねじ径Ｄがボールナット５０の軸方向において異なる径を取る。このため、複数個のボール３１のうちの一部のボール３１に大きな負荷がかかることが抑制される。このため、第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬにおいてラックシャフト１３を支持する構造を有することに起因して、ボールナット５０および各ボール３１が損傷することが抑制される。すなわち、電動パワーステアリング装置１は、車両の搭載性を向上し、かつボールねじ３０の好ましい寿命を確保することができる。
【０１０５】
（その他の実施形態）
本ボールねじおよび本電動パワーステアリング装置は、上記実施形態以外の実施形態を含む。以下、本ボールねじおよび本電動パワーステアリング装置におけるその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
【０１０６】
・上記実施形態のボールねじ３０は、ボール３１の循環方式としてリターンプレート方式を有する。ただし、ボール３１の循環方式は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のボールねじ３０は、ボール３１の循環方式として、エンドキャップ方式、エンドデフレクタ方式、こま方式、またはリターンチューブ方式を有する。以下、各循環方式を有するボールねじの雌ねじ径Ｄの設定内容を示す。
【０１０７】
（ａ）エンドキャップ方式を有するボールねじ（以下、「エンドキャップ方式ボールねじ」）の雌ねじ径Ｄについて説明する。エンドキャップ方式ボールねじは、１列の循環路を有する。この循環路は、ボールねじ３０の循環路３２に準じた構成を有する。このため、エンドキャップ方式ボールねじの雌ねじ径Ｄは、ボールねじ３０の雌ねじ径Ｄに準じて設定される。
【０１０８】
（ｂ）エンドデフレクタ方式を有するボールねじ（以下、「エンドデフレクタ方式ボールねじ」）の雌ねじ径Ｄについて説明する。エンドデフレクタ方式ボールねじは、１列の循環路を有する。この循環路は、ボールねじ３０の循環路３２に準じた構成を有する。このため、エンドデフレクタ方式ボールねじの雌ねじ径Ｄは、ボールねじ３０の雌ねじ径Ｄに準じて設定される。
【０１０９】
（ｃ）こま方式を有するボールねじ（以下、「こま方式ボールねじ」）の雌ねじ径Ｄについて説明する。こま方式ボールねじは、複数列の循環路を有する。各循環路は、１巻の通路として形成される。雌ねじ径Ｄは、循環路毎に異なる径を取る。例えば、こま方式ボールねじが５列の循環路を有するとき、各循環路の雌ねじ径Ｄは、以下のとおり規定される。
【０１１０】
こま方式ボールねじは、５列の循環路３２として、最小径循環路、内端循環路、外端循環路、内端側中間循環路、および外端側中間循環路を有する。最小径循環路は、ナット最小径位置ＮＣＸをまたいで形成される。内端循環路は、ナット内端位置ＮＲＥとナット内端側中間位置ＮＲＣとの間に形成される。外端循環路は、ナット外端位置ＮＬＥとナット外端側中間位置ＮＬＣとの間に形成される。内端側中間循環路は、最小径循環路と内端循環路との間において、ナット内端側中間位置ＮＲＣをまたいで形成される。外端側中間循環路は、最小径循環路と外端循環路との間において、ナット外端側中間位置ＮＬＣをまたいで形成される。
【０１１１】
最小径循環路の雌ねじ径Ｄは、複数の循環路の雌ねじ径Ｄのうちの最小径を取る。最小径循環路の雌ねじ径Ｄは、最小径循環路内において一定の大きさを有する。最小径循環路の雌ねじ径Ｄは、一例として、図４に示されるナット中心位置ＮＣＣの雌ねじ径Ｄを有する。
【０１１２】
内端循環路の雌ねじ径Ｄは、複数の循環路の雌ねじ径Ｄのうちの２番目に大きい径を取る。内端循環路の雌ねじ径Ｄは、内端循環路内において一定の大きさを有する。内端循環路の雌ねじ径Ｄは、一例として、図４に示されるナット内端位置ＮＲＥの雌ねじ径Ｄを有する。
【０１１３】
外端循環路の雌ねじ径Ｄは、複数の循環路の雌ねじ径Ｄのうちの最大径を取る。外端循環路の雌ねじ径Ｄは、外端循環路内において一定の大きさを有する。外端循環路の雌ねじ径Ｄは、一例として、図４に示されるナット外端位置ＮＬＥの雌ねじ径Ｄを有する。
【０１１４】
内端側中間循環路の雌ねじ径Ｄは、複数の循環路の雌ねじ径Ｄのうちの４番目に大きい径を取る。内端側中間循環路の雌ねじ径Ｄは、内端側中間循環路内において一定の大きさを有する。内端側中間循環路の雌ねじ径Ｄは、一例として、図４に示されるナット内端側中間位置ＮＲＣの雌ねじ径Ｄを有する。
【０１１５】
外端側中間循環路の雌ねじ径Ｄは、複数の循環路の雌ねじ径Ｄのうちの３番目に大きい径を取る。外端側中間循環路の雌ねじ径Ｄは、外端側中間循環路内において一定の大きさを有する。外端側中間循環路の雌ねじ径Ｄは、一例として、図４に示されるナット外端側中間位置ＮＬＣの雌ねじ径Ｄを有する。
【０１１６】
（ｄ）リターンチューブ方式を有するボールねじ（以下、「リターンチューブ方式ボールねじ」）の雌ねじ径Ｄについて説明する。リターンチューブ方式ボールねじは、複数の循環路を有する。この循環路は、こま方式ボールねじの循環路に準じた構成を有する。このため、リターンチューブ方式ボールねじの各循環路の雌ねじ径Ｄは、こま方式ボールねじの各循環路の雌ねじ径Ｄに準じて設定される。
【０１１７】
・上記実施形態のボールねじ３０は、ナットの組合方式としてシングルナットを有する。ただし、ボールねじ３０のナットの組合方式は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のボールねじは、ナットの組合方式としてダブルナットまたはインテグラルナットを有する。
【０１１８】
・上記実施形態のボールねじ３０は、金属材料により形成されたボールねじ軸４０を有する。ただし、ボールねじ軸４０の材料は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のボールねじ３０は、樹脂材料により形成されたボールねじ軸４０を有する。
【０１１９】
・上記実施形態のボールねじ３０は、金属材料により形成されたボールナット５０を有する。ただし、ボールナット５０の材料は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のボールねじ３０は、樹脂材料により形成されたボールナット５０を有する。
【０１２０】
・上記実施形態のボールねじ３０は、金属材料により形成されたデフレクタ６０を有する。ただし、デフレクタ６０の材料は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のボールねじ３０は、樹脂材料により形成されたデフレクタ６０を有する。
【０１２１】
・上記実施形態のボールねじ３０は、雄ねじ溝４４の一部を取り囲むボールナット５０を有する。ただし、ボールナット５０の構成は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のボールねじ３０は、雄ねじ溝４４の全部を取り囲むボールナット５０を有する。
【０１２２】
・上記実施形態の電動パワーステアリング装置１は、ラックブッシュを有さず、かつ第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬにおいてラックシャフト１３を支持している。ただし、ラックシャフト１３の支持構造は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の電動パワーステアリング装置１は、第１支持点ＳＲおよび第２支持点ＳＬに加え、ラックブッシュを有する。ラックブッシュは、例えば、ラックギア１３Ａとラック右端部１３Ｃとの間、またはラックギア１３Ａと雄ねじ溝１３Ｂとの間に取り付けられる。ボールナット５０は、ラックブッシュが存在する場合のラック変形量ＢＲを反映した雌ねじ径Ｄを有する。すなわち、雌ねじ径Ｄは、ボールナット５０の軸方向において異なる径を取る。
【０１２３】
・上記実施形態のラックシャフト１３は、ラック内中心位置ＲＣよりもラック右端部１３Ｃ側の範囲にラックギア１３Ａを有し、ラック内中心位置ＲＣよりもラック左端部１３Ｄ側の範囲に雄ねじ溝１３Ｂを有する。すなわち、ボールねじ軸４０は、軸方向の中心位置よりもねじ軸右端部４５側の範囲にねじ軸被支持部４３を有し、軸方向の中心位置よりもねじ軸左端部４６側の範囲に雄ねじ溝４４を有する。このため、第１支持点ＳＲは、ラック内中心位置ＲＣよりもラック右端部１３Ｃ側の範囲に形成される。また、第２支持点ＳＬは、ラック内中心位置ＲＣよりもラック左端部１３Ｄ側の範囲に形成される。ただし、ラックギア１３Ａ（ねじ軸被支持部４３）、雄ねじ溝１３Ｂ（雄ねじ溝４４）、第１支持点ＳＲ、および第２支持点ＳＬの形成位置は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の電動パワーステアリング装置１は、上記ラックギア１３Ａ等の形成位置をラック内中心位置ＲＣに対して左右において反転した構造を有する。
【０１２４】
・上記実施形態の電動パワーステアリング装置１は、ラック同軸型のアシスト方式を有する。ただし、電動パワーステアリング装置１のアシスト方式は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の電動パワーステアリングは、ラックパラレル型のアシスト方式を有する。ラックパラレル型のアシスト方式は、電気モータがラックシャフトから分離して配置され、電気モータのトルクをベルトまたはチェーンによりボールナットに伝達する方式を示す。
【０１２５】
・上記実施形態のボールねじ３０は、電動パワーステアリング装置１の一部を構成する。ただし、ボールねじ３０の適用対象は、上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例のボールねじは、半導体製造装置、産業用ロボット、または工作機械に用いられる。
【符号の説明】
【０１２６】
１…電動パワーステアリング装置
１０…ステアリング装置本体、１１…ラックハウジング、１１Ａ…第１ハウジング、１１Ｂ…第２ハウジング、１１Ｃ…ハウジング空間、１２…ピニオンシャフト、１２Ａ…ピニオンギア、１３…ラックシャフト、１３Ａ…ラックギア、１３Ｂ…雄ねじ溝、１３Ｃ…ラック右端部、１３Ｄ…ラック左端部、１４…ラックアンドピニオン機構、１５…ラックガイド
２０…電気モータ、２１…ステータ、２２…ロータ
３０…ボールねじ、３１…ボール、３２…循環路、３３…転動路
４０…ボールねじ軸、４１…転動路形成部、４２…ねじ軸一般部、４３…ねじ軸被支持部、４４…雄ねじ溝、４４Ａ…雄ねじ山部、４４Ｂ…雄ねじ谷部、４５…ねじ軸右端部、４６…ねじ軸左端部、４７…ねじ軸外面
５０…ボールナット、５０Ｃ…中心軸、５０Ｕ…ナット上壁部、５０Ｌ…ナット下壁部、５１…ナット中間部、５２…ナット内側部、５２Ａ…内側端面、５３…ナット外側部、５３Ａ…外側端面、５４…雌ねじ溝、５４Ａ…雌ねじ山部、５４Ｂ…雌ねじ谷部、５５…デフレクタ固定部、５６…ナット内部空間、５７…ナット内面
６０…デフレクタ、６１…帰還路
ＳＲ…第１支持点、ＳＬ…第２支持点
Ｄ…雌ねじ径、ＤＶ…雌ねじ谷径、ＤＭ…雌ねじ内径、ＤＣ…雌ねじ有効径
Ｎ…ナット軸方向位置、ＮＣＣ…ナット中心位置、ＮＣＸ…ナット最小径位置、ＮＲＥ…ナット内端位置、ＮＲＣ…ナット内端側中間位置、ＮＬＥ…ナット外端位置、ＮＬＣ…ナット外端側中間位置
ＦＢ…ボール負荷、ＦＢＬ…最小ピーク値、ＦＢＭ…最大ピーク値、ＦＢＨ…最大負荷値、ＦＢＷ…負荷変動幅
ＢＲ…ラック変形量
Ｒ…ラック内位置、ＲＣ…ラック内中心位置、ＲＲ…ラック内右端位置、ＲＬ…ラック内左端位置
ＷＤ…ラック転舵位置、ＷＤＣ…中立転舵位置、ＷＤＲ…最大右転舵位置、ＷＤＬ…最大左転舵位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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