(57)【要約】【課題】ボール螺子ナットを取付対象に締結する際に発生する軸力のばらつきを低減できるボール螺子装置及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。【解決手段】ボール螺子装置は、取付対象であるモータシャフト２６のシャフト座面３１とボール螺子ナット４２のナット座面４７との間に挟み込まれる円環状の中間部材６１を備える。中間部材６１には、モータシャフト２６側に突出してシャフト座面３１に形成された切欠き３２内に、モータシャフト２６の周方向に隙間を残して挿入可能な複数の突起６３と、ナット座面４７と当接する平坦な中間座面６４とが形成される。【選択図】図３
2014101898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に螺子溝が形成された螺子軸と、
内周に螺子溝が形成されたボール螺子ナットと、
前記螺子軸の螺子溝と前記ボール螺子ナットの螺子溝とを対向させてなる螺旋状のボール軌道内に配設された複数のボールと、を備えたボール螺子装置において、
前記ボール螺子ナットには、取付対象に形成された雌ねじ部に螺合される雄ねじ部が形成され、
前記取付対象の前記ボール螺子ナット側の端面である対象座面には、少なくとも該対象座面及び該取付対象の径方向外側に開口した切欠きが形成されたものであって、
前記対象座面と、前記ボール螺子ナットの前記取付対象側の端面であるナット座面との間に挟み込まれる環状の中間部材を備え、
前記中間部材には、
前記取付対象側に突出して前記切欠き内に、該取付対象の周方向に隙間を残して該切欠きに挿入可能な突起と、
前記ナット座面と当接する平坦な中間座面とが形成されたことを特徴とするボール螺子装置。
【請求項２】
軸方向に往復動可能に設けられたラック軸と、前記ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトと、前記ラック軸を螺子軸とするとともに前記中空シャフトを取付対象とした請求項１に記載のボール螺子装置と、を備えたことを特徴とす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、ボール螺子装置及びこれを備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトを備え、この中空シャフトの回転をボール螺子装置によってラック軸の軸方向移動に変換することで、操舵系にアシスト力を付与する所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置がある（例えば、特許文献１，２）。一般に、こうしたボール螺子装置は、中空シャフトと一体回転するボール螺子ナットを有しており、該ボール螺子ナットの内周に形成された螺子溝とラック軸の外周に形成された螺子溝とを対向させてなる螺旋状のボール軌道内に複数のボールを配設することにより構成されている。
【０００３】
さて、中空シャフトに対するボール螺子ナットの固定構造としては、例えば特許文献１に記載されるように、ボール螺子ナットに中空円筒状の雄ねじ部を形成し、この雄ねじ部を中空シャフトに形成された雌ねじ部に螺合させることにより、該ボール螺子ナットを中空シャフトに締結するものが知られている。詳しくは、この固定構造においてボール螺子ナットは、その雄ねじ部が中空シャフトの雌ねじ部に螺合することにより発生する軸力によって、ボール螺子ナットの中空シャフト側の端面（ナット座面）が該中空シャフトに押し付けられた状態で締結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５６９０１号公報
【特許文献２】特開２０１１−８０５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ボール螺子ナットを締結する際に中空シャフトが回転することを規制するため、中空シャフトのボール螺子ナット側の端面（シャフト座面）に切欠きを形成し、この切欠きに固定用治具を係合させることが考えられる。しかし、シャフト座面に切欠きが形成されていると、ボール螺子ナットが中空シャフトに押し付けられた際に切欠き近傍に応力が集中するため、シャフト座面が変形し易くなる。そして、シャフト座面が変形することでその摩擦係数が変化すると、シャフト座面とナット座面との間に作用する摩擦力が変化することになる。
【０００６】
ここで、こうしたシャフト座面の変形は一様ではなく、製造される個体毎に異なるため、上記摩擦力の変化は個体毎にばらつく。一方、ボール螺子ナットを中空シャフトに締結する軸力は、シャフト座面とナット座面とが当接した状態からさらにボール螺子ナットを締め付け、雄ねじ部を螺進させてボール螺子ナットを弾性変形させることにより発生する。したがって、シャフト座面の変形によってその摩擦係数（摩擦力）が変化すると、一定の締め付けトルクでボール螺子ナットを締め付けても、ボール螺子ナットの締め付け量（回転量）が個体毎にばらつくことになる。その結果、ボール螺子ナットの弾性変形量がばらつくことで、上記軸力がばらつくという問題が生じる。そして、こうした軸力のばらつきに起因して、例えば異音の発生や耐久性の低下を招く虞があり、この点においてなお改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ボール螺子ナットを取付対象に締結する際に発生する軸力のばらつきを低減できるボール螺子装置及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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するボール螺子装置は、外周に螺子溝が形成された螺子軸と、内周に螺子溝が形成されたボール螺子ナットと、前記螺子軸の螺子溝と前記ボール螺子ナットの螺子溝とを対向させてなる螺旋状のボール軌道内に配設された複数のボールと、を備えたものにおいて、前記ボール螺子ナットには、取付対象に形成された雌ねじ部に螺合される雄ねじ部が形成され、前記取付対象の前記ボール螺子ナット側の端面である対象座面には、少なくとも該対象座面及び該取付対象の径方向外側に開口した切欠きが形成されたものであって、前記対象座面と、前記ボール螺子ナットの前記取付対象側の端面であるナット座面との間に挟み込まれる環状の中間部材を備え、前記中間部材には、前記取付対象側に突出して前記切欠き内に、該取付対象の周方向に隙間を残して該切欠きに挿入可能な突起と、前記ナット座面と当接する平坦な中間座面とが形成されたことを要旨とする。
【０００９】
また、上記課題を解決する電動パワーステアリング装置は、軸方向に往復動可能に設けられたラック軸と、前記ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトと、前記ラック軸を螺子軸とするとともに前記中空シャフトを取付対象とした上記ボール螺子装置と、を備えたことを要旨とする。
【００１０】
上記各構成によれば、中間部材の突起が取付対象（中空シャフト）の切欠きに係合することで、これら取付対象と中間部材との相対回転が規制される。そのため、ボール螺子ナットの締結時において、ボール螺子ナットと中間部材とが相対回転し、ナット座面と中間座面との間に摩擦力が作用する。そして、ナット座面と当接する中間座面は、平坦な形状（平面）とされているため、切欠きが形成されている場合のように応力が集中せず、変形し難い。したがって、ボール螺子ナットの締結時に、中間座面の摩擦係数（ナット座面と中間座面との間に作用する摩擦力）が変化し難くなり、ボール螺子ナットの締め付け量（回転量）が個体毎にばらつくことが低減されるため、ボール螺子ナットを締結する軸力がばらつくことを低減できる。これにより、例えば軸力のばらつきに起因した異音の発生や耐久性の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボール螺子ナットを取付対象に締結する際に発生する軸力のばらつきを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す断面図。
【図２】一実施形態のボール螺子装置近傍の部分断面図。
【図３】一実施形態のモータシャフト及びボール螺子ナットを径方向外側から見た部分側面図。
【図４】（ａ）は一実施形態の中間部材をモータシャフト側から見た側面図、（ｂ）は同じくボール螺子ナット側から見た側面図。
【図５】別例のモータシャフト及びボール螺子ナットを径方向外側から見た部分側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、ボール螺子装置及びこれを備えた電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は、ステアリング操作により回転するピニオン軸２と、ピニオン軸２の回転に応じて軸方向に往復動することにより転舵輪（図示略）の舵角を変更するラック軸３とを備えている。また、ＥＰＳ１は、ラック軸３が挿通される略円筒状のラックハウジング５を備えている。ラックハウジング５は、略円筒状に形成されたセンターハウジング６と、センターハウジング６の軸方向一端側（図１中、左側）に固定されたギアハウジング７と、センターハウジング６の軸方向他端側（図１中、右側）に固定されたエンドハウジング８とからなる。
【００１４】
ラック軸３は、ギアハウジング７に設けられたラックガイド１１、及びエンドハウジング８に設けられた図示しないブッシュ（すべり軸受）により、その軸方向に沿って往復動可能に支持されている。また、ラックハウジング５内には、ピニオン軸２がラック軸３と斜交する状態で回転可能に支持されており、ラック軸３は、ラックガイド１１によって付勢されることによりピニオン軸２と噛合している。なお、ピニオン軸２には、ステアリングシャフトが連結されており、その先端にはステアリングホイール（ともに図示略）が固定されている。そして、ステアリング操作に伴ってピニオン軸２が回転し、その回転がラック軸３の軸方向移動に変換されることにより、転舵輪の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
【００１５】
また、ＥＰＳ１は、その駆動源となるモータ２１と、モータ２１の回転をラック軸３の軸方向移動に変換するボール螺子装置２２とを備えている。つまり、本実施形態のＥＰＳ１は、所謂ラックアシスト型のＥＰＳとして構成されている。
【００１６】
先ず、モータの構成について説明する。
モータ２１は、センターハウジング６の内周に固定されるステータ２４と、ステータ２４の内側に回転可能に設けられるロータ２５とを備えたブラシレスモータとして構成されている。ロータ２５は、中空円筒状に形成された中空シャフト及び取付対象としてのモータシャフト２６、及びモータシャフト２６の外周に固定されるマグネット２７を有している。なお、モータシャフト２６は、軟磁性材料からなり、マグネット２７の磁路としても機能する。モータシャフト２６におけるギアハウジング７側の開口端部２６ａは、第１の軸受２８ａによって回転可能に支持されている。そして、モータ２１は、モータシャフト２６内にラック軸３が挿通されることにより、ラック軸３と同軸に配置されている。このように構成されたモータ２１では、ステータ２４に駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、マグネット２７との間に生じる磁気的な吸引力及び反発力によってモータシャフト２６（ロータ２５）が回転するようになっている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、モータシャフト２６の、後述するボール螺子ナット４２が連結される側の開口端部２６ｂにおける軸方向端面であるシャフト座面３１には、このシャフト座面３１から軸方向に延び、モータシャフト２６の内外周を貫通した複数（本実施形態では、４つ）の切欠き３２が形成されている。つまり、本実施形態では、シャフト座面３１が対象座面に相当する。なお、説明の便宜上、図２において、モータシャフト２６の軸線の上半分は切欠き３２を通る断面を示し、下半分は切欠き３２を通らない断面を示している。
【００１８】
具体的には、切欠き３２は、モータシャフト２６を径方向に貫通し、シャフト座面３１側から見て、その周方向幅が略一定の溝状に形成されている。また、切欠き３２は、周方向に等角度間隔で設けられている。そして、モータシャフト２６は、ボール螺子装置２２のボール螺子ナット４２を締結する際に、図３において二点鎖線で示すように、各切欠き３２に固定用治具Ｊが係合されることで回転が規制されるようになっている。なお、本実施形態では、固定用治具Ｊの周方向に沿った幅は切欠き３２の周方向に沿った幅の略半分に設定されるとともに、固定用治具Ｊの軸方向に沿った長さは切欠き３２の軸方向に沿った深さよりも僅かに小さく設定されている。また、図２に示すように、モータシャフト２６の内周面には、雌ねじ部３４が、シャフト座面３１から奥側（図２中、左側）に間隔を空けた位置から、さらに奥側に向けて形成されている。
【００１９】
次に、ボール螺子装置の構成について説明する。
図１に示すように、ラック軸３には、その外周の一部に螺子溝４１が形成されている。つまり、本実施形態では、ラック軸３が螺子軸に相当する。そして、ボール螺子装置２２は、モータシャフト２６と一体回転するボール螺子ナット４２を有しており、ラック軸３に複数のボール４３を介してボール螺子ナット４２を螺合することにより構成されている。なお、ボール螺子ナット４２は、センターハウジング６の内周面に設けられた第２の軸受２８ｂにより回転可能に支持されている。
【００２０】
詳述すると、図２に示すように、ボール螺子ナット４２は、略円筒状に形成されており、モータシャフト２６の外部に配置された本体部４４、及びモータシャフト２６におけるエンドハウジング８側の開口端部２６ｂからその内部に挿入された係合部４５を有している。なお、ボール螺子ナット４２は、モータシャフト２６よりも高強度の材料により構成されている。ボール螺子ナット４２の内周には、本体部４４の全体及び係合部４５の一部を含む範囲に亘って延びる螺旋状の螺子溝４６が形成されている。本体部４４の外径は、モータシャフト２６の外径と略等しく形成されており、本体部４４におけるモータシャフト２６側の軸方向端面であるナット座面４７は、モータシャフト２６のシャフト座面３１と軸方向において対向する位置に設けられている。
【００２１】
係合部４５は、本体部４４から軸方向に連続して形成されており、モータシャフト２６の開口端部２６ｂの雌ねじ部３４が形成されていない内面に嵌合されるインロー部４８、及びインロー部４８の先端から軸方向に延びるとともにモータシャフト２６の雌ねじ部３４と螺合する中空円筒状の雄ねじ部４９を有している。そして、ボール螺子ナット４２は、雄ねじ部４９を雌ねじ部３４に螺合させることにより、その螺子溝４６がラック軸３の螺子溝４１と径方向において対向するようにモータシャフト２６に締結されている。詳しくは、ボール螺子ナット４２は、雄ねじ部４９が雌ねじ部３４に螺合することにより発生する軸力によって、ナット座面４７がシャフト座面３１に押し付けられた状態で締結されている。これにより、ラック軸３の螺子溝４１とボール螺子ナット４２の螺子溝４６によって螺旋状のボール軌道Ｒ１が形成されている。
【００２２】
ボール軌道Ｒ１内には、複数のボール４３が配設されており、各ボール４３は、ラック軸３の螺子溝４１と、ボール螺子ナット４２の螺子溝４６とに挟まれている。また、ボール螺子ナット４２には、螺子溝４６内の二点間を短絡する循環路Ｒ２が形成されている。なお、本実施形態の循環路Ｒ２は、ボール螺子ナット４２の取付孔５１に対して上記ボール軌道Ｒ１からボール４３を掬い上げる機能及びボール軌道Ｒ１にボール４３を排出する機能を備えた循環部材（デフレクタ）５２を装着することにより形成されている。
【００２３】
したがって、ボール螺子装置２２において、各ボール４３は、ボール螺子ナット４２がラック軸３に対して相対回転したときに、ラック軸３及びボール螺子ナット４２から負荷（摩擦力）を受けてボール軌道Ｒ１内を転動することにより、ラック軸３にボール螺子ナット４２のトルクを伝達し、ラック軸３をボール螺子ナット４２に対して軸方向移動させる。また、ボール軌道Ｒ１内を転動してボール軌道Ｒ１の一端に到達した各ボール４３は、ボール螺子ナット４２に形成された上記循環路Ｒ２を通過することにより、ボール軌道Ｒ１の他端に排出され、ボール軌道Ｒ１をボール流動方向の下流側から上流側へと移動する。つまり、ボール螺子装置２２は、そのボール軌道Ｒ１を転動する各ボール４３が循環路Ｒ２を介して無限循環することにより、ボール螺子ナット４２の回転をラック軸３の軸方向移動に変換することが可能となっている。なお、循環路Ｒ２によって短絡される二点は、ボール螺子ナット４２の軸方向において、その間に数巻き分の螺子溝４６を挟む位置に設定されており、ボール軌道Ｒ１及び循環路Ｒ２により１系統の流通経路が形成されている。そして、ＥＰＳ１は、モータ２１を用いてボール螺子ナット４２を回転駆動し、そのトルクを軸方向の押圧力としてラック軸３に伝達することにより、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する構成となっている。
【００２４】
ここで、図２及び図３に示すように、ボール螺子装置２２は、シャフト座面３１とナット座面４７との間に挟み込まれる円環状の中間部材６１を備えている。なお、本実施形態の中間部材６１は、ボール螺子ナット４２（モータシャフト２６）よりも高強度の材料により構成されている。
【００２５】
詳しくは、図２〜図４に示すように、中間部材６１は、円環状のリング体６２と、リング体６２からモータシャフト２６側に突出した複数（本実施形態では、４つ）の突起６３とを有している。リング体６２の内径は、ボール螺子ナット４２のインロー部４８の外径と略等しく設定されるとともに、リング体６２の外径は、ボール螺子ナット４２の本体部４４の外径と略等しく設定されている。そして、中間部材６１は、リング体６２がインロー部４８の外周に嵌合された状態で、シャフト座面３１とナット座面４７との間に挟み込まれている。これにより、モータシャフト２６の切欠き３２は、ボール螺子ナット４２側から見て、中間部材６１により覆われている。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、突起６３は、周方向に等角度間隔で設けられており、モータシャフト２６の切欠き３２にそれぞれ挿入される。図２及び図３に示すように、突起６３の軸方向に沿った突出量は、切欠き３２の深さよりも僅かに小さく設定されている。また、突起６３の周方向に沿った幅は、切欠き３２の幅の半分よりも僅かに小さく設定されている。つまり、突起６３は、切欠き３２内に、モータシャフト２６の周方向に隙間を残して該切欠き３２に挿入可能に形成されている。そして、上記のように固定用治具Ｊは、切欠き３２の周方向幅の略半分に設定されていることから、突起６３は、固定用治具Ｊと一緒に切欠き３２に挿入可能となっている。図３及び図４（ｂ）に示すように、リング体６２（中間部材６１）のナット座面４７と軸方向において対向する中間座面６４は、平坦な形状とされている。つまり、中間座面６４は、組み付け状態でナット座面４７に対して平行となる平面状に形成されている。
【００２７】
また、中間部材６１の中間座面６４には、高分子樹脂と界面活性剤とを主とする水分散型処理液を塗布することにより、その摩擦係数の安定化を図る処理（トルカー処理）が施されている。なお、本実施形態では、上記処理液を貯留した容器（図示略）内に中間部材６１全体を浸漬することにより該処理液が中間座面６４に塗布されている。
【００２８】
次に、モータシャフトに対するボール螺子ナットの締結（作用）について説明する。
ボール螺子ナット４２は、モータシャフト２６の切欠き３２に固定用治具Ｊ及び中間部材６１の突起６３が挿入された状態で、予め設定された所定の締め付けトルクで締め付けられることにより、モータシャフト２６に締結される。このとき、突起６３が切欠き３２に係合することで、これらモータシャフト２６と中間部材６１との相対回転が規制される。そのため、ボール螺子ナット４２の締結時において、ボール螺子ナット４２と中間部材６１とが相対回転し、ナット座面４７と中間座面６４との間に摩擦力が作用する。ここで、上記のようにモータシャフト２６の切欠き３２が中間部材６１によって覆われているので、切欠き３２がナット座面４７に対して露出しない。また、ナット座面４７と当接する中間座面６４は、平坦な形状とされているため、切欠きが形成されている場合のように応力が集中せず、変形し難い。したがって、ボール螺子ナット４２の締結時に、中間座面６４の摩擦係数（ナット座面４７と中間座面６４との間に作用する摩擦力）が変化し難くなるため、シャフト座面３１とナット座面４７との間に摩擦力が作用する場合に比べ、ボール螺子ナット４２の締め付け量（回転量）が個体毎にばらつくことが低減される。
【００２９】
次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）中間部材６１のナット座面４７と当接する中間座面６４を、組み付け状態でナット座面４７と平行となる平面状に形成することで、上記のように中間座面６４の摩擦係数が変化し難くなり、ボール螺子ナット４２の締め付け量が個体毎にばらつくことが低減されるため、ボール螺子ナット４２をモータシャフト２６に締結する際に発生する軸力のばらつきを低減できる。これにより、例えば軸力のばらつきに起因した異音の発生や耐久性の低下を抑制できる。
【００３０】
（２）中間部材６１の中間座面６４に、その摩擦係数を安定化させる処理液を塗布したため、ボール螺子ナット４２の締め付け量が個体毎にばらつくことがより一層低減され、軸力のばらつきをより一層低減できる。ここで、中間部材６１は、ボール螺子ナット４２とは別部材であり、その全体に液剤等を塗布しても、ボール軌道Ｒ１の形状精度に影響を与えないため、摩擦係数を安定化させるための処理液を浸漬等により容易に中間座面６４に塗布することが可能である。
【００３１】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態において、中間部材６１をモータシャフト２６やボール螺子ナット４２よりも低強度の材料により構成してもよい。ただし、中間部材６１の強度は、なるべく高い方が好ましい。
【００３２】
・上記実施形態において、中間部材６１に対して中間座面６４の摩擦係数を安定化させる処理を施さなくてもよい。
・上記実施形態では、突起６３の幅を切欠き３２の幅の半分よりも僅かに小さく設定したが、これに限らず、例えば図５に示すように、固定用治具Ｊの形状に合わせて突出量の小さな形状としてもよい。要は、突起６３の形状は、切欠き３２内にモータシャフト２６の周方向に隙間を残して該切欠き３２に挿入され、固定用治具Ｊと一緒に切欠き３２内に挿入することができれば、適宜変更可能である。また、切欠き３２の形状は、少なくともシャフト座面３１及びモータシャフト２６の径方向外側に開口していれば、適宜変更可能である。なお、切欠き３２及び突起６３の数も適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００３３】
・上記実施形態では、ＥＰＳ１をモータ２１及び中空シャフトとしてのモータシャフト２６がラック軸３と同軸に配置されたラックアシスト型としたが、これに限らず、所謂ラッククロス型やラックパラレル型等、ハウジング外部に設けられたモータにより、ラック軸の挿通された中空シャフトを駆動する形式としてもよい。
【００３４】
・上記実施形態において、ボール螺子装置２２をＥＰＳ以外の用途に用いてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、３…ラック軸、２１…モータ、２２…ボール螺子装置、２６…モータシャフト、３１…シャフト座面、３２…切欠き、３４…雌ねじ部、４１，４６…螺子溝、４２…ボール螺子ナット、４３…ボール、４７…ナット座面、４９…雄ねじ部、６１…中間部材、６２…リング体、６３…突起、６４…中間座面、Ｊ…固定用治具、Ｒ１…ボール軌道、Ｒ２…循環路。
【図１】
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【図２】
2014101898.tif 000004
【図３】
2014101898.tif 000005
【図４】
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【図５】
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