(57)【要約】【課題】セパレータの膨張または収縮が生じたとしても、隣り合うボールの距離の変動を抑制することができ、セパレータのがたを抑制するのに効果的なボール内蔵式可動装置及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】第１部材及び第２部材のうちの一方を他方に対して相対移動させる可動機構のボール通路に複数個のボール５が直列に配置されている。ボール５間にセパレータ７が設けられている。セパレータ７は、一方のボール５に接触可能な円錐面形状をなす第１円錐面７１をもつと共に、他方のボール５に接触可能な円錐面形状をなす第２円錐面７２をもつ。第１円錐面７１の延長線同士の交点を第１頂点Ｗ１とし、第２円錐面７２の延長線同士の交点を第２頂点Ｗ２とし、第１頂点Ｗ１と第２頂点Ｗ２との間の距離をαとし、ボール５の直径をＤｂとしたとき、α＝±０．０７５Ｄｂ以内（α＝０を含む）に設定されている。【選択図】  図３
2004270779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対移動可能な第１部材及び第２部材を有すると共に前記第１部材及び前記第２部材の境界域に溝状のボール通路を有し、且つ、前記第１部材及び前記第２部材のうちの一方を他方に対して相対移動させる可動機構と、
前記可動機構の前記ボール通路に直列に配置された複数個のボールと、
前記可動機構の前記ボール通路に直列に配置されている隣り合う前記ボール間に設けられ隣り合う前記ボールのボール中心を仮想的に結ぶ仮想線を包囲するリング形状をなすセパレータとを具備するボール内蔵式可動装置において、
前記セパレータは、
前記セパレータの中心線を通る断面において、隣り合う前記ボールのうち一方の前記ボールの外壁面に接触可能な円錐面形状をなす第１円錐面をもつと共に、隣り合う前記ボールのうち他方の前記ボールの外壁面に接触可能な円錐面形状をなす第２円錐面をもち、
前記セパレータの中心線を通る断面において、前記セパレータの前記第１円錐面の延長線同士の交点を第１頂点とし、前記セパレータの前記第２円錐面の延長線同士の交点を第２頂点とし、前記セパレータの前記中心線に平行な方向における前記第１頂点と前記第２頂点との間の距離をαとし、前記ボールの直径をＤｂとしたとき、α＝±０．０７５Ｄｂ以内（α＝０を含む）に設定されていることを特徴とするボール内蔵式可動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１部材は、螺旋溝形状をなす前記第１通路を外壁面に有するねじ軸形状をなし、前記第２部材は、前記第１部材の前記第１通路の少なくとも一部に対面して前記第１通路と共に螺旋形状の前記ボール通路を形成する第２通路をもち、
前記第１部材及び前記第２部材のうちの一方を回転させることにより他方を前記第１部材の長さ方向に沿って移動させるボールねじ機構を構成することを特徴とするボール内蔵式可動装置。
【請求項３】
請求項１において、前記第１部材は、軸長方向に沿って延設された溝状の前記第１通路を外壁面に有する長尺形状をなし、前記第２部材は、前記第１部材の前記第１通路に対面して前記第１通路の少なくとも一部と共に前記ボール通路を形成する前記第２通路をもち、
前記第２部材を第１部材の軸長方向に沿って移動させる直進ガイド機構を構成することを特徴とするボール内蔵式可動装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載のボール内蔵式可動装置を有する電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転動可能な複数のボールを内蔵することにより第１部材及び第２部材の相対移動を容易化したボール内蔵式可動装置及び電動パワーステアリング装置に関する。本発明はボールねじ機構、直進ガイド機構等に適用することができ、また車両の電動パワーステアリング装置に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじ機構を例にとって従来技術について説明する。ボールねじ機構は、螺旋溝形状をなす第１通路を外周面に有すると共に軸芯回りで回転可能なねじ軸形状の第１部材と、第１部材に同軸的に配置され第１部材の第１通路の一部に対面して第１通路と共に螺旋溝形状のボール通路を形成する第２通路を内周面に有する円筒形状の第２部材と、ボール通路に直列に配置された複数個のボールとを有する。
【０００３】
このものによれば、ねじ軸形状の第１部材及び筒形状の第２部材のうちの一方がその位置に保持した状態で軸芯回りに回転とすると、他方は直進方向に移動する。このときボール通路に配置されているボールの転動により、第１動部材及び第２部材との間は低摩擦とされ、作動性は円滑に確保される。
【０００４】
上記したボールねじ機構において、特開２０００−１２０８２５号公報に開示されているように、ボール通路に直列に配置されている隣り合うボール間にセパレータを介在させたものが知られている。このものによれば、隣り合うボール同士の直接接触がセパレータにより軽減または回避されるため、ボールの摩耗の抑制、ボール衝突音の低減等を図り得、ボールねじ機構の品質を高めるのに有利である。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２０８２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記したボールねじ機構によれば、セパレータの寸法は環境温度の変化等により膨張または収縮するように変化することがある。この場合、ボールねじ機構の作動時における摩擦熱の発生、作動停止に伴う冷却等の要因が挙げられる。またセパレータが樹脂等のように吸水性を有する材料を基材としているときには、結露等による環境湿度の変化により、吸水等の影響を受けてセパレータの寸法が変化することがある。
【０００７】
例えば、車両に搭載されるボールねじ機構によれば、寒冷地や冬季で使用されたり、猛暑地や夏季で使用されたりすることから、温度変化や湿度変化に伴なうセパレータの寸法変化が比較的大きい。
【０００８】
上記したようにセパレータの寸法が変化すると、隣り合うボールの距離が変動する傾向がある。このようにボール間の距離が変動すると、ボールの転動性等に影響を与えたり、セパレータのがたが生じたり、そのがたが増大したりするおそれが生じる。
【０００９】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、セパレータの環境温度、環境湿度等の変化によりセパレータの膨張または収縮が生じたとしても、隣り合うボールの距離の変動を抑制することができ、ボールの転動性を確保しつつ、セパレータのがたを抑制するのに効果的なボール内蔵式可動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを課題とするにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ボールねじ機構等のボール内蔵式可動装置について鋭意開発を進めている。そして本発明者は、セパレータの中心線を通る断面において、セパレータの第１円錐面の延長線同士の交点を第１頂点とし、セパレータの第２円錐面の延長線同士の交点を第２頂点としたとき、第１頂点と第２頂点とを合致させる等できるだけ近づければ、セパレータが膨張または収縮したとしても、セパレータとボールとの接触点の変位を抑制することができ、隣り合うボールの距離の変動を抑制することができることを知見し、本発明を完成した。
【００１１】
即ち、本発明に係るボール内蔵式可動装置は、
相対移動可能な第１部材及び第２部材を有すると共に第１部材及び第２部材の境界域に溝状のボール通路を有し、且つ、第１部材及び第２部材のうちの一方を他方に対して相対移動させる可動機構と、
可動機構のボール通路に直列に配置された複数個のボールと、
可動機構のボール通路に直列に配置されている隣り合うボール間に設けられ隣り合うボールのボール中心を仮想的に結ぶ仮想線を包囲するリング形状をなすセパレータとを具備するボール内蔵式可動装置において、
セパレータは、
セパレータの中心線を通る断面において、隣り合うボールのうち一方のボールの外壁面に接触可能な円錐面形状をなす第１円錐面をもつと共に、隣り合うボールのうち他方のボールの外壁面に接触可能な円錐面形状をなす第２円錐面をもち、
セパレータの中心線を通る断面において、セパレータの第１円錐面の延長線同士の交点を第１頂点とし、セパレータの第２円錐面の延長線同士の交点を第２頂点とし、セパレータの中心線に平行な方向における第１頂点と第２頂点との間の距離をαとし、ボールの直径をＤｂとしたとき、α＝±０．０７５Ｄｂ以内（α＝０を含む）に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載のボール内蔵式可動装置を有するものである。
【００１３】
本発明に係るボール内蔵式可動装置、電動パワーステアリング装置によれば、セパレータの第１円錐面の延長線同士の交点である第１頂点と、セパレータの第２円錐面の延長線同士の交点である第２頂点とが接近していたり、あるいは、合致している。このため、環境温度、環境湿度等の変化によりセパレータの膨張または収縮が生じたとしても、隣り合うボールの距離の変動は抑制される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、可動機構は、相対移動可能な第１部材及び第２部材を有すると共に、第１部材及び第２部材の境界域に溝状のボール通路を有する。
【００１５】
ここで、第１部材は、螺旋溝形状をなす第１通路を外壁面に有すると共に軸芯回りで回転可能なねじ軸形状をなしている構成を例示することができる。また第２部材は、第１部材の第１通路の少なくとも一部に対面して第１部材の第１通路と共に螺旋溝形状のボール通路を形成する第２通路をもつ構成を例示することができる。この場合、第１部材及び第２部材はボールねじ機構を構成することができる。ねじ軸形状をなす第１軸部材を定位置に規定しつつこれの軸芯回りで回転させると、第２部材はねじ軸形状の第１部材の軸長方向に沿って直進方向に移動することができる。あるいは、第２部材を定位置に規定しつつこれの軸芯回りで回転させると、第１部材はその軸長方向に沿って直進方向に移動することができる。
【００１６】
上記のような機構は、電動パワーステアリング装置等の車両機器、工作機械等の産業機器において用いられる。
【００１７】
また、本発明の他の形態によれば、第１部材は長尺形状をなし、軸長方向に沿って延設された溝状の第１通路を外壁面に有し、第２部材は、第１部材の第１通路に対面して第１部材の第１通路の少なくとも一部と共にボール通路を形成する第２通路をもつ構成とすることができる。この場合、第１部材及び第２部材は直進ガイド機構を構成することができる。この場合、第２部材はスライダーとして機能し、長尺形状をなす第１部材の長さ方向に沿って第２部材が直進方向に移動することができる。
【００１８】
本発明に係るボールは球状である。ボールの材質としては、高い負荷を受けることから、鉄合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属系、アルミナ等のセラミックス系等の高強度材料を例示することができる。
【００１９】
本発明に係るセパレータは、ボール通路に直列に配置されている隣り合うボール間に設けられており、隣り合うボールのボール中心を仮想的に結ぶ仮想線を包囲するリング形状をなすものであり、リテーナとも呼ばれる。本発明の好ましい形態によれば、セパレータの材質としては、ナイロン樹脂、フェノール樹脂等の樹脂系を例示することができ、場合によっては、鉄合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属系を例示することができる。金属系の場合には含油性の高い焼結体を例示することができる。
【００２０】
本発明によれば、セパレータの中心線を通る断面において、セパレータの第１円錐面の延長線同士の交点を第１頂点とし、セパレータの第２円錐面の延長線同士の交点を第２頂点とし、セパレータの中心線に沿った方向における第１頂点と第２頂点との間の距離をαとし、ボールの直径をＤｂとしたとき、α＝±０．０７５Ｄｂ以内（α＝０を含む）に設定されている。この場合、環境温度、環境湿度等が変化したとしても、隣り合うボールの距離の変動を小さくするためには、α＝±０．０５Ｄｂ以内、殊にα＝±０．０２５Ｄｂ以内に設定することができ、なかでもα＝±０．０１Ｄｂ以内に設定することができる。αとしては０が好ましい。
【００２１】
本発明の好ましい形態によれば、セパレータの直径をＤｓとしたとき、０．５０Ｄｂ≦Ｄｓ≦０．９５Ｄｂの関係に設定されている。セパレータの直径は、第１部材や第２部材とセパレータとの接触を軽減または回避する意味では小さい方が好ましい。しかしセパレータの直径が小さいと、ボールとセパレータとのかかり代δが小さくなり、ボールとセパレータとの係合性が低下し、ボールとセパレータとの間のがたつきが大きくなるおそれが生じる。これらを考慮して、０．５０Ｄｂ≦Ｄｓ≦０．９５Ｄｂの関係、殊に０．６０Ｄｂ≦Ｄｓ≦０．９０Ｄｂの関係、なかでも０．６５Ｄｂ≦Ｄｓ≦０．８５Ｄｂの関係に設定することが好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の第１実施例について図１〜図５を比較例と共に参照して説明する。本実施例に係るボール内蔵式可動装置を、ボールねじ機構に適用した場合である。図１に示すように、可動機構１は、ねじ軸状形状をなす横断面で円形状をなす第１部材２と、第１部材２の外周を同軸的に包囲する筒形状の第２部材３を有する。図１は第１部材２を構成するねじ軸の螺旋に沿って切断した断面を示す。図１に示す第１部材２は、これの軸芯回りで螺旋溝形状に延設された第１通路２１を外壁面に有する。第２部材３は、第１部材２の第１通路２１の一部に対面して第１通路２１と共にボール通路４を形成する螺旋形状の第２通路３１をもつ。従ってボール通路４は第１部材２の外周面及び第２部材３の内周面の境界域に、第１部材２の軸芯ＰＯ回りで螺旋溝形状に形成されている。可動機構１のボール通路４には、球状をなすボール５が複数個の直列に配置され、ボール内蔵式可動装置を構成している。ボール５は高い負荷を受けるため金属製（炭素鋼系、合金鋼系）とされている。各ボール５の直径は同一とされている。
【００２３】
図１に示すように、可動機構１のボール通路４において直列に配置されている隣り合うボール５間には、セパレータ７がそれぞれ配置されている。図３（Ａ）に示すように、直列に配置されている隣り合うボール５同士のボール中心５ｃを仮想的に結ぶ仮想線をＫとすると、セパレータ７は仮想線Ｋを包囲するリング形状をなしている。セパレータ７の基材は、コスト、軽量化、摺動潤滑性、寿命等を総合的に考慮して、ナイロン樹脂等の樹脂を使用することが多い。この場合、樹脂製のセパレータ７は金属製のボール５よりも膨張率がかなり大きく、また吸水性をもつため、セパレータ７のサイズの変化量が大きくなる可能性がある。
【００２４】
本実施例によれば、第２部材３を定位置に保持させつつ軸芯Ｐ０回りで一方向に回転させると、第１部材２が軸芯Ｐ０の伸びる方向に沿って直動することができる。また、第２部材３を定位置に保持させつつ軸芯Ｐ０回りで他方向に回転させると、第１部材２が軸芯Ｐ０の伸びる方向に沿って逆方向に直動することができる。
【００２５】
図３（Ａ）は、セパレータ７の軸長方向に沿った中心線Ｐ１を通る断面を示す。図３（Ａ）に示すように、セパレータ７は、作動オイル等の作動流体を溜めうる中央孔７０ａを形成する内壁面７０と、リンクセパレータの中心線Ｐ１の回りを１周する円錐面形状をなす第１円錐面７１と、リンクセパレータの中心線Ｐ１の回りを１周する円錐面形状をなす第２円錐面７２と、外壁面７３とをもつ。第１円錐面７１は、２個のボール５，５のうち一方のボール５の外壁面５０に接線状に接触可能とされている。第２円錐面７２は、隣り合う２個のボール５，５のうち他方のボール５の外壁面５０に接線状に接触可能とされている。
【００２６】
第１円錐面７１，第２円錐面７２は、ボール５に圧接されていないときには、断面で直状とされている。図３（Ａ）に示すように、セパレータ７は、セパレータ７の中心線Ｐ１に対して対称形状にされていると共に、セパレータ７の軸直角中心線Ｐ２に対しても対称形状にされている。従って、中心線Ｐ１を通る断面において、第１円錐面７１はセパレータ７の中心線Ｐ１に対して対称形状にされている。第２円錐面７２はセパレータ７の中心線Ｐ１に対して対称形状にされている。更に第１円錐面７１及び第２円錐面７２は、互いに軸直角中心線Ｐ２に対して対称形状にされている。
【００２７】
図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示す第１円錐面７１，第２円錐面７２の状態を説明する図である。図３（Ｂ）に係るＳ１は、セパレータ７の第１円錐面７１自体及び第１円錐面７１の延長線を示す。図３（Ｂ）に係るＳ２は、セパレータ７の第２円錐面７２自体及び第２円錐面７２の延長線を示す。
【００２８】
図３（Ｂ）に示すように、セパレータ７の第１円錐面７１の延長線Ｓ１同士の交点を第１頂点Ｗ１とし、セパレータ７の第２円錐面７２の延長線Ｓ２同士の交点を第２頂点Ｗ２とする。図３（Ｂ）によれば、第１頂点Ｗ１及び第２頂点Ｗ２は、セパレータ７の中心線Ｐ１上（中心点ＰＣ上）に合致している。中心点ＰＣは中心線Ｐ１と軸直角中心線Ｐ２との交点を示し、また、θａ１は第１頂点Ｗ１の頂角を示し、θａ２は第２頂点Ｗ２の頂角を示す（θａ１＝θａ２）。
【００２９】
図３（Ａ）（Ｂ）において、隣り合う２個のボール５，５の外壁面５０間の最大距離をＯＢＤとして示す。ボール５の外壁面５０の最大距離ＯＢＤの変化量をΔＯＢＤとすると、セパレータ７の膨張，収縮があったとき、ΔＯＢＤを小さくするためには、第１円錐面７１の延長線上の第１頂点Ｗ１と、第２円錐面７２の延長線上の頂点Ｗ２とをできるだけ近づけることが好ましい。この場合、第１頂点Ｗ１と第２頂点Ｗ２とが中心線Ｐ１において、互いに合致、あるいは、ほぼ合致していることが好ましい。
【００３０】
換言すれば、ΔＯＢＤを小さくするためには、セパレータ７の中心線Ｐ１に沿った第１頂点Ｗ１と頂点Ｗ２との間の距離をαとし、ボール５の直径をＤｂとすると、α＝±０．０７５Ｄｂ以内に設定されていることが好ましい。殊に、α＝±０．０５Ｄｂ以内、α＝±０．０２５Ｄｂ以内に設定されていることが更に好ましい。なかでも、α＝０，α≒０に設定されていることが好ましい。
【００３１】
セパレータ７の膨張，収縮があったとき、ΔＯＢＤを小さくするためには、αが小さく設定されていることが好ましい理由について、図２〜図５を用いて更に説明を加える。図２においてｘ軸をセパレータ７の中心線Ｐ１とし、ｙ軸をセパレータ７の軸直角中心線Ｐ２とし、セパレータ７の中心点ＰＣをｘ軸及びｙ軸の原点とする。セパレータ７の膨張及び収縮は、セパレータ７の中心点ＰＣを中心として軸長方向及び半径方向にそれぞれ発生すると考えることができる。図２において初期温度におけるセパレータ７の第１円錐面７１におけるある位置の座標を（ｘ１，ｙ１）と仮定する。温度が初期温度よりもΔＴ１上昇してセパレータ７が膨張（膨張率：ε）し、その座標が（ｘ２，ｙ２）になったものと考える。更に温度が初期温度よりもΔＴ２上昇してセパレータ７が膨張（膨張率：ε）し、その座標が（ｘ３，ｙ３）になったものと考える。各座標は中心点ＰＣを原点とする。
【００３２】
初期温度において、中心点ＰＣに対する上記した座標の角度θ（θ＝１／２×θａ１）は（１）式であらわされる。初期温度からΔＴ１昇温したとき、中心点ＰＣに対するその位置の角度θ１は（２）式であらわされる。初期温度からΔＴ２昇温したとき、中心点ＰＣに対するその位置の角度θ２は（３）式であらわされる。
【００３３】
2004270779.tif 000003
結果としてθ＝θ１＝θ２となる。この結果、初期温度における中心点ＰＣに対するある位置の座標の変化は中心点ＰＣから角度θの直線上すなわち円錐面７１上を移動する。故にα＝０であれば、第１頂点Ｗ１と中心点ＰＣとが一致していることから、セパレータ７の膨張、収縮にもかかわらず、第１円錐面７１は基本的には平行移動せず、中心点ＰＣに対する第１円錐面７１の位相は基本的には変化しないと考えることができる。第２円錐面７２についても同様である。故にα＝０であれば、ボール５の膨張、収縮を無視すれば、セパレータ７が膨張または収縮したとしても、ボール５と第１円錐面７１との接触点５７の座標は基本的には変化しない。この結果、隣り合う２個のボール５，５の外壁面５０間の最大距離ＯＢＤの変化量ΔＯＢＤは、基本的には０と考えることができる。この意味でαは前述したように小さい方が好ましい。
【００３４】
次に比較例１について説明する。図４（Ａ）は比較例１に係るセパレータ７Ｗを使用した状態の断面図を示す。図４（Ｂ）は比較例１に係るセパレータ７Ｗの第１円錐面７１Ｗ，第２円錐面７２Ｗの状態を模式的に説明する図である。図４（Ｂ）において、Ｓ１１は、比較例１に係るセパレータ７Ｗの第１円錐面７１Ｗ自体及び第１円錐面７１Ｗの延長線を示す。Ｓ２１は、比較例１に係るセパレータ７Ｗの第２円錐面７２Ｗ自体及び第２円錐面７２Ｗの延長線を示す。
【００３５】
ここで図４（Ｂ）に示すように、比較例１に係るセパレータ７Ｗの第１円錐面７１Ｗの延長線Ｓ１１同士の交点を第１頂点Ｗ１１とし、セパレータ７Ｗの第２円錐面７２Ｗの延長線Ｓ２１同士の交点を第２頂点Ｗ２１とし、中心線Ｐ１における第１頂点Ｗ１１と頂点Ｗ２１との間の距離をαとする。
【００３６】
比較例１によれば、図４（Ｂ）に示すように、第１頂点Ｗ１１及び第２頂点Ｗ２１は軸直角中心線Ｐ２を越えず、セパレータ７Ｗの中心線Ｐ１上において離間しており、α＝α１（＋０．０７５Ｄｂを＋方向に越える）とされている。なお本実施例では、このように第１頂点Ｗ１１及び第２頂点Ｗ２１が軸直角中心線Ｐ２を越えない状態を、αのプラス領域とする。
【００３７】
比較例１に係るセパレータ７Ｗについては、第１円錐面７１Ｗは中心ＰＣに対してプラス方向に離間している（図２参照）。セパレータ７Ｗが膨張するとき、膨張は中心点ＰＣを中心として行われるため、第１円錐面７１Ｗはプラス方向（矢印Ｔ１方向）に平行移動して第１円錐面７１Ｗ’となる。このように平行移動することは、膨張に伴う第１円錐面７１Ｗの座標の軌跡変化に基づく。この場合、ボール５と第１円錐面７１Ｗとの接触点５７Ｗ（図２参照）は、中心線Ｐ１に沿って矢印Ｔ１方向に平行移動し、この結果、最大距離ＯＢＤは大きくなる方向に変化し、変化量ΔＯＢＤはプラスとなる。
【００３８】
これに対してセパレータ７Ｗが収縮するとき、収縮はセパレータ７Ｗの中心点ＰＣを中心として行われるため、第１円錐面７１Ｗはマイナス方向（矢印Ｔ２方向）に平行移動して第１円錐面７１Ｗ”となる。平行移動することは、収縮に伴う第１円錐面７１Ｗの座標の軌跡変化に基づく。この場合、ボール５と第１円錐面７１Ｗとの接触点５７Ｗは矢印Ｔ２方向に平行移動し、最大距離ＯＢＤは小さくなる方向に変化し、変化量ΔＯＢＤはマイナスとなる。
【００３９】
次に比較例２について説明する。図５（Ａ）は比較例２に係るセパレータ７Ｖを使用した状態の断面図を示す。図５（Ｂ）は比較例２に係るセパレータ７Ｖの第１円錐面７１Ｖ，第２円錐面７２Ｖの状態を説明する図である。図５（Ｂ）に示すように、Ｓ１２は、比較例２に係るセパレータ７Ｖの第１円錐面７１Ｖ自体及び第１円錐面７１Ｖの延長線を示す。Ｓ２２は、比較例２に係るセパレータ７Ｖの第２円錐面７２Ｖ自体及び第２円錐面７２Ｖの延長線を示す。ここで、比較例２に係るセパレータ７Ｖの第１円錐面７１Ｖの延長線Ｓ１２同士の交点を第１頂点Ｗ１２とし、セパレータ７Ｖの第２円錐面７２Ｖの延長線Ｓ２２同士の交点を第２頂点Ｗ２２とし、中心線Ｐ１における第１頂点Ｗ１２と頂点Ｗ２２との間の距離をαとする。比較例２によれば、図５（Ｂ）に示すように、第１頂点Ｗ１２及び第２頂点Ｗ２２は軸直角中心線Ｐ２を越えると共に、互いに離間しており、α＝α２（−０．０７５Ｄｂを−方向に越える）とされている。本実施例では、このように第１頂点Ｗ１２及び第２頂点Ｗ２２が軸直角中心線Ｐ２を越える場合を、αのマイナス領域とする。なお、このような比較例２に係るセパレータ７Ｖはこれの肉厚を図４に示す形態よりも薄くでき、ボール５の内蔵数を増加させるのに有利となる。
【００４０】
比較例２に係るセパレータ７Ｖが膨張するとき、膨張は中心点ＰＣを中心として行われるため、第１円錐面７１Ｖはマイナス方向（矢印Ｔ３方向）に平行移動して第１円錐面７１Ｖ’となる。このように平行移動することは、膨張に伴う第１円錐面７１Ｖの座標の軌跡変化に基づく。この場合、ボール５と第１円錐面７１Ｖとの接触点５７Ｖは矢印Ｔ３方向に平行移動し、最大距離ＯＢＤは小さくなる方向に変化し、変化量ΔＯＢＤはマイナスとなる。
【００４１】
これに対してセパレータ７Ｖが収縮するとき、収縮は中心点ＰＣを中心として行われるため、セパレータ７Ｖの第１円錐面７１Ｖはプラス方向（矢印Ｔ４方向）に平行移動して第１円錐面７１Ｖ”となる。このように平行移動することは、収縮に伴う第１円錐面７１Ｗの座標の軌跡変化に基づく。この場合、ボール５と第１円錐面７１Ｖとの接触点５７Ｖは矢印Ｔ４方向に平行移動し、最大距離ＯＢＤは大きくなる方向に変化し、変化量ΔＯＢＤはプラスとなる。
【００４２】
（計算例）
図６，図７は計算例を示す。この場合には、セパレータの第１円錐面７１及び第２円錐面７２の頂角θａ１，θａ２（図３（Ｂ）参照）を１２０度に設定するとともに、ボール５の直径を約４ミリメートル（３．９６９ミリメートル）に設定している。そしてα値と、隣り合う２個のボール５，５の外壁面５０間の最大距離（ＯＢＤ）の変化量（ΔＯＢＤ）との関係を求めた。図６はセパレータのサイズが１１０％となるように膨張したときを示す。図７は、セパレータ７のサイズが９０％となるように収縮したときを示す。図６，図７の横軸はαを示し、＋０．０２５は（＋０．０２５×Ｄｂ）であることを意味し、＋０．０７５は（＋０．０７５×Ｄｂ）であることを意味する。−０．０２５は（−０．０２５×Ｄｂ）であることを意味し、−０．０７５は（−０．０７５×Ｄｂ）であることを意味する。図６，図７の縦軸は、２個のボール５，５の外壁面５０間の最大距離ＯＢＤの変化量（ΔＯＢＤ，単位ミリメートル）を示す。
【００４３】
セパレータ７が膨張する場合には、図６の特性線Ａ１に示すように、αがプラス領域においてプラス方向に増加すると、変化量ΔＯＢＤは増加し、最大距離ＯＢＤは増加する傾向がある。これに対してαがマイナスの領域においてマイナス方向に増加すると、変化量ΔＯＢＤは減少し、最大距離ＯＢＤは減少する傾向がある。
【００４４】
またセパレータ７が収縮する場合には、図７の特性線Ａ２に示すように、αがプラスの領域においてプラスの方向に増加すると、変化量ΔＯＢＤは減少し、最大距離ＯＢＤは減少する傾向がある。これに対してαがマイナスの領域においてマイナス方向に増加すると変化量ΔＯＢＤは増加し、最大距離ＯＢＤは増加する傾向がある。
【００４５】
図６，図７に示す特性線Ａ１，Ａ２を考慮すると、αの絶対値が０よりも増加するにつれて、変化量ΔＯＢＤが大きくなり、αの絶対値が０に近づくにつれて変化量ΔＯＢＤが小さくなることがわかる。従って、環境温度，環境湿度等の影響で、セパレータ７のサイズの膨張または収縮があったとしても、変化量ΔＯＢＤをできるだけ抑えるためには、αを小さめとし、α＝±０．０７５Ｄｂ以内に設定されていることが好ましい。
【００４６】
更に変化量ΔＯＢＤを小さく抑えるためには、α＝±０．０５０Ｄｂ以内、殊に、α＝±０．０２５Ｄｂ以内に設定されていることが更に好ましい。また好ましくは、α＝０，α≒０とすると良い。
【００４７】
また、セパレータ７の直径Ｄｂは、第１部材２や第２部材３とセパレータ７との接触を軽減または回避する意味では小さい方が好ましい。しかしセパレータ７の直径Ｄｂが小さいと、ボール５とセパレータ７とのかかり代δ（図３（Ａ）参照）が小さくなり、ボール５とセパレータ７との係合性が低下し、ボール５からセパレータ７が脱落するおそれが生じる。これらの事情を考慮して０．５０Ｄｂ≦Ｄｓ≦０．９５Ｄｂの関係、殊に０．６０Ｄｂ≦Ｄｓ≦０．９０Ｄｂの関係、更には０．６５Ｄｂ≦Ｄｓ≦０．８５Ｄｂの関係に設定されている。このように設定すれば、第１部材２や第２部材３とセパレータ７との接触を軽減または回避させつつ、ボール５とセパレータ７とのかかり代δを確保するのに有効であり、セパレータ７の脱落を抑制するのに有利となる。
【００４８】
（形態例）
ところで、直径約４ミリメートル（３．９６９ミリメートル）のボール５を２０個用いると共に、頂角θａ１，θａ２が１２０度とされたセパレータ７を用いる形態例の場合には、α＝±０．０５０Ｄｂ（α≒±０．２ミリメートルに相当）とすることができる。このようにα＝±０．０５０Ｄｂ以内に設定すれば、図６及び図７に示す特性線Ａ１，Ａ２に基づけば、変化量ΔＯＢＤを±０．０２ミリメートル以内程度に小さめに抑えるのに有利となる。
【００４９】
この形態例では、かかり代δは一般的には最小でも０．４ミリメートル程度であり、通常ではもっと大きいかかり代δが得られる。上記したように変化量ΔＯＢＤを±０．０２ミリメートル以内に抑えることができると、２０個のボール５の全体距離変化は基本的には±０．４ミリメートル以内（±０．０２ミリメートル×２０）となり、かかり代δの最小値に対応することができる。従ってこの形態例の場合には、α＝±０．０５０Ｄｂ以内に設定することが好ましい。
【００５０】
また上記形態例によれば、α＝±０．０２５Ｄｂ（α≒±０．１ミリメートル）以内に設定すれば、図６及び図７に示す特性線Ａ１，Ａ２に基づけば、変化量ΔＯＢＤを±０．０１ミリメートル以内に小さめに抑えるのに有利となる。この場合には、２０個のボール５の全体距離変化は基本的には±０．１ミリメートル以内（±０．０１ミリメートル×２０）となり、かかり代δよりも充分に小さくなり、ボール５とセパレータ７との係合性が十分に確保される。なおボール５のサイズ、ボール５の数、セパレータ７の頂角θａ等が変更されると、かかり代δも相違するため、αは理想的には０とすることが好ましい。
【００５１】
（適用例）
図８（Ａ）（Ｂ）は本発明に係る可動機構の適用例を示す。本適用例は運転者による車両のステアリングホィールの操作をアシストする電動式パワーステアリング装置に適用している。この電動式パワーステアリング装置は、図８（Ａ）に示すように、運転者による車両の運転席のステアリングホィール（図示せず）の回動操作により軸芯Ｐ５回りで矢印Ｍ１，Ｍ２方向に回動される歯車としてのピニオン１００と、ピニオン１００の歯部１０１に噛合する歯部１０２を有すると共に軸長方向（矢印Ｎ１，Ｎ２方向）に移動可能なラック部１０３をもつ第１部材として機能するシャフト部材１０４と、シャフト部材１０４の外周側に同軸的に配置されシャフト部材１０４の軸芯Ｐ６回りで回転可能な第２部材として機能する回転筒部材１０５と、回転筒部材１０５に同軸的に一体に連結された中空筒状をなすモータシャフト部材１０６と、モータ機構を構成する励磁コイル１０７と、モータシャフト部材１０６を回転可能に支持する軸受１０８，１０９と、これらの部品を収容するハウジング１１０とを備えている。
【００５２】
シャフト部材１０４及び回転筒部材１０５により、可動機構としてのボールねじ機構を構成する。シャフト部材１０４の外周面には螺旋溝状に第１通路２１が形成されている。回転筒部材１０５の内周面には、第１通路２１に対面する螺旋溝形状の第２通路３１とが形成されている。第１通路２１及び第２通路３１でボール通路４軸芯Ｐ６回りでが螺旋形状に形成されている。ボール通路４には球状をなす複数個のボール５が直列に循環可能に配置されている。
【００５３】
図８（Ｂ）に示すように、隣り合うボール５間には、上記した第１実施例に係るセパレータに相当するセパレータ７が配置されている。セパレータ７は図３に示す構造及びα値に設定されている。
【００５４】
運転者によりステアリングホィールが操作されると、ピニオン１００が矢印Ｍ１，Ｍ２方向にラック部１０３と噛合しつつ回動し、ラック部１０３をもつシャフト部材１０４がこれの長さ方向（矢印Ｎ１，Ｎ２方向）に直進方向に移動し、シャフト部材１０４の軸端側に設けられている車輪の向きが変わる。
【００５５】
運転者によるステアリングホィールの一方向の操舵をアシストするときには、励磁コイル１０７に通電されてモータシャフト部材１０６が軸芯Ｐ６回りで一方向に回転する。これにより回転筒部材１０５が定位置に保持されつつ、シャフト部材１０４の軸芯Ｐ６回りで一方向に回転する。すると、シャフト部材１０４はこれの軸芯Ｐ６に沿って一方向（矢印Ｎ１方向）に移動し、運転者によるステアリングホィールの操作をアシストする。
【００５６】
また、運転者によるステアリングホィールの他方向の操舵をアシストするときには、励磁コイル１０７に逆方向に通電されてモータシャフト部材１０６が軸芯Ｐ６回りで他方向に回転する。これにより回転筒部材１０５が定位置に保持されつつ、シャフト部材１０４の軸芯Ｐ６回りで他方向に回転する。すると、シャフト部材１０４はこれの軸芯Ｐ６に沿って他方向（矢印Ｎ２方向）に移動する。このようにシャフト部材１０４が移動すると、運転者によるステアリングホィールの操作をアシストすることができる。
【００５７】
本適用例によれば、環境温度，環境湿度等の影響で、セパレータ７のサイズの膨張または収縮があったとしても、前述したようにα値が設定されているため、最大距離ＯＢＤの変化量ΔＯＢＤを小さくすることができる。よって、ボール５の転動性を良好に確保しつつ、ボール５とセパレータ７との係合性を良好に確保でき、セパレータ７の脱落を未然に防止でき、電動式パワーステアリング装置の作動を長期にわたり良好に維持することができる。
【００５８】
（第２実施例）
図９，図１０は本発明に係るボール内蔵式可動装置を直進ガイド機構に適用した第２実施例を示す。本実施例は第１実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１実施例と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、可動機構１Ｄは第１部材２Ｄ及び第２部材３Ｄで形成されている。第１部材２Ｄは、軸長方向（図９の紙面垂直方向）に沿って延設された長尺形状をなしている。第１部材２Ｄの外壁面５０であるガイド面には、これの軸長方向（図９の紙面垂直方向）に沿って溝状の第１通路２１が複数本延設されている。
【００５９】
第２部材３Ｄはスライダとして機能し、第１部材２Ｄの長さ方向に沿って摺動可能に設けられている。第２部材３Ｄは第２通路３１をもつ。第２通路３１及び第１通路２１は、互いに対面してボール通路４を形成している。ボール通路４は、第１部材２の軸長方向に沿って直状に延設された互いに連通するように並走された往路４ａ及び復路４ｃをもつ。ボール通路４を構成する往路４ａ及び復路４ｃには、球状をなす複数個の転動可能なボール５が直列（図の紙面垂直方向）に循環可能に配置され、ボール内蔵式可動装置を構成している。
【００６０】
そして、図１０に示すように、ボール通路４に直列に配置されている隣り合うボール５間には、上記した第１実施例に係るセパレータに相当するリング形状をなすセパレータ７Ｄが配置されている。図１０はセパレータ７の中心線Ｐ１を通る断面を示す。図１０に示すように、セパレータ７Ｄは、隣り合うボール５のうち一方のボール５の外壁面５０に接線状に接触可能な円錐面形状をなす第１円錐面７１をもつと共に、他方のボール５の外壁面５０に接線状に接触可能な円錐面形状をなす第２円錐面７２をもつ。そしてα値としては、前述同様に、α＝±０．０７５Ｄｂ以内に設定されている。好ましくは、α＝±０．０５Ｄｂ以内、なかでもα＝±０．０２５Ｄｂ以内に設定されている。本実施例においてもα＝０，α≒０に設定されていることが好ましい。
【００６１】
このため本実施例においても、前記した第１実施例と同様に、環境温度，環境湿度等の影響で、セパレータ７Ｄの膨張または収縮があったとしても、最大距離ＯＢＤの変化量ΔＯＢＤを小さくすることができる。故に、ボール５の転動性を良好に確保しつつ、ボール５とセパレータ７との係合性を良好に確保でき、セパレータ７の脱落を未然に防止でき、直進ガイド機構を長期にわたり良好に維持することができる。
【００６２】
（その他）
本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、例えば、ボール内蔵式可動装置はボールねじ機構をもつパワーステアリング装置に限定されず、工作機械、産業機器等に広く適用できる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００６３】
【発明の効果】
本発明に係るボール内蔵式可動装置、パワーステアリング装置によれば、セパレータの第１円錐面の延長線同士の交点である第１頂点と、セパレータの第２円錐面の延長線同士の交点である第２頂点とが接近していたり、あるいは、合致している。このため、環境温度、環境湿度等の変化によりセパレータの膨張または収縮が生じたとしても、セパレータの第１円錐面及び第２円錐面の位相変化を抑制することができる。これによりボールとセパレータとの接触点の位相変化を抑制することができ、隣り合うボールの距離の変動を抑制することができる。従って、セパレータのがたを抑制するのに寄与でき、セパレータのがたつきの増大を防止することができ、ひいてはボールの転動性が長期にわたり良好に確保され、本発明に係るボール内蔵式可動装置の長寿命化に寄与でき、また、これを搭載した電動パワーステアリング装置の長寿命化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係り、螺旋溝形状のボール通路に沿って切断した第１部材及び第２部材を有する可動機構の断面図である。
【図２】セパレータの膨張時及び収縮時における第１円錐面の変化形態を模式的に説明する説明図である。
【図３】（Ａ）は第１実施例に係るセパレータがボール間に配置されている状態を示す断面図であり、（Ｂ）は第１実施例に係るセパレータの第１円錐面及び第２円錐面を延長した状態を模式的に示す図である。
【図４】（Ａ）は比較例１に係るセパレータがボール間に配置されている状態を示す断面図であり、（Ｂ）は比較例１に係るセパレータの第１円錐面及び第２円錐面を延長した状態を模式的に示す図である。
【図５】（Ａ）は比較例１に係るセパレータがボール間に配置されている状態を示す断面図であり、（Ｂ）は比較例１に係るセパレータの第１円錐面及び第２円錐面を延長した状態を模式的に示す図である。
【図６】セパレータが１１０％に膨張したときにおいて、セパレータのα値と隣り合いボールの外壁面の最大距離の変動値ΔＯＢＤとの関係を示すグラフである。
【図７】セパレータが９０％に収縮したときにおいて、セパレータのα値と隣り合いボールの外壁面の最大距離の変動値ΔＯＢＤとの関係を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は電動パワーステアリング装置に適用した断面図であり、（Ｂ）はセパレータがボール間に配置されている状態を示す断面図である。
【図９】直進ガイド機構に適用した断面図である。
【図１０】直進ガイド機構においてセパレータがボール間に配置されている状態を示す断面図である。
【符号の説明】
図中、１は可動機構、２は第１部材、２１は第１通路、３は第２部材、３１は第２通路、４はボール通路、５はボール、７はセパレータ、７１は第１円錐面、７２は第２円錐面、１０４はシャフト部材（第１部材）、１０５は回転筒部材（第２部材）を示す。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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