(57)【要約】  【課題】  シール機能を有しながらも、より低摩擦で動作可能なボールねじ機構、及びそれに用いるシールを備えたコマ、並びにそれを用いた電動式パワーステアリング装置を提供する。  【解決手段】  コマ４３のシール４３ｂが雄ねじ溝２３ｂに接触することで、雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ａとで形成する転走路を密封し、外部からナット４５内に異物が侵入すること及びナット４５内から潤滑剤が洩れ出すことを阻止するようになっている。【選択図】    図５ 
2005172053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ねじ溝を備えたねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲し、雌ねじ溝を備えたナットと、
前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、
前記ナットに取り付けられ、前記転走路の一端から他端へと前記転動体を戻すためのコマとを有し、
前記コマは、前記雄ねじ溝に対応する形状のシールを、前記雄ねじ溝に対向して設けていることを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記シールを設けたコマは、前記ナットの少なくとも一方の端部側に配置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機構。
【請求項３】
前記シールは、前記コマにおいて前記ナットの軸方向端部に近い側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。
【請求項４】
前記シールは、ゴム又は樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のボールねじ機構。
【請求項５】
前記コマと前記シールは一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のボールねじ機構。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のボールねじ機構に用いることを特徴とするシールを備えたコマ。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載のボールねじ機構を用いたことを特徴とする電動式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、ボールねじ機構、シールを備えたコマ及び電動式パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、かかる電動モータの回転力をラック軸に伝達することにより伝えて操舵を補助する電動式パワーステアリング装置が知られている。ここで、電動モータの回転力をラック軸の推力に変換するため、ボールねじ機構を用いる場合がある（特許文献１参照）。
【０００３】
そのようなタイプの電動式パワーステアリング装置において、電動モータの出力軸はナットに伝達され、ナットの回転力は、ボールを介してラック軸と一体のねじ軸に伝達され、それによりラック軸は軸線方向に移動するようになっている。ところで、ラック軸と電動モータとが同軸の場合でも、出力軸とナットとを一体で加工することは困難であるため、両者は別体で形成される。かかる場合、出力軸とナットとを軸線方向に連結するために、スプライン結合やキー結合等が用いられている。
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の電動式パワーステアリング装置において、ナット内に異物が外部より侵入することを阻止すると共に、ナット内部からの潤滑剤の流出を阻止するために、ナットの両端部にシール部材を設けることが行われている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３７０９７号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５８２３２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載のごとく、ナットの両端部にシール部材を設けようとすると、ナットの加工が必要となり、またシール部材設置のためのスペースを確保しなくてはならず、それにより不要なサーキット数が増大し、ナットの質量増大に伴う慣性増加のため、その加減速性能が悪化するという問題がある。又、従来型のシール部材では、一般的には転走路の全周に接触するため、ねじ軸との摩擦力が増大し、転動体を用いてねじ軸とナットとの相対回転を低摩擦で行わしめるというボールねじ機構の効果を減少させているという問題もある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、シール機能を有しながらも、より低摩擦で動作可能なボールねじ機構、及びそれに用いるシールを備えたコマ、並びにそれを用いた電動式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】
【０００７】
本発明のボールねじ機構は、
雄ねじ溝を備えたねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲し、雌ねじ溝を備えたナットと、
前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、
前記ナットに取り付けられ、前記転走路の一端から他端へと前記転動体を戻すためのコマとを有し、
前記コマは、前記雄ねじ溝に対応する形状のシールを、前記雄ねじ溝に対向して設けていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のボールねじ機構は、前記コマが、前記雄ねじ溝に対応する形状のシールを、前記雄ねじ溝に対向して設けているので、前記ナットを改変することなく、前記コマのみを交換するだけでシール効果を発揮でき、前記ボールねじ機構のコストを大きく増大させることなくシール機能を実現できる。又、前記コマのシールが前記雄ねじ溝に接触する場合にも、前記転走路の一部にしか接触しないので、前記ねじ軸と前記ナットとの間の摩擦増大を抑制できるし、前記コマのシールが前記雄ねじ溝に接触しない場合には、前記ねじ軸と前記ナットとの間の摩擦増大を更に抑制できる。
【０００９】
前記シールを設けたコマは、前記ナットの少なくとも一方の端部側に配置されていると好ましい。
【００１０】
前記シールは、前記コマにおいて前記ナットの軸方向端部に近い側に設けられていると好ましい。
【００１１】
前記シールは、ゴム又は樹脂から形成されていると好ましい。例えば、シールを形成する樹脂材料としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂の他、フェノール樹脂、全芳香族ポリイミド（ＰＩ）等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。ただ、（１）摺動抵抗低減の観点から良好な自己潤滑性を有すること、（２）耐久性確保の観点から機械的特性、摩耗特性、熱的特性に優れていること、（３）製作コスト低減の観点から安価でかつ易成形性に優れた材料であることが望ましいことを考慮すると、これら合成樹脂の中でも、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）が好ましいと考えられ、その中でも、ポリアミド樹脂（ＰＡ）が特に好ましいと考えられる。ポリアミドとしては、例えばポリアミド６、ポリアミド６−６、ポリアミド４−６、ポリアミド６−１０、ポリアミド６−１２、ポリアミド１１、ポリアミド１２等を用いることができる。
【００１２】
また、摺動特性のより一層の低減を図るため、上記ポリアミド樹脂にフッ素系樹脂等を含有させても良い。フッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサプロロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフロオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフロロチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリビニルフルオライド樹脂（ＰＶＦ）等を用いることができ、その中でも、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥが望ましく、これらの中でも摩擦係数が最も低いＰＴＦＥ（動摩擦係数０．１０）が特に望ましい。
【００１３】
また、本発明の効果を妨げない範囲で、各種充填材を配合しても良い。充填材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカ、ウォラストナイト、ホウ酸アルミニウムウィスカ、硫酸カルシウムウィスカ等の補強材や、二硫化モリブデン、グラファイト、カーボン、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、カオリン、酸化鉄、ガラスビーズ、リン酸化合物などの無機粉末、ポリイミド樹脂、芳香族ポリエスチテル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂粉末、シリコーンオイル、フッ素オイル、ワックス、ステアリン酸化合物などの内部滑材など種々の充填材を例示することができる
【００１４】
前記コマと前記シールは一体的に形成されていると好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構を備えた電動式パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置を含むステアリング系の斜視図である。
【００１６】
図１において、不図示の車体に対して固定されるコラム１に対して、一端にステアリングホイール５を取り付けたステアリングシャフト３が、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト３の他端は、ユニバーサルジョイント７を介して、中間シャフト９に連結されている。中間シャフト９は、電動式パワーステアリング装置１１に連結されている。電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の操舵機構に連結された一対のタイロッド１５を駆動可能となっている。
【００１７】
図２は、図１の電動式パワーステアリング装置１１の軸線方向断面図である。図３は、図２の構成におけるIII部を拡大して示す図である。図２において、電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の車体に固定された円筒状のハウジング２１を有する。ハウジング２１の左方部に対して、その斜め上方より、中間シャフト９（図１）に連結される入力軸１３が挿通されている。又、ハウジング２１内においては、ラック軸２３が水平方向に延在している。入力軸１３の下方端には不図示のピニオンが形成され、ラック軸２３のラック歯２３ａに噛合しており、入力軸１３の回転によりラック軸２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸２３の両端は、継手２７を介してタイロッド１５に連結されている。
【００１８】
ラック軸２３と軸線が平行になるようにして、電動モータ３５がハウジング２１に取り付けられている。電動モータ３５の出力軸（不図示）は、駆動ギヤ３７をキー連結又はセレーション結合（不図示）で固定している。
【００１９】
図３に示すように、駆動ギヤ３７に中間ギヤ３８を介して噛合した従動ギヤ３９は、ナット４５と一体的に形成されており、ナット４５は、軸受４１によりハウジング３３に対して回転自在に支持されている。軸受４１は、ハウジング３３の内周面にスナップリング７３により固定された外輪５５と、ナット４５の外周面にスナップリング５９により固定された二分割内輪５１，５１と、外輪５５と内輪５１との間に複列で配置され転動自在となっている転動体５７，５７とからなっている。従ってナット４５は軸線方向に移動せず、回転のみ可能となっている。
【００２０】
ラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向して、雌ねじ溝４５ａを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ａとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、複数のボール６５が転動自在に配置されている。ねじ軸２３と、ナット４５と、ボール６５とでボールねじ機構を構成する。ナット４５には複数のコマ４３が設けられている。
【００２１】
図４は、ナット４５に取り付けられたコマ４３を透視して示す断面図であり、図５は、図４の矢印V方向に見たコマ４３と雄ねじ溝２３ｂとを示す図であり、図６は、図４の矢印VI方向に見たコマ４３の正面図である。又、図７〜９は、コマ４３を雄ねじ溝側から角度を変えて見た斜視図である。尚、図４〜９において、シール４３ｂは、理解しやすいようにハッチングで示している。
【００２２】
図６に示すように、ナット４５の両端側に配置されたコマ４３は、メタルインジェクションモールド（ＭＩＭ）からできた本体４３ａに、樹脂製のシール４３ｂを溶着もしくは接着してなる。シール４３ｂは、ナット４５の内部に対して外側（軸方向端部に近い側）に設けられ、雄ねじ溝２３ｂに接触する形状を有している（図５参照）。本体４３は、図７〜９から明らかなように、下面（雄ねじ溝２３ｂ側の面）にＳ字状の溝４３ｃを有している。この溝４３ｃは、コマ４３がナット４５に取り付けられたとき、隣接する転走路間を連結し、転走路に沿って転動してきたボール６５を、転走路に延在する稜線を乗り越えて隣の転走路に戻す（即ち転走路の一端から他端へと戻す）ための戻し路を形成するものである。
【００２３】
本実施の形態の動作について説明する。図１において、運転者がステアリングホイール５を回転させると、ステアリングシャフト３及び中間シャフト９を介して、その回転力が入力軸１３（図２）へと伝達される。図２において、入力軸１３が回転すると、そのピニオン噛合したラック歯２３ａが押され、ラック軸２３が軸線方向に移動し、タイロッド１５，１５を介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。
【００２４】
このとき図示しないトルクセンサが、入力軸１３に付与された操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータ３５に対して電力を供給するので、出力軸と共に駆動ギヤ３７が回転し、それに中間ギヤ３８を介して噛合した従動ギヤ３９が、所定の減速比で回転させられる。従動ギヤ３９とナット４５とは一体となっているため、従動ギヤ３９の回転によりナット４５も回転し、かかる回転運動はボール６５を介してラック軸２３の軸線運動に変換される。この軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。
【００２５】
本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１においては、コマ４３にシール４３ｂを設けている。図５に示すように、このシール４３ｂが雄ねじ溝２３ｂに接触することで、雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ａとで形成する転走路を密封し、雄ねじ溝２３ｂに付着した異物をねじ軸２３が回転することで掃き出すように機能し、それにより外部からナット４５内に異物が侵入することを阻止し、且つナット４５内から雄ねじ溝２３ｂを伝わって潤滑剤が洩れ出すことを阻止するようになっている。即ち、従来技術のように、ナット４５の両端にシール部材を設ける必要はなくなり、コスト低減や低摩擦を実現できる。又、シール２３ｂが摩耗・劣化した場合、コマ４３ごと交換すれば良く、メンテナンス性にも優れる。
【００２６】
このシール４３ｂは、ナット４５の内外を完全に密封遮断する機能を有するものではないが、電動式パワーステアリング装置１１のような使用条件下では、例えば工作機械等のようにシールを痛める切り粉などは存在せず、またラック軸端には防塵ブーツも付いているので（図２参照）、雄ねじ溝２３ｂに付着する異物は比較的少ないといえ、シール４３ｂで雄ねじ溝２３ｂのみをシールすることでも、異物をナット４５内部に取り込まないことや潤滑剤を保持する十分な機能を有している。
【００２７】
更に、シール４３ｂが完全密封していないため、ナット４５内に多めに潤滑剤を封入してしまったような場合には、シール４３ｂは潤滑剤の漏れを許容するので、潤滑剤のリリーフ弁的機能を発揮することもできる。尚、シール４３ｂの形状を雄ねじ溝２３ｂに対応した形状とし、対向し合う両者間に隙間をもたせることもできる。かかる場合、その隙間を小さくして、グリース保持と異物混入防止の役割を果たす程度の寸法とすれば、シール機能を図りつつも、ねじ軸２３とナット４５との摩擦低減に、より貢献となる。
【００２８】
本実施の形態によれば、コマ４３自身がシールの機能を兼ねるため、ナット４５のサイズをコンパクトにでき、従来の組立工程を変更する必要はない。又、別個のシール部材が不要であるので、部品点数の低減に貢献する。コマだけを変更すればよいので、既存のボールネジ機構にもそのまま適用できる。
【００２９】
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。コマの材質としては、ＭＩＭの他、樹脂などが考えられる。シールの材質としては樹脂やゴムなどの弾性体などが考えられる。また、コマとシールを別体にする場合、それらは接着剤で接合されてもよく、はめ込み式での接合やインサート成形されてもよい。一方、樹脂を使ってコマとシールを一体とすると、部品点数がより少なくなるという利点がある。本実施の形態では、複数のコマの一部にシールを設けたが、全部に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】電動式パワーステアリング装置を含むステアリング系の斜視図である。
【図２】図１の電動式パワーステアリング装置１１の軸線方向断面図である。
【図３】図２の構成におけるIII部を拡大して示す図である。
【図４】ナット４５に取り付けられたコマ４３を透視して示す断面図である。
【図５】図４の矢印V方向に見たコマ４３と雄ねじ溝２３ｂとを示す図である。
【図６】図４の矢印VI方向に見たコマ４３の正面図である。
【図７】コマ４３を雄ねじ溝側から見た斜視図である。
【図８】コマ４３を雄ねじ溝側から角度を変えて見た斜視図である。
【図９】コマ４３を雄ねじ溝側から角度を変えて見た斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  コラム
３  ステアリングシャフト
５  ステアリングホイール
１１  電動式パワーステアリング装置
２３  ねじ軸
４３  コマ
４５  ナット
６５  ボール
【図１】
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【図２】
2005172053.tif 000004
【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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