JP2019039519A - ボールねじ装置、ボールねじ装置の製造方法及びボールねじ装置を備えたステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ナットの内周面に形成された内周転動溝が、安価な熱処理によって角部を溶融させることなく硬化されたボールねじ装置、ボールねじ装置の製造方法及びボールねじ装置を備えたステアリング装置を提供する。【解決手段】ボールねじ装置４０において、ナット２１の内周転動溝２１ａは、取付孔４１，４２の開口部４１ａ，４２ａ間の範囲において、ピッチ円径が一定となるピッチ円径一定領域ＣｏＡと、ピッチ円径一定領域の両端部から各開口部までの間において、徐々にピッチ円径が大きくなるピッチ円径徐変領域ＣｈＡと、を備える。各開口部と内周転動溝との境界の角部４１ｂ，４２ｂを除く、ピッチ円径一定領域及びピッチ円径徐変領域のうち、少なくともピッチ円径一定領域が所定値以上の表面硬度を備え、各開口部と内周転動溝との境界の各部は所定値未満の表面硬度を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、ボールねじ装置、ボールねじ装置の製造方法及びボールねじ装置を備えたステアリング装置に関する。

従来、ステアリング装置等に使用されるボールねじ装置では、外周面に螺旋状のボールねじ溝（外周転動溝）が形成されたねじ軸と、ねじ軸の外周側に配置され内周面に螺旋状のボールねじ溝（内周転動溝）が形成されたナットと、を備える（例えば、特許文献１参照）。そして、外周転動溝と内周転動溝との間によって、複数のボールが転動する転動路が形成される。ナットには、転動路を転動する複数のボールを無限循環させるための循環路が形成されたデフレクタが装着される。デフレクタは、ナットの外周面と内周面との間を貫通させた取付孔に固定される。

転動路内ではボールが転動する。このため、ボールが接触する内周転動溝には、ボール転動時に応力がかかる。このため、通常、内周転動溝には、耐久性向上のために熱処理が施され、内周転動溝の溝面は所定値以上の硬度を有するよう形成される。このとき、内周転動溝に施される通常の熱処理としては浸炭処理が挙げられる。

しかしながら、浸炭処理は高コストである。また、浸炭処理では、ナットを大量に炉に入れて一括処理する。このため、ナットの製造時に、熱処理が必要なナットを一個ずつ処理する一個流しが要求された場合には適さない。このため、一個流しが可能な浸炭処理に替わる熱処理方法が求められている。熱処理方法の一例としては、低コストで、且つ一個流しに適した高周波熱処理（高周波焼入れ）がある。高周波熱処理（高周波焼入れ）では、内周転動溝が形成されたナットの内周側にコイルを配置する。そして、コイルに高周波電流（交流）を流し、電磁誘導によって磁力を発生させる。これにより、コイル近傍の内周転動溝面に渦電流を発生させ、渦電流が内周転動溝面を加熱し焼入れを行なう。

特開平１１−１１３３４号公報

しかしながら、ナットは、外周面から内周面に貫通し、デフレクタを固定する取付孔を備える。取付孔は、内周転動溝に開口している。そして、内周転動溝面と、取付孔との交差位置では、角部（エッジ部）が形成されている。このため、一例である高周波熱処理（高周波焼入れ）を行なうため、電磁誘導によって磁気力を発生させると、角部（エッジ部）に磁束が集中し、これによって、角部（エッジ部）が過熱し、溶融する虞がある。

本発明は、ナットの内周面に形成された内周転動溝が、安価な熱処理によって角部を溶融させることなく硬化されたボールねじ装置、ボールねじ装置の製造方法及びボールねじ装置を備えたステアリング装置を提供することを目的とする。

（１．ボールねじ装置）
本発明に係るボールねじ装置は、外周面に外周転動溝が螺旋状に形成されたねじ軸と、筒状に形成され、内周面に内周転動溝が螺旋状に形成されて、前記ねじ軸の外周側に配置され、前記内周転動溝が軸線方向に沿って軸線周りに一周ずつ巻回される一巻転動溝の集合体であると定義した場合に、前記軸線方向に整列する前記一巻転動溝のうち異なる二つの一巻転動溝と外周面との間を貫通する取付孔を備えるナットと、前記外周転動溝と前記内周転動溝との間で形成される転動路に転動可能に配置される転動体と、前記転動路に開口する前記取付孔の前記異なる二つの一巻転動溝の開口部間を短絡し、前記転動路を転動する前記転動体の無限循環を可能とする還流路と、前記取付孔に収容された状態で固定され、前記還流路の一部又は全部が形成され、前記転動路を転動する前記転動体を前記還流路に導流し前記転動路に還流するデフレクタと、を備える。

そして、前記ナットの前記内周転動溝は、前記取付孔の前記各開口部間の範囲において、前記各開口部から離間した位置で前記転動路のピッチ円径が一定となるようそれぞれ形成されるピッチ円径一定領域と、前記ピッチ円径一定領域の両端部から前記各開口部までの間において、それぞれ前記ピッチ円径一定領域から徐々に前記ピッチ円径が大きくなるよう形成されるピッチ円径徐変領域と、を備え、前記各開口部と前記内周転動溝との境界の角部を除く、前記ピッチ円径一定領域及び前記ピッチ円径徐変領域のうち、少なくとも前記ピッチ円径一定領域が所定値以上の表面硬度を備え、前記各開口部と前記内周転動溝との境界の各部は前記所定値未満の前記表面硬度を備える。

このように、内周転動溝（転動路）において、少なくとも、転動する転動体によって応力がかかるピッチ円径一定領域では、例えば高周波焼入れを一例とする熱処理によって得られる所定値以上の表面硬度を備える。また、転動体への応力が減少するピッチ円径徐変領域のうち各開口と内周転動溝との境界の角部は、熱処理により得られる所定値以上の表面硬度は備えていない。このような構成により、転動する転動体による応力が大きな内周転動溝のピッチ円径一定領域では、所定値以上の表面硬度によって内周転動溝の磨耗が防止される。

また、ピッチ円径徐変領域では転動する転動体による応力が減少するので、たとえ、熱処理による表面硬度が十分に上昇せず、内周転動溝の表面硬度が所定値未満であっても内周転動溝の磨耗が防止可能である。この場合、各開口と内周転動溝との境界の角部では、熱処理による過熱が抑制されるので、熱が集中し溶損しやすい角部の溶損が確実に防止される。このように、高価な浸炭処理を使用せず、所定値以上の表面硬度が必要な部位のみに安価である熱処理を適宜行なうことによって低コストにナットが製造できる。

（２．ボールねじ装置の製造方法）
本発明に係るボールねじ装置の製造方法では、前記内周転動溝には、前記各開口部と前記内周転動溝との境界の角部を除く、前記ピッチ円径一定領域及び前記ピッチ円径徐変領域のうち、少なくとも前記ピッチ円径一定領域に対して高周波焼入れが実施され、前記少なくとも前記ピッチ円径一定領域が前記高周波焼入れにより前記所定値以上の表面硬度で形成される。

この製造方法により、内周転動溝（転動路）において、少なくとも、転動する転動体によって応力がかかるピッチ円径一定領域では、高周波焼入れによって得られる所定値以上の表面硬度を備える。また、転動体への応力が減少するピッチ円径徐変領域のうち各開口と内周転動溝との境界の角部は、高周波焼入れにより得られる所定値以上の表面硬度は備えていない。このため、転動する転動体による応力が大きな内周転動溝のピッチ円径一定領域では、安価な高周波焼入れ処理によって得られる所定値以上の表面硬度によって内周転動溝の磨耗が防止される。

また、ピッチ円径徐変領域では転動する転動体による応力が減少するので、たとえ、高周波焼入れ処理による表面硬度が十分に上昇せず、内周転動溝の表面硬度が所定値未満であっても内周転動溝の磨耗が防止可能である。そして、各開口と内周転動溝との境界の角部では、高周波焼入れ時の磁束の集中とそれに伴う過熱が抑制されるため、高周波焼入れによる溶損が確実に防止される。このように、高価な浸炭処理を使用せず、所定値以上の表面硬度が必要な部位に安価である高周波焼入れ（熱処理）を適宜行なうことによって低コストにナットが製造できる。また、高周波焼入れは、コイルを内周転動溝の内周側に挿入して実施するので、一個ずつ製造する一個流しが要求される場合には容易に対応できる。

（３．ステアリング装置）
ステアリング装置の発明は、上記ボールねじ装置を備える。これにより、低コストなボールねじ装置を備えた低コストなステアリング装置が得られる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す概略図である。 第一実施形態に係る図１の操舵補助機構及びボールねじ装置の部分の拡大断面図である。 内周転動溝とデフレクタとの関係を説明する図である。 デフレクタが装着された状態におけるボールナットの外形を示す図である。 図４のＶ−Ｖ矢視断面である。 図４のデフレクタの斜視図である。 ボールナットの内周転動溝を詳細に説明するための図及びグラフである。 図７のVIII−VIII矢視断面である。 ボールナットの内周転動溝の高周波焼入れを行なう際に使用するコイル形状を説明する図である。 ボールナットの製造方法のフローチャートである。 第二実施形態に係るボールねじ装置の図２に対応する図である。 第二実施形態に係るボールナットの図８に対応する図である。

＜１．第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るボールねじ装置が車両の電動パワーステアリング装置（ステアリング装置に相当）に適用された態様を例示する電動パワーステアリング装置の全体を示す図である。

電動パワーステアリング装置は、操舵補助力によって操舵力を補助するステアリング装置である。なお、本発明のボールねじ装置は、電動パワーステアリング装置の他に、４輪操舵装置、後輪操舵装置、ステアバイワイヤ装置など、ボールねじ装置の適用が可能な様々な装置に適用できる。

（１−１．ステアリング装置１０の構成）
電動パワーステアリング装置１０（以後、ステアリング装置１０と称する）は、車両の転舵輪（図略）に連結される転舵シャフト２０を転舵シャフト２０の軸線方向と一致するＡ方向（図１の左右方向）に往復移動させることにより、転舵輪の向きを変える装置である。

図１に示すように、ステアリング装置１０は、ハウジング１１と、ステアリングホイール１２と、ステアリングシャフト１３と、トルク検出装置１４と、電動モータＭ（以後、モータＭと称す）と、前述の転舵シャフト２０と、操舵補助機構３０と、ボールねじ装置４０と、を備える。

ハウジング１１は、車両に固定される固定部材である。ハウジング１１は、筒状に形成され、転舵シャフト２０（ねじ軸に相当）をＡ方向に相対移動可能に挿通する。ハウジング１１は、第一ハウジング１１ａと、第一ハウジング１１ａのＡ方向一端側（図１中、左側）に固定された第二ハウジング１１ｂとを備える。

ステアリングホイール１２は、ステアリングシャフト１３の端部に固定され、車室内において回転可能に支持される。ステアリングシャフト１３は、運転者の操作によってステアリングホイール１２に加えられるトルクを転舵シャフト２０に伝達する。

ステアリングシャフト１３の転舵シャフト２０側の端部には、ラックアンドピニオン機構を構成するピニオン１３ａが形成される。トルク検出装置１４は、ステアリングシャフト１３の捩れ量に基づいて、ステアリングシャフト１３に加えられるトルクを検出する。

転舵シャフト２０は、Ａ方向に延伸している。転舵シャフト２０には、ラック２２が形成される。ラック２２は、ステアリングシャフト１３のピニオン１３ａに噛合し、ピニオン１３ａとともにラックアンドピニオン機構を構成する。ラックアンドピニオン機構は、ステアリング装置１０の用途等に基づいて、ステアリングシャフト１３と転舵シャフト２０との間で伝達可能な最大軸力が設定される。

また、転舵シャフト２０は、ラック２２とは異なる位置にボールねじ部２３が形成される。ボールねじ部２３は、後述するボールナット２１（ナットに相当）とともにボールねじ装置４０を構成し、操舵補助機構３０により操舵補助力を伝達される。転舵シャフト２０の両端は、図略のタイロッドおよびナックルアーム等を介して左右の操舵車輪（図略）に連結され、転舵シャフト２０のＡ方向への軸動によって操舵車輪が左右方向に操舵される。

操舵補助機構３０は、モータＭを駆動源として転舵シャフト２０に操舵補助力を付与する機構である。操舵補助機構３０は、モータＭ、モータＭを駆動する制御部ＥＣＵ及び駆動力伝達機構３２を備える。モータＭ、及びモータＭを駆動するための制御部ＥＣＵは、ハウジング１１の第一ハウジング１１ａに固定されるケース３１に収容される。制御部ＥＣＵは、トルク検出装置１４の出力信号に基づいて、操舵補助トルクを決定し、モータＭの出力を制御する。

図２に示すように、駆動力伝達機構３２は、駆動プーリ３６、従動プーリ３４及び歯付きベルト３５を備える。駆動プーリ３６は、モータＭの出力軸３７に装着される。出力軸３７は、転舵シャフト２０の軸線と平行に配置される。従動プーリ３４は、ボールナット２１の外周側にボールナット２１と一体回転可能に配置される。

ボールナット２１のＡ方向一端側（図２において左側）は、第二ハウジング１１ｂの内周面１１ｂ１にボールベアリング３３を介して回転可能に支持される。歯付きベルト３５は、駆動プーリ３６と従動プーリ３４とに懸架される。駆動力伝達機構３２は、駆動プーリ３６と従動プーリ３４との間で、モータＭが発生させる回転駆動力を、歯付きベルト３５を介して伝達する。

（１−２. ボールねじ装置）
図２に示すように、ボールねじ装置４０は、主に第二ハウジング１１ｂ内に収容される。ボールねじ装置４０は、転舵シャフト２０（ねじ軸に相当），転舵シャフト２０のボールねじ部２３，ボールナット２１（ナットに相当），複数の転動ボール２４（転動体に相当）及び一対のデフレクタ５１，５２を備える。転舵シャフト２０のボールねじ部２３には、外周面に螺旋状に形成された外周転動溝２０ａが複数巻き巻回されて形成される。

ボールナット２１は、筒状に形成され、ボールねじ部２３の外周側にボールねじ部２３（転舵シャフト２０）と同軸に配置される。ボールナット２１の内周面は、螺旋状に複数巻き（Ｎ巻き）巻回されて形成された内周転動溝２１ａを備える。ボールねじ部２３の外周転動溝２０ａとボールナット２１の内周転動溝２１ａと、は対向して配置される。

そして、外周転動溝２０ａと内周転動溝２１ａとの間で複数の転動ボール２４が転動する多列の転動路Ｒ１が形成される。複数の転動ボール２４は、多列の転動路Ｒ１内に転動可能に配列される。これにより、ボールねじ部２３（転舵シャフト２０）の外周転動溝２０ａと、ボールナット２１の内周転動溝２１ａとが、複数の転動ボール２４を介して螺合する。

（１−２−１．ボールナット２１）
上述した様に、ボールナット２１は、複数巻き（Ｎ巻き）巻回された内周転動溝２１ａを備える。内周転動溝２１ａは、図３に示す様に、Ａ方向に沿って軸線周りに一周（３６０度）ずつ巻回される一巻転動溝２１ａ１〜２１ａＮ（例えば２１ａ６）によって構成される。つまり、内周転動溝２１ａは、一巻転動溝２１ａ１〜２１ａＮの集合体であると定義する。

そして、ボールナット２１は、Ａ方向（軸線方向）に整列する一巻転動溝２１ａ１〜２１ａＮのうち異なる二つの一巻転動溝（例えば，２１ａ１及び２１ａ６）と外周面２１ｂとの間を貫通する一対（二個）の取付孔４１，４２を備える（図２，図４，図５参照）。

なお、上記態様に限らず取付孔４１，４２は、図３に示すように、ボールナット２１の内周転動溝２１ａの一巻転動溝を複数列跨いで配置され、且つ、異なる二つの一巻転動溝に形成されれば、いずれの一巻転動溝と、外周面２１ｂとの間を貫通させて取付孔４１，４２を形成してもよい。なお、本発明に係る内周転動溝２１ａの形状の詳細については、後に詳述する。

取付孔４１，４２が貫通することにより、内周転動溝２１ａの一巻転動溝２１ａ１、及び一巻転動溝２１ａ６には、開口部４１ａ，４２ａが開口する（図５参照）。一対の取付孔４１，４２は、同じ構成を有するので、以降の説明においては、一方の取付孔４１についての説明のみ行なう。なお、図５に矢印で示すＤ方向は、取付孔４１へのデフレクタ５１の挿入方向（以降、挿入方向Ｄとのみ称する）を示している。

図５に示すように、取付孔４１は、圧入孔部４１１と、ガイド孔部４１２と、一対の停止面４４ａ，４４ｂと、を備える。圧入孔部４１１は、後述するデフレクタ５１の外周部５１１が収容され、圧入される。ガイド孔部４１２は、後述するデフレクタ５１の内周部５１２が収容される。一対の停止面４４ａ，４４ｂは、後述するデフレクタ５１の一対の被停止面５４ａ，５４ｂと当接して挿入方向Ｄにおけるデフレクタ５１の位置決めを行なう。

圧入孔部４１１は、ボールナット２１の径方向において、ボールナット２１の外周面２１ｂ側に形成される。圧入孔部４１１は、デフレクタ５１の挿入方向Ｄと直交する断面形状が、角部にＲを有した略長方形の孔（図略）として形成される。

なお、本実施形態においては、圧入孔部４１１の断面における略長方形の長手方向は、ボールナット２１の端面と平行な方向、即ちボールナット２１の軸線と直交する方向ではない。本実施形態においては、圧入孔部４１１の長手方向は、ボールナット２１の内周面に形成された内周転動溝２１ａを径方向外方に拡大させ外周面２１ｂに投影させたときに形成される投影溝の延在方向とほぼ平行な方向とする。

ガイド孔部４１２は、ボールナット２１の内周面に貫通している。ガイド孔部４１２は、デフレクタ５１の挿入方向Ｄと直交する断面形状が、角部にＲを有した略長方形の孔（図略）として形成される。図５に示すように、一対の停止面４４ａ，４４ｂは、異なる平面上に形成される。ただし、一対の停止面４４ａ，４４ｂは同一平面上に形成してもよい。

図４に示すように、ボールナット２１の外周面２１ｂには、一対の取付孔４１，４２間に接続される第一還流路４３が形成される。第一還流路４３は、ほぼボールナット２１の軸線方向（Ａ方向）に沿って延在しボールナット２１の径方向外方に開口する。第一還流路４３の開口幅は、転動ボール２４の直径より若干大きい。また、第一還流路４３の底面は、転動ボール２４の半径より若干大きなＲで形成された曲面である。これにより、転動ボール２４は、第一還流路４３を自在に往復転動可能となる。

次に、デフレクタ５１，５２について説明する。図６は、一対の取付孔４１，４２に収容される一対のデフレクタ５１，５２の斜視図である。図２，図５に示すように、一対のデフレクタ５１，５２は、一対の取付孔４１，４２に収容された状態でそれぞれ固定される。固定の方法は問わない。

一対のデフレクタ５１，５２は、それぞれ、貫通孔である第二還流路５３を内部に有する。第二還流路５３，５３は、一対のデフレクタ５１，５２が、一対の取付孔４１，４２にそれぞれ収容され固定された状態で、各一端が図４に示す第一還流路４３の各端部とそれぞれ接続されて各第一開口孔５３ａが開口する。また、第二還流路５３，５３の各他端が転動路Ｒ１と接続されて、各第二開口孔５３ｂが、開口される（図５参照）。なお、各第二開口孔５３ｂは、各取付孔４１，４２の開口部４１ａ，４２ａ内に開口される。

つまり、第一還流路４３及び第二還流路５３，５３によって、転動ボール２４が還流される還流路Ｒ２が形成される。このように、第二還流路５３，５３は還流路Ｒ２の一部を構成する。還流路Ｒ２は、転動路Ｒ１に開口する異なる二つの一巻転動溝である一巻転動溝２１ａ１及び一巻転動溝２１ａ６に備えられた各取付孔４１，４２の各開口部４１ａ，４２ａ（即ち、各第二開口孔５３ｂ）間を短絡する通路である。

これにより、一対のデフレクタ５１，５２は、多列の転動路Ｒ１を転動する複数の転動ボール２４（転動体）を掬い上げ還流路Ｒ２に導流する（導く）とともに、再び転動路Ｒ１に還流する（排出する）。即ち、一対のデフレクタ５１，５２の還流路Ｒ２は、多列の転動路Ｒ１を転動する複数の転動ボール２４（転動体）の無限循環を可能とする。このような構成を有する第一実施形態のボールねじ装置４０を、多列一循環のボールねじ装置と称する。一対のデフレクタ５１，５２は、同様の形状で形成され、同様の機能を有する。よって、以下では、デフレクタ５１の構造についてのみ説明する。

図５，図６に示すように、デフレクタ５１は、前述した外周部５１１と、内周部５１２と、を有する。外周部５１１は、デフレクタ５１が、取付孔４１に収容され固定された状態において、ボールナット２１の外周側部分に配置される。内周部５１２は、デフレクタ５１が取付孔４１に収容され固定された状態において、外周部５１１より内周転動溝２１ａ側に配置される。

外周部５１１は、図５に示す挿入方向Ｄに直交する断面外形形状が、取付孔４１の圧入孔部４１１の断面形状と近似の形状で形成される。つまり、外周部５１１は、挿入方向Ｄに直交する断面形状が、角部にＲを有した略長方形形状で形成される。

デフレクタ５１が、図５に示す取付孔４１に収容された状態において、外周部５１１が取付孔４１の圧入孔部４１１に嵌合（圧入）される。内周部５１２も外周部５１１と同様、挿入方向Ｄと直交する断面形状が、角部にＲを有した略長方形形状で形成される。内周部５１２は、挿入方向Ｄに沿ってデフレクタ５１が取付孔４１に挿入される際、取付孔４１のガイド孔部４１２にガイドされる部位である。

一対の被停止面５４ａ，５４ｂは、デフレクタ５１が、挿入方向Ｄに向かって取付孔４１に押し込まれ圧入される際、取付孔４１に形成される停止面４４ａ，４４ｂと当接して挿入方向Ｄにおけるデフレクタ５１の位置を規制する。

そして、図２に示すように、ボールナット２１の外周面２１ｂには、ボールベアリング３３、及び従動プーリ３４が組み付けられる。ボールベアリング３３、及び従動プーリ３４の組み付けにより、ボールナット２１の外周面２１ｂにおける第一還流路４３の開口部分が閉塞され、且つ一対の取付孔４１，４２からのデフレクタ５１，５２の抜け止めがなされる。また、ボールベアリング３３により、ボールナット２１は、第二ハウジング１１ｂ（ハウジング１１）に対して回転可能に支持される。

（１−３．ボールナット２１の内周転動溝の形状詳細）
次に、ボールナット２１（ナット）の内周転動溝２１ａの形状の詳細について説明する。内周転動溝２１ａ（一巻転動溝２１ａ１〜２１ａＮ）は、図７の模式図に示すように、各取付孔４１，４２の各開口部４１ａ，４２ａ（図７の上部図中参照）間における範囲Ｑ内において、転動路Ｒ１のピッチ円径（ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ））が一定となるように内周転動溝２１ａの溝径が一定で形成されるピッチ円径一定領域ＣｏＡを備える（図７の斜線部，ＰＣＤ−ナット軸線方向位置グラフ，及び図８参照）。なお、ピッチ円径は、内周転動溝２１ａの溝径に対応して決定される。また、ＰＣＤは、公知であるので、詳細な説明は省略する。また、以降、ピッチ円径はＰＣＤとのみ記載する場合がある。

図７，図８に示すように、ピッチ円径一定領域ＣｏＡは、各開口部４１ａ，４２ａから内周転動溝２１ａに沿って、それぞれ相互に向かう方向に向って所定量離間した位置ＣｏＡ１、ＣｏＡ２の間に設けられる。位置ＣｏＡ１、ＣｏＡ２は、各開口部４１ａ，４２ａの端部（図８、点Ｓ）からそれぞれ周方向（図８中、矢印Ａｒ１参照）にα°（所定量）離間した位置である。なお、図８は、図５からデフレクタ５１，５２を除いた図である。

ここで、所定量α°の基準位置の決め方の一例について説明する。ピッチ円径一定領域ＣｏＡにおいてピッチ円径ＰＣＤ１を決定する内周転動溝２１ａの溝径Ｒ５よりも所定量β（例えば、２０〜５００μｍ）だけ大きな溝径Ｒ３を各開口部４１ａ，４２ａの端部の点Ｓ（図８参照）として設定する。点Ｓは、ボールナット２１（ナット）において、取付孔４１，４２（即ち、開口部４１ａ，４２ａ）の周方向における面と内周転動溝２１ａとの交点である。

そして、このように設定した点Ｓと、内周転動溝２１ａの中心点Ｐとを結び、仮想基準線Ｌ１を形成する。そして、仮想基準線Ｌ１を基準として、中心点Ｐ周りで周方向にα°転回した位置を求め、位置ＣｏＡ１、ＣｏＡ２とする。このとき、α°は何度でも良いが、例えば、５°，３０°，６０°，９０°，１８０°，３６０°，７２０°等の様々な値をとり得る。

また、内周転動溝２１ａは、図８に示すように、周方向におけるピッチ円径一定領域ＣｏＡの端部の位置ＣｏＡ１，ＣｏＡ２から各開口部４１ａ，４２ａの仮想基準線Ｌ１までの間の範囲において、それぞれピッチ円径一定領域ＣｏＡから徐々にＰＣＤが大きくなるよう形成されるピッチ円径徐変領域ＣｈＡを備える。

従って、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡにおいてピッチ円径ＰＣＤ２を決定する内周転動溝２１ａの溝径Ｒ４は、ピッチ円径一定領域ＣｏＡにおける溝径Ｒ５から、点Ｓで設定された溝径Ｒ３に向って、徐々に大きくなるよう形成される。なお、点Ｓで設定される溝径Ｒ３の大きさは、任意に設定すればよい。また、上記において、ピッチ円径ＰＣＤ１，２は半径で表している。

また、図７に示すように、内周転動溝２１ａにおいて、ピッチ円径一定領域ＣｏＡの全域及びピッチ円径徐変領域ＣｈＡの一部では、高周波焼入れによって得られた所定値以上の表面硬度を有している。このとき、所定値以上の表面硬度とは、転動路Ｒ１における内周転動溝２１ａのピッチ円径一定領域ＣｏＡを、転動ボール２４が転動し内周転動溝２１ａに応力を付与しても内周転動溝２１ａの耐久性が十分確保される硬さである。

また、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡの一部とは、各開口部４１ａ，４２ａと内周転動溝２１ａとの境界の角部４１ｂ，４２ｂを除く範囲であれば、どれだけでもよく限定しない。また、この態様に限らず、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡは除外し、ピッチ円径一定領域ＣｏＡのみが高周波焼入れによる所定値以上の表面硬度を有していてもよい。

また、本実施形態においては、所定の表面硬度は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）に基づくものであることが好ましい。また、ビッカース硬さ（Ｈｖ）は、深さ方向についても所定の深さの範囲内においては所定値以上の硬度を有していることが好ましい。所定の深さは、内周転動溝２１ａの耐久性が十分確保可能な深さであり、実験等により求める。

（１−４．ボールナット２１の製造方法）
次に、ボールナット２１（ボールねじ装置４０）の製造方法である、ボールナット２１（ナット）の内周転動溝２１ａに対する高周波焼入れについて図７，図９の模式図及び図１０のフローチャートに基づいて説明する。なお、高周波焼入れについては、公知の熱処理方法であるので、詳細な説明については省略する。

第一工程Ｓ１０では、全ての加工が終了したボールナット２１（ナット）が、所定の位置に配置される。そして、第二工程Ｓ２０で、図９に示すように、ボールナット２１（ナット）の内周側にコイル４５を挿入し配置する。本実施形態では、コイル４５は、軸方向中央部が円筒状に形成され、図９に示すように、両端部の少なくとも一巻分がほぼ半周で折り曲げられ異形に形成される。

これにより、コイル４５は、異形に形成された両端部が、取付孔４１，４２と対向するように配置される。具体的には、異形に形成されたコイル４５の両端部４５ａが、取付孔４１，４２から十分な距離だけ離間して配置される。このとき、離間する十分な距離とは、コイル４５に高周波電流が流された場合でも、取付孔４１，４２と内周転動溝２１ａとが交差する角部４１ｂ，４２ｂが加熱されない距離である。なお、このとき、少なくともピッチ円径一定領域ＣｏＡの内周転動溝２１ａは、コイル４５の軸方向中央部の円筒状の部分と対向し接近して配置される。

第三工程Ｓ３０では、熱処理を実施するためコイル４５に高周波電流を流す。これにより、コイル４５に電磁誘導による磁力が発生すると同時に、発生した磁力の作用によって、ボールナット２１の内周転動溝２１ａのうち少なくともピッチ円径一定領域ＣｏＡの内周転動溝２１ａの表面に渦電流が発生する。そして、渦電流により内周転動溝２１ａが熱せられ、オーステナイト状態となる。

しかし、このとき、取付孔４１，４２と対向するコイル４５の両端部４５ａは、異形に形成されており、取付孔４１，４２の開口部４１ａ，４２ａとの間に大きな距離（空間）がある。このため、取付孔４１，４２と内周転動溝２１ａとの間の境界部分に角部４１ｂ，４２ｂがあっても、角部４１ｂ，４２ｂに磁束が集中して流れ過熱し溶融する虞はない。

その後、第四工程Ｓ４０において、高周波焼入れの後処理として、オーステナイト状態となった内周転動溝２１ａを急冷し、急冷後、焼き戻しを行なう。なお、所定の焼入れ深さを所望する場合、コイル４５に流す電流の周波数を調整して行なえばよい。

これにより、内周転動溝２１ａのうち、少なくともピッチ円径一定領域ＣｏＡの内周転動溝が、所定値以上の表面硬度を有して製造される（図７の下方のグラフ参照）。また、ボールナット２１において、取付孔４１，４２の各開口部４１ａ，４２ａと内周転動溝２１ａとの境界の角部４１ｂ，４２ｂに対しては、軸線方向において対応する位置にコイル４５が近傍には配置されておらず、コイル４５との間に大きな距離がとられている。これにより、コイル４５から角部４１ｂ，４２ｂに供給される磁束が減少するため、角部４１ｂ，４２ｂに磁束が集中し溶融する虞もない。

（１−５．その他）
なお、上記実施形態においては、各開口部４１ａ，４２ａと内周転動溝２１ａとの境界の角部４１ｂ，４２ｂに対する高周波焼入れが実施されないよう、図９に示すように、軸線方向において、コイル４５の両端部４５ａを異形とし、コイル４５に高周波電流を流したときに、磁束が角部４１ｂ，４２ｂに集中しないようにした。

しかし、この態様には限らない。変形例として、コイルを円筒状に形成し、コイル（図略）の両端部を、軸線方向において取付孔４１，４２に到達させず、角部４１ｂ，４２ｂと対向しないように配置してもよい。これにより、ピッチ円径一定領域ＣｏＡの範囲の設定の自由度は減少するが、相応の効果は得られる。さらに、上記態様に限らず、コイル４５を様々な形状にアレンジすることで、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡの多くの部分に高周波焼入れを施し、且つ角部４１ｂ，４２ｂに対する高周波焼入れのみを除外することも出来る。これにより、転動ボール２４の転動に対する耐久性はさらに向上する。

＜２．第二実施形態＞
次に、第二実施形態のボールねじ装置について説明する。第一実施形態では、ボールねじ装置４０は多列一循環方式のボールねじ装置であった。しかし、この態様に限らず、本発明は、第二実施形態として、多列独立循環のボールねじ装置１４０（図１１参照）にも適用できる。多列独立循環のボールねじ装置１４０は、例えば、特許第５１２００４０号公報にも記載される公知のボールねじの循環方式である。よって作動等を含む詳細な説明は省略し、ボールナット２１（ナット）において第一実施形態と異なる部分の説明のみ行なう。また、同様の構成には同じ符号を付して説明を行なう。

第一実施形態のボールねじ装置４０においては、ボールナット２１に設けられた一対のデフレクタ５１，５２が、転動ボール２４を、ボールナット２１の両端間に亘って循環させた。つまり、ボールナット２１の内周転動溝２１ａを複数列跨いで転動ボール２４を循環させた。しかし、ボールねじ装置１４０では、複数巻き（Ｎ巻き）巻回されたボールナット２１の内周転動溝２１ａのうち、隣接する二つの転動溝の間のみで無限循環させる。

このため、第二実施形態のボールナット１２１は、図１１に示すように、内周転動溝１２１ａが軸線方向に沿って軸線周りに一周ずつ巻回される一巻転動溝の集合体であると定義した場合に、軸線方向に整列する一巻転動溝のうち隣接する異なる二つの一巻転動溝と外周面１２１ｂとの間を貫通する取付孔１４１を備える。つまり、ボールナット１２１では、例えば、軸線方向に隣接する二つの一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２に対して取付孔を設けるため、各開口部は一体となり、見かけ上、一個の取付孔１４１が貫通して形成される。

そして、デフレクタ１５１が、取付孔１４１に収容された状態で固定される。デフレクタ１５１には還流路Ｒ２の全部が形成される。デフレクタ１５１は、転動路Ｒ１を転動する転動ボール２４（転動体）を還流路Ｒ２に導流するとともに、転動路Ｒ１に還流する。このとき、還流路Ｒ２は、転動路Ｒ１に開口する二つの一巻転動溝の各開口部間を短絡し、転動路を転動する転動体の無限循環を可能とする。通常、このようなデフレクタ１５１がボールナット１２１の周方向において異なる位相毎に複数設けられる。しかしながら以下においては、デフレクタ１５１が取り付けられる複数の取付孔のうちの一つの取付孔１４１について説明する。

上述したように、第二実施形態では、軸線方向に隣接する二つの一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２に対して一個の取付孔１４１を設け、二つの一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２の間で転動ボール２４（転動体）を循環させる。このため、第一実施形態とは異なりボールナット１２１の一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２は、図１２に示すように、取付孔１４１の周方向両側にピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢをそれぞれ備える。なお、図１２は、第二実施形態のボールナット１２１において、第一実施形態における図８に対応する断面図である。

図１２に示すように、ピッチ円径一定領域ＣｏＡは、各開口部１４１ａ，１４２ａが一体で形成された取付孔１４１から周方向両側の内周転動溝１２１ａ（一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２）に沿って、それぞれ所定量離間した位置ＣｏＡ１、ＣｏＡ２の間に設けられる。位置ＣｏＡ１、ＣｏＡ２は、各開口部１４１ａ，１４２ａの各端部（図１２、点Ｓ１，Ｓ２）からそれぞれ周方向（図８中、矢印Ａｒ１，Ａｒ２参照）にα１°，α２°（所定量）離間した位置である。このとき、α１°，α２°は何度でも良いが、例えば、５°，１０°，２０°，３０°，４０°等の様々な値をとり得る。なお、本実施形態では、α１°＝α２°である。

また、前述したように、内周転動溝１２１ａ（一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２）は、図１２に示すように、周方向におけるピッチ円径一定領域ＣｏＡの両端部の位置ＣｏＡ１，ＣｏＡ２から開口部１４１ａ，１４２ａ（仮想基準線Ｌ１，Ｌ２）までの間において、それぞれピッチ円径一定領域ＣｏＡから徐々にＰＣＤ２，３が大きくなるよう形成されるピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢを備える。つまり、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢは、仮想基準線Ｌ１，Ｌ２と位置ＣｏＡ１、ＣｏＡ２との間に形成される。なお、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢにおけるＰＣＤ２とＰＣＤ３とは同一である。

換言すると、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢにおいて、徐変するピッチ円径ＰＣＤ２，ＰＣＤ３を決定する一巻転動溝１２１ａ１，１２１ａ２の溝径Ｒ４，Ｒ７は、ピッチ円径一定領域ＣｏＡにおいて一定のピッチ円径ＰＣＤ１を決定する溝径Ｒ５から点Ｓ１，Ｓ２で設定された溝径Ｒ３，Ｒ６に向って、徐々に大きくなるよう形成される。なお、点Ｓ１，Ｓ２で設定される溝径Ｒ３，Ｒ６の大きさは、任意に設定すればよい。また、上記において、ピッチ円径ＰＣＤ１−ＰＣＤ３は半径で表している。また、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢにおける溝径Ｒ４と溝径Ｒ７とは同一である。

また、一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２において、ピッチ円径一定領域ＣｏＡの全域及びピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢの一部では、高周波焼入れによって得られた所定値以上の表面硬度を有している。このとき、所定値以上の表面硬度とは、転動路Ｒ１における一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２のピッチ円径一定領域ＣｏＡを、転動ボール２４が転動し一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２に応力を付与しても一巻転動溝１２１ａ１、１２１ａ２の耐久性が十分確保される硬さである。

また、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢの一部とは、各開口部１４１ａ，１４２ａと一巻転動溝１２１ａ１，１２１ａ２との境界の角部１４１ｂ，１４２ｂを除く範囲であれば、どれだけでもよく限定しない。また、この態様に限らず、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢは除外し、ピッチ円径一定領域ＣｏＡのみが高周波焼入れによる所定値以上の表面硬度を有していてもよい。

なお、ボールナット１２１に対して高周波焼入れを行なう際には、第一実施形態で説明したコイル４５に対し形状を変更して対応することが好ましい。つまり、ボールナット１２１の周方向において位相をずらしながら複数配置される各取付孔１４１とコイルとの間の距離がそれぞれ十分大きくなるようコイルの外径形状を変形させて対応することが好ましい。これにより、コイルに高周波電流を流してもボールナット１２１の角部１４１ｂ，１４２ｂでは、高周波焼入れ時の磁束の集中とそれに伴う過熱が抑制されるため、第一実施形態のボールナット２１と同様の機能及び効果を備えて形成される。

＜３．実施形態による効果＞
上記実施形態のボールねじ装置４０，１４０によれば、ボールナット２１，１２１（ナット）の内周転動溝２１ａ，１２１ａは、取付孔４１，４２，１４１の開口部４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａ間の範囲において、各開口部４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａから離間した位置で転動路Ｒ１のピッチ円径ＰＣＤ１が一定となるようそれぞれ形成されるピッチ円径一定領域ＣｏＡと、ピッチ円径一定領域の両端部の位置ＣｏＡ１，ＣｏＡ２から各開口部４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａまでの間において、それぞれピッチ円径一定領域ＣｏＡから徐々にピッチ円径ＰＣＤ２，３が大きくなるよう形成されるピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢと、を備える。各開口部４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａと内周転動溝２１ａ，１２１ａとの境界の角部４１ｂ，４２ｂ，１４１ｂ，１４２ｂを除く、ピッチ円径一定領域ＣｏＡ及びピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢのうち、少なくともピッチ円径一定領域ＣｏＡが高周波焼入れにより得られた所定値以上の表面硬度を備える。

このように、内周転動溝２１ａ，１２１ａ（転動路Ｒ１）において、少なくとも、転動する転動ボール２４（転動体）によって応力がかかるピッチ円径一定領域ＣｏＡでは、高周波焼入れによって得られる所定値以上の表面硬度を備える。また、転動ボール２４への応力が減少するピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢのうち各開口部４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａと内周転動溝２１ａ，１２１ａとの境界の角部４１ｂ，４２ｂ，１４１ｂ，１４２ｂは、高周波焼入れにより得られる所定値以上の表面硬度は備えておらず表面硬度は所定値未満である。つまり、角部４１ｂ，４２ｂ，１４１ｂ，１４２ｂでは、焼入れ温度がピッチ円径一定領域ＣｏＡより低く抑えられている。このような構成により、転動する転動ボール２４よる応力が大きな内周転動溝２１ａ，１２１ａのピッチ円径一定領域ＣｏＡでは、安価な高周波焼入れ処理によって得られる所定値以上の表面硬度によって、内周転動溝２１ａ，１２１ａの磨耗が防止され耐久性が向上する。

また、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢでは転動する転動ボール２４による応力が減少するので、たとえ、高周波焼入れ処理が実施されず内周転動溝２１ａ，１２１ａが所定値以上の表面硬度を備えておらず表面硬度が所定値未満であっても内周転動溝の磨耗が防止可能である。そして、各開口部４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａと内周転動溝２１ａ，１２１ａとの境界の角部４１ｂ，４２ｂ，１４１ｂ，１４２ｂでは、焼入れ温度がピッチ円径一定領域ＣｏＡより低く抑えられているので、高周波焼入れ時の磁束の集中とそれに伴う過熱が抑制されるため、高周波焼入れによる溶損が確実に防止される。このように、高価な浸炭処理を使用せず、所定値以上の表面硬度が必要な部位のみに安価である高周波焼入れ（熱処理）を適宜行なうことによって低コストにナットが製造できる。また、高周波焼入れは、コイル４５を内周転動溝２１ａの内周側に挿入して実施するので、一個ずつ製造する一個流しが要求される場合には容易に対応できる。

また、上記実施形態によれば、内周転動溝２１ａ，１２１ａは、ピッチ円径一定領域ＣｏＡの全域、及びピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢの一部が所定値以上の表面硬度を備える。これにより、ピッチ円径一定領域ＣｏＡの全域のみが所定値以上の表面硬度を備える場合と比較して、転動ボール２４の転動により生じる応力に対する耐久性の向上がさらに期待出来る。

また、上記実施形態によるボールねじ装置４０，１４０の製造方法によれば、内周転動溝２１ａ，１２１ａは、開口部４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａと内周転動溝２１ａ，１２１ａとの境界の角部４１ｂ，４２ｂ，１４１ｂ，１４２ｂを除く、ピッチ円径一定領域ＣｏＡ及びピッチ円径徐変領域ＣｈＡ，ＣｈＢのうち、少なくともピッチ円径一定領域ＣｏＡに対して高周波焼入れが実施され、少なくともピッチ円径一定領域ＣｏＡが高周波焼入れにより所定値以上の表面硬度で形成される。これにより、上記ボールねじ装置４０，１４０と同様の効果を備えたボールねじ装置が製造できる。

また、上記実施形態によれば、ステアリング装置１０が、上記実施形態のボールねじ装置４０，１４０を備える。これにより、低コストで耐久性の高いステアリング装置が得られる。

なお、上記第一実施形態によれば、ボールナット２１（ナット）の内周転動溝２１ａは、取付孔４１，４２の開口部４１ａ，４２ａ間の範囲のみにおいて、ピッチ円径徐変領域ＣｈＡを設けた。しかし、この態様には限らず、周方向において、開口部４１ａ，４２ａ間の範囲とは反対側の範囲にもピッチ円径徐変領域ＣｈＡを設けてもよい。これによって、内周転動溝２１ａが製作し易くなれば、その点においてコスト低減等の効果が得られる。

２１ａ１-２１ａＮ；一巻転動溝、 １０；ステアリング装置（電動パワーステアリング装置）、 ２０；転舵シャフト（ねじ軸）、 ２０ａ；外周転動溝、 ２１，１２１；ボールナット（ナット）、 ２１ａ，１２１ａ；内周転動溝、 ２４；転動ボール（転動体）、 ４０，１４０；ボールねじ装置、 ４１，４２，１４１；取付孔、 ４１ａ，４２ａ，１４１ａ，１４２ａ；開口部、 ４１ｂ，４２ｂ，１４１ｂ，１４２ｂ；角部、 ４５；コイル、 ４５ａ；両端部、 ５１，５２，１５１；デフレクタ、 ＣｈＡ，ＣｈＢ；ピッチ円径徐変領域、 ＣｏＡ；ピッチ円径一定領域、 ＣｏＡ１，ＣｏＡ２；位置、 Ｒ１；転動路、 Ｒ２；還流路。

Claims (5)

1. 外周面に外周転動溝が螺旋状に形成されたねじ軸と、
   筒状に形成され、内周面に内周転動溝が螺旋状に形成されて、前記ねじ軸の外周側に配置され、前記内周転動溝が軸線方向に沿って軸線周りに一周ずつ巻回される一巻転動溝の集合体であると定義した場合に、前記軸線方向に整列する前記一巻転動溝のうち異なる二つの一巻転動溝と外周面との間を貫通する取付孔を備えるナットと、
   前記外周転動溝と前記内周転動溝との間で形成される転動路に転動可能に配置される転動体と、
   前記転動路に開口する前記取付孔の前記異なる二つの一巻転動溝の各開口部間を短絡し、前記転動路を転動する前記転動体の無限循環を可能とする還流路と、
   前記取付孔に収容された状態で固定され、前記還流路の一部又は全部が形成され、前記転動路を転動する前記転動体を前記還流路に導流し前記転動路に還流するデフレクタと、
   を備えるボールねじ装置であって、
   前記ナットの前記内周転動溝は、
   前記取付孔の前記各開口部間の範囲において、
   前記各開口部から離間した位置で前記転動路のピッチ円径が一定となるようそれぞれ形成されるピッチ円径一定領域と、前記ピッチ円径一定領域の両端部から前記各開口部までの間において、それぞれ前記ピッチ円径一定領域から徐々に前記ピッチ円径が大きくなるよう形成されるピッチ円径徐変領域と、を備え、
   前記各開口部と前記内周転動溝との境界の角部を除く、前記ピッチ円径一定領域及び前記ピッチ円径徐変領域のうち、少なくとも前記ピッチ円径一定領域が所定値以上の表面硬度を備え、前記各開口部と前記内周転動溝との境界の各部は前記所定値未満の前記表面硬度を備える、ボールねじ装置。
2. 前記内周転動溝は、
   前記ピッチ円径一定領域の全域、及び前記ピッチ円径徐変領域の一部が前記所定値以上の前記表面硬度を備える、請求項１に記載のボールねじ装置。
3. 前記所定値以上の前記表面硬度は、高周波焼入れによって得られる、請求項１又は２に記載のボールねじ装置。
4. 請求項１−３の何れか１項に記載のボールねじ装置の製造方法であって、
   前記内周転動溝は、
   前記各開口部と前記内周転動溝との境界の角部を除く、前記ピッチ円径一定領域及び前記ピッチ円径徐変領域のうち、少なくとも前記ピッチ円径一定領域に対して高周波焼入れが実施され、
   前記少なくとも前記ピッチ円径一定領域が前記高周波焼入れにより前記所定値以上の前記表面硬度で形成される、ボールねじ装置の製造方法。
5. 請求項１−３の何れか１項に記載のボールねじ装置を備えたステアリング装置。

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