JP6716971B2 - Steering device - Google Patents
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Description
本発明は、ステアリング装置に関する。 The present invention relates to a steering device.
従来、ラック軸（ラックシャフト）と離間し、出力軸がラック軸の軸線と平行に設けられた電動モータによりラックシャフトの軸方向推力を発生させてラックシャフトの作動を補助する、所謂、ラックパラレル型のステアリング装置がある（下記特許文献１参照）。特許文献１に示すステアリング装置では、ラックシャフトの外周面にオネジが形成されている。そして、同一径で形成された複数の転動体（ボール）を介して、転動体ナット（ボールナット）の内周面に形成されたメネジがラックシャフトのオネジに螺合しボールネジ機構が構成される。転動体ナットは円筒状に形成され、一端がステアリング装置のハウジングに支持される。また、転動体ナットの他端が、歯付きベルトを介してモータの出力シャフトに接続されてモータによって回転駆動される。これにより、モータによって転動体ナットを回転させ複数の転動体を介してラックシャフトを軸線方向に移動させる。
Conventionally, a so-called rack parallel, which assists the operation of the rack shaft by generating an axial thrust of the rack shaft by an electric motor which is separated from the rack shaft (rack shaft) and whose output shaft is provided in parallel with the axis of the rack shaft. There is a type steering device (see
しかしながら、上記のステアリング装置では、転動体ナットには、歯付きベルトが所定の張力を有して掛けられている。このため、転動体ナットは歯付きベルトの張力によって引っ張られ、ボールナットのメネジとラックシャフトのオネジとの間の距離（隙間）が周方向において偏り、狭い部分と広い部分とが発生する。これにより、オネジとメネジとの間に配置された複数の転動体が、通路の狭い部分から通路の広い部分に向かって押し出される。そして、通路の広い部分において、隣接する各転動体同士が当接する、所謂、玉寄せ状態となる場合がある。このような状態において、ドライバーがステアリングホイールを操舵し、ラックシャフトを軸線方向に移動させようとすると、ボールネジ機構内で当接する各転動体は、転動体ネジ部と転動体ナットとの相対回転に応じて、それぞれ同じ方向に回転し、各転動体同士の当接部では逆方向の移動（回転）が生じ摩擦が発生する。このため、各転動体は、当接する相手転動体の回転を妨げることになる。 However, in the above steering device, the toothed belt is hung on the rolling element nut with a predetermined tension. Therefore, the rolling element nut is pulled by the tension of the toothed belt, and the distance (gap) between the female screw of the ball nut and the male screw of the rack shaft is deviated in the circumferential direction, and a narrow portion and a wide portion are generated. As a result, the plurality of rolling elements arranged between the male screw and the female screw are extruded from the narrow portion of the passage toward the wide portion of the passage. Then, in a wide portion of the passage, adjacent rolling elements may come into contact with each other, that is, a so-called rolling state may occur. In such a state, when the driver steers the steering wheel to move the rack shaft in the axial direction, the rolling elements abutting in the ball screw mechanism move relative to each other to the relative rotation between the rolling element screw part and the rolling element nut. Accordingly, the rolling members rotate in the same direction, and the contact portions of the rolling elements move (rotate) in the opposite direction to generate friction. Therefore, each rolling element impedes the rotation of the mating rolling element with which it abuts.
これにより、ラックシャフトを軸方向に作動させるために必要な力が大きくなり、ドライバーにはステアリングの作動が重くなったと感じさせる場合がある。また、転動体ナットを回転させ、転動体及び転動体ネジ部を介してラックシャフトを軸線方向に移動させる電動モータにとっても、負荷が上昇し消費電力が増大する等の虞がある。 As a result, the force required to actuate the rack shaft in the axial direction increases, which may cause the driver to feel that the steering operation has become heavy. Further, even for an electric motor that rotates the rolling element nut and moves the rack shaft in the axial direction via the rolling element and the rolling element screw portion, the load may increase and the power consumption may increase.
本発明は、上記課題に鑑みてなされた発明であり、ボールネジ機構が有する転動体ネジ部及び転動体ナットの各溝内において、整列する各転動体間の隙間が詰まり隣接する転動体同士が当接する状態に至っても、転動体ネジ部と転動体ナットとの間の相対回転がスムーズに行えるとともに、耐久性も備えるステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention is an invention made in view of the above problems, and in each groove of the rolling element screw portion and the rolling element nut of the ball screw mechanism, the gaps between the aligned rolling elements are clogged so that the adjacent rolling elements contact each other. It is an object of the present invention to provide a steering device that can smoothly perform relative rotation between a rolling element screw portion and a rolling element nut even when they come into contact with each other and have durability.
本発明の請求項１に係るステアリング装置は、ハウジングに軸線方向に摺動可能に支承されており、前記軸線方向に往復移動し転舵輪を転舵させる転舵軸と、前記転舵軸の外周面に第一ネジ溝が形成される転動体ネジ部、前記第一ネジ溝に対応する第二ネジ溝が内周面に形成される転動体ナット、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間に形成される螺旋軌道の両端に接続され前記螺旋軌道とともにひとつながりの循環路を形成する連結通路を備える連結部材、及び前記循環路内に整列して収容される複数の転動体を備えるボールネジ機構と、前記ハウジングに固定されており、前記転舵軸とオフセットした出力シャフトを備えるモータと、前記出力シャフトに一体回転可能に設けられる歯付きの駆動プーリ、前記転動体ナットに一体に設けられる歯付きの従動プーリ、及び前記駆動プーリと前記従動プーリとの間で駆動力を伝達する歯付きベルトを備えるベルト伝達機構と、を備えるステアリング装置であって、前記複数の転動体は、鉄系材料によって形成される大径転動体と、前記鉄系材料によって形成され、前記大径転動体よりも径が所定径差小さく前記大径転動体の間に配置される小径転動体と、を備え、前記螺旋軌道の半径方向の間隔は、前記歯付きベルトの張力の方向に応じて周方向で異なり、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する動力の大きさが所定値以下である場合に、前記螺旋軌道では、前記大径転動体のみが、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行ない、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する前記動力の大きさが前記所定値を超えた場合には、前記螺旋軌道では、前記大径転動体及び前記小径転動体の両者が、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行なうように前記所定径差を設定する。
A steering device according to
このように構成されたステアリング装置においては、歯付きベルトの張力によって、転動体ナットが所定の方向に付勢され偏りが生じる場合がある。これによって、螺旋軌道の半径方向の間隔、即ち、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間に形成される間隔（隙間）にも偏りが生じ、螺旋軌道内における転動体の通路に狭い部分と広い部分とが発生する。このような状態では、通路の狭い部分から通路の広い部分に向かって転動体が押し出され、通路の広い部分において隣接する各転動体同士が当接する玉寄せ状態となる場合がある。 In the steering device configured as described above, the rolling element nut may be biased in a predetermined direction due to the tension of the toothed belt and may be biased. As a result, the radial gap of the spiral raceway, that is, the gap (gap) formed between the first screw groove and the second screw groove also becomes uneven, and the narrow portion of the passage of the rolling element in the spiral raceway is generated. And a wide part occurs. In such a state, the rolling elements may be pushed out from the narrow portion of the passage toward the wide portion of the passage, and the rolling elements adjacent to each other in the wide portion of the passage may come into contact with each other.
しかし、螺旋軌道内には、大径転動体よりも径が所定径差だけ小さいため、螺旋軌道からの拘束を受けずに回転が可能な小径転動体が大径転動体の間に配置されている。このため、少なくとも大径転動体と小径転動体とが当接する部分において小径転動体は、大径転動体の回転に伴い、大径転動体の回転方向と逆の回転方向に回転できる。従って、大径転動体と小径転動体との当接部分では両者の相対移動に伴う摩擦は生じない。 However, since the diameter of the spiral raceway is smaller than that of the large-diameter rolling element by a predetermined diameter difference, a small-diameter rolling element that can rotate without being restricted by the spiral orbit is arranged between the large-diameter rolling elements. There is. Therefore, the small-diameter rolling element can rotate in the rotation direction opposite to the rotation direction of the large-diameter rolling element as the large-diameter rolling element rotates, at least in the portion where the large-diameter rolling element and the small-diameter rolling element abut. Therefore, no friction occurs due to the relative movement of the large diameter rolling element and the small diameter rolling element in the contact portion.
このとき、螺旋軌道を構成する第一ネジ溝と第二ネジ溝との間で伝達される動力が所定値以下の場合には、上記で説明した小径転動体が自由に回転できる状態が維持される。つまり、大径転動体のみが、第一ネジ溝、及び第二ネジ溝と当接し、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間で動力伝達を行なう。これにより、当接する大径転動体の回転を妨げることなく、ボールネジ部とボールナットとの間の相対回転をスムーズなものとすることができ、ステアリングシャフトの操舵荷重が上昇することもない。 At this time, when the power transmitted between the first thread groove and the second thread groove forming the spiral orbit is equal to or less than a predetermined value, the small-diameter rolling element described above is maintained in a freely rotatable state. It That is, only the large-diameter rolling element contacts the first screw groove and the second screw groove, and power is transmitted between the first screw groove and the second screw groove. As a result, the relative rotation between the ball screw portion and the ball nut can be made smooth without hindering the rotation of the large-diameter rolling element that abuts, and the steering load on the steering shaft does not increase.
また、螺旋軌道を構成する第一ネジ溝と第二ネジ溝との間で伝達される動力が所定値を超える場合には、第一ネジ溝、第二ネジ溝、及び第一ネジ溝と第二ネジ溝とに当接する大径転動体のうち少なくとも一つの部材の弾性変形によって、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間の間隔が狭まる。これにより、螺旋軌道では、第一ネジ溝と第二ネジ溝とが小径転動体に当接し、大径転動体及び小径転動体の両者によって、第一ネジ溝と第二ネジ溝との間の動力伝達を行なうことができるので、転動体の耐久性が向上する。 Further, when the power transmitted between the first screw groove and the second screw groove forming the spiral track exceeds a predetermined value, the first screw groove, the second screw groove, and the first screw groove and the first screw groove The elastic deformation of at least one member of the large-diameter rolling element that comes into contact with the two screw grooves narrows the gap between the first screw groove and the second screw groove. As a result, in the spiral orbit, the first screw groove and the second screw groove come into contact with the small-diameter rolling element, and both the large-diameter rolling element and the small-diameter rolling element cause a gap between the first screw groove and the second screw groove. Since power can be transmitted, the durability of the rolling elements is improved.
＜第一実施形態＞
（１．概要）
以下、本発明のステアリング装置の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。ステアリング装置の一例として、車両用の電動パワーステアリング装置について説明する。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。
<First embodiment>
(1. Overview)
Hereinafter, specific embodiments of the steering device of the present invention will be described with reference to the drawings. An electric power steering device for a vehicle will be described as an example of the steering device. The electric power steering device is a steering device that assists the steering force with a steering assist force.
なお、本発明のステアリング装置は、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に適用できる。図１に示すように、電動パワーステアリング装置Ｓ１は、操舵機構１０、転舵機構２０、操舵補助機構３０、及びトルク検出装置４０を有する。
The steering device of the present invention can be applied to a four-wheel steering device, a rear-wheel steering device, a steer-by-wire device, etc. in addition to the electric power steering device. As shown in FIG. 1, the electric power steering device S1 includes a
（２．電動パワーステアリング装置の構成）
図１に示すように、操舵機構１０は、ステアリングホイール１１、及びステアリングシャフト１２を備える。ステアリングホイール１１は、ステアリングシャフト１２の端部に固定される。ステアリングシャフト１２は、転舵輪２６，２６を転舵するために、ステアリングホイール１１に加えられる操舵荷重Ｑ(操舵トルク)を伝達する。
(2. Structure of electric power steering device)
As shown in FIG. 1, the
ステアリングシャフト１２は、コラム軸１３、中間軸１４、及びピニオン軸１５を連結して構成される。ピニオン軸１５は、入力シャフト１５ａ、出力シャフト１５ｂ、及びトーションバー１５ｃを有する。入力シャフト１５ａの入力側部分には、中間軸１４の出力側部分が接続され、出力シャフト１５ｂの出力側部分には、ピニオン歯１５ｄが形成される。
The steering
転舵機構２０は、本発明に係るラックシャフト２１（転舵軸）、及び略円筒状に形成されたハウジング２２を有する。ラックシャフト２１は、ステアリングホイール１１の操舵角度に応じて軸線方向に往復移動し、車両の転舵輪２６，２６を転舵させる。ラックシャフト２１は、軸線方向に沿って直線往復移動可能にハウジング２２に収容されて支持される。
The steered
以下の説明において、このラックシャフト２１の軸線方向に沿った方向を単に「Ａ軸方向（図１参照）」とも称する。ハウジング２２は、第一ハウジング２２ａと、第一ハウジング２２ａのＡ軸方向一端側（図１中、左側）に固定された第二ハウジング２２ｂとを備える。
In the following description, the direction along the axial direction of the
ピニオン軸１５は、第一ハウジング２２ａ内において回転可能に支持される。ラックシャフト２１には、ラック歯２１ａが形成され、ラック歯２１ａ及びピニオン歯１５ｄは、互いに噛合されて、ラックアンドピニオン機構を構成する。
The pinion shaft 15 is rotatably supported in the
ラックシャフト２１は、両端部にジョイント２７，２８を有する。ジョイント２７，２８の両端部には、タイロッド２４，２４が連結されており、タイロッド２４，２４の先端は、転舵輪２６，２６が組み付けられた図示しないナックルに連結される。
The
これにより、ステアリングホイール１１が操舵されると、その操舵荷重Ｑ（操舵トルク）が、ステアリングシャフト１２に伝達されピニオン軸１５が回転される。ピニオン軸１５の回転は、ピニオン歯１５ｄ及びラック歯２１ａによって、ラックシャフト２１の直線往復移動に変換される。そして、このＡ軸方向に沿った移動がタイロッド２４，２４を介してナックル（図略）に伝達されることにより、転舵輪２６，２６が転舵され、車両の進行方向が変更される。なお、上述した操舵荷重Ｑは、主に、ステアリングホイール１１の操舵角度θと、そのときの車両の車速Ｖとに応じて転舵輪２６，２６が路面から受ける抵抗力の大きさである。
As a result, when the
ハウジング２２の両端には、樹脂製で、ジョイント２７，２８とタイロッド２４，２４とのジョイント部分を覆い、Ａ軸方向に伸縮可能な筒状の蛇腹部を有するブーツ２５，２５の一端部が固定される。ブーツ２５，２５の他端部はタイロッド２４，２４に固定され、ハウジング２２の内部を含む転舵機構２０の収容空間の気密性がブーツ２５，２５によって保たれる。
At one end of the
操舵補助機構３０は、トルク検出装置４０の出力に基づいて制御されるモータＭを駆動源として操舵機構１０に操舵補助力を付与する機構である。操舵補助機構３０は、第一ハウジング２２ａ、第二ハウジング２２ｂ、第三ハウジング３１、ＭＣＵ（モータコントロールユニット）、回転軸３２、ボールネジ機構３３、及びベルト伝達機構３５を備える。
The
図１に示すように、操舵補助機構３０では、制御部ＥＣＵとモータＭを一体化したＭＣＵが、ラックシャフト２１よりも下側（重力方向下方）に配置される。このように、第一実施形態の電動パワーステアリング装置Ｓ１は、所謂、ラックパラレル型の電動ステアリング装置として構成され、車両前方のエンジンルーム内（車室外）に配置される。
As shown in FIG. 1, in the steering assist
図１、図２に示すように、操舵補助機構３０は、モータＭの回転トルクを、上述したベルト伝達機構３５を介してボールネジ機構３３に伝達する。そして、ボールネジ機構３３で、回転トルクをラックシャフト２１の直線往復動の移動力に変換し、操舵機構１０に操舵補助力を付与する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the steering assist
操舵補助機構３０を構成する第一ハウジング２２ａは、図２に示すように、円筒状の第１筒状部２２１と、第１筒状部２２１の第二ハウジング２２ｂ側に形成された第一操舵補助用ハウジング２２２と、を有する。第１筒状部２２１は、主にラックシャフト２１を収容するハウジング部分である。
As shown in FIG. 2, the
第一操舵補助用ハウジング２２２は、主に操舵補助機構３０に係る装置を収容する部分であり、第１筒状部２２１よりも大径の筒状であって、重力方向下側に膨出した形状に形成される。第一操舵補助用ハウジング２２２における下側に膨出した部分の端面には、ラックシャフト２１のＡ軸方向に貫通した開口部２２２ａが形成される。
The first steering assist
第二ハウジング２２ｂは、円筒状の第二筒状部２３１と、第二筒状部２３１の第一ハウジング２２ａ側に形成された第二操舵補助用ハウジング２３２とを有する。第二筒状部２３１は主にラックシャフト２１を収容するハウジング部分である。第二操舵補助用ハウジング２３２は、主に第一操舵補助用ハウジング２２２と共に操舵補助機構３０に係る装置を収容する部分であり、第二筒状部２３１よりも大径で円筒状に形成される。
The
第三ハウジング３１は、第一操舵補助用ハウジング２２２の膨出端面２２３に、プレート３６を介して固定される。第一操舵補助用ハウジング２２２の膨出端面２２３に対向する第三ハウジング３１の面は、開口３１１を有する。開口３１１は、プレート３６によって塞がれる。また、プレート３６には、モータＭの出力シャフト３２ｂをＡ軸方向に挿通する貫通孔が形成される。
The
モータＭを含むＭＣＵ（モータコントロールユニット）は、第三ハウジング３１内に収容される。つまり、ＭＣＵは、ラックシャフト２１と離間してハウジング２２に取り付けられ、モータＭの出力シャフト３２ｂがハウジング２２内に延在するよう配置される。詳細には、図２に示すように、出力シャフト３２ｂの軸線が、ラックシャフト２１の軸線と平行（オフセットに相当）となるように、出力シャフト３２ｂがハウジング２２の第二ハウジング２２ｂ内に延在して設けられる。ＭＣＵは、モータＭ、並びに、モータＭを駆動するための制御部ＥＣＵ等を備える。
An MCU (motor control unit) including the motor M is housed in the
回転軸３２は、モータＭの出力軸であり、操舵補助力を伝達する。回転軸３２は、出力シャフト３２ｂと、出力シャフト３２ｂの外周側に配置される駆動プーリ３２ａ（ベルト伝達機構３５を構成する）と、を備える。出力シャフト３２ｂは、プレート３６の貫通孔に、軸受３１３を介して回転可能に支持される。駆動プーリ３２ａは、出力シャフト３２ｂの外周面のうちＡ軸方向において第三ハウジング３１の外部に位置する部位に配置され、第一操舵補助用ハウジング２２２内に収容される。
The
ベルト伝達機構３５は、前述した駆動プーリ３２ａ、歯付きベルト３５ａ、及び従動プーリ３４によって構成される。駆動プーリ３２ａ、及び従動プーリ３４は、それぞれ外歯を備える歯付きのプーリである。ベルト伝達機構３５は、歯付きベルト３５ａを介して駆動プーリ３２ａと従動プーリ３４との間で、モータＭが発生させる駆動力（回転駆動力又は回転トルク）を伝達する機構である。駆動プーリ３２ａは、出力シャフト３２ｂの外周側に出力シャフト３２ｂと一体回転可能に設けられる。歯付きの従動プーリ３４は、ボールナット３３ａの外周に、ボールナット３３ａと一体回転可能に固定される。
The
歯付きベルト３５ａは、内歯を内周側に複数有する円環状のゴムベルトであり、従動プーリ３４の外周と駆動プーリ３２ａの外周との間に、各外周に設けられた各歯と噛合した状態で掛け渡され、歯付きの駆動プーリ３２ａの回転駆動力（駆動力）を歯付きの従動プーリ３４に伝達する。歯付きベルト３５ａは、従動プーリ３４及び駆動プーリ３２ａとの噛合が外れないように、即ち、歯飛びが起きないように、所定の張力を有した状態で従動プーリ３４と駆動プーリ３２ａとの間に掛け渡される。なお、本実施形態では、駆動プーリ３２ａは、従動プーリ３４のほぼ重力方向真下に設けられる。
The
上記の構成により、操舵補助機構３０は、ステアリングホイール１１の回転操作に応じてモータＭを駆動し、出力シャフト３２ｂ及び駆動プーリ３２ａを回転させる。駆動プーリ３２ａの回転は、歯付きベルト３５ａを介して従動プーリ３４に伝達される。従動プーリ３４が回転することにより、従動プーリ３４に一体的に設けられるボールナット３３ａが回転する。そして、ボールナット３３ａが回転することにより、後に詳述するボールネジ機構３３が有する複数のボール３８（主に大径ボール３８ａ）を介してラックシャフト２１の軸線方向への操舵補助力（動力）がラックシャフト２１に伝達される。
With the above configuration, the steering assist
トルク検出装置４０は、ピニオン軸１５の周囲にあるハウジング２２の取付開口部２２ｃに固定される。トルク検出装置４０は、トーションバー１５ｃの捩れ量を検出し、捩れ量に応じた信号を制御部ＥＣＵに出力する。ここでいう、トーションバー１５ｃとは、入力シャフト１５ａのトルクと出力シャフト１５ｂのトルクとの差に応じて捩れる特性を有する部材である。制御部ＥＣＵは、トルク検出装置４０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。
The
制御部ＥＣＵは、予め記憶された中立情報及び走行状態に基づく学習制御によりステアリングセンタを決定する。なお、中立情報は、ステアリングセンタに対応するモータＭが有する角度センサの位置（電気角）情報であり、車両組立時に測定され、制御部ＥＣＵ内の不揮発性メモリに記憶される。 The control unit ECU determines the steering center by learning control based on the neutral information and the traveling state stored in advance. The neutral information is position (electrical angle) information of the angle sensor of the motor M corresponding to the steering center, is measured at the time of vehicle assembly, and is stored in the nonvolatile memory in the control unit ECU.
（３．ボールネジ機構）
（３−１．ボールネジ機構の構成）
本発明に係るボールネジ機構３３について説明する。前述したように、ボールネジ機構３３は、ベルト伝達機構３５を介して伝達されたモータＭの回転トルクを、ラックシャフト２１の直線往復動の移動力に変換することで操舵機構１０に操舵補助力を付与する機構である。
(3. Ball screw mechanism)
(3-1. Structure of ball screw mechanism)
The
図２、図３に示すように、ボールネジ機構３３は、ボールネジ部２１ｂ（転動体ネジ部に相当）と、前述したボールナット３３ａ（転動体ナットに相当）と、連結部材３７と、複数のボール３８（転動体に相当）と、を備える。複数のボール３８は、複数の大径ボール３８ａ（大径転動体に相当）及び大径ボール３８ａより所定径差αだけ直径の小さな複数の小径ボール３８ｂ（小径転動体に相当）で構成されるボール群である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ボールネジ部２１ｂは、図１に示すラックシャフト２１の外周面に、Ａ軸方向に沿った一定範囲に亘って形成される（図１中、左側）。ボールネジ部２１ｂには、第一ネジ溝２１ｂ１が形成される。第一ネジ溝２１ｂ１は、ラックシャフト２１の外周面に所定のリード（ピッチ）で形成された螺旋状の溝である。
The
ボールナット３３ａ（転動体ナット）は、ボールネジ部２１ｂの外周側に配置される円筒状部材である。ボールナット３３ａは、図２に示すように、円筒の一端側がボールベアリング１６を介して本発明に係るハウジングに相当する第二筒状部２３１（第二ハウジング２２ｂ）の第二操舵補助用ハウジング２３２に支持される。つまり、ボールナット３３ａは、第二操舵補助用ハウジング２３２に片持ち状態で支持されている。また、ボールナット３３ａの他端側には、前述した歯付きの従動プーリ３４が固定される。従動プーリ３４には、駆動プーリ３２ａの外周との間で歯付きベルト３５ａが前述したように所定の張力を有した状態で掛け渡される。
The
また、ボールナット３３ａは、内周面に第二ネジ溝３３ａ１を備える。第二ネジ溝３３ａ１は、ボールネジ部２１ｂの第一ネジ溝２１ｂ１に対応する溝である。第二ネジ溝３３ａ１は、ボールネジ部２１ｂの第一ネジ溝２１ｂ１と対向して形成され、第一ネジ溝２１ｂ１のリードと同じリードで形成された螺旋状の溝である。
Further, the
第一ネジ溝２１ｂ１と、第二ネジ溝３３ａ１とによって、螺旋軌道３９が形成される。詳細には、第一ネジ溝２１ｂ１の溝面及び第二ネジ溝３３ａ１の溝面と各溝面の間の空間とによって複数のボール３８（転動体）が収容される螺旋軌道３９が形成される（図５の模式図参照）。
A
螺旋軌道３９の第一ネジ溝２１ｂ１、及び第一ネジ溝２１ｂ１に対向する第二ネジ溝３３ａ１は、図４に示すように形成される。本実施形態においては、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１は、ともに公知の単一Ｒで形成されるものとして説明する。ただし、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１の溝形状は、単一Ｒ形状に限らず、公知の単ゴシックアーチ形状等で形成されたものであってもよい。
The first screw groove 21b1 of the
ボールナット３３ａ（転動体ナット）とラックシャフト２１とが相対回転するボールネジ回転時においては、ボール３８のうち、直径の大きな大径ボール３８ａが、図４に示すように、第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）の溝面上の点ｑ、及び第一ネジ溝２１ｂ１（ボールネジ部２１ｂ）の溝面上の点ｐとそれぞれ当接する。そして、ボールネジ回転時において、大径ボール３８ａを介して第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）と第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）との間で動力Ｐ（図略）が伝達される。
When the
また、図５の模式図に示すように、螺旋軌道３９は、一条螺旋通路ａ，ｂが、例えば、軸線周りに２回巻回して形成される一条旋通路の集合体である。一条螺旋通路ａ，ｂは、それぞれラックシャフト２１の軸線周りに一回転（３６０度）以内で螺旋状に回転して形成される螺旋通路であるものとする。つまり、螺旋軌道３９は、一条螺旋通路が軸線周りに複数回巻回して形成される螺旋軌道であり、このような一条螺旋通路の集合体を本実施形態では多列の螺旋軌道と称す。
Further, as shown in the schematic view of FIG. 5, the
なお、螺旋軌道３９は、一回転する一条螺旋通路ａ，ｂのみによって形成されるだけではなく、一条螺旋通路ａ、ｂの軸線方向外側には、端部にＡ端及びＢ端をそれぞれ備える一回転（３６０度）に満たない一条螺旋通路ａ´、ｂ´がそれぞれ設けられる。また、一条螺旋通路は、何回巻回してもよい。
The
本実施形態において、連結部材３７は、前述したボールナット３３ａとデフレクタ３３ｂとを備える。連結部材３７は、螺旋軌道３９の両端（例えば、図５におけるＡ端、及びＢ端）に接続され螺旋軌道３９とともにひとつながりの循環路５０（図３、図５参照）を形成する連結通路５１を備える。連結通路５１は、ボールナット３３ａ内、及びデフレクタ３３ｂ内に形成される複数のボール３８の通路である。
In the present embodiment, the connecting
図６に示すように、ボールナット３３ａの軸線方向の他端側には、フランジ部３３ａ２が形成される。また、ボールナット３３ａには、その外周面３３ａ３から内周面の第二ネジ溝３３ａ１に貫通する長孔状の一対の取付孔３３ａ４、３３ａ５が形成される。
As shown in FIG. 6, a flange portion 33a2 is formed on the other end side of the
一対の取付孔３３ａ４、３３ａ５は、螺旋軌道３９の、例えば二列の一条螺旋通路ａ，ｂを跨ぐようにボールナット３３ａの軸方向に離間して配置される。一対の取付孔３３ａ４、３３ａ５には、デフレクタ３３ｂ、３３ｂがそれぞれ圧入される。また、ボールナット３３ａの外周面３３ａ３には、一対の取付孔３３ａ４、３３ａ５を連通する連通溝３３ａ６が形成される。
The pair of mounting holes 33a4 and 33a5 are arranged apart from each other in the axial direction of the
図７及び図８に示すように、連通溝３３ａ６は、ボールナット３３ａの外周面３３ａ３に開口する開口部３３ａ７を有する断面Ｃ字状の溝からなる。図８に示すように、連通溝３３ａ６の直径Ｄ２は、ボール３８のうち大径の大径ボール３８ａ（大径転動体）の直径Ｄ１よりも若干大きい。また、連通溝３３ａ６の開口部３３ａ７の幅Ｗは、大径ボール３８ａの直径Ｄ１よりも小さい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the communication groove 33a6 is a groove having a C-shaped cross section having an opening 33a7 opening to the outer peripheral surface 33a3 of the
また、図３に示すように、各デフレクタ３３ｂには、螺旋軌道３９の両端であるＡ端，Ｂ端と連通溝３３ａ６とを連結する貫通孔３３ｂ１が形成される。デフレクタ３３ｂは、螺旋軌道３９の一端（Ａ端、又はＢ端）から掬い上げたボール３８（大径ボール３８ａ，又は小径ボール３８ｂ）を、貫通孔３３ｂ１を介して連通溝３３ａ６に導く機能を有する。また、デフレクタ３３ｂは、連通溝３３ａ６内のボール３８を、貫通孔３３ｂ１を介して、螺旋軌道３９の他端（Ｂ端、又はＡ端）に排出する機能を有する。
Further, as shown in FIG. 3, each
このように、各デフレクタ３３ｂの貫通孔３３ｂ１、及びボールナット３３ａの連通溝３３ａ６により、螺旋軌道３９のＡ端、Ｂ端間を短絡する連結通路５１が構成される（図３、図５参照）。これにより、循環路５０内に配置されるボール３８は、連結通路５１を介して螺旋軌道３９とひとつながりとなった循環路５０を無限循環可能である。
As described above, the through hole 33b1 of each
このように、多列の螺旋軌道３９と一本の連結通路５１とによって形成される循環路５０を本実施形態では多列一循環路と称す。なお、連結通路５１内において、全てのボール３８は、自由に移動可能である。しかし、ボール３８は、連結通路５１内を、自ら転動して移動できず、螺旋軌道３９の一端から掬い上げられたボール３８（大径ボール３８ａ，又は小径ボール３８ｂ）の付勢により押されることで連結通路５１内での移動が可能となる。
As described above, the
前述したように、複数のボール３８は、複数の大径ボール３８ａ、及び複数の小径ボール３８ｂで構成されるボール群である。図９の模式図に示すように、本実施形態においては、大径ボール３８ａ及び小径ボール３８ｂは、循環路５０内において、一個ずつ交互に整列して配置される。大径ボール３８ａの直径と、小径ボール３８ｂの直径との間には、所定量の径差である所定径差αが設けられる。大径ボール３８ａと小径ボール３８ｂとの直径の所定径差αは、概ね、数μｍ〜十数μｍ程度である。また、大径ボール３８ａ、及び小径ボール３８ｂは、例えば、ステンレス軸受鋼等の鉄系材料によって形成される。
As described above, the plurality of
（３−２．所定径差について）
ここで、大径ボール３８ａの直径と、小径ボール３８ｂの直径との間に所定径差αを設ける理由について説明する。このため、ボールネジ機構に配置されるボールに直径の径差がない図１０に示す従来技術の場合を例に挙げて説明する。従来技術のように、ボールネジ機構に配置されるボールＢが全て同径のボールＢのみで形成された場合において、複数のボールＢに図１０に示すような公知の玉寄せが生じる場合について考える。
(3-2. About predetermined diameter difference)
Here, the reason why the predetermined diameter difference α is provided between the diameter of the
なお、玉寄せとは、螺旋軌道内の複数のボールＢが、相互に接近し、やがて当接する公知の現象である（図１０の左側３個参照）。玉寄せが生じる原因は様々である。例えば、螺旋軌道の通路径の大きさに偏りが生じることにより玉寄せが発生する場合がある。なお、本実施形態では、この通路径の偏りによって生じる玉寄せの態様を想定している。 In addition, the ball gathering is a known phenomenon in which a plurality of balls B in a spiral trajectory approach each other and eventually come into contact with each other (see three balls on the left side in FIG. 10). There are various causes of agglomeration. For example, there is a case in which a ball gathering occurs due to the deviation of the passage diameter of the spiral trajectory. In addition, in this embodiment, the mode of the ball gathering caused by the deviation of the passage diameter is assumed.
つまり、本実施形態では、ボールナット３３ａは、前述したように、一端側（図２において左側）が、第二操舵補助用ハウジング２３２によって片持ち状態で支持されている。また、他端側には歯付きの従動プーリ３４が固定される。そして、従動プーリ３４には、歯付きベルト３５ａが、モータＭの出力軸に設けられた駆動プーリ３２ａとの間で所定の張力を有した状態で掛け渡されている。このため、歯付きベルト３５ａが、一端側を片持ち状態で支持されるボールナット３３ａの他端側を重力方向下方に向かって引っ張ることになる。
That is, in the present embodiment, as described above, the
そうすると、ボールナット３３ａは、一端側を回転中心として他端側が下方に向かって変位する。このとき、ボールネジ機構３３内の螺旋軌道３９では、図１１に示すように、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔β（距離）が偏る場合がある。たとえば、本実施形態においては、歯付きベルト３５ａが、ボールナット３３ａの他端部を下方に向かって引っ張る。このため、螺旋軌道３９の上方の間隔が狭まりβ１となる。また、螺旋軌道３９の下方の間隔が広くなりβ２となる。
Then, the
これにより、螺旋軌道３９内のボール３８は、図１１に示すように、上方から下方に向かって押し出され、螺旋軌道３９内の下方において、隣接するボール３８の大径ボール３８ａと小径ボール３８ｂとが当接する玉寄せ状態となる場合がある。なお、螺旋軌道３９を構成する第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間隔βの偏りは、歯付きベルト３５ａの張力の方向に応じて周方向で異なる。
As a result, the
また、別の玉寄せの態様の例としては、ステアリングホイール１１を、例えば±５〜２０ｄｅｇ程度の範囲で小刻みに左右に操舵することによって、螺旋軌道内の複数のボールＢが、相互に接近しやがて当接する場合もある。何れの場合においても玉寄せは公知の現象であるので詳細な説明については省略する。
Further, as another example of the side-by-side approach, the plurality of balls B in the spiral trajectory approach each other by steering the
ボールネジ機構の複数のボールＢに、上記のような玉寄せが生じた状態で、ドライバーがステアリングホイールを操舵し、例えばラックシャフトＲＳ（転動体ネジ部）が図１２において左方向（図１２中、ＲＳ内の矢印参照）に移動するとする。この場合、螺旋軌道ＲＫ内において当接した複数のボールＢは、ラックシャフトＲＳ（転動体ネジ部）とボールナットＢＮ（転動体ナット）との相対回転方向に応じてそれぞれ同じ方向に回転する（図１２のボールＢ内の矢印参照）。 The driver steers the steering wheel in a state where the above-described ball gathering has occurred on the plurality of balls B of the ball screw mechanism, and, for example, the rack shaft RS (rolling element screw portion) moves to the left in FIG. 12 (in FIG. 12, Suppose you want to move to RS). In this case, the plurality of balls B abutting in the spiral trajectory RK rotate in the same direction according to the relative rotation direction of the rack shaft RS (rolling element screw portion) and the ball nut BN (rolling element nut) ( (See arrow in ball B in FIG. 12).
このため、図１２に示すように、各ボールＢ同士の当接部Ｔ１では、相互に逆方向の移動（回転）Ｍ１，Ｍ２が生じ、各ボールＢは、当接する相手ボールＢの回転を発生する摩擦によって相互に妨げるとともに摩耗が生じる。これにより、ラックシャフトＲＳを軸方向に作動させるために必要なステアリングホイールの操舵力が大きくなり、ドライバーが、ステアリングホイールの操舵荷重Ｑが上昇し重くなったと感じる場合がある。以後、このように玉寄せによって操舵荷重Ｑが上昇し重くなることを、操舵荷重変動と称す。 Therefore, as shown in FIG. 12, in the contact portion T1 between the balls B, movements (rotations) M1 and M2 in mutually opposite directions occur, and each ball B causes rotation of the opponent ball B with which it abuts. The friction that occurs interferes with each other and causes wear. As a result, the steering force of the steering wheel necessary to actuate the rack shaft RS in the axial direction becomes large, and the driver may feel that the steering load Q of the steering wheel has increased and become heavy. Hereinafter, such an increase in the steering load Q and an increase in the steering load Q due to the shifting of the wheels will be referred to as steering load fluctuation.
これに対して、本実施形態では、歯付きベルト３５ａの張力によって、ボールナット３３ａの他端部が下方に向かって変位し、ボールネジ機構３３の螺旋軌道３９に玉寄せが生じても、操舵荷重変動は生じにくい。詳細には、図９に示すように、循環路５０内に大径ボール３８ａと、大径ボール３８ａより所定径差αだけ小径の小径ボール３８ｂとを交互に整列して配置しているので、操舵荷重変動は生じにくい。
On the other hand, in the present embodiment, even if the other end of the
つまり、このようにボール３８が配置された状態で、ボールネジ機構３３のボール３８に玉寄せが生じると、図１３に示すように、各大径ボール３８ａは、第一ネジ溝２１ｂ１と、第二ネジ溝３３ａ１との間で、ラックシャフト２１とボールナット３３ａとの相対移動の方向に応じて、従来技術と同様に、同方向に転動される。
In other words, when the
しかし、このとき、大径ボール３８ａの間に配置される小径ボール３８ｂの直径は、大径ボール３８ａの直径に対して負の所定径差αを有している。このため、玉寄せ状態においては、隣接する大径ボール３８ａとは当接するが、ラックシャフト２１及びボールナット３３ａには当接せず両者の間に挟持されない。これにより、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１に拘束されない。
However, at this time, the diameter of the
従って、ボールネジ回転時において、小径ボール３８ｂは、隣接する両側の大径ボール３８ａと当接しながら、大径ボール３８ａの回転方向とは逆向きに回転される。つまり、図１３に示すように、小径ボール３８ｂと大径ボール３８ａとの当接部Ｔ２、Ｔ３では、大径ボール３８ａ及び小径ボール３８ｂが、ともに同方向であるＭ３方向又はＭ４方向に向かって一緒に移動するので、摩擦が発生せず相互に回転を妨げることはない。従って、当接部Ｔ２、Ｔ３においては、摩耗も生じない。よって、ステアリングホイール１１の操舵荷重Ｑが上昇し重くなることはなく、スムーズなステアリングホイール１１の操舵ができる。
Therefore, when the ball screw rotates, the small-
しかしながら、このとき、小径ボール３８ｂは、上述したように、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１に接触しない。このため、第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）と、第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）との間で動力を伝達するのは、大径ボール３８ａのみである。
However, at this time, the
つまり、全てのボールＢが同径で構成される従来技術に対し、本実施形態では、第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）と、第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）との間で動力Ｐを伝達する大径ボール３８ａの数は概ね半分となる。これにより、ラックシャフト２１と、ボールナット３３ａとの間で伝達される動力Ｐが大きくなると、従来技術に対し、大径ボール３８ａの強度に対する耐久性が低下する虞がある。
That is, in contrast to the conventional technology in which all the balls B have the same diameter, in the present embodiment, the power between the first screw groove 21b1 (rack shaft 21) and the second screw groove 33a1 (
（３−３．所定径差αの設定の詳細）
そこで、本実施形態では、伝達される動力Ｐが所定値Ｐ１を超え大きくなった場合において、大径ボール３８ａの強度を確保する。このため、まず、操舵荷重変動を生じさせないステアリングホイール１１の操舵角度θの所定の範囲θ１を定める。つまり、伝達される動力Ｐの所定値Ｐ１をステアリングホイール１１の操舵角度θに置き換えて考える。
(3-3. Details of setting the predetermined diameter difference α)
Therefore, in the present embodiment, the strength of the
発明者は、文献の調査、及び実験等から、車両の直進走行状態において、玉寄せによる操舵荷重変動を生じさせない所定の操舵角度θ１を、±４０ｄｅｇ以下とすれば、ドライバーの感じる違和感が抑制できると考えた。そして、操舵荷重変動を生じさせないステアリングホイール１１の所定の操舵角度θ１を、±４０ｄｅｇ以下とした（図１５参照）。ただし、±４０ｄｅｇは、一例であり、所定の操舵角度θ１は何度でもよい。
From the investigation of the literature, the experiment, and the like, the inventor can suppress the discomfort felt by the driver by setting the predetermined steering angle θ1 that does not cause the steering load fluctuation due to the wheel pulling to be ±40 deg or less in the straight traveling state of the vehicle. I thought. Then, the predetermined steering angle θ1 of the
従って、操舵角度θが、所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）以下の場合、大径ボール３８ａのみによって、第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）と、第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）との間で動力Ｐを伝達させることとする。
Therefore, when the steering angle θ is equal to or smaller than the predetermined steering angle θ1 (±40 deg), the first screw groove 21b1 (rack shaft 21) and the second screw groove 33a1 (
次に、操舵角度θが、所定の操舵角度θ１を超えた場合に、大径ボール３８ａの強度に対する耐久性を向上させる方法について説明する。その方法とは、操舵角度θが所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）を超えた場合、即ち第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）と、第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）との間で伝達させる動力が所定値Ｐ１を超えた場合には、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１とを、大径ボール３８ａだけではなく、小径ボール３８ｂにも当接させるようにするというものである。
Next, a method for improving the durability of the
このため、操舵角度θが所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）を超えた場合における動力Ｐの所定値Ｐ１によって、大径ボール３８ａ、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１の少なくとも一つの部材をさらに弾性変形させ、第一ネジ溝２１ｂ１の溝面及び第二ネジ溝３３ａ１の溝面を小径ボール３８ｂに当接させる（図１４参照）。
Therefore, at least one member of the
なお、操舵角度θが所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）を超える以前においても、大径ボール３８ａ、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１の少なくとも一つの部材の弾性変形は始まっている。このとき、操舵角度θが所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）を超えた場合との違いは、第一ネジ溝２１ｂ１の溝面及び第二ネジ溝３３ａ１の溝面と小径ボール３８ｂとが当接しているか否かである。所定値Ｐ１は、グラフＧ１に基づき求める値であり、後述する。
Even before the steering angle θ exceeds the predetermined steering angle θ1 (±40 deg), elastic deformation of at least one member of the
第一ネジ溝２１ｂ１の溝面及び第二ネジ溝３３ａ１の溝面が小径ボール３８ｂに当接する際、各溝面が、ステアリングホイール１１の操舵角度θが中立状態における位置を始点とし、小径ボール３８ｂに向かって変位して、それぞれ小径ボール３８ｂに当接するまでの各変位量ｔは、第一ネジ溝２１ｂ１、第二ネジ溝３３ａ１及び大径ボール３８ａの変位量の合計となる。その合計が、大径ボール３８ａの直径と小径ボール３８ｂの直径との間の所定径差αを越えると、小径ボール３８ｂも第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１に当接する。
When the groove surface of the first screw groove 21b1 and the groove surface of the second screw groove 33a1 contact the
これにより、第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）と第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）との間での動力Ｐの伝達に伴い生じる大径ボール３８ａへの負荷を小径ボール３８ｂにも分担させることができる。
As a result, the load on the
なお、上記、所定径差αは、操舵角度θが所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）を超えた場合において第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で伝達される動力Ｐの所定値Ｐ１によって、小径ボール３８ｂと、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１とが当接するよう実験等に基づき設定する。大径ボール３８ａ、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１は、上記作用を成立させることが可能である適切なヤング率を備えた鉄系材料によって形成される。
The predetermined diameter difference α is a predetermined value of the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 when the steering angle θ exceeds a predetermined steering angle θ1 (±40 deg). The value P1 is set based on an experiment or the like so that the
上述したように、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１の間で伝達させる動力Ｐの所定値Ｐ１は、図１５に示すグラフＧ１に基づいて求める。なお、図１５のグラフＧ１は、通常時（路面は乾燥した舗装路であり、転舵輪２６，２６は十分な深さのタイヤ溝を有する）にステアリングホイール１１を操舵した際における、ステアリングホイール１１（ステアリングシャフト１２）の操舵角度（舵角）θと操舵荷重Ｑとの関係を示す実験に基づくグラフである。
As described above, the predetermined value P1 of the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 is obtained based on the graph G1 shown in FIG. Note that the graph G1 in FIG. 15 shows the
なお、このとき、通常時とは、例えば、本発明のボールネジ機構３３において、循環路５０を循環する複数のボール３８に、玉寄せが生じておらず、ボール３８が螺旋軌道３９内をスムーズに転動可能な時をいう。
At this time, the normal time means that, for example, in the
実線で示すグラフＧ１は、転舵輪２６，２６の所定の周速度が、例えばＸｋｍ／ｈで回転する状態、即ち車両が所定の車速Ｘｋｍ／ｈで走行する状態におけるステアリングホイール１１（ステアリングシャフト１２）の操舵角度θ（ｄｅｇ）と操舵荷重Ｑとの関係を示すグラフである。本実施形態においては、Ｘｋｍ／ｈは、例えば高速道路上での走行速度の一例である８０ｋｍ／ｈとする。
A graph G1 indicated by a solid line shows the steering wheel 11 (steering shaft 12) in a state where the predetermined peripheral speed of the steered
また、図１５において、ステアリングホイール１１の操舵角度θ（ｄｅｇ）と操舵荷重Ｑとの関係は、車両の車速Ｖに応じてそれぞれ異なる。グラフＧ１よりも車速Ｖが大きくなれば、グラフは、グラフＧ２のように、操舵荷重が小さい側に移動する。また、グラフＧ１よりも車速Ｖが小さくなれば、グラフは、グラフＧ３のように、操舵荷重Ｑが大きい側に移動する。
Further, in FIG. 15, the relationship between the steering angle θ (deg) of the
また、グラフＧ１において、操舵角度０ｄｅｇの位置から右方向にステアリングホイール１１を操舵したときの操舵荷重Ｑは、操舵角度０ｄｅｇより右側で且つグラフＧ１の上側のラインで示されている。また、操舵角度０ｄｅｇの位置から左方向にステアリングホイール１１を操舵したときの操舵荷重Ｑは、操舵角度０ｄｅｇより左側で且つグラフＧ１の下側のラインで示されている。
Further, in the graph G1, the steering load Q when the
つまり、図１５においては、右方向にステアリングホイール１１（ステアリングシャフト１２）を操舵したときの操舵荷重Ｑを正とし、左方向にステアリングホイール１１（ステアリングシャフト１２）を操舵したときの操舵荷重Ｑを負として表している。 That is, in FIG. 15, the steering load Q when steering the steering wheel 11 (steering shaft 12) to the right is positive, and the steering load Q when steering the steering wheel 11 (steering shaft 12) to the left is It is expressed as negative.
次に、上記で設定した所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）とグラフＧ１との交点から、操舵荷重Ｑ１（−Ｑ１）を求める（図１５参照）。このとき、操舵荷重Ｑ１（−Ｑ１）は、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で伝達される動力Ｐの所定値Ｐ１に相当する値である。そして、前述したように、大径ボール３８ａの直径と小径ボール３８ｂの直径との間の所定径差αを、操舵荷重Ｑ１（−Ｑ１）に基づき実験等で求める。
Next, the steering load Q1 (−Q1) is obtained from the intersection of the graph G1 and the predetermined steering angle θ1 (±40 deg) set above (see FIG. 15). At this time, the steering load Q1 (-Q1) is a value corresponding to the predetermined value P1 of the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1. Then, as described above, the predetermined diameter difference α between the diameter of the
つまり、操舵荷重Ｑ１（−Ｑ１）が、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で伝達されるとした場合に、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１が、操舵荷重Ｑ１（−Ｑ１）によって変位し、小径ボール３８ｂに当接することを可能とする径差の大きさを求め所定径差αとして設定する。
That is, when the steering load Q1 (-Q1) is transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1, the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 have the steering load Q1. The magnitude of the diameter difference that allows displacement by (-Q1) and makes contact with the
このように、所定径差αが設定された状態で、ステアリングホイール１１の操舵角度θが±４０ｄｅｇを超え、操舵荷重Ｑが操舵荷重Ｑ１（−Ｑ１）を超えると、第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）と第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）との間で負荷を受けた大径ボール３８ａ、第一ネジ溝２１ｂ１及び第二ネジ溝３３ａ１の少なくとも一つの部材がさらに弾性変形する。そして、第一ネジ溝２１ｂ１の溝面及び第二ネジ溝３３ａ１の溝面が、小径ボール３８ｂの方向に変位して大径ボール３８ａと小径ボール３８ｂとの間の直径の所定径差αを詰め、小径ボール３８ｂに当接して小径ボール３８ｂを挟持する（図１４参照）。
In this way, when the steering angle θ of the
これにより、小径ボール３８ｂは、大径ボール３８ａとともに、第一ネジ溝２１ｂ１（ラックシャフト２１）と第二ネジ溝３３ａ１（ボールナット３３ａ）との間で付与される荷重を分担する。従って、ボール３８（小径ボール３８ｂ、及び大径ボール３８ａ）の強度及び摩耗に対する耐久性が向上される。このため、仮に、ステアリングホイール１１が所定の操舵角度θ１（±４０ｄｅｇ）を超えて操舵されても、ボール３８（特に大径ボール３８ａ）は良好に保護される。
As a result, the small-
＜変形例１＞
なお、上記第一実施形態においては、車両の高速走行時におけるステアリングホイール１１の操舵角度θと操舵荷重Ｑとの関係であるグラフＧ１に基づいて、所定の径差αを設定した。しかし、この態様には限らない。変形例１として、他の車速時におけるステアリングホイール１１の操舵角度θと操舵荷重Ｑとの関係であるグラフＧ２、Ｇ３に基づき、グラフＧ１のときと同様の方法によって径差αを設定してもよい。なお、このときの所定の操舵角度θ１は何度に設定してもよい。これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。
<
In the first embodiment, the predetermined diameter difference α is set based on the graph G1 which is the relationship between the steering angle θ of the
（４．実施形態による効果）
上述の説明から明らかなように、上記実施形態によれば、電動パワーステアリング装置Ｓ１（ステアリング装置）は、ハウジング２２に軸線方向に摺動可能に支承され、軸線方向に往復移動し転舵輪２６，２６を転舵させるラックシャフト２１（転舵軸）と、ラックシャフト２１の外周面に第一ネジ溝２１ｂ１が形成される転動体ネジ部、第一ネジ溝２１ｂ１に対応する第二ネジ溝３３ａ１が内周面に形成されるボールナット３３ａ（転動体ナット）、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間に形成される螺旋軌道３９の両端に接続され螺旋軌道３９とともにひとつながりの循環路５０を形成する連結通路５１を備える連結部材３７、及び循環路５０内に整列して収容される複数のボール３８（転動体）を備えるボールネジ機構３５と、ハウジング２２に固定され、ラックシャフト２１とオフセットした出力シャフト３２ｂを備えるモータＭと、出力シャフト３２ｂに一体回転可能に設けられる歯付きの駆動プーリ３２ａ、ボールナット３３ａに一体に設けられる歯付きの従動プーリ３４、及び駆動プーリ３２ａと従動プーリ３４との間で駆動力を伝達する歯付きベルト３５ａを備えるベルト伝達機構３５と、を備える。
(4. Effects of the embodiment)
As is apparent from the above description, according to the above-described embodiment, the electric power steering device S1 (steering device) is axially slidably supported by the
そして、複数のボール３８は、大径ボール３８ａ（大径転動体）と、大径ボール３８ａよりも径が所定径差小さく大径ボール３８ａの間に配置される小径ボール３８ｂ（小径転動体）と、を備える。また、螺旋軌道３９の半径方向の間隔は、歯付きベルト３５ａの張力の方向に応じて周方向で異なり、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で伝達する動力Ｐの大きさが所定値Ｐ１以下である場合に、螺旋軌道３９では、大径ボール３８ａ（大径転動体）のみが、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の動力Ｐの伝達を行ない、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で伝達する動力Ｐの大きさが所定値Ｐ１を超えた場合には、螺旋軌道３９では、大径ボール３８ａ及び小径ボール３８ｂの両者が、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の動力Ｐの伝達を行なうように所定径差αを設定する。
The plurality of
このように構成された電動パワーステアリング装置Ｓ１（ステアリング装置）においては、歯付きベルト３５ａの張力によって、転動体ナット３３ａが所定の方向に付勢されると偏りを生じる場合がある。これによって、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔β（隙間）、即ち螺旋軌道３９の半径方向における間隔βにも偏りが生じ、螺旋軌道３９内における転動体３８の通路において狭い部分の間隔β１と広い部分の間隔β２とが発生する。このような状態では、通路の狭い部分から通路の広い部分に向かって転動体が押し出され、広い部分において隣接する各転動体３８同士が当接する玉寄せ状態となる場合がある。
In the electric power steering device S1 (steering device) configured as described above, when the rolling
しかし、螺旋軌道３９内には、大径ボール３８ａよりも径が所定径差αだけ小さいため、螺旋軌道３９からの拘束を受けずに回転が可能な小径ボール３８ｂが大径ボール３８ａの間に配置されている。このような構成において、螺旋軌道３９を構成する第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で伝達される動力Ｐが所定値Ｐ１以下の場合には、大径転動体３８ａのみが、第一ネジ溝２１ｂ１、及び第二ネジ溝３３ａ１と当接し、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で動力Ｐの伝達を行なう。これにより、少なくとも大径ボール３８ａと小径ボール３８ｂとが当接する部分において小径ボール３８ｂは、大径３８ａの回転に伴い、大径ボール３８ａの回転方向と逆の回転方向に回転できる。従って、大径ボール３８ａと小径ボール３８ｂとの当接部分では両者の相対移動に伴う摩擦は生じにくい。つまり、当接する大径転動体３８ａの回転を妨げることなく、ボールネジ部とボールナット３３ａとの間の相対回転をスムーズなものとすることができ、ステアリングシャフト１１の操舵荷重が上昇することもない。
However, in the
また、螺旋軌道３９を構成する第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間で伝達される動力Ｐが所定値Ｐ１を超える場合には、第一ネジ溝２１ｂ１、第二ネジ溝３３ａ１、及び第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１とに当接する大径ボール３８ａのうち少なくとも一つの部材の弾性変形によって、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔が狭まる。これにより、螺旋軌道３９では、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１とが小径ボール３８ｂ（小径転動体）に当接し、大径ボール３８ａ（大径転動体）及び小径ボール３８ｂの両者によって、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の動力Ｐの伝達を行なうことができるので、ボール３８（転動体）の耐久性が向上する。
When the power P transmitted between the first screw groove 21b1 and the second screw groove 33a1 forming the
また、上記実施形態によれば、ボールネジ機構３３は、ハウジング２２の第二操舵補助用ハウジング２３２に収容され、ボールナット３３ａ（転動体ナット）は、一端側がハウジング２２の第二操舵補助用ハウジング２３２に支持され、他端側に従動プーリ３４が設けられる。
Further, according to the above-described embodiment, the
つまり、ボールナット３３ａは、第二操舵補助用ハウジング２３２に片持ち状態で支持されている。このような状態で、他端側には歯付きの従動プーリ３４が固定され、従動プーリ３４には、駆動プーリ３２ａの外周との間で歯付きベルト３５ａが所定の張力を有した状態で掛け渡されている。このため、歯付きベルト３５ａが、一端側を片持ち状態で支持されるボールナット３３ａの他端部を下方に向かって引っ張ることになる。
That is, the
そうすると、ボールナット３３ａは、一端側を回転中心として他端側が下方に向かって変位し、ボールネジ機構３３内の螺旋軌道３９では、図１１に示すように、螺旋軌道３９の半径方向の間隔β、即ち、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔βが偏り、螺旋軌道３９の上方の間隔が狭まって間隔β１となり、螺旋軌道３９の下方の間隔が広くなって間隔β２となる。
Then, the
これにより、螺旋軌道３９内のボール３８は、上方から下方に向かって押し出され、螺旋軌道３９内の下方において、隣接するボール３８の大径ボール３８ａと小径ボール３８ｂとが当接する玉寄せ状態となる場合がある。なお、本実施形態においては、螺旋軌道３９の上方（真上）の間隔が狭まって間隔β１となり、螺旋軌道３９の下方（真下）の間隔が広くなって間隔β２となっているので、ボール３８は、重力によっても螺旋軌道３９の下方に落ちやすくより容易に玉寄せ状態となりやすい。このように、ボール３８が容易に玉寄せ状態となりやすい本実施形態において、本発明を適用するので、非常に大きな効果が得られる。
As a result, the
また、第一実施形態によれば、循環路５０の螺旋軌道３９は、一条螺旋通路ａ、ｂが軸線方向に二回（複数回）巻回して形成される多列一循環路によって形成される。このため、例えば、一列一循環路で形成される循環路よりもより多くのボール（転動体）を使用する。従って、玉寄せが生じた際に操舵荷重Ｑが上昇する量は、多列一循環路のほうがボールの数が多い分だけ大きくなる。よって、多列一循環路に本発明のボールネジ機構３３を適用すると、一列一循環路に本発明のボールネジ機構３３を適用するよりも、より大きな効果が得られる。
Further, according to the first embodiment, the
（５．その他）
なお、上記実施形態では、大径ボール３８ａは、鉄系の材料によって形成されるものとした。しかし、この態様には限らない。大径ボール３８ａは、所定の強度、及び小径ボール３８ｂとの間の所定の径差αを成立させるヤング率を備えていれば、どのような材料で形成されてもよい。また、小径ボール３８ｂは、例えば、所定の強度を備えていれば、変形しにくい例えばセラミックス等の材料で形成されてもよい。また、小径ボール３８ｂは、樹脂等によって形成されてもよい。
(5. Other)
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、螺旋軌道３９内において、大径ボール３８ａ、及び小径ボール３８ｂが、一個ずつ交互に整列して配置された。しかし、この態様には限らず、小径ボール３８ｂを、２個ずつ並んだ大径ボール３８ａの間に配置してもよい。また、小径ボール３８ｂを、３個〜Ｎ個ずつ並んだ大径ボール３８ａの間に配置してもよい。
In the above embodiment, the
これにより、ボール３８の玉寄せ発生時において、大径ボール３８ａ同士が当接する部分では、従来技術どおり発生する摩擦によって相互の回転を妨げ、ステアリングホイール１１の操舵荷重Ｑが上昇してしまう虞がある。しかし、少なくとも小径ボール３８ｂは、上記実施形態と同様に、隣接する大径ボール３８ａの間で回転できる。従って、小径ボール３８ｂを備える分だけ、玉寄せによるステアリングホイール１１の操舵荷重Ｑの上昇を小さくすることができる。
As a result, when the
また、上記実施形態では、循環路５０を多列の螺旋軌道３９と一本の連結通路５１とによって形成する多列一循環路によって形成した。しかし、この態様には、限らない。他の実施形態として、例えば特開２０１６−０２０７２５号公報に開示されるような循環路を一列の螺旋軌道と一本の連結通路とによって構成する一列一循環路によって形成してもよい。この場合は、一列一循環路を軸線方向に任意の数だけ設けることもできる。これによっても相応の効果が期待できる。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態においては、連結部材３７の連結通路５１を、ボールナット３３ａの内部に形成した。しかし、この態様には限らず、連結通路を、ボールナット３３ａの外部にチューブ等を外付けして形成する公知のリターンチューブ方式によって構成してもよい。また、公知のこまを用いて連結通路を構成するこま方式によって構成してもよい。更には、エンドキャップ方式やガイドプレート方式等によって連結通路を構成してもよい。いずれによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
Further, in the above embodiment, the
なお、上記実施形態では、モータＭの駆動プーリ３２ａが、一端側で片持ち支持されたボールナット３３ａの他端側に設けられた従動プーリ３４の重力方向下方に設けられた。これによって、駆動プーリ３２ａと従動プーリ３４との間に掛け渡された歯付きベルト３５ａが、所定の張力でボールナット３３ａの他端側を下方に引張り（付勢し）、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔βを上下方向で偏らせ、上方の間隔（隙間）を小さくして間隔β１とし、下方の間隔（隙間）を大きくして間隔β２とした。
In the above embodiment, the
しかし、この態様には限らず、モータＭの駆動プーリ３２ａは、従動プーリ３４の回転軸回りにおける周方向において、どこに配置してもよい。これにより、駆動プーリ３２ａが配置された位置に応じて、歯付きベルト３５ａが、所定の張力によってボールナット３３ａの他端部を駆動プーリ３２ａ側に引っ張る。そして、ボールナット３３ａを張力が付与された方向に変位させ、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔βを偏らせる。このとき、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔βがもっとも大きくなる位置は、駆動プーリ３２ａの回転軸と従動プーリ３４の回転軸とを繋いだ仮想線が螺旋軌道３９と交差する位置である。また、第一ネジ溝２１ｂ１と第二ネジ溝３３ａ１との間の間隔βがもっとも小さくなる位置は、前述した間隔βがもっとも大きくなる位置から、従動プーリ３４の回転軸を中心として１８０°回転させた位置である。このような態様によっても、上記実施形態と同様の作用及び相応の効果が得られる。
However, the
１０・・・操舵機構、 １１・・・ステアリングホイール、 １２・・・ステアリングシャフト、 １５ｂ・・・出力シャフト、 ２０・・・転舵機構、 ２１・・・転舵軸（ラックシャフト）、 ２１ｂ・・・転動体ネジ部（ボールネジ部）、 ２１ｂ１・・・第一ネジ溝、 ２６・・・転舵輪、 ３０・・・操舵補助機構、 ３３・・・ボールネジ機構、 ３３ａ・・・転動体ナット（ボールナット）、 ３３ａ１・・・第二ネジ溝、 ３３ｂ・・・デフレクタ、 ３３ｂ１・・・貫通孔、 ３４・・・従動プーリ、 ３５・・・ベルト伝達機構、 ３７・・・連結部材、 ３８・・・転動体（ボール）、 ３８ａ・・・大径転動体（大径ボール）、 ３８ｂ・・・小径転動体（小径ボール）、 ３９・・・螺旋軌道、 ５０・・・循環路、 ５１・・・連結通路、 ａ，ｂ・・・一条螺旋通路、 Ｍ・・・モータ、 Ｑ，Ｑ１，−Ｑ１・・・操舵荷重、 Ｓ１・・・電動パワーステアリング装置（ステアリング装置）、 Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３・・・当接部、 α・・・径差、 θ・・・舵角（操舵角度）。 10... Steering mechanism, 11... Steering wheel, 12... Steering shaft, 15b... Output shaft, 20... Steering mechanism, 21... Steering shaft (rack shaft), 21b. ..Rolling body screw portion (ball screw portion), 21b1... First screw groove, 26... Steering wheel, 30... Steering assist mechanism, 33... Ball screw mechanism, 33a... Rolling body nut ( Ball nut), 33a1...second screw groove, 33b...deflector, 33b1...through hole, 34...driven pulley, 35...belt transmission mechanism, 37...connecting member, 38. ..Rolling elements (balls), 38a...Large diameter rolling elements (large diameter balls), 38b...Small diameter rolling elements (small diameter balls), 39...Spiral orbits, 50...Circulating paths, 51. ..Connecting passages, a, b... Single spiral passage, M... Motor, Q, Q1, -Q1... Steering load, S1... Electric power steering device (steering device), T1, T2 T3... Abutting part, α... Diameter difference, θ... Steering angle (steering angle).
Claims (3)
前記転舵軸の外周面に第一ネジ溝が形成される転動体ネジ部、前記第一ネジ溝に対応する第二ネジ溝が内周面に形成される転動体ナット、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間に形成される螺旋軌道の両端に接続され前記螺旋軌道とともにひとつながりの循環路を形成する連結通路を備える連結部材、及び前記循環路内に整列して収容される複数の転動体を備えるボールネジ機構と、
前記ハウジングに固定されており、前記転舵軸とオフセットした出力シャフトを備えるモータと、
前記出力シャフトに一体回転可能に設けられる歯付きの駆動プーリ、前記転動体ナットに一体に設けられる歯付きの従動プーリ、及び前記駆動プーリと前記従動プーリとの間で駆動力を伝達する歯付きベルトを備えるベルト伝達機構と、
を備えるステアリング装置であって、
前記複数の転動体は、鉄系材料によって形成される大径転動体と、前記鉄系材料によって形成され、前記大径転動体よりも径が所定径差小さく前記大径転動体の間に配置される小径転動体と、を備え、
前記螺旋軌道の半径方向の間隔は、前記歯付きベルトの張力の方向に応じて周方向で異なり、
前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する動力の大きさが所定値以下である場合に、前記螺旋軌道では、前記大径転動体のみが、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行ない、
前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間で伝達する前記動力の大きさが前記所定値を超えた場合には、前記螺旋軌道では、前記大径転動体及び前記小径転動体の両者が、前記第一ネジ溝と前記第二ネジ溝との間の前記動力の伝達を行なうように前記所定径差を設定する、ステアリング装置。 A steered shaft that is slidably supported in the housing in the axial direction and that reciprocates in the axial direction to steer the steered wheels,
A rolling element screw part in which a first screw groove is formed on the outer peripheral surface of the steered shaft, a rolling element nut in which a second screw groove corresponding to the first screw groove is formed on the inner peripheral surface, and the first screw groove And a second thread groove, and a connecting member that is connected to both ends of a spiral track and forms a continuous circulation path with the spiral track, and a connection member that is aligned and housed in the circulation path. A ball screw mechanism having a plurality of rolling elements,
A motor having an output shaft that is fixed to the housing and that is offset from the steering shaft;
A toothed drive pulley integrally rotatably provided on the output shaft, a toothed driven pulley integrally provided on the rolling element nut, and a tooth for transmitting a driving force between the drive pulley and the driven pulley. A belt transmission mechanism including a belt,
A steering device comprising:
The plurality of rolling elements are formed of an iron-based material and a large-diameter rolling element, and are formed of the iron-based material, and have a diameter smaller than the large-diameter rolling element by a predetermined difference in diameter and are arranged between the large-diameter rolling elements. And a small-diameter rolling element,
The radial spacing of the spiral track differs in the circumferential direction according to the direction of tension of the toothed belt,
When the magnitude of the power transmitted between the first screw groove and the second screw groove is equal to or less than a predetermined value, only the large-diameter rolling element in the spiral raceway has the first screw groove and the first screw groove. The transmission of the power between the second screw groove,
Both when said magnitude of said power transmitting between the first screw groove and the second screw groove exceeds the predetermined value, in said helical trajectory, the large diameter rolling element, and the small diameter rolling element However, the steering device sets the predetermined diameter difference so as to transmit the power between the first screw groove and the second screw groove.
前記転動体ナットは、一端側が前記ハウジングに支持されており、他端側に前記従動プーリが設けられる、請求項１に記載のステアリング装置。 The ball screw mechanism is housed in the housing,
The steering device according to claim 1, wherein one end side of the rolling element nut is supported by the housing, and the driven pulley is provided on the other end side.
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