滚珠丝杠设备以及电动转向设备 相关申请的参引
通过参引将 2010 年 6 月 7 日提交的日本专利申请 No.2010-129947 的包括说明书、 附图和摘要在内的全部公开内容结合在本文中。
技术领域
本发明涉及滚珠丝杠设备以及电动转向设备。背景技术 众所周知， 存在齿条助力式电动转向设备 (EPS)， 该齿条助力式电动转向设备具有 中空圆筒形轴， 齿条轴穿过该中空圆筒形轴， 并且该齿条助力式电动转向设备由马达可转 动地驱动， 从而通过滚珠丝杠设备将中空圆筒形轴的旋转运动转换成齿条轴的轴向运动， 由此帮助方向盘的转动。
常规 EPS 的滚珠丝杠设备包括多个滚珠， 这多个滚珠在螺旋形转动通道中转动， 该螺旋形转动通道通过将形成在滚珠丝杠螺母的内周表面上的螺母侧螺纹槽与形成在齿 条轴的外周表面上的轴侧螺纹槽相对而形成。 每个滚珠被置于转动通道中的轴侧螺纹槽与 螺母侧螺纹槽之间， 从而在由滚珠丝杠螺母相对于齿条轴的相对转动所导致的载荷的作用 下在转动通道中转动。滚珠丝杠设备包括连接转动通道的一端与另一端的返回通道。每个 滚珠在转动通道中转动过之后从转动通道的一端循环通过返回通道到达转动通道的另一 端。与在转动通道中承受载荷不同， 滚珠在返回通道中不承受任何载荷。从转动通道汲起 到返回通道的滚珠由于被下一个相邻滚珠推动而在返回通道中朝滚珠循环方向运动。
如上构造的现有滚珠丝杠设备通过使在转动通道中转动的每个滚珠无休止地循 环通过返回通道而将滚珠丝杠螺母的转动转变成齿条轴的轴向运动。齿条助力式 EPS 通过 利用马达可转动地驱动滚珠丝杠设备并将转矩传输成对齿条轴的推力而将助力传递至转 向系统。
如 Tokkai 2010-71411 中所公开的， 现有滚珠丝杠设备包括作为偏导件的循环构 件， 该循环构件具有从转动通道相对于沿径向方向贯穿滚珠丝杠螺母的安装孔汲起滚珠的 功能以及将滚珠重新排放到转动通道的功能。然而， 鉴于循环构件的形状精确度及组装 到滚珠丝杠螺母 13 的组装精确度等原因， 在该偏导件式滚珠丝杠设备中， 在转动通道与 返回通道之间的接合点上出现一些台阶部。这些台阶部使在转动通道和返回通道中循环 的滚珠阻塞从而导致产生任何振动或噪音。因此公开了这样的现有技术 ： 如 Tokkai-Hei 11-270648 中所公开的， 在转动通道与返回通道之间的接合点处， 台阶部经过机加工以被磨 光到最少程度。
在日本专利 3381735 的另一种现有滚珠丝杠设备中公开了当作用在滚珠螺母 (20) 上的载荷朝轴向方向增大时， 滚珠螺母 (20) 沿轴向方向伸出， 由此使滚珠 (30) 与设置 成远离固定凸缘 (25) 的滚珠螺纹槽 (24) 接触。通过这种构造， 日本专利 3381735 中的滚 珠丝杠设备在螺纹槽的整个行程上具有均匀的轴向载荷， 因为即使预定的高载荷作用在滚
珠螺母 (20) 上， 全部滚珠仍然都与螺纹槽的任何部分接触。括号中的附图标记指示日本专 利 3381735 中构件的附图标记。
然而， 在该滚珠丝杠设备中应会发生以下情形 ： 当将滚珠自转动通道汲起从而进 入返回通道中时在转动通道与返回通道之间的接合点附近滚珠的运动方向快速变化。 除此 之外， 还应会发生以下情形 ： 每个滚珠在载荷的作用下在转动通道中转动， 并且作用在滚珠 上的载荷在返回通道中不作用。 因此， 当将滚珠自返回通道排放到转动通道中时， 以下两种 情形会同时发生 ： 运动方向突然改变并且作用在滚珠上的载荷快速增大， 于是在转动通道 与返回通道之间的接合点附近很容易发生使滚珠阻塞的情况。
日本专利 3381735 中的滚珠丝杠设备具有每个滚珠在超过预定量的轴向载荷作 用于滚珠螺母的情况下与螺纹槽的每个点接触的现象。日本专利 3381735 中的滚珠丝杠 设备倾向于 ： 在将滚珠从返回通道排出时滚珠易于因快速增大的载荷而阻塞。日本专利 3381735 中的滚珠丝杠设备还倾向于 ： 有助于传递转矩的滚珠的数目会根据作用在滚珠螺 母上的轴向载荷的大小而改变。特别是当作用在滚珠螺母上的轴向载荷小时， 因为有助于 传递转矩的滚珠的数目少， 因此倾向于发生传递转矩的效率较差的情况。 发明内容 鉴于前述境况， 本发明的目的是提供用以防止滚珠阻塞并使转矩传递效率高的滚 珠丝杠设备和电动转向设备。
为了实现上述以及其它目的， 本发明的一方面提供了一种滚珠丝杠设备， 其主要 包括对滚珠丝杠螺母的螺母侧螺纹槽中的面对安装孔的连接区域进行机加工， 从而基本上 消除滚珠丝杠螺母中转动通道与返回通道的接合点处的可能台阶部， 并且滚珠丝杠螺母具 有基部和扩大部， 在所述基部中， 自所述丝杠轴的轴心至所述螺母侧螺纹槽的底部的距离 恒定， 而在所述扩大部中， 所述距离大于所述基部中的所述距离。由此， 由于本发明包括自 丝杠轴的轴心到螺母侧螺纹槽底部的距离更大的扩大部， 所以作用在滚珠上的载荷在连接 区域处不会快速增大， 因而其能够有效地在本发明中防止滚珠阻塞。
本发明的一方面是在滚珠丝杠螺母中包括基部以及扩大部。 基部自滚珠丝杠轴的 轴心到螺母侧螺纹槽底部的距离恒定， 以便使被螺母侧螺纹槽和轴侧螺纹槽夹在中间的滚 珠转动。因此， 滚珠丝杠设备的一方面构造成使得滚珠螺母的转矩稳定地通过基部传输至 丝杠轴。
如上所述， 日本专利 3381735 中所公开的现有技术中的滚珠丝杠设备有以下倾 向： 有助于传输转矩的滚珠的数目会根据作用在滚珠丝杠螺母上的轴向载荷的大小而改 变。通常， 有助于传输转矩的滚珠的数目与滚珠和螺母侧螺纹槽之间以及滚珠与轴侧螺纹 槽之间作用的摩擦力相关。 当有助于传输转矩的滚珠的数目增加时， 该摩擦力增大 ； 当有助 于传输转矩的滚珠的数目减少时， 该摩擦力减小。日本专利 3381735 中的滚珠丝杠设备倾 向于 ： 当作用在滚珠丝杠螺母上的轴向力小——即， 有助于传输转矩的滚珠的数目少—— 的时候， 滚珠丝杠螺母的转矩大于螺母侧螺纹槽与滚珠之间的摩擦力。当滚珠丝杠螺母的 转矩变得大于螺母侧螺纹槽与滚珠之间的摩擦力时， 螺母侧螺纹槽与滚珠之间会产生任何 滑动， 使得从滚珠丝杠螺母传输到丝杠轴的转矩减小。在日本专利 3381735 的滚珠丝杠设 备中， 倾向于发生当作用在滚珠螺母上的载荷较小时， 有助于传输转矩的滚珠的数目减小
由此产生丝杠轴的对应的任何延迟或移位。
本发明的一方面包括基部， 在该基部处， 在转动通道中转动的滚珠有助于传输滚 珠丝杠螺母的转矩， 而与作用在滚珠丝杠螺母上的轴向载荷量无任何关系。本发明的一方 面可将滚珠丝杠螺母的转矩有效且稳定地传输至丝杠轴。
本发明的第二方面提供了主要包括渐变区域的滚珠丝杠设备， 渐变区域与基部相 邻并以如下方式形成 ： 随着自接合点向基部靠近， 距离逐渐且连续地减小。因此， 由于从返 回通道排放到转动通道的滚珠因夹在轴侧螺纹槽与螺母侧螺纹槽之间而承受逐渐且连续 增大的载荷， 这样抑制了滚珠阻塞的产生。
本发明的第三方面提供了主要包括扩大部的滚珠丝杠设备， 扩大部自接合点在如 下范围内形成 ： 所述范围为一个圆的一部分。如在日本专利 3381735 中现有滚珠丝杠设备 中所公开的， 自轴心到螺母侧螺纹槽底部的距离在一个圆的范围上连续地扩大， 使得难以 制造其螺母侧螺纹槽。 但是， 由于扩大部自接合点在如下范围内形成 ： 所述范围为一个圆的 一部分， 因此能够容易地制造螺母侧螺纹槽。
本发明的第四方面提供了主要包括以下内容的滚珠丝杠设备 ： 滚珠丝杠螺母在其 沿着轴向方向的一端处固定， 并且扩大部形成为包括安装在滚珠丝杠螺母的一端侧处的连 接区域。通常， 滚珠丝杠螺母在其另一端处的变形量大于在其所述一端处的变形量。由于， 在滚珠丝杠螺母的另一端处， 转动通道中的空间较大， 因此转动通道 L1 中的滚珠在滚珠丝 杠螺母的所述另一端处承受的载荷小于其在滚珠丝杠螺母的所述一端处承受的载荷。 另一 方面， 由于在滚珠丝杠螺母的所述一端处， 转动通道中的空间较小， 因此转动通道 L1 中的 滚珠在滚珠丝杠螺母的所述一端处承受的载荷大于其在滚珠丝杠螺母的所述另一端处承 受的载荷。当向滚珠丝杠螺母的所述一端的一侧排放滚珠时， 滚珠承受的载荷倾向于快速 变化。另一方面， 由于本发明第四方面的上述构造提供了在滚珠丝杠螺母的所述一端处形 成的扩大部， 所以通过该构造能够有效地抑制滚珠阻塞的产生。
本发明的第五方面提供了主要包括位于扩大部中的非接触区域的滚珠丝杠设备， 在该非接触区域中， 滚珠不与轴侧螺纹槽和螺母侧螺纹槽中的一个接触， 并且该非接触区 域自所述接合点连续地形成。通过上述构造， 在非接触部滚珠不是被夹在轴侧螺纹槽与螺 母侧螺纹槽中间。在由扩大部的所述非接触部构成的转动通道中， 各滚珠基本上处于无载 荷状态。由于该非接触部自接合点连续地形成， 因此必然地抑制了滚珠运动方向突然地改 变以及作用于滚珠的载荷快速地增大。由此， 有力地阻止了滚珠阻塞的发生。
本发明的第六方面提供了一种主要包括本发明第一至第五方面中的一个方面的 电动转向设备， 由此， 抑制了滚珠阻塞， 并减小了通过滚珠丝杠设备传输的转矩， 因此其能 够提供具有出色的转向感受的电动转向设备。 附图说明 从以下参见附图对示例性实施方式的描述， 本发明的前述以及其它特征和优点将 变得清楚， 附图中用相同的附图标记来指示相同的元件， 并且附图中 ：
图 1 是说明电动转向设备的示意图 ；
图 2 是滚珠丝杠设备及其附近区域的放大截面图 ；
图 3 是滚珠丝杠螺母的平面图 ；
图 4 是滚珠丝杠螺母沿 A-A 的横截面图 ； 图 5 是循环构件的平面图 ； 图 6 是循环构件的侧视图 ； 图 7 是循环构件沿 B-B 的横截面图 ； 图 8 是示出在转动通道与返回通道的接合点处的可能台阶部的示意图 ； 图 9 是示出沿着滚珠循环方向的齿条轴、 循环构件和滚珠丝杠螺母的示意性截面图； 图 10 是示出根据本发明第一实施方式的沿着滚珠循环方向的齿条轴、 循环构件 和滚珠丝杠螺母的示意图 ；
图 11 是根据本发明第一实施方式的滚珠丝杠螺母的示出螺母侧螺纹槽的示意 图；
图 12 是齿条轴和滚珠丝杠螺母沿 C-C 的横截面图 ；
图 13 是示出本发明第一实施方式中的螺母侧螺纹槽中自接合点的延伸位置与距 离 D 之间的关系的曲线图 ；
图 14 是示出滚珠丝杠螺母的轴向位置与作用在滚珠上的载荷之间关系的曲线 图；
图 15 是示出根据本发明第二实施方式的沿着滚珠循环方向的齿条轴、 循环构件 和滚珠丝杠螺母的示意图 ；
图 16 是示出根据另一实施方式的沿着滚珠循环方向的齿条轴、 循环构件和滚珠 丝杠螺母的示意图 ； 以及
图 17 是示出本发明第一实施方式中的螺母侧螺纹槽中自接合点的延伸位置与距 离 D 之间的关系的曲线图。
具体实施方式
将参见图 1 至图 14 描述根据本发明的滚珠丝杠设备和电动转向设备的第一实施 方式。
在图 1 所示的电动转向设备 1( 以下称为 EPS) 中， 齿条轴 3 从大致圆筒形的壳体 2 中穿过， 并通过未示出的齿条引导装置和未示出的滑动轴承容纳和支撑在壳体 2 中， 以便 沿着壳体 2 的轴线移动。齿条轴 3 由于通过公知的齿条和小齿轮机构连接于转向轴而能够 随着方向盘的操作移动。
EPS 1 包括马达 4 和滚珠丝杠装备 5， 马达 4 作为驱动源， 滚珠丝杠装备 5 通过将 马达 4 的旋转运动转变成齿条轴 3 的轴向运动而传递马达 4 的旋转运动。EPS 1 构造成收 容齿条轴 3、 马达 4 和滚珠丝杠装备 5 作为一体功能的齿条助力式 EPS。
马达 4 包括形成为中空轴的马达轴 6。马达轴 6 通过由安装在壳体 2 的内表面上 的轴承 7 支撑而沿着壳体 2 的轴向方向安装。马达 4 的马达转子 9 形成有固定于马达轴 6 的外周表面的磁体 8。马达 4 与齿条轴 3 同心地布置在壳体 2 内， 使得围绕马达转子 9 的外 围表面的马达定子 10 固定于壳体 2 的内表面并且齿条轴 3 插入马达轴 6 内。
齿条轴 3 通过在其外圆周表面上形成螺纹槽 11 而构造成丝杠轴。滚珠丝杠装备 5 由于使滚珠丝杠螺母 13 通过多个滚珠 12 与齿条轴 3 啮合而构造成丝杠轴。详见图 2 所示， 滚珠丝杠螺母 13 的内周表面上形成有螺母侧螺纹槽 14。 螺母侧螺 纹槽 14 对应于齿条轴 3 的轴侧螺纹槽 11。滚珠丝杠螺母 13 形成为大致圆筒形形状， 并且 与齿条轴 3 配合成使得滚珠丝杠螺母 13 的螺母侧螺纹槽 14 与齿条轴 3 的轴侧螺纹槽 11 相对， 从而形成螺旋形转动通道或转动线路 L1。
在滚珠丝杠螺母 13 中形成有返回通道或返回线路 L2， 并且该返回通道 L2 形成为 通往螺母侧螺纹槽 14 中的两个连接位 P1、 P2。滚珠丝杠螺母 13 中的转动通道 L1 的两个 连接位 P1、 P2 通过返回通道 L2 彼此连接。
所述多个滚珠 12 中的每一个都放置在齿条轴 3 的轴侧螺纹槽 11 与滚珠丝杠螺母 13 的螺母侧螺纹槽 14 之间并位于转动通道 L1 中。每个滚珠 12 在由于滚珠丝杠螺母 13 与齿条轴 3 的相对转动而承受载荷的情况下于转动通道 L1 中转动， 从而使得滚珠丝杠螺母 13 的转动被转换成齿条轴 3 的轴向运动。详细地， 当滚珠丝杠螺母 13 相对于齿条轴 3 转 动时， 滚珠丝杠螺母 13 的转矩借助于螺母侧螺纹槽 14 与滚珠 12 之间产生的摩擦力而传递 至滚珠 12， 使得各滚珠 12 在转动通道 L1 中转动。在滚珠 12 与转动通道 L1 中转动的过程 中， 滚珠 12 将转矩传递至齿条轴 3， 由此相对于滚珠丝杠螺母 13 沿着轴向方向移动齿条轴 3。因此， 滚珠丝杠螺母 13 的转动被转换成齿条轴 3 的轴向运动。 当所述多个滚珠 12 中的每一个到达转动通道 L1 一端的一个连接位 P1 或 P2 时， 其移动通过返回通道 L2 被排放到另一连接位 P2 或 P1， 使得每个滚珠 12 在设置于转动通道 L1 中的连接位 P1 和 P2 之间从下游侧运动至上游侧。与在转动通道 L1 中承受来自齿条轴 3 和滚珠丝杠螺母 13 的载荷相反， 各滚珠 12 在返回通道 L2 中不承受任何载荷。每个滚珠 12 在其下一相邻滚珠 12 从转动通道 L1 进入返回通道 L2 中时被该下一相邻滚珠 12 向滚珠 循环方向的后方推动。
滚珠丝杠机构 5 构造成具有无限循环通道， 从而能够使多个滚珠 12 反复地在转动 通道 L1 与返回通道 L2 之间循环， 并将滚珠丝杠螺母 13 的转动转换成齿条轴 3 的轴向运动， 而不会因滚珠丝杠螺母 13 与齿条轴 3 之间的直接接触而产生任何摩擦。
在本发明第一实施方式的滚珠丝杠装备 5 中， 返回通道 L2 包括用于滚珠丝杠螺母 13 的循环构件或偏导件 15， 并且该循环构件 15 具有从转动通道 L1 汲起每个滚珠 12 的功 能和将每个滚珠重新排放到转动通道 L2 中的功能。因此， 滚珠丝杠装备 5 构造成使用偏导 件的滚珠丝杠装备。第一实施方式中的循环构件 15 利用金属注射模制 (MIM) 法通过将高 温熔融金属注射到模具中模制成型而制成。
详见图 3 和图 4 中所示， 滚珠丝杠螺母 13 中形成有一对安装孔 16、 17， 这对安装 孔 16、 17 在参见上述两个连接处 P1、 P2 的位置处沿径向方向贯穿滚珠丝杠螺母 13。连接 处 P1、 P2 中的每一个安置在沿着滚珠丝杠螺母 13 的轴向方向设置由其间的单个连续螺母 侧螺纹槽 14 构造的多个通路的位置处， 并且如图 2 中所示， 单个闭合循环通道由转动通道 L1 和返回通道 L2 形成。 每个安装孔 16、 17 具有卵形或椭圆形形状的截面， 并且形成在沿着 圆周方向——在图 3 中为沿着上下方向——彼此移位的不同角位置。滚珠丝杠螺母 13 的 外周表面 13a 上去除出连接在安装孔 16 和 17 之间的安装凹部 18。
循环构件 15 提供了分别插入安装孔 16、 17 中的一对插入部 19、 20 和如图 5、 6所 示连通这些插入部 19、 20 的连通部 21。
每个插入部 19 或 20 形成为对应于各安装孔 16 或 17 的截面形状的卵形或椭圆形
的中空圆筒形形状。连通部 21 形成在插入部 19、 20 之间， 以便连接插入部 19、 20 的底端 19a、 20a， 在图 6 中， 底端 19a、 20a 为插入部 19、 20 的上端部。连通部 21 的形状对应于安装 凹部 18 的形状， 以便如图 3、 4 所示以配合的状态插入安装凹部 18 中。
循环构件 15 安装在滚珠丝杠螺母 13 中， 使得各插入部 19、 20 分别插入各自对应 的安装孔 16、 17 中， 并且连通部 21 以配合状态安装在连接各安装孔 16、 17 的安装凹部 18 上。返回通道 L2 由第一通道 L3 和第二通道 L4 构成， 该第一通道 L3 由插入各个安装孔 16、 17 中的各个插入部 19、 20 形成， 该第二通道 L4 由通过将循环构件 15 插入而以配合状态安 装在安装凹部 18 上的连通部 21 形成。
每个插入部 19、 20 中开有一个通孔 22、 23， 通孔 22、 23 冲着每个插入端 19b、 20b 一 侧开口并从各个插入端 19b、 20b 延伸到各个底端 19a、 20a， 在图 6 中插入端 19b、 20b 被示出 位于插入部 19、 20 的下侧。第一通道 L3 构造有通孔 22、 23。由通孔 22、 23 构成的第一通道 L3 在其整个长度上平滑地弯曲， 使得位于底端 19a、 20a 一侧的第一通道 L3 与连通部 21 中 形成的第二通道 L4 相连。插入端 19b、 20b 中形成有突舌部 24、 25， 突舌部 24、 25 汲起在转 动通道 L1 中转动的各个滚珠并使其进入返回通道 L2 中， 并且突舌部 24、 25 被形成为突伸 的以便能够如图 9 所示插入齿条轴 3 的轴侧螺纹槽 11 中。 每个插入部 19、 20 中形成的第一通道 L3 以如下方式与转动通道 L1 相连 ： 每个插 入部 19、 20 插入各个安装孔 16、 17 中。每个在转动通道 L1 中转动的滚珠 12 通过被相邻的 滚珠向滚珠循环方向的后方推挤而被突舌部 24、 25 汲起， 由此进入返回通道 L2 中的第一通 道 L3。
在连通部 21 中形成有连通槽 26， 该连通槽 26 如图 5 至图 7 所示朝向连通部 21 的插入部 21b 开口。插入部 21b 在图 7 中示出为下端部。包括连通槽 26 的第二通道 L4 形 成有沿着连通部 21 的线路 M 的近乎笔直的线路， 由此连接至形成在每个插入端 19b、 20b 处 的第一通道 L3。正交于第二通道 L4 的延伸方向的截面面积如图 1 中所示为带有将插入端 21b 的一部分切除的切除部的圆形形状。详细地， 在连通部 21 的每个插入端 21b 处形成有 一对凸缘 27 中的每个凸缘， 并且该凸缘形成为突伸的、 面对连通槽 26 的内侧、 并沿着连通 槽 26 的纵向方向延伸， 由此支撑每个移动通过第二通道 L4 的连通槽 26 的滚珠 12。
如图 3 所示， 在外周表面 13a 上形成有浅沟槽 18， 该浅沟槽 18 连接到安装凹部 18 并围绕安装凹部 18 的边缘。 如图 5 和图 6 所示， 在连通部 21 的底端 21a 处形成有对应于浅 沟槽 18 的凸缘 29， 在图 6 中底端 21a 被示出为位于连通部 21 的上侧。通过将安装在浅沟 槽 28 中的凸缘 29 压紧使得凸缘 29 的外周表面对齐成与滚珠丝杠螺母 13 的外周表面 13a 处于相同水平， 将插入滚珠丝杠螺母 13 中的循环构件 15 固定至滚珠丝杠螺母 13。
如图 8 中所示， 基于循环构件 15 的形状精确度以及组装到滚珠丝杠螺母 13 的组 装精确度等， 在转动通道 L1 与返回通道 L2 之间的接合点 31、 32 上偶然会出现一些台阶部。 因此， 如图 9 所示在连接区域 33、 34 的面对安装孔 16、 17 的位置处， 这些台阶部经过机械加 工以磨光到最小。连接区域 33、 34 形成在螺母侧螺纹槽 14 上以将转动通道 L1 连接至返回 通道 L2。对台阶部进行磨光的机加工在设置于连接区域 33、 34 中的机加工区域 T1、 T1 内 进行。在台阶部处磨光的机加工还在设置于插入部 19、 20 的通孔 22、 23 的开口部 35、 36 的 面对突舌部 24、 25 的区域 T2 内进行， 以便使台阶部的量减少到最小程度。
如图 2 至图 4 所示， 滚珠丝杠螺母 13 的仅一端固定于马达轴 6 的端部 6a， 以保持
滚珠丝杠螺母 13 与齿条轴同轴地布置。滚珠丝杠螺母 13 的所述一端示出在图 2 的右侧。 中空固定轴 37 从位于滚珠丝杠螺母 13 的所述一端处的固定端部 13b 向轴向方向延伸。马 达轴的内周表面上形成有螺纹部 39， 该螺纹部 39 对应于形成在固定轴 37 的外周表面上的 螺纹部 38。通过使固定轴 37 的螺纹部 38 与马达轴 6 的螺纹部 39 啮合将滚珠丝杠螺母 13 设定成这样的状态 ： 滚珠丝杠螺母 13 仅一端固定于马达轴 6 的端部 6a， 而滚珠丝杠螺母 13 的位于其另一端处的自由端并不固定。该自由端示出在图 2 的左侧。
如图 2 所示， 近似圆形的环状限制构件 41 与马达轴 6 的端部 6a 的外周表面啮合。 该限制构件 41 的限制部 43 被压紧以固定成接合形成在滚珠丝杠螺母 13 的固定端部 13b 上的凹入部 42， 以便限制滚珠丝杠螺母 13 与马达轴 6 之间的相对转动。
作为驱动源的马达 4 的转动通过与马达轴 6 作为一体功能的滚珠丝杠螺母 13 的 旋转运动而输入到滚珠丝杠装备 5 中。EPS 1 驱动滚珠丝杠螺母 13 的转动并将马达 4 的转 矩传递成轴向推力， 使得 EPS 1 被构造成给转向系统提供助力， 以有助于驾驶者的转向操 作。
下面说明在本发明实施方式的滚珠丝杠设备中限制滚珠阻塞的部件。
滚珠 12 被突舌部 24、 25 从转动通道 L1 汲起并引入到返回通道 L2 中， 于是滚珠 12 的运动方向在滚珠 12 从返回通道 L2 排放到转动通道 L1 的连接区域 34 的接合点 32 附近 突然变化。因为由于滚珠 12 在从返回通道 L2 排放到转动通道 L1 之后被轴侧螺纹槽 11 和 螺母侧螺纹槽 14 夹在中间使得载荷即刻增大， 所以倾向于发生使滚珠 12 在连接区域 34 的 接合点 32 附近阻塞。 鉴于这种倾向， 本发明第一实施方式具有这样的构造 ： 滚珠丝杠螺母 13 如图 10 至 图 12 所示包括基部 51 和扩大部 52。在基部 51 处， 自齿条轴 3 的轴心 O1 至螺母侧螺纹槽 14 的底部 14a 的距离 D 恒定， 而在扩大部 52 处的该距离 D 大于基部 51 的距离 D。换而言 之， 该距离 D 形成为在沿着于滚珠丝杠螺母 13 的基部 51 的部分内的螺旋形通道中延伸的 螺母侧螺纹槽 14 的延伸方向的任意延伸位置处都是恒定的， 并且在沿着滚珠丝杠螺母 13 的扩大部 52 的部分内的螺母侧螺纹槽 14 的延伸方向的任意延伸位置处都大于基部 51 的 该距离 D。扩大部 52 被示出为在由图 10 和图 11 中的 “T3” 所指示的范围内， 并且形成为包 括连接区域 34。基部 51 被示出为在由图 10 和图 11 中的 “T4” 所指示的范围内， 并且设定 成使得滚珠被置于轴侧螺纹槽 11 与螺母侧螺纹槽 14 之间。
在图 10 和图 12 中， 扩大部 52 中的等于基部 51 中的距离 D 的底部 14a 的定位线 和形成扩大部 52 的范围 T3 一样由双点划线指示。在图 10 中， 滚珠被夸张地示成变形的形 状， 以便显示在由于被轴侧螺纹槽 11 和螺母侧螺纹槽 14 夹在中间而承受的载荷的作用下 的变形。
扩大部 52 形成在包括形成于滚珠丝杠螺母 13 的固定端部 13b 侧上的螺母侧螺纹 槽 14 中的机加工区域 T1 的范围内， 也就是包括面对设置在滚珠丝杠螺母 13 的固定端部 13b 侧的安装孔 17 的连接区域 34 的范围内。在本发明的一个实施方式中， 扩大部 52 形成 为使得螺母侧螺纹槽 14 在圆弧形部分上有所扩大从而随着在自接合点 32 的一个圆的一部 分的范围内自扩大部 52 与基部 51 的边界向接合点 32 靠近而具有逐渐连续增大的曲率半 径。该部分的范围为以轴心 O1 为中心自接合点 32 沿顺时针方向大约 180 度。
如图 10 和图 12 所示， 在本发明的一个实施方式中， 扩大部 52 包括非接触部 54。
在非接触部 54 处， 滚珠 12 与螺母侧螺纹槽 11 的底线 11a 和螺母侧螺纹槽 14 的底线 14a 中的一个接触， 并且不与底线 11a 和底线 14a 中的另一个接触。非接触部 54 是在图 10 中 由 “T5” 指示的范围。在螺母侧螺纹槽 14 的底部 14a 与和轴侧螺纹槽 11 的底部 11a 接触 的滚珠 12 之间沿着滚珠丝杠螺母 13 的径向方向存在间隙。滚珠丝杠螺母 13 的径向方向 是图 12 中的竖直方向。非接触部 54 自接合点 32 连续地形成。
由此， 扩大部 52 形成为使得如图 13 所示随着沿转动通道 L1 的延伸方向——即， 沿图 10 中的滚珠循环方向——远离接合点 32 距离 D 逐渐且连续地缩小。在本发明的一个 实施方式中， 范围 T3 内的整个扩大部 52 构造成渐变区域， 在该渐变区域中， 随着滚珠自返 回通道 L2 的接合点 32 沿着转动通道 L1 的延伸方向前进， 距离 D 逐渐且连续地变小。
总体而言， 在滚珠丝杠设备中， 滚珠丝杠螺母 13 的固定端部 13b 仅如图 2 所示地 进行固定， 使得滚珠丝杠螺母 13 具有这样的倾向 ： 当滚珠丝杠螺母 13 因承受沿着轴向方向 的载荷而变形时， 其自由端部 13c 的变形量大于固定端部 13b 的变形量。基于滚珠丝杠螺 母 13 的自由端部 13c 在螺母侧螺纹槽 14 上的变形更大的事实， 转动通道 L1 中的空间也倾 向于变得更大， 由此使滚珠 12 在转动通道 L1 的自由端部 13c 处承受的载荷减小。另一方 面， 基于滚珠丝杠螺母 13 的固定端部 13b 在螺母侧螺纹槽 14 上的变形较小的事实， 转动通 道 L1 中的空间倾向于不会变大， 使得滚珠 12 倾向于在转动通道 L1 中的固定端部 13b 处承 受相对较大的载荷。
另一方面， 在本发明的滚珠丝杠装备 5 的一个实施方式中， 转动通道 L1 的扩大部 52 中的距离 D 形成为逐渐且连续地变大， 使得转动通道 L1 在扩大部 52 中的空间大于其基 部 51 中的空间。滚珠 12 在扩大部 52 中承受的来自轴侧螺纹槽 11 和螺母侧螺纹槽 14 的 载荷小于滚珠 12 在扩大部 52 中的距离 D 等于基部 51 中的距离 D 的情况下的载荷。限制 使在接合点 32 附近由滚珠承受的载荷快速增大。随着滚珠 12 从接合点 32 向基部 51 一侧 靠近， 距离 D 逐渐且连续地减小， 使得随着滚珠 12 朝远离返回通道 L2 的方向移动， 转动通 道 L1 中的空间逐渐减小， 由此由滚珠 12 承受的载荷逐渐且连续地变大。该远离返回通道 L2 的方向是图 10 中的滚珠循环方向。
如图 14 所示， 由滚珠 12 承受的载荷沿滚珠丝杠螺母 13 的轴向方向在固定端部 13b 侧小， 并且随着向滚珠丝杠螺母 13 的自由端部 13c 靠近滚珠 12 承受的载荷逐渐变大。 滚珠 12 在螺母侧螺纹槽 14 中承受的载荷在临近扩大部 52 的端部的基部 51 中最大， 然后 逐渐减小。图 14 中所示的虚线是滚珠在螺母侧螺纹槽 14 中没有扩大部 52 的情况下承受 的载荷。
如上所述， 第一实施方式中的本发明具有以下效果。
1. 滚珠丝杠装备 5 包括返回通道 L2， 该返回通道 L2 通过将循环构件 15 安装在形 成于滚珠丝杠螺母 13 中的安装孔 16、 17 中而形成。滚珠丝杠螺母 13 包括自齿条轴 3 的轴 心 O1 到螺母侧螺纹槽 14 的底部 14a 的距离 D 恒定的基部 51 和具有大于基部 51 中的距离 D 的增大的距离 D 的扩大部 52。扩大部 52 包括连接区域 34。
基于上述构造， 在滚珠丝杠螺母 13 中在连接区域 34 处的距离 D 形成得大于在基 部 51 处的距离 D。因此， 作用在滚珠 12 上的载荷不会在连接区域 34 处快速增大， 由此有效 地防止了滚珠阻塞。
滚珠丝杠装备 5 包括自齿条轴 3 的轴心 O1 到螺母侧螺纹槽 14 的底部 14a 的距离D 恒定的基部 14a。由此， 转矩稳定地自滚珠丝杠螺母 13 向齿条轴 3 传递。
日本专利 3381735 中公开的现有技术滚珠丝杠装备倾向意图减少在轴向地作用 于滚珠丝杠螺母的载荷较小的情况下有助于转矩传递的滚珠的数目， 由此能够响应于丝杠 轴产生延迟或移位。另一方面， 本发明的滚珠丝杠装备 5 能够借助于在基部 52 中转动的滚 珠 12 促进滚珠丝杠螺母 13 的转矩传递， 而与轴向地作用于滚珠丝杠螺母 13 上的载荷的大 小无任何关系。由此， 能够将滚珠丝杠螺母 13 的转矩有效且稳定地传递到齿条轴 3。
2. 滚珠丝杠装备 5 包括非接触部 54， 在非接触部 54 处， 滚珠 12 不与轴侧螺纹槽 11 的底部 11a 和螺母侧螺纹槽 14 的底部 14a 中的一个相接触， 并且非接触部 54 自接合点 32 连续地形成。通过这种构造， 滚珠 12 在非接触部 54 处未被夹在轴侧螺纹槽 11 与螺母侧 螺纹槽 14 中间。每个滚珠 12 在由扩大部 52 的接触部 54 构成的转动通道 L1 中基本上处 于无载荷状态。由于非接触部 54 自接合点 32 连续地形成， 使得必然可以抑制滚珠 12 的运 动方向突然改变， 并抑制作用到滚珠 12 上的载荷快速地增大。由此， 切实地阻止滚珠阻塞 的发生。
3. 滚珠丝杠装备 5 包括所述距离 D 随着自接合点 32 向基部 51 靠近而逐渐且连续 地缩小的扩大部 52。通过这种构造， 可使从返回通道 L2 排出到转动通道 L1 的滚珠 12 承受 的来自轴侧螺纹槽 11 和螺母侧螺纹槽 14 的载荷逐渐变大， 由此实现对滚珠阻塞的更强的 抑制。
4. 在滚珠丝杠装备 5 中， 一对安装孔 16、 17 被安装在跨越多道螺母侧螺纹槽 14 的 位置处， 并且滚珠丝杠螺母 13 仅在设置于其一端的固定端部 13b 处固定。扩大部 52 包括 面对位于滚珠丝杠螺母 13 的固定端部 13b 处的安装孔 17 的连接区域 34。
如上所述， 由于通常情况下转动通道 L1 中的滚珠 12 在固定端部 13b 处承受的载 荷大于其在自由端部 13c 处承受的载荷， 因此滚珠 12 所承受的载荷倾向于在滚珠 12 被排 放到固定端部 13b 一侧时快速增大。另一方面， 通过本发明的上述构造， 由于提供了扩大部 52， 并且该扩大部 52 形成为包括面对设置在固定端部 13b 处的安装孔 17 的连接区域 34， 因 此能够有效地抑制滚珠阻塞的发生。
5. 在滚珠丝杠装备 5 中， 扩大部 52 自接合点 32 连续地形成在一个圆内。
由于通常情况下， 滚珠 12 在转动通道 L1 的扩大部 52 中所承受的载荷小， 因此可 能降低通过滚珠丝杠设备的转矩传递效率。然而通过本发明滚珠丝杠装备 5 中的上述构 造， 由于扩大部 52 自接合点 32 连续地形成在一个圆内， 能够抑制这种转矩传递效率的降低 并抑制滚珠 12 的阻塞的发生。
6. 在滚珠丝杠装备 5 中， 在自接合点 32 的一个圆内， 螺母侧螺纹槽 14 连续地形成 为弧形部分的形状， 使得与扩大部 52 和基部 51 的对接区域 53 的距离越近， 螺母侧螺纹槽 14 的曲率半径越大。通过以上述方式构造螺母侧螺纹槽 14， 容易将扩大部 52 制造成使所 述距离随着朝向转动通道 L1 的延伸方向远离接合点 32 而减小。
下文将参见附图说明本发明的第二实施方式。 将省略对第二实施方式中的带有与 第一实施方式中相同的附图标记的构造的说明。
如图 15 中所示， 第二实施方式中的扩大部 52 包括连接区域 34， 使得弧形部分的中 心 O2 相对于齿条轴 3 的轴心 O1 朝循环构件 15 的方向偏移。连接区域 34 具有在自接合点 32 的一个圆内的连续的弧形部分， 在第二实施方式中该连续的弧形部分在围绕轴心 O1 顺时针旋转 45 度的范围内。
扩大部 52 包括平直段 61 和弯曲段 62。在螺母侧螺纹槽 14 中， 平直段 61 沿着与 基部 51 和扩大部 52 的对接区域 53 相切的方向延伸。弯曲段 62 与平直段 61 连续并且包 括连接区域 34。由弯曲段 62 构成的弧形部分的半径 R1 等于由基部 51 构成的部分的半径 R2。半径 R2 的数值等于在螺母侧螺纹槽 14 中的基部 51 处的距离 D。在非接触区域 54 处， 滚珠 12 不与轴侧螺纹槽 11 的底部 11a 或螺母侧螺纹槽 14 中的底部 14a 中的一个接触。 弯 曲段 62A 及部分平直段 61 构成在图 15 中指示为 T5 的非接触区域 54。
在第二实施方式中， 以与第一实施方式相同的方式将扩大部 52 形成为使得如图 13 所示从轴心 O1 到底部 14a 的距离 D 随沿着转动通道 L1 的延伸方向——即， 沿着图 15 中 滚珠的循环方向——远离接合点 32 而逐渐且连续地缩小。因此， 整个扩大部 52 构造成逐 渐变化的区域。
本发明的第二实施方式具有第一实施方式中的上述第 1 至 6 条的相同效果， 并且 进一步具有以下第 7 条效果。
7. 弧形部分的中心 O2 相对于齿条轴 3 的轴心 O1 朝循环构件 15 的方向偏置。因 此， 距离 D 随沿着转动通道 L1 的延伸方向与接合点 32 分离而逐渐且连续地缩小， 于是扩大 部 52 的加工工序较容易。 尽管已经参照优选实施方式详细描述了本发明， 但是对本领域技术人员显而易见 的是， 本发明并不局限于当前的实施方式， 并且本发明能够以在所附权利要求的范围内的 各种其它实施方式得以实现。
例如， 尽管在实施方式中， 整个扩大部 52 被构造为具有距离 D 的逐渐变化的区域， 该距离随着离开接合点 32 而连续地缩小， 但是其也可以构造成扩大部 52 包括恒定距离区 域以及逐渐变化区域。 如图 16 和 17 所示， 扩大部 52 具有距离 D 恒定的恒定距离区域 71 和 邻近基部 51 设置的逐渐变化区域 72。在逐渐变化区域 72 中， 随着自接合点 32 向基部 51 靠近该距离缩小。
尽管在第一实施方式中， 整个扩大部 52 被构造为具有距离 D 的逐渐变化的区域， 其距离随着与接合点 32 远离而逐渐且连续地缩小， 但是扩大部 52 也可以构造成距离 D 以 阶梯方式缩小。其可以构造成在整个扩大部 52 内距离 D 的恒定的。
尽管在第一实施方式中扩大部 52 构造有非接触部 52， 但是其可以构造成扩大部 52 中没有形成非接触部。使滚珠 12 与螺母侧螺纹槽 14 的底部 14a 以及轴侧螺纹槽 11 的 底部 11a 保持接触， 但是扩大部 52 中的距离 D 自接合点 32 逐渐且连续地缩小， 以保持使滚 珠与轴侧螺纹槽 11 的底部 11a 以及螺母侧螺纹槽 14 的底部 14a 接触。 在第二实施方式中， 该构造也可以形成为扩大部 52 中没有形成非接触部 54。
尽管扩大部 52 形成在自接合点 32 起连续的一个圆内， 但是其可以构造成扩大部 52 形成在比一个圆内的区域大的区域范围内。在第二实施方式中， 该构造也可以形成为扩 大部 52 形成在比一个圆内的区域大的区域范围内。
尽管在第二实施方式中， 弧形部分的中心 O2 相对于齿条轴 3 的轴心 O1 向循环构 件 15 的方向偏置， 但是其可以构造成弧形部分的中心 O2 相对于滚珠丝杠螺母 13 的圆周表 面 13a 的中心向循环构件 15 的方向偏置。在这种情况下， 滚珠丝杠螺母 13 固定在相对于 马达轴 6 偏置的方向上， 以便滚珠丝杠螺母 13 的圆周表面 13a 的中心与齿条轴 3 的轴心 O1
重合。 尽管对连接区域 33、 34 在机加工区域 T1 内进行机加工处理， 并且对开口部分 35、 36 在机加工区域 T2 内进行机加工处理， 但是在这些实施方式中， 其可以操作成仅对连接区 域 33、 34 在机加工区域 T1 内进行机加工处理。
尽管扩大部 52 形成在连接区域 34 的面对安装在滚珠丝杠螺母 13 的固定端部 13b 侧处的安装孔 17 的一侧处， 但是其可构造成扩大部 52 形成在连接区域 34 的面对安装在滚 珠丝杠螺母 13 的自由端部 13c 侧处的安装孔 17 的那侧处。优选在于 Tokkai 2010-71411 中公开的滚珠丝杠螺母 13 安装在马达轴 6 内的滚珠丝杠设备中， 在每个连接区域 33 和 34 中都形成扩大部。
尽管在各个实施方式中本发明适用于具有一个循环构件 15 的返回通道 L2 的滚珠 丝杠设备 5， 但是其可以适用于如 Tokkai 11-270648 中所公开的滚珠丝杠设备， 以适用于 多个循环构件的多个独立的循环通道中的每一个。
尽管本发明的每个实施方式都适用于用于 EPS 的滚珠丝杠设备 5， 但是其可以适 用于用于除 EPS 之外的其它用途的滚珠丝杠设备。