专利名称：滚珠丝杠设备以及电动转向设备的制作方法
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Tolckai 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Tolikai-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00)沿轴向方向伸出，由此使滚珠(30)与设置成远离固定凸缘05)的滚珠螺纹槽04)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勻的轴向载荷，因为即使预定的高载荷作用在滚珠螺母00)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Ll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Ll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。
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。
具体实施例方式将参见图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Li。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PI、P2。滚珠丝杠螺母13中的转动通道Ll的两个连接位PI、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Ll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Ll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Ll中转动。在滚珠12与转动通道Ll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Ll 一端的一个连接位Pl或P2时， 其移动通过返回通道L2被排放到另一连接位P2或Pl，使得每个滚珠12在设置于转动通道 Ll中的连接位Pl和P2之间从下游侧运动至上游侧。与在转动通道Ll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Ll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Ll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Ll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PI、P2的位置处沿径向方向贯穿滚珠丝杠螺母13。连接处PI、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 Ll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 — 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 —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中形成有突舌部对、25，突舌部M、25汲起在转动通道Ll中转动的各个滚珠并使其进入返回通道L2中，并且突舌部M、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Ll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Ll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对、25汲起，由此进入返回通道L2中的第一通道L3。在连通部21中形成有连通槽沈，该连通槽沈如图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。包括连通槽沈的第二通道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、面对连通槽沈的内侧、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的连通槽沈的滚珠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的凸缘四，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观中的凸缘四压紧使得凸缘四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Ll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Ll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Tl、Tl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的面对突舌部对、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1 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M、25从转动通道Ll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Ll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Ll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01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 —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1 侧上的螺母侧螺纹槽14中的机加工区域Tl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01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M。在非接触部讨处，滚珠12与螺母侧螺纹槽11的底线Ila和螺母侧螺纹槽14的底线Ha 中的一个接触，并且不与底线Ila和底线14a中的另一个接触。非接触部讨是在图10中由“T5”指示的范围。在螺母侧螺纹槽14的底部1 与和轴侧螺纹槽11的底部Ila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M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Ll的延伸方向——即， 沿图10中的滚珠循环方向一远离接合点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Ll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1 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Ll中的空间也倾向于变得更大，由此使滚珠12在转动通道Ll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1 在螺母侧螺纹槽14上的变形较小的事实，转动通道Ll中的空间倾向于不会变大，使得滚珠12倾向于在转动通道Ll中的固定端部1 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Ll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Ll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 —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Ll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01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01到螺母侧螺纹槽14的底部1 的距离
13D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M处，滚珠12不与轴侧螺纹槽 11的底部Ila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M自接合点 32连续地形成。通过这种构造，滚珠12在非接触部M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M构成的转动通道Ll中基本上处于无载荷状态。由于非接触部M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Ll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1 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1 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Ll中的滚珠12在固定端部1 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1 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1 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Ll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Ll的延伸方向远离接合点32而减小。下文将参见
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02相对于齿条轴3的轴心01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01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Rl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M处， 滚珠12不与轴侧螺纹槽11的底部Ila或螺母侧螺纹槽14中的底部1 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M。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01到底部1 的距离D随沿着转动通道Ll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02相对于齿条轴3的轴心01朝循环构件15的方向偏置。因此，距离D随沿着转动通道Ll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Ila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Ila以及螺母侧螺纹槽14的底部1 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M。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02相对于齿条轴3的轴心01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02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01重合。尽管对连接区域33、34在机加工区域Tl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Tl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1 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Tolikai 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Tolikai 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。
权利要求
1.一种滚珠丝杠设备，包括丝杠轴，所述丝杠轴具有形成在其外周表面上的轴侧螺纹槽； 滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母具有形成在其内周表面上的螺母侧螺纹槽； 多个滚珠，所述多个滚珠安装在螺旋形转动通道中，所述螺旋形转动通道通过使所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽相面对而形成；以及循环构件，所述循环构件安装于形成在所述滚珠丝杠螺母中的安装孔上，并形成返回通道以连接所述转动通道的一端和另一端，所述螺母侧螺纹槽包括将所述转动通道连接至所述返回通道的连接区域， 所述螺母侧螺纹槽中的面对所述安装孔的所述连接区域经过机加工，从而基本上消除在所述转动通道与所述返回通道的接合点处的可能台阶部， 所述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是恒定的，以便使置于所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽之间的所述滚珠转动， 在所述扩大部中，所述距离大于所述基部中的所述距离，并且所述扩大部包括所述连接区域。
2.如权利要求1所述的滚珠丝杠设备，其中，所述扩大部包括渐变区域，所述渐变区域与所述基部相邻并以如下方式形成随着自所述接合点向所述基部靠近，所述距离逐渐且连续地减小。
3.如权利要求2所述的滚珠丝杠设备，其中，所述扩大部自所述接合点在如下范围内形成所述范围为一个圆的一部分。
4.如权利要求3所述的滚珠丝杠设备，其中，所述滚珠丝杠螺母在沿着轴向方向的其一端处固定，并且所述扩大部形成为包括安装在所述滚珠丝杠螺母的所述一端侧处的所述连接区域。
5.如权利要求4所述的滚珠丝杠设备，其中，所述扩大部包括非接触区域，在所述非接触区域中，所述滚珠不与所述轴侧螺纹槽和所述螺母侧螺纹槽中的一个接触，并且所述非接触区域自所述接合点连续地形成。
6.如权利要求2所述的滚珠丝杠设备，其中， 所述螺母侧螺纹槽构造有弧形部分，并且所述扩大部以如下方式形成所述弧形部分的中心相对于所述丝杠轴的所述轴心朝所述循环构件的方向偏置。
7.一种滚珠丝杠设备，包括丝杠轴，所述丝杠轴具有形成在其外周表面上的轴侧螺纹槽； 滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母具有形成在其内周表面上的螺母侧螺纹槽，所述滚珠丝杠螺母在沿着轴向方向的其一端处固定；多个滚珠，所述多个滚珠安装在螺旋形转动通道中，所述螺旋形转动通道通过使所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽相面对而形成；以及循环构件，所述循环构件安装于形成在所述滚珠丝杠螺母中的安装孔上，并形成返回通道以连接所述转动通道的一端和另一端，所述螺母侧螺纹槽包括将所述转动通道连接至所述返回通道的连接区域， 所述螺母侧螺纹槽中的面对所述安装孔的所述连接区域经过机加工，从而基本上消除在所述转动通道与所述返回通道的接合点处的可能台阶部， 所述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是恒定的，以便使置于所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽之间的所述滚珠转动，所述扩大部包括渐变区域和安装在所述滚珠丝杠螺母的所述一端侧处的所述连接区域，所述渐变区域与所述基部相邻并以如下方式形成在180度内随着自所述接合点向所述基部靠近，所述距离逐渐且连续地减小，所述扩大部还包括非接触区域，在所述非接触区域中，所述滚珠不与所述轴侧螺纹槽和所述螺母侧螺纹槽中的一个接触，并且所述非接触区域自所述接合点连续地形成。
8.一种具有滚珠丝杠设备的电动转向设备，其中，所述滚珠丝杠设备包括 丝杠轴，所述丝杠轴具有形成在其外周表面上的轴侧螺纹槽；滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母具有形成在其内周表面上的螺母侧螺纹槽； 多个滚珠，所述多个滚珠安装在螺旋形转动通道中，所述螺旋形转动通道通过使所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽相面对而形成；以及循环构件，所述循环构件安装于形成在所述滚珠丝杠螺母中的安装孔上，并形成返回通道以连接所述转动通道的一端和另一端，所述螺母侧螺纹槽包括将所述转动通道连接至所述返回通道的连接区域， 所述螺母侧螺纹槽中的面对所述安装孔的所述连接区域经过机加工，从而基本上消除在所述转动通道与所述返回通道的接合点处的可能台阶部， 所述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是恒定的，以便使置于所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽之间的所述滚珠转动， 在所述扩大部中，所述距离大于所述基部中的所述距离，并且所述扩大部包括所述连接区域。
9.如权利要求8所述的电动转向设备，其中，所述扩大部包括渐变区域，所述渐变区域与所述基部相邻并以如下方式形成随着自所述接合点向所述基部靠近，所述距离逐渐且连续地减小。
10.如权利要求9所述的电动转向设备，其中，所述扩大部自所述接合点在如下范围内形成所述范围为一个圆的一部分。
11.如权利要求10所述的电动转向设备，其中，所述滚珠丝杠螺母在沿着轴向方向的其一端处固定，并且所述扩大部形成为包括安装在所述滚珠丝杠螺母的所述一端侧处的所述连接区域。
12.如权利要求11所述的电动转向设备，其中，所述扩大部包括非接触区域，在所述非接触区域中，所述滚珠不与所述轴侧螺纹槽和所述螺母侧螺纹槽中的一个接触，并且所述非接触区域自所述接合点连续地形成。
13.如权利要求12所述的电动转向设备，其中，所述丝杠轴是齿条轴。
14.一种具有滚珠丝杠设备的电动转向设备，其中，所述滚珠丝杠设备包括 齿条轴，所述齿条轴具有形成在其外周表面上的轴侧螺纹槽；滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母具有形成在其内周表面上的螺母侧螺纹槽，所述滚珠丝杠螺母在沿着轴向方向的其一端处固定；多个滚珠，所述多个滚珠安装在螺旋形转动通道中，所述螺旋形转动通道通过使所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽相面对而形成；以及循环构件，所述循环构件安装于形成在所述滚珠丝杠螺母中的安装孔上，并形成返回通道以连接所述转动通道的一端和另一端，所述螺母侧螺纹槽包括将所述转动通道连接至所述返回通道的连接区域， 所述螺母侧螺纹槽中的面对所述安装孔的所述连接区域经过机加工，从而基本上消除在所述转动通道与所述返回通道的接合点处的可能台阶部， 所述滚珠丝杠螺母具有基部和扩大部，在所述基部中，自所述齿条轴的轴心至所述螺母侧螺纹槽的底部的距离是恒定的，以便使置于所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽之间的所述滚珠转动，所述扩大部包括渐变区域和安装在所述滚珠丝杠螺母的所述一端侧处的所述连接区域，所述渐变区域与所述基部相邻并以如下方式形成在180度内随着自所述接合点向所述基部靠近，所述距离逐渐且连续地减小，所述扩大部还包括非接触区域，在所述非接触区域中，所述滚珠不与所述轴侧螺纹槽和所述螺母侧螺纹槽中的一个接触，并且所述非接触区域自所述接合点连续地形成。
15.一种具有滚珠丝杠设备的电动转向设备，其中，所述滚珠丝杠设备包括 齿条轴，所述齿条轴具有形成在其外周表面上的轴侧螺纹槽；滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母具有形成在其内周表面上的螺母侧螺纹槽，所述滚珠丝杠螺母在沿着轴向方向的其一端处固定并且所述螺母侧螺纹槽构造有弧形部分；多个滚珠，所述多个滚珠安装在螺旋形转动通道中，所述螺旋形转动通道通过使所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽相面对而形成；以及循环构件，所述循环构件安装于形成在所述滚珠丝杠螺母中的安装孔上，并形成返回通道以连接所述转动通道的一端和另一端，所述螺母侧螺纹槽包括将所述转动通道连接至所述返回通道的连接区域， 所述螺母侧螺纹槽中的面对所述安装孔的所述连接区域经过机加工，从而基本上消除在所述转动通道与所述返回通道的接合点处的可能台阶部， 所述滚珠丝杠螺母具有基部和扩大部，在所述基部中，自所述齿条轴的轴心至所述螺母侧螺纹槽的底部的距离是恒定的，以便使置于所述螺母侧螺纹槽与所述轴侧螺纹槽之间的所述滚珠转动，所述扩大部以如下方式形成所述弧形部分的中心相对于所述齿条轴的所述轴心朝所述循环构件的方向偏置，所述扩大部包括渐变区域和安装在所述滚珠丝杠螺母的所述一端侧处的所述连接区域，所述渐变区域与所述基部相邻并以如下方式形成在45度内随着自所述接合点向所述基部靠近，所述距离逐渐且连续地减小，所述扩大部还包括非接触区域，在所述非接触区域中，所述滚珠不与所述轴侧螺纹槽和所述螺母侧螺纹槽中的一个接触，并且所述非接触区域自所述接合点连续地形成。
全文摘要
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。滚珠丝杠设备包括通过在形成于滚珠丝杠螺母(13)中的安装孔(16、17)内安装循环构件(15)而形成的返回通道(L2)。滚珠丝杠螺母(13)包括基部(51)和扩大部(52)。在基部(50)中，自齿条轴(3)的轴心(O1)至螺母侧螺纹槽(14)的底部(14a)的距离恒定，而扩大部(52)中的该距离大于基部(51)中的该距离。所述扩大部(52)包括连接区域(34)。
文档编号F16H25/22GK102330802SQ20111015629
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月7日
发明者原崇, 朝仓正芳, 金子哲也 申请人:株式会社捷太格特