旋转直线运动变换机构

摘要

提供一种旋转直线运动变换机构。公转滚子(22)在外圆面上设有一周的公转滚子槽(21b～24b)，对于处在中心的齿条杆(1)的齿条杆螺纹(1a)用比齿条杆螺纹导程角大的轴交角啮合公转滚子(22)，并将其自转自由地旋拧配置在支撑部件(3)上。用发动机(5)使该支撑部件围绕齿条杆(1)旋转，使齿条杆(1)直线运动。使齿条杆螺纹(1a)与公转滚子槽(21b～24b)的啮合设定处滚动接触实现高效化、且在使啮合处面状化后能抑制此外的干涉，故能确保高可靠性并产生大推力。另外通过在轴交角增大的方向上向齿条杆(1)施加转矩来组装公转滚子(21～24)，故能抑制间隙。这样能高效产生大推力来提高可靠性并能抑制间隙。

权利要求

1.一种旋转直线运动变换机构，其包括：

圆筒形或圆柱形的齿条杆；

支撑在所述齿条杆的周围并可以与所述齿条杆做相对旋转的支撑部件；

和可以旋转地由所述支撑部件支撑的公转滚子，该旋转直线运动变换机构的特征在于，所述齿条杆在其外圆面具有螺纹，该螺纹具有规定的导程角，所述公转滚子相对于所述齿条杆的轴的轴交角被设定成比所述齿条杆螺纹的导程角大，并且相对于所述齿条杆的轴，旋拧装配所述公转滚子的轴，所述公转滚子在其外圆面上具有环状面，该环状面与所述齿条杆螺纹的齿侧面相啮合。

2.根据权利要求1中所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，所述公转滚子在其外周面上具有环状槽，该环状槽具有两侧面的环状面，该两侧面的环状面分别与作为所述齿条杆的螺纹顶的两侧面的两个齿侧面相啮合。

3.根据权利要求2中所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，所述公转滚子形成多个所述环状槽。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，所述公转滚子在所述齿条杆的周围公转的同时，并且以所述公转滚子的轴为中心进行自转。

5.根据权利要求1所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，将与所述公转滚子轴和所述齿条杆轴的共同垂线相垂直的平面作为共同平面，并将该共同平面作为投影面，把通过作为所述齿条杆螺纹的齿侧面与所述公转滚子环状面啮合的部位的啮合处的齿条杆螺纹螺线向所述投影面垂直投影而描绘出平面曲线，在该平面曲线上以该啮合处的切线与所述公转滚子轴垂直的关系来设定所述啮合处。

6.根据权利要求1中所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，在使所述公转滚子与所述齿条杆螺纹相啮合而进行固定设置时，在与所述齿条杆螺纹的导程角相比、被设定得较大的所述公转滚子的轴交角增大的方向上一边附加力或转矩，一边进行固定设置。

7.根据权利要求3中所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，所述齿条杆的各自的齿侧面与所述公转滚子的环状槽的各自的环状面的啮合处，被设定在与所述齿条杆轴平行的大致一条直线上。

8.根据权利要求1中所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，所述支撑部件包括夹有所述公转滚子的支撑端板和连接所述支撑端板的支撑连接部，所述支撑连接部被构成为沿着相对于所述齿条杆而旋拧配置的公转滚子的形状。

9.根据权利要求1中所述的旋转直线运动变换机构，其特征在于，所述支撑部件包括夹有所述公转滚子的支撑端板和连接所述支撑端板的支撑连接部，所述支撑连接部被构成为将轴通过相对于所述齿条杆而旋拧配置的公转滚子的内部，并兼作所述公转滚子的向心轴承。

说明书

旋转直线运动变换机构

技术领域

[0001] 本发明涉及通过在旋转运动与直线运动之间变换运动方向来变换转矩与推力的旋转直线运动变换机构，尤其涉及适合于动力转向装置的大推力、高可靠性、间隙小、且效率高的旋转直线运动变换机构。

背景技术

[0002] 首先，对于汽车的动力转向装置的一般的技术，说明其概要。图21是汽车中现在成为主流的齿条(rack)齿轮方式的转向机构。其主要的结构元件有方向盘101、作为其旋转轴的转向柱102、设置于其下端部的小齿轮103、设置有与该小齿轮啮合的齿条的杆(rod)(通常称该杆本身为齿条，但是本发明为了避免混淆，以下称之为齿条杆(rack rod)，并将符号号码设为1)、及连接在其两端并在其另一端与转向轮106连接的转向横拉杆105。

[0003] 这样，驾驶员若转动方向盘101，则转向柱102旋转，下端的小齿轮103也旋转。通过与小齿轮103啮合的齿条，小齿轮103的旋转使齿条杆1在轴向上直线运动，与其连接的转向横拉杆105运动而进行方向控制。动力转向装置是如下的系统，即，是助推这些结构元件中的某一个、并降低驾驶员转动方向盘101的力。

[0004] 近些年，该动力转向装置成为汽车中不可缺少的装备品。尤其最近，汽车整体也是这样，即由该动力转向装置，代替以往的液压助推方式(由于经常使液压泵旋转，所以一般消耗很多功率)，电动转向方式占据了主流，对节省能源做出了贡献。

[0005] 本发明这样的旋转直线运动变换机构作为齿条助推机构107应用于电动动力转向装置，上述齿条助推机构107付与把发动机作为旋转驱动源的齿条杆1直线运动的助推力。但是，这种情况下，由于从小型化的观点出发希望利用转速高的发动机，所以要求作为旋转直线运动变换机构要兼备减速机构。作为满足这样要求的机构，从现有技术中提出了一种例如滚珠丝杠方式的旋转直线运动变换机构(例如，参考专利文献1)。

[0006] 在此，该专利文献1所述的转向装置在齿条杆1上切削有螺纹，通过把螺母啮合在该螺纹上、并利用作为旋转动力源的发动机使该螺母旋转，使得齿条直线运动。而且，这种情况下，使发动机旋转1圈时，由于仅使齿条杆移动齿条杆的螺纹的导程的量，所以若使螺纹的导程角变小，则通过该减小的量可得到大减速比，从而提高了发动机的转速，实现了小型化。

[0007] 此时，由于齿条杆的螺纹与螺母的螺纹之间作用有较大负载，所以此处配有多个滚珠，使该滚珠循环滚动接触，从而降低摩擦并达到高效率化。

[0008] 专利文献1：特开平7-165049号公报

[0009] 但是，上述专利文献1中所示的现有技术不能缺少使多个滚珠在齿条轴的外圆周围循环的装置，若该滚珠循环不平滑，则滚珠与螺母间及滚珠与齿条间会产生滑动摩擦，从而滚珠的摩擦系数变大使得传递效率降低。

[0010] 尤其，为了使发动机小型化(以小转矩高速旋转的发动机)，在设定了较大减速比的转向装置中，由于必须减小螺纹的导程角(现状为5度左右)，所以当滚动摩擦系数(现状为0.01左右)增加时，则如图23所示，效率将明显降低。

[0011] 此处，由于该图23表示了以滚动摩擦系数为参数的导程角与滚珠丝杠机构的效率的关系，如图所示，随着滚动摩擦系数从0.01左右开始增加，断定传递效率将降低。

[0012] 另外，在现有技术中，若一旦产生出滑动，则滚珠滚动面开始变粗糙，其会诱发进一步的滑动，导致无法挽回的滚动摩擦系数急剧上升，有使机构在短时间内破裂的危险。

[0013] 因此，在该滚珠丝杠机构中，最重要的是保证使滚珠的循环经常处于良好状态，为此，在设计最适合的滚珠回程路径的同时，最重要的项目是滚珠与螺母螺纹、齿条杆螺纹的形状尺寸的高精度化，从而成本将变高。另外，此时由于伴随着滚珠数量的增加而所需的精度大幅提高，所以从成本方面来看滚珠数量的上限在事实上也有一个限度，另一方面，该滚珠数量决定了滚珠丝杠机构能产生的最大输出。

[0014] 因此，现有技术的滚珠丝杠机构在实际应用上传递力出现了上限，因此，利用该机构的动力转向装置有不能在较大的大型车上搭载所要求的直线运动输出(齿条推力)的问题。

发明内容

[0015] 本发明的第一个目的在于提供一种在确保高可靠性的同时、谋求大推力化的高效率旋转直线运动变换机构。另外，本发明的第二个目的在于提供一种即使部件精度在一定程度上降低、间隙也小的旋转直线运动变换机构。

[0016] 为了解决上述问题，本发明主要采用了以下所述的结构。

[0017] 一种旋转直线运动变换机构，其包括圆筒形或圆柱形的齿条杆、支撑在上述齿条杆周围并可以与上述齿条杆做相对旋转的支撑部件、及可以旋转地由上述支撑部件支撑的公转滚子，该旋转直线运动变换机构的特征在于，

[0018] 上述齿条杆在其外圆面具有螺纹，该螺纹具有规定的导程角，

[0019] 相对于上述齿条杆的轴的上述公转滚子的轴交角被设定成比上述齿条杆螺纹的导程角大，并且相对于所述齿条杆的轴，旋拧装配所述公转滚子的轴，

[0020] 上述公转滚子在其外圆面上具有环状面，该环状面与上述齿条杆螺纹的齿侧面相啮合。

[0021] 另外，在上述旋转直线运动变换机构中，上述公转滚子的结构为：在其外周面上具有环状槽，该环状槽具有两侧面的环状面，该两侧面的环状面分别与作为上述齿条杆的螺纹顶的两侧面的两个齿侧面相啮合。另外，在上述旋转直线运动变换机构中，上述公转滚子由形成的多个上述环状槽构成。

[0022] 另外，在上述旋转直线运动变换机构中，其结构为：在使上述公转滚子与上述齿条杆螺纹相啮合而固定设置(组装)时，在与上述齿条杆螺纹的导程角相比、被设定得较大的上述公转滚子的轴交角增大的方向上一边附加力或转矩，一边进行固定设置(组装)。

[0023] 基于本发明，可以提供能够产生大的推力、高效率且高可靠性的旋转直线运动变换机构。

[0024] 另外，基于本发明，作为把发动机作为旋转驱动源的旋转直线运动变换机构，通过应用于汽车的转向装置上，使得也可以向大型车上搭载电动转向装置。

附图说明

[0025] 图1是与本发明的第一实施方式相关的旋转直线运动变换机构的纵截面图。

[0026] 图2是在图1所示的旋转直线运动变换机构中、以正规的姿势来配置跟前侧的公转滚子的示意图。

[0027] 图3是与本发明的第一实施方式相关的旋转直线运动变换机构的整个公转滚子的侧视图。

[0028] 图4是第一实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的侧视图(一部分是截面图，图5的B1-B2-B3-B4的截面)

[0029] 图5是第一实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的横截面图(图4的A-A截面)

[0030] 图6是第一实施方式的齿条杆螺纹螺线的投影图的说明图。

[0031] 图7是从第一实施方式的投影面的垂直方向观察(从齿条杆轴与公转滚子轴的共同垂线上来观察)的右侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线的向视图。

[0032] 图8是表示向第一实施方式的齿条杆右侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线的投影面投影的平面曲线(正弦曲线)的图。

[0033] 图9是把图8向齿条杆轴向拉长的啮合处的说明图。

[0034] 图10是图9所示的M部分的放大图。

[0035] 图11是把向第一实施方式的齿条杆左侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线的投影面投影的平面曲线(正弦曲线)向齿条杆轴向拉长的啮合处的说明图。

[0036] 图12是图11所示的N部分的放大图。

[0037] 图13是与第一实施方式对比的现有技术的啮合处的说明图。

[0038] 图14是图13所示的P部分的放大图。

[0039] 图15是第一实施方式的齿条杆螺纹上的啮合处的说明图。

[0040] 图16是与本发明第二实施方式相关的旋转直线运动变换机构的公转滚子与支撑部件的组件的侧视图。

[0041] 图17是第二实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的横截面图(图16的A-A截面)

[0042] 图18是与本发明第三实施方式相关的旋转直线运动变换机构的公转滚子与支撑连接部分的组件的侧视图(一部分是截面图)。

[0043] 图19是第三实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的侧视图(一部分是截面图，图20的B1-B2-B3-B4的截面)。

[0044] 图20是第三实施方式的公转滚子与支撑部件的组件的横截面图(图4的A-A截面)。

[0045] 图21是与本发明的实施方式相关的旋转直线运动变换机构的基本动作的说明图。

[0046] 图22是表示本发明的实施方式的齿条杆螺纹与公转滚子的相关动作的说明图。

[0047] 图23是表示现有技术的滚珠丝杠机构的效率的一个例子的特征图。

[0048] 图中：1-齿条杆，1a-齿条杆螺纹，1d-齿条杆轴，21、22、23、24-公转滚子，21b、22b、23b、24b-公转滚子槽(环状槽)，21d、22d、23d、24d-公转滚子，21e、22e、23e、24e-公转滚子推力轴承，21f、22f、23f、24f-公转滚子向心轴承，3-支撑部件，3e-支撑推力轴承，
3f-支撑向心轴承，3d-支撑连接部，3d-支撑连接部，3f-滚子内装支撑连接部，5-发动机，
6-壳，103-小齿轮，107-齿条助推机构。

具体实施方式

[0049] 对于与本发明的实施方式相关的旋转直线运动变换机构，以下参照图1～图23进行详细说明。首先，基于图1～图15、图21及图22说明本发明的第一实施方式，上述第一实施方式是把本发明应用于汽车的齿条助推式的电动动力转向装置。

[0050] 图1是应用本发明的第一实施方式的电动动力转向装置的齿条助推机构的纵截面图，图2是把图1的跟前侧的公转滚子以正规的姿势来配置的示意图，图3是整个公转滚子的侧视图，图4是公转滚子与支撑部件的组件的侧视图，图5是该相同组件的横截面图。另外，图21是表示应用了本实施方式的齿条助推机构的电动动力转向装置的配置的示意图，图22是说明本机构的旋转直线运动变换动作的示意图。

[0051] 余下的图6至图15是涉及本发明的轴交角设定的说明图。首先，图6是齿条杆螺纹螺线的投影图(在齿条杆轴与公转滚子轴的共同平行平面上通过啮合处)的说明图，图7是从投影面的垂直方向观察(从齿条杆轴与公转滚子轴的共同垂线上来观察)的右侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线的向视图。图8、图9是把齿条杆右侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线向该投影面投影的平面曲线(正弦曲线)，图10是啮合部分的放大图。同样地，图11是把另一方的齿条杆左侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线向相同投影面投影的平面曲线(正弦曲线)，图12是该啮合部分的放大图。

[0052] 另一方面，图13是在把与本发明的实施方式相关的旋转直线运动变换机构应用于现有技术的情况下，把齿条杆右侧螺纹齿侧面上的螺纹螺线向相同投影面投影的平面曲线(正弦曲线)，图14是图13的啮合部分的放大图。图15是表示含有本实施方式与现有技术的旋转直线运动变换机构的齿条杆螺纹上的整个啮合处的分布示意图。

[0053] 首先，说明与本发明的第一实施方式相关的旋转直线运动变换机构的结构。在齿条杆1的外圆面上形成有齿条杆螺纹1a。而且，在作为齿条杆1的中心轴的齿条杆轴1d周围，以90度的等角度间隔配有四根公转滚子21、22、23及24。相对于齿条杆轴1d，旋拧装配作为它们的中心轴的公转滚子轴21d、22d、23d及24d(公转滚子轴与齿条杆轴的相互的轴心并不平行)。

[0054] 此处，如图3充分所示的那样，在这些公转滚子的各自的外圆上，以轴向位置互相错开的状态设置有多个环状槽21b、22b、23b及24b(在图3的例子中，相邻的公转滚子错开导程的大致1/4，严密地说，错开了{(导程)/4}×Cos(公转滚子轴与齿条杆轴的轴交角))。而且，按照构成各环状槽的两侧的环状面(从环状槽底面向环状顶直立设置的面)与齿条杆螺纹1a的两齿侧面(从齿条杆螺纹的螺纹槽朝向螺纹顶竖立设置的侧面)相啮合的方式，以互相旋拧的姿势固定配置公转滚子轴21d～24d与上述齿条杆螺纹1a。

[0055] 此时，各个公转滚子通过公转滚子向心轴承21f～24f与公转滚子推力轴承21e～24e支撑滚子端部21c～24c，这些滚子轴承被嵌合在支撑部件3上，这样，所有的公转滚子21～24都可以自转。此处，由于在该公转滚子上作用有径向负载与轴向负载，所以虽然支撑该公转滚子的轴承使用上述的如向心与推力的两种球轴承，但是也可以采用能够承受两负载的角接触球轴承或圆锥滚子轴承中的一种。

[0056] 另外，由于本实施方式中是角状的槽，所以在啮合部分产生的径向负载变得很小。因此，若承受的负载等级小的话，则也有以下情况，即通过使推力轴承深槽化，从而可以承受径向负载、可以省去向心轴承。另外，在尺寸有限制的情况下也可用滚针轴承作为各个轴承。

[0057] 从图4与图5很明了地看出，支撑部件3的结构包括：夹有公转滚子21、22、23及24的支撑端板3b、发动机一侧的支撑端板3c及连接这两者的支撑连接部3d。此时支撑连接部3d与支撑端板3b一体形成，通过支撑连接螺栓7与另一方的发动机一侧的支撑端板
3c连接在一起。在公转滚子的轴交角增大的方向上，一边向两支撑端板3b、3c施加转矩，一边进行该支撑连接螺栓7的连接(通过付与比公转滚子的规定的轴交角稍大的角度组装来调整尺寸公差，也为了减少组装时的间隙)。尤其如图5所示，在齿条杆1的周围，该支撑连接部3d设置于各个公转滚子21、22、23及24之间。

[0058] 接着，在一方的发动机一侧的支撑端板3c上，管部延伸以使覆盖齿条杆1，作为发动机5的结构元件的转子5a通过压入或热装被固定在支撑端板3c上。接着，通过支撑向心轴承3f与支撑推力轴承3e，将该支撑部件3可以旋转地支撑在壳6的内部。这些轴承也可以采用角接触球轴承或圆锥滚子轴承中的一种。另外两支撑轴承当然也可以分别采用多列角接触球轴承。

[0059] 这样，组装有公转滚子的支撑部件3通过轴承盖4固定配置在壳6上，该壳6被分割为两份，即支撑部件壳6a与发动机壳6b，上述支撑部件壳6a嵌合有支撑部件轴承；上述发动机壳6b压入或热装有发动机5的定子5b。此处，该轴承盖4通过铆接或螺旋夹固定配置在支撑部件壳6a上。

[0060] 这样组装了公转滚子21～24的支撑部件3被安装在支撑部件壳6a上，之后，通过螺旋夹等安装发动机壳6b。而且，由此使定子5b与转子5a相对而形成发动机5。这样在进行该组装时，润滑脂就能适当地流入结构部件间。但是，为了激励起旋转直线运动变换动作，需要有防止作为直线运动部的齿条杆1的旋转并只允许直线运动的直线运动副。

[0061] 在本实施方式中，设置于图21的小齿轮103与齿条杆1的、且与小齿轮103相啮合的齿条发挥这种作用。如果在没有这种机构的系统的情况下，例如在转向双线系统等系统中，有必要单独装配如球塞滑块那样的直线运动副。在这次这样的转向机构的情况下，省去滑块部的球塞，即使作为滑动副，由于直线运动的速度小，所以使得效率下降也不明显。因此，在重视成本的情况下，作为单纯的接头结构也没有影像。这一般适用应用于转向机构以外的，直线运动部所要求的速度小的情况。即，在设定的减速比率较大的情况下，具体而言，在齿条杆螺纹的导程角小的情况。

[0062] 作为在上述本发明实施方式的旋转直线运动变换机构的结构中最重要的一个观点，是相对于该齿条杆轴1d的公转滚子轴21d～24d的轴交角(在通过相同点地描绘平行于齿条杆轴1d的空间直线与平行于公转滚子轴21d～24d的空间直线时，是处于两者所成夹角中0°～90°的范围内的角度。另外，也可以说，是处于从齿条杆轴1d与公转滚子轴21d～24d的共同垂线(共同垂线只有一条)的方向上来观察时的两条线所成夹角中0°～
90°的范围内的角度。而且，也可以说，是把两线投影到齿条杆轴1d与公转滚子轴21d～
24d的共同平行面(与共同垂线垂直的面)上时，两投影线所成夹角中处于0°～90°的范围内的角度。通过这样三种观察方法定义了轴交角，由于图2示出了该轴交角可以将其作为参考)的设定。

[0063] 决定了公转滚子的轴交角后，即，决定了公转滚子轴的朝向后，为了决定了公转滚子槽的方向，若轴交角设定得不合适，则有可能出现看不到实现了良好啮合的螺纹1a与公转滚子槽21b～24b的情况。本发明的主要技术特征在于，在与本实施方式相关的旋转直线运动变换机构中，上述作为非常重要的设计项目的轴交角并不是齿条杆螺纹1a的导程角(与齿条杆轴心垂直的截面方向与被切削螺纹的螺纹槽的方向所成的角度)，而是比该导程角更大。根据该特征，以下利用图6至图10与图13、图14说明可以避免在公转滚子与齿条杆螺纹的啮合处附近的干涉的理由。此处，为了使说明明确化，利用公转滚子21～24在齿条杆螺纹1a的右侧齿侧面(参照图6的说明)啮合产生的方向上进行公转的情况。

[0064] 虽然三维地配置齿条杆与公转滚子，但是为了考察两者的位置关系而考虑方便的平面。图6的立体图所示的投影面就是该平面。该平面在齿条杆轴1d与公转滚子轴21d～24d的共同平行面内通过啮合处。从该共同平行面的法线方向(图6所示的共同垂线方向)观察齿条杆的向视图为图7。在图7中描绘了齿侧面(螺纹的侧面)上的啮合处与通过该处的齿条杆螺纹右侧齿侧面上的螺线。图8是，把齿侧面上的啮合处与齿条杆螺纹右侧齿侧面上的螺线投影到图6所示的投影面(共同平行面)上的结果。

[0065] 此处，螺线成为正弦曲线，为了使两平面在啮合处K接触，该啮合处需要至少将在啮合处K的正弦曲线的切线设置在与公转滚子轴的投影线垂直的位置上。这与下述动作相同，即，使与公转滚子轴的投影线垂直的线变成与啮合处的切线相平行。也可以理解为，把与公转滚子轴的投影线垂直的线看成是公转滚子环状面的投影。

[0066] 这里在公转滚子轴暂且将公转滚子轴交角作为螺纹导程角的情况下(在可以想到的思考范围内，以下记为“以往”)，具有与公转滚子轴垂直的方向的切线的点(例如，图8的a、b、…)是与齿条杆轴1d的投影线的交点。

[0067] 因此，如本实施方式的特征那样，图2所示的轴交角比齿条杆螺纹的导程角的情况大，即，在公转滚子轴比导程角的情况立起时，由于可以设定为啮合处的位置的该位置的切线处于比导程角的情况还向下倾斜，所以该位置就变成图8所示的位置。由于在图8中与平面曲线(正弦曲线)的切线之间的关系不是很明确，所以图9将其横向拉伸，使与切线的位置关系更容易观察，且图10是该啮合处附近(图9的M部)的放大图(图10中与纸面垂直的方向的平面为螺纹的齿侧面)。另一方面，把上述以往(可以想到的思考范围内)的情况(将轴交角作为齿条杆螺纹导程角的情况)在作为同样的说明图的图13与图14(图13的P部放大图)中表示。图9中细剖面线所示部分相当于图7中所示的齿条杆螺纹顶部分，图9中与纸面垂直的方向的平面为螺纹的齿侧面。

[0068] 在表示本发明的图10的情况下，啮合设定处的切线若从啮合设定处偏离，则从齿条杆螺纹顶的边缘部分偏离而产生间隙，与上述情况相对，在图14的情况下，在啮合设定处的下侧，与齿条杆螺纹顶的边缘部分发生根切。即，可知：当将轴交角设为螺纹导程角时(图14的情况)，虽然可以实现在啮合设定处的接触，但在其周围发生干涉(公转滚子的环状面与齿条杆螺纹顶根切)，与此相对，在将轴交角设定得比螺纹导程角大的本发明的情况(图10的情况)下，实现了在啮合设定处的接触，并且可以避免在其周围的干涉。

[0069] 即，在按照齿条杆螺纹齿侧面与公转滚子槽侧面的环状面相接触的方式来设定的啮合处附近，可以避免两者的干涉。其结果是，由于在局部不会产生过大的应力，所以有以下效果：可以承受大范围的接近材料极限的大应力，在确保高可靠性的同时可以产生大推力。

[0070] 若进行更进一步的说明，图14示出了将公转滚子的轴交角设为螺纹导程角的例子；图10示出了将公转滚子的轴交角设为比螺纹导程角大的本实施方式，对比图14与图10，啮合设定处是现有的齿条杆轴1d的投影线与齿条杆螺纹螺旋投影线(正弦曲线)的交点(图8所示的a、b、…)，在本实施方式中，是从齿条杆轴1d隔开的点(图8所示的黑点)。成为这样的理由是，在从图7中图面的正上方设置公转滚子的情况下，在现有例子中，由于公转滚子的轴交角与螺纹导程角相等，所以将公转滚子的环状槽(不是螺旋槽，而是与公转滚子轴线垂直的槽的侧面部)投影了的直线与将螺纹齿侧面投影的正弦曲线的啮合处就落在齿条杆轴的投影线上。与此相对，在本实施方式中，由于将公转滚子的轴交角设定得比导程角大，并从图7的正上方设置公转滚子，所以理所当然的是，公转滚子的环状槽侧面部的投影直线与齿条杆螺纹的投影正弦曲线相交的交点(啮合处)从成为基准的1d偏离(螺纹轴的投影线)，该交点在比基准线1d更偏向上方(由于将公转滚子的轴交角设定得比螺纹导程角大)。

[0071] 而且，在以往例子中，对于如图14所示那样环状槽在下方根切，在本实施方式中，虽然图10示出了在啮合处的两侧形成有间隙而不会发生根切，但图8所示的正弦曲线在与1d的投影线相交的交点处形成有拐点(曲线的上凸起形状与下凹陷形状的转折点)，此处，一般来说，由于拐点具有的属性是，对于该拐点的切线，曲线的一边与另一边存在于不同侧，所以在图14中，切线虽然在1d的上方的正弦曲线上有间隙，但在下方的正弦曲线上切线存在于正弦曲线的右侧。对此，在本实施方式中，由于是从拐点向上方偏离的正弦曲线的位置，如图10所示，所以在该位置的切线在其上方与下方形成有间隙。

[0072] 以上是在齿条杆螺纹1a的右侧齿侧面上发生啮合的方向上，公转滚子21～24进行公转的情况。但在以下相反的情况下也同样进行动作，即在公转滚子上设置环状槽21b～24b，其结果是啮合发生在齿条杆螺纹1a的左侧齿侧面上，上述环状槽21b～24b的两个侧面是分别与图3所示的作为齿条杆螺纹顶的两侧面的两齿侧面相啮合的上述环状面的两个平面。图11、图12是与上述图9、图10相同的说明图。由此可以看出，啮合处位于齿条杆螺纹1a的左侧齿侧面上的情况与位于右侧齿侧面上的情况有所不同(图12中啮合设定处在1d投影线的下侧)。

[0073] 图15总结了以上的情况。组合公转滚子的环状面形成环状槽21b～24b，其结果具有以下效果，即由于将齿条杆螺纹1a的两齿侧面作为啮合处使用(在直线运动方向上使用的齿侧面不同)，所以可以减少作用于一处的负载时间，提高了可靠性。另外，从图15可以看出，啮合处分布在右侧齿侧面时与左侧齿侧面时的各自的直线上(图15中分别称为右侧齿侧面啮合线与左侧齿侧面啮合线)。该啮合分布可产生以下效果：将公转滚子21～24啮合在齿条杆螺纹1上时，若在轴交角增大的方向上施加转矩来固定配置公转滚子21～24(在公转滚子的组装时作为尺寸公差的调整方法)，则由于公转滚子21～24与齿条杆螺纹1的加工误差产生的两啮合线上的间隙将减小。

[0074] 接着利用图22来说明该实施方式的动作。该图22是为了说明动作原理而展示出了齿条杆1的外圆表面的示意图。

[0075] 现在，在图22中，考虑限定于发动机从上向下旋转的情况。支撑部件以齿条杆轴为中心旋转，保持在其上的四根公转滚子也与发动机进行同一旋转。因此，在图22中，公转滚子从上(A位置)向下(B位置)垂直地移动。图22的粗线表示在公转滚子位于A位置的情况下的齿条杆螺纹顶的右侧齿侧面。

[0076] 而且，考虑公转滚子从该A位置只公转δ弧度(rad)，在齿条杆的圆周上只移动δ(齿条轴半径)到达B位置的情况。此时，公转滚子槽的右侧环状面的位置在齿条杆轴向上并不移动，只在展开图的上下方向上移动。因此，当齿条杆在轴向(展开图上的左右方向)上只移动δ·(齿条杆轴半径)·tan(齿条杆螺纹导程角)时，螺纹顶右齿侧面向左移动到达虚线的位置，从而保证公转滚子槽与齿条杆螺纹的啮合。这样便产生旋转直线运动变换。

[0077] 另外，若δ为2π，则相当于发动机每旋转一圈的齿条移动量M(以后，称为机构间距)为M＝2π·(齿条杆轴半径)·tan(齿条杆螺纹导程角)。从该公式可看出，通过减小齿条杆螺纹导程角，可以增大减速比。

[0078] 另外，啮合处在公转滚子一侧的环状面与齿条杆一侧的螺纹面，成为曲率小(近似于平面)的面彼此之间的啮合。因此，由于啮合时的弹性变形而在很大范围上产生接触，所以可以抑制产生的应力(赫兹应力)的最大值。因此有以下效果，即每个啮合处的负荷载重增大，紧压的同时可以产生大的推力。即，在现有技术的滚珠丝杠机构中，滚珠和螺纹为点接触，与其相对，在本实施方式中，由于通过齿条杆螺纹与公转滚子的啮合时的近似于平面的接触，另外通过两者的弹性形变而实现的大范围上的接触，所以可以抑制产生应力的最大值。

[0079] 另外，在啮合处，摩擦力作用在相对滑动消失的方向上，即在一体运动的方向上。通过该摩擦力，公转滚子产生自转，以使该公转滚子槽在被称为齿条杆螺纹顶的导轨上滚动。这里重要的是，即使公转滚子自转，在啮合处，公转滚子槽在轴向上也不移动。这是通过公转滚子槽不是螺纹而是环状槽而实现的。这样由于公转滚子控制了自身的转速以使减少了在全部啮合处的摩擦的和，所以有减少损失和提高效率的效果。总结以上说明，可以把本发明看成是把螺母分割成旋转自由的滚子来实现滚动接触的方法。

[0080] 但是，在使齿条杆1产生推力的情况下，其反作用力作用于齿条杆1的轴向上，该反作用力最终作用于齿条杆螺纹1a与各公转滚子的公转滚子槽21b～24b的啮合处。此时，在该实施方式中，由于在一根公转滚子上设置了多个公转滚子槽，所以仅通过槽数使得啮合处变多，其结果是可以承受较大的负载。另外，在该实施方式中，由于设置了多根(这里是四根公转滚子21～24)公转滚子，所以进一步增加了啮合处，这样该部分可以承受大负载，其结果是能够产生大的齿条推力。

[0081] 而且，在该实施方式中，由于在齿条杆1的周围以等角度间隔设置公转滚子21～24，所以在作用于各个公转滚子的力中，作用于径向(以齿条杆轴1d为中心的径向)的分力互相抵消，不向外显现出来，其结果是降低了支撑向心轴承3f的负载，可以使用小负载容量的轴承，能够有助于成本的降低与小型化，且，由于减小了由此产生的摩擦损失，也能够有助于性能的提高。

[0082] 此处，若考虑将公转滚子21～24装入支撑部件3时(是本实施方式的特征，以将公转滚子的轴交角设为比齿条杆螺纹的导程角大的结构为前提，作为尺寸公差的调整方法)，此时，首先，将与支撑端板3b一体形成的支撑连接部3d用支撑连接螺栓7与发动机侧支撑端板3c临时固定并作为组件，将其插入支撑部件壳6a，在其中央拧入齿条杆1。

[0083] 接着，此后，一旦临时固定的支撑连接螺栓7松动，稍微拧紧发动机端支撑端板3c，调整公转滚子轴与齿条杆轴的两条轴的角度，在减小啮合处的间隙之后再次连接。这样，此处，由于随着间隙减小轴承部的摩擦增大，所以虽然进行了适度的扭转，但这意味着在组装的最终阶段，能够容易地进行间隙与效率的调整，因此，该实施方式具有能够降低间隙的程度与效率的零散偏差的优点。在转向装置中，所谓的避免间隙意味着即使切断控制，也可以避免方向盘毫无反应的所谓不灵敏区的存在，能够有助于方向感的改善。

[0084] 另外，在该实施方式中，将发动机5的定子5b设置在壳6一侧，将转子5a设置在支撑部件3一侧，并且虽然图中未示出，但就像已经说明的那样，由于设置有只允许齿条杆1直线运动而阻止其旋转的小齿轮103，所以该齿条杆1不旋转，只进行直线运动，因此，没有向安装在齿条杆1端部的转向横拉杆105传递旋转力的担心，有使用方便的优点。

[0085] 接着基于图16、图17说明本发明的第二实施方式。图16是公转滚子与支撑部件的组件的侧视图，图17是其截面图。沿着相对于齿条杆被旋拧配置的公转滚子21～24形成支撑连接部，除了形成支撑扭转连接部3e外，由于其余的与已经说明的第一实施方式相同，所以省略对于其他的部分的结构、动作及效果的说明。该连接部的形状也可以是：从与支撑端板3b形成一体的中间实体上，在旋拧配置公转滚子的部分将公转滚子的外径稍微扩大的圆柱挖通而残留下的形状。这样，与第一实施方式的支撑连接部相比，由于能够容易确保截面面积，所以可以减小外径。其结果是，由于能够减小成为旋转部的作为该组件的旋转轴的中心轴周围的转动惯量，所以有提高对指令的反应性、动作控制很容易的特有的效果。

[0086] 接着，基于图18至图20说明本发明的第三实施方式。图18是把轴通过公转滚子21～24的内部，内部装有公转滚子向心轴承21f～24f的装配图。由于使该轴承担支撑连接部的作用，所以称该轴为滚子内装支撑连接部3f。另外，图19是公转滚子与支撑部件的组件的侧视图，也是将滚子内装支撑连接部3f的安装位置设为截面的示意图。图20是其横截面图。除此以外，由于其余的与已经说明的第一及第二实施方式相同，所以省略对于其他的部分的结构、动作及效果的说明。

[0087] 由于在公转滚子的内部设置支撑连接部，所以与上述第二实施方式相比有进一步减小转动惯量，进一步提高对指令的反应性、动作控制更容易的特有的效果。另外，由于除了公转滚子以外，不需要连接两支撑端板3b、3c的部件空间，所以有能够增加公转滚子的设置加工根数，能够实现更大推力化的效果。在本实施方式中，虽然内装的公转滚子轴承只使用向心轴承，但也可以用兼有推力轴承功能的角接触球轴承或圆锥滚子轴承。这样的话有以下效果，即可以使滚子轴端的结构简单化，使公转滚子的轴向的定位调整结构简单化。另外，在本实施方式中，虽然使用滚针轴承作为公转滚子向心轴承，但当然也可以使用球轴承或滚子轴承。

[0088] 在以上的说明中，是有四根公转滚子的情况，但并不限于此，几根都可以。理想的是有三根。另外，任意一个公转滚子、例如对于公转滚子21～24，虽然它们的直径与齿条杆1的直径大致相等，作为本发明的实施方式，只要强度允许，可以使公转滚子的直径设定得比齿条杆的直径小。而且，在这种情况下，可以进一步增多公转滚子的根数，这样也可以与要求更大的推力的情况相对应。

[0089] 这样在本发明中，第一个目的在于在确保高可靠性的同时谋求大推力化，另外，第二个目的在于即使部件精度在一定程度上降低但也能减少间隙，为了达到这样的目的，本发明包括以下的实施方式。

[0090] 第一个目的涉及一种旋转直线运动变换机构，其包括圆形柱状齿条杆、支撑在该齿条杆周围并可以与该齿条杆做相对旋转的支撑部件、可以旋转地由该支撑部件支撑的公转滚子、及使上述杆与上述支撑部件相对旋转的旋转驱动源，其通过第一方式来达成，该第一方式为：在上述齿条杆的外圆面上具有螺纹，把相对于齿条杆轴的上述公转滚子的轴交角设定得比该齿条杆螺纹的导程角大，在该公转滚子的外圆面上配有与上述齿条杆螺纹的齿侧面相啮合的环状面(本申请的附图所示的多个环状槽或单一的环状槽不是本发明的必要条件)。另外，通过上述第一方式的同时，并通过第二方式达成，该第二方式是在该公转滚子的外圆面上具有环状槽(单一的环状槽)，该环状槽以分别与作为齿条杆螺纹顶的两侧面的两个齿侧面相啮合的上述环状面两个面为两侧面。

[0091] 而且，通过上述第二方式的同时，通过具有多个上述环状槽的第三方式也能达成。另外，通过上述第一至第三方式的同时，通过第四方式也能达成，该第四方式是：在上述公转滚子轴与上述齿条杆轴的共同平面内，将通过上述啮合处的齿条杆螺纹螺线向通过该啮合处的平面投影而得到平面曲线，在考虑上述平面曲线时，将该啮合处设置于在此切线与上述公转滚子轴垂直的地方。

[0092] 另外，上述第二个目的在通过上述第四方式的同时，通过第五方式也能到成，该第五方式的结构是：在将上述公转滚子与上述齿条杆螺纹相啮合固定时，在公转滚子的轴交角增大的方向上，可以一边施加力或转矩，一边进行固定配置。

[0093] 另外，上述第一及第二个目的通过以下方法达成：在旋转直线运动变换机构中，其包括圆形柱状齿条杆、支撑在该齿条杆周围并可以与该齿条杆做相对旋转的支撑部件、可以旋转地由该支撑部件支撑的公转滚子、及使上述杆与上述支撑部件相对旋转的旋转驱动源，其中，在上述齿条杆的外圆面上具有螺纹，把相对于齿条杆轴的上述公转滚子的轴交角设定得比该齿条杆螺纹的导程角大，在该公转滚子的外圆面上配有多个环状槽，并使每个齿侧面的啮合处分布在与上述齿条杆轴相平行的直线上，上述环状槽以分别与作为齿条杆螺纹顶的两侧面的两齿侧面相啮合的环状面为侧面。