JP2000053004A - ボールねじ式舵取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】舵取機構を中立位置に戻すときに、中立位置に
到達する前に、操舵トルクがピークに達する。 【解決手段】第１の凸部材１２をボールナット５の軸長
方向Ｘに遊動可能に支持する。舵取機構を中立位置に戻
す操舵がなされると、ボールナット５が軸長方向Ｘに沿
う移動方向Ｙに移動する。第２の凸部材１０ａと当接し
た第１の凸部材１２が移動方向Ｙの反対方向Ｚへ移動す
る。皿ばね１３を圧縮ストロークさせるポイントをずら
し、操舵トルクのピークを中立位置に相当するボールナ
ット５の移動位置にて得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、舵輪から舵取機構
への伝動手段としてボールねじ機構を用いたボールねじ
式舵取機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじ式舵取装置では、舵輪（ステ
アリングホイール）に連なるボールねじ軸と舵取機構に
連なるクロスシャフトとを、ギアハウジングの内部に、
互いに交叉させて支持している。舵輪の操作に応じてボ
ールねじ軸が回動されると、このボールねじ軸に螺合す
るボールナットが軸長方向に移動され、このボールナッ
トの外周に形成されたラック歯と噛み合うセクタ歯車が
揺動される。これにより、クロスシャフトが移動され
て、ギアハウジングの外側へ突出しているクロスシャフ
トの端部に連結されたピットマンアームを介して舵取機
構が駆動されるようになっている。

【０００３】ところで、自動車の走行安定性の向上のた
めには、舵取機構が中立点にある直進走行時に、舵輪に
ガタつきがなく、適度の剛性が付与されることが必要で
ある。ボールねじ式舵取装置における舵輪のガタつき
は、主として、ボールナット外側のラック歯と、クロス
シャフトに形成されたセクタ歯車との噛合すきま（バッ
クラッシ）に起因する。

【０００４】そこで、組立段階において、ラック歯とセ
クタ歯車とを所定の予圧下にて噛合させることも考えら
れるが、摩耗による経時的なバックラッシの増大は避け
がたい。このような問題を解決するため、弾性部材によ
ってボールナットを軸心回りに回転付勢することによ
り、ラック歯とセクタ歯車との噛合部に噛み合い負荷を
与えるプリロード付与手段を有するボールねじ式舵取装
置が種々提供されている。例えば、このプリロード付与
手段として、ギアハウジングに進退自在に支持されたプ
ッシュロッドと、ボールナットが舵取機構の中立点に相
当する移動位置にあるときに、上記プッシュロッドを上
記突出部側へ付勢する圧縮コイルばねとを備えるものが
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような舵取装置で
は、圧縮コイルばねにより付勢されたプッシュロッドが
ボールナットに押圧されるので、ボールナットの移動に
伴ってプッシュロッドがボールナットに摺動抵抗を与え
る結果、舵輪を介して入力軸に負荷される操舵トルクが
増大する。

【０００６】特に、舵取機構の中立位置に相当する位置
へボールナットが移動するときであって、圧縮コイルば
ねが縮まろうとするときに、操舵トルクが急激に増大す
る。このため、図９に示すように、舵取機構が中立位置
に到達する前に、操舵トルクがピークに達するという問
題がある。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであ
り、舵取機構が中立位置に達するときに操舵トルクがピ
ークになるボールねじ式舵取装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の課題解決手段として、請求項１記載の発明の態様は、
入力軸の回動に伴うボールねじ軸の回動を、ギアハウジ
ング内でのボールナットの軸長方向の移動に変換し、ボ
ールナットの外周に形成されたラック歯に噛み合うセク
タギアを介して舵取機構に伝達するボールねじ式舵取装
置において、上記ボールナットを介してラック歯とセク
タ歯車との噛合部に噛み合い負荷を与えるプリロード付
与手段を備え、このプリロード付与手段は、ギアハウジ
ングおよびボールナットにそれぞれ設けられ、舵取機構
の中立位置に対応するボールナットの移動位置にて互い
に押圧される一対の凸部材と、これらの凸部材同士が互
いに押圧されるように付勢する付勢部材とを含み、入力
軸に負荷されるトルクが上記中立位置に対応する入力軸
の回動位置にて最大となるように、一方の凸部材の少な
くとも頂部が、ボールナットの軸長方向に所定量遊動可
能に支持されていることを特徴とするものである。

【０００８】本態様では、例えば、上記一方の凸部材が
ボールナットに支持されている場合、ボールナットが上
記中立位置に相当する移動位置へ移動しようとすると、
上記一方の凸部材の少なくとも頂部が、ボールナットの
移動方向の反対方向へ移動する。これにより、操舵トル
クの増大する位置をずらし、中立位置に相当する位置
で、操舵トルクがピークを迎えるようにすることができ
る。

【０００９】ここで、上記一方の凸部材はギアハウジン
グおよびボールナットに何れに支持されていても良い。
また、凸部材の少なくとも頂部がボールナットの軸長方
向に遊動可能であるとは、凸部材全体がボールナットの
軸長方向に沿って移動できるものであっても良いし、凸
部材がボールナットの軸長方向に沿って傾動できるもの
であっても良いという趣旨である。

【００１０】また、請求項２記載の発明の態様は、請求
項１において、上記一方の凸部材は上記付勢部材の付勢
力に抗してボールナットの軸長方向に傾動可能であるこ
とを特徴とするものである。本態様では、中立位置に相
当する移動位置へボールナットが移動するときに、上記
一方の凸部材が傾く。これにより、操舵トルクのピーク
が中立位置に相当する位置で発生するようにする。

【００１１】請求項３記載の発明の態様は、請求項２に
おいて、上記付勢部材は孔付き円板状の皿ばねからな
り、上記一方の凸部材は皿ばねによって受けられる球面
部を含むことを特徴とするものである。本態様では、上
記一方の凸部材の球面部を皿ばねによって受けるので、
特に難しい位置合わせをすることなく、皿ばねの付勢力
によって上記一方の凸部材を非傾動姿勢に容易に付勢す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい態様を添付図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１の実施の形
態とのしてボールねじ式舵取装置の要部を示す縦断面図
であり、図２は参照して、図１のII−II線に沿う横断面
図である。これらの図において、２はギアハウジングで
あり、このギアハウジング２内には、ボールねじ軸３と
クロスシャフト４とが相互に所定間隔を隔てて交叉する
状態で配置されている。これらボールねじ軸３とクロス
シャフト４はそれぞれの軸心回りに回動自在に支持され
ている。

【００１３】ボールねじ軸３は、軸長方向への摺動自在
にギアハウジング２の内部に保持されたボールナット５
に挿入されている。ボールねじ軸３とボールナット５と
は、両者３，５間に介在する多数のボール３０，３０…
を介して互いに螺合し、ボールねじ機構を構成してい
る。ボールナット５の外面には、軸長方向の適宜の長さ
範囲にわたってラック歯５０が形成されており、このラ
ック歯５０は上記クロスシャフト４の中途に設けられた
セクタ歯４０に噛合されている。

【００１４】ボールねじ軸３は、後述するように入力軸
８を介してギアハウジング２の外側に延設されて、図示
しない舵輪に連結されている。また、ギアハウジング２
の外側へ突出するクロスシャフト４の端部は、図示しな
い舵取機構に連結されている。そして舵取りのために舵
輪の回動操作が行われた場合、これに伴ってボールねじ
軸３が回動し、この回動がギアハウジング２の内部での
ボールナット５の軸長方向の移動に変換され、この移動
が、ラック歯５０とセクタ歯車４０との噛合部を介して
クロスシャフト４の回動に変換され、舵取機構に伝達さ
れて舵取りが行われるようになっている。

【００１５】なお、図示のボールねじ式舵取装置は、前
述の如き舵取り動作をパワーシリンダの発生力により補
助する動力舵取装置（パワーステアリング装置）を構成
してなる。上記パワーシリンダは、ボールナット５の外
周溝に嵌め入れられたシール部材５ａによりギアハウジ
ング２の内部を軸長方向に２分割し、ボールナット５の
両側に液密に封止された一対の圧油室Ｓ１，Ｓ２を形成
してなる油圧シリンダである。両圧油室Ｓ１，Ｓ２間に
生ずる圧力差によってボールナット５を押圧して、この
ボールナット５の移動に応じて前述の如く行われる舵取
りを補助する構成となっている。

【００１６】上記圧油室Ｓ１，Ｓ２への送給油圧を制御
する油圧制御弁７は、ギアハウジング２の一側に同軸的
に連結された筒形のバルブハウジング２０の内部に構成
されている。図１に示す如くボールねじ軸３は、バルブ
ハウジング２０の連設側端部に嵌着されたスラスト軸受
２１により支持されている。ボールねじ軸３の端部に
は、バルブハウジング２０の他側から挿入された中空の
入力軸８の先端部が適長嵌入され、これらは、入力軸８
の中空部に内挿されたトーションバー７０を介して同軸
的に連結されている。上記油圧制御弁７は、バルブハウ
ジング２０の内部に支承されてボールねじ軸３の端部に
連結された筒形のバルブボディ７ａの内側に、入力軸８
の外周に一体的に形成された弁体７ｂを遊嵌して構成さ
れる。

【００１７】バルブハウジング２０の外側に突出する入
力軸８の他端は、前述の如く舵輪に連結されており、舵
輪操作がなされた場合、入力軸８に加わる操舵トルクに
応じてトーションバー７０に捩じれが生じ、これに伴っ
て、ボールねじ軸３及びバルブボディ７ａと入力軸８及
び弁体７ｂとの間に相対角変位が生じる。油圧制御弁７
は、この相対角変位を利用して油圧の給排動作をなす公
知のものであり、具体的には、図示しない油圧源からポ
ンプポート７ｃを介して送給される圧油を、ボールナッ
ト５両側の圧油室Ｓ１，Ｓ２の一方に、上記相対角変位
に応じて、すなわち、舵輪に加わる操舵トルクに応じて
選択的に振り分け、これに伴って、他方の圧油室Ｓ１，
Ｓ２から還流する油をタンクポート７ｄを経て油タンク
に排出する動作をなす。

【００１８】図２に示す如くクロスシャフト４中途のセ
クタ歯車４０は、軸長方向に対して傾斜した面に形成さ
れている。このセクタ歯車４０とボールナット５の外面
のラック歯５０との噛合隙間（バックラッシ）は、クロ
スシャフト４を軸長方向に移動させることにより調整で
きるようになっている。ギアハウジング２の内側に配置
されるクロスシャフト４の一端部には、この一端部に対
向してギアハウジング２に螺合された調節ねじ９の先端
が突き当ててあり、この調節ねじ９の回転に応じてクロ
スシャフト４を軸長方向に移動させ得るようになってい
る。

【００１９】本舵取装置の組立時に、クロスシャフト４
をギアハウジング２内に支持し、ラック歯５０にセクタ
歯車４０を噛合させた後、上記調節ねじ９を回転させて
クロスシャフト４を移動させることにより、セクタ歯車
４０とラック歯５０との初期の噛み合わせ調節が行え
る。ところが、このような噛み合わせ調節を行った場合
においても、ラック歯５０とセクタ歯車４０との噛合部
には両者の摩耗に伴って経時的なバックラッシの増大が
生じ、中立点での舵輪剛性の低下を招来する問題があ
る。本実施の形態では、中立点における舵輪剛性の経時
的な低下を補償して走行安定性を確保するために、プリ
ロード付与機構１が備えられている。このプリロード付
与機構１は、ギアハウジング２の周壁に形成されたねじ
孔にねじ込まれてこれを貫通するねじ棒１０を含んでい
る。このねじ棒１０は頭部に連続するねじ部１０ｂの先
端にギアハウジング２内に突出するロッドからなる第２
の凸部材１０ａを有している。この第２の凸部材１０ａ
の先端は半球面状をなしている。

【００２０】また、プリロード付与機構１は、図１に示
すようにボールナット５の軸長方向Ｘの略中央部であっ
てボールナット５の軸心から偏った位置（図２参照）
に、図３に示すような円孔からなる収容孔１１を形成し
ている。この収容孔１１には、凸部突き円板からなる第
１の凸部材１２が、孔の深さ方向に進退自在に収容され
ており、この第１の凸部材１２の底部１２ａと収容孔１
１の底部１１ａとの間に、第１の凸部材１２を進出方向
に付勢する付勢手段としての孔付きの皿ばね１３が収容
されている。１４は収容孔１１の入口縁部近傍の内周面
に形成された周溝１５に嵌め合わされた止め輪である。

【００２１】第１の凸部材１２は円板の一の表面の中央
部が略円錐状に盛り上がった形状をしており、その頂部
１２ｂは半球面状を呈している。第１の凸部材１２の外
周縁は止め輪１４と共に上記の周溝１５内に収容されて
いる。周溝１５は第１の凸部材１２の所定量の進退移動
を許容できるだけの溝幅を有している。また、第１の凸
部材１２の外径は、支持孔１１の入口径よりも若干小さ
めに設定されており、組立時に第１の凸部材１２を支持
孔１１内へ容易に導入できるようになっている。

【００２２】第１の凸部材１２の外径は、周溝１５の溝
底径よりも所定量小さくされており、したがって、第１
の凸部材１２の外縁部と周溝１５の溝底面との間には所
定量の隙間が設けられており、この隙間の分だけ、第１
の凸部材１２がボールナット５の軸長方向Ｘに遊動可能
となっている。図４は舵取機構を中立位置に戻す操舵が
なされて、ボールナットが中立位置に相当する移動位置
に戻る直前の状態を示している。図４に示すように、ボ
ールナット５が上記中立位置に相当する移動位置へ軸長
方向Ｘに沿う移動方向Ｙに沿って移動しようとすると、
第１の凸部材１２が、ボールナット５の移動方向Ｙの反
対方向Ｚへ移動する。その結果、皿ばね１３を圧縮スト
ロークさせるポイントをずらして操舵トルクの増大する
位置をずらせるので、図５に示すように、中立位置に相
当する位置で、入力軸トルク（操舵トルク）がピークを
迎えるようにすることができる。

【００２３】本実施の形態によれば、ボールナット５が
舵取機構の中立位置に相当する移動位置へ移動するとき
に、第１の凸部材１２がボールナット５の移動方向に遊
動することにより、皿ばね１３を圧縮ストロークさせる
タイミングを遅らすことができる。その結果、舵取機構
の中立位置に相当する位置で、入力軸トルク（操舵トル
ク）のピークを達成することができる。

【００２４】第１の凸部材１２が凸部付き円板からな
り、且つ凸部も頂部が球面の一部をなす円錐台形状をし
ているので、第１の凸部材１２の組み込みに関して、特
に難しい位置合わせをする必要がなく、組立が容易であ
る。図６（ａ）および（ｂ）は本発明の第２および第３
の実施の形態を示している。図６（ａ）を参照して、第
２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、周溝
１５に、第１の凸部材１２の円板周縁を収容せず、止め
輪１４のみを収容している点である。第１の凸部材１２
の外周縁部と収容孔１１の内周面との間に第１の凸部材
１２を遊動させるための環状の隙間が設けられている点
は同様である。

【００２５】次いで図６（ｂ）を参照して、第３の実施
の形態が第２の実施の形態と異なるのは、皿ばね１６の
外周縁部１６ａによって、第１の凸部材１２の底面１２
ａを受けるようにした点である。皿ばね１６が第１の凸
部材１２を受けるスパンを長くでき、第１の凸部材１２
を安定して支持することができる。また、皿ばね１６の
外周縁部１６ａは平坦面に形成され、第１の凸部材１２
をより安定して支持できるようにされている。

【００２６】図７（ａ），（ｂ）は第４の実施の形態を
示している。これらの図を参照して、本第４の実施の形
態が第１〜第３の実施の形態と主に異なるのは、第１の
凸部材１７の底面１７ａを球面部として構成した点であ
る。また、止め輪１４が収容孔１１の入口縁部に形成さ
れた環状凹部１８に嵌め入れられ、第１の凸部材１７の
抜け止めとされている。

【００２７】本第４の実施の形態では、ボールナット５
が舵取機構の中立位置に相当する移動位置へ移動すると
きに、図７（ｂ）に示すように第１の凸部材１７がボー
ルナット５の移動方向の反対方向に傾くことにより、皿
ばね１３を圧縮ストロークさせるタイミングを遅らすこ
とができる。その結果、舵取機構の中立位置に相当する
位置で、入力軸トルク（操舵トルク）のピークを達成す
ることができる。

【００２８】また、第１の凸部材１７の球面部としての
底面１７ａを、円孔付きの皿ばね１３によって受けるの
で、特に難しい位置合わせをすることなく、皿ばね１３
の付勢力によって第１の凸部材１７を図７（ａ）に示す
直立姿勢（非傾動姿勢）に容易に付勢することができ
る。したがって、第１の凸部材１７の挙動が安定し、操
舵トルクのピークを確実に中立位置に対応させることが
できる。

【００２９】次いで、図８は本発明の第５の実施の形態
を示している。図８を参照して、本第５の実施の形態で
は、ギアハウジング２を貫通する装着孔２ｂの内奥部に
円筒状のガイド筒２１が嵌め入れられ、このガイド筒２
１の軸長方向への摺動自在に第２の凸部材としてのプラ
ンジャ２２が収容されている。装着孔２ｂの入口から延
びるねじ部に螺合させた押さえ筒２３によってガイド筒
２１を押さえてあり、この押さえ筒２３の底部とプラン
ジャ２２の後端との付勢部材としての圧縮コイルばね２
４を介在させてある。

【００３０】一方、ボールナット５に形成された収容孔
１１には、第１の凸部材１２のみが収容され止め輪１４
によって抜け止めされている。第１の凸部材１２は収容
孔１１の深さ方向への進退を規制され、ボールナット５
の軸長方向への遊動のみを許容されている。第１の凸部
材１２の平坦面からなる底面１２ａは収容孔１１の底面
１１ａによって遊動を案内される。

【００３１】本第５の実施の形態においても、前記の各
実施の形態と同様にして、操舵トルクのピークを確実に
中立位置に対応させることができる。また、押さえ筒２
３を取り外して付勢部材としての圧縮コイルばね２４を
ばね特性の異なるものに変更したり、或いは押さえ筒２
３の底と圧縮コイルばね２４の座面との間にシムを挟ん
で圧縮コイルばね２４の初期荷重を変更したりすること
により、舵取装置の組立後であっても、容易に外側から
予圧調整が行える。なお、本第５の実施の形態におい
て、圧縮コイルばねに代えて皿ばねを用いても良い。

【００３２】また、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば、皿ばねとしては一枚であっ
ても良いし、複数枚を重ねて用いても良い。また、遊動
可能な部材としての第１の凸部材を、ギアハウジング２
側に設けても良く、その他、本発明の範囲で種々の変更
を施すことができる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、ボールナット
が舵取機構の中立位置に相当する移動位置へ移動しよう
とするときに、操舵トルクの増大するポイントをボール
ナットの移動方向へずらすことにより、中立位置に相当
する位置で操舵トルクがピークを迎えるようにすること
ができる。

【００３４】請求項２記載の発明では、ボールナットが
中立位置に相当する移動位置へ移動するときに、一方の
凸部材が傾くことにより、操舵トルクの増大するポイン
トをボールナットの移動方向へずらし、これにより、中
立位置に相当する位置で操舵トルクがピークを迎えるよ
うにする。請求項３記載の発明では、上記一方の凸部材
の球面を皿ばねによって受けるので、特に難しい位置合
わせをすることなく、皿ばねの付勢力によって一方の凸
部材を非傾動姿勢に容易に付勢することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボールねじ式舵取装置の要部を示す縦
断面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う横断面図である。

【図３】図２のIII −III 線に沿う拡大断面図である。

【図４】図３の状態からボールナットが中立位置に相当
する移動位置の直前まで移動した状態を示す拡大断面図
である。

【図５】入力軸の回転角とトルクとの関係を示すグラフ
図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の第２お
よび第３の実施の形態のプリロード付与機構の要部の断
面図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明の第４の実施の形
態のプリロード付与機構の要部の断面図であり、（ａ）
は操舵時に対応し、（ｂ）は中立位置直前の状態に対応
している。

【図８】本発明の第５の実施の形態のプリロード付与機
構の要部の断面図である。

【図９】従来のボールねじ式舵取装置における入力軸の
回転角とトルクの関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ プリロード付与機構 ２ ギアハウジング ３ ボールねじ軸 ４ クロスシャフト ５ ボールナット ８ 入力軸 １０ ねじ棒 １０ｂ 第２の凸部材 １１ 収容孔 １２ 第１の凸部材 １２ｂ 頂部 １３ 皿ばね（付勢部材） １４ 止め輪 １５ 周溝 １６ 皿ばね １７ 第１の凸部材 １７ｂ 底面（球面部） ２１ ガイド筒 ２２ プランジャ（第２の凸部材） ２３ 押さえ筒 ２４ 圧縮コイルばね（付勢部材） ４０ セクタ歯 ５０ ラック歯

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力軸の回動に伴うボールねじ軸の回動
   を、ギアハウジング内でのボールナットの軸長方向の移
   動に変換し、ボールナットの外周に形成されたラック歯
   に噛み合うセクタギアを介して舵取機構に伝達するボー
   ルねじ式舵取装置において、 上記ボールナットを介してラック歯とセクタ歯車との噛
   合部に噛み合い負荷を与えるプリロード付与手段を備
   え、 このプリロード付与手段は、ギアハウジングおよびボー
   ルナットにそれぞれ設けられ、舵取機構の中立位置に対
   応するボールナットの移動位置にて互いに押圧される一
   対の凸部材と、これらの凸部材同士が互いに押圧される
   ように付勢する付勢部材とを含み、 入力軸に負荷されるトルクが上記中立位置に対応する入
   力軸の回動位置にて最大となるように、一方の凸部材の
   少なくとも頂部が、ボールナットの移動方向に所定量遊
   動可能に支持されていることを特徴とするボールねじ式
   舵取装置。
2. 【請求項２】上記一方の凸部材は上記付勢部材の付勢力
   に抗してボールナットの移動方向に傾動可能であること
   を特徴とする請求項１記載のボールねじ式舵取装置。
3. 【請求項３】上記付勢部材は孔付き円板状の皿ばねから
   なり、上記一方の凸部材は皿ばねによって受けられる球
   面部を含むことを特徴とする請求項２記載のボールねじ
   式舵取装置。