JP2000225956A

JP2000225956A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2000225956A
Application number: JP2772099A
Authority: JP
Inventors: Isamu Yoshida; 勇吉田; Kiyoshige Yamauchi; 清茂山内
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】部品点数の減少、組立工数の削減とコストダ
ウン、装置全体のコンパクト化、円滑な作動が保証され
る電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】操舵軸２１に一体化されるボールねじ軸
１０と、電動モータ２４のロータ部２４ａに嵌合する回
転ナット１１と、該ボールねじ軸１０の外径１０ａと該
回転ナット１１の内径１１ａとの間に形成された螺旋状
のボール転動路１２に連なって配置され、該回転ナット
１１と該ボールねじ軸１０との間で力を伝達するための
複数のトルク伝達用のボール１３とからなり、該ボール
１３を循環させるために、ボール循環用の貫通穴１５を
前記回転ナット１１の軸方向に貫通して形成すると共
に、該回転ナット１１の両端にエンドキャップ１４ａ、
１４ｂを装着し、該エンドキャップ１４ａ、１４ｂに前
記貫通穴１５の端部と前記ボール転動路１２とを連通さ
せるボール１３の反転路１７ａ、１７ｂを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車の電動パワー
ステアリング装置に関し、特にボールねじを介して電動
モータの出力を同軸上のラック部に伝達するようにした
ラックピニオン式電動パワーステアリング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車のハンドル操舵力をアシストする
動力を、電動モータから得る電動パワーステアリング装
置には種々な形式のものがあるが、ラックピニオン式電
動パワーステアリング装置としては、例えば、特開平９
−１４２３１５号公報（コマ循環方式のボールねじ機構
採用）、特開昭５４−４７２３６号公報（チューブ循環
（サーキュレーター）方式のボールねじ機構採用）等が
ある。また、電動モータの出力をラック部に伝達するボ
ールねじにおいても種々な形式がある。

【０００３】特開平９−１４２３１５号公報のものは、
図７の（Ａ）に示すように、外ねじ溝１０４ａが形成さ
れた軸１０４の周りにボールスクリューナット１１０が
設けられ、ボールスクリューナット１１０の内周に形成
された内ねじ溝１１０ｂは、外ねじ溝１０４ａと対向し
て、介在するボール１１２の転動路を形成している。ボ
ールスクリューナット１１０には、隣接する内ねじ溝１
１０ｂ同士を連結する通路であるコマ１１０ｄが配置さ
れている。ここでボールスクリューナット１１０は軸１
０４に対して相対的に回転すると、ねじ溝からの反力に
より軸１０４はボールスクリューナット１１０に対して
軸方向に移動する。ボール１１２は、ボールスクリュー
ナット１１０の回転と軸１０４の移動に伴い、ねじ溝に
沿って転進して転動路から出てしまうため、回転量に応
じてボールを新たに補充してやる必要がある。そこでコ
マ１１０ｄを設けることにより、ねじ溝に沿って転進し
てきたボール１１２を、コマ１１０ｄを介してねじ溝に
戻してやることができる。

【０００４】一方、特開昭５４−４７２３６号公報のも
のは、図７の（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ボールナット
２の軸方向長さＬＡまたはＬＢの範囲のボール群、すな
わち２列のボール群の内、何れか一方のボール群が、ボ
ールねじ溝の間に介在する軸方向長さに対応する範囲で
ボールねじ軸１に形成されるねじ溝を転動する。ボール
ナット２に設けた２列のサーキュレーター６Ａ、６Ｂに
それぞれ案内されて循環する２列のボール３Ａ、３Ｂ群
を、ボールナット２のねじ溝２ａと、ボールねじ軸１の
ねじ溝１ａ、１ｂとの間に介装し、その何れか一方のボ
ール群３Ａの各ボールの直径を他のボールの直径より適
度に大径に形成して、自動車の直進走行時に大径のボー
ル群がボールナット２のねじ溝２ａと、ボールねじ軸１
の大径部ｄ₁のねじ溝１ａとの間で転接し、小径のボー
ル群３Ｂがボールナット２のねじ溝２ａと、ボールねじ
軸１の小径部ｄ₂のねじ溝１ｂとの間に転接するように
設定されている。したがって、サーキュレーター６Ａに
案内される大径のボール群３Ａが、ボールナット２のね
じ溝２ａと、ボールねじ軸１の大径部ｄ₁のねじ溝１ａ
との間に、すきまゼロの状態で介在している。そして自
動車の操向操作により、ハンドルを右または左に回動し
てボールねじ軸１を回転させると、各ねじ溝とボール群
３Ａ、３Ｂを介してボールナット２が右または左に移動
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記コマ循環方式のボ
ールねじ機構を採用するものは、ボールねじナットの外
径を小さくできる利点はあるが、別体のコマをナットの
外径切除部に嵌合装着しているため、構成部品の点数が
多く、また、ナット外径に循環部品であるコマが配され
るため、ボールねじナット外径にモータや軸受等を嵌合
させることが困難である。また、チューブ循環（サーキ
ュレーター）方式のボールねじ機構を採用するものは、
ボールねじ内部を循環するボールの径が同じ場合、ボー
ルねじナットの外径が大きくなり、自動車等のステアリ
ング装置においては装置全体のスペースが拡大するとい
う課題が残る。また、ナット外径にラック等を設ける場
合、加工部が限定されるため、電動パワーステアリング
のステアリング中立位置に合わせたボールねじの位相管
理が必要となる。

【０００６】本発明は、上記のような従来の電動パワー
ステアリング装置の問題点を解消することを目的とし、
円滑な作動が保証される電動パワーステアリング装置を
提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電動パワーステ
アリング装置は、ハウジングと、車輪を操舵する操舵機
構に連結された操舵軸と、ハンドルからの回転力を、該
操舵軸を長手方向に移動させるための力に変換する変換
機構と、前記操舵軸に一体に設けられたボールねじ機構
と、該ボールねじ機構の回転ナットに嵌合された電動モ
ータを主たる構成とした電動パワーステアリング装置に
おいて、前記ボールねじ機構が、外径に螺旋状のボール
転走面が形成されたボールねじ軸と、該ボールねじ軸の
ボール転走面に対向して内径に螺旋状のボール転走面が
形成された回転ナットと、該ボールねじ軸の螺旋状のボ
ール転走面と該回転ナットの螺旋状のボール転走面との
間に形成されたボール転動路に連なって配置され、該回
転ナットと前記操舵軸との間で力を伝達するための複数
のトルク伝達用のボールとからなり、前記ボール転動路
の両端を連通するボール循環用通路を前記回転ナットと
該回転ナットの両端に装着したエンドキャップとで形成
したことを特徴とする。

【０００８】上記ボール循環用通路は、回転ナットの軸
方向に形成した貫通穴と、該貫通穴の端部と前記ボール
転動路とを連通させるために前記回転ナットの端面とこ
の端面に当接する前記エンドキャップの内側端面との何
れか一方又は両側に跨って形成した反転路とで構成す
る。

【０００９】本発明の上記構成によれば、回転ナットの
外径部にボール循環機構が突出しないため、ボールねじ
機構の回転ナットの外径を小さくでき、しかも、ボール
の循環を円滑化でき、さらに、部品点数の減少、組立工
数の削減、コストダウン等が図れる。

【００１０】また、本発明の電動パワーステアリング装
置は、前記回転ナットの外径に、該回転ナットを前記ハ
ウジングに対して回転自在に支持する軸受を嵌合し、位
置決め用のフランジを一体に形成したことを特徴とす
る。この構成によれば、回転ナットの外径部に回転ナッ
トを回転自在に支持する軸受を位置決め固定することが
でき、電動パワーステアリング装置の径方向のコンパク
ト化が図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図６は本発明を適用した電動パワ
ーステアリング装置の概略断面図を示す。この装置は、
ハンドル（図示省略）からの回転力を、操舵軸２１を長
手方向に移動させるための力に変換する変換機構２２
と、ボールねじ軸１０、回転ナット１１、トルク伝達用
ボール１３等からなるボールねじ機構２３と、回転ナッ
ト１１を回転させる電動モータ２４とからなる。図６で
は省略したが、操舵軸２１にはラックが形成され、それ
に噛合するピニオンとによって変換機構２２は構成され
ている。また、ボールねじ機構２３は、ボールねじ軸１
０と回転ナット１１間に複数のトルク伝達用ボール１３
を介装し、回転ナット１１の外径には電動モータ２４の
ロータ部２４ａ、回転ナット１１をハウジング２５に対
して回転自在に支持する転がり軸受２６ａが嵌合されて
いる。他方の転がり軸受２６ｂは、回転ナット１１に固
着されたスリーブ２７に嵌合される。電動モータ２４の
ステータ部２４ｂは、ロータ部２４ａと対応してハウジ
ング２５に固着されている。操舵軸２１の両端部は、ハ
ウジング２５と一体化された支持部材２８、２９に長手
方向へ移動可能に支持されている。

【００１２】図１は、本発明に係るエンドキャップ循環
方式のボールねじ機構の概略断面図である。図２、図３
を参照して本発明の実施例を説明する。ボールねじ軸１
０の外径１０ａに形成された螺旋状のボール転走面１０
ｂと、回転ナット１１の内径１１ａに形成された螺旋状
のボール転走面１１ｂ間に形成されるボール転動路１２
に介装された複数のトルク伝達用ボール１３は、回転ナ
ット１１の端部（図１の左端）において、エンドキャッ
プ１４ａに形成されたボールの反転路１７ａで反転循環
される。エンドキャップ１４ａの反転路１７ａで反転さ
れたトルク伝達用ボール１３は、回転ナット１１に形成
された軸方向に延びるボール循環用の貫通穴１５を転動
し、他方（図１の右端）のエンドキャップ１４ｂに戻
り、このエンドキャップ１４ｂに形成された反転路１７
ｂを経由してボールねじ軸１０と回転ナット１１間に構
成されるボール転動路１２に順次戻されて循環する。こ
のように、本発明では、ボール転動路１２の両端を連通
するボール循環用通路を前記回転ナット１１と、この回
転ナット１１の両端に装着したエンドキャップ１４ａ、
１４ｂとで形成している。

【００１３】上記エンドキャップ１４ａ、１４ｂは、回
転ナット１１の両端に嵌合され、固定用ねじ１６で固着
される。エンドキャップ１４ａ、１４ｂの固定用ねじ１
６の装着部は、座繰り加工等により、該固定用ねじ１６
の頭部がエンドキャップ１４ａ、１４ｂの端面から突出
しないように沈下させておくのが望ましい。

【００１４】また、エンドキャップ１４ａ、１４ｂに形
成するボールの反転路１７ａ、１７ｂは、図４の（Ａ）
（Ｂ）に示すように、回転ナット１１の端面に向けて開
放させ、かつ、回転ナット１１の貫通穴１５の端部とボ
ール転動路１２とを円滑に連通させるように、ボールね
じ軸１０の回りに、半円以下の範囲に亘って、ボール転
動路１２の螺旋方向に沿って円弧状乃至接線状に形成さ
れる。

【００１５】さらに、両側のエンドキャップ１４ａ、１
４ｂに形成するボールの反転路１７ａ、１７ｂは、図４
の（Ａ）（Ｂ）に示すように、ボール１３の外径より僅
かに大きい内径の断面円弧溝状に形成され、その溝深さ
が、貫通穴１５との連通部では最も深く、ボール転動路
１２との連通部では最も浅くなるように、例えば、溝深
さを連続的に変化させて形成される。

【００１６】ボールの反転路１７ａ、１７ｂは、図５の
（Ａ）（Ｂ）に示すように、回転ナット１１の端面にも
貫通穴１５と連通させて形成しておく。なお、ボールの
反転路１７ａ、１７ｂは、図４の（Ａ）（Ｂ）及び図５
の（Ａ）（Ｂ）では、回転ナット１１の端面とエンドキ
ャップ１４ａ、１４ｂとに跨って形成した場合を示して
いるが、いずれか一方にのみ形成してもよい。

【００１７】貫通穴１５とエンドキャップ１４ａ、１４
ｂに形成された反転路１７ａ、１７ｂとの位置合せのた
めに、図２に示すように、回転ナット１１とエンドキャ
ップ１４ａ、１４ｂとの接触面にはピン１８を装着した
り、或いは、図４の（Ａ）（Ｂ）及び図５の（Ａ）
（Ｂ）に示すように、貫通穴１５の位置において、環状
の位置決め突部１８ａとこれに嵌合する位置決め凹部１
８ｂとを形成して、これらを嵌合させることにより、位
置決めさせてもよい。

【００１８】回転ナット１１の外径には、図２及び図６
に示すように、ハウジング５に対し、回転ナット１１を
回転自在に支持する転がり軸受２６ａが嵌合する面１１
ｃと、電動モータ２４のロータ部２４ａが嵌合する面１
１ｄが夫々形成されている。嵌合面１１ｃには、位置決
め用の肩部を構成するフランジ１１ｅが突設され、一
方、嵌合面１１ｄは、ロータ部２４ａの回転クリープを
防止するために、平目状のローレットが形成されてい
る。上記フランジ１１ｅには、電動モータ２４のロータ
部２４ａに取付けるための取付け孔１１ｆが形成されて
いる。上記フランジ１１ｅは、リング状とすることもで
きるが、軽量化及びコンパクト化するために、図３に示
すように、左右を回転ナット１１の外径と同程度まで平
行に切除して平坦な側面とし、また、上下を取付け孔１
１ｆに影響しない程度まで平行に切除して平坦な上下面
とするのが望ましい。

【００１９】ボールねじ軸１０に形成するボール転送面
１０ｂは転造にて、また、エンドキャップ１４ａ、１４
ｂは切削加工か焼結によって製作されているが、焼結に
代えてＭＩＭ（メタル・インジェクション・モールド）
にて形成することもできる。また、自己潤滑性を有する
樹脂にて形成することもできる。

【００２０】上記実施例では、ボールねじ軸１０の外径
１０ａに形成された螺旋状のボール転走面１０ｂと、回
転ナット１１の内径１１ａに形成された螺旋状のボール
転走面１１ｂとの間に形成されるボール転動路１２を、
一条ねじ構造とした場合を例示しているが、二条ねじ構
造としてもよく、その場合では、回転ナット１１に形成
する貫通穴１５及びエンドキャップ１４ａ、１４ｂに形
成する反転路１７ａ、１７ｂも対称位置に２組形成し、
それぞれにトルク伝達用ボール１３を介装して循環させ
るものである。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、回転ナットの
外径部にボール循環機構が突出しないため、ボールねじ
機構の回転ナットの外径を小さくでき、しかも、ボール
の循環を円滑化でき、さらに、部品点数の減少、組立工
数の削減、コストダウン等が図れる。

【００２２】請求項２の発明によれば、ボール循環用通
路の加工が容易であって、コストダウンが図れる。

【００２３】請求項３の発明によれば、回転ナットの外
径部に回転ナットを回転自在に支持する軸受を位置決め
固定することができ、電動パワーステアリング装置の径
方向のコンパクト化が図れる。

【００２４】以上のように、本発明の電動パワーステア
リング装置によれば、エンドキャップを回転ナットの両
端に装着することにより、装置径方向のコンパクト化が
でき、更に回転ナットの外径を簡素化して、電動モータ
および軸受を嵌合することができるため、より一層のコ
ンパクト化が可能になった。

【００２５】また、ボールねじの部品点数を減少させる
ことができ、組立工数の削減とコストダウンに寄与でき
るだけでなく、装置の信頼性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンドキャップ循環方式のボール
ねじ機構の概略断面図。

【図２】本発明に係るエンドキャップ循環方式のボール
ねじ機構の側面図。

【図３】本発明に係るエンドキャップ循環方式のボール
ねじ機構の正面図。

【図４】（Ａ）はボールの反転路を形成した側から見た
エンドキャップの半正面図、（Ｂ）はエンドキャップに
形成したボールの反転路の溝深さを示す断面図。

【図５】（Ａ）は貫通路と連通して形成したボールの反
転路部分を示す回転ナットの半端面図、（Ｂ）は回転ナ
ットに形成した貫通路の端部とボールの反転路との連通
状態を示す断面図。

【図６】本発明を適用した電動パワーステアリング装置
の実施例を示す概略断面図。

【図７】（Ａ）は従来のコマ循環方式のボールねじ機構
の概略断面図、（Ｂ）は従来のチューブ循環方式のボー
ルねじ機構の概略平面図、（Ｃ）はその概略断面図。

【符号の説明】

１０ボールねじ軸１０ａ外径１０ｂボール転走面１１回転ナット１１ａ内径１１ｂボール転走面１１ｃ軸受嵌合面１１ｄ電動モータのロータ部嵌合面（ローレット形成
面）１１ｅフランジ１２螺旋状のボール転動路１３トルク伝達用ボール１４ａ、１４ｂエンドキャップ１５ボール循環用の貫通穴１７ａ、１７ｂボールの反転路２１操舵軸２２変換機構２３ボールねじ機構２４電動モータ２４ａロータ部２４ｂステータ部２５ハウジング２６ａ、２６ｂ軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、車輪を操舵する操舵機構
に連結された操舵軸と、ハンドルからの回転力を、該操
舵軸を長手方向に移動させるための力に変換する変換機
構と、前記操舵軸に一体に設けられたボールねじ機構
と、該ボールねじ機構の回転ナットに嵌合された電動モ
ータを主たる構成とした電動パワーステアリング装置に
おいて、前記ボールねじ機構が、外径に螺旋状のボール
転走面が形成されたボールねじ軸と、該ボールねじ軸の
ボール転走面に対向して内径に螺旋状のボール転走面が
形成された回転ナットと、該ボールねじ軸の螺旋状のボ
ール転走面と該回転ナットの螺旋状のボール転走面との
間に形成されたボール転動路に連なって配置され、該回
転ナットと前記操舵軸との間で力を伝達するための複数
のトルク伝達用のボールとからなり、前記ボール転動路
の両端を連通するボール循環用通路を前記回転ナットと
該回転ナットの両端に装着したエンドキャップとで形成
したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】前記ボール循環用通路を、回転ナットの
軸方向に形成した貫通穴と、該貫通穴の端部と前記ボー
ル転動路とを連通させるために前記回転ナットの端面と
この端面に当接する前記エンドキャップの内側端面との
何れか一方又は両側に跨って形成した反転路とで構成し
たことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステア
リング装置。
【請求項３】前記回転ナットの外径に、該回転ナット
を前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受を嵌
合し、位置決め用のフランジを一体に形成したことを特
徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリン
グ装置。