JP2000296780A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールねじ機構のナットに対する軸受の圧入
作業が容易で、かつ電動モータのロータの組立時のガイ
ドも円滑に行えるものとする。また、ナットに対するロ
ータの回り止め効果を高める。 【解決手段】 進退自在な操舵軸２の一部をボールねじ
機構１３のボールねじ軸２ａとし、操舵力補い用の電動
モータ８のロータ１０を回転ナット１４に嵌合させる。
回転ナット１４は、ナット本体１７にエンドキャップ１
８，１９を結合したものとする。このナット本体１７の
端部外径を、漸次拡径するテーパ面２９，３０に形成す
る。また、ナット本体１７の円筒面からテーパ面３０の
一部にかかる部分に、回り止め用のローレット加工状部
３１を形成する。ナット本体１７は、焼結合金製とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の電動パ
ワーステアリング装置に関し、特に、ボールねじ機構を
介して電動モータの出力を操舵軸の進退力として伝える
ようにした電動パワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動パワーステアリング装置は、ハンド
ルの操舵力を電動モータで補うものであり、種々の形式
のものがある。その一つとして、車輪の操舵機構に連結
された進退自在な操舵軸に対して、ハンドルからラック
ピニオン機構等の変換機構を介して軸方向移動力を与え
ると共に、電動モータの出力を、ボールねじ機構を介し
て軸方向移動力として与えるようにしたものがある。ボ
ールねじ機構には、ボールの循環形式が異なる種々の形
式のものがあり、その一種として、エンドキャップ形式
と呼ばれるものがある。

【０００３】図６は、従来のエンドキャップ形式のボー
ルねじ機構を電動パワーステアリング装置に応用したも
のであり、回転ナット５１の中央部にはフランジ５２が
形成される。回転ナット５１の外径には、ハウジングに
対して回転ナット５１を回転自在に支持する転がり軸受
５３、および回転ナット５１を回転駆動する電動モータ
のロータ５４がそれぞれ嵌合される。フランジ５２は、
これら転がり軸受５３およびローラ５４の位置決め用と
なる。転がり軸受５３は、内輪５３ａの方が回転する、
いわゆる内輪回転形式であるため、内輪５３ａの内径面
とナット５１の外径面とは締代を持って圧入される。一
方、モータロータ５４は、転がり軸受のように圧入でき
ないため、ナット５１との間で回り止め用としてナット
外径面に平目ローレット５５を形成している。このロー
レット５５は、転造加工によって形成することができる
が、その両端は加工の都合上、環状溝５６が形成されて
いる。また、回転ナット５１のローレット５５よりも端
部側の外径面は、ロータ５４をローレット５５に嵌合す
るまでの案内となる円筒状ガイド部５６に形成されてい
る。円筒状ガイド部５６は、ロータ５４を組立易くする
ために、ローレット５５の外径よりも僅かに小径に仕上
げられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転ナット５１の軸受
嵌合側の外径面部５１ａは円筒面に形成されているが、
軸受５３の内輪５３ａを圧入するときに、この外径面部
５１ａの端縁に干渉し、圧入作業の作業性が悪いという
問題があった。また、ロータ５４の組立時においても、
ガイド部５６を経由してロータ５４をローレット５５に
嵌合させるには、芯ずれや傾き等が生じないように注意
が必要で、工数がかかっていた。また、別体のエンドキ
ャップ５７を回転ナット５１のナット本体にボルトで締
結する場合も、芯ずれによる段差が生じないように、予
めエンドキャップ５７の外径をガイド部５６の外径より
も僅かに小さく小径に形成しているが、その結果、この
段差も、ロータ５４を嵌合する際にロータ５４の内径と
干渉するとった問題があった。一方、ローレット５５の
長さは可能な限り長い方が良いが、加工上、また組立上
の問題で、制限を受けている。

【０００５】この発明の目的は、ボールねじ機構のナッ
トに対する軸受の圧入作業が容易で、かつ電動モータの
ロータの組立時のガイドも円滑に行える電動パワーステ
アリング装置を提供することである。この発明の他の目
的は、回転ナットの量産性の向上、および加工コストの
低減を図ることである。この発明のさらに他の目的は、
回り止め用のローレット加工状部の幅が有効に長く取れ
て、回り止め効果を増大できるものとすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この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
機構に連結され前記ハウジング内を貫通した操舵軸と、
ハンドルから与えられる回転力を、前記操舵軸を軸方向
に移動させる力に変換する変換機構と、前記操舵軸の一
部がボールねじ軸となるボールねじ機構と、このボール
ねじ機構の回転ナットの外周にロータの一端が嵌合した
電動モータとを備えるものであって、ボールねじ機構の
回転ナットを、次の構成としたものである。すなわち、
回転ナットは、ボールねじ軸の外ねじ溝に対向する内ね
じ溝、およびボールの循環用貫通孔を有するナット本体
と、このナット本体の両端に各々結合されボールをボー
ルねじ軸の外ねじ溝とナット本体の循環用貫通孔の間に
循環させる一対のエンドキャップとからなるものであっ
て、前記ナット本体の端部外径を漸次拡径するテーパ面
に形成したことを特徴とする。この構成によると、回転
ナットに対して、ナット支持用の軸受の圧入、および電
動モータのロータの組立を行うに際して、ナット本体の
端部外径がテーパ形状であるため、軸受圧入が容易で、
作業性が向上する。また、ロータの組立時のガイドも、
ナット本体の端部外径のテーパ形状のため、円滑に行わ
れる。

【０００７】この発明において、前記ナット本体を焼結
合金によって形成しても良い。このように焼結合金製と
すると、ナット本体を射出成形等の成形と焼結によって
製造でき、旋削や研削等の機械加工が不要で、量産性が
良い。

【０００８】この発明において、前記ナット本体の外径
面の前記テーパ面から続く部分を円筒面に形成し、この
円筒面から前記テーパ面の一部にかかる部分に、回り止
め用ローレット加工状部を形成しても良い。この構成の
場合、ローレット加工状部がテーパ面の一部にも形成さ
れているため、ローレット加工状部の幅を有効に長くと
れ、回り止め効果が増大する。また、ローレット加工状
部を設けるものにおいて、焼結合金製とした場合は、ロ
ーレット加工状部の転造加工のための環状溝が省略で
き、その分、ローレット加工状部の幅をさらに有効に広
くとれる。

【０００９】この発明において、前記エンドキャップの
外径面を、ナット本体に対する当接部側から漸次縮径す
るテーパ形状としても良い。これにより、軸受の圧入の
作業性、およびロータの組立性がより一層向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図面と共
に説明する。図１は、この電動パワーステアリング装置
の破断側面図である。同図において、ハウジング１は、
図示しないブラケットを有していて、車体に固定され
る。ハウジング１内には操舵軸２が貫通し、操舵軸２は
その両端にタイロッド３，４が連結されている。タイロ
ッド３，４は、車輪を操舵する操舵機構（図示せず）に
連結される。ハウジング１の一端の近傍から斜め上方に
延びるようにハンドル軸５が設けられ、ハンドル軸５は
上端にハンドルが連結される。ハンドル軸５は、回転自
在に支持されていて、ハンドル軸５の回転は、その下端
から変換機構６を介して操舵軸２に、軸方向の移動力と
して伝達される。変換機構６は、操舵軸２の長手方向の
一部で形成されるラック７と、ハンドル軸５の下端に設
けられたピニオン（図示せず）とからなり、上記ピニオ
ンは、ハウジング１内でラック７に噛み合う。ハンドル
軸５に対して、その操舵トルクを検出する操舵トルク検
出器（図示せず）が設けられている。

【００１１】ハウジング１は、円筒状に形成されたもの
であり、中央の筒体１ａの両端に端部材１ｂ，１ｃを結
合して構成される。ハウジング１内の軸方向の中央部に
は、電動モータ８のステータ９が設けられている。ステ
ータ９は、コアおよびステータコイルで構成される。ス
テータ９の内周側には、電動モータ８のロータ１０がギ
ャップを介して設けられている。ロータ１０は、磁石ま
たは磁性体により円筒状に形成されていて、スリーブ１
１の外周に、このスリーブ１１と一体に回転するように
取付けられる。このスリーブ１１内に、操舵軸２が軸方
向移動自在に挿通されている。電動モータ８は、図示し
ないモータ制御回路により、前記操舵トルク検出器の検
出値に従って制御される。

【００１２】スリーブ１１の一端、この例ではハンドル
軸５側の端部は、軸受１２によりハウジング１内に回転
自在に支持されている。軸受１２は、単独の軸受であっ
ても、複数個を組み合わせて配置したものであっても良
く、全体としてラジアル荷重およびスラスト荷重の支持
が可能なものとされる。

【００１３】電動モータ８の回転は、ボールねじ機構１
３を介して、操舵軸２に軸方向に移動させる力として伝
えられる。ボールねじ機構１３は、操舵軸２の軸方向の
一部がボールねじ軸２ａとなるものである。ボールねじ
機構１３の回転ナット１４は、その外径部が軸受１６で
ハウジング１内に回転自在に支持され、かつ電動モータ
８のロータ１０の一端が外径面に嵌合している。ロータ
１０の回転ナット１４側の端部は、スリーブ１１よりも
突出していて、この突出部分が回転ナット１４に嵌合す
る。軸受１６は、単独の軸受であっても、複数個を組み
合わせて配置したものであっても良く、全体としてラジ
アル荷重およびスラスト荷重の支持が可能なものとされ
る。この実施形態では、軸受１６は、アンギュラ玉軸受
等の転がり軸受が用いられ、内輪、外輪、および両輪間
に介在した転動体を有するものとされる。

【００１４】ボールねじ機構１３につき、図２ないし図
５と共に説明する。このボールねじ機構１３は、ボール
ねじ軸２ａと、回転ナット１４と、これらボールねじ軸
２ａおよび回転ナット１４の間に介在した多数のボール
１５とで構成される。このボールねじ機構１３は、いわ
ゆるエンドキャップ形式のものであり、回転ナット１４
が、ナット本体１７と、このナット本体１７の両端に各
々結合された一対のエンドキャップ１８，１９とで構成
される。

【００１５】ナット本体１７は、ボールねじ軸２ａの外
ねじ溝２０に対向する内ねじ溝２１、およびボール１５
の循環用貫通孔２２を有し、複数本のボルト孔２３が設
けられている。上記外ねじ溝２０と内ねじ溝２１の間
で、ボール１５の転動路が形成される。循環用貫通孔２
２は、ナット本体１７の軸方向に延びて両端面に貫通し
ている。

【００１６】エンドキャップ１８，１９は、ボール１５
を、ボールねじ軸２ａの外ねじ溝２０とナット本体１７
の循環用貫通孔２２の間に循環させるものであり、内径
がナット本体１７と等しいリング状に形成されている。
各エンドキャップ１８，１９のナット本体１７との当接
面となる内側面には、前記のボール１５の循環を行わせ
る溝状の案内路２４が設けられている。案内路２４は、
エンドキャップ１８，１９の内径面に形成されてナット
本体１７の内ねじ溝２１に続く１周未満の螺旋溝部と、
この螺旋溝部から外径側へ斜めに延びる溝部とでなる。
エンドキャップ１８，１９は、ナット本体１７のボルト
孔２３に整合するボルト挿通孔２６が設けられ、各孔２
６の座繰り部が、エンドキャップ外側の側面に設けられ
ている。このボルト挿通孔２６に挿通されてボルト孔２
３に螺合されたボルト２５により、両エンドキャップ１
８，１９とナット本体１７とが結合される。エンドキャ
ップ１８，１９の外径面は、ナット本体１７に対する当
接部側から漸次縮径するテーパ形状とされ、かつ外径面
と外側の側面との角部は、円弧状断面の面取が施されて
いる。

【００１７】回転ナット１４の外周形状を説明する。ナ
ット本体１７は円筒状に形成されていて、図３に示すよ
うに、外径面における軸方向の略中央に、位置決め用の
フランジ２７が形成されている。フランジ２７の外径面
は、円筒面状に形成され、その円周方向の一部に円周方
向の位置決め用の平坦面部２７ａが形成されている。ナ
ット本体外径面におけるフランジ２７の両側の部分は、
転がり軸受１６が圧入される円筒面部２８、および電動
モータ８のロータ１０が嵌合する嵌合部３２に形成され
ている。ナット本体１７の円筒面部２８側の端部外径
面、すなわち円筒面部２８から端面までの外径面は、円
筒面部２８から僅かに縮径するテーパ面２９が形成さ
れ、その角部は、かじりを防止するために円弧状断面の
面取３１が施されている。一方、嵌合部３２は、円筒面
部から端部にかけて、僅かに縮径するテーパ面３０が形
成され、ロータ１０の回り止め用のローレット加工状部
３１が、その円筒面部の全体とテーパ面３０の一部にか
けて形成されている。ローレット加工状部３１は、図示
したような平目のものに限らず、交差目等の形状でも良
い。両端のテーパ面２９，３０のテーパ角度は、１０〜
１５度とされる。

【００１８】回転ナット１４のナット本体１７および両
エンドキャップ１８，１９は、いずれも焼結合金によっ
て成形されている。この成形は、金属粉末を可塑状に調
整し、射出成形機で成形することにより行われる。

【００１９】この射出成形による製造方法の一例を説明
する。まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスか
らなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレ
ット状に造粒する。前記金属粉としては、後に浸炭焼入
が可能な材質が好ましく、例えば、炭素（Ｃ）が０．３
％、ニッケル（Ｎｉ）が１〜２％、残りが鉄（Ｆｅ）か
らなるものとする。前記のように造粒したペレットは、
射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で
押し込むことにより成形する。射出形成機は、プラスチ
ック用のものと同様であり、ノズルを先端に有するシリ
ンダ内に、油圧シリンダおよび油圧モータで駆動される
スクリューを設け、外部に加熱溶融用のヒータを設けた
ものである。

【００２０】上記構成の動作および作用を説明する。車
両が直進状態にあり、ハンドルの回転を停止していると
きは、ハンドル軸５の操舵トルク検出器（図示せず）か
らトルク信号が出力されず、モータ制御手段（図示せ
ず）により電動モータ８は回転停止状態とされる。した
がって、この電動パワーステアリング装置は補助操舵力
を出力しない状態にある。ハンドルを操舵すると、ハン
ドル軸５の操舵トルク検出器からトルク信号が出力さ
れ、モータ制御回路の制御により、電動モータ８はロー
タ１０を回転させる。ロータ１０が回転すると、ロータ
１０と共にボールねじ機構１３の回転ナット１４が回転
し、ボールねじ軸２ａで一部が構成される操舵軸２が軸
方向に移動させられ、補助操舵力が発生する。このと
き、ボールねじ機構１３のボール１５は、回転ナット１
４の回転に伴い、内外のねじ溝２０，２１間で形成され
る転動路内で転動し、ナット本体１７内の循環用貫通孔
２２、およびエンドキャップ１８，１９の案内路２４を
通って循環する。このようにして、ハンドルの操舵力が
電動モータ８で補われる。

【００２１】この電動パワーステアリング装置におい
て、回転ナット１４は、ナット本体１７の軸受圧入側の
端部外径がテーパ面２９に形成されているため、軸受１
６の圧入が容易で、作業性が向上し、軸受１６を芯ずれ
なく圧入することができる。一方、ナット本体１７のロ
ータ嵌合側の端部外径がテーパ面３０に形成されている
ため、ロータ１０の組立時のガイドが円滑に行われる。
また、回り止め用のローレット加工状部３１が、テーパ
面３０の一部にも形成されているため、ローレット加工
状部３１の幅を有効に長くとれ、回り止め効果が増大す
る。ナット本体１７を焼結合金製とした場合は、射出成
形および焼結によって製造できて、旋削や研削等の機械
加工が不要となり、優れた量産性が得られる。このよう
な射出成形と粉末冶金の焼結技術との組み合わせ技術
は、寸法精度の良いものが開発されており、回転ナット
１４を精度良く製作することができる。また、ローレッ
ト加工状部３１も射出成形時に成形できるため、転造加
工のための環状溝は省略でき、フランジ２７の近傍まで
ローレット加工状部３１を形成することができる。その
ため、より一層ローレット加工状部３１の幅を有効にと
れる。このようなナット本体１７、およびエンドキャッ
プ１８，１９の形状により、格段に組立が容易になり、
作業性を向上させることができる。

【００２２】

【発明の効果】この発明の電動パワーステアリング装置
は、ボールねじ機構の回転ナットにおけるナット本体の
端部外径を漸次拡径するテーパ面に形成したため、ナッ
ト支持用の軸受の圧入が容易で、圧入作業性が向上し、
かつモータロータの組立性が向上する。ナット本体を焼
結合金製とした場合は、成形と焼結によって製造でき
て、旋削や研削等の機械加工が不要となり、ナット本体
の量産性が良い。ナット本体の円筒面からテーパ面の一
部にかかる部分に、回り止め用ローレット加工状部を形
成した場合は、ローレット加工状部がテーパ面の一部に
も形成されているため、ローレット加工状部の幅を有効
に長くとれ、回り止め効果が増大する。エンドキャップ
の外径面を、ナット本体に対する当接部側から漸次縮径
するテーパ形状とした場合は、軸受の圧入の作業性、お
よびロータの組立性がより一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる電動パワーステ
アリング装置のボールねじ機構の破断正面図である。

【図２】そのボールねじ機構の断面図である。

【図３】同ボールねじ機構の回転ナットの半裁正面図で
ある。

【図４】同回転ナットの断面図である。

【図５】同回転ナットを構成するエンドキャップの斜視
図である。

【図６】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１…ハウジング ２…操舵軸 ２ａ…ボールねじ軸 ５…ハンドル軸 ６…変換機構 ７…ラック ８…電動モータ ９…ステータ １０…ロータ １１…スリーブ １３…ボールねじ機構 １４…回転ナット １５…ボール １６…軸受 １７…ナット本体 １８，１９…エンドキャップ ２２…循環用貫通孔 ２４…案内路 ２９，３０…テーパ面 ３１…ローレット加工状部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、車輪を操舵する操舵機構
   に連結され前記ハウジング内を貫通した操舵軸と、ハン
   ドルから与えられる回転力を、前記操舵軸を軸方向に移
   動させる力に変換する変換機構と、前記操舵軸の一部が
   ボールねじ軸となるボールねじ機構と、このボールねじ
   機構の回転ナットの外周にロータの一端が嵌合した電動
   モータとを備える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の回転ナットが、ボールねじ軸
   の外ねじ溝に対向する内ねじ溝、およびボールの循環用
   貫通孔を有するナット本体と、このナット本体の両端に
   各々結合されボールをボールねじ軸の外ねじ溝とナット
   本体の循環用貫通孔の間に循環させる一対のエンドキャ
   ップとからなり、前記ナット本体の端部外径を漸次拡径
   するテーパ面に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。
2. 【請求項２】 前記ナット本体を焼結合金によって形成
   した請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】 前記ナット本体の外径面の前記テーパ面
   から続く部分を円筒面に形成し、この円筒面から前記テ
   ーパ面の一部にかかる部分に、回り止め用ローレット加
   工状部を形成した請求項１または請求項２記載の電動パ
   ワーステアリング装置。
4. 【請求項４】 前記エンドキャップの外径面を、ナット
   本体に対する当接部側から漸次縮径するテーパ形状とし
   た請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電動パワ
   ーステアリング装置。