JP2000297854A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールねじ機構の回転ナットの外径部に電動
モータや軸受内輪を無理なく嵌合させることができるよ
うにする。また、回転ナットの内面に繋ぎ目が生じず、
ボールの循環が円滑で、潤滑膜の削り取りの問題がない
ものとする。 【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、従来の内ねじ溝１８の隣合う溝部
分、を駒に設けられた戻り溝１９で連結させるものに代
えて、その駒となる部分をナット全体と一体形成された
ものとする。

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、駒式と呼ばれるもの
がある。

【０００３】図７は、従来の駒式ボールねじ機構の一例
を示す。ボールねじ軸５１は、外ねじ溝５２を外面に有
し、回転ナット５３は、外ねじ溝５２に対応する内ねじ
溝５４を有していて、両ねじ溝５２，５４の間に嵌合し
た多数のボール５５を介してボールねじ軸５１に螺合し
ている。回転ナット５３の円筒胴部には、内外の周面に
貫通して内ねじ溝５４の一部を切欠く楕円状の嵌合孔５
６が穿設され、この嵌合孔５６に、楕円状の駒５７が嵌
合している。駒５７は、内ねじ溝５４の隣合う単周部分
同士を連結する戻り溝５８を形成した部品であり、内ね
じ溝５４の略１周の部分と戻り溝５８とで、ボール５５
の周回路が構成される。周回路内の内外のねじ溝５２，
５４間に介在した多数のボール５５は、ねじ溝５２，５
４に沿って転動して、駒５７の戻り溝５８に案内され、
ボールねじ軸５１のねじ山を乗り越えて隣接する内ねじ
溝５４の単周部に戻り潤滑可能とされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記駒式のボールねじ
機構は、他のボール循環形式、例えばリターンチューブ
をナット外周部に設けるもの等に比べて、回転ナット５
３の外径を小さくできる利点がある。しかし、内ねじ溝
５４の隣合う単周部分毎に戻り溝５８を設けるため、戻
り溝５８を形成する駒５７が多数必要で、回転ナット５
３の構成部品の点数が多くなる。また、電動パワーステ
アリング装置に用いた場合、装置全体のコンパクト化の
ためには、回転ナット５３の外径面に電動モータのロー
タ５９や軸受内輪を嵌合させることが好ましいが、駒式
のボールねじ機構の場合、回転ナット５３の嵌合孔５６
に駒５７を嵌合させる構成であるため、その嵌合部で生
じる段差のため、ロータ５９や軸受内輪を嵌合させる作
業が困難になる。さらに、回転ナット５３の内周におけ
る駒５７の回転ナット５３との繋ぎ目の端部加工は、面
取り加工程度しか行えず、この繋ぎ目に必然的に僅かな
段差が生じる。この段差により、ボール５５の表面に付
着した潤滑膜が削り取られることになる。また、駒５７
は、回転ナット５３の嵌合孔５６内に接着剤を充填して
固着する必要があって、作業性が悪いうえ、接着剤のは
み出しが生じることがあって、付着した接着剤の除去作
業が煩雑である。

【０００５】この発明の目的は、回転ナットの外径部に
電動モータや軸受内輪を無理なく嵌合させることができ
て、装置全体のコンパクト化が図れ、また回転ナットの
内面に繋ぎ目が生じず、ボールの循環が円滑で、かつボ
ール表面に付着した潤滑膜の削り取りの問題のない電動
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。

【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、次の構成としたことを特徴とする。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、および内ねじ溝の隣合う単周部分同士を連
結してボールの周回路を形成する戻り溝が形成されたも
のとし、前記回転ナットの前記戻り溝を形成する部分
を、前記内ねじ溝を形成する部分および外径面を形成す
る部分と一体形成する。ここで言う「一体形成」とは、
別部品を結合させたものでないことを意味する。この構
成によると、回転ナットは、内ねじ溝の隣合う単周部分
同士を戻り溝で連結した形式であるため、従来の駒式の
ものと同様に、ナット外周にボール戻り経路がなく、回
転ナットの外径を小さくできる。しかも、戻り溝を回転
ナットに一体形成したため、駒式のものと異なり、回転
ナットの外径面に、別部材を遊嵌したときに生じる段差
がなく、外径面に、回転ナットを回転自在に支持する軸
受の内輪を位置決め固定でき、かつ電動モータのロータ
を嵌合させることができる。これらのため、電動パワー
ステアリング装置の全体をコンパクト化することができ
る。また、戻り溝を回転ナットに一体形成したため、回
転ナットの内面に繋ぎ目が生じず、ボールの循環が円滑
で、かつボール表面に付着した潤滑膜の削り取りられる
こともなく、ボールねじ機構の長寿命化が可能となる。

【０００７】この発明において、前記回転ナットは、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、回転ナット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】

【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４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。

【０００９】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、磁性体
により円筒状に形成されていて、スリーブ１１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。

【００１０】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。

【００１１】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となるものであり、このボール
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（図１）とで構成される。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。また、回転ナット１４は、外径
面に環状突部１４ａを有していて、軸受１６は、その内
輪が回転ナット１４の外径面に嵌合すると共に、環状突
部１４ａに係合して相対的に軸方向に位置決めされる。
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。
軸受１６は、例えば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。

【００１２】ボールねじ機構１３につき、図１ないし図
３と共に説明する。このボールねじ機構１３は、いわ
ば、駒式のボールねじ機構において、その駒を回転ナッ
トと一体形成したものであり、次の構成とされる。ボー
ルねじ軸２ａは、外ねじ溝１７を有し、回転ナット１４
は外ねじ溝１７に対向する内ねじ溝１８を有する。これ
ら外ねじ溝１７および内ねじ溝１８は、両溝１７，１８
間に嵌まったボール１５を転走させる軌道面となるもの
であり、その断面形状は、例えば円弧状またはゴシック
アーチ状等とされる。

【００１３】回転ナット１４は、内径面に内ねじ溝１８
と、この内ねじ溝１８の隣合う単周部分１８ａ，１８ａ
同士を連続させる戻り溝１９とが形成されたものであ
り、内ねじ溝１８の略１周分の単周部分１８ａと、戻り
溝１９とで、ボール１５の周回路２０が構成される。す
なわち、略１周分の内ねじ溝単周部分１８ａの両端を一
つの戻り溝１９で連続させて、図２に１点鎖線で示すよ
うに１周分の周回路２０が構成される。戻り溝１９は、
ボールねじ軸２ａの外ねじ溝１７に嵌まったボール１５
が、外ねじ溝１７のねじ山を越えて移動できる深さに形
成される。また、戻り溝１９は、内ねじ溝１８の隣合う
各単周部１８ａに対して、一側部ａはボール１５が出入
り可能なように連続するが、他側部ｂはボール１５が出
入り不能とされる。この出入り不能とする手段は、例え
ば、戻り溝１９の側縁で、内ねじ溝１８の断面の全体ま
たは一部を閉鎖する部分を一体に形成し、あるいは別部
材を取付けて形成したものとされる。回転ナット１４の
内ねじ溝１８の単周部分１８ａは任意本数設けられ、周
回路２０は、単周部分１８ａの本数に応じて複数設けら
れる。各周回路２０の戻り溝１９の周方向位置は任意の
位置で良く、この例では、軸方向の投影面上で、回転ナ
ット１４の円周方向に互いに９０度毎にずれた位置とし
てある。

【００１４】回転ナット１４は、焼結合金で全体を一体
に成形したものであり、したがって回転ナット１４の戻
り溝１９を形成する部分、内ねじ溝１８を形成する部
分、および外径面を形成する部分は、互いに一体形成さ
れている。この例では、回転ナット１４は、外周の環状
突部１４ａを含めて一体の成形品としてあるが、環状突
部１４ａとなる部分は、別部材として回転ナット１４の
本体となる部材に固定しても良い。

【００１５】回転ナット１４の製造は、詳しくは、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。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。

【００１６】前記のように造粒したペレットは、図６の
射出成形機２９のホッパ３０に供給し、金型３１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
２９は、プラスチック用のものと同様であり、ノズル３
２ａを先端に有するシリンダ３２内に、油圧シリンダ３
３および油圧モータ３４で駆動されるスクリュー３５を
設け、外部に加熱溶融用のヒータ３６を設けたものであ
る。

【００１７】金型３１は、図５に示すように、固定型３
１ａと可動型３１ｂと、軸状のコア３７とを有し、これ
らの間に回転ナット１４を形成するキャビティ３８が形
成される。コア３７には、内ねじ溝１８の形成用の螺旋
突条３７ａと、戻り溝１９の形成用の突部３７ｂとが設
けてある。この突部３７ｂは、脱型の容易のために、例
えばコア３７の内部へ引っ込み可能なものとされる。こ
のように金型３１で射出成形した成形体は、脱脂した後
に焼結する。焼結の後、必要に応じて浸炭焼入を行い、
回転ナット１４が完成する。

【００１８】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１７，１８間で形成され
る通路を各周回路２０内で転動する。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。

【００１９】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、内ねじ溝１８の隣合う単周部分
１８ａ同士を戻り溝１９で連結した形式であるため、従
来の駒式のものと同様に、ナット外周にボール戻り経路
がなく、回転ナット１４の外径を小さくできる。しか
も、戻り溝１９を回転ナット１４に一体形成したため、
駒式のものと異なり、回転ナット１４の外径面に、別部
材を遊嵌したときに生じる段差がなく、外径面に、回転
ナット１４を支持する軸受１６の内輪１６ａを位置決め
固定でき、かつ電動モータ８のロータ１０を嵌合させる
ことができる。これらのため、電動パワーステアリング
装置の全体をコンパクト化することができる。また戻り
溝１９を回転ナット１４に一体形成したため、回転ナッ
ト１４の内面に繋ぎ目が生じず、ボール１５の循環が円
滑で、かつボール表面に付着した潤滑膜が削り取られる
こともなく、ボールねじ機構１３の長寿命化が可能とな
る。さらに、従来のように駒を回転ナットの嵌合孔内に
接着剤の充填により固定する必要がなく、作業性が向上
するだけでなく、接着剤のはみ出し等の問題が解消し、
付着した接着剤の除去作業も不要になり、生産性向上が
図れる。

【００２０】回転ナット１４は焼結合金製としたため、
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。

【００２１】

【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を、ボールねじ軸の外
ねじ溝に対向する内ねじ溝、およびその隣合う単周部分
同士を連結してボールの周回路を形成する戻り溝が形成
されたものとし、前記回転ナットの前記戻り溝を形成す
る部分を、前記内ねじ溝を形成する部分および外径面を
形成する部分と一体形成したため、回転ナットの外径部
に電動モータや軸受内輪を無理なく嵌合させることがで
きて、装置全体のコンパクト化が図れ、また回転ナット
の内面に繋ぎ目が生じず、ボールの循環が円滑で、かつ
ボール表面に付着した潤滑膜が削り取りられることが無
くなる。回転ナットを焼結合金によって形成した場合
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、量産性が良い。

【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】同ボールねじ機構の回転ナットの断面図であ
る。

【図３】同ボールねじ機構の切欠斜視図である。

【図４】同電動パワーステアリング装置の破断側面図で
ある。

【図５】回転ナットの金型の断面図である。

【図６】同回転ナットを成形する射出成形機の側面図で
ある。

【図７】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 １７…外ねじ溝 １８…内ねじ溝 １９…戻り溝 ２０…周回路

Claims (2)

【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を、ボールねじ軸
   の外ねじ溝に対向する内ねじ溝、および内ねじ溝の隣合
   う単周部分同士を連結してボールの周回路を形成する戻
   り溝が形成されたものとし、前記回転ナットの前記戻り
   溝を形成する部分を、前記内ねじ溝を形成する部分およ
   び外径面を形成する部分と一体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】 前記回転ナットを、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。