JP2000326857A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

電動式パワーステアリング装置

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JP2000326857A
JP2000326857A JP13801299A JP13801299A JP2000326857A JP 2000326857 A JP2000326857 A JP 2000326857A JP 13801299 A JP13801299 A JP 13801299A JP 13801299 A JP13801299 A JP 13801299A JP 2000326857 A JP2000326857 A JP 2000326857A
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JP
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steering
ball screw
rolling surface
spiral
motor
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JP13801299A
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Yasushi Tateishi
康司 立石
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NTN Corp
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄肉のボールねじで長寿命を確保できるボー
ルねじ機構を有する電動式パワーステアリング装置を提
供することである。 【解決手段】 操舵軸1の螺旋状転走面8の間のランド
部16に、転造用ローラダイス18の平坦部20に設け
た小突起21で、螺旋溝17を転走面8と同時に転造す
ることにより、この螺旋溝17にグリースを保持して、
ボールねじ機構のねじ軸とナット間に形成される環状空
間に封入されるグリース量を多くして、ボールと転走面
の間の潤滑性を高め、薄肉のボールねじでもボールねじ
機構を長寿命化できるようにしたのである。

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式パ
ワーステアリング装置に関し、特にモータの出力を、操
舵軸に一体に設けられたボールねじ機構を介して、操舵
軸に伝達する方式の電動式パワーステアリング装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の電動式パワーステアリング装置
としては、例えば、特開昭59−50864号公報に開
示されたものがある。この電動式パワーステアリング装
置の基本構成を、本発明の実施形態である図1を用いて
説明する。このパワーステアリング装置は、車輪を操舵
する操舵機構に連結される操舵軸1と、ハンドルからの
操舵トルクを、操舵軸1を軸方向に移動させる力に変換
するラックピニオン機構2と、操舵トルクの大きさと方
向に応じて回転駆動されるモータ3と、操舵軸1に一体
に設けられたボールねじ機構4とを備え、このボールね
じ機構4のナット5がモータ3の回転子6に嵌合されて
おり、モータ3の駆動により、ナット5が回転子6とと
もに回転して、操舵軸1に一体に設けられたボールねじ
機構4で操舵軸1を軸方向に移動させ、ハンドルからの
操舵トルクを適宜補助するものである。したがって、操
舵軸1には、ラックピニオン機構2のラック7とボール
ねじ機構4の螺旋状転走面8が形成されている。
【0003】従来、前記操舵軸のラックと螺旋状転走面
は転造で形成され、螺旋状転走面の転造は、図4(a)
に示すように、回転駆動される一対のローラダイス31
の間に転造される操舵軸32をセットし、操舵軸32を
従動回転させながら軸方向に送ることにより行われる。
転造された操舵軸32は、こののち高周波焼入れされ、
表面層に所望の硬さと深さの硬化層を形成される。
【0004】図4(b)に示すように、前記ローラダイ
ス31の外周面には、螺旋状転走面33の断面形状に合
致する複数条の突起部34が設けられ、各突起部34の
両側には平坦部35が設けられている。螺旋状転走面3
3は突起部34で転造され、この転造の際に両側に盛り
上がる材料(図中の一点鎖線)が平坦部35で押さえ込
まれ、螺旋状転走面33間に平坦なランド部36が形成
される。このランド部36は両側の転走面33から盛り
上がる材料を見込んで形成されるため、通常、ランド部
36の中央部には、材料の不足による僅かな凹み37が
生じる。この凹み37は、転造の進行に伴って小さくな
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した電動式パワー
ステアリング装置は、自動車の軽量化等のために、軽量
でコンパクトなものが求められており、一方では、ボー
ルねじ機構の長寿命化も望まれている。したがって、ボ
ールねじ機構は、軽量化、コンパクト化のために、特に
外径寸法が制限される。また、操舵軸は軸強度を確保す
るために所定の軸径が必要なため、結果として、ボール
ねじの断面高さを低くして薄肉にせざるを得ない。
【0006】そこで、この発明の課題は、薄肉のボール
ねじで長寿命を確保できるボールねじ機構を有する電動
式パワーステアリング装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、車輪を操舵する操舵機構に連結され
た操舵軸と、ハンドルからの操舵トルクを、前記操舵軸
を軸方向に移動させる力に変換する機構と、前記操舵ト
ルクの大きさと方向に応じて回転駆動されるモータと、
前記操舵軸に一体に設けられたボールねじ機構とを備
え、このボールねじ機構のナットが前記モータの回転子
に嵌合された電動式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ねじ軸溝部に形成された螺旋状転
走面間のランド部に、螺旋溝を形成した構成を採用した
ものである。
【0008】すなわち、前述した螺旋状転走面の転造時
にランド部に凹みが生じる現象を積極的に活用して、こ
の凹みがランド部に沿った規則的な螺旋溝となるように
形成し、この螺旋溝にグリースを保持できるようにし
て、ボールねじ機構のねじ軸とナット間に形成される環
状空間に封入されるグリース量を多くし、ボールと転走
面の間の潤滑性を高めて、ボールねじ機構を長寿命化で
きるようにした。
【0009】前記螺旋溝の形成は、前述した転造用ロー
ラダイスの突起部両側の平坦部に、螺旋溝の断面寸法と
合致する小突起を設けることにより、螺旋状転走面と同
時に転造することができる。なお、このときのローラダ
イスの突起部と平坦部との段差は、螺旋溝の形成で排除
される材料を考慮して、図4(b)に示した従来の段差
よりも若干大きくする必要がある。
【0010】前記螺旋状転走面が形成されたねじ軸溝部
の断面形状をゴシックアーク形状に形成することによ
り、ボールと転走面との接触点を、ねじ軸溝中心に関し
て左右対称位置とし、左右両方向に駆動される操舵軸に
生じるスラスト荷重に対して、ボールねじ機構の耐負荷
特性を左右両方向で等しくすることができる。
【0011】前記螺旋状転走面が形成されたねじ軸溝部
の肩を、所定の曲率を有する円弧面に形成することによ
り、ボールと転走面との接触楕円がねじ軸溝部の肩に及
ぶ、いわゆるボールの肩乗り上げ時の肩におけるエッジ
ロードを緩和し、局部的な応力集中によるボールやねじ
軸の短寿命化を防止することができる。断面高さが低い
薄肉のボールねじは、長寿命化のためにグリース封入量
を多くすることが重要であり、前記グリースが封入され
るねじ軸とナット間の環状空間を広くするために、ねじ
軸に形成される螺旋状転走面の深さはできる限り浅く設
計される。このため、薄肉のボールねじではボールの肩
乗り上げが生じやすい。
【0012】前記ねじ軸溝部の肩の円弧面は、一つの曲
率から成る単一円弧でも、複数の曲率から成る複合円弧
でもよく、この円弧面は、ランド部に保持されたグリー
スを螺旋状転走面に流入させやすくする効果も有する。
なお、この円弧面の形成は、前記螺旋溝の形成と同様
に、前記転造用ローラダイスの突起部と平坦部の継ぎ部
を、円弧面の断面寸法と合致する凹状円弧面に形成する
ことにより、工数を増加させることなく転造できる。
【0013】前記螺旋状転走面が形成されたねじ軸溝部
の底に凹溝を形成することにより、この凹溝にグリース
を保持して、ボールと転走面の間の潤滑性をさらに向上
させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図1乃至図3に基づき、こ
の発明の実施形態を説明する。この電動式パワーステア
リング装置は、図1に示すように、車輪を操舵する操舵
機構に連結される操舵軸1と、ハンドルからの操舵トル
クを、操舵軸1を軸方向に移動させる力に変換するラッ
クピニオン機構2と、操舵トルクの大きさと方向に応じ
て回転駆動されるモータ3と、操舵軸1に一体に設けら
れたボールねじ機構4とを備え、ボールねじ機構4のナ
ット5がモータ3の回転子6に嵌合され、モータ3の駆
動により、ナット5が回転子6とともに回転して、操舵
軸1に一体に設けられたボールねじ機構4で操舵軸1を
軸方向に移動させ、ハンドルからの操舵トルクを適宜補
助するものである。操舵軸1には、ラックピニオン機構
2のラック7とボールねじ機構4の螺旋状転走面8が形
成されている。
【0015】前記ハンドルからの操舵トルクはトーショ
ンバー式センサ(図示省略)で感知され、この感知され
た操舵トルクの大きさと方向に対応して、制御ユニット
(図示省略)でモータ3が駆動される。モータ3は、ハ
ウジング9にボルト10で固定された永久磁石11と、
ナット5の外周面に嵌合された回転子6より成り、バッ
テリ(図示省略)からの直流電流が、ブラシ12と整流
子13を介して、回転子6の誘導コイルに交番電流とし
て供給される。
【0016】前記ボールねじ機構4のナット5は、ハウ
ジング9内に軸受14で回転自在に支持されている。ナ
ット5はモータ3の回転子6の回転に伴って回転駆動さ
れ、前記螺旋状転走面8に配された複数のボール15を
介して、操舵軸1に軸方向の駆動力を伝達し、ハンドル
からの操舵トルクを適宜補助する。
【0017】図2に示すように、前記操舵軸1の螺旋状
転走面8は転造で形成され、転走面8が形成されたねじ
溝部間のランド部16には、グリースを保持するための
螺旋溝17が形成されている。螺旋状転走面8を転造す
る一対のローラダイス18は、転走面8の断面形状に合
致する複数条の突起部19が設けられ、その両側にラン
ド部16を形成する平坦部20が設けられており、各平
坦部20に螺旋溝17を成形する小突起21が設けられ
ている。転造される操舵軸1は、回転駆動されるローラ
ダイス18の間で従動回転されながら軸方向に送られ、
螺旋状転走面8と螺旋溝17が同時に転造される。転造
された操舵軸1は、こののち表面層を高周波焼入れされ
る。
【0018】図3は、前記操舵軸1の螺旋状転走面8の
変形例を示す。ランド部16には、図2のものと同様
に、螺旋溝17が形成されている。図3(a)は、螺旋
状転走面8aが形成されたねじ溝部の肩に、円弧面22
を形成したものであり、前述したボール15の肩乗り上
げ時の局部的な応力集中を防止するとともに、ランド部
16に保持されたグリースを転走面8aへ流入しやすく
している。
【0019】図3(b)は、螺旋状転走面8bが形成さ
れたねじ溝部の底に、凹溝23を形成したものであり、
ここに保持したグリースを、ボール15と転走面8bの
間に供給するようになっている。
【0020】図3(a)、(b)に示した各転走面8
a、8bは、ボール15の半径RB よりも僅かに大きい
曲率半径Rを有する2つの円弧面で形成され、各円弧面
の曲率中心01 、02 がねじ溝部の中心線Yから等距離
だけオフセットされた、いわゆるゴシックアーク形状に
形成されている。したがって、ボール15と各転走面8
a、8bとの接触点は、前記中心線Yに関して左右対称
の位置となり、左右両方向に駆動される操舵軸1に生じ
るスラスト荷重に対して、ボールねじ機構4の耐負荷特
性を左右両方向で等しくすることができる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明の電動式パワー
ステアリング装置は、操舵軸に一体に設けられたボール
ねじ機構の螺旋状転走面間のランド部に螺旋溝を形成
し、この螺旋溝にグリースを保持して、ボールねじ機構
のねじ軸とナット間に形成される環状空間に封入される
グリース量を多くしたので、ボールと転走面の間の潤滑
性を高めて、ボールねじ機構を長寿命化することができ
る。
【0022】また、螺旋状転走面が形成されたねじ軸溝
部の断面形状をゴシックアーク形状に形成することによ
り、ボールと転走面との接触点を、ねじ軸溝中心に関し
て左右対称位置とし、左右両方向に駆動される操舵軸に
生じるスラスト荷重に対して、ボールねじ機構の耐負荷
特性を左右両方向で等しくすることができる。
【0023】さらに、螺旋状転走面が形成されたねじ軸
溝部の肩を、所定の曲率を有する円弧面に形成すること
により、螺旋状転走面の深さが浅い薄肉のボールねじに
おける、ボールの肩乗り上げ時の局部的な応力集中を緩
和し、ボールやねじ軸の短寿命化を防止することができ
る。また、ねじ軸溝部の底に凹溝を形成することによ
り、この凹溝にグリースを保持して、ボールと転走面の
間の潤滑性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動式パワーステアリング装置の実施形態を示
す一部省略縦断面図
【図2】図1の操舵軸の螺旋状転走面の転造部分を示す
正面図
【図3】a、bは、それぞれ図2の螺旋状転走面の変形
例を示す縦断面図
【図4】aは従来の操舵軸の螺旋状転走面の転造方法を
示す概略正面図、bはaの要部拡大断面図
【符号の説明】
1 操舵軸 2 ラックピニオン機構 3 モータ 4 ボールねじ機構 5 ナット 6 回転子 7 ラック 8、8a、8b 転走面 9 ハウジング 10 ボルト 11 永久磁石 12 ブラシ 13 整流子 14 軸受 15 ボール 16 ランド部 17 螺旋溝 18 ローラダイス 19 突起部 20 平坦部 21 小突起 22 円弧面 23 凹溝 31 ローラダイス 32 操舵軸 33 転走面 34 突起部 35 平坦部 36 ランド部 37 凹み

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車輪を操舵する操舵機構に連結された操
    舵軸と、ハンドルからの操舵トルクを、前記操舵軸を軸
    方向に移動させる力に変換する機構と、前記操舵トルク
    の大きさと方向に応じて回転駆動されるモータと、前記
    操舵軸に一体に設けられたボールねじ機構とを備え、こ
    のボールねじ機構のナットが前記モータの回転子に嵌合
    された電動式パワーステアリング装置において、前記ボ
    ールねじ機構のねじ軸溝部に形成された螺旋状転走面間
    のランド部に、螺旋溝を形成したことを特徴とする電動
    式パワーステアリング装置。
  2. 【請求項2】 前記螺旋状転走面が形成されたねじ軸溝
    部の断面形状をゴシックアーク形状に形成した請求項1
    に記載の電動式パワーステアリング装置。
  3. 【請求項3】 前記螺旋状転走面が形成されたねじ軸溝
    部の肩を、所定の曲率を有する円弧面に形成した請求項
    1または2に記載の電動式パワーステアリング装置。
  4. 【請求項4】 前記螺旋状転走面が形成されたねじ軸溝
    部の底に凹溝を形成した請求項1乃至3のいずれかに記
    載の電動式パワーステアリング装置。
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