JP2003097661A - ボールねじおよびそれを備えた車輪操舵装置 - Google Patents

ボールねじおよびそれを備えた車輪操舵装置

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screw shaft
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勇 吉田
Keisuke Kazuno
恵介 数野
Morihisa Yoshioka
守久 吉岡
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    • B62D5/0445—Screw drives
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじ軸とナットとのこじれを防止するととも
に、加工および組立に要する時間を短縮でき、低コスト
化を図れるボールねじ、およびそれを備えた車輪操舵装
置を提供することにある。 【解決手段】 ナット１４は、軸方向中央部のナット外
周面にスリーブ１１に嵌合する嵌合面となる円筒部１４
ａを有し、その軸方向両側部のナット外周面にはスリー
ブ１１に嵌合しない非嵌合面となる小径段部１４ｂを有
する。車輪を操舵する操舵軸２の一部にはねじ軸部２ａ
が設けられ、ねじ軸部２ａの外周に形成したねじ溝１７
と、ナット１４の内周に形成したねじ溝１８とで形成さ
れた転動路１９に複数のボール１５が配置される。この
ねじ軸部２ａ、ナット１４およびボール１５によりボー
ルねじ機構２０を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボールねじ、例え
ば、自動車の車輪操舵に用いられるボールねじ、および
それを備えた車輪操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の車輪操舵にボールねじを用いた
ものが知られている。その一つとして自動車のハンドル
操舵力を電動モータで補う電動パワーステアリング装置
がある。
【０００３】特開平９−１４２３１５号公報にはボール
ねじを用いた電動パワーステアリング装置が記載されて
いる。この電動パワーステアリング装置は、ボールねじ
を構成するナットのねじ溝径を軸方向外方に向うに従い
徐々に大きくしている。このため、ナットに対してねじ
軸の軸心のズレや曲がりが生じた際にも、ねじ軸とナッ
トとのこじれを防止し、ボールねじの円滑な作動を可能
としている。
【０００４】また、特開平１１−２６８６５８号公報に
は、他のボールねじを用いた電動パワーステアリング装
置が記載されている。この電動パワーステアリング装置
は、ボールねじを構成するボールに関し、軸方向中央部
に配設されるボールの径を軸方向両側部に配設されるボ
ールの径よりも大きくしている。このため、ねじ軸に撓
みや軸心のズレが生じた際にも、ねじ軸とナットとのこ
じれを防止し、ボールねじの円滑な作動を可能としてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術の構成
では、以下の問題が残されている。特開平９−１４２３
１５号公報に記載された構造では、ナットのねじ溝径を
軸方向外方に向うに従い徐々に大きくなるように加工し
なければならず、加工に多くの時間を要する上、加工後
のねじ溝径管理が容易でなく、低コスト化を妨げる要因
となっている。
【０００６】一方、特開平１１−２６８６５８号公報に
記載された構造では、２種類のボールをそれぞれ中央部
と両側部に組み込む必要があるため、組立に多くの時間
を要する上、２種類のボールを管理する必要があり、低
コスト化を妨げる要因となっている。また、２種類のボ
ールの組み込みに過誤が生じた場合には、所期の目的で
あるこじれを防止できず、ボールねじの寿命低下を招来
するおそれもある。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑み、従来技術
の所期の目的であるねじ軸とナットとのこじれを防止す
るとともに、加工および組立に要する時間を短縮でき、
低コスト化を図れるボールねじ、およびそれを備えた車
輪操舵装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】係る目的を達成すべく、
本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周にねじ溝を
有するねじ軸と、このねじ軸に対向して内周にねじ溝を
有するナットと、前記ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝
との間に形成された転動路に配置された複数のボールと
を備え、前記ナットを内嵌して支持する支持部材との嵌
合面を前記転動路の軸方向中央部におけるナット外周面
に、前記支持部材と当接しない非嵌合面を前記転動路の
軸方向両側部におけるナット外周面に、それぞれ設けた
構成を採用した。
【０００９】ここで、転動路の軸方向中央部とは、ねじ
軸とナットとの間に形成されて複数のボールが配置され
る転動路のねじ軸方向の全長のうちねじ軸方向中央に位
置する部位をいい、転動路の軸方向両側部とは、転動路
のねじ軸方向の全長のうちねじ軸方向両側に位置する部
位をいう。
【００１０】このように、ナットを内嵌して支持する支
持部材との嵌合面を転動路の軸方向中央部におけるナッ
ト外周面に、支持部材と当接しない非嵌合面を転動路の
軸方向両側部におけるナット外周面に、それぞれ設けた
構成とすれば、軸方向中央部のナット外周面が支持部材
と嵌合するため、軸方向中央部でのボールとねじ軸およ
びナット間のガタを抑え、ボールねじのバックラッシを
抑制して円滑な作動を実現する一方、軸方向両側部で
は、ナット外周面が支持部材と嵌合しないため、ねじ軸
の軸心のズレや曲がりが生じた際に、ナットが荷重方向
に弾性変形することを許容でき、こじれの発生を防止で
きる。すなわち、ねじ溝径が一定のねじ軸およびナット
と単一のボール径のボールからなるボールねじで、こじ
れの発生を防止でき、低コスト化を図れる。
【００１１】また、請求項２に記載の発明のように、前
記ナットは略円筒形状を有し、前記非嵌合面を設けた軸
方向両側部のナット外径を、前記嵌合面を設けた軸方向
中央部のナット外径よりも小さくした構成とすれば、ナ
ットを簡易な形状とすることができ、さらに低コスト化
を図れる。
【００１２】また、請求項３に記載の発明のように、前
記軸方向両側部のナット外周面をナットの軸方向端部に
向って漸次小径とした構成とすれば、ナットを内嵌する
支持部材へのナットの組み込みが容易となる。
【００１３】また、請求項４に記載の発明のように、前
記転動路の軸方向両端から軸方向内側に少なくとも１リ
ードの幅にわたって前記非嵌合面を設けた構成とすれ
ば、もっともこじれが発生しやすい箇所である転動路の
両端１リードの範囲でのこじれの発生を効果的に防止で
きる。
【００１４】また、請求項５に記載の発明のように、車
輪を操舵する操舵軸の一部に形成されたねじ溝を有する
ねじ軸部と、このねじ軸部に対向して内周にねじ溝を有
し、モータにより回転するナットと、前記ねじ軸部とナ
ットとの間に形成された転動路に配置された複数のボー
ルとでボールねじを構成し、このボールねじを請求項１
から４のいずれかに記載のものとした車輪操舵装置とす
ることで、車輪から過大な負荷を受けた場合にも、ボー
ルねじのこじれを防止し、良好な操舵フィーリングが得
られる車輪操舵装置の低コスト化を図れる。
【００１５】また、請求項６に記載の発明のように、前
記ナットをモータにより回転する回転部材にしまりばめ
で内嵌した構成とすれば、ナットの固定をより簡便にで
きるとともに、しめ代を増減することで転動路の軸方向
中央部でのボールとねじ軸およびナット間のガタを調整
できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図１と
図２に基いて説明する。図１は本発明のボールねじを備
えた車輪操舵装置の一例である電動パワーステアリング
装置の破断正面図である。図２は、この電動パワーステ
アリング装置のボールねじ機構の拡大図である。図１に
おいて、ハウジング１は、ブラケット（図示しない）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の両側は車輪操舵機構（図示
しない）に連結される。ハウジング１の一端から斜め上
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の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
端の変換機構６を介して操舵軸２に、軸方向の進退力と
して伝達される。変換機構６は、操舵軸２の長手方向の
一部に形成されるラック７と、ハンドル軸５の下端に設
けられたピニオン（図示しない）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（図示しない）が設けられている。
【００１７】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が軸方向進退自
在に挿通されている。電動モータ８はモータ制御回路
（図示しない）により、上記操舵トルク検出器の検出値
に従って制御される。
【００１８】スリーブ１１はハウジング１に軸受１２、
１３を介して回転自在に支持される。このスリーブ１１
はナット１４を内嵌し、ナット１４と一体に回転する。
このナット１４内に操舵軸２が貫通している。
【００１９】図２に拡大して示すように、ナット１４は
略円筒形状をしており、軸方向中央部のナット外周面に
スリーブ１１に嵌合する嵌合面となる円筒部１４ａを有
し、その軸方向両側部のナット外周面にはスリーブ１１
に嵌合しない非嵌合面となる小径段部１４ｂを有する。
ナット１４は、その円筒部１４ａがスリーブ１１の内周
に密着するように固定されている。
【００２０】操舵軸２の一部にはねじ軸部２ａが設けら
れ、ねじ軸部２ａの外周に形成したねじ溝１７と、ナッ
ト１４の内周に形成したねじ溝１８とで形成された転動
路１９に複数のボール１５が配置されている。このねじ
軸部２ａ、ナット１４およびボール１５によりボールね
じ機構２０を構成する。
【００２１】この電動パワーステアリング装置の動作お
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（図示しない）からトルク信号が出力されず、
モータ制御手段（図示しない）により電動モータ８は回
転停止状態とされる。従って、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とともにボールねじ機構２０の
ナット１４が回転し、ねじ軸２ａで一部が構成される操
舵軸２が軸方向に進退することで補助操舵力が発生す
る。このとき、ボールねじ機構２０のボール１５は、ナ
ット１４の回転に伴い、ねじ溝１７、１８間で形成され
る転動路１９を転動する。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。
【００２２】本実施形態では、ナット１４が軸方向中央
部における円筒部１４ａでスリーブ１１に嵌合してお
り、軸方向両側部における小径段部１４ｂではスリーブ
１１に嵌合していない。このような構成とすれば、円筒
部１４ａがスリーブ１１に賢固に支持されるため、軸方
向中央部でのボールとねじ軸およびナット間のガタを抑
え、ボールねじのバックラッシを抑制して円滑な作動を
実現できる。また、小径段部１４ｂがスリーブ１１と嵌
合しないため、ねじ軸の軸心のズレや曲がりが生じた際
に、小径段部１４ｂが荷重方向に弾性変形することを許
容でき、ねじ軸とナットとのこじれの発生を防止できる
ため、良好な操舵フィーリングを得られる。ここで、非
嵌合面となる小径段部１４ｂは、転動路１９の軸方向両
端から軸方向内側に１．５リードの幅だけ形成してい
る。このように１．５リードの幅の小径段部１４ｂを設
けることで、もっともこじれが発生しやすい転動路１９
の軸方向両端でのこじれの発生を防止している。この非
嵌合面となる小径段部１４ｂは、転動路１９の軸方向両
端からナット１４の軸方向内側に少なくとも１リードの
幅で設けることで、効果的に軸方向両端でのこじれを防
止できる。
【００２３】本発明の第２の実施形態を図３と図４に基
いて説明する。図３は本発明のボールねじを用いた車輪
操舵装置の一例である電動パワーステアリング装置の破
断正面図である。図４は、この電動パワーステアリング
装置のボールねじ機構の拡大図である。前述した図１と
図２に示す第１の実施形態と異なる点は、ナット１４の
軸方向両側部の形状とその固定方法のみで、その他の同
一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を
省略する。
【００２４】図４に拡大して示すように、ナット１４は
略円筒形状をしており、軸方向中央部にスリーブ１１に
嵌合する嵌合面１４ａを有し、その軸方向両側部にはス
リーブ１１に嵌合しない非嵌合面となるテーパ部１４ｃ
を有する。このテーパ部１４ｃは、ナットの軸方向端部
に向って漸次小径となるテーパ面としている。このた
め、ナット１４のスリーブ１１内への組み込みを容易に
している。なお、本実施形態では、非嵌合面をテーパ面
としたが、非嵌合面をクラウニング形状の面としてナッ
トの軸方向端部に向って漸次小径としても良い。
【００２５】ナット１４は、その円筒部１４ａをスリー
ブ１１の内周に圧入して嵌合され、しまりばめで固定さ
れている。このときのしめ代を数μｍから数１０μｍ程
度に設定すると、圧入によりナットの軸方向中央部が縮
径するため、軸方向中央部でのねじ溝径が軸方向両端部
でのねじ溝径よりも小さくなる。このため、軸方向中央
部でのボールとねじ軸およびナット間のガタを抑え、ボ
ールねじのバックラッシを抑制して円滑な作動を実現で
きるとともに、軸方向両側部でのボールとねじ軸および
ナット間に適度なガタを付与でき、こじれの発生を防止
できるため、良好な操舵フィーリングを得られる。
【００２６】以上、本発明の実施形態について電動パワ
ーステアリング装置を用いて説明したが、本発明のボー
ルねじは、電動パワーステアリング装置以外の用途にも
適用でき、例えば、ねじ軸に大きなモーメントが作用す
る用途に好適である。また、本発明の車輪操舵装置は、
電動パワーステアリング装置の他に、前輪をハンドルで
操舵する自動車において、両側の前輪の車輪速を監視
し、車体が常に目標車体スリップ角となるように、後輪
角度の操舵を電子制御するシステム（ＡＲＳシステム
（Active Rear Stear）と呼ばれる）に用いられる後輪
の車輪操舵装置にも適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のボールねじ
は、ナットを内嵌して支持する支持部材との嵌合面を転
動路の軸方向中央部におけるナット外周面に、支持部材
と当接しない非嵌合面を転動路の軸方向両側部における
ナット外周面に、それぞれ設けた構成としたので、バッ
クラッシを抑制し、円滑な作動を実現するとともに、ね
じ軸の軸心のズレや曲がりが生じた際に、こじれが発生
するのを防止できるボールねじの加工および組立に要す
る時間を短縮でき、低コスト化を図れる。
【００２８】また、本発明の車輪操舵装置は、車輪から
過大な負荷を受けた場合にも、ボールねじのこじれを防
止し、良好な操舵フィーリングを得られる車輪操舵装置
の低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる電動パワース
テアリング装置の破断正面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる電動パワース
テアリング装置の破断正面図である。
【図４】図２の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・ハウジング １ａ・・・・・・筒体 １ｂ・・・・・・端部材 １ｃ・・・・・・端部材 ２・・・・・・・操舵軸 ２ａ・・・・・・ねじ軸部 ５・・・・・・・ハンドル軸 ６・・・・・・・変速機構 ７・・・・・・・ラック ８・・・・・・・電動モータ ９・・・・・・・ステータ １０・・・・・・ロータ １１・・・・・・スリーブ １２・・・・・・軸受 １３・・・・・・軸受 １４・・・・・・ナット １４ａ・・・・・円筒部 １４ｂ・・・・・小径段部 １４ｃ・・・・・テーパ部 １５・・・・・・ボール １７・・・・・・ねじ溝 １８・・・・・・ねじ溝 １９・・・・・・転動路 ２０・・・・・・ボールねじ機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 CA02 CA05 CA13 CA16 CA21 3J062 AA02 AB40 AC01 BA40 CD12

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外周にねじ溝を有するねじ軸と、このね
    じ軸に対向して内周にねじ溝を有するナットと、前記ね
    じ軸のねじ溝とナットのねじ溝との間に形成された転動
    路に配置された複数のボールとを備え、前記ナットを内
    嵌して支持する支持部材との嵌合面を前記転動路の軸方
    向中央部におけるナット外周面に、前記支持部材と当接
    しない非嵌合面を前記転動路の軸方向両側部におけるナ
    ット外周面に、それぞれ設けたボールねじ。
  2. 【請求項２】 前記ナットは略円筒形状を有し、前記非
    嵌合面を設けた軸方向両側部のナット外径を、前記嵌合
    面を設けた軸方向中央部のナット外径よりも小さくした
    請求項１に記載のボールねじ。
  3. 【請求項３】 前記軸方向両側部のナット外周面をナッ
    トの軸方向端部に向って漸次小径とした請求項１または
    ２に記載のボールねじ。
  4. 【請求項４】 前記転動路の軸方向両端から軸方向内側
    に少なくとも１リードの幅にわたって前記非嵌合面を設
    けた請求項１から３のいずれかに記載のボールねじ。
  5. 【請求項５】 車輪を操舵する操舵軸の一部に形成され
    たねじ溝を有するねじ軸部と、このねじ軸部に対向して
    内周にねじ溝を有し、モータにより回転するナットと、
    前記ねじ軸部とナットとの間に形成された転動路に配置
    された複数のボールとでボールねじを構成し、このボー
    ルねじを請求項１から４のいずれかに記載のものとした
    車輪操舵装置。
  6. 【請求項６】 前記ナットをモータにより回転する回転
    部材にしまりばめで内嵌した請求項５に記載の車輪操舵
    装置。
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