JP2003343682A

JP2003343682A - ボールねじおよびそれを具備する電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2003343682A
Application number: JP2002155971A
Authority: JP
Inventors: Isamu Yoshida; 勇吉田; Kiyotake Shibata; 清武柴田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】駒部材の固定作業が簡単なボールねじ、および
衝撃荷重を吸収すると共に、ミスアライメントを抑制で
きるボールねじを具備した電動パワーステアリング装置
を提供する。【解決手段】このボールねじ１は、例えば自動車の電動
パワーステアリング装置に用いられ、ねじ軸２と、この
ねじ軸２に外嵌したナット３と、ねじ軸２の外周に形成
した螺旋状のねじ溝４と、このねじ溝４に対応しナット
３の内周に形成した螺旋状のねじ溝５により形成される
転動路６に収容した複数のボール７と、ナット３のねじ
溝４を連結する連結溝８を有する駒部材９と、ナット３
の外周面にモールドされた合成樹脂層１０とで構成して
いる。駒部材９の外方部は幅広に形成し、この幅広部９
ａをナット３の駒窓１２に僅かなシメシロをもって圧入
することにより、溶融した樹脂が駒窓１２からボールね
じ１の内部に侵入することはない。

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、特に
自動車の電動パワーステアリング装置等に用いられる駒
式のボールねじ、およびそれを具備する電動パワーステ
アリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の電動パワーステアリング装置
は、ドライバーによるハンドルの操舵力を電動モータで
アシストするものであり、種々の形式のものがある。そ
の電動パワーステアリング装置の一つとして、車輪の操
舵機構に連結され、進退自在に動作する操舵軸に対し
て、ハンドルからラックピニオン機構等の変換装置を介
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。このボールねじには、電動パワース
テアリング装置全体の小型軽量化を図るため、コンパク
トで負荷容量の大きいものが要望されている。

【０００３】一般的にボールねじは、ボールの循環機構
が異なる種々の形式のものがあり、その一つに駒式と呼
ばれるものがある。この駒式ボールねじは、転動路を周
回経路とする循環用の駒を使用し、ねじ溝の連結路を有
する駒をナットに装着している。駒式ボールねじは、構
成が比較的簡素で、かつコンパクトに構成できる利点が
ある。

【０００４】図５は、従来の駒式ボールねじの一例を示
す。（ａ）は従来の駒式ボールねじの平面図、（ｂ）は
縦断面図、そして（ｃ）は駒部材の斜視図をそれぞれ示
している。ねじ軸５１は、ねじ溝５２を外周に有し、回
転するナット５３は、このねじ溝５２に対応するねじ溝
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を介してねじ軸５１に螺合している。
円筒状のナット５３の胴部には、内外の周面に貫通して
ねじ溝５４の一部を切欠く楕円状の駒窓５６を穿設し、
この駒窓５６に楕円状の駒部材５７を嵌合させている。
駒部材５７の内方には、ねじ溝５４の隣合う１周分同士
を連結する連結溝５８を形成し、この連結溝５８とねじ
溝５４の略１周の部分とでボール５５の転動路を構成し
ている。転動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、５４に沿って転動
し、駒部材５７の連結溝５８に案内され、ねじ軸５１の
ねじ山を乗り越えて隣接するねじ溝５４に戻って再びね
じ溝５２、５４に沿って転動する。

【０００５】駒部材５７の固定は、図６に示すように、
駒部材５７をナット５３の外側から挿入し、駒部材５７
の外周に接着剤を塗布するか、駒部材５７を挿入後、ナ
ット５３の駒窓５６周縁を加締めるかして行なってい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、駒部材
５７の固定に接着剤を使用するのは、作業工数が増える
と共に、接着不良等、製品の信頼性を低下させる要因と
なるばかりでなく、ボールねじの組立現場における作業
環境が悪化する恐れがあり、清浄な作業環境を維持する
必要があるため、製品コストへの影響を余儀なくされて
いた。また、こうしたボールねじを自動車の電動パワー
ステアリング装置に適用する場合、ナット５３を電動モ
ータ（図示せず）のロータ（図示せず）に内嵌して使用
するが、この接着剤が少しでもナット５３の外周に付着
すれば、ボールねじの取付け不良、所謂ミスアライメン
トを誘発して装置の精度を劣化させることになり好まし
くない。

【０００７】一方、駒部材５７をナット５３の駒窓５６
に挿入後、駒窓５６の周縁を加締める方法は、作業工数
が増えるだけでなく、駒窓５６に加締機構を別途形成す
る必要があり、これまたコストアップを招来することに
なる。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、駒部材の固定作業が簡単なボールねじを提供
することを目的としている。さらに、衝撃荷重を吸収す
ると共に、ミスアライメントを抑制できるボールねじを
具備した自動車等の電動パワーステアリング装置を提供
することを目的としている。

【０００９】

【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記載の発明は、外周面に螺旋状の
ねじ溝を形成したねじ軸と、このねじ軸に外嵌し、内周
面に螺旋状のねじ溝を形成した円筒状のナットと、対向
する両ねじ溝により形成された転動路に収容した複数の
ボールと、前記ナットの外周面から装着され、このナッ
トのねじ溝を連結する連結溝を有する駒部材とを備え、
この駒部材を含むナットの外周面に合成樹脂層を射出成
形により形成したボールねじにおいて、前記駒部材の外
方部を幅広に形成し、この駒部材の幅広部を前記ナット
の駒窓に僅かなシメシロをもって圧入した構成を採用し
た。

【００１０】このように、駒部材を含むナットの外周面
に合成樹脂層を射出成形により形成し、この駒部材の幅
広部を前記ナットの駒窓に僅かなシメシロをもって圧入
することにより、駒部材を固定するための特別な固定手
段を設ける必要はなく、ナットの外周面をモールドする
合成樹脂層によって駒部材が外側へ脱落するのを防止す
ることができると共に、駒部材をナットの外周面から圧
入して駒部材を仮止めすることができるため、ナットの
外周面に合成樹脂をモールドする際、取扱いが容易で、
かつ溶融した樹脂が駒窓からボールねじの内部に侵入す
ることがない。

【００１１】好ましくは、請求項２に記載の発明のよう
に、前記駒部材またはナットの外周面に凹凸部を形成す
れば、ボールねじ使用時、ナットに対し、ナットの外周
面に形成した合成樹脂層がずれるのを防止することがで
き、長期間安定した品質を保証することができる。

【００１２】さらに好ましくは、請求項３に記載の発明
のように、前記ナットの外周面に平面部を形成すれば、
簡単な構成でより強固に合成樹脂層の固定を行うことが
できる。

【００１３】さらに好ましくは、請求項４に記載の発明
のように、前記駒部材とナットの外周面間に段差を設け
ることにより、ナットあるいは駒部材に特別な加工を施
すことなく合成樹脂層のずれを防止することができる。
さらに、前記構成と相俟ってより強固に合成樹脂層を固
定することもできる。

【００１４】また、請求項５に記載の発明は、ハウジン
グと、このハウジングに進退自在に支持され、この進退
動作によって車輪を操舵する操舵軸と、この操舵軸をね
じ軸としたボールねじと、このボールねじのナットを回
転させるモータとを備えた電動パワーステアリング装置
において、請求項１乃至４いずれかに記載のボールねじ
としたので、ボールねじに衝撃荷重が生じても、ナット
の外周面に形成した合成樹脂層がこの衝撃荷重を吸収し
てボールねじのねじ溝等に圧痕が発生するのを防止して
ボールねじの内部を保護することができる。

【００１５】また、請求項６に記載の発明のように、前
記ハウジングに前記モータのステータを固着し、このス
テータに所定のエアギャップを介してロータを対向さ
せ、このロータに前記ボールねじのナットを内嵌する
と、装置のコンパクトを図ることができる。また組立時
に生じるミスアライメントをこの合成樹脂層の弾性変形
によって可及的に抑制することができ、ボールねじのト
ルクむらを低減させ、装置の精度向上を図ることができ
る。

【００１６】また、請求項７に記載の発明のように、前
記ハウジングに対して、前記ロータを一対の転がり軸受
を介して回転自在に支承すれば、コンパクトで剛性が高
く、高精度な電動パワーステアリング装置を提供するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明に係
るボールねじを示す平面図、（ｂ）は縦断面図を示す。
このボールねじ１は、例えば自動車の電動パワーステア
リング装置に用いられ、ねじ軸２と、このねじ軸２に外
嵌したナット３と、ねじ軸２の外周に形成した螺旋状の
ねじ溝４と、このねじ溝４に対応しナット３の内周に形
成した螺旋状のねじ溝５により形成される転動路６内に
収容した複数のボール７と、ナット３のねじ溝４を連結
する連結溝８を有する駒部材９と、ナット３の外周面に
モールドされた合成樹脂層１０とで構成している。

【００１８】円筒状のナット３の外周面には駒部材９を
嵌合する楕円状の駒窓１２を複数形成している。この駒
窓１２に嵌合する駒部材９には、内周に１条の連結溝８
を形成している。この連結溝８は、ナット３のねじ溝５
における隣合う１周部分同士を連結し、その深さは、ボ
ール７が連結溝８内でねじ軸２のねじ溝４のねじ山（ラ
ンド部）を越えることができる深さとしている。この連
結溝８によって連結された転動路６は、１周の連続した
周回路となる。

【００１９】図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、駒部
材９は、外方側の幅広部９ａと内方側の挿入部９ｂの段
付き形状に形成され、ナット３の駒窓１２にこの幅広部
９ａを僅かなシメシロで圧入して仮止めをする。通常、
駒部材を嵌合した後、その外周面がナットの外周面と略
面一になるよう駒部材の外周面をナットの外周面にあわ
せて円弧状に形成するが、本実施例では、このような追
加加工をすることなく外周面９ｃをフラットなままとす
ると共に、嵌合後、ナット３の外周面に対し凹み段差が
付くように幅広部９ａの厚みを設定している。これとは
逆に、ナット３の外周面に対し、駒部材９が突出するよ
うに幅広部９ａの厚みを設定しても良い。またこれ以外
にも、図２（ｃ）に示すように、駒部材９’の外周面
９ｃ’に複数の溝を形成しても良い。こうしたナットと
駒部材に段差や溝を設けることにより、後述するナット
の外周面に形成する合成樹脂層のずれを防止することが
できる。

【００２０】図３は、駒部材の他の実施例を示す正面図
である。（ａ）に示す駒部材１３は、内方側に行くにし
たがって漸次縮径するテーパ状の幅広部１３ａと内方側
に形成した挿入部１３ｂとで構成している。（ｂ）に示
す駒部材１４は、テーパ部１４ｃを有する幅広部１４ａ
と内方側の挿入部１４ｂとで構成している。こうした幅
広部１３ａ、１４ａを、ナットに形成した駒窓に対して
僅かなシメシロをもって圧入することにより、合成樹脂
層１０を射出成形する際、溶融した樹脂が駒窓からナッ
ト３の内部に侵入するのを防止することができる。

【００２１】本実施例では、駒部材９を含むナット３の
外周面、およびナット３の両端面亙って合成樹脂層１０
をモールドしている。この合成樹脂層１０は、ＧＦ（グ
ラスファイバー）等の強化繊維を２０〜５０ｗｔ％充填
したＰＡ（ポリアミド）６６等の合成樹脂からなり、射
出成形により所定の厚さに形成して仮止めした駒部材９
が外側に脱落するのを防止する。また、円筒状のナット
３の外周に一部を切欠いた平面部１１、さらにはナット
３と駒部材９、９’、１３、１４との段差によって、こ
の合成樹脂層１０が周方向および軸方向にずれるのを防
止する。なお、こうした平面部１１を設けても良い。ま
た、キー溝等の凹凸部をナット３の外周面に形成しても
良い。

【００２２】合成樹脂層１０をナット３の外周面に形成
することにより、従来のようにナットを他部品に直接嵌
合する場合に比べ、嵌合時に合成樹脂層１０が弾性変形
してミスアライメントを抑制することができる。さら
に、ボールねじ１に衝撃荷重が生じてもこの合成樹脂層
１０で緩和することができ、ボール７またはねじ溝４、
５に圧痕等が発生して製品品質が劣化するのを防止する
ことができる。したがって、長期間安定した機能と品質
を維持することができる。

【００２３】合成樹脂層１０の厚みは、ボールねじのサ
イズや用途、使用条件によって異なるが、射出成形可能
な１〜５ｍｍの範囲に設定している。また、本実施例の
ように、ナット３の端面に膨出して形成すれば、より強
固に合成樹脂層１０をナット３に固着することができ
る。また、合成樹脂は、ＰＡ６６に限らず、例えばＰＡ
６、ＰＡ１１、ＰＡ４６、ＰＰＳ（ポリフェニレンサル
ファイド）等の熱可塑性合成樹脂を例示することができ
る。さらに、強化剤としてＧＦ以外にもＣＦ（カーボン
ファイバー）やチタン酸カリウム等を例示することがで
きる。

【００２４】図４は、本発明のボールねじを具備した電
動パワーステアリング装置の一例を示す。同図におい
て、ハウジング２１は、図示しないブラケットを介して
車体に固定される。ハウジング２１内には操舵軸２２が
摺動自在に貫通している。この操舵軸２２は両端に連結
されたタイロッド（図示せず）を介して、その進退動作
により車輪の操舵を行なう。操舵軸２２の一方の端部に
ラック２３を一体に形成している。また、このラック２
３はハウジング２１に回転自在に支承され、ハンドル軸
（図示せず）に連結したピニオン２４に噛合している。
これらラック２３とピニオン２４とで、ハンドル軸の回
転を操舵軸２２の軸方向推力として伝達する変換機構２
６を構成している。なお、ハンドル軸には、その操舵ト
ルクを検出する検出器が設けられている。

【００２５】ハウジング２１は円筒状に形成し、中央の
大径部２１ａと、この大径部２１ａから両端に延びるガ
イド部２１ｂ、２１ｃとを有している。大径部２１ａ内
には、コアおよびステータコイルで構成する電動モータ
２８のステータ２９を固着している。このステータ２９
の内周側には、所定のエアギャップを介して電動モータ
２８のロータ３０を設けている。ロータ３０は、磁性体
により円筒状に形成し、この両端部を転がり軸受３２を
介し、ハウジング２１に対して回転自在に支承してい
る。このロータ３０内に、操舵軸２２を軸方向移動自在
に挿通している。電動モータ２８は、図示しないモータ
制御回路により、前記操舵トルクを検出する検出器の検
出値に従って制御される。

【００２６】電動モータ２８の回転は、ボールねじ１を
介して、操舵軸２２を軸方向に移動させる力として伝達
される。前述したボールねじ１は、操舵軸２２をねじ軸
２としたものであり、操舵軸２２にねじ溝４を形成して
いる。ボールねじ１のナット３は、ロータ３０の内周に
嵌合して固定されている。操舵軸２２のラック２３と反
対側の端部は、ハウジング２１のガイド部２１ｂの内周
に固着したブッシュ２７によって進退自在に支持してい
る。

【００２７】次に前記電動パワーステアリング装置の動
作を説明する。車両が直進状態にあり、ハンドルの回転
を停止している時は、ピニオン２４に連結したハンドル
軸のトルク検出器からトルク信号が出力されない。した
がって、モータ制御回路は作動せず、電動モータ２８は
停止状態にある。ここで、ハンドルを操舵すると、ハン
ドル軸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２８のロータ
３０が回転する。ロータ３０が回転すると、ボールねじ
１のナット３が回転し、そのねじ軸２で構成される操舵
軸２２が軸方向に移動して補助操舵力が発生する。この
ようにしてハンドルの操舵力が電動モータ２８でアシス
トされることになる。

【００２８】ボールねじ１のナット３の外周面に合成樹
脂層１０をモールドしたため、ロータ３０と、このロー
タ３０に内嵌するナット３間に介在する合成樹脂層１０
でボールねじ１に生ずる衝撃荷重を吸収すると共に、嵌
合部の寸法誤差や形状誤差によって生ずるミスアライメ
ントを、この合成樹脂層１０の弾性変形で抑制すること
ができるため、ボールねじ１のトルクむらを防止するこ
とができる。さらには、ナット３の外周面に形成した平
面部１１や凹凸部、駒部材９、９’の外周面に形成した
凹凸部、あるいは、駒部材９、９’、１３、１４の外周
面とナット３の外周面間に段差を設けたため、ナット３
に対し、ナット３の外周面に形成した合成樹脂層１０の
ずれを防止することができる。

【００２９】以上、本発明の実施の形態について説明を
行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定され
るものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実
施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特
許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の
範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更
を含む。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るボー
ルねじは、外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸
と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形
成した円筒状のナットと、対向する両ねじ溝により形成
された転動路に収容した複数のボールと、ナットの外周
面から装着され、このナットのねじ溝を連結する連結溝
を有する駒部材とを備え、この駒部材を含むナットの外
周面に合成樹脂層を射出成形により形成したボールねじ
において、駒部材の外方部を幅広に形成し、この駒部材
の幅広部をナットの駒窓に僅かなシメシロをもって圧入
することにより、駒部材を固定するための特別な固定手
段を設ける必要はなく、ナットの外周面をモールドする
合成樹脂層によって駒部材が外側へ脱落するのを防止す
ることができる。さらに、駒部材をナットの外周面から
圧入して駒部材を仮止めすることができるため、ナット
の外周面に合成樹脂をモールドする際、取扱いが容易
で、かつ溶融した樹脂が駒窓からボールねじの内部に侵
入することがない。さらには、ナットの外周面に平面部
や凹凸部、駒部材の外周面に凹凸部を形成した場合、あ
るいは、駒部材とナットに段差を設けた場合、ナットに
対し、ナットの外周面に形成した合成樹脂層のずれを防
止することができ、長期間安定した機能、品質を保証す
ることができる。

【００３１】また、ハウジングと、このハウジングに進
退自在に支持され、この進退動作によって車輪を操舵す
る操舵軸と、この操舵軸をねじ軸としたボールねじと、
このボールねじのナットを回転させるモータとを備えた
電動パワーステアリング装置において、前記ボールねじ
を本発明のボールねじとしたので、ボールねじに衝撃荷
重が生じても、ナットの外周面に形成した合成樹脂層が
この衝撃荷重を吸収してボールねじのねじ溝等に圧痕が
発生するのを防止し、ボールねじの内部を保護すること
ができる。

【００３２】また、ハウジングにモータのステータを固
着し、このステータに所定のエアギャップを介してロー
タを対向させ、このロータにボールねじのナットを内嵌
すると、装置のコンパクトを図るとことができると共
に、組立時に生じるミスアライメントを可及的に抑制す
ることができ、ボールねじのトルクむらを低減させ、装
置の精度向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るボールねじを示す平面図
である。（ｂ）は同上、縦断面図である。

【図２】（ａ）は本発明に係るボールねじを示す説明図
である。（ｂ）は本発明に係るボールねじの駒部材を示
す斜視図である。（ｃ）は同上、駒部材の他の実施例を
示す斜視図である。

【図３】（ａ）は本発明に係るボールねじにおける駒部
材の他の実施例を示す正面図である。（ｂ）は同上、駒
部材の他の実施例を示す正面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリン
グ装置を示す縦断面図である。

【図５】（ａ）は従来のボールねじを示す平面図であ
る。（ｂ）は同上、縦断面図である。（ｃ）は従来のボ
ールねじの駒部材を示す斜視図である。

【図６】従来のボールねじを示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・・ボールねじ２・・・・・・・・・・・ねじ軸３・・・・・・・・・・・ナット４、５・・・・・・・・・ねじ溝６・・・・・・・・・・・転動路７・・・・・・・・・・・ボール８・・・・・・・・・・・連結溝９、９’、１３、１４・・駒部材９ａ、１３ａ、１４ａ・・幅広部９ｂ、１３ｂ、１４ｂ・・挿入部９ｃ、９ｃ’・・・・・・外周面１０・・・・・・・・・合成樹脂層１１・・・・・・・・・平面部１２・・・・・・・・・駒窓１４ｃ・・・・・・・・テーパ部２１・・・・・・・・・ハウジング２１ａ・・・・・・・・大径部２１ｂ、２１ｃ・・・・ガイド部２２・・・・・・・・・操舵軸２３・・・・・・・・・ラック２４・・・・・・・・・ピニオン２６・・・・・・・・・変換機構２７・・・・・・・・・ブッシュ２８・・・・・・・・・電動モータ２９・・・・・・・・・ステータ３０・・・・・・・・・ロータ３２・・・・・・・・・転がり軸受５１・・・・・・・・・ねじ軸５２、５４・・・・・・ねじ溝５３・・・・・・・・・ナット５５・・・・・・・・・ボール５６・・・・・・・・・駒窓５７・・・・・・・・・駒部材５８・・・・・・・・・連結溝

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸
と、このねじ軸に外嵌し、内周面に螺旋状のねじ溝を形
成した円筒状のナットと、対向する両ねじ溝により形成
された転動路に収容した複数のボールと、前記ナットの
外周面から装着され、このナットのねじ溝を連結する連
結溝を有する駒部材とを備え、この駒部材を含むナット
の外周面に合成樹脂層を射出成形により形成したボール
ねじにおいて、前記駒部材の外方部を幅広に形成し、この駒部材の幅広
部を前記ナットの駒窓に僅かなシメシロをもって圧入し
たことを特徴とするボールねじ。
【請求項２】前記駒部材またはナットの外周面に凹凸部
を形成した請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】前記ナットの外周面に平面部を形成した請
求項１または２に記載のボールねじ。
【請求項４】前記駒部材とナットの外周面間に段差を設
けた請求項１乃至３いずれかに記載のボールねじ。
【請求項５】ハウジングと、このハウジングに進退自在
に支持され、この進退動作によって車輪を操舵する操舵
軸と、この操舵軸をねじ軸としたボールねじと、このボ
ールねじのナットを回転させるモータとを備えた電動パ
ワーステアリング装置において、請求項１乃至４いずれ
かに記載のボールねじと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６】前記ハウジングに前記モータのステータを
固着し、このステータに所定のエアギャップを介してロ
ータを対向させ、このロータに前記ボールねじのナット
を内嵌した請求項５に記載の電動パワーステアリング装
置。
【請求項７】前記ハウジングに対して、前記ロータを一
対の転がり軸受を介して回転自在に支承した請求項５ま
たは６に記載の電動パワーステアリング装置。