JP2005221024A - ボールねじ機構及び電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
低コストでありながら、確実にコマを取り付けることができるボールねじ機構、並びにそれを用いた電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】
ボールねじ機構において、従動部材３９がナット４５の外周面を包囲していることを利用し、従動部材３９とコマ４３との間に凸部４３ａを形成することで、その弾性力を利用して、従動部材３９に対してコマ４３をナット４５の半径方向内方に付勢するようになっているので、簡素且つ低コストな構成で、コマ４３の確実な取り付けを実現できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ボールねじ機構及び電動式パワーステアリング装置に関する。

操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、かかる電動モータの回転力をラック軸に伝達することにより伝えて操舵を補助する電動式パワーステアリング装置が知られている。ここで、電動モータの回転力をラック軸の推力に変換するため、ボールねじ機構を用いる場合がある（特許文献１参照）。

そのようなタイプの電動式パワーステアリング装置において、電動モータの出力軸はナットに伝達され、ナットの回転力は、ボールを介してラック軸と一体のねじ軸に伝達され、それによりラック軸は軸線方向に移動するようになっている。しかるに、ナットとねじ軸とが相対移動するにつれて、ボールがナット内の転走路に沿って移動するが、このボールを転走路の一端から他端へと戻さないと、ボールねじ機構の円滑な動作が阻害される。そこで一般的には、ボールを戻すために、コマやチューブなどの戻し部材が設けられている。特許文献２には、コマを備えたナットが開示されている。
特開２００２−３７０９７号公報 特開平７−１９０１６１号公報

ここで、特許文献２のナットにおいては、ナットの外周に、薄板状の固定バネを巻き付けており、この固定バネによって、ナットの取付穴内のコマを押さえるようにして取り付けを行っている。しかるに、ボールねじ機構の用途によっては、ナットの外周面に嵌合するような部材を取り付けることもあり、かかる場合、固定バネをナット外周に巻き付けにくいという問題がある。又、より低コストでコマの取り付けを行いたいという要求もある。

尚、これ以外にも、コマの取り付け形態としてはメタルボンド等の接着剤による接着や、カシメによる固定がある。しかし接着剤を用いる形態では、接着剤の硬化時間が必要になり組み付けに時間がかかり、はみ出した接着剤や必要な部分以外についてしまった接着剤の処理が必要なことなどから、量産には不向きという問題がある。一方、カシメによる固定では、ナット全体に焼入れを施した場合等には適用が困難であり、組み立てが容易にできないという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、低コストでありながら、確実にコマを取り付けることができるボールねじ機構並びにそれを用いた電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明のボールねじ機構は、
雄ねじ溝を備えたねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲し、雌ねじ溝を備えたナットと、
前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、
前記ナットのコマ取付穴内に配置され、前記転走路の一端から他端へと前記転動体を戻すためのコマと、
組み付けた状態で、前記ナットのコマ取付穴の半径方向外方を包囲するようにして、前記ナットの外周面より半径方向外方に位置する包囲部材と、
前記ナットの取付穴内において前記包囲部材と前記コマとの間に配置され、前記包囲部材に対して前記コマを前記ナットの半径方向内方に付勢する付勢部材とを有することを特徴とする。

本発明のボールねじ機構によれば、前記ナットを包囲している前記包囲部材を利用し、それと前記コマとの間に前記付勢部材を配置することで、前記包囲部材に対して前記コマを前記ナットの半径方向内方に付勢するようになっているので、簡素且つ低コストな構成で、コマの確実な取り付けを実現できる。

前記包囲部材は、前記ナットに回転力を伝達するためのギヤ部を有していると好ましい。

前記付勢部材が前記コマと一体的に形成されていると、部品点数が削減される。一方、前記付勢部材が前記コマとを別部材とすると、金属と樹脂など異なる素材から形成できる。

以下、本発明の実施の形態に係るボールねじ機構を備えた電動式パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置を含むステアリング系の斜視図である。

図１において、不図示の車体に対して固定されるコラム１に対して、一端にステアリングホイール５を取り付けたステアリングシャフト３が、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト３の他端は、ユニバーサルジョイント７を介して、中間シャフト９に連結されている。中間シャフト９は、電動式パワーステアリング装置１１に連結されている。電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の操舵機構に連結された一対のタイロッド１５を駆動可能となっている。

図２は、図１の電動式パワーステアリング装置１１の軸線方向断面図である。図３は、図２の構成におけるIII部を拡大して示す図である。図２において、電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の車体に固定された円筒状のハウジング２１を有する。ハウジング２１の左方部に対して、その斜め上方より、中間シャフト９（図１）に連結される入力軸１３が挿通されている。又、ハウジング２１内においては、ラック軸２３が水平方向に延在している。入力軸１３の下方端には不図示のピニオンが形成され、ラック軸２３のラック歯２３ａに噛合しており、入力軸１３の回転によりラック軸２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸２３の両端は、継手１７を介してタイロッド１５に連結されている。

ラック軸２３と軸線が平行になるようにして、電動モータ３５がハウジング２１に取り付けられている。電動モータ３５の出力軸は、駆動ギヤ３７をキー連結又はセレーション結合で固定している。駆動ギヤ３７は、中間ギヤ３８に噛合している。

図３において、ラック軸２３の周囲に、ナット４５を包囲嵌合するようにして中空の包囲部材である従動部材３９が配置されている。従動部材３９は、軸受２６と，ハウジング２１に螺着したねじ部材９１により外輪を固定された一対のアンギュラコンタクト玉軸受２７，２７とにより、ハウジング２１に対して回転自在に支持されている。従動部材３９は、軸受２６と，軸受２７、２７に挟まれた部分に、中間ギヤ部３８ａに噛合する従動ギヤ部３９ａを有している。

従動部材３９の一端（図３で左方端）には、半径方向内方に延在するフランジ部３９ｃが形成されており、かかるフランジ部３９ｃとナット４５との間には、樹脂又はゴム製の弾性部材９２が配置されている。一方、従動部材３９の他端（図３で右方端）内周には、軸受２７，２７を固定するための円盤状の押さえ部材９３が螺着されており、押さえ部材９３とナット４５との間にも、樹脂又はゴム製の弾性部材９２が配置されている。ナット４５は軸線方向に移動せず、回転のみ可能となっている。

ねじ軸と一体である（或いは連結されていても良い）ラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向して、雌ねじ溝４５ａを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ａとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、複数の転動体であるボール６５が転動自在に配置されている。ねじ軸２３と、ナット４５と、ボール６５とでボールねじ機構を構成する。ナット４５には複数のコマ４３が設けられている。

図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見たす断面図でる。図４に示すように、ナット４５のコマ取付穴４５ｄには、コマ４３が配置されている。コマ４３は樹脂製であり、上面にカサ状の凸部４３ａを一体的に形成している。付勢部材である凸部４３ａは、ナット４５の外周面に嵌合し且つコマ取付穴４５ｄの半径方向外方を包囲している従動部材３９の円筒状内周面に当接し、コマ４３をナット４５に対し半径方向に押圧している。尚、コマ４３は、下面（雄ねじ溝２３ｂ側の面）にＳ字状の溝４３ｂを有している。この溝４３ｂは、コマ４３がナット４５に取り付けられたとき、隣接する転走路間を連結し、転走路に沿って転動してきたボール６５を、転走路に延在する稜線を乗り越えて隣の転走路に戻す（即ち転走路の一端から他端へと戻す）ための戻し路を形成するものである。

本実施の形態の動作について説明する。図１において、運転者がステアリングホイール５を回転させると、ステアリングシャフト３及び中間シャフト９を介して、その回転力が入力軸１３（図２）へと伝達される。図２において、入力軸１３が回転すると、そのピニオン噛合したラック歯２３ａが押され、ラック軸２３が軸線方向に移動し、タイロッド１５，１５を介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。

このとき図示しないトルクセンサが、入力軸１３に付与された操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータ３５に対して電力を供給するので、出力軸と共に駆動ギヤ３７が回転し、それに中間ギヤ３８を介して噛合した従動ギヤ部３９ａと共に従動部材３９が、所定の減速比で回転させられる。従動部材３９とナット４５とは回転方向に一体となっているため、従動部材３９の回転によりナット４５も回転し、かかる回転運動はボール６５を介してラック軸２３の軸線運動に変換される。この軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１においては、ボールねじ機構において、従動部材３９がナット４５の外周面を包囲していることを利用し、従動部材３９とコマ４３との間に凸部４３ａを形成することで、その弾性力を利用して、従動部材３９に対してコマ４３をナット４５の半径方向内方に付勢するようになっているので、簡素且つ低コストな構成で、コマ４３の確実な取り付けを実現できる。

更に、本実施の形態によれば、例えば不図示の車輪を介して路面から入力された衝撃力により、ラック軸２３が軸線方向に急激に移動するように力を受けた場合、弾性部材９２が変形することで、その衝撃を緩和することができる。

図５は、本実施の形態の変形例にかかる図４と同様な図である。コマ４３Ａに形成する凸部４３ａ’は、カサ状でなく、図５に示すように円筒状或いは切頭円錐状であってよい。それ以外のコマ４３Ａの形状は、上述した実施の形態と同様である。

図６は、本実施の形態の更に別な変形例にかかるコマ４３Ｂを示す図である。図６に示すように、コマ４３Ｂの上面に孔４３ｃを形成し、ここに別部材であるカサ状の凸部４３ａ”の下部円筒部を嵌合させるようにしても良い。凸部４３ａ”を結合した状態では、コマ４３Ｂの形状は、図４に示す実施の形態と同様である。

図７（ａ）は、本実施の形態の更に別な変形例にかかるコマ４３Ｃの図４と同様な図である。図７（ｂ）は、へ字状に曲ったバネ片４４の斜視図である。本変形例においては、従動部材３９とコマ４３Ｃとの間に、バネ片４４を配置することで、その弾性力を利用して、従動部材３９に対してコマ４３をナット４５の半径方向内方に付勢するようになっているので、簡素且つ低コストな構成で、コマ４３の確実な取り付けを実現できる。

図８は、本実施の形態の更に別な変形例にかかるコマ４３Ｄの図４と同様な図である。図７に示す変形例の場合、バネ片４４とコマ４３Ｄとの位置ズレが生じる恐れがある。そこで、本変形例の場合は、コマ４３Ｄの上面に一対の凹部４３ｆを形成し、ここにバネ片４４の端部を係合させることで、両者の位置ズレを抑制している。

図９は、第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１１を示す図２と同様な図であり、図１０は、図９の構成におけるX部を拡大して示す図である。本実施の形態は、上述した実施の形態に対し、ナットの支持形態のみが主として異なるため、同様の構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

図９，１０に示すように、本実施の形態においては、駆動ギヤ３７に中間ギヤ３８を介して噛合した従動ギヤ部１３９ａを有する従動部材１３９が、ナット１４５に対してセレーション結合により一体的に回転可能に連結されている。ナット１４５は、軸受１４１によりハウジング２１に対して回転自在に支持されている。軸受１４１は、ハウジング２１の内周面にブッシュ１５６を介して嵌合された外輪１５５と、ナット１４５の外周面に嵌合し押さえ部材１７７により固定された二分割内輪１５１，１５１と、外輪１５５と内輪１５１、１５１との間に複列で配置され転動自在となっている転動体１５７，１５７とからなっている。従ってナット１４５は軸線方向に移動せず、回転のみ可能となっている。尚、本実施の形態では、ナット１４５を包囲する包囲部材は内輪１５１，１５１であり、コマ４３及び付勢部材は、図４〜８に示す構成を用いることができ、従って上述と同様な作用効果が得られる。

更に、本実施の形態においては、外輪１５５の図で右端とハウジング２１との間には、間座１７１と弾性部材１７２と受け座１７３とが配置されており、外輪１５５の図で左端とハウジング２１に螺合取り付けされるねじ部材１７４との間には、間座１７１と弾性部材１７２とが配置されている。従って、本実施の形態によれば、例えば不図示の車輪を介して路面から入力された衝撃力により、ラック軸２３が軸線方向に急激に移動するように力を受けた場合、弾性部材１７２が変形することで、その衝撃を緩和することができる。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。コマの材質としては、ＭＩＭの他、樹脂などが考えられる。

第１の実施の形態に係る電動式パワーステアリング装置を含むステアリング系の斜視図である。 図１の電動式パワーステアリング装置１１の軸線方向断面図である。 図２の構成におけるIII部を拡大して示す図である。 図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見たす断面図でる。 変形例にかかるコマを示す図である。 変形例にかかるコマを示す図である。 変形例にかかるコマを示す図である。 変形例にかかるコマを示す図である。 第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の軸線方向断面図である。 図９の構成におけるX部を拡大して示す図である。

符号の説明

１ コラム
３ ステアリングシャフト
５ ステアリングホイール
１１ 電動式パワーステアリング装置
２３ ねじ軸
４３ コマ
４５、１４５ ナット
６５ ボール

Claims (4)

1. 雄ねじ溝を備えたねじ軸と、
   前記ねじ軸を包囲し、雌ねじ溝を備えたナットと、
   前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、
   前記ナットのコマ取付穴内に配置され、前記転走路の一端から他端へと前記転動体を戻すためのコマと、
   組み付けた状態で、前記ナットのコマ取付穴の半径方向外方を包囲するようにして、前記ナットの外周面より半径方向外方に位置する包囲部材と、
   前記ナットの取付穴内において前記包囲部材と前記コマとの間に配置され、前記包囲部材に対して前記コマを前記ナットの半径方向内方に付勢する付勢部材とを有することを特徴とするボールねじ機構。
2. 前記包囲部材は、前記ナットに回転力を伝達するためのギヤ部を有していることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記付勢部材が前記コマと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボールねじ機構。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のボールねじ機構を用いたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
   

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