JP2006329354A - ボールねじ装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボールねじ装置の組付け工程内で、ボールねじシャフトとボールナットとの間に適正な与圧を簡単に付与できるようにしたボールねじ装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 電動パワーステアリング装置１０のボールねじ装置１３は、ラックシャフト１２に一体に設けられたボールねじシャフト１２ｂと、モータシャフト３６に装着されボールねじシャフト１２ｂに循環ボール２１を介してそれぞれ螺合する第１および第２のボールナット２３、２４と、モータシャフトに螺合され第１および第２のボールナットをモータシャフトの端面に締付ける締付けナット４８と、第２のボールナットの外周と締付けナットの内周との間に介在され締付けナットの締付けにより第１および第２のボールナット間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段５１とによって構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ボールねじシャフトに循環ボールを介して螺合する一対のボールナットを供えたボールねじ装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般に、電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトの回転によって軸方向移動されるラックシャフトと、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてモータシャフトを回転駆動する電動モータと、モータシャフトの回転運動をラックシャフトの軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えている。

この種の電動パワーステアリング装置においては、ベルジャン路等、段差のある路面を走行した際に、タイヤ側よりラックシャフトを強制振動させる外力が入力され、クリアランスをもつボールねじ装置を発生源としてガタガタ音が発生する。また、ボールねじ装置において発生した振動がギヤハウジングから車両に伝わり、車室内で異音となる。

このような問題に対処するために、従来、例えば特許文献１に記載されているようなボールねじ装置を備えた電動パワーステアリング装置が知られている。かかる電動パワーステアリング装置のボールねじ装置は、ラックシャフトの外周に形成された雄ねじ軌条（ボール転動溝）とボールナットの内周に形成された雌ねじ軌条（ボール転動溝）との間に複数のボールを転動可能に備え、これら雄ねじ軌条と雌ねじ軌条のピッチ間隔を異ならせることにより、操向車輪が左右いずれの方向にも転舵されていない操舵の中立状態において、雄ねじ軌条、雌ねじ軌条およびボール間の隙間がほぼ０となるように与圧を付与している。
特開２００１−１１４１１７号公報（段落番号００２８〜００３０、図１〜図３）

上記した特許文献１に記載のものにおいては、雄ねじ軌条と雌ねじ軌条との間で循環ボールに遊びが生じないように与圧を与えることは可能である。そのためには、雄ねじ軌条および雌ねじ軌条を加工するにあたってピッチ、よろめき、転動面形状を加工誤差なく高精度に加工する必要があり、これらが高精度に加工できない場合には、与圧にばらつきが生じ、循環ボールがガタついて異音を発生したり、循環ボールが雄ねじ軌条および雌ねじ軌条内をなめらかに転動せず、操舵感覚を阻害する虞れがあった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ボールねじ装置の組付け工程内で、ボールねじシャフトとボールナットとの間に適正な与圧を簡単に付与できるようにしたボールねじ装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置を提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、外周面にボール転動溝をらせん状に形成したボールねじシャフトと、内周面にボール転動溝をそれぞれらせん状に形成し前記ボールねじシャフトに循環ボールを介してそれぞれ螺合する第１および第２のボールナットと、これら第１および第２のボールナットを装着したナット装着部材と、該ナット装着部材に螺合され前記第１および第２のボールナットを前記ナット装着部材の端面に締付ける締付けナットを備えたボールねじ装置において、前記締付けナット側に位置する前記第２のボールナットの外周と前記締付けナットの内周との間に介在され前記締付けナットの締付けにより前記第１および第２のボールナット間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段を設けたことを特徴とするボールねじ装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、トルク付与手段は、前記第２のボールナットの外周と前記締付けナットの内周との間に介在されたスリップリングからなり、前記締付けナットによる前記第２のボールナットの締付け時に、前記スリップリングにより前記第２のボールナットに所定の回転トルクを付与し、所定の回転トルクを越えると前記締付けナットと第２のボールナット間でスリップを生じさせるようになっているボールねじ装置である。

請求項３に記載の発明は、ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに軸方向に移動可能に貫挿されラックピニオン機構を介して入力軸に連結されるラックシャフトと、電動モータと、該電動モータの回転出力を前記ラックシャフトの軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記ボールねじ装置は、前記ラックシャフトに一体に設けられたボールねじシャフトと、前記電動モータによって回転されるナット装着部材に装着され前記ボールねじシャフトに循環ボールを介してそれぞれ螺合する第１および第２のボールナットと、前記ナット装着部材に螺合され前記第１および第２のボールナットを前記ナット装着部材の端面に締付ける締付けナットと、該締付けナット側に位置する前記第２のボールナットの外周と前記締付けナットの内周との間に介在され前記締付けナットの締付けにより前記第１および第２のボールナット間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段とによって構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項３において、前記電動モータは、前記ラックシャフトと同軸的に前記ギヤハウジング内に配置され、前記ナット装着部材は、前記電動モータのモータシャフトを構成している電動パワーステアリング装置である。

請求項１に係る発明によれば、締付けナット側に位置する第２のボールナットの外周と締付けナットの内周との間に締付けナットの締付けにより第１および第２のボールナット間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段を設けたので、単に締付けナットによるボールナットの締付けによって第１のボールナットと第２のボールナットとの間に所定の相対回転トルクを付与することができる。従って、ボールねじ装置に適正な与圧を簡単に付与することができるようになり、ボールねじ装置の生産性を向上できるとともに、生産コストを低減することができる。

請求項２に係る発明によれば、トルク付与手段は、第２のボールナットの外周と締付けナットの内周との間に介在されたスリップリングからなり、締付けナットによる第２のボールナットの締付け時に、スリップリングによって第２のボールナットに所定の回転トルクを付与し、所定の回転トルクを越えると締付けナットと第２のボールナット間でスリップを生じさせるようになっているので、第２のボールナットの外周と締付けナットの内周との間にスリップリングを介在させるだけのきわめて簡単な構造で、第１のボールナットと第２のボールナットとの間に適正な相対回転トルクを付与することができる。

請求項３に係る発明によれば、電動パワーステアリング装置のボールねじ装置を、ラックシャフトに一体に設けられたボールねじシャフトと、ナット装着部材に装着されボールねじシャフトに循環ボールを介してそれぞれ螺合する第１および第２のボールナットと、ナット装着部材に螺合され第１および第２のボールナットをナット装着部材の端面に締付ける締付けナットと、該締付けナット側の第２のボールナットの外周と締付けナットの内周との間に介在され締付けナットの締付けにより第１および第２のボールナット間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段とによって構成したので、電動パワーステアリング装置のボールねじ装置に適正な与圧を簡単に付与することができるようになる。従って、タイヤ側より入力される振動による異音の発生を防止することができ、しかも、ボールねじ装置の通常の組付け工程によって適正な与圧を付与できるので、電動パワーステアリング装置の生産性を向上でき、生産コストを低減することができる。

請求項４に係る発明によれば、電動モータは、ラックシャフトと同軸的にギヤハウジング内に配置され、ナット装着部材は、電動モータのモータシャフトを構成しているので、電動モータ同軸タイプの小形の電動パワーステアリング装置のボールねじ装置に適正な与圧を付与することができる。

以下本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２において、１０は電動パワーステアリング装置を示し、この電動パワーステアリング装置１０は、車両の左右方向に延在して配設されるアルミ合金製のギヤハウジング１１を備え、このギヤハウジング１１にラックシャフト１２、ボールねじ装置１３、入力軸１４および電動モータ１５等が組込まれている。

ギヤハウジング１１は、中空円筒状に形成されたモータハウジング１６と、モータハウジング１６の両端に同軸上に嵌合されたそれぞれ中空円筒状に形成されたラックハウジング１７，１８からなり、モータハウジング１６とラックハウジング１７，１８はボルト等によって一体的に結合されている。なお、ギヤハウジング１１は、ラックハウジング１７，１８に形成された取付け部１７ａ，１８ａを介して、図略の車体フレームに支持されるようになっている。

ギヤハウジング１１には、ラックシャフト１２が貫挿され、ラックシャフト１２の一端外周にはラック歯１２ａが形成されている。ラック歯１２ａは、ステアリングホイール１９から操舵力が伝達される入力軸１４の先端に刻設されたピニオンギヤ２０と噛合し、このピニオンギヤ２０の回転によってラックシャフト１２が軸方向（図の左右方向）へ移動される。

ラックシャフト１２の他端外周には、ボールねじ装置１３を構成するボールねじシャフト１２ｂが一体に形成されている。ラックシャフト１２の両端は図示してないが、タイロッドおよびナックルアームを介して操向車輪に連結され、ラックシャフト１２の軸方向移動により操向車輪が左右に操向されるようになっている。

電動モータ１５は、ボールねじ装置１３を介してラックシャフト１２に軸方向のアシスト力を付与するもので、ロータを構成するモータシャフト３６とステータ３７とから構成され、ラックシャフト１２と同軸的に配置されている。モータシャフト３６は中空円筒状に形成され、その一端はラックハウジング１７の一端内周に装着された複列アンギュラ玉軸受３８に回転可能に支持され、他端はモータハウジング１８の内周に装着された玉軸受３９に回転可能に支持されている。モータシャフト３６の中空穴には、ラックシャフト１２（ボールねじシャフト１２ｂ）が同軸的に軸方向移動可能に貫挿されている。モータシャフト３６の外周には、平板状の永久磁石４０が円周上に複数接着され、この永久磁石４０に対向してステータ３７がモータハウジング１６の内周に配設されている。ステータ３７は複数のコイル４１を備え、このコイル４１に通電して発生する磁束を永久磁石４０に作用させることによりモータシャフト３６が回転される。また、モータハウジング１６のラックハウジング１７側の内周には回転角検出センサ４２が設けられ、モータシャフト３６の回転位置を検出するようになっている。

電動モータ１５は、図１に示すように、制御ユニット４３に電気的に接続されており、制御ユニット４３にはステアリングホイール１９のステアリング操作により生じる操舵トルクを検出するトルクセンサ４４と、モータシャフト３６の回転角を検出する回転角検出センサ４２とが電気的に接続されている。トルクセンサ４４はステアリングシャフト４５を構成するアッパシャフト４５ａとロアシャフト４５ｂとの間に配設され、アッパシャフト４５ａとロアシャフト４５ｂとの相対角変位に基づいて操舵トルクを検出するようになっている。制御ユニット４３はトルクセンサ４４と回転角検出センサ４２の検出結果に応じて、補助トルク（アシスト力）を働かせるべき方向および大きさを電動モータ１５に生じさせるようになっている。

ボールねじ装置１３は、主にボールねじシャフト１２ｂと、第１および第２の一対のボールナット２３，２４と、これらボールねじシャフト１２ｂと第１および第２のボールナット２３，２４の各間に介在された複数の循環ボール２１から構成されている。ボールねじシャフト１２ｂの外周には循環ボール２１が転動するボール転動溝２２がらせん状に形成され、また、第１および第２のボールナット２３，２４の内周には、循環ボール２１が転動するボール転動溝２５，２６がそれぞれらせん状に形成され、これらボール転動溝２２とボール転動溝２５，２６との各間に循環ボール２１をなす複数のボール（鋼球）が転動可能に介装されている。

第１および第２のボールナット２３には、公知の循環駒によって数条のボール循環溝がそれぞれ形成され、これらボール循環溝を循環ボール２１が循環されるようになっている。

第１および第２のボールナット２３，２４は、図３に詳細図示するように、モータシャフト３６に形成されたナット装着穴３６ａに嵌合され、ナット装着穴３６ａの開口端内周に形成されたねじ穴３６ｂに螺合する締付けナット４８によりモータシャフト３６に固定されるようになっている。ナット装着穴３６ａに嵌合された第２のボールナット２４は、締付けナット４８の端面４８ａにより押圧され、この第２のボールナット２４を介して第１のボールナット２３がモータシャフト３６の内端面３６ｃに押付けられる。そして、第１および第２のボールナット２３，２４を締付けナット４８によって予め定められた締付けトルクで締付けることにより、第１および第２のボールナット２３，２４をモータシャフト３６に固定的に装着するようになっている。なお、モータシャフト３６は、請求項１におけるナット装着部材を構成している。

前記締付けナット４８に当接する第２のボールナット２４の一端には小径部２４ａが形成され、この小径部２４ａの外周と締付けナット４８の内周との間に、スリップリング５０が介挿されている。スリップリング５０は締付けナット４８の内周に装着され、締付けナット４８による締付け時に、第２のボールナット２４の小径部２４ａに嵌合して第２のボールナット２４に締付けナット４８の回転トルクを伝達するようになっている。そして、第２のボールナット２４の端面が第１のボールナット２４の端面に当接して締付けナット４８による締付けトルクが所定の回転トルクを越えると、第２のボールナット２４に対して締付けナット４８が空転されるようになる。この空転は第２のボールナット２４の外周とスリップリング５０との間、もしくは締付けナット４８の内周とスリップリング５０との間のいずれかで生起される。このようにして、締付けナット４８は、第１および第２のボールナット２３，２４がモータシャフト３６の内端面３６ｃに予め定められた締付けトルクで締付けられるまで締付けられる。

すなわち、スリップリング５０は、ウエーブを形成した板状のばね用材料をリング状にして、締付けナット４８の内周と第２のボールナット２４の外周との間に介挿することにより、締付けナット４８と第２のボールナット２４の径方向につっぱり力を発生させ、いわゆるトルクリミッターとして機能するものである。スリップリング５０としては、例えば、レンコールトレランスリングジャパン株式会社製の締結器（商品名：トレランスリング）を使用できる。

このように、モータシャフト３６への第１および第２のボールナット２３、２４の装着時に、締付けナット４８の締付けによりスリップリング５０を介して第２のボールナット２４に所定の回転トルクが伝達されることにより、第２のボールナット２４とボールねじシャフト１２ｂとの空隙が除去され、同時にその反作用により第１のボールナット２３が第２のボールナット２４に対して相対回転され、第１のボールナット２３とボールねじシャフト１２ｂとの空隙が除去される。従って、ボールねじ装置１３にスリップリング５０による所定の与圧が付与され、ボールねじ装置１３のがたが除去される。

上記したスリップリング５０によって、締付けナット４８の締付けにより第１および第２のボールナット２３、２４間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段５１を構成している。

なお、締付けナット４８により第１および第２のボールナット２３、２４を予め定められた締付けトルクでモータシャフト３６に装着した後に、締付けナット４８の端部をモータシャフト３６のナット装着穴３６ａの開口端に形成された切欠き３６ｄにかしめることにより、締付けナット４８が回り止めされ、締付けナット４８の緩みが防止される。

次に、上記のように構成された電動パワーステアリング装置１０の動作について説明する。ステアリングホイール１９を操舵すると、操舵トルクがステアリングシャフト４５を介して入力軸１４に伝達され、ピニオンギヤ２０とラック歯１２ａとによるラックピニオン機構を介してラックシャフト１２が軸方向に移動される。

ステアリングシャフト４５に与えられた操舵トルクはトルクセンサ４４により検出され、また、回転角検出センサ４２によって電動モータ１５のモータシャフト３６の回転位置等が検出される。これら操舵トルクおよびモータシャフト３６の回転位置等に基づいて制御ユニット４３が電動モータ１５を制御し、補助トルクを発生させる。電動モータ１５による補助トルクはボールねじ装置１３によってラックシャフト１２の軸方向移動に変換され、運転者によるステアリングホイール１９の操舵力が軽減される。

ところで、ボールねじ装置１３の第１および第２のボールナット２３，２４には、スリップリング５０によって所定の相対回転トルクが付与され、ボールねじ装置１３のがたが防止されているため、ベルジャン路等、段差のある路面を走行した際に、タイヤ側よりラックシャフト１２を強制振動させる外力が入力されても、ガタガタ音が発生せず、しかも、タイヤからの外力による振動によって車室内で異音が発生することがなくなる。

このように上記した第１の実施の形態によれば、トルク付与手段５１の付設によって、電動パワーステアリング装置１０のボールねじ装置１３に適正な与圧を付与することができるので、タイヤ側より入力される振動による異音の発生を防止することができる。しかも、ボールねじ装置１３の通常の組付け工程内において適正な与圧を簡単に付与できるので、電動パワーステアリング装置１０の生産性を向上でき、生産コストを低減することができる。

また、上記した実施の形態の如く、一対のボールナット２３，２４に相対回転トルクを付与してボールナット２３，２４とボールねじシャフト１２ｂの間に与圧を付与することにより、ボールナット２３，２４とボールねじシャフト１２ｂの軸方向位置を調整して与圧を付与するものに比較し、与圧を数倍に増幅でき、高精度な与圧調整を行うことができる。

図４および図５は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、トルク付与手段５１の変形例を示すものである。第２の実施の形態におけるトルク付与手段５１は、第２のボールナット２４の外周に円周上複数突設された樹脂製の係合突起６０からなり、この係合突起６０が締付けナット４８の先端内周に所定の摩擦力で摩擦係合するようにしたものである。そして、締付けナット４８によるボールナット２３、２４の締付け時に、係合突起６０によって第２のボールナット２４に所定の回転トルクを付与し、所定の回転トルクを越えると第２のボールナット２４に対して係合突起６０を滑らせて締付けナット４８を空転させるようにしたものである。この場合、突起６０を、締付けナット４８の内周側に形成して、第２のボールナット２４の外周との間で摩擦係合させるようにしてもよい。なお、トルク付与手段５１を除く構成は第１の実施の形態と同じであるので、同一部品に同一の参照番号を付し、その説明は省略する。

斯様に、締付けナット４８の締付けにより第１および第２のボールナット２３、２４間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段５１は、同様な機能を有する各種の構成を採り得るものであり、実施の形態で述べたものに限定されるものではなく、また、その形状においても必ずしもリング状である必要はない。

上記した実施の形態においては、電動モータ１５をラックシャフト１２と同軸的に配置した電動パワーステアリング装置について説明したが、電動パワーステアリング装置としては、例えば、特開２００３−３００４７０号公報に記載されているように、電動モータの回転軸線とラックシャフトの中心軸線とが交差するように電動モータを配置し、電動モータの回転出力を傘歯車機構のような伝動機構を介してボールねじ装置のボールナットを装着したナット装着部材に伝達するように構成したものであってもよい。また、前記伝動機構として、平歯車機構あるいは伝動ベルト機構を採用すれば、電動モータをその回転軸線がラックシャフトの中心軸線と平行になるように配置することも可能である。

また、上記した実施の形態においては、トルク付与手段５１を備えたボールねじ装置１３を電動パワーステアリング装置１０に適用した例について述べたが、当該ボールねじ装置１３は、回転運動を直線運動に変換する、あるいは直線運動を回転運動に変換する他の技術分野にも応用可能であり、電動パワーステアリング装置１０に用いることに限定されるものではない。

本発明に係る電動パワーステアリング装置を車体へ搭載した概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態を示すボールねじ装置を使用した電動パワーステアリング装置の断面図である。 図２に示したボールねじ装置の詳細を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図３に相応する図である。 図４のＡ−Ａ線に沿って切断した図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１１…ギヤハウジング、１２…ラックシャフト、１２ａ…ラック歯、１２ｂ…ボールねじシャフト、１３…ボールねじ装置、１４…入力軸、１５…電動モータ、１６…モータハウジング、１７，１８…ラックハウジング、１９…ステアリングホイール、２０…ピニオンギヤ、２１…循環ボール、２２…ボール転動溝、２３，２４…ボールナット、２５、２６…ボール転動溝、３６…モータシャフト（ナット装着部材）、３６ａ…ナット装着穴、３６ｂ…ねじ穴、３７…ステータ、４２…回転角検出センサ、４３…制御ユニット、４４…トルクセンサ、４５…ステアリングシャフト、４８…締付けナット、５０…スリップリング、５１…トルク付与手段、６０…係合突起。

Claims (4)

1. 外周面にボール転動溝をらせん状に形成したボールねじシャフトと、内周面にボール転動溝をそれぞれらせん状に形成し前記ボールねじシャフトに循環ボールを介してそれぞれ螺合する第１および第２のボールナットと、これら第１および第２のボールナットを装着したナット装着部材と、該ナット装着部材に螺合され前記第１および第２のボールナットを前記ナット装着部材の端面に締付ける締付けナットを備えたボールねじ装置において、前記締付けナット側に位置する前記第２のボールナットの外周と前記締付けナットの内周との間に介在され前記締付けナットの締付けにより前記第１および第２のボールナット間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段を設けたことを特徴とするボールねじ装置。
2. 請求項１において、トルク付与手段は、前記第２のボールナットの外周と前記締付けナットの内周との間に介在されたスリップリングからなり、前記締付けナットによる前記第２のボールナットの締付け時に、前記スリップリングにより前記第２のボールナットに所定の回転トルクを付与し、所定の回転トルクを越えると前記締付けナットと第２のボールナット間でスリップを生じさせるようになっているボールねじ装置。
3. ギヤハウジングと、該ギヤハウジングに軸方向に移動可能に貫挿されラックピニオン機構を介して入力軸に連結されるラックシャフトと、電動モータと、該電動モータの回転出力を前記ラックシャフトの軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記ボールねじ装置は、前記ラックシャフトに一体に設けられたボールねじシャフトと、前記電動モータによって回転されるナット装着部材に装着され前記ボールねじシャフトに循環ボールを介してそれぞれ螺合する第１および第２のボールナットと、前記ナット装着部材に螺合され前記第１および第２のボールナットを前記ナット装着部材の端面に締付ける締付けナットと、該締付けナット側に位置する前記第２のボールナットの外周と前記締付けナットの内周との間に介在され前記締付けナットの締付けにより前記第１および第２のボールナット間に所定の相対回転トルクを付与するトルク付与手段とによって構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項３において、前記電動モータは、前記ラックシャフトと同軸的に前記ギヤハウジング内に配置され、前記ナット装着部材は、前記電動モータのモータシャフトを構成している電動パワーステアリング装置。

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