JP2008001323A

JP2008001323A - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP2008001323A
Application number: JP2006175428A
Authority: JP
Inventors: Susumu Imagaki; 進今垣
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP4736976B2

Abstract

【課題】付加的な手段を必要とせず、歯車室の内外の圧力を略等しく保つことができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール１１の操作に伴って回転するステアリング軸１に設けてあるウォームホイール４２と、操舵補助用のモータ２の回転に伴って回転する伝動軸に設けてあるウォーム４１と、ウォーム４１及びウォームホイール４２を収容する歯車室４０を封止し、伝動軸及びステアリング軸１を夫々支持する軸受とを備え、モータ２の回転を、ウォーム４１及びウォームホイール４２を介してステアリング軸１に伝え、操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、軸受５は、歯車室４０の内外の圧力差により移動するから、付加的な手段を必要とせず、歯車室４０の内外の圧力を略等しく保つことができ、歯車室４０の圧力差に起因する不具合の発生を未然に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵補助用のモータの回転を、減速機を介して操舵軸に伝えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール等の操舵部材に加わる操舵トルクを検出し、該操舵トルクに応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転を舵取機構に加えて操舵を補助する構成となっている。

このような電動パワーステアリング装置には、操舵部材と舵取機構とを連結する操舵軸を回転自在に支持するコラムハウジングの中途に操舵補助用のモータを取付け、該モータの回転を減速機を介して操舵軸に伝達し、前記操舵軸の回転を補助するように構成したコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置がある。前記減速機として、操舵補助用のモータに連結されたウォームを、操舵軸の中途に嵌着されたウォームホイールに噛合させてなるウォームギヤ減速機が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ウォームギヤ減速機を備えるコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置においては、減速機が車室の内部に位置することから、減速機の消音対策が重要である。このため従来から、低粘度のグリスを潤滑剤として採用し、ウォームとウォームホイールとの噛合部の潤滑性を向上させて、噛合音の低減を図っている。更に、このような低粘度のグリスに緩衝材粒子（例えば、直径１５０μｍ程度のポリウレタン樹脂製の粒子）を混入することにより、より一層の噛合音の低減を図っている。
特開２００３−３０６１５６号公報

以上のような低粘度のグリスは流動性が高いため、ウォーム及びウォームホイールの両側を支持する軸受をシール軸受にすると共に、グリス漏れを防止するシールを各所に設けて、ウォーム及びウォームホイールを収容する歯車室を密閉する必要がある。ところが、歯車室を密閉した結果、ウォーム及びウォームホイールの噛合部の発熱等に起因する温度変化により歯車室の内圧変化が生じるという問題があった。この内圧変化が生じた場合、前記シール軸受のシール片が押され、軸受の内，外輪間の相対回転を阻害して、伝動効率が低下する不具合を引き起こす虞があった。更に、前記内圧変化により歯車室の内部が負圧になった場合、外気と共に異物が歯車室内に侵入して、噛合音の増大、歯面の摩耗、伝動効率の低下等の不具合を引き起こす虞もあった。

このような不具合の発生を防止するため、従来においては、歯車室を内外に連通させ、空気を自由に流出入させる煙突状の筒体を歯車室に設けることがある。しかしながら、歯車室の外部にグリスが漏れないように、筒体は歯車室の上部に上向きに設ける必要があり、設置位置及び方向が限定されるため、車種によっては設置が困難な場合がある。

また、特許文献１の電動パワーステアリング装置は、歯車室の内圧の変化に応じて移動可能な内圧調整手段を備えている。この内圧調整手段は、ピストン又は弾性材料製の封止板であり、ピストンの移動又は封止板の変形により歯車室の内外の圧力差を緩和する作用をなすが、前記ピストン又は封止板を付加的に設ける必要があり、部品点数が増加するという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、付加的な手段を必要とせず、グリス漏れを防止すると共に、歯車室の内外の圧力差を緩和することができ、該圧力差に起因する不具合の発生を未然に防止することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作に伴って回転する操舵軸に設けてある大歯車と、操舵補助用のモータの回転に伴い回転する回転軸に設けてあり、前記大歯車に噛合している小歯車と、該小歯車及び前記大歯車を収容する歯車室を封止し、前記小歯車及び大歯車の両側にて前記回転軸及び操舵軸を夫々支持する軸受とを備え、前記モータの回転を、前記小歯車及び大歯車を介して前記操舵軸に伝え、該操舵軸の回転に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記軸受の少なくとも一つは、前記歯車室の内外の圧力差により軸長方向に移動可能に設けてあり、該軸受と前記回転軸又は操舵軸との間及び前記軸受と前記歯車室との間に、前記歯車室の封止を実現するように介装された密封環を備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記軸受と前記回転軸又は操舵軸との間及び前記軸受と前記歯車室との間の一方又は両方に介装してあり、前記軸受の軸長方向の移動を補助する移動補助体を備えることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記移動補助体は、前記回転軸又は操舵軸の外周面及び前記歯車室の内面の一方又は両方に転接し、前記軸受の移動に伴い転動する転動体であることを特徴とする。

第１発明によれば、大歯車の両側にて操舵軸を支持する軸受及び小歯車の両側にて回転軸を支持する軸受のうち少なくとも一つが歯車室の内外の圧力差により移動するから、付加的な手段を必要とせず、歯車室の内外の圧力を略等しく保つことができ、歯車室の圧力差に起因する不具合の発生を未然に防止することができる。また、移動可能な軸受と前記操舵軸又は回転軸との間及び該軸受と前記小歯車及び大歯車を収容する歯車室との間に密封環が介装されているから、歯車室の封止が損なわれることもない。

第２発明によれば、軸長方向の移動を可能とした軸受と回転軸又は操舵軸との間及び前記軸受と歯車室との間の一方又は両方に軸受の軸長方向の移動を補助する移動補助体を介装しているから、歯車室の内外の圧力差による力が軸受に作用したときに、軸受はスムーズに移動することができる。

第３発明によれば、回転軸又は操舵軸の外周面及び歯車室の内面の一方又は両方に転接し、軸受の移動に伴い転動するボール、コロ等の転動体を移動補助体として用いているから、軸受は安定してスムーズに移動することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の構成を示す図である。

図中１は、操舵軸としてのステアリング軸であり、筒形をなすコラムハウジング１０の内部に回転自在に支持されている。ステアリング軸１の上端部（図の右側端部）は、コラムハウジング１０の上部（図において右部）から突出しており、この突出端には、図中に２点鎖線により略示しているステアリングホイール（操舵部材）１１が固定されている。コラムハウジング１０の下部（図において左部）から突出するステアリング軸１の下端部は、ユニバーサルジョイント１２を介して図示しない舵取機構に連結されている。

以上の構成により、操舵のために運転者がステアリングホイール１１を回転操作するとき、この回転が、ステアリング軸１を介して舵取機構に伝達され、該舵取機構の動作により舵取りが実行される。

図１に示す電動パワーステアリング装置は、コラムハウジング１０の下端部近傍に操舵補助用のモータ２を備え、このモータ２よりも上位置のコラムハウジング１０の内部にトルクセンサ３を備えている。

ステアリング軸１は、トルクセンサ３の位置にて、入力軸１３と出力軸１４とをトーションバー１５により連結して構成されており、トルクセンサ３は、ステアリングホイール１１の回転操作に応じてステアリング軸１に加わる操舵トルクを、入力軸１３及び出力軸１４間に生じる相対角変位を検出することにより求める公知の構成を有している。

コラムハウジング１０の中途部には、トルクセンサ３の配設部よりも下位置を拡径して、歯車室４０が設けてある。歯車室４０の内部には、ウォームホイール（大歯車）４２と、ウォーム（小歯車）４１とが収容してある。

ウォームホイール４２は、出力軸１４に嵌着された金属製のボス部４２ａと該ボス部４２ａの外側にモールド成形された樹脂製の環状の歯部４２ｂとを備え、図示するように、ボス部４２ａを介して出力軸１４の中途に嵌着固定されている。出力軸１４は、ウォームホイール４２の両側の軸受５，６により歯車室４０を形成するコラムハウジング１０に支持されている。

ウォームホイール４２の下側の軸受６は、ラジアル荷重及びスラスト荷重とを受ける軸受である。ウォームホイール４２の上側の軸受５は、ラジアル荷重のみを受ける軸受であり、後述するように軸長方向に移動可能である。

図２は、図１のII−II線による横断面図である。図２に示すように、歯車室４０の外周に直交するように筒形のウォームハウジング１６が連設してある。ウォームハウジング１６の内部には、伝動軸（回転軸）４３が架設されている。伝動軸４３には、ウォーム４１が設けてあり、ウォーム４１は、ウォームハウジング１６と歯車室４０との連通部においてウォームホイール４２に噛合している。伝動軸４３は、ウォーム４１の両側の軸受７，８によりウォームハウジング１６の内部に支持されている。

ウォームハウジング１６は、軸受８の側に適長延設されており、この延設部には、ウォームハウジング１６を拡径してモータ座１７が形成してあり、モータ座１７には操舵補助用のモータ２が取付けられている。このモータ２の出力軸２０は、ウォームハウジング１６内に突出しており、カップリング２１を介して伝動軸４３に連結されている。以上により、モータ２の回転に伴い、該モータ２の出力軸２０に連結された伝動軸４３が軸回りに回転し、この回転がウォーム４１及びウォームホイール４２を介してステアリング軸１の出力軸１４に伝達される。なお、ウォーム４１をモータ２の出力軸２０に連結された伝動軸４３に設けるとしているが、これに限定されず、モータ２の出力軸２０に設けるとしてもよい。

ウォームホイール４２の両側を支持する軸受５，６及びウォーム４１の両側を支持する軸受７，８は、図１及び図２に略示するようにシール軸受であり、歯車室４０は、これらの軸受５，６，７，８により封止されている。このように封止された歯車室４０の内部には、低粘度のグリスが、ウォーム４１とウォームホイール４２との噛合部が浸かるように封入してある。

以上のような電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１１に加えられる操舵トルクをトルクセンサ３により検出し、この検出トルクに基づいて駆動制御される操舵補助用のモータ２の回転を、ウォーム４１及びウォームホイール４２の噛合部において所定の減速比に減速して、コラムハウジング１０内部のステアリング軸１に伝え、前述の如く行われる舵取りを補助する動作をなす。

このような操舵補助用のモータ２からステアリング軸１への伝動は、歯車室４０内に封入された低粘度のグリスの潤滑下にて良好になされ、この良好な潤滑によりウォーム４１とウォームホイール４２との噛合音が低減されている。低粘度のグリスに緩衝材粒子（例えば、直径１５０μｍ程度のポリウレタン樹脂製の粒子）を混入することにより、より良好な潤滑効果が得られ、より一層の噛合音の低減が可能となる。

一方、以上のような動作により歯車室４０の内部は、ウォーム４１とウォームホイール４２との噛合部の発熱、モータの発熱、周辺温度の変動等により温度変化し、この温度変化により歯車室４０の内外に圧力差が発生する。

本発明においては、ウォームホイール４２の両側を支持する軸受５，６及びウォーム４１の両側を支持する軸受７，８のうち少なくとも一つが軸長方向に移動可能に設けてあり、この移動により歯車室４０の内外の圧力を略等しく保つように構成されている。本実施の形態においては、ウォームホイール４２の上側の軸受５が移動可能としてある。図３は、軸受５の部分拡大図である。

軸受５は、図３に示すように、内輪５０と、外輪５１と、転動体であるボール５２と、ボール５２の両側に設けられたシール片５３，５３とを備えており、シール片５３，５３により内部にグリスが封入してあるそれ自体公知のシール軸受である。なお、軸受６，７，８の構成も同様である。

図３に示すように、軸受５の内輪５０と出力軸１４との間及び軸受５の外輪５１とコラムハウジング１０との間には適宜の隙間が設けてある。軸受５の内輪５０の内周面及び外輪５１の外周面には、環状の溝５４，５４…が軸長方向に適長離隔した位置に夫々周設されている。該溝５４，５４…には、Ｏリング（密封環）５５，５５…が夫々巻装され、Ｏリング５５，５５…は、夫々の溝５４，５４…の底面とステアリング軸１の出力軸１４の外周面及びコラムハウジング１０の内面に夫々弾接させてあり、軸受５の両側、即ち歯車室４０の内外間の封止状態が保たれている。

以上の構成により歯車室４０の内外に圧力差が発生した場合、この圧力差に対応する力が軸受５に作用する。この作用力が、Ｏリング５５，５５…と出力軸１４の外周面との間及びＯリング５５，５５…とコラムハウジング１０の内面との間に作用する摩擦力よりも大になるとき、軸受５は軸長方向に移動することになる。図３に示すように、軸受５の上端面に当接可能なようにコラムハウジング１０を縮径してストッパ１０ａが形成してある。一方、軸受５の下端面に当接可能なようにステアリング軸１の出力軸１４を拡径してストッパ１４ａが形成してある。これにより軸受５は、ストッパ１０ａとストッパ１４ａとの間にて移動可能となる。

図３（ａ）は、軸受５が出力軸１４のストッパ１４ａに当接する位置にある状態を示している。図示するように、歯車室４０の内，外圧が夫々Ｐ₁，Ｐ₂であるとき、この状態から歯車室４０の内圧Ｐ₁が外圧Ｐ₂よりも大になった場合、軸受５の下端面には、該端面の表面積に歯車室４０の内外の圧力差ΔＰ（＝｜Ｐ₁−Ｐ₂｜）を乗じた力が作用し、図３（ｂ）に白抜矢符により示すように、軸受５は上方に移動し、歯車室４０の内容積が増加する。一方、歯車室４０の内圧Ｐ₁が外圧Ｐ₂よりも小になった場合、軸受５の上端面には、該端面の表面積にΔＰを乗じた力が作用し、軸受５は下方に移動し、歯車室４０の内容積は減少する。なお、この移動は、軸受５の内外周に設けたＯリング５５，５５…の作用により、歯車室４０の封止を損なうことなく生じる。更に、このような軸受５の移動は、車両の運転中に生じる温度変化により発生する圧力差であるから、例えば、１時間に約１ｍｍ移動する程度のゆっくりした移動である。

以上のように本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、ウォームホイール４２の上側にてステアリング軸１を支持する軸受５が、歯車室４０の内外の圧力差の作用により移動可能としてあるから、歯車室４０内が正圧又は負圧になったとき、歯車室４０の内容積が増加又は減少する。従って、付加的な手段を必要とせず、歯車室４０の内外の圧力を略等しく保つことができるから、圧力差により軸受５，６，７，８のシール片５３，５３が押され、内，外輪間の相対回転を阻害する虞がなく、また外気と共に異物が歯車室４０内に侵入する虞も回避することができ、噛合音の増大、歯面の摩耗、伝動効率の低下等の不具合の発生を未然に防止することができる。また軸受５とステアリング軸１との間及び軸受５とコラムハウジング１０との間に夫々Ｏリング５５，５５…が介装されているから、軸受５の移動は歯車室４０の封止を損なうことなく生じ、該歯車室４０から外部へのグリス漏れが生じる虞もない。

図４は、他の実施の形態における軸受５の部分拡大図である。この実施の形態においては、ウォームホイール４２の上側にてステアリング軸１を支持する軸受５と出力軸１４との間及び軸受５とハウジング１０との間に、前述したような軸受５の移動を補助するための移動補助体が設けてある。軸受５の内輪５０の内周面及び外輪５１の外周面には、円錐形の形状を有する凹部５６，５６…が軸受５の軸長方向の中心位置に、周方向に等配をなして形成されている。移動補助体であるボール９０，９０…は、凹部５６，５６…と出力軸１４及びハウジング１０に挟まれ、転動自在に保持されている。その他の構成は、図３に示すと同様であるため、対応する構成部材に図３と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

以上のように構成することにより、歯車室４０の内外の圧力差により軸受５が前述したように移動するとき、出力軸１４の外周面又はハウジング１０の内面に転接しているボール９０，９０…は、軸受５の移動に伴い転動するから、軸受５は軸長方向に安定してスムーズに移動することができる。

図５は、他の実施の形態における軸受５の部分拡大図である。軸受５の内輪５０の内周面及び外輪５１の外周面には、環状の溝５７，５７が軸受５の軸長方向の中心位置に夫々周設されてある。移動補助体であるボール９１，９１…は、出力軸１４の外周面又はハウジング１０の内面に転接するように溝５７，５７に夫々設けてある。ボール９１，９１…は、保持器９２，９２により周方向に等配をなして転動自在に保持されている。保持器９２，９２は、一般に玉軸受に用いられているそれ自体公知の構造である。その他の構成は、図３に示すと同様であるため、対応する構成部材に図３と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

以上のように構成することにより、歯車室４０の内外の圧力差により軸受５が前述したように移動するとき、出力軸１４の外周面又はハウジング１０の内面に転接しているボール９１，９１…は、軸受５の移動に伴い保持器９２，９２により保持されつつ転動するから、軸受５は軸長方向に安定してスムーズに移動することができる。

図６は、他の実施の形態における軸受５の部分拡大図である。軸受５の内輪５０の内周面及び外輪５１の外周面には、環状の溝５８，５８が軸受５の軸長方向の中心位置に夫々周設されてある。該溝５８，５８には、移動補助体である滑りリング９３、９３が夫々巻装されている。滑りリング９３、９３は、略台形の断面形状を有しており、溝５８，５８と出力軸１４及びハウジング１０に挟まれ、出力軸１４及びハウジング１０に対して軸長方向に摺動可能に保持されている。滑りリング９３、９３は、摩擦抵抗の小さい、例えば、硬質プラスチック、金属等の適宜の材料を用いて形成されている。その他の構成は、図３に示すと同様であるため、対応する構成部材に図３と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

以上のように構成することにより、歯車室４０の内外の圧力差により軸受５が前述したように移動するとき、出力軸１４の外周面又はハウジング１０の内面に接している滑りリング９３、９３は、軸受５の移動に伴い摺動するから、軸受５は軸長方向に安定してスムーズに移動することができる。

以上の実施の形態においては、ウォームホイール４２の上側にてステアリング軸１を支持する軸受５を移動可能としてあるが、ウォームホイール４２の両側を支持する軸受５，６及びウォーム４１の両側を支持する軸受７，８のいずれかが軸長方向に移動可能であればよい。図７は、他の実施の形態における本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の構成を示す図である。この実施の形態においては、ウォーム４１の一側（図７において左側）を支持する軸受７が移動可能に設けてある。

図７に示すように、軸受７の一端面（図７において左端面）に当接可能なようにウォームハウジング１６を縮径してストッパ１６ａが形成してある。一方、軸受７の他端面（図７において右端面）に当接可能なようにウォーム４１の伝動軸４３を拡径してストッパ４３ａが形成してある。これにより軸受７は、ストッパ１６ａとストッパ４３ａとの間にて移動可能となる。また、軸受７の側のウォームハウジング１６の端面には、開口１６ｂが設けてある。このように軸受７の側のウォームハウジング１６を開口１６ｂにて内外に連通させているため、軸受７の左端面には歯車室４０の外圧が作用する。その他の構成は、図２に示すと同様であるため、対応する構成部材に図２と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

図７に示すように、歯車室４０の内，外圧が夫々Ｐ₁，Ｐ₂であるとき、歯車室４０の内外の圧力差ΔＰ（＝｜Ｐ₁−Ｐ₂｜）の作用により、図７にて白抜矢符により示すように、軸受７は軸長方向に移動する。歯車室４０の内圧Ｐ₁が外圧Ｐ₂よりも大になった場合、軸受７の右端面には、該端面の表面積にΔＰを乗じた力が作用し、軸受７は左に移動し、歯車室４０の内容積が増加し、歯車室４０の内圧Ｐ₁が外圧Ｐ₂よりも小になった場合、軸受７の左端面には、該端面の表面積にΔＰを乗じた力が作用し、軸受７は右に移動し、歯車室４０の内容積は減少する。

この実施の形態においては、ウォーム４１の左側にて伝動軸４３を支持する軸受７が、歯車室４０の内外の圧力差の作用により移動可能としてあるから、付加的な手段を必要とせず、歯車室４０の内外の圧力を略等しく保つことができ、噛合音の増大、歯面の摩耗、伝動効率の低下等の不具合の発生を未然に防止することができる。また軸受７と伝動軸４３との間及び軸受７とウォームハウジング１６との間に夫々Ｏリングが介装されているから、歯車室４０の封止は維持されるため、グリス漏れが生じる虞もない。

なお、以上の実施の形態においては、ウォームホイール４２の上側を支持する軸受５又はウォーム４１の左側を支持する軸受７を軸長方向に移動可能に構成しているが、これに限定されず、ウォームホイール４２を両側にて支持する軸受５，６の一方及び／又はウォーム４１を両側にて支持する軸受７，８の一方を夫々軸長方向に移動可能に構成してもよい。

また、以上の実施の形態においては、操舵補助用のモータ２の回転をステアリング軸１に伝動する減速機にウォーム４１及びウォームホイール４２を備えるウォームギヤ減速機を用いた場合について述べたが、平歯車、傘歯車等の他の歯車を備える減速機を用いてもよく、その他、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能であることは言うまでもない。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の構成を示す図である。図１のII−II線による横断面図である。軸受の部分拡大図である。他の実施の形態における軸受の部分拡大図である。他の実施の形態における軸受の部分拡大図である。他の実施の形態における軸受の部分拡大図である。他の実施の形態における本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の構成を示す図である。

符号の説明

１ステアリング軸（操舵軸）、２モータ、５，６，７，８軸受、１１ステアリングホイール（操舵部材）、４０歯車室、４１ウォーム（小歯車）、４２ウォームホイール（大歯車）、４３伝動軸（回転軸）、５５Ｏリング（密封環）、９０，９１ボール（移動補助体，転動体）、９３滑りリング（移動補助体）

Claims

操舵部材の操作に伴って回転する操舵軸に設けてある大歯車と、操舵補助用のモータの回転に伴い回転する回転軸に設けてあり、前記大歯車に噛合している小歯車と、該小歯車及び前記大歯車を収容する歯車室を封止し、前記小歯車及び大歯車の両側にて前記回転軸及び操舵軸を夫々支持する軸受とを備え、前記モータの回転を、前記小歯車及び大歯車を介して前記操舵軸に伝え、該操舵軸の回転に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記軸受の少なくとも一つは、前記歯車室の内外の圧力差により軸長方向に移動可能に設けてあり、該軸受と前記回転軸又は操舵軸との間及び前記軸受と前記歯車室との間に、前記歯車室の封止を実現するように介装された密封環を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記軸受と前記回転軸又は操舵軸との間及び前記軸受と前記歯車室との間の一方又は両方に介装してあり、前記軸受の軸長方向の移動を補助する移動補助体を備える請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
前記移動補助体は、前記回転軸又は操舵軸の外周面及び前記歯車室の内面の一方又は両方に転接し、前記軸受の移動に伴い転動する転動体である請求項２記載の電動パワーステアリング装置。