JP2018070073A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック軸とボールねじナットとが相対的に傾くことを抑制することによってトルク変動の少ないステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置１０は、転舵軸２０と、ハウジング１１と、ボールねじナット２１と、ボールねじナット２１をハウジング１１に対して回転可能に支持する転がり軸受５１と、転がり軸受５１の両側と、ハウジング１１との間に設けられ、転がり軸受５１及びボールねじナット２１を、ボールねじナット２１の軸方向外側に設けられた回転中心を中心として揺動可能に支持する球面軸受部５８ａ，５８ｂと、ボールベアリング５１を軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性部材５６ａ，５６ｂと、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

従来、電動モータにより、ラックシャフトに対して軸方向推力を発生させ、ラックシャフトの作動を補助する自動車用の電動パワーステアリング装置（ステアリング装置）がある。このようなステアリング装置では、電動モータの回転力を、ボールネジを介して軸方向推力に変換しラック軸に伝達する。

例えば、特許文献１に示すステアリング装置のボールネジは、ハウジング３０と、ラック軸２１と、ボールねじナット４５と、ボール４４と、軸受５０（複列アンギュラ玉軸受）とによって構成されている。軸受５０は、ハウジング３０とボールねじナット４５との間に設置され、ハウジング３０に対してボールねじナット４５を回転可能に支持する。軸受５０の外輪の軸方向両側には、ハウジング３０との間に、大きなばね定数で形成される弾性部材６２が設けられ、軸受５０の軸方向への僅かな移動を可能としている。

また、特許文献１では、操舵機構として、ステアリングの操作に伴うピニオンの回転をラック軸上に形成されピニオンと噛み合うラックに伝達して軸方向への移動に変換するラックアンドピニオン機構が採用されている。上記構成において、ステアリングが回転操作されると、ピニオン及びラックを介してラック軸２１が軸方向に移動する。そして、ラック軸の両端に揺動可能に設けられるタイロッドを介してタイヤが転舵される。

特開２０１４−２２７０４９号公報

しかしながら、上記ステアリング装置では、ステアリングの操作によってタイヤが転舵されると、タイヤに対する路面からの反力が、ラック軸の両端に揺動可能に設けられるタイロッドを介してラック軸に入力される。このとき、タイロッドがラック軸に対し傾きを有して配置されている場合、ラック軸に入力される反力が、ラック軸を固定するラックとピニオンとの噛合点を中心として、ラック軸を回転させる方向に付勢する場合がある。このため、ボールねじナット４５及び軸受５０（特に内輪）が、ラック軸及びボール４４を介して、ラック軸の回転方向に付勢される。

しかし、ハウジング３０との間で軸受５０の外輪を保持する弾性部材６２は、前述したように大きなばね定数で形成されている。このため、軸受５０の外輪は、付勢方向に容易に傾動できず、延いては付勢方向への軸受５０の内輪の傾動も抑制される。このため、ボールねじナット４５とラック軸とが両者の間の隙間分だけ相対的に傾く場合がある。これにより、ボールねじナット４５とラック軸２１との間で形成されるボールの転動路の径が不均一となり、ステアリングの操舵トルク等に影響を及ぼす虞がある。なお、上記に限らず、ボールねじナットに対してラック軸が傾く態様は他にもあり、いずれの場合においても、同様の課題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされた発明であり、ラック軸とボールねじナットとが相対的に傾くことを抑制することによってトルク変動の少ないステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るステアリング装置は、ステアリングの回動に伴い軸方向に移動する転舵軸と、前記転舵軸を前記軸方向に移動可能に収容するハウジングと、前記転舵軸に複数のボールを介して螺合されるとともに、駆動源を通じて回転駆動されると前記転舵軸を前記軸方向に移動させるボールねじナットと、外周面が前記ハウジングの内周面と径方向に隙間を有して配置される円環状の外輪と、前記外輪の内周側に配置されるとともに前記ボールねじナットを内周面で保持する円環状の内輪と、前記外輪及び前記内輪の間で転動する転動体と、を有し、前記ボールねじナットを前記ハウジングに対して回転可能に支持する転がり軸受と、前記軸方向における前記転がり軸受の両側と、前記ハウジングとの間に設けられ、前記転がり軸受及び前記ボールねじナットを、前記ボールねじナットの軸方向外側に設けられた回転中心を中心として揺動可能に支持する球面軸受部と、前記球面軸受部と前記転がり軸受との間、又は前記球面軸受部と前記ハウジングとの間に設けられ、前記転がり軸受を前記軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性部材と、を備える。

これにより、例えば、転舵輪が路面から転舵による反力を受け、当該反力が回転中心を中心に転舵軸を回転させても、転がり軸受及びボールねじナットは、球面軸受部の作用によりボールを介して転舵軸と一体的に傾動（変位）できる。これにより、ボールねじナットと転舵輪との間で形成されるボールの転動路の径に不均一は生じず、操舵トルクの変動は生じない。

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概略図である。 第一実施形態に係る図１の舵補助機構と、ボールネジ装置、及び軸受部の拡大断面図である。 図２の軸受部の拡大図である。 第一球面及び第二球面の各曲率半径と、回転中心との関係を説明する図である。 第二実施形態に係る図４に対応する図である。 第二実施形態に係る図３に対応する図である。 変形例１に係る図３に対応する図である。 変形例２に係る図３に対応する図である。

＜１．第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るボールネジ装置の軸受部を備える車両の電動パワーステアリング装置（ステアリング装置に相当）の全体を示す図である。電動パワーステアリング装置は、操舵補助力によって操舵力を補助するステアリング装置である。なお、本発明のステアリング装置は、電動パワーステアリング装置の他に、４輪操舵装置、後輪操舵装置、ステアバイワイヤ装置など、ボールネジ装置の軸受部の適用が可能な様々な装置に適用できる。

（１−１．ステアリング装置１０の構成）
電動パワーステアリング装置１０（以後、ステアリング装置１０とのみ称する）は、車両の転舵輪２８，２８に連結される転舵シャフト２０を転舵シャフト２０の軸方向と一致するＡ方向（図１の左右方向）に往復移動させることにより、転舵輪２８，２８の向きを変える装置である。

図１に示すように、ステアリング装置１０は、ハウジング１１と、ステアリングホイール１２（ステアリングに相当）と、ステアリングシャフト１３と、トルク検出装置１４と、電動モータＭ（以後、モータＭと称す）と、転舵シャフト２０（転舵軸に相当）と、操舵補助機構３０と、ボールネジ装置４０と、軸受部５０と、を備える。

ハウジング１１は、車両に固定される固定部材である。ハウジング１１は、筒状に形成され、転舵シャフト２０をＡ方向に相対移動可能に挿通し収容する。ハウジング１１は、第一ハウジング１１ａと、第一ハウジング１１ａのＡ方向一端側（図１中、左側）に固定された第二ハウジング１１ｂとを備える。両ハウジング部１１ａ，１１ｂは、Ａ方向に接離可能に構成されている。

第一ハウジング１１ａは、転舵シャフト２０の外形に応じた筒状の本体部１１ａ１と、本体部１１ａ１より大径筒状の左端部１１ａ２とからなる。すなわち、第一ハウジング１１ａは、本体部１１ａ１及び左端部１１ａ２が連結されて段差付き円筒状に形成される。第一ハウジング１１ａには、図中の左側から第二ハウジング１１ｂが嵌め込まれる。

第二ハウジング１１ｂの右端部１１ｂ１は、上記第一ハウジング１１ａの左端部１１ａ２と同一径の円筒状に形成される。また、第二ハウジング１１ｂの左部１１ｂ２は、第一ハウジング１１ａの本体部１１ａ１と同一径の円筒状に形成される。第二ハウジング１１ｂは、その右端部１１ｂ１が、第一ハウジング１１ａの左端部１１ａ２にはめ込まれる。

ステアリングホイール１２は、ステアリングシャフト１３の端部に固定され、車室内において回転可能に支持される。ステアリングシャフト１３は、運転者の操作によってステアリングホイール１２に加えられるトルクを転舵シャフト２０に伝達する。

ステアリングシャフト１３の転舵シャフト２０側の端部には、ラックアンドピニオン機構を構成するピニオン１３ａが形成される。トルク検出装置１４は、ステアリングシャフト１３の捩れ量に基づいて、ステアリングシャフト１３に加えられるトルクを検出する。

転舵シャフト２０は、Ａ方向に延伸している。転舵シャフト２０は、ステアリングホイール１２の回動に伴い軸方向に移動する。転舵シャフト２０には、ラック２２が形成されている。ラック２２は、ステアリングシャフト１３のピニオン１３ａに噛合し、ピニオン１３ａとともにラックアンドピニオン機構を構成する。

本実施形態においては、ピニオン１３ａとラック２２とが噛合し接触する噛合点を転舵シャフト２０の回転中心Ｐとして設定する。ここでいう回転中心Ｐとは、例えば、外部から転舵シャフト２０の端部に転舵シャフト２０の軸方向とは異なる方向の力が入力され、転舵シャフト２０の端部が何れかの方向に付勢された場合に、その付勢力によって転舵シャフト２０を回転（揺動）させる際の回転中心（揺動中心）となりうる径方向への変位が規制された拘束位置をいう。転舵シャフト２０は、回転中心Ｐを中心として、転舵シャフト２０の端部が、転舵シャフト２０の半径方向に変位するように回転しようとする。

上述した噛合点は、ラック２２とピニオン１３ａとが相互に反力を及ぼし合い、径方向への変位が最も規制される部位であるので、本実施形態においては、この位置を回転中心Ｐとする。なお、回転中心Ｐと本発明との関係については後に詳述する。

また、転舵シャフト２０は、ラック２２とは異なる位置にボールネジ部２３が形成される。ボールネジ部２３は、後述するボールねじナット２１とともにボールネジ装置４０を構成し、操舵補助機構３０により操舵補助力を伝達される。転舵シャフト２０の両端には、ボールジョイント２５，２５を介してタイロッド２６，２６が揺動可能に連結される。また、タイロッド２６，２６は、ナックルアーム２７，２７を介して左右の転舵輪２８，２８に連結され、転舵シャフト２０のＡ方向への軸動によって転舵輪２８，２８が左右方向に操舵される。

操舵補助機構３０は、モータＭを駆動源として転舵シャフト２０に操舵補助力を付与する機構である。操舵補助機構３０は、モータＭ、モータＭを駆動する制御部ＥＣＵ及び駆動力伝達機構３２を備える。モータＭ、及びモータＭを駆動するための制御部ＥＣＵは、ハウジング１１の第一ハウジング１１ａに固定されるケース３１に収容される。制御部ＥＣＵは、トルク検出装置１４の出力信号に基づいて、操舵補助トルクを決定し、モータＭの出力を制御する。

図２に示すように、駆動力伝達機構３２は、駆動プーリ３６、従動プーリ３４及び歯付きベルト３５を備える。駆動プーリ３６は、モータＭの出力軸３７に装着される。出力軸３７は、転舵シャフト２０の軸線と平行に配置される。従動プーリ３４は、ボールねじナット２１の外周側にボールねじナット２１と一体回転可能に設けられる。歯付きベルト３５は、駆動プーリ３６と従動プーリ３４とに懸架される。駆動力伝達機構３２は、駆動プーリ３６と従動プーリ３４との間で、モータＭが発生させる回転駆動力を、歯付きベルト３５を介して伝達する。

（１−１−１．ボールネジ装置４０の構成）
図２に示すように、ボールネジ装置４０は、主に第二ハウジング１１ｂ内に収容される。ボールネジ装置４０は、転舵シャフト２０のボールネジ部２３，ボールねじナット２１（ナットに相当），複数の転動ボール２４（複数のボールに相当）を備える。転舵シャフト２０のボールネジ部２３には、外周面に螺旋状に形成された外周転動溝２０ａが形成される。外周転動溝２０ａは、複数巻き巻回されて形成される。

ボールねじナット２１は、筒状に形成され、ボールネジ部２３の外周側にボールネジ部２３（転舵シャフト２０）と同軸に配置される。ボールねじナット２１の内周面は、螺旋状に形成された内周転動溝２１ａを備える。内周転動溝２１ａは、複数巻き巻回されて形成される。そして、ボールネジ部２３の外周転動溝２０ａとボールねじナット２１の内周転動溝２１ａとが対向して配置され、外周転動溝２０ａと内周転動溝２１ａとの間で複数の転動ボール２４が転動する転動路Ｒが形成される。

複数の転動ボール２４は、転動路Ｒ内に転動可能に配列される。これにより、ボールネジ部２３の外周転動溝２０ａと、ボールねじナット２１の内周転動溝２１ａとが、複数の転動ボール２４（ボール）を介して螺合する。モータＭ（駆動源）によってボールねじナット２１が回転駆動されると、複数の転動ボール２４を介して転舵シャフト２０（転舵軸）を軸方向に移動させる。

図２、図３に示すように、ボールねじナット２１における従動プーリ３４と反対側の外周縁部には、径方向外方に突出したフランジ２１ｃが形成されている。なお、転動路Ｒを転動する複数の転動ボール２４は、ボールねじナット２１に設けられる図略の一対のデフレクタ（図略）によって無限循環される。ただし、デフレクタによる転動ボール２４を無限循環させる技術は公知であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。

（１−１−２．軸受部の構成）
次に、本発明にかかる軸受部５０について図２，図３に基づき説明する。軸受部５０は、ボールねじナット２１と第二ハウジング１１ｂとの間で、ボールねじナット２１、つまり、ボールネジ装置４０を支持する。軸受部５０は、ボールベアリング５１（転がり軸受に相当する）と、弾性部材５６ａ，５６ｂと、球面軸受部５８ａ，５８ｂと、を備える。なお、球面軸受部５８ａ，５８ｂは、係止部材５７ａ，５７ｂと球面座部材５８ａ１，５８ｂ１とによって構成される。つまり、球面座部材５８ａ１及び係止部材５７ａによって球面軸受部５８ａが構成される。また、球面座部材５８ｂ１及び係止部材５７ｂによって球面軸受部５８ｂが構成される。弾性部材５６ａ，５６ｂ，係止部材５７ａ，５７ｂ及び球面軸受部５８ａ，５８ｂは、Ａ方向において、ボールベアリング５１の両側にそれぞれ配置される。

ボールベアリング５１（転がり軸受）は、外輪５２と、内輪５３と、玉５４（転動体に相当する）とを備える。本実施形態においては、ボールベアリング５１は、玉５４が、外輪５２と、内輪５３との間でＡ方向に沿って二列（複数列）配置される複列アンギュラ玉軸受である。玉５４は、外輪５２及び内輪５３の間で転動する。

軸受部５０の配置のため、第一ハウジング１１ａの左端部１１ａ２における外輪５２側の先端に係止部１１ａ３が形成される。また、第二ハウジング１１ｂの右端部１１ｂ１における外輪５２とＡ方向に離間した部位には係止部１１ｂ３が形成される。そして、Ａ方向における外輪５２と各係止部１１ａ３，１１ｂ３の各端面との間の隙間に、弾性部材５６ａ，５６ｂ、係止部材５７ａ，５７ｂ，及び球面座部材５８ａ１，球面座部材５８ｂ１がそれぞれ配置される。弾性部材５６ａ，５６ｂ、係止部材５７ａ，５７ｂ，及び球面座部材５８ａ１，球面座部材５８ｂ１は、それぞれ外輪５２の両端から各係止部１１ａ３，１１ｂ３に向かって、上記記載の順番で、それぞれ対向して配置される。

径方向において、ボールベアリング５１は、ボールねじナット２１のＡ方向一端側（図２、図３において左側）の外周面と、第二ハウジング１１ｂの右端部１１ｂ１の内周面との間に設けられ、第二ハウジング１１ｂに対して、ボールねじナット２１を回転可能に支持する。詳細には、ボールベアリング５１（正確には内輪５３）は、ボールねじナット２１の外周面に形成された前述のフランジ２１ｃと従動プーリ３４との間に位置する。

ボールベアリング５１の外輪５２は、円環状に形成される。外輪５２は、外輪５２の外周面と第二ハウジング１１ｂの右端部１１ｂ１の内周面との径方向の間が若干の隙間を有するよう配置される。また、内輪５３も、円環状に形成される。内輪５３は、外輪５２の内周側に配置されるとともにボールねじナット２１を内周面で保持する。内輪５３は、内輪５３の内周面とボールねじナット２１の外周面との径方向の間が若干の隙間を有するよう配置される。

ただし、この態様には限らず、内輪５３の内周面とボールねじナット２１の外周面との間は、圧入嵌合であってもよい。ただし、本実施形態においては、内輪５３とボールねじナット２１の外周面との間が圧入ではなく隙間を有する場合、その隙間の大きさは、外輪５２の外周面と第二ハウジング１１ｂの右端部１１ｂ１の内周面との間の隙間よりも小さい。

外輪５２の内周面には、外輪５２の周方向に沿う玉保持溝５２ａが形成される。玉保持溝５２ａは、玉５４の周面に応じた曲面を有する。玉保持溝５２ａは、Ａ方向に沿って二つ（二列）形成されている。各玉保持溝５２ａ内には玉５４が充填される。この状態で、玉５４は外輪５２と内輪５３との間での相対回転によって転動可能となる。

弾性部材５６ａ，５６ｂは、Ａ方向において、係止部材５７ａ，５７ｂとボールベアリング５１との間にそれぞれ設けられる。なお、係止部材５７ａ，５７ｂは、前述したように球面軸受部５８ａ，５８ｂを構成する構成要素でもある。つまり、弾性部材５６ａ，５６ｂは、球面軸受部５８ａ，５８ｂとボールベアリング５１との間に設けられるとも言える。弾性部材５６ａ，５６ｂは金属製で円環状の皿ばねである。

図３に示すように、弾性部材５６ａ，５６ｂは、ボールベアリング５１の外輪５２のＡ方向両側に、対向して設けられる。このため、各弾性部材５６ａ，５６ｂは、外輪５２を、対向する弾性部材５６ａ，５６ｂ側に向かってそれぞれ押圧する。これにより、弾性部材５６ａ，５６ｂは、ボールベアリング５１（特に外輪５２）を、Ａ方向（軸方向）において弾性的に変位可能に保持する。

係止部材５７ａ，５７ｂは、鉄製かつ断面Ｌ字で円環状に形成される。図３に示すように、係止部材５７ａ，５７ｂは、短手方向に延在する保持部５７ａ１，５７ｂ１と、長手方向に延在する防磨耗部５７ａ２，５７ｂ２とを備える。保持部５７ａ１，５７ｂ１の外径は、弾性部材５６ａ，５６ｂの内径に合わせて設定される。よって、弾性部材５６ａ，５６ｂは係止部材５７ａ，５７ｂ（保持部５７ａ１，５７ｂ１）にはめ込まれる。この状態で、保持部５７ａ１，５７ｂ１は、弾性部材５６ａ，５６ｂの内側に全周に亘って位置する。つまり、Ａ方向において、係止部材５７ａ，５７ｂは、外輪５２との間で弾性部材５６ａ，５６ｂを保持する。

係止部材５７ａは、ボールベアリング５１（転がり軸受）の外輪５２と、第一ハウジング１１ａ（ハウジング）の左端部１１ａ２の係止部１１ａ３との間に設けられる。実際には、係止部材５７ａは、球面座部材５８ａ１を介して、係止部１１ａ３に支持される。係止部材５７ａは、弾性部材５６ａが保持される側と反対側の面に凹状の第一球面５７Ａ１を備える。

また、係止部材５７ｂも係止部材５７ａと同様に、ボールベアリング５１（転がり軸受）の外輪５２と、第二ハウジング１１ｂ（ハウジング）の右端部１１ｂ１の係止部１１ｂ３との間に設けられる。実際には、係止部材５７ｂは、球面座部材５８ｂ１を介して、係止部１１ｂ３に支持される。係止部材５７ｂは、弾性部材５６ｂが保持される側と反対側の面に凸状の第一球面５７Ｂ１を備える。なお、第一球面５７Ａ１及び第一球面５７Ｂ１の各曲率半径ＳＲ１，ＳＲ２の大きさについては、後に説明する。

球面軸受部５８ａ、及び球面軸受部５８ｂを構成する球面座部材５８ａ１，５８ｂ１は、ともに金属部材で円環状に形成される。球面座部材５８ａ１は、第一ハウジング１１ａ（ハウジング）の左端部１１ａ２の係止部１１ａ３と係止部材５７ａとの間に配置される。また、球面座部材５８ｂ１は、第二ハウジング１１ｂ（ハウジング）の右端部１１ｂ１の係止部１１ｂ３と係止部材５７ｂとの間に配置される。

このとき、球面座部材５８ａ１は、係止部材５７ａの凹状の第一球面５７Ａ１と対向する側に、第一球面５７Ａ１の形状に対応した凸状の第二球面５８Ａ１を備える。また、球面座部材５８ｂ１は、係止部材５７ｂの凸状の第一球面５７Ｂ１と対向する側に、第一球面５７Ｂ１の形状に対応した凹状の第二球面５８Ｂ１を備える。第一球面５７Ａ１，５７Ｂ１は、第二球面５８Ａ１，５８Ｂ１とそれぞれ摺動可能に当接する。なお、第二球面５８Ａ１及び第二球面５８Ｂ１の各曲率半径ＳＲ１，ＳＲ２の大きさについては、それぞれ対応する第一球面５７Ａ１及び第一球面５７Ｂ１と同じ大きさとする。

弾性部材５６ａ，係止部材５７ａ，及び球面座部材５８ａ１と、弾性部材５６ｂ，係止部材５７ｂ，及び球面座部材５８ｂ１とが、上記のように配置されることによって、Ａ方向における外輪５２の両端において、弾性部材５６ａ，５６ｂの弾性力がそれぞれ発揮される。

また、第一球面５７Ａ１と第二球面５８Ａ１，及び第一球面５７Ｂ１と第二球面５８Ｂ１とは、弾性部材５６ａ，５６ｂの弾性力が発揮された状態で当接し、各球面に沿って摺動可能である。このため、第一球面５７Ａ１と第二球面５８Ａ１，及び第一球面５７Ｂ１と第二球面５８Ｂ１とのそれぞれの間には、例えばフッ素樹脂等の潤滑性を有したコーティング材が設けられていることが好ましい。なお、コーティング材は、フッ素樹脂に限らずどのようなものでもよい。

（１−１−２−１．第一球面、及び第二球面の曲率半径について）
第一球面５７Ａ１（第二球面５８Ａ１）、及び第一球面５７Ｂ１（第二球面５８Ｂ１）の各曲率半径ＳＲ１，ＳＲ２の大きさについて図４に基づき説明する。図４に示すように、曲率半径ＳＲ１，ＳＲ２は、前述した、ピニオン１３ａとラック２２とが噛合し接触する噛合点である転舵シャフト２０の回転中心Ｐからの曲率半径として設定する。

（１−２．作用）
次に、上記のように構成されたステアリング装置１０の作用について説明する。ステアリングホイール１２を操舵すると、操舵トルクがステアリングシャフト１３に伝達され、ピニオン１３ａとラック２２とによるラックアンドピニオン機構を介して転舵シャフト２０が軸方向に移動される。

ステアリングシャフト１３に伝達された操舵トルクは、トルク検出装置１４により検出される。また、モータＭの出力軸３７の回転位置等が図略の回転角検出センサによって検出される。これら操舵トルクおよびモータＭの回転位置等に基づいてモータＭが制御され、アシスト力が発生される。モータＭによるアシスト力は、ボールネジ装置４０によって転舵シャフト２０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１２の操舵力が軽減される。

このように、モータＭによってアシスト力が発生され、転舵シャフト２０が軸方向に移動されると、ボールジョイント２５，２５、タイロッド２６，２６、及びナックルアーム２７，２７を介して、転舵輪２８，２８の向きが変更される。しかし、このとき、転舵輪２８，２８は、向きが変更されたことによる反力を路面から受ける。

この反力は、上記とは逆の経路であるナックルアーム２７，２７、タイロッド２６，２６、ボールジョイント２５，２５を経由して、転舵シャフト２０の両端部に入力される。このように、反力は、転舵シャフト２０の両端部に入力される。しかし、今回は、ボールネジ装置４０に、より近い端部、すなわち図４において左側の端部に反力が入力されたものとして考える。

このとき、例えば、図４に示すように、タイロッド２６の軸線と転舵シャフト２０の軸線とが、同軸ではなく所定の角度を有して配置されている場合、転舵シャフト２０は、径方向の変位を規制されている回転中心Ｐ周りに回転力が付与される。このとき、ボールネジ装置４０を両側で支持する軸受部が、従来技術の構成しか有していない場合、つまり、ボールベアリング５１のＡ方向における両側に、相互に摺動可能な第一球面５７Ａ１と第二球面５８Ａ１、及び第一球面５７Ｂ１と第二球面５８Ｂ１とを有していない場合には、ボールベアリング５１の外輪５２は、ばね定数の大きな弾性部材によって変位（移動）が規制される。このため、回転中心Ｐを中心とした転舵シャフト２０の回転に応じて回動（変位）できない。

従って、ボールベアリング５１、及びボールベアリング５１に支持されるボールねじナット２１に対して転舵シャフト２０のみが回転中心Ｐを中心に回転（揺動）するので、ボールねじナット２１と転舵シャフト２０との間に傾きが生じてしまう。これにより、ボールねじナット２１と転舵シャフト２０との間で形成される転動ボール２４の転動路Ｒの径が不均一となり、操舵トルク等に影響を及ぼす虞がある。また、転舵シャフト２０が転動ボール２４及びボールねじナット２１を介してボールベアリング５１の内輪５３と外輪５２との間をこじる虞もあるので、ボールベアリング５１自身の回転トルクの変動の発生や信頼性が低下する場合もある。

しかし、本発明の構成では、ボールベアリング５１のＡ方向両側には、回転中心Ｐを中心に回動して摺動可能な第一球面５７Ａ１と第二球面５８Ａ１、及び第一球面５７Ｂ１と第二球面５８Ｂ１とを備える軸受部５０を有する。このため、転舵輪２８が路面から反力を受け、回転中心Ｐを中心に転舵シャフト２０を回転（揺動）させても、ボールベアリング５１及びボールねじナット２１は、転動ボール２４を介して転舵シャフト２０と一体的に傾動（変位）できる。これにより、ボールねじナット２１と転舵シャフト２０との間で形成される転動ボール２４の転動路Ｒの径に不均一は生じず、操舵トルクの変動は生じない。また、ボールベアリング５１の外輪５２と内輪５３との間がこじられることもないので、ボールベアリング５１自身のトルク変動も生じない。

＜２．第二実施形態＞
次に、第二実施形態について図５、図６に基づき説明する。上記第一実施形態では、転舵シャフト２０が軸方向に移動し、転舵輪２８，２８を転舵させた際に、路面から、転舵シャフト２０の端部に反力が付与された場合について説明した。しかしこの態様には限らない。

第二実施形態として、図５に示すように、例えば、タイロッド２６と転舵シャフト２０との接続点であるボールジョイント２５の揺動中心位置を回転中心Ｐとして第一球面と第二球面の曲率半径を設定してもよい。この場合、転舵シャフト２０を回転（揺動）させる要因を、転舵シャフト２０の端部から入力される外部からの力と考えるのではなく、例えば、ボールベアリング５１が組み付けられる第二ハウジング１１ｂの右端部１１ｂ１の内周面の寸法ばらつきによる傾きや、ボールベアリング５１の内外周面の寸法ばらつきによる傾き等を要因として考える。つまり、これらの寸法精度のばらつきによって、製品を組み立てたときに転舵シャフト２０とボールねじナット２１との間に生じる傾きを吸収するよう設定する。

なお、第二実施形態における軸受部１５０は図６に示す形状となる。軸受部１５０は、図３に示す第一実施形態における軸受部５０の各部材をボールベアリング５１を中心として左右反転させた形状で形成される。図６において、軸受部１５０のボールベアリング５１（転がり軸受）、弾性部材１５６ａ，１５６ｂ、係止部材１５７ａ，１５７ｂ（球面軸受部１５８ａ，１５８ｂ）、及び球面座部材１５８ａ１，１５８ｂ１（球面軸受部１５８ａ，１５８ｂ）は、第一実施形態の軸受部５０を構成するボールベアリング５１（転がり軸受）、弾性部材５６ａ，５６ｂ、係止部材５７ａ，５７ｂ（球面軸受部５８ａ，５８ｂ）、及び球面座部材５８ａ１，５８ｂ１（球面軸受部５８ａ，５８ｂ）に、それぞれ対応する。

また、係止部材１５７ａは、凸状の第一球面１５７Ａ１を備え、球面座部材１５８ａ１は、係止部材１５７ａの凸状の第一球面１５７Ａ１と対向する側に、第一球面１５７Ａ１の形状に対応した凹状の第二球面１５８Ａ１を備える。また、係止部材１５７ｂは、凹状の第一球面１５７Ｂ１を備え、球面座部材１５８ｂ１は、凹状の第一球面１５７Ｂ１と対向する側に、第一球面１５７Ｂ１の形状に対応した凸状の第二球面１５８Ｂ１を備える。そして、第一球面１５７Ａ１と第二球面１５８Ａ１、及び第一球面１５７Ｂ１と第二球面１５８Ｂ１の各曲率半径ＳＲ１，ＳＲ２を、上述したタイロッド２６と転舵シャフト２０との接続位置であるボールジョイント２５の揺動中心を回転中心Ｐとして設定する。これによって、上記第一実施形態と同様の効果が得られる。

＜３．変形例１＞
次に、第一実施形態の変形例１について図７に基づき説明する。変形例１では、図７に示すように、球面軸受部２５８ａ、２５８ｂを、ボールベアリング１５１（転がり軸受）の外輪１５２と、球面座部材２５８ａ１，２５８ｂ１とによって形成する。

具体的には、変形例１の軸受部２５０は、ボールベアリング１５１（転がり軸受）の外輪１５２（球面軸受部２５８ａ，２５８ｂ）、球面座部材２５８ａ１，２５８ｂ１（球面軸受部２５８ａ，２５８ｂ）、弾性部材２５６ａ，２５６ｂ、及び係止部材２５７ａ，２５７ｂ、を備える。軸受部２５０は、Ａ方向において、ボールベアリング１５１（転がり軸受）から離間する方向に向かって上記で記載した順に配置される。

上述したように、球面軸受部２５８ａは、ボールベアリング１５１の外輪１５２と球面座部材２５８ａ１とによって構成される。また、球面軸受部２５８ｂは、ボールベアリング１５１の外輪１５２と球面座部材２５８ｂ１とによって構成される。

変形例１では、外輪１５２は、図７における右側の側面に凹状の第一球面２５７Ａ１を備え、左側の側面に凸状の第一球面２５７Ｂ１を備える。そして、球面座部材２５８ａ１は、外輪１５２の凹状の第一球面２５７Ａ１と対向する側に、第一球面２５７Ａ１の形状に対応した凸状の第二球面２５８Ａ１を備える。また、球面座部材２５８ｂ１は、外輪１５２の凸状の第一球面２５７Ｂ１と対向する側に、第一球面２５７Ｂ１の形状に対応した凹状の第二球面２５８Ｂ１を備える。第一球面２５７Ａ１，２５７Ｂ１は、第二球面２５８Ａ１，２５８Ｂ１とそれぞれ摺動可能に当接する。このとき、第一球面２５７Ａ１，第二球面２５８Ａ１、及び第一球面２５７Ｂ１，第二球面２５８Ｂ１の曲率半径ＳＲ１，ＳＲ２は、第一実施形態と同様に、回転中心Ｐをラックアンドピニオン機構における噛合点とする。これによって、上記第一実施形態と同様の効果が得られる。なお、この態様に限らず、変形例１を第二実施形態に適用してもよい。

＜４．変形例２＞
また、第一実施形態の変形例２として、球面座部材５８ａ１，５８ｂ１を廃止し、球面座部材５８ａ１，５８ｂ１を第一ハウジング１１ａの係止部１１ａ３、及び第二ハウジング１１ｂの係止部１１ｂ３にそれぞれ置き換えてもよい。つまり、図８に示すように、係止部１１ａ３は、係止部材５７ａの凹状の第一球面５７Ａ１と対向する側に、第一球面５７Ａ１の形状に対応した凸状の第二球面３５８Ａ１を備える。また、係止部１１ｂ３は、係止部材５７ｂの凸状の第一球面５７Ｂ１と対向する側に、第一球面５７Ｂ１の形状に対応した凹状の第二球面３５８Ｂ１を備える。

このように、変形例２においては、第一ハウジング１１ａの係止部１１ａ３と係止部材５７ａとによって、球面軸受部３５８ａが構成される。また、第二ハウジング１１ｂの係止部１１ｂ３と係止部材５７ｂとによって、球面軸受部３５８ｂが形成される。これによっても、第一実施形態と同様の効果が得られる。なお、変形例２は、第二実施形態に対しても同様に適用できる。

＜５．実施形態による効果＞
上記実施形態によれば、ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１２の回動操作に伴い軸方向に移動する転舵シャフト２０（転舵軸）と、転舵シャフト２０を軸方向に移動可能に収容するハウジング１１と、転舵シャフト２０に複数の転動ボール２４（ボール）を介して螺合されるとともに、モータＭ（駆動源）を通じて回転駆動されると転舵シャフト２０を軸方向に移動させるボールねじナット２１と、外周面がハウジング１１の内周面と径方向に隙間を有して配置される円環状の外輪５２と、外輪５２の内周側に配置されるとともにボールねじナット２１を内周面で保持する円環状の内輪５３と、外輪５２及び内輪５３間で転動する玉５４と、を有し、ボールねじナット２１をハウジング１１に対して回転可能に支持するボールベアリング５１，１５１（転がり軸受）と、軸方向におけるボールベアリング５１，１５１（転がり軸受）の両側と、ハウジング１１との間に設けられ、ボールベアリング５１，１５１及びボールねじナット２１を、ボールねじナット２１の軸方向外側に設けられた回転中心を中心として揺動可能に支持する球面軸受部５８ａ，５８ｂ、１５８ａ，１５８ｂ、２５８ａ，２５８ｂと、球面軸受部とボールベアリング５１，１５１との間、又は球面軸受部とハウジング１１との間に設けられ、ボールベアリング５１，１５１を軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性部材５６ａ，５６ｂと、を備える。

これにより、例えば、転舵輪２８が路面から反力を受け、回転中心Ｐを中心に転舵シャフト２０を回転（揺動）させても、ボールねじナット２１は、転動ボール２４を介して転舵シャフト２０と一体的に傾動（変位）できる。これにより、ボールねじナット２１と転舵シャフト２０との間で形成される転動ボール２４の転動路Ｒの径に不均一は生じず、操舵トルクの変動は生じない。また、ボールベアリング５１の外輪５２と内輪５３との間をこじることもないので、ボールベアリング５１自身のトルク変動も生じない。

また、上記実施形態によれば、ボールベアリング５１，１５１（転がり軸受）は、玉５４が軸方向に沿って外輪５２，１５２と内輪５３との間に複数列配置される複列アンギュラ玉軸受である。電動ステアリング装置において、ボールネジ装置４０を支持する転がり軸受として一般的に用いられる複列アンギュラ玉軸受に本発明を適用することにより、大きな生産台数に見合った大きな効果を得ることができる。

また、上記第一，第二実施形態によれば、ボールベアリング５１，１５１とハウジング１１との間に設けられ、弾性部材５６ａ，５６ｂを保持する係止部材５７ａ，５７ｂ、１５７ａ，１５７ｂ、２５７ａ，２５７ｂを備える。そして、球面軸受部５８ａ，５８ｂ、１５８ａ，１５８ｂは、係止部材５７ａ，５７ｂ、１５７ａ，１５７ｂと、球面座部材５８ａ１，５８ｂ１とによって形成される。係止部材５７ａ，５７ｂ、１５７ａ，１５７ｂは、軸方向において、外輪５２との間で弾性部材５６ａ，５６ｂ、１５６ａ，１５６ｂを保持し、弾性部材５６ａ，５６ｂ、１５６ａ，１５６ｂが、保持される側と反対側の面に凸状又は凹状の第一球面５７Ａ１，１５７Ａ１を備える。そして、球面座部材５８ａ１，５８ｂ１、１５８ａ１，１５８ｂ１は、係止部材５７ａ，５７ｂ、１５７ａ，１５７ｂとハウジング１１との間に配置される円環状部材であり、係止部材５７ａ，５７ｂ、１５７ａ，１５７ｂの第一球面５７Ａ１，５７Ｂ１、１５７Ａ１，１５７Ｂ１と対向する面に第一球面の形状に対応した形状で形成され、第一球面と摺動可能に当接する第二球面５８Ａ１，５８Ｂ１、１５８Ａ１，１５８Ｂ１を備える。

このように、ボールベアリング５１，１５１（転がり軸受）が、摺動可能に当接する第一球面５７Ａ１，５７Ｂ１、１５７Ａ１，１５７Ｂ１と第二球面５８Ａ１，５８Ｂ１、１５８Ａ１，１５８Ｂ１とによって支持されるので、転舵シャフト２０（転舵軸）に傾きが生じる事態が生じても、転舵シャフト２０とボールねじナット２１とは相対的に傾かず、一体的に傾動できる。これにより、ボールねじナット２１と転舵シャフト２０との間で形成される転動ボール２４の転動路Ｒの径に不均一は生じず、操舵トルクの変動は生じない。また、ボールベアリング５１の外輪５２と内輪５３との間をこじることもないので、ボールベアリング５１自身のトルク変動も生じない。

また、上記第一実施形態の変形例１によれば、球面軸受部２５８ａ、２５８ｂは、ボールベアリング１５１（転がり軸受）の外輪１５２と球面座部材２５８ａ１，２５８ｂ１とによって形成され、外輪１５２は、側面に凸状又は凹状の第一球面２５７Ａ１，２５７Ｂ１を備え、球面座部材２５８ａ１，２５８ｂ１は、外輪１５２の側面と対向する第一球面２５７Ａ１，２５７Ｂ１の形状に対応した形状で形成され、第一球面２５７Ａ１，２５７Ｂ１と摺動可能に当接する第二球面２５８Ａ１，２５８Ｂ１を備える。これにより、第一実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態によれば、転舵シャフト２０（転舵軸）は、ステアリングホイール１２（ステアリング）の回動に伴い回転するピ二オン１３ａと噛合するラック２２を備え、球面軸受部５８ａ、５８ｂ、１５８ａ，１５８ｂの揺動の回転中心Ｐは、ラック２２とピ二オン１３ａとの噛合点である。これにより、転舵シャフト２０（転舵軸）の端部に外部から力が入力された場合、噛合点を中心にした転舵シャフト２０の回転（揺動）を球面軸受部５８ａ、５８ｂ、１５８ａ，１５８ｂによって良好に吸収できる。

また、上記実施形態によれば、球面軸受部２５８ａ，２５８ｂの揺動の回転中心Ｐは、転舵シャフト２０（転舵軸）の端部に設けられるタイロッド２６との接続点である。これにより、ハウジング等の寸法ばらつきにより生じる、転舵シャフト２０とタイロッド２６との接続点を中心にした転舵シャフト２０の回転（揺動）を球面軸受部２５８ａ，２５８ｂによって良好に吸収できる。

＜６．その他＞
なお、上記実施形態においては、ボールベアリング５１（転がり軸受）を複列アンギュラ玉軸受として説明した。しかし、この態様には限らない。転がり軸受は、単列アンギュラ玉軸受でもよい。また、背面組合わせ、正面組合わせ、並列組合わせ等のアンギュラ玉軸受を用いてもよい。また、深溝玉軸受を用いてもよい。いずれによっても相応の効果が期待できる。また、転がり軸受は、転動体として、ころを用いたころ軸受であってもよい。これによっても同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、弾性部材５６ａは皿ばねであったが、ウェーブワッシャであってもよい。また、ゴム等の樹脂製の弾性部材であってもよい。

また、上記第一変形例において、軸受部２５０は、係止部材２５７ａ，２５７ｂを備えなくてもよい。これによっても、相応の効果は期待出来る。

また、上記実施形態においては、本発明に係るボールネジ装置４０を支持する軸受部５０，１５０，２５０を、転舵シャフト２０（転舵軸）の軸とモータＭの出力軸３７とが平行に配置されるラックパラレル型の電動パワーステアリング装置１０に適用した。しかし、この態様には限らない。例えば、特開２０１１−１０５０７５号公報に記載されるような、転舵シャフトとモータＭとが同軸に配置される、所謂、ラックダイレクト型の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。これによっても同様の効果が期待できる。

また、本発明を後輪操舵装置や、ステアバイワイヤ装置に用いる場合は、上記実施形態において、ピニオン１３ａとラック２２を取り除き、代わりに転舵シャフトを径方向に支持しつつ、軸方向に摺動可能に支持する案内部材と、転舵シャフトが軸回りに回転するのを規制する回り止め部材を設ければよい。この場合、案内部材の中心が、転舵シャフトの回転中心Ｐとなる。

１０・・・ステアリング装置（電動パワーステアリング装置）、 １１・・・ハウジング、 １２・・・ステアリングホイール、 １３ａ・・・ピニオン、 ２０・・・転舵軸（転舵シャフト）、 ２０ａ・・・外周転動溝、 ２１・・・ボールねじナット、 ２１ａ・・・内周転動溝、 ２２・・・ラック、 ２４・・・転動ボール、 ２５・・・ボールジョイント、 ２６・・・タイロッド、 ２８・・・転舵輪、 ３０・・・操舵補助機構、 ４０・・・ボールネジ装置、 ５０，１５０，２５０・・・軸受部、 ５１，１５１・・・転がり軸受（ボールベアリング）、 ５２，１５２・・・外輪、 ５６ａ，５６ｂ，１５６ａ，１５６ｂ，２５６ａ，２５６ｂ・・・弾性部材、 ５７Ａ１，５７Ｂ１，１５７Ａ１，１５７Ｂ１，２５７Ａ１，２５７Ｂ１・・・第一球面、 ５７ａ，５７ｂ，１５７ａ，１５７ｂ，２５７ａ，２５７ｂ・・・係止部材、 ５８Ａ１，５８Ｂ１，１５８Ａ１，１５８Ｂ１，２５８Ａ１，２５８Ｂ１，３５８Ａ１，３５８Ｂ１・・・第二球面、 ５８ａ，５８ｂ，１５８ａ，１５８ｂ，２５８ａ，２５８ｂ，３５８ａ，３５８ｂ・・・球面軸受部、 ５８ａ１，５８ｂ１，１５８ａ１，１５８ｂ１，２５８ａ１，２５８ｂ１・・・球面座部材。

Claims (6)

1. ステアリングの回動に伴い軸方向に移動する転舵軸と、
   前記転舵軸を前記軸方向に移動可能に収容するハウジングと、
   前記転舵軸に複数のボールを介して螺合されるとともに、駆動源を通じて回転駆動されると前記転舵軸を前記軸方向に移動させるボールねじナットと、
   外周面が前記ハウジングの内周面と径方向に隙間を有して配置される円環状の外輪と、前記外輪の内周側に配置されるとともに前記ボールねじナットを内周面で保持する円環状の内輪と、前記外輪及び前記内輪の間で転動する転動体と、を有し、前記ボールねじナットを前記ハウジングに対して回転可能に支持する転がり軸受と、
   前記軸方向における前記転がり軸受の両側と、前記ハウジングとの間に設けられ、前記転がり軸受及び前記ボールねじナットを、前記ボールねじナットの軸方向外側に設けられた回転中心を中心として揺動可能に支持する球面軸受部と、
   前記球面軸受部と前記転がり軸受との間、又は前記球面軸受部と前記ハウジングとの間に設けられ、前記転がり軸受を前記軸方向に弾性的に変位可能に保持する弾性部材と、
   を備えるステアリング装置。
2. 前記転がり軸受は、前記転動体が前記軸方向に沿って前記外輪と前記内輪との間に複数列配置される複列アンギュラ玉軸受である、請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記転がり軸受と前記ハウジングとの間に設けられ、前記弾性部材を保持する係止部材を備え、
   前記球面軸受部は、前記係止部材と、球面座部材とによって形成され、
   前記係止部材は、前記軸方向において、前記外輪との間で前記弾性部材を保持し、前記弾性部材が保持される側と反対側の面に凸状又は凹状の第一球面を備え、
   前記球面座部材は、前記係止部材と前記ハウジングとの間に配置される円環状部材であり、前記係止部材の前記第一球面と対向する面に前記第一球面の形状に対応した形状で形成され、前記第一球面と摺動可能に当接する第二球面を備える、請求項１又は２に記載のステアリング装置。
4. 前記球面軸受部は、前記転がり軸受の前記外輪と球面座部材とによって形成され、
   前記外輪は、側面に凸状又は凹状の第一球面を備え、
   前記球面座部材は、前記外輪の前記側面と対向する面に前記第一球面の形状に対応した形状で形成され、前記第一球面と摺動可能に当接する第二球面を備える、請求項１又は２に記載のステアリング装置。
5. 前記転舵軸は、前記ステアリングの回動に伴い回転するピ二オンと噛合するラックを備え、
   前記球面軸受部の揺動の前記回転中心は、前記ラックと前記ピ二オンとの噛合点である、請求項１から４の何れか１項に記載のステアリング装置。
6. 前記球面軸受部の揺動の前記回転中心は、前記転舵軸の端部に設けられるタイロッドとの接続点である、請求項１から４の何れか１項に記載のステアリング装置。

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