JP3874140B2 - 電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュおよびその組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願の発明は、電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュおよびその組立方法に関し、特にボールスクリュが組み込まれるステアリングシャフトに過大な負荷がかかったとき、シャフトスクリュとボールスクリュ内に配設されたボールとの間およびナットスクリュと同ボールとの間にこじりが生ずるのを防止して、ステアリングシャフトおよびボールスクリュの円滑な作動を可能にした電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュおよびその組立方法に関する。
【０００２】
【従来技術、解決しようとする課題】
従来、ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達するボールスクリュが組み込まれてなる電動式パワーステアリング装置においては、図７に図示されるように、ボールスクリュ08を構成するシャフトスクリュ04b とナットスクリュ010 との間の複数個のボール循環路に、同一径の所定数のボール014 がそれぞれ配設されている。なお、ここで、シャフトスクリュ04b は、ステアリングシャフト04の図７において左方端部寄りに所定長にわたって形成されており、該ステアリングシャフト04の図７において右方端部寄りには、ラックが形成されている（図示されず）。06はハウジング、07は操舵補助力を出力するモータである。
【０００３】
このため、ステアリングシャフト04に図７において左方の車輪の側から過大な負荷がかかると、該ステアリングシャフト04は、同図のＡおよびＢに示されるように撓み、シャフトスクリュ04b とナットスクリュ010 との間のボール循環路に配設されたボール014 のうち、特にボールスクリュ08の軸方向両側部のボール014 がシャフトスクリュ04b とナットスクリュ010 とに接触する点に相当の荷重がかかって、該部のボール014 とシャフトスクリュ04b およびナットスクリュ010 との間にこじりが生じ、ステアリングシャフト04が軸方向に円滑に摺動できなくなったり、操舵補助力がボールスクリュ08からステアリングシャフト04に円滑に伝達できなくなったり、異音が発生したりしていた。
【０００４】
このようなこじりの発生を防止するには、ボールスクリュ08の組立時、ボール014 とシャフトスクリュ04b およびナットスクリュ010 との間に適度なガタを与えればよいが、ボール014 、シャフトスクリュ04b およびナットスクリュ010 には、それぞれ製作誤差があり、これらを組み立ててボールスクリュ08としたとき、組立誤差も生じ、適度なガタを得るのは容易ではない。また、ガタが適度な量を越えると、ボールスクリュ08の作動にバックラッシが生じ、正確なパワーアシストが得られなくなって、操舵フィーリングが悪化する。
【０００５】
このような問題点の解消を図ったものとして、特開平９−１４２３１５号公報に記載されたものがある。このものにおいては、ボールスクリュを構成するナットスクリュの溝径が、ボールスクリュの軸方向車輪側外方に向かうにつれて徐々に大きくなるようにされている。
【０００６】
このため、ステアリングシャフトに撓みや軸心のズレが生じた際にも、シャフトスクリュとボールスクリュの軸方向車輪側外方部のボールとの間およびナットスクリュと同ボールとの間にこじりが生ずることがなくなり、ステアリングシャフトおよびボールスクリュの円滑な作動が可能にされている。しかも、ボールスクリュの軸方向内方においては、ボールとシャフトスクリュおよびナットスクリュとは、比較的堅く嵌合し合うため、ボールスクリュの作動にバックラッシが生ずることもない。
【０００７】
しかしながら、このものにおいては、ナットスクリュの溝径を、ボールスクリュの軸方向車輪側外方に向かうにつれて徐々に大きくなるように切削加工しなければならず、この作業には時間を要し、コストアップの要因ともなり、必ずしも容易ではない。
【０００８】
本願の発明は、電動式パワーステアリング装置において、ボールスクリュが組み込まれるステアリングシャフトに過大な負荷がかかったとき、シャフトスクリュとボールスクリュ内に配設されたボールとの間およびナットスクリュと同ボールとの間にこじりが生ずるのを防止して、ステアリングシャフトおよびボールスクリュの円滑な作動を可能にした電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュおよびその組立方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および効果】
本願の発明は、前記のような課題を解決した電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュおよびその組立方法に係り、その請求項１に記載された発明は、ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達するボールスクリュが組み込まれてなる電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュにおいて、該ボールスクリュ内に配設される複数のボールが、径の異なる複数種類のボールからなり、これらのボールのうち、径の大きいボールが該ボールスクリュの軸方向中央部内に、径の小さいボールが該ボールスクリュの軸方向両側部内に、それぞれ配設されたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュである。
【００１０】
請求項１に記載された発明は、前記のように構成されているので、電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュに使用される複数のボールは、径の異なる複数種類のボールからなり、径の大きいボールはボールスクリュの軸方向中央部内に、径の小さいボールはボールスクリュの軸方向両側部内に、それぞれ配設される。
【００１１】
このため、ボールスクリュの軸方向両側部では、ボールとシャフトスクリュおよびナットスクリュとの間に適度なガタを容易に与えることができるので、ステアリングシャフトに車輪側からの負荷により撓みや軸心のズレが生じた際にも、シャフトスクリュとボールスクリュの軸方向両側部内に配設されたボールとの間およびナットスクリュと同ボールとの間にこじりが生ずることがなくなり、ステアリングシャフトおよびボールスクリュの円滑な作動が可能になり、異音も解消され、良好な操舵フィーリングが得られるようになる。
【００１２】
また、ボールスクリュの軸方向中央部では、ボールとシャフトスクリュおよびナットスクリュとは比較的堅く嵌合し合うため、ボールスクリュの作動に過度のバックラッシが生ずることもない。これにより、正確なパワーアシストが得られて、さらに良好な操舵フィーリングが得られるようになる。
【００１３】
また、その請求項２に記載された発明は、ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達するボールスクリュが組み込まれてなる電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュの組立方法において、予めデフレクタをナットスクリュに固着または一体成形する工程と、該ナットスクリュにボール挿入用治具を嵌挿し、該ボール挿入用治具から所定数のボールをナットスクリュ内面の螺旋溝に向けて供給する工程と、該ボール挿入用治具をナットスクリュから離脱させつつ、同時にシャフトスクリュを螺合させる工程とからなり、前記所定数のボールは、径の異なる複数種類のボールからなり、これらのボールのうち、径の大きいボールをナットスクリュ内面の軸方向中央部の螺旋溝に向けて、また、径の小さいボールをナットスクリュ内面の軸方向両側部の螺旋溝に向けて、供給するようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュの組立方法である。
【００１４】
請求項２に記載された発明は、前記のように構成されているので、ボールスクリュの組立方法が、ボール挿入用治具を利用した３つの工程からなり、かつ、この際、ボールは、径の異なる複数種類のボールから構成され、これらのボールのうち、径の大きいボールは、ナットスクリュ内面の軸方向中央部の螺旋溝に向けて、また、径の小さいボールは、ナットスクリュ内面の軸方向両側部の螺旋溝に向けて、供給するようにされる。
【００１５】
このため、径の異なる複数種類のボールをボールスクリュ内に組み込み、配設する作業が容易になるとともに、ボールスクリュを電動式パワーステアリング装置に組み込む前、ボールスクリュ内へのボールの配設作業終了時（ナットスクリュにシャフトスクリュを螺合させる工程の終了時）に、そのままの状態でナットスクリュの振れ具合を同時に検査することができる。
【００１６】
また、ナットスクリュ内へのボールの配設は、デフレクタのナットスクリュへの固着または一体成形後に、ボール挿入用治具を用いて行なわれるので、確実に所定数のボールをボールスクリュ内の各部（各循環路）に組み込むことができる。
【００１７】
さらに、ボールスクリュの組立において、ボール挿入用治具をナットスクリュから離脱させつつ、同時にシャフトスクリュを螺合させるので、ボール挿入用治具の離脱の完了と同時にボールスクリュの組立も完了し、効率的な作業とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図６に図示される本願の請求項１および請求項２に記載された発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態におけるボールスクリュが適用された電動式パワーステアリング装置の主要部分の断面図、図２は、図１のボールスクリュ部分を中心とする部分拡大図、図３ないし図５は、ボールスクリュの組立工程を示す図、図６は、ボールスクリュの構成要素であるナットスクリュのデフレクタを含む面で切断した縦断面図である。
【００１９】
図１において、本実施形態におけるボールスクリュ８が適用される電動式パワーステアリング装置１は、ギヤボックス２内に収容され図示されないステアリングホイールに連動連結されたピニオン軸３のピニオン３a に、ラックシャフト４の図において右方端部寄りに形成されたラック４a が噛み合い、該ラックシャフト４の左右両端部は、タイロッド５および図示されないリンク機構を介して図示されない車輪に連結されており、ステアリングホイールの操作でピニオン軸３が左右に回転されたとき、その回転力は、ピニオン３a とラック４a との噛合、タイロッド５およびリンク機構を介して車輪に伝達され、該車輪が左右に操向されるようになっている。
【００２０】
また、ラックシャフト４には、ハウジング６内に該ラックシャフト４と同心に配置されたモータ７から、操舵補助力がボールスクリュ８を介して供給されている。該モータ７は、周知のように、ピニオン軸３に図示されないトーションバーを介して連結された操舵入力軸と該ピニオン軸３との間に作用するトルクを検知するトルクセンサにより、出力制御されている。
【００２１】
ここで、モータ７のロータ７a と一体に取り付けられた中空シャフト９の左方端内には、図２により良く図示されているように、ボールスクリュ８の構成要素であるナットスクリュ10が嵌着されているので、モータ７から出力された操舵補助力は、該中空シャフト９、ボールスクリュ８を介して、前記のようにラックシャフト４に供給されている。
【００２２】
なお、11は中空シャフト９の左方端からナットスクリュ10が抜け出すのを防止するためのストッパ（ロックナット）であり、中空シャフト９の左方端の内周面に形成されたネジ部に螺着されて、ナットスクリュ10の左方端面を押圧している。７b はモータ７のステータ、12および13は、中空シャフト９の左右両端部をハウジング６に対して回転自在に支持する軸受である。
【００２３】
ボールスクリュ８は、図２に図示されているように、ナットスクリュ10と、ラックシャフト４の左方端部寄りに所定長にわたって形成されたシャフトスクリュ４b と、ナットスクリュ10の内周面に形成された螺旋溝10a とシャフトスクリュ４b の外周面に形成された螺旋溝４c とにより形成されるボール循環路に組み込まれた所定数のボール（鋼球）14と、隣接するボール循環路間をつないでボール14に無限路を循環することを可能にするデフレクタ15（図６参照）とにより構成されている。
【００２４】
デフレクタ15は、ナットスクリュ10の筒壁を貫通して４個設けられており、これら４個のデフレクタ15は、ナットスクリュ10の軸方向の位置を違えて該ナットスクリュ10の一端から順次９０°ずつ位相をずらして配置されている。したがって、ボール14の無限循環路の数も４個である。
【００２５】
そして、これら４個の無限循環路のうち、図２において左端から第１列目の無限循環路16a と第４列目の無限循環路16d とには、比較的径の小さいボール14が組み込まれており、また、これらの無限循環路に挟まれた第２列目の無限循環路16b と第３列目の無限循環路16c とには、比較的径の大きいボール14が組み込まれている。これら２種類のボール14の径の差は、数ミクロン、好ましくは２ミクロン程度である。
【００２６】
次に、第１列目〜第４列目の無限循環路16a 〜16d に径の異なる２種類のボール14を組み込んでボールスクリュ８を組み立てる方法について説明する。
先ず、デフレクタ15をナットスクリュ10にカシメ等の手段により固着して、図６に図示される状態に取り付けておく。なお、このデフレクタ15は、ナットスクリュ10と一体成形により形成される場合もあり、この場合には、この工程は不要である。
【００２７】
次いで、図３に図示されるように、該ナットスクリュ10を保持手段17により保持させて固定し、その内部にボール挿入用治具18を嵌挿する。
該ボール挿入用治具18には、ボールスクリュ８に形成される第１列目〜第４列目の無限循環路16a 〜16d に対応させて、ボール供給孔18a 〜18d が円周方向に９０°間隔をおいて軸方向に長さを異ならせて形成されているので、これらのボール供給孔18a 〜18d のボール放出口をボールスクリュ８の無限循環路16a 〜16d を形成するナットスクリュ10側の螺旋溝10a 部に合致させてボール挿入用治具18を固定し、ボール供給孔18a 、18d の各上部のボール投入口より比較的径の小さいボール14を同時に供給して、ナットスクリュ10の軸方向両側部の該当螺旋溝10a 部に所定数のボール14を組み込む。
【００２８】
この場合、必要に応じてボール供給孔18a 、18d の各上部よりロッドを挿入して、これらのロッドによりボール14を押し込むようにすると、各該当螺旋溝10a 部に所定数のボール14を確実に組み込むことができる。ボール14は、ナットスクリュ10の螺旋溝10a の山部とボール挿入用治具18の外表面とにより係止されるので、落下することはない。
【００２９】
次いで、図４に図示されるように、ボール供給孔18b 、18c の各上部のボール投入口より比較的径の大きいボール14を同時に供給して、ナットスクリュ10の該当螺旋溝10a 部に所定数のボール14を組み込む。なお、大小径の異なるボール14のナットスクリュ10の該当螺旋溝10a 各部への組込みの順序は、以上の順序に限定されず、この逆でもよく、また、供給手段が２種類用意されれば、同時にされてもよい。
【００３０】
以上のようにして、ボールスクリュ８の無限循環路16a 〜16d を形成するナットスクリュ10側の該当螺旋溝10a 各部に径の異なる２種類のボール14を組み込む作業が終了すると、次いで、ボール挿入用治具18の下端に十字キーとキー溝との嵌合構造を介して衝接されたラックシャフト４を回転させつつ、図４において上方向に移動させて、ボール挿入用治具18をナットスクリュ10から離脱させつつ、同時にシャフトスクリュ４b をナットスクリュ10の螺旋溝10a に組み込まれた各径のボール14に螺合させる。図５には、このようにしてシャフトスクリュ４b と全てのボール14との螺合が完了した状態が図示されている。
【００３１】
最後に、ボール挿入用治具18とラックシャフト４との衝接関係を外し、ナットスクリュ10をその保持手段17から取り外せば、ラックシャフト４に組み込まれてなるボールスクリュ８が得られる（図１、図２参照）。
【００３２】
本実施形態は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
電動式パワーステアリング装置１におけるボールスクリュ８に使用される複数のボール14は、径の異なる複数種類のボールからなり、径の大きいボール14は、ボールスクリュ８の軸方向中央部の無限循環路16b と無限循環路16c とに、径の小さいボール14は、ボールスクリュ８の軸方向両側部の無限循環路16a と無限循環路16d とに、それぞれ配設されている。
【００３３】
このため、ボールスクリュ８の軸方向両側部では、ボール14とシャフトスクリュ４b およびナットスクリュ10との間に適度なガタを容易に与えることができるので、ラックシャフト４に車輪側からの負荷により撓みや軸心のズレが生じた際にも、シャフトスクリュ４b とボールスクリュ８の軸方向両側部内に配設されたボール14との間およびナットスクリュ10と同ボール14との間にこじりが生ずることがなくなり、ラックシャフト４およびボールスクリュ８の円滑な作動が可能になり、異音が発生することもなく、良好な操舵フィーリングが得られるようになる。
【００３４】
また、ボールスクリュ８の軸方向中央部では、ボール14とシャフトスクリュ４b およびナットスクリュ10とは比較的堅く嵌合し合うため、ボールスクリュ８の作動に過度のバックラッシが生ずることもない。これにより、正確なパワーアシストが得られて、さらに良好な操舵フィーリングが得られるようになる。
【００３５】
さらに、ボールスクリュ８の組立方法が、ボール挿入用治具18を利用した３つの工程（これらの工程は、本出願の共同出願人の一である本田技研工業株式会社の出願になる特願平３−３３１１４７号（特開平５−１３８４５８号）に開示された工程と基本的には同じである。）からなり、かつ、この際、ボール14は、径の異なる複数種類のボール14から構成され、これらのボール14のうち、径の大きいボール14は、ナットスクリュ10内面の軸方向中央部の螺旋溝10a に向けて、また、径の小さいボール14は、ナットスクリュ10内面の軸方向両側部の螺旋溝10a に向けて、供給するようにされる。
【００３６】
このため、径の異なる複数種類のボール14をボールスクリュ８内に組み込み、配設する作業が容易になるとともに、ボールスクリュ８を電動式パワーステアリング装置１に組み込む前、ボールスクリュ８内へのボール14の配設作業終了時に、ナットスクリュ10を保持手段17に保持させた作業終了時のままの状態で、シャフトスクリュ４b の振れ具合、すなわち、ナットスクリュ10の振れ具合を同時に検査することができる。
【００３７】
また、ボールスクリュ８を構成するナットスクリュ10内へのボール14の配設は、デフレクタ15のナットスクリュ10への固着または一体成形後に、ボール挿入用治具18を用いて行なわれる。このため、従来、ナットスクリュ10内にボール14を組み込んだ後、デフレクタ15をナットスクリュ10に固着するようにしていたことにより、デフレクタ15の固着時に、該デフレクタ15に形成されたボールリターン溝からボール14が飛び出して、ボールスクリュ８の各循環路15a 〜15d に所定数のボール14が組み込まれない虞があったが、このような虞が解消され、確実に所定数のボール14をボールスクリュ８の各循環路15a 〜15d に組み込むことができる。
【００３８】
また、ボールスクリュ８の組立において、ボール挿入用治具18をナットスクリュ10から離脱させつつ、同時にシャフトスクリュ４b を螺合させるので、ボール挿入用治具18の離脱の完了と同時にボールスクリュ８の組立も完了し、効率的な作業とすることができる。
【００３９】
本実施形態において、ボール14の径は２種類とされたが、これに限定されず、３種類以上とされてもよい。この場合において、ボール14の径の大きい順にボールスクリュ８の軸方向中央部から軸方向両側部へと配設される。
【００４０】
また、本実施形態において、ボールスクリュ８が組み込まれるステアリングシャフトは、ラックシャフト４とされたが、これに限定されず、トルクセンサ部における車輪側の動力伝達軸から車輪に至るまでの間の伝動機構中に配設される動力伝達軸であれば、いずれでもよく、例えば、ピニオン軸３とされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１および請求項２に記載された発明の一実施形態におけるボールスクリュが適用された電動式パワーステアリング装置の主要部分の断面図である。
【図２】図１のボールスクリュ部分を中心とする部分拡大図である。
【図３】図１の実施形態において、ボールスクリュの組立工程を示す図である。
【図４】図１の実施形態において、ボールスクリュの他の組立工程を示す図である。
【図５】図１の実施形態において、ボールスクリュのさらに他の組立工程を示す図である。
【図６】図１の実施形態において、ボールスクリュの構成要素であるナットスクリュのデフレクタを含む面で切断した縦断面図である。
【図７】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１…電動式パワーステアリング装置、２…ギヤボックス、３…ピニオン軸、３a …ピニオン、４…ラックシャフト、４a …ラック、４b …シャフトスクリュ、４c …螺旋溝、５…タイロッド、６…ハウジング、７…モータ、７a …ロータ、７b …ステータ、８…ボールスクリュ、９…中空シャフト、10…ナットスクリュ、10a …螺旋溝、11…ストッパ（ロックナット）、12、13…軸受、14…ボール（鋼球）、15…デフレクタ、16a 〜16d …第１〜第４列目無限循環路、17…保持手段、18…ボール挿入用治具、18a 〜18d …ボール供給孔。

Claims (2)

1. ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達するボールスクリュが組み込まれてなる電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュにおいて、
   該ボールスクリュ内に配設される所定数のボールが、径の異なる複数種類のボールからなり、
   これらのボールのうち、径の大きいボールが該ボールスクリュの軸方向中央部内に、径の小さいボールが該ボールスクリュの軸方向両側部内に、それぞれ配設されたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュ。
2. ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達するボールスクリュが組み込まれてなる電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュの組立方法において、
   予めデフレクタをナットスクリュに固着または一体成形する工程と、
   該ナットスクリュにボール挿入用治具を嵌挿し、該ボール挿入用治具から所定数のボールをナットスクリュ内面の螺旋溝に向けて供給する工程と、
   該ボール挿入用治具をナットスクリュから離脱させつつ、同時にシャフトスクリュを螺合させる工程とからなり、
   前記所定数のボールは、径の異なる複数種類のボールからなり、
   これらのボールのうち、径の大きいボールをナットスクリュ内面の軸方向中央部の螺旋溝に向けて、また、径の小さいボールをナットスクリュ内面の軸方向両側部の螺旋溝に向けて、供給するようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置におけるボールスクリュの組立方法。

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