JPH09142315A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造上、組付上の誤差を吸収して円滑な作動
が保証される電動式パワーステアリング装置を提供す
る。 【解決手段】 ボールスクリューナット１０の内ねじ溝
１０ｂのねじ径は、軸線方向外方に向かうに従い徐々に
大きくなっているので、ハウジング１０に対してラック
軸４の軸心のズレや曲がりが生じた際にも、ラック軸４
とボールスクリューナット１０とのこじれを防止し、ラ
ック軸４の円滑な作動を可能としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両の電動式パワー
ステアリング装置に関し、より詳細には、ボールねじを
介して同軸電動モータの出力をラック軸に伝達するよう
にしたラックピニオン式電動式パワーステアリング装置
におけるボールねじの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両のハンドル操舵力を補う動力を電動
モータから供給する電動式パワーステアリング装置には
いろいろな形式のものがあるが、ラックピニオン式舵取
装置のラック軸に補助動力を付与する形式のものとして
は、特開昭５９−５０８６４号公報に、電動モータの出
力をボールねじ機構を介してラック軸の軸方向と推力と
して伝達するラックピニオン式舵取装置が開示されてお
り、この形式の舵取装置において、ボールねじ機構はラ
ックピニオンの噛合い位置より離れた位置に設定された
通常のボールねじである。即ち、ラック軸のボールねじ
部に設けられたねじみぞとラック軸と同心に嵌着され外
周面が軸心に対して回転可能に通常のラジアル玉軸受に
よって両端と支持されたボールナットと、ラック軸のボ
ールねじ部とボールナットの対向する内周面上にそれぞ
れ穿設された各１条のねじの間に配設され転動して循環
する多数のボールとによって構成されている。

【０００３】

【解決しようとする課題】上記のごとき電動式パワース
テアリング装置では、ラック軸はラックとピニオンとの
噛合部、およびボールナットの両端の玉軸受の計３ケ所
において支持されることになるが、このように３ケ所で
支持される構造では各部品の製作時や組立時の誤差によ
る支持部の偏心や、ラック軸の曲り変形による軸の芯ず
れを吸収することが困難であり、ラック軸の運動の際に
軸がこじられるのでラック軸の円滑な作動が妨げられや
すい傾向がある。さらに前述の開示された構成ではボー
ルねじのリードが小さくボールナットの巻数の多いねじ
が使用されており、通常、この形式のボールねじはボー
ル径が比較的小さくボールナットのねじみぞとボールね
じ部との中間のボールとのすきまも非常に小さいので、
支持剛性は高い反面、製作誤差の問題から作動が不円滑
になりやすい傾向がある。

【０００４】そのためにラック軸とボールねじが同軸上
に設けられた形式のパワーステアリング装置において
は、前述したボールねじのボールナットの巻数の要因
や、装置全体の誤差などによりラック軸のこじれが生じ
た際には、ラック軸の支持剛性が高いのでラック軸の運
動に余分な力を必要とし、円滑な作動が保証されにくく
なるという問題点をもっており、さらにボールナットを
支持する軸受も通常のラジアル玉軸受を使用しており、
調心性は殆んどないのでなおさら前述した問題点を助長
する傾向がある。

【０００５】このような問題点を解決すべく、実公平２
−４６４５５号に示されるような構成が提案されてい
る。この構成は、ボールナットを外輪の外表面が曲面の
一部を形成する２個の玉軸受によって支持し、ラック軸
の軸心のこじれ（曲がり）に対して変位吸収できる構成
となっている。

【０００６】しかしながら、実公平２−４６４５５号に
示される構成では、ナット両側の２個の玉軸受の中間の
点を中心とする球面に外輪の外表面を設けなければなら
ず、ラック軸と同軸にモータを配置し、ロータとナット
を一体的に両側の軸受で回転支持する構成を採用する場
合にはレイアウト上困難でありかつ加工も難しいという
問題があった。

【０００７】本発明は上述したごとき従来の電動式パワ
ーステアリング装置の問題点を解消することを目的とし
ており、製造上、組付上の誤差を吸収して円滑な作動が
保証される電動式パワーステアリング装置を提供するも
のである。

【０００８】

【課題を解決する手段】上記目的を達成すべく、本願発
明の電動式パワーステアリング装置は、ハウジングと、
車輪を操舵する操舵機構に連結された操舵軸と、ハンド
ルに印加された回転力を、該操舵軸を長手方向に移動さ
せるための力に変換する変換機構と、前記操舵軸に設け
られた外ねじ手段と、内周に該外ねじ手段に対向して内
ねじ手段を有する回転ナット手段と、該外ねじ手段と該
内ねじ手段との間に形成された転動路内に連なって配置
され、該回転ナット手段と前記操舵軸との間で力を伝達
するための複数のボールとからなるボールスクリュー手
段と、該回転ナット手段に軸線方向に一体的に連結され
たスリーブ部材を有し、かつ該スリーブ部材を回転させ
る電動モータと、前記回転ナット手段を前記ハウジング
に対して回転自在に支持する軸受とからなり、前記内ね
じ手段のねじ径は、軸線方向外方に向かうに従い徐々に
大きくなっている

【０００９】

【発明の実施の態様】本願発明によれば、前記内ねじ手
段のねじ径は、軸線方向外方に向かうに従い徐々に大き
くなっているので、ハウジングに対して操舵軸の軸心の
ズレや曲がりが生じた際にも、操舵軸と回転ナット手段
とのこじれを防止し、ラック軸の円滑な作動を可能とし
ている。

【００１０】

【実施例】以下、本願発明の実施例を図面を参照して以
下に詳細に説明する。図１は、本願発明の実施例である
電動式パワーステアリング装置の軸線方向一部断面図で
ある。

【００１１】図１において、ハウジング１は、ブラケッ
ト２、３により図示しない車体に固定されている。ハウ
ジング１内を操舵軸であるラック軸４が挿通され、ラッ
ク軸４はその両端において、タイロッド５、６に連結さ
れている。タイロッド５、６は、図示しない操舵機構に
連結されている。

【００１２】ブラケット３の右方において、斜め上方に
延在するようにハンドル軸７が設けられている。ハンド
ル軸７は、その上方端を介して図示しないハンドルに連
結するように構成され、一方その下方端に図示しないピ
ニオンを形成している。ピニオンは、ハウジング１内で
ラック軸４のラックに噛合している。なお、このラック
とピニオンとで変換機構を構成する。ハンドルを回転さ
せると、その回転角度に応じてラック軸４が図中左右に
移動するようになっている。図示していないが、ハンド
ル軸７の一部に、操舵トルクを検出する操舵トルク検出
器が設けられている。

【００１３】更に図１を参照して、本実施例を詳細に説
明する。ハウジング１は、大小円管を直列に連結したよ
うなチューブ１ａと、チューブ１ａの右端を閉止する基
部１ｂとを互いに固定して形成されている。チューブ１
ａ内には円管状のステータ８ａが固定されており、ま
た、ステータ８ａの一部を巻回するようにしてコイル８
ｂが設けられている。ステータ８ａの内側には同様に略
円管状のロータ８ｃが、細長い円管状のスリーブ９周り
に一体的に回転するように取り付けられている。ステー
タ８ａとコイル８ｂとロータ８ｃとスリーブ９とで電動
モータ８を形成している。電動モータ８は、不図示の制
御回路により駆動制御されるようになっている。スリー
ブ９内をラック軸４が延在している。

【００１４】スリーブ９の右方端近傍には、鍔部９ａが
形成されている。スリーブ９の右方端は、軸受１１によ
りハウジング１の基部１ｂに対して回転自在に支持され
ている。軸受１１は、外輪、内輪、および両輪間のボー
ルとから形成される、いわゆるアンギュラコンタクトタ
イプの軸受である。内輪の左端は、スリーブ９の鍔部９
ａに当接している。

【００１５】スリーブ９の左方端は、略円管状のボール
スクリューナット１０の右方端に形成された円孔１０ａ
に圧入嵌合している。ボールスクリューナット１０は、
内側に螺旋状の内ねじ溝１０ｂを有し、内ねじ溝１０ｂ
は、ラック軸４の左方部に形成された外ねじ溝４ａに対
向して転動路を形成し、該転動路内に複数のボール１２
が収容されている。ボール１２は、ボールスクリューナ
ット１０とラック軸４が摺動回転する際に生じる摩擦力
軽減のために用いられる。なお後述するように、ボール
スクリューナット１０は、その内部に循環路を有し、該
循環路を介してボール１２は作動時に循環可能となって
いる。内ねじ溝１０ｂが内ねじ手段を構成し、外ねじ溝
４ａが外ねじ手段を構成し、スリーブ９はスリーブ部材
を構成し、ボールスクリューナット１０は回転ナット手
段を構成する。

【００１６】ボールスクリューナット１０の左方端は、
軸受１３によりハウジング１のチューブ１ａに対して回
転自在に支持されている。軸受１３は、外輪、内輪、お
よび両輪間のボールとから形成される、軸受１１と同じ
アンギュラコンタクトタイプの軸受である。内輪の右方
端は、ボールスクリューナット１０の左端に形成された
段部１０ｃに当接している。すなわち、軸受１１の内輪
と軸受１３の内輪とは、スリーブ９とボールスクリュー
ナット１０を間に介在させて、互いに近接する方向の相
対移動が禁止されるようになっている。

【００１７】軸受１３の外輪は、予圧手段である押圧部
材１４の端部に当接している。押圧部材１４は略円管状
の部材であって、その外周に雄ねじが形成され、該雄ね
じは、チューブ１ａの左方端に形成された雌ねじに噛合
している。すなわち、押圧部材１４をねじ込むことによ
り、軸受１３の外輪は図中右方に押されるようになって
いる。押圧部材１４の抜け防止のため、固定ねじ環１５
が設けられている。

【００１８】図２は、ボールねじの原理を示す概念図で
ある。外ねじ溝１０４ａが形成された軸１０４周りにボ
ールスクリューナット１１０が設けられ、ボールスクリ
ューナット１１０の内周に形成された内ねじ溝１１０ｂ
は、外ねじ溝１０４ｂと対向して、介在するボール１１
２の転動路を形成している。ボールスクリューナット１
１０には、隣接する内ねじ溝１１０ｂ同士を連結する通
路であるコマ１１０ｄが形成されている。ここで軸１０
４が、ボールスクリューナット１１０に対して相対的に
回転すると、ねじ溝からの反力によりボールスクリュー
ナット１１０は軸１０４に対して軸線方向に移動する。
かかる場合、ボール１１２は自身が転動することによっ
て両ねじ溝間に働く摩擦力を低減させ、円滑な回転を確
保するようになっている。ところで、ボール１１２は軸
１０４の回転にともない、ねじ溝に沿って転進して転動
路内から出てしまうため、回転量に応じてボールを新た
に補充してやる必要がある。そこで、コマ１１０ｄを設
けることにより、ねじ溝に沿って転進してきたボール１
１２をコマ１１０ｄを介して先のねじ溝に戻してやるこ
とにより、この問題を解決しているのである。

【００１９】次に、図面を参照して本実施例の動作を説
明する。車両が直進状態にあり、不図示のハンドルから
ラック軸４へ回転力が入力されていない場合、不図示の
操舵トルク検出器から実質的なトルク信号が出力されな
いため、不図示の制御回路は電動モータ８を回転駆動し
ない。従って、この電動式パワーステアリング装置は補
助操舵力を出力しない状態にある。

【００２０】一方、車両がカーブを曲がろうとする場合
には、ハンドルが操舵されて操舵力がラック軸４へ伝達
されるため、操舵トルク検出器から操舵トルクに応じた
信号が出力され、制御回路の駆動制御に応じて電動モー
タ８はスリーブ９を回転させる。スリーブ９が回転する
とボールスクリューナット１０も回転し、それによりラ
ック軸４を左もしくは右方向に移動させて補助操舵力を
発生させるようになっている。この場合、一連のボール
１２は、両ねじ溝１０ｂ、４ａとで構成される転動路内
を、両ねじ溝から押圧されつつ転動し、コマ（図２）を
通って先のねじ溝へと循環されるようになっている。

【００２１】この電動式パワーステアリング装置の組立
時に、押圧部材１４は、軸受１３の外輪に予圧力を印加
するため、この力は、軸受１３のボール、内輪、ボール
スクリューナット１０、スリーブ９、軸受１１の内輪、
ボール、外輪を介して伝達され、一方軸受１１は基部１
ｂより反力を受ける。すなわちこの予圧により、軸受１
１、１３において、軸受のボールを外輪および内輪で互
いに反対方向に押圧して、軸受内部のガタを排除するよ
うになっている。なお、この予圧力は、スリーブ９とボ
ールスクリューナット１０との間で離隔を防止する方向
に働くから、電動モータ動作時にボールスクリューナッ
ト１０を左方に引っ張るような力が加わっても、スリー
ブ９からのその抜けを防止できる。すなわち、スリーブ
９とボールスクリューナット１０との間に抜け対策とし
てカシメ結合等を行なう必要がなく、これら間の圧縮方
向の力および回転方向の力に耐え得るように設計すれば
足りる。

【００２２】図３は、図１の電動式パワーステアリング
装置の要部拡大断面図である。図４は、従来技術の図３
と同様な断面図である。本実施例による電動式パワース
テアリング装置が従来技術と異なる点は、ボールスクリ
ューナット１０の形状にある。図３では誇張して示して
いるが、ボールスクリューナット１０の内ねじ溝１０ｂ
のねじ径は、軸線方向外方に向かうにつれて徐々に大き
くなっており、鼓の片側曲面に略接する形状（すなわち
片持ちばりのたわみ曲線的形状）となっている。このよ
うな形状は、ＮＣ加工機等で切削補正されることにより
比較的安価に形成される。一方、従来技術によるボール
スクリューナット２１０の内ねじ溝２１０ｂのねじ径は
一定である。

【００２３】かかる形状の相違から以下の効果が得られ
る。図４に示す従来技術によれば、ラック軸４の自由端
側に（車輪からの外力等による）曲げ力Ｆが印加された
とき、ラック軸４は図に示すようにたわむが、かかる場
合ラック軸４と軸線方向最外方のボール１２とがこじ
れ、ラック軸の円滑な回転を阻害する。又このようなこ
じれは、ラック軸軸心がズレている時にも生ずる。一
方、図３に示す本実施例によれば、ボールスクリューナ
ット１０の内ねじ溝１０ｂのねじ径が軸線方向外方に向
かうにつれて徐々に大きくなっているので、図４と同様
に曲げ力Ｆが印加されてラック軸４がたわんだり、また
ラック軸の軸心がズレていても、ボール１２との間でこ
じれが生ずることがない。尚、本実施例の場合、最小ね
じ径Ｄminと最大ねじ径Ｄmaxとの差が５０μｍ程度であ
れば、こじれを有効に防止できることがわかっている。

【００２４】以上、本発明を実施例を参照して説明して
きたが、本発明は上記実施例に限定して解釈されるべき
ではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろん
である。例えば、本実施例においてはボールスクリュー
ナットとスリーブを別体としたが、それらは一体でも良
い。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明の電動式パ
ワーステアリング装置によれば、内ねじ手段のねじ径
は、軸線方向外方に向かうに従い徐々に大きくなってい
るので、ハウジングに対して操舵軸の軸心のズレや曲が
りが生じた際にも、操舵軸と回転ナット手段とのこじれ
を防止し、ラック軸の円滑な作動を可能としている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例である電動式パワーステアリ
ング装置の軸線方向一部断面図である。

【図２】ボールねじの原理を示す概念図である。

【図３】図１の電動式パワーステアリング装置の要部拡
大断面図である。

【図４】従来技術の図３と同様な断面図である。

【符号の説明】

１………ハウジング ４………ラック軸 ９………スリーブ １０………ボールスクリューナット １１、１３………軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、 車輪を操舵する操舵機構に連結された操舵軸と、 ハンドルに印加された回転力を、該操舵軸を長手方向に
   移動させるための力に変換する変換機構と、 前記操舵軸に設けられた外ねじ手段と、内周に該外ねじ
   手段に対向して内ねじ手段を有する回転ナット手段と、
   該外ねじ手段と該内ねじ手段との間に形成された転動路
   内に連なって配置され、該回転ナット手段と前記操舵軸
   との間で力を伝達するための複数のボールとからなるボ
   ールスクリュー手段と、 該回転ナット手段に軸線方向に一体的に連結されたスリ
   ーブ部材を有し、かつ該スリーブ部材を回転させる電動
   モータと、 前記回転ナット手段を前記ハウジングに対して回転自在
   に支持する軸受とからなり、 前記内ねじ手段のねじ径は、軸線方向外方に向かうに従
   い徐々に大きくなっている電動式パワーステアリング装
   置。