JPH107004A - ボールねじ式舵取装置およびボールねじ式舵取装置のボールねじの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な加工により、ボールねじ２２のピッチ円
径を変化させる。 【解決手段】ウオームシャフト２０に形成されたボール
ねじ２２に、多数のボール２４を介してピストン（ボー
ルナット）６が螺合している。ウオームシャフト２０
は、ハンドルによって回転されるスタブシャフト２６に
トーションバー２８を介して連結されている。ボールね
じ２２は、荒加工によりねじ溝が形成された後、研摩加
工により、全長に亘って均一のピッチ円径を有するよう
に仕上げられる。トーションバー２８の端部にはボール
ねじの内径よりも僅かに大径の圧入部２８ａが形成され
ており、この圧入部２８ａが、前記研摩加工されたボー
ルねじ２２の内部の、ハンドル中立位置付近に圧入され
る。トーションバー２８の圧入部２８ａが圧入された部
分のピッチ円径が僅かに拡大される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボールねじ式舵取
装置およびこのボールねじ式舵取装置に使用されるボー
ルねじの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボールねじ式舵取装置は、ステアリング
ハンドルの回転が伝達されて回転するウオームシャフト
と、このウオームシャフトに形成されたボールねじに多
数のボールを介して螺合されたボールナットと、ボール
ナットの側面に形成されたラックと、セクタシャフトに
設けられてこのラックに噛合うセクタギア等を備えてお
り、ウオームシャフトの回転をボールを介してボールナ
ットに伝達してこのボールナットを進退動させ、このボ
ールナットの進退動をラックおよびセクタギアを介して
セクタシャフトに伝えてセクタシャフトを回転させ、さ
らに、セクタシャフトの回転をリンク機構を介して走行
車輪に伝達して車両を旋回させるようになっている。

【０００３】前記ボールねじ式舵取装置では、ウオーム
シャフトに形成されたボールねじとボールナットのねじ
溝との間でボールが円滑に転動できるように、両ねじ溝
とボールとの間に微小なクリアランスが設けられてい
る。しかしながら、ハンドルの中立位置付近でクリアラ
ンスがあると、直進走行中にハンドルがふらつき不安定
であるという問題があった。そこで、ハンドル中立位置
付近でのハンドルの剛性感を向上させるために、ボール
ねじのピッチ円径を変化させてハンドル中立位置でプリ
ロードを付与するようにしたボールねじ式舵取装置が従
来から知られている（実公昭４６−３３９４０号公報、
実公昭５８−２１８１５号公報、特公昭５９−３３０２
号公報等）。

【０００４】前記第１の公報（実公昭４６−３３９４０
号）に記載されたボールねじ式ステアリング装置は、
「メインシャフトに設けたボールねじの長さ方向におけ
る中央部の直径（ねじのピッチ径又はねじの底径）がそ
の両端部の直径（ねじのピッチ径又はねじの底径）より
も適当に増大している構造」を有している。

【０００５】前記のようなボールねじ式舵取装置のボー
ルねじは、一般に、荒加工によりねじ溝を形成した後、
ボールねじのピッチ円径がハンドルの中立位置付近で増
大するように研摩加工を行なっていた。このように研摩
加工によってボールねじのピッチ円径を変化させる構成
では、加工が複雑であり、コスト高であるという問題が
あった。また、前記のような構成では、ハンドルの中立
位置付近だけでなく、その両側のハンドル作動領域の広
い範囲に亘ってプリロードを付与することになるため、
ハンドル操作が重くフィーリングが悪いという問題があ
った。

【０００６】前記第２および第３の公報（実公昭５８−
２１８１５号公報、特公昭５９−３３０２号公報）に記
載されたボールねじ式ステアリング装置は、前記問題点
を除くことを目的とするもので、第２の公報の装置は、
前記第１の装置と同様に中央部の直径が増大されている
ボールねじを備えたステアリング装置において、「ボー
ルナットとボールねじ軸との間に、ボールナットに設け
た３列のサーキュレータにそれぞれ案内されて循環する
３列のボール群を介装し、その中央の列の各ボールの直
径を、両端の列の各ボールの直径よりも適度に大径に形
成し」たものである。また、第３の公報の装置は、中央
部からずれた位置の直径が増大されているボールねじを
備えたステアリング装置において、「２列のサーキュレ
ータのうちいずれか一方のサーキュレータに案内される
ボール群の各ボールの直径を他の列のボール群の各ボー
ルの直径よりも適度に大径に形成して、前記大径のボー
ルを配列したボール群が自動車の直進走行時に前記ボー
ルねじ軸の大径部においてそのねじ溝に転接して、大径
のボール群とそれが転接する各ねじ溝との間のスキマを
ゼロ」とした構成を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記第２および第３の
公報に記載された従来のボールねじ式ステアリング装置
の構成では、第１の公報に記載された装置と同様に、ボ
ールねじに大径部を設ける加工が複雑でコスト高であ
り、また、径の異なる二種類のボールを必要とし、しか
も、組立ミスを防止するために組立コストも高くなると
ういう問題があった。さらに、第２の公報の装置は、３
列のサーキュレータを用いているため、ボールナットが
軸方向に長くなり、装置全体が大型化するという問題も
あった。

【０００８】本発明は前記欠点を除くためになされもの
で、ハンドルの中立位置付近でプリロードを付与してハ
ンドルの剛性感を向上させることができるボールねじ式
舵取装置を、容易な加工により、しかも低コストで得る
ことができるようにすることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るボールねじ
式舵取装置は、ウオームシャフトに形成されたボールね
じに、多数のボールを介してボールナットを螺合させ、
ウオームシャフトの回転によって前記ボールを転動させ
ることによりボールナットを進退動させるようにしたも
のであって、特に、前記ボールねじの、ハンドル中立位
置（正確には、ハンドルの中立位置で、ボールねじがボ
ールを介してボールナットに噛合う位置）付近の内部に
圧入体を圧入し、この部分のボールねじのピッチ円径を
他の部分よりも大きくしたものである。

【００１０】また、第２の発明に係るボールねじ式舵取
装置のボールねじの製造方法は、ウオームシャフトに形
成されたボールねじを、研摩加工によりピッチ円径が全
長に亘って均一となるように仕上げた後、このボールね
じのハンドル中立位置付近の内部に圧入体を圧入してこ
の部分のピッチ円径を増大させるようにしたものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図示実施例により本発明を
説明する。図１は本発明の一実施例に係るボールねじ式
舵取装置（この例ではインテグラル型動力舵取装置に適
用した場合を示す）の縦断面図であり、ギアハウジング
２のシリンダ部４内にピストン６が摺動自在に嵌合され
て、このシリンダ部４内を２つの圧力室８，１０に区画
している。ピストン６の一側面（図１の下面）にはラッ
ク１２が形成されており、このラック１２に、セクタシ
ャフト１４に一体的に設けられているセクタギア１６が
噛合わされ、ピストン６の往復動に伴ってこのセクタギ
ア１４が正逆回転する。そして、セクタシャフト１４の
回転は、図示しないリンク機構を介して操向車輪に伝達
されて車両を旋回させる。

【００１２】前記ピストン６の軸心部の孔にはねじ溝１
８が形成されている。一方、ピストン６の孔内に嵌合し
たウオームシャフト２０にはボールねじ２２が形成され
ており、このボールねじ２２と前記ピストン６のねじ溝
１８との間に多数のボール２４が収容されている。ウオ
ームシャフト２０とピストン６はこのように多数のボー
ル２４を介して螺合されているので、ウオームシャフト
２０が回転すると、これら両者６，２０の溝１８，２２
内を多数のボール２４が転動してピストン６を進退動さ
せる。

【００１３】ウオームシャフト２０の一端部（図１の左
側端部）２０ａは大径の筒状になっており、この大径筒
部２０ａ内に、図示しない舵取ハンドルによって回転操
作されるスタブシャフト（入力軸）２６の端部が嵌合さ
れている。これらウオームシャフト２０とスタブシャフ
ト２６とは、一端２８ａがウオームシャフト２０の内径
部に圧入されるとともに、他端２８ｂがスタブシャフト
２６の端部に嵌合されてピン３０により固定されたトー
ションバー２８を介して連結されており、所定角度の相
対回転が許容されるようになっている。また、一体に連
結されたウオームシャフト２０とスタブシャフト２６と
は、前記ギアハウジング２の端部に固定されたバルブハ
ウジング３２内に、ベアリング３４，３６によって回転
自在に支持されている。

【００１４】スタブシャフト２６の外周面にはバルブロ
ータ（インナーバルブ）３８が直接形成され、一方、ウ
オームシャフト２０の大径筒部２０ａの端部内には、バ
ルブスリーブ（アウターバルブ）４０が嵌合されピン４
２によって連結されて一体的に回転するようになってい
る。これらバルブロータ３８とバルブスリーブ４０とに
よってロータリタイプのコントロールバルブ４４が形成
されており、このロータリバルブ４４の中立位置では、
図示しないオイルポンプから吐出されポンプポート４６
からこのロータリバルブ４４内に導入されたオイルが、
タンクポート４８を介してオイルタンクに還流し、ハン
ドルの操作によってロータリバルブ４４が作動したとき
には、オイルポンプから供給された圧油が前記両圧力室
８，１０の一方に供給されるとともに、他方の圧力室を
タンクに接続し、両圧力室８，１０間に圧力差を生じさ
せてピストン６を作動させることにより操舵補助力を発
生させる。

【００１５】図２は、前記インテグラル型動力舵取装置
のウオームシャフト２０およびトーションバー２８だけ
を示す図であり、この図によりこれらそれぞれの構成お
よび両者の連結関係について説明する。ウオームシャフ
ト２０に形成されているボールねじ２２の内部には貫通
孔５０が設けられている。トーションバー２８は、この
図の左端部２８ｂをウオームシャフト２０の右端２０ｂ
側から挿通して、右端側の大径の部分（大径の部分全体
を符号２８ｃで示す）を貫通孔５０内に挿入する。ボー
ルねじ２２の貫通孔５０の内面は、左側から右側へ向か
って順次大径になっており、この貫通孔５０全体のほぼ
中央部にやや小径の部分５０ａが形成されている。一
方、トーションバー２８は、ウオームシャフト２０（ボ
ールねじ２２）内に挿入される大径の部分２８ｃの端部
に、前記小径の部分５０ａの内径よりも僅かに大径の圧
入部２８ａが形成されており、このトーションバー２８
の圧入部２８ａがウオームシャフト２０の貫通孔５０内
の小径の部分５０ａ内に圧入されている。

【００１６】一般に、インテグラル型動力舵取装置用の
ウオームシャフトを製造する場合には、円筒状の素材の
外周面に、先ず、荒加工によってボールねじを形成し、
そのボールねじの内部にトーションバーの端部を圧入し
て両者が一体的に回転するように結合する。トーション
バーの端部を圧入することによってボールねじのピッチ
円径に狂いが生ずるので、その後、ボールねじの研摩加
工を行なうことにより所定寸法に仕上げている。

【００１７】これに対し、前記実施例に係るウオームシ
ャフト２０では、荒加工によりボールねじ２２を形成
し、次いで研摩による仕上加工を行なってボールねじ２
２全体のピッチ円径が均一になるように仕上げた後、ト
ーションバー２８の端部の圧入部２８ａをボールねじ２
２の内部に圧入している。前記のように、ウオームシャ
フト２０内の貫通孔５０の中央部に小径の部分５０ａが
形成され、この部分５０ａ内にトーションバー２８の端
部の大径の圧入部２８ａが圧入されるので、研摩加工に
よって均一に仕上られているボールねじ２２のピッチ円
径が、この中央部分だけ外方に拡大される。このように
トーションバー２８のウオームシャフト２０内への圧入
位置を、ボールねじ２２の中央部とし、しかも、圧入後
は研摩による仕上加工を行なわないようにしたので、極
めて簡単な加工により、ハンドルの中立位置付近だけが
他の部分よりも大きいピッチ円径を有するウオームシャ
フト２０を得ることができる。また、このボールねじの
製造方法によれば、ボールねじ２２の任意の部位に、所
望の大きさを有するピッチ円径の拡大部を形成すること
ができるので、好ましい操舵フィーリングを容易に得る
ことができる。従って、ハンドルの中立位置付近の狭い
範囲にだけプリロードを付与することも容易であり、従
来の装置よりも操舵フィーリングを向上させることがで
きる。なお、ピッチ円径の拡大量は、５〜２０μ程度が
好ましく、理想的には、１０μ位であることが最も望ま
しい。

【００１８】図２の右上のグラフは、本実施例に係るボ
ールねじ式舵取装置の、ハンドル作動角θに対する入力
トルクｔの大きさを示す特性図であり、本実施例装置の
特性（図中に実線Ａで示す）を従来のボールねじ式舵取
装置の特性（図中に破線Ｂで示す）と比較したものであ
る。このように本実施例装置では、従来の舵取装置に比
較して、ハンドル中立位置付近の狭い範囲にだけプリロ
ードを付与することができる。

【００１９】なお、前記トーションバー２８端部のウオ
ームシャフト２０への圧入部２８ａは、本来これら両者
２０，２８を連結して一体的に回転させるために設けら
れており、本実施例では、さらにこの圧入部２８ａを利
用してプリロード力を発生させる作用も行なわせるよう
にしたので、加工が容易であるとともに低コストでもあ
る。また、このトーションバー２８の圧入部２８ａの外
周またはウオームシャフト２０の内面にセレーションを
設け、両者２０，２８をセレーション結合させて前記両
作用を行なわせるようにすると、さらに、組立性が良
く、コンパクトで低コストにすることができる。

【００２０】図３は第２の実施例に係るボールねじ式舵
取装置の、ウオームシャフト１２０とトーションバー１
２８のみを示すもので、前記第１実施例の図２に対応す
る図である。前記第１実施例では、トーションバー２８
の一端部に形成した、ウオームシャフト２０と一体に結
合させるための圧入部２８ａをボールねじ２２の中央部
内に圧入するようにしたが、この実施例では、トーショ
ンバー１２８をウオームシャフト１２０に結合させるた
めの圧入部１２８ａの他に、トーションバー１２８と別
体の圧入部材１６０をボールねじ１２２の中央部内に圧
入したものである。

【００２１】この第２実施例のウオームシャフト１２０
には、ウオームシャフト１２０の大径筒部１２０ａ寄り
の内面に、トーションバー圧入用の孔１５２が形成さ
れ、一方、ボールねじ１２２の逆側の端部（図３の右側
端部）からは、ボールねじ１２２の中央部に至る深さの
第２の孔１５４が形成されている。この第２の孔１５４
は、ボールねじ１２２の軸方向のほぼ中央部に位置する
短かい長さの部分１５４ａだけが小径になっており、こ
の小径部１５４ａ内に円柱状の圧入部材１６０が圧入さ
れている。この実施例の場合も、研摩加工によってボー
ルねじ１２２の全長に亘ってピッチ円径が均一になるよ
うに仕上げをした後、円柱状の圧入部材１６０をボール
ねじ１２２の中央部１５４ａ内に圧入して、ハンドルの
中立位置付近だけピッチ円径を拡大してある。

【００２２】図３に示す第２の実施例では、圧入部材と
して、軸方向の長さが短かい円柱状の部材１６０を用い
ているので、比較的狭い範囲だけピッチ円径を拡大する
ことができる。従って、図３の上部に記載したハンドル
作動角と入力トルクとの関係を示すグラフのように、ハ
ンドル中立位置を中心とした比較的狭い範囲でプリロー
ドを付与することができる。

【００２３】図４ないし図９はそれぞれ他の実施例を示
すもので、図３の実施例と同様にトーションバーの端部
に形成された圧入部とは別体の圧入部材をウオームシャ
フトの内部に圧入したものである。図４に示す第３の実
施例の圧入部材２６０は、第３図の圧入部材１６０より
も軸方向に長い円柱状の部材を用いている。この実施例
では、トーションバー２２８とは別体の圧入部材２６０
をウオームシャフト２２０のボールねじ２２２に形成さ
れている孔２５４の小径部２５４ａ内に圧入することに
より、第３図の実施例の場合よりも広い範囲でボールね
じ２２２のピッチ円径を拡大しているので、上方のグラ
フに示すように、図３の場合よりも広い範囲でプリロー
ドを付与することができる。

【００２４】図５は第４の実施例を示すもので、図３お
よび図４に示すような円柱状の圧入部材１６０，２６０
に代えて、トーションバー３２８とは別体のエキスパン
ダープラグ３６０をウオームシャフト３２０に形成され
たボールねじ３２２の孔３５４の中央部３５４ａ内に圧
入したものである。この実施例では、図３の実施例に比
較して狭い範囲でボールねじ３２２のピッチ円径を拡大
している。従って、図３の場合よりもさらに狭い範囲だ
けにプリロードを付与することができる。

【００２５】図６は第５の実施例を示すもので、この実
施例では、圧入部材として球４６０を用いている。圧入
部材に球４６０を用いた構成では、ウオームシャフト４
２０に形成されたボールねじ４２２のピッチ円径が拡大
される範囲が極めて狭いので、図５の実施例の場合より
もさらに狭い範囲にだけプリロードを付与することがで
きる。

【００２６】図７は第６の実施例を示すもので、圧入部
材として太鼓型の部材すなわち軸方向の中央部が大径で
両端部が小径になっている部材５６０を用いている。こ
のような太鼓型の圧入部材５６０を用いた場合には、そ
の中央の大径部を中心に比較的狭い範囲でボールねじ５
２２のピッチ円径を拡大するので、前記図５の実施例と
近似した特性を有するボールねじ式舵取装置を得ること
ができる。

【００２７】図８は第７の実施例を示すもので、ボール
ねじ６２２の孔６５４の内部に、テーパ付きの円柱状を
した圧入部材６６０を圧入したものである。圧入部材６
６０をテーパ付きの円柱状としたことにより、前記各実
施例のようにボールねじの長手方向の中央部を中心とし
て左右対称にピッチ円径を拡大したものと異なり、左右
非対称にピッチ円径が拡大される。従って、得られる特
性も基本的には前記図５に示す実施例と近似している
が、左右非対称である。

【００２８】図９は第８の実施例を示すもので、この実
施例では、前記図８の実施例とは逆に、ボールねじ７２
２の内部にテーパ付きの孔７５４ａを形成し、このテー
パ孔７５４ａ内に前記図３の実施例と同様に軸方向の全
長に亘って同一の外径を有する円柱状の圧入部材７６０
を圧入したものである。この実施例では、ボールねじ７
２２のピッチ円径が前記図８の実施例と逆側に左右非対
称に拡大されており、図８の実施例と同様に基本的には
図５に示す実施例と近似し、かつ、図８とは逆側に非対
称の特性を示す。これら各実施例も、前記第１および第
２実施例と同様の効果を奏することができる。

【００２９】なお、前記各実施例では、本発明をインテ
グラル型動力舵取装置に適用した場合について説明した
が、動力舵取装置に限らず、マニュアル式の舵取装置に
も適用できることはいうまでもない。この場合には、ス
テアリングハンドルにより回転されるウオームシャフト
に形成されているボールねじに、多数のボールを介して
ボールナットが嵌合されており、ボールねじの内部に
は、ピッチ円径を拡大する目的の独立した圧入部材が圧
入される。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、第１の発明によれ
ば、ウオームシャフトに形成されたボールねじに、多数
のボールを介してボールナットを螺合させ、ウオームシ
ャフトの回転によりボールナットを進退動させるボール
ねじ式舵取装置において、前記ボールねじの、ハンドル
中立位置付近の内部に圧入体を圧入し、この部分のボー
ルねじのピッチ円径を他の部分よりも大きくしたことに
より、極めて簡単な構成により舵取装置のハンドル中立
位置付近でプリロードを付与することができる。

【００３１】また、第２の発明に係るボールねじの製造
方法によれば、ウオームシャフトに形成されたボールね
じを、研摩加工によりピッチ円径が全長に亘って均一と
なるように仕上げた後、このボールねじのハンドル中立
位置付近の内部に圧入体を圧入してこの部分のピッチ円
径を増大させるようにしたことにより、ハンドル中立位
置付近でプリロードを付与するようにしたボールねじ式
舵取装置を、簡単な加工により低コストで得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るボールねじ式舵取装置
の縦断面図である。

【図２】上記ボールねじ式舵取装置のウオームシャフト
とトーションバーとを示す縦断面図およびこの実施例の
ハンドル作動角に対する入力トルクの大きさを示す特性
図である。

【図３】第２の実施例に係るボールねじ式舵取装置のウ
オームシャフトとトーションバーとを示す縦断面図およ
びこの実施例のハンドル作動角に対する入力トルクの大
きさを示す特性図である。

【図４】第３の実施例に係るボールねじ式舵取装置のウ
オームシャフトとトーションバーとを示す縦断面図およ
びこの実施例のハンドル作動角に対する入力トルクの大
きさを示す特性図である。

【図５】第４の実施例に係るボールねじ式舵取装置のウ
オームシャフトとトーションバーとを示す縦断面図およ
びこの実施例のハンドル作動角に対する入力トルクの大
きさを示す特性図である。

【図６】第５の実施例に係るボールねじ式舵取装置のウ
オームシャフトとトーションバーとを示す縦断面図およ
びこの実施例のハンドル作動角に対する入力トルクの大
きさを示す特性図である。

【図７】第６の実施例に係るボールねじ式舵取装置のウ
オームシャフトとトーションバーとを示す縦断面図およ
びこの実施例のハンドル作動角に対する入力トルクの大
きさを示す特性図である。

【図８】第７の実施例に係るボールねじ式舵取装置のウ
オームシャフトとトーションバーとを示す縦断面図およ
びこの実施例のハンドル作動角に対する入力トルクの大
きさを示す特性図である。

【図９】第８の実施例に係るボールねじ式舵取装置のウ
オームシャフトとトーションバーとを示す縦断面図およ
びこの実施例のハンドル作動角に対する入力トルクの大
きさを示す特性図である。

【符号の説明】 ６ ボールナット（ピストン） ２０ ウオームシャフト ２２ ボールねじ ２４ ボール ２８ａ 圧入体（トーションバーの端部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウオームシャフトに形成されたボールね
   じに、多数のボールを介してボールナットを螺合させ、
   ウオームシャフトの回転によりボールナットを進退動さ
   せるボールねじ式舵取装置において、 前記ボールねじの、ハンドル中立位置付近の内部に圧入
   体を圧入し、この部分のボールねじのピッチ円径を他の
   部分よりも大きくしたことを特徴とするボールねじ式舵
   取装置。
2. 【請求項２】 前記ウオームシャフトは、その内部に一
   端が圧入されたトーションバーを介してスタブシャフト
   に連結されており、前記トーションバーの端部を圧入体
   として、ボールねじのハンドル中立位置付近の内部に圧
   入したことを特徴とする請求項１に記載のボールねじ式
   舵取装置。
3. 【請求項３】 前記圧入体は、トーションバー端部の圧
   入部と別体の独立した圧入部材であることを特徴とする
   請求項１に記載のボールねじ式舵取装置。
4. 【請求項４】 ウオームシャフトに形成されたボールね
   じを、研摩加工によりピッチ円径が全長に亘って均一と
   なるように仕上げた後、このボールねじのハンドル中立
   位置付近の内部に圧入体を圧入してこの部分のピッチ円
   径を増大させたことを特徴とするボールねじ式舵取装置
   のボールねじの製造方法。