| 【発明の名称】 |
ボールねじおよびそれを具備する電動パワーステアリング装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】吉田 勇
【氏名】池田 良則
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| 【要約】 |
【課題】部品点数が少なく、コンパクトで、かつ負荷容量が大きく得られるボールねじ、およびこれを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】このボールねじ２０は、回転ナット２２に取付けられる駒部材２４に、複数の連結溝２８を設けたものとする。連結溝２８は、回転ナット２２の内ねじ溝２６の隣合う１周部分同士を連結する溝である。このボールねじ２０は、電動パワーステアリング装置において、モータのロータの回転を操舵軸に伝える機構として用いられる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ボールねじ軸と、このボールねじ軸に対向して内周に内ねじ溝を有する回転ナットと、上記ボールねじ軸と内ねじ溝との間に形成された転動路に連なって配置され、上記回転ナットとボールねじ軸の間で力を伝達するための複数のボールと、上記回転ナットに取付けられて内ねじ溝同士を連結する連結溝を有する駒部材とを具え、この駒部材は上記連結溝を複数有するものとしたボールねじ。
【請求項２】 上記駒部材に、回転ナットの内ねじ溝に係合してこの駒部材を回転ナットに対して軸方向に位置決めするアームを設けた請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】 上記アームに、先端から基端側へ延びるスリットを設けた請求項２に記載のボールねじ。
【請求項４】 上記駒部材における回転ナット円周方向の両側縁に、外径側へ立ち上がる一対のガイド壁を設け、これらガイド壁は、回転ナットに形成された駒部材嵌合用開口の対向する一対の内側面に弾性的に接するものとした請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のボールねじ。
【請求項５】 上記駒部材は、上記回転ナットに形成された駒部材嵌合用開口に回転ナットの内径側から嵌め込まれるものとし、かつ上記一対のガイド壁の先端に外向きの抜け止め用突部を設け、これら抜け止め用突部は、上記駒部材嵌合用開口の外径側の開口縁に係合するものとした請求項４に記載のボールねじ。
【請求項６】 上記ガイド壁に、先端から基端側へ延びるスリットを設けた請求項４または請求項５に記載のボールねじ。
【請求項７】 上記駒部材を焼結合金によって形成した請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のボールねじ。
【請求項８】 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、ハンドルからの回転力を、上記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、上記操舵軸の一部がボールねじ軸となるボールねじと、このボールねじの回転ナットに嵌合された電動モータとを具えた電動パワーステアリング装置において、上記ボールねじを、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のボールねじとしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、駒式のボールねじ、およびこのボールねじを具備する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の電動パワーステアリング装置は、ハンドルの操舵力を電動モータで補うものであり、種々の形式のものがある。その一つとして、車輪の操舵機構に連結された進退自在な操舵軸に対して、ハンドルからラックピニオン機構等の変換機構を介して軸方向移動力を与えると共に、電動モータの出力を、ボールねじを介して軸方向移動力として与えるようにしたものがある。このボールねじには、電動パワーステアリング装置の全体の小型化、ひいては自動車全体の軽量化のため、コンパクトで負荷容量の大きいものが要望されている。ボールねじには、ボールの循環形式が異なる種々の形式のものがあり、その一種として、駒式と呼ばれるものがある。
【０００３】図６は、従来の駒式ボールねじ機構の一例を示す。ボールねじ軸５１は、外ねじ溝５２を外面に有し、回転ナット５３は、外ねじ溝５２に対応する内ねじ溝５４を有していて、両ねじ溝５２，５４の間に嵌合した多数のボール５５を介してボールねじ軸５１に螺合している。回転ナット５３の円筒胴部には、内外の周面に貫通して内ねじ溝５４の一部を切欠く楕円状の嵌合孔５６が穿設され、この嵌合孔５６に、楕円状の駒５７が嵌合している。駒５７は、内ねじ溝５４の隣合う１周部分同士を連結する連結溝５８を形成した部品であり、内ねじ溝５４の略１周の部分と連結溝５８とで、ボール５５の転動路が構成される。転動路内の内外のねじ溝５２，５４間に介在した多数のボール５５は、ねじ溝５２，５４に沿って転動して、駒５７の連結溝５８に案内され、ボールねじ軸５１のねじ山を乗り越えて隣接する内ねじ溝５４に戻り潤滑可能とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】駒式のボールねじは、回転ナット５３の外径を小さくできる利点はあるが、駒５７の多数必要なため、構成部品の点数が多いという欠点がある。また、負荷容量を大きくしようとした場合に、次の課題がある。すなわち、ボールねじにおいて、負荷容量を大きくする手段としては、次の各手段があるが、いずれも駒式のボールねじでは、次のように採用が難しい。
■ピッチを小さくしてボール循環個数を増やす。この手段を採る場合、ボール径が小さくなると、逆に負荷容量が小さくなる。そのため、ボール径を変えずにピッチを小さくすることが必要であるが、駒式では、１ピッチ（ねじ溝の間隔）に一つの駒５７が必要となるため、ボール径を変えずにピッチを小さくすることはできない。
■リード間に溝を入れて多条ねじとし、循環数を増やした場合と同様の効果を出す。ただし、多条ねじでは、リード（１回転で進む距離）が制限され、リードを小さくできない。また、多条ねじは、エンドキャップ方式では可能であるが、駒式では、前記のように１ピッチ毎に一つの駒５７が必要となるため、多条ねじは採用できない。このため、駒式のボールねじにおいて、負荷容量を大きくしたい場合、ナット長さを長くしてボール循環個数を増やすしかなく、ナットが小径になるという利点がある反面、ナットが長くなってコンパクト化が得られない。また、ナット長さを長くすると、その分、駒５７の個数が増えて、加工工数と部品点数がさらに増え、コストアップになる。
【０００５】この発明の目的は、部品点数が少なく、コンパクトで、かつ負荷容量が大きく得られるボールねじを提供することである。この発明の他の目的は、電動モータの出力を伝えるボールねじがコンパクトでかつ負荷容量が大きくできて、装置全体のコンパクト化が図れる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明のボールねじは、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に対向して内周に内ねじ溝を有する回転ナットと、上記ボールねじ軸と内ねじ溝との間に形成された転動路に連なって配置され、上記回転ナットとボールねじ軸の間で力を伝達するための複数のボールと、上記回転ナットに取付けられて内ねじ溝同士を連結する連結溝を有する駒部材とを具え、この駒部材は上記連結溝を複数有するものとする。この構成によると、複数の連結溝を一つの駒部材に設けたため、内ねじ溝のピッチを小さくすることができ、そのため回転ナットの長さを長くすることなく、ボール循環個数を増やし、負荷容量を増大させることができる。このため、従来の駒式のボールねじと同様にナットが小径にできることと相まって、コンパクトで負荷容量の大きいものとできる。しかも、複数の連結溝が一つの駒部材に設けられるため、駒部品の個数が少なくて済み、部品点数が少なく、加工が簡単で、コスト低下が図れる。さらに、複数の連結溝が一つの駒部材に設けられることから、精度向上も図り易い。
【０００７】この発明において、上記駒部材に、回転ナットの内ねじ溝に係合してこの駒部材を回転ナットに対して軸方向に位置決めするアームを設けても良い。上記アームには、先端から基端側へ延びるスリットを設けても良い。このように、回転ナットのボール転走面として形成される内ねじ溝に駒部材のアームを係合させることで、駒部材の高精度の位置決めが行える。アームにスリットを設けた場合は、アームに弾性を持たせることができ、アームを内ねじ溝の内面に隙間なく沿わせることができる。
【０００８】この発明において、上記駒部材における回転ナット円周方向の両側縁に、外径側へ立ち上がる一対のガイド壁を設け、これらガイド壁は、回転ナットに形成された駒部材嵌合用開口の対向する一対の内側面に弾性的に接するものとしても良い。このように、駒部材にガイド壁を設けることにより、駒部材嵌合用開口に弾性的に接触させて駒部材を固定することができ、駒部材の固定が簡単に行える。
【０００９】この発明において、上記駒部材は、回転ナットに形成された駒部材嵌合用開口に回転ナットの内径側から嵌め込まれるものとしても良い。このように、内側から嵌め込むことにより、抜け止めが不要となる。また、上記のようにガイド壁を設ける場合に、このように内側から嵌め込むようにすると共に、上記一対のガイド壁の先端に外向きの抜け止め用突部を設け、これら抜け止め用突部を、上記駒部材嵌合用開口の外径側の開口縁に係合するものとしても良い。このように、駒部材を内側から嵌め込み、ガイド壁先端の抜け止め用突部を駒部材嵌合用開口の外径側に係合させることで、駒部材を嵌め込み作業のみで簡単に固定することができる。
【００１０】上記ガイド壁は、先端から基端側へ延びるスリットを設けても良い。このようにスリットを設けることで、ガイド壁の弾性効果を高めることができ、駒部材嵌合用開口へ、より一層隙間なく、かつ簡単に嵌合させることができる。
【００１１】上記駒部材を焼結合金によって形成しても良い。このように焼結合金製とすることで、射出成形等の成形と焼結によって製造でき、旋削や研削等の機械加工が不要で、量産性が良い。これにより、安価な製作が可能である。
【００１２】この発明の電動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、ハンドルからの回転力を、上記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、上記操舵軸の一部がボールねじ軸となるボールねじと、このボールねじの回転ナットに嵌合された電動モータとを具えたものであって、上記ボールねじを、この発明の上記いずれかの構成のボールねじとしたものである。この構成により、電動モータの出力を伝えるボールねじが、コンパクトでかつ負荷容量の大きいものとできて、電動パワーステアリング装置の全体のコンパクト化が図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１に示すように、このボールねじ２０は、ボールねじ軸２１と、回転ナット２２と、複数のボール２３とを具え、回転ナット２２は、ナット本体２２ａに駒部材２４を取付けて構成されている。ボールねじ軸２１は外ねじ溝２５を有する。回転ナット２２は、円筒状に形成されたナット本体２２ａの内周に、外ねじ溝２５に対向する内ねじ溝２６を有する。ボール２３は、ボールねじ軸２１の外ねじ溝２５と回転ナット２２の内ねじ溝２６との間に形成された転動路２７に連なって配置される。回転ナット２２は、外周面における周方向の一部に、ローレット加工等による粗面部２９が形成してあり、モータロータへの結合等に利用される。
【００１４】駒部材２４は、内ねじ溝２６の隣合う１周部分同士を連結する連結溝２８を設けた部材であり、一つの駒部材２４に、連結溝２８が複数設けられている。各連結溝２８は、各々内ねじ溝２６の互いに異なる１周部分同士の連結を行うものとされ、この実施形態では、内ねじ溝２６の順次隣合う１周部分同士を連結溝２８で連結している。回転ナット２２の内ねじ溝２６は、連結溝２８で連結されることで、１周の連続した周回経路となる。したがって、回転ナット２２の内ねじ溝２６は、駒部材２４が設けられた軸方向長さの範囲で、複数条並んだ周回経路に分離される。各連結溝２８の深さは、ボール２３が、連結溝２８内でボールねじ軸２１の外ねじ溝２５のねじ山を越えることができる深さとされている。
【００１５】駒部材２４は、軸方向に離れた２か所でナット本体２２ａに取付けられ、これら２個の駒部材２４は、互いに周方向位置が１８０°離れた位置とされている。２個の駒部材２４の連結溝２８の本数は、互いに異なっていても良い。図１では一つの駒部材２４については連結溝２８を３本とし、他の一つの駒部材２４については連結溝２８を２本としている。なお、一つの回転ナット２２に設けられる駒部材２４の個数は、１個であっても、３個以上であっても良い。
【００１６】図２は回転ナット２２の具体例を示し、図３は駒部材２４の具体例を示す。図４は回転ナット２２の概念構成を示す説明図である。なお、図２において、回転ナット２２の外径形状は簡略化して図示してある。回転ナット２２のナット本体２２ａは、駒部材嵌合用開口３０が内外周面に貫通して設けられて、この駒部材嵌合用開口３０に、駒部材２４が内径側から嵌め込まれる。
【００１７】駒部材２４は、回転ナット２２の内ねじ溝２６に係合してこの駒部材２４を回転ナット２２のナット本体２２ａに対して軸方向に位置決めする一対のアーム３１，３１を有している。これらアーム３１，３１は、駒部材２４の軸方向の両端に、互いに円周方向の逆方向に突出して設けられている。回転ナット２２の内ねじ溝２６におけるアーム３１が係合した部分は、非ボール循環部となる。
【００１８】各アーム３１は、内ねじ溝２６に嵌合する半円状の断面形状に形成され、先端から基端側へ延びるスリット３２が設けられている。なお、内外のねじ溝２５，２６の断面形状は、詳しくはゴシックアーチ状である。各アーム３１は裏面に断面半円状の裏側溝３３が形成され、スリット３２はアーム３１の表面から裏側溝３３に貫通している。また、各アーム３１の表面には、裏側溝３３に達しない深さの縦溝３４が複数設けられている。
【００１９】駒部材２４における回転ナット周方向の両側縁は、他の部分よりも外径面側が凹む凹み部３５（図３（Ｅ））とされ、これら凹み部３５から外径側へ立ち上がる一対のガイド壁３６が、駒部材２４の周方向を向く側面に沿って設けられている。各ガイド壁３６は、先端から基端側へ延びるスリット３７により、複数枚に分割されている。これらガイド壁３６は、ナット本体２２ａの駒部材嵌合用開口３０の対向する一対の内側面に弾性的に接するものである。両側のガイド壁３６には、その先端に沿って外向きの抜け止め用突部３８が設けられ、ナット本体２２ａの駒部材嵌合用開口３０の開口縁には、抜け止め用突部３８が係合する係合凹部３９（図４（Ｃ））が設けられている。
【００２０】駒部材２４は、ナット本体２２ａの駒部材嵌合用開口３０に内径面側から嵌め込まれ、一対のアーム３１が内ねじ溝２６に嵌合すると共に、ガイド壁３６の抜け止め用突部３８が、駒部材嵌合用開口３０の開口縁の係合凹部３９に係合することで、ナット本体２２ａに固定される。抜け止め用突部３８が係合凹部３９に係合した状態で、ガイド壁３６の先端または抜け止め用突部３８を加締ることで、駒部材２４の固定の確実を図っても良い。
【００２１】駒部材２４の材質は、焼結合金としても良い。駒部材２４を焼結合金製とする場合、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形することにより行われる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込むことにより成形する。前記金属粉としては、後に浸炭焼入が可能な材質が好ましく、例えば、炭素（Ｃ）が０．３％、ニッケル（Ｎｉ）が１〜２％、残りが鉄（Ｆｅ）からなるものとする。回転ナット２２のナット本体２２ａも、駒部材２４と同様に焼結合金製としても良い。
【００２２】つぎに、このボールねじ２０を具備した電動パワーステアリング装置の一例を説明する。図５は、この電動パワーステアリング装置の破断側面図である。同図において、ハウジング１は、図示しないブラケットを有していて、車体に固定される。ハウジング１内には操舵軸２が貫通し、操舵軸２はその両端にタイロッド３，４が連結されている。タイロッド３，４は、車輪を操舵する操舵機構（図示せず）に連結される。ハウジング１の一端の近傍から斜め上方に延びるようにハンドル軸５が設けられ、ハンドル軸５は上端にハンドルが連結される。ハンドル軸５は、回転自在に支持されていて、ハンドル軸５の回転は、その下端から変換機構６を介して操舵軸２に、軸方向の移動力として伝達される。変換機構６は、操舵軸２の長手方向の一部で形成されるラック７と、ハンドル軸５の下端に設けられたピニオン（図示せず）とからなり、上記ピニオンは、ハウジング１内でラック７に噛み合う。ハンドル軸５に対して、その操舵トルクを検出する操舵トルク検出器（図示せず）が設けられている。
【００２３】ハウジング１は、円筒状に形成されたものであり、中央の筒体１ａの両端に端部材１ｂ，１ｃを結合して構成される。ハウジング１内の軸方向の中央部には、電動モータ８のステータ９が設けられている。ステータ９は、コアおよびステータコイルで構成される。ステータ９の内周側には、電動モータ８のロータ１０がギャップを介して設けられている。ロータ１０は、磁性体により円筒状に形成されていて、スリーブ１１の外周に、このスリーブ１１と一体に回転するように取付けられる。このスリーブ１１内に、操舵軸２が軸方向移動自在に挿通されている。電動モータ８は、図示しないモータ制御回路により、前記操舵トルク検出器の検出値に従って制御される。
【００２４】スリーブ１１の一端、この例ではハンドル軸５側の端部は、軸受１２によりハウジング１内に回転自在に支持されている。軸受１２は、単独の軸受であっても、複数個を組み合わせて配置したものであっても良く、全体としてラジアル荷重およびスラスト荷重の支持が可能なものとされる。
【００２５】電動モータ８の回転は、ボールねじ２０を介して、操舵軸２に軸方向に移動させる力として伝えられる。ボールねじ２０は、操舵軸２の軸方向の一部がボールねじ軸２１となるものである。ボールねじ２０の回転ナット２２は、その外径部が軸受１６でハウジング１内に回転自在に支持され、かつ電動モータ８のロータ１０の一端が外径面に嵌合している。ロータ１０の回転ナット２２側の端部は、スリーブ１１よりも突出していて、この突出部分が回転ナット２２に嵌合する。また、回転ナット２２は、前記のように外径面に粗面部２９（図１（Ａ））を有していて、この粗面部２９にロータ１０の内径面に嵌合する。軸受１６は、単独の軸受であっても、複数個を組み合わせて配置したものであっても良く、全体としてラジアル荷重およびスラスト荷重の支持が可能なものとされる。軸受１６は、例えばアンギュラ玉軸受等の転がり軸受が用いられ、内輪、外輪、および両輪間に介在した転動体を有するものとされる。
【００２６】上記構成の動作および作用を説明する。車両が直進状態にあり、ハンドルの回転を停止しているときは、ハンドル軸５の操舵トルク検出器（図示せず）からトルク信号が出力されず、モータ制御手段（図示せず）により電動モータ８は回転停止状態とされる。したがって、この電動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。ハンドルを操舵すると、ハンドル軸５の操舵トルク検出器からトルク信号が出力され、モータ制御回路の制御により、電動モータ８はロータ１０を回転させる。ロータ１０が回転すると、ロータ１０と共にボールねじ２０の回転ナット２２が回転し、ボールねじ軸２１で一部が構成される操舵軸２が軸方向に移動させられ、補助操舵力が発生する。このとき、ボールねじ２０のボール２３は、回転ナット２２の回転に伴い、内外のねじ溝２５，２６間で形成される転動路内で転動する。このようにして、ハンドルの操舵力が電動モータ８で補われる。
【００２７】この電動パワーステアリング装置において、ボールねじ２０は、回転ナット２２の複数の連結溝２８を一つの駒部材２４に設けたため、内ねじ溝２６のピッチを小さくすることができ、そのため回転ナット２２の長さを長くすることなく、ボール循環個数を増やし、負荷容量を増大させることができる。このため、従来の駒式のボールねじと同様にナットが小径にできることと相まって、コンパクトで負荷容量の大きいものとできる。しかも、複数の連結溝２８が一つの駒部材２４に設けられるため、駒部品２４の個数が少なくて済み、部品点数が少なく、加工が簡単で、コスト低下が図れる。さらに、複数の連結溝２８が一つの駒部材２４に設けられることから、精度向上も図り易い。
【００２８】駒部材２４は、アーム３０を設け、回転ナット２２のボール転走面として形成される内ねじ溝２６に係合させるため、高精度の位置決めが行える。アーム３０にはスリット３１が設けられているため、アーム３０に弾性を持たせることができ、アーム３０を内ねじ溝２６の内面に隙間なく沿わせることができる。
【００２９】また、駒部材２４は、両側にガイド壁３６を設け、ナット本体２２ａの駒部材嵌合用開口３０の内側面に弾性的に接するようにしたため、駒部材２４が駒部材嵌合用開口３０に隙間なく固定され、精度の良い固定が簡単に行える。駒部材２４は、ナット本体２２ａの駒部材嵌合用開口３０に内径側から嵌め込み、アーム３１を内ねじ溝２６に係合させると共に、ガイド壁３６の先端の抜け止め用突部３８を開口縁に係合させるため、駒部材２４は、嵌め込み作業のみで簡単に固定することができ、抜け止め用手段や作業を別に施すことが不要となる。駒部材２４を焼結合金製とした場合は、射出成形等の成形と焼結によって製造でき、旋削や研削等の機械加工が不要で、量産性が良い。これにより、安価な製作が可能である。
【００３０】この電動パワーステアリング装置は、このように主要な構成部品であるモータ出力の伝達用のボールねじ２０を上記の構成のものとしたため、ボールねじ２０がコンパクトでかつ負荷容量が大きいものとできることに伴い、電動パワーステアリング装置の全体のコンパクト化が図れる。
【００３１】
【発明の効果】この発明のボールねじは、回転ナットに設けられる駒部材が、内ねじ溝の連結溝を複数有するものとしたため、部品点数が少なく、コンパクトで、かつ負荷容量の大きいものとできる。この発明の電動パワーステアリング装置は、電動モータの出力を伝えるボールねじに、この発明のボールねじを用いたため、ボールねじがコンパクトでかつ負荷容量の大きいものとできて、装置全体のコンパクト化が図れる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０２６９２
【氏名又は名称】エヌティエヌ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月４日（１９９９．１１．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６７９３
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 雅士 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２８１１（Ｐ２００１−１３２８１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３１３５１８ |
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