JP2002037096A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストでありながら、ボールスクリューナッ
トより軸受の抜け止めを図れる耐衝撃性に優れた電動式
パワーステアリング装置、及び調整の容易なガタ調整方
法を提供する。 【解決手段】例えばステアリングストッパ衝接時など、
ラック軸２２に大きな衝撃力が生じ、抑え部材３０の玉
軸受２５に対する軸力がゼロとなったときでも、薄板部
３０ｂにおけるカシメｃにより抑え部材３０の回動が阻
止されるため、抑え部材３０はゆるむことがなく、衝撃
力が消失したときには、再び玉軸受２５に対して所定の
軸力を付与することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータを用い
た車両のパワーステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の電動式パワーステアリング装置の
一形式として、ラック・アンド・ピニオン式ステアリン
グ装置のラック軸が挿通されたボールスクリューナット
を、ラック軸と同軸の電動モータにより回転させ、その
回転出力を、ボールねじ機構を介してラック軸の長手方
向推力に変換するようにしたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる電動式パワース
テアリング装置においては、ボールスクリューナットを
ハウジングに対して回転自在に支持するために、軸受が
用いられている。かかる軸受は、ボールスクリューナッ
トの両端に配置されているが、更にボールスクリューナ
ットから軸受が抜け出ることを防止するために、抑え部
材が設けられている。

【０００４】抑え部材は、ボールスクリューナットの外
周に形成された雄ねじに螺合する雌ねじを有し、ボール
スクリューナットに螺合されることによって、軸受の抜
け落ちを防止するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば一般
的な電動式パワーステアリング装置において、ステアリ
ングホイールを回していくと最終的にステアリングスト
ッパの当接が生じ、それ以上の回転が阻止されるように
なっているが、運転者が勢い良くステアリングホイール
を回したような場合には、ステリングストッパの過大な
衝接が生じることがある。かかる場合、ラック軸には、
最大で略９８．１ｋＮ（１０トン）近い衝撃力が生じる
恐れがある。

【０００６】このような強い衝撃力が生じると、ボール
スクリューナットに対して軸受の抜け落ちを防止する抑
え部材の初期軸力を超えることがあるが、これに走行時
の振動が加わると、抑え部材がゆるむ恐れがある。

【０００７】抑え部材のゆるみを防止するために、初期
軸力を上げるべく強いトルクで抑え部材をボールスクリ
ューナットに螺合させると、ボールスクリューナット内
部に形成されているボール転動路などを変形させてしま
い、ボールスクリューナットの機能を損なう恐れがあ
る。

【０００８】一方、ボールスクリューナットとボールス
クリュー軸との間に形成された転動路内のボールのガタ
を、いかなる態様で調整するかも問題となっている。

【０００９】このような問題点に鑑み、本発明は、低コ
ストでありながら、ボールスクリューナットより軸受の
抜け止めを図れる耐衝撃性に優れた電動式パワーステア
リング装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明の電動式パワーステアリング装置は、ハウジ
ングと、前記ハウジング内を延在し、操舵機構に連結さ
れたボールスクリュー軸と、回転子を有するモータと、
前記モータの回転子に連結され、前記回転子の回転力を
軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー軸に伝達す
るボールスクリューナットと、前記ボールスクリューナ
ットを前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受
と、前記ボールスクリューナットに螺合されることによ
って、前記ボールスクリューナットに対して前記軸受を
抑える抑え部材とを有し、前記抑え部材は、前記抑え部
材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連
結する連結手段を含むものである。

【００１１】

【作用】本発明の電動式パワーステアリング装置は、ハ
ウジングと、前記ハウジング内を延在し、操舵機構に連
結されたボールスクリュー軸と、回転子を有するモータ
と、前記モータの回転子に連結され、前記回転子の回転
力を軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー軸に伝
達するボールスクリューナットと、前記ボールスクリュ
ーナットを前記ハウジングに対して回転自在に支持する
軸受と、前記ボールスクリューナットに螺合されること
によって、前記ボールスクリューナットに対して前記軸
受を抑える抑え部材とを有し、前記抑え部材は、前記抑
え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能
に連結する連結手段を含むので、例えばステアリングス
トッパ衝接時など、ボールスクリュー軸に大きな衝撃力
が生じ、前記抑え部材の軸受に対する軸力がゼロとなっ
たときでも、前記抑え部材の回動が阻止されるため、前
記抑え部材はゆるむことがなく、衝撃力が消失したとき
には、再び軸受に対して所定の軸力を付与することがで
きる。

【００１２】更に、前記連結手段は、樹脂材の剪断力を
用いて、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットと
を相対回転不能に連結すると好ましい。

【００１３】又、前記連結手段は、摩擦力を用いて、前
記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転
不能に連結すると好ましい。

【００１４】更に、前記抑え部材は、前記ボールスクリ
ューナットに螺合されることにより、前記ボールスクリ
ューナット内のボールのガタを調整するようになってい
るので、別個にガタとり手段を設ける必要がなく、低コ
ストな電動式パワーステアリング装置が提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の第１の実施の形
態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本
発明の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装
置を示す概略構成図である。図１において、ステアリン
グホイール１は、ステアリングシャフト２の上端に連結
されている。

【００１６】ステアリングシャフト２の下端は、ユニバ
ーサルジョイント４を介してロアシャフト５の上端に連
結され、さらに、ロアシャフト５の下端は、ユニバーサ
ルジコイント６を介してピニオンシャフト７の上端に連
結されている。ピニオンシャフト７の下端には、不図示
のピニオンが連結されており、かかるピニオンは、ボー
ルスクリュー軸すなわちラック軸２２（図２）のラック
歯に噛合している。ラック軸２２が挿通されたラックハ
ウジング８には、ラック軸同軸型５相矩形波駆動式ブラ
シレスモータ２３が後述する態様で配置されている。

【００１７】トルクセンサ３は、ピニオンシャフト７の
近傍に配設され、ピニオンシャフト７に伝達された操舵
トルクを検出するようになっている。トルクセンサ３
は、例えば、２分割したピニオンシャフト７の間に介挿
したトーションバー（不図示）のネジレ角変位に変換
し、このネジレ角変位を、磁気的又は機械的に検出する
ように構成されており、従って操作者がステアリングホ
イール１を操舵操作することによって、操舵力の大きさ
と方向とに応じたアナログ電圧からなるトルク検出信号
Ｔｖを、コントローラ１３に出力するようになってい
る。

【００１８】すなわち、トルクセンサ３は、例えば、ス
テアリングホイール１が中立状態にある場合には、所定
の中立電圧をトルク検出信号Ｔｖとして出力し、これよ
りステアリングホイール１を右旋した場合には、そのと
きの操舵トルクに応じて中立電圧より増加する電圧を、
左旋した場合には、そのときの操舵トルクに応じて中立
電圧より減少する電圧を出力するようになされている。

【００１９】モータ２３を駆動制御し、操舵系への操舵
補助力の制御を行うため、コントローラ１３が設けられ
ている。コントローラ１３は、車載のバッテリ１６から
電源供給されることによって作動するようになされてい
る。バッテリ１６の負極は接地され、その正極はエンジ
ン始動を行うイグニッションスイッチ１４及びヒューズ
１５ａを介してコントローラ１３に接続されると共に、
ヒューズ１５ｂを介してコントローラ１３に直接接続さ
れており、このヒューズ１５ｂを介して供給される電源
は例えば、メモリバックアップ用に使用される。コント
ローラ１３は、トルクセンサ３からのトルク検出信号Ｔ
ｖと、例えば、図示しない変速機の出力軸に配設された
車速センサ１７からの車速検出信号Ｖｐとに基づきブラ
シレスモータ２３を駆動制御することができる。

【００２０】図２は、第１の実施の形態にかかるラック
軸同軸型ブラシレスモータ周辺の軸線方向断面図であ
る。ハウジングすなわちラックハウジング８は、ブラケ
ット２１により図示しない車体に固定されている。ラッ
クハウジング８内にラック軸２２が挿通され、ラック軸
２２はその両端において、タイロッド９（図１），１０
に連結されている。タイロッド９，１０は、図示しない
操向機構に連結されている。

【００２１】ラックハウジング８内には円管状の固定子
２３ａが固定されており、また、固定子２３ａの一部を
巻回する複数のセグメントからなるコイル２３ｂが設け
られている。固定子２３ａに挿通するようにして、細長
い薄肉円管状の回転子２３ｃが設けられている。回転子
２３ｃの外周には、固定子２３ａに対向するようにし
て、円筒状の駆動用磁石２３ｄが設けられている。駆動
用磁石２３ｄは、円周方向にＮ極とＳ極とを交互に形成
するよう磁化されている。回転子２３ｃ内をラック軸２
２が延在するようになっている。尚、固定子２３ａと、
コイル２３ｂと、回転子２３ｃと、駆動用磁石２３ｄと
で、ブラシレスタイプの電動モータ２３を構成してい
る。

【００２２】回転子２３ｃは、玉軸受２６及び不図示の
軸受により、ラックハウジング８に対して回転自在に支
持されている。尚、図示していないが、回転子２３ｃの
外周には、位相検知用のロータが取り付けられている。
このロータは、駆動用磁石２３ｄの極性を検知するた
め、その極性とある相関関係を有するように設置されて
いる。この極性位相は、位置検知用の磁石に隣接配置さ
れたレゾルバＲ（図６）により検知され、かかる極性位
相を示す電気信号が、コントローラ１３へと出力される
ようになっている。

【００２３】コントローラ１３は、回転方向に分割され
た各コイル２３ｂのセグメントに順次電流を供給分配
し、その結果、ブラシレスモータ２３は所定の回転出力
を発生するように駆動制御される。

【００２４】回転子２３ｃの左方端は、略円管状のボー
ルスクリューナット２９の右方端に連結されている。ボ
ールスクリューナット２９は、内側に螺旋状の内ねじ溝
２９ｂを有し、内ねじ溝２９ｂは、ラック軸２２の左方
部に形成された外ねじ溝２２ａに対向して転動路を形成
し、該転動路内に複数のボール３０が収容されている。

【００２５】ボール３０は、ボールスクリューナット２
９とラック軸２２が相対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、ボールスクリューナット２
９は、循環路２９ｃを有し、ボールスクリューナット２
９の回転時に、循環路２９ｃを介してボール３０は循環
可能となっている。

【００２６】ボールスクリューナット２９の左方端は、
アンギュラコンタクトタイプの玉軸受２５によりラック
ハウジング８に対して回転自在に支持されている。

【００２７】図３は、図２の構成をII-II線で切断して
矢印方向に見た図であり、図４は、図２の構成のIV部を
拡大して示す図である。図４に示すように、ボールスク
リューナット２９の左端外周には、雄ねじ２９ａが形成
されている。雄ねじ２９ａに螺合する雌ねじ３１ａを形
成した筒状の抑え部材３１は、その左端を軸受２５の内
輪に当接させている。

【００２８】抑え部材３１の末端（図４の左端）には、
軸線方向外方に向かって延在する薄筒部３１ｂが形成さ
れている。尚、図３に示すように、抑え部材３１の外周
には、周方向に等間隔に４つの切り欠き３１ｃが形成さ
れている。切り欠き３１ｃは、工具（不図示）を係合さ
せて、抑え部材３１を回転させるときに用いる。

【００２９】次に、図面を参照して本実施の形態の動作
を説明する。図１において、車両が直進状態にあり、ス
テアリングホイール１からラック軸２２へ操舵力が入力
されていない場合、トルクセンサ３から出力されるトル
ク検出信号Ｔｖは、ゼロもしくは低い値であるため、コ
ントローラ１３はブラシレスモータ２３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。

【００３０】一方、車両がカーブを曲がろうとする場合
には、ステアリングホイール１が操舵されて操舵力がラ
ック軸２２へ伝達されるため、トルクセンサ３からは、
操舵トルクに応じたトルク検出信号Ｔｖが出力され、速
度センサ１７からの検出信号Ｖｐを考慮して、コントロ
ーラ１３は、適切なトルクでブラシレスモータ２３の回
転子２３ｃを回転させる。回転子２３ｃが回転するとボ
ールスクリューナット２９も回転し、それによりラック
軸２２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。

【００３１】ところで、ボールスクリューナット２９か
ら、玉軸受２５の抜け止めを図るため、抑え部材３１が
ボールスクリューナット２９に螺合されているが、抑え
部材３１のゆるみを防止するために、初期軸力を上げる
べく強いトルクで抑え部材３１を締め付けると、ボール
スクリューナット２９内部に形成されている循環路２９
ｃなどを変形させてしまい、ボールスクリューナット２
９の機能を損なう恐れがある。

【００３２】かかる問題に対し、本実施の形態によれ
ば、循環路２９ｃなどを変形させない程度のトルクで、
抑え部材３１をボールスクリューナット２９に螺合さ
せ、その後抑え部材３１の薄筒部３１ｂを半径方向にカ
シメ（Ｃ）て、ボールスクリューナット２９の雄ねじ部
２０ａに対して強く押しつけられるよう変形させる。そ
れにより抑え部材３１は、ボールスクリューナット２９
に対して相対回動不能に連結され、ラック軸２２から強
い力が伝達された場合でもゆるむことはない。本実施の
形態においては、カシメＣが阻止手段を構成する。

【００３３】一方、本実施の形態を用いて、ボールスク
リューナット２９内の転送路におけるボール３０のガタ
調整も容易に行える。例えば玉軸受２５をボールスクリ
ューナット２９に組み込んだ後、抑え部材３１をボール
スクリューナット２９の端部に螺合させ、適切な予圧が
付与されるまで、不図示の工具により抑え部材３１を回
転させる。

【００３４】適切な予圧量が付与されたとき、抑え部材
３１の薄筒部３１ｂを半径方向にカシメ（Ｃ）る。それ
により抑え部材３１は、ボールスクリューナット２９に
対して相対回動不能に連結され、もってボールスクリュ
ーナット２９内のボール３０のガタを安定して維持でき
る。

【００３５】図５は、本実施の形態の変形例を示すボー
ルスクリューナットの端部断面図である。図５において
は、抑え部材１３１及びボールスクリューナット１２９
を半径方向に貫通する孔１３１ａ、１２９ａが形成され
ている。抑え部材１３１に薄筒部は形成されていない。
その他の点については、上述した実施の形態と同様であ
るので、説明を省略する。

【００３６】本変形例においては、抑え部材１３１を回
転させて、適切な予圧を付与した後、孔１３１ａ、１２
９ａに溶融した樹脂１３２を充填する。阻止手段である
樹脂１３２が固化すれば、抑え部材３１は、ボールスク
リューナット２９に対して固定されることとなり、その
剪断力と摩擦力とにより、ラック軸２２から強い力が伝
達された場合でもゆるむことはなく、それによりボール
スクリューナット２９内のボール３０のガタを安定して
維持できる。

【００３７】尚、玉軸受２５の分解を所望する場合は、
強い力で抑え部材１３１を回転させると、樹脂１３２が
剪断するので、抑え部材１３１及び玉軸受２５をボール
スクリューナット１２９より取り外すことができる。再
組み付けの際には、孔１２９ａ、１３９ａから樹脂１３
２を取り除き、同様な工程で組付けを行えばよい。

【００３８】図６は、第２の実施の形態にかかる電動式
パワーステアリング装置によるラック軸同軸型ブラシレ
スモータ周辺の軸線方向断面図である。本実施の形態に
おいては、ボールスクリューナット周辺の構成が異なる
のみであるので、かかる構成を中心に説明し、第１の実
施の形態と同様な構成については同一符号を付して説明
を省略する。小径部２０８ａと大径部２０８ｂとからな
るラックハウジング２０８は、不図示のブラケットによ
り、図示しない車体に固定されている。ラックハウジン
グ２０８の大径部２０８ａ内にラック軸２２が挿通さ
れ、ラック軸２２はその両端において、タイロッド９
（図１）、１０に連結されている。タイロッド９，１０
は、図示しない操舵機構に連結されている。

【００３９】ラックハウジング２０８内に挿通されたブ
ラシレスモータ１２３の回転子１２３ｃは、軸受２２６
により、ラックハウジング２０８に対して回転自在に支
持されている。回転子１２３ｃの左方端は、略円管状の
ボールスクリューナット２２９の右方端に対してスプラ
イン歯同士による係合がなされて、両者は一体的に回転
するが、軸線方向には相対移動可能となっている。かか
る結合を行う、ボールスクリューナット２２９（又は回
転子１２３ｃ）に形成された雌スプライン２２９ｄ、及
び回転子１２３ｃ（又はボールスクリューナット２２
９）に形成された雄スプライン１２３ｄの歯面の少なく
とも一方に、樹脂をコーティングすることにより、ステ
アリングストッパ衝接時など衝撃力が付与された場合な
どに、かかる樹脂コーティングが衝撃力を吸収し、それ
により打音防止などが図れる。ボールスクリューナット
２２９は、内側に螺旋状の内ねじ溝２２９ｂを有し、内
ねじ溝２２９ｂは、ラック軸２２の左方部に形成された
外ねじ溝２２ａに対向して転動路を形成し、該転動路内
に複数のボール３０が収容されている。

【００４０】ボール３０は、ボールスクリューナット２
２９とラック軸２２が相対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、ボールスクリューナット
２２９は、その内部に循環路２２９ｃを有し、ボールス
クリューナット２２９の回転時に、循環路を介してボー
ル３０は循環可能となっている。

【００４１】ラックハウジング２０８の小径部２０８ａ
の内周には、薄い円筒状の滑りブッシュ２３１を介し
て、ボールスクリューナット２２９を回転自在に支持す
るアンギュラコンタクトタイプの軸受２５１が配置され
ている。軸受２５１は、外輪２５１ａと、一対の内輪２
５１ｂ、２５１ｃと、両輪間に配置された２列のボール
２５１ｄとから構成されている。

【００４２】軸受２５１の外輪２５１ａの両端に当接す
るようにして、断面がＬ字状の芯金２５２ａ、２５２ｂ
が一対配置され、更に左方の芯金２５２ａと、小径部２
０８ａに取り付けられた間座２５２ｃとの間には、リン
グ状の弾性部材２３５ａが配置され、一方左方の芯金２
５２ｂと、小径部２０８ａに螺合するナット２３３との
間には、リング状の弾性部材２３５ｂが配置されてい
る。

【００４３】軸受２５１の内輪２５１ｂ、２５１ｃは、
ボールスクリューナット２２９の左端外周に螺合取り付
けされたナット２２７により、ボールスクリューナット
２２９に対して取り付けられている。

【００４４】本実施の形態によれば、循環路２２９ｃな
どを変形させない程度のトルクで、ナット２２７をボー
ルスクリューナット２２９に螺合させ、その後ナット２
２７から軸線方向に延在する薄筒部２２７ｂを半径方向
にカシメて、ボールスクリューナット２２９の外周に対
して強く押しつけられるよう変形させている。それによ
りナット２２７は、ボールスクリューナット２２９に対
して相対回動不能に連結され、ラック軸２２から強い力
が伝達された場合でもゆるむことはない。

【００４５】本実施の形態によれば、例えばステアリン
グストッパ衝接時など、ボールスクリュー軸としてのラ
ック軸２２に大きな衝撃力が生じた場合には、滑りブッ
シュ２３１に支援されて、軸受２５１と共にボールスク
リューナット１２９の軸線方向移動が許容されるが、か
かる場合、上述したスプライン歯の樹脂コーティングの
効果に加え、弾性部材２３５ａ、２３５ｂが衝撃力を効
果的に吸収出来、打音などの発生を抑制できる。

【００４６】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
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、抑え部材のゆるみ止めを達成
する阻止手段は、雄ねじと雌ねじとの間に塗布されて、
ねじ間の摩擦力を増大させる充填剤であっても良い。

【００４７】

【発明の効果】本発明の電動式パワーステアリング装置
は、ハウジングと、前記ハウジング内を延在し、操舵機
構に連結されたボールスクリュー軸と、回転子を有する
モータと、前記モータの回転子に連結され、前記回転子
の回転力を軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー
軸に伝達するボールスクリューナットと、前記ボールス
クリューナットを前記ハウジングに対して回転自在に支
持する軸受と、前記ボールスクリューナットに螺合され
ることによって、前記ボールスクリューナットに対して
前記軸受を抑える抑え部材とを有し、前記抑え部材は、
前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回
転不能に連結する連結手段を含むので、例えばステアリ
ングストッパ衝接時など、ボールスクリュー軸に大きな
衝撃力が生じ、前記抑え部材の軸受に対する軸力がゼロ
となったときでも、前記抑え部材の回動が阻止されるた
め、前記抑え部材はゆるむことがなく、衝撃力が消失し
たときには、再び軸受に対して所定の軸力を付与するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかる電動式パワーステア
リング装置を示す概略構成図である。

【図２】本実施の形態にかかるラック軸同軸型ブラシレ
スモータ周辺の軸線方向断面図である。

【図３】図２の構成をII-II線で切断して矢印方向に見
た図である。

【図４】図２の構成のIV部を拡大して示す図である。

【図５】本実施の形態の変形例を示すボールスクリュー
ナットの端部断面図である。

【図６】第２の実施の形態にかかる電動式パワーステア
リング装置によるラック軸同軸型ブラシレスモータ周辺
の軸線方向断面図である。

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ２ ステアリングシャフト ３ トルクセンサ ４、６ ユニバーサルジョイント ５ ロアシャフト ７ ピニオンシャフト ８ ラックハウジング ９，１０ タイロッド １３ コントローラ １４ イグニッションスイッチ １５ａ、１５ｂ ヒューズ １６ バッテリ １７ 車速センサ ２１ ブラケット ２２ ラック軸 ２３、１２３ ブラシレスモータ ２５，２６、２５１ 玉軸受 ２９、１２９ ボールスクリューナット ３０ ボール ３１、２３１ 抑え部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、 前記ハウジング内を延在し、操舵機構に連結されたボー
   ルスクリュー軸と、 回転子を有するモータと、 前記モータの回転子に連結され、前記回転子の回転力を
   軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー軸に伝達す
   るボールスクリューナットと、 前記ボールスクリューナットを前記ハウジングに対して
   回転自在に支持する軸受と、 前記ボールスクリューナットに螺合されることによっ
   て、前記ボールスクリューナットに対して前記軸受を抑
   える抑え部材とを有し、 前記抑え部材は、前記抑え部材と前記ボールスクリュー
   ナットとを相対回転不能に連結する連結手段を含む電動
   式パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 前記連結手段は、樹脂材の剪断力を用い
   て、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相
   対回転不能に連結する請求項１に記載の電動式パワース
   テアリング装置。
3. 【請求項３】 前記連結手段は、摩擦力を用いて、前記
   抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不
   能に連結する請求項１に記載の電動式パワーステアリン
   グ装置。
4. 【請求項４】 前記抑え部材は、前記ボールスクリュー
   ナットに螺合されることにより、前記ボールスクリュー
   ナット内のボールのガタを調整するようになっている請
   求項１乃至３のいずれかに記載の電動式パワーステアリ
   ング装置。