JP2004243945A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵時における作動トルクを抑制しつつ、直進時におけるラトル音を著しく小さくすること。
【解決手段】モータギヤ３７とナットギヤ３９とには、そのギヤの歯面３７ａ，３９ａにクラウニングが施してあるスパーギヤを用いている。また、ボールナット４５の外周面であって、複列アンギュラ玉軸受４７の内輪の両側には、ゴム等からなる一対のリング状の弾性体Ａ，Ｂが設けてある。さらに、ナットギヤ３９の内径側と、ボールナット４５の外径側との間には、スプライン嵌合部６１が設けてあるが、操舵時の反力が作用する時には、ナットギヤ３９と、ボールナット４５とは、軸方向に一体的に移動することができる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ式ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。
【０００４】
一方、乗用車用のステアリングギヤとしては、高剛性かつ軽量であること等から、現在ではラックピニオン式が主流となっている。そして、ラック＆ピニオン式ステアリングギヤ用のＥＰＳとしては、ステアリングシャフトやピニオン自体を駆動するべくコラム側部に電動モータを配置したコラムアシスト型等の他、電動式のボールねじ機構によりラックシャフトを駆動するボールねじ式ラックアシスト型も用いられている。ボールねじ式ラックアシスト型のＥＰＳでは、アシスト力がピニオンとラックとの噛合面に作用しないため、摩耗や変形の要因となる両部材間の接触面圧が比較的小さくなる。
【０００５】
ラックアシスト型ＥＰＳでは、ラックシャフトに形成されたボールねじ軸の雄ねじ溝とボールナットに形成された雌ねじ溝とが多数個の循環ボール（鋼球）を介して係合しており、ラックシャフトと同軸あるいは別軸に配置された電動モータによってボールナットが回転駆動され、これによりラックシャフトが軸方向に移動する。別軸式ラックアシスト型ＥＰＳにおける電動モータとボールナットとの間の動力伝達方法としては、特許文献１に記載されたタイミングベルト式の他、特許文献２に記載されたギヤ式等が一般的である。
【０００６】
【特許文献１】
実公平６−４９４８９号公報
【特許文献２】
特許第３０６２８５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動モータの回転駆動力をナットに伝達する動力伝達機構がギヤ機構である場合、この動力伝達機構においては、車両が直進しているときには、路面からの振動によるラトル音を小さく抑える一方、操舵時には、動力伝達機構の作動トルクが小さいことが求められている。
【０００８】
しかしながら、電動モータからナットまでの動力伝達機構がギヤ機構である場合、直進時には、ギヤのバックラッシュによって、ラトル音が生じる。そのため、バックラッシュをラトル音が生じないように小さくした場合、操舵時には、ギヤ同士がせり、作動トルクが大きくなるといったことがある。
【０００９】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、操舵時における作動トルクを抑制しつつ、直進時におけるラトル音を著しく小さくすることができる、ボールねじ式ラックアシスト型の電動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】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、内周面に雌ねじ溝が形成されたボールナットと、このボールナットの軸心に配置されると共に外周面に前記雌ねじ溝に対峙する雄ねじ溝が形成されたラックシャフトと、前記雌ねじ溝と前記雄ねじ溝との間に介装された複数個の循環ボールとからなるボールねじ機構と、
当該ボールねじ機構を収納するステアリングギヤケースと、
前記ラックシャフトと別軸に配置され、前記ボールナット機構の駆動に供される電動モータと、
当該電動モータの回転駆動力を前記ボールナットに伝達する動力伝達機構と
を有するラックアシスト型の電動パワーステアリング装置において、
前記動力伝達機構は、前記電動モータの回転駆動力を前記ボールナットに伝達するギヤ機構を有し、
当該ギヤ機構における少なくとも一対のギヤの歯面には、クラウニングが施してあり、
操舵時には、前記少なくとも一対のギヤのうち何れか一方のギヤが軸方向に相対移動することを許容する移動許容手段を具備することを特徴とする。
【００１１】
このように、請求項１によれば、少なくとも一対のギヤの歯面には、クラウニングが施してある。これにより、直進時には、少なくとも一対のギヤは、その両歯面のセンター部同士を噛み合わせるため、バックラッシュを小さくして、路面からの振動によるラトル音を防止することができる。
【００１２】
一方、操舵時には、少なくとも一対のギヤのうち何れか一方のギヤが軸方向に相対移動することを許容する移動許容手段が設けてある。これにより、操舵時には、一方のギヤが軸方向に相対移動して、少なくとも一対のギヤは、その両歯面のセンター部から外れた（端部の）バックラッシュのある箇所で噛み合わせるため、作動トルクが大きくなることはない。
【００１３】
従って、請求項１によれば、操舵時における作動トルクを抑制しつつ、直進時におけるラトル音を著しく小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、前記少なくとも一対のギヤの一方は、ナットギヤであり、当該ナットギヤは、前記ボールナットと共に軸方向に移動可能であり、
当該ナットギヤと前記ボールナットが軸方向に移動した後、弾性的付勢力によって、当該ナットギヤと前記ボールナットを元の位置に復帰させる弾性的付勢手段を更に備えていることを特徴とする。
【００１５】
このように、請求項２によれば、操舵時に、ナットギヤとボールナットが軸方向に移動した後、操舵から直進に戻る時には、弾性的付勢手段によって、ナットギヤとボールナットを元の位置に復帰させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
（全体構成）
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の車室側部分を示した斜視図である。同図中に符号１で示した部材は、ステアリングコラムであり、アッパステアリングシャフト３を回動自在に支持している。アッパステアリングシャフト３には、その上端にステアリングホイール５が装着される一方、下端にユニバーサルジョイント７を介してロアステアリングシャフト９が連結されている。
【００１８】
ロアステアリングシャフト９には、その下端に更にラック＆ピニオン機構やパワーアシスト機構等からなるステアリングギヤ１１が連結されている。図１中、符号１３はステアリングコラム１を覆うコラムカバーを示し、符号１５はステアリングギヤ１１の左右端に連結されたタイロッドを示している。
【００１９】
（第１実施の形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係るステアリングギヤの縦断面図である。図３は、図２中の要部拡大図である。
【００２０】
図２中で符号２１で示した部材は、ステアリングギヤケースを構成するラック＆ピニオンハウジングであり、ラック＆ピニオン機構を構成するラックシャフト２３やピニオン（図示せず）を保持している。ラックシャフト２３は、ピニオンに噛み合うラック２５を図中左側に有すると共に、その左右端にはタイロッド１５を揺動自在に支持する球面継手２７が固着されている。
【００２１】
パワーアシスト機構は、ラック＆ピニオンハウジング２１と伴にステアリングギヤケースを構成するボールねじハウジング３３を外郭としている。
【００２２】
ギヤハウジング３１には、その下部に電動モータ３５の前端がボルト締めされると共に、動力伝達機構として、電動モータ３５のシャフトに固着されたドライブギヤ（モータギヤ）３７と、ドライブギヤ（モータギヤ）３７に噛み合うドリブンギヤ（ナットギヤ）３９と、が収納されている。
【００２３】
また、ボールねじハウジング３３には、ボールナット４５が複列アンギュラ玉軸受４７を介して回動自在に保持されている。
【００２４】
ラックシャフト２３には、雄ねじ溝５１が形成される一方、ボールナット４５には、雌ねじ溝５３が形成され、雄ねじ溝５１と雌ねじ溝５３との間には、循環ボールたる多数個の鋼球５５が介装されている。また、ボールナット４５には、鋼球５５を循環させるための循環こま（図示せず）が装着されている。
【００２５】
ドリブンギヤ（ナットギヤ）３９と、ボールナット４５とは、共に、鋼製であるが、ドリブンギヤ（ナットギヤ）３９の熱処理硬度は、ボールナット４５の熱処理硬度より低く設定されており、シェービング加工による仕上げが容易となっている。また、ドリブンギヤ（ナットギヤ）３９と、ボールナット４５では、鋼の素材についても機械的強度やコスト等を勘案して最適な素材が選択されている。
【００２６】
ドリブンギヤ（ナットギヤ）３９の軸芯内径側と、ボールナット４５の外径側との間には、スプライン嵌合部６１が設けてある。
【００２７】
以上のように構成してあるため、運転者がステアリングホイール５を回転させると、アッパステアリングシャフト３およびロアステアリングシャフト９を介して、その回転力がステアリングギヤ１１に伝達される。ステアリングギヤ１１内には回転入力を直線運動に変換するラックアンドピニオン機構が内蔵されているため、ラックシャフト２３が左右いずれかの方向に移動し、左右のタイロッド１５を介して車輪の舵角が変動して操舵が行われる。
【００２８】
同時に、パワーアシスト機構内では、図示しない操舵トルクセンサの出力に基づき、電動モータ３５が正逆いずれかの方向に所定の回転トルクをもって回転し、ドライブギヤ（モータギヤ）３７およびドリブンギヤ（ナットギヤ）３９を介して、その回転がドリブンギヤ（ナットギヤ）３９にスプライン係合したボールナット４５に減速・伝達される。ボールナット４５が回転すると、その雌ねじ溝５３に係合した鋼球５５を介してラックシャフト２３の雄ねじ溝５１にスラスト力が作用し、これにより操舵アシストが実現される。
【００２９】
本実施の形態では、図４に示すように、モータギヤ３７とナットギヤ３９とには、そのギヤの歯面３７ａ，３９ａにクラウニングが施してあるスパーギヤを用いている。
【００３０】
なお、図４（ａ）は、直進時におけるモータギヤとナットギヤとの両歯部の噛み合い状態を示す図であり、（ｂ）は、操舵時におけるモータギヤとナットギヤとの両歯部の噛み合い状態を示す図である。
【００３１】
また、図２及び図３に示すように、ボールナット４５の外周面であって、複列アンギュラ玉軸受４７の内輪の両側には、ゴム等からなる一対のリング状の弾性体Ａ，Ｂが設けてある。
【００３２】
これにより、例えば、ボールナット４５が、操舵時の反力によって、図３の右方に移動する時には、右側の弾性体Ａを収縮させて、弾性体Ａの弾性的付勢力に抗しながら移動する。その後、操舵から直進に戻る時、ボールナット４５は、収縮した弾性体Ａの弾性的復帰力によって、元の位置に復帰させられる。
【００３３】
また、ボールナット４５が、操舵時の反力によって、図３の左方に移動する時には、左側の弾性体Ｂを収縮させて、弾性体Ｂの弾性的付勢力に抗しながら移動する。その後、操舵から直進に戻る時、ボールナット４５は、収縮した弾性体Ｂの弾性的復帰力によって、元の位置に復帰させられる。
【００３４】
さらに、ナットギヤ３９の内径側と、ボールナット４５の外径側との間には、スプライン嵌合部６１が設けてあるが、操舵時の反力が作用する時には、ナットギヤ３９と、ボールナット４５とは、軸方向に一体的に移動することができる。
【００３５】
以上から、本実施の形態では、モータギヤ３７とナットギヤ３９とギヤの歯面３７ａ，３９ａには、クラウニングが施してあることから、直進時には、図４（ａ）に示すように、モータギヤ３７とナットギヤ３９とは、その両歯面３７ａ，３９ａのセンター部同士を噛み合わせるため、バックラッシュを小さくして、路面からの振動によるラトル音を防止することができる。
【００３６】
また、操舵時には、操舵時の反力によって、ナットギヤ３９とボールナット４５とは、共に一体的に、弾性体Ａ又は弾性体Ｂの弾性的付勢力に抗しながら移動する。
【００３７】
この時、図４（ｂ）に示すように、ナットギヤ３９は、軸方向に移動して、ナットギヤ３９とモータギヤ３７とは、その両歯面３７ａ，３９ａのセンター部から外れた（端部の）バックラッシュのある箇所で噛み合わせるため、作動トルクが大きくなることはない。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、操舵時における作動トルクを抑制しつつ、直進時におけるラトル音を著しく小さくすることができる。
【００３９】
次いで、操舵から直進に戻る時には、軸方向に移動したナットギヤ３９とボールナット４５は、弾性体Ａ又は弾性体Ｂの弾性的復帰力によって、元の位置に復帰させられる。
【００４０】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るステアリングギヤの縦断面図である。
【００４１】
本実施の形態では、電動モータ３５は、ラックシャフト２３等に対して、所定角度傾斜して配置してある。なお、ドライブギヤ（モータギヤ）３７は、傘歯車となっている。その他の構成、作用、及び効果は、上述した実施の形態と同様である。
【００４２】
（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係るステアリングギヤの縦断面図である。
【００４３】
上述した第１及び第２実施の形態においては、ボールナット４５の外周面であって、複列アンギュラ玉軸受４７の内輪の両側には、ゴム等からなる一対のリング状の弾性体Ａ，Ｂが設けてある。
【００４４】
これに対して、本第３実施の形態においては、ボールねじハウジング３３の内周面であって、複列アンギュラ玉軸受４７の外輪の両側に、ゴム等からなる一対のリング状の弾性体Ａ，Ｂが設けてある。その他の構成、作用、及び効果は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００４５】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。上述した実施の形態では、ナットギヤ３９を軸方向相対変位可能に構成したが、モータギヤ３７を軸方向相対変位可能に構成してもよく、この場合には、モータギヤ３７の両側に、弾性体を設ける。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、少なくとも一対のギヤの歯面には、クラウニングが施してある。これにより、直進時には、少なくとも一対のギヤは、その両歯面のセンター部同士を噛み合わせるため、バックラッシュを小さくして、路面からの振動によるラトル音を防止することができる。
【００４７】
一方、操舵時には、少なくとも一対のギヤのうち何れか一方のギヤが軸方向に相対移動することを許容する移動許容手段が設けてある。これにより、操舵時には、一方のギヤが軸方向に相対移動して、少なくとも一対のギヤは、その両歯面のセンター部から外れた（端部の）バックラッシュのある箇所で噛み合わせるため、作動トルクが大きくなることはない。
【００４８】
従って、請求項１によれば、操舵時における作動トルクを抑制しつつ、直進時におけるラトル音を著しく小さくすることができる。
【００４９】
また、請求項２によれば、操舵時に、ナットギヤとボールナットが軸方向に移動した後、操舵から直進に戻る時には、弾性的付勢手段によって、ナットギヤとボールナットを元の位置に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の車室側部分を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るステアリングギヤの縦断面図である。
【図３】図２中の要部拡大図である。
【図４】（ａ）は、直進時におけるモータギヤとナットギヤとの両歯部の噛み合い状態を示す図であり、（ｂ）は、操舵時におけるモータギヤとナットギヤとの両歯部の噛み合い状態を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るステアリングギヤの縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るステアリングギヤの縦断面図である。
【符号の説明】
２１ ラック＆ピニオンハウジング
２３ ラックシャフト
３３ ボールねじハウジング
３５ 電動モータ
３７ ドライブギヤ（モータギヤ）
３９ ドリブンギヤ（ナットギヤ）
４５ ボールナット
４７ 複列アンギュラ玉軸受
５１ 雄ねじ溝
５３ 雌ねじ溝
５５ 鋼球
６１ スプライン嵌合部
Ａ，Ｂ 弾性体

Claims (2)

1. 内周面に雌ねじ溝が形成されたボールナットと、このボールナットの軸心に配置されると共に外周面に前記雌ねじ溝に対峙する雄ねじ溝が形成されたラックシャフトと、前記雌ねじ溝と前記雄ねじ溝との間に介装された複数個の循環ボールとからなるボールねじ機構と、
   当該ボールねじ機構を収納するステアリングギヤケースと、
   前記ラックシャフトと別軸に配置され、前記ボールナット機構の駆動に供される電動モータと、
   当該電動モータの回転駆動力を前記ボールナットに伝達する動力伝達機構と
   を有するラックアシスト型の電動パワーステアリング装置において、
   前記動力伝達機構は、前記電動モータの回転駆動力を前記ボールナットに伝達するギヤ機構を有し、
   当該ギヤ機構における少なくとも一対のギヤの歯面には、クラウニングが施してあり、
   操舵時には、前記少なくとも一対のギヤのうち何れか一方のギヤが軸方向に相対移動することを許容する移動許容手段を具備することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記少なくとも一対のギヤの一方は、ナットギヤであり、当該ナットギヤは、前記ボールナットと共に軸方向に移動可能であり、
   操舵時に、当該ナットギヤと前記ボールナットが軸方向に移動した後、弾性的付勢力によって、当該ナットギヤと前記ボールナットを元の位置に復帰させる弾性的付勢手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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