JP2004322919A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を低減することができ、かつ、転舵軸の支持剛性を十分に確保することのできる安価な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】転舵軸８の両端を、対応する転舵軸案内装置１７およびボールねじ機構２１の回転筒３９で支持する。ピニオン１２が回転筒３９と転舵軸案内装置１７との間に配置される。転舵軸案内装置１７は、ピニオン１２と転舵軸８との噛み合い点を支点として、転舵軸８を回転筒３９へ押し付けてガタをなくし騒音を低減する。転舵軸８は、両端が車体の前方を向くように曲げられた場合、回転筒３９とピニオン１２により支持され、通常の電動パワーステアリングと同様の支持剛性が確保される。また、転舵軸８は、両端が車体の後方を向くように曲げられた場合、回転筒３９とピニオン１２に加え、転舵軸案内装置１７により支持され、通常の電動パワーステアリング装置より高い支持剛性が確保される。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置として、操舵補助用の電動モータの出力回転を、ボールねじ機構等の運動変換機構を介してラックを含む転舵軸に与える電動パワーステアリング装置が提供されている。
上記ボールねじ機構は、上記転舵軸の一部に形成されるねじ軸と、このねじ軸を取り囲み、玉などの転動体を介してねじ軸に螺合しつつ、この転舵軸を支持するボールナットとを含んでおり、上記転動体は、これらボールナットおよびねじ軸の間を転がるようになっている。
【０００３】
通常、上記ボールねじ機構において、ボールナット、ねじ軸および転動体は、滑らかに動作できるように、それぞれ微小な隙間（バックラッシ）を設けて配置されている。このため、例えば悪路等を直進走行した場合等に路面からの入力により、上記バックラッシに起因して転舵軸と転動体等が衝突して騒音（ラトル音）を発生することがある。
通常、この騒音の発生を最小限にするには、加工精度の範囲内で上記バックラッシを必要最小限にする必要がある。具体的には、例えば、ボールナット、ねじ軸（転舵軸）および転動体のそれぞれを寸法精度のばらつき度合に応じて選別し、互いの組合せ精度が適正になるもの同士を組み合わせたりする作業（いわゆるマッチング組立作業）を行う。しかしながら、この作業は非常に手間がかかり、製造コストが高くなる。
【０００４】
そこで、上記の騒音を、マッチング作業を厳密に行うことなくコスト安価に低減できる電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、特許文献１の電動パワーステアリング装置の模式的説明図である。図５（Ａ）は、要部の平面模式図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の更なる模式図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示す転舵軸９２の模式的作用図である。
【０００５】
図５（Ａ）を参照して、特許文献１の電動パワーステアリング装置は、ボールねじ機構のボールナット９１を転舵軸９２の一端部９２ａに組付け、他端部９２ｂにステアリングホイール（図示せず）に連結したピニオン９３を噛み合わせ、さらに、上記ボールナット９１とピニオン９３との間に、転舵軸９２をピニオン９３へ押し付けるラックガイド９４を設けている。図５（Ｂ）を参照して、転舵軸９２は、ボールナット９１の位置と、ピニオン９３の位置と、ラックガイド９４の位置の３箇所で支持されている。
【０００６】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、特許文献２の電動パワーステアリング装置の模式的説明図である。図６（Ａ）は、要部の平面模式図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の更なる模式図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）に示す転舵軸９２の模式的作用図である。
図６（Ａ）を参照して、特許文献２の電動パワーステアリング装置は、上記特許文献１の構成に加え、上記転舵軸９２の他端部９２ｂのたわみ量を制限するストッパ９５をさらに設けている。図６（Ｂ）を参照して、通常、転舵軸９２は、特許文献１の電動パワーステアリング装置と同様、ボールナット９１の位置と、ピニオン９３の位置と、ラックガイド９４の位置の３箇所で支持されており、転舵軸９２の他端部９２ｂたわみが一定量を超えた場合には、さらにストッパ９５によりこの他端部９２ｂが支持されるようになっている。
【０００７】
これら特許文献１および２の電動パワーステアリング装置において、通常、転舵軸９２は、車幅方向に沿って配置され、ピニオン９３は、転舵軸９２に対して車体の例えば前側（矢印Ｆ側）に配置され、ラックガイド９４は、転舵軸９２に対して車体の例えば後側（矢印Ｒ側）に配置される。
これら特許文献１および２の電動パワーステアリング装置では、通常、転舵軸を挟んでピニオンと正反対の位置に配置されるラックガイドを、軸方向中央寄り（ボールナット９１寄り）に配置して、ボールナット９１とラックガイド９４の支持スパンＹを通常より短くしている。これにより、ラックガイド９４が転舵軸９２とピニオン９３との噛み合い点を支点として、転舵軸９２をボールナット９１に押し付けてボールねじ機構のガタを無くし、騒音を低減している。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１９４１４０号公報。
【特許文献２】
特開平１０―１９４１４９号公報。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の電動パワーステアリング装置は、図５（Ｃ）に示すように、転舵軸９２の両端に路面からの力が作用し、転舵軸９２の両端が例えば車体の後方を向くように曲げられた場合、ボールナット９１とラックガイド９４の２部材で転舵軸９２を支持することになるが、これらボールナット９１とラックガイド９４の支持スパンＹが通常より短いため、転舵軸９２の支持剛性が低下し、この支持剛性を十分に確保できない虞がある。
【００１０】
また、特許文献２記載の電動パワーステアリング装置は、図６（Ｃ）に示すように、転舵軸９２の両端に路面からの力が作用し、転舵軸９２の両端が例えば車体の後方を向くように曲げられた場合、転舵軸９２の他端部９２ｂのたわみ量が一定量を超えると、ストッパ９５がこの他端部９２ｂを支持するが、それまでは当該他端部９２ｂを支持しておらず、この場合も転舵軸９２の支持剛性を十分に確保できない虞がある。
【００１１】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、騒音を低減することができ、かつ、転舵軸の支持剛性を十分に確保することのできる安価な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。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、第１の発明は、操舵部材に連なる操舵軸に同伴回転可能に支持されたピニオンと、上記ピニオンに噛み合うラックを軸方向の一部に形成した転舵軸と、上記転舵軸をピニオン側へ付勢しつつ転舵軸を軸方向に摺動自在に支持する転舵軸案内装置と、上記転舵軸を取り囲んで軸方向に移動可能に支持する回転筒を含み、操舵補助用の電動モータの出力回転を転舵軸の軸方向移動に変換するための運動変換機構とを備える電動パワーステアリング装置において、上記ピニオンが上記回転筒と転舵軸案内装置との間に配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、転舵軸案内装置は、ピニオンと転舵軸との噛み合い点を支点として、転舵軸を運動変換機構の回転筒へ押し付ける。このため、転舵軸と回転筒との間でガタを生じることはなく、騒音を格段に低減することができる。
図４は、転舵軸８に車体の前後方向の外力が与えられた場合の作用を説明するための図である。図４（Ａ）は、転舵軸８、運動変換機構の回転筒３９、ピニオン１２ならびに転舵軸案内装置１７の模式的な平面図である。
【００１４】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の更なる模式図であり、転舵軸８を、回転筒３９と、ピニオン１２と、転舵軸案内装置１７で支持した状態を示している。より具体的には、転舵軸８は、回転筒３９に車体の前方（矢印Ｆ方向）および後方（矢印Ｒ方向）から支持され、ピニオン１２に車体の前方から支持され、転舵軸案内装置１７に車体の後方から支持されている。図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、図４（Ｂ）の転舵軸８に車体の前後方向への外力が作用した状態を示す図である。
【００１５】
図４（Ａ）を参照して、転舵軸案内装置１７は、転舵軸８の軸方向に関して、ピニオン１２よりも回転筒３９から遠い位置に配置されている。このため、転舵軸案内装置１７と回転筒３９の支持スパンＬ１＋Ｌ２が通常の電動パワーステアリング装置より短くなることはない。このため、図４（Ｄ）に示すように、転舵軸８の両端に外力が作用してこれら両端が車体の前方を向くように曲げられると、転舵軸８は、回転筒３９とピニオン１２の２部材により支持されるが、この場合、転舵軸８の支持スパンＬ１は通常の電動パワーステアリング装置と同様であり、通常の電動パワーステアリング装置と同様の支持剛性を確保できる。
【００１６】
一方、図４（Ｃ）に示すように、転舵軸８の両端に外力が作用してこれら両端が車体の後方を向くように曲げられた場合、転舵軸８は、回転筒３９と転舵軸案内装置１７に加え、ピニオン１２の３部材により支持されるため、転舵軸８の支持剛性を格段に高くできる。したがって、転舵軸８の両端が車体の前方および後方の何れを向くように曲げられた場合でも、転舵軸８の支持剛性を十分に確保できる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、上記運動変換機構は、ボールねじ機構を含むことを特徴とする。本発明によれば、第１の発明と同様の効果を奏することができる。さらに、ボールねじ機構の騒音を、マッチング作業を厳密に行うことなく安価に低減することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、本電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に一体回転可能に連なる第１の操舵軸３と、この第１の操舵軸３とトーションバー４を介して同軸上に同伴回転可能に連結される第２の操舵軸５と、この第２の操舵軸５と連なり転舵輪６の転舵を達成するためのラックアンドピニオン機構等からなる舵取機構７とを備える。
【００１９】
舵取機構７は、車体の左右方向に延びて配置され、回転運動を規制されつつ軸方向に沿って移動自在な転舵軸８と、この転舵軸８の両端にタイロッド９を介して結合され、転舵輪６を支持するナックルアーム１０とを備える。転舵軸８の軸方向（以下、「軸方向」という。矢印Ｓ参照。）への移動により、転舵輪６の転舵が達成される。転舵軸８の一端部１８寄りの軸方向の一部には、ラック１１が形成されている。
【００２０】
このラック１１には、第２の操舵軸５の一端部に同伴回転可能に支持されたピニオン１２が噛み合わされている。操舵部材２の操作に応じて第１および第２の操舵軸３，５が回転駆動されると、この回転はピニオン１２およびラック１１により転舵軸８の軸方向の移動に変換される。
転舵軸８およびピニオン１２は、ハウジング１３内に収容されている。第２の操舵軸５には、ピニオン１２を挟んでハウジング１３内に収容された軸受１４，１５が取り付けられている。第２の操舵軸５は、これら軸受１４，１５を介してハウジング１３に回転自在に支持されている。
【００２１】
ハウジング１３の一端部１６には、転舵軸８をピニオン１２側（図１において、紙面の奥側）へ付勢しつつ転舵軸８を軸方向に摺動自在に支持する転舵軸案内装置１７が設けられている。転舵軸案内装置１７は、転舵軸８の一端部１８のうち、ピニオン１２と噛み合っている部分よりさらに端部側（図１において、右側）を支持している。
本電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラックアシストタイプのものであり、操舵補助用の電動モータ１９を駆動して転舵軸８に操舵補助力を与えるようになっている。この電動モータ１９の出力回転は、ハウジング１３の他端部２０に設けられ、転舵軸８の全周を軸方向に移動可能に支持する運動変換機構としてのボールねじ機構２１により、転舵軸８の軸方向の移動に変換される。
【００２２】
上記の構成により、ピニオン１２は、軸方向に関して、ボールねじ機構２１と転舵軸案内装置１７との間、より具体的には、後述するボールねじ機構２１の回転筒３９（図３参照）と転舵軸案内装置１７との間に配置されている。
一方、トーションバー４の近傍には、このトーションバー４を介する第１および第２の操舵軸３，５の相対回転変位量により、操舵部材２の操作トルクを検出するためのトルクセンサ２２が設けられている。このトルクセンサ２２の検出信号は、マイクロプロセッサ等を含む制御部２３に入力される。さらに、制御部２３には、車速を検出するための車速センサ２４からの検出信号が入力されるようになっている。
【００２３】
制御部２３は、トルクセンサ２２および車速センサ２４からの検出信号等に応じて、電動モータ１９を駆動するための駆動部としての駆動回路２５に制御信号を出力する。この制御信号を与えられた駆動回路２５は、電動モータ１９に電力を供給し、電動モータ１９を駆動する。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図２を参照して、転舵軸案内装置１７は、転舵軸８のうち、ラック１１が形成されている側と反対側において、この転舵軸８と軸方向に摺動自在に接触するガイド部２６と、このガイド部２６を、弾性部材２７を介して転舵軸８に押圧する調整ボルト２８と、この調整ボルト２８をハウジング１３に固定するロックナット２９とを備える。
【００２４】
ガイド部２６および弾性部材２７は、ハウジング１３の収容孔３０に収容されている。ガイド部２６は車体（図示せず）の前後方向（図２において、転舵軸８の短手方向。本実施の形態において、矢印Ｆの示す方向が車体の前方であり、矢印Ｒの示す方向が車体の後方である。）に移動可能となっており、車体の前後方向に関する転舵軸８のたわみに伴って移動する。
調整ボルト２８は、ハウジング１３の収容孔３０にねじ込まれている。ハウジング１３に対する調整ボルト２８のねじ込み量を調整することで、弾性部材２７の圧縮量、すなわち、ガイド部２６の付勢力を設定することができる。ガイド部２６は、転舵軸８と対向する側の表面に接触部材３１を有しており、この接触部材３１を介して転舵軸８に接触している。
【００２５】
転舵軸８の軸方向に関して、ガイド部２６の全長は、転舵軸８の全長Ｌ３（図１および図２参照）に比べて非常に短く、ガイド部２６は軸方向中央Ａの一箇所で転舵軸８を支持しているとみなすことができる。
図３は、電動モータ１９およびボールねじ機構２１の一部拡大断面図である。図３を参照して、電動モータ１９は、例えばブラシレスモータからなり、ハウジング１３に固定されたモータハウジング９０と、モータハウジング９０の内周に固定され、軸方向に延びるステータ３２と、ステータ３２に同心に取り囲まれるロータ３３とを備える。
【００２６】
ボールねじ機構２１は、転舵軸８を取り囲み、転舵軸８を軸方向に移動可能に支持するボールナットからなる回転筒３９と、転舵軸８の一部に形成されるねじ軸４１と、回転筒３９とねじ軸４１との間に介在する複数のボール等の転動体４２とを備える。
ボールねじ機構２１は、回転筒３９とねじ軸４１が転動体４２を介して螺合するものであって、回転筒３９の内周のねじ溝とねじ軸４１の外周のねじ溝との間を転動体４２が循環する、いわゆる内部循環形式または外部循環形式の一般的な構成である。
【００２７】
回転筒３９の一端部は、電動モータ１９のロータ３３の一端部に一体回転可能に連結されている。この回転筒３９の両端部にはそれぞれ、対応する軸受３５，３６が嵌め合わされている。回転筒３９は、これら軸受３５，３６を介して、ハウジング１３に回転自在に支持されると共に、軸方向の移動を規制されている。
回転筒３９は、転動体４２を介してねじ軸４１の全周を支持しており、回転筒３９の回転により、ねじ軸４１を含む転舵軸８が軸方向に移動する。
【００２８】
軸方向に関して、回転筒３９の全長は、転舵軸８の全長Ｌ３（図１参照）に比べて非常に短く、回転筒３９は、その軸方向中央Ｂの１箇所で転舵軸８を支持しているとみなすことができる。
図４は、転舵軸８に車体の前後方向の外力が与えられた場合の作用を説明するための図である。図４（Ａ）は、転舵軸８、運動変換機構（ボールねじ機構２１）の回転筒３９、ピニオン１２ならびに転舵軸案内装置１７の模式的な平面図である。
【００２９】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の更なる模式図であり、転舵軸８を、回転筒３９と、ピニオン１２と、転舵軸案内装置１７で支持した状態を示している。より具体的には、転舵軸８は、回転筒３９に車体の前方（矢印Ｆ方向）および後方（矢印Ｒ方向）から支持され、ピニオン１２に車体の前方から支持され、転舵軸案内装置１７に車体の後方から支持されている。図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、図４（Ｂ）の転舵軸８に車体の前後方向への外力が作用した状態を示す図である。
【００３０】
図４（Ｂ）を参照して、転舵軸案内装置１７は、ピニオン１２と転舵軸８との噛み合い点、すなわち、ピニオン１２の軸方向中央Ｃを支点として、転舵軸８を回転筒３９へ押し付けている（矢印Ｐ参照）。
図４（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、転舵軸８には、例えば悪路を走行する等により両端に路面からの反力等が与えられることがある。この場合、転舵軸８には、両端が車体の後方を向くような曲げを生じるモーメントＭ１，Ｍ１や、両端が車体の前方を向くような曲げを生じるモーメントＭ２，Ｍ２が作用する。
【００３１】
図４（Ｃ）を参照して、モーメントＭ１，Ｍ１により、転舵軸８の両端が車体の後方を向くように曲げられると、転舵軸８は、回転筒３９と、ピニオン１２と、転舵軸案内装置１７の３部材に支持されて、実線で示すようにたわむ（転舵軸８のたわむ前の状態を２点鎖線で図示）。
図４（Ｄ）を参照して、モーメントＭ２，Ｍ２により、転舵軸８の両端が車体の前方を向くように曲げられると、転舵軸８は、回転筒３９と、ピニオン１２の２部材に支持されて、実線で示すようにたわむ（転舵軸８のたわむ前の状態を２点鎖線で図示）。
【００３２】
なお、回転筒３９、ピニオン１２および転舵軸案内装置１７は、転舵軸８のたわみ量を最小限に抑えることができるように配置されている。
具体的には、ボールねじ機構２１の回転筒３９の軸方向中央Ｂからピニオン１２の軸方向中央Ｃまでの距離Ｌ１と、ピニオン１２の軸方向中央Ｃから転舵軸案内装置１７（のガイド部２６；図２参照）の軸方向中央Ａまでの距離Ｌ２との比が、概ね２０〜４５：１に設定されている。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、転舵軸案内装置１７は、ピニオン１２と転舵軸８との噛み合い点、すなわち、ピニオン１２の軸方向中央Ｃを支点として、転舵軸８をボールねじ機構２１の回転筒３９へ押し付ける。このため、転舵軸８と回転筒３９との間でガタを生じることはなく、騒音を格段に低減することができる。
また、図４（Ａ）に示すように、転舵軸案内装置１７は、軸方向に関して、ピニオン１２よりも回転筒３９から遠い位置に配置されている。このため、転舵軸案内装置１７と回転筒３９の支持スパンＬ１＋Ｌ２が通常の電動パワーステアリング装置より短くなることはない。このため、図４（Ｄ）に示すように、転舵軸８の両端に外力が作用してこれら両端が車体の前方を向くように曲げられると、転舵軸８は、回転筒３９とピニオン１２の２部材により支持されるが、この場合、転舵軸８の支持スパンＬ１は通常の電動パワーステアリング装置と同様であり、通常の電動パワーステアリング装置と同様の支持剛性を確保できる。
【００３４】
一方、図４（Ｃ）に示すように、転舵軸８の両端に外力が作用してこれら両端が車体の後方を向くように曲げられた場合、転舵軸８は、回転筒３９と転舵軸案内装置１７に加え、ピニオン１２の３部材により支持されるため、転舵軸８の支持剛性を格段に高くできる。したがって、転舵軸８の両端が車体の前方および後方の何れを向くように曲げられた場合でも、転舵軸８の支持剛性を十分に確保できる。
【００３５】
さらに、ボールねじ機構２１の騒音を、マッチング作業を厳密に行うことなく安価に低減することができる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、ピニオン１２を車体の前方寄りに配置し、転舵軸案内装置１７を車体の後方寄りに配置する構成を説明したが、車体の前後方向に関して、これらピニオン１２および転舵軸案内装置１７の配置を逆転させてもよい。
【００３６】
また、運動変換機構として、ボールねじ機構２１に代えてベアリングねじ機構を用いてもよい。さらには、上述の実施の実施の形態では、転舵軸８の周囲に電動モータ１９を配置し、転舵軸８と電動モータ１９のロータ３３とを同軸上に配置する構成を説明したが、これに限らず、例えば、電動モータ１９のロータ３３（出力軸）と転舵軸８とをそれぞれ別軸上に配置し、電動モータ１９の出力を、歯車やベルト等を介してボールねじ機構２１に伝達するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】電動モータおよびボールねじ機構の一部拡大断面図である。
【図４】転舵軸に車体の前後方向の外力が与えられた場合の作用を説明するための図である。（Ａ）は、転舵軸、運動変換機構の回転筒、ピニオンならびに転舵軸案内装置の模式的な平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の更なる模式図である。（Ｃ）および（Ｄ）は、（Ｂ）の転舵軸に車体の前後方向への外力が作用した状態を示す図である。
【図５】特許文献１の電動パワーステアリング装置の模式的説明図である。（Ａ）は、要部の平面模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の更なる模式図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示す転舵軸の模式的作用図である。
【図６】特許文献２の電動パワーステアリング装置の模式的説明図である。（Ａ）は、要部の平面模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の更なる模式図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示す転舵軸の模式的作用図である。
【符号の説明】
１ 電動パワーステアリング装置
２ 操舵部材
３ 操舵軸
５ 第２の操舵軸（操舵軸）
８ 転舵軸
１１ ラック
１２ ピニオン
１７ 転舵軸案内装置
１９ 電動モータ
２１ ボールねじ機構（運動変換機構）
３９ 回転筒
Ｓ 軸方向

Claims (2)

1. 操舵部材に連なる操舵軸に同伴回転可能に支持されたピニオンと、
   上記ピニオンに噛み合うラックを軸方向の一部に形成した転舵軸と、
   上記転舵軸をピニオン側へ付勢しつつ転舵軸を軸方向に摺動自在に支持する転舵軸案内装置と、
   上記転舵軸を取り囲んで軸方向に移動可能に支持する回転筒を含み、操舵補助用の電動モータの出力回転を転舵軸の軸方向移動に変換するための運動変換機構とを備える電動パワーステアリング装置において、
   上記ピニオンが上記回転筒と転舵軸案内装置との間に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記運動変換機構は、ボールねじ機構を含む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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