JP2005212710A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪のバウンド等によってラックバーに不可避的に曲げが生じた場合でも、好適な操舵をより実現可能な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】この電動パワーステアリング装置は、電動モータ１によって回転駆動される中空状のモータシャフト本体１ａと、モータシャフト本体１ａ内に挿通された軸方向に延びるラックバー２と、モータシャフト本体１ａとラックバー２との間に設けられ、モータシャフト本体１ａの回転運動をラックバー２の軸方向への直線運動に変換するボールねじ機構５とを備えている。ボールねじ機構５は、ラックバー２に形成された螺旋状のボールねじ６と、ボールねじ６にボール７を介して係合し、モータシャフト本体１ａと同期して回転されるボールねじナット９とからなる。モータシャフト本体１ａにはスリット８ｃを有する保持部材８が係合され、保持部材８がボールねじナット９を内部に保持しつつ揺動可能に支持している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボールねじ機構を用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、図６に示すように、円筒状のハウジング９０ａ〜９０ｃ内において、電動モータ９１のモータシャフト９１ａとラックバー９３とが同軸をなす電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電動パワーステアリング装置は、ハウジング９０ａ〜９０ｃ内に電動モータ９１のステータ９１ｂが固定されており、ステータ９１ｂによって中空状のモータシャフト９１ａが回転駆動されるようになっている。モータシャフト９１ａの両端はハウジング９０ａ〜９０ｃとの間に設けられた一対のボール軸受８１、８２によって支承されている。

モータシャフト９１ａ内には軸方向に延びるラックバー９３が挿通されており、ラックバー９３の両端は車輪の操舵を行なうための図示しないタイロッドと連結されるようになっている。また、モータシャフト９１ａとラックバー９３との間には、モータシャフト９１ａの回転運動をラックバー９３の軸方向への直線運動に変換するボールねじ機構９４が設けられている。

ボールねじ機構９４は、ラックバー９３に形成された螺旋状のボールねじ９５と、ボールねじ９５にボール９６を介して係合し、モータシャフト９１ａ内にロックナット９７によって固定されてモータシャフト９１ａと同期して回転されるボールねじナット９８とからなる。

この電動パワーステアリング装置では、図示しないステアリングホイールへの入力トルクに応じて電動モータ９１が駆動されてモータシャフト９１ａが回転される。これによりボールねじ機構９４を介してラックバー９３が直線運動し、電動モータ９１のアシストによって車輪が操舵されることとなる。

特開平１０−２２０４８４号公報

しかし、上記従来の電動パワーステアリング装置では、ボールねじ機構９４のボールねじナット９８がモータシャフト９１ａ内に固定されている。このため、車両の走行中において、車輪のバウンド等によってラックバー９３に不可避的に曲げが生じた場合、モータシャフト９１ａ自体はラックバー９３と同様に曲がらないことから、モータシャフト９１ａ内に固定されたボールねじナット９８とボールねじ９５とのクリアランスが変化してしまう。このため、クリアランスの小さくなったボールねじナット９８とボールねじ９５との間においては、ボール９６が円滑に転動し難くなり、ひいては好適な操舵が損なわれるおそれがある。

この点、特開平７−４０８４３号公報においては、モータシャフトにボールねじナットを一体に設け、かつこのモータシャフトをハウジングに対して微小に揺動可能に支持した電動パワーステアリング装置が提案されている。この電動パワーステアリング装置では、ラックバーに曲げが生じた場合、モータシャフトもラックバーの曲げに追従して揺動し、モータシャフトと一体のボールねじナットとボールねじとのクリアランスをほぼ一定に維持することができる。しかしながら、こうしてモータシャフト自体をハウジングに対して揺動させると、電動モータのステータとモータシャフトとが干渉するおそれがあり、必ずしも好適な操舵の実現は容易ではない。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、車輪のバウンド等によってラックバーに不可避的に曲げが生じた場合でも、好適な操舵をより実現可能な電動パワーステアリング装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の電動パワーステアリング装置は、電動モータによって回転駆動される中空状のモータシャフトと、該モータシャフト内に挿通された軸方向に延びるラックバーと、該モータシャフトと該ラックバーとの間に設けられ、該モータシャフトの回転運動を該ラックバーの軸方向への直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、該ボールねじ機構は、該ラックバーに形成された螺旋状のボールねじと、該ボールねじにボールを介して係合し、該モータシャフトと同期して回転されるボールねじナットとからなる電動パワーステアリング装置において、

前記モータシャフトは前記ボールねじナットを内部に保持する保持部を有し、該保持部は、該モータシャフトの一端に設けられ、該ボールねじナットを同期回転かつ揺動可能に支持していることを特徴とする。

この電動パワーステアリング装置では、モータシャフトがその一端に保持部を有し、この保持部がボールねじナットを内部に保持しているため、保持部はモータシャフトと同期回転する。また、保持部がボールねじナットを同期回転可能に支持しているため、ボールねじナットもモータシャフト及び保持部と同期回転する。この保持部がボールねじナットを揺動可能に支持しているため、ラックバーに曲げが生じた場合、ボールねじナット自体がラックバーの曲げに追従して曲がり、ボールねじナットとボールねじとのクリアランスをほぼ一定に維持することができる。また、この際、モータシャフト自体はハウジングに対して揺動しないため、電動モータのステータとモータシャフトとが干渉することはない。

したがって、この電動パワーステアリング装置によれば、車輪のバウンド等によってラックバーに不可避的に曲げが生じた場合でも、好適な操舵をより実現可能である。

保持部は、可撓性を有するように構成されて屈曲可能であり得る。

このような保持部としては、軸方向に直交する方向に延びる複数のスリットが貫設されたものを採用することができる。この保持部は、各スリットによってトルクの伝達が阻害されることはなく、スリットがその間隔を変化させることより保持部が揺動する。

また、他の保持部として、ベローズを有するものを採用することもできる。この保持部は、トルクの伝達を阻害しないベローズが保持部の揺動を許容する。

ボールねじナットの一端は、保持部から軸方向外方へ突出しているとともに、ボールねじ機構を収納するハウジングに対して少なくとも径方向に変位可能にそのハウジングに支持されていることが好ましい。これによりボールねじナットが追従し易くなり、本発明の作用効果が生じ易くなる。

保持部は、モータシャフトと一体でも、モータシャフトと別体でもよい。モータシャフトと保持部とが別体の場合、電動モータによって駆動される部分がモータシャフト本体であり、保持部が保持部材であり、モータシャフト本体と保持部材とがモータシャフトである。この場合、保持部である保持部材は、電動モータによって回転駆動されるモータシャフト本体に係合され得る。

以下、本発明を具体化した実施例１〜４を図面を参照しつつ説明する。

実施例１の電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、ボルト１５等によって互いに結合された円筒状のハウジング３ａ、３ｂ内において、電動モータ１のモータシャフト本体１ａとラックバー２とが同軸をなしている。つまり、ハウジング３ａ内には電動モータ１のステータ１ｂが固定されており、ステータ１ｂによって中空状のモータシャフト本体１ａが回転駆動されるようになっている。モータシャフト本体１ａの一端（図１中、左端）はハウジング３ａとの間に設けられたボール軸受４によって支承され、モータシャフト本体１ａの他端（図１中、右端であるが、図示せず）は図６に示す従来の電動パワーステアリング装置と同様に他のボール軸受８１によって支承されている。

図１に示すように、モータシャフト本体１ａ内には軸方向に延びるラックバー２が挿通されており、ラックバー２の両端は車輪の操舵を行なうための図示しないタイロッドと連結されるようになっている。また、モータシャフト本体１ａとラックバー２との間には、モータシャフト本体１ａの回転運動をラックバー２の軸方向への直線運動に変換するボールねじ機構５が設けられている。

ボールねじ機構５は、ラックバー２に形成された螺旋状のボールねじ６と、ボールねじ６にボール７を介して係合するボールねじナット９とからなる。

モータシャフト本体１ａの一端には保持部としての略円筒状の保持部材８が係合されており、ボールねじナット９はこの保持部材８に係合されている。

すなわち、モータシャフト本体１ａの一端側（左端側）の外周面には外スプライン１ｃが形成され、保持部材８の他端側（右端側）の内周面には第１内スプライン８ａが形成され、外スプライン１ｃと第１内スプライン８ａとが互いに係合されている。これにより、モータシャフト本体１ａと保持部材８とは同期して回転するようになっている。

また、保持部材８の一端側（左端側）の内周面には第２内スプライン８ｂが形成され、ボールねじナット９の中央部の外周面には外スプライン９ａが形成され、第２内スプライン８ｂと外スプライン９ａとも互いに係合されている。これにより、保持部材８とボールねじナット９とも同期して回転するようになっている。

保持部材８には、図２にも示すように、軸方向に直交する方向に延びる計１６本のスリット８ｃが貫設されている。軸方向の同一位置には円周方向で２本のスリット８ｃが貫設されており、軸方向で隣り合うスリット８ｃは軸周りで９０度づつずれている。これにより保持部材８は可撓性を有することとなり、軸方向に対して屈曲できるようになっている。

また、図１に示すように、ハウジング３ａの内周面には保持部材８周りに小径となる段部３ｃが形成され、ボールねじナット９の一端側（左端側）は保持部材８から軸方向外方へ突出しており、径外方向に拡がるフランジ９ｂが形成されている。また、ハウジング３ｂに近いハウジング３ａの内周面には雌ねじ３ｄが形成されている。フランジ９ｂの他面側（右面側）にはボール軸受１０が設けられ、ボール軸受１０と段部３ｃとの間には板ばね１１が介装されている。また、フランジ９ｂの一面側（左面側）にもボール軸受１２が設けられ、ボール軸受１２の一面側には板ばね１３を介してロックナット１４が設けられ、ロックナット１４が雌ねじ３ｄに螺合されている。

詳細に説明すれば、ボールねじナット９のフランジ９ｂは、板ばね１１、１３の付勢力によって両ボール軸受１０、１２間に弾性支持されている。また、両ボール軸受１０、１２の外周とハウジング３ａの内周との間には隙間Ｃ、Ｃが設けられ、これによってボールねじナット９は、そのフランジ９ｂの位置において、ハウジング３ａに対して径方向及び軸方向に所定量変位可能にハウジング３ａに支持されることとなる。

こうして、ボールねじナット９は、モータシャフト本体１ａ及び保持部材８と同期して回転可能でありながら、屈曲可能な保持部材８によってモータシャフト本体１ａに対して揺動可能に支持されている。他の構成は図６に示す従来の電動パワーステアリング装置と同様である。

この電動パワーステアリング装置においても、図示しないステアリングホイールへの入力トルクに応じて電動モータ１が駆動されてモータシャフト本体１ａが回転される。これにより、モータシャフト本体１ａのトルクが外スプライン１ｃ及び第１内スプライン８ａによって保持部材８に伝達され、保持部材８のトルクが第２内スプライン８ｂ及び外スプライン９ａによってボールねじナット９に伝達される。こうして、ボールねじ機構５を介してラックバー２が直線運動し、電動モータ１のアシストによって車輪が操舵されることとなる。

この間、車両の走行中において、車輪のバウンド等によってラックバー２に不可避的に曲げが生じた場合、この電動パワーステアリング装置では、各スリット８ｃがその間隔を変化させることより保持部材８が屈曲し、ボールねじナット９自体がラックバー２の曲げに追従して揺動することとなる。このため、ボールねじナット９とボールねじ６とのクリアランスをほぼ一定に維持することができる。また、この際、モータシャフト本体１ａ自体はハウジング３ａに対して揺動しないため、電動モータ１のステータ１ｂとモータシャフト本体１ａとが干渉することはない。

したがって、この電動パワーステアリング装置によれば、車輪のバウンド等によってラックバー２に不可避的に曲げが生じた場合でも、好適な操舵をより実現可能である。

また、この電動パワーステアリング装置では、車輪からラックバー２を軸方向に付勢する負荷が作用したとしても、ボールねじナット９が板ばね１１、１３によって弾性支持されているため、その際の打音を抑制することもできる。

なお、軸方向で隣り合うスリットが軸周りで１２０度又は２４０度づつずれた保持部材を採用することもできる。この保持部材は軸方向に対してより屈曲可能となり、本発明の効果をさらに高めることができる。

実施例２の電動パワーステアリング装置では、図３に示す保持部材１８を採用している。この保持部材１８は第１保持部材１９と第２保持部材２０とからなる。

第１保持部材１９の内周面には、実施例１の保持部材８の第１内スプライン８ａと同様の第１内スプライン１９ａが形成されている。また、第１保持部材１９の他面側には複数個の凹部１９ｂが周方向に整列されている。第１保持部材１９の他面側には各凹部１９ｂによって複数個の凸部１９ｃも周方向に整列されていることとなる。各凹部１９ｂ及び各凸部１９ｃの周方向の端面１９ｄは先端側に向かうほど互いに離れている。

第２保持部材２０は、環状をなす２個リング２１、２２がベローズ２３によって結合された状態で同軸をなしている。リング２１の内周面には、実施例１の保持部材８の第２内スプライン８ｂと同様の第２内スプライン２１ａが形成されている。リング２２の一面側には各凹部１９ｂと整合する凸部２２ａが周方向に整列されている。リング２２の一面側には各凸部２２ａによって複数個の凹部２２ｂも周方向に整列されていることとなる。各凸部２２ａ及び各凹部２２ｂの周方向の端面２２ｃは各凹部１９ｂ及び各凸部１９ｃの端面１９ｄと整合している。他の構成は実施例１と同様である。

この電動パワーステアリング装置では、モータシャフト本体１ａのトルクが外スプライン１ｃ及び第１内スプライン１９ａによって第１保持部材１９に伝達され、第１保持部材１９のトルクが各凹部１９ｂと各凸部２２ａとの噛み合い及び各凸部１９ｃと各凹部２２ｂとの噛み合いにより第２保持部材２０のリング２２に伝達され、リング２２のトルクがベローズ２３によってリング２１に伝達され、リング２１のトルクが第２内スプライン２１ａ及び外スプライン９ａによってボールねじナット９に伝達される。また、第２保持部材２０のリング２１は、ベローズ２３によって第１保持部材１９及び第２保持部材２０のリング２２に対して揺動する。

したがって、この電動パワーステアリング装置においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

また、この電動パワーステアリング装置においては、第１保持部材１９の各凹部１９ｂに第２保持部材２０の各凸部２２ａが噛み合い、また第１保持部材１９の各凸部１９ｃに第２保持部材２０の各凹部２２ｂが噛み合い、この際に端面１９ｄと端面２２ｃとによって第１保持部材１９に対して第２保持部材２０の調芯が図られる。このため、第２保持部材２０がボールねじナット９に干渉する際の異音も防止することができる。

なお、このように保持部材１８を第１保持部材１９と第２保持部材２０とに分割しつつ、両保持部材１８、２０を凹部１９ｂ２２ｂ、凸部１９ｃ、２２ｃで連結するという構成を採らず、実施例１におけるスリット８ｃの機能をベローズ２３に置き換えるだけでも実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

実施例３の電動パワーステアリング装置では、図４に示す保持部材２８を採用している。この保持部材２８は、１本のスリット２８ａが螺旋状に貫設されている。他の構成は実施例１と同様である。

この電動パワーステアリング装置においても、実施例１、２と同様の作用効果を奏することができる。なお、２本以上のスリットを渦巻状に貫設してもよい。

実施例４の電動パワーステアリング装置では、図５に示すように、ボールねじナット９のフランジ９ｂの他面側（右面側）にころ軸受３１が設けられ、ころ軸受３１にはコイルばね装置３２が当接され、コイルばね装置３２と段部３ｃとの間にスペーサ３３が設けられている。コイルばね装置３２は、円筒状の外筒３２ａと円筒状の内筒３２ｂとの間の環状の空間に軸方向に付勢力をもつ複数個のコイルばね３２ｃが収納されたものである。

また、フランジ９ｂの一面側（左面側）にもころ軸受３４が設けられ、ころ軸受３４にもコイルばね装置３２が当接され、コイルばね装置３２とロックナット１４との間にスペーサ３５が設けられている。他の構成は実施例１と同様である。

これにより、ボールねじナット９は、実施例１と同様、フランジ９ｂの位置において、ハウジング３ａに対して径方向及び軸方向に所定量変位可能に支持されることとなる。これによりボールねじナット９が追従し易くなる。

上記実施例１の電動パワーステアリング装置では、ばね定数の高い板ばね１１、１３を採用していたため、初期設定が困難、寸法管理が困難等の不具合があった。しかし、実施例４の電動パワーステアリング装置では、それら板ばね１１、１３に替え、ばね定数の低い複数個のコイルばね３２ｃをもつコイルばね装置３２を採用しているため、初期設定が容易、寸法管理が容易になる。そして、この電動パワーステアリング装置では、比較的簡易な管理の下でも各コイルばね３２ｃが確実に負荷を吸収し、本発明の作用効果を確実に生じるのである。他の作用効果は実施例１と同様である。

なお、上記実施例１等では、保持部材８等をモータシャフト本体１ａと別体としたが、モータシャフトの一端に保持部材８等と同様の保持部を形成することにより、モータシャフト本体と保持部とを一体にすることもできる。

本発明は、ボールねじ機構を有する電動パワーステアリング装置に利用可能である。

実施例１の電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図である。 実施例１の電動パワーステアリング装置における保持部材の斜視図である。 実施例２の電動パワーステアリング装置における保持部材の斜視図である。 実施例３の電動パワーステアリング装置における保持部材の斜視図である。 実施例４の電動パワーステアリング装置の要部拡大断面図である。 従来の電動パワーステアリング装置の要部断面図である。

符号の説明

１…電動モータ
１ａ…モータシャフト（モータシャフト本体）
２…ラックバー
５…ボールねじ機構
６…ボールねじ
７…ボール
９…ボールねじナット
８、１８、２８…保持部（保持部材）
８ｃ…スリット
２３…ベローズ

Claims (6)

1. 電動モータによって回転駆動される中空状のモータシャフトと、該モータシャフト内に挿通された軸方向に延びるラックバーと、該モータシャフトと該ラックバーとの間に設けられ、該モータシャフトの回転運動を該ラックバーの軸方向への直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、該ボールねじ機構は、該ラックバーに形成された螺旋状のボールねじと、該ボールねじにボールを介して係合し、該モータシャフトと同期して回転されるボールねじナットとからなる電動パワーステアリング装置において、
   前記モータシャフトは前記ボールねじナットを内部に保持する保持部を有し、該保持部は、該モータシャフトの一端に設けられ、該ボールねじナットを同期回転かつ揺動可能に支持していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記保持部は、可撓性を有するように構成されて屈曲可能であることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記保持部は、軸方向に直交する方向に延びる複数のスリットが貫設されたものであることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記保持部は、ベローズを有するものであることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ボールねじナットの一端は、前記保持部から軸方向外方へ突出しているとともに、前記ボールねじ機構を収納するハウジングに対して少なくとも径方向に変位可能に該ハウジングに支持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記保持部は、前記電動モータによって回転駆動されるモータシャフト本体に係合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電動パワーステアリング装置。

Images