JP2005280555A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
異音の発生を効果的に抑制できる電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】
滑り軸受として機能する軸受７５，７５が、ナット４５とラック軸２３との間に配置されナット４５に対してラック軸２３を支持しているので、操舵時にラック軸２３が全体的にたわんだ場合でも、ナット４５内部のラック軸２３の部分の撓みが抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボールねじ機構を備えた電動式パワーステアリング装置に関する。

操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、かかる電動モータの回転力をラック軸に伝達することにより伝えて操舵を補助する電動式パワーステアリング装置が知られている。ここで、電動モータの回転力をラック軸の推力に変換するため、ボールねじ機構を用いる場合がある（特許文献１参照）。

特公平６−５０４号公報

ところで、特許文献１に記載の電動式パワーステアリング装置においては、ボールねじ機構のナットは、転がり軸受によりハウジングに対して回転自在に支持されており、ねじ軸を兼ねるラック軸は滑り軸受によりハウジングに対して軸線方向に移動可能に支持されている。しかるに、車輪を操舵させるタイロッドは、ラック軸に対して所定の角度をもって連結されているため、ラック軸が軸線方向に移動する際にはナットを支点としラック軸がたわむようになる。このたわみによって発生するラジアル力によって、ナット内部におけるねじ軸と、ボールと、ナットとの間でこじれが発生する。こじれが発生した位置がナットに設けられたコマと同位相になると、コマとねじ軸のクリアランスによりシャフトのたわみが大きくなるため、コマの入口及び出口でのボールの通過がスムーズに行われなくなり、これを原因として異音が発生する恐れがある。また、コマ穴とコマの段差やそのエッジ部が、ボールの通過を妨げることにより異音の増大を助長している。加えて、ナット両端が開放されている為、異物が侵入しやすく、それによりフリクションの増加、更にはボールスクリュー機構内部のダメージを招く恐れがある。更に、ナット内部の潤滑剤の流出により、特に高温で潤滑材減少に伴う枯渇化による潤滑機能の低下も懸念される。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、異音の発生を効果的に抑制できる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。

第１の本発明の電動式パワーステアリング装置は、
電動モータと、
操舵機構に連結されたラック軸と
前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、前記ナットに対して前記ねじ軸を支持する軸受と、を備えていることを特徴とする。

第２の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、
ハウジングに取り付けられた電動モータと、
ハウジング内に挿通され、操舵機構に連結されたラック軸と
前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、前記ハウジングに対して前記ねじ軸を支持する軸受と、を備えており、
前記軸受は、前記ねじ軸の雄ねじ溝に係合する係合部を有することを特徴とする。

第１の本発明の電動式パワーステアリング装置は、前記動力伝達機構が、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、前記ナットに対して前記ねじ軸を支持する軸受と、を備えているので、前記ねじ軸が全体的にたわんだ場合でも、前記ナット内部のねじ軸の部分の撓みが抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。

前記軸受は、軸線方向に前記転走路を挟んで少なくとも２つ設けられていると、より効果的にこじれを抑制できる。

前記軸受は、前記ねじ軸の雄ねじ溝に係合する係合部を有すると好ましい。

前記係合部はシール機能を有すると、外部からの異物の侵入を抑制でき、又、前記ナット内部からの潤滑剤の洩れだしを抑制できるので好ましい。

前記軸受は、前記ねじ軸に対向する面に樹脂層を形成していると、前記ねじ軸に対する滑り性が高まるので好ましい。

第２の本発明の電動式パワーステアリング装置は、前記動力伝達機構が、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、前記ハウジングに対して前記ねじ軸を支持する軸受と、を備えており、前記軸受は、前記ねじ軸の雄ねじ溝に係合する係合部を有するので、前記ねじ軸が全体的にたわんだ場合でも、前記軸受近傍におけるねじ軸の変位が抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。

前記軸受は、軸線方向に前記ナットを挟んで少なくとも２つ設けられていると好ましい。

前記係合部はシール機能を有すると、外部からの異物の侵入を抑制でき、又、前記ナット内部からの潤滑剤の洩れだしを抑制できるので好ましい。

前記軸受は、前記ねじ軸に対向する面に樹脂層を形成していると、前記ねじ軸に対する滑り性が高まるので好ましい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の要部断面図である。図１において、電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の車体に固定されたハウジング２１を有する。ハウジング２１を水平に貫通するようにして、ラック軸２３が軸線方向移動自在に支持されている。図示していないが、ステアリングホイールに連結された入力軸の下方端にはピニオンが形成され、ラック軸２３のラック歯２３ｂに噛合しており、入力軸の回転によりラック軸２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸２３の両端は、操舵機構のタイロッド（不図示）に連結されている。

ラック軸２３と軸線が平行になるようにして、電動モータ３５がハウジング２１に取り付けられている。電動モータ３５の出力軸３５ａは、駆動軸３７にセレーション結合で軸線方向相対変位可能且つ回転方向一体的に固定されている。駆動軸３７は、軸受２０，２２によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２０，２２に挟まれた部分に駆動ギヤ部３７ａを有している。

駆動軸３７とラック軸２３との間に、中間軸３８が配置されている。中間軸３８は、軸受２４，２５によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２４，２５に挟まれた部分に、駆動ギヤ部３７ａに噛合する中間ギヤ部３８ａを有している。

ラック軸２３の周囲に、中空の従動軸３９が配置されている。従動軸３９は、軸受２６，２７によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２６，２７に挟まれた部分に、中間ギヤ部３８ａに噛合する従動ギヤ部３９ａを有している。又、従動軸３９は、その右方端内周が、ナット４５の左端外周とセレーション結合し、軸線方向相対変位可能且つ回転方向一体的となっている。駆動ギヤ部３７ａ、中間ギヤ部３８ａ、従動ギヤ部３９ａにより歯車対を構成する。

ナット４５は、軸受４１によりハウジング２１に対して回転自在に支持されている。軸受４１は、ハウジング２１の内周面にブッシュ７１を介して嵌合配置され且つ両端に配置された保持部材７２，７２の樹脂材（弾性体）７２ａ、７２ａにより軸線方向に若干弾性変位可能に固定された外輪５５と、ナット４５の外周面に対し螺合されたねじ部材７３により軸線方向位置を固定された二分割内輪５１，５１と、外輪５５と内輪５１、５１との間に複列で配置され転動自在となっている転動体（ボール）５７，５７とからなっている。従って、ナット４５は、樹脂材７２ａ、７２ａの弾性変形による外輪５５のわずかな移動を除き軸線方向に移動せず、回転のみ可能となっている。

ねじ軸と一体（別部品を連結してもよい）であるラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向して、雌ねじ溝４５ａを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ａとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、複数のボール６５が転動自在に配置されている。ナット４５は、転走路の一端から他端へとボール６５を戻すコマ４５ｂを有している。

図２は、本実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図である。図３は、図２のIII部を拡大して示す図である。図２において、ナット４５の両端近傍内周面には、拡径部４５ｃ、４５ｃが形成されており、ここに軸受７５，７５が嵌合配置されている。リング状の軸受７５，７５は、滑り性のよい金属等からなり、その内周面に、雄ねじ溝２３ｂの断面形状に略一致した断面形状を有する凸部７５ａ、７５ａを有しており、係合部である凸部７５ａ、７５ａを雄ねじ溝２３ｂに係合させつつ取り付けられている。ナット４５の拡径部４５ｃ、４５ｃには、薄溝４５ｄ、４５ｄが形成されており、ここにスナップリング７６、７６をはめ込むことで、軸受７５，７５の抜け止めが図られている。ラック軸２３と、ナット４５と、ボール６５と、軸受７５，７５とで、ボールねじ機構を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。図示していないが、運転者がステアリングホイールを回転させると、その回転力が入力軸へと伝達される。入力軸が回転すると、それにピニオン噛合したラック歯が押され、ラック軸２３が軸線方向に移動し、タイロッドを介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。

このとき図示しないトルクセンサが操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータ３５に対して電力を供給するので、出力軸と共に駆動ギヤ部３７ａが回転し、それに中間ギヤ部３８ａを介して噛合した従動ギヤ部３９ａが、所定の減速比で回転させられる。従動軸３９とナット４５とは一体となっているため、従動ギヤ部３９ａの回転によりナット４５も回転し、かかる回転運動はボール６５を介してラック軸２３の軸線運動に変換される。この軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置１１においては、滑り軸受として機能する軸受７５，７５が、ナット４５とラック軸２３との間に配置されナット４５に対してラック軸２３を支持しているので、操舵時にラック軸２３が全体的にたわんだ場合でも、ナット４５内部のラック軸２３の部分の撓みが抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。更に、ラック軸２３の雄ねじ溝２３ｂは、軸受７５，７５の凸部７５ａ、７５ａによりスキマなく係合しているので、ナット４５内部は軸受７５，７５によりシールされており、それにより外部からの異物の侵入とナット４５内部の潤滑剤の流出とを同時に防止できる。

尚、凸部７５ａ、７５ａの断面形状は、必ずしも雄ねじ溝２３ｂの断面形状に一致させる必要はない。凸部７５ａ、７５ａの一部が全周で雄ねじ溝２３ｂに当接していれば、シール機能が発揮できるからである。この場合、図３において、雄ねじ溝２３ｂの断面中心Ｏから、凸部７５ａと雄ねじ溝２３ｂとの接点Ｐに引いた線と、ラック軸２３の軸線に直交する線とのなす角度θを接触角としたときに、かかる接触角θを大きくした方が、ラック軸２３の回転がスムーズになるので好ましい。

図４は、第２の実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図であるが、ナットは単純円筒状としている。本実施の形態にかかるボールねじ機構は、図２に示す実施の形態に対して、主として軸受のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで、説明を省略する。

図４において、ナット４５の両端近傍内周面の拡径部４５ｃ、４５ｃに、それぞれ軸受１７５，１７５が配置されている。各軸受１７５は、拡径部４５ｃに嵌合しスナップリング７６により固定された外輪１７５ａと、ラック軸２３の外周面に当接するようにして配置された内輪１７５ｂと、外輪１７５ａと内輪１７５ｂとの間に複列に配置されたボール１７５ｃ、１７５ｃとを有する。各内輪１７５ｂの内周面は、雄ねじ溝２３ｂの断面形状に略一致した断面形状を有する凸部１７５ｄを有しており、係合部である凸部１７５ｄを雄ねじ溝２３ｂに係合させつつ、各軸受１７５が取り付けられている。尚、軸受１７５，１７５はシール付きである。

本実施の形態においては、転がり軸受として機能する軸受１７５，１７５が、ナット４５とラック軸２３との間に配置されナット４５に対してラック軸２３を支持しているので、操舵時にラック軸２３が全体的にたわんだ場合でも、ナット４５内部のラック軸２３の部分の撓みが抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。更に、ラック軸２３の雄ねじ溝２３ｂは、軸受１７５，１７５の凸部１７５ａ、１７５ａによりスキマなく係合しており、軸受１７５，１７５はシール付きであるから、ナット４５内部は軸受１７５，１７５によりシールされることとなり、それにより外部からの異物の侵入とナット４５内部の潤滑剤の流出とを同時に防止できる。

図５は、第３の実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図であり、同様にナットは単純円筒状としている。本実施の形態にかかるボールねじ機構は、図２に示す実施の形態に対して、主として軸受のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで、説明を省略する。

図５において、ナット４５の両端近傍内周面の拡径部４５ｃ、４５ｃに、それぞれ軸受２７５，２７５が嵌合し、スナップリング７６、７６により固定されている。各軸受２７５は、滑り性のよい金属等からなり、外周面と内周面が円筒面であって、内周面に樹脂層を形成してなる。各軸受２７５の内周面は、ラック軸２３の隣接する雄ねじ部２３ｂ間に形成されたランド部２３ｃに全周で当接している。

本実施の形態においては、滑り軸受として機能する軸受２７５，２７５が、ナット４５とラック軸２３との間に配置されナット４５に対してラック軸２３を支持しているので、操舵時にラック軸２３が全体的にたわんだ場合でも、ナット４５内部のラック軸２３の部分の撓みが抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。更に、ラック軸２３のランド部２３ｃと、軸受２７５，２７５の内周面とが全周で当接しているので、ナット４５内部は軸受２７５，２７５によりシールされることとなり、それにより外部からの異物の侵入とナット４５内部の潤滑剤の流出とを同時に防止できる。尚、軸受２７５，２７５の内周面の樹脂層が、ランド部２３ｃと当接することで密着性が高まる。

図６は、第４の実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図であり、同様にナットは単純円筒状としている。本実施の形態にかかるボールねじ機構は、図２に示す実施の形態に対して、主として軸受のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで、説明を省略する。

図６において、ナット４５の両端近傍内周面の拡径部４５ｃ、４５ｃに、それぞれ軸受３７５，３７５が固定されている。各軸受３７５は、拡径部４５ｃに嵌合しスナップリング７６により固定された外輪３７５ａと、ラック軸２３の外周面に配置された内輪３７５ｂと、外輪３７５ａと内輪３７５ｂとの間に複列に配置されたボール３７５ｃ、３７５ｃとを有する。内輪３７５ｂの内周面に樹脂層が形成されており、内周面３７５ｂは、ラック軸２３の隣接する雄ねじ部２３ｂ間に形成されたランド部２３ｃに全周で当接している。尚、軸受３７５，３７５はシール付きである。

本実施の形態においては、転がり軸受として機能する軸受３７５，３７５が、ナット４５とラック軸２３との間に配置されナット４５に対してラック軸２３を支持しているので、操舵時にラック軸２３が全体的にたわんだ場合でも、ナット４５内部のラック軸２３の部分の撓みが抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。更に、ラック軸２３のランド部２３ｃと、軸受３７５，３７５の内輪３７５ｂ、３７５ｂの内周面とが全周で当接しているので、ナット４５内部は軸受３７５，３７５によりシールされることとなり、それにより外部からの異物の侵入とナット４５内部の潤滑剤の流出とを同時に防止できる。尚、内輪３７５ｂ、３７５ｂの内周面の樹脂層が、ランド部２３ｃと当接することで密着性が高まる。

図７は、第５の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の断面図である。本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置は、図１に示す実施の形態に対して、主としてラック軸を支持する軸受の形態のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで、説明を省略する。

図７において、ラック軸２３の周囲に従動部材４３９が配置されている。従動ギヤ４３９は、軸受２６，２７によりハウジング２１に対して回転自在に支持されており、軸受２６，２７に挟まれた外周部分に、中間ギヤ部３８ａに噛合する従動ギヤ部４３９ａを有している。又、従動部材４３９とラック軸２３との間には、従動部材４３９の内周面に嵌合するようにしてナット４４５が配置されており、従動部材４３９の右端内周が、ナット４４５の右端外周とセレーション結合し、回転方向に一体的に連結されている。又、従動部材４３９及びナット４４５は軸線方向に移動せず、回転のみ可能となっている。

ねじ軸と一体（別部品を連結してもよい）であるラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向して、雌ねじ溝４４５ａを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４４５ａとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、複数のボール６５が転動自在に配置されている。ナット４４５は、転走路の一端から他端へとボール６５を戻すコマ４４５ｂを有している。

ナット４４５の両端近傍において、ハウジング２１の内周面に、それぞれ軸受４７５，４７５が固定されている。各軸受４７５は、ハウジング２１の内周面に嵌合しスナップリング４７６により固定された外輪４７５ａと、ラック軸２３の外周面に配置された内輪４７５ｂと、外輪４７５ａと内輪４７５ｂとの間に複列に配置されたボール４７５ｃ、４７５ｃとを有する。各内輪４７５ｂの内周面は、雄ねじ溝２３ｂの断面形状に略一致した断面形状を有する凸部４７５ｄを有しており、係合部である凸部４７５ｄを雄ねじ溝２３ｂに係合させつつ取り付けられている。尚、軸受４７５，４７５はシール付きである。

本実施の形態においては、転がり軸受として機能する軸受４７５，４７５が、ナット４４５の両端近傍でハウジング２１とラック軸２３との間に配置され、ハウジング２１に対してラック軸２３を支持しているので、操舵時にラック軸２３が全体的にたわんだ場合でも、ナット４４５内部のラック軸２３の部分の撓みが抑えられ、それによりこじれを抑制できるため、異音の発生を効果的に抑制できる。更に、ラック軸２３の雄ねじ溝２３ｂは、軸受４７５，４７５の凸部４７５ａ、４７５ａによりスキマなく係合しており、軸受４７５，４７５はシール付きであるから、軸受４７５，４７５間にあるナット４４５は軸受４７５，４７５によりシールされることとなり、それにより外部からの異物の侵入とナット４４５内部の潤滑剤の流出とを同時に防止できる。尚、転がり軸受４７５の代わりに、上述したような滑り軸受を用いてもよい。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。

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の断面図である。 本実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図である。 図２のIII部を拡大して示す図である。 第２の実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図である。 第３の実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図である。 第４の実施の形態にかかるボールねじ機構の拡大断面図である。 第５の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の断面図である。

符号の説明

１１、４１１ 電動式パワーステアリング装置
２３ ねじ軸
７５，１７５，２７５，３７５，４７５ 軸受
４５、４４５ ナット
６５ ボール

Claims (9)

1. 電動モータと、
   操舵機構に連結されたラック軸と
   前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
   前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、前記ナットに対して前記ねじ軸を支持する軸受と、を備えていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記軸受は、軸線方向に前記転走路を挟んで少なくとも２つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記軸受は、前記ねじ軸の雄ねじ溝に係合する係合部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記係合部はシール機能を有することを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置。
5. 前記軸受は、前記ねじ軸に対向する面に樹脂層を形成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
6. ハウジングと、
   ハウジングに取り付けられた電動モータと、
   ハウジング内に挿通され、操舵機構に連結されたラック軸と
   前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
   前記動力伝達機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、前記ハウジングに対して前記ねじ軸を支持する軸受と、を備えており、
   前記軸受は、前記ねじ軸の雄ねじ溝に係合する係合部を有することを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
7. 前記軸受は、軸線方向に前記ナットを挟んで少なくとも２つ設けられていることを特徴とする請求項６に記載の電動式パワーステアリング装置。
8. 前記係合部はシール機能を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の電動式パワーステアリング装置。
9. 前記軸受は、前記ねじ軸に対向する面に樹脂層を形成していることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の電動式パワーステアリング装置。
   
   

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