JP2006076541A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各部のがたつきの抑制と操作性の向上とを両立させることが可能な電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 この電動パワーステアリング装置１ａは、ラックバー１２のローター１６２を挟んでピニオンとの噛み合い部分とは反対側においてハウジング１０との間に介在するように設けられ、ラックバー１２をハウジング１０に対して軸線１２ａ方向に移動可能に支持するエンドブッシュ１４を備え、当該エンドブッシュ１４は、軸線１２ａに垂直であってラック歯のラックピッチ面にも垂直な方向にはラックバー１２を拘束しないように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置として、ハウジングに対してラックバーがその軸線周りには回転不能かつ軸線方向には移動可能に支持され、ラックバーの外周を覆うように同軸的に配置された電動機の回転部材がハウジングに対しては回転可能かつ軸線方向には移動不能に支持され、回転部材の回転を軸線方向の動きに変換するボールねじ機構が、ラックバーと回転部材との間に介在するように設けられているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１６８５９７号公報

上述の電動パワーステアリング装置においては、ラックバーはハウジングに対して、ピニオンとの噛み合い部分、ボールねじ機構部分、及びエンドブッシュ部分の三つの部分で拘束されている。このために、各部品の寸法精度、組立精度、実使用時の荷重負荷による変形によっては、過拘束の状態になったり、逆にがたつきが生じるような状態になったりする場合もある。過拘束の状態を解消するためには、上記三つの部分における公差を緩めることが考えられるけれども、その場合にはステアリング操舵時の摺動抵抗の減少と引き換えに外部反力によるがたつきが生じることになる。一方、がたつきが生じる状態を解消するためには、上記三つの部分における公差を締めることが考えられるけれども、その場合には接触部の摺動抵抗が大きくなり、手放し時にハンドルが戻らないといった操作性の低下を招くことになる。

そこで本発明では、各部のがたつきの抑制と操作性の向上とを両立させることが可能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。

本発明の電動パワーステアリング装置は、ハウジングに対してラックバーがその軸線方向に移動可能に支持され、ラックバーの外周を覆うように同軸的に配置された電動機の回転部材がハウジングに対して回転可能に支持され、回転部材の回転を軸線方向の動きに変換するボールねじ機構が、ラックバーと回転部材との間に介在するように設けられており、ハンドル軸に連結されているピニオンがラックバーに形成されているラック歯に噛み合って、ハンドル軸への入力をラックバーに伝達する電動パワーステアリング装置であって、ラックバーの回転部材を挟んでピニオンとの噛み合い部分とは反対側においてハウジングとの間に介在するように設けられ、ラックバーをハウジングに対して軸線方向に移動可能に支持するエンドブッシュを備え、当該エンドブッシュは、軸線に垂直であってラック歯のラックピッチ面にも垂直な方向にはラックバーを拘束しないように形成されていることを特徴とする。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ラックバーの軸線にもラックピッチ面にも垂直な方向にはラックバーを拘束しないようにエンドブッシュが形成されているので、ピニオンとの噛み合い部分における拘束力の強い方向において、ラックバー及びピニオンの噛み合い部分とボールねじ機構部分とでラックバーを支持することができる。

また本発明の電動パワーステアリング装置では、エンドブッシュが、軸線に垂直であってラック歯のラックピッチ面に平行な方向にはラックバーを拘束するように形成されていることも好ましい。ラックバーの軸線に垂直でラックピッチ面には平行な方向にはラックバーを拘束するようにエンドブッシュが形成されているので、ピニオンとの噛み合い部分における拘束力の弱い方向において、エンドブッシュの部分とボールねじ機構部分とでラックバーを支持するこができる。

また本発明の電動パワーステアリング装置では、エンドブッシュは、軸線に垂直であってラック歯のラックピッチ面にも垂直な方向において、ラックバーに対して隙間が生じるように形成されていることも好ましい。この方向においては、隙間が生じている範囲内でラックバーが移動できるので、低負荷時には拘束力を小さくすることができる。

また本発明の電動パワーステアリング装置では、エンドブッシュは、軸線に垂直であってラック歯のラックピッチ面に平行な方向において、ラックバーに対して実質的に隙間が生じないように形成されていることも好ましい。この方向においては、実質的に隙間が生じておらずラックバーが移動できないので、低負荷時でもピニオンとの噛み合い部分における拘束力の弱い方向において、エンドブッシュの部分とボールねじ機構部分とでラックバーを支持するこができる。

本発明によれば、ラックバーが過拘束となることを回避できるので、各部の寸法公差を必要以上に狭めることなく各部のがたつきを抑制できると共に、操作性の向上を図ることができる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施形態の電動式パワーステアリング装置は、図示しない車輌のステアリングホイールと車輪との間のパワーステアリング系の一部を構成するラック・ピニオン式のステアリングギヤ装置である。

本実施形態の電動式パワーステアリング装置について図１を参照しながら説明する。図１は、電動式パワーステアリング装置１ａの構成を示す要部構成図である。電動式パワーステアリング装置１ａは、ハウジング１０内にラックバー１２、エンドブッシュ１４、電動機１６、及びボールねじ機構１８を備えている。

ラックバー１２は、図示しない左右車輪間に延設されており、その軸線１２ａが車輌幅方向に沿うように配置されている。ラックバー１２は、ハウジング１０に対して軸線１２ａ周りには回転不能かつ軸線１２ａに沿った方向には移動可能に支持されている。

ラックバー１２の外周を覆うように同軸的に軸線１２ａに沿って電動機１６が配置されている。電動機１６は、ステーター１６１、及びローター１６２（回転部材）を有している。

ステーター１６１は電磁石であって、電流の流れに応じて電磁力を発生するように構成されている。ローター１６２は、ラックバー１２の外周を覆うように円筒状をなしており、その円筒状形状の外側に対向するようにステーター１６１が配置されている。ローター１６２を含むモーターシャフト１６３は、ハウジング１０に対して２個の軸受け１６４、１６５で支持されているため、軸方向及び半径方向には動けないように拘束され、回転方向には自由である。従って、ステーター１６１に所定の電流が流れ、その電流に応じた電磁力がステーター１６１に発生すると、ローター１６２が軸線１２ａ周りに回転する。

ボールねじ機構１８は、電動機１６とラックバー１２との間に介在するように設けられており、ローター１６２の回転を軸線１２ａ方向の動きに変換するように減速機として構成されている。ボールねじ機構１８はボールねじナット１８１及びボール１８２を有している。

ボールねじナット１８１の外周はローター１６２の内周に沿うように形成されており、ボールねじナット１８１はローター１６２と嵌合されていて、固定用部品１８３によって固定されている。ボールねじナット１８１は、内周にボール案内溝１８１ａが設けられている。

ラックバー１２の、ボールねじナット１８１のボール案内溝１８１ａに対向する部分には、ボール案内溝１２１が設けられている。ボールねじナット１８１のボール案内溝１８１ａと、ラックバー１２のボール案内溝１２１との間には多数のボール１８２が収められている。従って、ローター１６２が回転すると、その回転方向に応じてラックバー１２が移動する向きを変えて摺動運動を行う。また、ローター１６２の回転運動はボール案内溝１８１ａ、ボール１８２、及びボール案内溝１２１を介してラックバーに摺動運動として伝達されるので、ローター１６２の回転運動は減速されてラックバー１２に伝達される。ボールねじ機構１８は金属部材のみで構成されており弾性部材を含まないため、ラックバー１２は半径方向において高い支持剛性で支持されている。

エンドブッシュ１４は、ラックバー１２のローター１６２から突出した位置で、ラックバー１２とハウジング１０の間に介在するように、ラックバー１２をハウジング１０に対して軸線１２ａ方向に移動可能に支持している。エンドブッシュ１４は、低摩擦係数の樹脂材によって形成されている。エンドブッシュ１４は固定ナット２０によって固定されている（詳細は後述する）。

引き続いて、図１のＩ−Ｉ断面を示す図２を参照しながら電動パワーステアリング装置１ａの説明を続ける。ラックバー１２に形成されたラック歯１２２にピニオン２２が噛み合うように配置されている。ラックバー１２は、ラックガイド３３を介してセットばね３３１の圧縮力によってピニオン２２に付勢されている。

ピニオン２２にはピニオンシャフト２４が連結されている。ピニオンシャフト２４はベアリングを介してハウジング１０に取り付けられており、ピニオンシャフト２４の軸線周りに回動可能なように構成されている。

ピニオンシャフト２４にはトーションバー２８を介してメインシャフト２６が連結されている。メインシャフト２６は図示しないステアリングに繋がるシャフトである。

図２において、ラックバー１２のラック歯１２２が形成されているラックピッチ面に平行であって、ラックバー１２の軸線１２ａに垂直な方向をＡ方向とする。ラックバー１２のラック歯１２２が形成されているラックピッチ面に垂直な方向（すなわちラックピッチ面の法線方向）をＢ方向とする。ラックバー１２のラック歯１２２が形成されている部分は、このＢ方向にラックガイド３３によって付勢されて、ピニオン２２に当接されている。そのため、ラックバー１２はＢ方向において高い支持剛性によって支持されている。また、Ａ方向においては、ラックガイド３３とラックバー１２が、ラックガイド３３とハウジング１０に設けられた穴の半径方向クリアランスの範囲内で、一体的に動くことが可能となっている。そのため、ラックバー１２はＡ方向において低い支持剛性によって支持されている。

引き続いて、エンドブッシュ１４がハウジングに固定されている様子について図３を参照しながら説明する。図３は、エンドブッシュ１４近傍において軸線１２ａに沿った断面を示している。ハウジング１０には、大径１０ｄ_２の部分と、小径１０ｄ_１の部分とが形成されていて、その大径部分と小径部分との境界に段差部１０ａが形成されている。エンドブッシュ１４は円筒状の部材であって、その内径１４ｄ部分にラックバー１２が挿入され、ハウジング１０の段差部１０ａに当接されて固定されている。

エンドブッシュ１４は段差部１０ａとは反対側から固定ナット２０で挟まれて固定されている。固定ナット２０は、その外周に雄ネジが切られていて、ハウジング１０の内側に切られている雌ネジと螺合している。固定ナット２０は円筒状の部材であり、その内径２０ｄはラックバー１２の径１２ｄに対して十分大きく形成されている。従って、エンドブッシュ１４を固定ナット２０で固定した場合であっても、ラックバー１２は固定ナット２０によっては拘束されない。

引き続いて、エンドブッシュ１４がラックバー１２を拘束している状態について図４を参照しながら説明する。図４は、エンドブッシュ１４が設けられた部分において軸線１２ａに交わる断面を示している。図４中におけるＡ方向及びＢ方向は、図２を参照しながら定義した方向である。

ラックバー１２は、その直径が１２ｄの円柱状をなしている。エンドブッシュ１４は円筒状の部材であってラックバー１２が挿入されている。エンドブッシュ１４は図４中のＡ方向においては、内径１４ｄの部分が形成されている。この内径１４ｄは、ラックバー１２の直径１２ｄに対して、ラックバー１２が挿入可能な程度の差分をもって設定されている。従って、ラックバー１２は図４中のＡ方向には実質的に移動しないように拘束されている。

エンドブッシュ１４は図４中のＢ方向においては、ラックバー１２の直径１２ｄに対して両側で寸法ａの隙間が生じるようにＢ方向に拡張されて形成されている。従って、ラックバー１２はＢ方向においては、中立位置から両側に寸法ａだけ移動可能なように配置されている。ラックバー１２がエンドブッシュ１４に対してＢ方向に移動した場合を図５に示す。

図５に示すように、ラックバー１２はＢ方向に外力が加わると、エンドブッシュ１４に当接する位置まで移動する。従って、ラックバー１２はエンドブッシュ１４部分において、Ａ方向には拘束されていて実質的に移動することが不可能であり、Ｂ方向には拘束されておらず所定範囲で移動することが可能であるように配置されている。

本実施形態の作用効果について説明する。ラック歯１２２のピッチ面と平行な方向（Ａ方向）においては、ラックバー１２とピニオン２２との拘束力が弱く、またラックガイド３３とハウジング１０との間に隙間が設けられているため、ラックバー１２は、その隙間の大きさの範囲において、ラックガイド３３と一体となって動くことができる。従って低負荷時には、ラックバー１２はピニオン２２との噛み合い部において拘束されず、ボールねじ機構１８の部分とエンドブッシュ１４の部分とで支持されるため、２点拘束となって過拘束の状態となることを避けることができる。一方大負荷時には、ラックガイド３３とハウジング１０との隙間が詰まることでこの方向へのラックバー１２の動きが規制され、その結果ラックバー１２が３点支持されることになるので、強度及び耐久性を向上させることができる。

また、ラックバー１２は、ラック歯のピッチ面と直交する方向（Ｂ方向）においては、ピニオン２２との噛み合いによって支持されると共に、ボールねじ機構１８の部分において支持されているけれども、エンドブッシュ１４の部分においては所定範囲でこの方向に移動することが許容されている。従って、この方向においても２点拘束となって過拘束の状態となることを避けることができる。

更に、Ｂ方向においては、低負荷時では上述のように２点支持されるのに対して、すえ切り等の大負荷時ではラックバー１２が図５に示すような状態となって３点支持される。具体的には、大負荷時においては、ラックバー１２にＢ方向の力が加わることでラックバー１２とエンドブッシュ１４との間にあった隙間が詰まり、ラックバー１２がＢ方向においてもエンドブッシュ１４と当接する。従って、Ｂ方向において大負荷時には、ラックバー１２とエンドブッシュ１４が当接することで、ラックバー１２が３点支持される。従って、強度及び耐久性の問題を防止できる。

エンドブッシュ１４は単純な形状とすることができるので、コストに大きな影響を与えずに構成できる。また、各部の寸法公差を広げることができるので、製造コストの低減が可能である。

本発明の実施形態である電動パワーステアリング装置の要部構成図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 図１のエンドブッシュ近傍における断面図である。 図１のエンドブッシュ近傍における断面図である。 図１のエンドブッシュ近傍における断面図である。

符号の説明

１ａ…電動パワーステアリング装置、１０…ハウジング、１２…ラックバー、１２ａ…軸線、１２１…ボール案内溝、１４…エンドブッシュ、１６…電動機、１６１…ステーター、１６２…ローター、１８…ボールねじ機構、１８１…ボールねじナット、１８１ａ、ボール案内溝、１８２…ボール、２０…固定ナット。

Claims (4)

1. ハウジングに対してラックバーがその軸線方向に移動可能に支持され、
   前記ラックバーの外周を覆うように同軸的に配置された電動機の回転部材が前記ハウジングに対して回転可能に支持され、
   前記回転部材の回転を前記軸線方向の動きに変換するボールねじ機構が、前記ラックバーと前記回転部材との間に介在するように設けられており、
   ハンドル軸に連結されているピニオンが前記ラックバーに形成されているラック歯に噛み合って、前記ハンドル軸への入力を前記ラックバーに伝達する電動パワーステアリング装置において、
   前記ラックバーの前記回転部材を挟んで前記ピニオンとの噛み合い部分とは反対側において前記ハウジングとの間に介在するように設けられ、前記ラックバーを前記ハウジングに対して前記軸線方向に移動可能に支持するエンドブッシュを備え、
   当該エンドブッシュは、前記軸線に垂直であって前記ラック歯のラックピッチ面にも垂直な方向には前記ラックバーを拘束しないように形成され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. 前記エンドブッシュは、前記軸線に垂直であって前記ラック歯のラックピッチ面に平行な方向には前記ラックバーを拘束するように形成さ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. 前記エンドブッシュは、前記軸線に垂直であって前記ラック歯のラックピッチ面にも垂直な方向において、前記ラックバーに対して隙間が生じるように形成さ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。
4. 前記エンドブッシュは、前記軸線に垂直であって前記ラック歯のラックピッチ面に平行な方向において、前記ラックバーに対して実質的に隙間が生じないように形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置。
   

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