JP2006131053A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラック軸を長くすることなく、耐久性を向上すると共に、作動音を低減すること。
【解決手段】 ボールねじ機構の車幅方向外方側に、ラック軸７の雄ねじ溝９を転動体２２を介してラジアル方向に支持する主転がり軸受２０が配設してある。主転がり軸受２０は、ラック軸７のねじ溝９との間に転動体２２を介装した外輪２１と、転動体２２を螺旋状に配列する保持器２３とを有している。保持器２３には、転動体２２を螺旋状に配列して収納する保持孔２４が形成してある。また、ハウジング６（ステアリングギヤケース）と、主転がり軸受２０との間には、主転がり軸受２０の外輪２１を回転自在に支持する補助軸受３０が設けてある。
【選択図】 図２

Description

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。

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。

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。

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軸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。

ラックアシスト型ＥＰＳでは、ラック軸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、ラック軸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、ラック軸が軸方向に移動する。

また、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、ギヤ式、タイミングベルト式等が一般的である。

図９は、従来例に係り、動力伝達方式としてギヤ式であ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の縦断面図である。

この従来例においては、ハウジング１（ステアリングギヤケース）には、電動モータ２の駆動軸に連結したドライブギヤ３が回転自在に支持してあり、ドライブギヤ３に、アイドラギヤ４が噛合してあり、アイドラギヤ４に、ドリブンギヤ５が噛合してある。なお、ドリブンギヤ５は、単列軸受５ａにより支持してある。

一方、ハウジング６（ステアリングギヤケース）には、ラック軸７が軸方向移動自在に収納してあり、ラック軸７には、ボールナット８を備えたボールねじ機構が設けてある。

ラック軸７には、雄ねじ溝９が形成してある一方、ボールナット８には、雌ねじ溝１０が形成してあり、雄ねじ溝９と雌ねじ溝１０との間には、循環ボールたる多数個の鋼球１１が介装してある。また、ボールナット８には、鋼球１１を循環させるための循環こま（図示せず）が装着してある。

ボールナット８は、複列軸受１２により支持してあり、その端部のスプライン部１３で、ドリブンギヤ５が軸方向移動自在であって、ボールナット８と共に回転できるように連結してある。

なお、ラック軸７は、ピニオン（図示略）に噛み合うラック（図示略）を有すると共に、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１４が固着してある。

ところで、従来の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では、特許文献１に開示してあるように、ラック軸の支持は、ボールねじ部（Ｂ／Ｓ）と、ラック・アンド・ピニオン部（Ｒ／Ｐ）との２点で行っている。

図１０は、自動車が直進している時の２点支持に於けるラック軸の撓みを示す模式図である。なお、図１０において、Ｂ／Ｓ−Ｓは、ラック軸の移動時、ボールねじ部（Ｂ／Ｓ）に於けるラック軸のストロークを示し、Ｒ／Ｐ−Ｓは、ラック・アンド・ピニオン部（Ｒ／Ｐ）に於けるラック軸のストロークを示している。

しかしながら、このような構造では、タイロッドに軸角がつき、ラック軸端にアキシアル力とラジアル力が発生した場合、ボールねじ部（Ｂ／Ｓ）には、曲げモーメントが生起され、その結果、耐久性能が低下するといったこと、又は、作動音が発生するといったことがある。

また、従来の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では、特許文献２に開示してあるように、ラック軸の支持は、ボールねじ部（Ｂ／Ｓ）と、ラック・アンド・ピニオン部（Ｒ／Ｐ）と、ブッシュ（Ｂ）との３点で行っている。

図１１は、自動車が直進している時の３点支持に於けるラック軸の撓みを示す模式図である。なお、図１１において、Ｂ／Ｓ−Ｓは、ラック軸の移動時、ボールねじ部（Ｂ／Ｓ）に於けるラック軸のストロークを示し、Ｒ／Ｐ−Ｓは、ラック・アンド・ピニオン部（Ｒ／Ｐ）に於けるラック軸のストロークを示し、Ｂ−Ｓは、ブッシュ（Ｂ）に於けるラック軸のストロークを示している。

しかしながら、このような構造では、ボールねじ部（Ｂ／Ｓ）に発生する曲げモーメントは小さいが、ラック軸には、ラック移動時のストローク分の長さを有するボールねじ部（Ｂ／Ｓ）、ラック・アンド・ピニオン部（Ｒ／Ｐ）、ブッシュ（Ｂ）の摺動部が必要になり、その結果、ラック軸が図１０の場合に比べて長くなり、自動車としてのレイアウト性が悪化する。
特許第２９０４３２９号公報 特開平１１−０１１３３３号公報 特開２００４−１５５２１３号公報

さらに、特許文献３では、ボールねじ部に循環ボールを介してねじ合わされると共にラックハウジングにより回転可能に支持されるボールねじ式の回転筒が設けてある。このボールねじ式の回転筒により、ラック軸に路面側から作用する負荷を受け、ラック軸のボールねじ部の撓みを抑制している。当該循環ボールは、回転筒の内周ネジ溝に連なる循環溝により、ボールねじ部の外周ネジ溝のランド部を横切って再びボールねじ部の外周ネジ溝と回転筒の内周ネジ溝との間の螺旋状空間に戻されるようになっている。

しかしながら、特許文献３では、回転筒と循環ボール等からなるコマ式の循環機構が設けてあることから、この分、半径方向に太くなるといったことがある。

また、循環機構が存在すると、循環機構が存在する位相においては、循環ボールは、ラジアル力を受けることが出来ない。このため、特許文献３のラジアル力を受けるべき上記のボールねじ式の回転筒が回転したとき、ラジアル力を受けられない位相が存在することになる。

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、ラック軸を長くすることなく、耐久性を向上すると共に、作動音を低減することができる、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。

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軸と、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、
前記ラック軸と別軸に配置され、前記ボールねじ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、
前記ボールねじ機構の車幅方向外方側に、前記ラック軸のねじ溝を転動体を介してラジアル方向に支持する主転がり軸受が配設してあることを特徴とする。

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、前記主転がり軸受は、前記転動体を螺旋状に配列する保持器を有していることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、前記主転がり軸受をステアリングギヤケースに対して回転自在に支持する補助軸受を、更に具備することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、前記補助軸受は、単列、又は、複列の軸受であることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、前記主転がり軸受をステアリングギヤケースに対して回転自在に支持する補助軸受を、更に具備し、
前記主転がり軸受の外輪は、当該補助軸受の内輪を兼ねていることを特徴とする。

本発明の請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、前記補助軸受は、単列、又は、複列の軸受であることを特徴とする。

本発明によれば、ボールねじ機構の車幅方向外方側に、ラック軸のねじ溝を転動体を介してラジアル方向に支持する主転がり軸受が配設してあり、この主転がり軸受によって、ラック軸のボールねじ部に発生する曲げモーメントとラジアル力を確実に支持することができるため、ボールねじ機構のナットに入力する曲げモーメントを著しく減少することができ、これにより、耐久性の向上や作動音の低減を図ることができる。

このとき、主転がり軸受は、ボールねじ機構の近傍に設置することが可能であることから、ラック軸が長くならず、自動車上でのレイアウト性を損なうこともない。

また、特許文献３には、ボールねじ部に循環ボールを介してねじ合わされると共にラックハウジングにより回転可能に支持されるボールねじ式の回転筒を備えたコマ式の循環機構が開示してあるが、本発明では、循環機構がなく、半径方向に太くなることはない。さらに、循環機構がないことから、ラジアル力を受けられない位相は、存在せず、主転がり軸受によって、３６０度、ラジアル力を受けることができる。

以下、本発明の実施の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。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係り、動力伝達方式としてギヤ式であ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の縦断面図である。

図２は、図１に示した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の要部の拡大縦断面図である。

図３（ａ）は、主転がり軸受に用いる保持器の正面図と側面図であり、（ｂ）は、当該保持器と転動体の正面図と側面図であり、（ｃ）は、ラック軸と主転がり軸受と補助軸受の正面図と断面図である。

図４は、本発明の第１実施の形態に係り、自動車が直進している時のラック軸の撓みを示す模式図である。

図５は、本発明の第１実施の形態の変形例に係り、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の要部の拡大縦断面図である。

本実施の形態においては、図１及び図２に示すように、ハウジング１（ステアリングギヤケース）には、電動モータ２の駆動軸に連結したドライブギヤ３が回転自在に支持してあり、ドライブギヤ３に、アイドラギヤ４が噛合してあり、アイドラギヤ４に、ドリブンギヤ５が噛合してある。なお、ドリブンギヤ５は、単列軸受５ａにより支持してある。

一方、ハウジング６（ステアリングギヤケース）には、ラック軸７が軸方向移動自在に収納してあり、ラック軸７には、ボールナット８を備えたボールねじ機構が設けてある。

ラック軸７には、雄ねじ溝９が形成してある一方、ボールナット８には、雌ねじ溝１０が形成してあり、雄ねじ溝９と雌ねじ溝１０との間には、循環ボールたる多数個の鋼球１１が介装してある。また、ボールナット８には、鋼球１１を循環させるための循環こま（図示せず）が装着してある。

ボールナット８は、複列軸受１２により支持してあり、その端部のスプライン部１３で、ドリブンギヤ５が軸方向移動自在であって、ボールナット８と共に回転できるように連結してある。

なお、ラック軸７は、ピニオン（図示略）に噛み合うラック７ａを有すると共に、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１４が固着してある。

さて、本実施の形態では、図１、図２、及び図３（ｃ）に示すように、ボールねじ機構の車幅方向外方側に、ラック軸７の雄ねじ溝９を転動体２２を介してラジアル方向に支持する主転がり軸受２０が配設してある。

主転がり軸受２０は、ラック軸７のねじ溝９との間に転動体２２を介装した外輪２１と、転動体２２を螺旋状に配列する保持器２３とを有している。

保持器２３には、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、転動体２２を螺旋状に配列して収納する保持孔２４が形成してある。

また、ハウジング６（ステアリングギヤケース）と、主転がり軸受２０との間には、主転がり軸受２０の外輪２１を回転自在に支持する補助軸受３０が設けてある。なお、補助軸受３０は、図３（ｃ）に示すように、外輪３１と、内輪３２と、これらの間に介装した転動体３３とからなる単列の玉軸受である。

従って、ラック軸７が軸方向に移動すると、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、主転がり軸受２０では、転動体２２は、保持器２３によって螺旋状に配列してあることから、ラック軸７の移動に伴って、ラック軸７の雄ねじ溝９に係合しながら、同時に、保持器２３の螺旋状の保持孔２４に保持されながら、公転する。

この公転に伴って、保持器２３と外輪２１には、回転力が作用し、保持器２３と外輪２１は、補助軸受３０により回転自在に支持してあることから、ラック軸７の移動に伴って回転する。

以上から、本実施の形態によれば、ボールねじ機構の車幅方向外方側に、ラック軸７の雄ねじ溝９を転動体２２を介してラジアル方向に支持する主転がり軸受２０が配設してあり、この主転がり軸受２０によって、ラック軸７の雄ねじ溝９に発生する曲げモーメントとラジアル力を確実に支持することができるため、ボールねじ機構のボールナット８に入力する曲げモーメントを著しく減少することができ、これにより、耐久性の向上や作動音の低減を図ることができる。

このとき、図４に示すように、主転がり軸受２０は、ボールねじ機構の近傍に設置することが可能であることから、ラック軸７が長くならず、自動車上でのレイアウト性を損なうこともない。なお、図４において、Ｂ／Ｓ−Ｓは、ラック軸の移動時、ボールねじ部（Ｂ／Ｓ）に於けるラック軸７のストロークを示し、Ｒ／Ｐ−Ｓは、ラック・アンド・ピニオン部（Ｒ／Ｐ）に於けるラック軸７のストロークを示し、２０−Ｓは、主転がり軸受２０に於けるラック軸７のストロークを示している。

また、特許文献３には、ボールねじ部に循環ボールを介してねじ合わされると共にラックハウジングにより回転可能に支持されるボールねじ式の回転筒を備えたコマ式の循環機構が開示してあるが、本実施の形態では、循環機構がなく、半径方向に太くなることはない。さらに、循環機構がないことから、ラジアル力を受けられない位相は、存在せず、主転がり軸受２０によって、３６０度、ラジアル力を受けることができる。

なお、本実施の形態では、電動モータ２は、図１に示すように、ラック軸７に対して平行に配置したものを図示したが、ラック軸７と同軸上に配置してあっても良い。また、電動モータ２〜ボールナット８間の中間減速の部分に、歯車列を使用したものを図示したが、ベルトやチェーン等、歯車以外の減速装置であっても良い。

次に、図５に示す変形例では、補助軸受３０として、複列の玉軸受を用いている。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。

（第２実施の形態）
図６は、本発明の第２実施の形態に係り、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の要部の拡大縦断面図である。

図７は、ラック軸と主転がり軸受と補助軸受の正面図と断面図である。

図８は、本発明の第２実施の形態の変形例に係り、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の要部の拡大縦断面図である。

本実施の形態は、図面から明らかなように、その基本的構造は、上述した第１実施の形態と同様であり、相違する点について説明する。

上述した第１実施の形態では、図３（ｃ）に示すように、主転がり軸受２０の外輪２１と、補助軸受３０の内輪３２とは、夫々、別体に構成してある。

これに対して、本第２実施の形態では、主転がり軸受２０の外輪２１ａは、補助軸受３０（単列の玉軸受）の内輪を兼ねている。

当該外輪２１ａは、その内側には、外輪としての内溝が形成してあり、その外側には、内輪としての外溝が形成してある。

その効果としては、軸受ユニツトとしての外径の縮径化を図ることができ、また、部品点数の削減を図ることができる。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。

次に、図８に示す変形例では、補助軸受３０として、複列の玉軸受を用いている。但し、本変形例でも、主転がり軸受２０の外輪２１ａは、補助軸受３０（単列の玉軸受）の内輪を兼ねており、当該外輪２１ａは、その内側には、外輪としての内溝が形成してあり、その外側には、内輪としての外溝が形成してある。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。

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。

本発明の第１実施の形態に係り、動力伝達方式としてギヤ式であ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の縦断面図である。 図１に示した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の要部の拡大縦断面図である。 （ａ）は、主転がり軸受に用いる保持器の正面図と側面図であり、（ｂ）は、当該保持器と転動体の正面図と側面図であり、（ｃ）は、ラック軸と主転がり軸受と補助軸受の正面図と断面図である。 本発明の第１実施の形態に係り、自動車が直進している時のラック軸の撓みを示す模式図である。 本発明の第１実施の形態の変形例に係り、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の要部の拡大縦断面図である。 本発明の第２実施の形態に係り、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の要部の拡大縦断面図である。 ラック軸と主転がり軸受と補助軸受の正面図と断面図である。 本発明の第２実施の形態の変形例に係り、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の要部の拡大縦断面図である。 従来例に係り、動力伝達方式としてギヤ式であ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の縦断面図である。 自動車が直進している時の２点支持に於けるラック軸の撓みを示す模式図である。 自動車が直進している時の３点支持に於けるラック軸の撓みを示す模式図である。

符号の説明

１ ハウジング（ステアリングギヤケース）
２ 電動モータ
３ ドライブギヤ
４ アイドルギヤ
５ ドリブンギヤ
５ａ 単列軸受
６ ハウジング（ステアリングギヤケース）
７ ラック軸
７ａ ラック
８ ボールナット
９ 雄ねじ溝
１０ 雌ねじ溝
１１ 循環ボール（鋼球）
１２ 複列軸受
１３ スプライン部
１４ 球面継手
１５ タイロッド
２０ 主転がり軸受
２１ 外輪
２１ａ 外輪
２２ 転動体
２３ 保持器
２４ 保持孔
３０ 補助軸受
３１ 外輪
３２ 内輪
３３ 転動体

Claims (6)

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軸と、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、
   前記ラック軸と別軸に配置され、前記ボールねじ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、
   前記ボールねじ機構の車幅方向外方側に、前記ラック軸のねじ溝を転動体を介してラジアル方向に支持する主転がり軸受が配設してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記主転がり軸受は、前記転動体を螺旋状に配列する保持器を有し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。
3. 前記主転がり軸受をステアリングギヤケースに対して回転自在に支持する補助軸受を、更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記補助軸受は、単列、又は、複列の軸受であることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記主転がり軸受をステアリングギヤケースに対して回転自在に支持する補助軸受を、更に具備し、
   前記主転がり軸受の外輪は、当該補助軸受の内輪を兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記補助軸受は、単列、又は、複列の軸受であることを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

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