JP2006182047A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転筒の動力変換機構が設けられる側を大歯車に影響されることなく大径にでき、しかも、大歯車が設けられる側を動力変換機構に影響されることなく小径にすることができるようにする。
【解決手段】 舵取操作に応じて軸長方向へ移動する転舵軸４の螺旋溝４ｂの外周りに転がり軸受１１を介して回転自在に配置された回転筒９の軸長方向一側に、回転筒９の回転力を転舵軸４の軸長方向への移動力に変換して転舵軸４に伝える動力変換機構Ａを設け、回転筒９の軸長方向他側に、該他側の縁から大歯車８及び転がり軸受１１を外嵌し、転がり軸受１１を介して大歯車８を嵌合部９ｅに固定するナット１８を前記軸長方向他側に螺着し、動力変換機構Ａに影響されることなく嵌合部９ｅを小径にするようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は操舵補助力の発生源として用いられる電動モータの回転力を転舵軸に伝え、該転舵軸を軸長方向へ移動させて操舵補助するようにした電動パワーステアリング装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング装置は、螺旋溝を有し、舵取操作に応じて軸長方向へ移動する転舵軸と、出力軸が前記転舵軸の軸線と交差するように配置された操舵補助用の電動モータと、前記出力軸に連動連結されるはす歯の小歯車と、該小歯車に噛合するはす歯の大歯車と、前記螺旋溝の外周りに回転自在に配置され、前記大歯車が外嵌固定される回転筒と、該回転筒の両端部をハウジング内に回転自在に支持する第１及び第２の転がり軸受と、前記回転筒の回転力を前記転舵軸の軸長方向への移動力に変換して前記転舵軸に伝える動力変換機構とを備えている（例えば、特許文献１。）。

動力変換機構は、前記回転筒の内側に設けられた雌ねじと、螺旋溝及び雌ねじに係合する複数のボールと、前記回転筒の外周部に取付けられ、前記回転筒に設けられた二つの循環孔を経て前記ボールを循環させる循環部材（サーキュレータ）とを備えている。

回転筒は、軸長方向一側に第１の転がり軸受が設けられており、軸長方向他側に、該他側の縁から前記大歯車及び第２の転がり軸受が外嵌されており、該軸長方向他側の大歯車及び第２の転がり軸受間に、大歯車を固定するナットと、前記循環部材とが取付けられている。換言すれば、回転筒の軸長方向他側に、大歯車が外嵌される第１の嵌合部と、ナットが螺着される雄ねじ部と、循環部材のホルダが載置される平取載置部と、該平取載置部を貫通する二つの循環孔と、前記平取載置部にホルダを小ねじにより取付けるためのねじ孔と、第２の転がり軸受が外嵌される第２の嵌合部とを有する。

また、大歯車として、外周部にはす歯を有する合成樹脂製の環状歯体と、該環状歯体に内嵌された金属製の環状芯体とを備えており、該環状芯体の外周部に前記環状歯体との相対回転を禁止する回止凸部を有する電動パワーステアリング装置も知られている。
特開２００２−２７４３９７号公報

ところが、以上のように回転筒に循環部材が設けられた電動パワーステアリング装置にあっては、循環部材の固定強度を高めるべく平取載置部の面積を確保する必要があるため、回転筒の全体が比較的大径となるように設計されていた。この結果、次のような問題があった。
1) 循環部材のホルダを固定する小ねじの位置が転舵軸の雌ねじの軌道近傍にある場合、小ねじの回転筒への係り代が不足することになり、ホルダなどの部品の公差を考慮すると小ねじ緊締時に発生する軸力が不足し、循環部材内をボールが循環するとき循環部材が外れ易くなる。
2) 大歯車を固定するためのナットが大形となり、コスト高の要因であった。
3) 大歯車が環状歯体及び環状芯体を有する構成の場合、環状芯体の内径が大径となり、該環状芯体の外周部に設けられている回止凸部と環状歯体の歯底との間の距離が不足することになるため、回止凸部を環状芯体の幅方向中央に対して幅方向一側へ偏倚させる必要があった。従って、環状芯体の成形時に方向性が発生し、方向性を考慮して成形する余分な管理が必要になると言う問題があった。
4) 大歯車が環状歯体及び環状芯体を有する構成の場合、小歯車の位置は変わらないのに対し、環状芯体が大径となり、環状歯体の径方向寸法が不足することになるため、回転筒の外径を一定以上に大きくすることができない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、回転筒の動力変換機構が設けられる軸長方向一側を大歯車に影響されることなく大径にでき、しかも、大歯車が設けられる軸長方向他側を動力変換機構に影響されることなく小径に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。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、螺旋溝を有し、舵取操作に応じて軸長方向へ移動する転舵軸と、電動モータの出力軸に連動連結される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記螺旋溝の外周りに回転自在に配置され、前記大歯車が外嵌固定される回転筒と、該回転筒を支持部材に回転自在に支持する軸受と、前記回転筒の回転力を前記転舵軸の軸長方向への移動力に変換して前記転舵軸に伝える動力変換機構とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記回転筒の軸長方向一側には前記動力変換機構が設けられており、前記回転筒の軸長方向他側には、該他側の縁から前記大歯車及び前記軸受が外嵌されており、前記軸長方向他側に、前記軸受を介して前記大歯車を前記軸長方向他側に固定する固定手段を備えることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記動力変換機構は、前記螺旋溝に係合する複数のボールと、前記回転筒の外周部に取付けられ、前記ボールを循環させる循環部材とを有しており、前記固定手段は前記軸長方向他側に螺着されるナットを有しており、該ナット及び前記大歯車の間に前記軸受が挾着されていることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記大歯車は、外周部にはす歯を有する合成樹脂製の環状歯体と、該環状歯体に内嵌された金属製の環状芯体とを備えており、該環状芯体の外周部の幅方向中央部に前記環状歯体との相対回転を禁止する回止凸部を有することを特徴とする。

第１発明によれば、軸長方向一側に動力変換機構が設けられた回転筒の軸長方向他側に大歯車及び軸受が外嵌されており、さらに、前記軸受を介して前記大歯車を固定する固定手段が軸長方向他側に設けられているため、回転筒の動力変換機構が設けられる部分を大歯車に影響されることなく大径にでき、しかも、動力変換機構に影響されることなく軸長方向他側を小径にでき、大歯車を小径にできる。

第２発明によれば、一つのナットにより大歯車、及び軸受を軸長方向他側に固定することができ、部品点数を削減でき、コストを低減できる。

第３発明によれば、環状芯体の内径を小径にでき、該環状芯体の外周部に設けられている回止凸部と環状歯体の歯底との間の距離を確保することができるため、回止凸部を環状芯体の幅方向中央部に配置することができ、環状芯体の成形時に方向性が発生しない。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体の構成を示す模式図、図２は一部を省略した構成を示す拡大断面図、図３は要部の構成を示す拡大断面図である。

図１〜図３に示した電動パワーステアリング装置は、一端部がユニバーサルジョイント１及び操舵軸２を介してステアリングホイールに繋がり、他端部にピニオン３ａを有する伝動軸３と、ピニオン３ａに噛合するラック歯４ａ及び該ラック歯４ａとその軸長方向へ離隔した位置に螺旋溝４ｂを有し、軸長方向への移動を可能とした転舵軸４と、該転舵軸４を移動自在に収容支持する略円筒形のハウジング５と、出力軸６ａが転舵軸４の軸線と交差するようにハウジング５の外部に配置された電動モータ６と、出力軸６ａに連動連結されるはす歯の小歯車７と、該小歯車７に噛合するはす歯の大歯車８と、螺旋溝４ｂの外周りに転舵軸４と同軸的に回転自在に配置され、前記大歯車８が外嵌固定される回転筒９と、該回転筒９の両端部をハウジング５内に回転自在に支持する第１及び第２の転がり軸受１０，１１と、螺旋溝４ｂに係合し、回転筒９の回転力を転舵軸４の軸長方向への移動力に変換して転舵軸４に伝える動力変換機構Ａとを備える。

この動力変換機構Ａは、回転筒９の内側に螺旋溝４ｂに対応して設けられる雌ねじ９ａと、該雌ねじ９ａ及び螺旋溝４ｂに係合する複数のボール１２と、回転筒９の雌ねじ９ａに臨む位置で径方向に貫通する二つの循環孔（図示せず）及び該循環孔に連通し、二つの循環孔間で複数のボール１２を循環させるための循環部材（サーキュレータ）１３とを有しており、循環部材１３が回転筒９の外周部に断面略Ω形のホルダ１４により取付けられている。

ハウジング５は、転舵軸４のラック歯４ａ側を支持する第１筒体５１と、該第１筒体５１にボルト等により連結され、回転筒９を収容支持する第２筒体５２と、該第２筒体５２にボルト等により連結され、転舵軸４の螺旋溝４ｂ側を支持する第３筒体５３とを備える。

第２筒体５２の両端部内側には第１及び第２の支持部５２ａ，５２ｂが、また、中央部には環状凸部５２ｃがそれぞれ設けられており、第１及び第２の支持部５２ａ，５２ｂに第１及び第２の転がり軸受１０，１１を介して回転筒９が回転自在に支持されている。また、第２筒体５２の一側部には第２筒体５２の軸芯と交差する方向へ貫通する支持孔５２ｄを有するモータ取着部５２ｅが一体に設けられており、該モータ取着部５２ｅに軸受筒１５を介して電動モータ６が複数のボルトにより取着されている。

軸受筒１５は支持孔５２ｄに内嵌される円筒部１５ａと、該円筒部１５ａから拡径するフランジ部１５ｂとを有しており、円筒部１５ａの内側に、出力軸６ａに連動連結され、傘歯車からなる小歯車７を有する駆動軸１６が二つの転がり軸受１７，１７を介して回転自在に支持されており、フランジ部１５ｂに電動モータ６が取着されている。

回転筒９の内側には螺旋溝４ｂに対応する雌ねじ９ａが設けられており、外周部には第１及び第２の転がり軸受１０，１１と、傘歯車からなる大歯車８と、循環部材１３と、ナット１８とが取付けられている。回転筒９の雌ねじ９ａが設けられている軸長方向一側の外周部には循環部材１３のホルダ１４が載置される平取載置部９ｂと、該平取載置部９ｂにホルダ１４を小ねじ１９により取付けるねじ孔（図示せず）と、二つの前記循環孔と、第１の転がり軸受１０が外嵌される第１の嵌合部９ｃ及び第１の転がり軸受１０の軸長方向他側への移動を規制する鍔部９ｄとが設けられている。

回転筒９の雌ねじ９ａが設けられていない軸長方向他側に、他側の縁から大歯車８、移動規制筒２０及び第２の転がり軸受１１が外嵌される嵌合部９ｅ及び大歯車８の軸長方向への移動を規制する鍔部９ｆが設けられている。嵌合部９ｅは鍔部９ｄの外径より小径に形成されており、嵌合部９ｅの端部にねじ部９ｇが設けられており、該ねじ部９ｇに螺着する固定手段としてのナット１８を緊締することにより第２の転がり軸受１１の内輪と移動規制筒２０とを介して大歯車８を鍔部９ｄに押付けるとともに、第２の転がり軸受１１をナット１８及び大歯車８の間で挾着し、該大歯車８及びアンギュラ形の第２の転がり軸受１１の内輪を固定するように構成されている。

大歯車８は、外周部にはす歯を有する合成樹脂製の環状歯体８１と、該環状歯体８１に内嵌された金属製の環状芯体８２とを備えており、該環状芯体８２の外周部に環状歯体８１との相対回転を禁止する回止凸部８２ａが設けられている。この回止凸部８２ａは環状芯体８２の幅方向中央部に周方向に離隔して設けられている。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置において、回転筒９は、雌ねじ９ａを有する軸長方向一側に循環部材１３が取付けられており、軸長方向他側に、雌ねじ９ａが設けられていない嵌合部９ｅが設けられているため、該嵌合部９ｅを動力変換機構Ａに影響されることなく小径にすることができる。従って、嵌合部９ｅに取付ける大歯車８を小形化することができる。この大歯車８を小形化により、環状芯体８２の内径を小径にでき、回止凸部８２ａを環状芯体８２の幅方向中央部に配置して該回止凸部８２ａと環状歯体８１の歯底との間の距離を確保することができる。この結果、環状歯体８１の径方向寸法を確保することができ、しかも、環状歯体８１成形時の方向性をなくすることができ、成形作業性を向上できる。また、大歯車８及び第２の転がり軸受１１を一つのナット１８により固定するため、回転筒９の全長を短くすることができ、回転筒９の周りを小形化できる。

また、回転筒９の軸長方向一側は大歯車８に影響されることなく大径にすることができる。従って、循環部材１３のホルダ１４を固定する小ねじ１９の位置が雌ねじ９ａの軌道近傍にある場合であっても、小ねじ１９の回転筒９への係り代を十分に確保することができ、小ねじ１９緊締時の軸力を十分にでき、循環部材１３が外れたりするのを防ぐことができる。

また、以上のように構成された電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵力が伝動軸３のピニオン３ａから転舵軸４のラック歯４ａに伝動されるとともに、ステアリングホイールの操舵に伴って生ずる操舵トルクに応じて電動モータ６が駆動制御される。この駆動制御により電動モータ６が発生する出力軸６ａの回転力は小歯車７から大歯車８を経て回転筒９に伝動され、該回転筒９が回転するとともに、回転筒９の回転トルクが雌ねじ９ａ、ボール１２から螺旋溝４ｂに伝動され、その分力により転舵軸４が軸長方向へ移動され、操舵のためにステアリングホイールに加えるべき力が軽減される。

尚、以上説明した実施の形態では、回転筒９の軸長方向一側に循環部材１３を有する動力変換機構Ａを設けたが、その他、図４に示すように回転筒９の軸長方向中央部に動力変換機構Ａを設けた構成としてもよい。図４は要部の他の実施の形態を示す断面図である。図４の電動パワーステアリング装置は、回転筒９の長手方向中央部内側に雌ねじ９ａを有し、回転筒９の軸長方向中央部外側に平取載置部９ｂを有し、該平取載置部９ｂに循環部材１３がホルダ１４及び小ねじにより取付けられており、回転筒９の軸長方向一側に大歯車８及び第１の転がり軸受１０が外嵌保持されており、回転筒９の軸長方向他側に第２の転がり軸受１１が外嵌保持されている構成としたものである。

このように構成することにより、出力軸６ａの回転力を大歯車８から回転筒９の軸長方向一側に加えることができるため、比較的大きな負荷が大歯車８から回転筒９に加わる場合においても前記回転力による回転筒９の撓みを低減でき、回転筒９の振れ回りを低減でき、小歯車７及び大歯車８の噛合部での音鳴りをなくし得る。

尚、以上説明した実施の形態では、出力軸６ａの回転力を軸長方向への移動力に変換する動力変換機構Ａとして、ボールねじ機構を用いたが、その他、螺旋溝４ｂの一部に係合する凸条環部をその内周部に有する内環部材と、該内環部材の外周部を複数のボールを介して回転自在に保持した外環部材とを備えた複数の伝動環が転舵軸４の軸心に対して偏倚して回転筒９に内嵌保持された機構を用いてもよい。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、転舵軸４の軸線と交差する位置に電動モータ６が配置された構成である他、転舵軸４と平行的に電動モータ６が配置された構成であってもよい。この場合、小歯車７及び大歯車８は傘歯車である他、平歯車であってもよい。

また、以上説明した実施の形態では、回転筒を支持する軸受として転がり軸受１０，１１を用いたが、その他、この軸受はすべり軸受であってもよい。また、大歯車８は環状歯体８１及び環状芯体８２を有する構成である他、全体が合成樹脂製又は金属製であってもよい。また、大歯車８を固定する手段としてナット１８を用いたが、その他、大歯車８の嵌合部９ｅに対する回転を阻止する手段と、止め輪等の軸長方向移動を阻止する手段とにより構成してもよい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体の構成を示す模式図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の一部を省略した構成を示す拡大断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の構成を示す拡大断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の他の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

４ 転舵軸
４ｂ 螺旋溝
５ ハウジング（支持部材）
６ 電動モータ
６ａ 出力軸
７ 小歯車
８ 大歯車
８１ 環状歯体
８２ 環状芯体
８２ａ 回止凸部
９ 回転筒
１１ 第２の転がり軸受（軸受）
１２ ボール
１３ 循環部材
１８ ナット（固定手段）
Ａ 動力変換機構

Claims (3)

1. 螺旋溝を有し、舵取操作に応じて軸長方向へ移動する転舵軸と、電動モータの出力軸に連動連結される小歯車と、該小歯車に噛合する大歯車と、前記螺旋溝の外周りに回転自在に配置され、前記大歯車が外嵌固定される回転筒と、該回転筒を支持部材に回転自在に支持する軸受と、前記回転筒の回転力を前記転舵軸の軸長方向への移動力に変換して前記転舵軸に伝える動力変換機構とを備えた電動パワーステアリング装置において、前記回転筒の軸長方向一側には前記動力変換機構が設けられており、前記回転筒の軸長方向他側には、該他側の縁から前記大歯車及び前記軸受が外嵌されており、前記軸長方向他側に、前記軸受を介して前記大歯車を前記軸長方向他側に固定する固定手段を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記動力変換機構は、前記螺旋溝に係合する複数のボールと、前記回転筒の外周部に取付けられ、前記ボールを循環させる循環部材とを有しており、前記固定手段は前記軸長方向他側に螺着されるナットを有しており、該ナット及び前記大歯車の間に前記軸受が挾着されている請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記大歯車は、外周部にはす歯を有する合成樹脂製の環状歯体と、該環状歯体に内嵌された金属製の環状芯体とを備えており、該環状芯体の外周部の幅方向中央部に前記環状歯体との相対回転を禁止する回止凸部を有する請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
   

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