JP2006182310A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 玉軸受からの異音の発生を抑制することが可能な電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】 電動式パワーステアリング装置１は、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ８を構成するラックシャフト１２と、ラックシャフト１２の外周を覆うように同軸的に配置された電動モータ１６のロータ１６２と、ラックシャフト１２とロータ１６２との間に介在するように設けられ、ロータ１６２の回転力をラックシャフト１２の軸線１２ａ方向の駆動力に変換するボールねじ機構１８と、電動モータ１６のステータ１６１が取り付けられたハウジング１０とロータ１６２との間に配設され、ロータ１６２をハウジング１０に対して回転可能に支持する玉軸受１６５とを備え、玉軸受１６５の内輪１６６の熱膨張係数は、外輪１６７の熱膨張係数よりも大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動式パワーステアリング装置に関し、特にラック同軸型の電動式パワーステアリング装置に関する。

電動式パワーステアリング装置の一型式として、ステアリングギヤハウジング（以下、単に「ハウジング」という）内にラックシャフトと同軸的に配置された電動モータによりラックシャフトを直接駆動するラック同軸型電動式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）。

特許文献１記載のラック同軸型電動式パワーステアリング装置では、ハウジングに対してラックシャフト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、ラックシャフトの外周を覆うように同軸的に配置された電動モータのロータが、ステータが取り付けられた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、ロータの回転をラックシャフトの軸線方向の動きに変換するボールねじ機構が、ラックシャフトとロータとの間に介在するように設けられている。
特開２００１−９７２３２号公報

上記ラック同軸型電動式パワーステアリング装置では、ステータが取り付けられたハウジングとロータとの間には玉軸受が配設されており、この玉軸受によりロータがハウジングに対して回転可能に支持されている。そのため、ロータを支持する玉軸受にがたつきがあると、悪路走行時などに車輪から入力され、ラックシャフト、ボールねじ機構、ロータを介して玉軸受に伝達される振動により、打音等の異音が発生することがある。特に、玉軸受の暖機時や高温時に異音が発生しやすい。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、玉軸受からの異音の発生を抑制することが可能な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。

本発明者は、上記の問題点につき鋭意検討を重ねた結果、次の知見を得た。電動モータのステータコイルに通電されることにより発生する熱やエンジン等からの輻射熱はハウジングを通して玉軸受の外輪側に伝達され、外輪側から玉軸受が暖機される。温度の上昇に伴ない、玉軸受の内輪径及び外輪径が熱膨張によって増大する。ここで、玉軸受は外輪側から熱を受けるため、外輪温度が内輪温度と比較して高くなる。そのため、外輪径の増大量が内輪径の増大量よりも大きくなり、外輪と内輪とのすきまが増大して玉軸受のがたつきが増大する。その結果、玉軸受の異音が発生しやすくなる。

そこで本発明に係る電動式パワーステアリング装置は、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤを構成するラックシャフトと、ラックシャフトの外周を覆うように同軸的に配置された電動モータのロータと、ラックシャフトとロータとの間に介在するように設けられ、ロータの回転力をラックシャフトの長手方向の駆動力に変換するボールねじ機構と、電動モータのステータが取り付けられたハウジングとロータとの間に配設され、ロータをハウジングに対して回転可能に支持する玉軸受とを備える電動式パワーステアリング装置において、玉軸受を構成する内輪の熱膨張係数が外輪の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。

本発明に係る電動式パワーステアリング装置によれば、内輪の熱膨張係数が外輪の熱膨張係数よりも大きいので、内輪径の増大量はより低温で外輪径の増大量と等しくなる。そのため、ステータコイルで発生する熱やエンジン等からの輻射熱がハウジングを通して玉軸受の外輪側に伝達され、外輪温度が内輪温度よりも高くなった場合であっても、外輪と内輪とのすきまの増大が抑制され、玉軸受のがたつきの増大が抑制される。その結果、玉軸受の異音の発生を抑制することが可能となる。

本発明に係る電動式パワーステアリング装置は、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤを構成するラックシャフトと、ラックシャフトの外周を覆うように同軸的に配置された電動モータのロータと、ラックシャフトとロータとの間に介在するように設けられ、ロータの回転力をラックシャフトの長手方向の駆動力に変換するボールねじ機構と、電動モータのステータが取り付けられたハウジングとロータとの間に配設され、ロータをハウジングに対して回転可能に支持する玉軸受とを備える電動式パワーステアリング装置において、ロータが玉軸受を構成する内輪に圧入されており、ロータの熱膨張係数が内輪の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。

玉軸受のがたつきは、圧入部材であるロータの圧入代の影響を受ける。本発明に係る電動式パワーステアリング装置によれば、ロータの熱膨張係数が内輪の熱膨張係数よりも大きいので、より低い温度でロータの径が増大し、圧入代が増大することにより、玉軸受のがたつきの増大が抑制される。その結果、玉軸受の異音の発生を抑制することが可能となる。

また、本発明に係る電動式パワーステアリング装置では、上記玉軸受が複列式玉軸受であることが好ましい。この場合、軸受の剛性を高めることができ、ロータをより滑らかに回転させることができる。

本発明によれば、玉軸受を構成する内輪の熱膨張係数を外輪の熱膨張係数よりも大きくしたので、内輪と外輪との温度差から生じる玉軸受のがたつきの増大を抑制することができ、その結果、玉軸受からの異音の発生を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

（第１実施形態）
図１及び図２を用いて、実施形態に係る電動式パワーステアリング装置１の構成について説明する。図１は、電動式パワーステアリング装置１の要部断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。

電動式パワーステアリング装置１は、車両のステアリングホイールと車輪との間に設けられたステアリング系の一部を構成するラックアンドピニオン式のステアリングギヤ８を用いたパワーステアリング装置である。

まず、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ８の構成について説明する。図２に示されるように、ラックシャフト１２に形成されたラック歯１２２にはピニオン２２が噛み合うように配置されている。ラックシャフト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は軸受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の軸線周りに回転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ホイールに繋がるシャフトである。

ステアリングホイールの操作によるピニオン２２の回転運動は、ステアリングギヤ８によりラックシャフト１２の軸線１２ａ方向（長手方向）の動きに変換される。ラックシャフト１２の両端はタイロッド等を介して左右の車輪に接続されており、ラックシャフト１２が軸線１２ａ方向に摺動されることにより左右車輪が転舵される。

続いて、ステアリングホイールの操舵力を補助するための補助動力を付与する機構について説明する。図１に示されるように、電動式パワーステアリング装置１は、ハウジング１０内にラックシャフト１２、電動モータ１６、及びボールねじ機構１８を備えている。

ラックシャフト１２は、上述したように左右車輪間に延設されており、その軸線１２ａが車幅方向に沿うように配置されている。ラックシャフト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。

ラックシャフト１２の外周を覆うように同軸的に軸線１２ａに沿って電動モータ１６が配置されている。電動モータ１６は、ステータ１６１、及びロータ１６２を有している。

ステータ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１６２は、ラックシャフト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１６１が配置されている。ステータ１６１は、ハウジング１０に回転不能に取り付けられている。

ロータ１６２は、ハウジング１０に対して２個の玉軸受１６４、１６５で支持されているため、軸方向及び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１６１に発生すると、ロータ１６２が軸線１２ａ周りに回転する。

ボールねじ機構１８は、電動モータ１６とラックシャフト１２との間に介在するように設けられており、ロータ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、ボール１８２、及びボール１８２を循環させるコマ１８４を有している。

ボールねじナット１８１の外周はロータ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、内周に半円状の断面形状を有するボール案内溝１８１ａが設けられている。

ラックシャフト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、ラックシャフト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。ロータ１６２が回転すると、その回転方向に応じてラックシャフト１２が移動する向きを変えて摺動運動を行う。ボール１８２は、ボールねじナット１８１が１回転するごとにコマ１８４により元のボール案内溝１８１ａに循環される。

また、ロータ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を介してラックシャフト１２に摺動運動として伝達されるので、ロータ１６２の回転運動は減速されてラックシャフト１２に伝達される。このようにして、電動モータ１６が駆動されることにより、ステアリングホイールの操舵力を補助するための補助動力がラックシャフト１２に付与される。

次に、ハウジング１０とロータ１６２との間に配設され、ロータ１６２をハウジング１０に対して回転可能に支持する玉軸受１６５の詳細を説明する。玉軸受１６５は、複列式玉軸受であり、環状の内輪１６６、外輪１６７、及び内輪１６６と外輪１６７の二つの軌道輪の間に挿入された複数の玉（転動体）１６８を有して構成されている。内輪１６６にはロータ１６２が圧入されており、ロータ１６２と一体的に回転する。一方、外輪１６７はハウジング１０に組み付けられている。玉１６８は内輪１６６と外輪１６７とにより形成された円軌道に転動可能に保持されており、この転がり運動によってロータ１６２を支持する。

通常、内輪１６６及び外輪１６７には、例えば高炭素クロム鋼などが用いられるが、玉軸受１６５では、内輪１６６の熱膨張係数が外輪１６７の熱膨張係数よりも大きくなるように、内輪１６６の材質及び外輪１６７の材質が設定される。なお、材質の変更に併せて、又は材質の変更に代えて内輪１６６の形状等を変更することにより熱膨張係数を調節してもよい。

一方、玉軸受１６４では、内輪及び外輪に同一の材質が用いられ、内輪の熱膨張係数と外輪の熱膨張係数とは等しい。ただし、内輪の材質などを異ならせることにより、内輪の熱膨張係数を外輪の熱膨張係数よりも大きくしてもよい。

ロータ１６２を支持する複列式の玉軸受１６５にがたつきがあると、悪路走行時などに車輪から入力され、ラックシャフト１２、ボールねじ機構１８、ロータ１６２を介して玉軸受１６５に伝達される振動により、打音等の異音が発生する。ここで、電動式パワーステアリング装置１では、電動モータ１６のステータ１６１に通電されることにより発生する熱やエンジン等からの輻射熱がハウジング１０を通して玉軸受１６５の外輪１６７側に伝達され、外輪１６７側から玉軸受１６５が暖機される。そのため、玉軸受１６５に外輪の熱膨張係数と内輪の熱膨張係数とが等しい従来の玉軸受を用いた場合、外輪１６７と内輪１６６との温度差が大きくなる暖機時や高温時に、外輪１６７の径方向の膨張量が内輪１６６の膨張量より大きくなり、外輪１６７と内輪１６６とのすきまが増大する。その結果、玉軸受１６５のがたつきが増大し、異音が発生しやすくなる。

本実施形態によれば、玉軸受１６５を構成する内輪１６６の熱膨張係数が外輪１６７の熱膨張係数よりも大きいので、外輪温度が内輪温度よりも高くなった場合であっても、外輪径と内輪径の増大量の差が無いか又は小さく、外輪１６７と内輪１６６とのすきまの増大が抑制される。その結果、玉軸受１６５のがたつきの増大が抑制されるので、玉軸受１６５の異音の発生を抑制することが可能となる。

一方、暖機完了後の高温時に高速走行するような状況では、ハウジング１０が走行風により冷却され、ハウジング１０に取り付けられている外輪１６７側から玉軸受１６５が冷却される。そのため、玉軸受１６５に外輪の熱膨張係数と内輪の熱膨張係数とが等しい従来の玉軸受を用いた場合、外輪１６７の径方向の収縮量が内輪１６６の収縮量より大きくなり、外輪１６７と内輪１６６とのすきまが減少する。その結果、玉軸受１６５の摩擦が増大し、操舵感が悪化する。

本実施形態によれば、玉軸受１６５を構成する内輪１６６の熱膨張係数が外輪１６７の熱膨張係数よりも大きいので、外輪温度の低下量が内輪温度の低下量よりも大きくなった場合であっても、外輪径と内輪径の縮小量の差が無いか又は小さく、外輪１６７と内輪１６６とのすきまの減少が抑制される。その結果、玉軸受１６５の摩擦の増大が抑制されるので、操舵感の悪化を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図３を参照しつつ、第２実施形態に係る電動式パワーステアリング装置２の構成について説明する。なお、図３において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

本実施形態が第１実施形態と異なるのは、玉軸受１６５の内輪１６６に圧入されている電動モータ１６のロータ１６２に代えてロータ１６２Ａが用いられている点である。ロータ１６２とロータ１６２Ａとは、形状が同一であるが、材質が異なっている。電動モータ１６Ａのロータ１６２Ａの材質には、玉軸受１６５の内輪１６６よりも熱膨張係数の大きいものが用いられる。

また、本実施形態では、玉軸受１６５に代えて玉軸受１６５Ａが用いられている点で第１実施形態と異なる。玉軸受１６５Ａの構成及び形状は玉軸受１６５と同一であるが、内輪１６６Ａの材質が外輪１６７の材質と同一である点で玉軸受１６５と異なっている。内輪１６６Ａの材質には、外輪１６７と同一の熱膨張係数を有するものが用いられる。ただし、内輪１６６Ａに外輪１６７の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材質を用いてもよい。その他の構成については、上記第１実施形態と同一であるので、ここでは説明を省略する。

玉軸受１６５Ａのがたつきは、圧入部材であるロータ１６２Ａの圧入代の影響を受ける。本実施形態によれば、ロータ１６２Ａの熱膨張係数が内輪１６６Ａの熱膨張係数よりも大きいので、より低い温度でロータ１６２Ａの径が増大し、圧入代が増大することにより、玉軸受１６５Ａのがたつきの増大が抑制される。その結果、玉軸受１６５Ａの異音の発生を抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ボールねじ機構として、ボールねじナット１８１にボール１８２を循環させるコマを設け、ボールねじナット１８１が１回転するごとにボール１８２を元のボール案内溝１８１ａに循環させるコマ式を採用したが、ボールねじ機構はコマ式に限られることなく、チューブを利用してボールをボールねじナットの端から端まで循環させるチューブ式などを用いてもよい。

第１実施形態に係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のＩＩ−ＩＩ断面図である。 第２実施形態に係る電動式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

１，２…電動式パワーステアリング装置、１０…ハウジング、１２…ラックシャフト、１２ａ…軸線、１６，１６Ａ…電動機、１８…ボールねじ機構、１２１…ボール案内溝、１６１…ステータ、１６２，１６２Ａ…ロータ、１６４…玉軸受、１６５，１６５Ａ…玉軸受、１６６，１６６Ａ…内輪、１６７…外輪、１６８…玉、１８１…ボールねじナット、１８１ａ…ボールねじ案内溝、１８２…ボール。

Claims (3)

1. ラックアンドピニオン式のステアリングギヤを構成するラックシャフトと、前記ラックシャフトの外周を覆うように同軸的に配置された電動モータのロータと、前記ラックシャフトと前記ロータとの間に介在するように設けられ、前記ロータの回転力を前記ラックシャフトの長手方向の駆動力に変換するボールねじ機構と、前記電動モータのステータが取り付けられたハウジングと前記ロータとの間に配設され、前記ロータを前記ハウジングに対して回転可能に支持する玉軸受と、を備える電動式パワーステアリング装置において、
   前記玉軸受は、該玉軸受を構成する内輪の熱膨張係数が外輪の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. ラックアンドピニオン式のステアリングギヤを構成するラックシャフトと、前記ラックシャフトの外周を覆うように同軸的に配置された電動モータのロータと、前記ラックシャフトと前記ロータとの間に介在するように設けられ、前記ロータの回転力を前記ラックシャフトの長手方向の駆動力に変換するボールねじ機構と、前記電動モータのステータが取り付けられたハウジングと前記ロータとの間に配設され、前記ロータを前記ハウジングに対して回転可能に支持する玉軸受と、を備える電動式パワーステアリング装置において、
   前記ロータは、前記玉軸受を構成する内輪に圧入されており、前記ロータの熱膨張係数が前記内輪の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
3. 前記玉軸受は、複列式玉軸受であ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。

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