JP2006182349A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでありながら、ボールスクリューナットより軸受の抜け止めを図れる耐衝撃性に優れた電動式パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】例えばステアリングストッパ衝接時など、ラック軸２２に大きな衝撃力が生じ、抑え部材３０の玉軸受２５に対する軸力がゼロとなったときでも、薄板部３０ｂにおけるカシメＣにより抑え部材３０の回動が阻止されるため、抑え部材３０はゆるむことがなく、衝撃力が消失したときには、再び玉軸受２５に対して所定の軸力を付与することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータを用いた車両のパワーステアリング装置に関する。

車両の電動式パワーステアリング装置の一形式として、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラック軸が挿通されたボールスクリューナットを、ラック軸と同軸の電動モータにより回転させ、その回転出力を、ボールねじ機構を介してラック軸の長手方向推力に変換するようにしたものが知られている。
特開昭６３−２０７７７３号公報

かかる電動式パワーステアリング装置においては、ボールスクリューナットをハウジングに対して回転自在に支持するために、軸受が用いられている。かかる軸受は、ボールスクリューナットの両端に配置されているが、更にボールスクリューナットから軸受が抜け出ることを防止するために、抑え部材が設けられている。

抑え部材は、ボールスクリューナットの外周に形成された雄ねじに螺合する雌ねじを有し、ボールスクリューナットに螺合されることによって、軸受の抜け落ちを防止するようになっている。

ところで、例えば一般的な電動式パワーステアリング装置において、ステアリングホイールを回していくと最終的にステアリングストッパの当接が生じ、それ以上の回転が阻止されるようになっているが、運転者が勢い良くステアリングホイールを回したような場合には、ステリングストッパの過大な衝接が生じることがある。かかる場合、ラック軸には、最大で略９８．１ｋＮ（１０トン）近い衝撃力が生じる恐れがある。

このような強い衝撃力が生じると、ボールスクリューナットに対して軸受の抜け落ちを防止する抑え部材の初期軸力を超えることがあるが、これに走行時の振動が加わると、抑え部材がゆるむ恐れがある。

抑え部材のゆるみを防止するために、初期軸力を上げるべく強いトルクで抑え部材をボールスクリューナットに螺合させると、ボールスクリューナット内部に形成されているボール転動路などを変形させてしまい、ボールスクリューナットの機能を損なう恐れがある。

一方、ボールスクリューナットとボールスクリュー軸との間に形成された転動路内のボールのガタを、いかなる態様で調整するかも問題となっている。

このような問題点に鑑み、本発明は、低コストでありながら、ボールスクリューナットより軸受の抜け止めを図れる耐衝撃性に優れた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。

かかる目的を達成すべく、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、
前記ハウジング内を延在し、操舵機構に連結されたボールスクリュー軸と、
回転子を有するモータと、
前記モータの回転子に連結され、前記回転子の回転力を軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー軸に伝達するボールスクリューナットと、
前記ボールスクリューナットを前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、
前記ボールスクリューナットに螺合されることによって、前記ボールスクリューナットに対して前記軸受を抑える抑え部材とを有し、
前記抑え部材は、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結する連結手段を含むものである。

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、前記ハウジング内を延在し、操舵機構に連結されたボールスクリュー軸と、回転子を有するモータと、前記モータの回転子に連結され、前記回転子の回転力を軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー軸に伝達するボールスクリューナットと、前記ボールスクリューナットを前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、前記ボールスクリューナットに螺合されることによって、前記ボールスクリューナットに対して前記軸受を抑える抑え部材とを有し、前記抑え部材は、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結する連結手段を含むので、例えばステアリングストッパ衝接時など、ボールスクリュー軸に大きな衝撃力が生じ、前記抑え部材の軸受に対する軸力がゼロとなったときでも、前記抑え部材の回動が阻止されるため、前記抑え部材はゆるむことがなく、衝撃力が消失したときには、再び軸受に対して所定の軸力を付与することができる。

更に、前記連結手段は、樹脂材の剪断力を用いて、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結すると好ましい。

又、前記連結手段は、摩擦力を用いて、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結すると好ましい。

更に、前記抑え部材は、前記ボールスクリューナットに螺合されることにより、前記ボールスクリューナット内のボールのガタを調整するようになっているので、別個にガタとり手段を設ける必要がなく、低コストな電動式パワーステアリング装置が提供される。

以下、本願発明の第１の実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置を示す概略構成図である。図１において、ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２の上端に連結されている。

ステアリングシャフト２の下端は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５の上端に連結され、さらに、ロアシャフト５の下端は、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７の上端に連結されている。ピニオンシャフト７の下端には、不図示のピニオンが連結されており、かかるピニオンは、ボールスクリュー軸すなわちラック軸２２（図２）のラック歯に噛合している。ラック軸２２が挿通されたラックハウジング８には、ラック軸同軸型５相矩形波駆動式ブラシレスモータ２３が後述する態様で配置されている。

トルクセンサ３は、ピニオンシャフト７の近傍に配設され、ピニオンシャフト７に伝達された操舵トルクを検出するようになっている。トルクセンサ３は、例えば、２分割したピニオンシャフト７の間に介挿したトーションバー（不図示）のネジレ角変位に変換し、このネジレ角変位を、磁気的又は機械的に検出するように構成されており、従って操作者がステアリングホイール１を操舵操作することによって、操舵力の大きさと方向とに応じたアナログ電圧からなるトルク検出信号Ｔｖを、コントローラ１３に出力するようになっている。

すなわち、トルクセンサ３は、例えば、ステアリングホイール１が中立状態にある場合には、所定の中立電圧をトルク検出信号Ｔｖとして出力し、これよりステアリングホイール１を右旋した場合には、そのときの操舵トルクに応じて中立電圧より増加する電圧を、左旋した場合には、そのときの操舵トルクに応じて中立電圧より減少する電圧を出力するようになされている。

モータ２３を駆動制御し、操舵系への操舵補助力の制御を行うため、コントローラ１３が設けられている。コントローラ１３は、車載のバッテリ１６から電源供給されることによって作動するようになされている。バッテリ１６の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１４及びヒューズ１５ａを介してコントローラ１３に接続されると共に、ヒューズ１５ｂを介してコントローラ１３に直接接続されており、このヒューズ１５ｂを介して供給される電源は例えば、メモリバックアップ用に使用される。コントローラ１３は、トルクセンサ３からのトルク検出信号Ｔｖと、例えば、図示しない変速機の出力軸に配設された車速センサ１７からの車速検出信号Ｖｐとに基づきブラシレスモータ２３を駆動制御することができる。

図２は、第１の実施の形態にかかるラック軸同軸型ブラシレスモータ周辺の軸線方向断面図である。ハウジングすなわちラックハウジング８は、ブラケット（不図示）により図示しない車体に固定されている。ラックハウジング８内にラック軸２２が挿通され、ラック軸２２はその両端において、タイロッド９（図１），１０に連結されている。タイロッド９，１０は、図示しない操向機構に連結されている。

ラックハウジング８内には円管状の固定子２３ｂが固定されており、また、固定子２３ｂの一部を巻回する複数のセグメントからなるコイル２３ａが設けられている。固定子２３ｂに挿通するようにして、細長い薄肉円管状の回転子２３ｃが設けられている。回転子２３ｃの外周には、固定子２３ｂに対向するようにして、円筒状の駆動用磁石２３ｄが設けられている。駆動用磁石２３ｄは、円周方向にＮ極とＳ極とを交互に形成するよう磁化されている。回転子２３ｃ内をラック軸２２が延在するようになっている。尚、固定子２３ｂと、コイル２３ａと、回転子２３ｃと、駆動用磁石２３ｄとで、ブラシレスタイプの電動モータ２３を構成している。

回転子２３ｃは、玉軸受２６及び不図示の軸受により、ラックハウジング８に対して回転自在に支持されている。尚、図示していないが、回転子２３ｃの外周には、位相検知用のロータが取り付けられている。このロータは、駆動用磁石２３ｄの極性を検知するため、その極性とある相関関係を有するように設置されている。この極性位相は、位置検知用の磁石に隣接配置されたレゾルバＲ（図６）により検知され、かかる極性位相を示す電気信号が、コントローラ１３へと出力されるようになっている。

コントローラ１３は、回転方向に分割された各コイル２３ａのセグメントに順次電流を供給分配し、その結果、ブラシレスモータ２３は所定の回転出力を発生するように駆動制御される。

回転子２３ｃの左方端は、略円管状のボールスクリューナット２９の右方端に連結されている。ボールスクリューナット２９は、内側に螺旋状の内ねじ溝２９ｂを有し、内ねじ溝２９ｂは、ラック軸２２の左方部に形成された外ねじ溝２２ａに対向して転動路を形成し、該転動路内に複数のボール３０が収容されている。

ボール３０は、ボールスクリューナット２９とラック軸２２が相対回転する際に生じる摩擦力軽減のために用いられる。なお、ボールスクリューナット２９は、循環路２９ｃを有し、ボールスクリューナット２９の回転時に、循環路２９ｃを介してボール３０は循環可能となっている。

ボールスクリューナット２９の左方端は、アンギュラコンタクトタイプの玉軸受２５によりラックハウジング８に対して回転自在に支持されている。

図３は、図２の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図であり、図４は、図２の構成のIV部を拡大して示す図である。図４に示すように、ボールスクリューナット２９の左端外周には、雄ねじ２９ａが形成されている。雄ねじ２９ａに螺合する雌ねじ３１ａを形成した筒状の抑え部材３１は、その右端を軸受２５の内輪に当接させている。

抑え部材３１の末端（図４の左端）には、軸線方向外方に向かって延在する薄筒部３１ｂが形成されている。尚、図３に示すように、抑え部材３１の外周には、周方向に等間隔に４つの切り欠き３１ｃが形成されている。切り欠き３１ｃは、工具（不図示）を係合させて、抑え部材３１を回転させるときに用いる。

次に、図面を参照して本実施の形態の動作を説明する。図１において、車両が直進状態にあり、ステアリングホイール１からラック軸２２へ操舵力が入力されていない場合、トルクセンサ３から出力されるトルク検出信号Ｔｖは、ゼロもしくは低い値であるため、コントローラ１３はブラシレスモータ２３を回転駆動しない。従って、この電動式パワーステアリング装置は補助操舵力を出力しない状態にある。

一方、車両がカーブを曲がろうとする場合には、ステアリングホイール１が操舵されて操舵力がラック軸２２へ伝達されるため、トルクセンサ３からは、操舵トルクに応じたトルク検出信号Ｔｖが出力され、速度センサ１７からの検出信号Ｖｐを考慮して、コントローラ１３は、適切なトルクでブラシレスモータ２３の回転子２３ｃを回転させる。回転子２３ｃが回転するとボールスクリューナット２９も回転し、それによりラック軸２２を左もしくは右方向に移動させて補助操舵力を発生させるようになっている。

ところで、ボールスクリューナット２９から、玉軸受２５の抜け止めを図るため、抑え部材３１がボールスクリューナット２９に螺合されているが、抑え部材３１のゆるみを防止するために、初期軸力を上げるべく強いトルクで抑え部材３１を締め付けると、ボールスクリューナット２９内部に形成されている循環路２９ｃなどを変形させてしまい、ボールスクリューナット２９の機能を損なう恐れがある。

かかる問題に対し、本実施の形態によれば、循環路２９ｃなどを変形させない程度のトルクで、抑え部材３１をボールスクリューナット２９に螺合させ、その後抑え部材３１の薄筒部３１ｂを半径方向にカシメ（Ｃ）て、ボールスクリューナット２９の雄ねじ部２０ａに対して強く押しつけられるよう変形させる。それにより抑え部材３１は、ボールスクリューナット２９に対して相対回動不能に連結され、ラック軸２２から強い力が伝達された場合でもゆるむことはない。本実施の形態においては、カシメＣが阻止手段を構成する。

一方、本実施の形態を用いて、ボールスクリューナット２９内の転送路におけるボール３０のガタ調整も容易に行える。例えば玉軸受２５をボールスクリューナット２９に組み込んだ後、抑え部材３１をボールスクリューナット２９の端部に螺合させ、適切な予圧が付与されるまで、不図示の工具により抑え部材３１を回転させる。

適切な予圧量が付与されたとき、抑え部材３１の薄筒部３１ｂを半径方向にカシメ（Ｃ）る。それにより抑え部材３１は、ボールスクリューナット２９に対して相対回動不能に連結され、もってボールスクリューナット２９内のボール３０のガタを安定して維持できる。

図５は、本実施の形態の変形例を示すボールスクリューナットの端部断面図である。図５においては、抑え部材１３１及びボールスクリューナット１２９を半径方向に貫通する孔１３１ａ、１２９ａが形成されている。抑え部材１３１に薄筒部は形成されていない。その他の点については、上述した実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

本変形例においては、抑え部材１３１を回転させて、適切な予圧を付与した後、孔１３１ａ、１２９ａに溶融した樹脂１３２を充填する。阻止手段である樹脂１３２が固化すれば、抑え部材１３１は、ボールスクリューナット１２９に対して固定されることとなり、その剪断力と摩擦力とにより、ラック軸２２から強い力が伝達された場合でもゆるむことはなく、それによりボールスクリューナット１２９内のボール３０のガタを安定して維持できる。

尚、玉軸受２５の分解を所望する場合は、強い力で抑え部材１３１を回転させると、樹脂１３２が剪断するので、抑え部材１３１及び玉軸受２５をボールスクリューナット１２９より取り外すことができる。再組み付けの際には、孔１２９ａ、１３１ａから樹脂１３２を取り除き、同様な工程で組付けを行えばよい。

図６は、第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置によるラック軸同軸型ブラシレスモータ周辺の軸線方向断面図である。本実施の形態においては、ボールスクリューナット周辺の構成が異なるのみであるので、かかる構成を中心に説明し、第１の実施の形態と同様な構成については同一符号を付して説明を省略する。小径部２０８ａと大径部２０８ｂとからなるラックハウジング２０８は、不図示のブラケットにより、図示しない車体に固定されている。ラックハウジング２０８の大径部２０８ｂ内にラック軸２２が挿通され、ラック軸２２はその両端において、タイロッド９（図１）、１０に連結されている。タイロッド９，１０は、図示しない操舵機構に連結されている。

ラックハウジング２０８内に挿通されたブラシレスモータ１２３の回転子１２３ｃは、軸受２２６により、ラックハウジング２０８に対して回転自在に支持されている。回転子１２３ｃの左方端は、略円管状のボールスクリューナット２２９の右方端に対してスプライン歯同士による係合がなされて、両者は一体的に回転するが、軸線方向には相対移動可能となっている。かかる結合を行う、ボールスクリューナット２２９（又は回転子１２３ｃ）に形成された雌スプライン２２９ｄ、及び回転子１２３ｃ（又はボールスクリューナット２２９）に形成された雄スプライン１２３ｄの歯面の少なくとも一方に、樹脂をコーティングすることにより、ステアリングストッパ衝接時など衝撃力が付与された場合などに、かかる樹脂コーティングが衝撃力を吸収し、それにより打音防止などが図れる。ボールスクリューナット２２９は、内側に螺旋状の内ねじ溝２２９ｂを有し、内ねじ溝２２９ｂは、ラック軸２２の左方部に形成された外ねじ溝２２ａに対向して転動路を形成し、該転動路内に複数のボール３０が収容されている。

ボール３０は、ボールスクリューナット２２９とラック軸２２が相対回転する際に生じる摩擦力軽減のために用いられる。なお、ボールスクリューナット２２９は、その内部に循環路２２９ｃを有し、ボールスクリューナット２２９の回転時に、循環路を介してボール３０は循環可能となっている。

ラックハウジング２０８の小径部２０８ａの内周には、薄い円筒状の滑りブッシュ２３１を介して、ボールスクリューナット２２９を回転自在に支持するアンギュラコンタクトタイプの軸受２５１が配置されている。軸受２５１は、外輪２５１ａと、一対の内輪２５１ｂ、２５１ｃと、両輪間に配置された２列のボール２５１ｄとから構成されている。

軸受２５１の外輪２５１ａの両端に当接するようにして、断面がＬ字状の芯金２５２ａ、２５２ｂが一対配置され、更に左方の芯金２５２ａと、小径部２０８ａに取り付けられた間座２５２ｃとの間には、リング状の弾性部材２３５ａが配置され、一方左方の芯金２５２ｂと、小径部２０８ａに螺合するナット２３３との間には、リング状の弾性部材２３５ｂが配置されている。

軸受２５１の内輪２５１ｂ、２５１ｃは、ボールスクリューナット２２９の左端外周に螺合取り付けされたナット２２７により、ボールスクリューナット２２９に対して取り付けられている。

本実施の形態によれば、循環路２２９ｃなどを変形させない程度のトルクで、ナット２２７をボールスクリューナット２２９に螺合させ、その後ナット２２７から軸線方向に延在する薄筒部２２７ｂを半径方向にカシメて、ボールスクリューナット２２９の外周に対して強く押しつけられるよう変形させている。それによりナット２２７は、ボールスクリューナット２２９に対して相対回動不能に連結され、ラック軸２２から強い力が伝達された場合でもゆるむことはない。

本実施の形態によれば、例えばステアリングストッパ衝接時など、ボールスクリュー軸としてのラック軸２２に大きな衝撃力が生じた場合には、滑りブッシュ２３１に支援されて、軸受２５１と共にボールスクリューナット２２９の軸線方向移動が許容されるが、かかる場合、上述したスプライン歯の樹脂コーティングの効果に加え、弾性部材２３５ａ、２３５ｂが衝撃力を効果的に吸収出来、打音などの発生を抑制できる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、抑え部材のゆるみ止めを達成する阻止手段は、雄ねじと雌ねじとの間に塗布されて、ねじ間の摩擦力を増大させる充填剤であっても良い。

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、前記ハウジング内を延在し、操舵機構に連結されたボールスクリュー軸と、回転子を有するモータと、前記モータの回転子に連結され、前記回転子の回転力を軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー軸に伝達するボールスクリューナットと、前記ボールスクリューナットを前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、前記ボールスクリューナットに螺合されることによって、前記ボールスクリューナットに対して前記軸受を抑える抑え部材とを有し、前記抑え部材は、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結する連結手段を含むので、例えばステアリングストッパ衝接時など、ボールスクリュー軸に大きな衝撃力が生じ、前記抑え部材の軸受に対する軸力がゼロとなったときでも、前記抑え部材の回動が阻止されるため、前記抑え部材はゆるむことがなく、衝撃力が消失したときには、再び軸受に対して所定の軸力を付与することができる。

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を示す概略構成図である。 本実施の形態にかかるラック軸同軸型ブラシレスモータ周辺の軸線方向断面図である。 図２の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 図２の構成のIV部を拡大して示す図である。 本実施の形態の変形例を示すボールスクリューナットの端部断面図である。 第２の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置によるラック軸同軸型ブラシレスモータ周辺の軸線方向断面図である。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ トルクセンサ
４、６ ユニバーサルジョイント
５ ロアシャフト
７ ピニオンシャフト
８ ラックハウジング
９，１０ タイロッド
１３ コントローラ
１４ イグニッションスイッチ
１５ａ、１５ｂ ヒューズ
１６ バッテリ
１７ 車速センサ
２２ ラック軸
２３、１２３ ブラシレスモータ
２５，２６、２５１ 玉軸受
２９、１２９ ボールスクリューナット
３０ ボール
３１、２３１ 抑え部材

Claims (4)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内を延在し、操舵機構に連結されたボールスクリュー軸と、
   回転子を有するモータと、
   前記モータの回転子に連結され、前記回転子の回転力を軸線方向力に変換して前記ボールスクリュー軸に伝達するボールスクリューナットと、
   前記ボールスクリューナットを前記ハウジングに対して回転自在に支持する軸受と、
   前記ボールスクリューナットに螺合されることによって、前記ボールスクリューナットに対して前記軸受を抑える抑え部材とを有し、
   前記抑え部材は、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結する連結手段を含む電動式パワーステアリング装置。
2. 前記連結手段は、樹脂材の剪断力を用いて、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結する請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記連結手段は、摩擦力を用いて、前記抑え部材と前記ボールスクリューナットとを相対回転不能に連結する請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記抑え部材は、前記ボールスクリューナットに螺合されることにより、前記ボールスクリューナット内のボールのガタを調整するようになっている請求項１乃至３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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