JP2007112411A - ベルト式電動装置およびこれを備えた自動車の電気式動力補助操向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数を減らし，組立工程を単純化することによって，最終的な製作単価を低減することができるベルト式電動装置およびこれを備えた自動車の電気式動力補助操向装置が提供される。
【解決手段】 本発明によるベルト式電動装置は，回転自在な駆動軸４０１と，駆動軸に結合される駆動プーリ４０３と，駆動軸と所定距離離隔して設けられ，回転自在な縦動軸４０２と，縦動軸に結合される縦動プーリ４０４と，駆動軸および縦動軸を連結するベルト３０２と，ベルトに内接するテンショナーＴと，を含み，かかるテンショナーによって，ベルトの張力が調節可能なため，別途の支持構造を必要とせず，部品点数を減らし，組立工程を単純化し，かつ，製作単価を削減することが可能となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は，ベルト式電動装置およびこれを備えた自動車の電気式動力補助操向装置に関し，より詳しくは，駆動軸と縦動（ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｒｉｖｉｎｇ）軸とを連結するベルトの張力を調節するための別途の支持構造を必要としないテンショナー（Ｔｅｎｓｉｏｎｅｒ）をベルトに内接した，ベルト式電動装置およびこれを備えた自動車の電気式動力補助操向装置に関する。

一般に，自動車の動力補助操向裝置としては，流圧ポンプの流圧を利用した流圧式動力補助操向裝置（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が利用されているが，１９９０年代以後，電気モータを利用した電気式動力補助操向裝置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が次第に一般化されてきた。

既存の流圧式動力補助操向裝置は，操向補助動力を供給する動力源である流圧ポンプがエンジンにより駆動されるので，操向（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）ホイールの回転の有無と関係なく常にエネルギーを消耗する。これに比べて，電気式動力補助操向裝置は，操向ホイールの回転により操向トルクが発生すると，モータにより生じた操向トルクに比例する操向補助動力が得られる。従って，電気式動力補助操向裝置を使用する場合には，流圧式動力補助操向裝置を使用する場合に比べてエネルギー効率を向上させることができる。

図１は，従来技術に係る自動車の電気式動力補助操向装置の構成図である。

図１に示すように，一般的に，電気式動力補助操向裝置は，操向ホイール１０１から両側輪１０８まで繋がる操向系統１００，および，操向系統に操向補助動力を供給する補助動力機構１２０を含んで構成される。

操向系統１００は，操向軸１０２を含んで構成される。かかる操向軸１０２の上段には操向ホイール１０１が連結され，操向軸１０２が操向ホイール１０１と共に回転し，操向軸１０２の下段には一対のユニバーサルジョイント１０３が設けられ，操向軸１０２がこのユニバーサルジョイント１０３を媒介にしてピニオン軸１０４に連結される。また，ピニオン軸１０４は，ラック−ピニオン機構部１０５を介して，ラックバー１０９に連結され，ラックバー１０９の両端はタイロッド１０６とナックルアーム１０７を介して車両の両側輪１０８に連結される。

ラック−ピニオン機構部１０５は，ピニオン軸１０４の下段に形成されるピニオンギア１１１と，ラックバー１０９の外周面の一側に形成されているラックギア１１２とが互いに噛み合って形成され，ラック−ピニオン機構部１０５を介してピニオン軸１０４の回転運動がラックバー１０９の直線運動に変えられる。従って，運転者が操向ホイール１０１を操作すれば，ピニオン軸１０４が回転し，ピニオン軸１０４の回転によってラックバー１０９が軸方向に直線運動し，ラックバー１０９の直線運動タイロッド１０６およびナックルアーム１０７を介して輪１０８を操向することになる。

一方，補助動力機構１２０は，運転者が操向ホイール１０１に加える操向トルクを感知して，感知された操向トルクに比例する電気信号を出力するトルクセンサ１２１と，トルクセンサ１２１から伝えられる電気信号に基づいて制御信号を発生する電子制御装置（ＥＣＵ： Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２３と，電子制御装置１２３から伝えられる制御信号に基づいて補助動力を発生させるモータ１３０と，ベルトを媒介にしてモータ１３０から発生した補助動力をラックバー１０９に伝達するベルト式電動装置１４０とを含んで構成される。

従って，電気式動力補助操向裝置は，操向ホイール１０１の回転により発生した操向トルクがラック−ピニオン機構部１０５を経てラックバー１０９に伝えられ，発生した操向トルクによってモータ１３０から発生した補助動力がベルト式電動装置１４０によりラックバー１０９に伝えられるように構成される。即ち，操向系統１００から発生した操向トルクとモータ１３０から発生した補助動力が合わさって，ラックバー１０９が軸方向に動作することとなる。

図２は，従来技術に係る自動車の電気式動力補助操向装置の部分断面図である。

図２に示すように，従来技術に係る電気式動力補助操向裝置は，全体的に自動車の横方向に延び，外周面の一側にラックギアを備えるラックバー１０９と，ラックギアと噛み合うピニオンギアを備えるピニオン軸１０４と，ボール２０１を媒介にしてボールスクリュー２０３と噛み合うボールナット２０５を含むボールスクリュー部２１０と，ボールナット２０５とモータ軸２２１とを連結するベルト式電動装置１４０と，モータ１３０とを含んで構成される。

ピニオン軸１０４は，操向軸を介して操向ホイールに連結され，外周面の一側に一定の長さのスクリューが形成されているラックバー１０９は，ラックハウジング２２３に内蔵される。また，ラックハウジング２２３は，ラックギア側の第１ハウジング２２５とモータ側の第２ハウジング２２７に分けられる。

ベルト式電動装置１４０は，モータ軸２２１およびボールナット２０５を連結するベルトを含んで形成され，操向ホイールに加えられた操向トルクに比例してモータ１３０から発生する補助動力を，ボールナット２０５を介してラックバー１０９に伝達する。

ところが，ベルト式電動装置１４０は，ラックバー１０９の振動と衝撃などがモータ１３０に直接伝えられることを防止する長所がある反面，ベルトやプーリの摩耗などによりベルトの張力が変動してベルトから振動が発生し，その振動が車体に伝達して騷音が起きる問題がある。

このような問題を解決するために，従来においては，図３に示すようにベルトに外接する別途のテンショナーＴを設けてベルトの張力を調節していた。

即ち，従来技術によるテンショナーＴは，モータハウジングから突出形成される支持段部３０１と，支持段部３０１を貫通して形成される第１支持軸３０３と，支持段部３０１から所定距離離隔して形成されるテンショナープーリ３０５と，テンショナープーリ３０５を貫通して形成される第２支持軸３０７と，第１支持軸３０３および第２支持軸３０７を連結するスイングアーム（Ｓｗｉｎｇ Ａｒｍ）３０９と，スイングアーム３０９を一側から押圧するトーションスプーリング３１１とを含んで構成される。

このような構成を有する従来技術によるテンショナーＴは，トーションスプーリング３１１スイングアーム３０９に弾性力を加え，ベルト３０２を外側から内側方向に押してやることによってベルト３０２の張力を調節する。

しかしながら，このような従来技術による場合，テンショナーＴを構成する別途の部品が多数必要となり，それによって組立工程も複雑になり，結果的に製作単価が上がる問題が生じていた。

本発明は，従来の電気式動力補助操向装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，ベルトの張力を調節するための別途の支持構造を要しないテンショナーをベルトに内接して，部品点数を減らし，組立工程を単純化し，かつ，製作単価を削減することが可能な，新規かつ改良されたベルト式電動装置およびこれを備えた自動車の電気式動力補助操向装置を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，回転自在な駆動軸と；上記駆動軸に結合される駆動プーリと；上記駆動軸と所定距離離隔して設けられ，回転自在な縦動軸と；上記縦動軸に結合される縦動プーリと；上記駆動軸と上記縦動軸とを連結するベルトと；上記ベルトに内接するテンショナーと；を含むことを特徴とする，ベルト式電動装置が提供される。

上記駆動プーリの外周面には凹凸が形成され，上記縦動プーリの外周面には上記駆動プーリの上記凹凸と同一な凹凸が形成され，上記ベルトの内周面には上記駆動プーリおよび上記縦動プーリの上記凹凸と各々噛み合う凹凸が形成されるとしても良い。

上記テンショナーの幅は，上記ベルトの自然間隔より広く形成されるとしても良い。

上記テンショナーは，弾性体からなるとしても良く，プラスチックであっても良い。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，自動車の操向ホイールに連結され，一側にピニオンギアが形成されているピニオン軸と；上記自動車の両側輪に連結され，一側には上記ピニオンギアと噛み合うラックギアが形成されており，他側にはボールスクリューが形成されているラックバーと；上記操向ホイールにより発生した操向トルクに比例する操向補助動力を生成するモータと；上記モータのモータ軸に結合されるモータプーリと；ボールを媒介にして上記ラックバーの上記ボールスクリューと噛み合うように形成されるボールナットと；上記ボールナットの外周面に備えられるボールナットプーリと；上記モータプーリと上記ボールナットプーリとを連結するベルトと；上記ベルトに内接するテンショナーと；を含むことを特徴とする，自動車の電気式動力補助操向装置が提供される。

上述したベルト式電動装置における従属項に対応する構成要素やその説明は，当該自動車の電気式動力補助操向装置にも適用可能である。

以上説明したように本発明によれば，部品点数を減らし，組立工程を単純化することによって，最終的な製作単価を低減することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また，本発明の実施形態を説明する際，本発明に関連した公知の構成，もしくは，機能に対する具体的な説明が当業者にとって自明であると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

図４は，本発明の第１実施形態に係るベルト式電動装置を示す斜視図であり，図５は，第１実施形態に係るベルト式電動装置を示す正面図である。

図４および図５各々が示すように，本発明の第１実施形態に係るベルト式電動装置は，回転自在な駆動軸４０１と，駆動軸４０１に結合される駆動プーリ４０３と，駆動軸４０１と所定距離離隔して設けられ，回転自在な縦動軸４０２と，縦動軸４０２に結合される縦動プーリ４０４と，駆動軸４０１および縦動軸４０２を連結するベルト３０２と，ベルト３０２の内側に接するように形成されるテンショナーＴとを含んで構成される。

駆動軸４０１は，直径が一定な円筒形状の回転軸として，入力される回転力を縦動軸４０２に伝達する。駆動軸４０１の入力側４０５には，モータを始めとする各種アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）が連結され，このアクチュエータ等によって駆動軸４０１が回転される。

駆動プーリ４０３は，駆動軸４０１の出力側４０７の外周面を囲むように形成され，ベルト３０２が駆動プーリ４０３の外周面と接触しながら運動することによって駆動軸４０１の回転力を縦動軸４０２に伝達する。駆動プーリ４０３は，駆動軸４０１と一体形成することができ，駆動プーリ４０３の外周面およびベルト３０２の内周面には凹凸が形成され，その凹凸によってベルト３０２を駆動プーリ４０３に密着させることができる。

縦動軸４０２は，駆動軸４０１から受ける回転力を出力する装置であって，駆動軸４０１から所定距離離隔して設けられ，ベルト３０２を介して駆動軸４０１から回転力を受ける。

縦動プーリ４０４は，縦動軸４０２の外周面を囲むように形成され，駆動軸４０１に連結されるベルト３０２が縦動プーリ４０４の外周面と接触しながら運動することによって，縦動軸４０２に回転力を伝達する。縦動プーリ４０４の外周面およびベルト３０２の内周面には凹凸が形成され，その凹凸によってベルト３０２を縦動プーリ４０４に密着させることもできる。

ベルト３０２は，駆動軸４０１と縦動軸４０２とを連結して，駆動軸４０１から発生する回転力を縦動軸４０２に伝達する装置であって，１または２以上で形成することができる。ベルト３０２は，金属やプラスチックなど，多様な材質で作ることができる。また，ベルト３０２の内周面には駆動軸４０１や縦動軸４０２に形成された凹凸と噛み合う凹凸が形成されるとしても良い。

テンショナーＴは，円筒形状からなり，ベルト３０２の内周面に接するように形成される。一方，必要によって，テンショナーＴを中空形状に製作してテンショナーＴの重量を減少させることもできる。また，テンショナーＴを内接する前の状態におけるベルト３０２の内幅（自然間隔）よりテンショナーＴの幅を広くすることにより，テンショナーＴからベルト３０２の内周面に，外側に向かう力を加えるようにして，ベルト３０２の張力を維持することが望ましい。

また，ベルト３０２に内接するように構成されたテンショナーＴは，互いに反対方向に運動するベルト３０２の両側の回転力により，常に一定の位置を維持できる。従って，本発明の実施形態によるテンショナーＴはベルトに外接するように形成された従来のテンショナーとは異なり，別途の支持構造を必要としない。従って，本発明の実施形態によれば，部品を減少，および工程を単純化でき，それを通じて製作単価の低減効果が得られるものである。

また，ベルト３０２の内周面やテンショナーＴの外周面が摩耗する場合，ベルト３０２の張力が弱くなることもある。このような場合に対応するため，テンショナーＴの材質を，プラスチック等の弾性体で形成することができる。即ち，摩耗によりベルト３０２の張力が甘くなっても，弾性体で作られたテンショナーＴの弾性力がベルト３０２を外側に押し出すため，ベルト３０２は張力を維持できる。

図６ａは，本発明の第２実施形態に係る自動車の電気式動力補助操向装置を示す構成図であり，図６ｂは，本発明の第２実施形態に係る自動車の電気式動力補助操向装置を部分拡大図であり，図７は，図６ｂのＡ−Ａ’方向断面図である。

図６ａ，６ｂおよび図７に示すように，本発明の第２実施形態に係る自動車の電気式動力補助操向装置は，自動車の操向ホイール１０１と，操向ホイール１０１に連結され，一側にピニオンギア１１１が形成されているピニオン軸１０４と，自動車の両側輪１０８に連結され，一側にピニオンギア１１１と噛み合うラックギア１１２が形成されているラックバー１０９と，操向ホイール１０１により発生した操向トルクに比例する操向補助動力を起こすモータ１３０と，モータ軸２２１に結合されるモータプーリ６０１と，ボール２０１を媒介にしてラックバー１０９のボールスクリュー２０３と噛み合うように形成されるボールナット２０５と，ボールナット２０５の外周面に備えられるボールナットプーリ６０２と，モータプーリ６０１およびボールナットプーリ６０２を連結するベルト３０２と，ベルト３０２に内接するように形成されるテンショナーＴと，を含んで構成される。

ピニオン軸１０４は，操向軸１０２を介して操向ホイール１０１に連結され，他の一側にピニオンギア１１１が形成されている。

ラックバー１０９は，両端がタイロッド１０６およびナックルアーム１０７を介して輪１０８に連結され，ラックハウジングに内蔵される。また，ピニオンギア１１１と噛み合うラックギア１１２がラックバー１０９の一側に形成されており，ラックバー１０９両端の内側の一定地点には潤滑剤の漏れを防止するため，シール（Ｓｅａｌ）が設けられている。

また，ラックバー１０９は，ベルト３０２を媒介にしてモータ軸２２１から動力を受け，ラックバー１０９の他側の外周面には一定の長さの螺旋状溝であるボールスクリュー２０３が形成されている。

ボールナット２０５は，ボール２０１を媒介にしてボールスクリュー２０３と噛み合い，ラックバー１０９の外周面を囲むように形成される。

ボールナットプーリ６０２は，ボールナット２０５の外周面に形成され，ボールナットプーリ６０２を介してベルト３０２がボールナット２０５に連結される。ボールナットプーリ６０２は，ボールナット２０５と一体形成されても良い。また，ボールナットプーリ６０２の外周面には凹凸が形成されても良い。

モータ１３０は，モータハウジング６１１，モータハウジング６１１の開放端部を塞ぐ蓋６１３，モータハウジング６１１に内蔵される円筒形状の固定子６１５，固定子６１５の内側に形成される回転子６１７および回転子６１７と一体結合されたモータ軸２２１を含んで構成される。

モータ軸２２１は，ラックバー１０９に平行するように配置される。また，モータ軸２２１の右側端６２１はモータハウジング６１１に設けられている第１ベアリング６２３により回転自在に支持され，中間部６２５は蓋６１３に設けられている第２ベアリング６２７により回転自在に支持される。また，蓋６１３は，ボルト６２９を介してモータハウジング６１１に結合される。

モータプーリ６０１は，モータ軸２２１の右側端６２８に形成されており，モータプーリ６０１にベルト３０２が連結されることによってモータ１３０から発生した補助動力をラックバー１０９に伝達する。モータプーリ６０１は，モータ軸２２１と一体形成されても良い。また，モータプーリ６０１の外周面には凹凸が形成されても良い。

ベルト３０２は，モータプーリ６０１およびボールナットプーリ６０２を連結してモータ１３０から発生した補助動力をラックバー１０９に伝達する役割を担う。必要に応じてベルト３０２の内周面にはモータプーリ６０１やボールナットプーリ６０２の外周面に形成されている凹凸と噛み合う凹凸を形成し，ベルト３０２がモータプーリ６０１やボールナットプーリ６０２に密着して駆動されるようにすることができる。

テンショナーＴは，本発明の第１実施形態と同様にベルト３０２の内側で接するように形成されて，ベルト３０２を外側に押圧することによってベルト３０２の張力を維持する。

その他の構成および作用は，本発明の第１実施形態と同一であるので，同一な構成要素に対しては同一な符号が与えられ，その詳細な説明および作用の説明は省略する。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，駆動軸と縦動軸とを連結するベルトの張力を調節するための別途の支持構造を必要としないテンショナーをベルトに内接した，ベルト式電動装置およびこれを備えた自動車の電気式動力補助操向装置に適用可能である。

従来技術に係る自動車の電気式動力補助操向装置の構成図である。 従来技術に係る自動車の電気式動力補助操向装置の部分断面図である。 従来技術に係るテンショナーを示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るベルト式電動装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るベルト式電動装置を示す正面図である。 本発明の第２実施形態に係る自動車の電気式動力補助操向装置を示す構成図である。 本発明の第２実施形態に係る自動車の電気式動力補助操向装置を示す部分拡大図である。 図６ｂのＡ−Ａ´方向の断面図である。

符号の説明

Ｔ テンショナー（Ｔｅｎｓｉｏｎｅｒ）
１３０ モータ
２２１ モータ軸
３０２ ベルト
４０１ 駆動軸
４０２ 縦動軸
４０３ 駆動プーリ
４０４ 縦動プーリ
６０１ モータプーリ
６０２ ボールナットプーリ

Claims (9)

1. 回転自在な駆動軸と；
   前記駆動軸に結合される駆動プーリと；
   前記駆動軸と所定距離離隔して設けられ，回転自在な縦動軸と；
   前記縦動軸に結合される縦動プーリと；
   前記駆動軸と前記縦動軸とを連結するベルトと；
   前記ベルトに内接するテンショナーと；
   を含むことを特徴とする，ベルト式電動装置。
2. 前記駆動プーリの外周面には凹凸が形成され，
   前記縦動プーリの外周面には前記駆動プーリの前記凹凸と同一な凹凸が形成され，
   前記ベルトの内周面には前記駆動プーリおよび前記縦動プーリの前記凹凸と各々噛み合う凹凸が形成されていることを特徴とする，請求項１に記載のベルト式電動装置。
3. 前記テンショナーの幅は，前記ベルトの自然間隔より広く形成されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のベルト式電動装置。
4. 前記テンショナーは，弾性体からなることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のベルト式電動装置。
5. 前記テンショナーは，プラスチックであることを特徴とする，請求項４に記載のベルト式電動装置。
6. 自動車の操向ホイールに連結され，一側にピニオンギアが形成されているピニオン軸と；
   前記自動車の両側輪に連結され，一側には前記ピニオンギアと噛み合うラックギアが形成されており，他側にはボールスクリューが形成されているラックバーと；
   前記操向ホイールにより発生した操向トルクに比例する操向補助動力を生成するモータと；
   前記モータのモータ軸に結合されるモータプーリと；
   ボールを媒介にして前記ラックバーの前記ボールスクリューと噛み合うように形成されるボールナットと；
   前記ボールナットの外周面に備えられるボールナットプーリと；
   前記モータプーリと前記ボールナットプーリとを連結するベルトと；
   前記ベルトに内接するテンショナーと；
   を含むことを特徴とする，自動車の電気式動力補助操向装置。
7. 前記モータプーリの外周面には凹凸が形成され，
   前記ボールナットプーリの外周面には前記モータプーリの前記凹凸と同一な凹凸が形成され，
   前記ベルトの内周面には前記モータプーリおよび前記ボールナットプーリの前記凹凸と各々噛み合う凹凸が形成されていること，
   を特徴とする，請求項６に記載の自動車の電気式動力補助操向装置。
8. 前記テンショナーの幅は，前記テンショナーが前記ベルトに内接する前の状態における前記ベルトの内幅より広く形成されることを特徴とする，請求項６または７のいずれかに記載の自動車の電気式動力補助操向装置。
9. 前記テンショナーは弾性体からなることを特徴とする，請求項６〜８のいずれかに記載の自動車の電気式動力補助操向装置。

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