JP2007137251A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コスト且つ効果的に軸受からハウジングへの振動伝達を抑制することのできる電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】 ラック軸の往復動に変換するボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置において、嵌合凹部の軸方向端面に嵌合された軸受を軸方向他側から制振合金製ナットにより締め付けることにより、ハウジングに固定する。そして、制振合金製ナットは、Ｃｕ：１５〜２５％、Ｎｉ，Ｆｅ：各１〜８％、Ｍｎ：残部、を含有する双晶型の制振合金により形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、油圧パワーステアリングのように油圧によって操舵力をアシストするパワーステアリングがある。最近では、電気モータによって操舵力をアシストする電動パワーステアリングがあり、ラック軸と同軸に配設されたモータにより中空シャフトを回転し、該中空シャフトの回転をラック軸の往復動に変換することにより操舵力をアシストするラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置は、中空シャフトをモータにより回転させ、中空シャフトの回転力をボールねじ機構により、ラック軸の軸方向の往復動に変換し、前記往復動は、操舵輪への操舵力として出力される。しかし、縁石等の障害物への衝突時等、操舵輪への外部からの入力があった場合、衝撃荷重が操舵輪からラック軸へ伝えられ、意図しないラック軸の軸方向の往復動が生じる。該ボールねじ機構により中空シャフトの回転力として、前記往復動による衝撃荷重の変換できない力が生じる。この変換できない力を衝撃荷重Ａとする。衝撃荷重Ａは中空シャフトを軸支する軸受に入力されることになる。衝撃荷重Ａによって発生する振動がハウジングに伝わることで、異音が発生する恐れがある。また、ラック軸からピニオン軸、ステアリングシャフト、ステアリングホイールと衝撃荷重を伝え、運転者に不快な感覚を生じさせる。

通常、こうした軸受に作用する衝撃荷重を吸収させる構成としては、軸受と同軸受が固定される支持体との間にゴム等の弾性部材を介在させるのが一般的である。しかしながら、ＥＰＳや工作機械等のようにその高い位置精度が求められる用途においては、ゴム等の弾性部材の変形に伴う変位が大きく生ずるため、このような構成を適用することができない。そこで、従来、こうした用途に適用可能な構成として、軸受に制振カバーを固着するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−３３５２４９号公報 特開２００４−１０８５３９号公報

しかしながら、ラックアシスト型電動パワーステアリング装置においては、中空シャフトを軸支する軸受に作用する衝撃荷重は、ラック軸から中空シャフトの軸方向に入力される。従って、中空シャフトの径方向外側に制振合金を配設することによる効果はあまり期待できない。また、径方向外側にまで制振合金を配設することによりコスト高となる。加えて、その制振カバーの外径寸法を規格寸法に合致させる工程を要することで、その高い製造コストがより一層押し上げられることになる。そして、一言に制振合金といっても、その適用範囲（有効周波数帯域）には、それぞれ特徴があり、どのような制振合金を制振部材に用いるかによってその効果は大きく変化する。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、低コスト且つ効果的に軸受からハウジングへの振動伝達を抑制することで異音の発生防止と運転者に不快感を感じさせないことを可能にする電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトと、前記中空シャフトを回転可能に軸支する軸受と、前記中空シャフトの回転を前記ラック軸の往復動に変換するボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記軸受は、該軸受の軸方向一側をハウジングの内周に嵌合され、該軸受の軸方向他側より環状の制振合金製ナットで前記ハウジングの内周に螺着されることにより、前記ハウジングに固定されることことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項1記載の電動パワーステアリング装置において、前記制振合金製ナットは、Mnをベースとし、基本組成として、原子％で、Cu：２０±５％、Ni：５±３％、Fe：２±１％、を含有することを要旨とする。

上記各構成によれば、操舵輪からの衝撃荷重を制振合金により効率的に吸収することができる。操舵輪からの衝撃荷重による外部入力は、操舵輪からラック軸、中空シャフトと伝わる。中空シャフトとハウジングとの間にある制振合金が、中空シャフトまで伝わった衝撃荷重を、効果的に吸収する。軸受をハウジングに固定する制振合金製ナットが、Mnをベースとして、基本組成として、原子％で、Cu：２０±５％、Ni：５±３％、Fe：２±１％、を含有することで、顕著な効果が得られ、操舵輪からの衝撃荷重を制振合金製ナットにより効率的に吸収することができる。また、組成比率を有する制振合金（Ｍ２０５２）を用いることでも顕著な効果を得ることができる。

そして、制振合金は、軸受に作用する衝撃荷重の入力方向である軸方向にのみに該軸受を締め付けているので、該軸受の径方向外側には配設されないので低コストである。加えて、形状も単純であることから、その外径寸法を軸受の規格寸法に合致させることも容易であり、製造コストの上昇を招くことなく良好な組付け性を確保することができる。制振合金の衝撃吸収メカニズムは、その結晶構造に基づくものである。無負荷時には双晶が消滅し、衝撃荷重が加わったときに双晶が発生し、移動する。双晶が変化する運動エネルギーが熱エネルギーに変換され衝撃荷重を吸収する。

本発明によれば、低コスト且つ効果的に軸受からハウジングへの振動伝達を抑制することが可能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明を同軸ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１は電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の外観図、そして図２はＥＰＳのＡ−Ａ断面図である。

図２に示すように、本実施形態のＥＰＳ１は、ステアリング操作により回転するピニオン軸４と、該ピニオン軸４に噛合されるとともに軸方向に沿って往復動可能に支持されたラック軸５と、該ラック軸５と同軸に配置されたモータ６とを備えている。

図１に示すように、ＥＰＳ１は、略円筒状に形成されたモータハウジング１１と該モータハウジング１１の両端に固定されたサイドハウジング１２，１３とからなるハウジング１４を備えており、ラック軸５は、該ハウジング１４の軸線方向に沿って貫設されている。そして、図２に示すように、ラック軸５は、サイドハウジング１２に設けられたラックガイド１５及びサイドハウジング１３に設けられたすべり軸受（図示せず）に軸支されることによりその軸方向に沿って往復動可能にハウジング１４に支持されている。

サイドハウジング１２内には、ピニオン軸４がラック軸５と交差する状態で回転可能に支持されており、ラック軸５は、ラックガイド１５に押圧されることにより、このピニオン軸４と噛合されている。また、図１に示すように、ピニオン軸４の一端には、トルクセンサ１７のトションバー（図示略）を介してステアリングシャフト１８が連結されており、該ステアリングシャフト１８の先端には、ステアリングホイール１９が固定されている。そして、ステアリング操作に伴ってピニオン軸４が回転し、その回転がラック軸５の往復動に変換されることにより、操舵輪（図示略）の舵角が変更されるようになっている。

図２に示すように、モータ６は、モータコイル２４が巻回されたステータ２５と、中空筒状の中空シャフト２６(モータシャフト)とを備えている。ステータ２５は、モータハウジング１１の内周面に固定されており、中空シャフト２６には、ラック軸５が挿通されている。そして、中空シャフト２６は、その両端近傍が軸受３０，３１に軸支されることにより回転可能にハウジング１４に支持されている。

また、ＥＰＳ１は、ラック軸５の外周に形成されたねじ部３３ａ、中空シャフト２６の内周に形成されたナット部３３ｂ、及びこれらねじ部３３ａ及びナット部３３ｂの間に挿入された複数の鋼球３３ｃにより構成されるボールねじ機構３５を備えている。そして、このボールねじ機構３５により、中空シャフト２６の回転がラック軸５の往復動に変換されることにより、操舵系にアシスト力が付与されるようになっている。

次に、本実施形態のＥＰＳにおける中空シャフトの軸受構造について説明する。
図３は、ＥＰＳ１の軸受近傍における部分断面図である。同図に示すように、本実施形態のＥＰＳ１では、サイドハウジング１２側の軸受３０には、複列アンギュラ形のボールベアリングが採用されており、中空シャフト２６は、この軸受３０により回転可能かつ軸方向に移動不能に軸支されている。

詳述すると、中空シャフト２６の端部外周には、その外径が軸受３０の内輪３０ａの内径と略等しく設定された圧入部４１が凹設されており、該圧入部４１の端部外周には螺子山が螺刻されたねじ部４１ａが形成されている。そして、中空シャフト２６は、その圧入部４１が軸受３０の内輪３０ａに圧入され、そのねじ部４１ａに螺合されたナット４２にて締め付けられることにより内輪３０ａに固定されている。

一方、サイドハウジング１２の内周には、その内径が軸受３０の外輪３０ｂの外径と略等しく設定された環状の嵌合凹部４３が形成されている。そして、嵌合凹部４３の内周には、螺子山が螺刻されたねじ部４３ａが形成されている。軸受３０は、その外輪３０ｂが嵌合凹部４３に嵌合されるとともに、制振合金製ナット４４で前記ハウジングの内周に螺着されることにより、サイドハウジング１２に固定されている。そして、軸受３０は、その外輪３０ｂの軸方向片側が嵌合凹部４３の軸方向端面４５と制振合金製ナット４４との間に挟持されることにより、その軸方向の移動が規制されるようになっている。即ち、本実施形態では、嵌合凹部４３の軸方向端面４５が第１の規制面を構成し、制振合金製ナット４４の締結面４６が第２の規制面を構成する。

（制振構造）
次に、本実施形態の電動パワーステアリング装置の制振構造について説明する。
図３に示すように、本実施形態では、軸受３０（の外輪３０ｂ）を制振合金製ナット４４で締結面４６から締め付けた構造をとる。

詳述すると、本実施形態では、制振合金製ナット４４は、Ｃｕ：１５〜２５％、Ｎｉ，Ｆｅ：各１〜８％、Ｍｎ：残部、を含有する双晶型の制振合金により形成されている。具体的には、制振合金製ナット４４は、Ｃｕ：２０％、Ｎｉ：５％、Ｎｉ，Ｆｅ：２％を含有する制振合金であるＭ２０５２により形成されている。尚、この制振合金についての詳細は、特許公報２８４９６９８を参照されたい。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
操舵輪からの外部入力に伴うラック軸５及び中空シャフト２６の移動により軸受３０に入力される衝撃荷重を、制振合金製ナット４４にて、効果的に吸収することができる。そして、同制振合金製ナット４４は、軸受３０に作用する衝撃荷重の入力方向である軸方向にのみ配設され、同軸受３０（の外輪３０ｂ）の径方向外側には配設されないことから低コストである。更に、形状も単純であることから、その外径寸法を軸受３０の規格寸法に合致させることも容易であり、製造コストの上昇を招くことなく良好な組付け性を確保することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、本発明をモータ６（中空シャフト２６）自体が、ラック軸５と同軸に配置された同軸ラックアシスト型のＥＰＳ１に具体化したが、所謂ラッククロス型等、ハウジング外部に設けられたモータにより、ラック軸の挿通された中空シャフトを駆動する形式のＥＰＳに具体化してもよい。

・本実施形態では、嵌合凹部４３の軸方向端面４５に軸受３０を嵌合させ、制振合金製ナット４４によって締め付ける構成としたが、制振合金製ワッシャを、軸受３０と軸方向端面４５、締結面４６の何れか一方との間に設けることとしてもよいし、片側のみ設けることとしてもよい。

・本実施形態では、軸受３０を中空シャフト２６に固定する構成として、ナット４２とねじ部４１ａを備えたこととしているが、軸受３０をナット４２を用いず中空シャフト２６に直接形成するような固定具で固定してもよい。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の外観図。 ＥＰＳのＡ−Ａ断面図。 本実施形態のＥＰＳにおける軸受近傍の部分断面図。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、５…ラック軸、１１…モータハウジング、１２，１３…サイドハウジング、１４…ハウジング、２６…中空シャフト、３０…軸受、３０ａ…内輪、３０ｂ…外輪、３５…ボールねじ機構、４３…嵌合凹部、４４…制振合金製ナット、４５…軸方向端面、４６…締結面。

Claims (2)

1. ラック軸が挿通されるとともにモータ駆動により回転する中空シャフトと、前記中空シャフトを回転可能に軸支する軸受と、前記中空シャフトの回転を前記ラック軸の往復動に変換するボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記軸受は、該軸受の軸方向一側をハウジングの内周に嵌合され、該軸受の軸方向他側より環状の制振合金製ナットで前記ハウジングの内周に螺着されることにより、前記ハウジングに固定されること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制振合金製ナットは、Mnをベースとし、基本組成として、原子％で、Cu：２０±５％、Ni：５±３％、Fe：２±１％、を含有すること、を特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。