JP2007196792A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト駆動機構を設けながらも、ステアリング軸換算の慣性を低減できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】駆動部材３９と従動部材３８の双方を、樹脂から形成したので金属製プーリに比べて軽量化を図ることができ、それによりステアリング軸換算の慣性を低減できる。特に、大径の従動部材３８においては、肉抜きとして袋孔３８ｃを設けているので、その重量と慣性とが更に軽減されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ機構を備えた電動式パワーステアリング装置に関する。

操舵トルクに応じて電動モータを駆動し、かかる電動モータの回転力をラック軸に伝達することにより伝えて操舵を補助する電動式パワーステアリング装置が知られている。ここで、電動モータの回転出力をラック軸の推力に変換するため、ボールねじ機構を用いる場合がある（特許文献１参照）。

特公平６−５０４号公報

一般的な電動モータの出力トルクは低いことが多いので、電動モータの回転出力をボールねじ機構のナットに入力する際に、減速機を介して減速することで、高トルクに変換することが行われている。しかるに、ギヤ列を用いたギヤ駆動減速機の場合、バックラッシに起因するギヤの歯打ち音が問題となる。かかる不具合を解消するために、歯付きベルトを用いたベルト駆動減速機を備えた電動式パワーステアリング装置が開発されている。

ところで近年においては、大型の車両に電動式パワーステアリング装置が用いられる機会が増えてきたが、それに伴い、より高い補助操舵力を発生することが求められている。ここで、高出力化に伴い大きな電動モータを用いると、それに対応して減速機も大型化する必要が生じる。しかるに、同じトルクを伝達しようとすると、ギヤ駆動減速機に比べ、ベルト駆動減速機では、べルト幅を相当に広く設計する必要が生じ、つまりプーリ幅が広くなるためステアリング軸換算の慣性がそれにつれて大きくなる傾向がある。慣性が大きくなると、制御性が低下しステアリングのフィーリングが低下するという問題が生じる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ベルト駆動機構を設けながらも、ステアリング軸換算の慣性を低減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。

本発明の電動式パワーステアリング装置は、
電動モータと、
操舵機構に連結されたラック軸と
前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
前記動力伝達機構は、ボールねじ機構とベルト駆動機構とを備え、
前記ボールねじ機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、を備え、
前記ベルト駆動機構は、前記電動モータから動力を伝達される入力プーリと、前記ナットに動力を伝達する出力プーリと、前記入力プーリと前記出力プーリと噛合して動力伝達可能に連結する歯付きベルトと、を備え、
前記入力プーリと前記出力プーリのうち少なくとも一方を、樹脂から形成したことを特徴とする。

本発明によれば、前記入力プーリと前記出力プーリのうち少なくとも一方を、樹脂から形成したので金属製プーリに比べて軽量化を図ることができ、それによりステアリング軸換算の慣性を低減できる。

前記ナットと前記出力プーリとは一体的に形成されていると好ましい。

前記出力プーリは、前記ナットの周囲に配置され、前記出力プーリと前記ナットのうち一方に設けられた凸部又は凹部と、他方に設けられた凹部又は凸部とを係合させることで、前記ナットと前記出力プーリとは一体的に回転可能となっていると好ましい。

前記ナットは、循環路を備えた本体と、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すディフレクタとからなると好ましい。

前記歯付きベルトの張力を調整する手段を有すると好ましい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、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の要部断面図である。図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図１において、電動式パワーステアリング装置１１は、不図示の車体に固定されたハウジング２１を有する。ハウジング２１の図で上部を水平に貫通するようにして、ラック軸２３が軸線方向移動自在に支持されている。図示していないが、ステアリングホイールに連結された入力軸の下方端にはピニオンが形成され、ラック軸２３のラック歯に噛合しており、入力軸の回転によりラック軸２３は図で左右に移動するようになっている。ラック軸２３の両端は、操舵機構のタイロッド（不図示）に連結されている。

電動モータ３５のモータケース３５ｃは、モータフランジ２１Ａに固定されており、モータフランジ２１Ａは、ハウジング２１の図で下部に形成された嵌合孔２１ａにインロー嵌めで取り付けられており、電動モータ３５の出力軸３５ａがラック軸２３と軸線が平行になるよう配置されている。軸受３５ｂによりモータケース３５ｃ内で回転自在に支持された出力軸３５ａは、カップリング３６の左端にスプライン結合にて一体的に回転するように連結されている。軸受３４によりモータフランジ２１Ａに対して回転自在に支持されたカップリング３６の右端と、駆動軸３７の左端とはスプライン結合にて軸線方向相対変位可能且つ回転方向一体的に固定されている。駆動軸３７は、軸受２０，２２によりモータフランジ２１Ａに対して回転自在に支持されており、軸受２０，２２に挟まれた部分に駆動部材３９を固定している。出力プーリを構成する樹脂製の駆動部材３９の外周には、駆動ギヤ部３９ａが形成されている。

ラック軸２３の周囲に、ナット４５が配置され、複列アンギュラ玉軸受２７によりハウジング２１に対して回転自在に支持されている。複列アンギュラ玉軸受２７の内輪は、ナット４５の外周に螺合する内輪抑え５１により予圧を与えられつつ固定され、複列アンギュラ玉軸受２７の外輪は、ハウジング２１の孔内周に螺合する外輪抑え５２により保持されている。なお、複列アンギュラ玉軸受２７の外輪外周とハウジング２１の孔内周との間には、摺動性を有する間座２６が配置されると共に、複列アンギュラ玉軸受２７の外輪の右端とハウジング２１との間には、芯金２８ａと弾性体２８ｂとからなる緩衝体２８が配置され、また複列アンギュラ玉軸受２７の外輪の左端と外輪抑え５２との間には、芯金２８ａと弾性体２８ｂとからなる緩衝体２８が配置されており、ラック軸２３に生じた衝撃力等に応じてナット４５を軸線方向に移動させることで緩衝効果を与えるようになっている。

ねじ軸と一体（別部品を連結してもよい）であるラック軸２３の外周面の一部には、雄ねじ溝２３ｂが形成されている。雄ねじ溝２３ｂの周囲にはナット４５が配置されており、雄ねじ溝２３ｂに対向する本体４５ａの内周面に、雌ねじ溝４５ｆを形成している。雄ねじ溝２３ｂと雌ねじ溝４５ｆとで形成する螺旋状の空間（転走路）内には、多数のボール（転動体）６５が転動自在に配置されている。ラック軸２３とナット４５とボール６５とでボールねじ機構を構成する。ナット４５に隣接して、入力プーリを構成する中空円筒状の従動部材３８がラック軸２３の周囲に配置され、ハウジング２１に対して軸受２４、２５により回転自在に支持されている。

図３は、従動部材３８の斜視図であり、図４は、従動部材３８の軸線方向断面図であり、図５は、従動部材３８を図４の矢印V方向に見た端面図である。図４において、樹脂材から一体成形された従動部材３８は、中央の厚肉部３８ａと、両端側において軸受２４、２５の支持部となる薄肉部３８ｂ、３８ｂとからなる。厚肉部３８ａは、両端から内方に向かって穿設されてなる、いわゆる肉抜きを構成する６個の長穴状の袋孔３８ｃを有しており、また外周に従動ギヤ部３８ｄを形成してなる。図４で右側の薄肉部３８ｂは、図５に示すように、周方向に等間隔に配置され軸線方向に延在する６個の凸部３８ｅを有している。かかる凸部３８ｅを、ナット４５の対向する端部に形成された凹部４５ｇ（図１）に係合させることで、ナット４５と従動部材３８とは一体的に回転するように連結されている。図１において、従動部材３８の従動ギヤ部３８ｄと、駆動部材３９の駆動ギヤ部３９ａとに噛合するようにして、歯付きベルト５５が、従動部材３８と駆動部材３９との間に張設されている。駆動部材３９と従動部材３８と歯付きベルト５５とでベルト駆動機構を構成する。

図２に示すように、モータフランジ２１Ａの軸線Ｏ１と、駆動軸３７（駆動部材３９）の軸線Ｏ２とは、距離Δだけ離れた偏心状態にある。即ち、ハウジング２１に対してモータフランジ２１Ａを回転させると、電動モータ３５と一体で駆動軸３７の軸線Ｏ２が、モータフランジ２１Ａの軸線Ｏ１の周囲を回動するので、それにより駆動部材３９と従動部材３８の軸間距離δが変化し、歯付きベルト５５の張力を調整することができる。モータフランジ２１Ａが、歯付きベルトの張力を調整する手段を構成する。

本実施の形態の動作について説明する。図示していないが、運転者がステアリングホイールを回転させると、その回転力が入力軸へと伝達される。入力軸が回転すると、それにピニオン噛合したラック歯が押され、ラック軸２３が軸線方向に移動し、タイロッドを介して不図示の操舵機構を駆動することで、車輪の操舵が行われるようになっている。

このとき図示しないトルクセンサが操舵トルクを検出し、その量に応じて、不図示のＣＰＵが電動モータ３５に対して電力を供給するので、出力軸３５ａと共に駆動軸３７が回転する。更に駆動軸３７と一体の駆動部材３９が回転するので、歯付きベルト５５を介して、駆動ギヤ部３９ａの歯数と従動ギヤ部３８ｄの歯数とで決定される減速比で減速されつつ、従動部材３８に動力が伝達され、これを回転させることとなる。従動部材３８が回転すると、凸部３８ｅと凹部４５ｇとが係合しているため、ナット４５も回転し、かかる回転運動はボール６５を介してラック軸２３の軸線運動に変換される。転走路の一端まで転動したボール６５は、不図示の循環路を通って他端へと戻されるようになっている。以上によりラック軸２３の軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

本実施の形態によれば、駆動部材３９と従動部材３８の双方を、樹脂から形成したので金属製プーリに比べて軽量化を図ることができ、それによりステアリング軸換算の慣性を低減できる。特に、大径の従動部材３８においては、肉抜きとして袋孔３８ｃを設けているので、その重量と慣性とが更に軽減されている。

尚、電動モータ３５の出力トルクが過大であり、従動部材３８を樹脂とした場合に強度が不足する恐れのある場合は、従動部材３８のみを樹脂としても良く、その場合でもステアリング軸換算の慣性を低減できる。従動部材３８は、駆動部材３９に比べて径が大きいため噛合い歯数が多くなり、１歯にかかる荷重が小さくなるので、樹脂製でも大トルク伝達に耐えうる。また、従動部材３８とナット４５が共に金属製の場合、噛合い部から発生する異音が問題となるが、本実施の形態では従動部材３８が樹脂となっているため、噛合い部で発生する異音を低減する効果を有する。

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１１１の要部断面図である。本実施の形態においては、図１〜５に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態においては、駆動軸１３７が電動モータ３５の出力軸と一体となっており、駆動軸１３７の左端は、モータケース３５ｃに対して軸受３５ｂにより支持され、駆動軸１３７の右端近傍は、モータフランジ２１Ａに対して軸受２０により支持されている。軸受２０の右方に突出して片持ち状となった駆動軸１３７の端部外周には、歯付きベルト５５に噛合する駆動ギヤ部１３７ａが形成されている。本実施の形態では、従動部材３８のみが樹脂製である。

図７は、第３の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置２１１の要部断面図である。図８は、図７の構成をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態においては、図１〜５に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態においても、駆動軸１３７が電動モータ３５の出力軸と一体となっており、駆動軸１３７の左端は、モータケース３５ｃに対して軸受３５ｂにより支持され、駆動軸１３７の右端近傍は、モータフランジ２１Ａに対して軸受２０により支持されている。軸受２０の右方に突出して片持ち状となった駆動軸１３７の端部外周には、歯付きベルト５５に噛合する駆動ギヤ部１３７ａが形成されている。本実施の形態では、従動部材３８のみが樹脂製である。

細長い円筒状のナット２４５は、その両端で、玉軸受２２７Ａと複列アンギュラ玉軸受２２７Ｂにより、ハウジング２１に対して回転自在に支持されている。複列アンギュラ玉軸受２２７Ｂの内輪は、ナット２４５の内周に螺合する内輪抑え２５１により予圧を与えられつつ固定され、複列アンギュラ玉軸受２２７Ｂの外輪は、ハウジング２１の孔内周に螺合する外輪抑え２５２により固定保持されている。

ナット２４５の左半部内周に形成された雌ねじ溝２４５ｆを挟んで両側に、ディフレクタ２４５ｂ（片側のみ図示）が配置されている。ナット２４５は、軸線方向に貫通する循環路２４５ｃを形成しており、また各ディフレクタ２４５ｂは、雌ねじ溝２４５ｆと雄ねじ溝２３ｂとで形成する転送路内を転送してきたボール６５を、転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ循環路２４５ｃに戻すすくい上げ片２４５ｄを形成している。ナット２４５の図で左端には、シール２４５ｈがねじ止めされている。

ナット２４５の左半部外周に形成された縮径部２４５ｊには、樹脂製の従動部材２３８がインジェクション成形などにより一体的に密着形成されている。ナット２４５は、図７に示すように、その外周が、縮径部２４５ｊの両側で拡径しており、且つ図８に示すように、拡径した部位に、軸線方向に延在する４つの溝（凹部）２４５ｋを周方向に等間隔に配置している。従って、従動部材２３８は、縮径部２４５ｊに取り付けられることで、ナット２４５に対して軸線方向の相対移動が抑制されるようになっていると共に、樹脂の一部が溝２４５ｋに侵入してその形に倣って固化する（凸部として係合する）ことで、ナット２４５に対して周方向の相対移動が抑制されるようになっている。

本実施の形態においては、駆動軸１３７により駆動された歯付きベルトを介して、従動部材２３８と共にナット２４５が回転することに応じて、転走路の一端まで転動したボール６５は、ディフレクタ２４５ｂによりすくい上げられ、循環路２４５ｃを介して他端へと戻されるようになっている。これによりラック軸２３の軸線方向力を用いて、補助操舵力を出力できるようになっている。

なお、ナットにコマ循環式等を採用すると、従動部材２３８を形成すべくナット２４５に樹脂をインジェクション成形する際に、ナットとコマの隙間から樹脂が内径側に漏れてしまい、作動不良を招く恐れがある。これに対し本実施の形態においては、ナット２４５は、ディフレクタ２４５ｂによりボール６５を循環させるディフレクタ方式を採用している。なお、ナット２４５に従動部材２３８を接着等する場合には、コマ循環式を採用しても良い。

図９は、第４の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置３１１の要部断面図である。図１０は、図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。本実施の形態においては、図７，８に示す実施の形態に対して異なる点のみを説明し、共通する構成に関しては同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態において、ナット２４５の左半部外周に形成された拡径部２４５ｊ’には、樹脂製の従動部材３３８がインジェクション成形などにより、断面がコ字状となって一体的に密着形成されている。ナット２４５は、図９に示すように、その外周が、拡径部２４５ｊ’の両側で縮径しており、且つ図１０に示すように、縮径した部位の外周に、セレーション溝（周方向に並んだ細い凹部及び凸部）２４５ｋ’を形成している。従って、従動部材３３８は、拡径部２４５ｊ’に取り付けられることで、ナット２４５に対して軸線方向の相対移動が抑制されるようになっていると共に、樹脂の一部がセレーション溝２４５ｋ’に侵入してその形に倣って固化する（凸部及び凹部として係合する）ことで、ナット２４５に対して周方向の相対移動が抑制されるようになっている。

図１１，１２は、本実施の形態の変形例にかかるナット２４５の側面図である。従動部材３３８がナット２４５に対して軸線方向にずれることを防ぐため、図１１に示すように、拡径部２４５ｊ’の外周に螺旋溝（凹部）２４５ｍを形成することができる。インジェクション成形時に、樹脂の一部が螺旋溝２４５ｍに侵入してその形に倣って固化する（凸部として係合する）ことで、ナット２４５に対する従動部材３３８の軸線方向及び周方向の相対移動が、更に効果的に抑制される。勿論、螺旋溝２４５ｍと、溝２４５ｋ及びセレーション溝２４５ｋ’を併用しても良い。

又、図１２に示すように、拡径部２４５ｊ’の外周に巻方向を変えた二重の螺旋溝２４５ｍ、２４５ｎを形成すれば、インジェクション成形時に、樹脂の一部が螺旋溝（凹部）２４５ｍ、２４５ｎに侵入してその形に倣って固化する（凸部として係合する）ことで、ナット２４５に対する従動部材３３８の軸線方向及び周方向の相対移動が、更に効果的に抑制される。勿論、螺旋溝２４５ｍ、２４５ｎと、溝２４５ｋ及びセレーション溝２４５ｋ’を併用しても良い。更に、拡径部２４５ｊ’の外周に、綾目ローレットやディンプル加工等を施しても良い。これは、電動モータ３５の出力が小さい場合に有効である。

以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。

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の要部断面図である。 図１のナットをII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 従動部材３８の斜視図である。 従動部材３８の軸線方向断面図である。 従動部材３８を図４の矢印V方向に見た端面図である。 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１１１の要部断面図である。 第３の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置２１１の要部断面図である。 図７の構成をVIII-VIII線で切断して矢印方向に見た図である。 第４の実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置３１１の要部断面図である。 図９の構成をX-X線で切断して矢印方向に見た図である。 本実施の形態の変形例にかかるナット２４５の側面図である。 本実施の形態の変形例にかかるナット２４５の側面図である。

符号の説明

１１ 電動式パワーステアリング装置
２０ 軸受
２１ ハウジング
２１Ａ モータフランジ
２１ａ 嵌合孔
２３ ラック軸
２３ｂ 雄ねじ溝
２４ 軸受
２６ 間座
２７ 複列アンギュラ玉軸受
２８ 緩衝体
２８ａ 芯金
２８ｂ 弾性体
３４ 軸受
３５ 電動モータ
３５ａ 出力軸
３５ｂ 軸受
３５ｃ モータケース
３６ カップリング
３７ 駆動軸
３８ 従動部材
３８ａ 厚肉部
３８ｂ 薄肉部
３８ｃ 袋孔
３８ｄ 従動ギヤ部
３８ｅ 凸部
３９ 駆動部材
３９ａ 駆動ギヤ部
４５ ナット
４５ａ 本体
４５ｆ 雌ねじ溝
４５ｇ 凹部
５１ 内輪抑え
５２ 外輪抑え
５５ 歯付きベルト
６５ ボール
１１１ 電動式パワーステアリング装置
１３７ 駆動軸
１３７ａ 駆動ギヤ部
２１１ 電動式パワーステアリング装置
２２７Ａ 玉軸受
２２７Ｂ 複列アンギュラ玉軸受
２３８ 従動部材
２４５ ナット
２４５ｂ ディフレクタ
２４５ｃ 循環路
２４５ｄ すくい上げ片
２４５ｆ 雌ねじ溝
２４５ｈ シール
２４５ｊ’ 拡径部
２４５ｊ 縮径部
２４５ｋ’ セレーション溝
２４５ｋ 溝
２４５ｍ、２４５ｎ 螺旋溝
２５１ 内輪抑え
２５２ 外輪抑え
３１１ 電動式パワーステアリング装置
３３８ 従動部材
Ｏ１ 軸線
Ｏ２ 軸線

Claims (5)

1. 電動モータと、
   操舵機構に連結されたラック軸と
   前記電動モータからの動力を前記ラック軸に伝達する動力伝達機構と、を有し、
   前記動力伝達機構は、ボールねじ機構とベルト駆動機構とを備え、
   前記ボールねじ機構は、前記ラック軸に対して連結され又は一体化され且つ雄ねじ溝を備えたねじ軸と、前記ねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転走路内を転動可能な複数の転動体と、を備え、
   前記ベルト駆動機構は、前記電動モータから動力を伝達される入力プーリと、前記ナットに動力を伝達する出力プーリと、前記入力プーリと前記出力プーリと噛合して動力伝達可能に連結する歯付きベルトと、を備え、
   前記入力プーリと前記出力プーリのうち少なくとも一方を、樹脂から形成したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. 前記ナットと前記出力プーリとは一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
3. 前記出力プーリは、前記ナットの周囲に配置され、前記出力プーリと前記ナットのうち一方に設けられた凸部又は凹部と、他方に設けられた凹部又は凸部とを係合させることで、前記ナットと前記出力プーリとは一体的に回転可能となってい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。
4. 前記ナットは、循環路を備えた本体と、前記本体の両端に設けられ前記転走路を転動してきた転動体を、前記転走路の接線方向かつリード角方向へすくい上げ前記循環路へ戻すディフレクタと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電動式パワーステアリング装置。
5. 前記歯付きベルトの張力を調整する手段を有することを特徴とする請求項１〜４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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