JP2008307911A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アシスト力の伝達経路に衝撃力を吸収する緩衝体を備えた電動パワーステアリング装置において、モータロータを回転自在に固定する玉軸受の軸方向のがたつきをなくす。
【解決手段】電動モータ４０のモータロータ４１は、緩衝体６０を介してその突部４１ａをボールねじ装置５０のボールナットロータ５１の突部５４ａに回転力伝達可能に係合されており、これらの各突部４１ａ、５４ａは、円周方向の端縁が軸方向に対して傾斜され、これら各突部４１ａ、５４ａと同様に軸方向に対して傾斜する緩衝体６０の突起部６２は各突部４１ａ、５４ａの間に圧縮されて介装されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

一般に、電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクに応じて出力が制御される電動モータの回転をボールねじ装置によりラック軸の軸方向運動に変換してアシスト力を付与する。このような電動パワーステアリング装置においては、ラック軸がエンド当たりしたときや、車両の走行中に車輪が縁石に衝接したとき等に電動モータからのアシスト力の伝達経路の各部分に衝撃的荷重が加わって破損するという問題があり、このような問題を解決する発明が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、電動モータの円管状の回転子がボールねじ装置のボールスクリューナットに弾性体を介して係合されており、電動モータの回転子は弾性体を介してボールスクリューナットを回転させてラック軸を軸方向に移動させるアシスト力を発生させるようになっている。このような電動パワーステアリング装置では、ラック軸がエンド当たりしたときや車両の走行中に車輪が縁石に衝接したときには、ラック軸からアシスト力の伝達経路に伝わる衝撃的荷重は弾性体により吸収されて緩和されるので、アシスト力の伝達経路の各部分は損傷するおそれが減少する。
特開２００２−３７０９７号公報

上述した特許文献１の電動パワーステアリング装置においては、回転子はボールスクリューナット側となる端部に周方向に等間隔に形成された矩形状の４つの突起を、ボールスクリューナットの回転子側となる端部に周方向に等間隔に形成された回転子の突起の幅より大きい４つ矩形状の切り欠きに係合している。また、回転子とボールスクリューナットとの間に配置された弾性体は、回転子及びボールスクリューナットの内径よりわずかに小さい円筒形状の芯金の外周に、回転子の突起の部分を除いた部分で周方向に不連続に形成された樹脂製の４つのフランジ部と、この４つのフランジ部のうち２つを連結して回転子の突部とボールスクリューナットの切り欠きとの間に配置される２つのコ字状の弾性部とが形成されていてる。回転子とボールスクリューナットとを連結したときには、回転子の突起部は弾性体の弾性部を介してボールスクリューナットの切り欠きと隙間なく係合するようになっている。

このような、電動パワーステアリング装置では、回転子とボールスクリューナットは軸方向に延びる平行な矩形状の突起及びこれに対応する切り欠きにより係合されていて、その間に配置された弾性体の弾性部も同様に軸方向に平行に延びるコ字状をしているので、ラック軸に軸方向に変動する力が加わると回転子をハウジングに回転可能に支持している玉軸受が軸方向にがたついて、電動パワーステアリング装置に異音を生じることがあった。本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、ラックピニオン機構により軸方向に移動可能にハウジングに貫挿されるラックシャフトと、ラックシャフトにアシスト力を付与する電動モータと、電動モータの回転をラックシャフトの軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えた電動パワーステアリング装置であって、電動モータは、ハウジングにころがり軸受を介して回転可能に支持されてラックシャフトが挿通された筒状のモータロータを備え、ボールねじ装置は、モータロータに同軸的に連結係合され、ハウジングにころがり軸受を介して回転可能に取り付けられて、その内周面に形成されたボールナット部がラックシャフトの外周面に形成されたボールねじ部に循環ボールを介して螺合された筒状のボールナットロータを備え、モータロータのボールナットロータと連結される側となる端部には軸方向に延びる突部を円周方向に沿って所定間隔をおいて形成し、ボールナットロータのモータロータと連結される側となる端部には軸方向に延びてモータロータの突部に回転力伝達可能に係合される突部を円周方向に沿って所定間隔をおいて形成し、モータロータの突部とボールナットロータの突部との間にはアシスト力の伝達経路に生じる衝撃力を吸収する緩衝部を有する環状の緩衝体を備えた電動パワーステアリング装置において、モータロータ及びボールナットロータは各突部の円周方向の端縁を軸方向に対して傾斜させ、緩衝体は各突部の円周方向の端縁の間に介装される緩衝部を各突部の円周方向の端縁と同様に軸方向に対して傾斜させ、緩衝部は各突部の間に圧縮して介装させることにより各ころがり軸受に軸方向の予圧を与えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、緩衝体はモータロータをハウジングに支持するころがり軸受と軸方向において同位置に設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、緩衝体はモータロータ及びボールナットロータの各突部の係合する部分の内周面に設けられた環状部と、この環状部から外方に突出する緩衝部とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

前述のように構成した請求項１の発明によれば、電動モータのモータロータとボールねじ装置のボールナットロータとの間には緩衝体が設けられているので、ラックシャフトがエンド当たり等したときにはラックシャフトから電動モータまでのアシスト力の伝達経路に伝わる衝撃的荷重は緩衝体により吸収されて緩和されるので、アシスト力の伝達経路にあるモータロータは損傷するおそれが減少することになる。また、モータロータとボールナットロータは、円周方向の端縁を軸方向に対して傾斜された各突部が緩衝体の緩衝部を介して連結係合されており、緩衝部は各突部の間に圧縮して介装されていて、モータロータ及びボールナットロータをハウジングに固定している各ころがり軸受に軸方向の予圧が付与されるので、ラック軸に軸方向の力が加わってもころがり軸受が軸方向にがたついて異音を発することがなくなる。さらに、モータロータとボールナットロータの各突部の円周方向の端縁が軸方向に対して傾斜されていて、緩衝体の緩衝部も各突部の円周方向の端縁に介装される部分が軸方向に傾斜されているので、これらを係合させる際の組付作業性も向上する。

前述のように構成した請求項２の発明によれば、緩衝体がモータロータをハウジングに取り付けるころがり軸受と軸方向に同位置であるので、緩衝体が破損したときでも外側にあるころがり軸受により受け止められて外側に飛び出すおそれはない。

前述のように構成した請求項３の発明によれば、緩衝体は各突部の間に介装される緩衝部を環状部の外周に設けられているので、緩衝体をモータロータとボールナットロータとの間に組み付ける際の作業が容易になる。また、緩衝体の環状部は各突部の係合する部分の内周面に設けられているので、環状部が破損したときにも環状部が外側に飛び出すことがない。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１および図２において、電動パワーステアリング装置１０は、車両の左右方向に延在して配設されるアルミ合金製のハウジング２０を備え、このハウジング２０にラックシャフト３０、電動モータ４０、ボールねじ装置５０、入力軸１２等が組込まれている。

図２に示すように、ハウジング２０は中空円筒状に形成されたモータハウジング２１と、モータハウジング２１の両端に同軸上に嵌合されたそれぞれ中空円筒状に形成されたラックハウジング２２，２３とからなり、モータハウジング２１とラックハウジング２２，２３はボルト２２ａ、２３ａによって一体的に連結されている。

ハウジング２０にはラックシャフト３０が軸方向摺動自在に貫挿され、ラックシャフト３０の中央より片側に寄った外周の円周方向の一部には、ラック歯３１が形成されている。ラック歯３１は、ステアリングホイール１１から操舵力が伝達される入力軸１２の先端部に設けられたピニオンギヤ１３と噛合し、このピニオンギヤ１３の回転によってラックシャフト３０が軸線方向（図の左右方向）へ移動される。

図２に示すように、ラックシャフト３０の中央部の外周には、螺旋状のねじ山よりなるボールねじ部３２が形成されており、このボールねじ部３２は、後述するボールねじ装置５０の一部を構成する。ラックシャフト３０の両端は、図１に示すように、タイロッドおよびナックルアームを介して操向車輪に連結され、ラックシャフト３０の軸方向移動により操向車輪が左右に操向されるようになっている。

電動モータ４０は、ボールねじ装置５０を介してラックシャフト３０に軸線方向の移動のアシスト力を付与するサーボモータであり、図２に示すように、モータロータ４１とステータ４４とから構成されてラックシャフト３０と同軸的に配置されている。モータロータ４１は中空円筒状に形成されており、その両端はモータハウジング２１の両端部内周に装着された一対の玉軸受（ころがり軸受）４２，４３により回転可能に支持されている。図２において右側の玉軸受４３は、外輪の一端がラックハウジング２３の端部に当接されており、内輪の他端がモータロータ４１に嵌合するカラー４３ａに当接されていて、モータロータ４１の軸方向右向きの移動が制限されている。

モータロータ４１の左端部には、図４に示すように、軸方向に延びる突部４１ａが円周方向に沿って所定間隔をおいて形成されており、この突部４１ａの円周方向の両端縁４１ｂは、軸方向に対して傾斜されている。玉軸受４２は、この突部４１ａの外周においてモータロータ４１に嵌合されている。なお、モータロータ４１の突部４１ａは、後述するボールねじ装置５０のボールナットロータ５１に同軸的に連結係合されて電動モータ４０の回転をボールナットロータ５１に伝達するようになっている。モータロータ４１の中空穴には、隙間をおいてラックシャフト３０が同軸的に軸方向移動可能に貫挿されている。モータロータ４１の外周には、板状の永久磁石４５が円周上に固着され、この永久磁石４５に対向してステータ４４がモータハウジング２１の内周に配設されている。ステータ４４は複数のコイル４４ａを備え、このコイル４４ａに通電して発生する磁束を永久磁石４５に作用させることによりモータロータ４１が回転される。

ボールねじ装置５０は、電動モータ４０の回転をラックシャフト３０の軸方向運動に変換するものであり、図２及び図３に示すように、ラックシャフト３０に形成されたボールねじ部３２と、ボールナットロータ５１と、これらボールねじ部３２とボールナットロータ５１との間に転動可能に介装された多数の循環ボール５５とから主として構成されている。

ボールナットロータ５１は、小径部５２ａと大径部５２ｂとからなる中空円筒状の支持スリーブ５２と、ラックシャフト３０のボールねじ部３２に循環ボール５５を介して螺合するボールナット（ボールナット部）５３と、ボールナット５３を支持スリーブ５２に保持する中空円筒状のボールねじ円筒５４とを一体的に結合したものである。

支持スリーブ５２の大径部５２ｂの内周には、ボールナット５３を挿入して小径部５２ａの端部に当接させ、ボールねじ円筒５４を支持スリーブ５２の大径部５２ｂの内周面に螺合させてボールナット５３を締付固定して全体を一体的に結合する。なお、ボールナットロータ５１は、上記したように、支持スリーブ５２とボールねじ円筒５４とボールナット５３とを組み付けて構成する代わりに、これら全体を一体形成してもよい。

このように構成されるボールナットロータ５１は、図２及び図３に示すように、ラックシャフト３０が同軸的に軸方向移動可能に貫挿されている。ボールナット５３は、ラックシャフト３０のボールねじ部３２に循環ボール５５を介して螺合されている。ボールねじ円筒５４には、図４に示すように、モータロータ４１側となる端部に軸方向に延びる突部５４ａが円周方向に沿って所定間隔をおいて形成されており、この突部５４ａの円周方向の両端縁５４ｂは、軸方向に対して傾斜されていて、前述したモータロータ４１の突部４１ａと回転力伝達可能に係合されるようになっている。

ボールナットロータ５１は、支持スリーブ５２の小径部５２ａの外周面に嵌合されたアンギュラ玉軸受（ころがり軸受）５６を介してラックハウジング２２に支持されており、玉軸受４２は突部５４ａの外周面に対して遊嵌状態となっている。アンギュラ玉軸受５６は、外輪の一端がラックハウジング２２の段部２２ｂに当接され、他端側から環状締付ねじ５６ａにより締付けられてラックハウジング２２に固定されている。アンギュラ玉軸受５６は、支持スリーブ５２に対しては、内輪の一端側が大径部５２ｂの端部に当接されていて、他端側がリングナット５６ａにより押しつけられて固定されている。

図３に示すように、モータロータ４１とボールねじ円筒５４との間には、シリコン樹脂よりなる環状の緩衝体６０が設けられている。緩衝体６０は、図４に示すように、環状部６１と、この環状部６１の外周面に突出して形成された突起部６２とからなる。環状部６１は、モータロータ４１の突部４１ａとボールねじ円筒５４の突部５４ａとの係合する部分の内周面側に配置されている。突起部６２は、環状部６１の外周面から突出して一体的に形成され、上記各突部４１ａ、５４ａと同様に軸方向に対して傾斜されている。緩衝体６０が、モータロータ４１とボールナットロータ５１との間に介装された状態では、突起部６２は、モータロータ４１の突部４１ａとボールねじ円筒５４の突部５４ａとの間に圧縮されて弾性変形されている。なお、突起部６２は、請求の範囲における緩衝部を構成している。

モータロータ４１とボールナットロータ５１とがその間に緩衝体６０を介して各突部４１ａ、５４ａを回転力伝達可能に係合されているとき、モータロータ４１の突部４１ａの軸方向の端縁とボールねじ円筒５４の突部５４ａ間に形成される凹部の軸方向の端縁との間にはわずかな隙間が形成されており、同様に、ボールナットロータ５１の突部５４ａの軸方向の端縁とモータロータ４１の突部４１ａ間に形成される凹部の軸方向の端縁との間にはわずかな隙間が形成されている。ラックシャフト３０がエンド当たりする等して電動モータ４０からのアシスト力の伝達経路に衝撃的荷重が伝達されたときには、モータロータ４１とボールナットロータ５１は、軸方向に相対的に移動することによって、緩衝体６０を弾性変形させて衝撃力を吸収する。

図１に示すように、制御ユニット７０にはステアリングホイール１１のステアリング操作によりステアリングシャフト１４に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ７１と、モータロータ４１の回転角を検出する回転角検出センサ７２とが接続されている。トルクセンサ７１はステアリングシャフト１４を構成するアッパシャフト１４ａとロアシャフト１４ｂとの間に配設され、アッパシャフト１４ａとロアシャフト１４ｂとの相対角変位に基づいて操舵トルクを検出するようになっている。回転角検出センサ７２は、モータハウジング２１の内部に設けられており、モータロータ４１の回転位置に基づいて回転角を検出するものである。制御ユニット７０はトルクセンサ７１と車速等の走行状態に応じて電動モータ４０を制御して、ラックシャフト３０にアシスト力を与える。

次に、上記のように構成された電動パワーステアリング装置１０の作動について説明する。ステアリングホイール１１を操舵すると、回転がステアリングシャフト１４を介して入力軸１２に伝達され、ピニオンギヤ１３とラック歯３１とによるラックピニオン機構でラックシャフト３０が軸方向に移動されて、操向車輪が操向される。このとき、トルクセンサ７１は、ステアリングシャフト１４に与えられた操舵トルクを検出し、図略の車速センサは車速を検出する。これらの各センサにより検出された操舵トルクと車速等に基づいて制御ユニット７０は、電動モータ４０の出力を制御する。電動モータ４０によるモータロータ４１の回転は、連結係合されるボールねじ円筒５４を介して係合されるボールナット５３を回転させてラックシャフト３０の軸方向移動に変換されてアシスト力を与え、運転者によるステアリングホイール１１の操舵力が軽減される。

上記のように構成された電動パワーステアリング装置１０においては、電動モータ４０のモータロータ４１の突部４１ａとボールねじ装置５０のボールナットロータ５１の突部５４ａとの間の回転力の伝達はそれらの間に介装された緩衝体６０の突起部６２を介して行われ、ラックシャフト３０がエンド当たりしたり、車両の走行中に車輪が縁石に衝接したりしてラックシャフト３０に軸方向の力が加わっても、ラックシャフト３０から電動モータ４０までのアシスト力の伝達経路に伝わる衝撃的荷重は緩衝体６０の突起部６２により吸収されて緩和されるので、アシスト力の伝達経路にあるモータロータ４１等は損傷するおそれが減少することになる。また、回転力を伝達するモータロータ４１とボールナットロータ５１のボールねじ円筒５４の各突部４１ａ、５４ａは、円周方向の各端縁４１ｂ、５４ｂが軸方向に対して傾斜されており、各突部４１ａ、５４ａと同様に軸方向に傾斜する突起部６２は各突部４１ａ、５４ａの間に圧縮されて介装されていて、モータロータ４１とボールナットロータ５１をハウジング２０に固定している玉軸受４３及びアンギュラ玉軸受５６に軸方向の予圧が付与されるので、ラックシャフト３０に軸方向の力が加わっても各玉軸受４３、５６が軸方向にがたついて異音を発することがなくなる。さらに、モータロータ４１とボールナットロータ５１におけるボールねじ円筒５４の各突部４１ａ、５４ａの円周方向の端縁が軸方向に対して傾斜されていて、緩衝体６０の突起部６２も各突部４１ａ、５４ａの円周方向の端縁と同様に軸方向に傾斜されているので、緩衝体６０を圧縮させてこれらを係合させる際の組付作業性も向上する。

また、緩衝体６０はモータロータ４１及びボールナットロータ５１をモータハウジング２１に取り付ける玉軸受４２と軸方向に同位置であるので、緩衝体６０の突起部６２が破損したときでも外側にある玉軸受４２により受け止められて外側に飛び出すおそれはない。

さらに、緩衝体６０は各突部４１ａ、５４ａとの間に介装される突起部６２を環状部６１の外周に設けるようにしているので、モータロータ４１とボールナットロータ５１との間に組み付ける際の作業が容易になる。また、緩衝体６０の環状部６１は各突部４１ａ、５４ａの係合する部分の内周面に設けられているので、環状部６１が破損したときにも、環状部６１が外側に飛び出すおそれはない。

本発明に係る電動パワーステアリング装置を車体へ搭載した概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態を示す電動パワーステアリング装置の断面図である。 図２の一部拡大断面図である。 モータロータ、ボールねじ円筒及び緩衝体を分解した斜視図である。

符号の説明

２０…ハウジング、３０…ラックシャフト、３２…ボールねじ部、４０…電動モータ、４１…モータロータ、４１ａ…突部、４２，４３…ころがり軸受（玉軸受）、５０…ボールねじ装置、５１…ボールナットロータ、５３…ころがり軸受（アンギュラ玉軸受）、５４ａ…突部、５５…ボールナット部（ボールナット）、５６…循環ボール、６０…緩衝体、６１…環状部、６２…緩衝部（突起部）。

Claims (3)

1. ハウジングと、
   ラックピニオン機構により軸方向に移動可能に前記ハウジングに貫挿されるラックシャフトと、
   前記ラックシャフトにアシスト力を付与する電動モータと、
   前記電動モータの回転を前記ラックシャフトの軸方向運動に変換するボールねじ装置とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータは、前記ハウジングにころがり軸受を介して回転可能に支持されて前記ラックシャフトが挿通された筒状のモータロータを備え、
   前記ボールねじ装置は、前記モータロータに同軸的に連結係合され、前記ハウジングにころがり軸受を介して回転可能に取り付けられて、その内周面に形成されたボールナット部が前記ラックシャフトの外周面に形成されたボールねじ部に循環ボールを介して螺合された筒状のボールナットロータを備え、
   前記モータロータの前記ボールナットロータと連結される側となる端部には軸方向に延びる突部を円周方向に沿って所定間隔をおいて形成し、
   前記ボールナットロータの前記モータロータと連結される側となる端部には軸方向に延びて前記モータロータの突部に回転力伝達可能に係合される突部を円周方向に沿って所定間隔をおいて形成し、
   前記モータロータの突部と前記ボールナットロータの突部との間には前記アシスト力の伝達経路に生じる衝撃力を吸収する緩衝部を有する環状の緩衝体を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記モータロータ及び前記ボールナットロータは各突部の円周方向の端縁を軸方向に対して傾斜させ、
   前記緩衝体は前記各突部の円周方向の端縁の間に介装される前記緩衝部を前記各突部の円周方向の端縁と同様に軸方向に対して傾斜させ、
   前記緩衝部は前記各突部の間に圧縮して介装させることにより前記各ころがり軸受に軸方向の予圧を与えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、前記緩衝体は前記モータロータを前記ハウジングに支持する前記ころがり軸受と軸方向において同位置に設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記緩衝体は前記モータロータ及び前記ボールナットロータの各突部の係合する部分の内周面に設けられた環状部と、この環状部から外方に突出する前記緩衝部とからなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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