JP2011025756A

JP2011025756A - 電動パワーステアリング装置のボールスクリュー機構

Info

Publication number: JP2011025756A
Application number: JP2009171255A
Authority: JP
Inventors: Saneyoshi Yoshikawa; 真楽吉川; Tetsuo Shimizu; 哲郎清水
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置のラックシャフトに作用するラジアル方向の荷重に対して、ボールスクリュー機構をスムーズに作動させる。
【解決手段】電動パワーステアリング装置１は電動モータ３の回転によりボールスクリュー機構４がラックシャフト２を軸方向にねじ送りする。ボールスクリュー機構４は、ラックシャフト２の外周を覆う円筒形状のボールナット１０を備える。ラックシャフト２の外周とボールナット１０の内周には相対して螺旋溝が形成され。これらの螺旋溝間に数多くのボール１３が挟持される。ボールナット１０の中央部に加圧リング３１を圧入して、螺旋溝とボール１３とのクリアランスを、ボールナット１０の中央部で小さく、ボールナット１０の端に行くほど大きくする。このクリアランスの設定が、撓み変形したラックシャフト２のスムーズなねじ送りを可能にする。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車用の電動パワーステアリング装置においてラックシャフトをねじ送りするボールスクリュー機構に関する。

自動車のドライバが行うハンドル操作をアシストするパワーステアリング装置として、特許文献１は図３に示す電動パワーステアリング装置を提案している。

図３を参照すると、この電動パワーステアリング装置１は、ラックシャフト２と、電動モータ３と、電動モータ３の回転に応じてラックシャフト２を図の左右方向に駆動するボールスクリュー機構４０と、を備える。

ラックシャフト２はケーシング５を貫通する。ラックシャフト２の両端は車両の左右の前輪のナックルアームにタイロッドを介して連結される。また、ラックシャフト２にはラック１４が形成され、車両のステアリングシャフト１５に固定されたピニオン１５Ａがラック１４を介してラックシャフト２に図の左右方向の力を及ぼす。ピニオン１５Ａのトルクはセンサにより検出され、トルクをアシストする方向に電動モータ３の運転が制御される。

電動モータ３の出力軸には駆動プーリ６が固定される。またラックシャフト２の外側に従動プーリ７が設けられる。駆動プーリ６と従動プーリ７にはベルト８が掛け回され、従動プーリ７にベルト８を介して駆動プーリ６の回転トルクが伝達される。なお従動プーリ７の径は駆動プーリ６より大きく設定され、従動プーリ７には電動モータ３の回転が減速して伝達される。

ケーシング５にはベアリング９と１６を介して円筒形状のボールナット１０が回転自由に支持される。従動プーリ７はボールナット１０の端面にボルト１１を介して固定される。以上の構成により、電動モータ３の回転が駆動プーリ６から従動プーリ７へと減速して伝達され、従動プーリ７がボールナット１０とともに回転する。

ラックシャフト２の外周と、ボールナット１０の内周にはそれぞれ螺旋溝が相対して形成される。これらの螺旋溝間には数多くのボール１３が挟持される。

ボールスクリュー機構４０は、ラックシャフト２に形成された螺旋溝と従動プーリ７に固定された形成された螺旋溝と、これらの螺旋溝間に挟持された数多くのボール１３とで構成される。

特開２００６−２７５７７号公報

従来技術のボールスクリュー機構４０の構造は模式的に図４（ｂ）に示される。ラックシャフト２にラジアル方向の荷重が作用すると、ラックシャフト２は図４（ａ）に示すように撓み変形し、ボールナット１０の両端に位置するボール１３に荷重が集中する。これらのボール１３はラックシャフト２とボールナット１０から加えられる大きな圧縮荷重のために転動が困難になる。特定のボール１３へのこうした荷重集中はボールスクリュー機構４０による円滑なねじ送り動作にとって好ましくない。

この発明はラックシャフトへのラジアル荷重の作用によるボールスクリュー機構の特定のボールへの荷重集中を防止して、ボールスクリュー機構をスムーズに作動させることを目的とする。

以上の目的を達成するために、この発明は、電動パワースフアリング装置のラックシャフトの外周に形成された螺旋溝と、ラックシャフトの外周を覆う円筒形状のボールナットと、ボールナットの内周に前記螺旋溝に相対して形成された螺旋溝と、ラックシャフトの螺旋溝とボールナットの螺旋溝の間に挟持された数多くのボールとを備え、電動モータからの回転入力を用いてラックシャフトをねじ送りする電動パワースフアリング装置のボールスクリュー機構において、ボールナットの略中央部の外周に圧入された、ボールナットより軸方向の寸法の短い加圧部材をさらに備えている。

加圧部材をボールナットの略中央部の外周に圧入することで、加圧部材の内側においてボールナットが収縮するので、ボールナットの内側に位置するボールと螺旋溝とのクリアランスが、加圧部材の内側では加圧部材の外側より小さくなる。

この状態での加圧部材の内側のボールと螺旋溝とのクリアランスが従来技術のボールスクリュー機構と同等のクリアランスになるようにボールナットとラックシャフトの径を設定することで、加圧部材の外側に位置するボールナット両端のボールと螺旋溝とのクリアランスが前記従来技術ボールスクリュー機構のクリアランスより大きくなる。

その結果、ラジアル荷重によりラックシャフトが撓み変形する際にボールナットが許容する撓み量が増加するとともに、同一の撓み量に対してボールナット両端のボールへの荷重が集中しにくくなる。したがって、ラジアル荷重の負荷のもとでのラックシャフトのスムーズなねじ送りが可能になり、電動パワーステアリング装置の動作の一層の円滑化が可能になる。

この発明の実施形態によるボールスクリュー機構の要部縦断面図である。この発明の他の実施形態によるボールスクリュー機構の要部縦断面図である。従来技術による電動パワーステアリング装置の縦断面図である。ラジアル荷重の影響を説明する従来技術によるボールスクリュー機構の概略縦断面図である。

図１を参照すると、この実施形態による電動パワーステアリング装置のボールスクリュー機構４は前記従来技術と同様に、ラックシャフト２の外周とボールナット１０の内周に相対して形成された螺旋溝と、これらの螺旋溝間に挟持された数多くのボール１３とを備える。

ボールスクリュー機構４はさらに加圧部材としてボールナット１０の略中央部の外周に圧入された円筒形状の加圧リング３１を備える。

ここで、加圧リング３１に加圧されない状態での螺旋溝とボール１３との初期クリアランスは、従来のボールスクリュー機構４０より予め大きく設定される。

加圧リング３１は、ボールナット１０をラックシャフト２の外周に装着した後、ボールナット１０の略中央部の外周に圧入される。

その結果、加圧リング３１による締め付け力を受けるボールナット１０の略中央部が収縮し、内径がボールナット１０の加圧リング３１の外側の部分に比べて小さくなる。つまり、ボールナット１０の変形により、加圧リング３１の内側では螺旋溝とボール１３のクリアランスが小さくなり、加圧リング３１から軸方向に離れるにつれて、螺旋溝とボール１３のクリアランスは増大する。

好ましくは、加圧リング３１に加圧されたボールナット１０の略中央部の螺旋溝とボール１３のクリアランスが、前記従来技術における螺旋溝とボール１３のクリアランスに等しくなるように、あらかじめ螺旋溝とボール１３の初期クリアランスを設定する。
また、加圧リング３１の圧入の結果、最も外側の螺旋溝とボール１３のクリアランスが、依然としてボール１３の螺旋溝からの飛び出しを阻止できる程度に初期クリアランスと加圧リング３１の内径とをあらかじめ設定する。

このように構成されたボールスクリュー機構４は、電動パワーステアリング装置に対して次の作用を及ぼす。

すなわち、ラックシャフト２にラジアル荷重が作用して、ラックシャフト２が撓み変形すると、一般にはボールナット１０の両端に位置する螺旋溝のボール１３に圧縮荷重が集中的に作用する。

この実施例によるボールスクリュー機構４においては、しかしながら、加圧リング３１の作用により、ボールナット１０の両端に位置する螺旋溝とボール１３のクリアランスが、加圧リング３１に圧縮力を受けたボールナット１０の中央部の内側の螺旋溝とボール１３のクリアランスより大きく維持されている。

このクリアランスの範囲で、ラックシャフト２が撓み変形する限り、相対する螺旋溝がボール１３に圧縮荷重を及ぼさない。さらに、クリアランスを超えてラックシャフト２が撓み変形しようとする場合でも、相対する螺旋溝がボール１３に及ぼす圧縮荷重は、前記従来技術のボールスクリュー機構４０と比べて小さく抑えられる。

したがって、ボールスクリュー機構４を用いた電動パワーステアリング装置によれば、前記従来技術の電動パワーステアリング装置と比べて、ラジアル荷重の作用下におけるラックシャフトのねじ送りをよりスムーズに行うことができる。

そのため、この発明により電動パワーステアリング装置の動作の一層の円滑化が可能になる。

なお、ボールナット１０は加圧リング３１を外周に圧入するため、デフレクタ式かエンドキャップ式が適している。

図２を参照してこの発明の他の実施形態を説明する。

この実施形態では、加圧部材として加圧リング３１の代わりにベアリング３２をボールナット１０の外周に圧入する。

ボールナット１０の一端にはフランジ１０Ａが形成される。フランジ１０Ａは従動プーリ７にボルト１１で固定される。

ボールナット１０の外周には２か所に段差１０Ｂと１０Ｃが形成される。ベアリング３２は段差１０Ｂと１０Ｃの間においてボールナット１０の外周に圧入される。

フランジ１０Ａと反対側に位置するボールナット１０の外周の端部にはナット３３が段差１０Ｃに向けて締め付けられる。段差１０Ｂとナット３３によりベアリング３２の軸方向の変位が規制される。

ベアリング３２の外輪はケース５に支持され、ケース５に対して軸方向、ラジアル方向、及び回転方向の変位を規制される。

従動プーリ７が回転するとボールナット１０が従動プーリ７と一体回転する。この時、ケース５に支持されたベアリング３２はボールナット１０を回転自由に支持する一方、ボールナット１０の軸方向の変位を阻止する。その結果、ボールナット１０はその場で回転し、ボールナット１０の内周にボール１３を介して螺合するラックシャフト２を軸方向に変位させる。

この時、ベアリング３２の内輪はボールナット１０を内向きに締め付けている。結果として、ボールナット１０の両端に位置する螺旋溝とボール１３のクリアランスが、ボールナット１０の中央部の内側の螺旋溝とボール１３のクリアランスより大きく維持される。

したがって、この実施形態においても、ラジアル荷重の作用下におけるラックシャフト２のねじ送りに関して、加圧部材に加圧リング３１を用いる場合と同様の好ましい効果を得ることができる。

なお、ボールナット１０の外周に段差１０Ｂと１０Ｃを設けることは、ベアリング３２の軸方向の位置決めを容易にする。第１の実施例においても、ボールナット１０の外周に段差１０Ｂと１０Ｃを設けることで、加圧リングの３１の軸方向の位置決めが容易になる。

第１の実施形態においても、ボールナット１０の一端に従動プーリ７を固定するためのフランジ部１０Ａを形成することができる。

以上のように、この発明を特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

この発明によるボールスクリュー機構は、自動車の電動パワーステアリング装置への適用に適している。

２ラックシャフト
４ボールスクリュー機構
１０ホルダ
１３ボール
３１加圧リング
３２ベアリング

Claims

電動パワースフアリング装置のラックシャフトの外周に形成された螺旋溝と、前記ラックシャフトの外周を覆う円筒形状のボールナットと、前記ボールナットの内周に前記螺旋溝に相対して形成された螺旋溝と、前記ラックシャフトの螺旋溝と前記ボールナットの螺旋溝の間に挟持された数多くのボールと、を備え、電動モータからの回転入力を用いて前記ラックシャフトをねじ送りする電動パワースフアリング装置のボールスクリュー機構において、
前記ボールナットの略中央部の外周に圧入された、前記ボールナットより軸方向の寸法の短い加圧部材をさらに備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置のボールスクリュー機構。
前記加圧部材の内側における前記ボールと前記ラックシャフトの螺旋溝及び前記ボールナットの螺旋溝との隙間の合計が、前記加圧部材の外側における前記ボールと前記ラックシャフトの螺旋溝及び前記ボールナットの螺旋溝との隙間の合計より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電動パワースフアリング装置のボールスクリュー機構。
前記加圧部材は円筒形状の加圧リングであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワースフアリング装置のボールスクリュー機構。
前記加圧部材はベアリングであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワースフアリング装置のボールスクリュー機構。