JP2011042268A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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、ラックシャフトをねじ送りする螺合部への荷重集中を防止する。
【解決手段】電動パワーステアリング装置１は軸方向に変位可能に支持されたラックシャフト２と、ねじ送りによりラックシャフト２を軸方向に駆動するスクリュー機構４と、スクリュー機構４を回転駆動する電動モータ３とを備える。スクリュー機構４は、ラックシャフト２の外周を間隔をあけて覆う、一端をラックシャフト２に固定し、一端を開放したカラー１２と、カラー１２の外周に螺合し、電動モータ３によって回転駆動されるホルダ１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用の電動パワーステアリング装置の駆動メカニズムに関する。

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は電動モータの駆動力を用いた電動パワーステアリング装置を提案している。

この装置は、ケーシング内に軸方向に変位可能に支持されたラックシャフトと、ラックシャフトをねじ送りするスクリュー機構と、スクリュー機構に駆動プーリ及び従動プーリを介して回転トルクを入力する電動モータとを備えている。

スクリュー機構は、ラックシャフトの外周とラックシャフトを覆う円筒形状のホルダの内周とに相対して形成された螺旋溝と、螺旋溝間に挟持された数多くのボールとで構成される。

ラックシャフトの両端は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。

ラックシャフトにはラックが形成され、ドライバのハンドル操作はラックシャフトに噛み合うピニオンを介して入力される。ピニオンの入力トルクはトルクセンサで検出され、入力トルクに応じて電動モータの運転を制御することで、ハンドル操作に応じたアシスト力のもとで左右の前輪の向きを変化させる。

特開２００６−２７５７７号公報

この電動パワーステアリング装置において、ラックシャフトにラジアル方向の荷重が作用してラックシャフトが撓み変形すると、スクリュー機構の一部のボールに荷重が集中する。集中荷重を受けたボールは転動が困難になるため、こうした荷重集中はスクリュー機構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 ラックシャフトに作用するラジアル方向の荷重によるスクリュー機構への荷重集中を防止す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、軸方向に変位可能に支持されたラックシャフトと、ねじ送りによりラックシャフトを軸方向に駆動するスクリュー機構と、スクリュー機構に回転トルクを入力する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置において、スクリュー機構は、ラックシャフトの外周を間隔をあけて覆う、一端をラックシャフトに固定し、一端を開放したカラーと、カラーの外周に螺合し、電動モータに回転駆動されるホルダと、を備えている。

一端をラックシャフトに固定し、一端を開放したカラーは、ラックシャフトと一体に軸方向に変位する一方、ラックシャフトの外周を間隔をあけて覆うことで、ラックシャフトの一定範囲の撓み変形を許容する。電動モータに回転駆動されるホルダはカラーの外周に螺合しているので、ホルダはカラーを介してラックシャフトをねじ送りする。スクリュー機構には、ラックシャフトに作用するラジアル荷重が及ばず、ラックシャフトにラジアル荷重が作用している状態でも、スクリュー機構はラックシャフトをスムーズにねじ送りする。その結果、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。

この発明の第１の実施形態による電動パワーステアリング装置の要部縦断面図である。 ラジアル荷重の影響を説明する従来技術によるスクリュー機構の概略縦断面図である。 ラジアル荷重の影響を説明するこの発明によるスクリュー機構の概略縦断面図である。 この発明の第２の実施形態による電動パワーステアリング装置の要部縦断面図である。 この発明の第２の実施形態による別の電動パワーステアリング装置の要部縦断面図である。 この発明の第１の実施形態による電動パワーステアリング装置のカラーとラックシャフトの縦断面図である。 図６のＡ−Ａ矢示図である。 この発明の第１の実施形態による電動パワーステアリング装置のカラーとラックシャフトの分解斜視図である。

図１を参照すると、この発明の一実施形態による車両用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スクリュー機構４と、スクリュー機構４を収装するケーシング５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にはラックが形成され、車両のステアリングシャフトに固定された図示されないピニオンがラック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。またケーシング５に従動プーリ７が支持される。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を介して円筒形状のホルダ１０が回転自由に支持される。従動プーリ７はホルダ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がホルダ１０とともに回転する。

ラックシャフト２にはホルダ１０を貫通するカラー１２の一端１２Ａが固定される。カラー１２のもう一端１２Ｂはケーシング５の内側に開口する。

図６〜図８を参照して、カラー１２の一端１２Ａのラックシャフト２への固定構造を説明する。

ラックシャフト２は円柱状に形成される。ラックシャフト２の外周には六角形断面の異径部２Ａが形成される。

カラー１２はラックシャフト２の径より大きな内径を有する円筒状に形成される。ラックシャフト２はカラー１２のもう一端１２Ｂを所定の隙間をあけて貫通する。

カラー１２の一端１２Ａの内周には小径部１２Ｃと、ラックシャフト２の異径部２Ａを受け入れるための同じ六角形断面の異径部１２Ｄと、雌ねじ部１２Ｅとが形成される。

小径部１２Ｃの内径はラックシャフト２を貫通させる一方、ラックシャフト２の異径部２Ａと干渉する寸法に設定される。

雌ねじ部１２Ｅの内径はラックシャフト１２の異径部２Ａが通過可能な寸法に設定される。カラー１２は雌ねじ部１２Ｅに螺合する雄ねじ１２Ｆをさらに備える。雄ねじ１２Ｆにはラックシャフト１２を貫通させる貫通孔１２Ｇが形成される。

ラックシャフト２へのカラー１２の固定は次のように行われる。

すなわち、ラックシャフト２をカラー１２の一端１２Ａからカラー１２に挿入し、異径部２Ａが異径部１２Ｄの内側に嵌合するまで挿入端をカラー１２のもう一端１２Ｂから外側へ突出させる。

次にラックシャフト２の挿入端と反対側の端部が雄ねじ１２Ｆの貫通孔１２Ｇに貫通するようにして、雄ねじ１２Ｆを雌ねじ部１２Ｅに締め付ける。

この状態で、ラックシャフト２の異径部２Ａはカラー１２の異径部１２Ｄと雄ねじ１２Ｆにより軸方向に挟持され、カラー１２は軸方向に関してラックシャフト２との相対変位を阻止される。また、異径部２Ａが異径部１２Ｄの内側に嵌合することでカラー１２は回転方向に関してもラックシャフト２との相対変位を阻止される。

カラー１２の一端１２Ａは以上の構造によりラックシャフト２に固定される。

ただし、カラー１２の一端１２Ａのラックシャフト２への固定構造は以上説明した固定構造に限定されない。カラー１２の一端１２Ａとラックシャフト２との軸方向及び回転方向の相対変位を阻止できるあらゆる構造を適用可能である。

再び図１を参照すると、カラー１２の外周と、ホルダ１０の内周にはそれぞれ螺旋溝が相対して形成される。相対するこれらの螺旋溝間に数多くのボール１３が挟持される。

スクリュー機構４は、ラックシャフト２に固定されたカラー１２と従動プーリ７に固定されたホルダ１０と、両者に形成された螺旋溝間に挟持されたボール１３とで構成される。

次に作用を説明する。

電動モータ３の出力回転は、駆動プーリ６から従動プーリ７に減速して伝達され、従動プーリ７と一体にホルダ１０を回転させる。一方、両端をタイロッドを介してナックルアームに結合するラックシャフト２は回転を規制されている。ホルダ１０は回転自由に支持される一方、ホルダ１０の軸方向すなわち図の左右方向の変位は規制されている。したがって、ホルダ１０は螺旋溝内でボール１３を転動させつつカラー１２の外周に沿って回転し、螺旋溝内で転動するボール１３がカラー１２をラックシャフト２とともに軸方向にねじ送りする。

これにより、ピニオンを介してラックシャフト２に入力するドライバのステアリング操作力の向きと大きさに応じたアシスト力がラックシャフト２に入力される。

この電動パワーステアリング装置１において、ラックシャフト２は両端を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している。そのために、ラックシャフト２には車両の走行中に左右の前輪から曲げ荷重が作用する。

図２を参照すると、前記従来技術のスクリュー機構は図２（ｂ）に示すようにラックシャフト２の外周に直接螺旋溝を形成し、ホルダ１０がボール１３を介してラックシャフト２を直接ねじ送りする構造となっていた。図２（ａ）に示すように、例えばラックシャフト２の一端に上向きのラジアル荷重が作用すると、この荷重が矢印に示すように特定のボール１３に集中し、ボール１３の転動を困難にする。その結果、ホルダ１０によるラックシャフト２のねじ送りがスムーズに行われない場合があった。

図３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１においては、図３（ａ）に示すようにラックシャフト２に一端１２Ａを固定したカラー１２をホルダ１０がボール１３を介してねじ送りする。図２（ａ）に示すように、例えばラックシャフト２の一端に上向きのラジアル荷重が作用すると、ラックシャフト２は荷重により上向きに湾曲する。この時、ラックシャフト２がカラー１２のもう一端１２Ｂの開口範囲で湾曲する限り、一端１２Ａをラックシャフト２に固定したカラー１２には荷重が作用しない。そのため、ホルダ１０とカラー１２の螺旋溝間に保持されたすべてのボール１３は支障なく転動し、カラー１２を軸方向にスムーズにねじ送りする。

以上のようにこの発明による電動パワーステアリング装置は、ラックシャフト２を直接ねじ送りせず、ラックシャフト２に一端１２Ａを固定し、もう一端１２Ｂを開口したカラー１２をねじ送りする構造としたため、カラー１２の開口部の範囲でラックシャフト２が湾曲する限り、スクリュー機構４はラックシャフト２に加わる曲げ荷重の影響を受けず、電動モータ３の運転に応じて常にスムーズにラックシャフト２のねじ送りを行う。

さらに、スクリュー機構４はホルダ１０にカラー１２を螺合させたので、前記従来技術のようにホルダ１０にラックシャフト２を螺合させる場合と比べて螺旋溝の径を大きく設定することができうる。そのため、スクリュー機構４は螺旋溝により多くのボール１３を挟持することができ、ねじ送りに伴って個々のボール１３が分担する荷重が小さくなる。

したがって、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。

この電動パワーステアリング装置においては、螺旋溝はカラー１２に形成されるので、ラックシャフト２には螺旋溝を形成する必要がない。したがって、ラックシャフト２の加工が容易になる。また、螺旋溝をカラー１２に形成すれば、ラックシャフト２にラックと螺旋溝をともに形成する場合と比べて、ラックシャフト２の焼き入れ加工は一カ所で済むことになる。そのため、焼き入れ加工によってラックシャフト２に生じる反りを小さく抑えることができる。

図４と図５を参照してこの発明の第２の実施形態を説明する。

この実施例では、カラー１２の一端１２Ａに弾性変形部を設けることで、カラー１２に可撓性を持たせている。

図４に示すカラー１２は一端１２Ａ側に壁厚を薄くした薄肉部１２Ｈを備える。薄肉部１２Ｈは図６の雌ねじ部１２Ｅを避け、例えば小径部１２Ｃを挟んで異径部１２Ｄと反対側であっ4て、小径部１２Ｃに隣接する位置に形成される。

薄肉部１２Ｈの形成位置は一端１２Ａに近いほど効果が大きい。しかしながら、一端１２Ａとボール１３を収装する螺旋溝との間であれば、カラー１２のどの部位に薄肉部１２Ｈを設けても相応の効果が得られる。

図５に示すカラー１２は一端１２Ａに弾性体１２Ｉを挟持する。具体的には図６のカラー１２を小径部１２Ｃの右側で左右２つの部材に分離し、分離した２つの部材を弾性材１２Ｉを介して軸方向に結合することで実現できる。図６においては小径部１２Cと異径部２Ａの間に弾性体１２Ｉを挟持することでこの構造を実現できる。

このようにカラー１２に可撓性を持たせることで、ラックシャフト２のたわみ変形がカラー１２とボール１３との接触圧に及ぼす影響をより小さくすることができる。

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。

例えば、上記の実施形態では、電動モータ３からホルダ１０への回転トルクの伝達を駆動プーリ６，７とベルト８を介して行っているが、この発明は電動モータ３からホルダ１０へのトルク伝達手段には限定されない。ホルダ１０を電動モータのロータと一体に形成したダイレクトドライブ型の電動パワーステアリング装置にもこの発明は適用可能である。

この発明による電動パワーステアリング装置は、自動車のハンドル操作の補助に適している。

１ 電動パワーステアリング装置
２ ラックシャフト
３ 電動モータ）
４ スクリュー機構
６ 駆動プーリ
７ 従動プーリ）
８ ベルト
１０ ホルダ
１２ カラー
１２Ａ 一端
１２Ｂ 一端
１３ ボール

Claims (5)

1. 軸方向に変位可能に支持されたラックシャフトと、ねじ送りによりラックシャフトを軸方向に駆動するスクリュー機構と、スクリュー機構を回転駆動するモータとを備えた、電動パワーステアリング装置において、
   スクリュー機構は、
   ラックシャフトの外周を間隔をあけて覆う、一端をラックシャフトに固定し、一端を開放したカラーと、
   カラーの外周に螺合し、電動モータによって回転駆動されるホルダと、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. カラーとホルダとは相対する螺旋溝を備え、螺旋溝間に挟持された複数のボールを介して螺合することを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. ホルダは、電動モータに結合する駆動プーリと、ベルトを介して駆動プーリに駆動される従動プーリとを介して回転駆動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パワーステアリング装置。
4. ラックシャフトはホルダと従動プーリとを貫通することを特徴とする請求項３に記載のパワーステアリング装置。
5. カラーは可撓性を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のパワーステアリング装置。

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