JP2014004981A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効果的に制振効果を得ることが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】ステアリングホイールの回転に伴い回転するピニオン軸と、前記ピニオン軸と噛み合い、前記ピニオン軸の回転に伴い直線移動するラック軸７と、を備える電動パワーステアリング装置において、前記ラック軸７はラックハウジング６に摺動可能に支持されており、前記ラックハウジング６は、前記ラックハウジング６と連結されるステアリングホイール側ハウジングと制振部材を介して連結していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールねじ機構を備えた電動パワーステアリング装置、特にラックアシスト式電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般に、ラックアシスト式電動パワーステアリング装置は、操舵機構のステアリングシャフトの回転によって軸方向移動されるラック軸と、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいてモータシャフトを回転駆動する電動モータと、モータシャフトの回転運動をラック軸の軸方向運動に変換するボールねじ機構とを備えている。

ところで、ラック軸と同軸的に電動モータを配設したラック同軸型電動パワーステアリング装置においては、例えば、特許文献１に記載されているように、ラック軸にボールねじ軸を一体に設け、このボールねじ軸にボールねじナットをボールを介して螺合している。ボールねじナットは、電動モータによって回転されるモータシャフトの内周面に固定されている。

かかる特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置においては、操舵輪からの衝撃荷重による外部入力が、操舵輪からラック軸を介してモータシャフトの軸方向に伝えられるため、モータシャフトを回転可能に支持する転がり軸受を、ハウジングの内周に螺合される環状の制振合金ナットによって軸方向に締め込んで固定することにより、軸方向の衝撃荷重を吸収できるようになっている。

この種の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は、モータシャフトに固定したボールねじナットに、ボールを循環するための複数のデフレクタが装着されているため、このデフレクタの出入口をボールが出入りする際にボールねじ機構に振動が惹起される。そして、この振動がボールねじ機構を装着したモータシャフト、およびモータシャフトを回転自在に支持する転がり軸受を介してハウジングに伝達されるようになるため、振動によって発生した異音（摩擦音）が電動パワーステアリング装置の外部に洩れる問題があった。

これに対し特許文献２には、ラック同軸型電動パワーステアリング装置において、ハウジングおよびモータシャフトの何れか一方とモータシャフトを回転可能に支持する二つの転がり軸受との各間に制振合金をそれぞれ設けることによって、上述のようなハウジングに伝達される振動を低減することが記載されている。

特開２００７−１３７２５１号公報 特開２００９−７３４１２号公報

しかしながら、特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置では、モータシャフトを支持する二つの転がり軸受それぞれについて制振合金を設ける必要がある。また、振動発生部材となるモータシャフトがラック軸方向に長くその両端部を転がり軸受で支持しているため、二つの転がり軸受間で振動が増幅され、制振合金を設けることによる制振効果が限定的となってしまう虞がある。

さらに、限られた空間内で制振部材を設けるスペースを確保することは困難である上、僅かなスペースに制振部材を設置することで組立工程が複雑になるという問題がある。このような点で特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置には改善の余地がある。本発明では、より効果的に制振効果を得ることが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。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） ステアリングホイールの回転に伴い回転するピニオン軸と、前記ピニオン軸と噛み合い、前記ピニオン軸の回転に伴い直線移動するラック軸と、を備える電動パワーステアリング装置において、前記ラック軸はラックハウジングに摺動可能に支持されており、前記ラックハウジングは、前記ラックハウジングと連結されるステアリングホイール側ハウジングと制振部材を介して連結していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
（２） 電動モータと、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、前記電動モータは前記ラック軸と平行に配置され、前記ラックハウジングは前記ラック軸と前記動力伝達機構とを内蔵し、前記動力伝達機構は、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ボールねじ軸と、該ボールねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたボールねじナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転動路内を転動可能な複数の転動体を有するボールねじ機構からなり、前記ボールねじナットが前記ラックハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持されていることを特徴とする（１）に記載の電動パワーステアリング装置。
（３） 前記制振部材が、ゴム材料、樹脂材料、制振合金のうち少なくとも一つからなることを特徴とする（１）または（２）に記載の電動パワーステアリング装置。
（４） 前記制振部材が、ゴム材料、樹脂材料、制振合金のうち少なくとも二つを含む複合材料からなることを特徴とする（１）または（２）に記載の電動パワーステアリング装置。
（５） 前記制振部材が、ゴム材料、樹脂材料、制振合金のうち少なくとも一つと、別材料とを含む複合材料からな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テアリング装置。

本発明によれば、制振部材を設けるスペースを確保し易いラックハウジングとステアリングホイール側ハウジングとの間に制振部材を設けているため、運転席側に伝達される振動を容易に抑制できる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の第１の実施形態を示す正面図である。 ラック軸を示す正面図である。 電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。 ピニオン機構機構を示すピニオン軸の軸方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部である操舵ギヤ機構１を示す正面図である。この操舵ギヤ機構１は、ピニオン機構２とラック機構３とを備えている。

ラック機構３はラックハウジング６に摺動可能に支持されたラック軸７を備えている。ピニオン機構２は、図４に示すように、ピニオンハウジング４に転がり軸受４３，４４を介して回転自在に支持されたピニオン軸４１を備えている。なお、ピニオンハウジング４とラックハウジング６とは一体に形成されている。ピニオン軸４１とラック軸７は噛合しており、ピニオン軸４１に伝達される回転力が、ピニオン機構２によって、ラック軸７の直動運動に変換される。

ラック軸７は、図２に示すように、ピニオン軸４１が噛合するラック部８と、このラック部８の右方に一体に形成された雄ねじ溝９ａを形成したボールねじ部９とを備えている。そして、ラック軸７の右端側に電動パワーステアリング装置のモータ機構１０が配置されている。このモータ機構１０は、ボールねじ機構１１と、操舵補助用電動モータ１２と、ボールねじ機構１１と電動モータ１２との間を連結する減速機構１３とで構成されている。

ボールねじ機構１１は、図３に示すように、ラック軸７の雄ねじ溝９ａに転動体としてのボール１４を介して螺合するボールねじナット１５を備えている。このボールねじ機構１１は、公知のボールねじ機構と同様に、ボールねじナット１５の雌ねじ溝１５ａとラック軸７の雄ねじ溝９ａとの間をボール１４が転動し、雌ねじ溝１５ａの終点に達したボール１４を不図示のエンドデフレクタで掬い上げて循環経路へと導くことで雌ねじ溝１５ａの始点に戻される。このようにボール１４が無端回路内を転動・移動することにより、ボールねじナット１５とラック軸７とは滑らかに相対移動できる。

ボールねじナット１５は、ラックハウジング６の右端部に形成された軸受収容部１６に収容された転がり軸受１７によって回転自在に支持されている。この転がり軸受１７は、ボールねじナット１５と一体に形成された内輪１７ａと、この内輪１７ａにボール１７ｂを介して連結され軸受収容部１６に固定支持された外輪１７ｃとで構成されている。

この転がり軸受１７の外輪１７ｃには径方向外方に突出したフランジ部１７ｄが設けられている。ラックハウジング６の軸受収容部１６の内周面において、このフランジ部１７ｄの一側面（図３の左側）と軸受収容部１６の一側面（図３の右側）と、及びフランジ部１７ｄの径方向外周面と軸受収容部１６の径方向内周面とが接触している。

また、フランジ部１７ｄの他側面（図３の右側）は、固定ナット５０と接触している。この固定ナット５０は軸受収容部１６の内周面と螺合している。固定ナット５０を軸受収容部１６の内周面に締結することにより、フランジ部１７ｄが軸受収容部１６の内側一側面と固定ナット５０の軸方向端面とに挟まれて軸方向に固定され、転がり軸受１７が位置決めされる。

また、操舵補助用電動モータ１２は、ラックハウジング６の軸受収容部１６の半径方向外方に一体に形成されたモータ支持部１８のピニオン機構２側に固定支持され、その回転軸１２ａがモータ支持部１８に形成された貫通孔１８ａを通じて反対側に突出されている。

さらに、減速機構１３は、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａの先端に取付けられた小径プーリ１９と、前述したボールねじナット１５の半径方向外方に、ボールねじナット１５と一体回転可能に支持された大径プーリ２０と、小径プーリ１９及び大径プーリ２０との間に巻装されたタイミングベルト２１とで構成されている。そして、小径プーリ１９と、大径プーリ２０、及びボールねじ部９を覆うようにカバー２２が軸受収容部１６及びモータ支持部１８に例えばボルト締めされている。

このモータ機構１０では、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを図３の左方から見て時計方向に回転駆動することにより、小径プーリ１９及び大径プーリ２０がタイミングベルト２１によってそれぞれ時計方向に回転駆動される。これに応じてボールねじナット１５が時計方向に回転駆動されるので、ボールねじ部９すなわちラック軸７が左方に移動される。また、操舵補助用電動モータ１２の回転軸１２ａを左方から見て反時計方向に回転駆動することによりラック軸７が右方に移動される。

そして、ラック軸７のラック部８の左端部及びボールねじ部９の右端部が図１で鎖線図示のようにそれぞれタイロッド３０を介して転舵輪に連結され、これら転舵輪が必要以上の転舵角となることを防止するためにエンドストッパ（図示せず）が設けられている。

操舵補助用電動モータ１２は、図４に示すトルクセンサ６０により検出された操舵トルクに基づいて、不図示の制御ユニットにより制御される。トルクセンサ６０は、入力軸５と、コイルユニットと、円筒部材６２とを備え、入力軸５の上端（図４の上側）は、不図示のステアリングホイールと自在継手等を介して連結されている。

また、入力軸５は、入力軸５の内部に配設されたトーションバー４２を介してピニオン軸４１と連結されている。入力軸５の下端側には、センサシャフト部５ａが形成されている。センサシャフト部５ａの外周側には、センサハウジング６１の内側に配置された１対の検出コイルを備えたコイルユニット（不図示）と、センサシャフト部５ａとコイルユニットとの間に配置された円筒部材６２とが配置されている。すなわち、トルクセンサ６０は、例えば特開２００６−２６７０４５号公報に記載されるような公知のトルクセンサである。

ここで、本発明に係る電動パワーステアリング装置では、図４に示すように、センサハウジング６１とピニオンハウジング４とは、制振部材７０を介して接触している。センサハウジング６１とピニオンハウジング４には互いに対向する合わせ面６１ａ、４ａを備えており、制振部材７０を合わせ面６１ａ、４ａの間に挟持させた状態でボルト等により両合わせ面６１ａ、４ａを締結することで、センサハウジング６１とピニオンハウジング４とが固定される。

このような制振部材７０は、ゴム材料、樹脂材料、制振合金を含む材料から形成されることが好ましい。また、これらのうち二つ以上を組み合わせた複合材料を用いても良い。さらに、例えば鉄とゴムの複合材料や、鉄と樹脂材料との複合材料のように、ゴム材料、樹脂材料、制振合金と金属等の別材料とを組み合わせた複合材料を用いることも可能である。

ゴム材料としては、ＮＲ（天然ゴム）、ＩＲ（イソプレンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ＥＤＰＭ（エチレンプロピレンゴム）、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム等が上げられる。また、これらの複数種のゴム材料を積層する等した複合材料を用いても良い。

樹脂材料としては、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン），ポリアセタール，ポリアミド，ポリエステル，ポリエチレン等が挙げられる。また、これらの複数種の樹脂材料を組み合わせた複合材料を用いても良い。制振合金としては、マグネシウム合金、フェライト系ステンレス鋼、鋳鉄、形状記憶合金等が挙げられる。また、これらの複数種の制振合金を組み合わせた複合材料を用いても良い。

以上の本実施形態の電動パワーステアリング措置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） ラックハウジング６と一体に形成されたピニオンハウジング４と、ステアリングホイール側に設けられたセンサハウジング６１との間に制振部材７０を設けることで、運転席側に伝達される振動を抑制できる。また、ピニオンハウジング４とセンサハウジング６１との間は制振部材７０を設けるスペースを確保し易く、組立て性を損なうことなく容易に振動を抑制できる。

（２） ボールねじ機構と電動モータとが平行に配置されている所謂オフセットタイプの電動パワーステアリングであるため、振動発生源となるボールねじナット１５の軸方向寸法を小さくすることができる。この結果、ボールねじナット１５で振動が増幅されることがないので、ボールねじナット１５からラックハウジング６へ伝達される振動を低減できる。また、ボールねじナット１５の軸方向寸法が小さいため、一つの転がり軸受１７でボールねじナット１５を支持することが可能となる。このため、ボールねじナット１５からラックハウジング６への振動の伝達経路を減らすことができ、より一層の制振効果を得られる。

（３） 転がり軸受１７の外輪１７ｃにフランジ部１７ｄを設けたことにより、ラックハウジング６と転がり軸受１７との接触面積がより一層小さくなる。この結果、ボールねじナット１５からラックハウジング６へ伝達される振動をさらに低減できる。

なお、以上説明した実施形態において、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、操舵補助用電動モータ１２をモータ支持部１８のピニオン機構側に固定支持するとしたが、ピニオン機構とは反対側に固定支持することも可能である。また、ボールねじの機構１１の循環機構をエンドデフレクタによるとしたが、チューブやコマ、エンドキャップ等を用いても良い。但し、ボールねじ機構１１で発生する振動を低減できる点で、エンドデフレクタを用いることが好ましい。即ち、エンドデフレクタを用いることにより、ボールねじ機構１１のボール１４の転動方向を変化させることなく循環経路へとすくい上げることができる。この結果、ボール１４の円滑な転動を確保でき、ボールねじナット１５に発生する振動を低減できる。

また、制振部材７０は、前記合わせ面６１ａ、４ａの全域と接するように設けてもよく、一部にのみ設けてもよい。一部にのみ設ける場合は、合わせ面６１ａと合わせ４ａが接触しないようにすることが好ましい。さらに、上記実施形態ではラックハウジング６とピニオンハウジング４とを一体にしているが、別体としても良い。また、トルクセンサの構成は上述のものに限らず、様々なタイプのトルクセンサやトルクアングルセンサを適用することができる。

１ 操舵ギヤ機構
２ ピニオン機構
３ ラック機構
４ ピニオンハウジング
４ａ 合わせ面
５ 入力軸
５ａ センサシャフト部
６ ラックハウジング
７ ラック軸
８ ラック部
９ ボールねじ部
９ａ ボールねじ溝
１０ モータ機構
１１ ボールねじ機構
１２ 操舵補助用電動モータ
１２ａ 回転軸
１３ 減速機構
１４ ボール
１５ ボールねじナット
１６ 軸受収容部
１７ 転がり軸受
１７ａ 内輪
１７ｂ ボール
１７ｃ 外輪
１７ｄ フランジ部
１８ モータ支持部
１８ａ 貫通孔
１９ 小径プーリ
２０ 大径プーリ
２１ タイミングベルト
２２ カバー
３０ タイロッド
４１ ピニオン軸
４２ トーションバー
４３、４４ 転がり軸受
５０ 固定ナット
６０ トルクセンサ
６１ センサハウジング
６１ａ 合わせ面
６２ 円筒部材
７０ 制振部材

Claims (5)

1. ステアリングホイールの回転に伴い回転するピニオン軸と、
   前記ピニオン軸と噛み合い、前記ピニオン軸の回転に伴い直線移動するラック軸と、を備える電動パワーステアリング装置において、
   前記ラック軸はラックハウジングに摺動可能に支持されており、
   前記ラックハウジングは、前記ラックハウジングと連結されるステアリングホイール側ハウジングと制振部材を介して連結していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 電動モータと、
   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、
   前記電動モータは前記ラック軸と平行に配置され、
   前記ラックハウジングは前記ラック軸と前記動力伝達機構とを内蔵し、
   前記動力伝達機構は、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ボールねじ軸と、該ボールねじ軸の周囲に配置され且つ雌ねじ溝を備えたボールねじナットと、前記雄ねじ溝と前記雌ねじ溝との間に形成された転動路内を転動可能な複数の転動体を有するボールねじ機構からなり、
   前記ボールねじナットが前記ラックハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記制振部材が、ゴム材料、樹脂材料、制振合金のうち少なくとも一つからな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テアリング装置。
4. 前記制振部材が、ゴム材料、樹脂材料、制振合金のうち少なくとも二つを含む複合材料からな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テアリング装置。
5. 前記制振部材が、ゴム材料、樹脂材料、制振合金のうち少なくとも一つと、別材料とを含む複合材料からな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テアリング装置。

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